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Title:
METHOD FOR TREATING A PREFORM FOR PRODUCING A CONTAINER BY BLOW MOULDING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/012290
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns a method for treating a preform made of an injected thermofusible polymer for producing a container by blow moulding, which consists in applying to the preform a thermal radiation and ultrasonic vibrations, in particular for reducing said preform pre-heating time and improving its physical characteristics. Said ultrasonic vibrations are applied to the preform by directly contacting it with a sonotrode or indirectly using an intermediate liquid which is both in contact with the sonotrode associated with an ultrasound generator and the preform. One process consists in using a sonotrode adapted to the preform neck and mounting said preform by its neck directly on the sonotrode.

Inventors:
BAFFELLI GIANNI (CH)
MATTONE ROBERTO (IT)
RIVA CARLO (CH)
Application Number:
PCT/CH1999/000406
Publication Date:
March 09, 2000
Filing Date:
September 01, 1999
Export Citation:
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Assignee:
INTERNOVA INTERNATIONAL INNOVA (CH)
BAFFELLI GIANNI (CH)
MATTONE ROBERTO (IT)
RIVA CARLO (CH)
International Classes:
B29B13/02; B29C49/64; B29C35/02; B29C35/08; B29C49/06; (IPC1-7): B29C49/64; B29B13/02; B29C35/02
Foreign References:
DE3248619A11984-07-12
FR2049877A51971-03-26
DE1805090A11970-05-21
EP0089201A21983-09-21
Attorney, Agent or Firm:
Nithardt, Roland (Cabinet Roland Nithardt Conseils en Propriété Industrielle S.A. Y-Parc / Rue Galilée 9 Yverdon-les-Bains, CH)
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Claims:
REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement d'une préforme réalisée en un polymère thermofusible injecté pour la réalisation d'un récipient selon une technique de soufflage consistant essentiellement à chauffer ladite préforme au moins au cours d'une première phase, à introduire cette préforme chauffée dans un moule creux au cours d'une deuxième phase et à souffler ta préforme chauffée au moyen d'un fluide sous pression au cours d'une troisième phase, caractérisé en ce que l'on expose au moins une partie de ladite préforme à des vibrations ultrasoniques antérieurement eVou au cours de ladite troisième phase.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lon chauffe ladite préforme au moins au cours de ladite première phase en l'exposant à des vibrations ultrasoniques.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on chauffe ladite préforme au moins au cours de ladite première phase en l'exposant à au moins une source de rayonnement thermique.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lon chauffe ladite préforme au moins au cours de ladite première phase en t'exposant à) a fois à des vibrations ultrasoniques et à au moins une source de rayonnement thermique.
5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'on expose ladite préforme à une source de rayonnement thermique en introduisant ladite source à l'intérieure de la préforme.
6. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'on expose ladite préforme à une première source de rayonnement thermique en introduisant cette source à l'intérieur de la préforme et à une deuxième source de rayonnement thermique en introduisant ladite préforme associée à ladite première source de rayonnement thermique dans une enceinte chauffée.
7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait au moins partiellement le vide à l'intérieur de ladite préforme avant ou pendant qu'on la soumet à des vibrations ultrasoniques.
8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on transmet lesdites vibrations ultrasoniques à ladite préforme en appliquant, directement sur une de ses surfaces, au moins une sonotrode alimentée par un générateur d'ultrasons.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une desdites surfaces de la préforme est le col de ladite préforme.
10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on transmet lesdites vibrations ultrasoniques à ladite préforme en mettant au moins une sonotrode en contact avec un liquide intermédiaire qui est en contact avec elle.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ladite au moins une source de rayonnement thermique a une température comprise entre 100° et 500°C.
12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ta fréquence des vibrations ultrasoniques transmises est comprise entre 15 et 60 kHz.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel le polymère thermofusible est un polyéthylène téréphtalate, caractérisé en ce que le temps d'exposition à ta source de rayonnement thermique est compris entre 1 et 10 secondes et de préférence approximativement égal à 3 secondes.
14. Procédé se ! on ! a revendication 1, caractérisé en ce que l'on applique les vibrations ultrasoniques par intermittence.
15. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit liquide intermédiaire est préalablement introduit à l'intérieur de ladite préforme.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit liquide intermédiaire est introduit à l'intérieur de ladite préforme pendant ladite troisième phase dite de soufflage de cette préforme.
17. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit liquide intermédiaire est constitué par un produit différent de celui destiné à être contenu dans le récipient produit par soufflage à partir de ladite préforme.
18. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit liquide intermédiaire est constitué par un produit destiné à être contenu dans le récipient produit par soufflage à partir de ladite préforme.
19. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit liquide intermédiaire est introduit dans ladite préforme pendant ladite troisième phase dite de soufflage à l'état stérile, et en ce que ladite préforme est préalablement stérilisée.
20. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit liquide intermédiaire est un mélange d'eau et d'acide phosphorique.
21. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit liquide intermédiaire est introduit dans ladite préforme sous une pression élevée comprise entre 30 et 80 bars et de préférence égale à 60 bars.
Description:
PROCEDE DE TRAITEMENT D'UNE PREFORME POUR LA REALISATION D'UN RECIPIENT PAR SOUFFLAGE Domaine technique La présente invention concerne un procédé de traitement d'une préforme réalisée en un polymère thermofusible injecté pour la réalisation d'un récipient selon une technique de soufflage consistant essentiellement à chauffer ladite préforme au moins au cours d'une première phase, à introduire cette préforme chauffée dans un moule creux au cours d'une deuxième phase et à souffler la préforme chauffée au moyen d'un fluide sous pression au cours d'une troisième phase.

Technique antérieure La réalisation des récipients en polymères thermofusibles ou thermoformables s'effectue habituellement par soufflage de préformes fabriquées par injection. En particulier, les bouteilles en PET sont réalisées de cette manière. Une des phases essentielles de cette fabrication est le chauffage des préformes à une température suffisante pour que le polymère atteigne une plasticité requise pour se prêter au formage par soufflage.

D'une manière traditionnelle, le préchauffage des préformes se fait par exposition à une ou plusieurs sources de rayonnement thermique qui se présentent sous la forme d'un tunnel de chauffage traversé par les préformes.

Ces dernières sont montées sur des palettes de support et sont entraînées en rotation pour que leurs parois soit exposées de façon régulière aux sources de rayonnement thermique afin qu'elles soient élevées à la température requise de façon uniforme. D'une manière générale, sur une ligne de production, les préformes sont mises en place sur des palettes, amenées en ligne dans le tunnel de chauffage puis prélevées automatiquement pour être introduites dans un moule de soufflage où elles sont thermoformées avant d'être éjectées en vue de leur reprise par une unité de remplissage.

Le séjour des préformes dans le tunnel de chauffage est relativement long.

Sur une ligne de production par soufflage de bouteilles en PET, l'opération de préchauffage est déterminante pour définir la cadence de production, car c'est le temps de séjour des préformes dans le tunnel de chauffage qui conditionne les autres opérations effectuées sur la ligne. Une réduction de cette durée peut présenter des avantages pour la fabrication des bouteilles.

En outre, le tunnel de préchauffage des préformes constitue généralement un dispositif encombrant et lourd sur la ligne de production. Toute diminution de longueur de ce tunnel engendre une diminution de poids de la ligne et par conséquent une diminution du coût et de l'encombrement.

Dans les installations classiques, les traitements connus en vue de créer ou de renforcer une barrière d'étanchéité aux gaz sont complexes et coûteux. De ce fait, les récipients réalisés ne se prêtent pas à certaines utilisations, en particulier à celle de contenants pour des boissons sensibles à t'oxygène ou à d'autres gaz oxydants en particulier.

Par ailleurs, il est connu d'utiliser les ultrasons dans le domaine de la plasturgie pour résoudre des problèmes divers.

La publication allemande DE 18 05 090 A décrit un procédé de réalisation de pièces en matière synthétique fabriquées par moulage entre deux éléments de moule ménageant un espace entre eux, cet espace correspondant à ta forme de la pièce moulée. La plastification de la matière synthétique se fait par application de vibrations ultrasoniques à cette matière par l'intermédiaire d'au moins un des éléments du moule qui fait office de sonotrode.

La publication allemande DE 32 48 619 A a pour objet un procédé de moulage de matière synthétique par injection selon lequel des vibrations ultrasoniques sont transmises aux parois du moule pour éviter un refroidissement trop rapide de la couche de matière en contact avec la

surface du moule.

Le brevet FR 2 049 877 concerne un procédé de fabrication en continu par étirage d'un profilé ou d'un corps creux en matière plastique, dans lequel la matière est chauffée, avant l'étirage, intérieurement par radiation et extérieurement à t'aide d'un dispositif haute fréquence.

La demande de brevet européen publiée sous le N° EP 0 089 201 décrit un procédé de chauffage d'une préforme au moyen d'une source HF afin que la paroi intérieure de cette préforme soit portée à une température plus élevée que celle de sa paroi extérieure. Cette paroi intérieure est ainsi mieux adaptée à un plus grand étirage.

Exposé de l'invention La présente invention se propose de pallier les divers inconvénients de cet art antérieur connu grâce au procédé de l'invention qui permet, d'une part, d'améliorer la qualité et les caractéristiques physiques des récipients fabriqués et, d'autre part, les performances de la ligne de production tout en réduisant son encombrement, son poids et son coût.

En effet, I'application de vibrations ultrasoniques pour réchauffer au moins partiellement des préformes et pour modifier les caractéristiques physiques des récipients réalisés à partir de ces préformes au moyen d'un processus de soufflage est original et aboutit à des résultats inattendus.

Le but de l'invention est atteint par le procédé tel que défini en préambule et caractérisé en ce que l'on expose au moins une partie de ladite préforme à des vibrations ultrasoniques antérieurement eVou au cours de ladite troisième phase.

Avantageusement l'on chauffe ladite préforme au moins au cours de ladite première phase en l'exposant à des vibrations ultrasoniques. Cette manière

de procéder a pour avantage de réduire te temps de chauffage de la préforme et, en outre, de stériliser cette préforme avant l'opération de soufflage. De plus, I'application de vibrations ultrasoniques a pour conséquence de réorganiser la disposition moléculaire de la matière et de créer ou du moins de renforcer la barrière étanche aux gaz du récipient après soufflage.

Selon des variantes de réalisation du procédé, I'on peut également chauffer ladite préforme au moins au cours de ladite première phase en l'exposant à au moins une source de rayonnement thermique ou à ta fois à des vibrations ultrasoniques et à au moins une source de rayonnement thermique.

Ces variantes renforcent les effets déjà mentionnés. En effet l'application de vibrations ultrasoniques conjointement à l'exposition à une source de rayonnement thermique a pour conséquence d'accélérer la transmission de la chaleur émise par la source de rayonnement thermique à travers ta matière et d'assurer une réorganisation des molécules, ce qui entraîne à la fois une diminution du temps de chauffage et une augmentation de la barrière étanche aux gaz.

De préférence, lorsque l'on expose ladite préforme à une source de rayonnement thermique, on introduit ladite source à l'intérieur de la préforme.

De cette manière, on effectue un préchauffage de la préforme par diffusion de la chaleur de l'intérieur vers l'extérieur des parois de cette préforme.

L'on peut également exposer ladite préforme à une première source de rayonnement thermique en introduisant cette source à l'intérieur de la préforme et à une deuxième source de rayonnement thermique en introduisant ladite préforme associée à ladite première source de rayonnement thermique dans une enceinte chauffée.

Cette manière de procéder permet de réduire le différentiel de température entre les parois intérieure et extérieure de la préforme et d'obtenir une

meilleure homogénéité de l'échauffement de la matière. Cette homogénéité est accrue par I'application de vibrations ultrasoniques qui favorisent une diffusion rapide de la chaleur dans la matière constituant la préforme.

De préférence, I'on fait au moins partiellement le vide à l'intérieur de ladite préforme avant ou pendant qu'on la soumet à des vibrations ultrasoniques.

Dans la forme de réalisation préférée du procédé, on transmet lesdites vibrations ultrasoniques à ladite préforme en appliquant directement sur une de ses surfaces au moins une sonotrode alimentée par un générateur d'ultrasons. Cette surface de la préforme est avantageusement le col de ladite préforme.

Dans une variante de réalisation, on transmet lesdites vibrations ultrasoniques à ladite préforme en mettant au moins une sonotrode en contact avec un liquide intermédiaire qui est en contact avec elle.

De préférence, ladite au moins une source de rayonnement thermique a une température comprise entre 100° et 500°C et la fréquence des vibrations ultrasoniques transmises est comprise entre 15 et 60 kHz.

Lorsque le polymère thermofusible est un polyéthylène téréphtalate, le temps d'exposition à ! a source de rayonnement thermique est avantageusement compris entre 1 et 10 secondes et de préférence approximativement égal à 3 secondes.

Dans une variante de réalisation, I'on peut appliquer les vibrations ultrasoniques par intermittence.

Lorsque l'on transmet les vibrations ultrasoniques par l'intermédiaire d'un liquide, ce liquide est préalablement introduit à l'intérieur de ladite préforme pendant ladite troisième phase dite de soufflage de cette préforme.

Ledit liquide intermédiaire peut être constitué par un produit différent de celui destiné à être contenu dans le récipient produit par soufflage à partir de ladite préforme ou par un produit destiné à être contenu dans le récipient produit par soufflage à partir de ladite préforme. Il est avantageusement introduit dans ladite préforme pendant ladite troisième phase dite de soufflage à l'état stérile et ladite préforme peut être préalablement stérilisée.

Ledit liquide intermédiaire peut également être un mélange d'eau et d'acide phosphorique 11 est de préférence introduit dans ladite préforme sous une pression élevée comprise entre 30 et 80 bars et de préférence égale à 60 bars.

La présente invention sera mieux comprise à la description d'une forme de mise en oeuvre préférée, mais non limitative, du procédé et ses variantes.

Manières de réaliser l'invention Lorsque l'on expose une préforme réalisée en un poiymère thermofusible, et en particulier en PET, à une source de rayonnement thermique, ta montée en température de cette préforme est progressive et relativement lente.

L'application de vibrations ultrasoniques a pour effet, d'une part de réduire considérablement le temps de préchauffage de cette préforme, et, d'autre part d'augmenter la barrière étanche au gaz du récipient obtenu à partir de cette préforme et de stériliser l'intérieur de ce récipient antérieurement et/ou pendant la phase de soufflage du récipient.

Typiquement, sur une ligne de production de récipients, et notamment de bouteilles en PET ou similaire, on procède en trois phases consistant essentiellement à chauffer ladite préforme au moins au cours d'une première phase, à introduire cette préforme chauffée dans un moule creux au cours d'une deuxième phase et à souffler la préforme chauffée au moyen d'un fluide sous pression au cours d'une troisième phase.

Le temps nécessaire pour porter les préformes à la température requise pour permettre le soufflage des récipients réalisés à partir de ces préformes est de l'ordre de trente secondes. Par I'application de vibrations ultrasoniques, ce temps est réduit à trois secondes et moins.

Pour appliquer les vibrations ultrasoniques à ladite préforme, on peut la mettre en contact directement avec une sonotrode ou indirectement au moyen d'un liquide intermédiaire qui est à ta fois en contact avec la sonotrode associée à un générateur de vibrations ultrasoniques et avec la préforme.

Une manière de procéder consiste à utiliser une sonotrode adaptée au col de la préforme et de monter cette préforme par son col directement sur la sonotrode.

Différentes variantes de réalisation du procédé peuvent être mises en oeuvre.

L'une de ses variantes consiste à chauffer ladite préforme au moins au cours de ladite première phase en l'exposant à des vibrations ultrasoniques. Cette mise sous vibrations ultrasoniques de la préforme provoque une montée en température extrêmement rapide du col et de 1'ensemble de la préforme. Une autre variante consiste à chauffer ladite préforme au moins au cours de ladite première phase en t'exposant en outre à au moins une source de rayonnement thermique dont la température est comprise entre 100° et 500° C. Ces deux opérations peuvent être faites successivement ou simultanément.

La source de rayonnement thermique peut être introduite à l'intérieur de la préforme. Par ailleurs, la préforme peut être elle-même introduite dans une enceinte chauffée à une température également comprise entre 100 et 500° C. Dans ce cas, la préforme est en fait soumise à deux sources de rayonnement, I'une intérieure et l'autre extérieure ce qui permet de diminuer le différentiel de température entre les parois intérieure et extérieure de la préforme.

La montée en température rapide du col de la préforme montée sur la sonotrode peut entrainer une fusion de ce col et un arrêt de la transmission des ultrasons au reste du corps de la préforme. Ce phénomène est préjudiciable au préchauffage uniforme de la préforme. Pour pallier cet inconvénient, on peut faire un vide partiel à l'intérieur de la préforme et appliquer les vibrations ultrasoniques à cette préforme en la montant par son col directement sur la sonotrode. Le vide partiel est de préférence de l'ordre de 0. 4 à 0. 8 bars.

Dans la pratique, I'application de vibrations ultrasoniques à une préforme exposée à un rayonnement thermique et la mise sous vide partiel de cette préforme montée par son col sur une sonotrode se traduisent par une augmentation considérable de la vitesse de transmission de la chaleur à travers les parois de la préforme et sa montée en température très rapide. En outre, on obtient une amélioration de la barrière étanche aux gaz du récipient obtenu après introduction de la préforme dans le moule au cours de la deuxième phase et du soufflage de cette préforme chauffée au cours de la troisième phase dite de soufflage. De plus, I'application des vibrations ultrasoniques assure la stérilisation de la préforme au cours de la première phase. La stérilité obtenue est préservée au cours des deuxième et troisième phases de sorte que le récipient produit est stérile. Par conséquent, un remplissage stérile, ou dans des conditions stériles, d'un récipient au moyen d'un liquide sensible aux contaminations peut être effectué sans intervention complémentaire.

On constate par ailleurs que le polyéthylène téréphtalate (PET) ne subit aucune cristallisation à une température égale ou supérieure à la température de transition vitreuse généralement supérieure à 70°C.

Enfin, on constate que la structure devient anisotrope et que les chaines moléculaires des polymères thermofusibles s'orientent dans une direction préférentielle parallèle à l'axe de propagation des vibrations ultrasoniques.

Ces phénomènes empêchent l'arrêt de la propagation des ultrasons dans la matière dès que la transition vitreuse est atteinte.

On améliore encore ces résultants en appliquant les vibrations ultrasoniques de façon intermittente. La direction de I'axe de propagation des vibrations ultrasoniques est choisie en fonction de la géométrie des objets à thermoformer. Pour des préformes de forme allongée, on applique de préférence les ultrasons selon une direction qui correspond à leur axe. L'alignement des chaînes moléculaires s'effectue selon cette direction et favorise la propagation des vibrations ultrasoniques.

Selon une autre variante, on peut transmettre les vibrations ultrasoniques à la préforme en mettant au moins la sonotrode en contact avec un liquide intermédiaire qui est en contact avec la préforme.

Ce liquide intermédiaire utilisé peut être de l'eau, de t'eau déminéralisée, de t'eau stérilisée, une solution aqueuse ou tout autre liquide approprié. Ce liquide peut servir d'intermédiaire pendant l'application des vibrations ultrasoniques et, dans ce cas, est introduit lorsque la préforme a atteint sa température de soufflage et avant son introduction dans le moule de soufflage. Ce liquide peut également être le contenant définitif du récipient réalisé à partir de la préforme. Dans ce cas, il est introduit dans la préforme sous une haute pression, par exemple comprise entre 30 et 80 bars et de préférence égale à 60 bars. Toutes les opérations de préchauffage de la préforme, de soufflage de cette préforme et de remplissage du récipient s'effectuent alors simultanément.

Selon une autre variante, le liquide intermédiaire peut être une solution aqueuse d'acide phosphorique. L'utilisation de ce mélange renforce l'effet barrière qui est obtenu par l'application de vibrations ultrasoniques dans la direction axiale de la préforme. La barrière est due à une réorganisation des molécules sous l'effet des ultrasons.