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Procédé et appareiJ pour f?T..lf3}' un. objet 'T.ouJ.Ó à plusieurs couches .
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1 La présente invention se rapporte & un appareil et à un ; proctid'i pour façonner (1:,:5 objets e:"1 ,r;ti0re ).Lastique .rouies rigides ; ou se.ni-rigi'.1ês et plus particulièrement un procédé dans xecuel les'
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surfaces de feuilles, ae nappes ou ue rouleaux de matière plastique '
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sont traitées pour xes rcttdrf susceptibles de "bloquer" sous co:yres-; sion afin uc i'or.'.er un t1';,tifi tciporaire à partir duquej. on uouié j
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un objet.
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L'invention utilise une propristd de certains types de m?t1.t:res plastiques connue le polystyrène oriente da!s les deux sens, propri.'t--' oui r ''t' c()n::1ir'fr.'e jusqu'à présent CO!lUJ1e indésirable, pour produire uIt effet intéressant dans xa fabrication d'objets fa- !;0!m-s a partir (le .t;1J.tl:r;: e.i feuille. Le polystyrène et certaines autres ::z5tl.rfs ;u{LSti>iues tl'u'.;):r:n,1es Cil feuilles ou en pel-isuj-es
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ont tendance a "bloquer" c'est-à-dire a adhérer à la feuille volaine. Cette tendance augmente lorsque ,1 (s surfaces de la feuille de
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matière plastiaue ont été traitées, ,i[1r exemple, par décharge roromr,! à la flamme, à l'acide, etc.
Ainsi, lorsque des feuilles de poly- styrène sont exposées li une {10cl1arge corona puis enroulées ou empi- lees, les surfaces adhèrent ou "bloquent". Elles ne peuvent être
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Séparées sans déchirer les fouilles ou en abîmer la surface. La
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présente invention tire narti de cette nrooricté dans de nouveaux
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procédés de roulage d'objets rigides ou semi-rigides. Il en rsulte
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des améliorations des rroori-t'-s physiques, ainsi nue des économies
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de production.
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11 apparat! que le prix de revient par unité de poids des feuilles de matière ?lasti'iue n'est ;,sas une fonction direct'? de lur épaisseur. Par exevaie, une feuille simple de 30 millièmes de pouce (0,75 mm) par exemple est plut; onéreuse qu'une feuille faite up
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trois couches de 1p millièmes de voue ? (0,21) cnrn). On pourrait donc f, réaliser des <5cono*nies importantes si les objets o façonner priT mou- age a partir de matières en feuilics pouvaient être obtenus en stra-y fi tifiant deux ou plusieurs feuilles minces pour atteinure i épaisseur désirée. Dans le façonnage d'objets moulés ;... partir de matières en f, feuilles, et en particulier d'objets à jetfr apr'.-s U5:l1.f>, ('011.11(> les ' récipients pour procuits aliuentaires, la récupération des chutes est un facteur économique important.
La stratification des feuilles ,# à l'aide d'un adhésif ne résout ras le problème, parce oue .'Fcïïj- sif contamine la ratière plastique, diminue ou annule la valeur uns r chutes récupérées et aug.ilentp..1.CS frais dus à l'application, il .1'eJ-i , Jnination des solvant3, etc.
La simple suoerposition de deux ou plusieurs feuilles
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Sans formation d'une liaison ne résout pas .le problème parce que
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St l'objet désiré ne ;:eut être ...ouïe il partir ue ces feuliles faible- ment assemblées, ue produit faonn qu'on essaie d'ottenir est <:<#- formé, contient des bulles et se riive dans différentes régions. En -\ d'autres mots, on ne peut fabriquer de iruouits utilisables de cette
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manière.
On a découvert qu'eu, traitant les surfaces des feuilles à faire adhérer, par exemple en les exposant à une décharge corona, puis en pressant ensemble les feuilles traitées à la température ordinaire à l'aide de rouleaux pinceurs, de plateaux, etc, Il se forme une soudure suffisante pour permettre l'emboutissage profond, le moulage par souffiage ou par un autre procédé de la feuille sans réduire en aucune manière la valeur ou la possibilité de récupéra- tion des chutes. Les surfaces traitées deviennent hydrophiles.
On a découvert également que les objets ainsi façonnés ont une plus grande résistance qu'un objet semblable fait d'une feuille unique de même épaisseur. En pratique, l'aspect de l'objet fini est semblable à celui d'un objet fait d'une feuille unique de la même épaisseur.
L'invention offre un intérêt particulier lorsqu'on désire utiliser des feuilles de différentes couleurs dans les stra- tifiés. On a trouvé que les feuilles stratifiées par blocage sui- vant l'invention pliées à angle aigu, par exemple autour d'un petit rouleau ou d'un rebord, se séparent. De cette manière, les chutes provenant du moulage des objets à plusieurs feuilles colorées peu- vent être séparées en feuillets de différentes couleurs qui peuvent être récupérés.
Sinon, les chutes provenant de feuilles multicolores stratifiées auraient une valeur considérablement réduite,
L'invention s'applique au façonnage d'objets moulés rigi- des ou semi-rigides mais non aux enveloppes, aux coussinets flexi- blés,etc. ni aux boites, cartons, etc, formés par découpage et plia- ge de feuil.Les, comme en cartonnerie.
Suivant une forme préférée de l'invention, deux ou plu- sieurs feuilles ou nappes à stratifier sont d'abord exposées à une décharge corona à haute tension sur les faces à réunir. Les surfaces traitées de deux ou plusieurs feuilles sont alors pressées l'une con- tre l'autre à l'aide de plateaux, de rouleaux pinceurs, etc, pour obtenir leur association par blocage. L'association ou soudure par
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blocage retient solidement les feuilles l'une sur l'autre, tant qu'el- les ne sont pas déformées, par exemple par urie flexion illimitée. Les stratifiés formés peuvent être moulas en objets tels que des réci- pients, par exemple par soufflage, thermofaçonnage mécanique, em- boutissage profond, etc.
En variante, des ébauches telles que des disques ou d'autres formes appropriées peuvent être découpées dans la feuille stratifiée puis utilisées pour forcer Les objets moulés.
Les frais de transport sont réduits lorsque .Les ébauches doivent être transportées pour être façonnées en un produit fini.
On peut utiliser n'importe quelle matière thermolasti- que que le traitement par décharge corona fait bloquer. Ce sont entre autres le polystyrène orienté, le polyéthylène, le chlorhydrate! de caoutchouc, le chlorure de vinylidne, etc. Il est également pos- sible de souder par blocage des matières thermoplastiaues dissembla- bles, par exemple le polystyrène aux polymères et copolymères de chlorure de vinylidène, au polyéthylène, etc.
On peut remplacer la décharge corona par d'autres moyens augmentant la tendance au blocage des surfaces. Par exemple, le traitement à l'acide ou à la flamme. En général, on a trouvé que les surfaces traitées sont rendues hydrophiles, mais on ne sait si c'est là une propriété inhérente ou fortuite.
Pour le traitement de la surface, par exemple, par le procédé préféré de décharge corona, il est essentiel que la feuille soit propre et exempte de matières étrangères. La présence de pous- sière ou de taches d'huile,etc,sur la feuille à traiter entraîne une formation défectueuse de la soudure, même si la décharge corona a été convenablement exécutée.
Il est essentiel également que la surface soit uniformé- ment exposée à la décharge corona, de façon que la soudure soit uni- forme lorsqu'on applique la pression. Il faut noter que toutes les surfaces à souder doivent être traitées si l'on veut retirer tous les avantages du procédé. Bien qu'une certaine liaison puisse être obtenue si une seule des surfaces en contact est traitée, la liaison
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peut être faible et non uniforme. Une certaine hétérogénéité peut
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être observée a l'oeil nu sans au'elle soit gênante, parce Le ::loula"e sous pression de .L'objet Elimine les discontinuités éventuelles de la soudure et parachève laliaison par blocage.
La formation des stratifiés doit être conduite en
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atmosphère vropre, expvpte de poussières pour éviter la contamina- tion des surfaces qui s'opposerait à la formation de la soudure par blocage.
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Cornue déjà mentionné, xes objets formés de feuilles Stratifiées o.it des propriétés mécaniques supérieures à celles des objets formas d'une seule feuille de la même épaisseur. Ainsi, des récipients de polystyrène fait de deux couches de 15 millièmes de , pouce (0,37 mm) d'épaisseur ont une résistance à la charge stati- que verticale supérieure de 10 à 15/& à celle de récipients sembla- bles faits d'une seule feuille de 30 millièmes de pouce (0,75 mm) d'épaisseur.
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Au cours du nou.,e, la feuille est chauffée à la tempé- rature de moulure habituelle. Il semble toutefois que les strati- fiés dont les objets sont formés peuvent ne pas subir une soudure
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conpiete .nais sont -:ga.tev.ent lis par blocage. Cette liaison, as- sociée à la rigidité produite par la configuration gomtr1cue de l'objet, empêche la séparation des feuilles au cours du service Z'lor ,1,,,1 et procure j.a structure :Hi1' lirBe décrite.
La for.ip yrÉ.fÇ r n de l'invention est illustrée dans les dessins nlle:x :s, oa : l' tr;..1. st une vue latérale en élévation en partie sC:ra,stisue '1'Uf appareil oour souder par blocage deux nappes de matière piasti'ue suivant L'invention; rie. 2 est une vue latérale en élévation en partie en coupe d'un récipient à deux couches fabrique suivant l'invention;
Fil.3 est une vue latérale en élévation en partie en coupe d'un appareil pour souder par blocage trois nappes de matière ' plastique;
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Fig. 4 est une vue latérale en élévation d'un récipient qui a été façonné avec une pièce rapportée carrée soudée par blo- cage intercalée entre deux nappes extérieures;
et,
Fig. 5 est une vue latérale en élévation d'un récipient
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façonné avec une pif'ce rapportée circulaire soudée par blocage inter-' calée entre deux nappes extérieures.
Les propriétés de surface de la feuille de Matières thermoplastique subissent des changements considérables au cours . du traitement, par exemple J'exposition à la décharge corona. Les surfaces non traitées n'ont pratiquement aucune tendance à adhérer les unes aux autres.
Lorsque les surfaces de feuilles de matière
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theznnaplastirue sont exposées à la déchargr corona., toutefois, elles acquièrent la capacité de se souder par 'blocage avec facilita. Ce changement des propriétés de surface provoqua par la décharge corona:
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entraîne une bonne liaison entre les surfaces traitées pr la dé- charge puis pressées ensemble. L'adhérence à l'interface est fuf- fisante pour résister au 'soulage et au façonnage rie If nati'-rr1 ther- I!,oplst1('uel mais cette liaison peut être rompue si on le uécirr en pliant la feuille sens limite.
Les feuilles soudées rr blocage utilisées dans .J.' invPI1- tion peuvent être faites de deux ou plusieurs nappes. L'épaisseur
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de chaque nappe peut être différente ce fa,on ru'une feuille strati- fiée de n'importe quelle épaisseur eut être formée n c}oir.i:'1±:tn des nappes d'épaisseurs appropriées.
La Fig. 1 représente 5ch/n.l1tic.'H.:,H.'nt un :;PPflr<.>ll "our traiter, souder par blocage et S6PfJ.I'1"I' les différents é. Vient do chutes suivant l'invention. Les npppcs en m titre ilasticut 1 et 2
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ont la forme de rouleaux 3 et 4. Les nappes peuvent avoir ou 1l'Jn la même épaisseur de faon à obtenir une feuille- stratiie d'épais-
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seur désirée. Les deux rouleaux sont dévidas à débit rélé. , Les nappes 1 et 2 passant t si:nu.1. ts.n(:IEm t 6nll$ un 4i:;arrf'i1 de traitement par décharge corona 5 où les surfaces <''''5 nupre-fi sent soumises à une décharge corona à tension et ù fréquence l:lcv'('5.
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1 'intérieur de l'appareil 5, les nappes passent sur des grands rou- leaux 6 et 7 .t des Electrodes 9 et 9 sont prévues près des grands rouleaux pour exposer la surface intérieure de chaque nappe à la décharge corona. La distance entre les électrodes et la surface de la nappe traitée doit être uniforme sur toute la largeur de la nappe pour obtenir un traitement uniforme. La distance verticale entre l'électrode et la nappe peut varier dans une certaine mesure. Par exemple, des écartements de 0,003 à 0,010 pouce (0,075 à 0,25 mm) ont donné des résultats satisfaisants à 3000 volts et 3000 périodes, lorsqu'on traite du polystyrène orienté dans les deux sens.
Des ten- sions et des fréquences plus élevées ou plus basses peuvent être utilisées. Du courant continu peut être employé, mais pour des rai- sons de sécurité du courant alternatif à haute fréquence est préfé- rable. La décharge corona à haute tension rend les surfaces traitées capables de se bloquer lorsqu'elles sont pressées l'une contre l'au- tre. On a trouvé nécessaire de traiter les deux surfaces en contact des nappes. Le traitement corona d'une surface seulement ne donne la plupart du temps pas une liaison satisfaisante.
Après que les surfaces des nappes aient été traitas par une décharge corona, elles passent par une paire de rouleaux pin- ceurs 10 où lés nappes 1 et 2 sont pressées. L'efficacité de la liai-, son ou de l'adhérence dépend de l'absence d'air à l'interface et de l'application d'une pression suffisante. Bien qu'une certaine augmen- tation de température soit associée à la décharge corona, le procède ! est essentiellement effectué à la température ambiante qui n'est pas suffisante pour provoquer la soudure thermique des feuilles.
Une pression de rouleau pinceur d'environ 10 à 15 livres par pouce de longueur (1,79 à 2,68 kg/cm) de rouleau, par exemple, donne des ré- sultats satisfaisants, La pression utilisée dépend de la nature des rouleaux. Un des rouleaux est de préférence en caoutchouc ou en une autre matière élastomère. L'affinité que possèdent les surfaces des Matières thermoplastiques traitées par une décharge corona pour des surfaces traitées de faon semblable, assure la formation d'une sou-
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dure solide entre les nappes. La feuille stratifiée ne peut être dé- tachée à la main sans fendillement, déchirure ou autre dégradation.
La feuille stratifiée bloquée passe alors dans une pres- se de façonnage 11 qui forme un objet stratifié. La presse de façon- nage 11, au cours du façonnage, sépare l'objet de la feuille strati- fiée et abandonne les chutes sous la forme d'une feuille continue.
Après le façonnage, la feuille des chutes passe sur un petit rouleau 12 autour auquel la feuille soudée par blocage est t'or- tement cintrée. Un galet 13 coopère avec le rouleau 12 pour cintrer la feuille stratifiée. Ce cintrage sur un petit rayon sépare les nappes de la feuille soudée par blocage. Comne les chutes sont sous la forme d'une bande continue, chaque nappe peut être enroulée sur des rouleaux d'envidage 14 et 15. Si on le préfère, toutefois, les nap- pes séparées peuvent passer dans des appareils de chauffage pour effectuer la désorientation d'une façon classique. Comme les nappes individuelles sont minces, le transfert de chaleur est amélioré et les frais de désorientation sont réduits.
Un récipient pour produits alimentaires 16 semi-rigide à jeter qui a été fabriqué suivant l'invention est représenté sur la Fig. 2. L'invention n'est pas limitée à la forme ou au domaine d'application de l'objet moulé, mais un récipient pour produits ali- mentaires semi-rigide à jeter est représenté à titre d'illustration.
Les cotés 17 du récipient sont nervurés pour augmenter sa résistance verticale et sa résistance à 1' écraseront. Le rebord 18 à la partie supérieure du récipient est évasé pour recevoir un couvercle. Des récipients de ce genre ont été moulés jusqu'à présent à partir de feuilles simples de matière thermoplastique peu coûteuses tels que le polystyrène ou le polyéthylène. Les nappes 1 et 2 sont agrandies dans le dessin pour représenter les deux nappes du récipient. En fait, les nappes sont si étroitement liées que le récipient semble être formé d'une seule feuille de matière plastique mais, comme indiquées, les feuilles sont soudées par blocage plutôt que soudées à proprement parler.
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On a trouve ou'un récipient fabriqué de nappes b1oou$ a une résistance sensiblement plus élevée que celle d'un récipient fabriqua à partir d'une feuille de matière plastique simple de la même épaisseur. Ceci est particulièrement important pour Les objets obtenus par emboutissage profond comme le récipient J6. Les réci-
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pients faits de trois nappes de 0,010 pouce (0,25 rr,m) d'épaisseur cxrx polystyr -ne orienté ont une résistance à une charge statique verts- cale de 10 à 15 plus grande (.ive des récipients semblables fédts de feuille de polystyrène orienté simples de 0,030 pouce (0,75 mm) d'é- paisseur.
Pour obtenir des objets partir de trois nappes, 3':,s<., reil représenté SCiHJJ1ati(up.rJf'nt -La Fig. 3 peut être utilisé. Ll?s rouleaux de nappe 1, 20 et 21 sont montés de façon appropriée tour que yes nacpes de Matière mastique 22, 23 et 24 puissent être riévi- d4es. Les napnes .sont amenées Si!J1U.L l..ané!.,en t dans un appareil de trai-. temenb corona 2 où elles sont soumises à une décharge corona à haute tension et xii4ute fréquence. La nappe supérieure 22 n'est traitée par .La ci ctmr,E> corona ou' à s surface inférieure.
La nappe intermé- diaire 23 est traitée sur les deux surfaces et la nappe inférieure 24 n'est traitée nu'à sa surface supérieure. Si l'on utilise davan-
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targe ae couches, les nappas extérieures sont traitées uniquement à leur surface intérieure et Les naones intermédiaires sont traitées
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aux deux surfaces à r.:oir.s que pour quelqu'autre raison telle que pour l'impression, Il soit désirable de rendre également ses sur-
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faces extérieures hygrophiles.
Apres .Le traitement par décharge corona, les nappes sont bloquées en Les faisant passer entre des rouleaux pinceurs 26. La feuille stratifiée passe ensuite dans une presse de façonnage 27 ou autre dispositif de roulage qui forme un objet soudé par blocage. La feuille soudée ;.ar blocage et représentant les chutes passe alors sur un uetit rouleau 28 où la feuille est fortement cintrée et la liaison entre les nappes est rompue. Un galet 29 coopère avec .Le rouleau 22 pour cintrer la feuille de cuutes. Chacue nappe est alors
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envidée sur des rouleaux 30e 31 et 32 ou traitée d'une outre Mani'-re j comme décrit plus haut.
L'invention permet de produire à peu de frais un réel- pient solide et d'aspect agréable. Comme on peut le voir sur la Fig.
4, un récipient 33 peut comporter un motif à festons qui peut être colora. Le motif 34 est obtenu en introduisant un @etit carré de
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matière plastique qui a etc traite par une décharge corona de fayon j qu'il soit soudé wr blocage entre Jes nappes de matière plastinue comprimées entre les rouleaux pinceurs 26.
Les carrés sont introduits - par endroits sur la longueur de la feuille stratifiée et la diagona- le de chaque carré est inférieure au diamètre du bord 35 du récipient.; On a trouva que sous compression les parties les plus faibles du ré- < cipient sont dans la région inférieure des parois latérales. Le car-
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rë 34Y par conséquent, assure non seu.LE.:m.t un effet décoratif mais renforce également le récipient.
D'autres effets décoratifspeuvent être obtenus en su- perposant plusieurs carrés en les faisant tourner, par exemple, de 45 l'un par rapport à l'autre ou en introduisant un disuue entre les nappes extérieures. Un récipient 37 qui té fabriqué avec une
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pièce rapportée en forme de discute 3 entre .es nappes extérieures est représenté sur la Fig. 5.
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La pièce rppporté-e soudée par blocage doit être placée en registre avec -e moule pour obtenir aes résultats satisfaisar.ts. Les essais ont contre nue sous des charges verticales les récipients: obtenus par emboutissage proiond cèdent à la partie inférieure de 1f. paroi latérale et une pièce rapportée renforce le récipient dans la
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région de plus grande contrainte sous .Les enares de co'ussion verticales. f. f, Une application uratif'uc de .'itwentio:
est .:a -..#ro-'uctionj' d'un récipient de présentation rgréable pour des .rti res sensibles à la luiire. -2ar exemple, un récir-itnt de couleur a-.ihre peut être composé d'une couci.e teintée 1 et d'une couci.e incolore 2 de polystyrène orienté. t.rr:s t""itt'.r.ct soudure ftr hiocuga,
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fa5otzrx,;e et cintrée Les chutes entre les rouleaux 12 et 13, les éléments constitutifs peuvent être récupères séparément.
Dans le cas de nombreuses matières plastiques, les addi-
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tifs ne sont Jas tolères pour j'eballae des slinents ou sontinter- ; dits par la loi. L'invention ï.r::et a'incororer une matière t)lasti- que aoorouve ou ackisu, telle ,ue le polystyrène oriente, servant de barrière physique entre j-'aliment contenu dans l'emballage et la Matière pi-asti ue non Lprrouvëe.
L'invention a éte décrite en se référant à un procédé
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continu de soudure par blocage comportant en outre la déstratifica- tion et la récupération ces matières piasticues en rouleaux. Lein- vention ueut être t gaiement réalisme au cas où la matière plastique a la forme de feuilles individuelles qui sont traitées par décharge corona, bloquées, façonne es -uis déstratifiées par cintrage sur un rouleau et, si on le désire, une presse a plateaux peut être utilisiez au lieu des rouleaux pinceurs, à condition que la pression puisse être uniformément répartie sur toute la surface de la feuille.
Bien que l'invention ait été illustrée et décrite avec référence a une de ses formes, il est bien entendu que différentes
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modifications et différents enangements peuvent y être apportes # sans sortir de son cadre.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé de moulage ci'un objet en matière plasticue. caractérisé en ce qu'on traite les surfaces de plusieurs feuilles de matière plastique pour les rendre hydrophiles, on presse les surfa- ces traitées l'une sur l'autre pour former un stratifié soudé par blocage et on moule la feuille soudée par blocage pour façonner l'objet.
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