EP3720778B1

EP3720778B1 - Recipient a fond petaloïde

Info

Publication number: EP3720778B1
Application number: EP18803445.8A
Authority: EP
Inventors: Laurent NAVEAU; Sylvain Meillerais
Original assignee: Sidel Participations SAS
Current assignee: Sidel Participations SAS
Priority date: 2017-12-04
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2022-03-23
Anticipated expiration: 2038-11-21
Also published as: US20210197997A1; CN111448144A; FR3074482A1; US11390414B2; FR3074482B1; EP3720778A1; WO2019110301A1

Description

L'invention concerne le domaine des récipients, notamment bouteilles ou pots, fabriqués par soufflage ou étirage soufflage à partir d'ébauches (préformes ou récipients intermédiaires) en matière plastique telle que du polytéréphtalate d'éthylène (PET).
Un récipient comprend généralement un col ouvert, par lequel on remplit ou on vide celui-ci, un corps, qui confère au récipient son volume, et un fond qui ferme le corps à l'opposé du col et forme un socle destiné à assurer la tenue et le maintien du récipient lorsqu'il repose sur un support tel qu'une table.
Certains contenus, typiquement les boissons carbonatées, génèrent dans les récipients bouchés des pressions relatives élevées, qui atteignent ou dépassent couramment deux bars et demi.
Pour accueillir ce type de contenu, il est courant de munir les récipients de fonds pétaloïdes, qui comprennent des pieds en saillie, en forme de pétales, séparés par des portions de paroi convexe appelées creux ou vallées, qui s'étendent radialement depuis une zone centrale du fond. Les pieds sont destinés à assurer le maintien stable du récipient sur un support, tandis que les vallées sont destinées à absorber les efforts (thermiques et/ou mécaniques) exercés par le contenu.
Un fond pétaloïde, dont un exemple est proposé dans les documents de brevet publiés sous les numéros EP3059175 et WO 2014/174210 (Sidel ), est par construction plus résistant aux déformations qu'un fond ordinaire. Cependant, les conditions, notamment de température et d'humidité, auxquelles sont soumis certains récipients, amènent parfois la matière au-delà de sa limite d'élasticité, voire même jusqu'au point de rupture. On rencontre de telles conditions notamment dans certains pays chauds.
Ainsi, le stockage d'un récipient en plein soleil dilate le contenu et augmente sensiblement la pression relative à l'intérieur du récipient, jusqu'à atteindre ou dépasser quatre, voire cinq bars.
En outre, soumis à une atmosphère très chaude et humide (que l'on rencontre dans les pays tropicaux), le PET subit une reprise d'humidité importante qui diminue sa stabilité dimensionnelle.
Cela explique l'apparition de fissures dans le fond, au point que certains récipients se mettent parfois à fuir.
Une solution qui paraît évidente pour augmenter la résistance d'un fond pétaloïde est d'augmenter son épaisseur, c'est-à-dire la quantité de matière employée pour sa fabrication. Cependant on se heurte à deux difficultés. La première difficulté est la nécessité, pour des raisons économiques et environnementales, de maintenir la quantité de matière à un niveau raisonnable (il est même demandé aux fabricants de ne pas augmenter la quantité de matière, voire de la diminuer). La seconde difficulté est que l'augmentation de l'épaisseur du fond modifie ses conditions de formage et nécessite, pour obtenir une bonne prise d'empreinte, d'augmenter la pression de soufflage du récipient.
Un objectif de la présente invention est par conséquent de proposer un récipient à fond pétaloïde dont la forme le rende plus performant mécaniquement, et plus précisément plus résistant aux déformations lorsqu'il est soumis à des conditions de température et/ou d'humidité élevée.
A cet effet, il est proposé un récipient en matière plastique comprenant un corps et un fond pétaloïde qui se raccorde au corps par une périphérie, le fond ayant un axe central de symétrie et comprenant :

un dôme central qui fait saillie vers l'intérieur du récipient, délimité par un bord externe circulaire qui s'étend à une distance R1 de l'axe central ;
une série de pieds en saillie vers l'extérieur du récipient, qui rayonnent chacun à partir du dôme central et présentent chacun un sommet éloigné radialement du dôme central et un chemin de crête qui s'étend du bord externe du dôme central jusqu'au sommet ;
une série de vallées formées chacune en creux entre deux pieds successifs, chaque vallée rayonnant à partir d'une extrémité interne jusqu'à la périphérie ;

chaque chemin de crête présente :
- une section interne, qui s'étend du bord externe du dôme jusqu'à une jonction qui s'étend à une distance R2 de l'axe central, cette section interne ayant, dans un plan radial médian du pied, une première cambrure ;
- une section externe qui s'étend à partir de la jonction dans le prolongement tangent de la section interne et jusqu'au sommet, cette section externe ayant, dans le plan radial médian du pied, une deuxième cambrure supérieure à la première cambrure ;
la position de la jonction entre la section interne et la section externe est en lien de dépendance avec la taille du dôme central de sorte que les distances R1 et R2 sont dans un rapport tel que : $45 % \leq R 1 / R 2 \leq 60 %$

Une telle structure confère au fond une résistance, notamment thermo-mécanique, plus élevée que celle des fonds pétaloïdes connus, et rend, à quantité de matière équivalente, le fond plus résistant aux conditions de température et/ou d'humidité élevée, rencontrées notamment dans les pays tropicaux.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison. Ainsi, par exemple :

Le rapport R1/R2 peut être compris entre 45% et 55%.
Le récipient ayant une capacité volumique de 1,5 l, le rapport R1/R2 est d'environ 50%.
Le sommet de chaque pied s'étend à une distance R3 de l'axe central et les distances R1 et R3 sont dans un rapport tel que : $25 % \leq R 1 / R 3 \leq 35 %$
Pour un récipient ayant une capacité volumique de 1,5 l, les distances R1 et R3 sont avantageusement dans un rapport R1/R3 d'environ 27%.
L'extrémité interne de chaque vallée est espacée du bord externe du dôme central, d'une distance E.
Cette distance E et les distances R1 et R2 sont avantageusement dans une relation telle que 45% ≤ E/(R2-R1) ≤ 55%, avec de préférence E/(R2-R1) ≅ 50%.
Le fond présente un congé de raccordement entre l'extrémité interne de chaque vallée et le bord externe du dôme central.
A la jonction entre la section interne et la section externe, le chemin de crête présente une largeur L1, et à distance R2 de l'axe central la vallée présente une largeur L2 telle que 60% ≤ L1/L2 ≤ 210%.
Pour un récipient ayant une capacité volumique de 1,5 l, les largeurs L1 et L2 sont de préférence égales ou sensiblement égales.
A distance R2 de l'axe central, un point médian du chemin de crête et un point médian de la vallée sont espacés, d'une part, axialement, d'une distance H et d'autre part, dans un plan transversal perpendiculaire à l'axe central, d'une distance G, telles que 20% ≤ H/G ≤ 30%.
Pour un récipient ayant une capacité volumique de 1,5 l, les distances H et G sont avantageusement dans un rapport H/G d'environ 25%.
La section externe du chemin de crête est de préférence droite, et forme avec un plan transversal perpendiculaire à l'axe central un angle compris entre 21° et 24°, et par ex. d'environ 22,5°.

D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description d'un mode de réalisation, faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels :

La FIG.1 est une vue en perspective, par-dessous, d'un récipient pourvu d'un fond pétaloïde ;
La FIG.2 est une vue de détail, en perspective, montrant le fond à plus grande échelle ;
La FIG.3 est une vue en plan du fond du récipient ;
La FIG.4 est un vue en coupe du fond de la FIG.3, selon le plan de coupe IV-IV ;
La FIG.5 est une vue de détail, à plus grande échelle, du fond de la FIG.3, prise dans le médaillon V ;
La FIG.6 est une vue de détail en coupe du fond faite dans un plan radial médian d'un pied ;
La FIG.7 est une vue de détail en coupe du fond faite dans un plan radial médian d'une vallée.

Sur la FIG.1 est représenté, en perspective par-dessous, un récipient 1 en matière plastique (il s'agit en l'occurrence d'une bouteille). Le récipient 1 est obtenu par formage (soufflage ou étirage soufflage) à partir d'une préforme en polymère thermoplastique, par ex. en polytéréphtalate d'éthylène (PET). Avant le formage, la préforme est préalablement chauffée pour que la matière atteigne une température supérieure à sa température de transition vitreuse (laquelle est d'environ 80°C dans le cas du PET).
Le récipient 1 s'étend selon un axe X central. Il comprend une paroi latérale appelée corps 2, et un fond 3 pétaloïde qui ferme le récipient 1 à une extrémité inférieure du corps 2.
Le fond 3 présente une périphérie 4 par laquelle il se raccorde au corps 2. Le fond 3 présente un axe central de symétrie qui, dans la configuration présentée, est confondu avec l'axe X central du récipient 1.
Le fond 3 comprend, en premier lieu, un dôme 5 central qui fait saillie vers l'intérieur du récipient 1. Dans l'exemple illustré, le dôme 5 se présente sous forme d'une calotte torique ou hémisphérique, dont la concavité est tournée vers l'extérieur du récipient 1.
Au centre du dôme 5 s'étend, en saillie axiale vers l'extérieur du récipient 1, une pastille 6 venue d'injection, dont la matière est demeurée sensiblement amorphe au cours du formage du récipient 1.
Le dôme 5 a notamment pour fonction d'étirer la matière au centre du fond 3, de façon à en accroître la cristallinité et donc la résistance mécanique.
Le dôme 5 est délimité par un bord 7 externe circulaire qui s'étend à une distance R1 de l'axe X central. On note par ailleurs D1 le diamètre du bord 7 externe circulaire (FIG.4). D1 est tel que D1 = 2·R1.
Le fond 3 comprend, en deuxième lieu, une série de pieds 8 en saillie vers l'extérieur du récipient 1, qui rayonnent à partir du dôme 5 central. Chaque pied 8 présente un sommet 9, qui est sa partie la plus saillante.
Chaque pied 8 est bordé latéralement, de part et d'autre, par une paire de flancs 10 de forme sensiblement triangulaire.
Ensemble, les sommets 9 s'étendent dans un plan P commun, appelé plan de pose, par lequel le récipient 1 peut reposer sur une surface plane (par exemple une table).
Chaque pied 8 présente une facette appelée chemin 11 de crête, qui s'étend radialement, en pente, depuis le bord 7 externe du dôme 5 central jusqu'au sommet 9.
Chaque chemin 11 de crête présente, de l'intérieur (c'est-à-dire du côté de l'axe X central) vers l'extérieur (c'est-à-dire du côté de la périphérie 4), deux sections successives, à savoir une section 12 interne et une section 13 externe, qui se raccordent à une jonction 14.
La jonction 14 s'étend à une distance R2 de l'axe X central. On note par ailleurs D2 le diamètre du cercle joignant les jonctions 14 (FIG.4). D2 est tel que D2 = 2·R2.
La section 12 interne s'étend du bord 7 externe du dôme 5 jusqu'à la jonction 14 avec la section 13 externe. La section 12 interne présente, dans un plan radial médian du pied (correspondant au plan de coupe de la FIG.4 et de la FIG.6), une première cambrure C1. Si la section 12 interne est à contour circulaire (lorsque vue en coupe dans le plan radial médian), la première cambrure C1 correspond au rayon de courbure de la section 12 interne. Sinon, la première cambrure C1 peut être considérée comme étant la moyenne de la courbure de la section 12 interne, mesurée dans le plan radial médian.
La section 13 externe s'étend à partir de la jonction 14 avec la section 12 interne, dans le prolongement tangent de celle-ci, et jusqu'au sommet 9 du pied 8.
La section 13 externe présente, dans le plan radial médian du pied 8 (correspondant au plan de coupe de la FIG.4 et de la FIG.6), une deuxième cambrure C2. Si la section 13 interne est à contour circulaire (lorsque vue en coupe dans le plan radial médian), la deuxième cambrure C2 correspond au rayon de courbure de la section 13 interne. Sinon, la deuxième cambrure C2 peut être considérée comme étant la moyenne de la courbure de la section 13 externe mesurée dans le plan radial médian.
La deuxième cambrure C2 est supérieure à la première cambrure C1 : C2 ≥ C1.
Selon un mode préféré de réalisation illustré sur la FIG.4 et sur la FIG.6, la section 13 externe est droite - c'est-à-dire que la deuxième cambrure C2 est infinie. Dans ce cas, la section externe forme avantageusement, avec tout plan transversal perpendiculaire à l'axe X central, un angle A compris entre 21° et 24°, et de préférence d'environ 22,5° (FIG.4).
La position de la jonction 14 entre la section 12 interne et la section 13 interne est en lien de dépendance avec la taille du dôme 5. Plus précisément, les distances R1 et R2 sont dans un rapport tel que : $45 % \leq R 1 / R 2 \leq 60 %$
Selon un mode préféré de réalisation, le rapport R1/R2 est plutôt compris entre 45% et 55%.
Pour un récipient 1 d'une capacité volumique de 1,5 l, le rapport R1/R2 est d'environ 50%.
On note R3 la distance de chaque sommet 9 à l'axe X central. On note par ailleurs D3 le diamètre du cercle inscrit au polygone joignant les sommets 9 (FIG.4). D3 est tel que D3 = 2·R3.
On peut noter que les sommets 9 sont situés radialement en retrait par rapport à la périphérie 4 du fond 3. En d'autres termes, le diamètre D3 est inférieur au diamètre hors tout du fond 3 (qui, dans l'exemple illustré, correspond au diamètre hors tout du récipient 1).
Les distances R1 et R3 sont avantageusement dans un rapport tel que 25% ≤ R1/R3 ≤ 35%
Pour un récipient 1 ayant une capacité volumique de 1,5 l, les distances R1 et R3 sont de préférence dans un rapport R1/R3 d'environ 27%.
Le fond 3 comprend, en troisième lieu, une série de vallées 15 formées chacune en creux entre deux pieds 8 successifs. Chaque vallée 15 est reliée à chacun des flancs 10 qui la bordent par un congé 16 de raccordement.
Chaque vallée 15 rayonne à partir d'une extrémité 17 interne jusqu'à la périphérie 4 du fond 3.
Comme illustré notamment sur la FIG.5, l'extrémité 17 interne de chaque vallée 15 est espacée du bord 7 externe du dôme 5 central d'une distance E. Selon un mode préféré de réalisation illustré sur la FIG.5, la vallée 15 apparaît arrondie à son extrémité 17 interne, lorsque le fond est vu de dessous.
La distance E de l'extrémité 17 interne de chaque vallée 15 au bord 7 externe du dôme 5 central et les distance R1 et R2 sont avantageusement dans une relation telle que : $45 % \leq E / (R 2 - R 1) \leq 55 %$
Selon un mode préféré de réalisation, la distance E de l'extrémité 17 interne de chaque vallée 15 au bord 7 externe du dôme 5 central et les distances R1 et R2 sont dans une relation telle que : $E / (R 2 - R 1) ≅ 50 %$
Comme on le voit sur la FIG.7, le fond 3 présente un congé 18 de raccordement entre l'extrémité 17 interne de chaque vallée 15 et le bord 7 externe du dôme 5 central. Ce congé 18 de raccordement appartient à une zone 19 de raccordement plus vaste, en forme de croissant lorsque vue de dessous (c'est-à-dire dans le plan de la FIG.5), qui assure une jonction douce :

radialement, entre la vallée 15 (du côté de son extrémité 17 interne) et le bord 7 externe du dôme 5 central ;
latéralement, entre la vallée 15 et la section 12 interne de chaque chemin 11 de crête.

A la jonction entre la section 12 interne et la section 13 externe (c'est-à-dire à distance R2 de l'axe X central), chaque chemin 11 de crête présente une largeur L1.
Par ailleurs, à distance R2 de l'axe X central, chaque vallée 15 présente avantageusement une largeur L2 telle que 60% ≤ L1/L2 ≤ 210%.
La valeur du rapport L1/L2 peut notamment dépendre de la capacité volumique (et donc du diamètre hors tout) du récipient 1. Ainsi, pour un récipient 1 ayant une capacité volumique de 1,5 l, les largeurs L1 et L2 sont avantageusement égales (c'est-à-dire que l'écart entre L1 et L2 est inférieur à 5%) ou sensiblement égales (c'est-à-dire que l'écart entre L1 et L2 est compris entre 5% et 10%).
On note (cf. FIG.4 et FIG.5) :

M1 le point (géométrique) médian du chemin 11 de crête, situé à distance R2 de l'axe X central (en d'autres termes, le point M1 est le centre du segment formant la jonction 14 entre la section 12 interne et la section 13 externe du chemin 11 de crête ;
M2 le point médian de la vallée 15, situé à distance R2 de l'axe X central ;
H la distance, mesurée axialement, entre les points M1 et M2 (et plus exactement entre les plans transversaux perpendiculaires à l'axe X central et passant respectivement par le point M1 et par le point M2) ;
G la distance séparant M1 et M2 dans un plan transversal perpendiculaire à l'axe X (et plus précisément la distance séparant les projections axiales de M1 et M2 dans un tel plan, qui correspond par ex. au plan de la FIG.5).

Les distances H et G sont avantageusement dans un rapport H/G tel que 20% ≤ H/G ≤ 30%.
Pour un récipient 1 ayant une capacité volumique de 1,5 l, les distances H et G sont de préférence dans un rapport H/G d'environ 25%.
Ainsi structuré, le fond 3 présente une résistance thermo-mécanique plus élevée qu'un fond pétaloïde courant, à quantité de matière équivalente. Plus précisément, des essais ont démontré que le fond 3 est plus résistant aux conditions de température et/ou d'humidité élevée.
Ces performances proviennent, notamment, de la douceur des galbes du fond 3, qui assure une bonne répartition des efforts et minimise la concentration des contraintes dans une (ou plusieurs) zone(s) localisée(s). Cette douceur résulte notamment de la localisation de la jonction 14 entre la section 12 interne et la section 13 externe du chemin 11 de crête des pieds 8, caractérisée par le rapport R1/R2.
La présence du dôme 5 est ici nécessaire à la rigidité structurelle du fond 3. Si la jonction 14 était trop proche du bord 7 externe de celui-ci, la transition entre la section 12 interne du chemin 11 de crête et le dôme serait trop brutale et on noterait alors l'apparition d'une concentration de contraintes sur la section 12 interne. Si au contraire la jonction 14 était trop proche du pied 8, le fond 3 serait d'une hauteur trop faible et offrirait une résistance mécanique insuffisante.
La distance E d'espacement entre les vallées 15 et le dôme 5 permet également, via le congé 18 de raccordement, d'assurer une transition douce entre eux. Rapprocher l'extrémité 17 interne des vallées 15 du dôme 5 diminuerait le rayon du congé 18 de raccordement et augmenterait la concentration des contraintes sur celui-ci. A l'extrême, faire déboucher les vallées sur le dôme central provoquerait l'apparition d'un pic de contraintes à la jonction entre les vallées et le dôme.
Le rapport H/G, assez faible, et le rapport L1/L2, au contraire assez élevé, contribuent également (quoiqu'indirectement et de manière secondaire), à la douceur des galbes du fond 3 et donc à la répartition des efforts sur celui-ci.
On constate même que, lorsque le récipient 1 rempli et bouché est soumis à des conditions de température (supérieure à 40°) et/ou d'humidité (supérieure à 50%) élevée, le fond 3 se déploie légèrement (c'est-à-dire que le diamètre D3 s'élargit quelque peu) et de manière uniforme. Il en résulte une augmentation de l'assise du récipient 1, au bénéfice de sa stabilité.

Claims

Récipient (1) en matière plastique comprenant un corps (2) et un fond (3) pétaloïde qui se raccorde au corps (2) par une périphérie (4), le fond (3) ayant un axe (X) central de symétrie et comprenant :
- un dôme (5) central qui fait saillie vers l'intérieur du récipient (1), délimité par un bord (7) externe circulaire qui s'étend à une distance R1 de l'axe (X) central ;

- une série de pieds (8) en saillie vers l'extérieur du récipient (1), qui rayonnent à partir du dôme (5) central et présentent chacun un sommet (9) éloigné radialement du dôme central et un chemin (11) de crête qui s'étend du bord (7) externe du dôme (5) central jusqu'au sommet (9) ;

- une série de vallées (15) formées chacune en creux entre deux pieds (8) successifs, chaque vallée (15) rayonnant à partir d'une extrémité (17) interne jusqu'à la périphérie (4) ;
caractérisé en ce que :
- chaque chemin (11) de crête présente :
• une section (12) interne, qui s'étend du bord (7) externe du dôme (5) jusqu'à une jonction (14) qui s'étend à une distance R2 de l'axe (X) central, cette section (12) interne ayant, dans un plan radial médian du pied (8), une première cambrure (C1) ;

• une section (13) externe qui s'étend à partir de la jonction (14) dans le prolongement tangent de la section (12) interne et jusqu'au sommet (9), cette section (13) externe ayant, dans le plan radial médian du pied (8), une deuxième cambrure (C2) supérieure à la première cambrure (C1) ;

- la position de la jonction (14) entre la section (12) interne et la section (13) externe est en lien de dépendance avec la taille du dôme (5) central de sorte que les distances R1 et R2 sont dans un rapport tel que : $45 % \leq R 1 / R 2 \leq 60 % .$
Récipient (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport R1/R2 est compris entre 45% et 55%.
Récipient (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que, le récipient (1) ayant une capacité volumique de 1,5 l, le rapport R1/R2 est d'environ 50%.
Récipient (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que :
- le sommet (9) de chaque pied (8) s'étend à une distance R3 de l'axe (X) central ;

- les distances R1 et R3 sont dans un rapport tel que : $25 % \leq R 1 / R 3 \leq 35 %$
Récipient (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que, le récipient (1) ayant une capacité volumique de 1,5 l, les distances R1 et R3 sont dans un rapport R1/R3 d'environ 27%.
Récipient (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité (17) interne de chaque vallée (15) est espacée du bord (7) externe du dôme (5) central d'une distance E.
Récipient (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que la distance E de l'extrémité (17) interne de chaque vallée (15) et les distance R1 et R2 sont dans une relation telle que : $45 % \leq E / (R 2 - R 1) \leq 55 %$
Récipient (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la distance E de l'extrémité (17) interne de chaque vallée (15) au bord (7) externe du dôme (5) central et les distance R1 et R2 sont dans une relation telle que : $E / (R 2 - R 1) ≅ 50 %$
Récipient (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fond (3) présente un congé (18) de raccordement entre l'extrémité (17) interne de chaque vallée (15) et le bord (7) externe du dôme (5) central.
Récipient (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que :
- à la jonction (14) entre la section (12) interne et la section (13) externe, le chemin (11) de crête présente une largeur L1 ;

- à distance R2 de l'axe (X) central, la vallée (15) présente une largeur L2 telle que : $60 % \leq L 1 / L 2 \leq 210 %$
Récipient (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce que, le récipient (1) ayant une capacité volumique de 1,5 l, les largeurs L1 et L2 sont égales ou sensiblement égales.
Récipient (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, à distance R2 de l'axe (X) central, un point (M1) médian du chemin (11) de crête et un point (M2) médian de la vallée (15) sont espacés, d'une part, axialement, d'une distance H et d'autre part, dans un plan transversal perpendiculaire à l'axe (X) central, d'une distance G, telles que : $20 % \leq H / G \leq 30 %$
Récipient (1) selon la revendication 12, caractérisé en ce que, le récipient (1) ayant une capacité volumique de 1,5 l, les distances H et G sont dans un rapport H/G d'environ 25%.
Récipient (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section (13) externe du chemin (11) de crête est droite, et forme avec un plan transversal perpendiculaire à l'axe (X) central un angle (A) compris entre 21° et 24°.
Récipient (1) selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'angle (A) est de 22,5° environ.