Procédé de marquage d'objets en matière plastique en cours de moulage
La présente invention a pour objet un procédé de marquage d'objets en matière plastique en cours de moulage.
Le marquage d'objets en matière plastique est largement pratiqué. C'est ainsi que les récipients en matière plastique moulée par soufflage sont employés en grand nombre pour l'emballage de nombreuses sortes de marchandises, par exemple des détergents liquides pour le ménage, et généralement un tel récipient doit présenter des indications au sujet de son contenu imprimées extérieurement. De telles indications peuvent comprendre une marque de fabrique, une description du contenu, un mode d'emploi, le nom du fabricant, etc.
Un procédé très répandu pour le marquage des objets en plastique consiste à enlever l'objet de la machine à mouler, à le transférer dans un dispositif d'impression, qui peut être éloigné de la machine à mouler, et ensuite à imprimer sur l'objet.
D'autres procédés différents d'impression sur récipients en plastique sont connus; par exemple l'impression à la main ou par jet; à écran de soie; et le marquage avec bande sensible à chaud ou par feuille.
Des difficultés variées et des complications se présentent: dans la peinture à la main, ou par jet, les vignettes doivent être préparées avec soin, de plus elles demandent des nettoyages complets ; pour l'emploi de l'écran de soie la surface du récipient peut n'être pas assez lisse ; pour marquage au repoussoir, l'épaisseur inégale des parois du récipient peut causer des difficultés et en outre, il n'est pas toujours commode ou possible d'introduire dans le récipient un tasseau contre lequel on peut presser le repoussoir. Une autre difficulté provient de ce que certaines méthodes d'impression nécessitent que la surface du récipient soit traitée au préalable pour qu'une bonne adhésion soit assurée, particulièrement dans le cas des plastiques en polyoléfines.
Le but de l'invention est d'une part, d'améliorer le marquage des objets en plastique en donnant au marquage un caractère plus permanent qu'il ne l'a habituellement, et d'autre part, de simplifier, accélérer et rendre meilleur marché la fabrication des objets en plastique.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on introduit successivement dans le moule une composition de marquage, comprenant un agent de marquage et un véhicule, et de la matière plastique chaude, cette dernière étant injectée sous pression dans le moule et provoquant, lors de sa mise en contact avec la composition de marquage, la liquéfaction, vaporisation ou sublimation de son véhicule et la pénétration de l'agent de marquage dans une zone superficielle de la matière plastique. L'agent de marquage peut être une teinture ou un pigment, et il doit pouvoir être incorporé à la base de façon à former le véhicule de marquage, qui peut, par conséquent, être considéré comme une encre . L'agent de marquage peut être, soit miscible à la base, soit y être soluble, soit pouvoir y être mis en suspension.
Si l'agent de marquage est une teinture, il est de préférence soluble dans la matière de base; si c'est un pigment, la dimension des particules du pigment doit être assez petite pour permettre au pigment de pénétrer dans la zone superficielle de la matière plastique. On a remarqué que les teintures solubles donnent des pénétrations plus profondes que les pigments. Néanmoins, les pigments donnent des résultats tout à fait satisfaisants et des pigments finement pulvérisés ou colloïdaux peuvent être employés. On peut également utiliser comme agents de marquage des poudres métalliques finement pulvérisées et des pâtes à perles. L'aluminium finement pulvérisé est un exemple de poudre métallique convenable.
La pâte à perles se compose de coquilles d'huîtres finement broyées. Finement pulvérisé dans le présent cas signifie une dimension de particules ne dépassant pas dix microns.
Si on le désire, l'agent de marquage peut comporter un additif pour augmenter sa luminosité. Des additifs convenables absorbant la lumière ultraviolette sont par exemple un benzophénone ou un benzotriazole. Le véhicule de marquage peut comprendre plus d'une couleur et il est possible de réaliser des impressions ou des décorations multicolores. C'est ainsi qu'un ruban porteur peut être mis au contact de plusieurs rouleaux successifs transférant diverses couleurs sur le ruban qui sera ensuite utilisé pour le marquage.
Pour la base, des matières variées, suivant la matière plastique de l'objet, peuvent être utilisées, par exemple des cires, des plastifiants et des résines. Des cires ou résines convenables sont: un polyéthylène à faible poids moléculaire; des cires connues dans le commerce sous le nom de cire sasol, cire de Carnauba, cire Fischer-Tropsch; du polyéthylène-glycol, une cire naturelle telle que la cire pour chandelles; une résine de polyamides; une résine vinylique; une résine d'acétate de cellulose, etc. Le diméthyle phtalate et le dibutyle phtalate sont des plastifiants convenables. Des solvants variés peuvent être ajoutés à la base pour aider l'incorporation de l'agent de marquage et pour obtenir la consistance désirée pour l'impression et la décoration.
On peut citer comme exemples: le xylène; le toluène; l'alcool isopropylique; le chlorure de méthylène; les dérivés du naphtalène, etc.
I1 est essentiel que l'agent de marquage et la matière de base soient choisis de telle sorte que lorsqu'ils sont mélangés ou combinés pour former le véhicule de marquage, ce dernier soit compatible avec la matière plastique employée. C'est ainsi que le véhicule de marquage doit être tel qu'il se combine, ou se mélange avec la matière plastique, et il ne doit pas en être repoussé. Par exemple, si un objet est moulé en nylon, une base compatible sera alors une résine polyamide; s'il est en acétate de cellulose ou résine propionique une base compatible sera alors une résine d'acétate de cellulose.
Quand il sera soumis à la chaleur et à la pression en contact avec la matière plastique pendant le moulage d'un objet, le véhicule de marquage, suivant sa nature, se liquéfiera, se vaporisera, ou se sublimera, de telle sorte que l'agent de marquage soit absorbé par la matière plastique. En d'autres termes, l'agent de marquage pénétrera dans une zone superficielle de la matière plastique. Cette pénétration peut atteindre 0,4 mm, cette profondeur de pénétration dans le polyéthylène a été mesurée au cours d'expériences. Du fait que l'agent de marquage pénètre de cette façon, il fait partie intégrante de la matière plastique et quand l'objet marqué se refroidit et se fixe, le marquage est permanent pour tous les usages courants, et il ne peut être enlevé que par un contact prolongé avec un solvant.
On ne comprend pas entièrement la nature de l'action de pénétration: dans quelques cas une combinaison chimique peut être réalisée; dans d'autres cas l'agent de marquage pénètre dans les espaces intermoléculaires de la matière plastique. C'est ainsi que le degré de pénétration réalisé dépend d'un certain nombre de facteurs, par exemple de la structure moléculaire de la matière plastique, de la nature du véhicule de marquage, et des conditions prévalant de chaleur et de pression quand le véhicule de marquage est en contact avec la matière plastique.
Ce procédé de marquage peut être intégré à n'importe quel processus de moulage par lequel la matière plastique chaude entre en contact avec les parois d'un moule.
C'est ainsi que le procédé peut, par exemple, être employé dans le moulage par injection, le moulage par compression, le moulage pneumatique, le moulage par extrusion, le formage sous vide, le formage par feuilles, la fusion centrifugée.
Le véhicule de marquage peut être placé sur un support incompatible (c'est-à-dire un support qui sera écarté de la matière plastique utilisée). Un tel support peut être une bande, un enduit ou une feuille.
Ce pourrait être aussi une partie mobile ou dépla çable d'un instrument de moulage, le véhicule de marquage étant appliqué sur cette partie superticielle- ment. En variante, le véhicule de marquage pourrait être envoyé, ou alimenté, à travers un écran de gaze pour impression, vers la surface du moule, à partir d'un réservoir. Dans une autre variante, le véhicule de marquage pourrait être placé sur un support compatible , par exemple une bande, un enduit, ou une feuille de matière compatible avec la matière plastique, qui sous l'effet de la chaleur et de la pression fond et devient partie intégrante de la matière plastique.
Pour le moulage par injection il est préférable d'employer un support incompatible pour le véhicule de marquage, lequel, quand il est imprimé ou marqué sur le support, est couvert, par exemple, par une mince feuille d'un plastique compatible. Cette feuille protège le véhicule de marquage du maculage à mesure que la matière plastique avance dans le moule. La feuille fond alors avec la matière plastique injectée et la chaleur et la pression font pénétrer l'agent de marquage dans la feuille et la matière plastique. Un support chargé du véhicule de marquage, pourrait être maintenu par succion contre une surface de l'appareil de moulage.
Un support de véhicule de marquage doit pouvoir être imprimé ou marqué de toute autre manière par le véhicule de marquage ; il doit être inerte visà-vis de l'agent de marquage, de la base, et de la matière plastique. C'est ainsi que si la matière plastique est un polyéthylène, un support pourra être une pellicule de polyester. On peut citer comme exemples de supports convenables: des feuilles ou bandes métalliques ; du papier glacé ; des pellicules de plastique; des pellicules de cellulose, par exemple de la Cellophane . Un support sous forme de bande pourrait être alimenté par une bobine, ou pourrait être envoyé au moule pendant les opérations successives de moulage, sous forme de bandes ou pièces de matière de support séparées, marquées ou imprimées.
Le véhicule de marquage peut être employé pour une impression ou un marquage sur un article, mais on peut obtenir plus d'une impression, par exemple, par une forte application du véhicule de marquage sur un support et en conduisant les conditions de température et de pression, de telle manière qu'à la première impression, une partie seulement du véhicule de marquage soit utilisée. La conduite des conditions de température peut inclure un refroidissement après le chauffage initial, de façon à limiter la profondeur de pénétration de l'agent de marquage.
L'invention va, maintenant, être décrite, à titre d'exemple, avec référence au dessin annexé, dans lequel:
la fig. 1 est une vue en perspective d'un récipient moulé et marqué;
la fig. 2 est une vue schématique en perspective d'une moitié de moule et des moyens d'extrusion et d'insufflation et de marquage;
la fig. 3 est une vue de détail en perspective d'une pièce d'insertion mobile d'impression ou marquage, pour le moule;
la fig. 4 est une section agrandie d'une partie du demi-moule, suivant un plan IV-IV de la fig. 2
la fig. 5 est une section agrandie à travers la pièce d'insertion mobile d'impression ou marquage, suivant un plan V-V de la fig. 3.
Le procédé maintenant décrit en détail est un procédé de moulage par insufflation par lequel un récipient ayant un côté plat est fabriqué par extrusion d'une paraison ou ébauche en matière thermoplastique entre les deux demi-moules. Quand une longueur suffisante de paraison a été extrudée, les demi-moules sont fermés et de l'air est insufflé dans la paraison afin d'en distribuer la matière élastique sur les parois intérieures du moule.
La fig. 1 représente un récipient 1 moulé par insufflation. La ligne de séparation des demi-moules est indiquée en 2. Le récipient 1 a une portion de sa surface 3 entourée par une dépression rectangulaire 4.
Sur la portion de surface 3 est réalisée une impression 5. De toute évidence, l'impression en lettres pourrait être remplacée par un dessin ou une décoration quelconque au choix. I1 est aussi admis que le côté invisible du récipient 1 est formé et imprimé d'une manière similaire.
La fg. 2 montre schématiquement une tubulure d'extrusion 6 et une buse, ou mandrin, d'insufflation d'air 7. Elle montre aussi un demi-moule 8. (Le demi-moule complémentaire a été supprimé pour plus de clarté.) Le demi-moule 8 a une cavité 9 de moulage et des parties latérales saillantes 10A et 10B.
Une gorge 1 1 reçoit une buse d'insufflation d'air 7.
Sur la fig. 4 une section transversale montre la partie latérale saillante 1 OA ; la partie latérle saillante 10B est semblable.
La partie saillante 10B contient intérieurement une pièce d'insertion pour l'impression 12. Une pièce d'insertion semblable est montée dans la partie saillante 10A mais à la fig. 2 elle a été supprimée pour plus de clarté. La pièce d'insertion 12 est visible sur les fig. 3 et 5.
Les parties sailantes 10A et 10B ont chacune deux rainures de retenue 13 des pièces d'insertion et chaque rainure a un épaulement 13A. Chaque pièce d'insertion est maintenue contre une face 14 du demi-moule 8 par deux boutons 15, formés à l'extrémité de deux broches 16 faisant saillie sur la face arrière de la pièce d'insertion 12, lesquels boutons s'engagent derrière les épaulements 13A (voir fig. 2 et 4). La face 14 est formée dans un creux 17 de chaque côté du demi-moule 8, ces creux 17 recevant les pièces d'insertion 12.
Chaque pièce d'insertion 12 a une poignée 18 par laquelle elle peut être retirée ou introduite dans le demi-moule 8, entre les opérations de moulage.
Comme représenté à la fig. 4, chaque partie saillante 1 OA, 10B, présente un conduit 19 qui relie un tube 20 avec le creux 17. Vissé dans le conduit 19 se trouve un manchon 21, dont une surface tronconique 21A forme un siège pour une bille 22 pressée contre lui par un ressort de compression hélicoïdal 23 dont l'autre extrémité bute contre un épaulement 23A. Le tube 20 a une extrémité à collerette 20A et est fixé à l'entrée du manchon 21, du fait que l'extré- mité à collerette 20A est maintenue par un écrou 24 vissé sur le manchon 21. Par ce dispositif l'air peut être envoyé dans le creux 17 si on le désire, ainsi qu'il en sera question ci-dessous.
Le but de la pièce d'insertion pour impression 12 est de fournir un support déplaçable pour le véhicule de marquage employé dans la réalisation de l'impression 5. Quand la pièce d'insertion 12 est enlevée du demi-moule, le véhicule de marquage est imprimé, ou autrement: marqué, sur une feuille prenant appui sur de la gaze (qui sera décrite) montée dans la pièce d'insertion. La pièce d'insertion est alors replacée pour l'opération de moulage.
Suivant les fig. 3 et 5, la pièce d'insertion 12 comprend un corps 12A, dont la poignée 18 fait partie. Le corps 12A a un bord saillant 25 et un autre bord saillant 26 qui est rainuré par en dessous en 26A (voir fig. 5). Ces bords saillants produisent, pendant le moulage, les côtés longs de la dépression 4, ainsi qu'on peut le voir sur les fig. 1 et 2. Les côtés plus courts de la dépression 4 sont moulés par deux plaquettes 27, chacune montée sur deux broches 27A glissant dans les trous 28 du corps 12A. Les broches 27A ont des butées faisant corps 29 pour des ressorts de compression 30 portés par les broches 27A, ce dispositif ayant pour effet de tirer en arrière les plaquettes 27 contre le corps 12A. Sur la fig. 3 une des plaquettes 27 est montrée tirée au-dehors, en opposition aux ressorts 30.
Une feuille rectangulaire de gaze métallique 31 (de préférence de 50 mailles au centimètre linéaire, en bronze phosphoreux) est introduite dans la rainure interne 26A et sous les plaquettes 27, pour être maintenue en place contre le corps 12A. (La feuille de gaze a été supprimée sur les fig. 1 et 2 pour plus de clarté.) Deux rangs de trous 32 sont percés dans le corps 1 2A de façon que la feuille de gaze 31 soit en communication avec une faible dépression 33 à l'arrière du corps 12A, la dépression 33 étant, lorsque la pièce d'insertion est en place pour le moulage, en communication avec le conduit 19.
Une opération de moulage, employant l'appareillage décrit ci-dessus, est réalisé comme suit:
Les demi-moules étant séparés, les pièces d'insertion pour impression 12 sont enlevées, le véhicule de marquage est appliqué sur chaque gaze 31 ainsi qu'il est nécessaire pour l'impression, ou autre marquage, à appliquer au récipient à mouler. Les pièces d'insertion 12 sont replacées dans les logements 17, de façon telle que les boutons 15 s'engagent derrière les épaulements 13A. Il y a suffisamment d'espace dans les gorges de retenue 13 pour recevoir les broches 27A et leurs butées 29 avec les ressorts 30 complètement détendus, pour que les barrettes 27 maintiennent les gazes métalliques 31 dans les pièces d'insertion pour impression 12.
Une longueur suffisante de paraison est introduite dans le moule, ce dernier est fermé et de l'air est insufflé à travers la buse 7. Ceci amène la paraison chaude et molle, serrée par la gorge 1 1 autour de la buse 7, à s'expanser à l'intérieur du moule. L'expansion de la paraison comprime l'air emprisonné dans le moule. L'air emprisonné ne peut s'échapper par le tuyau 20, qui est fermé par la valve à bille 22 prenant appui contre la surface tronconique 21A.
La compression de l'air s'établit ainsi dans la zone de la gaze 31 qui porte le véhicule de marquage, créant un échauffement, de telle sorte que lorsque le plastique chaud et mou, en cours d'expansion du fait de l'air insufflé à travers la buse 7, atteint la gaze 31, il est pressé contre le véhicule de marquage de la gaze, et l'agent de marquage est absorbé et pénètre dans le plastique. La même chose se produit sur l'autre côté du demi-moule.
Des méthodes variées de moulage peuvent être employées. C'est ainsi que l'extrusion de la paraison peut être intermittente ou continue. La buse d'arrivée d'air peut être fixe ou mobile, etc. Bien que l'impression, ou le marquage, des deux côtés du récipient 1 ait été décrit ci-dessus, il est évident que le demi-moule pourrait être fait pour recevoir seulement une pièce d'insertion 12, pour impression sur un seul côté.
Bien que le processus décrit ci-dessus nécessite le retrait et le remarquage des pièces d'insertion 12 à chaque opération de moulage, il est possible de marquer ou d'imprimer les récipients au cours d'opérations de moulage successives, tout en employant l'appareil décrit. Ceci se fait par le contrôle des conditions de température et de pression. C'est ainsi que, pendant la première opération de moulage, et en employant le processus décrit plus haut, la durée de l'opération de marquage est diminuée, en insuf .flant de l'air froid par le tube 20, au-delà de la valve 22, à travers les trous 19, le creux 33, les trous 32 et la gaze métallique 31. Ceci refroidit le véhicule de marquage en contact avec la matière plastique soufflée, et l'empêche d'être absorbé complètement par la matière plastique.
De cette façon, une partie du véhicule de marquage peut être conservée pour marquer un autre récipient, ou des récipients, dans des opérations ultérieures de moulage.
L'appareil ci-dessus décrit utilise une pièce d'insertion mobile pour l'impression. D'autres types sont possibles. Ainsi une partie du demi-moule luimême peut être balancée autour d'un pivot hors de la position de moulage pour être placée en position de marquage ou d'impression. En variante, un support en bande continue peut être passé à l'intérieur et hors du moule en stades successifs, chacun correspondant à un récipient moulé. Dans une autre réalisation un réservoir pour le véhicule de marquage peut être incorporé à l'armature du moule, le réservoir étant en communication avec la gaze d'impression, ou de marquage, du type décrit ci-dessus.
Pareillement, une paroi du moule pourrait être munie d'une ouverture pour recevoir une feuille de gaze, derrière laquelle se trouverait une plaque ayant des trous correspondant par leur forme à l'impression, ou au marquage désiré. Derrière cette plaque il y aurait un réservoir pour le véhicule de marquage. Après chaque opération de moulage, ou après chacune des opérations d'une série, la pression serait appliquée au véhicule de marquage dans le réservoir, pour forcer le véhicule à travers les trous dessinés, afin de regarnir la plaque de la gaze pour une opération, ou une série d'opérations suivantes.
Dans le cas où l'on utilise ce procédé de marquage lors du moulage par injection, il est nécessaire d'empêcher les taches ou le maculage du véhicule de marquage sur le support (par exemple une plaque avec gaze), à mesure que le plastique injecté avance dans le moule. Dans ce but, le véhicule de marquage est protégé par une mince couverture de matière compatible, par exemple une pellicule de polyéthylène.
Cette pellicule est absorbée avec le véhicule de marquage pendant l'opération du moulage.
A titre d'exemple, le véhicule de marquage poui emploi dans le moulage des récipients en polyéthylène ngide, peut avoir la composition suivante:
Agent de marquage:
teinture rouge à la cire: 50 parties en poids.
Base:
cire ou paraffine connue dans le commerce sous
la dénomination Sasol : 10 parties en poids.
Solvant:
solvant naphtalénique commercialisé sous le nom
de White spirite ou Sangayol > : 50 parties
en poids.
Diluant:
toluène : 15 parties en poids.
Plastifiant :
dibutylphtalate: 3 parties en poids.
Pour du polyéthylène de faible densité la cire Sasol serait remplacée par de la cire connue dans le commerce sous la dénomination de cire de Car nauba ou une cire dure de polyéthylène.
D'autres agents de marquage peuvent être par exemple: polyvinyl rouge solide, teinte rouge pour le nylon, phtalocyanine, et en général n'importe quelle teinture grasse soluble dans les solvants organiques.
Comme agents de marquage des pigments satisfaisants sont le rouge de cadmium et la poudre d'aluminium. Quand on prépare un véhicule de marquage, en employant un pigment à la place d'une teinture, on trouve habituellement nécessaire d'auge menter la teneur en cire pour obtenir la consistance nécessaire pour l'impression.
Process of marking plastic objects during molding
The present invention relates to a method for marking plastic objects during molding.
Marking of plastic objects is widely practiced. For example, blow-molded plastic containers are used in large numbers for the packaging of many kinds of goods, for example liquid household detergents, and generally such a container should show indications of its use. content printed externally. Such indications may include a trademark, description of contents, instructions for use, name of manufacturer, etc.
A popular method for marking plastic objects is to remove the object from the molding machine, transfer it to a printing device, which can be moved away from the molding machine, and then print on the. object.
Other different methods of printing on plastic containers are known; for example printing by hand or by jet; silk screen; and the marking with hot sensitive tape or by foil.
Various difficulties and complications arise: in painting by hand, or by jet, the vignettes must be prepared with care, moreover they require complete cleaning; for the use of the silk screen the surface of the container may not be smooth enough; for embossing, the uneven thickness of the walls of the container can cause difficulties and furthermore, it is not always convenient or possible to introduce into the container a cleat against which the repeller can be pressed. Another difficulty arises from the fact that certain printing methods require that the surface of the container be treated beforehand in order for good adhesion to be ensured, particularly in the case of polyolefin plastics.
The aim of the invention is, on the one hand, to improve the marking of plastic objects by giving the marking a more permanent character than it usually has, and on the other hand, to simplify, accelerate and render cheaper manufacture of plastic objects.
The method according to the invention is characterized in that one successively introduces into the mold a marking composition, comprising a marking agent and a vehicle, and hot plastic material, the latter being injected under pressure into the mold and causing, when it comes into contact with the marking composition, the liquefaction, vaporization or sublimation of its vehicle and the penetration of the marking agent into a surface area of the plastic material. The marking agent can be a dye or a pigment, and it should be capable of being incorporated into the base so as to form the marking vehicle, which can therefore be regarded as an ink. The labeling agent may be either miscible with the base, or soluble therein, or be able to be suspended therein.
If the marking agent is a dye, it is preferably soluble in the base material; if it is a pigment, the particle size of the pigment should be small enough to allow the pigment to penetrate the surface area of the plastic. It has been observed that soluble dyes give deeper penetrations than pigments. However, the pigments give quite satisfactory results and finely pulverized or colloidal pigments can be used. Finely pulverized metal powders and pearl pastes can also be used as marking agents. Finely powdered aluminum is an example of a suitable metal powder.
The pearl paste consists of finely ground oyster shells. Finely sprayed in this case means a particle size not exceeding ten microns.
If desired, the marking agent can include an additive to increase its brightness. Suitable ultraviolet light absorbing additives are, for example, a benzophenone or a benzotriazole. The marking vehicle may consist of more than one color and it is possible to make multi-color prints or decorations. Thus a carrier tape can be brought into contact with several successive rollers transferring various colors onto the tape which will then be used for marking.
For the base, various materials, depending on the plastic material of the object, can be used, for example waxes, plasticizers and resins. Suitable waxes or resins are: low molecular weight polyethylene; waxes known in the trade as sasol wax, Carnauba wax, Fischer-Tropsch wax; polyethylene glycol, a natural wax such as candle wax; a polyamide resin; a vinyl resin; cellulose acetate resin, etc. Dimethyl phthalate and dibutyl phthalate are suitable plasticizers. Various solvents can be added to the base to aid in the incorporation of the marking agent and to achieve the desired consistency for printing and decoration.
Mention may be made, as examples, of: xylene; toluene; isopropyl alcohol; methylene chloride; naphthalene derivatives, etc.
It is essential that the marking agent and the base material are chosen such that when they are mixed or combined to form the marking vehicle, the latter is compatible with the plastic material employed. Thus, the marking vehicle must be such that it combines, or mixes with the plastic, and it must not be repelled from it. For example, if an object is molded from nylon, then a compatible base will be a polyamide resin; if it is made of cellulose acetate or propionic resin, a compatible base will then be a cellulose acetate resin.
When subjected to heat and pressure in contact with the plastic material during the molding of an object, the marking vehicle, depending on its nature, will liquefy, vaporize, or sublimate, so that the marking agent is absorbed by the plastic. In other words, the marking agent will penetrate into a surface area of the plastic. This penetration can reach 0.4 mm, this depth of penetration into the polyethylene has been measured during experiments. Because the marking agent penetrates this way, it is an integral part of the plastic and when the marked object cools and sets, the marking is permanent for all common uses, and can only be removed. by prolonged contact with a solvent.
The nature of the penetrating action is not fully understood: in some cases a chemical combination can be achieved; in other cases the marking agent penetrates into the intermolecular spaces of the plastic. Thus, the degree of penetration achieved depends on a number of factors, for example the molecular structure of the plastic, the nature of the labeling vehicle, and the prevailing heat and pressure conditions when the vehicle marking is in contact with the plastic.
This marking process can be incorporated into any molding process where hot plastic comes into contact with the walls of a mold.
Thus, the process can, for example, be employed in injection molding, compression molding, pneumatic molding, extrusion molding, vacuum forming, sheet forming, centrifugal melting.
The marking vehicle may be placed on an incompatible support (i.e. a support which will be moved away from the plastic material used). Such a support can be a strip, a coating or a sheet.
It could also be a movable or movable part of a molding instrument, the marking vehicle being applied to this part superficially. Alternatively, the marking vehicle could be sent, or fed, through a gauze screen for printing, to the surface of the mold, from a reservoir. In another variant, the marking vehicle could be placed on a compatible support, for example a strip, a coating, or a sheet of material compatible with the plastic material, which under the effect of heat and pressure melts and becomes part of the plastic.
For injection molding it is preferable to employ an incompatible carrier for the marking vehicle, which, when printed or marked on the carrier, is covered, for example, by a thin sheet of a compatible plastic. This sheet protects the marking vehicle from smearing as the plastic advances through the mold. The sheet then melts with the injected plastic and the heat and pressure cause the marking agent to penetrate the sheet and the plastic. A carrier loaded with the marking vehicle could be held by suction against a surface of the molding apparatus.
A marking vehicle support must be capable of being printed or otherwise marked by the marking vehicle; it must be inert towards the marking agent, the base, and the plastic. Thus, if the plastic material is polyethylene, a support can be a polyester film. Examples of suitable supports that may be mentioned include: metal sheets or bands; glossy paper; plastic wrap; cellulose films, for example Cellophane. A strip medium could be fed from a spool, or could be fed to the mold during successive molding operations, as separate, marked or printed strips or pieces of support material.
The marking vehicle can be employed for printing or marking on an article, but more than one impression can be achieved, for example, by applying the marking vehicle heavily to a support and driving the temperature and temperature conditions. pressure, so that on the first impression only part of the marking vehicle is used. Conducting the temperature conditions may include cooling after the initial heating, so as to limit the depth of penetration of the marking agent.
The invention will now be described, by way of example, with reference to the appended drawing, in which:
fig. 1 is a perspective view of a molded and marked container;
fig. 2 is a schematic perspective view of a mold half and the extrusion and blowing and marking means;
fig. 3 is a detailed perspective view of a movable printing or marking insert for the mold;
fig. 4 is an enlarged section of part of the half-mold, along a plane IV-IV of FIG. 2
fig. 5 is an enlarged section through the movable printing or marking insert, taken on a V-V plane of FIG. 3.
The process now described in detail is an insufflation molding process whereby a container having a flat side is made by extruding a thermoplastic parison or blank between the two half-molds. When a sufficient length of parison has been extruded, the half-molds are closed and air is blown into the parison in order to distribute the resilient material on the interior walls of the mold.
Fig. 1 shows an insufflation molded container 1. The line of separation of the half-molds is indicated at 2. The container 1 has a portion of its surface 3 surrounded by a rectangular depression 4.
On the surface portion 3 is made an impression 5. Obviously, the printing in letters could be replaced by any design or decoration of your choice. It is also believed that the invisible side of the container 1 is shaped and printed in a similar manner.
The fg. 2 schematically shows an extrusion tube 6 and a nozzle, or mandrel, for blowing air 7. It also shows a half-mold 8. (The complementary half-mold has been deleted for clarity.) -mould 8 has a molding cavity 9 and projecting side parts 10A and 10B.
A groove 1 1 receives an air insufflation nozzle 7.
In fig. 4 a cross section shows the protruding side part 1 OA; the protruding side part 10B is similar.
The protrusion 10B internally contains an insert for printing 12. A similar insert is mounted in the protrusion 10A but in FIG. 2 it was deleted for clarity. The insert 12 is visible in fig. 3 and 5.
The protruding parts 10A and 10B each have two retaining grooves 13 of the inserts and each groove has a shoulder 13A. Each insert is held against a face 14 of the half-mold 8 by two buttons 15, formed at the end of two pins 16 projecting on the rear face of the insert 12, which buttons engage behind. the shoulders 13A (see fig. 2 and 4). The face 14 is formed in a hollow 17 on each side of the half-mold 8, these hollows 17 receiving the insert pieces 12.
Each insert 12 has a handle 18 by which it can be withdrawn or introduced into the half-mold 8, between the molding operations.
As shown in fig. 4, each projecting part 1 OA, 10B, has a duct 19 which connects a tube 20 with the hollow 17. Screwed into the duct 19 is a sleeve 21, a frustoconical surface 21A of which forms a seat for a ball 22 pressed against it. by a helical compression spring 23, the other end of which abuts against a shoulder 23A. The tube 20 has a flanged end 20A and is fixed to the inlet of the sleeve 21, since the flanged end 20A is held by a nut 24 screwed onto the sleeve 21. By this device air can be removed. be sent to hollow 17 if desired, as will be discussed below.
The purpose of the printing insert 12 is to provide a movable support for the marking vehicle employed in performing the printing 5. When the insert 12 is removed from the mold half, the marking vehicle is printed, or otherwise: marked, on a sheet supported on gauze (which will be described) mounted in the insert. The insert is then replaced for the molding operation.
According to fig. 3 and 5, the insert 12 comprises a body 12A, of which the handle 18 is a part. Body 12A has one protruding edge 25 and another protruding edge 26 which is grooved from below at 26A (see Fig. 5). These protruding edges produce, during molding, the long sides of the depression 4, as can be seen in FIGS. 1 and 2. The shorter sides of the depression 4 are molded by two plates 27, each mounted on two pins 27A sliding into the holes 28 of the body 12A. The pins 27A have integral stops 29 for compression springs 30 carried by the pins 27A, this device having the effect of pulling back the plates 27 against the body 12A. In fig. 3 one of the plates 27 is shown pulled out, in opposition to the springs 30.
A rectangular sheet of metallic gauze 31 (preferably 50 meshes per linear centimeter, in phosphor bronze) is introduced into the internal groove 26A and under the plates 27, to be held in place against the body 12A. (The gauze sheet has been omitted in Figs. 1 and 2 for clarity.) Two rows of holes 32 are drilled in the body 12A so that the gauze sheet 31 is in communication with a low depression 33 to the rear of the body 12A, the depression 33 being, when the insert is in place for the molding, in communication with the duct 19.
A molding operation, employing the apparatus described above, is carried out as follows:
With the half-molds separated, the printing inserts 12 are removed, the marking vehicle is applied to each gauze 31 as necessary for the printing, or other marking, to be applied to the container to be molded. The inserts 12 are replaced in the housings 17, so that the buttons 15 engage behind the shoulders 13A. There is sufficient space in the retaining grooves 13 to accommodate the pins 27A and their stops 29 with the springs 30 fully relaxed, for the webs 27 to hold the metal gauzes 31 in the print inserts 12.
A sufficient length of parison is introduced into the mold, the latter is closed and air is blown through the nozzle 7. This brings the hot and soft parison, clamped by the groove 1 1 around the nozzle 7, to s 'expand inside the mold. The expansion of the parison compresses the air trapped in the mold. The trapped air cannot escape through the pipe 20, which is closed by the ball valve 22 bearing against the frustoconical surface 21A.
The compression of the air is thus established in the zone of the gauze 31 which carries the marking vehicle, creating a heating, so that when the hot and soft plastic, being expanded due to the air blown through the nozzle 7, reaches the gauze 31, it is pressed against the gauze marking vehicle, and the marking agent is absorbed and penetrates into the plastic. The same happens on the other side of the half-mold.
Various molding methods can be employed. Thus, the extrusion of the parison can be intermittent or continuous. The air inlet nozzle can be fixed or mobile, etc. Although the printing, or marking, on both sides of the container 1 has been described above, it is evident that the half-mold could be made to receive only an insert 12, for printing on one side only. .
Although the process described above requires the removal and noting of the inserts 12 at each molding operation, it is possible to mark or print the containers during successive molding operations, while employing the apparatus described. This is done by controlling the temperature and pressure conditions. Thus, during the first molding operation, and by employing the process described above, the duration of the marking operation is reduced, by blowing cold air through the tube 20, beyond of the valve 22, through the holes 19, the recess 33, the holes 32 and the metallic gauze 31. This cools the marking vehicle in contact with the blown plastic material, and prevents it from being completely absorbed by the material. plastic.
In this way, part of the marking vehicle can be retained to mark another container, or containers, in subsequent molding operations.
The above described apparatus uses a movable insert for printing. Other types are possible. Thus a part of the half-mold itself can be swung around a pivot out of the molding position in order to be placed in the marking or printing position. Alternatively, a continuous strip carrier can be passed in and out of the mold in successive stages, each corresponding to a molded container. In another embodiment a reservoir for the marking vehicle may be incorporated into the frame of the mold, the reservoir being in communication with the printing, or marking gauze, of the type described above.
Likewise, a wall of the mold could be provided with an opening for receiving a sheet of gauze, behind which there would be a plate having holes corresponding by their shape to the desired printing or marking. Behind this plate there would be a tank for the marking vehicle. After each molding operation, or after each of the operations in a series, pressure would be applied to the marking vehicle in the tank, to force the vehicle through the drawn holes, in order to reline the plate with the gauze for an operation, or a series of subsequent operations.
In case this marking process is used during injection molding, it is necessary to prevent staining or smearing of the marking vehicle on the support (e.g. a plate with gauze), as the plastic injected advance into the mold. For this purpose, the marking vehicle is protected by a thin covering of compatible material, for example a polyethylene film.
This film is absorbed with the marking vehicle during the molding operation.
By way of example, the marking vehicle for use in the molding of polyethylene ngide containers can have the following composition:
Marking agent:
red wax dye: 50 parts by weight.
Based:
wax or paraffin known commercially as
the name Sasol: 10 parts by weight.
Solvent:
naphthalene solvent marketed under the name
of White Spiritualist or Sangayol>: 50 parts
in weight.
Diluent:
toluene: 15 parts by weight.
Plasticizer:
dibutylphthalate: 3 parts by weight.
For low density polyethylene, the Sasol wax would be replaced by wax known commercially under the name Car nauba wax or a hard polyethylene wax.
Other marking agents can be for example: solid polyvinyl red, red tint for nylon, phthalocyanine, and in general any fatty dye soluble in organic solvents.
As marking agents satisfactory pigments are cadmium red and aluminum powder. When preparing a marking vehicle, employing a pigment in place of a dye, it is usually found necessary to increase the wax content to achieve the consistency required for printing.