FR3023745A1 - Procede de soudage de deux films de pet, par elevation de temperature et deplacement d'au moins un point de pression des films selon une trajectoire composee de mouvements croises - Google Patents

Procede de soudage de deux films de pet, par elevation de temperature et deplacement d'au moins un point de pression des films selon une trajectoire composee de mouvements croises Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de soudage de deux films PET entre eux, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : - exercer au moins un point de pression des films l'un contre l'autre ; - engendrer une élévation de température du point de pression ; - déplacer le point de pression en vue de réaliser une surface de soudure selon un déplacement composé d'une succession de mouvements d'avance, de recul et de mouvements croisés avec les mouvements d'avance et/ou de recul de nature à engendrer une succession de croisements du déplacement sur lui-même du ou des points de pression.

Description

Procédé de soudage de deux films de PET, par élévation de température et déplacement d'au moins un point de pression des films selon une trajectoire composée de mouvements croisés. L'invention concerne la conception et la mise en oeuvre de 5 techniques de façonnage d'objets réalisés à partir de films thermosoudables. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de soudage de deux films de polytéréphtalate d'éthylène (PET) entre eux. Dans le domaine de l'invention, il est connu que le polytéréphtalate d'éthylène ou PET est un matériau plastique dont les caractéristiques 10 physiques s'avèrent particulièrement intéressantes pour une utilisation à grande échelle dans l'industrie, en particulier s'agissant de la réalisation de contenants alimentaires à base de PET. En effet, le PET est notamment connu pour ses excellentes qualités en matière de : 15 capacité à être recyclé ; conservation ; coût matière première ; compatibilité avec différentes techniques d'impression ; passage en chauffage micro-ondes ; 20 Ainsi, le PET est actuellement largement utilisé pour la réalisation de contenants alimentaires, et notamment pour la constitution de poches ou de sachets souples destinés à contenir des produits liquides ou pâteux, par exemple des boissons, voire des produits alimentaires tels 25 que des crèmes dessert ou des compotes. Dans le domaine de l'invention, il est bien connu de façonner ces poches ou ces sachets par l'assemblage de deux films se faisant face pour constituer deux parois opposées du contenant, reliées entre elles par une ligne de soudure périphérique. 30 Or, il est bien connu des fournisseurs de PET et des transformateurs de ce matériau, que le PET est un matériau qui n'est pas soudable sur lui-même, en particulier sur une largeur suffisante pour assurer l'étanchéité du contenant réalisé. En d'autres termes, il n'est pas possible avec les techniques actuelles de souder deux films de PET directement entre eux sur une largeur suffisante pour assurer de façon fiable une fonctionnalité de contenant.
Pour cette raison, les films de PET sont complexés avec d'autres films thermosoudables, par exemple en matière polyéthylène (PE), c'est-à-dire associés par collage à d'autres films qui sont généralement placés du côté extérieur du contenant tandis que le PET est placé côté intérieur du contenant, le PE (ou autres films) apportant entre autre la capacité de soudage des deux parois entre elles. Toutefois, cette technique tend à dégrader les avantages du PET, s'agissant notamment : du recyclage du contenant, les matériaux du film complexé n'ayant pas les mêmes cycles de recyclage combiné au fait qu'il n'est pas possible de les séparer ; - les autres films complexes présentent de moins bonnes propriétés en situation de chauffage par micro-onde ; - le coût matière première des films complexés est notablement plus cher que le PET seul ; Le problème du soudage des films PET directement entre eux, a notamment été évoqué par le document publié sous le numéro FR 2780911. Selon ce document, il suffit, pour réaliser une soudure d'un bord d'un film PET sur le bord d'un autre film PET, de serrer les bords en question entre deux masses métalliques chauffées à une température voisine de la fusion du polytéréphtalate d'éthylène, c'est-à-dire à une température comprise entre 250°C et 280°C, de préférence de 270°C. Les bords sont maintenus serrés entre les masses chauffées pendant une durée de 0,5 secondes à 3 secondes. Les masses sont ensuite desserrées. La soudure ainsi réalisée est laissée à refroidir. Cette technique correspondant au procédé de thermosoudage de films complexés, le cas le plus courant mettant en oeuvre des barres de chauffe enserrant entre elles les films à souder. Il s'avérerait bien sûr idéal que le principe de cette technique conduise également à un soudage performant des deux films PET entre eux. Toutefois, de nombreux transformateurs de films PET ont testé une telle pratique et pu constater qu'un tel mode opératoire ne fonctionne absolument pas pour le soudage de deux films PET directement entre eux. Clairement, une telle pratique conduit à deux cas de figures, sans alternative possible à savoir : - soit les deux films PET ne sont pas soudés entre eux mais restent intacts ou quasiment, et se séparent donc après desserrage des masses chauffées ; - soit les deux films fondent sous la chaleur des masses qui les enserrent, auquel cas les deux films non seulement ne restent pas soudés mais de plus sont percés par la chaleur dégagée par les masses qui les enserrent. L'invention a donc notamment pour objectif de proposer une technique de soudage de deux films PET directement entre eux. Cet objectif, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont 20 atteints grâce à l'invention qui a pour objet un procédé de soudage de deux films PET entre eux, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de - exercer au moins un point de pression des films l'un contre l'autre ; 25 - engendrer une élévation de température du point de pression ; - déplacer le point de pression en vue de réaliser une surface de soudure selon un déplacement composé d'une succession de mouvements d'avance, de recul et de 30 mouvements croisés avec les mouvements d'avance et/ou de recul de nature à engendrer une succession de croisements du déplacement sur lui-même du ou des points de pression. Ainsi, grâce au procédé selon l'invention, les mouvements d'avance, de recul et les mouvements croisés avec les mouvements 5 d'avance et/ou de recul tendent à réaliser un effet de malaxage le long de la trajectoire de soudure. En d'autres termes, le chauffage exercé par le ou les points de pression des films l'un contre l'autre conduit à la fusion des films et à leur soudage. Et quand bien même la fusion conduit éventuellement à 10 générer des trous dans les films, la matière en fusion des deux films est malaxée au fur et à mesure du déplacement du ou des points de pression, ce qui tend à reboucher les éventuels perçages des films au fur et à mesure du déplacement du ou des points de pression. En tout état de cause, le malaxage engendré par la succession de 15 croisements du déplacement sur lui-même du ou des points de pression assure la liaison mécanique des deux films PET entre eux, cette liaison étant obtenue par un quasi thermosoudage (en fait une combinaison de thermosoudage et de malaxage), ce qui n'était pas jusque-là possible avec les techniques connues. 20 Bien entendu, le procédé selon l'invention permet donc de réaliser des contenants, ou autres objets, associant deux films PET directement entre eux en obtenant l'intégralité des avantages liés au PET, ceci de façon exclusive de tout effet négatif ou réducteur d'un autre matériau complexé avec le PET comme c'est le cas avec l'art antérieur. 25 En d'autres termes, tout objet façonné avec un procédé selon l'invention présentera de grandes qualités s'agissant de : son recyclage ; son coût de fabrication ; sa capacité à être chauffé en micro-ondes ; 30 sa capacité à tolérer différentes techniques d'impression ; son contact alimentaire ; En outre, comme cela va apparaître plus clairement par la suite, un procédé selon l'invention permet aisément de réaliser des soudures non rectilignes, et même de toutes formes, même complexes, ce qui lui confère un grand intérêt quant aux nouvelles possibilités qu'il offre pour la réalisation de contenant diverses et variés. Selon un mode de réalisation préférentiel, le procédé comprend les étapes de : - exercer une zone de pression des films l'un contre l'autre à l'aide d'une surface mobile ; - entraîner en rotation la surface mobile autour d'un axe perpendiculaire aux films ; déplacer la zone de pression en vue de réaliser une surface de soudure selon un déplacement composé d'une succession de mouvements d'avance, de recul et de mouvements croisés avec les mouvements d'avance et/ou de recul de nature à engendrer une succession de croisements du déplacement sur lui-même du ou des points de pression. Ainsi, selon ce mode de réalisation, le procédé engendre un effet de thermosoudage obtenu par la combinaison de deux effets, à savoir l'élévation de température obtenue par le phénomène de friction et le mélange de matière des deux films PET entre eux engendré par la rotation de la surface mobile mise en mouvement. En effet, la combinaison des mouvements de rotation et de déplacement le long d'une ligne de soudage de la surface mobile se traduit par une trajectoire hélicoïdale au contact des films qui tend à exercer le malaxage évoqué précédemment en même temps qu'une élévation de température, le tout favorisant la liaison mécanique des deux films PET entre eux.
On note que ce mode de réalisation s'avère avantageux en ce que la surface mobile entraînée en rotation n'est pas un élément chauffant en tant que tel (l'élévation de température n'étant obtenue que par la friction de la surface mobile contre les films), ce qui évite une consommation d'énergie liée au chauffage, électrique par exemple, du point de pression. Dans ce cas, la surface mobile est entraînée en rotation à une 5 vitesse comprise entre 10 000 tr/min et 100 000 tr/min, et préférentiellement entraînée en rotation à une vitesse de 50 000 tr/min. Toutefois, selon un autre mode de réalisation envisageable, le point de pression est obtenu par l'intermédiaire d'un embout chauffé. Selon un mode de réalisation avantageux, le ou les points de 10 pression sont déplacés le long d'une trajectoire médiane avec une vitesse linéaire le long de la trajectoire médiane comprise entre 1 m/min et 3 m/min, et préférentiellement avec une vitesse linéaire le long de la trajectoire médiane de 2 m/min. On obtient de cette façon une combinaison de paramètres 15 satisfaisante entre la pression exercée, l'élévation de température et le temps de présence du ou des points de pression d'une zone considérée des films. Ainsi, selon un mode de réalisation avantageux, le ou les points de pression exercent une pression sur les films comprise entre 2,5 daN et 20 7,5 daN, la pression sur les films étant préférentiellement de 5 daN. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la température du ou des points de pression est supérieure à 245°C, et préférentiellement supérieure ou égale à 315°C. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront 25 plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 est une représentation schématique de la trajectoire d'un point de pression sur des films PET avec un 30 procédé selon l'invention ; la figure 2 est une vue d'ensemble d'un exemple de dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention. En référence à la figure 1, on décrit un procédé de soudage de 5 deux films PET entre eux selon l'invention. Selon ce procédé, on réalise les étapes de : - exercer au moins un point de pression P des films F l'un contre l'autre, tandis que les films sont disposés sur une table support après avoir été déroulés à partir d'une 10 bobine ; engendrer une élévation de température du point de pression P ; déplacer ce point de pression en vue de réaliser une surface de soudure S selon un déplacement composé d'une 15 succession de mouvements d'avance tels qu'indiqués par la flèche AV, de mouvements de recul tels que symbolisés par la flèche R et de mouvements croisés tels que symbolisés par les flèches MC. La direction des mouvements MC est ici représentée transversale 20 aux mouvements d'avance AV et de recul R, ces déplacements MC devant être compris comme pouvant prendre toutes directions de nature à croiser, suivant un angle quelconque, les mouvements d'avance et/ou de recul. En tout état de cause, la succession de ces mouvements d'avance 25 AV, de recul R et des mouvements croisés MC engendrent une succession de croisements C du déplacement sur lui-même du point P. Selon le mode de réalisation illustré par la figure 1, la trajectoire du ou des points de pression P prend une forme hélicoïdale. Le pas de cette trajectoire hélicoïdale peut varier autant que de 30 besoins, engendrant plus ou moins de points de croisement C le long du déplacement du point ou des points de pression P.
Bien entendu, d'autres formes de trajectoire du ou des points de pression P peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. Préférentiellement, le procédé selon l'invention sera réalisé en appliquant l'un et/ou l'autre des paramètres suivants : le ou les points de pression P sont déplacés le long d'une trajectoire médiane T comprise entre 1 m/min, et 3 m/min, et préférentiellement avec une vitesse linéaire le long de la trajectoire médiane de 2 m/min ; - le ou les points de pression P exercent une pression sur les films comprise entre 2,5 daN et 7,5 daN, et préférentiellement avec une pression sur les films de 5 daN ; - la température du ou des points de pression P est supérieure à 245°C, et préférentiellement supérieure ou égale à 315°C. Selon un mode de réalisation envisageable, le ou les points de pression P sont obtenus par l'intermédiaire d'un embout chauffé. Selon un mode de réalisation préférentiel, on exerce une zone de pression des films l'un contre l'autre à l'aide d'une surface mobile, que l'on entraîne en rotation autour d'un axe perpendiculaire aux films, et que l'on déplace en vue de réaliser une surface de soudure selon un déplacement composé d'une succession de mouvement d'avance, de recul et de mouvements croisés avec les mouvements d'avance et/ou de recul, de nature à engendrer une succession de croisements du déplacement sur lui-même des points de pression composant la zone de pression. Une telle mise en oeuvre peut être obtenue avec un dispositif tel que celui décrit par la figure 2. En référence à cette figure 2, un dispositif de soudage de deux 30 films F PET entre eux (les deux films F étant bien entendu superposés et ne laissant apparaître sur la figure 2 qu'un seul film placé au-dessus de l'autre) comprend : un bâti 1 ; une table support 2, sur laquelle les films F défilent, des moyens de déroulement (non représentés), des films à partir d'une bobine permettant de faire défiler les films par rapport au dispositif, en les faisant glisser sur la table support ; un outil de chauffage 3, monté mobile par rapport au bâti et dans un plan XY parallèle à celui de la table support. L'outil de chauffage est en particulier mobile en hauteur par 10 rapport à la table support, le long d'un axe Z perpendiculaire au plan XY. Selon le principe de l'invention, l'outil de chauffage comprend une tête de soudage 30 destinée à être appliquée contre les films F, le dispositif comprenant des moyens d'entraînement 31 en rotation de la table de soudage 30 autour d'un axe de rotation A parallèle à l'axe Z, 15 c'est-à-dire perpendiculaire à la table support. La tête de soudage comprend préférentiellement une surface de contact essentiellement plate, de forme circulaire, avantageusement bordée par un chanfrein périphérique. Ainsi, la tête de soudage d'un dispositif selon le présent mode de 20 réalisation est entraîné en rotation autour d'un axe de rotation A tel qu'illustré par la flèche F1, et est déplacé le long d'une ligne L de soudage. Un tel dispositif peut comprendre en outre un système de commande apte à piloter le déplacement de l'outil de chauffage, le 25 système de commande étant paramétré pour piloter les déplacements de l'outil de chauffage selon les directions X et Y perpendiculaires entre elles et définissant un plan parallèle à celui de la table supportant les films F. A titre indicatif, la vitesse de rotation de la surface mobile de 30 pression constituée par la tête de soudage est comprise entre 10 000 tr/min et 100 000 tr/min, en étant préférentiellement de 50 000 tr/min.
Par ailleurs, le système de commande présente une interface de communication reliée à une unité centrale, permettant de programmer des paramètres de déplacement de l'outil de soudage selon les axes X, Y et Z.
Ces paramètres de programmation peuvent intégrer la vitesse de déplacement de l'outil de soudage le long de la ligne L. A titre indicatif, cette vitesse est comprise entre 1 m/min et 3 m/min, en étant préférentiellement de 2 m/min. Bien entendu, l'ensemble de ces paramètres de pilotage (vitesse de rotation dans le cas d'une surface de pression mobile rotative, vitesse de déplacement le long de la ligne de soudage, élévation de température, pression exercée sur les films) de l'outil de soudage varient en fonction des films F PET à souder directement entre eux, par exemple en fonction de leur épaisseur. 20

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de soudage de deux films PET entre eux, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : exercer au moins un point de pression des films l'un contre l'autre ; engendrer une élévation de température du point de pression ; déplacer le point de pression en vue de réaliser une surface de soudure selon un déplacement composé d'une succession de mouvements d'avance, de recul et de mouvements croisés avec les mouvements d'avance et/ou de recul de nature à engendrer une succession de croisements du déplacement sur lui-même du ou des points de pression.
  2. 2. Procédé de soudage de deux films PET entre eux selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : exercer une zone de pression des films l'un contre l'autre à l'aide d'une surface mobile ; entraîner en rotation la surface mobile autour d'un axe perpendiculaire aux films ; déplacer la zone de pression en vue de réaliser une surface de soudure selon un déplacement composé d'une succession de mouvements d'avance, de recul et de mouvements croisés avec les mouvements d'avance et/ou de recul de nature à engendrer une succession de croisements du déplacement sur lui-même du ou des points de pression.
  3. 3. Procédé de soudage de deux films PET entre eux selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface mobile est entraînée en rotation à une vitesse comprise entre 10 000 tr/min et 100 000 tr/min.
  4. 4. Procédé de soudage de deux films PET entre eux selon la revendication 3, caractérisé en ce que la surface mobile est entraînée en rotation à une vitesse de 50 000 tr/min.
  5. 5. Procédé de soudage de deux films PET entre eux selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point de pression est obtenu par l'intermédiaire d'un embout chauffé.
  6. 6. Procédé de soudage de deux films PET entre eux selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le ou les points de pression sont déplacés le long d'une trajectoire médiane avec une vitesse linéaire le long de la trajectoire médiane comprise entre 1 m/min et 3 m/min.
  7. 7. Procédé de soudage de deux films PET entre eux selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ou les points de pression sont déplacés le long d'une trajectoire médiane avec une vitesse linéaire le long de la trajectoire médiane de 2 m/min.
  8. 8. Procédé de soudage de deux films PET entre eux selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le ou les points de pression exercent une pression sur les films comprise entre 2,5 daN et 7,5 daN.
  9. 9. Procédé de soudage de deux films PET entre eux selon la revendication 8, caractérisé en ce que le ou les points de pression exercent une pression sur les films de 5 daN.
  10. 10. Procédé de soudage de deux films PET entre eux selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la température du ou des points de pression est supérieure à 245°C, et préférentiellement supérieure ou égale à 315°C.
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WACHTLER ET AL: "Friction Stir Welding von faserverstärkten Polymeren = Friction Stir Welding of fibre-reinforced polymers", THESIS,, 1 January 2010 (2010-01-01), pages 1 - 184, XP009163024 *

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