Procédé de moulage d'un article à couches multiples,
appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé
et article moulé obtenu au moyen de ce procédé
Le présent brevet comprend un procédé de moulage d'un article à couches multiples, un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé et l'article moulé obtenu au moyen de ce procédé.
La présente invention utilise une propriété de certaines matières plastiques telles que le polystyrène à orientation biaxiale, propriété qui a été jusqu'à présent considérée comme indésirable, pour produire un effet avantageux dans la fabrication d'articles moulés à partir de feuilles de matière. Le polystyrène et certaines autres matières plastiques, quand ils sont formés en feuilles ou pellicules, ont une tendance à se bloquer , c'est-à-dire à se lier avec une feuille juxtaposée. Cette tendance est encore accrue lorsque les surfaces des feuilles en matières plastiques ont été préalablement traitées, par exemple par des décharges à effluve, par un traitement à la flamme, un traitement à l'acide ou similaire.
Ainsi, quand une feuille de polystyrène est exposée à une décharge à effluve et que la feuille est ensuite enroulée ou empilée sur d'autres feuilles, les surfaces se lient ensemble ou se bloquent , selon le terme consacré dans cette branche de l'industrie. On ne peut les séparer sans déchirer, abîmer ou froisser la surface. La présente invention utilise cette propriété particulière dans le procédé décrit ci-après pour le moulage d'articles rigides ou semi-rigides. On bénéficie à la fois d'une amélioration des propriétés physiques et d'économies de fabrication.
On a trouvé que le prix de revient par unité de poids d'une feuille en matière plastique n'est pas directement fonction de son épaisseur. Par exemple, une seule feuille ayant 0,75 mm d'épaisseur coûte plus cher qu'une feuille formée de trois couches de 0,25 mm. Ainsi, on pourrait réaliser des économies très importantes si des articles qui doivent être formés par moulage à partir de matières en feuilles pouvaient être stratifiés en deux ou plusieurs feuilles minces pour réaliser finalement le stratifié ayant l'épaisseur voulue. Dans la formation d'articles moulés à partir de matières en feuilles, particulièrement des articles non réutilisables, tels que l'emballage perdu pour produits alimentaires, il est certain qu'une économie sur les déchets constitue un facteur économique important.
La stratification des feuilles à l'aide d'un adhésif ne constitue pas une bonne solution pour le problème considéré, car l'adhésif est en lui-même un contaminant qui peut rendre les déchets récupérés pratiquement sans valeur, sans parler des frais additionnels de l'application de l'adhésif, d'enlèvement du solvant, etc.
Le simple fait de superposer deux ou plusieurs feuilles sans réaliser entre elles de liaison relativement solide ne constitue pas davantage une bonne solution pour le problème posé puisqu'il est impossible de mouler un article de forme désirée à partir d'un tel ensemble non assujetti de feuilles superposées. Si toutefois, on essaie de mouler un tel stratifié imparfait , le produit obtenu sera presque toujours déformé, contiendra des bulles, se séparera en divers endroits et d'une façon générale ne constituera pas un article commercialement utilisable.
La titulaire a trouvé qu'en traitant les surfaces des feuilles qui doivent être mises en contact mutuel, par exemple en exposant les surfaces à une décharge à effluve et en faisant suivre cette exposition à une compression desdites surfaces ensemble aux températures ambiantes, à l'aide de rouleaux de serrage, de plateaux-presseurs, etc., il se forme une liaison d'une force suffisante pour permettre la formation d'un article par étirage poussé, moulage par soufflage ou tout autre type de moulage à partir de la feuille
stratifiée, sans réduire aucunement la valeur des déchets ni affecter leur récupérabilité. On trouve qu'après un tel traitement les surfaces considérées sont hydrophiles.
La titulaire a également trouvé que les articles ainsi fabriqués présentent une résistance supérieure à celle des articles similaires formés d'une seule feuille de même épaisseur. Sur le plan pratique, l'aspect de l'article ne diffère guère de celui d'un article formé à partir d'une seule feuille de même épaisseur.
L'invention présente une utilité particulière quand on désire incorporer dans le stratifié des feuilles de couleurs différentes. On a trouvé que si les feuilles stratifiées par blocage sont soumises à un cintrage prononcé autour d'un petit rouleau ou du bord d'une plaque, les feuilles individuelles se séparent. De cette façon, les déchets de moulage d'articles pour la cons- truction desquels on a utilisé plusieurs feuilles de couleurs différentes peuvent être séparés en éléments de même couleur et le lot obtenu pour chaque couleur peut être récupéré, sinon les déchets provenant de feuilles stratifiées à plusieurs couleurs seraient d'une valeur très notablement réduite.
L'invention peut s'appliquer à la fabrication d'articles moulés rigides ou semi-rigides mais ne s'applique pas aux enveloppes, aux sacs souples, etc., pas plus qu'aux boîtes, cartons, etc., qu'on forme en
coupant et en pliant des feuilles de matière, par exemple selon la technique en vigueur dans l'industrie des cartonnages.
Selon une mise en oeuvre préférée de l'invention, on expose tout d'abord deux ou plusieurs feuilles ou bandes à stratifier à une décharge à effluve sous une tension élevée, dirigée contre les surfaces devant adhérer les unes aux autres. Après cela, on presse ensemble les surfaces traitées de deux ou plusieurs feuilles en utilisant dans ce but des plateaux-presseurs, des rouleaux de pression, etc., pour réaliser une liaison de blocage. Cette liaison de blocage maintient les feuilles fermement réunies aussi longtemps qu'on ne déforme pas l'ensemble, par exemple par un cintrage ou un pliage poussé. Les stratifiés ainsi formés peuvent alors être moulés en un article tel qu'un récipient, par des procédés connus tels que le moulage par soufflage, formage thermomécanique, étirage poussé, etc.
A titre de variante, on peut découper dans la feuille stratifiée des ébauches en forme de disques ou autres, et on utilise ces pièces découpées pour former les articles moulés. Cette dernière façon de procéder permet en outre de réduire les frais de transport si les ébauches préparées doivent être expédiées à un autre atelier où le moulage aura lieu.
On peut utiliser toute matière thermoplastique pourvu qu'un traitement par décharge à effluve développe dans cette matière la propriété de blocage , dans le sens où ce terme a été défini plus haut. Parmi ces matières, on peut mentionner le polystyrène orienté, le polyéthylène, le chlorhydrate de caoutchouc, le chlorure de vinylidène, etc. Il est également possible de lier par blocage des matières thermoplastiques dissemblables, par exemple le polystyrène avec les polymères et copolymères de chlorure de vinylidène, le polyéthylène, etc.
Au lieu d'une décharge à effluve, on peut recourir à d'autres procédés pour augmenter la tendance au blocage des surfaces, par exemple à l'acide ou à la flamme.
Dans la mise en oeuvre du traitement superficiel, par exemple par le procédé préféré de décharge à effluve, il est essentiel que la surface de la feuille soit propre et exempte de matières étrangères. La présence de poussières, de taches d'huile ou autres saletés sur la feuille risquerait de se traduire par une liaison défectueuse, même si le traitement de décharge à effluve était par ailleurs effectué dans les meilleures conditions.
La surface doit être exposée de façon uniforme à la décharge à effluve, afin d'assurer la régularité de la liaison lors de l'application de la pression. Il convient de faire remarquer que toutes les surfaces à lier doivent être traitées si l'on veut que le procédé soit efficace au maximum. Bien qu'un certain degré de liaison puisse se produire en ne traitant qu'une seule des deux surfaces en contact, la liaison risque d'être faible et manquer d'uniformité. Un certain manque d'uniformité peut apparaître à l'oeil, mais cet inconvénient n'est guère critique étant donné qu'au cours du moulage par pression pour la formation de l'article proprement dit, toute solution de continuité dans la liaison sera éliminée et la liaison de blocage complétée.
La formation des stratifiés doit avoir lieu dans un environnement propre, exempt de poussière, pour éviter la contamination des surfaces qui gênerait la réalisation de la liaison de blocage désirée.
Comme il a déjà été dit, les articles formés de feuilles stratifiées possèdent des propriétés mécaniques supérieures à celles des articles formés d'une seule feuille de même épaisseur. Ainsi, les récipients en polystyrène fabriqués de deux couches d'une épaisseur de 0,38 mm chacune présentent une résistance à la charge verticale statique de 10 à 15 O/o supérieure à celle d'articles similaires formés d'une seule feuille de 0,76 mm d'épaisseur.
Pour le moulage, la feuille peut être chauffée aux températures de moulage usuelles. Toutefois, il apparaît que les feuilles dont les articles sont formés peuvent ne pas subir un soudage intégral mais seulement une liaison de blocage. Cette liaison, en combinaison avec la rigidité produite par la forme géométrique de l'article, empêche la séparation des feuilles en utilisation normale et permet d'obtenir la structure améliorée dont il est question ici.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, une forme d'appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, ainsi que quelques objets obtenus au 'moyen de cet appareil.
La fig. 1 est une vue de côté, en partie schématique, de l'appareil pour réaliser une liaison de blocage entre deux bandes de matière plastique.
La fig. 2 est une vue de côté, avec coupe partielle, d'un récipient à deux couches fabriqué au moyen de cet appareil.
La fig. 3 est une vue de côté, en partie schématique, d'un appareil pour lier par blocage trois bandes de matière plastique.
La fig. 4 est une vue de côté d'un récipient fabriqué avec interposition d'éléments carrés liés par blocage entre les bandes extérieures.
La fig. 5 est une vue de côté d'un récipient qui a été fabriqué avec interposition d'un disque lié par blocage entre les deux bandes extérieures.
Les propriétés superficielles d'une feuille thermoplastique subissent des changements considérables au cours du traitement, par exemple au cours d'une exposition à une décharge à effluve. Les surfaces non traitées ne possèdent pratiquement aucune aptitude à adhérer l'une à l'autre. Quand on expose des feuilles thermoplastiques à des décharges à effluve, elles acquièrent cependant une aptitude considérable à se lier par blocage. Un tel changement des caractéristiques superficielles obtenu par la décharge permet la réalisation d'une liaison résistante entre les surfaces ainsi traitées quand elles sont pressées l'une contre l'autre.
L'adhérence à la surface de séparation est suffisamment forte pour survivre au moulage et à la fabrication de l'article thermoplastique, mais cette liaison peut être rompue toutes les fois qu'on le désire en soumettant la feuille à un pliage, cintrage ou gauchissement non limité.
Le stratifié lié par blocage utilisé peut être formé de deux ou plusieurs bandes. L'épaisseur de chaque bande peut être différente de sorte qu'on obtient une feuille stratifiée ayant l'épaisseur désirée par le choix de bandes.
La fig. 1 représente schématiquement un appareil permettant de traiter et lier par blocage deux feuilles à stratifier, et ensuite de séparer les éléments des déchets. Des bandes de plastique 1 et 2 enroulées sur des bobines 3 et 4 peuvent avoir une épaisseur égale ou différente, mais donnant ensemble un stratifié ayant l'épaisseur désirée. Les deux bobines sont déroulées simultanément et les bandes sont mesurées.
Les bandes 1 et 2 sont envoyées simultanément à un appareil 5 de traitement par effluve où les surfaces des bandes sont soumises à une décharge à haute tension et haute fréquence. Dans l'appareil 5, les bandes passent sur des rouleaux principaux 6 et 7, et des électrodes 8 et 9 sont installées à côté de ces rouleaux pour que la surface intérieure de chaque bande reçoive une décharge. La distance entre les électrodes et la surface de la bande à traiter doit être uniforme sur toute la largeur de la bande pour assurer la régularité du traitement. La distance verticale entre l'électrode et la bande peut être légèrement différente.
Par exemple, des espaces compris entre 0,076 mm et 0,25 mm ont donné des résultats satisfaisants pour un courant d'une tension de 3000 volts et d'une fréquence de 3000 périodes, pour le traitement du polystyrène à orientation biaxiale. Les tensions et les fréquences utilisées peuvent être plus grandes qu'indiqué ou au contraire plus faibles. On peut également utiliser un courant continu, mais pour des raisons de sécurité du personnel on préfère le courant alternatif haute fréquence. La décharge à effluve haute tension donne aux surfaces traitées une aptitude de blocage quand on les presse ensemble.
Il s'est révélé utile de traiter de cette façon les deux surfaces destinées à venir en contact. Dans la plupart des cas, le traitement par décharge à effluve d'une surface seulement ne donne pas de résultats satisfaisants.
Après le traitement par effluve, les bandes sont dirigées sur une paire de rouleaux-presseurs 10 entre lesquels les bandes 1 et 2 sont passées ensemble.
L'efficacité de la liaison ou de l'adhérence est tribu- taire de l'absence d'air à la surface de séparation et de l'application d'une pression suffisante. Alors qu'une certaine augmentation de température peut accompagner la décharge à effluve, l'opération n'en est pas moins effectuée sensiblement à température ambiante qui est insuffisante pour provoquer le soudage thermique des feuilles. Une tension d'environ 1,8 à 2,7 kg/cm de largeur des rouleaux donne de bons résultats. La ten sion mise en jeu dépend ! aussi du matériau dont sont formés les rouleaux. Un rouleau est de préférence en caoutchouc ou en une autre matière élastomère. L'affinité des surfaces thermoplastiques traitées par une décharge à effluve pour d'autres surfaces traitées de même façon permet d'obtenir une forte liaison entre les bandes.
La feuille stratifiée ne peut être séparée à la main sans froisser, déchirer ou autrement détériorer les surfaces des bandes.
On envoie ensuite la feuille stratifiée par blocage à une presse de mise en forme 1 1 qui produit l'article stratifié. Pendant la mise en forme, la presse il sépare le récipient formé de la feuille stratifiée, en laissant les déchets sous forme d'une feuille continue.
Après la mise en forme, le résidu de la bande passe sur un petit rouleau 12 autour duquel ladite bande est soumise à un cintrage prononcé. Un rouleau associé 13 coopère avec le rouleau 12 pour obliger la bande stratifiée à se cintrer. Ce cintrage prononcé rompt la liaison entre les bandes individuelles du stratifié qui se séparent, chaque bande élémentaire du stratifié pouvant être enroulée sur un des rouleaux de reprise 14 et 15. Toutefois, si l'on préfère, on peut faire passer les bandes séparées dans des dispositifs de chauffage pour effectuer une désorientation classique. En raison de la très faible épaisseur des feuilles individuelles, la transmission de chaleur est améliorée et le prix de revient de la désorientation est abaissé.
Un récipient, pour un produit alimentaire, semirigide et dit remballage perdu , est représenté à titre d'exemple en fig. 2. Les parois 17 du récipient sont nervurées pour améliorer la résistance verticale et aussi la résistance à l'écrasement. La bordure 18 sur le haut du récipient est évasée vers l'extérieur pour recevoir un couvercle. On a déjà fabriqué des récipients moulés de ce type en partant d'une feuille à simple épaisseur d'une matière thermoplastique bon marché comme le polystyrène ou le polyéthylène. Les bandes 1 et 2 sont exagérées sur le dessin pour bien montrer que le récipient est formé de deux couches.
En réalité, les bandes sont liées tellement près l'une de l'autre qu'on a tout à fait l'impression que le récipient a été formé d'une seule épaisseur de matière plastique, sauf toutefois que les feuilles sont liées par blocage plutôt que soudées.
On a trouvé qu'un récipient fabriqué de bandes ainsi liées présente une résistance considérablement plus grande qu'un récipient fabriqué d'une seule feuille de plastique de même épaisseur. Ceci est particulièrement important pour des articles formés par étirage poussé, comme le récipient 16. Des récipients formés de trois bandes ayant chacune 0,25 mm d'épaisseur en polystyrène orienté, présentent une résistance verticale à une charge statique supérieure de 10 à 15 o/o à celle des récipients similaires formés en une seule feuille de polystyrène de 0,75 mm d'épaisseur.
Pour produire des articles en trois couches, on peut utiliser l'appareil représenté schématiquement à la fig. 3. Des bobines 19, 20 et 21 sont montées de façon commode pour permettre le déroulement simultané des bandes de plastique 22, 23 et 24 qu'elles portent. Toutes les bandes passent simultanément dans un appareil de traitement par décharge à effluve 25 dans lequel elles sont soumises à une décharge à effluve haute tension et haute fréquence.
La bande supérieure 22 n'est ainsi traitée que sur sa surface inférieure. La bande intermédiaire 23 est traitée sur ses deux surfaces et enfin la bande inférieure 24 n'est traitée qu'à sa surface supérieure. Si un plus grand nombre de bandes était utilisé, les bandes extérieures seraient traitées uniquement sur leurs surfaces intérieures respectives, tandis que les bandes intermédiaires seraient traitées sur les deux surfaces, à moins que pour une autre raison, par exemple aux fins d'impression, on désire rendre les surfaces extérieures également adhérentes.
Après le traitement par décharge à effluve, les bandes sont bloquées en les faisant passer entre des rouleaux de serrage 26. La bande stratifiée arrive ensuite dans une presse de mise en forme 27 ou autre appareil de moulage pour former un article lié par blocage. La bande liée par blocage formant le déchet arrive sur un petit rouleau 28 où elle est fortement cintrée pour rompre la liaison. Un rouleau associé 29 coopère avec le rouleau 28 pour effectuer ce cintrage prononcé. Chacune des bandes séparées du stratifié est enroulée sur un des rouleaux de reprises 30, 31 ou 32 ou autrement traitée comme il a été expliqué à propos de la fig. 1.
On peut aussi obtenir à peu de frais un récipient résistant et d'aspect agréable. Un récipient 33 (fig. 4) pourrait avoir un aspect festonné, et en outre coloré.
Le motif 34 est obtenu en introduisant un petit carré en matière plastique traité par effluves de façon à se lier par blocage entre les bandes en matière plastique au moment où elles sont comprimées entre les rouleaux 26. Ces petits carrés sont introduits à intervalles réguliers le long de la bande stratifiée et la dimension diagonale de chaque carré est plus petite que le diamètre de la bordure 35 du récipient. On a constaté que sous des charges de compression, les parties les plus faibles du récipient sont celles se trouvant le long des parois latérales inférieures. En conséquence, les carrés 34 ne donnent pas seulement un aspect décoratif mais aussi renforcent le récipient.
On peut réaliser d'autres effets décoratifs en superposant plusieurs carrés décalés de 450 par exemple les uns des autres, ou encore en introduisant un disque entre les bandes extérieures. Un récipient 37 entre les bandes extérieures duquel est introduit un disque 38 est représenté à la fig. 5.
La pièce intercalaire liée par blocage doit être placée en synchronisme avec les mouvements du moule pour donner des résultats satisfaisants. Des essais ont montré que sous des charges verticales, les récipients formés par étirage poussé cèdent sur la partie inférieure de chaque paroi latérale, et une pièce intercalaire ronde, carrée ou autre procure un renforcement pour le récipient dans la zone soumise aux plus grands efforts lors d'une charge de compression verticale.
Une application pratique consiste à fabriquer un récipient élégant pour protéger un contenu photosensible. Par exemple, un récipient ambré peut être composé d'une couche teinte 1 et d'une couche limpide 2 de polystyrène orienté. Après traitement, liaison de blocage, mise en forme et cintrage du déchet entre les rouleaux 12 et 13, les constituants peuvent être récupérés séparément.
Les ingrédients d'addition de nombreuses matières plastiques ont des compositions qui ne sont pas recommandées pour l'emballage de produits alimentaires ou sont interdits par les Services publics. Grâce au procédé décrit, on est Inaintenant en mesure d'incorporer une matière plastique approuvée et autorisée telle qu'un polystyrène orienté, servant de barrière physique entre le produit alimentaire et la matière plastique extérieure non autorisée.
Au lieu de procéder d'une manière continue avec liaison de blocage et d'utiliser une installation accessoire pour déstratifier et récupérer les éléments du stratifié formant les déchets de l'opération comme décrit ci-dessus, on peut partir de feuilles individuelles qu'on traite par décharge à effluve, qu'on lie par blocage, qu'on met en forme et qu'on déstratifie ensuite de la même façon que pour les bandes continues. D'autre part, on peut éventuellement substituer une presse à plateaux aux rouleaux de pression, pourvu toutefois que la pression soit régulièrement répartie sur toute la surface des feuilles.
REVENDICATIONS
I. Procédé de moulage d'un article en matière plastique, caractérisé en ce qu'on traite les surfaces de plusieurs feuilles de matière plastique pour rendre ces surfaces adhérentes ; on presse les surfaces traitées ensemble pour former un stratifié lié par blocage, et on moule la feuille ainsi liée par blocage pour former ledit article.