"Procédé de moulage d'objets à plusieurs couches" <EMI ID=1.1>
Actuellement,- l'utilisation des matières thermoplastiques pour la formation de récipients alimentaires, notamment de boissons, est très limitée. Une raison principale de cette limitation est que les matières thermoplastiques capables de donner une séparation convenable entre la matière alimentaire
et l'atmosphère sont relativement coûteuses si bien que leur utilisation économique, au cours des procédés connus de formation de récipients, n'est pas possible, avec l'épaisseur donnant la résistance mécanique nécessaire aux récipients.
Un exemple de produits alimentaires du type considéré est celui des boissons gazeuses. Comme la plupart des matières plastiques empêchent difficilement la diffusion du gaz carboniqueseuls des polymères de composition particulière peuvent être utilisés et ceux-ci sont trop coûteux pour être utilisés autrement que dans des applications très particulières. Cependant,
une paroi à deux couches comprenant une mince couche interne de matière de protection, renforcée par une couche relativement épaisse de matière peu coûteuse, par exemple de polystyrène ou de polypropylène, donne satisfaction. Le prix des matières brutes rend compétitifsavec le verre des récipients ainsi réalisés qui sont bien moins coûteux'que les bouteilles formées entièrement
en matière de protection.
Un autre exemple d'utilisation de plusieurs couches
est la combinaison d'une matière ayant de bonnes propriétés de protection contre la diffusion de la vapeur d'eau avec une matière ayant une faible perméabilité à l'oxygène. Lorsque la différence de prix est faible entre les deux matières, les couches peuvent avoir une même épaisseur, ou un rapport fixé pour des raisons de commodité de réalisation. Parfois, il est avantageux qu'une mince couche protectrice soit formée à l'extérieur et
non pas à l'intérieur d'un récipient à deux couches, pourvu que le contenu soit.compatible avec.la couche interne (couche épaisse dans ce cas). Une autre application est la réalisation d'un film interne et d'un film externe qui entourent une couche médiane
en matière plastique recyclée et peu coûteuse de manière que cette- couche médiane soit enfouie, l'avantage de son faible prix étant cependant utilise.
Les exemples indiqués sont seulement certains des nombreux cas dans lesquels deux ou plusieurs matières ont ensemble une fonction que ne peut pas remplir une seule matière. En conséquence, il est souhaitable qu'un procédé permette la réalisation de bouteilles'et de récipients en matière plastique ayant une paroi composite comprenant deux ou plusieurs couches de matières différentes. La liaison physique ou chimique entre les couches est en général superflue et peut être considérée comme indésirable.
L'invention concerne un tel procédé destiné à la formation de récipients multicouches, permettant la formation d'une protection convenable. Elle concerne aussi un procédé de moulage par injection-soufflage d'objets multicouches. Un tel procédé comprend une étape empêchant l'érosion d'une couche inférieure lorsque la couche suivante est injectée sur la couche inférieure. Un tel procédé comprend une étape de refroidissement
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chimique entre les couches soit évitée.
Plus précisément, l'invention concerne un procédé continu de moulage par injection-soufflage, destiné à la formation de récipients multicouches robusteso Le procédé comprend quatre étapes au moins,' au cours d'une opération continue mise en oeuvre par un seul appareil. Dans la première étape, une première matière thermoplastique est moulée par injection sur un mandrin et la paraison formée est transférée à la seconde phase dans laquelle une s econde matière thermoplastique est moulée par injection sur la première. Lorsque l'objet composite doit avoir plus de deux couches, la paraison à deux couches passe dans un troisième moule d'injection, et une troisième matière thermoplastique est moulée par injection sur la paraison à deux couches. L'étape de moulage par injection est alors répétée un nombre de fois aussi grand que nécessaire à l'obten-
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d'injection finale est alors ouvert et la parais en résultante
à plusieurs couches est transmise à une étape de soufflage réalisée sur le mandrin, si bien que le prémoulage multicouche est dilaté par du fluide sous pression. Dans la dernière étape qui peut être réalisée au même poste que le soufflage, l'objet
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fluide scus pression.
Entre les étapes d'injection d'une couche sur uns autre couche, il est souhaitable qu'une étape de traitement permette le refroidissement d'une partie au moins de la paraison formant la couche inférieure de manière que celle-ci ait une rigidité suffisante. De cette manière, lors de l'injection de la couche suivante -sur une-partie refroidie de la précédente, le courant de matière plastique chaude sous pression n'érode pas la couche inférieure comme dans le cas où la couche inférieure est encore relativement chaude et n'est pas suffisamment rigide. De plus, le refroidissement de la couche inférieure peut empêcher la liaison chimique entre les couches, cette liaison étant souvent indésirable.
Lorsque la quantité de chaleur disponible dans la couche supérieure est suffisamment importante, la couche inférieure refroidie peut être réchauffée par la couche supérieure à une température qui convient à l'opération de moulage par soufflage. D'autre part, un chauffage peut être nécessaire pour le réchauffement de la couche inférieure refroidie à sa température de travail.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 est une coupe par un plan horizontal d'un appareil de moulage par injection de deux matières thermoplastiques, assurant aussi un-- moulage -par soufflage ; la figure 2 est une coupe verticale d'un moule fermé autour d'un mandrin, suivant la ligne 2-2 de la figure 1 ; et la figure 3 est une coupe par un plan horizontal d'un. second mode do réalisation d'appareil de moulage par injection-soufflage de deux matières thermoplastiques, avant moulage par soufflage.
Comme représenté sur la figure 1, l'appareil de moulage comprend un plateau tournant 1 comportant sur tous les côtés, à sa périphérie, plusieurs mandrins 2 destinés à former une paraison 3 et une paraison multicouche 4. Bien qu'on ait représenté plusieurs mandrins, un seul convient le cas échéant.
Au cours de la première étape, une matière thermoplastique est chauffée dans le dispositif 6, jusqu'à sa température de travail, et elle est injectée dans le distributeur 7 et les buses 8 d'injection. La matière plastique pénètre dans l'espace compris entre les moules 9 et les mandrins 2 et forme les paraisons 3, chacun des moules 9 comportant deux parties coopérantes munies chacune de conduits 10 et 11 destinés à la circulation d'un fluide de manière que la température de la paraison soit maintenue à la valeur voulue.
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moules sont retirées de son contact. Le plateau 1 passe alors
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manière que les paraisons 3 soient contiguës à la buse 15 d'injection. Les buses 15 sont associées aux buses 16 d'un dispositif
17 de chauffage, ainsi qu'à des conduits 18 et 19, comme décrit précédemment pour la première étape de moulage par injection.
Une seconde matière plastique est injectée sur la paraison 3, dans la seconde étape de moulage par injection, La paraison multicouche 4 est formée par les deux matières thermoplastiques qui ne doivent pas forcément adhérer mais qui peuvent avoir des températures analogues de travail, les matières ne réagissant pas chimiquement avantageusement l'une avec l'autre à leur tempéra- ture de moulage.
Lorsque la paraison Btulti couche est formée, le plateau
1 tourne d'un angle convenable de manière que les paraisons 4 soient contiguës auxmoules correspondant 20 de soufflage. Lorsque les paraisons 4 sont parvenues à l'étape de moulage par soufflage, du fluide sous pression pénètre au centre du mandrin 2 par le
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si bien que le produit multicouche à la forme finale est exposé
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approprié vers le poste 25 d'extraction. A son- niveau,les objets finals sont solidifiés si bien qu'ils ne peuvent plus se dilater sous l'action du fluide sous pression.. Un fluide pénètre alors par le conduit 22 dans la partie centrale des mandrins 2 et dans l'objet final 26 qui est soufflé à partir du mandrin vers une zone collectrice non représentée. Le plateau 1 tourne alors de manière que les mandrins'2 soient à nouveau présentés à la buse 8 d'injection pour la répétition du cycle décrit. Bien qu'on ait indiqué que l'objet était soufflé à partir des mandrins 2, il faut noter que d'autres procédés de retrait conviennent aussi.
Comme représenté sur la figure 2, les moules utilisés pour les étapes de moulage par injection ont des configurations internes identiques, bien que le moule de l'étape de moulage par soufflage ait la configuration de l'objet final. Cependant, à chaque étape, le moule comprend une partie supérieure 30 et une partie inférieure 31 fixées à des plateaux 32 et 33. Qu'il s'agisse d'une étape de moulage par soufflage ou par injection, le mandrin 2 est mis en position lorsque les parties 30 et 31
de moule sont séparées. Lorsque le mandrin a été disposé, les parties 30 et 31 de moule sont mises l'une contre l'autre par
la pression exercée sur les plateaux 32 et 33 si bien que le mandrin 2 est entouré par le moule. Lorsque les parties 30 et 31 sont en position de fermeture, les conduits 10, 11 et 35 sont alignés sur une réserve non représentée de fluide de chauffage ou de refroidissement si bien que, au cours des étapes de moulage par soufflage ou de moulage par injection, du fluide circule dans ces conduits et chauffe ou refroidit la paraison de l'objet final. Dans l'étape de moulage par soufflage, lorsque l'objet a été dilaté, il est suffisamment refroidi pour qu'il reste intact lorsqu'il est transféré au poste de prélèvement.
Lorsque 1; objet final doit comporter plus de deux couches, le nombre d'étapes de moulage par injection est accru. Ainsi, lors de la formation d'un objet à trois couches, le pla-
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Lors de la réalisation d'un objet à quatre couches, le plateau comprend six côtés et il tourne de 60[deg.] à chaque étape, et ainsi
de suite pour la réalisation d'objets ayant plus de quatre couches.
Des matières thermoplastiques qui conviennent parti- ..
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avec un copolymère d'acrylonitrile et d'acrylate d'éthyle (par
<EMI ID=13.1> polypropylène avec le "Barex 210" ou une matière cellulosique telle que l'éthyle cellulose, l'acétate de cellulose, l'acétobutyrate de cellulose, le propionate de cellulose ou analogue, avec le "Barex 210".
La figure 3 représente un plateau 40 à sept côtes, portant de chaque côte deux mandrins 2' destinés à la formation d'une paraison 3' et d'une paraison multicouche 4'. Le nombre particulier de mandrins porté par chaque coté du plateau est purement illustrât if.
Au cours de la première étape d'injection 38, la matière thermoplastique est chauffée dans les dispositifs 6'
de chauffage, jusqu'à sa température de travail, et elle est injectée dans le distributeur 7' et les buses 8' d'injection.
La matière plastique pénètre dans l'espace délimité entre les moules 9' et les mandrins 2' et forme les paraisons 3'. Chaque moule 9' comprend deux parties coopérantes qui ont chacune des canaux de refroidissement destinés à la circulation d'ion fluide maintenant à la valeur voulue la température de la paraison,,
Lorsque la paraison 3' est formée, les parties de
moule sont retirées de son contact. Le plateau 40 tourne alors
de l'angle convenable, c'est-à-dire de 51 et 3/7[deg.] dans l'appareil de la figure 3, vers le poste 42 de traitement ou conditionnement. On constate que ce poste est souhaitable car, lorsque la seconde couche est injectée sur la paraison 3', le courant de matière plastique chaude sous pression élevée peut éroder la paraison 3' lorsque celle-ci n'a pas perdu suffisamment de chaleur par refroidissement. Ainsi, un poste intermédiaire 42 de conditionnement est disposé- entre le premier et le second poste d'injection de manière qu'il assure le refroidissement d'une partie
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la seconde cuuche, et qu'il lui donne une rigidité suffisante.
Le poste 42 peut comprendre une plaque froide destinée à refroidir une partie au moins de la première paraison 3'. Le
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culation d'un fluide de refroidissement dans le mandrin, Selon un autre procédé, la paraison peut être refroidie, ou un refroidissement par l'air peut être utilisé lorsqu'il suffit, sans qu'un poste séparé de conditionnement soit nécessaire.
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température d'injection inférieure à celle de la seconde couche,
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à sa température normale de travail. La chaleur provenant de la seconds coucha pénètre alors dans la couche froide et la réchauffe.
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la première couche peut être ramenée à sa propre température de travail sans refroidissement suffisant de la seconde couche au-dessous de sa plage de travail.
Ainsi, comme représenté sur la figure 3, lorsque les
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tourne vers un second poste 44 d'injection. Au niveau de celui-
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17', jusqu'à sa température de travail, et elle est injectée
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d'injection si bien que la seconde matière plastique est injectée sur la paraison 3' dans la seconde étape de moulage. La paraison 4' est formée de deux matières thermoplastiques.
Lorsque la quantité de chaleur disponible dans la seconde couche est suffisamment importante, la première couche relativement froide est réchauffée par la seconde couche jusqu'à
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flage. D'autre part, lorsque la quantité de chaleur disponible dans la seconde couche n'est pas suffisante, un autre poste 48 de traitement est nécessaire entre le poste 44 et le poste 46 de moulage par soufflage, de manière que la première couche soit réchauffée.
On note que le poste 48 de conditionnement est placé entre le second poste 44 de conditionnement et le poste 46 de moulage par soufflage. Le poste 48 est utilisé pour le réchauffage de la première couche le cas échéant, et ce réchauffage peut être réalisé soit par circulation d'un fluide chaud dans les canaux internes du mandrin, soit par chauffage par induction à haute fréquence du mandrin à l'aide d'un bobinage externe, soit par chauffage diélectrique de la première couche, à haute fréquence, provoquant un'dégagement de chaleur essentiellement dans la première couche. Le procédé de chauffage par perte diélectrique n'est possible que lorsque les caractéristiques diélectriques des couches diffèrent suffisamment, dans une plage déterminée de fréquences, pour que le chauffage puisse être sélectif.
Comme indiqué précédemment, certaines matières ne nécessitent pas un poste 48 de conditionnement car la chaleur provenant de la seconde couche suffit au réchauffage de la première. Cependant, lorsque la température de travail de la matière de la première couche est supérieure à celle de la matière de la seconde couche,' la première ne peut pas être réchauffée par la chaleur latente de l'injection de la seconde couche. De manière analogue, la première couche ne peut pas être réchauffée si d'autres paramètres ne permettent pas un transfert convenable de chaleur pendant suffisamment longtemps, même lorsque la chaleur latente est disponible. Il est donc nécessaire que la première paraison 3' soit réchauffée au poste 48, suivant l'une des manières décrites.
Bien que la production d'un objet à deux couches soit représentée sur la figure 3, il faut noter que l'invention est aussi utile lors de la réalisation d'objets
à trois couches ou plus.
Comme représenté sur la figure 3, lorsque la paraison 4' à deux couches est traitée de manière qu'elle puisse être
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tourne de manière que les deux paraisons 4' soient contiguës aux moules correspondants 20' de soufflage. Lorsque les paraisons
4' ont atteint l'étape de moulage par soufflage, le fluide sous pression pénètre au centre du mandrin 2' et dilate la paraison
4' à la forme finale voulue 23' . Lorsque la dilatation est terminée, les moules 20' de soufflage sont séparés en deux parties de la même manière que les moule d'infection si bien que le produit multicouche à la forme finale est exposé à l'atmosphère. Le plateau 40 tourne alors de -1 ' angle . convenable vers le poste 50 d'éjection. Au niveau de celui-ci, les objets finals se sont solidifiés si bien qu'ils ne peuvent plus se dilater lorsqu'ils <EMI ID=25.1>
centrale des mandrins 2' dans l'objet final et l'éjecte vers un poste collecteur.
Dans certains cas, un poste 52 de conditionnement peut être nécessaire entre le poste 50 d'éjection et le premier poste
38 d'injection de manière que la température du mandrin ait
une valeur qui convient à la première étape d'injection.
Lors de la fabrication de bouteilles, les mandrins utilisés sont relativement longs et minces et, comme il est pratiquement impossible que la matière plastique s'écoule de façon absolument uniforme dans la cavité de moulage au cours
de la première injection, le mandrin subit un fléchissement élastique. Ce fléchissement a peu d'importance pour la réalisation de bouteilles à une seule couche car le fléchissement ne représente qu'une petite fraction de l'épaisseur de la paroi
de la paraison. D'autre part, dans le cas d'une paraison à paroi relativement mince, le fléchissement est suffisamment important pour que la paraison ait une excentricité importante. Lors du soufflage, une telle paraison peut conduire à une épaisseur irrégulière de paroi ou même à une rupture de la couche interne.
Il est avantageux, afin que ce problème d'excentricité soit résolu, que le mandrin soit en matière ayant un module élevé d'élasticité. Par exemple, il peut être en tungstène
dont le module d'élasticité est égal à 3,62.10 kg/cm<2>, et une autre matière qui convient est le tungstène imprégné de cobalt dont le module d'élasticité est compris entre 5.106 et 6,4.106 kg/cm . A titre de comparaison, les mandrins classiques sont en acier dont le module d'élasticité est de l'ordre de 2,1.10 kg/cm<2>. Comme le fléchissement pour une contrainte donnée est inversement proportionnel au module, le fléchissement du mandrin peut donc être réduit notablement par utilisation d'un mandrin en une matière ayant un module d'élasticité très élevé.
Un autre procédé de résolution du problème de l'excentricité est la fixation du bout du mandrin par rapport au moule lors de la partie initiale de l'injection de manière que le mandrin soit maintenu mécaniquement en position convenable centrée dans la cavité de moulage. La matière thermoplastique est injectée à partir du col du mandrin et non pas à partir
du bout, et, lorsque l'injection progresse, le dispositif est retirp de manière que la matière plastique puisse s'écouler librement à sa place.
Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite
et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre.