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Formation de paraisons de matière plastique.
La présente invention concerne un procédé et un appa- reil pour produire des parai sons de matière plastioue qui assu- rent un* meilleure répartition de la matière dans des objets soufflés en moule, fabriqués à partir de ces parai sons. Plus particulièrement, l'invention est destinée à former des parai sons présentant une épaisseur de paroi variable prédéterminée avant le soufflage en mcule. Les objets soufflés en moule obtenus à partir des parai sons "façonnées" de l'invention ont une meilleure résistance que des objets de même poids produits par des techni- ques connues et permettent do réaliser des gains de matière sans affecter la résistance mécanique.
Cela étant, le procédé et ; l'appareil de l'invention sont particulièrement utiles dans l'in- du.tria de soufflage en moule où le poids et la répartition de la matière dans les objets sont des facteurs économiques de
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production de première importance.
Des objets en matière thermoplastique, en particulier des récipients, présentant une répartition non uniforme de la matière dans leurs parois lorsqu'ils sont fabriquée par les techniques d'extrusion et de soufflage en moule connues. Cellesci obligent de mouler un excès de matière dans ces objets pour maintenir l'épaisseur de leurs parties minces au-dessus des normes d'épaisseur de paroi minima. Les frais de matière sont ainsi notablement accrus tandis que la résistance mécanique reste faible par rapport au poids total de l'objet. De plus, les goulots de nombreux récipients souffles en moule sont excessivement épais et rendent les opérations de finissage difficiles et coûteuses.
L'invention a pour but de procurer un procède et un appareil pour régir la formation de parai sons qui améliorent . fortement la répartition de la matière dans des objets soufflés en moule et qui augmentent l'efficacité et diminuent le prix de revient de la fabrication de paraisons présentant une épaisseur de paroi non uniforme.
Suivant l'invention, il est prévu un procédé pour former des parai sons dont l'épaisseur de paroi n'est pas uniforme d'une extrémité à l'autre de charme parai son, suivant lequel on extrude une matière plastifiée pour forcer une parai son et, pendant l'extrusion, on modifie la vitesse à laquelle cette matière est extrudée pour faire varier l'épaisseur relative de la paroi de la parai son.
L'invention prévoit aussi un appareil pour forcer des parai sons d'épaisseur de paroi non uniforme prédéterminée qui comprend un dispositif servant à extrader une matière plastique comprenant une filière de laquelle la matière sort librement sous forme d'une paraison, et an dispositif pour introduire la matière plastique sous pression dans la filière de manière à modifier la vitesse d'extrusion de la matière dans la filière afin de régir l'épaisseur de paroi relative de la paraison.
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Si on modifie la quantité de natière fournie à un ori- fice d'extrusion d'une façon prédéterminée pendant la formation d'une parai son, en tirant profit de la visco-élasticité du poly- mère, on peut obtenir les effets de façonnage désirés de la parai son. Le phénomène physique qui se produit peut être expli- qué de la façon suivante : Pendant l'extrusion, les molécules s'orientent d'elles-mêmes dans le sens d'écoulement dans la fi- lière annulaire. En sortant de la filière annulaire, les molécu- les se désorientent spontanément avec pour résultat que la parai- son se raccourcit tandis que sa section s'épaissit.
L'importan- ce de l'orientation dans la paraison, disponible pour l'effet d'épaississement à sa sortie de la filière annulaire, dépend de la vitesse d'extrusion et augmente avce celle-ci. Des variations de la vitesse d'extrusion pendant la formation de la parai son provoquent par conséquent des différences d'épaisseur localisées.
Cela étant, si l'épaisseur de paroi de la pression varie en fonction de la vitesse d'extrusion de la matière, une modifi- cation de la vitesse d'extrusion pendant la formation d'une na- raison produit de notables différences d'épaisseur de paroi le long de l'axe longitudinal de la parai son pourvu que le taux de variation soit convenablement choisi. Le mécanisme utilisé par la présente invention travaille de cette manière pour régir , la vitesse d'extrusion d'une façon prédéterminée.
L'appareil est conçu de manière à être capable de modifier la vitesse d'ex- trusion de la matière dans des gammes adéquates suivant les va- riations programmées de l'épaisseur de la paroi du produit final,
Ce procédé peut s'appliquer à de! extrudeuses à piston (comprenant des accumulateurs de grande capacité) et à des extrudeuses à vis (à action continue et intermittente). La vitesse d'extrusion doit normalement être commandée dans la machine à plastifier pour une extrusion au piston, et en dehors de cette machine à plastifier initiale pour une extrusion à vis, en un point déterminé du passage allant de l'intérieur de la machine à plastifier à l'orifice d'extrusion de la tête de la filière.
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Les moules qui viennent en contact avec la parai son afin de la façonner suivant les procédés de commande connus sont éliminés* Cela étant, le succès de la présenta invention ne dé- pend pas d'une façon critique de? limitations du temps d'extrusion, du mode de fonctionnement, des dimensions des objets et de la forme de l'appareillage de soufflage en moule auxiliaire qui étaient nécessaires dans les procédés connus.
Les investissements de capitaux nécessaires pour réaliser ce procédé avec des extrudeuses à piston sont relativement peu- importants parce que les éléments de commande de base nécessaires cet effet en font généralement partie de toute manière. L'adap- tation du procédé dans de nombreux cas nécessite simplement quel- ques modifications des circuits de commande hyrauliques.
Le nouveau procédé qui est appelé ci-après extrusion à vitesse variable sera décrit conjointement avec certaines tormes ; d'exécution de l'appareil, à titre d'exemple, avec référence au dessin annexé, dans lequel la Fig. 1 est une vue fragmentaire en substance en cou- pe de l'appareil suivant l'invention; la Fig. 2 est une vue semblable d'une variante ; et, la Fig. 3 est une vue semblable d'une variante d'appa- reil extrudeur multiple.
La clef de l'invention réside dans l'utilisation d'une extrusion à vitesse variable pour régir l'épaisseur de la parai- sono Dans l'appareil préféré représenté sur la Fig. 1, on modifie la vitesse d'extrusion par la tête d'extrusion 12 en déplaçant d'une façon programmée un piston 10 coulissant dans un alésage 22 communiquant avec la chambre d'extrusion 16. Ce piston 10 tra- vaille en ligne avec l'axe longitudinal de la paraison P qui est extrudée à partir d'une matière thermoplastique introduite par l'entrée 14 par une machine à plastifier appropriée quelconque (non représentée) à un débit constant (9/seconde) dans la cham- bre i6 de la tête d'extrusion chauffée 12.
La matière s'écoule dans la filière, passe autour de la torpille 17, est extrudée par
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l'orifice annulaire 18 et forme une parai son tubulaire P d'é- paisseur uniforme, aussi longtemps que le piston 10 ne se dé- Place pas.
Le déplacement du piston 10 modifie la vitesse d'extru- sion de la matière quoique le débit de la matière introduite dans la filière reste en substance constant. Le piston 10, lorsqu'il se déplace vers le haut, est suivi par de la matière plastifiée provenant de lachambre 16; cela étant, la quantité de matière sortant par l'orifice 18 diminue et entraîne une di- minution de la vitesse d'extrusion et, par conséquent, de l'é- paisseur de la paroi de la parai son.
De même, lorsque le piston 10 se déplace vers le bas, il refoule cette matière dans la chambre 16 et augmente la vitesse d'extrusion à l'orifice 18. ' La vitesse d'extrusion (g/seconde) de la matière par l'orifice 18 diminue ',augmente) d'une façon directement proportionnelle à la vitesse à laquelle la matière pénètre dans l'alésage 22 (en sort). La vitesse du déplacement linéaire du piston est le facteur qui régit la vitesse d'extrusion et ainsi l'épaisseur de paroi de la parai son.
Dans le fonctionnement de l'appareil représenté sur la Fig. 1, des variations de la vitesse d'extrusion de la matière ont pour effet de plus que doubler l'épaisseur de paroi de la parai son qui était obtenue à la vitesse d'extrusion la plus faible. La vitesse d'extrusion est modifiée d'environ 800%, c'est-A-dire que la vitesse d'extrusion linéaire de la parai son ' passe d'environ 1,5 à 12 pouces (3,8 à 30 cm) par seconde pendant l'extrusion d'une parai son de 12 pouces (30 cm) de longueur. Le temps d'extrusion réel est de 5 secondes.
L'épaisseur de paroi standard, obtenue lorsque le pis- ton 10 est immobile, est diminuée de 33% par un déplacement du piston vers le haut et augmentée de 50% par un déplacement du piston vers le bas. L'épaisseur de paroi va donc de 67 à 150% de l'épaisseur standard, c'est-à-dire que la partie la plus épaisse de la paroi d'une parai son est deux et un quartfoie
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plus épaisse que la partie la plus mince de la paroi de la même paraison.
Des récipients soufflas en moule a partir de parai sons' formées par le procédé et l'appareil de l'invention sont supérieurs à des récipients semblables fabriquée par des techniques classiques. La résistance aux charges mécaniques est accrue par rapport au poids du récipient, les pertes de matière sont diminuées, et l'uniformité de la répartition de la matière dans le produit final est fortement améliorée.
L'appareil préfère peut être appliqué à des extrudeuses à piston ainsi qu'à des extrudeuses à vis. Mais dans les extru deuses à piston classiques, on peut tirer profit du déplacement du piston ou fournir directement le programme de commande désiré pour la vitesse d'extrusion.
L'appareil de commande de- l'Invention n'est pas limita à un seul piston. Deux ou plusieurs pistons peuvent être utilises avec chaque filière. Les pistons peuvent être mécaniquement relies l'un à l'autre pour se déplacer alternativement vers le haut et vers le bas pendant des opérations d'extrusion continues : par exemple, dans un système à deux pistons (Fig. 2), le piston 24 peut se déplacer vers le bas avec des variations de vitesse prédéterminées tandis que le piston 26 se déplace vers le haut à une vitesse constante. Lorsque la première paraison est forcée, les déplacements des pistons sont inversés.
Le piston 26 se déplace alors vers le bas d'une manière prédéterminée et le piston 24 se déplace vers le haut à une vitesse 'constante*
L'appareil préféré, comprenant un ou plusieurs pistons, peut être utilisé pour régir l'extrusion de deux ou plusieurs parai sons simultanément. Dans un extrudeur double, Fig. 3, par exemple, la matière passe d'une chambre commune 16 dans la tête d'extrusion chauffée 12 vers deux filières annulaires. La matière sortant de la chambre 16 est partagée en substance également entre les deux orifices d'extrusion 18, 18 par des vis de réglage de
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débit 28.
A l'exception de ces modifications, le fonctionnement , de cet appareil est semblable à cet**, .décrits plus hante, <
L'emplacement du piston agissant la vitesse d'extrusion n'est pas limité à la tête d'extrusion. Il peut être placé en . n'importe quel point le long du conduit pour la matière entre la machine à plastifier et la tête d'extrusion. Il faut cependant tenir compte de chutes de pression qui augmentent, pour l'entraî-
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nement du piston, à mesure que la distance" entre 1'plaa'nant du piston et la tête d'extrusion augmente.
Le déplacement des pistons utilisas dans ce procède est commande hydrauliquement mais on août évidemment utiliser n'iwpor- te quel dispositif de commande pneumatique ou mécanique. '
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J ((( I d 1 8. 1.- Procédé pour forcer des parai sons dont épaisseur
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de paroi n'est pas uniforme d$une4.xtrémitê à l'autre de chaque parai son, caractérisé en ce qu'on trtde une matière pj.a3±ffe pour former une paraison et, pendant cete extrusion, on modifie la vitesse à laquelle cette matière est extrudée pour modifier l'épaisseur de la paroi de la par
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Formation of plastic parisons.
The present invention relates to a method and apparatus for producing plastic paraions which provide better distribution of material in blow molded articles made from such paraions. More particularly, the invention is intended to form parai sounds having a predetermined variable wall thickness before the mcule blowing. The blow-molded articles obtained from the "shaped" paraions of the invention have better strength than articles of the same weight produced by known techniques and allow material savings to be made without affecting the mechanical strength.
However, the process and; the apparatus of the invention are particularly useful in the indus- try of mold blow molding where the weight and distribution of the material in the objects are economic factors.
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production of prime importance.
Articles made of thermoplastic material, in particular containers, exhibiting a non-uniform distribution of the material in their walls when they are manufactured by known extrusion and mold-blowing techniques. These make it necessary to mold excess material into these objects to maintain the thickness of their thin parts above minimum wall thickness standards. The material costs are thus significantly increased while the mechanical strength remains low compared to the total weight of the object. In addition, the necks of many blow molded containers are excessively thick and make finishing operations difficult and expensive.
It is an object of the invention to provide a method and apparatus for controlling the formation of enhancing parai sounds. greatly distributing the material in objects blown in a mold and which increase the efficiency and decrease the cost price of manufacturing parisons having a non-uniform wall thickness.
According to the invention, there is provided a method for forming parai sounds the wall thickness of which is not uniform from one end to the other of the parai son charm, wherein a plasticized material is extruded to force a parai. sound and, during extrusion, the rate at which this material is extruded is varied to vary the relative thickness of the wall of the parison.
The invention also provides an apparatus for forcing parai sounds of predetermined non-uniform wall thickness which comprises a device for extruding a plastic material comprising a die from which the material freely exits in the form of a parison, and a device for extruding a plastic material. introducing the plastic material under pressure into the die so as to modify the rate of extrusion of the material into the die to control the relative wall thickness of the parison.
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If the amount of material supplied to an extrusion port is changed in a predetermined manner during parison formation, taking advantage of the viscous elasticity of the polymer, the shaping effects can be obtained. desired of the parai sound. The physical phenomenon which occurs can be explained as follows: During extrusion, the molecules orient themselves in the direction of flow in the ring die. On exiting the annular die, the molecules spontaneously disorientate with the result that the parai is shortened while its section thickens.
The extent of the orientation in the parison, available for the thickening effect as it exits the annular die, depends on and increases with the extrusion rate. Variations in the extrusion rate during the formation of the parison therefore cause localized differences in thickness.
However, if the wall thickness of the pressure varies with the rate of extrusion of the material, a change in the rate of extrusion during the formation of a pattern produces noticeable differences in material. wall thickness along the longitudinal axis of the wall provided the rate of change is suitably chosen. The mechanism used by the present invention works in this way to govern the speed of extrusion in a predetermined manner.
The apparatus is designed in such a way as to be able to modify the rate of extrusion of the material within adequate ranges according to the programmed variations of the wall thickness of the final product,
This process can be applied to! piston extruders (including high capacity accumulators) and screw extruders (continuous and intermittent action). The extrusion speed should normally be controlled in the laminator for piston extrusion, and outside this initial laminator for screw extrusion, at a specific point in the passage from inside the machine to plasticize at the extrusion port of the die head.
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Molds which come into contact with the parison in order to shape it according to known control methods are eliminated. However, the success of the present invention is not critically dependent on? limitations on extrusion time, mode of operation, object dimensions and shape of auxiliary mold blowing apparatus which were required in known processes.
The capital investments required to carry out this process with piston extruders are relatively small because the basic controls necessary for this purpose are usually part of it anyway. Adapting the process in many cases simply requires a few modifications to the hydraulic control circuits.
The new process which is called hereinafter variable speed extrusion will be described in conjunction with certain tormes; execution of the apparatus, by way of example, with reference to the accompanying drawing, in which FIG. 1 is a fragmentary, substantially sectioned view of the apparatus according to the invention; Fig. 2 is a similar view of a variant; and, FIG. 3 is a similar view of an alternative multiple extruder apparatus.
The key to the invention lies in the use of variable speed extrusion to control the thickness of the parai-sono. In the preferred apparatus shown in FIG. 1, the speed of extrusion is changed by the extrusion head 12 by moving in a programmed manner a piston 10 sliding in a bore 22 communicating with the extrusion chamber 16. This piston 10 works in line with the extrusion chamber 16. 'longitudinal axis of the parison P which is extruded from a thermoplastic material introduced through the inlet 14 by any suitable plasticizer (not shown) at a constant rate (9 / second) into the chamber i6 of the heated extrusion head 12.
The material flows in the die, passes around the torpedo 17, is extruded by
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the annular orifice 18 and forms a tubular wall P of uniform thickness, as long as the piston 10 does not move.
The movement of the piston 10 changes the rate of material extrusion although the rate of material fed to the die remains substantially constant. Piston 10, as it moves upward, is followed by plasticized material from chamber 16; however, the amount of material exiting through orifice 18 decreases and results in a decrease in the extrusion rate and hence in the wall thickness of the parison.
Likewise, as the piston 10 moves downward, it forces this material into chamber 16 and increases the extrusion rate at port 18. The extrusion rate (g / second) of the material per l 'orifice 18 decreases', increases) in a manner directly proportional to the rate at which material enters (exits) the bore 22. The speed of linear displacement of the piston is the factor which governs the speed of extrusion and thus the wall thickness of the parison.
In the operation of the apparatus shown in FIG. 1, variations in the extrusion speed of the material have the effect of more than doubling the wall thickness of the parison which was obtained at the lower extrusion speed. The extrusion speed is changed by about 800%, that is, the linear extrusion speed of the parai is changed from about 1.5 to 12 inches (3.8 to 30 cm) per second while extruding a 12 inch (30 cm) long screen. The actual extrusion time is 5 seconds.
The standard wall thickness, obtained when the piston 10 is stationary, is decreased by 33% by moving the piston upwards and increased by 50% by moving the piston downwards. The wall thickness therefore ranges from 67 to 150% of the standard thickness, that is, the thickest part of the wall of a parai sound is two and a quarter liver.
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thicker than the thinnest part of the wall of the same parison.
Puff-in-mold containers from parai sounds formed by the method and apparatus of the invention are superior to similar containers made by conventional techniques. The resistance to mechanical loads is increased relative to the weight of the container, material losses are reduced, and the uniformity of material distribution in the final product is greatly improved.
The preferred apparatus can be applied to piston extruders as well as screw extruders. But in conventional piston extruders, one can take advantage of the displacement of the piston or directly provide the desired control program for the extrusion speed.
The control apparatus of the invention is not limited to a single piston. Two or more pistons can be used with each die. The pistons can be mechanically connected to each other to move alternately up and down during continuous extrusion operations: for example, in a two piston system (Fig. 2), the piston 24 can move downward with predetermined speed variations while the piston 26 moves upward at a constant speed. When the first parison is forced, the movements of the pistons are reversed.
The piston 26 then moves downward in a predetermined manner and the piston 24 moves upward at a constant speed *
The preferred apparatus, comprising one or more pistons, can be used to control the extrusion of two or more parai sounds simultaneously. In a double extruder, Fig. 3, for example, the material passes from a common chamber 16 in the heated extrusion head 12 to two annular dies. The material leaving the chamber 16 is shared in substance equally between the two extrusion orifices 18, 18 by adjusting screws of
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flow 28.
With the exception of these modifications, the operation of this device is similar to this **,. Described more haunt, <
The location of the piston acting on the extrusion speed is not limited to the extrusion head. It can be placed in. any point along the material conduit between the laminator and the extrusion head. However, increasing pressure drops must be taken into account for the
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of the piston, as the distance between the piston plate and the extrusion head increases.
The displacement of the pistons used in this process is controlled hydraulically, but obviously any pneumatic or mechanical control device is used. '
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J (((I d 1 8. 1.- Method for forcing parai son whose thickness
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wall is not uniform from one end to the other of each parison, characterized in that a material pj.a3 ± ffe is used to form a parison and, during this extrusion, the speed is changed at which this material is extruded to change the wall thickness of the par