FOND DE CORPS CREUX OBTENU PAR SOUFFLAGE OU ETIRAGE

SOUFFLAGE D'UNE PREFORME EN MATERIAU THERMOPLASTIQUE

CORPS CREUX COMPRENANT UN TEL FOND

L'invention se rapporte au domaine technique des corps creux en matériau thermoplastique, notamment récipients tels que pots ou bouteilles.

L'invention concerne plus particulièrement les corps creux obtenus par soufflage ou étirage puis soufflage d'une préforme injectée en matière thermoplastique (injection-soufflage). Depuis quelques années, la fabrication de récipients en matière plastique à partir de préformes préalablement injectées a connu un essor considérable, notamment grâce à l'emploi du polyéthylène téréphtalate (PET).

Entre-temps, d'autres matériaux ont été envisagés et/ou utilisés avec plus ou moins de succès tels, à titre d'exemples non limitatifs, le polyéthylène naphtalate (PEN), le polypropylène (PP), le polyacrylonitrile (PAN) ou des mélanges ou superpositions de divers matériaux.

Il subsiste habituellement, au centre du fond du corps creux, une zone à très faible cristallinité dite « pastille » résultant d'une partie de la préforme qui n'est que très faiblement étirée lors du soufflage ou de l'étirage soufflage. L'axe longitudinal de la préforme correspond en effet à celui du récipient final. Il en résulte que lors du soufflage ou de l'étirage soufflage, l'étirage du PET est quasiment nul au centre du fond du récipient, et s'accroît au fur et à mesure que l'on se rapproche de la paroi latérale du récipient.

Les récipients en PET bi orientés conventionnels présentent, lorsqu'ils sont portés à une température supérieure à la température de transition vitreuse, un retrait important, par libération des contraintes.

Pour pallier ce problème, il est connu depuis longtemps d'effectuer un traitement thermique dit « thermofixation » (heat setting), traitement dans lequel, juste après le soufflage de la préforme et alors que le récipient est encore en contact avec les parois du moule de soufflage, une température comprise entre 120 et 25O ⁰ C environ est appliquée au matériau pendant quelques secondes. Puis le récipient est refroidi en étant maintenu sous pression.

Ce traitement thermique favorise la croissance cristalline. Dans la partie amorphe de la bouteille (en particulier dans la zone centrale du fond correspondant au point d'injection de la préforme), ce traitement thermique provoque la croissance de sphérolites, cette cristallisation sphérolitique étant lente et isotrope. Le matériau de la « pastille » devient blanchâtre et opaque. Par contre, dans les autres parties de la bouteille, qui ont subi la bi orientation, le traitement thermique augmente la cristallinité sans formation de sphérolites, et sans modification de la transparence du matériau.

Quel que soit leur procédé de fabrication, les récipients en matière thermoplastique doivent présenter une bonne résistance de leur fond.

Le PET bi orienté présente une bonne résistance mécanique et thermique. Mais, ainsi qu'il a été dit plus haut, le fond des récipients est beaucoup mois étiré que le corps des récipients, de sorte que ce fond présente des résistances mécaniques et thermiques inférieures à celles du corps. Le même problème existe pour le col. Le traitement thermique des cols permet d'augmenter leur cristallinité. Mais le traitement thermique des cols (en PET amorphe) conduit à une cristallisation isotherme formant des sphérolites, le PET thermo durci obtenu n'étant donc plus du tout translucide. S'il est acceptable que les cols de bouteilles, relativement épais, ne soient pas translucides, un fond de bouteille peu translucide nuirait à la présentation du produit conditionné.

Le fond du récipient doit résister aux chocs, par exemple lorsque le récipient plein chute.

Le fond de récipient doit résister à la pression interne, en particulier lorsque le récipient contient une boisson carbonatée. Une surpression interne peut résulter d'une augmentation de la température de stockage des bouteilles pleines et/ou du retrait de la matière plastique de ces bouteilles, ce retrait se produisant en général au cours des deux ou trois semaines suivant leur fabrication et leur remplissage. Les bouteilles sont transportées en charge palettisées et gerbées.

De sorte que, sauf mises en place d'intercalaires, le fonds des bouteilles des couches supérieures reposent sur les bouchons des bouteilles inférieures et sont soumis à des contraintes d'enfoncement et de poinçonnement.

Toute déformation du fond du récipient affecte l'esthétique du produit et la stabilité du récipient stocké debout.

Le fond de récipient doit résister au fluage.

Le récipient dans son ensemble, et en particulier son fond, doit résister aux conditions thermiques relativement sévères rencontrées lors d'un remplissage à chaud ou d'une pasteurisation.

Lors d'un remplissage à chaud avec un liquide à une température au plus égale à 94°C, le fond doit présenter une relative aptitude à la déformation. Il en va de même lors du refroidissement ultérieur, le fond devant résister à la dépression (vacuum compensation).

Toute déformation du fond du récipient affecte l'esthétique du produit et la stabilité du récipient stocké debout.

Le fond des récipients doit parfois résister à des agents de nettoyage, dans le cas de récipients réutilisables. II a été proposé de réaliser les récipients avec des fonds pétaloïdes.

La paroi de fond est alors de forme générale convexe vers l'extérieur et comporte des pieds, typiquement quatre à six pieds formés par des excroissances régulièrement réparties sur le fond, et séparés deux à deux par une portion de la paroi de fond convexe. Ces fonds pétaloïdes sont largement employés pour les récipients contenant des boissons carbonatées. Les creux radiaux séparant les pieds absorbent les efforts dus à la mise sous pression lors du remplissage et maintiennent les portées d'appui des pieds dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe du récipient. Cette solution n'est pas toujours satisfaisante. Sous l'effet d'une pression interne, les fonds pétaloïdes peuvent éclater. Les fonds pétaloïdes ne peuvent pas toujours encaisser la surpression due à l'augmentation de volume du contenu de la bouteille, lors d'une pasteurisation.

Il a été aussi proposé de réaliser des bouteilles à fond rainure, le cas échéant de type « Champagne » nervure. Le document FR 2 717 443 décrit une bouteille dans laquelle les nervures partent de la périphérie du fond et aboutissent à la limite extérieure d'une zone annulaire sensiblement plane entourant une partie centrale concave amorphe. Le document FR 2 753 435 de la demanderesse décrit un récipient dont le fond comprend une partie centrale

non étirée et une partie périphérique reliant la partie centrale à la paroi latérale du récipient, ce fond étant pourvu de nervures s'étendant de la paroi latérale jusqu'à la limite extrême théorique de la partie centrale non étirée. Cette limite extrême théorique tient compte des légères fluctuations de la forme et des dimensions de la partie centrale du fond (pastille), d'une bouteille à l'autre d'une même série. Aucune nervure ne s'achève dans la partie amorphe.

Il s'avère que si les fonds de l'art antérieur résolvent certains seulement des problèmes posés, aucun n'est capable, après une chute et une déformation subséquente, de recouvrer sa forme initiale, qu'il soit rempli ou non.

L'invention vise à fournir une nouvelle structure de fond de bouteille dont l'ensemble des caractéristiques individuelles permette d'obtenir une résistance supérieure à celle de la plupart des fonds actuellement connus, et lui permette de recouvrer "naturellement" sa forme après une contrainte (chute ou autre) ayant provoqué sa déformation.

A épaisseur de paroi identique, un fond selon l'invention sera plus résistant que la plupart des fonds de bouteille connus antérieurement.

A résistance souhaitée, un fond selon l'invention pourra être réalisé avec une épaisseur de matière moindre que la plupart des fonds connus antérieurement.

L'invention vise également à fournir une bouteille présentant une bonne résistance au remplissage à chaud et une bonne résistance à la pasteurisation.

L'invention se rapporte, selon premier aspect, à un fond de corps creux obtenu par soufflage ou étirage soufflage d'une préforme en matériau thermoplastique, ce fond comprenant une surface d'appui transversal, et de part et d'autre de cette surface d'appui transversal :

- un bord externe transversal ;

- une paroi interne concave avec une partie centrale transversale contenant une pastille de matériau à faible cristallinité, cette pastille correspondant au point d'injection de la préforme ; ce fond comprenant des nervures de renfort ayant un bord extérieur venant à proximité du bord externe du fond, ces nervures de renfort ayant un bord

intérieur venant à proximité de la partie centrale transversale, mais sans atteindre cette partie centrale transversale, les nervures de renfort s'évasant depuis leur bord extérieur jusque vers leur bord intérieur.

Selon diverses réalisations, le fond de corps creux présente les caractéristiques suivantes, le cas échéant combinées :

- les nervures de renfort n'atteignent pas le bord externe du fond ;

- les nervures de renfort ont une paroi de fond de largeur sensiblement constante sur toute la longueur de ces nervures ;

- au moins une nervure présente un plan de symétrie vertical ; - les deux ailes latérales de chaque nervure pourvue d'un plan de symétrie sont sensiblement en regard l'une de l'autre en partie extrême distale de ces nervures, et notamment au voisinage de leur bord extérieur ;

- la pastille de matériau à faible cristallinité est en saillie en face externe dans la partie centrale transversale. Cette disposition assure un écartement entre les nervures de renfort et cette pastille ;

- le bord externe est placé à une hauteur h5 par rapport à la surface d'appui transversale, la partie centrale transversale étant placée à une hauteur h10 par rapport à la surface d'appui transversale ;

Dans une réalisation avantageuse, à l'exception des nervures de renfort, le fond se présente sous la forme d'un corps de révolution autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à sa surface d'appui transversale.

Dans un mode de réalisation avantageux, le fond présente, en coupe radiale verticale, entre le bord externe et la surface d'appui transversale, un profil qui est : - au voisinage du bord externe, sensiblement tangent à une direction perpendiculaire à la surface d'appui transversale,

- au voisinage de la surface d'appui transversale, sensiblement tangent à cette surface d'appui transversale.

Avantageusement, le fond présente, en coupe radiale verticale, entre le bord externe et la surface d'appui transversale, un profil sensiblement parabolique.

Avantageusement, le fond présente une surface d'appui transversale de forme annulaire. Partant de cette surface annulaire et se dirigeant vers l'axe

de révolution, le fond présente avantageusement tout d'abord une marche annulaire, puis un profil sensiblement parabolique reliant cette marche à la partie centrale transversale.

L'invention se rapporte, selon un deuxième aspect à un corps creux en matériau thermoplastique, notamment polyester tel que PET, obtenu par soufflage ou étirage soufflage d'une préforme, ce corps creux comprenant une paroi latérale et un fond raccordé à cette paroi latérale, ledit fond étant tel que présenté ci-dessus.

D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs, cette description étant effectuée à la lumière des dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1 est une vue de dessous d'un fond de corps creux tel que par exemple une bouteille, selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue latérale du fond représenté en figure 1 ;

- la figure 3 est une vue en perspective du fond représenté en figures 1 et 2.

A l'exception de six nervures 1 radiales de renfort, le fond 2 se présente sous la forme d'un corps de révolution autour d'un axe 3 sensiblement perpendiculaire à sa surface d'appui transversale 4.

Pour cette raison et afin de simplification, le fond 2 va tout d'abord être décrit en faisant abstraction des nervures 1 radiales, ces nervures 1 radiales faisant l'objet ensuite d'une description détaillée.

Le fond 2 va être décrit en partant de son bord externe 5 et en allant radialement vers l'axe 3 de révolution.

Le bord externe 5 est transversal et correspond sensiblement à la jonction entre le fond 2 et la paroi latérale du récipient (non représentée). Ce bord externe 5 est placé à une hauteur h5 par rapport à la surface d'appui transversale 4 du fond 2 (et de la bouteille comprenant ce fond 2, lorsque cette bouteille est stockée debout).

Entre le bord externe 5 et la surface d'appui transversale 4, le fond présente en coupe radiale verticale un profil sensiblement parabolique. Au voisinage du bord externe 5, ce profil 6 est sensiblement tangent à une

direction 7 perpendiculaire à la surface d'appui transversale 4. Au voisinage de la surface d'appui transversale 4, ce profil 6 est sensiblement tangent à cette surface d'appui transversale 4. Le profil 6 assure ainsi une solution de continuité, sans rupture de courbure, entre la paroi latérale du récipient (non représentée) et la surface d'appui transversale 4.

Le fond 2 présente une surface d'appui transversale 4 de forme annulaire. Partant de cette surface d'appui transversale 4 et se dirigeant vers l'axe 3 de révolution, le fond 2 présente une marche 8 annulaire de largeur (mesurée radialement) sensiblement égale à la largeur de la surface annulaire d'appui transversale 4. Cette marche 8 annulaire permet la déformation du fond 2 à la manière d'un soufflet, sous l'effet d'une surpression ou d'un vide dans le corps creux pourvu d'un tel fond.

Partant de cette marche 8 annulaire et allant vers l'axe 3 de révolution, le fond 2 présente ensuite, en coupe radiale verticale, un profil 9 sensiblement parabolique puis une partie centrale transversale 10.

La partie centrale transversale 10 est placée à une hauteur h10 par rapport à la surface d'appui transversale 4, cette hauteur h10 étant supérieure à celle h5 du bord externe 5.

Une pastille 11 axiale est en saillie dans la partie centrale transversale 10, cette pastille 11 axiale saillant vers le bas, c'est-à-dire l'extérieur du récipient pourvu du fond 2.

Les nervures radiales de renfort vont maintenant être décrites.

Ces nervures 1 radiales ont un bord extérieur 12 venant à proximité du bord externe 5 du fond 2. Comme illustré, de préférence, le bord extérieur 12 des nervures radiales 1 n'atteint pas ce bord externe 5 du fond 2, bien que ceci soit parfaitement envisageable et ne change en rien les qualités du fond ; il est même possible d'alterner des nervures atteignant le bord externe et d'autres pas.

Ces nervures 1 radiales ont un bord intérieur 13 venant à proximité de la partie centrale transversale 10, mais sans atteindre cette partie centrale transversale 10.

Chaque nervure 1 radiale comprend une paroi 14 de fond et une aile 15, 16 de part et d'autre de cette paroi 14 de fond. La paroi 14 de fond est de

largeur sensiblement constante sur toute la longueur de nervure. Vue en coupe, chaque nervure 1 radiale présente un plan 17 de symétrie vertical radial et la paroi 14 de fond présente un contour sensiblement identique à celui formé par le profil 6, la surface d'appui transversale 4, et le profil 9. Vue dans un plan perpendiculaire à sa courbure, la paroi 14 de fond est sensiblement plane ou légèrement courbe.

Les deux ailes 15, 16 latérales sont sensiblement en regard l'une de l'autre en partie extrême distale des nervures, et notamment au voisinage de leur bord extérieur 12. Les deux ailes 15, 16 latérales s'écartent l'une de l'autre et les nervures s'évasent de plus en plus lorsque l'on se rapproche de l'axe 3 de révolution. Au voisinage de leur bord intérieur 13, les nervures 1 de renfort ont ainsi une section en U très ouvert, lorsque ces nervures 1 de renfort sont vues dans un plan perpendiculaire à leur paroi 14 de fond. Les nervures 1 radiales viennent ainsi s'adosser à une cheminée centrale 18 au centre de laquelle saillit, vers le bas, la pastille 11 , cette cheminée centrale 18 étant limitée vers le haut par la partie centrale transversale 10.

L'ensemble des caractéristiques individuelles du fond de bouteille permet d'obtenir une résistance supérieure à celle de la plupart des fonds actuellement connus. A épaisseur de paroi identique, un fond selon l'invention sera plus résistant que la plupart des fonds de bouteille connus antérieurement. A résistance souhaitée, un fond selon l'invention pourra être réalisé avec une épaisseur de matière moindre que la plupart des fonds connus antérieurement. Une bouteille comprenant un fond selon l'invention présente une bonne résistance au remplissage à chaud et une bonne résistance à la pasteurisation. La cheminée centrale 18 est particulièrement bien renforcée vis- à-vis du fluage ou de l'affaissement par la présence des nervures 1 de renfort s'évasant depuis leur extrémité distale (où ces nervures ont une section en U à ailes sensiblement parallèles et courtes) jusque vers leur extrémité proximale (où ces nervures ont une section en U très ouvert à ailes plus longues et courbes).

Une bouteille comprenant un fond selon l'invention présente également une bonne résistance aux chocs sur la partie inférieure de la paroi latérale, les nervures débordant sur cette partie inférieure. Le fond absorbe parfaitement les chocs et est capable de recouvrer "naturellement" sa forme initiale après déformation.

Dans le mode de réalisation représenté, les nervures 1 de renfort sont au nombre de six et sensiblement identiques et équidistantes. Dans d'autres modes de réalisation, les nervures de renfort sont plus ou moins nombreuses, pour tenir compte notamment du diamètre du fond. Les nervures de renfort peuvent être de dimensions différentes, une première série peut présenter une paroi de fond plus étroite que la paroi de fond d'une deuxième série de nervures.