FR2818186A1 - Thermofusible polymer preform treatment procedure uses ultrasonic vibrations applied along at least one axis to reduce gas/vapour permeability - Google Patents
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Abstract
Description
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PROCEDE DE TRAITEMENT DE PREFORMES REALISEES EN UN POLYMERE THERMOFUSIBLE, DISPOSITIF POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE ET PREFORME OBTENUE AVEC CE TRAITEMENT La présente invention concerne un procédé de traitement de préformes réalisées en un polymère thermofusible tel que notamment le polyéthylène téréphtalate (PET), ce procédé de traitement étant essentiellement physique et permettant de réduire la perméabilité aux gaz et aux vapeurs des parois des récipients réalisés par soufflage à partir de ces préformes. The present invention relates to a process for the treatment of preforms made of a hot-melt polymer such as, in particular, polyethylene terephthalate (PET). , this treatment process being essentially physical and making it possible to reduce the permeability to gases and vapors of the walls of the containers produced by blowing from these preforms.
L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé de traitement de préformes. The invention also relates to a device for the implementation of this preform processing method.
Elle concerne enfin une préforme obtenue après traitement selon ce procédé. Finally, it relates to a preform obtained after treatment according to this process.
La demande internationale de brevet publiée sous le NO WO 00/12290 ayant pour titre Procédé de traitement d'une préforme pour la réalisation d'un récipient par soufflage décrit une technique qui consiste à exposer la préforme à des vibrations ultrasoniques pendant ou postérieurement à une phase de chauffage de la préforme, cette phase étant préliminaire au soufflage proprement dit, et cette exposition aux ultrasons ayant notamment pour but d'augmenter la couche barrière du récipient réalisé à partir de cette préforme. The international patent application published under NO WO 00/12290 having for title Process for processing a preform for the production of a container by blowing describes a technique which consists in exposing the preform to ultrasonic vibrations during or after a heating phase of the preform, this phase being preliminary to the actual blowing, and this exposure to ultrasound having in particular the aim of increasing the barrier layer of the container produced from this preform.
Ce procédé est très avantageux en ce qu'il est purement physique et relativement simple à mettre en oeuvre, contrairement aux procédés connus qui font habituellement appel à des techniques de revêtement du récipient par un matériau différent et qui, de ce fait, sont complexes et coûteux, ou à ceux qui consistent à réaliser les préformes au moyen de matériaux multicouches. This process is very advantageous in that it is purely physical and relatively simple to implement, unlike the known processes which usually involve techniques for coating the container with a different material and which, therefore, are complex and expensive, or those which consist in producing the preforms using multilayer materials.
Le processus de soufflage des récipients à partir d'une préforme engendre un bi-étirage de la matière selon deux directions perpendiculaires Ce bi-étirage combiné à une cristallisation partielle ou totale permet d'augmenter de manière The process of blowing the containers from a preform generates a bi-stretching of the material in two perpendicular directions. This bi-stretching combined with partial or total crystallization makes it possible to increase in a way
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connue, d'environ 20 à 30% l'imperméabilité par rapport au PET amorphe et d'augmenter la résistance mécanique aux chocs. known, about 20 to 30% impermeability compared to amorphous PET and to increase the mechanical resistance to shocks.
Le procédé décrit dans la demande internationale mentionnée ci-dessus permet d'accroître considérablement cette imperméabilité. Les recherches ont tout d'abord montré qu'il était avantageux d'appliquer les vibrations ultrasoniques au cours de la phase de préchauffage des préformes, l'agitation mécanique orientée due aux vibrations s'ajoutant à l'agitation moléculaire due au chauffage pour accélérer la montée en température de la matière, maintenue à une température de l'ordre de 80 C ou davantage. On a pensé que l'application des vibrations ultrasoniques selon une direction donnée pouvait engendrer de façon temporaire une orientation moléculaire privilégiée, et que la mise en oeuvre immédiate du processus de soufflage pouvait préserver cette orientation privilégiée, en générant dans le récipient soufflé une structure moléculaire apte à renforcer la couche barrière, c'est-à-dire l'imperméabilité aux gaz et aux vapeurs. The method described in the international application mentioned above makes it possible to considerably increase this impermeability. Research first showed that it was advantageous to apply ultrasonic vibrations during the preheating phase of preforms, oriented mechanical agitation due to vibrations adding to molecular agitation due to heating to accelerate the rise in temperature of the material, maintained at a temperature of the order of 80 C or more. It was thought that the application of ultrasonic vibrations in a given direction could temporarily generate a preferred molecular orientation, and that the immediate implementation of the blowing process could preserve this preferred orientation, by generating in the blown container a molecular structure. able to reinforce the barrier layer, that is to say impermeability to gases and vapors.
Ce procédé présente un inconvénient majeur. Les lignes de soufflage de récipients classiques ne peuvent pas être utilisées puisqu'un dispositif approprié pour appliquer les ultrasons doit être monté sur le parcours des préformes entre le four de préchauffage et la zone d'introduction dans les moules. Ces lignes étant très complexes, il semble difficilement envisageable de les transformer et leur adjoindre des dispositifs supplémentaires sans procéder à une nouvelle étude coûteuse et à des réglages délicats de ces machines. This process has a major drawback. The conventional container blowing lines cannot be used since a device suitable for applying ultrasound must be mounted on the path of the preforms between the preheating furnace and the zone of introduction into the molds. These lines being very complex, it seems difficult to envisage transforming them and adding additional devices to them without carrying out a new expensive study and delicate adjustments of these machines.
Le but de la présente invention est de pallier ces inconvénients en offrant un procédé de traitement des préformes qui n'est pas lié au type de machine de soufflage des récipients. The object of the present invention is to overcome these drawbacks by providing a process for processing preforms which is not linked to the type of container blowing machine.
Ce but est atteint par un procédé tel que décrit en préambule, caractérisé en ce que l'on applique à ces préformes, portées ou maintenues à une température This object is achieved by a process as described in the preamble, characterized in that one applies to these preforms, brought or maintained at a temperature
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supérieure à environ 60oC, des vibrations ultrasoniques selon au moins un axe prédéterminé, l'application desdites vibrations ultrasoniques étant faite au moment de l'injection desdites préformes ou postérieurement à cette injection, mais antérieurement à une phase de préchauffage des préformes en vue de la fabrication de récipients par soufflage à partir de ces préformes.
higher than about 60oC, ultrasonic vibrations along at least one predetermined axis, the application of said ultrasonic vibrations being made at the time of the injection of said preforms or after this injection, but prior to a preheating phase of the preforms for the purpose of manufacture of containers by blowing from these preforms.
Selon une variante du procédé, l'on refroidit ces préformes à une température inférieure à 60 C après l'application des vibrations ultrasoniques et avant la phase de préchauffage en vue de leur utilisation pour la fabrication de récipients par soufflage. According to a variant of the method, these preforms are cooled to a temperature below 60 ° C. after the application of ultrasonic vibrations and before the preheating phase with a view to their use for the manufacture of containers by blowing.
Selon un premier mode de réalisation, l'on applique lesdites vibrations ultrasoniques selon au moins un axe sensiblement parallèle à l'axe longitudinal des préformes. According to a first embodiment, said ultrasonic vibrations are applied along at least one axis substantially parallel to the longitudinal axis of the preforms.
Selon un deuxième mode de réalisation, l'on applique lesdites vibrations ultrasoniques selon au moins un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal des préformes. According to a second embodiment, said ultrasonic vibrations are applied along at least one axis substantially perpendicular to the longitudinal axis of the preforms.
Selon un troisième mode de réalisation, l'on applique lesdites vibrations ultrasoniques selon au moins un axe faisant un angle compris entre 0 et 90 degrés par rapport à l'axe longitudinal des préformes. According to a third embodiment, said ultrasonic vibrations are applied along at least one axis making an angle between 0 and 90 degrees relative to the longitudinal axis of the preforms.
Selon un mode de réalisation préféré, l'on applique lesdites vibrations ultrasoniques au moyen d'une sonotrode associée à au moins une partie du moule d'injection desdites préformes. According to a preferred embodiment, said ultrasonic vibrations are applied by means of a sonotrode associated with at least part of the mold for injecting said preforms.
Selon une variante, l'on applique lesdites vibrations ultrasoniques au moyen d'une sonotrode associée à un support portant lesdites préformes au cours d'une phase de refroidissement à la sortie du moule d'injection. According to a variant, said ultrasonic vibrations are applied by means of a sonotrode associated with a support carrying said preforms during a cooling phase at the outlet of the injection mold.
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Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de traitement selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour appliquer à ces préformes portées ou maintenues à une température supérieure à 600C des vibrations ultrasoniques selon un axe sensiblement parallèle à leur axe longitudinal, l'application desdites vibrations ultrasoniques étant faite au moment de l'injection desdites préformes ou postérieurement à cette injection, mais antérieurement à une phase de préchauffage des préformes en vue de la fabrication de récipients par soufflage à partir de ces préformes. The device for implementing the treatment method according to the invention is characterized in that it comprises means for applying to these preforms brought or maintained at a temperature above 600C ultrasonic vibrations along an axis substantially parallel to their axis longitudinal, the application of said ultrasonic vibrations being made at the time of the injection of said preforms or after this injection, but prior to a preheating phase of the preforms for the purpose of manufacturing containers by blowing from these preforms.
De façon particulièrement avantageuse, le dispositif comporte des moyens pour refroidir ces préformes à une température inférieure à 60oC, après l'application des vibrations ultrasoniques et avant la phase de préchauffage en vue de leur utilisation ultérieure pour la fabrication de récipients par soufflage. In a particularly advantageous manner, the device comprises means for cooling these preforms to a temperature below 60oC, after the application of the ultrasonic vibrations and before the preheating phase with a view to their subsequent use for the manufacture of containers by blowing.
Selon une première variante, le dispositif comporte des moyens pour appliquer lesdites vibrations ultrasoniques au moyen d'une sonotrode associée à au moins une partie du moule d'injection desdites préformes. According to a first variant, the device comprises means for applying said ultrasonic vibrations by means of a sonotrode associated with at least part of the mold for injecting said preforms.
Selon une deuxième variante, le dispositif comporte des moyens pour appliquer lesdites vibrations ultrasoniques au moyen d'une sonotrode associée à un support portant lesdites préformes, au cours d'une phase de refroidissement à la sortie du moule d'injection. According to a second variant, the device comprises means for applying said ultrasonic vibrations by means of a sonotrode associated with a support carrying said preforms, during a cooling phase at the outlet of the injection mold.
La préforme obtenue avec le traitement du procédé selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une zone anisotrope réalisée par l'application à cette préforme, potée ou maintenue à une température supérieure à 60oC, de vibrations ultrasoniques selon au moins un axe prédéterminé, l'application desdites vibrations ultrasoniques étant faite au moment de l'injection de ladite préforme ou postérieurement à cette injection. The preform obtained with the treatment of the process according to the invention is characterized in that it comprises at least one anisotropic zone produced by the application to this preform, hot or maintained at a temperature above 60oC, of ultrasonic vibrations according to at least a predetermined axis, the application of said ultrasonic vibrations being made at the time of the injection of said preform or after this injection.
Avantageusement ladite préforme comporte une zone anisotrope obtenue en outre par son refroidissement à une température inférieure à 60 C au cours Advantageously, said preform comprises an anisotropic zone obtained in addition by cooling it to a temperature below 60 C during
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d'une phase antérieure à son préchauffage en vue de son utilisation pour la fabrication d'un récipient par soufflage.
a phase prior to its preheating for use in the manufacture of a container by blowing.
De façon particulièrement avantageuse, ladite zone anisotrope engendre dans les parois du récipient obtenu par soufflage une valeur de la perméabilité aux gaz et aux vapeurs inférieure à 0, 03 cm3/récipient/par jour sous une pression de 0, 2 atmosphère. In a particularly advantageous manner, said anisotropic zone generates in the walls of the container obtained by blowing a value of the permeability to gases and to vapors of less than 0.03 cm 3 / container / per day under a pressure of 0.2 atmosphere.
La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante de différents modes de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est un graphique illustrant les courbes de réflectivité de deux bouteilles soufflées respectivement à partir d'une préforme non traitée et d'une préforme traitée selon le procédé de l'invention, et la figure 2 représente schématiquement une forme particulière de réalisation du dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. The present invention and its advantages will appear better in the following description of different embodiments of the invention, with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a graph illustrating the reflectivity curves of two bottles blown respectively from an untreated preform and a preform treated according to the method of the invention, and FIG. 2 schematically represents a particular embodiment of the device for implementing the method according to the invention.
Le procédé selon l'invention consiste à traiter les préformes en les exposant à des vibrations ultrasoniques pendant ou postérieurement à leur fabrication par injection, mais antérieurement à leur utilisation comme produit de base pour la réalisation de récipients par un processus de soufflage. La température des préformes est de préférence égale ou supérieure à environ 60 C au moment de l'application des ultrasons. De ce fait, il peut être avantageux d'effectuer ce traitement pendant l'injection, directement à la sortie du moule d'injection des préformes, ou au cours de leur refroidissement. Toutefois, cette démarche n'est pas obligatoire et il est possible, quoique moins économique, de laisser les préformes se refroidir, de les stocker si nécessaire et de les réchauffer à environ 60 C pour leur faire subir le traitement aux ultrasons par la suite. The method according to the invention consists in treating the preforms by exposing them to ultrasonic vibrations during or after their manufacture by injection, but prior to their use as a basic product for the production of containers by a blowing process. The temperature of the preforms is preferably equal to or greater than about 60 C at the time of the application of the ultrasound. Therefore, it may be advantageous to carry out this treatment during injection, directly at the outlet of the preform injection mold, or during their cooling. However, this step is not compulsory and it is possible, although less economical, to allow the preforms to cool, to store them if necessary and to reheat them to around 60 C to make them undergo the ultrasound treatment thereafter.
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Ce traitement ultrasonique a pour effet une réorganisation moléculaire dans l'épaisseur des parois des préformes. Les vibrations ultrasoniques mettent les molécules en mouvement. Ces mouvements sont orientés principalement selon l'axe ou les axes d'application des ultrasons. Etant donné qu'il existe des gradients de température dans l'épaisseur des parois, les différentes couches qui ont des températures différentes, présentent des modules d'élasticité différents et n'offrent pas la même réaction aux ultrasons. Il en résulte des cisaillements entre les couches, qui engendrent la création de barrières d'étanchéité aux gaz, aux vapeurs et au rayonnement ultraviolet. Ces barrières sont dues à la formation de réseaux moléculaires complexes qui ralentissent la diffusion des gaz, accroissent la réflectivité et réduisent en conséquence la transparence aux rayons ultraviolets En outre, on a constaté que l'application de vibrations ultrasoniques a pour effet de favoriser la cristallisation et le maillage des chaînes moléculaires selon deux directions sensiblement perpendiculaires, ce qui est couramment appelé la bi-orientation des chaînes de polymères. Des phénomènes de résonance des vibrations ultrasoniques ont pour conséquence la création de zones d'anisotropie dans l'épaisseur des parois des préformes. L'augmentation de l'effet barrière est également due à la présence de ces zones anisotropes dont l'imperméabilité aux molécules d'oxygène et d'anhydride carbonique est accrue. Pour une bouteille en PET standard, c'est-à-dire dont la préforme n'a pas été soumise au traitement selon le procédé de l'invention, la perméabilité aux gaz est de l'ordre de 0,07 cm3/bouteille/jour. Une bouteille réalisée avec une préforme traitée selon le
procédé a une perméabilité inférieure à 0, 03 cm3/bouteille/jour et, de préférence, inférieure à ou de l'ordre de 0, 01 cm3/bouteille/jour pour une valeur de la pression intérieure du récipient de l'ordre de 0,2 atmosphère. This ultrasonic treatment has the effect of a molecular reorganization in the thickness of the walls of the preforms. The ultrasonic vibrations put the molecules in motion. These movements are oriented mainly along the axis or axes of application of ultrasound. Since there are temperature gradients in the thickness of the walls, the different layers which have different temperatures, have different elastic moduli and do not offer the same reaction to ultrasound. This results in shearing between the layers, which creates gas, vapor and ultraviolet radiation barriers. These barriers are due to the formation of complex molecular networks which slow down the diffusion of gases, increase reflectivity and consequently reduce transparency to ultraviolet rays. In addition, it has been found that the application of ultrasonic vibrations has the effect of promoting crystallization. and the mesh of the molecular chains in two substantially perpendicular directions, which is commonly called the bi-orientation of the polymer chains. Resonance phenomena of ultrasonic vibrations result in the creation of anisotropy zones in the thickness of the walls of the preforms. The increase in the barrier effect is also due to the presence of these anisotropic zones whose impermeability to oxygen and carbon dioxide molecules is increased. For a standard PET bottle, that is to say one whose preform has not been subjected to treatment according to the method of the invention, the gas permeability is of the order of 0.07 cm 3 / bottle / day. A bottle made with a preform treated according to the
process has a permeability less than 0.03 cm 3 / bottle / day and, preferably, less than or of the order of 0.01 cm 3 / bottle / day for a value of the internal pressure of the container of the order of 0 , 2 atmosphere.
La pénétration des rayons ultraviolets est réduite d'environ 30%. Cette valeur est déduite d'une mesure de la réflectivité. Plus la couche barrière est importante, plus les parois réfléchissent le rayonnement et empêchent par conséquent sa pénétration à l'intérieur du récipient. Ces résultats sont mis en évidence par la figure 1 qui illustre les courbes de réflectivité R en fonction de la The penetration of ultraviolet rays is reduced by approximately 30%. This value is derived from a measure of reflectivity. The greater the barrier layer, the more the walls reflect the radiation and consequently prevent its penetration into the interior of the container. These results are highlighted by FIG. 1 which illustrates the reflectivity curves R as a function of the
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longueur d'onde À de deux bouteilles dont l'une (courbe A) est réalisée avec une préforme traitée selon le procédé de l'invention et l'autre (courbe B) est une bouteille standard. L'augmentation de la réflectivité est très sensible dans la plage des longueurs d'ondes comprises entre 340 et 660 nanomètres. wavelength λ of two bottles, one of which (curve A) is produced with a preform treated according to the method of the invention and the other (curve B) is a standard bottle. The increase in reflectivity is very noticeable in the range of wavelengths between 340 and 660 nanometers.
Selon un mode de réalisation avantageux, illustré par la figure 2, les préformes sont soumises aux vibrations ultrasoniques par l'intermédiaire d'un noyau central 10, qui constitue la partie intérieure du moule d'injection 11, séparé de la partie extérieure 12 de ce moule par un espace 13 correspondant à l'épaisseur des parois des préformes. Les ultrasons sont appliqués au moyen d'une sonotrode montée sur le noyau 10. La matière plastique est injectée dans l'espace 13 qui sépare le noyau de la partie extérieure par un canal d'arrivée 14. Comme mentionné ci-dessus, il est possible de procéder à ce traitement pendant la phase de refroidissement des préformes, ces dernières étant disposées dans des supports pendant cette phase, ou ultérieurement, même après refroidissement complet. Dans ce cas, un préchauffage préalable à au moins 60 C s'impose avant le traitement aux ultrasons. According to an advantageous embodiment, illustrated by FIG. 2, the preforms are subjected to ultrasonic vibrations via a central core 10, which constitutes the interior part of the injection mold 11, separated from the exterior part 12 of this mold by a space 13 corresponding to the thickness of the walls of the preforms. Ultrasound is applied by means of a sonotrode mounted on the core 10. The plastic material is injected into the space 13 which separates the core from the external part by an inlet channel 14. As mentioned above, it is possible to carry out this treatment during the cooling phase of the preforms, the latter being placed in supports during this phase, or subsequently, even after complete cooling. In this case, preheating prior to at least 60 C is required before the ultrasound treatment.
Les vibrations ultrasoniques peuvent être appliquées selon des axes privilégiés. Un de ces axes est l'axe longitudinal de la préforme. Toutefois, pour augmenter l'effet barrière, il est avantageux d'appliquer les vibrations selon au moins deux axes croisés, par exemple l'axe longitudinal et un axe oblique ou transversal, qui peut être sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal. Les sonotrodes doivent être construites en conséquence et mises en contact avec la préforme, directement ou au travers d'une pièce intermédiaire, ou à travers un fluide intermédiaire en contact avec la préforme. Ultrasonic vibrations can be applied along preferred axes. One of these axes is the longitudinal axis of the preform. However, to increase the barrier effect, it is advantageous to apply the vibrations along at least two crossed axes, for example the longitudinal axis and an oblique or transverse axis, which can be substantially perpendicular to the longitudinal axis. The sonotrodes must be constructed accordingly and brought into contact with the preform, directly or through an intermediate piece, or through an intermediate fluid in contact with the preform.
Les préformes obtenues après le traitement selon le procédé de l'invention se distinguent par le fait qu'elles comportent au moins une zone anisotrope réalisée par l'application à ces préformes maintenues ou portées à une température supérieure à 60oC, de vibrations ultrasoniques selon au moins un axe prédéterminé, l'application desdites vibrations ultrasoniques étant faite au The preforms obtained after treatment according to the method of the invention are distinguished by the fact that they comprise at least one anisotropic zone produced by the application to these preforms maintained or brought to a temperature above 60oC, of ultrasonic vibrations according to at at least one predetermined axis, the application of said ultrasonic vibrations being made to the
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moment de l'injection desdites préformes ou postérieurement à cette injection. Dans certains cas, ces préformes peuvent être abaissées à une température inférieure à 60 C ou plus ou moins égale à la température ambiante en vue de leur utilisation ultérieure pour la fabrication de récipients par soufflage. at the time of injection of said preforms or after this injection. In some cases, these preforms can be lowered to a temperature below 60 C or more or less equal to room temperature for their subsequent use for the manufacture of containers by blowing.
Cette zone anisotrope engendre dans les parois du récipient, après le
soufflage, une valeur de la perméabilité aux gaz et aux vapeurs inférieure à 0, 03 cm3/récipientlpar jour sous une pression de 0, 2 atmosphère. This anisotropic zone generates in the walls of the container, after the
blowing, a gas and vapor permeability value of less than 0.03 cm 3 / container per day under a pressure of 0.2 atmospheres.
Les avantages sont très conséquents., car l'augmentation de la barrière aux gaz et aux vapeurs permet d'utiliser les récipients issus des préformes traitées pour des applications nouvelles, notamment pour des liquides sensibles à l'oxydation. The advantages are very significant, because the increase in the barrier to gases and vapors makes it possible to use the containers obtained from the preforms treated for new applications, in particular for liquids sensitive to oxidation.
La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation préférées décrites, mais peut subir différentes modifications ou variantes évidentes pour l'homme du métier.The present invention is not limited to the preferred embodiments described, but may undergo various modifications or variants obvious to a person skilled in the art.
Claims (14)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR0016468A FR2818186A1 (en) | 2000-12-18 | 2000-12-18 | Thermofusible polymer preform treatment procedure uses ultrasonic vibrations applied along at least one axis to reduce gas/vapour permeability |
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FR0016468A FR2818186A1 (en) | 2000-12-18 | 2000-12-18 | Thermofusible polymer preform treatment procedure uses ultrasonic vibrations applied along at least one axis to reduce gas/vapour permeability |
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ID=8857777
Family Applications (1)
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