Procédé pour fabriquer un article creux en matière plastique, outillage pour la mise en oeuvre de ce procédé et article creux obtenu par ce procédé
Le présent brevet concerne un procédé pour fabriquer un article creux en matière plastique à paroi mince, un outillage pour la mise en Oeuvre de ce procédé et un article obtenu par ce procédé.
II est connu, dans le domaine de la fabrication d'objets ou d'articles creux en matière plastique d'élaborer par filage, une paraison tubulaire en forçant la matière plastique à travers une filière, cette paraison se formant, en aval de la filière, soit à l'ail libre, soit dans un espace non confiné, ou encore dans un espace délimité partiellement par des sur- faces de moulage ; la paraison ainsi obtenue constitue une pièce brute que l'on introduit ensuite dans un moule de soufflage où elle est mise en forme définitivement, par gonnage , la forme définitive de l'objet ou article résultant étant déterminée par les surfaces de moulage de ce moule.
Toutefois, étant donné que dans ce procédé connu, la paraison n'es, t pas formée dans un espace confiné (c'est-à-dire délimité par des surfaces de moulage), elle ne présente évidemment pas une forme précise, prédéterminée, et, par conséquent, l'article final, obtenu par l'opération de soufflage, présente, dans la plupart des cas, des épaisseurs de paroi très variables. Par ailleurs, dans ce procédé, on doit utiliser une quantité excédentaire considérable de matière plastique, ce qui détermine une augmentation correspondante du prix de revient.
On a tenté d'éliminer les inconvénients que présente l'opération de filage, en remplaçant cette dernière par une autre opération consistant à former une paraison par injection de la matière plastique dans une cavité de moulage dont la surface extérieure est constituée par la surface intérieure d'un moule, cependant que la surface ilítérieure de ladite cavité est définie par un noyau creux. On retire ensuite la paraison et on l'introduit dans un moule de soufflage dans lequel on met en forme définitive la paraison en la gonflant au moyen d'un fluide, par exemple de l'air sous pression, agissant sur la surface intérieure de la paraison.
I1 est très difficile et, par conséquent, peu rentable du point de vue économique, de produire par moulage par injection une paraison présentant des propriétés telles qu'elle se prte à la mise en forme consécutive par soufflage. On a constaté que les facteurs ci-après doivent tre pris en considération.
a) Afin de pouvoir tre mis en forme par soufflage une paraison doit tre entièrement fermée, c'est-à-dire présenter une paroi sans solution de continuité.
Etant donné que les cavités pour le moulage des paraisons présentent souvent une forme allongée et étroite, on observe fréquemment des phénomènes de refoulement) indésirables de la matière plastique, à la suite de quoi une formation complète de la paraison est empchée, pendant le processus d'injection, si bien que la paraison résultante ne peut évidemment pas tre mise en forme définitive par soufflage.
b) La matière plastique constituant la paraison doit présenter, à température élevée, une résistance et une ténacité suffisantes pour pouvoir supporter les sollicitations imprévisibles dues au transfert de la matière plastique pendant l'opération de soufflage, afin que la paraison ne subisse pas de ruptures locales pendant cette opération.
c)
La paraison doit présenter une température suffisamment élevée afin de se prteur au soufflage et à la mise en forme dans le moule de soufflage, sans que des sollicitations excessives soient engendrées dans la matière plastique elle-m8me, pendant le processus de soufflage.
d) La température de la matière constituant la paraison doit tre assez uniforme, dans toutes les parties de la paraison, et notamment dans le sens de l'axe longitudinal de celle-ci, afin d'offrir une plasticité sensiblement uniforme, lors du soufflage.
On ne connaît pas la valeur précise de la variation admissible de la température, mais on a constaté que lorsque cette variation de la température de la matière constituant la paraison ne dépasse pas une valeur maximum d'environ 300 C, la mise en forme par soufflage de la paraison peut tre effectuée sans difficulté.
Or, il est généralement difficile de réduire la variation de température à cette valeur, étant donné que dans la plupart des cas la cavité de moulage de la paraison présente une forme allongée et étroite.
e) Afin d'assurer un résultat final satisfaisant, l'espace intérieur, ou le creux, de la paraison doit tre sensiblement concentrique, c'est-à-dire que l'axe longitudinal de ce creux doit coïncider sensiblement avec l'axe longitudinal de la surface extérieure de la paraison, car dans le cas contraire on obtiendrait un côté faible de la paroi de celle-ci, et ce côté faible serait gonflé en premier lieu lors du soufflage, et présenterait alors une paroi extrmement mince, si bien que l'article fini ne présenterait pas les caractéristiques requises pour tre acceptable dans le commerce.
Ici, c'est également le rapport élevé de la longueur au diamètre de la plupart des paraisons qui aggrave cette difficulté, car un noyau allongé comportant une extrémité libre, non supportée, est difficile à maintenir dans une position concentrique, pendant le processus d'injection, ainsi qu'il ressortira de la description qui suit.
Lorsqu'une paraison remplit les cinq conditions indiquées sous a) à e), elle se prte à la mise en forme par soufflage et permet d'obtenir un article commercial satisfaisant ; une paraison remplissant ces conditions sera désignée ci-après par le terme paraison facilement soufflable .
Sur le plan industriel, les procédés connus pour fabriquer des récipients en matière plastique par moulage par injection et soufflage consécutifs ont rencontré d'autres difficultés qui résident dans la tendance de la matière plastique considérée jusqu'ici comme se prtant à la mise en forme par moulage par injection, à subir des ruptures sous forme de critique dues à des contraintes qui sont déterminées par le milieu ambiant.
Lorsqu'on utilise des récipients en matière plastique pour emballer des détergents ou d'autres agents mouillants, on observe souvent un certain genre de ruptures qui semble tre provoqué par une certaine caractéristique du détergent ou agent mouillant en question grâce à laquelle ce dernier cherche les zones ou lignes de moindre résistance et finit par provoquer, pendant la période normale d'emmagasinage et d'utilisation du récipient, des ruptures de ce dernier, à la suite de quoi il y a des fuites du contenu du récipient à travers la paroi de ce dernier.
De plus, les procédés connus de mise en forme par moulage par injection et soufflage consécutif, tels qu'ils ont été mis au point dans la pratique, ne permettent pas, pour des raisons diverses, de produire un récipient en matière plastique dans lequel l'épaisseur de la paroi de l'article obtenu par soufflage puisse tre prédéterminée à volonté, dans différentes zones de cette paroi, le long de l'axe longitudinal du récipient, de telle sorte que les différentes zones précitées présentent différentes épaisseurs voulues, ou qu'elles présentent une épaisseur uniforme.
Par ailleurs, le procédé de mise en forme par moulage par injection et soufflage consécutif s'était révélé relativement limité, quant à ses possibilités d'application. Comme déjà indiqué plus haut, les articles sont d'autant plus difficiles à fabriquer que leur longueur est plus grande, étant donné qu'un noyau allongé encastré à l'une de ses extrémités, est d'autant moins rigidement maintenu en position que sa longueur est plus grande, en fait mme si un tel noyau est parfaitement centré, au commencement de l'opération d'injection, il tend naturellement à se déplacer vers une position décentrée en s'écartant du côté d'où la matière commence par pénétrer dans le moule à injection.
Pour cette raison d'ordre pratique, on a considéré jusqu'ici comme impossible de maintenir en position centrée dans une cavité de moulage par injection, un noyau présentant un rapport supérieur à 7:1 environ entre sa longueur et son diamètre.
En outre, dans la fabrication d'articles par moulage par injection et soufflage consécutifs, il est quelquefois difficile de séparer la paraison du noyau, notamment lorsque la matière plastique doit tre maintenue à une température relativement élevée.
On constate qu'en raison de cette température élevée de la matière plastique et du noyau qu'elle entoure, cette matière tend à adhérer au noyau. De plus, pendant l'intervalle de temps qui s'écoule entre le moulage par injection et le soufflage, la surface extérieure de la paraison se refroidit dans une certaine mesure, à la suite de quoi la matière plastique se trouvant à la périphérie de la paraison se rétrécit et tend à comprimer la matière se trouvant à l'intérieur de la paraison, autour du noyau, ce qui accroît la tendance qu'a la matière plastique à adhérer au noyau.
Que ce soit là la véritable explication ou non du phénomène, il est effectivement difficile de séparer d'une manière lisse et uniforme la paraison du noyau par l'action d'un fluide sous pression, et cette difficulté a été jusqu'ici un obstacle sérieux à l'application du procédé de mise en forme d'articles en matière plastique par moulage par injection et soufflage consécutifs.
La présente invention se rapporte à la fabrication d'un article creux en matière plastique à paroi mince et notamment d'un article en une matière présentant des caractéristiques physiques analogues à celles du polyéthylène et se propose d'éliminer les inconvénients des articles analogues obtenus par des procédés connus, et dans lequel l'épaisseur de la paroi dudit article peut tre contrôlée, ou bien de telle sorte que cet article présente une paroi d'épaisseur sensiblement uniforme, quelle que soit la configuration de l'article en question, ou bien de telle sorte que ladite épaisseur varie d'une manière prédéterminée entre différentes zones de la paroi de l'article fini.
Le procédé que comprend l'invention est caractérisé en ce qu'on utilise un moule de paraison comportant un noyau cylindrique pourvu d'un conduit interne et disposé concentriquement dans ledit moule, en ce qu'on chauffe une matière thermoplastique filable à une température sensiblement plus élevée que la température de mise en forme normale à laquelle ladite matière thermoplastique peut tre soumise au filage (extrusion) et au moulage par soufflage, en ce qu'on injecte rapidement la matière thermoplastique chauffée dans ledit moule de paraison, en soumettant ladite matière à une pression d'injection élevée, en ce qu'on introduit ledit noyau avec la paraison ainsi obtenue, tout en les maintenant à une température plus élevée que ladite température normale de mise en forme dans un moule de soufflage définissant la forme de l'article creux fini,
et en ce qu'on gonfle ladite paraison pour la mettre en forme dans ledit moule de soufflage en injectant un fluide sous pression dans ladite paraison, ledit fluide sous pression étant introduit dans cette dernière au moyen dudit conduit interne du noyau précité.
L'outillage pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, est caractérisé en ce qu'il comporte un moule de paraison pourvu d'un noyau cylindrique disposé concentriquement par rapport à la surface intérieure dudit moule de paraison de manière à définir une cavité de moulage de paraison entre la surface extérieure du noyau et la surface intérieure dudit moule, ladite cavité de moulage de paraison communiquant avec une cavité de moulage de tte définie entre la surface extérieure du noyau et la surface intérieure d'un moule de tte fixé de manière amovible sur ledit moule de paraison et solidaire dudit noyau, ce dernier étant pourvu d'un conduit interne coaxial qui débouche à l'extrémité intérieure du noyau par un orifice contrôlé par une valve;
ledit outillage comprenant, en outre, un moule de soufflage dont la surface intérieure définit la configuration de l'article creux fini, ledit moule de soufflage étant pourvu d'une ouverture coaxiale par rapport à la surface intérieure de ce moule, et permettant l'introduction dudit noyau portant ladite paraison, dans ladite cavité du moule de soufflage, ledit orifice coaxial permettant, en outre, à la cavité du moule de soufflage de communiquer avec la cavité de moulage de tte lorsque le noyau portant la paraison est introduit dans ladite cavité du moule de soufflage.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'outillage pour la mise en oeuvre d'un procédé objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe longitudinale d'un moule de paraison, illustrant la formation d'une paraison par moulage par injection.
La fig. 2 est une coupe longitudinale d'un moule de soufflage montrant la parais on et le noyau de la fig. 1 qui ont été introduits dans ledit moule de soufflage, le processus de soufflage n'ayant pas encore été effectué.
La fig. 3 est une coupe partielle montrant, à une échelle plus grande, la partie inférieure du moule de soufflage représenté sur la fig. 2 et illustrant une première phase du processus de soufflage de la paraison.
La fig. 4 est une coupe partielle, à une échelle plus grande, de la partie inférieure du moule de soufflage représenté sur la fig. 2, et elle indique une seconde phase du processus de soufflage.
La fig. 5 est une coupe partielle, à une échelle plus grande, de la partie supérieure du moule de soufflage indiqué sur la fig. 2, et elle montre une troisième phase du processus de soufflage.
La fig. 6 est une coupe partielle, à une échelle plus grande, de la partie supérieure du moule de soufflage représenté sur la fig. 2, et elle montre une des dernières phases du soufflage de la paraison.
La fig. 7 est une coupe longitudinale, à une échelle plus grande, du moule de soufflage représenté sur la fig. 2, montrant la paraison entièrement gonflée et présentant la configuration définitive de l'article à fabriquer.
Les fig. 8 et 9 sont des coupes longitudinale et transversale, respectivement, montrant une paraison de configuration légèrement modifiée, ladite paraison étart mise en place à l'intérieur d'un moule de soufflage présentant une configuration correspondante de sa cavité de moulage, le récipient obtenu étant indiqué en pointillés ; la coupe de la fig. 9 est prise sensiblement dans le plan indiqué par la ligne 9-9 sur la fig. 8.
La fig. 10 est une coupe suivant la ligne 10-10 de la fig. 8, et
La fig. 11 est une coupe suivant la ligne 11-11 de la fig. 8.
Une mise en oeuvre du procédé pour fabriquer un article creux en matière plastique sera décrite ci-après en regard des dessins annexés ; les différentes opérations ou phases de ce procédé seront décrites dans l'ordre de leur exécution.
Ce procédé sera décrit ci-après dans son application particulière à la fabrication d'un récipient en matière plastique.
Préparation de la paraison
La première phase consiste à injecter une matière plastique dans une cavité 9 dont la surface extérieure est constituée par la surface intérieure d'un moule de paraison 11, cependant que la surface inté rieure de la cavité 9 est constituée par la surface extérieure d'un noyau creux 13 disposé au centre de ladite cavité. Cette cavité définie par le moule et le noyau peut également comporter une partie permettant le moulage d'une tte N pour le récipient, cette tte pouvant tre pourvue de rainures hélicoïdales permettant de monter sur cette tte un capuchon comportant un pas de vis interne. Toutefois, dans la forme d'exécution représentée sur la fig. 1, la tte du récipient peut tre formée par un prolongement de la cavité de moulage 9, ledit prolongement étant défini par un moule de tte 15 séparé et démontable.
On préfère utiliser un tel moule de tte étant donné que ce dernier constitue en mme temps une partie des moyens de manutention pour le transfert de la parais on du moule d'injection au moule de soufflage; par ailleurs, en employant un moule de tte séparé, on peut refroidir la tte du récipient pendant la phase consécutive de soufflage, des moyens d'échange de chaleur pouvant, à cet effet, tre incorporés au moule de tte.
Etant donné que la tte N présente généralement une épaisseur de paroi supérieure à celle du corps du récipient et que son refroidissement demande par conséquent un laps de temps relativement long, avant le démoulage, on peut également utiliser les périodes de temps qui s'écoulent avant et après l'opération de soufflage, ainsi que le temps pendant lequel ce soufflage est effectué, pour refroidir la tte du récipient par le simple contact de celle-ci avec son moule, de sorte qu'on peut sans difficulté manipuler et transporter le récipient, pendant le processus de fabrication, sans avoir à prendre en considération le temps nécessaire pour refroidir la tte du récipient à une température permettant la solidification.
De plus, le moule de tte 15 assure un ancrage ferme de l'extrémité supérieure de la paraison lorsque celle-ci est retirée du moule d'injection (moule de paraison) et transportée vers le moule de soufflage. En raison de la tendance naturelle de la paraison à se rétrécir longitudinalement pendant ce laps de temps, on risquerait, en dégageant la tte N, de fausser les proportions de la paraison de sorte que celle-ci présenterait, lors de son introduction dans le moule de soufflage, des proportions qui ne correspondraient plus aux différentes parties de ce moule comme il ressortira de ce qui suit.
I1 est bien connu qu'on utilise pour le moulage par injection des matières plastiques présentant des caractéristiques particulières ; ces matières plastiques sont désignées ci-après par le terme matières plastiques injectables ; ces matières plastiques injectables se distinguent par le fait qu'elle présentent, à des températures d'injection normales et sous l'effet de pressions d'injection normales une plasticité convenable et une viscosité sensiblement inférieure à celle d'une matière plastique filable.
On a considéré comme impossible jusqu'ici de mettre en forme une matière plastique filable par moulage par injection, de manière à produire une paraison présentant des propriétés satisfaisantes. Ce qui est dû au fait qu'il est difficile de faire en sorte que la matière plastique filable s'écoule convenablement pour pénétrer dans une cavité profonde et étroite et de remplir celle-ci intégralement, c'est-àdire sans laisser subsister des creux ou soufflures .
Une matière plastique injectable pénètre facilement dans une telle cavité, mais, lorsque cette matière est portée à une température telle qu'elle soit partiellement fondue, elle présente des caractéristiques médiocres de résistance mécanique et de ténacité. Par conséquent, une paraison préparée de cette manière ne peut, dans bien des cas, pas tre mise en forme par soufflage étant donné que la paroi de cette paraison subit souvent une rupture avant que cette mise en forme ne soit terminée.
Or, on a constaté que contrairement à ce que l'on pensait jusqu'ici, la mise en forme par moulage par injection d'une matière plastique filable est possible à condition qu'on travaille à certaines températures et qu'on utilise certaines pressions d'injection; on peut alors produire une paraison facilement gonflable présentant des propriétés satisfaisantes.
On a préparé, par exemple, de telles paraisons en utilisant du polyéthylène linéaire filable.
Un polyéthylène linéaire est généralement considéré comme un polyéthylène injectable lorsque son indice de plastification (tel que défini sous la désignation de melt index par la norme américaine de 1'ASTM NO D 1238/57) est élevé, c'est-àdire lorsque cet indice de plastification est au moins égal (ou supérieur) à 0,5, tandis qu'un polyéthylène est considéré comme polyéthylène filable lorsque son indice de plastification est faible, c'est-à-dire au plus égal (ou inférieur) à 0,5.
On a adopté, dans la pratique, une règle empirique selon laquelle la résistance à la formation de criques dues aux sollicitations d'un polyéthylène linéaire présentant un indice de plastification supérieur à 0,3 est nettement insuffisante lorsque cette matière sert pour l'emballage de détergents ou d'autres agents mouillants ou de substance analogue favorisant la formation de criques de ce genre.
On a produit des récipients donnant des résultats satisfaisants lors de l'emmagasinage de détergents, en utilisant du polyéthylène linéaire filable possédant un indice de plastification ne dépassant pas la valeur de 0,5 ; toutefois, on utilise, de préférence, dans ces applications, du polyéthylène linéaire filable dont l'indice de plastification se situe entre 0,2 et 0,3. I1 s'ensuit que dans le cadre des procédés connus jusqu'ici, la seule matière offrant une résistance suffisante à la formation des criques du genre précité et que l'on puisse utiliser pour le moulage par soufflage de récipients destinés à l'emballage de détergents, est une matière qui ne présente pas les propriétés essentielles requises pour la préparation d'une paraison par moulage par injection;
compte tenu de ce fait, on pourrait conclure à la nécessité de recourir à des procédés de mise en forme par filage (extrusion) et soufflage consécutif.
Cependant, on a découvert que la manière dont on manipule et traite le polyéthylène linéaire a une influence considérable et jusqu'ici négligée sur la moulabilité par injection de cette matière, et que dans certaines conditions particulières, il est, en fait, possible de préparer par moulage par injection une paraison facilement gonflable, en utilisant du polyéthylène linéaire d'une sorte considérée jusqu'ici comme appartenant strictement à la catégorie des polyéthylènes filables.
On a découvert, par ailleurs, que le polyéthylène linéaire filable présente certaines caractéristiques très favorables en ce qui concerne son aptitude à la mise en forme sûre et régulière par soufflage; on a découvert, en fait, qu'un tel polyéthylène est, sous certains aspects, supérieur au polyéthylène injectable, en ce qui concerne sa moulabilité par soufflage et qu'en appliquant un procédé comportant une opération de soufflage consécutive à la préparation d'une paraison par moulage par injection, il est, en fait, préférable d'utiliser une matière appartenant strictement à la catégorie des matières filables.
Grâce aux découvertes indiquées ci-dessus, on peut fabriquer par moulage par injection et soufflage consécutif des récipients de haute qualité pour toutes applications, et notamment pour l'emballage de détergents ou d'autres agents mouillants ou agents analogues favorisant la formation de criques,, ces récipients étant constitués par un polyéthylène linéaire possédant un indice de plastification égal ou inférieur à 0,5 et, de préférence, un indice de plastification inférieur à 0,3.
Une telle paraison facilement gonflable peut tre élaborée dans différentes conditions déterminées par des données interdépendantes. On indiquera ci-après à titre d'exemple, des données particulières déterminant des conditions de travail dans lesquelles le résultat recherché peut tre obtenu. La matière plastique peut tre chauffée et comprimée dans un dispositif plastificateur classique. Lorsque la matière plastique est du polyéthylène linéaire filable, elle est chauffée à une température d'environ 230 à 2900C avant d'tre introduite dans la cavité 9 définissant la forme de la paraison.
Le polyéthylène réchauffé et comprimé est injecté dans cette cavité au moyen d'une buse d'injection 17 et avec un débit extrmement élevé; ce débit est déterminé par la pression d'injection appliquée qui peut tre de 1000 kg/cm2 ou plus, et par la section de passage de l'orifice d'injection, qui est normalement d'environ 0,5 cm2. Dans ces conditions, le moule 19 étant maintenu à une température d'environ 950 C et le noyau 13 à une température d'environ 1050 C, le laps de temps requis pour achever le remplissage de la cavité 9 est très court; en fait, ce laps de temps peut tre de l'ordre de 1,5 sec., ou mme sensiblement moins.
On doit noter qu'aucune des valeurs indiquées ci-dessus n'est une valeur à respecter strictement en soi, exception faite, éventuellement, de la limite inférieure indiquée pour la température de la matière plastique; quant aux autres valeurs, une ou plusieurs de celles-ci peuvent varier dans les limites d'une gamme relativement étendue, à condition que les valeurs restantes varient d'une manière correspondante, de façon telle que l'ensemble de ces valeurs détermine les conditions dans lesquelles on peut produire une paraison présentant les cinq propriétés indiquées plus haut, qui confèrent à la parais on son aptitude à la mise en forme par soufflage.
La grande vitesse d'injection ne permet pas seulement le remplissage complet de la cavité de moulage, mais elle semble, en outre, contribuer d'une manière surprenante au maintien du noyau 13 dans une position concentrique par rapport aux surfaces intérieures du moule de paraison 11. La concentricité du noyau 13 est d'une très grande importance pour le contrôle de l'épaisseur de la paroi de la paraison, comme il a été expliqué plus haut.
Etant donné que la matière plastique injectée s'écoule suivant le trajet de moindre résistance, tout défaut de concentricité du noyau aurait pour résultat de permettre à la matière plastique de s'écouler plus rapidement vers des zones présentant une aire de section plus grande, et d'empcher, de ce fait, un écoulement uniforme de cette matière autour de toute la périphérie du noyau. Par ailleurs, la présence, dans la cavité 9, d'une masse de la matière plastique présentant une répartition irrégulière dans n'importe quel plan de coupe transversal, déterminerait une pression latérale agissant sur le noyau, ce qui aggraverait le défaut de concentricité initiale de ce dernier.
On a constaté qu'en injectant rapidement la matière plastique, c'est-à-dire en injectant celle-ci dans la cavité sous des pressions extrmement élevées, le défaut de concentricité du noyau ne dépasse généralement pas 0,25 à 0,5 mm à l'extrémité du noyau, lorsque le rapport entre la longueur et le diamètre de ce dernier atteint une valeur de 10 : 1.
Lorsque la phase d'injection est terminée, la cavité 9 renferme une paraison P en matière plastique chaude, qui peut facilement tre mise en forme définitive par soufflage (et qui comporte une tte N).
Cette paraison P est transférée vers un moule de soufflage 19, en vue de l'opération de mise en forme par soufflage. Etant donné que la paraison est transférée sur le noyau utilisé dans un moule à injection, et que pendant ce transfert le moule de tte 15 reste en place sur ledit noyau, les dimensions et la configuration de la paraison sont maintenues malgré la température élevée de la matière constituant la paraison, température élevée qui tendrait normalement à provoquer des phénomènes indésirables de retrait axial ou de gauchissement.
Configuration de la paraison
On a constaté qu'il est possible de prédéterminer l'épaisseur de la paroi dans n'importe quelle zone d'un récipient obtenu par soufflage. On atteint ce but en donnant à la paraison P une configuration telle que toute section horizontale prise dans le sens de la longueur de la paraison présente une corrélation avec une section du récipient fini, c'est-à-dire qu'une telle section de la paraison corresponde à une section dudit récipient; cette corrélation était inconnue jusqu'ici. En établissant correctement, comme indiqué ci-dessus, la corrélation entre toute zone donnée de la parais on et la zone correspondante du produit fini, et en choisissant judicieusement l'épaisseur des différentes zones ou sections de la paraison, on peut déterminer à volonté l'épaisseur de paroi dans les différentes zones ou sections du récipient fini.
On a constaté que, contrairement à ce -que l'on croyait jusqu'ici, des parties de la paraison ne constituent pas, dans tous les cas, des parties géométriquement analogues du récipient fini; par exemple, la matière plastique formant l'angle inférieur 21 de la paraison ne constitue pas l'angle inférieur du récipient fini. Par conséquent, la zone de l'angle inférieur de la paraison doit normalement présenter une épaisseur de paroi sensiblement plus mince que la partie de la paraison P qui constitue, dans le récipient fini, l'angle inférieur de oelui-ci.
En considérant la paraison P en position verticale, telle qu'elle est représentée sur les dessins, on comprendra que le noyau 13 est disposé de façon telle que le fluide sous pression utilisé po moule 19, après une extension très faible, après quoi ce fond 25 reste dans la position indiquée en 25'. n se forme par ailleurs une sorte de bulle à l'extrémité inférieure de la paraison, de sorte que la périphérie extérieure (ou le sommet) 27 de la partie renforcée précitée effectue un mouvement angulaire vers l'extérieur, pour prendre la position 27'.
Dans la phase représentée sur la fig. 4, le processus de soufflage a atteint un point où le sommet périphérique de la partie renforcée 27 a terminé son mouvement vers l'extérieur et est venu se placer partiellement dans l'angle inférieur du moule 19 ainsi qu'il est indiqué en 27", cependant que la bulle a commencé à s'étendre vers le haut, en montant le long de la paroi latérale du moule.
A partir de cette position, la matière plastique de la partie de paroi principale 33, 35 est détachée progressivement du noyau 13 et appliquée, après expansion, sur la paroi latérale du moule 19, ainsi que l'indique la fig. 5. I1 ressort de la fig. 6 que, par la suite, la partie 35 de la matière plastique est dégagée du noyau 13, et cette partie de la paraison effectue un mouvement angulaire autour de la base de la tte N, accompagné d'une expansion de la matière plastique, pour venir s'appliquer sur la surface du moule 19. La nouvelle position du point 35 est indiquée en 35'.
La section 37 adjacente au point 35 a également effectué un mouvement angulaire pour atteindre la position 37', et cette section poursuit alors son déplacement, ensemble avec la section 39, pour venir se placer sur la partie supérieure transversale du récipient, cependant que la partie intéressée de la matière plastique subit une certaine expansion, notamment dans les zones périphériques, de sorte que le point 35 de la paraison initiale vienne se placer dans l'angle supérieur du récipient. comme indiqué en 35", tandis que les parties 37 et 39 de la paraison initiale s'appliquent contre la paroi transversale supérieure du moule, comme indiqué en 37", et 39'.
La dernière phase de soufflage a pour résultat de presser toutes les parties de la paraison dans les angles du moule, par exemple dans l'angle inférieur, ainsi qu'il ressort de la fig. 7 où la zone intéressée de la paraison est venue se placer dans la position indiquée par 27"', ce qui achève la mise en forme du récipient fini.
La description ci-dessus en regard des figures indiquées fait ressortir plusieurs principes importants du procédé. Dans l'exemple représenté et décrit on a considéré qu'il était souhaitable d'obtenir, dans le récipient fini, des parois d'une épaisseur aussi uniforme que possible exception faite de la tte N, et peut-tre de l'angle inférieur, légèrement renforcé afin d'augmenter la rigidité du récipient et de faciliter son utilisation, par exemple, dans des installations mécaniques telles que des dispositifs de remplissage.
I1 ressort de la description ci-dessus qu'on peut obtenir ce résultat en formant, sur la paraison, une partie renforcée à une certaine distance de l'extrémité inférieure de la paraison, la position de cette partie renforcée étant choisie telle que la matière qui la forme puisse, tout en subissant une légère expansion, effectuer un mouvement angulaire pour venir se placer dans l'angle inférieur du moule de soufflage, tandis que la partie supérieure de la paraison située au-dessous de la tte présente une épaisseur moindre, sur une longueur considérable, afin de former une zone susceptible de venir se placer, tout en subissant une légère expansion périphérique, sur la paroi transversale supérieure du moule de soufflage où cette partie de la paraison forme la paroi transversale supérieure du récipient fini, avec l'épaisseur de paroi voulue.
Dans la mise en oeuvre de ce procédé, il est important que le noyau présente une longueur telle que la surface inférieure de la paraison se situe à proximité immédiate de la surface inférieure (c'est-à-dire du fond) du moule de soufflage; car, dans le cas contraire, le choix judicieux de la configuration des autres parties de la paraison perd son efficacité en ce qui concerne la prédétermination de l'épaisseur de paroi du récipient fini, et l'on risque mme de perdre tout contrôle de la répartition de la matière plastique, et la mise en forme du récipient par soufflage risque mme de devenir tout à fait impossible.
On a constaté que grâce au principe ci-dessus, relatif au choix de la configuration de la paraison, il est possible de produire un récipient en matière plastique, par soufflage, dont l'épaisseur de paroi est sensiblement uniforme, les variations de cette épaisseur ne dépassant pas un rapport de 7 : 4, au plus, entre la partie la plus épaisse et la partie la plus mince de la paroi du récipient fini, exception faite de certaines zones prédéterminées, telles que la tte du récipient, à laquelle on peut donner une épaisseur de paroi plus grande, et exception faite de certaines autres zones limitées qui doivent présenter une épaisseur plus grande pour des raisons ayant trait à la formation de la paraison, ainsi qu'il sera expliqué plus loin.
La valeur réduite du rapport ci-dessus distingue favorablement le récipient obtenu par le procédé décrit ici des récipients obtenus par des pro cédés connus jusqu'ici, le rapport correspondant dans ces derniers n'étant jamais inférieur à 4:1 entre la partie la plus épaisse et la partie la plus mince d'une partie de paroi à laquelle on aurait désiré donner une épaisseur de paroi sensiblement uniforme. I1 est également très important de noter que le procédé décrit permet de réaliser des récipients présentant des angles inférieurs rigides, renforcés, alors que les parois latérales de ces récipients peuvent tre aussi minces qu'on le désire.
Dans tous les récipients fabriqués par des procédés connus jusqu'ici, ces angles inférieurs étaient extrmement minces et il était nécessaire, par conséquent, d'augmenter l'épaisseur de paroi dans toutes les parties du récipient afin d'obtenir, dans cet angle inférieur, une épaisseur assez grande pour assurer une rigidité suffisante du récipient.
Opération de soufflage
Après la préparation de la paraison par moulage par injection, sur la base des principes énoncés cidessus, en ce qui concerne la configuration, on transfère rapidement cette parais on vers un moule de soufflage et l'on y fait agir un fluide sous pression sur la surface intérieure de la paraison de manière à provoquer l'expansion de la matière plastique qui vient alors s'appliquer contre la surface intérieure de ce moule de soufflage.
Etant donné que la matière plastique doit tre maintenue à une température élevée en vue de son expansion ou gonflage , il est important d'empcher tout refroidissement excessif de cette matière plastique pendant le transfert de la paraison du moule de paraison vers le moule de soufflage. On a constaté qu'on peut mettre en forme du polyéthylène linéaire par soufflage, avec des résultats satisfaisants, en appliquant le procédé décrit ici, si la température de ce polyéthylène dans le moule de soufflage ne tombe pas au-dessous de 1630 C environ.
De préférence, on doit faire en sorte que cette température soit maintenue à une valeur située entre environ 1900 C et 2200 C ; la température élevée à laquelle on injecte cette matière plastique dans le moule de paraison, comme indiqué plus haut, et la rapidité avec laquelle on effectue cette injection ne permettent pas seulement d'utiliser pour cette opération d'injection une matière plastique filable, mais également d'accélérer l'opération de transfert de la paraison vers le moule de soufflage, sans qu'il soit nécessaire de procéder à un réchauffage de cette paraison.
Par exemple, une paraison en polyéthylène linéaire filable injectée à une température d'au moins 2300 C, suivant le procédé décrit, de telle manière que cette injection dure 1 1/2 sec., et transférée ensuite vers le moule de soufflage, en un laps de temps de 3 secondes environ, peut facilement tre mise en forme définitive par soufflage. Dans ces conditions, la variation de température, le long de la paroi de la paraison, ne dépasse pas 300 C environ et les deux ex trémités de la gamme de températures de la paraison se situent généralement à l'intérieur des limites de la gamme de températures indiquées ci-dessus, c'est-à-dire entre 162 et 2200 environ.
Dans une forme d'exécution préférée, la longueur de la paraison est choisie telle que sa surface inférieure soit sensiblement en contact avec la paroi intérieure du moulage de soufflage, de sorte que la petite protubérance de matière plastique subsistant après le processus d'injection est coincée et aplatie entre les deux parties du moule de soufflage, ce qui contribue au maintien de la paraison dans la position centrée requise, pendant la première phase de soufflage.
Après la mise en place de la paraison dans le moule de soufflage, on dirige un jet de fluide, par exemple de l'air, contre le fond de la paraison, à une vitesse d'écoulement sensiblement plus élevée que celle utilisée généralement lors de la mise en forme par soufflage d'articles en matière plastique. Généralement, l'air est admis à travers une valve telle que 23 disposée à l'extrémité intérieure du noyau, et l'effet de centrage indiqué plus haut peut tre obtenu ou accentué, si on le désire, par la valve de centrage à laquelle il suffit alors de donner une course suffisante pour qu'elle vienne s'appuyer, lors de son ouverture, sur la matière plastique de la paroi inférieure 25', celle-ci étant alors fermement maintenue entre la valve 23 et le fond du moule de soufflage, ainsi qu'il ressort des fig. 3, 4 et 7.
Afin d'indiquer une valeur particulièrement favorable de la vitesse d'écoulement du fluide sous pression, en vue d'un déroulement satisfaisant des processus de dégagement et d'expansion de la paraison, dans le moule de soufflage, et en vue de l'obtention de récipients présentant des propriétés satisfaisantes, on peut considérer qu'en utilisant une source d'air comprimé d'une pression minimum de 4,2 kg/cm2 environ (et, de préférence de 8,4 kg/cm2 environ), et un orifice d'admission vers l'intérieur de la paraison présentant une surface de passage minimum d'environ 1,9 mm2, on obtient les conditions optima en ce qui concerne cette opération, et notamment la vitesse d'écoulement dudit fluide.
Toutefois, il est bien entendu que ces valeurs ne sont nullement limitatives en elles-mmes mais qu'elles définissent seulement une vitesse d'écoulement particulièrement avantageuse de l'air comprimé utilisé pour le soufflage.
Après l'admission de l'air dans les conditions indiquées ci-dessus, la paraison est gonflée et s'applique contre les parois intérieures du moule de soufflage, de manière à présenter la configuration indiquée en C, fig. 7, cette configuration étant celle que présente le récipient fini après refroidissement.
La fig. 7 montre que certaines parties du récipient fini C présentent une épaisseur légèrement supérieure à celle du restant de la paroi du récipient. Une de ces parties plus épaisses est, évidemment, la tte N à laquelle on donne intentionnellement une épaisseur plus grande, ce qui est nécessaire en vue de l'obtention de certaines caractéristiques du récipient fini, par exemple en vue d'une rigidité suffisante de ladite tte. Par ailleurs, on voit deux autres zones d'épaisseur plus grande, à savoir une zone centrale du fond du récipient, indiquée par la référence 21' et une zone à la partie supérieure du corps du récipient, désignée par la référence 39' et située à proximité de la tte.
Ces zones d'épaisseur accrue sont obtenues grâce à la configuration particulière de la paraison, en vue de faciliter l'injection de la matière plastique dans le moule de paraison. En d'autres termes, pour que la paraison présente une configuration appropriée, elle doit définir une aire de section adéquate permettant l'injection rapide de la matière plastique à l'angle inférieur 21 de la paraison et également dans la zone d'admission vers la cavité de moulage de la tte N, qui est la partie la plus éloignée de l'orifice d'injection et qui présente une configuration relativement complexe, de sorte qu'il est indispensable que cette cavité soit parfaitement remplie de matière plastique, lors de l'injection de celle-ci dans le moule de paraison.
On comprendra, sur la base de ce qui précède, que théoriquement la section transversale de la paraison prise en 39 pourrait tre réduite sensiblement à la mme épaisseur que celle que présente la paroi du récipient fini en 39'. Cependant, afin d'assurer un remplissage irréprochable de la cavité de moulage de la tte N, pendant le processus d'injection, il est préférable que cette section relativement réduite de la paraison présente une aire de dimensions sensiblement égales à celles de la section de la tte N elle-mme.
Ces zones 21' et 29' du récipient fini présentent, toutefois, des dimensions assez réduites pour ne pas exercer une influence défavorable sur le poids total du récipient et sur la consommation de matière plastique lors de la fabrication de celui-ci, de sorte qu'on peut les négliger, de mme que la tte du récipient et la zone de l'angle inférieur de celui-ci, lorsqu'on détermine, à des fins pratiques, les caractéristiques essentielles d'épaisseur de paroi du récipient. On doit noter que l'épaisseur de paroi du récipient fini - exception faite des zones mentionnées ci-dessus - est sensiblement uniforme, la variation n'étant pas supérieure à celle déterminée par le rapport de 7 : 4 entre la partie la plus épaisse et la partie la plus mince de cette paroi.
Ce rapport, et les parties de paroi considérées lors de sa détermination (abstraction faite des parties auxquelles on donne intentionnellement une épaisseur plus grande, comme expliqué ci-dessus) seront désignées ci-après par les termes de rapport d'épaisseur de paroi et parties essentielles de la paroi , respectivement.
D'autres configurations de paraison
La paraison P décrite ci-dessus présente une forme particulière qui est choisie en vue de l'obtention d'un récipient à paroi mince, présentant une épaisseur de paroi aussi uniforme que possible; toutefois, il est évident que le procédé peut également tre appliqué dans des cas où on désire fabriquer un récipient dans lequel la matière plastique est répartie de manière à déterminer des zones de paroi d'épaisseur variable, selon un plan préétabli. Par exemple, on peut produire une paraison agencée de façon telle que le récipient fini comporte un fond relativement épais à partir duquel la paroi du corps du récipient présente une épaisseur décroissante, soit progressivement, soit par échelon, en direction de la partie supérieure ou de la tte du récipient.
Jusqu'ici il n'était pas possible d'obtenir un tel résultat, étant donné qu'il était dans la nature mme des procédés connus de produire des angles inférieurs relativement minces si bien que, dans bien des cas, on obtenait des angles inférieurs légèrement défectueux ou présentant une rigidité à peine suffisante, lorsqu'on réduisait le volume de matière plastique utilisée pour la fabrication d'un récipient afin d'empcher une consommation excessive.
Les fig. 8 à 1 1 représentent une autre forme de récipient et de paraison correspondante, pouvant tre réalisés par le procédé décrit. La paraison P est en place sur le noyau 113 disposé dans le moule de soufflage 119 et traversant le moule de tte 115.
Le moule de soufflage comporte une cavité de moulage qui définit un récipient dont la forme rappelle celle d'un sablier, c'est-à-dire un récipient présentant une striction ou partie de diamètre réduit entre l'extrémité inférieure et supérieure du corps du récipient, cependant que toute coupe transversale du récipient présente une configuration oblongue présentant un grand axe s'étendant dans une direction et un axe plus petit perpendiculaire à celui-ci. On admettra qu'on désire donner à ce récipient des angles inférieur et supérieur relativement épais et des parois latérales dont l'épaisseur décroît à partir desdits angles inférieur et supérieur, vers la section de diamètre réduit, cependant que la paroi transversale supérieure s'étendant entre ledit angle supérieur et la tte du récipient présente une épaisseur relativement faible.
La paraison P destinée à produire ce récipient comporte un fond formant capuchon 125 définissant un angle inférieur 121, une partie renforcée 127, des parties coniques 129 et 131 de part et d'autre de ladite partie renforcée 127, et une partie de paroi principale s'étendant entre les points 133 et 135. Dans cet exemple, la partie de paroi principale n'est pas cylindrique comme dans l'exemple précédent, mais présente une forme rappelant celle d'un sablier, et elle se termine à la périphérie (ou au sommet) d'une seconde partie renforcée ainsi que le montre la fig. 8. La section de diamètre minimum de cette partie de paroi principale est désignée par la référence 164.
A partir de 135, la paraison présente une forme conique définissant la transition vers une section 137 destinée à former la paroi supérieure transversale de faible épaisseur du récipient fini, cette section 137 étant suivie par une section d'épaisseur légèrement accrue, Idestinée à former la tte, ou le goulot NN, du récipient.
I1 ressort des fig. 9 et 10 que la section transversale de la parais on n'est pas strictement circulaire mais qu'elle présente également un grand axe et un petit axe, orientés dans le mme sens que le grand axe et le petit axe de la section transversale du récipient fini et de la cavité de moulage du moule de soufflage. Cette configuration non circulaire intéresse, de préférence, la presque totalité de la longueur de la paraison ; toutefois, cette dernière est évidemment circulaire à la base et à la partie NN formant la tte du récipient.
Dans l'exemple considéré, la partie renforcée 127 ne s'étend pas de manière uniforme sur toute la périphérie de la paraison mais présente des déviations vers le bas, aux extrémités du petit axe de la section transversale, ainsi qu'il est indiqué en 227, sur la fig. 9. Grâce à cette disposition, les parties les plus épaisses de la paraison peuvent venir se placer dans les angles du fond de la cavité définie dans le moule de soufflage 119. De mme, la seconde partie renforcée indiquée en 135, présente un point de déviation 235 aux extrémités du petit axe, comme le montre la fig. 11, de manière telle que la partie la plus épaisse de la paraison vienne se placer dans la zone définissant la paroi transversale supérieure du récipient fini.
On comprendra que ceci constitue un perfectionnement, car les parties renforcées peuvent présenter une configuration telle qu'elles puissent subir une expansion suffisante pour couvrir les angles de la cavité du moule de soufflage d'une manière satisfaisante, mme si la distance entre les différents points de ces angles et le noyau varient légèrement.
Lors de la mise en forme par soufflage de la paraison PP, on obtient un récipient CC dont la configuration est indiquée par des pointillés sur les fig.
8, 9 et 11 où les différentes parties du récipient sont désignées par les mmes références que les parties correspondantes de la paraison, les références indiquant des parties de paroi des récipients finis étant, toutefois, affectées d'un accent.
On doit noter, par ailleurs, que ce récipient CC se distingue des récipients connus de ce genre par une particularité que ceux-ci ne présentent pas.
Dans les récipients connus les parties les plus épaisses de la paroi transversale supérieure et des angles adjacents étaient celles dont la matière avait à franchir la distance Ia plus petite, entre le noyau et l'emplacement définitif, lors du soufflage, tandis que les parties du récipient dont la matière avait à parcourir la distance la plus longue, lors du soufflage, constituaient dans le récipient fini les parties les plus minces. Ainsi que le montre la fig. 8, le procédé décrit ici permet d'obtenir un effet inverse.
En appliquant ce procédé, il est possible d'obtenir, par soufflage, un récipient dans lequel les parties de paroi les plus éloignées de l'axe longitudinal de la paraison sont plus épaisses que les parties de paroi du récipient qui sont relativement plus proches dudit axe de la paraison.
Comme déjà indiqué plus haut, l'épaisseur des parois de paraison et de récipient fini, ainsi que certaines autres dimensions ont été exagérées, à des fins de clarté; bien entendu, l'épaisseur effective des parois d'un récipient du genre représenté et décrit ci-dessus est normalement bien plus petite que l'indiquent les figures; dans le cas d'un récipient en polyéthylène linéaire, cette épaisseur est souvent de l'ordre de 8/100 mm, dans les parties principales de la paroi.
En résumé, il ressort de ce qui précède qu'un récipient ou article creux obtenu par le procédé décrit présente, à ses angles supérieur et inférieur, une épaisseur de paroi au moins aussi grande que celle de toutes les parties essentielles de la paroi, définies ci-dessus, et dans lequel le rapport d'épaisseur de paroi tel que défini plus haut, ne dépasse pas la valeur de 7 : 4 entre la partie la plus épaisse et la partie la plus mince de la paroi, dans le cas où l'on désire obtenir un récipient dont la paroi présente une épaisseur sensiblement uniforme.
Il ressort également de ce qui précède que le procédé décrit permet de contrôler avec une très grande précision la répartition de la matière plastique dans les parois d'articles creux obtenus par soufflage, c'est-à-dire de contrôler l'épaisseur de la paroi de tels articles, dans les différentes zones de ceux-ci, ledit procédé permettant de ce fait d'obtenir des récipients présentant des particularités indiquées ci-dessus.
REVENDICATIONS
I. Procédé pour fabriquer un article creux en matière plastique, caractérisé en ce qu'on utilise un moule de paraison comportant un noyau cylindrique pourvu d'un conduit interne et disposé concentriquement dans ledit moule, en ce qu'on chauffe une matière thermoplastique filable à une temperature sensiblement plus élevée que la température de mise en forme normale à laquelle ladite matière thermoplastique peut tre soumise au filage et au moulage par soufflage, en ce qu'on injecte rapidement la matière thermoplastique chauffée dans ledit moule de paraison, en soumettant ladite matière à une pression d'injection, en ce qu'on introduit ledit noyau avec la paraison ainsi obtenue, tout en les maintenant à une température plus élevée que ladite température normale de mise en forme dans un moule de soufflage définissant la forme de l'article creux fini,
et en ce qu'on gonfle ladite paraison pour la mettre en forme dans ledit moule de soufflage en injectant un fluide sous pression dans ladite paraison, ledit fluide sous pression étant introduit dans cette dernière au moyen dudit conduit interne du noyau précité.