RECIPIENT AYANT UN FOND MUNI D'UNE VOUTE A
DECROCHEMENT
L'invention a trait à la fabrication des récipients, notamment bouteilles ou pots, obtenus par soufflage ou étirage soufflage à partir de préformes en matière plastique, telle que du polyéthylène téréphtalate (PET).
La fabrication par soufflage d'un récipient consiste ordinairement à introduire dans un moule à l'empreinte du récipient une ébauche (une préforme ou un récipient intermédiaire obtenu par présoufflage d'une préforme) préalablement chauffée à une température supérieure à la température de transition vitreuse de la matière, et à injecter dans l'ébauche un fluide (notamment un gaz tel que de l'air) sous pression. Le soufflage peut être complété par un étirage préalable de l'ébauche au moyen d'une tige coulissante.
La double orientation moléculaire que subit la matière au cours du soufflage (axiale et radiale, respectivement parallèlement et perpendiculairement à l'axe général du récipient) confère au récipient une certaine rigidité structurelle.
Mais la diminution - dictée par le marché - de la quantité de matière employée pour la fabrication des récipients amène les fabricants à recourir à des astuces de fabrication ou de forme pour rigidifier leurs récipients, la bi-orientation se révélant insuffisante. Il en résulte qu'à poids égal deux récipients n'ont pas nécessairement les mêmes performances mécaniques (tenue, rigidité).
Un procédé bien connu d'accroissement de la rigidité d'un récipient est la thermofixation, qui consiste à chauffer la paroi du moule pour augmenter par voie thermique le taux de cristallinité. Ce procédé, illustré par le brevet français FR 2 649 035 (Sidel) et son équivalent américain US 5,145,632, est employé notamment pour les applications HR (initiales du terme anglais "heat résistant", soit résistant à la chaleur), dans lesquelles le récipient est rempli à chaud.
Mais, en raison de son coût et de la réduction de cadence qu'il impose, ce type de procédé ne saurait se généraliser aux applications ordinaires du type eau plate. Pour ces applications, la rigidité structurelle du fond dépend essentiellement de sa forme. Il est connu de rigidifier le fond au moyen de rainures radiales, cf. par ex. le brevet
français FR 2 753435 (Sidel). Ce fond conserve sa tenue mécanique sans se retourner tant que les conditions de volume et/ou de pression dans le récipient sont normales. Cependant, lorsque ces conditions sont extrêmes, le fond a tendance à s'affaisser, allant jusqu'à se retourner. Ainsi, lorsque le récipient est stocké par forte chaleur, typiquement lorsqu'il est entreposé en palette en extérieur en plein soleil, la température du contenu peut atteindre ou dépasser 50°C, et l'augmentation de pression induite par la dilatation du contenu dépasser le seuil au-delà duquel le fond se retourne. Le récipient devient alors instable, avec un risque élevé d'affaissement de toute la palette. De même, lorsque le récipient est stocké en congélateur à des températures auxquelles le contenu gèle, la dilation induite par la solidification provoque un retournement du fond, le récipient devenant également instable.
II serait en théorie possible de former sur le fond de profondes réserves en creux (notamment une voûte profonde) susceptibles d'accroître la résistance mécanique du fond. Cependant, cette astuce de forme, aussi efficace soit-elle, nécessite à la fois un surcroît de matière, incompatible avec les exigences d'allégement précitées, et une pression de soufflage élevée, incompatible avec les exigences d'économie d'énergie, qui supposent au contraire une diminution de la pression de soufflage nécessaire au formage du récipient. A titre d'exemple, les cahiers des charges actuels pour le formage de bouteilles d'eau plate de capacité 0,5 litre imposent ordinairement une masse de l'ordre de 10 g, pour une pression de soufflage de l'ordre de 20 bar.
Un premier objectif est d'améliorer les performances mécaniques des récipients à soufflabilité (c'est-à-dire capacité du récipient à être formé par soufflage) équivalente.
Un deuxième objectif est de proposer un récipient dont la forme optimisée du fond lui confère un bon compromis entre soufflabilité, légèreté et rigidité.
Un troisième objectif est de proposer un récipient dont le fond offre une bonne résistance au retournement, et qui, dans des conditions extrêmes de pression et/ou de volume interne, puisse demeurer stable.
A cet effet, il est proposé un récipient en matière plastique, muni d'un corps et d'un fond s'étendant à partir d'une extrémité inférieure du
corps, le fond comprenant une assise périphérique définissant un plan de pose, une voûte concave qui s'étend à partir d'une zone centrale jusqu'à l'assise et une série de rainures de renfort qui s'étendent radialement à partir de la zone centrale jusqu'à l'assise au moins, récipient dans lequel la voûte présente deux régions concentriques, à savoir une région centrale et une région périphérique, séparées par un décrochement axial médian qui s'étend annulairement de manière continue autour de la zone centrale, en sorte que la région centrale se trouve surélevée par rapport à la région périphérique.
Grâce à ce décrochement, le fond garantit la stabilité du récipient même dans des conditions de pression et/ou de volume extrêmes.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison :
le décrochement présente un diamètre compris entre 40% et 60% d'un diamètre du plan de pose ;
le diamètre du décrochement est d'environ 50% du diamètre du plan de pose ;
les rainures se prolongent radialement au-delà de l'assise ;
le fond comprend une série de rainures intercalaires de renfort, qui s'étendent localement à cheval sur l'assise ;
le décrochement s'étend sur une hauteur comprise entre 0,4 et 1,2 mm ;
le récipient présente une capacité de 0,5 litre et le décrochement s'étend sur une hauteur comprise entre 0,4 et 1,2 mm, notamment d'environ 0,5 mm ;
le récipient présente une capacité de 1,5 litre et le décrochement s'étend sur une hauteur comprise entre 0,7 et 1,2 mm, notamment d'environ 1 mm.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description d'un mode de réalisation, faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 est une vue de dessous en perspective d'un récipient en matière plastique ;
la figure 2 est une vue en perspective, à échelle agrandie, montrant le fond du récipient de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue en plan de dessous du récipient ;
la figure 4 est une vue en coupe centrale, en perspective, du récipient de la figure 3 ;
la figure 5 est une vue en coupe centrale du récipient de la figure 3.
Sur la figure 1 est représenté un récipient 1, en l'occurrence une bouteille, réalisé par étirage soufflage à partir d'une préforme en matière thermoplastique, par exemple en PET (polyéthylène téréphtalate).
Ce récipient 1 comprend, à une extrémité supérieure, un col 2, muni d'un buvant 3. Dans le prolongement du col 2, le récipient 1 comprend dans sa partie supérieure une épaule 4 allant en s'évasant dans la direction opposée au col 2, cette épaule 4 étant prolongée par une paroi latérale ou corps 5, de forme généralement cylindrique de révolution autour d'un axe X principal du récipient 1.
Le récipient 1 comprend en outre un fond 6 qui s'étend à l'opposé du col 2, à partir d'une extrémité inférieure du corps 5. Le fond 6 comprend une assise 7 périphérique sous forme d'un bourrelet annulaire qui s'étend sensiblement axialement dans le prolongement du corps 5. L'assise 7 se termine par un plan 8 de pose perpendiculaire à l'axe X du récipient 1, lequel plan 8 de pose définit l'extrémité inférieure du récipient 1 et lui permet d'être posé, debout, sur une surface plane.
On note D1 le diamètre du plan 8 de pose, le terme « diamètre » couvrant non seulement le cas (illustré) où le récipient 1 (et donc le fond 6) est à contour circulaire, mais également le cas où le récipient 1 serait à contour polygonal (par exemple carré), auquel cas le terme « diamètre » désignerait le diamètre du cercle dans lequel s'inscrirait ce polygone.
Vers l'intérieur du récipient 1, l'assise 7 comprend une joue 9 annulaire tronconique qui s'étend vers l'intérieur du récipient 1 dans le prolongement du plan 8 de pose, le tronc de cône formé par la joue 9 s'ouvrant vers le bas (en dépouille) et présentant un angle au sommet d'au moins 70°. Cette joue 9 peut présenter une hauteur comprise entre 1 mm et 3 mm, par exemple d'environ 1,5 mm.
Le fond 6 comprend en outre une voûte 10 concave, sous forme d'une calotte sensiblement sphérique à concavité tournée vers l'extérieur du récipient 1 en l'absence de contrainte, c'est-à-dire en
l'absence de contenu dans le récipient 1. La voûte 10 s'étend à partir de l'assise 7, dans le prolongement de la joue 9, jusqu'à une zone 11 centrale du fond 6 formant un pion en saillie vers l'intérieur du récipient
1, avec en son centre une pastille 12 amorphe qui correspond à la zone d'injection du matériau constitutif de la préforme ayant servi à réaliser le récipient et peut remplir une fonction de centrage lors du formage, par soufflage, du récipient 1.
Comme cela est visible sur les figures, et en particulier sur la figure 2, le fond 6 comprend une série de rainures 13 principales de renfort formées en creux vers l'intérieur du récipient 1, qui s'étendent radialement à partir de la zone 11 centrale, jusqu'à l'assise 7 au moins. Selon un mode préféré de réalisation, illustré sur les figures, les rainures 13 principales de renfort se prolongent radialement au-delà de l'assise 7, remontant latéralement sur une partie inférieure du corps 5.
En d'autres termes, les rainures 13 principales s'étendent radialement sur la totalité de la voûte 10, à cheval sur l'assise 7 et partiellement sur le corps 5. On comprend par conséquent que le plan 8 de pose est discontinu, puisqu'interrompu au droit de chaque rainure 13 principale. Les rainures 13 principales sont par exemple au nombre de cinq (comme dans l'exemple illustré, qui correspond à un récipient d'une capacité de 0,5 litre), mais ce nombre pourrait être supérieur, notamment de six dans le cas d'un récipient d'une capacité supérieure ou égale à 1 litre, ou encore de sept dans le cas d'un récipient d'une capacité supérieure ou égale à 2,5 litre.
Selon un mode préféré de réalisation, le fond 6 est en outre pourvu d'une série de rainures 14 intercalaires de renfort, situées entre les rainures 13 principales, et qui s'étendent localement à cheval sur l'assise 7 qu'elles contribuent ainsi à rigidifier. Ainsi que représenté sur les figures 2 et 3, les nervures 14 intercalaires se prolongent vers l'extérieur au-delà de l'assise 7 en remontant latéralement sur une partie inférieure du corps 5, comme les rainures 13 principales. On voit également sur les figures 2 et 3 que les nervures 14 intercalaires chevauchent la joue 9 mais sont interrompues à la périphérie de la voûte 10.
Comme on le voit sur les figures, et plus nettement sur les figures
2, 4 et 5, la voûte 10 présente deux régions concentriques, à savoir une région 15 centrale annulaire entourant la zone 11 centrale du fond 6, et
une région 16 périphérique annulaire entourant la région 15 centrale, séparées par un décrochement 17 qui s'étend axialement sur une hauteur H prédéterminée. Ce décrochement 17 est médian par rapport à la voûte 10, c'est-à-dire que la région 15 centrale et la région 16 périphérique présentent sensiblement la même extension radiale.
Le décrochement 17 s'étend de manière continue, c'est-à-dire qu'il n'est pas interrompu au droit des rainures 13 principales mais s'étend jusqu'au fond de celles-ci.
Le décrochement 17 axial s'étend annulairement autour de la zone 11 centrale. Dans le mode de réalisation représenté, où le récipient 1 est de forme sensiblement cylindrique de révolution autour de son axe X, le décrochement 17 forme un anneau à contour circulaire dont on note D2 le diamètre. Dans des variantes déjà évoquées, où le récipient 1 présenterait en section transversale un contour polygonal, le décrochement 17 présenterait également un contour polygonal, homothétique au contour extérieur du récipient 1. D2 désignerait alors le diamètre du cercle dans lequel s'inscrirait le contour polygonal du décrochement.
Par la présence du décrochement 17 axial, la région 15 centrale, bien qu'ayant un rayon de courbure sensiblement identique à celui de la région 16 périphérique, se trouve légèrement surélevée par rapport celle-ci, en étant décalée vers l'intérieur du récipient 1.
Selon un mode de réalisation, le diamètre D2 du décrochement 17 est compris entre 40% et 60% du diamètre D1 du plan 8 de pose. Dans l'exemple illustré, le rapport D2/D1 est d'environ 50%.
Quant à la hauteur H du décrochement 17, elle est sensiblement constante sur son contour, en étant avantageusement comprise entre 0,4 mm et 1,2 mm. Pour un récipient d'une capacité de 0,5 litre (ce qui correspond à l'exemple illustré), cette hauteur H est plutôt comprise entre 0,4 mm et 0,7 mm, et par exemple d'environ 0,5 mm. Pour un récipient d'une capacité de 1,5 litre ; la hauteur H du décrochement 17 est plutôt comprise entre 0,7 et 1,2 mm, et par exemple d'environ 1 mm.
Le décrochement 17 a pour fonction de maintenir la stabilité du récipient 1 dans des conditions de pression et/ou de volume extrêmes, notamment lorsqu'il règne dans le récipient 1 une surpression induite par une dilatation du contenu et du volume sous col, due par exemple à une exposition du récipient 1 (plein) au soleil, ou lorsque le contenu
subit une dilatation induite par sa solidification, due par exemple au stockage du récipient 1 (plein) en congélateur.
Dans ces conditions, le contenu exerce sur le fond 6 une pression qui tend à l'affaisser. Le décrochement 17 s'oppose toutefois au retournement complet du fond 6 en induisant une rigidification de la voûte 10 dans sa région médiane, et en limitant la déformation de la voûte 10 de sorte à élargir l'assise 7 (comme suggéré par les pointillés sur la figure 5) vers le centre du fond 6. Au maximum, le fond 6 subit effectivement un retournement mais de manière contrôlée, la région 15 centrale de la voûte 10 formant alors une assise secondaire par laquelle le récipient 1 peut reposer de manière stable sur une surface support.
Si le diamètre D2 du décrochement 17 était trop faible (typiquement inférieur à 40% du diamètre D1 du plan 8 de pose), la surface de l'assise secondaire formée par la région 15 centrale retournée serait trop faible et le récipient serait instable. Si au contraire le diamètre D2 du décrochement 17 était trop important (typiquement supérieur à 60% du diamètre D1 du plan de 8 pose), le risque de retournement du fond 6 serait accru, la déformation de la voûte 10 moins bien contrôlée, et il en résulterait une instabilité du récipient.
Un décrochement 17 axial (c'est-à-dire cylindrique) s'étendant sur une hauteur H relativement faible offre un bon compromis entre le contrôle de la déformation du fond 6 telle qu'elle vient d'être décrite, et une bonne soufflabilité du fond 6.
Ainsi, un récipient 1 en PET correspondant à la forme illustrée, d'une capacité de 0,5 litre, d'une masse de 10 g, a pu être soufflé sans difficulté à une pression d'air de 19 bars, le récipient 1 final rempli d'eau plate offrant de bonnes performances mécaniques dans les conditions extrêmes précitées (exposition au soleil à 50°C et congélation à -18°C) : la déformation du fond 6 demeure contrôlée, la région 15 centrale de la voûte 10 formant une assise secondaire permettant au récipient 1 reposant sur une surface horizontale de conserver une bonne stabilité.
Une augmentation de la hauteur H du décrochement 17 pourrait accroître la rigidité du fond 6, mais induirait parallèlement une diminution de sa soufflabilité au niveau du décrochement 17, sauf à
donner à celui-ci de la dépouille, ce qui diminuerait alors la rigidité du fond 6.
Le récipient 1 muni de ce fond 6 présente un bon compromis entre les performances mécaniques (c'est-à-dire la capacité du récipient 1 à résister aux déformations et, lorsque celles-ci surviennent, à les subir de manière contrôlée) et la soufflabilité (c'est-à-dire la capacité du récipient 1 à être formé par soufflage).