Procédé et dispositif de fabrication d'un récipient en matière plastique par soufflage.

L'invention concerne la fabrication par soufflage des récipients en matière plastique. Habituellement, les récipients en matière plastique tel que les bouteilles en

PET (polyéthylène-téréphtalate) peuvent être fabriqués de la manière suivante. On réalise par injection une préforme sur laquelle, lors de l'injection, on conforme une partie destinée à constituer le col du récipient. Puis on réalise un chauffage de la préforme (à environ 110O pour le PET), et on l'int roduit entre les deux parties d'un moule placées en position écartées l'une de l'autre. Puis on referme le moule en mettant lesdites parties en contact, tout en laissant le col de la préforme émerger hors du moule fermé. Puis on applique sur le col une buse d'étanchéité à travers laquelle on souffle un gaz sous pression tel que de l'air. Celui-ci fait gonfler la préforme chaude de manière à l'appliquer contre les parois du moule en créant dans la matière plastique un espace intérieur vide pour transformer la préforme en récipient. Lorsque la matière a été refroidie, avec l'aide d'un dispositif de refroidissement du moule, la buse d'étanchéité est retirée, un dispositif de préhension vient saisir le col qui émerge du moule, et les parois du moule sont écartées pour libérer le récipient. Celui-ci est alors évacué pour subir les étapes suivantes de sa fabrication.

Classiquement, la mise en forme de la préforme lors du soufflage est assistée par un système mécanique d'étirage. Celui-ci est classiquement constitué par une canne d'étirage, c'est-à-dire une tige qui exerce une pression sur la préforme, selon son axe longitudinal, de manière à contribuer à son allongement, en combinaison avec le soufflage. L'utilisation de cette canne d'étirage aide à obtenir un bon centrage et un bon positionnement de la préforme dans le moule pendant le soufflage, donc une conformation satisfaisante du récipient final.

Classiquement, l'opération de formage débute par une opération dite de « présoufflage » au cours de laquelle l'air est injecté sur la préforme à une pression (10 à 20 bars) plus faible que lors de la phase de soufflage proprement dite (25 à 40 bars). La durée de la phase de présoufflage est généralement d'environ deux fois celle de la phase de soufflage. La canne d'étirage est actionnée au début du présoufflage.

Différents types de dispositifs sont habituellement utilisés pour le déplacement de la canne d'étirage.

On peut utiliser une commande pneumatique. Mais elle a l'inconvénient de ne pas permettre une maîtrise fine de la position de la canne et de sa puissance d'utilisation.

On peut utiliser une commande hydraulique. Par rapport à une commande pneumatique, on est davantage limité en termes de vitesse de déplacement, mais on peut appliquer une puissance d'utilisation supérieure. Ses inconvénients sur la précision des paramètres de fonctionnement sont similaires à ceux de la commande pneumatique.

On peut utiliser une commande mécanique, mais un tel système est lourd à mettre en place.

On peut utiliser enfin un système électrique comportant une vis à bille. Ce système présente l'avantage sur les systèmes pneumatiques et hydrauliques de procurer une meilleure maîtrise de la vitesse de commande de la canne d'étirage, qui reste cependant limitée à 2m/s environ. Il a l'inconvénient de présenter une usure des pièces assez importante qui limite sa durée de vie sans entretien.

De manière générale, les systèmes existants procurent aux installations des productivités et des précisions dans leur fonctionnement qu'il serait souhaitable d'améliorer.

Le but de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif de fabrication de récipients en matière plastique par soufflage d'une préforme chaude à l'intérieur d'un moule, assisté par un étirage simultané de la préforme, procurant une meilleure productivité et une meilleure précision dans la commande et les résultats que les procédés et dispositifs existants.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un récipient en matière plastique par soufflage, selon lequel on place une préforme préchauffée dans un moule en laissant émerger du moule une partie de la préforme destinée à former le col du récipient, et on souffle un gaz sous pression sur la préforme en assistant sa déformation par des moyens d'étirage, de manière à lui faire épouser les parois internes du moule, caractérisé en ce que lesdits moyens d'étirage appliquent à ladite préforme une force d'étirage d'au moins 4 N après une durée d'au plus 1/30 s après le début de l'étirage, de manière à

provoquer un déplacement de la matière de la préforme d'au moins 1/100 mm pendant cette durée.

Ladite force d'étirage d'au moins 4 N est de préférence obtenue après une durée d'au plus 1/100 s après le début de l'étirage. Ledit soufflage peut être effectué en une étape unique.

Ledit soufflage peut être effectué à des pressions comprises entre 15 et 25 bars.

La préforme peut être en PET.

L'invention a aussi pour objet un dispositif de fabrication d'au moins un récipient en matière plastique par soufflage, comportant au moins un moule dans lequel on peut placer une préforme préchauffée réalisée en ladite matière plastique, des moyens d'étirage de la préforme et leurs moyens de commande, et des moyens de soufflage d'un gaz sur la préforme comportant une buse d'injection pouvant être appliquée sur la préforme, caractérisé en ce que lesdits moyens d'étirage permettent d'appliquer à ladite préforme une force d'étirage d'au moins 4 N après une durée d'au plus 1/30 s après le début de l'étirage, de manière à provoquer un déplacement de la matière de la préforme d'au moins 1/100 mm pendant cette durée, lorsque ladite préforme est en PET et est préchauffée à 110 ^< C,. Lesdits moyens de soufflage peuvent permettre d'injecter sur la préforme un gaz sous pression de 15 à 25 bars.

Lesdits moyens d'étirage peuvent comporter une canne d'étirage applicable sur ladite préforme.

Ladite canne d'étirage peut être commandée par des moyens électromagnétiques.

Lesdits moyens électromagnétiques peuvent comporter un moteur linéaire solidaire de la canne d'étirage et un rail magnétique servant de transmetteur d'efforts au moteur linéaire.

Ledit dispositif peut comporter une pluralité de moules et de cannes d'étirage, lesdites cannes d'étirage étant fixées à une potence elle-même commandée par un ensemble unique de moyens de commande.

Comme on l'aura compris, selon le procédé de l'invention, on applique une force d'étirage relativement élevée à la préforme, à savoir au moins 4N, dès l'écoulement d'un laps de temps très court (au maximum 1/3Os, de préférence au maximum 1/10Os) après le début de l'opération d'étirage, et de manière à provoquer un déplacement de la matière de la préforme, d'au moins 1/100mm pendant ce laps de temps.

Les inventeurs ont constaté que si cette condition était respectée, on pouvait atteindre une qualité du produit soufflé très satisfaisante en appliquant pendant le soufflage une pression pouvant être relativement modérée (15 à 25 bars typiquement), et surtout en se donnant la possibilité de supprimer l'étape de présoufflage. Dans ce cas, le soufflage a lieu lors d'une phase unique (pendant laquelle on peut cependant faire varier la pression de l'air, et aussi la force et la vitesse de poussée de la canne d'étirage, d'une manière progressive et maîtrisée), et on raccourcit sensiblement la durée du processus de fabrication du récipient, donc on augmente la productivité de l'installation, et on peut simplifier la conception du dispositif de soufflage et de ses annexes.

Ces conditions peuvent être obtenues grâce au dispositif selon l'invention, dans lequel les moyens d'étirage, par exemple une canne d'étirage, sont commandés par des moyens électromagnétiques incluant un moteur linéaire, solidaire des moyens d'étirage, et un rail magnétique, qui ne sont pas au contact l'un de l'autre. On n'a donc pas de problèmes d'usure des pièces en mouvement. De plus, un tel système permet d'obtenir de manière quasi instantanée une force de poussée élevée, comme cela est nécessaire pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention. Enfin, il est aisé à commander de manière fine, notamment, par des moyens informatiques, de façon à imposer des forces d'appui et des vitesses de déplacement précises des moyens d'étirage, en les maintenant constantes ou en les faisant varier d'une manière prédéterminée selon des courbes dont l'expérience de l'utilisateur montrerait qu'elles conduisent à une qualité optimale des produits. De même il permet l'implantation de moyens de mesure précis des différents paramètres opératoires et des déplacements des moyens d'étirage. Cela permet d'apporter des corrections fines aux paramètres opératoires en réaction, par exemple, à une modification prévue ou inattendue de

la viscosité de la préforme due, par exemple, à une variation de sa température qui pourrait ne pas être exactement celle qui était théoriquement prévue.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux figures annexées suivantes : - les figures 1 et 2 qui montrent schématiquement, vue de face (fig.1 ) et de profil (fig.2) un exemple d'installation selon l'invention avant la mise en œuvre du procédé selon l'invention ;

- les figures 3 et 4 qui montrent la même installation au début de la mise en œuvre du procédé selon l'invention ; - les figures 5 et 6 qui montrent la même installation à la fin de la mise en œuvre du procédé selon l'invention.

Les figures 1 et 2 montrent schématiquement vus de face (fig.1 ) et de profil (fig.2) les éléments essentiels d'un exemple de dispositif de soufflage selon l'invention, dont les éléments suivants sont visibles : - les deux parties 1 , 2 du moule, en position écartées l'une de l'autre, et dont les contours 3, 4 des espaces intérieurs sont conformés, de manière classique, pour définir la forme du récipient à mouler par soufflage ; ces parties de moules 1 , 2 présentent des détails de construction et des appareillages annexes pour leur mise en mouvement et leur chauffage/refroidissement qui sont de conceptions classiques et ne sont pas représentés ;

- une préforme 5, constituée de manière classique par une pièce du matériau appelé à former le récipient à fabriquer, par exemple du PET pour bouteilles à usage alimentaire ; comme il est connu, cette préforme est préchauffée à une température autorisant sa mise en forme par soufflage (de l'ordre de 110O pour le PET), et est maintenue en place par un dispositif non représenté ; sa partie supérieure 6 est classiquement déjà conformée de manière à constituer le col du récipient à former ;

- une buse d'injection d'air 7, formée d'un matériau perméable aux gaz et connectée à des moyens classiques (non représentés) permettant d'y injecter de l'air sous pression qui peut en ressortir par sa face inférieure 8 ; il va de soi que d'autres gaz que l'air peuvent être utilisés, l'air ayant l'avantage d'être peu onéreux et aisément disponible sous forme comprimée ;

- une canne d'étirage 9 qui peut coulisser à la commande à l'intérieur d'un orifice longitudinal traversant la buse 7 ;

- selon l'invention, des moyens de commande de la canne d'étirage 9 qui présentent les propriétés suivantes : ils permettent à la canne d'étirage 9 d'appliquer sur la préforme 5 une force de déformation de 4N ou davantage, obtenue après une durée maximale de 3/1 Os, de préférence au plus 1/10Os, et de manière à obtenir après ces 3/1 Os, de préférence après ces 1/100s, simultanément au soufflage, un déplacement de la canne 9 dans la préforme 6 de au moins 1/100 mm (donc un déplacement correspondant de la matière de la préforme 5) ; ces conditions sont représentatives de ce qu'il est nécessaire d'obtenir pour pouvoir se passer d'une opération de présoufflage à relativement faible pression (10-20 bars), devant être suivie d'une opération de soufflage à une pression nominale sensiblement plus élevée (25-40 bars), en remplaçant ce processus par une phase de soufflage unique pouvant être effectuée dans une gamme de pressions relativement moyennes, de l'ordre typiquement de 15 à 25 bars, tout en obtenant un produit de qualité satisfaisante.

Bien entendu cela n'exclut pas d'avoir recours à des pressions de soufflage plus élevées, pouvant aller par exemple jusqu'à 40 bars dans les cas où on aurait une préforme 5 de taille importante ou en une matière difficile à mettre en forme. Lesdits moyens de commande sont, dans l'exemple privilégié mais non forcément exclusif, envisagé par les inventeurs, des moyens électromagnétiques comportant :

- un moteur magnétique (moteur linéaire) 10 et ses moyens de guidage (non représentés) mis en mouvement sans contact par un rail magnétique 11 , - un analyseur de parcours 12 fixé au moteur linéaire 11 et permettant de déterminer et de réguler sa position et son déplacement.

Ces organes sont classiques dans les dispositifs de tous types faisant usage d'un moteur linéaire et n'ont pas à être décrits plus précisément ici.

Les figures 3 et 4 montrent les mêmes éléments que les figures 1 et 2, vus de la même façon, alors que le dispositif est au tout début de son fonctionnement. A savoir :

- les parois de moule 1 , 2 ont été refermées sur la préforme 5, ne laissant subsister hors du moule que le col 6 ;

- la canne d'étirage 9 est descendue, avec le moteur linéaire 10 qui la supporte, jusqu'à venir en contact avec le fond de l'intérieur de la préforme 5, pour anticiper la descente de la canne 9 par rapport au démarrage du soufflage ;

- la buse d'injection 7 a été placée au contact du col 6 de la préforme 5 ; éventuellement, un logement (non représenté) peut être ménagé sur la face inférieure 8 de la buse 7 pour y recevoir au moins l'extrémité supérieure du col 6 ; on peut ainsi améliorer l'étanchéité du contact entre la buse 7 et la préforme 5 pour assurer une meilleure maîtrise du procédé.

Puis on procède à l'injection d'air sous pression dans la buse 7, ainsi qu'à la descente de la canne d'étirage 9 dans la préforme 5 jusqu'au fond du moule 1 , 2 pour assister sa mise en forme. Selon l'invention, comme le permet l'utilisation du dispositif électromagnétique de commande de la canne 9, on déplace tout de suite la canne 9 avec une force relativement importante, à savoir au moins 4N, obtenue après au plus 1/3Os, de préférence, même, au plus 1/100s, et de manière à provoquer un déplacement de la matière de la préforme 5 (autrement dit un enfoncement de la canne 9 dans la préforme 5) d'au moins 1/100mm. C'est à cette condition que, contrairement à la pratique habituelle, on peut éviter de devoir diviser le soufflage en deux étapes dont la première est conduite à une pression relativement modérée et la deuxième à une pression relativement élevée. L'utilisation du procédé selon l'invention, permise de façon privilégiée par l'adoption d'un système électromagnétique 10, 11 de commande du déplacement de la canne 9, permet de parvenir à réaliser la mise en forme du récipient 13 avec une seule étape de soufflage, pouvant être conduite dans une gamme de pressions moyennes, par exemple 15 à 25 bars. Les figures 5 et 6 montrent l'installation dans son état final avec le récipient

13 formé et la canne d'étirage 9 arrivée à proximité du fond du récipient 13. Après quoi, le moule est ouvert par écartement des parties 1 , 2, la canne 9 et le moteur 10 sont remontés et le récipient 13 est saisi par le col 6 pour être évacué en vue des étapes suivantes de son traitement. On a représenté sur les figures 1 à 6 une installation où un moteur 10 commande une unique canne d'étirage 9. Mais, il va de soi que le moteur 10 pourrait commander une potence portant elle-même une multiplicité de cannes 9 contribuant à former un nombre égal de récipients 13 à l'aide d'un nombre égal de

moules 1 , 2 qui leur seraient associés. On peut ainsi former plusieurs récipients 13 de façon simultanée, ce qui augmente la productivité de l'installation.

L'utilisation d'une canne 9 commandée par des moyens électromagnétiques 10, 11 pour obtenir l'étirage de la préforme 5 est un exemple privilégié de dispositif d'étirage, mais on pourrait envisager d'utiliser, pour la mise en œuvre du procédé de l'invention, d'autres types de dispositifs d'étirage fonctionnellement équivalents du point de vue des forces appliquées à la préforme

5 et des déplacements qu'ils imposeraient à la matière constituant la préforme 5.

L'un des avantages du procédé selon l'invention est également qu'il peut autoriser une température de préchauffage de la préforme 5 moindre que dans les procédés classiques, typiquement entre 1 et 2OO de moins selon les matières traitées.

Il demeurerait dans l'esprit de l'invention de réaliser le soufflage en deux étapes, comme c'est classiquement le cas, tout en appliquant la force d'étirage dans les conditions qui ont été dites. On se priverait ainsi de certains des avantages de l'invention, à savoir la simplification du processus de soufflage et l'augmentation de la productivité. Mais on pourrait utiliser des pressions de soufflage moindres que dans le procédé classique, et/ou diminuer la température de préchauffage de la préforme 5, et/ou utiliser des matériaux différents de ceux utilisés dans les procédés classiques qui ne permettraient pas leur déformation dans des conditions adéquates, contrairement au procédé selon l'invention.