FR2713138A1 - Boîtes embouties-étirées en complexe métalloplastique et leur procédé de fabrication. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne des boîtes embouties-étirées et leur procédé de fabrication à partir d'un complexe stratifié métalloplastique constitué d'une feuille de matière plastique sur laquelle adhèrent deux feuilles métalliques extérieures et tel que le rapport de l'épaisseur de matière plastique à l'épaisseur totale de métal soit supérieur à 0,5. Le procédé de mise en forme de ce complexe comprend tout d'abord un emboutissage en une ou plusieurs passes, puis un étirage de préférence en quatre passes successives. Les boîtes sont destinées en particulier à contenir des boissons. L'avantage du procédé réside dans le moindre coût des matières premières pour des caractéristiques d'usage aussi bonnes que celles des boîtes entièrement métalliques.

Description

BOITES EMBOUTIES-ETIREES EN COMPLEXE METALLOPLASTIQUE
ET LEUR PROCEDE DE FABRICATION
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION.

L'invention appartient au domaine technique de la fabrication, par emboutissage-étirage à partir de matériaux complexes métalloplastiques stratifiés, de boîtes destinées par exemple au conditionnement de boissons ou d'aliments, de récipients pour aérosols.

Plus précisément, le complexe métalloplastique utilisé dans la présente invention est du type métal-polymère-métal, c'est-àdire dans lequel une feuille de polymère est intercalée entre deux feuilles métalliques auxquelles elle adhère.

Dans le texte de cette demande de brevet, on utilisera indifféremment pour la désignation de ce complexe les termes: métal-plastique-métal, métal-polymère-métal, ou plus simplement, de façon abrégée, MPM.

DESCRIPTION DE L'ART ANTERIEUR.

De nombreux documents décrivent des complexes métalloplastiques stratifiés destinés à la fabrication de boîtes de conserve alimentaires, de boîtes-boisson ou de couvercles. Cependant, la majorité d'entre eux concernent des complexes métal-polymère ou polymère-métal-polymère, les complexes métal-polymère-métal étant plus rares.

A titre dtillustration, on peut citer la demande de brevet internationale PCT déposée le 25 juin 1981 par METAL BOX
LIMITED et publiée sous le n" WO 82/00020 le 7 janvier 1982.

Cette demande a donné naissance, en particulier, au brevet européen EP 0 055 719.

Ce brevet décrit une structure métalloplastique composée dans son mode de réalisation le plus simple, d'un film de polyéthylène (appelé pour abréger PE) liée à une feuille ou une tôle de métal. Un autre mode de réalisation consiste en deux films de PE liés aux surfaces opposées d'une tôle métallique pour former un complexe PE-métal-PE. Enfin un troisième mode de réalisation consiste en deux tôles ou feuilles de métal liées aux surfaces opposées du film de PE.

Le PE utilisé, obtenu par copolymérisation sous basse pression de l'éthylène et du butène-l, est du type linéaire à densité comprise entre 0,91 et 0,94 et il a été trouvé que ce type particulier dont les caractéristiques sont décrites dans la demande a la propriété intéressante d'adhérer directement au métal sans qu'il soit besoin d'utiliser un adhésif. Il suffit de le faire adhérer au métal par application simultanée de chaleur et de pression (thermocollage).

Le substrat métallique peut être de l'acier, de l'acier ayant un revêtement d'étain ou de chrome ou de chrome/oxyde de chrome ou de zinc, de l'aluminium allié ou non, du nickel, du cuivre ou du zinc. Il peut avoir subi un traitement de conversion chimique.

Dans les exemples donnés, des feuilles de différents types de
PE de 100 micromètres d'épaisseur sont ainsi thermocollées sur des tôles de différents métaux: acier, acier étamé, acier revêtu chrome-oxyde de chrome, aluminium, d'épaisseur 210 micromètres. Les échantillons obtenus sont ensuite mis en forme d'articles creux par plissage, estampage, emboutissage, étirage des parois. L'adhérence des revêtements est comparée et met en évidence la supériorité du PE linéaire à basse densité.

Le brevet français FR 2 665 887 (PECHINEY EMBALLAGE
ALIMENTAIRE) décrit une capsule de surbouchage emboutie, emboutie-étirée ou fluotournée, caractérisée en ce qu'elle comprend deux couches d'aluminium liées entre elles par une couche adhésive de dureté Shore inférieure à 80. La couche adhésive peut être constituée de copolymère éthylène-acide acrylique ou de polyéthylène ou de polypropylène modifiés par des fonctions acides. L'épaisseur totale du complexe est comprise entre 120 et 400 pm avec la répartition suivante en % de l'épaisseur totale:
-couche extérieure d'aluminium: 20 à 50 %
-couche adhésive: 3 à 30 %
-couche intérieure d'aluminium: 40 à 60 %
PROBLEME POSE
Le problème posé aux inventeurs était celui de l'amélioration de la boîte pour les boissons gazeuses. D'une contenance en général voisine de 33 cl, de forme cylindrique, cette boite est fermée par un couvercle à ouverture facile, revêtue intérieurement par un vernis alimentaire et extérieurement par une ou plusieurs couches de décoration indiquant la nature et la marque du produit contenu. Ces revêtements sont en général appliqués après la mise en forme de la boîte.

Le procédé de mise en forme de ces boîtes le plus souvent appliqué est le procédé d'emboutissage-étirage (drawing & ironing en Anglais). Ce procédé permet des cadences de production très élevées, ce qui a permis l'énorme diffusion mondiale de ce type de boites.

Ce procédé, bien connu de l'homme du métier comprend, comme son nom l'indique, une première série d'une ou plusieurs passes d'emboutissage et une deuxième série d'une ou plusieurs passes d'étirage. On part d'un flan circulaire plan en acier ou alliage d'aluminium d'une épaisseur voisine de 300 micromètres. Ce flan est d'abord embouti pour former une ébauche en forme de coupelle à l'aide de l'appareil représenté sur la figure la. Le flan (1) initialement plan y apparaît en cours de déformation. Il est serré entre une matrice d'emboutissage (2) et un serre-flan (3). La descente du poinçon (4) actionné par un vérin permet la formation de la coupelle qui n'entraine pratiquement aucune diminution de l'épaisseur. La coupelle est ensuite mise en forme par une deuxième passe d'emboutissage (figure lb où les repères correspondent aux mêmes éléments que sur la figure la).

Les parois de l'ébauche sont ensuite étirées à l'aide d'une série de bagues d'étirage, généralement au nombre de trois, de diamètres intérieurs décroissants. La figure 2 représente une de ces bagues d'étirage et illustre son fonctionnement.

L'ébauche 5 est enfilée avec un faible jeu sur un poinçon 6 qui la fait pénétrer à l'intérieur de la bague 7 dont le diamètre intérieur 8 est inférieur au diamètre extérieur de l'ébauche. Il en résulte un amincissement et un allongement corrélatif de la paroi. L'importance de cet allongement ou étirage est réglée par la différence entre le diamètre extérieur de l'ébauche et le diamètre intérieur de la bague.

La capacité de déformation de l'ébauche ne permettant pas d'arriver à la hauteur finale de la boîte en une seule passe d'étirage, il est usuel, comme indiqué plus haut, de placer en série trois bagues traversées successivement par l'ébauche lors du même coup de poinçon.

Parmi les éléments du prix de revient de la boîte-boisson fabriquée par le procédé ci-dessus rappelé, le coût du métal, en dépit de son faible poids, intervient pour une part prépondérante. L'idée est donc venue aux chercheurs de remplacer une partie de ce métal par une matière moins coûteuse: la matière plastique.

Le module d'élasticité et la limite d'élasticité de la plupart des matières plastiques étant beaucoup plus faibles que celles des métaux, la substitution du plastique au métal se heurte à plusieurs problèmes de structure. En plus de ces problèmes de structure, se posent des problèmes de procédé, liés au fait que les boîtes métalliques sont fabriquées généralement dans des conditions bien différentes de celles utilisées pour la mise en oeuvre des plastiques. Par exemple, les récipients métalliques sont fabriqués normalement à grande vitesse et à une température ambiante ou modérée alors que le comportement des plastiques est tel que les récipients en plastique sont fabriqués normalement à plus faible vitesse et à plus haute température.

Des recherches antérieures ont montré que de fines couches de plastique adhérant bien à une feuille métallique peuvent être mises en oeuvre par de simples modifications du procédé conventionnel de mise en oeuvre du métal. Cela s'explique par le fait que le comportement du complexe métalloplastique pendant la mise en oeuvre est régi par le métal plus résistant et plus épais et par le fait que les contraintes générées dans la ou les fines couches de plastique sont facilement transférées dans la feuille métallique en raison de leur bonne adhérence.

Cette restriction à des couches de plastique relativement fines n'a pas été une gêne dans ces recherches antérieures parce que le rôle du plastique était en général de protéger le métal contre la corrosion et qu'une relativement fine couche de plastique suffit à cette protection.

Pour atteindre l'objectif de la présente invention qui est de réduire l'épaisseur et donc le coût du métal utilisé, les inventeurs ont trouvé que la couche de plastique doit être placée entre deux couches métalliques et doit être plus épaisse que celle atteinte jusqu'ici dans les récipients faits en complexe métalloplastique.

Il est connu dans d'autres types de structures mécaniques d'utiliser un matériau à bas prix ou à faible densité comme une couche centrale placée entre deux couches extérieures de matériau plus résistant et plus rigide. De telles structures "sandwich" sont connues pour procurer une résistance à la flexion approchant celle d'une couche unique du matériau le plus solide de la même épaisseur que l'épaisseur totale du sandwich.

Bien que le matériau central moins résistant contribue à la résistance à la flexion de la structure, il ne contribue guère à la résistance à la traction du sandwich. Cela limite la réduction possible des épaisseurs totales des deux couches métalliques externes. La résistance à la traction d'une structure à parois relativement fines telle un récipient est appelée résistance de la membrane.

Les inventeurs ont trouvé que la pression à partir de laquelle le fond d'un récipient rigide tel une boite pour boisson gazeuse passe d'une forme concave, vue de l'extérieur, à une forme convexe dépend d'une fonction complexe de la résistance à la flexion et de la résistance de membrane. Cette pression est communément appelée pression de retournement des fonds. La forme de cette fonction des deux types de résistance dépend de la forme exacte du dôme concave et de la forme de la partie du fond qui relie le dôme au bas de la paroi du récipient.

La pression de retournement P s'exprime pour une seule couche métallique en fonction de l'épaisseur e par la formule:
P = k.en avec k = facteur de proportionnalité dépendant du matériau,
e = épaisseur du matériau,
n = exposant variant entre 1 et 2 dépendant de la géométrie du fond.

Quand l'exposant n est proche de 1, cela signifie que la pression de retournement est plus sensible à la résistance de membrane; quand l'exposant n est proche de 2, cela signifie que la pression de retournement est plus sensible à la résistance à la flexion. Pour la plupart des fonds de boîtes boisson, l'exposant n est compris entre 1,2 et 1,9.

Plus l'exposant est proche de 2, moins il faut d'épaisseur de plastique pour une épaisseur donnée des couches extérieures de métal.

La figure 3 montre l'épaisseur de plastique, ep requise pour une épaisseur totale des deux couches de métal em afin d'obtenir la même pression de retournement qu'avec une structure entièrement métallique de 330 pm d'épaisseur. Comme on peut le constater sur les différentes courbes, on a besoin de beaucoup moins d'épaisseur de plastique dans le cas d'un exposant n = 1,7, pour lequel la résistance à la flexion est la plus critique que dans le cas d'un exposant n = 1,2, pour lequel la résistance de membrane est la plus critique.

On peut voir aussi sur cette figure 3 que pour une configuration donnée du fond et donc pour une valeur donnée de n, il existe une série d'épaisseurs de plastique ep et d'épaisseurs totales correspondantes des deux couches de métal em qui donneront la résistance requise au retournement des fonds. Pour une configuration de coefficient 1,5 par exemple, toutes ces combinaisons acceptables correspondent à l'abscisse et à l'ordonnée de chacun des points de la courbe repérée 1,5.

En général, les points à gauche de chaque courbe représentent les structures les plus économiques parce qu'elles incorporent moins de métal coûteux et plus de plastique bon marché.

Il convient aussi de noter que ces points ont un rapport de l'épaisseur du plastique à l'épaisseur totale du métal plus élevé que ce qui a été réalisé dans l'art antérieur.

On s'attendait en effet à ce que la fabrication, à partir de structures MPM, de récipients avec des procédés conventionnels de mise en forme du métal tels l'emboutissage-étirage, soit d'autant plus difficile que ces structures comprennent moins de métal et plus de plastique. Une raison de ce préjugé était que, aussi bien pendant l'emboutissage que l'étirage, la structure MPM est soumise à une contrainte de traction et que l'on supposait, selon l'état de la technique existant, que l'allongement à la rupture de la structure MPM serait le même que celui d'une structure entièrement métallique. A cet allongement, le matériau plastique, du fait de son bas module supporterait un faible part des contraintes de traction induites par l'emboutissage-étirage. Afin de vérifier l'hypothèse communément admise d'un allongement égal à la rupture, les inventeurs ont fait des essais de traction uniaxiale sur plusieurs structures d'épaisseurs de plastique variées et d'épaisseur constante de 100 um de chaque couche d'alliage d'aluminium externe.

Ils ont été surpris de constater que, comme représenté sur la figure 4, l'allongement à la rupture augmentait avec l'épaisseur du plastique et atteignait un maximum au voisinage de 300 um de plastique, c'est-à-dire pour un rapport P/(Mi +
Me) de 1,5.

Bien que l'explication de cette augmentation surprenante de l'allongement à la rupture ne soit pas parfaitement claire, l'examen des échantillons après rupture montre qu'elle est à relier à la capacité du plastique à répartir la concentration de contraintes résultant du début de striction d'une des couches métalliques externes. Le plastique distribue la contrainte sur une grande surface de la couche externe opposée, empêchant ainsi la striction de la première couche externe de se propager jusque la rupture. Si la couche de plastique est relativement mince, cette concentration de contraintes est transférée à une surface relativement petite de la couche externe opposée ce qui conduit à la striction simultanée des deux couches. Si la couche de plastique est plus épaisse que la valeur optimale, il semble que le plastique est moins capable de transférer la concentration de contraintes à la couche externe opposée, et la strict ion intervient de façon séquentielle dans les deux couches métalliques.

L'amélioration de la tenacité des complexes MPM caractérisée par leur allongement à la rupture a permis d'emboutir et d'étirer avec succès des structures MPM avec des épaisseurs relatives de plastique bien plus élevées que l'on ne l'avait jamais fait. Comme indiqué plus haut, le bilan économique pour une pression de retournement donnée est bien plus favorable avec de telles épaisseurs de plastique élevées.

OBJET DE L'INVENTION.

La présente invention a pour objet des corps de boîtes et des botes en complexes métalloplastiques métal-polymère-métal dont la nature et les épaisseurs des constituants sont adaptées aux caractéristiques mécaniques exigées des boîtes métalliques destinées en particulier au conditionnement de boissons gazeuses ou d'aliments ainsi qu'à leur mode de mise en forme par emboutissage-étirage.

La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication de boîtes métalliques destinées au conditionnement de produits alimentaires ou de boissons par emboutissageétirage de ces complexes métalloplastiques de type MPM.

DESCRIPTION DES FIGURES
Les figures la et lb représentent schématiquement les deux passes d'emboutissage d'un flan circulaire selon l'art antérieur.

La figure 2 représente l'étirage de la paroi d'une ébauche emboutie pour en faire une boîte.

La figure 3 représente les isobares des pressions P de retournement des fonds, l'épaisseur totale de métal em étant portée en abscisses et l'épaisseur de polymère intermédiaire ep étant portée en ordonnées.

La figure 4 représente la variation de l'allongement à la rupture d'un complexe MPM dont chacune des feuilles métalliques externes a une épaisseur de 100 pfft, en fonction de l'épaisseur de la couche centrale de polymère.

Les figures 5a et 5b représentent deux formes préférées de la base du poinçon selon l'invention.

La figure 6 représente une matrice pour la deuxième passe d'emboutissage selon l'invention.

DESCRIPTION DE L'INVENTION.

Les corps de botes composés d'un fond et d'une paroi dont les génératrices sont perpendiculaires à ce fond, en complexe métalloplastique du type métal-polymère-métal destinés à contenir en particulier des boissons et objets de l'invention sont caractérisés en ce que le complexe métalloplastique est constitué d'une couche centrale de polymère thermoplastique d'épaisseur P revêtue sur chacune de ses faces intérieure et extérieure de feuilles métalliques d'épaisseurs respectives Mi et Me, telles que le rapport P/(Mi + Me) soit supérieur à 0,5 et en ce que, les corps étant fabriquées par emboutissageétirage, leur paroi est amincie par rapport au fond du corps de boîte.

Ainsi que cela ressort de l'exposé du problème développé plus haut, ce rapport P/(Mi + Me) sera de préférence compris entre 0,7 et 2,5 et, de préférence encore, compris entre 1 et 2.

Dans un mode de réalisation du complexe métalloplastique avantageux, la couche centrale de polymère a une épaisseur avant étirage comprise entre 100 et 500 micromètres, chacune des feuilles métalliques une épaisseur comprise entre 25 et 150 micromètres avant étirage. Ces épaisseurs sont évidemment plus faibles dans les parois amincies du corps.

Le polymère constituant la couche centrale est choisi parmi l'un des polymères thermoplastiques suivants: polypropylène, polyéthylènes haute et basse densité, polyesters, polyamides.

Il est intéressant de noter que, le polymère n'étant pas en contact avec le produit alimentaire ou la boisson contenue dans le récipient, il est possible et recommandé d'utiliser des polymères recyclés. Des essais ont été faits avec des polyesters et du polypropylène recyclés et donnent des résultats tout-à-fait satisfaisants.

Le métal est soit de l'acier étamé ou non, revêtu de chrome, de zinc, de nickel, ou de chrome-oxyde de chrome, soit de l'aluminium ou un alliage d'aluminium, l'aluminium ou ses alliages étant préférés.

Les feuilles métalliques peuvent être d'épaisseurs différentes ou constituées de métaux différents. On pourra, pour des raisons exposées plus loin, utiliser une feuille métallique correspondant à l'extérieur de la bote plus épaisse que celle correspondant à l'intérieur de la boîte ou encore choisir pour la feuille correspondant à l'intérieur de la bote un alliage ayant une meilleure résistance à la corrosion et pour la feuille correspondant à l'extérieur de la boîte un alliage ayant une meilleure résistance mécanique.

Une couche d'adhésif approprié d'épaisseur comprise entre 1 et 20 micromètres peut être interposée entre la couche centrale de polymère et la ou les feuilles de métal, l'épaisseur d'adhésif étant comprise dans l'épaisseur totale de polymère
P.

L'adhésif interposé entre polymère et métal est soit un polymère thermodurcissable, par exemple de type polyuréthanne ou époxy, soit un polymère thermoplastique tel les polyoléfines modifiées de façon classique par un acide éthylénique (maléique, crotonique, etc...), les polymères éthylène-acryliques (EAA), les polyesters ou différents copolymères des monomères correspondant aux polymères cidessus indiqués.

L'adhérence des feuilles métalliques à la couche centrale de polymère est évidemment une caractéristique importante des complexes métalloplastiques et des corps de boîtes réalisés à partir de ces complexes. Cette adhérence est mesurée par la résistance au pelage, force nécessaire pour arracher un ruban de feuille métallique de largeur déterminée de son support polymère, et qui s'exprime donc en force par unité de longueur. Les complexes destinés à la réalisation de corps de boîtes embouties-étirées doivent avoir une résistance au pelage supérieure à 0,4 N/mm.

Le complexe métalloplastique peut lui-même être revêtu d'un ou des deux côtés soit d'un vernis soit d'une feuille de polymère sans sortir du cadre de la présente invention.

Un autre objet de l'invention concerne les boites finies préparées à partir des corps ou ébauches de boîtes dont les caractéristiques sont indiquées plus haut. Pour fabriquer une boîte à partir d'un corps de boîte, on procède d'abord à la mise à hauteur du corps par cisaillage de la partie supérieure des parois, puis à un rétreint de cette partie supérieure. Le bord supérieur doit être ensuite roulé sur un petit rayon de courbure pour permettre le sertissage du couvercle après remplissage de la boîte. Or, au cours de cette opération de pliage du complexe métalloplastique selon ce petit rayon, on constate que la feuille métallique la plus éloignée du centre de courbure, celle qui est donc en extension, se rompt là où le rayon est le plus faible, l'autre feuille métallique restant intacte. Ce phénomène, pour des raisons qu'il serait trop long d'exposer ici ne se produit pas avec une feuille homogène de métal de même épaisseur sans couche de polymère.

Confrontés à ce problème, les inventeurs ont tout d'abord cherché une solution, puis ont rapidement émis l'hypothèse que cette rupture de la feuille métallique en extension n'avait aucune conséquence sur la tenue mécanique de la boîte remplie et munie de son couvercle serti. Ce que l'on pouvait craindre, en effet, c'est qu'une boîte avec un bord roulé dans lequel l'une des deux feuilles métalliques du complexe est rompue, ne puisse résister à la contrainte de traction créée par la pression interne qui tend à arracher le couvercle. Or les contraintes créées par une pression interne dans la direction de l'axe d'un cylindre sont approximativement la moitié de celles dans la direction perpendiculaire à l'axe.

Ainsi, s'il y a assez de métal dans la structure métalloplastique complète, avec ses deux couches de métal, pour résister aux contraintes dans un plan perpendiculaire à l'axe, il y a assez de métal dans la couche restée intacte pour résister aux contraintes axiales. Cette hypothèse a été confirmée par le calcul. En outre, l'épaisseur totale dans le rebord est en général supérieure à celle de la partie la plus mince de la paroi, ce qui donne encore une marge de sécurité.

Il est aussi possible, pour renforcer la boite, de choisir pour la feuille extérieure une épaisseur plus élevée ou un alliage plus résistant que pour la couche intérieure. Enfin, l'aspect extérieur de la boîte ne sera pas affecté puisque la partie rompue du film métallique sera recouverte par le bord roulé du couvercle de sorte que l'utilisateur final de la boîte ne s'en apercevra même pas.

Une boîte finie, en complexe métalloplastique métal-polymèremétal munie d'un bord supérieur roulé dans lequel la feuille métallique la plus éloignée du centre de courbure, celle qui est donc en extension, est rompue à l'endroit où le rayon est le plus faible, constitue un deuxième objet de l'invention.

En dehors de la technique de sertissage, il est également possible de fixer le couvercle sur la boîte métalloplastique par toute autre technique connue: thermoscellage, collage.

L'invention concerne également un procédé de fabrication de boîtes embouties-étirées destinées au conditionnement de boissons, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes:
a) préparation d'une bande de complexe métalloplastique comportant successivement une couche métallique, une couche de polymère thermoplastique, une deuxième couche métallique, une couche de polymère adhésif pouvant être interposée entre chaque couche métallique et la couche de polymère;
b) découpage de flans circulaires dans la bande;
c) emboutissage des flans pour donner des coupelles en deux passes successives, chacune des deux passes étant faite de préférence avec un poinçon cylindrique à base circulaire dans lequel les génératrices se raccordent sur la base par un rayon de courbure compris entre 5 et 10 mm et la deuxième passe étant faite de préférence avec un angle d'entrée de la matrice sur l'horizontale compris entre 10" et 70".
d) étirage de la paroi des coupelles ainsi obténues à l'aide d'une série de bagues d'étirage de préférence au nombre de 4 dont la première, dite de calibrage ne diminue l'épaisseur de la paroi que d'un pourcentage compris entre 2 et 25 %.

Les complexes métalloplastiques objets de l'étape a) de l'invention sont préparés par différentes méthodes connues.

Les plus utilisées sont la co-extrusion directe, le thermocollage et le collage par enduction. Ces deux dernières méthodes sont de préférence pratiquées sur une ligne continue alimentée en films de plastique et en bandes métalliques.

La co-extrusion directe consiste à extruder entre les deux feuilles métalliques qui défilent en continu et constitueront les couches externes, la couche centrale de polymère et de part et d'autre de cette couche centrale les deux couches minces d'adhésif. Le produit composite ainsi obtenu passe ensuite entre des rouleaux afin de parfaire l'adhérence entre les différentes couches. Cette technique s'applique évidemment uniquement au cas des adhésifs thermoplastiques.

Le thermocollage consiste à partir d'une bande composite de polymères comprenant une couche centrale de polymère revêtue sur chacune de ses faces de la couche d'adhésif, ici encore thermoplastique et d'introduire cette bande entre deux feuilles métalliques. Le thermocollage est assuré par le passage du produit composite ainsi obtenu entre deux rouleaux chauffés à une température suffisante pour fondre ou au moins ramollir suffisamment la couche d'adhésif de façon à garantir l'adhérence entre l'êrne en polymère et les feuilles métalliques.

Enfin, le collage par enduction consiste à enduire les faces internes des deux feuilles métalliques avec un adhésif thermodurcissable par un moyen connu et d'appliquer ces feuilles de part et d'autre sur la bande de polymère centrale à l'aide de rouleaux.

La mise en forme des boîtes comprend une première étape c) consistant en général en une ou plusieurs passes successives d'emboutissage, en utilisant un dispositif tel que celui représenté sur la figure 1. Afin d'adapter les conditions opératoires au cas particulier des complexes métalloplastiques de type MPM, les inventeurs ont été amenés à préférer une forme de la base du poinçon et une forme d'entrée de la matrice particulières qui coopèrent ainsi entre elles pour assurer un emboutissage du complexe sans que ne se forment des fissures, des plis ou des décohésions.

Le poinçon, de forme générale cylindrique de révolution, présente, selon l'un des moyens préférés de l'invention, une section axiale dont les génératrices se raccordent à la base du poinçon par un arc de cercle de rayon compris entre 5 et 10 mm. Ce raccordement peut se faire directement sur la base du poinçon ou par l'intermédiaire, vu en coupe, d'un deuxième arc de cercle dont le centre est sur l'axe de révolution du poinçon. Les figures 5a et 5b illustrent les deux variantes ci-dessus indiquées.

La figure 5a représente la forme de réalisation la plus simple. Le poinçon (9) est vu en demi-coupe; il affecte la forme d'un cylindre de révolution d'axe (10). Les génératrices (11) se raccordent sur la base (12) par un arc de cercle (13) de rayon R1 compris entre 5 et 10 mm (8 mm par exemple pour un diamètre de poinçon de 85 mm). Cet arc de cercle génère par révolution une portion de tore.

La figure 5b représente une forme de réalisation un peu plus compliquée: les génératrices se raccordent sur la base par un premier arc de cercle (14) de rayon R1 compris entre 5 et 10 mm qui se raccorde lui-même tangentiellement à un deuxième arc de cercle de grand rayon R2 (15) centré sur l'axe du poinçon.

L'arc de cercle (15) génère une calotte sphérique et l'arc de cercle (14) une portion de tore. A titre d'exemple, R1 peut être de l'ordre de 6 mm et R2 de l'ordre de 250 mm.

L'autre moyen préféré de l'invention, coopérant avec la forme particulière, ci-dessus décrite du poinçon est la forme, elle aussi particulière de l'entrée de la matrice utilisée pour la deuxième passe d'emboutissage. D'une façon usuelle, les matrices d'emboutissage ont la forme représentée schématiquement sur la figure la qui représente la première passe d'emboutissage, à partir d'un flan circulaire plan, comme cela a été expliqué plus haut. La figure 6 représente les passes suivantes d'emboutissage selon l'invention au cours de laquelle l'ébauche n'est plus un flan mais une ébauche déjà emboutie au cours de la première passe. La coupelle (24) est en cours d'emboutissage; son diamètre initial correspondant à la partie supérieure (25) est en cours de diminution vers son diamètre final (26) défini par l'espace entre le poinçon (27) et la matrice (28). Corrélativement, la hauteur des parois augmente sans qu'il y ait à proprement parler étirage, c'està-dire diminution sensible de l'épaisseur. Un serre-flan interne (29) est disposé à l'intérieure de l'ébauche.

Les inventeurs ont trouvé que l'angle alpha que fait la génératrice du cône d'entrée de la matrice avec le plan horizontal perpendiculaire à l'axe du poinçon est critique pour l'emboutissage des complexes métalloplastiques de type
MPM. Cet angle doit être compris entre 10" et 70 et de préférence voisin de 60".

La mise en forme des boites comprend une dernière étape d) consistant en une opération d'étirage permettant d'allonger la paroi tout en l'amincissant. Cette opération est représentée schématiquement sur la figure 2.

La demanderesse a découvert qu'il était possible d'étirer les parois d'une ébauche emboutie à partir d'un flan en complexe
MPM sans entrainer de défauts tels que fissures et décohésions en procédant de préférence en quatre passes successives d'étirage au lieu des trois généralement pratiquées en particulier selon l'enseignement de la demande de brevet européen EP 0402006. De préférence encore, la première de ces passes successives est une simple passe de calibrage avec un taux de réduction d'épaisseur compris entre 2 et 25 %.

Les exemples qui suivent illustrent, sur des cas particuliers, les différentes étapes de l'invention.

Exemple 1.

Une bande de polypropylène de 300 micromètres d'épaisseur a été revêtue sur chacune de ses faces d'une couche de 10 micromètres d'épaisseur d'un adhésif constitué d'une feuille de polypropylène modifié à l'acide maléique. Les deux feuilles d'adhésif ont été appliquées sur la feuille à froid par passage entre des rouleaux. La bande composite ainsi obtenue a été ensuite introduite en continu entre deux feuilles de 100 micromètres d'épaisseur d'alliage d'aluminium 3003, alliage au manganèse selon les normes "Aluminum Association", dévidées chacune à partir d'une bobine et préchauffées par passage dans un four à une température de 200"C de façon à fondre l'adhésif. Le complexe MPM obtenu était alors passé entre des rouleaux exerçant une pression voisine de 4000 kPa, puis enroulé en bobine. A partir de ce complexe, on a découpé des flans circulaires de 140 mm de diamètre. Ces flans ont été ensuite emboutis en deux passes successives à l'aide d'un poinçon du type analogue à celui représenté sur la figure 5a avec R1 = 8 mm. Pour la deuxième passe d'emboutissage, une matrice dont l'angle alpha était de 60 a été utilisée. La première passe a donné des ébauches de diamètre extérieur 86 mm et de hauteur 35 mm, la deuxième passe des ébauches de diamètre extérieur 67 mm et de hauteur 56 mm. Ces ébauches cylindriques portées par un poinçon ont enfin été étirées par passage dans un outil comprenant une série de quatre bagues de diamètres successifs décroissants pour donner des ébauches de boîtes boisson de diamètre 66 mm et de hauteur 130 mm. Les diminutions respectives d'épaisseur des parois, exprimées en % de l'épaisseur initiale sont les suivantes: 20 %, 40 %, 52 %, 57 %. L'examen attentif de ces ébauches n'a mis en évidence aucune fissure du métal ni du plastique. Aucune décohésion entre le métal et le plastique n'a été constatée.

Exemple 2.

Une bande composite MPM a été préparée en co-extrudant entre deux feuilles du même alliage 3003 que dans l'exemple 1, mais d'épaisseur 80 micromètres une âme constituée d'une feuille de polypropylène de 250 micromètres d'épaisseur et de part et d'autre de cette âme une couche d'adhésif constituée de polypropylène modifié à l'acide maléique de 10 micromètres d'épaisseur. L'adhésion a été réalisée par passage entre des rouleaux chauffés à 200"C en appliquant une pression de 4000 kPa. Des ébauches de boîtes boisson ont été fabriquées dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1. L'examen de ces ébauches n'a mis en évidence aucune fissure du métal ni du plastique. Aucune décohésion entre le métal et le plastique n'a été constatée.

Exemple 3.

Une bande composite MPM a été préparée par co-extrusion dans les mêmes conditions et avec les mêmes composants que ceux de l'exemple 2, mais en utilisant pour l'extrusion de l'âme du polypropylène recyclé en provenance de boites fabriquées avec ce même complexe MPM après utilisation. Bien que la récupération du polypropylène des boites usagées ne permette pas la séparation de l'adhésif du polymère, les complexes obtenus sont d'excellente qualité et ne présentent ni décohésion ni fissuration. Des ébauches de boîtes-boisson ont été réalisées dans les mêmes conditions que pour l'exemple 1.

L'examen de ces ébauches n'a mis en évidence aucune fissure du métal ni du plastique. Aucune décohésion entre le métal et le plastique n'a été constatée.

Exemple 4.

Dans les mêmes conditions opératoires que celles de l'exemple 2, un complexe MPM a été fabriqué comprenant successivement: une feuille d'alliage 3003 de 80 micromètres d'épaisseur, une couche d'adhésif de polyéthylène téréphtalate amorphe de 10 micromètres d'épaisseur, une couche de polyéthylène téréphtalate de 200 micromètres d'épaisseur, une nouvelle couche d'adhésif de polyéthylène téréphtalate amorphe de 10 micromètres d'épaisseur, enfin une nouvelle feuille d'alliage 3003 de 80 micromètres d'épaisseur. Des ébauches de boites boisson ont été fabriquées dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1. L'examen de ces ébauches n'a mis en évidence aucune fissure du métal ni du plastique. Aucune décohésion entre le métal et le plastique n'a été constatée.

Exemple 5
L'exemple 5 concerne la même fabrication d'ébauches que l'exemple 4, à la différence près que le polyéthylène téréphtalate utilisé provient de la récupération de bouteilles en matière plastique usagées. Ces bouteilles, après lavage et séchage, ont été broyées et ont été introduites dans la trémie d'alimentation de l'extrudeuse. Aucun problème de qualité n'a été constaté ni sur le composite ni sur les ébauches obtenues par emboutissage-étirage.

Claims (29)

1. REVENDICATIONS 1. Corps de boîtes composés d'un fond et d'une paroi, en complexe métalloplastique du type métal-polymère-métal obtenues par emboutissage-étirage et caractérisés en ce que le complexe métalloplastique est constitué d'une couche centrale de polymère thermoplastique d'épaisseur P revêtue sur chacune de ses faces intérieure et extérieure de feuilles métalliques d'épaisseurs respectives Mi et Me, telles que le rapport P/(Mi + Me) soit supérieur à 0,5 et en ce que, les corps étant fabriqués par emboutissage-étirage, leur paroi est amincie par rapport au fond du corps de boîte.
2. 2. Corps de boites selon la revendication 1, caractérisés en ce que le rapport P/(Mi + Me) est compris entre 0,7 et 2,5.
3. 3. Corps de boites selon la revendication 2, caractérisés en ce que le rapport P/(Mi + Me) est compris entre 1,0 et 2.
4. 4. Corps de boites selon l'une des revendication 1 à 3, caractérisés en ce que l'épaisseur P du polymère est comprise entre 100 et 500 pfft et l'épaisseur M1 ou Me de chacune des feuilles métalliques est comprise entre 25 et 150 pfft.
5. 5. Corps de boîtes selon l'une des revendication 1 à 4, destinés à contenir des boissons.
6. 6. Corps de boîtes selon l'une des revendication 1 à 5, caractérisés en ce que la résistance au pelage du complexe métalloplastique initial est supérieure à 0,4 N/mm.
7. 7. Corps de boîte selon l'une des revendication 1 à 6, caractérisés en ce que les feuilles métalliques sont choisies parmi des feuilles d'acier, étamé ou non, revêtu de chrome, de zinc, de nickel, ou de chrome-oxyde de chrome, d'aluminium, d'un alliage d'aluminium.
8. 8. Corps de boite selon la revendication 7, caractérisés en ce que les feuilles métalliques sont en alliage d'aluminium.
9. 9. Corps de boîte selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisés en ce que le polymère constituant la couche centrale est choisi parmi l'un des polymères thermoplastiques suivants: polypropylène, polyéthylènes haute et basse densité, polyesters, polyamides.
10. 10. Corps de boite selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisés en ce que le polymère constituant la couche centrale contient un polymère recyclé.
11. 11. Corps de boîte selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisés en ce qu'une couche d'adhésif constitué d'un polymère thermodurcissable, de type polyuréthanne ou époxy et d'épaisseur comprise entre 1 et 20 micromètres est interposée entre la couche centrale de polymère et la ou les feuilles de métal, l'épaisseur d'adhésif étant comprise dans l'épaisseur totale de polymère P.
12. 12. Corps de boite selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisés en ce qu'une couche d'adhésif, d'épaisseur comprise entre 1 et 20 micromètres, en un polymère thermoplastique appartenant au groupe de polymères formé par les polyoléfines modifiées par un acide éthylénique, les polymères éthylène-acryliques (EAA), les polyesters et les copolymères des monomères correspondant à ces polymères est interposée entre la couche centrale de polymère et la ou les feuilles de métal, l'épaisseur d'adhésif étant comprise dans l'épaisseur totale de polymère P.
13. 13 Corps de boîte selon la revendication 7, caractérisés en ce que les feuilles métalliques sont en métaux différents, la feuille correspondant à l'intérieur de la boite ayant une meilleure résistance à la corrosion et la feuille correspondant à l'extérieur de la boite ayant une meilleure résistance mécanique.
14. 14. Corps de boîte finie, en complexe métalloplastique métalpolymère-métal muni d'un bord supérieur roulé dans lequel la feuille métallique correspondant à l'intérieur de la boite et qui est donc en extension, est rompue à l'endroit où le rayon de courbure est le plus faible.
15. 15. Corps de boite finie selon la revendication 14, caractérisée en ce que la feuille métallique correspondant à l'extérieur de la boite est plus épaisse que celle correspondant à l'intérieur de la boîte.
16. 16. Procédé de fabrication de corps de boites emboutiesétirées , caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes:

    a) préparation d'une bande de complexe métalloplastique constitué d'une couche centrale de polymère thermoplastique d'épaisseur P revêtue sur chacune de ses faces intérieure et extérieure de feuilles métalliques d'épaisseurs respectives Mi et Me, telles que le rapport P/(Mi + Me) soit supérieur à 0,5;

    b) découpage de flans dans la bande;

    c) emboutissage des flans pour donner des coupelles en une ou plusieurs passes successives;

    d) étirage de la paroi des coupelles ainsi obtenues en une ou plusieurs passes successives à l'aide de bagues d'étirage.
17. 17. Procédé de fabrication de corps de boîtes emboutiesétirées selon la revendication 16, caractérisé en ce que le rapport P/(Mi + Me) est compris entre 0,7 et 2,5.
18. 18. Procédé de fabrication de corps de boîtes emboutiesétirées selon la revendication 16, caractérisé en ce que le rapport P/(Mi + Me) est compris entre 1,0 et 2.
19. 19. Procédé de fabrication de corps de boîtes emboutiesétirées selon l'une des revendications 16 à 18, caractérisé en ce que l'emboutissage se fait en deux ou plusieurs passes.
20. 20. Procédé de fabrication de boites embouties-étirées selon l'une des revendications 16 à 19, caractérisé en ce que la couche centrale de polymère a une épaisseur comprise entre 100 et 500 pfft et chacune des feuilles métalliques une épaisseur comprise entre 25 et 150 micromètres.
21. 21. Procédé de fabrication de boîtes embouties-étirées selon l'une des revendications 16 à 20, caractérisé en ce que l'on interpose une couche d'adhésif d'épaisseur comprise entre 1 et 20 micromètres entre la couche centrale de polymère et la ou les feuilles de métal, l'épaisseur d'adhésif étant comprise dans 1'épaisseur totale de polymère P.
22. 22. Procédé de fabrication de botes embouties-étirées selon l'une des revendications 16 à 21, caractérisé en ce que le polymère thermoplastique est choisi parmi le polypropylène, les polyéthylènes haute et basse densité, les polyesters, les polyamides.
23. 23. Procédé de fabrication de boites embouties-étirées selon l'une des revendications 16 à 22, caractérisé en ce que l'adhésif est un polymère thermodurcissable choisi parmi les polyuréthannes et les résines époxy.
24. 24. Procédé de fabrication de botes embouties-étirées selon l'une des revendications 16 à 22, caractérisé en ce que l'adhésif est un polymère thermoplastique choisi parmi le polypropylène modifié par un acide éthylénique, un copolymère éthylène-acide acrylique, un polyester ou leurs copolymères.
25. 25. Procédé de fabrication de boites embouties-étirées selon l'une des revendications 16 à 24, caractérisé en ce que le métal des feuilles métalliques est choisi parmi l'acier, l'acier chromé ou étamé, l'aluminium, les alliages d'aluminium.
26. 26. Procédé de fabrication de boîtes embouties-étirées selon la revendication 25, caractérisé en ce que la feuille métallique correspondant à l'extérieur de la boîte est plus épaisse que celle correspondant à l'intérieur de la boîte.
27. 27. Procédé de fabrication de boites embouties-étirées selon l'une des revendications 16 à 26, caractérisé en ce que chacune des deux passes d'emboutissage est faite avec un poinçon cylindrique à base circulaire dans lequel les génératrices se raccordent sur la base par un rayon de courbure compris entre 5 et 10 mm et la deuxième passe est faite avec un angle d'entrée de la matrice sur l'horizontale compris entre 10 et 70".
28. 28. Procédé de fabrication de boîtes embouties-étirées selon la revendication 27, caractérisé en ce que l'arc de cercle reliant la génératrice du poinçon à la base se raccorde sur un deuxième arc de cercle centré sur l'axe du poinçon.
29. 29. Procédé de fabrication de boîtes embouties-étirées selon l'une des revendications 16 à 28, caractérisé en ce que l'étirage des ébauches embouties se fait à l'aide de quatre bagues d'étirage successives, dont la première ne fait qu'un calibrage de l'ébauche, c'est-à-dire ne provoque qu'une réduction de l'épaisseur de la paroi de l'ébauche comprise entre 2 et 25 %.