<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention concerne un procédé de fabrication rapide de joints d'obturation pour récipients, comprenant la formation d'un tam- pon en forme ou élément d'étanchéité.
Suivent un procédé connu et appliqué dans la pratiqueon fa- brique des capsules obturatrices avec les coquilles de tole usuelles con- tenant un tampon en une composition de caoutchouc ou composé élastomère analogue. Mais, lorsqu'on introduit le composé sous forme de solution ou d'émulsion, de fluidité suffisante pour l'appliquer ,il est nécessaire de faire tourner la capsule pour répartir le composé qui ne conserve pas sa forme de lui-même,une période d'assez longue durée est nécessaire pour éli- miner le solvant ou autre véhicule, la répartition ne peut être réglée avec une précision absolue et on ne peut pas'déterminer un contour spécial dans la zone d'étanchéité ou aucentre pour réaliser une étanchéité aussi parfai- te que possible et une consommation de matière minimum.
De même, la vulcanication ne peut s'effectuer que lorsque le solvant a été éliminé. D'autre part, si on introduit le composé sous forme de flan, des précautions sont nécessaires pour assurer l'adhérence nécessaire dans la capsule et des températures et des pressions élevées sont nécessaires pour effectuer le moulage. De plus, si le flan ou disque est découpé dans une feuille, une ban- de, il en résulte des pertes dues aux chutes ou une dépense de régénération est nécessaire, et au moins une opération supplémentaire est nécessaire pour découper et poser le flan ou disque.
Lorsqu'une capsule sert à coiffer une bouteille ou autre récipient, le tampon doit se conformer aux irrégularités éventuelles du goulot du récipient, en formant une garniture entre le goulot et la face de fermeture de la capsule métallique elle-même. Le joint doit encore remplir une autre fonction, à savoir empêcher le contenu du récipient de venir en contact avec la face intérieure de la capsule. Ces deux conditions peuvent être remplies par des matières insolubles et en principe imperméables au contenu du récipient; mais dans la pratique, l'épaisseur de ces matières qui est nécessaire pour les protéger contre la pénétration n'estp as aussi grande que celle qui est nécessaire pour obtenir une garniture qui se conforme au goulot du récipient.
En conséquence, l'élément de garniture ou tampon suivant l'invention comporte de préférence une portion extérieure annulaire, épaisse, qui vient en contact avec le goulot du récipient et une portion centrale plus mince qui empêche avec certitude le contenu du récipient de venir en contact avec le métal de la capsule.
Il a été découvert qu'en utilisant un produit obtenu en dispersant de fines particules de résine dans un plastifiant liquide, il est possible de déposer une quantité dosée de cette dispersion dans une capsule obturatrice chaude ou froide, puis de faire prendre au produit sa forme au moyen d'un poinçon ou poussoir de moulage et de vulcaniser partiellement le produit par chauffage, pour faire prendre au plastifiant, en particulier dans les régions superficielles du dépôt, une température qui provoque la dissolution ou la fluidification de la résine par le plastifiant, de façon à obtenir en quelque sorte une masse conservant sa forme et adhérant à la capsule.
On peut détacher du poinçon la capsule-de fermeture en partie fluidifiée, puis continuer à la chauffer jusqu'à ce que le plastifiant et la résine aient formé un tampon moulé, sensiblement uniforme, thermoplastique, qui en se refroidissant, conserve les caractéristiques qui conviennent dans les conditions du service. C'est-à-dire que la fusion ou la dissolution de la résine vinylique dans le plastifiant, pour obtenir la masse fluidifiée finale, s'effectue en deux opérations.
Au cours de la première s'effectue également un moulage résultant de la gélification ou d'une vulcanisation partielle de la masse et, au cours de la seconde, s'effectue la fluidification ou la vulcanisation finale, en l'absence du poinçon de moulage. L'opération peut donc s'effectuer rapidement,
la durée de contact avec le poinçon chauffé est réduite au minimum et on réalise une économie en ce qui concerne le nombre de poinçons nécessaines
<Desc/Clms Page number 2>
à la formation d'un nombre donne de capsules obturatrices par unité de tempso On augmente notablement la production par imité de temps et par poinçon et on réalise une économie correspondante en @@@ @@@ de la dépense de vulcanisation au feur moindre que la dépense de vulcanisation en mules fermés.
Ce procédé ne donne lieu à aucune perte de matière, puisqu'on introduit dans chaque capsule une quantité dosée de liquide; le produit ne contenant pas d'éléments volatils à éliminer,il peut être moule sous une faible pression et, par suite:, l'installation n'a pas .lieu d'être con- çue pour résister à de fortes pressions, le produit est facile à mouler et à fluidifier en plusieurs opérations, en donnant un élément final dont le contour est celui qui convient le mieux pour économiser la matière et qui constitue un joint étanche,et en chauffant le produit pâteux à une température appropriée et facile à atteindre,il fond.
ou se fluidifie en formant un revetement tenace et élastique en un temps correspondant à chacune des opérations séparées et en un temps total très court par comparaison avec celui qui est nécessaire pour vulcaniser le caoutchouc ou des produits analogues ou pour chasser l'eau ou des solvants de produits liquides en contenant à titre d'agent de répartition ou de fluidification.
Un exemple de mise en oeuvre de l'invention est représenté par les dessins annexés, sur lesquels-.
La figure 1 représente sous forme schématique les opérations successives de la fabrication d'un joint d'étanchéité pour capsule obturatrice, suivant l'invention; la figure 2 est une coupe transversale d'une capsule obtenue après les opérations de la figure 1.
On voit sur la figure 1 une série de capsules 10 en mouvement et subissant les diverses opérations de la fabrication.
On peut préparer les capsules de la manière habituelle en partant d'une tôle d'acier ou d'une planche d'étain, comportant sur une faces des inscriptions publicitaires lithographiées et sur l'autre face ou face intérieure une couche de vernis comme ilsera décrit en détail plus loin., Puis on fait passer les feuilles ainsi recouvertes et cuites dans une presse à emboutir comme d'habitude, en découpant et en emboutissant ainsi plusieurs centaines de capsules dans une seule feuille.
Le produit qui se compose de particules de résine avec un plastifiant, dans lequel elles sont en principe insolubles à la température ambiante, mais s'y dissolvent à température élevéede façon à former par refroidissement un gel permanent conservant sa forme, analogue au caoutchouc, est dit "résine pâteuse ' dans l'industrie des matières plastiques. Cette résine est caractérisée suivant l'invention en ce qu'elle ne contient aucune matière étrangère,, à titre d'agent fluidifiant, qui doive être chassée pour obtenir le gel final, etétant donné que l'action exercée est dans une large mesure une action de fluidification ou de solution mutuelle de la résine et du plastifiant, il ne se produit en principe aucun changement de volume lorsque le mélange chaud prend la forme d'un gel.
On peut alors faire subir aux capsules les opérations du procédé suivant l'invention, comme l'indiquent sur la figure 1 les capsulas successives 10, 12, 22 26, 28, 29 et 30.= La première opération apr= l'intrcductiond'une capsule telle que 10, consiste à déposer dans la capsule 12, dont la partie concave est en haut, une certaine quantité du mélange de résine et de plastifiant. De préférence, la capsule est froide lors qu'on commence à y verser le mélange, mais elle peut être préchauffée si on le désire.
Le dépôt peut s'effectuer en chauffant le né lange à une température d'environ 43 à 46 C.,de façon à le faire couler et passer dans un ajutage Il et à former un dépôt d'une quantité déterminée dans la cap-
<Desc/Clms Page number 3>
sule 12. L'ajutage et le produit peuvent être maintenus à une température appropriée par le rayonnement infra-rouge d'une lampe électrique 13.
Une quantité trouvée convenable est comprise entre 100 et 400 mmm3 les plus petits volumes étant introduits dans des capsules à courte jupe et les'plus grands volumes dans des capsules dites à jupe normale, étant entendu que le volume peut être plus petit lorsqu'on sait que les tolérances des ré- cipients à fermer sont. étroites, en ce qui concerne les irrégularités de surface du goulot,par raport à certaines bouteilles sur lesquelles une tolérance plus forte doit être prévue en augmentant l'épaisseur du tampon et par suite le volume de pâte nécessaire.
En général, la limite inférieu- re du volume nécessaire à une application donnée dépend du degré d'étan- chéité nécessaire puisque ce degré diminue avec le volume du composé, en particulier au voisinage de la limite inférieure. La limite supérieure dépend de la quantité de composé qu'on peut introduire dans la capsule sans en compromettre l'étanchéité et l'économie. Dans ces conditions, la pâte introduite forme un bouton 14 d'environ 9,5 à 19,4 mm. de diamètre au cen- tre de la capsule.
L'opération suivante consiste à poser la capsule telle que la capsule 22 de la figure 1 sur un plateau de chauffage 20 représenté sous forme de plaque chauffante au-dessous de laquelle se trouve un élément de chauffage 21. On chauffe ainsi le produit 14 introduit par la chaleur transmise par le plateau 20 à travers la capsule. Un poinçon ou piston 23 chauffé est également disposé dans le prolongement de la cavité de réception du plateau 20. Le diamètre extérieur de ce poinçon correspond exactement au diamètre intérieur de la capsule.
Le dispositif de chauffage du poinçon consiste en un fil électrique de chauffage 24 et il peut comporter à sa partie inférieure, ou extrémité de contact, un prolongement ou saillie en forme 25 dont le diamètre est plus petit que le corps du poinçon et se prolonge au-dessous de la surface générale annulaire à la partie inférieure de la masse principale du poinçon.
On fait descendre le poinçon 23 dans la capsule de façon à chauffer et à comprimer le bouton Il+ de produit, en augmentant ainsi sa fluidité et en refoulant vers l'extérieur des portions de la masse à partir de l'axe du poinçon et de la capsule. Le produit chauffé coule et se répartit en prenant une forme déterminée par la capsule qui remplit la fonction d'un moule, et par l'action du poinçon, de façon à former la surface ultérieurement découverte de la garniture d'étanchéité. En même temps, l'élévation de température du produit provoque une fusion ou fluidification partielle de la résine et du plastifiant, de sorte qu'on obtient une garniture d'étanchéité non collante, conservant sa forme, ad- hérant à la capsule vernie et n'adhérant pas au poinçon de moulage.
L'opération suivante consiste à détacher ainsi la capsule contenant la masse 27 en forme et partiellement fluidifiée, et à l'introduire dans un four de cuisson 35 qui, comme d'habitude,comporte une courroie transporteuse 36 en mouvement dans le four, ainsi qu'un dispositif de chauffage,par exemple un tuyau 37 d'arrivée d'air chaud. La figure 1 représenteplusieurs de ces capsules telles que 28, 29, 30,qui contiennent chacune un tampon 27 en forme et conservant sa forme en mouvement dans le four 35,de façon à faire prendre à chacun des tampons,avant sa sortie du four,la forma d'une masse homogène et conservant sa forme qui,après refroidissement, constitue un gel élastique permanent, analogue au caoutchouc.
Une foisterminée l'opération de vulcanisation dans le four, la capsule comporte les éléments de la figure 2. La capsule, désignée d'une manière générale par 40, comporte une portion circulaire 41 limitée à sa périphérie dans-l'angle supérieur par une portion 42 arrondie, de grand rayon,venant se confondre avec une portion 43 en forme de jupe froncée. La surface extérieure peut avoir été décorée ou être recouverte d'une couche de vernis 44 qu'on a fait cuire jusqu'à ce qu'elle ne soit
<Desc/Clms Page number 4>
plus collante ou ne coule plus., à la température des opérations de la fi-
EMI4.1
gure la La surface intérieure est ::"GcOIlverte d'une coucha devernis 45 à laquelle adhère la masse en forme e la matière du tarpon.
La masse en forme elle-même comporte me portion centralemince 47 en. :13.GZ du. trou du gou- lot du récipient et une portion annulaire 48,plus épaissequi vient en contact avec le goulot du récipient.
EMI4.2
Le vernis 45 de la surface intérieure de ces capsules garnies peut être choisi de préférence d' après la nature de la masse et du contenu prévudu récipient à fermer, Par exemple ,on obtient une adhérence satisfaisante avec un vernis vinylique préparé de la manière décrite dans
EMI4.3
le brevet des Etats Unis daméricrae n 2.380.456 du 31 juillet 1945 .
1 contenant 80% d'une résine de copolymère de chlorure et d'acétate de vinyle et 20% d'un agent de modification cléo-résineuxa Lorsque les capsules doivent servir à fermer des récipients contenant des boissons gazeuses, de la bière, du jus de fruit, du vinaigre,etc., on choisit de préférence un vernis trimère dont la teneur correspondante en matière solide est de
EMI4.4
80% de chlorure et d'acétate de vin; ße ¯ e y mérisés en présence d'snbxy- dride maléique à titre d'agent de modification,par exemple en proportions respectives de 85 : 13 : 2 avec 20% d'une résine phénolique dérivée de l'ortho-crésol. Ces deux vernis peuvent se préparer dans un solvant organique tel que 70% de xylol et 30% d'isophorone contenant 20% de ma tière solide pour être appliqués au rouleau.
Pour appliquer le vernis par aspersion ou pulvérisation, on peut choisir des solvants plus volatils, tels que le toluol, la méthyl éthyl cétone et la méthyl isobutyl cétone.
Une fois la couche appliquée et séchée, on la cuite
Le produit qui constitue la masse principale du tampon moulé contient deux substances de base qui consistent en un élastomère et un
EMI4.5
plastifiant, ce plastifiant étant choisi de façon que l'éls,s-mèrey soit insoluble en principe à la température ambiante, mais soit soluble à une certaine température élevée. On broie ces deux substances ensemble,de façon à former une pâte fluide dans les conditions indiquées et qui peut
EMI4.6
aussi contenir d2autres éléments tels que des charges inertes pour l'ez- pêcher de se couper, des résines de modification contribuant à déterminer les propriétés physiques.. des stabilisateurs des résines et autres éléments, des paraffines empêchant le blocage et faisant diminuer la per- méabilité aux vapeurs et aux gaz, etc.
Cependant, ces autres substances ne sont pas indispensables dans le produit, mais peuvent servir à lui faire acquérir les propriétés qu'on désire dans les divers cas particuliers.
En générale on peut employer les compositions décrites dans le brevet des
EMI4.7
Etats Unis d" Amérique n 204890407 au 29 Novembre 1949 ou dans le brevet de 1 Afrique du Sud n 2o556/4?9 en notant que la charge et les autres éléments peuvent être supprimés si on le désirée
L'élastomère peut consister en une résine vinylique de la clas-
EMI4.8
se comprenant le chlorure de .,15-aryle les copolymères de chlorure et d'acétate de vinyle, tels que le ccpolymère à 97 g 3%, les polymères de chlorure de vinylidène et les ccpolymeres de chlorures de vinyle et de vi- nylidèneo La teneur an chlorure doit être élevée lorsque le joint doit résister à des liquides aqueux; par exemple un copolymère doit contenir 90% de chlorure de vinyle.
Parmi les plastifiants qui conviennent on peut citer ceux qui
EMI4.9
exercent une action très 2.si,.te de ssuillage ou de dissolution sur la résine vinylique choisie, y à la eep Gâ a.re ambiante et à une température voisine de 46eG. Les plastifiants 61.'. tape des esters des résines vinyli- ques possèdent cette caractéristique générale et la température qui provoque la pénétration,la diffusion et la sclution mutuelle doit etre plus élevée. Un plastifiant auquel or. dcnne la préférence est le phtalate de
EMI4.10
dioctyle.
D'autres plastifiants scnt le fiztala e de dibutyle;, le sébagate de dioctyle et le phosphate de tricrésyleo Le plastifiant doit être liquide à la température d utilisatiolla
<Desc/Clms Page number 5>
La proportion entre l'élastomère et le plastifiant, en poids, peut être comprise entre 6 g 4 et 4 : 6 et de préférence égale à environ
1 : 1.
Ces produits peuvent être introduits à une température d'en- viron 43 à 46 C. par l'ajutage 11, puis on les fait couler, on les moule'. par le poinçon 23 et on les chauffe au cours des opérations successives, de façon à provoquer leur fluidification partielle et finale et à obtenir ainsi une masse de résine plastifiée, tenace et élastique.
A titre d'exemple, les conditions dans lesquelles s'effectue l'opération de moulage et de vulcanisation consiste en une pression de 0,7 à 2 ,1 kg./cm2 dans une capsule ayant un rayon de 1,5 mm. à l'angle supé- rieur, ou une pression de 0,7 à 7,0 kg./cm2 dans une capsule dont le ra- yon est de 2,3 mm. à l'angle supérieur, avec un poinçon de la forme de la figure 1, de façon à obtenir une surface lisse de la portion annulaire 48 de la figure 2. En général, la pression dépend a) de la forme du poinçon, la pression de moulage devant être plus forte lorsque les capsules sont de forme plus compliquée et b) du volume du produit utilisé, la pression devant être plus forte lorsque le volume est plus faible.
La température à laquelle s'effectuent la répartition et le moulage du produit et la fluidification partielle, dépend dans la pratique des caractéristiques de la couche de vernis initiale 45 et de la com- position de la matière du tampon. La température convenant dans -la Mati- que industrielle à la fluidification partielle des substances spécialement désignées peut être comprise entre 135 et 163 C.
Le temps nécessaire au moulage est compris entre 1 et 6 secondes, pour obtenir l'adhérence et la fluidification ou gélification partielles précitées. Par exemple, si la température est de 149 C. et la pression de 2,1 kg./cm2, le rayon de l'angle supérieur de la- capsule étant de 1,5 mm., le temps qui est nécessaire pour obtenir une masse conservant sa forme d'une manière satisfaisante, consistant en un copolymère de chlorure et d'acétate de vinyle à 97 : 3% et un plastifiait de phtalate de dioctyle, est d'environ 2 à 3 secondes. On obtient avec la même durée le même résultat avec la même matière sur la même couche de vernis, le rayon de l'angle supérieur étant de 2,3 mm. et la pression étant de 5,3 kg./cm2.
La durée maximum de contact avec le poinçon est une question d'économie qui dépend de la conception de l'appareillage et du mode de fonctionnement de l'installation existante, de la nature des produits et de la température, étant donné qu'une durée excessive n'endommage pas le produit. La durée minimum est celle qui permet d'obtenir une masse ayant la forme prévue et conservant sa forme en principe à la température existante, au moment où cesse la pression exercée par le poinçon et à la température à l'entrée du four. La durée et la température nécessaires à la fluidification partielle sont en général inversement proportionnelles.
Au fur et à mesure de l'avancement de la fluidification, la masse initiale, pâteuse et collante, devient plus ferme et ne colle plus, de sorte que, lorsqu'on emploie des capsules vernies et des poinçons qui, par eux-mêmes, n'adhèrent que légèrement au produit, un mode d'appréciation avantageux consiste à constater que lespoingons se séparent de la masse sans qu'elle se déforme, étant donné que, lorsque les tampons sont ainsi partiellement fluidifiés, ils conservent leur forme en principe,
On peut alors vulcaniser au four les tampons qui conservent leur forme dans leurs capsules individuelles, en vrac ou individuellement, à une température comprise par exemple entre 149 et 204 C., la durée du traitement de fluidification finale étant comprise entre 45 secondes et trois minutes,
suivant la vitesse de l'air circulant dans le four et son pouvoir de transmission de la quantité de chaleur nécessaire aux masses pour provoquer la diffusion complète des éléments et obtenir une consistance uniforme. On remarquera que la fluidification partielle s'effectue par pénétration du plastifiant dans la résine en provoquant un gonflement
<Desc/Clms Page number 6>
et/ou une dissolution de cette résine et faisantainsi augmenter la viscosité de la totalité de la masse et diminuer les proportions reatives de la résine et du plastifiant n'ayant pas réagi.
Par suise, en exposant ultérieurement la masse à la mené température, on ne fait pas augmenter sa fluidité et, en introduisant les joints dans le four dans les conditions habituelles de température progressivement croissanteceux-ci peuvent atteindre une température finale du four de préférence d'environ 138 C., en 45 secondes, dans un four dans lequel l'air circule à grande vitesse et où la diffusion et lavulcanisation se terminent, en obtenant ainsi finalement un produit fluidifié qui conserve sa forme à la température du four et à la température ambiante et possède des propriétés avantageuses d'élasticité, de ténacité, d'insensibilité aux boissons gazeuses, bières, etc.
, de sorte qu'il n'exerce aucune action sur leur goût ou leur consistance et possède des propriétés sensiblement uniformes dans l'intervalle normal de températures auxquelles les récipients sont exposés.