Polyolefine, wie Polypropylen, Polyäthylen, Copolymere derartiger Substanzen u. ä. kristalline Plastikmaterialien besitzen günstige Eigenschaften, wie eine hohe Zugfestigkeit in der Hitze, eine hohe Beständigkeit gegenüber schädlichen Umwelteinflüssen, einen geringen Geruch und Geschmack und ein angenehmes Aussehen und einen angenehmen Griff, wodurch sie zur Verpackung einer grossen Anzahl von Substanzen, besonders von ölhaltigen Nahrungsmitteln, gut geeignet sind.
Polyolefine besitzen jedoch bestimmte Eigenschaften, wie eine geringe Schmelzviskosität, die es sehr schwierig machen, eine geschmolzene Folie, z. B. durch Vakuumformen oder Pressen zu formen, da die Folie zu stark fliesst. Um einen günstigen Grad an Schmelzfestigkeit für diese Materialien zu erreichen, ist es notwendig, extrem hochmolekulare Substanzen zu verwenden. Derartige Substanzen sind jedoch schwierig in Form einer Folie mit einer guten Oberfläche herzustellen. Ausserdem führen die thermischen Eigenschaften von Polyolefinen, wie die geringe Wärmeleitfähigkeit und hohe Wärmekapazität, zu ungewöhnlich langen Formungszeiten, verglichen mit denjenigen für Polystyrol und Acrylnitril Butadien-Styrol-Copolymere, den Standardsubstanzen für das Heissverformen. Daher wurden Polyolefine bisher nicht sehr häufig zum Heissverformen verwendet.
Wenn versucht wird, Polyolefine zu erhitzen und in der Schmelzphase auf üblichen Vorrichtungen zum Heissverformen zu formen, sackt die Folie ungewöhnlich stark zusammen, selbst in verhältnismässig kleinen Bereichen und verschmutzt die Vorrichtung, und sowohl beim Erhitzen als auch beim Formen bilden sich Falten, die in dem Gegenstand erhalten bleiben, und daher ist es erforderlich, den geformten Körper lange in der Form zu belassen, um zu erreichen, dass er die Form beibehält, was selbstverständlich äusserst nachteilig ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Formgebung von Polyolefinfolien zu entwickeln, wobei dünnwandige becherförmige Gegenstände entstehen sollen, ohne dass dabei die bei den üblichen Heissformverfahren auftretenden Probleme auftreten.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung dünnwandiger becherförmiger Gegenstände aus Polyolefinfolien, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man eine dünne Polyolefinfolie in festem Zustand bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes mit einem Schmelzindex oberhalb von 0,7 zwischen einen Formstempel und eine Form mit einem offenen Ende einführt, den Stempel in die Öffnung der Form einbringt, und in die entstehende Ausbuchtung der Folie ein Druckmedium einpresst, um den becherförmigen Gegenstand zu formen.
Die Plastikfolie wird in der festen Phase, d. h. bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur und oberhalb der Glasübergangstemperatur geformt. Die Folie wird zunächst mit Hilfe eines Formstempels oder eines Dorns ausgebuchtet, und die endgültige Formgebung des Gegenstandes wird durch ein Druckmedium erreicht, das zweckmässig gegen einen evakuierten oder dem Medium keinen wesentlichen Widerstand entgegensetzenden Raum wirkt. Da sich das Folienmaterial in festem Zustand befindet, ist ein eventuelles Durchhängen oder Weglaufen der Folie sehr viel geringer, als wenn das Folienmaterial im geschmolzenen Zustand vorliegen würde, und dadurch wird eine Faltenbildung vermieden und es entstehen Gegenstände mit dünneren und gleichmässigeren Wänden.
Die bei Verfahren, bei denen die Folie in geschmolzener Phase verwendet wird, sogar an den Öffnungen der Form durch das Wegsacken auftretende Faltenbildung wird durch das vorliegende Verfahren vermieden. Der Gegenstand kann aus einer Folie hergestellt werden, ohne dass diese in der Nachbarschaft zu der Öffnung der Form festgehalten wird oder wahlweise aus einer Folie, die rund um die Höhlung der Form herum befestigt ist.
Das Verfahren ist besonders geeignet für dünne Folien mit einer Dicke von weniger als ungefähr 3,2 mm, vorzugsweise 0,5-1,5 mm, die leicht durch Strangpressen und Auswalzen hergestellt werden können. Dabei kann ein Material, das zum Spritzgiessen geeignet ist, mit einem geringeren Molekulargewicht und einem höheren Schmelzindex verwendet werden. Ein hohes Molekulargewicht ist ein solches über 600 000. Die Formzeiten sind in der gleichen Grössenordnung wie diejenigen für hoch-schlagfestes Polystyrol und wesentlich kürzer, nahezu halb so lang, wie bei der Formung von Polypropylen in der Schmelzphase.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 ist ein schematischer Vertikalschnitt einer Vorrichtung zum Erhitzen und Formen von Plastikfolien in einzelnen Stufen zu einer Gruppe becherförmiger Gegenstände;
Fig. 2 ist eine Aufsicht auf eine Gruppe von Gegenständen, die bei einem Arbeitsgang mit der Presse hergestellt worden sind;
Fig. 3 ist ein vergrösserter Schnitt, der die Folie zwischen dem Stempel und der Form zeigt;
Fig. 4 entspricht der Fig. 3 und zeigt die Vorrichtung, nachdem der Stempel vollständig in die Form eingedrungen ist;
Fig. 5 entspricht den Fig. 3 und 4 und zeigt den Zustand, nachdem das Druckmedium den Gegenstand zu seiner endgültigen Gestalt geformt hat und
Fig. 6 ist eine noch weitere Vergrösserung und zeigt einen fertigen Gegenstand teilweise im Schnitt.
Die gezeigte Vorrichtung umfasst eine Heizeinheit 10, in die das Folienmaterial W mit bis z. B. einer Breite von 56 cm von einer Spule 11 eingeleitet wird und eine Pressvorrichtung 12. Die Heizeinheit umfasst Heizvorrichtungen für drei Stufen 13, 14 und 15 mit oberen und unteren Strahlungsheizelementen 16, die jeweils ungefähr die gleiche Länge besitzen wie diejenige der Druckeinheit. Es sind nicht gezeigte Vorrichtungen vorgesehen, um die Folie jeweils um ein solches Stück durch die verschiedenen Heizstufen und die Presse vorwärts zu bewegen, wie es der Länge der Presse entspricht. Diese Vorrichtungen haben z. B. die Form von kontinuierlichen, mit Spitzen versehenen Ketten an den Seiten, die die Enden der Folie erfassen und sie ein bestimmtes Stück durch die Heiz- und Presseinheit hindurchführen.
Die geformten Abschnitte der Folie können in der Länge der Presse, so wie sie in der Presse hergestellt werden, abgeschnitten werden und zu einer Vorrichtung gebracht werden, in der die einzelnen Gegenstände getrennt werden, oder die Presse kann so gebaut sein, dass die geformte Folie direkt zu einer Vorrichtung geführt wird, die die einzelnen Gegenstände herausschneidet. Die Abfallstücke der Folie können erneut geschmolzen und ausgewalzt oder verworfen werden, je nach der wirtschaftlichen Zweckmässigkeit.
Die Fig. 6 zeigt einen becherförmigen Gegenstand 20 mit der Seitenwand 21, dem Boden 22 und dem Rand 23.
Die Elemente der Presseinheit 12 sind in ihrer Wirkung in den Fig. 3, 4 und 5 gezeigt. Die Presseinheit umfasst eine Form 25 mit einer Leitung 26 für Vakuum oder ein Druckmedium, eine Patrize oder einen Stempel 27 und eine Flüssig- keitsleitung 28 für das Druckmedium, das dem Gegenstand seine endgültige Gestalt gibt.
Die Fig. 3 zeigt die Folie W in ihrer ursprünglichen Lage zwischen den Formgebungselementen. Die Form kann bis auf die Höhe der Folie gesenkt und die Folie dagegen gedrückt werden. Der Stempel wird dann zu der in Fig. 4 gezeigten Lage nach oben gedrückt, während die Luft aus der Form durch die Leitung 26 entfernt wird.
Abdichtungsringe 29 um den Raum für jeden einzelnen Gegenstand oder ein Abdichtungsring 30 um die gesamte Gruppe von Gegenständen oder beides mit Luftleitungen 28 innerhalb des abgeschlossenen Raumes sind vorgesehen, damit das Druckmedium den Gegenstand formen kann. Die Dichtungsstellen sind mit unterbrochenen Linien in Fig. 2 angegeben, um ihre Lage auf der geformten Folie zu zeigen.
Anschliessend wird, wie in Fig. 5 gezeigt, das Druckmedium, z. B. komprimierte Luft, mit 5,5 atm oder darüber durch die Leitungen 28 um jeden Stempel herum eingeleitet, um die Folie in die Form zu pressen.
Nach einer Verweilzeit zur Verfestigung der Form des Gegenstandes werden der Stempel und die Form getrennt.
Dabei kann die Folie mit Hilfe eines durch die Leitungen 26 eingeleiteten Druckmediums oder anderer Vorrichtungen zum Ausstossen der Folie, so weit nötig, ausgestossen werden, und die geformte Folie wird nach ihrer Entfernung von den Pressenteilen aus der Presse entfernt.
Das geformte Folienstück kann in der Länge der Presse abgeschnitten und mit der Hand oder auf jede geeignete sonstige Weise entfernt werden. Später werden die einzelnen becherförmigen Gegenstände aus der Folie auf irgendeine geeignete Weise abgetrennt.
Die in die Presse eintretende Folie wird auf eine Temperatur erhitzt, die noch ausreichend weit unterhalb des Schmelzpunktes liegt, so dass die Folie zusammenhält und ein Durchsacken oder Verkleben vermieden wird, wenn sie zwischen den stützenden, die Folie greifenden Seitenketten bewegt wird. Wie später näher erläutert wird, ist es manchmal günstig, bei niedrigeren Temperaturen zu formen, wenn ausreichend Druck angewandt werden kann. Bei Polypropylen mit einem Schmelzpunkt von ungefähr 1680 C wird die Folie mit einer Temperatur von ungefähr 160-166 C in die Presse eingeleitet. Beim üblichen Heissverformen des gleichen Materials wird es auf ungefähr 1770 C erhitzt.
Die Verweilzeit nach der Formung, die notwendig ist, dass die Folie die Form beibehält, wird weitgehend durch die Verwendung von festem Polypropylen herabgesetzt, verglichen mit der Formgebung in der Schmelze bei dem gleichen Material. Zum Beispiel kann die Verweilzeit bei der Formgebung in der Schmelze bei einer 1 mm starken Folie 6 sec betragen, während bei der erfindungsgemässen Formung des festen Materials die Verweilzeit auf die Hälfte herabgesetzt wird. Das gleiche Verhältnis tritt bei anderen Folienstärken ebenfalls auf.
Bei der üblichen Heissverformung von Polypropylen können nur die Produkte mit einem geringen Schmelzindex, wie 0,5 oder 0,6, verwendet werden. Substanzen mit einem höheren Schmelzindex besitzen eine geringere Schmelzviskosität und neigen daher sehr stark zum Wegsacken bzw. zur Tränenbildung, selbst wenn der Bereich über der Formöffnung klein ist, und führen damit zu schwierigen Verarbeitungsproblemen.
Sie werden daher im allgemeinen für übliche Heissverformungsverfahren als nicht geeignet angesehen. Durch das erfindungsgemässe Verfahren, bei dem in der festen Phase geformt wird, können leicht Polymere mit einem höheren Schmelzindex, wie.5,0 verwendet werden, ohne zusammenzusacken.
Bei der Formgebung in der festen Phase ist der Stempel am Ende etwas stärker abgerundet und etwas kürzer als die Stempel, wie sie für die Formgebung in der Schmelzphase verwendet werden. Die Formstempel beim Schmelzverformen sind am Ende ziemlich flach, um eine grössere Materialmenge mitzunehmen, die, nachdem die Bewegung des Stempels zur Ruhe gekommen ist, weggeblasen bzw. weggepresst wird.
Je höher der Blas- oder Formdruck ist, der angewandt wird, um so schärfer werden die Ecken und Formen des Gegenstandes und je höher die Temperatur ist, um so besser die Ausbildung der Form.
Dieser Stempel bleibt beim Arbeiten auf einer verhältnismässig hohen Temperatur, z. B. 1380 C oder darüber und kühlt dadurch die Folie nicht übermässig stark aus. Verhältnismässig weniger als in der Schmelzphase, wo die Temperatur der Folie wesentlich höher ist. Die Form arbeitet bei einer sehr viel geringeren Temperatur. Um möglichst kurze Formzeiten zu erreichen, kann die Form durch Zirkulation von Kühlwasser gekühlt werden, das z. B. eine Temperatur von 100 C besitzt. Je kälter und dicker die Folie und je grösser der angewandte Stempeldruck ist, um so runder und stärker verjüngt ist das Ende des Stempels, um ein möglichst gutes Abfliessen des Materials zu erreichen. Verglichen damit ist der Stempel für die Formgebung in der Schmelzphase nahezu flach und besitzt nur leicht abgerundete Ecken.
Das Folienmaterial ist vorzugsweise Polypropylen oder Polyäthylen oder ein Copolymer dieser Substanzen. Vorzugsweise liegt der Schmelzindex zwischen 4,5 und 5,2, normalerweise bei ungefähr 5,0. Die in der Beschreibung und den Ansprüchen angegebenen Schmelzindexwerte beziehen sich auf die ASTM-Werte.
Einer der wesentlichen Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass es möglich ist, klare transparente Gegenstände aus Polypropylen herzustellen. Ein Faktor bei der Herstellung klarer Wände ist es, dass sie einen hohen Oberflächenglanz auf beiden Seiten der Folie besitzen. Der mit einem 450 Gardner-Glanzmesser gemessene Glanz sollte vorzugsweise ungefähr 50 oder mehr betragen. Um einen hohen Glanz auf der Oberfläche der Folie zu erzielen, müssen die Formwalzen hochpoliert und muss die Walzentemperatur in einem engen Bereich reguliert sein.
Bei Folien mit einem hohen Schmelzindex, wie 5,0, werden die obere und mittlere Walze einer Vorrichtung mit drei Walzen zur Herstellung der Folie auf einer Temperatur von ungefähr 270 C gehalten und die untere Walze auf ungefähr 660 C. Einige mässig klare Artikel wurden mit einer Folie mit einem Schmelzindex von ungefähr 0,7 hergestellt, die Transparenz wird jedoch mit zunehmendem Schmelzindex besser. Die Klarheit wird auch besser mit geringeren Temperaturen bei der Folienherstellung. Ein höherer Formdruck erlaubt die Formung von Gegenständen bei niedrigeren Temperaturen, und dadurch können die sonstigen Anforderungen zur Erzeugung eines guten Oberflächenglanzes zur Herstellung klarer transparenter Gegenstände herabgesetzt werden.
Anwendbare Drücke hängen ab von den zur Verfügung stehenden Vorrichtungen und der Anzahl der Gegenstände, die in einem Zyklus hergestellt werden sollen. Bei einigen Vorrichtungen kann der zur Becherbildung notwendige Druck auf 5,5 atm begrenzt sein, wenn eine Anzahl grosser becherförmiger Gegenstände in einem Arbeitsgang hergestellt werden soll. Durch eine Änderung der Ausbildung der Vorrichtung kann diese Begrenzung jedoch überwunden werden.
Die Klarheit nimmt zu, wie die Streckung eines Bereiches zunimmt. Um einen klaren Gegenstand zu erreichen, muss die Streckung mindestens 3:1 und für eine gute Klarheit 6 oder 8:1 betragen.
Ein Polypropylen, das ein gutes Gleichgewicht zwischen der Verarbeitbarkeit beim Strangpressen und der Klarheit bei allen Dicken ergibt, ist ein kernkondensiertes Homopolymer mit einem Schmelzindex von 5. Ein kernkondensiertes Polymer erlaubt auch einen höheren Ausstoss der Strangpressvorrichtung, vorausgesetzt, dass die notwendige Kapazität der Strangpressvorrichtung zur Verfügung steht, da an Kernen kondensierte Materialien bei höheren Temperaturen fest werden.
Ein weiterer Faktor für eine hohe Klarheit in geformten Teilen ist das Vorhandensein einer Folie, die aus einer Schmelze aus einer Strangpressvorrichtung aus einem Material mit hohem Schmelzpunkt hergestellt worden ist, das im wesentlichen keine kristalline Struktur mehr besitzt. Das ist der Fall, da eine unsichtbare verbleibende Kristallinität in der Schmelze Kristallisationskerne bildet, die zu einer groben Kristallisation führen. Um eine restliche Kristallinität in der Schmelze, die durch die Strangpressvorrichtung und die Walzen gebildet wird, zu vermeiden, haben sich für die Strangpressvorrichtung ungefähr die folgenden Temperaturen als geeignet erwiesen: In der Einspeiszone 1770 C, in der Druckzone 2320 C, in der Messzone 2040 C und in der im Bereich des Spritzkopfs 2040 C.
Eine höhere Temperatur in der Druckzone führt dazu, dass das Schmelzen des Polymers früher beendet ist und sichert dadurch die Bildung einer homogenen Schmelze, die im wesentlichen frei ist von kristal- linem Polymer.
Klarere Gegenstände werden gebildet, wenn der Schmelzindex des Polymers zunimmt. Oberhalb von 5,0 ist die Klarheit ausgezeichnet. Unterhalb werden die Gegenstände zunehmend durchscheinend.
Die Klarheit wird auch bei niedrigeren Formtemperaturen für alle Materialien besser, aber die untere Grenze für anwendbare Formtemperaturen hängt ab von dem zur Verfügung stehenden Formdruck und der Schärfe der Form, die gewünscht oder erforderlich ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren stellt somit ein einfaches und bequemes Verfahren zur Herstellung klarer transparenter Gegenstände aus Polypropylen dar durch Formung der Folie in der festen Phase.
PATENTANSRUCH
Verfahren zur Herstellung dünnwandiger becherförmiger Gegenstände aus Polyolefinfolien, dadurch gekennzeichnet, dass man eine dünne Folie aus einem Polyolefinmaterial in festem Zustand bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes mit einem Schmelzindex über 0,7 zwischen einen Formstempel und eine Form mit einem offenen Ende einführt, den Stempel in die Öffnung der Form einbringt und in die entstehende Ausbuchtung der Folie ein Druckmedium einpresst, um den becherförmigen Gegenstand zu formen.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie in der Nähe der Öffnung der Form während der Bewegung des Stempels frei beweglich ist und sich um die Öffnung über der Folie vor der Einleitung des Druckmediums in den ausgewölbten Teil der Folie eine Flüssigkeitsdichtung befindet.
2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Mehrzahl becherförmiger Gegenstände aus einer Folienbahn herstellt, wobei die Folie nur an den Seiten festgehalten wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch oder Unteranspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Polypropylen Folie mit einem Schmelzpunkt von 167-169" C verwendet und bei einer Temperatur von 160-166" C unter einem Druck von 5,5 Atmosphären formt.
4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Folien-Material mit einem Schmelzindex von 4,5-5,2 verwendet.
5. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Polypropylen-Folie mit einem Schmelzindex von mehr als 1,0 verwendet, die aus einer im wesentlichen kristallfreien Schmelzmasse ausgewalzt worden ist und einen Oberflächenglanz von mehr als 450 besitzt.
6. Verfahren nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Folienmaterial mit einem Schmelzindex von mindestens 5,0 und einem Oberflächenglanz von mindestens 500 verwendet.
7. Verfahren nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Folie in einem Verhältnis von mindestens 3:1 streckt.
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Polyolefins such as polypropylene, polyethylene, copolymers of such substances and the like. Ä. Crystalline plastic materials have favorable properties, such as a high tensile strength in the heat, a high resistance to harmful environmental influences, a low odor and taste and a pleasant appearance and a pleasant handle, making them suitable for packaging a large number of substances, especially oil-containing substances Foods that are well suited.
However, polyolefins have certain properties, such as a low melt viscosity, which make it very difficult to form a molten film, e.g. B. to shape by vacuum forming or pressing, as the film flows too much. In order to achieve a favorable degree of melt strength for these materials, it is necessary to use extremely high molecular weight substances. However, such substances are difficult to produce in the form of a film with a good surface. In addition, the thermal properties of polyolefins, such as low thermal conductivity and high heat capacity, lead to unusually long molding times compared to those for polystyrene and acrylonitrile butadiene-styrene copolymers, the standard substances for hot molding. Therefore, polyolefins have not been used very often for hot forming.
If an attempt is made to heat polyolefins and to shape them in the melting phase on conventional devices for hot forming, the film sags unusually strong, even in relatively small areas, and soils the device, and creases form during both heating and molding, which in are retained in the object, and therefore it is necessary to keep the molded body in the shape for a long time in order to make it retain the shape, which of course is extremely disadvantageous.
It is the object of the present invention to develop a method for shaping polyolefin films, whereby thin-walled, cup-shaped objects are to be created without the problems occurring in conventional hot-shaping methods occurring.
The invention therefore relates to a method for producing thin-walled, cup-shaped objects from polyolefin films, which is characterized in that a thin polyolefin film in the solid state at a temperature below the melting point with a melt index above 0.7 between a molding die and a mold with an open one Introduces the end, introduces the punch into the opening of the mold, and presses a pressure medium into the resulting bulge in the film in order to form the cup-shaped object.
The plastic film is in the solid phase, i.e. H. molded at a temperature below the melting temperature and above the glass transition temperature. The film is first bulged out with the help of a die or a mandrel, and the final shape of the object is achieved by a pressure medium which expediently acts against an evacuated space or a space that does not offer any significant resistance to the medium. Since the film material is in a solid state, any sagging or running away of the film is much less than if the film material were in the molten state, and this prevents wrinkling and results in objects with thinner and more uniform walls.
The wrinkling that occurs in processes in which the film is used in the molten phase, even at the openings of the mold due to sagging, is avoided by the present process. The article can be made from a film without being held in the vicinity of the opening of the mold or, alternatively, from a film which is secured around the cavity of the mold.
The method is particularly suitable for thin films with a thickness of less than about 3.2 mm, preferably 0.5-1.5 mm, which can easily be produced by extrusion and rolling. A material that is suitable for injection molding can be used with a lower molecular weight and a higher melt index. A high molecular weight is one over 600,000. The molding times are in the same order of magnitude as those for high-impact polystyrene and are considerably shorter, almost half as long, as when molding polypropylene in the melt phase.
The invention is explained by way of example with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 is a schematic vertical section of an apparatus for heating and shaping plastic films in individual stages into a group of cup-shaped objects;
Figure 2 is a top plan view of a group of articles made in one operation with the press;
Fig. 3 is an enlarged section showing the film between the punch and the mold;
Fig. 4 corresponds to Fig. 3 and shows the device after the punch has completely penetrated the mold;
Fig. 5 corresponds to Figs. 3 and 4 and shows the state after the printing medium has formed the object into its final shape and
Fig. 6 is a still further enlargement and shows a finished article partly in section.
The device shown comprises a heating unit 10, in which the film material W with up to z. B. a width of 56 cm from a coil 11 and a pressing device 12. The heating unit comprises heating devices for three stages 13, 14 and 15 with upper and lower radiant heating elements 16, each having approximately the same length as that of the printing unit. Devices (not shown) are provided in order to move the film forwards through the various heating stages and the press by such a piece as it corresponds to the length of the press. These devices have e.g. B. in the form of continuous, tipped chains on the sides which grasp the ends of the film and guide them a certain distance through the heating and pressing unit.
The shaped sections of the film can be cut to the length of the press as they are made in the press and taken to a device in which the individual items are separated, or the press can be constructed to produce the shaped film is fed directly to a device that cuts out the individual objects. The scrap pieces of film can be remelted and rolled out or discarded, depending on economic convenience.
FIG. 6 shows a cup-shaped object 20 with the side wall 21, the bottom 22 and the edge 23.
The elements of the press unit 12 are shown in their effect in FIGS. 3, 4 and 5. The pressing unit comprises a mold 25 with a line 26 for vacuum or a pressure medium, a male mold or a stamp 27 and a liquid line 28 for the pressure medium, which gives the object its final shape.
3 shows the film W in its original position between the shaping elements. The shape can be lowered to the level of the film and the film pressed against it. The punch is then pushed up to the position shown in FIG. 4 while the air is removed from the mold through conduit 26.
Sealing rings 29 around the space for each individual item or a sealing ring 30 around the entire group of items, or both with air ducts 28 within the enclosed space, are provided to allow the printing medium to form the item. The seal locations are indicated in broken lines in Figure 2 to show their location on the molded sheet.
Then, as shown in Fig. 5, the print medium, for. Compressed air, 5.5 atmospheres or greater, is introduced through conduits 28 around each punch to compress the film into the mold.
After a dwell time to solidify the shape of the article, the punch and the mold are separated.
The film can be ejected as far as necessary with the aid of a pressure medium introduced through the lines 26 or other devices for ejecting the film, and the shaped film is removed from the press after it has been removed from the press parts.
The formed piece of film can be cut the length of the press and removed by hand or in any other suitable manner. Later, the individual cup-shaped objects are separated from the film in any suitable manner.
The film entering the press is heated to a temperature that is sufficiently far below the melting point so that the film holds together and sagging or sticking is avoided when it is moved between the supporting side chains gripping the film. As will be explained later, it is sometimes beneficial to mold at lower temperatures when sufficient pressure can be applied. For polypropylene with a melting point of about 1680 C, the film is fed into the press at a temperature of about 160-166 C. When the same material is conventionally hot formed, it is heated to around 1770 C.
The post-molding residence time, which is necessary for the film to retain its shape, is largely reduced by the use of solid polypropylene compared to molding in the melt for the same material. For example, the dwell time during shaping in the melt for a 1 mm thick film can be 6 seconds, while the dwell time is reduced by half when shaping the solid material according to the invention. The same ratio also occurs with other film thicknesses.
With the usual hot-forming of polypropylene, only products with a low melt index, such as 0.5 or 0.6, can be used. Substances with a higher melt index have a lower melt viscosity and therefore have a very strong tendency to sag or tear, even if the area above the mold opening is small, and thus lead to difficult processing problems.
They are therefore generally regarded as unsuitable for conventional hot forming processes. The method according to the invention, in which molding is carried out in the solid phase, polymers with a higher melt index, such as 5.0, can easily be used without sagging.
When shaping in the solid phase, the punch is slightly more rounded at the end and slightly shorter than the punch used for shaping in the melting phase. The shaping punches during melt-forming are quite flat at the end in order to take with them a larger amount of material, which is blown away or pressed away after the movement of the punch has come to rest.
The higher the blowing or molding pressure that is applied, the sharper the corners and shapes of the object and the higher the temperature, the better the formation of the shape.
This stamp remains when working at a relatively high temperature, e.g. B. 1380 C or above and thus does not cool the film excessively. Relatively less than in the melting phase, where the temperature of the film is significantly higher. The mold operates at a much lower temperature. In order to achieve the shortest possible molding times, the mold can be cooled by the circulation of cooling water, the z. B. has a temperature of 100 C. The colder and thicker the film and the greater the stamp pressure applied, the rounder and more tapered the end of the stamp is in order to achieve the best possible drainage of the material. Compared to this, the punch for shaping in the melting phase is almost flat and has only slightly rounded corners.
The film material is preferably polypropylene or polyethylene or a copolymer of these substances. Preferably the melt index is between 4.5 and 5.2, usually about 5.0. The melt index values given in the description and the claims relate to the ASTM values.
One of the essential advantages of the method according to the invention is that it is possible to produce clear, transparent objects from polypropylene. One factor in making clear walls is that they have a high surface gloss on both sides of the film. The gloss measured with a 450 Gardner gloss meter should preferably be about 50 or more. In order to achieve a high gloss on the surface of the film, the forming rollers must be highly polished and the roller temperature must be regulated within a narrow range.
For films with a high melt index, such as 5.0, the top and middle rolls of a three-roll apparatus for making the film are kept at a temperature of about 270 ° C and the bottom roll at about 660 ° C. Some moderately clear articles have become with a film with a melt index of about 0.7, but the transparency becomes better as the melt index increases. The clarity also improves with lower temperatures in film production. A higher molding pressure allows the molding of objects at lower temperatures, and thereby the other requirements for producing a good surface gloss for the production of clear, transparent objects can be reduced.
Applicable pressures depend on the equipment available and the number of items to be manufactured in a cycle. In some devices, the pressure required for cup formation can be limited to 5.5 atm when a number of large cup-shaped objects are to be produced in one operation. However, this limitation can be overcome by changing the design of the device.
Clarity increases as the stretch of an area increases. The aspect ratio must be at least 3: 1 to achieve a clear object and 6 or 8: 1 for good clarity.
A polypropylene that provides a good balance between extrusion processability and clarity at all thicknesses is a core-condensed homopolymer with a melt index of 5. A core-condensed polymer also allows higher output from the extruder, provided that the extruder has the necessary capacity Is available because materials condensed on cores solidify at higher temperatures.
Another factor for high clarity in molded parts is the presence of a film made from a melt from an extruder of a high melting point material that is essentially devoid of crystalline structure. This is the case because an invisible remaining crystallinity in the melt forms nuclei which lead to a coarse crystallization. In order to avoid residual crystallinity in the melt, which is formed by the extrusion device and the rollers, the following temperatures have proven to be suitable for the extrusion device: In the feed zone 1770 C, in the pressure zone 2320 C, in the measuring zone 2040 C and in the area of the spray head 2040 C.
A higher temperature in the pressure zone means that the melting of the polymer is ended earlier and thereby ensures the formation of a homogeneous melt that is essentially free of crystalline polymer.
Clearer articles are formed as the melt index of the polymer increases. The clarity is excellent above 5.0. Below the objects become increasingly translucent.
Clarity also gets better at lower mold temperatures for all materials, but the lower limit for mold temperatures that can be used depends on the mold pressure available and the sharpness of the mold that is desired or required.
The method according to the invention thus represents a simple and convenient method for producing clear, transparent objects from polypropylene by shaping the film in the solid phase.
PATENT CLAIM
Process for the production of thin-walled, cup-shaped objects from polyolefin films, characterized in that a thin film of a polyolefin material in the solid state at a temperature below the melting point with a melt index above 0.7 is introduced between a forming die and a form with an open end, the die introduces into the opening of the mold and presses a pressure medium into the resulting bulge of the film in order to form the cup-shaped object.
SUBCLAIMS
1. The method according to claim, characterized in that the film in the vicinity of the opening of the mold is freely movable during the movement of the punch and there is a liquid seal around the opening above the film before the introduction of the pressure medium into the bulged part of the film.
2. The method according to dependent claim 1, characterized in that a plurality of cup-shaped objects are produced from a sheet of film, the film being held only on the sides.
3. The method according to claim or dependent claim 1 or 2, characterized in that a polypropylene film with a melting point of 167-169 "C is used and molded at a temperature of 160-166" C under a pressure of 5.5 atmospheres.
4. The method according to claim, characterized in that a film material with a melt index of 4.5-5.2 is used.
5. The method according to claim, characterized in that one uses a polypropylene film with a melt index of more than 1.0, which has been rolled out of an essentially crystal-free melt and has a surface gloss of more than 450.
6. The method according to dependent claim 5, characterized in that a film material with a melt index of at least 5.0 and a surface gloss of at least 500 is used.
7. The method according to dependent claim 5, characterized in that the film is stretched in a ratio of at least 3: 1.
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