EP2909001A1 - Procédé de formage d'un récipient par étirage-soufflage dans lequel une partie de paroi du récipient n'est pas moulée - Google Patents

Procédé de formage d'un récipient par étirage-soufflage dans lequel une partie de paroi du récipient n'est pas moulée

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EP2909001A1
EP2909001A1 EP13783293.7A EP13783293A EP2909001A1 EP 2909001 A1 EP2909001 A1 EP 2909001A1 EP 13783293 A EP13783293 A EP 13783293A EP 2909001 A1 EP2909001 A1 EP 2909001A1
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EP
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preform
molding
container
face
during
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13783293.7A
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Guy Feuilloley
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Sidel Participations SAS
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29L2031/712—Containers; Packaging elements or accessories, Packages
    • B29L2031/7158—Bottles

Definitions

  • the invention relates to a process for forming a final container made of thermoplastic material by stretch blow molding from a preform whose body is heated beyond its glass transition temperature.
  • the invention relates more particularly to a process for forming a final container made of thermoplastic material by stretch-blow molding from a preform whose body is heated beyond its glass transition temperature, the process comprising:
  • a second free expansion step in the course of which a press forming fluid is injected into the preform so as to deform the hot body and during which a drawing rod is introduced axially into the preform so as to axially stretching the body axially spacing a bottom of the preform relative to the neck, the preform thus being shaped into an intermediate container in the form of a bubble;
  • a third shaping step in the course of which at least a first part of the deformed wall of the preform comes into contact with at least one molding face to give the container its final shape, at least a second part of the deformed wall of the intermediate container not coming into contact with any molding face at least until the final container is cooled below its glass transition temperature.
  • forming devices of this type make it possible to produce containers, such as bottles, from preforms made of thermoplastic material.
  • preform in its initial form, the container will be called preform, in its intermediate form, the container will be called intermediate container, and in its final form, the container will be called final container.
  • the body of the preform is preheated above its glass transition temperature to make the wall sufficiently malleable.
  • the neck of the preform already has its final form.
  • the material constituting the neck is maintained at a temperature below its glass transition temperature in order to avoid any deformation of the neck during the process.
  • the preform thus heated is inserted into the mold cavity of a mold, the neck of the preform resting on an upper plate of the mold forming a support.
  • the molding cavity has molding faces forming the impression of the final container.
  • the molding faces are already in a molding position from the beginning of the process. The molding faces thus remain fixed relative to the support during the entire process.
  • a blowing nozzle injects a forming fluid, generally air, under a first pressure into the preform so that the walls of the latter approach the faces of the mold cavity.
  • This blowing operation is generally accompanied by a drawing operation during which a drawing rod is inserted into the preform to axially stretch the malleable walls of the body.
  • a blowing fluid at a second higher pressure is then injected into the intermediate container to strongly press the entire deformed wall of the body against the fixed molding face.
  • the contact with the fixed molding face cools the deformed wall below its glass transition temperature, thereby fixing the final shape of the final container.
  • the mold is a massive element that is difficult to handle.
  • the blowing fluid must be injected into the preform at very high pressures. This results in high energy consumption, especially during the production of containers in large series.
  • the first injection pressure is for example of the order of 20 bars, while the second injection pressure is of the order of 40 bars.
  • the invention proposes a method of the type described above, characterized in that the third step comprises an active conforming step during which at least one "moving" molding face is displaced relative to the support enter :
  • a waiting position in which it is not in contact with the deformed wall of the body; and an extreme molding position in which it crushes a portion of the deformed wall of the body so as to reduce the volume of the intermediate container.
  • At least two opposite molding faces are moved simultaneously towards one another in a radial direction so as to crush the body of the intermediate container, the two molding faces being radially spaced from each other in their extreme molding position so that the crushed wall portions do not come into contact with each other;
  • the active shaping phase is triggered after the end of the injection of the press forming fluid into the container;
  • the third step comprises a passive conformation phase, which precedes the active conforming phase, and during which the injection of press forming fluid started during the second step continues and during which part of the deformed wall of the intermediate container comes into contact with a so-called "fixed" molding face which is stationary relative to the support;
  • the forming fluid is injected at a constant pressure of less than 20 bar;
  • the forming fluid is injected at a pressure of less than 10 bar, in particular at a pressure of 5 bar;
  • the exhaust flow of the forming fluid is controlled so that, at the end of the displacement of the movable molding face, the pressure inside the body remains sufficiently high to keep the deformed wall firmly pressed against the movable molding face for the necessary time the time required for cooling the walls below the glass transition temperature so that the wall retains the shape imparted by the molding face;
  • the forming fluid escapes with a determined constant flow rate.
  • the invention also relates to a device for implementing the method produced according to the teachings of the invention, the device comprising:
  • a fixed support intended to receive the neck of the preform, means for blowing the forming fluid into the neck of the preform;
  • At least one radially movable matrix which carries the movable molding face
  • each mobile matrix comprises means for holding the moving face at a predetermined temperature.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a preform
  • FIG. 2 is a perspective view which schematically represents a device for implementing the forming method according to the teachings of the invention
  • FIG. 3 is a schematic axial sectional view which shows a first step of positioning the preform in the device of Figure 2;
  • - Figure 4 is a view similar to that of Figure 3 which shows a second stretch-blow molding step of the preform
  • - Figure 5 is a view similar to that of Figure 3 which shows a third forming step of the preform
  • Figure 6 is a view similar to that of Figure 3 which shows a fourth ejection step of the final container.
  • FIG. 1 shows a preform 10A made of a thermoplastic material, such as polyethylene terephthalate or "PET".
  • the preform 10A is in the form of a vertical main "A" axis test tube. Its lower end is closed by a hemispherical bottom 12 while its upper end has an opening 14 which is delimited radially by a tubular collar 16 axis "A".
  • the lower end of the neck 16 has a flange 18 which separates the upper neck 16 from a lower body 20 comprising the bottom 12.
  • the body 20 of the preform 10A is intended to be shaped into a final container 10C, shown in Figure 7, by implementing a method which will be explained in more detail later.
  • preform 10A "intermediate container 10B” and “final container 10C” refer to the same container according to its shape during the forming process.
  • the neck 16 and the flange 18 of the preform 10A already have their final shape. In this respect, they will not be deformed during the implementation of the method.
  • the preform 10A is generally obtained by an injection molding process of the thermoplastic material by the bottom 12.
  • the bottom 12 comprises, at the injection site, an irregular point portion which will be called hereinafter "injection point 22 ".
  • the material constituting the body 20, the neck 16 and the flange 18 of the preform 10A thus obtained has a so-called “amorphous” state, in which the material is rigid.
  • the material goes into a "vitreous” state in which it has a soft and viscous consistency allowing its stretching.
  • FIG. 2 There is shown in Figure 2 a device 24 for implementing a forming process of the final container 10C from the preform 10A.
  • the device 24 comprises a support 26 which will serve for the fixed reference sequence.
  • the support 26 is intended to receive the neck 16 of the preform 10A.
  • the preform 10A is shown in broken lines.
  • the support 26 is a horizontal plate which has a circular orifice 28 in which is inserted the body 20 of the preform 10A.
  • the diameter of the orifice 28 is smaller than the outside diameter of the collar 18 so that the flange 18 is supported on the upper face of the support 26 while the body 20 of the preform extends freely under the support 26.
  • the support 26 is divided into two parts that can be spaced transversely from one another.
  • the line of joint between the two parts intersects the orifice 28 in two equal halves. This ensures the ejection of the final container 10C at the end of the process, the final shape of the body 20 does not allow its passage through the orifice 28 when the two parts are assembled.
  • the support is formed by a clamp or by any other means capable of holding the neck fixed during the process while leaving the body of the preform free.
  • the device 24 also comprises means 30 for blowing a press forming fluid into the neck 16 of the preform 10A.
  • the blowing means 30 are thus equipped with a nozzle 32 which has a nose 34 which is arranged coaxially with the axis "A" of the preform 10A when the latter is in position on the support 26.
  • the nozzle 32 is slidably mounted between an upper rest position, shown in Figure 2, to allow the positioning or withdrawal of the preform 10A, and a lower blowing position, shown in Figure 3, wherein the nose 34 of the nozzle 32 is connected to sealingly with the opening 14 of the neck 16.
  • the nose 34 here has a bell shape which is intended to encompass the neck 16.
  • the lower edge of the bell is intended to be applied in a sealed manner against the upper face of the support 26.
  • the nose is intended to be inserted in a sealed manner in the neck in the manner of a plug.
  • the nozzle 32 is connected to a controlled source 36 of pressurized fluid.
  • the fluid is for example formed by compressed air at 5 bar.
  • a vertical drawing rod 38 is mounted vertically sliding in the nozzle 34, coaxially with the axis "A" of the preform 10A when the latter is positioned on the support 26.
  • the drawing rod 38 has a free lower end 40 which is intended to be inserted into the preform 10A by its neck 16 as will be explained in more detail later. The sliding of the rod 38 is thus controlled between a retracted upper position and an extended lower end position.
  • the controlled means for moving the drawing rod 38 are already well known and will not be described. This is for example a piston or a linear motor.
  • the device 24 further comprises two transversely movable matrixes 42 which are mounted beneath the support 26, at the body 20 of the preform 10A positioned on the support 26.
  • Each matrix carries a movable molding face 44 which extends globally. in a vertical longitudinal plane.
  • the movable molding faces 44 are arranged vis-à-vis one another, transversely on either side of the axis "A".
  • the matrices 42 are transversely controlled in translation between:
  • the dies 42 are for example controlled in displacement by pistons of which only a push rod is shown.
  • the pistons are replaced by linear electric motors.
  • the device 24 also comprises a molding face 46 which is arranged under the support 26, at the right of the orifice 28.
  • This molding face 46 here has a shape of longitudinal edge. It is carried by a wedge 48 of prismatic shape with a triangular base whose axis extends longitudinally.
  • the wedge 48 can be moved in vertical translation between an upper position of use, shown for example in Figure 3, and a lower rest position (not shown). This allows in particular to facilitate the ejection of the final container 10C at the end of the process by removing the corner 48 of the final container 10C.
  • the wedge 48 is intended to occupy its position of use during the forming steps of the forming process.
  • the molding face 46 carried by the wedge 48 will be qualified hereafter and in the claims of face 46 fixed molding because it is the deformed wall of the intermediate container 10B which is intended to move to come into contact with the fixed face 46 of molding.
  • the method of forming the final container 10C made of thermoplastic material by stretch-blow molding from a preform 10A with reference to FIGS. 3 to 6 is described. This forming method is implemented by the device 24 previously described.
  • a first step “E1" for positioning the preform 10A thus heated is shown in FIG. 3.
  • the nozzle 32 and the wedge 48 each occupy their rest position, while the dies 42 occupy their position. 'waiting.
  • the orifice 28 of the support 26 is thus accessible to receive the preform 10A.
  • the two parts of the support 26 are separated to receive the preform 10A, then the two parts are closed.
  • a second free expansion step “E2" of the body 20 of the preform 10A is triggered, as illustrated in FIG. 4.
  • the press forming fluid is then injected via the nozzle 32 with a constant pressure into the preform 10A during a blowing operation.
  • the pressure inside the body 20 of the preform 10A then becomes greater than the pressure outside the body 20.
  • the material constituting the walls of the body 20 being in a "vitreous" state, this pressure difference causes an expansion of the body 20 by deformation of its wall which stretches in the form of a bubble.
  • the neck 16 and the collar 18 of the preform 10A remain rigid, which allows them to be held in a fixed position on the support 26.
  • the forming fluid is injected at a pressure of less than 20 bar, more advantageously less than 10 bar, in particular at a pressure of 5 bar.
  • the pressure of the forming fluid is constant throughout the blowing operation.
  • the pressure of the blowing fluid varies with time so as to improve the shaping repeatability.
  • the preform 10A also undergoes a drawing operation.
  • the stretching rod 38 is introduced axially into the preform 10A through its neck 16 so as to stretch the body axially by pushing the bottom 12 of the preform 10A downwards relative to the neck 16 which remains. fixed. This makes it possible to vertically stretch the material constituting the wall, especially in an area located just below the collar 18.
  • the preform 10A is then shaped into an intermediate container 10B whose body 20 forms a bubble.
  • This second step “E2" of free expansion continues as long as the outer face of the wall of the body 20 of the intermediate container 10B does not come into contact with any face.
  • the wall of the body 20 is deformed freely, that is to say without contact with a molding face.
  • drawing operation is likely to start slightly before or after the start of the blowing operation, the essential point being that these two operations overlap so as to obtain a simultaneous stretching of the material in both directions .
  • a third "E3" shaping step is then triggered.
  • this third step "E3" at least a first portion 50, 52 of the deformed wall of the body 20 enters into contact with at least one face 44, 46 of molding to give the container 10C its final shape.
  • This third step “E3” is broken down here into a first phase “E3-1” passive conforming, as shown in Figure 5, and a second phase “E3-2" of active shaping, as shown in Figure 6.
  • the bottom portion 50 corresponds to the bottom 12 of the preform 10A and thus comprises the injection point 22.
  • the bottom portion 50 contacts the fixed casting face 46, while the remainder of the body 20 continues its free expansion on either side of the wedge 48.
  • the bottom portion 50 which touches the fixed casting face 46 is cooled below its glass transition temperature "Tg", thereby fixing the shape of the impression of said fixed molding face 46.
  • the dies 42 still occupy their waiting position in which the moving faces 44 of molding are not in contact with the deformed wall of the body 20, as shown in FIG. figure 5.
  • the dies 42 are then simultaneously controlled to their extreme molding position in which the movable molding faces 44 crush transversely the deformed wall of the body 20 so as to reduce the volume of the bubble.
  • the faces 44 thus come into contact with opposite side portions 52 of the deformed wall of the body 20.
  • the displacement of the dies 42 is fast enough that the material constituting the lateral portions 52 undergo stretching without tearing.
  • the pressurized forming fluid contained in the container 10B is discharged with a determined flow rate which is controlled for example by a valve (not shown) exhaust.
  • the forming fluid escapes through the nozzle 32.
  • the exhaust flow of the forming fluid is controlled so that the pressure inside the body remains high enough to maintain the deformed wall firmly pressed against the molding face for the time necessary for the wall to retain the shape imparted by the molding face.
  • the pressure inside the preform decreases slowly, or even increases before going down, so as to allow the wall portions 50, 52 in contact with the molding faces 44, 46 to strongly fix the impression of the molding faces.
  • the plating of the wall portions 50, 52 against the molding faces 44, 46 is thus maintained for the time necessary for the cooling of the walls below the glass transition temperature "Tg".
  • the exhaust flow rate is here fixed at a constant value, for example by a valve or by a passage restriction, so as to be less than the speed of volume variation of the container when the body 20 is crushed between the two dies 42 .
  • At least a second part 54, called “free" of the deformed wall of the final container 10C does not come into contact with any molding face at least until the temperature of the body drops below its temperature “Tg "vitreous transition.
  • the free second portion 54 never comes into contact with a molding face.
  • This container has two flat flanks 52 corresponding to the lateral portions 52 in contact with the movable faces 44 for molding the dies.
  • a lower bottom 50 of the final container has a convex fold shape whose edge corresponds to the bottom portion 50 which has been in contact with the fixed casting face 46.
  • the vertical dimension between the bottom 50 and the neck 16 is controlled during the process by the presence of the corner 48.
  • the vertical sides 54 of the container corresponding to the second parts 54 remained free, connect the two sides 52 between them. These sides 54 are the wall portions that have not been in contact with molding faces.
  • Tg glass transition temperature
  • thermoplastic material constituting the final container 10C has a sufficient elasticity to allow the folds of the sides 54 and the bottom 50 to form bellows which are capable of allowing a transverse spacing of the two sides 52 with respect to each other when the 10C container is filled with liquid.
  • Such a container 10C thus forms a flexible pouch whose neck 16 is made integral with the body 20.
  • This pouch is intended to receive liquid or viscous products that can be ejected by pressing the flanks 52 one against each other.
  • the neck 16 is advantageously provided with a thread which makes it possible to cap the container 10C with a plug (not shown), thus allowing it to be closed.
  • the forming fluid is injected at a very low pressure into the preform 10A with respect to the pressures normally required for blow molding.
  • corner 50 can also be equipped with similar temperature maintenance means. These means thus make it possible to maintain the faces 44, 48 of molding at a temperature suitable for forming the container, particularly when the containers are made in high frequency series.
  • this method makes it possible to obtain a flexible pouch-shaped container which is made in one piece with its neck.
  • the method can be used to make containers with different shapes of a pocket.
  • the method can implement more than two movable molding faces that are not necessarily arranged vis-à-vis each other.
  • this method saves material compared to already known forming methods.
  • the conventional containers made according to methods of the state of the art must be rigid and they therefore have a relatively thick wall.
  • the flexible pouch obtained by the method according to the invention can be made with walls finer than conventional containers, which allows a saving of material not insignificant.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Blow-Moulding Or Thermoforming Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de formage d'un récipient (10C) par étirage-soufflage à partir d'une préforme (10A), le procédé comportant : - une première étape (E1) de positionnement de la préforme (10A) sur un support (26) fixe; - une deuxième étape (E2) d'expansion libre de la préforme (10A) par étirage-soufflage, la préforme (10A) étant ainsi conformée en un récipient (10B) intermédiaire en forme de bulle; - une troisième étape (E3) de conformage au cours de laquelle au moins une première partie (50, 52) de la paroi déformée de la préforme (10A) entre en contact avec au moins une face (44, 46) de moulage; caractérisé en ce qu'une deuxième partie (54) de la paroi déformée du récipient (10B) intermédiaire n'entre en contact avec aucune face de moulage jusqu'au refroidissement du récipient (10C) final au-dessous de sa température (Tg) de transition vitreuse.

Description

"Procédé de formage d'un récipient par étirage-soufflage dans lequel une partie de paroi du récipient n'est pas moulée"
L'invention concerne un procédé de formage d'un récipient final en matériau thermoplastique par étirage-soufflage à partir d'une préforme dont un corps est chauffé au delà de sa température de transition vitreuse.
L'invention concerne plus particulièrement un procédé de formage d'un récipient final en matériau thermoplastique par étirage-soufflage à partir d'une préforme dont un corps est chauffé au delà de sa température de transition vitreuse, le procédé comportant :
- une première étape de positionnement d'un col de la préforme sur un support fixe ;
- une deuxième étape d'expansion libre au cours de laquelle un fluide de formage sous pression est injecté dans la préforme de manière à en déformer le corps chaud et au cours de laquelle une tige d'étirage est introduite axialement dans la préforme de manière à étirer axialement le corps en écartant axialement un fond de la préforme par rapport au col, la préforme étant ainsi conformée en un récipient intermédiaire en forme de bulle ;
- une troisième étape de conformage au cours de laquelle au moins une première partie de la paroi déformée de la préforme entre en contact avec au moins une face de moulage pour conférer au récipient sa forme finale, au moins une deuxième partie de la paroi déformée du récipient intermédiaire n'entrant en contact avec aucune face de moulage au moins jusqu'au refroidissement du récipient final au-dessous de sa température de transition vitreuse.
De manière connue, les dispositifs de formage de ce type permettent de réaliser des récipients, tels que des bouteilles, à partir de préformes en matériau thermoplastique. Dans la suite de la description et dans les revendications, dans sa forme initiale, le récipient sera appelé préforme, dans sa forme intermédiaire, le récipient sera appelé récipient intermédiaire, et dans sa forme finale, le récipient sera appelé récipient final.
Le corps de la préforme est préalablement chauffé au-delà de sa température de transition vitreuse afin d'en rendre la paroi suffisamment malléable.
Le col de la préforme présente déjà sa forme définitive. A cet égard, le matériau constituant le col est maintenu à une température inférieure à sa température de transition vitreuse afin d'éviter toute déformation du col durant le procédé.
La préforme ainsi chauffée est insérée dans la cavité de moulage d'un moule, le col de la préforme reposant sur une platine supérieure du moule formant support.
La cavité de moulage présente des faces de moulage formant l'empreinte du récipient final. Les faces de moulage sont déjà dans une position de moulage dés le début du procédé. Les faces de moulage demeurent ainsi fixes par rapport au support durant tout le procédé.
Puis, une tuyère de soufflage injecte un fluide de formage, généralement de l'air, sous une première pression dans la préforme afin que les parois de cette dernière se rapprochent des faces de la cavité de moulage.
Cette opération de soufflage est généralement accompagnée d'une opération d'étirage au cours de laquelle une tige d'étirage est insérée dans la préforme afin d'étirer axialement les parois malléables du corps.
Ces deux opérations combinées d'étirage et de soufflage permettent d'étirer la paroi à la fois axialement et circonféren- tiellement. Ceci permet d'obtenir un récipient final présentant des caractéristiques mécaniques adaptées à l'usage du récipient. La préforme est alors conformée en un récipient intermédiaire en forme de bulle. En poursuivant l'injection de fluide de soufflage, la bulle continue son expansion jusqu'à venir toucher les faces fixes de moulage.
Un fluide de soufflage à une deuxième pression plus élevée est alors injecté dans le récipient intermédiaire afin de plaquer très fortement la totalité de la paroi déformée du corps contre la face fixe de moulage.
Le contact avec la face fixe de moulage refroidit la paroi déformée au-dessous de sa température de transition vitreuse, fixant ainsi la forme définitive du récipient final.
Un tel procédé donne généralement satisfaction pour obtenir des récipients finaux dont les dimensions doivent être très précises.
Néanmoins, un tel procédé est très onéreux car il nécessite de réaliser des faces de moulage complexes.
En outre, le moule est un élément massif qu'il est difficile de manipuler.
De plus, le fluide de soufflage doit être injecté dans la préforme à des pressions très élevées. Ceci entraîne des consommations d'énergie élevées, notamment lors de la production de récipients en grandes séries. La première pression d'injection est par exemple de l'ordre de 20 bars, tandis que la deuxième pression d'injection est de l'ordre de 40 bars.
Pour résoudre notamment ces problèmes, l'invention propose un procédé du type décrit précédemment, caractérisé en ce que la troisième étape comporte une étape de conformage actif au cours de laquelle au moins une face de moulage dite "mobile" est déplacée par rapport au support entre :
- une position d'attente dans laquelle elle n'est pas en contact avec la paroi déformée du corps ; - et une position extrême de moulage dans laquelle elle écrase une partie de la paroi déformée du corps de manière à réduire le volume du récipient intermédiaire.
Selon d'autres caractéristiques du procédé :
- au cours de la phase de conformage actif de la troisième étape, au moins deux faces opposées de moulage sont déplacées simultanément l'une vers l'autre selon une direction radiale de manière à écraser le corps du récipient intermédiaire, les deux faces de moulage étant écartées radialement l'une de l'autre dans leur position extrême de moulage de manière que les parties de paroi écrasées n'entrent pas en contact l'une avec l'autre ;
- la phase de conformage actif est déclenchée après la fin de l'injection du fluide de formage sous pression dans le récipient ;
- la troisième étape comporte une phase de conformage passif, qui précède la phase de conformage actif, et au cours de laquelle l'injection de fluide de formage sous pression commencée lors de la deuxième étape se poursuit et au cours de laquelle une partie de la paroi déformée du récipient intermédiaire entre en contact avec une face de moulage dite "fixe" qui est immobile par rapport au support ;
- le fluide de formage est injecté à une pression constante inférieure à 20 bars ;
- le fluide de formage est injecté à une pression inférieure à 10 bars, notamment à une pression de 5 bars ;
- lors de la phase de conformage actif de la troisième étape, le débit d'échappement du fluide de formage est commandé de manière que, à l'issue du déplacement de la face mobile de moulage, la pression à l'intérieur du corps reste suffisamment élevée pour maintenir la paroi déformée fermement plaquée contre la face mobile de moulage pendant la durée nécessaire le temps nécessaire au refroidissement des parois au-dessous de la température de transition vitreuse pour que la paroi conserve la forme conférée par la face de moulage ;
- lors de la troisième étape, le fluide de formage s'échappe avec un débit constant déterminé.
L'invention concerne aussi un dispositif de mise en œuvre du procédé réalisé selon les enseignements de l'invention, le dispositif comportant :
- un support fixe destiné à recevoir le col de la préforme, des moyens de soufflage du fluide de formage dans le col de la préforme ;
- une tige d'étirage coulissante axialement ;
- au moins une matrice mobiles radialement qui porte la face mobile de moulage,
caractérisé en ce que chaque matrice mobile comporte des moyens de maintien de la face mobile à une température déterminée.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective qui représente une préforme ;
- la figure 2 est une vue en perspective qui représente schématiquement un dispositif de mise en œuvre du procédé de formage selon les enseignements de l'invention ;
- la figure 3 est une vue schématique en coupe axiale qui représente une première étape de positionnement de la préforme dans le dispositif de la figure 2 ;
- la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 3 qui représente une deuxième étape d'étirage-soufflage de la préforme ; - la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 3 qui représente une troisième étape de conformage de la préforme ;
- la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 3 qui représente une quatrième étape d'éjection du récipient final.
Pour la suite de la description, des éléments présentant une structure identique ou des fonctions analogues seront désignés par des mêmes numéros de référence.
Pour la suite de la description, on adoptera à titre non limitatif des orientations :
- longitudinale dirigée d'arrière en avant comme indiqué par la flèche "L" des figures ;
- verticale dirigée de bas en haut selon l'orientation de l'axe principal de la préforme comme indiqué par la flèche "V" des figures ;
- transversale dirigée de gauche à droite comme indiqué par la flèche "T" des figures.
On a représenté à la figure 1 une préforme 10A réalisée en un matériau thermoplastique, tel que du polyéthylène téréphtalate ou "PET". La préforme 10A présente la forme d'un tube à essai d'axe "A" principal vertical. Son extrémité inférieure est fermée par un fond 12 hémisphérique tandis que son extrémité supérieure comporte une ouverture 14 qui est délimitée radialement par un col 16 tubulaire d'axe "A".
L'extrémité inférieure du col 16 comporte une collerette 18 qui sépare le col 16 supérieur d'un corps 20 inférieur comprenant le fond 12.
Le corps 20 de la préforme 10A est destiné à être conformé en un récipient 10C final, représenté à la figure 7, par la mise en œuvre d'un procédé qui sera expliqué plus en détails par la suite.
Par la suite les termes "préforme 10A", "récipient 10B intermédiaire" et "récipient 10C final" se rapportent au même récipient selon sa forme au cours du procédé de formage. Le col 16 et la collerette 18 de la préforme 10A présentent déjà leur forme définitive. A cet égard, ils ne seront pas déformés lors de la mise en œuvre du procédé.
La préforme 10A est généralement obtenu par un procédé de moulage par injection du matériau thermoplastique par le fond 12. Le fond 12 comporte, à l'endroit d'injection, une portion irrégulière ponctuelle qui sera appelée par la suite "point d'injection 22".
Le matériau constituant le corps 20, le col 16 et la collerette 18 de la préforme 10A ainsi obtenue présente un état dit "amorphe", dans lequel le matériau est rigide. En chauffant ce matériau "amorphe" au-delà d'une température "Tg" dite "de transition vitreuse", le matériau passe dans un état "vitreux" dans lequel il présente une consistance molle et visqueuse permettant son étirement.
Il est connu de préparer la préforme 10A avant la mise en œuvre du procédé en chauffant le corps 20 au-delà de sa température "Tg" de transition vitreuse, tandis que le col 16 et la collerette 18 sont maintenus à une température inférieure à leur température "Tg" de transition vitreuse pour éviter leur déformation.
On a représenté à la figure 2 un dispositif 24 destiné à mettre en œuvre un procédé de formage du récipient 10C final à partir de la préforme 10A.
Le dispositif 24 comporte un support 26 qui servira pour la suite de référence fixe. Le support 26 est destiné à recevoir le col 16 de la préforme 10A. La préforme 10A est représentée en traits interrompus.
Plus particulièrement, dans le mode de réalisation représenté aux figures, le support 26 est une plaque horizontale qui présente un orifice 28 circulaire dans lequel est inséré le corps 20 de la préforme 10A. Le diamètre de l'orifice 28 est inférieur au diamètre extérieur de la collerette 18 de manière que la collerette 18 soit en appui sur la face supérieure du support 26 tandis que le corps 20 de la préforme s'étend librement sous le support 26.
Le support 26 est divisé en deux parties qui sont susceptibles d'être écartées transversalement l'une de l'autre. La ligne de joint entre les deux parties coupe l'orifice 28 en deux moitiés égales. Ceci permet d'assurer l'éjection du récipient 10C final à l'issue du procédé, la forme finale du corps 20 ne permettant pas son passage à travers l'orifice 28 lorsque les deux parties sont assemblées.
En variante, le support est formé par une pince ou par tout autre moyen susceptible de maintenir le col fixe pendant le procédé tout en laissant le corps de la préforme libre.
Le dispositif 24 comporte aussi des moyens 30 de soufflage d'un fluide de formage sous pression dans le col 16 de la préforme 10A.
Les moyens 30 de soufflage sont ainsi équipés d'une tuyère 32 qui comporte un nez 34 qui est agencé coaxialement à l'axe "A" de la préforme 10A lorsque cette dernière est en position sur le support 26. La tuyère 32 est montée coulissante entre une position supérieure de repos, représentée à la figure 2, pour permettre le positionnement ou le retrait de la préforme 10A, et une position inférieure de soufflage, représentée à la figure 3, dans laquelle le nez 34 de la tuyère 32 est raccordée de manière étanche avec l'ouverture 14 du col 16.
Le nez 34 présente ici une forme de cloche qui est destinée à englober le col 16. Le bord inférieur de la cloche est destiné à être appliqué de manière étanche contre la face supérieure du support 26.
En variante, le nez est destiné à être inséré de manière étanche dans le col à la manière d'un bouchon. La tuyère 32 est raccordée à une source 36 commandée de fluide sous pression. Le fluide est par exemple formé par de l'air comprimé à 5 bars.
Une tige 38 verticale d'étirage est montée coulissante verticalement dans la tuyère 34, coaxialement à l'axe "A" de la préforme 10A lorsque cette dernière est positionnée sur le support 26. La tige 38 d'étirage présente une extrémité 40 inférieure libre qui est destinée à être insérée dans la préforme 10A par son col 16 comme cela sera expliqué plus en détails par la suite. Le coulissement de la tige 38 est ainsi commandé entre une position supérieure rétractée, et une position extrême inférieure étendue.
Les moyens commandés de mise en mouvement de la tige 38 d'étirage sont déjà bien connus et ne seront pas décrits. Il s'agit par exemple d'un piston ou d'un moteur linéaire.
Le dispositif 24 comporte en outre deux matrices 42 mobiles transversalement qui sont montées au-dessous du support 26, au niveau du corps 20 de la préforme 10A positionnée sur le support 26. Chaque matrice porte une face 44 mobile de moulage qui s'étend globalement dans un plan longitudinal vertical. Les faces 44 mobiles de moulage sont agencées en vis-à-vis l'une de l'autre, transversalement de part et d'autre de l'axe "A".
Les matrices 42 sont commandées transversalement en translation entre :
- une position d'attente dans laquelle elles sont écartées l'une de l'autre ;
- et une position extrême de moulage dans laquelle elles sont rapprochées transversalement l'une de l'autre, un jeu transversal étant néanmoins réservé entre les deux faces 44 de moulage de manière qu'aucune d'elles ne vienne en contact avec la tige 38 d'étirage dans sa position d'étirage. Les matrices 42 sont par exemple commandés en déplacement par des pistons dont seule une tige de poussée est représentée.
En variante les pistons sont remplacés par des moteurs électriques linéaires.
Le dispositif 24 comporte aussi une face 46 de moulage qui est agencée sous le support 26, au droit de l'orifice 28. Cette face 46 de moulage présente ici une forme d'arête longitudinale. Elle est portée par un coin 48 de forme prismatique à base triangulaire dont l'axe d'étend longitudinalement.
Le coin 48 est susceptible d'être déplacé en translation verticale entre une position supérieure d'utilisation, représentée par exemple à la figure 3, et une position inférieure de repos (non représentée). Ceci permet notamment de faciliter l'éjection du récipient 10C final en fin de procédé en écartant le coin 48 du récipient 10C final.
Comme cela sera expliqué ultérieurement, le coin 48 est destiné à occuper sa position d'utilisation durant les étapes de formage du procédé de formage. A cet égard, la face 46 de moulage portée par le coin 48 sera qualifiée par la suite et dans les revendications de face 46 fixe de moulage car c'est la paroi déformée du récipient 10B intermédiaire qui est destinée à se déplacer pour venir en contact avec la face 46 fixe de moulage.
On décrit à présent le procédé de formage du récipient 10C final en matériau thermoplastique par étirage-soufflage à partir d'une préforme 10A en référence aux figures 3 à 6. Ce procédé de formage est mis en œuvre par le dispositif 24 précédemment décrit.
Comme expliqué, préalablement à la première étape du procédé de formage, le corps 20 de la préforme 10A a été chauffé au delà de sa température "Tg" de transition vitreuse tandis que la température du col reste inférieure à ladite température "Tg" de transition vitreuse. Une première étape "E1" de positionnement de la préforme 10A ainsi chauffée est représentée à la figure 3. Au début de cette étape, la tuyère 32 et le coin 48 occupent chacun leur position de repos, tandis que les matrices 42 occupent leur position d'attente. L'orifice 28 du support 26 est ainsi accessible pour recevoir la préforme 10A. Les deux parties du support 26 sont écartées pour recevoir la préforme 10A, puis les deux parties sont refermées.
Puis, la tuyère 32 est descendue vers sa position inférieure de soufflage, tandis que le coin est remonté vers sa position d'utilisation comme cela est représenté à la figure 3.
A l'issue de cette première étape "E1", une deuxième étape "E2" d'expansion libre du corps 20 de la préforme 10A est déclenchée, comme illustré à la figure 4.
Le fluide de formage sous pression est alors injecté par l'intermédiaire de la tuyère 32 avec une pression constante dans la préforme 10A lors d'une opération de soufflage. La pression à l'intérieur du corps 20 de la préforme 10A devient alors supérieure à la pression à l'extérieur du corps 20. Le matériau constituant les parois du corps 20 étant dans un état "vitreux", cette différence de pression entraîne une expansion du corps 20 par déformation de sa paroi qui s'étire en forme de bulle. Le col 16 et la collerette 18 de la préforme 10A restent rigide, ce qui permet leur maintient en position fixe sur le support 26.
Tout au long de l'opération de soufflage, le fluide de formage est injecté à une pression inférieure à 20 bars, plus avantageusement inférieure à 10 bars, notamment à une pression de 5 bars.
Dans le mode de réalisation représenté aux figures, la pression du fluide de formage est constante tout au long de l'opération de soufflage. En variante non représentée de l'invention, la pression du fluide de soufflage varie avec le temps de manière à améliorer la répétabilité de formage.
Simultanément à cette opération de soufflage, la préforme 10A subit aussi une opération d'étirage. Au cours de cette opération, la tige 38 d'étirage est introduite axialement dans la préforme 10A par son col 16 de manière à étirer axialement le corps en poussant axialement le fond 12 de la préforme 10A vers le bas par rapport au col 16 qui reste fixe. Ceci permet d'étirer verticalement le matériau constituant la paroi, notamment dans une zone située juste au-dessous de la collerette 18.
Une telle opération d'étirage réalisée simultanément avec l'opération de soufflage permet ainsi d'obtenir un étirage dit "bi-orientation" de la paroi du corps 18.
La préforme 10A est alors conformée en un récipient 10B intermédiaire dont le corps 20 forme une bulle.
Cette deuxième étape "E2" d'expansion libre se poursuit tant que la face extérieure de la paroi du corps 20 du récipient 10B intermédiaire n'entre en contact avec aucune face. Ainsi, durant toute la deuxième étape "E2" d'expansion, la paroi du corps 20 est déformée librement, c'est-à-dire sans contact avec une face de moulage.
A l'issue de cette deuxième étape "E2", la préforme 10A étant ainsi conformée en un récipient 10B intermédiaire en forme de bulle comme illustré par la figure 4.
On comprendra que l'opération d'étirage est susceptible de commencer légèrement avant ou après le début de l'opération de soufflage, l'essentiel étant que ces deux opérations se chevauchent de manière à obtenir un étirement simultané de la matière dans les deux directions.
Une troisième étape "E3" de conformage est alors déclenchée. Au cours de cette troisième étape "E3", au moins une première partie 50, 52 de la paroi déformée du corps 20 entre en contact avec au moins une face 44, 46 de moulage pour conférer au récipient 10C sa forme finale.
Lors de cette troisième étape "E3" et jusqu'à la fin du procédé, au moins une deuxième partie 54 de la paroi déformée du corps 20 du récipient 10B intermédiaire n'entre en contact avec aucune face de moulage jusqu'au refroidissement du récipient 10C final au-dessous de sa température "Tg" de transition vitreuse.
Cette troisième étape "E3" se décompose ici en une première phase "E3-1" de conformage passif, comme illustré à la figure 5, et en une deuxième phase "E3-2" de conformage actif, comme illustré à la figure 6.
Lors de la première phase "E3-1" de conformage passif, l'opération de soufflage se poursuit de manière que l'expansion du corps 20 continue. Une partie 50 inférieure de fond de la paroi déformée du récipient 10B intermédiaire entre alors en contact avec la face 46 fixe de moulage. La face 46 fixe de moulage étant immobile par rapport au support 26 durant les deuxième et troisième étapes "E2, E3", c'est la paroi en expansion qui se déplace au contact de la face 46 fixe de moulage, comme ceci est illustré par les flèches de la figure 5.
La partie 50 de fond correspond au fond 12 de la préforme 10A et elle comporte ainsi le point 22 d'injection. La partie 50 de fond entre en contact avec la face 46 fixe de moulage, tandis que le reste du corps 20 continue son expansion libre de part et d'autre du coin 48. La partie 50 de fond qui touche la face 46 fixe de moulage se refroidit au-dessous de sa température "Tg" de transition vitreuse, fixant ainsi la forme de l'empreinte de ladite face 46 fixe de moulage.
La présence du coin 48 permet ainsi d'obtenir une dimension verticale précise entre la partie 50 de fond et le col 16 du récipient 10C final. Ainsi, tous les récipients 10C produit par ce procédé présenteront une dimension verticale sensiblement identique.
A l'issue de cette première phase "E3-1", l'opération de soufflage prend fin et la deuxième phase "E3-2" de conformage actif débute immédiatement. En d'autres termes, la phase "E3-2" de conformage actif est déclenchée après la fin de l'injection du fluide de formage sous pression dans le récipient 10B.
Au début de la deuxième phase "E3-2" de conformage actif, les matrices 42 occupent toujours leur position d'attente dans laquelle les faces 44 mobiles de moulage ne sont pas en contact avec la paroi déformée du corps 20, comme représenté à la figure 5.
Les matrices 42 sont alors commandées simultanément vers leur position extrême de moulage dans laquelle les faces 44 mobiles de moulage écrasent transversalement la paroi déformée du corps 20 de manière à réduire le volume de la bulle. Les faces 44 viennent ainsi en contact avec des parties 52 latérales opposées de la paroi déformée du corps 20.
Dans leur position extrême de moulage, le jeu transversal réservé entre les deux faces 44 mobiles de moulage permet d'éviter que les parties 52 latérales opposées de paroi écrasées n'entrent pas en contact l'une avec l'autre.
Le déplacement des matrices 42 est suffisamment rapide pour que le matériau constituant les parties 52 latérales subissent un étirement sans déchirement.
L'opération de soufflage étant terminée, le fluide de formage sous pression contenu dans le récipient 10B est évacué avec un débit déterminé qui est commandé par exemple par une vanne (non représentée) d'échappement. Le fluide de formage s'échappe en passant par la tuyère 32.
Le débit d'échappement du fluide de formage est commandé de manière que la pression à l'intérieur du corps reste suffisamment élevée pour maintenir la paroi déformée fermement plaquée contre la face de moulage pendant la durée nécessaire pour que la paroi conserve la forme conférée par la face de moulage. En d'autres termes, la pression à l'intérieur de la préforme baisse doucement, voire augmente avant de baisser, de manière à permettre au parties 50, 52 de paroi en contact avec les faces 44, 46 de moulage de fixer fortement l'empreinte des faces de moulage. Le plaquage des parties 50, 52 de paroi contre les faces 44, 46 de moulage est ainsi maintenu le temps nécessaire au refroidissement des paroi au-dessous de la température de transition vitreuse "Tg".
Le débit d'échappement est ici fixé à une valeur constante, par exemple par une vanne ou par une restriction de passage, de manière à être inférieur à la vitesse de variation de volume du récipient lorsque le corps 20 est écrasé entre les deux matrices 42.
Le contact des parties 52 latérales du corps 20 avec les faces 44 mobiles de moulage entraîne le refroidissement desdites parties 52 en-deçà de la température "Tg" de transition vitreuse.
Au moins une deuxième partie 54, dite "libre", de la paroi déformée du récipient 10C final n'entre en contact avec aucune face de moulage au moins jusqu'à ce que la température du corps redescende au-dessous de sa température "Tg" de transition vitreuse. Ici, la deuxième partie 54 libre n'entre jamais en contact avec une face de moulage.
II en résulte un récipient final tel que représenté à la figure
7. Ce récipient comporte deux flancs 52 plats correspondant aux parties 52 latérales en contact avec les faces 44 mobiles de moulage des matrices. Un fond 50 inférieur du récipient final présente une forme de pli convexe dont l'arête correspond à la partie 50 de fond qui a été en contact avec la face 46 fixe de moulage. La dimension verticale entre le fond 50 et le col 16 est maîtrisée pendant le procédé par la présence du coin 48. Les côtés 54 verticaux du récipient correspondant aux deuxièmes parties 54 restées libres, relient les deux flancs 52 entre eux. Ces côtés 54 sont les parties de paroi qui n'ont pas été en contact avec des faces de moulage. Lors du refroidissement du récipient 10C final au-dessous de sa température "Tg" de transition vitreuse, le matériau constituant ces côtés 54 s'est rétracté de manière à former un pli similaire à celui du fond 50 du récipient 10C final.
Le matériau thermoplastique constituant le récipient 10C final présente une élasticité suffisante pour permettre aux plis des côtés 54 et du fond 50 de former des soufflets qui sont susceptibles de permettre un écartement transversal des deux flancs 52 l'un par rapport à l'autre lorsque le récipient 10C est rempli de liquide.
Un tel récipient 10C forme ainsi une poche souple dont le col 16 est réalisé venu de matière avec le corps 20. Cette poche est destinée à recevoir des produits liquides ou visqueux qu'il est possible d'éjecter en pressant les flancs 52 l'un contre l'autre. Le col 16 est avantageusement muni d'un filetage qui permet de coiffer le récipient 10C d'un bouchon (non représenté), autorisant ainsi sa fermeture.
Le procédé réalisé selon les enseignements de l'invention permet ainsi de réaliser un récipient 10C de manière très peu onéreuse car il n'est pas nécessaire de prévoir un moule comportant une empreinte intégrale du récipient 10C final.
En outre, le fluide de formage est injecté à une pression très basse dans la préforme 10A par rapport aux pressions normalement requises pour le formage de récipients par soufflage.
En variante non représentée de l'invention, chaque matrice
42 mobile comporte des moyens de maintien de la face 44 mobile à une température déterminée. Il s'agit par exemple d'un circuit de circulation d'un fluide caloporteur. Le coin 50 peut aussi être équipé de moyens de maintien en température similaires. Ces moyens permettent ainsi de maintenir les faces 44, 48 de moulage à une température adaptée au formage du récipient, particulièrement lorsque les récipients sont réalisées en séries à fréquence élevée.
De plus, ce procédé permet d'obtenir un récipient en forme de poche souple qui est réalisé en une seule pièce avec son col.
On comprendra que le procédé peut être utilisé pour réaliser des récipients présentant des formes différentes d'une poche. Ainsi, le procédé peut mettre en œuvre plus de deux faces de moulage mobiles qui ne sont pas forcément agencées en vis-à-vis les unes des autres.
En outre, ce procédé permet d'économiser de la matière par rapport aux procédés de formage déjà connus. En effet, les récipients classiques réalisés selon des procédés de l'état de la technique doivent être rigide et ils présentent de ce fait une paroi relativement épaisse. La poche souple obtenue par le procédé selon l'invention peut être réalisée avec des parois plus fine que les récipients classiques, ce qui permet une économie de matière non négligeable.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de formage d'un récipient (10C) final en matériau thermoplastique par étirage-soufflage à partir d'une préforme (10A) dont un corps (20) est chauffé au delà de sa température (Tg) de transition vitreuse, le procédé comportant :
- une première étape (E1) de positionnement d'un col (16) de la préforme (10A) sur un support (26) fixe ;
- une deuxième étape (E2) d'expansion libre au cours de laquelle un fluide de formage sous pression est injecté dans la préforme (10A) de manière à en déformer le corps (20) chaud et au cours de laquelle une tige (38) d'étirage est introduite axialement dans la préforme (10A) de manière à étirer axialement le corps (20) en écartant axialement un fond (12) de la préforme (10A) par rapport au col (16), la préforme (10A) étant ainsi conformée en un récipient (10B) intermédiaire en forme de bulle ;
- une troisième étape (E3) de conformage au cours de laquelle au moins une première partie (50, 52) de la paroi déformée de la préforme (10A) entre en contact avec au moins une face (44, 46) de moulage pour conférer au récipient (10C) sa forme finale, au moins une deuxième partie (54) de la paroi déformée du récipient (10B) intermédiaire n'entrant en contact avec aucune face de moulage au moins jusqu'au refroidissement du récipient (10C) final au-dessous de sa température (Tg) de transition vitreuse,
caractérisé en ce que la troisième étape (E3) comporte une étape (E3-2) de conformage actif au cours de laquelle au moins une face (44) de moulage dite "mobile" est déplacée par rapport au support (26) entre :
- une position d'attente dans laquelle elle n'est pas en contact avec la paroi déformée du corps (20) ;
- et une position extrême de moulage dans laquelle elle écrase une partie (52) de la paroi déformée du corps (20) de manière à réduire le volume du récipient (10B) intermédiaire.
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'au cours de la phase (E3-2) de conformage actif de la troisième étape (E3), au moins deux faces (44) opposées de moulage sont déplacées simultanément l'une vers l'autre selon une direction radiale de manière à écraser le corps (20) du récipient (10B) intermédiaire, les deux faces (44) de moulage étant écartées radialement l'une de l'autre dans leur position extrême de moulage de manière que les parties (52) de paroi écrasées n'entrent pas en contact l'une avec l'autre,
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la phase (E3-2) de conformage actif est déclenchée après la fin de l'injection du fluide de formage sous pression dans le récipient (10B).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la troisième étape (E3) comporte une phase (E3-1) de conformage passif, qui précède la phase (E3-2) de conformage actif, et au cours de laquelle l'injection de fluide de formage sous pression commencée lors de la deuxième étape (E2) se poursuit et au cours de laquelle une partie (50) de la paroi déformée du récipient (10B) intermédiaire entre en contact avec une face (46) de moulage dite "fixe" qui est immobile par rapport au support (26).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide de formage est injecté à une pression constante inférieure à 20 bars.
6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le fluide de formage est injecté à une pression inférieure à 10 bars, notamment à une pression de 5 bars.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lors de la phase (E3-2) de conformage actif de la troisième étape (E3), le débit d'échappement du fluide de formage est commandé de manière que, à l'issue du déplacement de la face (44) mobile de moulage, la pression à l'intérieur du corps reste suffisannnnent élevée pour maintenir la paroi déformée fermement plaquée contre la face (44) mobile de moulage pendant la durée nécessaire le temps nécessaire au refroidissement des parois au-dessous de la température de transition vitreuse (Tg) pour que la paroi conserve la forme conférée par la face de moulage.
8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, lors de la troisième étape, le fluide de formage s'échappe avec un débit constant déterminé,
9. Dispositif (24) de mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, le dispositif (24) comportant :
- un support (26) fixe destiné à recevoir le col (16) de la préforme (10A), des moyens (32) de soufflage du fluide de formage dans le col (16) de la préforme (10A) ;
- une tige (38) d'étirage coulissante axialement ;
- au moins une matrice (42) mobiles radialement qui porte la face (44) mobile de moulage,
caractérisé en ce que chaque matrice (42) mobile comporte des moyens de maintien de la face (44) mobile à une température déterminée.
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