Procédé de marquage d'objets en matière plastique en cours de moulage
La présente invention a pour objet un procédé de marquage d'objets en matière plastique en cours de moulage.
Le marquage d'objets en matière plastique est largement pratiqué. C'est ainsi que les récipients en matière plastique moulée par soufflage sont employés en grand nombre pour l'emballage de nombreuses sortes de marchandises, par exemple des détergents liquides pour le ménage, et généralement un tel récipient doit présenter des indications au sujet de son contenu imprimées extérieurement. De telles indications peuvent comprendre une marque de fabrique, une description du contenu, un mode d'emploi, le nom du fabricant, etc.
Un procédé très répandu pour le marquage des objets en plastique consiste à enlever l'objet de la machine à mouler, à le transférer dans un dispositif d'impression, qui peut être éloigné de la machine à mouler, et ensuite à imprimer sur l'objet.
D'autres procédés différents d'impression sur récipients en plastique sont connus; par exemple l'impression à la main ou par jet; à écran de soie; et le marquage avec bande sensible à chaud ou par feuille.
Des difficultés variées et des complications se présentent: dans la peinture à la main, ou par jet, les vignettes doivent être préparées avec soin, de plus elles demandent des nettoyages complets ; pour l'emploi de l'écran de soie la surface du récipient peut n'être pas assez lisse ; pour marquage au repoussoir, l'épaisseur inégale des parois du récipient peut causer des difficultés et en outre, il n'est pas toujours commode ou possible d'introduire dans le récipient un tasseau contre lequel on peut presser le repoussoir. Une autre difficulté provient de ce que certaines méthodes d'impression nécessitent que la surface du récipient soit traitée au préalable pour qu'une bonne adhésion soit assurée, particulièrement dans le cas des plastiques en polyoléfines.
Le but de l'invention est d'une part, d'améliorer le marquage des objets en plastique en donnant au marquage un caractère plus permanent qu'il ne l'a habituellement, et d'autre part, de simplifier, accélérer et rendre meilleur marché la fabrication des objets en plastique.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on introduit successivement dans le moule une composition de marquage, comprenant un agent de marquage et un véhicule, et de la matière plastique chaude, cette dernière étant injectée sous pression dans le moule et provoquant, lors de sa mise en contact avec la composition de marquage, la liquéfaction, vaporisation ou sublimation de son véhicule et la pénétration de l'agent de marquage dans une zone superficielle de la matière plastique. L'agent de marquage peut être une teinture ou un pigment, et il doit pouvoir être incorporé à la base de façon à former le véhicule de marquage, qui peut, par conséquent, être considéré comme une encre . L'agent de marquage peut être, soit miscible à la base, soit y être soluble, soit pouvoir y être mis en suspension.
Si l'agent de marquage est une teinture, il est de préférence soluble dans la matière de base; si c'est un pigment, la dimension des particules du pigment doit être assez petite pour permettre au pigment de pénétrer dans la zone superficielle de la matière plastique. On a remarqué que les teintures solubles donnent des pénétrations plus profondes que les pigments. Néanmoins, les pigments donnent des résultats tout à fait satisfaisants et des pigments finement pulvérisés ou colloïdaux peuvent être employés. On peut également utiliser comme agents de marquage des poudres métalliques finement pulvérisées et des pâtes à perles. L'aluminium finement pulvérisé est un exemple de poudre métallique convenable.
La pâte à perles se compose de coquilles d'huîtres finement broyées. Finement pulvérisé dans le présent cas signifie une dimension de particules ne dépassant pas dix microns.
Si on le désire, l'agent de marquage peut comporter un additif pour augmenter sa luminosité. Des additifs convenables absorbant la lumière ultraviolette sont par exemple un benzophénone ou un benzotriazole. Le véhicule de marquage peut comprendre plus d'une couleur et il est possible de réaliser des impressions ou des décorations multicolores. C'est ainsi qu'un ruban porteur peut être mis au contact de plusieurs rouleaux successifs transférant diverses couleurs sur le ruban qui sera ensuite utilisé pour le marquage.
Pour la base, des matières variées, suivant la matière plastique de l'objet, peuvent être utilisées, par exemple des cires, des plastifiants et des résines. Des cires ou résines convenables sont: un polyéthylène à faible poids moléculaire; des cires connues dans le commerce sous le nom de cire sasol, cire de Carnauba, cire Fischer-Tropsch; du polyéthylène-glycol, une cire naturelle telle que la cire pour chandelles; une résine de polyamides; une résine vinylique; une résine d'acétate de cellulose, etc. Le diméthyle phtalate et le dibutyle phtalate sont des plastifiants convenables. Des solvants variés peuvent être ajoutés à la base pour aider l'incorporation de l'agent de marquage et pour obtenir la consistance désirée pour l'impression et la décoration.
On peut citer comme exemples: le xylène; le toluène; l'alcool isopropylique; le chlorure de méthylène; les dérivés du naphtalène, etc.
I1 est essentiel que l'agent de marquage et la matière de base soient choisis de telle sorte que lorsqu'ils sont mélangés ou combinés pour former le véhicule de marquage, ce dernier soit compatible avec la matière plastique employée. C'est ainsi que le véhicule de marquage doit être tel qu'il se combine, ou se mélange avec la matière plastique, et il ne doit pas en être repoussé. Par exemple, si un objet est moulé en nylon, une base compatible sera alors une résine polyamide; s'il est en acétate de cellulose ou résine propionique une base compatible sera alors une résine d'acétate de cellulose.
Quand il sera soumis à la chaleur et à la pression en contact avec la matière plastique pendant le moulage d'un objet, le véhicule de marquage, suivant sa nature, se liquéfiera, se vaporisera, ou se sublimera, de telle sorte que l'agent de marquage soit absorbé par la matière plastique. En d'autres termes, l'agent de marquage pénétrera dans une zone superficielle de la matière plastique. Cette pénétration peut atteindre 0,4 mm, cette profondeur de pénétration dans le polyéthylène a été mesurée au cours d'expériences. Du fait que l'agent de marquage pénètre de cette façon, il fait partie intégrante de la matière plastique et quand l'objet marqué se refroidit et se fixe, le marquage est permanent pour tous les usages courants, et il ne peut être enlevé que par un contact prolongé avec un solvant.
On ne comprend pas entièrement la nature de l'action de pénétration: dans quelques cas une combinaison chimique peut être réalisée; dans d'autres cas l'agent de marquage pénètre dans les espaces intermoléculaires de la matière plastique. C'est ainsi que le degré de pénétration réalisé dépend d'un certain nombre de facteurs, par exemple de la structure moléculaire de la matière plastique, de la nature du véhicule de marquage, et des conditions prévalant de chaleur et de pression quand le véhicule de marquage est en contact avec la matière plastique.
Ce procédé de marquage peut être intégré à n'importe quel processus de moulage par lequel la matière plastique chaude entre en contact avec les parois d'un moule.
C'est ainsi que le procédé peut, par exemple, être employé dans le moulage par injection, le moulage par compression, le moulage pneumatique, le moulage par extrusion, le formage sous vide, le formage par feuilles, la fusion centrifugée.
Le véhicule de marquage peut être placé sur un support incompatible (c'est-à-dire un support qui sera écarté de la matière plastique utilisée). Un tel support peut être une bande, un enduit ou une feuille.
Ce pourrait être aussi une partie mobile ou dépla çable d'un instrument de moulage, le véhicule de marquage étant appliqué sur cette partie superticielle- ment. En variante, le véhicule de marquage pourrait être envoyé, ou alimenté, à travers un écran de gaze pour impression, vers la surface du moule, à partir d'un réservoir. Dans une autre variante, le véhicule de marquage pourrait être placé sur un support compatible , par exemple une bande, un enduit, ou une feuille de matière compatible avec la matière plastique, qui sous l'effet de la chaleur et de la pression fond et devient partie intégrante de la matière plastique.
Pour le moulage par injection il est préférable d'employer un support incompatible pour le véhicule de marquage, lequel, quand il est imprimé ou marqué sur le support, est couvert, par exemple, par une mince feuille d'un plastique compatible. Cette feuille protège le véhicule de marquage du maculage à mesure que la matière plastique avance dans le moule. La feuille fond alors avec la matière plastique injectée et la chaleur et la pression font pénétrer l'agent de marquage dans la feuille et la matière plastique. Un support chargé du véhicule de marquage, pourrait être maintenu par succion contre une surface de l'appareil de moulage.
Un support de véhicule de marquage doit pouvoir être imprimé ou marqué de toute autre manière par le véhicule de marquage ; il doit être inerte visà-vis de l'agent de marquage, de la base, et de la matière plastique. C'est ainsi que si la matière plastique est un polyéthylène, un support pourra être une pellicule de polyester. On peut citer comme exemples de supports convenables: des feuilles ou bandes métalliques ; du papier glacé ; des pellicules de plastique; des pellicules de cellulose, par exemple de la Cellophane . Un support sous forme de bande pourrait être alimenté par une bobine, ou pourrait être envoyé au moule pendant les opérations successives de moulage, sous forme de bandes ou pièces de matière de support séparées, marquées ou imprimées.
Le véhicule de marquage peut être employé pour une impression ou un marquage sur un article, mais on peut obtenir plus d'une impression, par exemple, par une forte application du véhicule de marquage sur un support et en conduisant les conditions de température et de pression, de telle manière qu'à la première impression, une partie seulement du véhicule de marquage soit utilisée. La conduite des conditions de température peut inclure un refroidissement après le chauffage initial, de façon à limiter la profondeur de pénétration de l'agent de marquage.
L'invention va, maintenant, être décrite, à titre d'exemple, avec référence au dessin annexé, dans lequel:
la fig. 1 est une vue en perspective d'un récipient moulé et marqué;
la fig. 2 est une vue schématique en perspective d'une moitié de moule et des moyens d'extrusion et d'insufflation et de marquage;
la fig. 3 est une vue de détail en perspective d'une pièce d'insertion mobile d'impression ou marquage, pour le moule;
la fig. 4 est une section agrandie d'une partie du demi-moule, suivant un plan IV-IV de la fig. 2
la fig. 5 est une section agrandie à travers la pièce d'insertion mobile d'impression ou marquage, suivant un plan V-V de la fig. 3.
Le procédé maintenant décrit en détail est un procédé de moulage par insufflation par lequel un récipient ayant un côté plat est fabriqué par extrusion d'une paraison ou ébauche en matière thermoplastique entre les deux demi-moules. Quand une longueur suffisante de paraison a été extrudée, les demi-moules sont fermés et de l'air est insufflé dans la paraison afin d'en distribuer la matière élastique sur les parois intérieures du moule.
La fig. 1 représente un récipient 1 moulé par insufflation. La ligne de séparation des demi-moules est indiquée en 2. Le récipient 1 a une portion de sa surface 3 entourée par une dépression rectangulaire 4.
Sur la portion de surface 3 est réalisée une impression 5. De toute évidence, l'impression en lettres pourrait être remplacée par un dessin ou une décoration quelconque au choix. I1 est aussi admis que le côté invisible du récipient 1 est formé et imprimé d'une manière similaire.
La fg. 2 montre schématiquement une tubulure d'extrusion 6 et une buse, ou mandrin, d'insufflation d'air 7. Elle montre aussi un demi-moule 8. (Le demi-moule complémentaire a été supprimé pour plus de clarté.) Le demi-moule 8 a une cavité 9 de moulage et des parties latérales saillantes 10A et 10B.
Une gorge 1 1 reçoit une buse d'insufflation d'air 7.
Sur la fig. 4 une section transversale montre la partie latérale saillante 1 OA ; la partie latérle saillante 10B est semblable.
La partie saillante 10B contient intérieurement une pièce d'insertion pour l'impression 12. Une pièce d'insertion semblable est montée dans la partie saillante 10A mais à la fig. 2 elle a été supprimée pour plus de clarté. La pièce d'insertion 12 est visible sur les fig. 3 et 5.
Les parties sailantes 10A et 10B ont chacune deux rainures de retenue 13 des pièces d'insertion et chaque rainure a un épaulement 13A. Chaque pièce d'insertion est maintenue contre une face 14 du demi-moule 8 par deux boutons 15, formés à l'extrémité de deux broches 16 faisant saillie sur la face arrière de la pièce d'insertion 12, lesquels boutons s'engagent derrière les épaulements 13A (voir fig. 2 et 4). La face 14 est formée dans un creux 17 de chaque côté du demi-moule 8, ces creux 17 recevant les pièces d'insertion 12.
Chaque pièce d'insertion 12 a une poignée 18 par laquelle elle peut être retirée ou introduite dans le demi-moule 8, entre les opérations de moulage.
Comme représenté à la fig. 4, chaque partie saillante 1 OA, 10B, présente un conduit 19 qui relie un tube 20 avec le creux 17. Vissé dans le conduit 19 se trouve un manchon 21, dont une surface tronconique 21A forme un siège pour une bille 22 pressée contre lui par un ressort de compression hélicoïdal 23 dont l'autre extrémité bute contre un épaulement 23A. Le tube 20 a une extrémité à collerette 20A et est fixé à l'entrée du manchon 21, du fait que l'extré- mité à collerette 20A est maintenue par un écrou 24 vissé sur le manchon 21. Par ce dispositif l'air peut être envoyé dans le creux 17 si on le désire, ainsi qu'il en sera question ci-dessous.
Le but de la pièce d'insertion pour impression 12 est de fournir un support déplaçable pour le véhicule de marquage employé dans la réalisation de l'impression 5. Quand la pièce d'insertion 12 est enlevée du demi-moule, le véhicule de marquage est imprimé, ou autrement: marqué, sur une feuille prenant appui sur de la gaze (qui sera décrite) montée dans la pièce d'insertion. La pièce d'insertion est alors replacée pour l'opération de moulage.
Suivant les fig. 3 et 5, la pièce d'insertion 12 comprend un corps 12A, dont la poignée 18 fait partie. Le corps 12A a un bord saillant 25 et un autre bord saillant 26 qui est rainuré par en dessous en 26A (voir fig. 5). Ces bords saillants produisent, pendant le moulage, les côtés longs de la dépression 4, ainsi qu'on peut le voir sur les fig. 1 et 2. Les côtés plus courts de la dépression 4 sont moulés par deux plaquettes 27, chacune montée sur deux broches 27A glissant dans les trous 28 du corps 12A. Les broches 27A ont des butées faisant corps 29 pour des ressorts de compression 30 portés par les broches 27A, ce dispositif ayant pour effet de tirer en arrière les plaquettes 27 contre le corps 12A. Sur la fig. 3 une des plaquettes 27 est montrée tirée au-dehors, en opposition aux ressorts 30.
Une feuille rectangulaire de gaze métallique 31 (de préférence de 50 mailles au centimètre linéaire, en bronze phosphoreux) est introduite dans la rainure interne 26A et sous les plaquettes 27, pour être maintenue en place contre le corps 12A. (La feuille de gaze a été supprimée sur les fig. 1 et 2 pour plus de clarté.) Deux rangs de trous 32 sont percés dans le corps 1 2A de façon que la feuille de gaze 31 soit en communication avec une faible dépression 33 à l'arrière du corps 12A, la dépression 33 étant, lorsque la pièce d'insertion est en place pour le moulage, en communication avec le conduit 19.
Une opération de moulage, employant l'appareillage décrit ci-dessus, est réalisé comme suit:
Les demi-moules étant séparés, les pièces d'insertion pour impression 12 sont enlevées, le véhicule de marquage est appliqué sur chaque gaze 31 ainsi qu'il est nécessaire pour l'impression, ou autre marquage, à appliquer au récipient à mouler. Les pièces d'insertion 12 sont replacées dans les logements 17, de façon telle que les boutons 15 s'engagent derrière les épaulements 13A. Il y a suffisamment d'espace dans les gorges de retenue 13 pour recevoir les broches 27A et leurs butées 29 avec les ressorts 30 complètement détendus, pour que les barrettes 27 maintiennent les gazes métalliques 31 dans les pièces d'insertion pour impression 12.
Une longueur suffisante de paraison est introduite dans le moule, ce dernier est fermé et de l'air est insufflé à travers la buse 7. Ceci amène la paraison chaude et molle, serrée par la gorge 1 1 autour de la buse 7, à s'expanser à l'intérieur du moule. L'expansion de la paraison comprime l'air emprisonné dans le moule. L'air emprisonné ne peut s'échapper par le tuyau 20, qui est fermé par la valve à bille 22 prenant appui contre la surface tronconique 21A.
La compression de l'air s'établit ainsi dans la zone de la gaze 31 qui porte le véhicule de marquage, créant un échauffement, de telle sorte que lorsque le plastique chaud et mou, en cours d'expansion du fait de l'air insufflé à travers la buse 7, atteint la gaze 31, il est pressé contre le véhicule de marquage de la gaze, et l'agent de marquage est absorbé et pénètre dans le plastique. La même chose se produit sur l'autre côté du demi-moule.
Des méthodes variées de moulage peuvent être employées. C'est ainsi que l'extrusion de la paraison peut être intermittente ou continue. La buse d'arrivée d'air peut être fixe ou mobile, etc. Bien que l'impression, ou le marquage, des deux côtés du récipient 1 ait été décrit ci-dessus, il est évident que le demi-moule pourrait être fait pour recevoir seulement une pièce d'insertion 12, pour impression sur un seul côté.
Bien que le processus décrit ci-dessus nécessite le retrait et le remarquage des pièces d'insertion 12 à chaque opération de moulage, il est possible de marquer ou d'imprimer les récipients au cours d'opérations de moulage successives, tout en employant l'appareil décrit. Ceci se fait par le contrôle des conditions de température et de pression. C'est ainsi que, pendant la première opération de moulage, et en employant le processus décrit plus haut, la durée de l'opération de marquage est diminuée, en insuf .flant de l'air froid par le tube 20, au-delà de la valve 22, à travers les trous 19, le creux 33, les trous 32 et la gaze métallique 31. Ceci refroidit le véhicule de marquage en contact avec la matière plastique soufflée, et l'empêche d'être absorbé complètement par la matière plastique.
De cette façon, une partie du véhicule de marquage peut être conservée pour marquer un autre récipient, ou des récipients, dans des opérations ultérieures de moulage.
L'appareil ci-dessus décrit utilise une pièce d'insertion mobile pour l'impression. D'autres types sont possibles. Ainsi une partie du demi-moule luimême peut être balancée autour d'un pivot hors de la position de moulage pour être placée en position de marquage ou d'impression. En variante, un support en bande continue peut être passé à l'intérieur et hors du moule en stades successifs, chacun correspondant à un récipient moulé. Dans une autre réalisation un réservoir pour le véhicule de marquage peut être incorporé à l'armature du moule, le réservoir étant en communication avec la gaze d'impression, ou de marquage, du type décrit ci-dessus.
Pareillement, une paroi du moule pourrait être munie d'une ouverture pour recevoir une feuille de gaze, derrière laquelle se trouverait une plaque ayant des trous correspondant par leur forme à l'impression, ou au marquage désiré. Derrière cette plaque il y aurait un réservoir pour le véhicule de marquage. Après chaque opération de moulage, ou après chacune des opérations d'une série, la pression serait appliquée au véhicule de marquage dans le réservoir, pour forcer le véhicule à travers les trous dessinés, afin de regarnir la plaque de la gaze pour une opération, ou une série d'opérations suivantes.
Dans le cas où l'on utilise ce procédé de marquage lors du moulage par injection, il est nécessaire d'empêcher les taches ou le maculage du véhicule de marquage sur le support (par exemple une plaque avec gaze), à mesure que le plastique injecté avance dans le moule. Dans ce but, le véhicule de marquage est protégé par une mince couverture de matière compatible, par exemple une pellicule de polyéthylène.
Cette pellicule est absorbée avec le véhicule de marquage pendant l'opération du moulage.
A titre d'exemple, le véhicule de marquage poui emploi dans le moulage des récipients en polyéthylène ngide, peut avoir la composition suivante:
Agent de marquage:
teinture rouge à la cire: 50 parties en poids.
Base:
cire ou paraffine connue dans le commerce sous
la dénomination Sasol : 10 parties en poids.
Solvant:
solvant naphtalénique commercialisé sous le nom
de White spirite ou Sangayol > : 50 parties
en poids.
Diluant:
toluène : 15 parties en poids.
Plastifiant :
dibutylphtalate: 3 parties en poids.
Pour du polyéthylène de faible densité la cire Sasol serait remplacée par de la cire connue dans le commerce sous la dénomination de cire de Car nauba ou une cire dure de polyéthylène.
D'autres agents de marquage peuvent être par exemple: polyvinyl rouge solide, teinte rouge pour le nylon, phtalocyanine, et en général n'importe quelle teinture grasse soluble dans les solvants organiques.
Comme agents de marquage des pigments satisfaisants sont le rouge de cadmium et la poudre d'aluminium. Quand on prépare un véhicule de marquage, en employant un pigment à la place d'une teinture, on trouve habituellement nécessaire d'auge menter la teneur en cire pour obtenir la consistance nécessaire pour l'impression.