CH649251A5

CH649251A5 - Verfahren zur herstellung eines artikels aus thermoplastischem kunststoff sowie nach dem verfahren hergestellter behaelter.

Info

Publication number: CH649251A5
Application number: CH4427/80A
Authority: CH
Inventors: Kjell Mosvoll Jakobsen; Claes Torsten Nilsson
Original assignee: Plm Ab
Priority date: 1979-06-11
Filing date: 1980-06-09
Publication date: 1985-05-15
Also published as: CA1240114A; SE7905047L; GB2052363A; DE3020969A1; JPH0323325B2; ATA301780A; GB2052363B; HK45188A; BE883733A; FR2458375B1; SG15084G; SE424420B; US4381279A; FR2458375A1; AT382553B; NL8003112A; US4758452A; CA1273175C; JPS562116A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Artikels aus thermoplastischem Kunststoff, z.B. eines Behälters oder eines Teils eines Behälters, sowie Behälter nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 14 bzw. 15.

Bei der Herstellung von Produkten aus thermoplastischem Kunststoff geht man meistens von einem in der Hauptsache ebenen Rohling aus. Hierbei wird entweder ein Endprodukt im grossen ganzen in einem Verformungsschritt geformt, oder es wird ein Vorformling für späteres Umfor2

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men zum Endprodukt gebildet. Die Verformung des Rohlings erfolgt gem. gegenwärtig bekannten Methoden entweder nach dem Blasformverfahren oder nach dem Thermo-formverfahren. Beim Blasformverfahren erhält man in der Regel dicke Abschnitte im Boden. Beim Thermoformverfah-ren arbeitet man entweder mit sog. negativem oder sog. positivem Thermoformen. Beim negativen Thermoformen erhält man einen dünnen Boden, während man beim positiven Thermoformen einen dicken Boden erhält.

Beim negativen Thermoformen wird eine warme Folie oder ein warmer Film über Hohlräume gelegt, wonach der Werkstoff des Films bzw. der Folie durch äusseren Druck und inneren Unterdruck in die Hohlräume gedrückt und gesaugt wird. Dies führt mit sich, dass der Werkstoff gestreckt und dünn wird, wenn er in die jeweiligen Hohlräume eingesaugt wird. Wenn es sich bei dem Hohlraum um einen Becher handelt, erhält man einen dünngestreckten Boden und eine zunehmende Wanddicke in Richtung zur Becherkante.

Beim positiven Thermoformen bildet die Becherform einen vorstehenden Körper, und der Werkstoff des Films oder der Folie wird über diesen vorstehenden Körper gedrückt und gesaugt. Dies führt mit sich, dass der Werkstoff am Oberteil des vorstehenden Körpers, d.h. Boden des Bechers, dick und im grossen ganzen ungestreckt verbleibt, während der Werkstoff zum Rand des Bechers hin an Dicke abnimmt.

Um beim negativen Thermoformen eine ausreichende Werkstoffdicke im Bodenteil des Bechers zu erhalten, muss beim Ausgangs werkstoff eine ausreichende Dicke gewählt werden. Um beim positiven Thermoformen eine ausreichende Dicke im Randbereich des Bechers zu erzielen, was für die Stabilität des Bechers erforderlich ist, muss ebenfalls ein Ausgangswerkstoff in ausreichender Dicke gewählt werden. Beim negativen Thermoformen verbleiben die Werkstoffbereiche zwischen den geformten Bechern unbeeinflusst und werden anschliessend, nach Herstellung der eigentlichen Becher, abgetrennt. Beim positiven Thermoformen wird der Werkstoff zwischen den Bechern in Vertiefungen eingezogen und von den geformten Bechern abgetrennt. Beim positiven Thermoformen erhält man somit Becherböden von im grossen ganzen gleicher Dicke wie beim Ausgangswerkstoff. Beide Formverfahren bedingen unnötig hohen Werkstoffverbrauch, was bei der Massenherstellung von Artikeln von wirtschaftlicher Bedeutung ist.

Vorliegende Erfindung schaltet bestimmte mit der bisherigen bekannten Technik verbundene Nachteile aus.

Die Erfindung eignet sich vorzugsweise für die Herstellung von Artikeln aus thermoplastischem Kunststoff vom Typ Polyester oder Polyamid. Beispiele solcher Werkstoffe sind Polyäthylenterephthalat, Polyhexamethylen-Adipamid, Polycaprolactam, Polyhexamethylen-Sebacamid, Polyäthy-len-2,6- und 1,5-Naphthalat, Polytetramethylen-1,2-Dioxy-bensoat und Copolymere von Äthylenterephthalat, Äthy-lenisophthalat und anderen, ähnlichen Polymeren. Die Beschreibung der Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf Polyäthylenterephthalat, im weiteren oft mit PET bezeichnet, aber die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht ausschliesslich auf die Anwendung weder dieses Werkstoffes noch anderer, bereits genannter Werkstoffe, sondern sie eignet sich auch für viele andere thermoplastische Kunststoffe.

Zum besseren Verständnis der Problemstellung und der Erfindung werden nachstehend einige charakteristische Eigenschaften des Polyesters Polyäthylenterephthalat beschrieben. Aus dem Schrifttum, z.B. Properties of Polymers, von DW van Krevelen, Elsevier Scientific Publishing Company, 1976, ist bekannt, dass sich die Eigenschaften des Werkstoffes bei einer Orientierung amorphen Polyäthylenterephtha-lats verändern. Einige dieser Veränderungen sind in den Diagrammen, Abb. 14.3 und 14.4 auf den Seiten 317 und 319 im

Buch «Properties of Polymers» dargestellt. Die in nachstehender Diskussion verwendeten Bezeichnungen entsprechen den Bezeichnungen im genannten Buch.

PET, ebenso wie viele andere thermoplastische Kunststoffe, lässt sich durch Recken des Werkstoffes orientieren. Normalerweise erfolgt dieses Recken bei einer Temperatur oberhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg des Werkstoffes. Durch die Orientierung verbessern sich die Festigkeitseigenschaften des Werkstoffes. Aus dem Schrifttum geht hervor, dass beim thermoplastischen Kunststoff PET eine Erhöhung des Reckverhältnisses-/\~, d. h. Quotient zwischen Länge des gereckten Werkstoffes und Länge des ungereckten Werkstoffes, auch eine Erhöhung der Verbesserung der Werkstoffeigenschaften mit sich führt. Bei einer Erhöhung des Reckverhältnisses .A- von ca. 2- bis etwas über 3mal liegen besonders grosse Veränderungen der Werkstoffeigenschaften vor. Hierbei verbessert sich die Festigkeit in Orientierungsrichtung markant, während gleichzeitig die Dichte p ebenso wie die Kristallinität Xc ansteigt und die Glasumwandlungstemperatur Tg erhöht wird. Aus dem Diagramm auf S. 317 geht hervor, dass der Werkstoff nach dem Recken, wobei w-A-den Wert 3,1 annimmt, einer Kraft pro Flächeneinheit widersteht, die ô = 10 entspricht, und dies bei sehr geringer Dehnung, während die Dehnung beiw'V = 2,8 wesentlich grösser ist. Im weiteren wird manchmal der Begriff «Schritt» verwendet, um einen Orientierungsverlauf zu bezeichnen, der durch ein Recken bzw. eine Dickenverminderung von mindestens ca. 3mal erzielt wird, und bei dem oben angegebene, markante Verbesserungen der Werkstoffeigenschaften eintreten.

Die oben angegebenen Diagramme zeigen Veränderungen, die man bei monoaxialer Orientierung des Werkstoffes erhält. Bei biaxialer Orientierung erhält man ähnliche Effekte in beiden Orientierungsrichtungen. Die Orientierung erfolgt in der Regel durch aufeinanderfolgende Reckungen.

Verbesserte Werkstoffeigenschaften, entsprechend denen, die man bei dem oben definierten «Schritt» erhält, erhält man auch dann, wenn ein amorpher Werkstoff bis zum Fliessen gereckt wird und der Werkstoff vor dem Fliessen eine Temperatur hat, die unter der Glasumwandlungstemperatur Tg liegt. Bei einem Zugstab ergibt sich in der Fliesszone eine Durchmesserverminderung um das ca. 3fache. Beim Ziehen wird die Fliesszone kontinuierlich in den amorphen Werkstoff hineinversetzt, während gleichzeitig der Werkstoff, der bereits den Fliesszustand durchgemacht hat, die Zugkräfte des Prüfstabs ohne hinzukommende, verbleibende Reckung aufnimmt.

Gemäss der Erfindung wird ein Element hergestellt, das aus einem Randteil und einem Becherteil besteht, wobei man von einem in der Hauptsache ebenen Rohling aus amorphem Werkstoff oder mit einer Kristallinität von weniger als 10% ausgeht. Durch einen Ziehvorgang wird der Werkstoff in ringförmigen Abschnitten beim Rohling in den Fliesszustand versetzt. Hierbei wird der Becherteil gebildet. Bei bestimmten Anwendungen stehen die radiale und die axiale Ausbreitung des Bechers in solchem Verhältnis zueinander, dass eine Herstellung des Bechers in einem einzigen Ziehvorgang nicht möglich ist. Gemäss der Erfindung erhält man die gewünschten Verhältnisse durch eine Anzahl Neuziehungen des Bechers, wobei der Durchmesser des Bechers bei jedem Neuziehen vermindert wird, während die Werkstoffdicke im grossen ganzen beibehalten bleibt.

Durch ein Blasverfahren wird der Becherteil des Elements oder der gezogene Becher in den Artikel umgeformt.

Gemäss der Erfindung erhält man ein Element, das aus einem Randteil und einem Becherteil besteht, wobei der Werkstoff vorzugsweise im gesamten Boden des Becherteils (Bechers) im grossen ganzen gleichmässig dick und orientiert

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ist. In einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung besteht ausserdem der Werkstoff im Bodenteil des Bechers völlig oder teilweise aus Werkstoff von gleicher Dicke wie der Werkstoff der Wand. Übrige Werkstoffabschnitte besitzen Dicke und Werkstoffeigenschaften des Werkstoffes. Bei bestimmten Anwendungsfällen ist der Boden im grossen ganzen völlig eben, während bei anderen Anwendungsfällen der Boden aus Teilen besteht, die im Verhältnis zur Becherachse axial versetzt sind. Hierbei werden bei bestimmten Ausführungen ringförmige Randabschnitte im Anschluss an den unteren Rand der Wand gebildet, während bei anderen Ausführungsformen mittige Bodenabschnitte weiter vom oberen Öffnungsrand des Elements versetzt sind.

Das Element besteht aus einem Randteil, der einen im Verhältnis zum Randteil versenkten Körper umgibt. Der Werkstoff im Randteil ist hauptsächlich amorph oder hat eine Kristallinität von weniger als 10%. Der Körper hat einen Wandteil und einen Bodenteil. Der Wandteil besteht aus Werkstoff, der bei einer Temperatur unterhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg bis zum Fliessen gezogen worden ist, und bei dem die Kristallinität zwischen 10 und 25% beträgt. In der Grundausführung des Elements besteht der Boden aus hauptsächlich amorphem Werkstoff oder aus Werkstoff mit einer Kristallinität unter 10%. In Ausführungsformen der Erfindung besteht der Boden wahlweise aus Werkstoff, der bei einer Temperatur unter der Glasumwandlungstemperatur Tg und bei einer Kristallinität zwischen 10 und 25% bis zum Fliessen gezogen worden ist, d.h. aus Werkstoff mit Eigenschaften, die in der Hauptsache mit den Werkstoffeigenschaften des Wandteils des Elements übereinstimmen, oder aus Werkstoffabschnitten, die bis zum Fliessen gezogen worden sind, abwechselnd mit Werkstoffabschnitten mit in der Hauptsache amorphem Werkstoff oder Werkstoff mit einer Kristallinität von weniger als 10%. In bestimmten Ausführungsformen sind die bereits genannten Werkstoffgebiete im Boden in axialer Richtung im Verhältnis zum unteren Rand des Wandteils versetzt.

Bei der Herstellung eines Elements wird ein in der Hauptsache flacher Rohling aus thermoplastischem Kunststoff und mit einer Kristallinität von weniger als 10% und mit einer Temperatur unterhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg zwischen Gegenhaltern eingespannt, so dass sich ein Gebiet bildet, das völlig von den eingespannten Werkstoffabschnitten umschlossen wird. Gegen dieses Gebiet wird eine Pressvorrichtung angesetzt, deren Anliegefläche kleiner ist als die Fläche des Gebietes. Hierbei entsteht zwischen den eingespannten Werkstoffabschnitten des Rohlings und dem Teil des Gebietes, der gegen die Pressvorrichtung anliegt, ein geschlossenes, streifenförmiges Werkstoffgebiet. Eine Antriebsvorrichtung verschiebt danach die Pressvorrichtung im Verhältnis zum Gegenhalter bei weiterem Anliegen der Pressvorrichtung gegen das Gebiet. Hierbei wird der Werkstoff in dem streifenähnlichen Gebiet so gestreckt, dass ein Fliessen des Werkstoffes auftritt, wobei der Werkstoff orientiert wird, während gleichzeitig die Dicke des Werkstoffes bei PET um das ca. 3fache vermindert wird. Beim Streckvorgang wird der Wandteil des Elements geformt.

Bedingt dadurch, dass der Umkreis der Anliegefläche der Pressvorrichtung kleiner ist als der innere Umkreis der Einspannvorrichtungen, wird der Werkstoff im Anschluss an den Rand der Pressvorrichtung der grössten Beanspruchung ausgesetzt, weshalb das Fliessen des Werkstoffes normalerweise hier beginnt. Die sich hieraus ergebende Wirkung wird dadurch noch verstärkt, dass der Übergang zwischen Anliegefläche der Pressvorrichtung und Seitenwänden der Pressvorrichtung verhältnismässig scharfkantig ausgeführt wird. Wenn das Fliessen eingetreten ist, wird das Gebiet für das Fliessen des Werkstoffes nach und nach in Richtung zu den

Einspannvorrichtungen verschoben. Bei bestimmten Anwendungsbeispielen wird der Pressvorgang unterbrochen, wenn die Fliesszone bei den Pressvorrichtungen angelangt ist. Bei anderen Anwendungsbeispielen setzt der Pressvorgang fort, wobei ein erneutes Fliessen des Werkstoffes im Anschluss an die Kanten der Pressvorrichtung stattfindet und von diesen Gebieten zur Mitte des Werkstoffes hin versetzt wird. Wenn der gesamte Werkstoff, der gegen die Anliegefläche der Pressvorrichtung anliegt, ein Fliessen durchgemacht hat,

wird bei bestimmten Anwendungsbeispielen der zwischen den Einspannvorrichtungen liegende Werkstoff, der sich am nächsten am inneren Umkreis der Einspannvorrichtungen befindet, für einen weiteren Ziehvorgang ausgenutzt. Um dies zu ermöglichen, ist normalerweise eine etwas erhöhte Temperatur bei diesem Werkstoff erforderlich. Die Ausgangstemperatur untersteigt jedoch noch immer die Glasumwandlungstemperatur Tg.

Bei gewissen Anwendungsbeispielen ist eine beschleunigte Kühlung des gezogenen Werkstoffes erforderlich. Hierbei ist vorzugsweise die Pressvorrichtung mit einer Kühlvorrichtung versehen, die so angeordnet ist, dass die Gebiete des Werkstoffes, die während des Ziehens des Werkstoffes fliessen, gegen die Kühlvorrichtung anliegen.

Bei gewissen Anwendungen lässt man das Fliessen des Werkstoffes im Anschluss an die Einspannvorrichtungen beginnen. Dies wird dadurch erzielt, dass die Einspannvorrichtungen mit Erwärmungsvorrichtungen versehen werden, die die Temperatur der Werkstoffabschnitte erhöhen, wo das Fliessen beginnen soll. Die Temperatur beim Werkstoff untersteigt jedoch noch immer die Glasumwandlungstemperatur Tg des Werkstoffes. Wenn das Fliessen eingetreten ist, verläuft dieses weiter in Richtung zur Anliegefläche der Pressvorrichtung und, in vorkommenden Fällen, am Übergang zwischen den Seitenwänden und der Anliegefläche der Pressvorrichtung vorbei. Zur Sicherstellung, dass die Einspannvorrichtungen den Rohling in den zukünftigen Randabschnitten des Elements festhalten, werden die Einspannvorrichtungen in der Regel mit Kühlvorrichtungen versehen.

Der Gedanke der Erfindung umfasst auch die Möglichkeit, durch eine Reihe von aufeinanderfolgenden Ziehvorgänge sowohl im Wandteil als auch im Bodenteil des Körpers Werkstoffabschnitte zu erzielen, die abwechselnd aus Werkstoffabschnitten bestehen, die bis zum Fliessen gezogen sind und auf diese Weise eine verminderte Wanddicke erhalten haben, und aus ungezogenen Werkstoffabschnitten, die ihre Wanddicke beibehalten haben. Bei im Bodenteil des Körpers gelegenen Werkstoffabschnitten erfolgt bei bestimmten Anwendungsbeispielen im Zusammenhang mit dem Ziehvorgang eine Verschiebung von Werkstoff auch in der Axialrichtung des Körpers.

Von dem geformten Element wird der Randteil entfernt, und das Element wird durch eine Anzahl von Ziehvorgängen umgeformt. Diese Ziehvorgänge finden bei einer Temperatur unterhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg statt und bewirken eine Verminderung des Durchmessers des Bechers, während der Körper gleichzeitig in Axialrichtung verlängert wird. Der Ziehvorgang bedeutet eine ausschliessliche Umverteilung des Werkstoffes, ohne dass ein Fliessen eintritt.

Der nach Abschluss des Ziehvorgang gebildete Becher hat am einen Ende eine Öffnung, während er am anderen Ende einen Bodenteil hat. Je nachdem, auf welche Weise das Element geformt worden ist, besteht der Bodenteil völlig oder teilweise aus amorphem Werkstoff oder aus unorien-tiertem Werkstoff. Im erstgenannten Fall behält somit der Bodenteil die Dicke des Ausgangswerkstoffes im amorphen Gebiet bzw. in den amorphen Gebieten bei. Der amorphe Werkstoff ist dazu geeignet, als Befestigungswerkstoff zum Anschweissen hinzukommender Teile am Becher zu dienen.

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Dieser Bedarf wird z. B. dann vorliegen, wenn der Becher als Behälter verwendet wird und der Bodenteil des Bechers gleichzeitig den Bodenteil des Behälters darstellt. Hierbei ist es zweckmässig, einen äusseren Fuss am Behälter anzu-schweissen. Der auf beschriebene Weise geformte Becher hat einen Öffnungsteil, der nach eventuellem Nacharbeiten vorzugsweise ausgeweitet wird, so dass sich eine umgebördelte Kante ergibt, wobei die Stabilität der umgebördelten Kante durch Erhitzen bis zur maximalen Kristallisationstemperatur des Werkstoffes erhöht wird. Die umgebördelte Kante eignet sich hierdurch gut zum Zusammenfalzen z.B. mit einem losen Deckel aus geeignetem Werkstoff, z.B. Metall.

In einem anderen Anwendungsbeispiel wird das Ziehen des Bechers unterbrochen, so dass Teile des Bechers im Vergleich zum Ausgangsdurchmesser einen verringerten Durchmesser aufweisen. Durch Entfernen des Bodens in diesem Teil mit kleinerem Durchmesser, Aufweiten der gebildeten Kante und Stabilisierung der Mündung, die auf in vorherigem Abschnitt beschriebene Weise entstanden ist, erhält man einen Mündungsteil, der sich zum Anbringen z.B. eines Verschlusses oder eines Kronenkorkens eignet. Der andere, noch geöffnete Teil des Bechers, wird beispielsweise, auf ähnliche Weise wie bereits beschrieben, mit einem Deckelspiegel verschlossen.

Beim Blasverfahren geht man entweder von einem Becher, der normalerweise vom Randteil des Elements abgetrennt worden ist, oder von einem neugezogenen Becher aus. Durch das Blasen gegen warme Formwände wird der Becher, dessen Werkstoff eine Temperatur oberhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg aufweist, so umgeformt, dass er mit der Form des vorgesehenen Endproduktes übereinstimmt. Bei bestimmten Anwendungsfallen verwendet man einen warmen Blasdorn, um übermässiges Abkühlen des Werkstoffes während des Blasvorganges zu verhindern.

Aus dem Gesagten geht hervor, dass die Kombination eines Ziehens bis zum Fliessen zwecks Erhalten eines Elements, ein Neuziehen des Bechers des gebildeten Elements und ein Blasverfahren viele wahlweise Möglichkeiten zur Formung verschiedener Arten von Artikeln bietet.

Ein auf oben beschriebene Weise hergestellter Artikel ist somit nicht ausschliesslich zur Anwendung als Behälter geeignet, sondern viele Anwendungen sind möglich.

Eine nähere Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung erfolgt im Anschluss an eine Anzahl von Abbildungen, wobei

Abb. 1-2 wahlweise Ausführungsformen von für Umformen geeigneten Bändern zeigen,

Abb. 3 ein Element mit einem Bodenteil des Körpers aus hauptsächlich amorphem Werkstoff bestehend zeigt,

Abb. 4-10 im Prinzip Vorrichtungen zum Ziehen des Elements zeigen,

Abb. 11 einen Teil einer Vorrichtung zum Neuziehen des Bechers des Elements zeigt,

Abb. 12 den Becher des Elements vor dem Neuziehen zeigt,

Abb. 13 den Becher des Elements teilweise neugezogen zeigt,

Abb. 14 den Becher des Elements neugezogen zeigt, Abb. 15 den Becher des Elements mit dem teilweise neugezogenen Teil des Bechers gem. Abb. 15 erneut neugezogen zeigt,

Abb. 16 einen aus einem Becher gem. Abb. 15 hergestellten Behälter zeigt,

Abb. 17-19 die Gegenstücke zu den Abbildungen 12-14 zeigen, wobei der Bodenteil des Bechers Abschnitte aus amorphem Werkstoff aufweist,

Abb. 20-22 wahlweise Ausführungen von geblasenen Artikeln zeigen.

Abb. 1-2 zeigen ein Band oder einen Rohling 14', 14" aus thermoplastischem Kunststoff, wobei man die Bänder oder Rohlinge von oben sieht. In den Abbildungen sind ringförmige Werkstoffgebiete 16', 16" bzw. 17', 17" dargestellt. Weiterhin ist ein Werkstoffgebiet 15', 15" erkennbar, das von dem früheren ringförmigen Werkstoffgebiet 17', 17" umgeben ist. Das Werkstoffgebiet 16 bezeichnet das Gebiet, das beim Ziehen des Rohlings zwischen den Einspannvorrichtungen 30 a-b (siehe Abb. 4) eingespannt wird. Das Werkstoffgebiet 15 bezeichnet das Gebiet, das beim Ziehen des Rohlings gegen die Pressfläche der Pressvorrichtung 20 (siehe Abb. 4) anliegt. Das Werkstoffgebiet 17 bezeichnet das Gebiet, das beim Ziehen des Rohlings in den Fliesszu-stand gebracht wird.

Abb. 3 zeigt ein Element 10, bestehend aus einem Randteil 12 und einem Körper 13. Der Körper wiederum besteht aus einem Wandteil 18 und einem Bodenteil 11. In der Abbildung besteht der Wandteil aus gezogenem Werkstoff von im Verhältnis zur Dicke des Ausgangswerkstoffes verminderter Dicke. Der Bodenteil 11 besteht aus Werkstoff, der unter Beibehaltung seiner Werkstoffeigenschaften in Axialrichtung des Körpers verschoben worden ist. Weiterhin ist ein Gebiet 19 gekennzeichnet, bei dem der zum Randteil 12 gehörende Werkstoff in den Fliesszustand versetzt gewesen war.

In Abb. 4-8 erkennt man eine Anzahl von Einspannvorrichtungen 13, die den Rohling 14 fixieren. Eine Pressvorrichtung 20 befindet sich zwischen den Einspannvorrichtungen 30 und weist eine Pressfläche 21 auf. In Abb. 4 hat die Pressvorrichtung eine Stellung, bei der sich die Pressfläche 21 unmittelbar neben der oberen Oberfläche des Rohlings 14 befindet. In Abb. 5 wurde die Pressvorrichtung nach unten verschoben, wobei das Fliessen des Werkstoffes begonnen hat. In Abb. 6 ist die Pressvorrichtung so weit verschoben worden, dass ein Element gem. Abb. 3 entstanden ist. In Abb. 7 wurde die Pressvorrichtung noch weiter verschoben, wobei ein weiteres Fliessen des Werkstoffes stattgefunden hat. Hierbei ist ein Element 10' entstanden, dessen Körper 13' einen Bodenteil 11 aufweist, der in seinen mittigen Abschnitten aus amorphem, ungezogenem Werkstoff besteht, der von gezogenem, orientiertem Werkstoff umgeben ist, bei dem ein Fliessen stattgefunden hat. In Abb. 8 schliesslich wurde die Pressvorrichtung 20 so weit verschoben, dass praktisch der gesamte Werkstoff im Bodenteil 11" des Körpers 13" im Fliesszustand gewesen ist. Hierbei entstand ein Element 10', bei dem sowohl der Wandteil als auch der Bodenteil des Körpers dadurch eine verminderte Wanddicke aufweist, dass der Werkstoff im Fliesszustand gewesen ist und gleichzeitig eine Orientierung erhalten hat.

In Abb. 9-10 erkennt man eine wahlweise Ausführungsform der Einspannvorrichtungen 33 a-b, die mit Kühlkanälen 31 und Erwärmungskanälen 34 versehen sind. In den Abbildungen ist nur die Zulaufleitung für die Erwärmungskanäle dargestellt, während die Ablaufleitung von den Erwärmungskanälen in den Abbildungen hinter der Zulaufleitung liegt und durch den aufwärts gerichteten Pfeil angedeutet ist. Die Kühlkanäle, ebenso wie die Erwärmungskanäle, sind durch plattenähnliche Abdeckungen 35 abgedeckt, deren andere Oberfläche gleichzeitig die Anliegefläche der Einspannvorrichtungen für das Einspannen des Rohlings darstellt. Eine Isolierung 32 trennt den gekühlten Bereich der Einspannvorrichtungen vom erwärmten Bereich. Bei gewissen Anwendungen werden die Erwärmungskanäle gleichermas-sen als Kühlkanäle verwendet.

Die Abbildungen zeigen ausserdem eine wahlweise Ausführungsform einer Pressvorrichtung 20a, auch diese mit

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Kühlkanälen 22. Die Kühlkanäle sind durch einen Kühlmantel 23 abgedeckt, der gleichzeitig die äussere Anliegefläche der Pressvorrichtung gegen den Werkstoff während des Ziehvorgangs darstellen. Abb. 9 zeigt eine Stellung der Pressvorrichtung, die der in Abb. 5 gezeigten Stellung entspricht, und Abb. 10 zeigt eine Stellung der Pressvorrichtung, die der Stellung in Abb. 8 entspricht. Die Pressvorrichtung ist mit einer rotationssymmetrischen, gewölbten Fläche ausgeführt, die so geformt ist, dass der Werkstoff beim Ziehen im Fliessbereich immer gegen den Kühlmantel anliegt, während der Werkstoff, der noch nicht im Fliesszustand gewesen ist, im Bereich zwischen der Pressvorrichtung und den Einspannvorrichtungen an keiner Stelle gegen irgendeine Vorrichtung anliegt.

Die Erwärmung des Werkstoffes mit Hilfe der Erwärmungskanäle 34 dient dem Zweck, die Fliesswilligkeit des Werkstoffes zu erhöhen. Die Erwärmung wird jedoch so begrenzt, dass die Temperatur des Werkstoffes immer unter der Glasumwandlungstemperatur Tg liegt. Durch die Erwärmung ist es möglich, den Ziehvorgang des Werkstoffes ein Stück in das Gebiet zwischen den Backen der Einspannvorrichtungen fortsetzen zu lassen, so wie dies in Abb. 10 dargestellt ist. Eine andere, wahlweise Anwendung, bei der die erhöhte Fliesswilligkeit des Werkstoffes ausgenutzt wird, ergibt sich dadurch, dass man beim Ziehvorgang den Anfangsbereich für das Fliessen des Werkstoffes zum Gebiet neben den inneren Kanten der Einspannvorrichtungen lenkt. Wenn das Fliessen eingetreten ist, verschiebt sich die Fliesszone nach und nach in Richtung von den Einspannvorrichtungen weg zum Boden der Pressvorrichtung, nach und nach wie die Pressvorrichtung in den Abbildungen nach unten verschoben wird.

Hierdurch wird erreicht, dass sich das Fliessen immer in der gleichen Richtung fortpflanzt, wodurch der erneute Beginn des Fliessens, der bei Anwendung der in den Abbildungen 4-8 dargestellten Ausführungsform der Erfindung stattfindet, vermieden wird.

In Abb. 11 erkennt man eine Vorrichtung zum Neuziehen des früher geformten Elements. Die Abbildung, die die Vorrichtung nur teilweise wiedergibt, zeigt einen Pressdorn 40, einen Gegehaltering 41, einen Ziehring 42 und einen Wandteil 18 beim Element, wobei sich dieser Wandteil im Umformen befindet. Weiterhin erkennt man einen Boden 11" beim Körper 13 des Elements. Der Ziehring 42 ist mit einer Kalibriervorrichtung 43 ausgeführt, die die Dicke des erneut gezogenen Werkstoffes des Wandteils 18 bestimmt.

In Abb. 12 erkennt man einen mit der Pressvorrichtung 20a gem. Abb. 9 geformten Elementkörper 50, bei dem der Randteil des Elements aus dem Körper hergestellt wurde. In Abb. 13 wurde der Umformvorgang des Körpers 50 mit Hilfe einer in Abb. 11 dargestellten Vorrichtung eingeleitet. Der Umformvorgang ist so weit fortgeschritten, dass sich ein in der Hauptsache zylindrischer, grösserer Teil, dessen Durchmesser mit dem Durchmesser des Körpers 50 übereinstimmt, und ein kürzerer Teil 59 gebildet haben. In Abb. 14 ist der Umformvorgang abgeschlossen, wobei ein in der Hauptsache zylindrischer Körper 52 mit gleichem Durchmesser wie bei dem kürzeren Teil in Abb. 13 entstanden ist.

In Abb. 15 erkènnt man einen Körper 53, dessen kürzerer Teil 59 im Sinne einer weiteren Verminderung des Durchmessers beim kürzeren Teil 59' mit Hilfe einer in Abb. 11 dargestellten Vorrichtung umgeformt worden ist. Zwischen dem kürzeren, zylindrischen Teil 59' und dem grösseren Teil des Körpers 53 erkennt man einen Übergang 58.

Abb. 16 zeigt einen geblasenen, flaschenähnlichen Behälter 70', der aus einem Körper 53 gem. Abb. 15 hergestellt worden ist. Der Bodenteil des kürzeren Teils 59' ist abgetrennt und durch einen Verschluss 55, z.B. eine Kapsel, ersetzt worden. Beim Abtrennen des Bodenteils entstandenen Mündungskanten wurden ausgeweitet und umgebördelt, wonach der Werkstoff in den umgebördelten Werkstoffabschnitten durch Erwärmen des Werkstoffes bis zur Kristallisationstemperatur vorzugsweise eine erhöhte Kristallinität erhalten hat. Auf diese Weise ergibt sich eine erhöhte Festigkeit bei der Mündungskante, so dass diese sich gut für ein Verschliessen des Behälters, z.B. durch eine Kapsel oder einen Kronenkorken, eignet. Der bereits genannte Übergang zwischen dem kürzeren Teil und dem grösseren Teil des Körpers bildet nun eine Flaschenbrust 58'. Aus der Abbildung ist auch erkennbar, wie ein Deckelspiegel 56 nach Befüllen des Behälters am anderen Ende des Behälters 70' fixiert wird. Durch das Ausweiten, Umbördeln und Erwärmen des Werkstoffes ergeben sich auch hier Werkstoffabschnitte, die z.B. zum Zusammenfalzen mit dem Deckelspiegel zwecks Verschliessen des Behälters geeignet sind.

Die Abbildungen 17-19 zeigen Gegenstücke zu den Abbildungen 12-14. Die Abbildungen lassen erkennen, wie ein, aus einem Körper 11' gem. Abb. 7 geformter Elementkörper einer axialen Verlängerung bei gleichzeitiger Verminderung des Durchmessers des Körpers ausgesetzt wird und einen in der Hauptsache völlig zylindrischen Körper 61 bildet, wobei der Bodenteil dieses Körpers aus einem Werkstoffabschnitt 62 aus hauptsächlich amorphem Werkstoff besteht. Während des Umformvorganges entsteht eine Zwischenform des Körpers, die in Abb. 18 mit 60 bezeichnet ist.

Bei der Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Körper gebildet wird, der einen amorphen Bodenabschnitt um-fasst, erhält man auch ein Werkstoffgebiet, das sich als Befestigungswerkstoff zum Anschweissen hinzukommender Teile am Körper eignet. Durch die Kristallinisierung des Werkstoffes erhält man ein äusserst formbeständiges Gebiet, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, den Behälter zur Aufbewahrung von Flüssigkeiten unter Druck, z. B. kohlensäureversetzten Getränken, zu verwenden, ohne dass die Gefahr einer Verformung des Bodenteils vorliegt. Der Gedanke der Erfindung umfasst auch das Ersetzen der dargestellten, ebenen Ausführungsform des Bodenteils durch eine konvexe oder konkave Fläche, je nach den besonderen Wünschen, die bei den einzelnen Anwendungsfällen vorliegen.

Die Abbildungen 20-22 zeigen wahlweise Ausführungsformen von geblasenen Behältern. Sämtliche Behälter sind auf die im Anschluss an Abb. 16 bereits beschriebene Weise durch Deckelspiegel verschlossen. Natürlicherweise ist diese Kombination von geblasenem Behälter und Deckelspiegel lediglich als ein Beispiel für die vorliegenden Verschlussmöglichkeiten zu betrachten.

Abb. 20 zeigt eine Ausführungsform, bei der der gesamte Werkstoff in dem geblasenen Behälter aus früher gezogenem Werkstoff besteht. Der Behälter wird wahlweise aus einem Körperteil gem. Abb. 12 oder 14 geformt.

In Abb. 21 erkennt man eine Ausführungsform eines geblasenen Behälters, der aus einem Körperteil gem. Abb. 17 oder 19 geformt worden ist. Beim Blasen wurde das amorphe Werkstoffgebiet 22 in unverändert amorphem Zustand beibehalten und stellt einen dickeren Abschnitt im Bodenteil des Behälters dar. In gewissen Ausführungsformen wird dieser Abschnitt bis zur Kristallisationstemperatur des Werkstoffes erhitzt, damit sich ein Bodenabschnitt bildet, der besonders dafür geeignet ist, Verformungskräften, z.B. aufgrund eines inneren Drucks beim Behälter, zu widerstehen. Der amorphe Werkstoff ist weiterhin dazu geeignet, zum Anschweissen hinzukommender Kunststoffteile verwendet zu werden.

Abb. 22 zeigt eine Ausführungsform eines geblasenen Behälters, der aus einem Körperteil geformt worden ist, wobei der Boden des Körperteils abwechselnd aus bis zum Fliessen

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gezogenen Werkstoffabschnitten und abwechselnd aus solchen Werkstoffabschnitten besteht, die ihre ursprüngliche Dicke beibehalten haben. Auf diese Weise ist ein mittiger, amorpher Werkstoffabschnitt 21 entstanden, der von einem ringförmigen, amorphen Abschnitt 72 umgeben ist, der unter dem mittigen Abschnitt liegt. Der mittige Abschnitt und der ringförmige Abschnitt sind durch Werkstoff verbunden, der bis zum Fliessen gezogen worden ist. Der ringförmige Werkstoffabschnitt bildet auf diese Weise Standflächen für den Behälter. Die Teile, die die Mantelfläche des Behälters bilden, sind in der Regel aus neugezogenem Werkstoff geformt. Zumindest in den Fällen, wenn der Behälter eine verhältnismässig grosse axiale Ausbreitung aufweist, ist ein derartiges Neuziehen erforderlich.

Das Blasen erfolgt auf irgendeine bekannte Weise bei einer Temperatur beim Werkstoff, die über der Glasumwandlungstemperatur Tg liegt. Normalerweise erfolgt das Blasen gegen erwärmte Formwände. Bei gewissen Anwendungsbeispielen ist ein erwärmter, langgestreckter Blasdorn erforderlich, um übermässig starkes Abkühlen des Werkstoffes während des Blasvorganges zu vermeiden.

Der durch das Fliessen orientierte Werkstoff besitzt verbesserte Festigkeitseigenschaften in der Orientierungsrichtung, die in der Hauptsache mit der Ziehrichtung des Werkstoffes übereinstimmt. Durch das Erwärmen des Werkstoffes auf eine Temperatur oberhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg bestehen keine Schwierigkeiten, bei einem Blasverfahren das Element durch Strecken des Werkstoffes in einer hauptsächlich rechtwinklig zur genannten Orientierungsrichtung liegenden Richtung umzuformen. Ein auf diese Weise umgeformtes Element bildet z. B. einen Behälter mit einer mittigen Mantelfläche mit einem Durchmesser, der den Durchmesser der Öffnung übersteigt, und mit einem Boden, der aus einer Standfläche besteht, die den Übergang zwischen der unteren Kante der Mantelfläche und der Bodenfläche darstellt, wobei die Bodenfläche wahlweise etwas konkav ist oder wahlweise aus ringförmigen Werkstoffabschnitten besteht, die in Axialrichtung des Behälters im Verhältnis zueinander verschoben sind.

Obige Beschreibung stellt lediglich Beispiele für Anwendungen der Erfindung dar. Die Erfindung erlaubt natürlicherweise, dass eine Anzahl von Kombinationen von Ziehvorgängen vorgenommen wird, wobei sich auch abwechselnd Gebiete mit gezogenem und ungezogenem Werkstoff bilden. Der Körper besteht beispielsweise aus Wandteilen mit Absätzen, die ungezogenen Werkstoff enthalten, während der Bodenteil aus Abschnitten besteht, z.B. ringförmigen, die ungezogenen Werkstoff enthalten, wobei diese Abschnitte in Axialrichtung des Körpers im Verhältnis zur unteren Kante des Wandteiles versetzt sind.

Der Gedanke der Erfindung umspannt viele wahlweise Ausführungsformen. Gemäss einer solchen erfolgt das Ziehen bis zum Fliessen des Werkstoffes im Körper des Elements durch eine Anzahl aufeinanderfolgender Ziehvorgänge, wobei für jeden Ziehvorgang die Anliegefläche der Pressvorrichtung kleiner wird. Hierdurch wird erreicht, dass die Breite des Werkstoffgebietes 15 darauf abgestimmt wird, wie weit der Ziehvorgang fortgeschritten ist.

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8 Blatt Zeichnungen

Claims

649 251 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines Artikels aus thermoplastischem Kunststoff, z.B. eines Behälters oder eines Teiles eines Behälters, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Hauptsache ebener Rohling (14) mit einer Kristallinität von weniger als 10% zwischen Einspannvorrichtungen (30) zur Bildung eines oder mehrerer, von geschlossenen, bandförmigen, eingespannten Werkstoffabschnitten (16) völlig umgebener Gebiete (15) eingespannt wird, dass gegen jedes Gebiet eine Pressvorrichtung (20) angesetzt wird, deren Anliegefläche (21) gegen das Gebiet (15) kleiner ist als das Gesamtgebiet (15), wodurch sich ein geschlossenes, streifenähnliches Werkstoffgebiet (17) zwischen den eingespannten Werkstoffabschnitten (16) und dem gegen die Pressvorrichtung (20) anliegenden Teil des Gebietes (15) bildet, dass die Pressvorrichtung (20) mittels Antriebsvorrichtungen im Verhältnis zu den Einspannvorrichtungen (30) bei fortlaufendem Anliegen gegen das Gebiet (15) verschoben wird, wodurch der Werkstoff im streifenähnlichen Werkstoffgebiet (17) durch Ziehen so weit gereckt wird, dass ein Fliessen im Werkstoff und eine dadurch bedingte Orientierung des Werkstoffes stattfinden, wobei sich Abschnitte eines Elements (10) bilden, die aus einem Randteil (12) aus Werkstoff von den eingespannten Werkstoffabschnitten (16) und einem im Verhältnis zum Randteil versenkt liegenden Körper (13) bestehen, wobei genannter Körper (13) Abschnitte aus Werkstoff aufweist, die bis zum Fliessen gezogen sind und aus dem geschlossenen, streifenähnlichen Gebiet (17) stammen, wobei die Kristallinität dieses Werkstoffes zwischen 10 und 25% liegt, während die Kristallinität des Werkstoffes im Randteil und in den ungezogenen Teilen des Körpers ihren früheren Wert von weniger als 10% beibehält, dass der Körper (13) abgetrennt wird, dass der Körper (13) oder Teile desselben mit dem Werkstoff bei einer Temperatur oberhalb der Glasumwandlungstemperatur (Tg) durch Blasen so umgeformt wird, dass sich die Form des Endproduktes ergibt.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (13) oder Teile desselben vor dem Blasen durch eine Anzahl von Ziehvorgängen in der Axialrichtung verlängert wird und eine verminderte Ausbreitung rechtwinklig hierzu bei im grossen ganzen unveränderter Dicke des gezogenen Werkstoffes beibehält.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ziehvorgang für das Fliessen des Werkstoffes so weit fortsetzt, bis annähernd der gesamte Werkstoff im Werkstoffgebiet (15) ein Fliessen durchgemacht hat, wodurch annähernd der gesamte Werkstoff im Körper (13) aus Werkstoff besteht, der den Fliessvorgang durchgemacht hat.

4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anliegefläche der Pressvorrichtung (20) kleiner ist als die Oberfläche des von den geschlossenen, bandförmigen, eingespannten Werkstoffabschnitten (16) völlig umschlossenen Gebietes (15), um zu bewirken, dass das Fliessen des Werkstoffes bei der Pressvorrichtung beginnt.

5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der eingespannten Werkstoffabschnitte (16) so gewählt ist, dass das Fliessen des Werkstoffes am Ende jedes Ziehvorganges in die genannten Abschnitte hineinreicht und in diesen endet.

6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff unmittelbar vor dem Ziehen bis zum Fliessen eine Temperatur aufweist, die unter der Glasumwandlungstemperatur (Tg) liegt, und dabei vorzugsweise der Raumtemperatur entspricht.

7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff im Gebiet des

Fliessens zumindest während des Ziehvorganges einer beschleunigten Kühlung ausgesetzt wird.

8. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ziehen des Werkstoffes die Gebiete, in denen der Werkstoff fliesst, gegen in der Pressvorrichtung (20a) angeordnete Kühlvorrichtungen (22,23) anliegen.

9. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff aus Polyester oder Polyamid besteht, z.B. Polyäthylente-rephthalat, Polyhexamethylen-Adipamid, Polycaprolactam, Polyhexamethylen-Sebacamid, Polyäthylen-2,6- und 1,5-Naphthalat, Polytetramethylen-l,2-Dioxybensoat und Co-polymeren aus Äthylenterephthalat, Äthylenisophthalat oder anderen, ähnlichen polymerischen Kunststoffen.

10. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (14) aus Polyäthylenterephthalat besteht.

11. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristallinität des Rohlings (14) kleiner als 5% ist.

12. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (13) Abschnitte aus einem Werkstoff aufweist, dessen Kristallinität zwischen 12 und 20% liegt.

13. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristallinität des Werkstoffs im Randteil und im Boden (11) des Körpers ihren früheren Wert von weniger als 10% beibehält.

14. Behälter, hergestellt nach einem Verfahren gemäss einem der Patentansprüche 1 bis 13, bestehend aus einem Mündungsteil einschliesslich einer Mündungskante, einem Behälterteil, einem Übergang zwischen Mündungsteil und Behälterteil sowie einem Bodenteil zuzüglich einem Übergang zwischen Behälterteil und Bodenteil, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hauptsache sämtlicher Werkstoff orientiert ist und eine Kristallinität aufweist, die höchstens 60% beträgt.

15. Behälter, hergestellt nach einem Verfahren gemäss einem der Patentansprüche 1,2,4 bis 9, bestehend aus einem Mündungsteil einschliesslich einer Mündungskante, einem Behälterteil, einem Übergang zwischen Mündungsteil und Behälterteil sowie einem Bodenteil zuzüglich einem Übergang zwischen Bodenteil und Behälterteil, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Werkstoff im Mündungsteil, Übergang zwischen Mündungsteil und Behälterteil, im Behälterteil orientiert ist und eine Kristallinität aufweist, die höchstens 60% beträgt, während man im Boden orientierte Werkstoffabschnitte vorfindet, deren Dicke in der Hauptsache mit der Dicke des Rohlings übereinstimmt.

16. Behälter nach Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristallinität zwischen 10 und 40% liegt.

17. Behälter nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristallinität zwischen 10 und 40% liegt.