CH647714A5

CH647714A5 - Verfahren zur herstellung eines behaelters aus thermoplastischem kunststoff.

Info

Publication number: CH647714A5
Application number: CH2338/79A
Authority: CH
Inventors: Kjell Mosvoll Jakobsen
Original assignee: Plm Ab
Priority date: 1978-03-13
Filing date: 1979-03-12
Publication date: 1985-02-15
Also published as: GB2015914A; NO790693L; DK154616C; IT7967519A0; AU4505679A; NO148407C; CA1115650A; AU530189B2; JPS54127774A; FR2419867A1; IT1118422B; ES478952A1; FR2419867B1; NO148407B; BE874775A; ATA187379A; SE417592B; NL190108B; DK101679A; SE7802815L

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Behälters aus thermoplastischem Kunststoff gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Verfahren dieser Art ist aus der US PS 4 024 975 bekannt. Danach entsteht ein Behälter mit Rippen an der Innenseite und mit glatter, für eine Etikettierung geeigneter Aussenfläche dadurch, dass zwei Blasvorgänge vorgesehen sind, wobei im ersten Blasvorgang durch Einformen in eine mit Rillen versehene Form an einem Vorformling aussen Rippen entstehen, die in einem zweiten Blasvorgang mit einer innen glatten Form zu Rippen an der Innenseite des Behälters werden. Dieses Verfahren ist aufwendig und erfordert zwei statt einer einzigen Blasfonn und somit auch zwei Anwärmvorgänge. Ausserdem kann bei diesem Verfahren nicht unterstellt werden, dass das Material an den Rippen eine andere dichtere Struktur aufweist als die übrigen Teile der geblasenen Wand des Behälters. Die Rippen bilden daher nur eine Mäterialverstärkung im Volumen bei gleichen Festigkeitseigenschaften.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile bisher bekannter Verfahren zu vermeiden. Dabei soll erreicht werden, dass die Festigkeitseigenschaften des fertigen Behälters verbessert werden und dass ausser konzentrischen Verstärkungsringen, die zu einem unerwünschten Balgeffekt neigen auch Bänder in einem Rautenmuster, axial gerichtete Bänder und zur Behälterachse parallele Rippen als innere Verstärkungen ausgebildet werden können. Besonders bei Behältern zur Aufbewahrung von Flüssigkeiten unter Druck, z.B. kohlensäurehaltigen Getränken, ist eine Volumenänderung zwischen druckbeaufschlagtem Zustand und dem nicht druckbeaufschlagten Zustand unerwünscht.

Die dargelegte Aufgabe wird beim erfindungsgemässen Verfahren durch die in der Kennzeichnung des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst. Der besondere Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es die Möglichkeit gibt, nicht nur auf ein gesondertes Formen der Rippen in einem eigenen Arbeitsgang zu verzichten, sondern dass die beschriebene Ausnützung einer Strukturänderung des Materials eine Vielfalt verschiedener Verstärkungsformen, wie Netze, Rauten und achsparallele Rippen auf einfachste Art zu fertigen erlaubt. Dem Stand der Technik ist zwar, beispielsweise aus den GB PSen 1 214 387 und 1 236 432 das

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Prinzip einer Strukturveränderung bei einem thermoplastischen Material als bekannt zu entnehmen. Diese Druckschriften legen aber nicht nahe, mit einer derartigen Strukturänderungen die Bildung von Verstärkungen während des Blasvorganges an einem Behälter zu erreichen. Die Strukturumwandlung äussert sich in einer Erhöhung der Massendichte und des Kristallisationsgrades des Materials.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist wahlweise vorgesehen, dass die örtliche Behandlung zur Strukturveränderung am Material des Vorformlings entweder ein mechanischer Druck, beispielsweise durch Prägen oder eine Wärmebehandlung ist. Die Wärmebehandlung kann in einer örtlichen Bestrahlung mit infrarotem Licht mit einer unter 320 nm liegenden Wellenlänge bestehen. Vorzugsweise soll das Licht Wellenlängen von 310 nm oder 280-285 nm haben.

Die Wärmebehandlung kann aber auch durch Wärmeleitung erzielt werden, wobei ein warmer Körper mit örtlich herausragenden Partien am Vorformling zur Anlage gebracht wird.

Bei der Behandlung mit Druck wird dagegen die Wandstärke des Vorformlings örtlich um 10-60%, vorzugsweise um 25-35% reduziert. Dabei kann eine Scheibe unter Druck gegen den Vorformling gerollt werden.

Bei der erfindungsgemässen Behandlung wird der Vorformling vorzugsweise gleichlaufend mit einer Vorrichtung rundlaufend angeordnet. Die örtlich begrenzte Behandlung zur Strukturveränderung kann dabei an den Innenwänden und/oder an den Aussenflächen des Rohlings erfolgen.

Sehr wesentlich für das beschriebene Verfahren ist die richtige Materialauswahl aus thermoplastischen Kunststoffen hoher Schmelztemperatur. Es ist vorgesehen, dass der Rohling aus Polyester oder Polyamid, z.B. Polyäthylen-Te-rephthalat, Polyhexamethylen-Adipamid, Polycaprolactam, Polyhexamethylen-Sebacamid, Polyäthylen-2.6- und -1.5--Naphthalat, Polytetramethylen-1.2-Dioxybensoat und Co-polymere aus Äthylen-Terephthalat, Äthylen-Isophthalat, oder anderen gleichartigen Polymerkunststoffen geformt ist und unterhalb der Schmelztemperatur bei einer die Glasumwandlungstemperatur übersteigenden Temperatur dem Blasvorgang zugeführt wird.

Zwischen Kristallisationsgrad und Dichte ist folgender Zusammenhang verbindlich:

a p p amorph

100 p krist — p amorph p krist — p amorph wobei a = der Kristallisationsgrad in Prozent p = die Dichte bei der aktuellen Kristallisation p krist = » — 100% Kristallisation p amorph = » — amorpher Zustand.

Der Zusammenhang ist demnach rein linear.

Beim Orientieren des Werkstoffes z.B. durch biaxiales Strecken beim Blasvorgang erhält man ebenfalls eine Erhöhung der Dichte, wobei die Steigerung der Dichte durch das Streckverhältnis gegeben ist. Das orientierte Material weist eine höhere Festigkeit als das nicht orientierte auf.

Bei der Herstellung von Behältern aus vorstehend genanntem Werkstoff nach dem Erfindungsgedanken werden die Abmessungen beim Vorformling bzw. am Behälter vorzugsweise so gewählt, dass der Hauptteil des Materials im Vorformling bei dem nachfolgenden Blasen biaxial mehr als l,5mal gestreckt wird, vorzugsweise ca. 3mal. Die vorstehend beschriebene Behandlung des Vorformlings hat mit sich geführt, dass das Material in diesem verbesserte Festigkeit innerhalb gewisser Partien hat, die z.B. Ringe, Bänder in einem Rautenmuster, axial gerichtete Bänder- oder linienartige Bereiche usw. bilden.

Der Vorformling nach dem vorangehenden Absatz wird auf eine die Glasumwandlungstemperatur etwas übersteigende Temperatur erwärmt und danach z.B. so in eine Form geblasen, dass der Rohling soweit expandiert, bis er die Wandung der Form berührt. Die unbehandelten Teile in der Wandung des Rohlings werden dabei leichter als die behandelten gestreckt, weshalb am geformten Behälter dünnere und dickere Wandungspartien auftreten. Die dickeren Wandungspartien bilden Verstärkungen und steigern die Festigkeit und Formstabilität des geblasenen Behälters.

Bei der mechanischen Beeinflussung des Vorformlings entspricht eine verhältnismässig flache Rille an diesem den dickeren Wandungspartien am Behälter. Die Seite, die dabei einer mechanischen Beeinflussung am Vorformling ausgesetzt wird, erhöht sich im Prinzip über die umgebende Fläche, während die gegenüberliegende Seite am fertiggeformten Behälter in der Halptsache vollkommen eben ist. Für den Fall, dass die Rillung (die Nut) in den Aussenflächen des Vorformlings liegt, verhindert jedoch die Form, gegen die der Vorformling geblasen wird, dass der geblasene Behälter Wandungspartien erhält, deren Aussenflächen sich wesentlich über die darum herumliegenden Bereiche erhöhen. Die dickeren Wandungspartien führen stattdessen Ausbuchtungen der Innenflächen des geblasenen Behälters mit sich.

Bei einer verhältnismässig tiefen Rille im Vorformling wird auch am Behälter eine solche verbleiben. An der Seite, an der sich im Vorformling eine Vertiefung befand, wird auch am Behälter eine Vertiefung vorhanden sein, wohingegen die entgegengesetzte Seite der Wandung sich prinzipiell über die umgebenden Materialbereiche erhebt. Die im vorhergehenden Absatzt erwähnte Beeinflussung durch die Form, gegen welche der Behälter geblasen wird, ist natürlich auch in diesem Ausführungsbeispiel vorhanden. Die Dicke innerhalb der behandelten Bereiche ist für den fertiggeformten Behälter normalerweise grösser als in den angrenzenden Bereichen.

Ein nach vorstehend aufgezeigtem Verfahren hergestellter Behälter wird demzufolge Wandungspartien mit besseren Festigkeitseigenschaften enthalten als die angrenzenden Wandungspartien haben. Diese Wandungspartien sind im Normfall dicker als die umgebenden Partien. Sie stellen eine Form der Bewehrung des Behälters dar und verleihen dem Behälter eine bessere Widerstandskraft gegenüber Verformung als es ein Behälter mit homogenem Wandungsmaterial aufweist. Die Verstärkungen haben z.B. die Form ringförmiger Bänder eines Rautennetzes, ganz oder teilweise den Behälter abdeckend. Sie sind alternativ an die Aussenseite oder Innenseite des Behälters gelegt oder durchlaufend und umfassen die gesamte Wandungsdicke des Behälters.

Ausführungsformen der Erfindung werden näher in Anknüpfung an zwölf Abbildungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen mit Versenkungen ausgestatteten Vorformling,

Fig. 2 und 3 vergrössert die Partien mit den Versenkungen,

Fig. 4 einen aus dem Vorformling nach Fig. 1 fertiggeformten Behälter,

Fig. 5 und 6 die den Fig. 2 und 3 entsprechenden Bereiche des fertiggeformten Behälters,

Fig. 7 einen Vorformling mit gewissen, von der Wärmezufuhr beeinflussten Partien der Wandung,

Fig. 8 und 9 vergrössert die durch die Wärmezufuhr beeinflussten Bereiche,

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Fig. 10 einen fertiggeformten Behälter, wo man einen Vorformling nach Abildung 7 verwendet hat, und

Fig. 11 und 12 die den Fig. 8 und 9 entsprechenden Bereiche des fertiggeformten Behälters.

In Fig. 1 ist ein Vorformling 10 dargestellt, in den die Versenkungen 11, 12 eingeprägt worden sind. Eine dieser Versenkungen besteht aus einer gewölbten Einsenkung 11 und die andere aus einer flachen Einsenkung 12. Die Versenkungen werden im Detail in den Bildern 2 und 3 veranschaulicht. Die geometrische Form der Versenkungen beein-flusst im Prinzip nicht das Endergebnis. So können die Versenkungen beispielsweise im Querschnitt geradlinige Kantflächen haben, die mehr oder weniger zur Aussenflä-che geneigt sind. Auch die Bodenflächen der Versenkungen können im Querschnitt geradlinig sein. Das Aussehen ist selbstverständlich abhängig von der Form des verwendeten Prägewerkzeuges. Das Wesentliche ist darin zu sehen, dass die Eigenschaften des Werkstoffes in der Wandung des Vorformlings durch mechanische Beeinflussung in einem im voraus bestimmten Umfang verändert werden.

In den Fig. 2 und 3 sind die in der Aussenfläche des Vorformlings angeordnete gewölbte Einschnürung (Versenkung) und die in der Innenfläche des Vorformlings angesetzte flache Einschnürung vergrössert dargestellt. Diese Konzeption ist allerdings beliebig gewählt und die gewölbte Versenkung 11 könnte genausogut in der Innenfläche angeordnet worden sein und in entsprechender Weise die flache Versenkung 12 in der Aussenfläche.

Die Versenkungen hat man dadurch erhalten, dass der Vorformling durch eine mechanische Anordnung, z.B. eine Scheibe, beeinflusst worden ist, so dass der Werkstoff im Vorformling der mechanischen Anordnung nachgegeben hat und im Werkstoff eine Einsenkung gebildet worden ist. Diese mechanische Beeinflussung des Vorfoimlings wird vorzugsweise ausgeführt, wenn der Werkstoff im Vorformling sich unter seiner Glasumwandlungstemperatur befindet.

In Fig. 4 ist ein vom Vorformling 10 fertiggeformter Behälter 20 zu sehen. Zu beachten ist, dass verschiedene Massstäbe für die Abbildungen 1 und 4 gelten, weshalb in Wirklichkeit die Volumenänderang zwischen Vorformling in Bild 1 und fertiggeformtem Behälter in Abbildung 4 grösser ist als aus den Abbildungen hervorgeht.

Der gewölbten Einsenkung 11 am Vorformling 10 entspricht am fertiggeformten Behälter 20 ein bandähnlicher Bereich 13 (siehe Abbildung 5), der sich dadurch auszeichnet, dass das Material an der Aussenseite der Wandung etwas im Verhältnis zum umgebenden Material abgesenkt ist, während das Material an der Innenseite der Wandung im Verhältnis zum umgebenden Material erhöht ist. Die Sickung in der Aussenfläche der Wandung nimmt gerne ein etwas wellenförmiges Aussehen an, etwa in der Form, wie es im Bild 5 dargestellt ist. Beim Umformen vom Vorformling zum fertiggeformten Behälter ist demnach die gewölbte Versenkung 12 im Vorformling so verändert worden, dass im fertiggeformten Behälter nur eine äusserst schwache Unebenheit in der Aussenfläche des Behälters verbleibt, wohingegen die Innenfläche des Behälters eine starke Ausbeulung aufweist. Verglichen mit dem umgebenden Material hat auch die bandähnliche, ringförmige Partie eine grössere Wandungsdicke.

Der flachen Einsenkung 12 am Vorformling 10 entspricht am fertiggeformten Behälter 20 ein bandähnlicher Bereich 14 (siehe Fig. 6), der sich dadurch auszeichnet, dass die Aussenseite der Wandung völlig eben ist und keine Veränderung, z.B. in Form einer Ausbeulung oder einer Vertiefung, aufweist. Demgegenüber weist die Innenseite der Wandung eine Ausbeulung auf, was bedeutet, dass die Wandungsdicke im gebildeten bandähnlichen Bereich grösser als die Wandungsdicke in den umgebenden Bereichen ist.

Beim Umformen des Vorformlings sind demnach von dünneren Wandungspartien an diesem dickere Wandungspartien am fertiggeformten Behälter gebildet worden.

In Fig. 7 ist ein der Wärmebeeinflussung ausgesetzter Vorformling 30 veranschaulicht. Diese Beeinflussung kann durch z.B. direkte Bestrahlung oder dadurch erfolgen, dass ein warmer Dorn, ein warmer Ring oder andere mechanische Anordnung von Organen in Berührung mit den gewünschten Teilen des Vorformlings gebracht werden. In der Fig. 7 sind zwei derartige Bereiche hervorgehoben, und zwar ein Bereich 31 an der Aussenfläche des Rohlings und ein Bereich 32 an dessen Innenfläche.

Die Fig. 8 und 9 zeigen vergrössert die Bereiche 31 und 32. In Wirklichkeit lassen sich natürlich ein behandelter Bereich und ein nichtbehandelter Bereich nicht so exakt voneinander abgrenzen, wie es aus den Abbildungen hervorgeht. In der Praxis erfolgt selbstredend ein kontinuierlicher Übergang zwischen behandeltem und nichtbehandeltem Bereich. Die Tiefe des Bereiches ist natürlich voll und ganz von dem beaufschlagenden Effekt und der aufgewendeten Energie abhängig.

Fig. 10 zeigt einen aus dem Vorformling 30 fertiggeformten Behälter 40. Bandähnliche Bereiche 33, 34 sind in dem Bereich des fertiggeformten Behälters wiederzufinden, der den wärmebehandelten Bereichen 31, 32 am Vorformling entspricht.

In den Fig. 11 und 12 wird im einzelnen dargestellt, wie der bandförmige Bereich aus einem dickeren Teil der fertiggeformten Wandung des Behälters besteht. Dadurch, dass man das Erwärmen des Werkstoffes in den infragekommen-den Bereichen des Vorformlings mehr oder weniger weit vorantreibt, werden die Wandungsdicken der bandförmigen Bereiche am fertiggeformten Behälter festgelegt.

Die Figuren zeigen zwei Ausführungsformen der Erfindung. Diese sind vorzugsweise gewählt worden, um die Beschreibung der Erfindung so einfach wie möglich zu gestalten. Natürlich lässt der Erfindungsgedanke eine Menge Variationen um das hier schriftlich Fixierte zu. Der Erfindungsgedanke ist auch nicht darauf begrenzt, nur ringförmige Verstärkungen anzugeben, sondern er gewährt auch eine vollständige Wahlfreiheit bezogen auf die Placierung, Orientierung um den Umfang der Verstärkungen. Diese Wahlfreiheit gilt auch bezüglich der Vergrösserung der Wandungsdicke und der Grösse der Vertiefungen (Sickun-gen).

Die Erfindung umfasst auch Ausführungsarten des Verfahrens bei denen der Vorformling so vorbehandelt wird,

dass gewisse Teile desselben beim Umformen in fertiggeformte Behälter nicht verändert werden. Dies erzielt man dadurch, dass die Veränderung der Werkstoffeigenschaften am Vorformling so weit vorangetrieben werden, dass die beeinflussten Materialbereiche eine so grosse Erhöhung ihrer Materialeigenschaften erfahren, dass sie nicht dazu neigen, sich beim Umformen des Vorformlings zu strecken. In dieser Weise kann man somit Behälter mit ausgeprägten Laibungen oder anderen, gewünschten verstärkenden oder bezogen auf das Aussehen bedingte Charakteristiken erstellen.

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2 Blätter Zeichnungen

Claims

647714 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines Behälters aus solchem thermoplastischem Kunststoff, der bei schneller Abkühlung von der Schmelztemperatur ein bei Normaltemperatur stabiles amorphes Material bildet, das sich durch biaxiales Recken orientieren lässt und bei Erwärmung über eine bestimmte Temperatur zu kristallisieren beginnt, wobei der Behälter, der aus einem Vorformling aus dem vorwiegend amorphen Kunststoff geformt wird, in einem Blasvorgang unter biaxialer Reckung bei über der Glasumwandlungstemperatur liegender Temperatur fertiggestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling aus dem vorwiegend amorphen Kunststoff vor dem Blasvorgang in den Bereichen späterer Verstärkungsrippen einer örtlich begrenzten Behandlung unterzogen wird, die dort Kristallisation und Erhöhung der Dichte bewirkt und zur Folge hat, dass im Behälter bei dem unter biaxialer Reckung erfolgenden Blasvorgang im Kunststoffmaterial innere Verstärkungsrippen entstehen, in denen der Kunststoff einen höheren Kristallisationsgrad und eine höhere Dichte als in der Umgebung der Verstärkungsrippen hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Blasvorgang in einer. Blasform mit glatter Innenfläche erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die örtlich begrenzte Behandlung des Materials eine Erhöhung des Kristallisationsgrades und der Dichte bewirkt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die örtlich begrenzte Behandlung des Vorformlings (10, 30) durch mechanischen Druck, vorzugsweise durch Prägen erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die örtlich begrenzte Behandlung des Vorformlings (10, 30) durch eine Wärmebehandlung erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung durch Bestrahlung mit infrarotem Licht erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestrahlung Licht mit einer unter 320 nm liegenden Wellenlänge, vorzugsweise Wellenlängen von 310 nm oder 280-285 nm, verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung durch Wärmeleitung von einem warmen Körper her erzielt wird, der mit örtlich herausragenden Partien am Rohling (10, 30) zur Anlage gebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck die Wandstärke des Vorformlings (10, 30) örtlich um 10-60%, vorzugsweise um 25-35% reduziert.

10. Verfahren nach Anspruch 4 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Scheibe unter Druck gegen den Vorformling (10, 30) gerollt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling (10, 30) gleichlaufend mit einer Vorichtung für die örtlich begrenzte Behandlung rundläuft.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die örtliche Behandlung an den Wänden des Vorformlings (10, 30) erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die örtliche Behandlung in einem solchen Umfang durchgeführt wird, dass sich die Dichte im gesamten Bereich zwischen den inwendigen und auswendigen Flächen des Vorformlings vergrössert.

14. Verfahren nach einem der Anspreche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling (10, 30) aus Polyester oder Polyamid, z.B. Polyäthylen-Terephthalat,

Polyhexamethylen-Adipamid, Polycaprolactam, Polyhexa-methylen-Sebacamid, Polyäthylen-2.6- und -1.5-Naphthalat, Copolymeren aus Äthylen-Terephthalat, Äthylen-Isophtha-lat oder einem anderen Polymerkunststoff geformt ist und unterhalb der Schmelztemperatur bei einer die Glasumwandlungstemperatur übersteigenden Temperatur dem Blasvorgang zugeführt wird.

15. Behälter, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsrippen (13, 14, 33, 34) eine höhere Dichte und höheren Kristallisationsgrad als das diese umgebende Material aufweisen.

16. Behälter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsrippen Wandungspartien bilden, deren Wandstärke wenigstens gleich gross wie die der umgebenden Partien ist.

17. Behälter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff im Behälter des Typs Polyester oder Polyamide ist, z.B. Polyäthylen-Terephthalat, Polyhexamethylen-Adipamid, Polycaprolactam, Polyhexamethylen-Se-bacamid, Polyäthylen-2.6- und -1.5-Naphthalat, Copolyme-re aus Äthylen-Terephthalat, Äthylen-Isophthalat oder ein anderer Polymerkunststoff.