FR2919818A1 - Procede et filiere pour la fabrication d'un corps creux en matiere plastique - Google Patents

Abstract

Procédé pour la fabrication d'un corps creux en matière plastique par moulage d'une paraison de matière plastique fondue extrudée verticalement à travers une filière, dans un moule comprenant deux empreintes complémentaires, caractérisé en ce que la filière est régulée de manière à ce que la forme de la paraison épouse celle des empreintes du moule.Filière convenant pour un tel procédé.

Description

Procédé et filière pour la fabrication d'un corps creux en matière

plastique La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un corps creux et en particulier, d'un réservoir à carburant, en matière plastique et ce à partir d'une paraison extrudée à travers une filière. Elle concerne également une filière pour l'extrusion d'une paraison convenant pour ledit procédé.

Les réservoirs à carburant (RàC) embarqués dans des véhicules de natures diverses sont de plus en plus souvent réalisés à base de matières plastiques. Celles-ci présentent par rapport aux métaux, l'avantage d'un moindre poids et d'une facilité de moulage plus grande. Généralement, les RàC en matière plastique sont moulés par soufflage ou thermoformage de feuilles ou d'une paraison extrudée verticalement à travers une filière qui peut ou non se trouver juste eu dessus du moule. Ces réservoirs comprennent généralement des dispositifs pour l'alimentation en carburant du moteur. De tels dispositifs font la liaison entre des éléments contenus dans le réservoir (clapets, pompe à carburant,...) et des éléments disposés à l'extérieur de celui-ci (canister, tubulure de remplissage,...). Le passage au travers de la paroi du réservoir doit se faire en tenant compte des exigences d'étanchéité imposées par les normes environnementales actuelles (LEV II, PZEV par exemple). A cet effet, la diminution du nombre et des dimensions des ouvertures dans la paroi du réservoir constitue un facteur favorable à la réduction des pertes évaporatives. Mais cela rend plus difficile l'insertion et le positionnement de composants à l'intérieur du réservoir. Dès lors, la demande EP 1110697 au nom de la demanderesse divulgue un procédé de moulage d'un réservoir à carburant utilisant une paraison en plusieurs parties de manière à pouvoir insérer les accessoires dans le réservoir lors même de son moulage. A cet effet, une paraison tubulaire est extrudée, puis, à la sortie de la filière, soumise à deux découpes longitudinales, selon deux génératrices opposées. Ce document préconise le recours à un dispositif de guidage, de mise à plat et d'écartement des deux parties de paraison ainsi obtenues et ce en vue de pouvoir introduire des accessoires dans le réservoir lors même de son moulage.

Le modèle d'utilité DE 20 2006 013 751 Ul propose quant à lui une filière qui permet de découper directement, en son sein, la paraison cylindrique sortant de l'extrudeuse et de la transformer en deux parties de paraison planes. Un tel

-2 procédé présente comme avantage de ne plus nécessiter de mise à plat subséquente de la paraison par des outils de manipulation séparés qui sont coûteux et compliquent le procédé tout en nuisant à sa sécurité (outils électriques chauds et mobiles).

Toutefois, un problème inhérent aux procédés de moulage de l'art antérieur, est lié au fait que la paraison (qu'elle soit en une pièce ou sous la forme de deux parties planes) doit être pincée entre les empreintes du moule et que la partie qui dépasse (au moins dans le haut et dans le bas, voire même sur tout le pourtour) est éliminée sous la forme d'un déchet (appelé scraps ou flash dans le jargon du métier) qui peut constituer une fraction pondérale non négligeable de la paraison. Par exemple, dans le cas où les empreintes du moule ont un bord inférieur qui n'est pas horizontal et/ou rectiligne, la quantité de déchet varie d'un endroit à l'autre de la paraison. En outre, suite au fluage de la matière plastique fondue, la largeur de la paraison varie généralement sur sa longueur menant généralement à la formation d'une restriction engendrant des coins de matière perdue. L'invention a dès lors pour but de fournir un procédé qui permet d'optimiser la quantité de déchets et qui est basé sur l'idée de réguler la filière c.à.d. de modifier la largeur ou le diamètre de sa section de sortie en fonction du temps et/ou de modifier localement la température de la matière en sortie de filière (de sorte que la paraison soit par endroits plus longue (là où la température est plus chaude) et par endroits plus courte de sorte à épouser la forme du profil inférieur de la pièce à mouler). A cet effet, l'invention concerne un procédé pour la fabrication d'un corps creux en matière plastique par moulage d'une paraison de matière plastique fondue extrudée verticalement à travers une filière, dans un moule comprenant deux empreintes complémentaires, caractérisé en ce que la filière est régulée de manière à ce que la forme de la paraison épouse celle des empreintes du moule. Le procédé selon l'invention convient pour tout corps creux et en particulier, pour tout corps creux à l'intérieur duquel on souhaite introduire au moins un accessoire. Il s'applique avantageusement la fabrication de réservoirs à carburant. Par réservoir à carburant, on entend désigner un réservoir étanche, apte à stocker du carburant dans des conditions d'utilisation et d'environnement diverses et variées. Un exemple de ce réservoir est celui qui équipe les véhicules automobiles. Dans la suite de l'exposé, les termes corps creux et réservoir sont dès lors à considérer comme équivalents.

-3 Le corps creux obtenu par le procédé selon l'invention est réalisé avec une paroi en matière plastique, comprenant généralement une face intérieure sur sa partie concave et une face extérieure sur sa partie convexe. Par matière plastique, on désigne toute matière comprenant au moins un polymère en résine de synthèse. Tous les types de matière plastique peuvent convenir. Des matières plastiques convenant bien appartiennent à la catégorie des matières thermoplastiques. Par matière thermoplastique, on désigne tout polymère thermoplastique, y compris les élastomères thermoplastiques, ainsi que leurs mélanges. On désigne par le terme "polymère" aussi bien les homopolymères que les copolymères (binaires ou ternaires notamment). Des exemples de tels copolymères sont, de manière non limitative: les copolymères à distribution aléatoire, les copolymères séquencés, les copolymères à blocs et les copolymères greffés.

Tout type de polymère ou de copolymère thermoplastique dont la température de fusion est inférieure à la température de décomposition conviennent. Les matières thermoplastiques de synthèse qui présentent une plage de fusion étalée sur au moins 10 degrés Celsius conviennent particulièrement bien. Comme exemple de telles matières, on trouve celles qui présentent une polydispersion de leur masse moléculaire. En particulier, on peut utiliser des polyoléfines, des polyesters thermoplastiques, des polycétones, des polyamides et leurs copolymères. Un mélange de polymères ou de copolymères peut aussi être utilisé, de même qu'un mélange de matières polymériques avec des charges inorganiques, organiques et/ou naturelles comme, par exemple, mais non limitativement : le carbone, les sels et autres dérivés inorganiques, les fibres naturelles ou polymériques. Il est également possible d'utiliser des structures multicouches constituées de couches empilées et solidaires comprenant au moins un des polymères ou copolymères décrits supra.

Un polymère souvent employé pour les réservoirs à carburant est le polyéthylène. D'excellents résultats ont été obtenus avec du polyéthylène haute densité (PEHD). De préférence, le corps creux auquel est destiné le procédé selon l'invention comprend une structure multicouche comprenant au moins une couche de matière thermoplastique et au moins une couche supplémentaire qui

-4 peut, de manière avantageuse, être constituée d'un matériau barrière aux liquides et/ou aux gaz. De préférence, la nature et l'épaisseur de la couche barrière sont choisies de manière à limiter au maximum la perméabilité des liquides et des gaz en contact avec la paroi du corps creux. De préférence, dans le cas d'un réservoir à carburant, cette couche est à base d'un matériau barrière c.-à-d. d'une résine imperméable au carburant telle que l'EVOH par exemple (copolymère éthylène û acétate de vinyle partiellement hydrolysé). Alternativement, le réservoir peut être soumis à un traitement de surface (fluoration ou sulfonation) ayant pour but de le rendre imperméable au carburant. L'invention s'applique particulièrement aux RàC multicouches moulés à partir d'une paraison comprenant des couches externes à base de PEHD et une couche interne à base d'EVOH. Par moulés , on entend mis en forme dans un moule comprenant deux empreintes complémentaires c.à.d. deux surfaces internes dont les pourtours coïncident et qui sont destinées à mouler la surface externe du réservoir. Par paraison, on entend une préforme extrudée de forme quelconque, généralement substantiellement cylindrique (ou tubulaire) ou sous forme de feuille(s), qui est destinée à constituer la paroi du corps creux après moulage c.-à-d. après une opération qui consiste à mettre la paraison, qui est à l'état fondu, aux formes et dimensions requises à l'aide d'un moule pour obtenir un réservoir. Selon l'invention, cette paraison est extrudée c.à.d. issue de la fusion et/ou de la plastification de la matière plastique dans une extrudeuse, puis de son expulsion de celle-ci à travers une tête d' extrusion, qui lui confère généralement une forme cylindrique. Par tête d'extrusion, on entend désigner un ensemble de blocs métalliques et un noyau comprenant un passage pour au moins un flux de matière plastique fondue sortant d'une extrudeuse. Un tel ensemble comprend généralement au moins un bloc pour la répartition de la matière sous forme d'un flux annulaire (ou distributeur), et dans le cas d'une tête de coextrusion, il comprend généralement au moins un distributeur par couche de matière. Le distributeur ou les distributeurs, le cas échéant, sont traversés de part en part par un orifice dont l'extrémité de sortie est généralement substantiellement annulaire et qui détermine avec le noyau, une section de passage de sortie annulaire pour la matière plastique fondue. Le flux de matière plastique fondue qui est alimenté par l'extrudeuse à la tête d'extrusion est généralement un flux cylindrique plein de matière plastique sous pression. Dans le cas d'une tête de coextrusion (destinée à l'extrusion de structures multicouches), il y a généralement autant d'orifices d'alimentation que de flux de matière cylindriques.

Selon l'invention, la paraison sortant de la tête d'extrusion est extrudée à travers une filière c.à.d. un ensemble de pièces destinées à conférer à la paraison, sa forme finale, qui peut être cylindrique, aplatie (oblongue) voire même, sous la forme de deux feuilles qui auront une tendance restreinte à s'incurver et seront donc plus faciles à manipuler (voir ci-dessus). Comme expliqué ci-après, cette filière peut être une pièce intégrée à la tête d'extrudeuse ou fixée sur celle-ci. De préférence, la paraison a une épaisseur réglable (c.à.d. que l'on peut faire varier de manière contrôlée longitudinalement (selon une génératrice) et/ou transversalement (sur une même section)) et ce à l'aide d'au moins un dispositif connu tel que WDS (noyau mobile verticalement), PWDS (anneau déformable), SFDR (poinçon de forme ou noyau à profil variable, usiné) ou die slide (pièce insérée localement dans la filière: voir brevet US 5,057,267 au nom de la demanderesse), intégré à la filière. Par rapport au moulage d'une paraison dont l'épaisseur est constante, cette manière de procéder permet de tenir compte de la réduction d'épaisseur qui a lieu lors du moulage (et en particulier, du soufflage) à certains endroits de la paraison, suite aux taux de déformation non constants de la matière dans le moule. Selon une variante préférée (qui est notamment explicitée dans le modèle d'utilité précité), la paraison est découpée longitudinalement dans la filière d'extrusion, et ce pour automatiser un maximum le procédé et faciliter les arrêts/démarrages de campagnes de production. Dans cette variante, de préférence, la paraison est d'abord découpée à l'aide de diviseurs de flux intégrés à la filière et ensuite, les deux parties de paraison découpées sont progressivement aplaties grâce à une modification progressive du passage interne de la filière à travers lequel s'écoule le ou les flux de matière plastique de la 30 paraison. Selon l'invention, la filière est régulée de manière à ce que la forme de la paraison épouse celle des empreintes du moule. On entend par là que sa largeur (ou son diamètre pour une paraison tubulaire) et/ou sa longueur est variable de manière à ce que la partie qui déborde du moule soit substantiellement constante 35 sur le pourtour des empreintes. En pratique, un moyen de faire varier la longueur

-6 de la paraison consiste à faire varier sa température localement (c.à.d. sur son diamètre ou sa largeur de manière à provoquer un fluage variable de la matière) et un moyen de faire varier la largeur de la paraison consiste à faire varier la largeur (pour une filière plate destinée à la fabrication de feuilles) ou le diamètre (pour une filière ronde destinée à la fabrication de paraisons tubulaires) de la section de sortie de la filière en fonction du temps. Ces variantes peuvent, selon la forme des empreintes, être utilisées indépendamment ou en combinaison. Ainsi, la température de la filière peut être régulée de manière à ce que le bord inférieur de la paraison épouse au mieux la forme du bord inférieur des empreintes lorsque celui-ci n'est pas horizontal et/ou rectiligne (c.à.d. lorsque la partie du pourtour des empreintes substantiellement parallèle au sol n'est pas une ligne droite et/ou horizontale). Dès lors, comme expliqué ci-dessus, cette régulation doit permettre de faire en sorte que la paraison soit par endroits plus longue (là où sa température est plus chaude) et par endroits plus courte. En d'autres termes : doit permettre de varier la température de la matière plastique fondue sur son pourtour (dans le cas d'une paraison cylindrique) ou sur sa largeur (dans le cas d'une paraison en deux parties) c.à.d. sur une coupe prise à travers la sortie de la filière par un plan perpendiculaire au sens d'extrusion. De même, pour pallier au fluage de la paraison (qui est souvent responsable de la présence d'une restriction sur sa longueur), la largeur ou le diamètre de la section de sortie de la filière est avantageusement modulable en fonction du temps. Un moyen qui convient bien à cet effet consiste à munir le noyau et/ou le manteau de la filière, de préférence à sa sortie, de pièces mobiles qui permettent de modifier la largeur ou le diamètre du flux de matière fondue.

Cet aspect est expliqué plus en détail dans les figures annexées au présent mémoire et dans le texte qui s'y rapporte. La mise au point de la régulation de température et/ou de largeur (diamètre) susmentionnée se fait généralement par simulation et validation expérimentale.

De manière tout particulièrement préférée, la filière du procédé selon l'invention est également équipée d'un dispositif permettant la découpe transversale de la paraison (ou des feuilles) pour obtenir des morceaux de paraison (ou feuilles discontinues) qui peuvent ensuite être moulés. Cette découpe peut avoir lieu par mouvement relatif du noyau et du manteau de la filière, de manière à momentanément interrompre le flux de matière et donc, à découper la paraison. Alternativement, on peut déposer sous la filière (ou éventuellement intégrer à sa surface inférieure), des pinces ou couteaux pour réaliser cette découpe. Lorsque des feuilles déjà découpées et partiellement aplaties sont obtenues à la sortie de la filière, leur manipulation et leur transfert vers le moule sont nettement plus aisés que dans les procédés de l'art antérieur. On peut dès lors diminuer la hauteur nécessaire entre la sortie de la filière et les empreintes du moule. Ceci diminuera le temps de séjour de la matière extrudée dans l'air ambiant et ainsi augmentera la température des feuilles, ce qui facilitera le procédé subséquent de moulage, en particulier lorsque celui-ci comprend une étape de fixation de composant(s) (accessoires(s)) à l'intérieur de la paraison, sur sa face intérieure, avant le moulage final du corps creux. Une telle fixation de composants, qui est avantageuse dans le cadre de la présente invention, est par exemple décrite dans les demandes WO 2006/008308, WO 2006/032672 et WO 2007/000454 au nom de la demanderesse.

Le transfert de la paraison vers le moule peut avoir lieu de toute manière connue. Toutefois, selon une variante préférée, on dispose les empreintes du moule en dessous de la filière et on extrude la paraison (feuilles) en continu entre les empreintes du moule, que l'on ferme alors sur lesdites feuilles juste avant leur découpe transversale et leur moulage.

Toutefois, dans cette variante, le bout libre de la paraison (qui pend par gravité entre les empreintes du moule) a tendance à gondoler, en particulier lorsqu'il s'agit de feuilles ont une épaisseur variable comme préconisé ci-dessous. Dès lors, selon une variante tout particulièrement préférée, ce bout (ou plutôt : cette paire d'extrémités de feuilles) est guidé par un mords ou des pinces (de préférence en métal refroidi ou revêtu de PTFE par exemple) permettant de les aplatir et d'empêcher la formation de plis et/ou par un dispositif solidaire du moule tel que décrit dans une demande co-pendante au nom de la demanderesse. Dans le procédé selon l'invention, on réalise de préférence le moulage du réservoir d'un seul tenant (en une seule étape à l'issue de laquelle on obtient un réservoir en une seule pièce, sans le recours à une étape supplémentaire d'assemblage de coquilles séparées) à partir d'une paraison fendue ou en au moins deux parties, et ce généralement en soudant la fente ou les deux parties de paraison lors de la fermeture du moule. En particulier, de manière avantageuse, on moule le réservoir par : • soufflage c.-à-d. par expansion et plaquage de la paraison découpée sur les empreintes du moule au moyen d'un fluide sous pression (comme décrit dans la demande EP 1110697); • thermoformage de la paraison c.-à-d. par plaquage de celle-ci sur les empreintes du moule par exemple en aspirant (faisant le vide) derrière celles-ci.

De préférence, le réservoir est moulé par soufflage éventuellement en tirant sous vide derrière les empreintes du moule (pour y plaquer la paraison lorsque le moule est ouvert). En effet, le thermoformage implique généralement le chauffage du moule à une température proche de la température de mise en oeuvre de la matière plastique pour pouvoir réaliser les déformations profondes (coins du réservoir par exemple, où il y a un étirement important de la paraison). Il en résulte des temps de cycle plus longs qu'avec le soufflage, où cette contrainte n'existe pas. La présente invention concerne également une filière destinée à être montée sur une extrudeuse débitant un flux de matière cylindrique, ladite filière ayant à cet effet un passage pour ledit flux dont la section est soit annulaire, soit aplatie (voire même en deux feuilles) à la sortie (c.à.d. du côté ou le flux de matière plastique fondue sort de la filière). Ce passage est de préférence délimité par deux pièces séparées : d'une part, par une partie centrale ou noyau, qui est contact direct avec la surface interne de la paraison, et d'autre part, par une pièce externe, ou manteau, qui est en contact direct avec la surface externe de la paraison. Une telle filière présente l'avantage d'être aisément montable sur (et démontable de) une tête d'extrusion classique. Il convient à ce propos de noter qu'elle pourrait également s'y substituer ou, en d'autre termes : que dans le cadre de l'invention, la filière pourrait être intégrée à la tête d'extrusion telle que définie ci-avant. Selon l'invention, cette filière est munie d'un dispositif permettant de varier la largeur ou le diamètre de la paraison en fonction du temps et/ou d'un dispositif permettant de varier la température de la matière plastique fondue localement à sa sortie c.à.d. sur une coupe prise à travers la sortie de la filière par un plan perpendiculaire au sens d'extrusion. Selon une variante préférée, cette filière comprend au moins un diviseur de flux qui interrompt le passage pour la matière fondue à un moment donné et ce de préférence jusqu'à la sortie de la filière. Ce diviseur de flux est donc susceptible de fendre le flux cylindrique de manière pour obtenir une paraison fendue. De manière tout particulièrement préférée, la filière selon cet aspect de l'invention comprend deux diviseurs de flux disposés de manière diamétralement opposée dans le passage et ce de manière à séparer la paraison en deux parties selon deux génératrices opposées. De manière tout particulièrement préférée, et comme évoqué précédemment, la filière selon l'invention comprend également un dispositif de réglage de l'épaisseur de la paraison et/ou un dispositif de découpe transversale de la paraison. En ce qui concerne le dispositif de réglage de l'épaisseur de la paraison, il s'agit de préférence d'un die slide (pièce insérée localement dans la filière) tel que décrit dans le brevet US 5,057,267 au nom de la demanderesse. Les figures 1 à 3 illustrent l'invention de manière théorique; la figure 4 illustre de manière schématique une lère variante de l'invention et les figures 5 et 6, une 2ème variante. En particulier, la figure 1 illustre en traits épais, la forme réelle d'une paraison (feuille) extrudée et en traits fins, la forme idéale qu'elle devrait avoir pour mouler un objet substantiellement cylindrique. On peut y voir comment le fluage de la matière (qui sort d'une extrudeuse située en amont, qui n'est pas représentée, et d'où la paraison pend par gravité) provoque l'apparition d'une striction.

La figure 2 illustre en théorie la solution à ce problème qui consiste à varier la larguer (1) de la paraison sur la longueur (L) c.à.d. en fonction du temps en fait (considérant qu'au fur et à mesure de l'extrusion de la paraison, sa longueur augmente). La figure 3 illustre schématiquement la manière de mettre solution en pratique et qui consiste à varier la largeur de la feuille pendant son extrusion de manière à compenser le fluage. La figure 4 précise cette idée en illustrant des blocs mobiles soit par pivotement soit par translation qui sont tantôt dans le flux de matière fondue et tantôt rétractés partiellement voire totalement de manière à varier la largeur de la feuille. Le dispositif (4) illustré dans les figures 5 (au repos) et 6 (en action) est monté sur une filière comprenant 3 zones : une zone (1) dans laquelle une

- 10 - paraison initialement cylindrique est transformée en 2 feuilles; une zone (2) de régulation de pression et une zone (3) de régulation d'épaisseur. C'est sur cette dernière (3) qu'est monté le dispositif (4) qui comprend une tige coulissante (5) dont une extrémité agit sur une règle pivotante (6) qui a pour effet de réduire localement la largeur des feuilles (en grisé) lorsqu'elles sont actionnés (voir figure 6). La forme de la cavité du moule (7) est illustrée à la figure 6 où l'on peut voir que, en jouant sur le profil latéral des feuilles, on peut effectuer un gain de matière (8) non négligeable.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. û Procédé pour la fabrication d'un corps creux en matière plastique par moulage d'une paraison de matière plastique fondue extrudée verticalement à travers une filière, dans un moule comprenant deux empreintes complémentaires, caractérisé en ce que la filière est régulée de manière à ce que la forme de la paraison épouse celle des empreintes du moule.

2. - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'on fait varier localement la longueur de la paraison en variant localement la température de la filière et/ou en ce que l'on fait varier la largeur ou le diamètre de la paraison à la sortie de la filière en fonction du temps.

3. û Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on règle l'épaisseur de la paraison à l'aide d'un dispositif intégré à filière.

4. û Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la découpe longitudinale de la paraison est réalisée dans la filière au moyen de diviseurs de flux qui s'étendent jusqu'à la sortie de la filière et qui ont un emplacement et une forme adaptée pour contribuer, avec la forme du passage à travers la filière, à transformer la paraison en deux feuilles substantiellement planes.

5. û Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la filière comprend un noyau et un manteau et en ce que la paraison est découpée transversalement par un mouvement relatif du noyau et du manteau de la filière, de manière à momentanément interrompre le flux de matière.

6. û Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on dispose les empreintes du moule en dessous de la filière; on extrude la paraison en continu entre les empreintes du moule, que l'on ferme alors juste avant de découper transversalement la paraison et de la mouler.

7. û Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'extrémité inférieur de la paraison (qui pend par gravité entre les empreintes du moule) est guidée et aplatie par un dispositif adéquat. - 12 -

8. û Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moulage du réservoir a lieu par soufflage éventuellement en tirant sous vide derrière les empreintes du moule.

9. û Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il utilise un insert ayant une forme et une taille appropriées pour pouvoir être en partie inséré entre les empreintes du moule lorsque celui-ci est fermé.

10. û Filière convenant pour un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, et étant destinée à être montée sur une extrudeuse débitant un flux de matière cylindrique, ladite filière ayant à cet effet un passage pour ledit flux dont la section est soit annulaire, soit aplatie (voire même en deux feuilles) à la sortie (c.à.d. du côté ou le flux de matière plastique fondue sort de la filière) et étant munie d'un dispositif permettant de varier le diamètre ou la largeur de sa section de sortie en fonction du temps et/ou la température de la matière plastique fondue localement à sa sortie (c.à.d. sur une coupe prise à travers la sortie de la filière par un plan perpendiculaire au sens d'extrusion).