DE1241094B

DE1241094B - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von mehrschichtigen Hohlkoerpern

Info

Publication number: DE1241094B
Application number: DEB75313A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Franz Foerster; Dipl-Ing Edmund Lindner; Wolker Lohrbaecher
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1964-02-06
Filing date: 1964-02-06
Publication date: 1967-05-24

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von mehrschichtigen Hohlkörpern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von mehrschichtigen, aus Mantelteil und Boden bestehenden Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff.
Es ist bekannt, Behälter, z. B. Flaschen, für feste, flüssige oder gasförmige Güter aus Kunststoff in: Spritzgußverfahren oder aus schlauchförmigen Rohteilen herzustellen. Einschichtige Behälter aus thermoplastischem Kunststoff sind aber für zahlreiche Füllgüter nicht ausreichend beständig bzw. dicht. So ist beispielsweise Polyäthylen dicht gegen Wasser, aber für einige Gase verhältnismäßig durchlässig; andererseits können Polyamide Gase gut abdichten, während Wasserdampf in hohem Maß durchgelassen wird. Es wurde daher schon vorgeschlagen, Kunststoffbehälter zu fertigen, deren Wand aus zwei oder mehr Schichten aus thermoplastischem Kunststoff besteht, wodurch eine ausreichende Abdichtung gegen die verwendeten Füllgüter erzielt wird.
Bei der Herstellung von Hohlkörpern, deren Wand aus einer einzigen Schicht eines thermoplastischen Kunststoffes besteht, geht man im allgemeinen von einem schlauchförmigen Rohteil aus. Der warme, in plastischem Zustand befindliche Rohteil wird von einer Hohlform umschlossen und durch ein Druckmittel, beispielsweise Luft, von innen her aufgeblasen. Durch das Anlegen an die Innenfläche der Hohlform erhält der Hohlkörper seine endgültige Gestalt. Beim Umschließen durch die Hohlform wird das meist offene Ende des Kunststoffschlauches, z. durch entsprechend geformte Schneidkanten der Hohlform, abgequetscht. Der Kunststoffschlauch verschweißt an dieser Stelle, so daß ein druckdichter Boden gebildet wird.
Zur Herstellung eines aus mehreren Schichten bestehenden schlauchförmigen Rohteils ist dieses Verfahren nicht brauchbar, weil an der Quetschstelle nur die innerste Kunststoffschicht verschweißt. Die weiter außen liegenden Kunststoffschichten verschweißen nicht mehr miteinander, so daß die gewünschte Dichtigkeit des Behälters an der Schweißnaht nicht vorhanden ist.
Es wäre zudem auch unwirtschaftlich, einen in bekannter Weise aus mehreren Schichten unterschiedlicher thermoplastischer Kunststoffe aufgebauten schlauchförmigen Rohteil durch Abquetschen zu verschweißen, weil dabei ein großer Abfall entsteht. Der Abfall kann bei nur aus einem Kunststoff bestehenden Hohlkörpern meistens wieder verarbeitet werden, während bei mehrschichtigen Schlauchabschnitten ein nochmaliges Verarbeiten der unterschiedlichen Abfälle unmöglich ist.
Nach einem anderen bekannten Verfahren (Blowmolding, Zeitschrift »British Plastics«, Februar 1959, S. 44 bis 50) werden in einem Spritzgußwerkzeug rohrförmige Rohteile gespritzt, in noch plastischem Zustand in eine zweite Form mit vergrößertem Hohlraum übergeführt und dort aufgeblasen. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die schlauchförmigen Rohteile infolge ihrer Herstellung im Spritzgußverfahren bereits einen geschlossenen Boden besitzen.
Theoretisch wäre es auch möglich, den zuerst gespritzten einschichtigen Rohteil in eine zweite Spritzgußform mit vergrößertem Hohlraum überzuführen und darin eine zweite Kunststoffschicht aufzuspritzen.
Der so hergestellte zweischichtige Rohteil könnte dann anschließend wie üblich zu einem Hohlkörper aufgeblasen werden. Dieses Verfahren wäre jedoch zeitraubend und teuer, weil für das Spritzen der zwei Kunststoffschichten zwei Spritzgußwerkzeuge erforderlich sind. Außerdem müßte der heiße Rohteil vor dem Überspritzen der zweiten Kunststoffschicht ganz abkühlen. Der fertige zweischichtige Rohteil müßte danach vor dem Aufblasen wieder auf die günstigste Verarbeitungstemperatur aufgewärmt werden.
Es ist weiterhin bekannt, das Mundstück eines in üblicher Weise ausgeführten Schlauchspritzkopfes durch ein Verschlußstück so zu verschließen, daß zwischen dem Mundstück am Schlauchspritzkopf und dem Verschlußstück ein Hohlraum entsteht, mit dem ein scheibenförmiger Abschlußboden an dem später auszustoßenden schlauchförmigen Rohteil gebildet werden kann. Nach dem Formen des Abschlußbodens wird das Verschlußstück entfernt und der Mantelteil des Vorformlings gebildet. Auch hier haben die aus dem Rohteil durch Aufblasen hergestellten Fertigteile keine Schweißnaht am Boden.
Dieses Verfahren erlaubt es allerdings nicht, einen Schlauch mit aus mehreren Schichten bestehenden Wänden so zu verschließen, daß jede Schicht der Schlauchwand auch am Boden in sich geschlossen ist.
Nach einem weiteren- bekannten Verfahren wird ein doppelwandiger schlauchförmiger Vorformling erzeugt, dessen untere Öffnung dort, wo der Boden des Hohlkörpers gebildet wird, durch Schneidkanten abgequetscht bzw. verschweißt ist. Ein mehrwandiger schlauchförmiger Vorformling wird aber nur dann einwandfrei verschweißt, wenn jede einzelne Kunststoffschicht in sich homogen verschweißt ist.
Nach einem anderen bekannten Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Behälters wird zuerst die gesamte äußere Schicht des Behälters ausgespritzt. Danach wird der aus der äußeren Schicht bestehende Behälter innen mit einer Kunststoffschicht ausgekleidet, so daß ein doppelwandiger Behälter entsteht. Ein besonderer Nachteil dieses Verfahrens ist die Abhängigkeit der Dicke der Innenwand von der Temperatur beim Verspritzen, der Viskosität des Kunststoffes, den Abkühlbedingungen und anderen Einflußgrößen, ganz abgesehen von der Notwendigkeit, in mehreren Stufen arbeiten zu müssen.
Aufgabe der Erfindung war es, ein Verfahren zum Herstellen von mehrschichtigen, aus Mantelteil und Boden bestehenden Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff mittels eines Extruders mit Schlauchspritzkopf zu entwickeln, wobei ein aus mindestens zwei übereinanderliegenden Schichten thermoplastischer Kunststoffe hergestellter, schlauchförmiger Rohteil mit einem geschlossenen Boden versehen wird und die einzelnen Schichten nacheinander aus dem Spritzkopf ausgepreßt werden. Erfindungsgemäß wird hierbei zur Bildung des Bodens vor dem Auspressen des Mantelteils nacheinander zuerst die innerste, danach die jeweils nächste, nach außen anschließende Kunststoffschicht ausgepreßt, und die Schichten werden dabei zu einer die untere Schlauchöffnunng abschließenden, aus den übereinanderliegenden Schichten bestehenden Bo denfläche verformt, woach zur Bildung des an den Boden nahtlos schichtweise anschließenden Mantelteils gleichzeitig alle Schichten ausgestoßen und zu einem in sich geschlossenen Mantelteil verpreßt werden.
Die Vorrichtung zum Herstellen von mehrschichtigen, aus Mantelteil und Boden bestehenden Hohlkörpern besitzt einen mit konzentrischen kreisringförmigen Einzelschichten versehenen und an der Ausstoßöffnung eines Extruders befestigten mehrteiligen Schlauchspritzkopf.
Erfindungsgemäß ist zum Formen des Bodens ein aus mindestens drei zylindrischen, koaxial angeordneten, gegeneinander und gegen die Ausstoßöffnung in vorgegebener Distanz axial beweglichen, kolbenartigen und mit Ringvorsprüngen bzw. Ausnehmungen für diese Vorsprünge versehenen Schiebern bestehendes Formwerkzeug vorgesehen.
In einer weiteren Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Formwerkzeug mit vier konzentrisch ineinander beweglichen Schiebern versehen, und die Ringvorsprünge bzw. Ausnehmungen in den Schiebern sind so bemessen, daß der freie Weg des ersten innersten Schiebers im zweiten, ihm außen anliegenden Schieber gleich der Bodendicke der ersten innersten Schicht und der freie Weg des zweiten Schiebers im dritten, ihm außen anliegenden Schieber gleich der Summe der Bodendicken der ersten innersten und der zweiten anliegenden Schicht ist.
Jeder Einzelschlitz wird durch einen anliegenden, axial in vorgegebener Distanz von außen beweglichen Schieber abgeschlossen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, schlauchförmige Rohteile, deren Wände aus zwei oder mehreren Schichten thermoplastischen Kunststoffes bestehen, mit einem Boden zu versehen, bei dem jede einzelne Kunststoffschicht in sich verschweißt ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren sei nachfolgend für einen Hohlkörper beschrieben, dessen Wand aus zwei Schichten besteht. Nach dem gleichen Verfahren lassen sich mit größerem technischem Aufwand auch Hohlkörper erzeugen, deren Wand aus mehr als zwei Schichten aufgebaut ist.
In den Zeichnungen sind das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die hierzu nötigen Vorrichtungen beispielsweise dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Spritzkopf mit zwei Extrudern und dem Formwerkzeug bei Beginn des Preßvorgangs, F i g. 2 bis 4 Spritzkopf und Formwerkzeug beim Pressen eines aus zwei Schichten bestehenden Hohlkörpers und F i g. 5 bis 7 ein Formwerkzeug zum Herstellen eines dreischichtigen Hohlkörpers.
Die Vorrichtung (Fig. 1) zum Herstellen eines zweischichtigen Hohlkörpers verwendet zum Aufbereiten des Kunststoffes zwei Extruder 1 und 2 mit Extruderwellen 3 und 4. An die Extruder 1 und 2 ist ein Spritzkopf 5 und an diesen ein Formwerkzeug 6 angebaut. Der Spritzkopf 5 besteht aus einem Dorn 7, einem Innenring 8 und einem Außenring 9. An dem Dorn 7 ist ein Anschlußrohr 10 angeschlossen. Dieses Rohr besitzt eine Bohrung 11 und ein Ventil 12. Das Formwerkzeug 6 ist beispielsweise aus drei Teilen aufgebaut, einem Außenschieber 13, einem Mittelschieber 14 und einem Innenschieber 15. Mittelschieber 14 und Innenschieber 15 sind gegeneinander sowie gegen den Außenschieber 13 axial beweglich.
Wie F i g. 1 zeigt, dient der Spritzkopf 5 zur Herstellung eines aus zwei konzentrischen Schichten 16 (Innenschicht) und 17 (Außenschicht) thermoplastischer Kunststoffe bestehenden Schlauches. Der Spritzkopf 5 besitzt an seiner Mündung zwei kreisringförmige Öffnungen 18 und 19, durch die der warmplastische Kunststoffschlauch ausgestoßen wird.
Das im Dorn 7 des Spritzkopfes 5 angebrachte Ventil 12 ermöglicht es, ein von dem Anschlußrohr 10 herkommendes Druckmittel, z. B. Luft, in das Innere des schlauchförmigen Rohlings einzublasen.
Zum Formen des Bodens, der nahtlos mit dem aus dem Spritzkopf 5 austretenden, aus den zwei Schichten 16 und 17 aufgebauten Kunststoffschlauch verbunden ist, wird das Formwerkzeug 6 gegen die Mündung des Spritzkopfes 5 gedrückt. Dies geschieht so, daß die beiden im Außenschieber 13 axial beweglich angeordneten Schieber 14 und 15 mit ihrer Stirnseite gegen die Mündung des Spritzkopfes 5 drücken und diese verschließen. Der hülsenförmige Schieber 14 ist im Formwerkzeug 6 mit einem Verschiebeweg s1 + s2 gelagert. Dieser Weg ist gleich der Dicke des zu formenden zweischichtigen Bodens. Der Verschiebeweg des Schiebers 15 innerhalb des Schiebers 14 ist ebenso groß wie die Dicke st der Innenschicht 16 des zu formenden zweischichtigen Bodens.
Nach dem Aufsetzen des Formwerkzeuges 6 wird die die Innenschicht 16 des Rohlings bildende Kunststoffmasse durch bekannte Mittel, wie Förderschnecke oder Kolben, unter Druck gesetzt. Gleichzeitig wird der Innenschieber 15 im Schieber 14 um einen vorgegebenen Verschiebeweg s1 so verschoben, daß zwischen seiner oberen Stirnseite und der Mündung des Spritzkopfes 5 ein Spalt entsteht (Fig. 2).
In diesen Spalt kann der unter Druck befindliche thermoplastische Kunststoff 16 eindringen und eine sowohl in sich geschlossene als auch mit der Innenwand des Schlauches nahtlos verbundene scheibenförmige Schicht bilden.
Nach dem Formen der ersten inneren Schicht des Schlauchbodens wird bei stillstehendem Innenschieber 15 der Mittelschieber 14 im Außenschieber 13 um den vorgegebenen Weg s, + 82 von der Mündung des Spritzkopfes 5 abgezogen. Gleichzeitig wird der im Schieber 14 gelagerte Schieber 15 relativ zum Schieber 14 so um den Weg st bewegt, daß die Stirnflächen der beiden Schieberl4 und 15 eine ebene Fläche bilden. Der Abstand dieser ebenen Fläche von der Mündung des Spritzkopfes 5 wird dann ebenso groß wie die endgültige Bodendickesj + 82 (Fig. 3). In dieser Stellung des Formwerkzeuges 6 ist um die zuerst gebildete innere Schicht 16 ein neuer Raum entstanden, in den nun der Kunststoff 17 eingedrückt wird. Er bildet damit die zweite Schicht des Bodens am Rohling.
Nach dem Formen des Bodens kann der-Außenschieber 13 von der Mündung des Spritzkopfes 5 abgezogen und der rohrförmige doppelschichtige Teil des Rohlings in der gewünschten Länge aus dem Spritzkopf 5 ausgetrieben werden (F i g. 4). Das nachfolgende Aufblasen des schlauchförmigen Rohlings zu einem Hohlkörper kann durch irgendeines der bereits bekannten Blasverfahren erfolgen.
Es ist zweckmäßig, den für die jeweilige Bodenschicht erforderlichen Kunststoff unmittelbar bei der Freigabe des dafür vorgesehenen Raumes einzubringen, weil das beim Wegbewegen der Schieber 14 und 15 von der Mündung des Spritzkopfes 5 entstehende Vakuum das Einströmen des Kunststoffes und sein einwandfreies Zusammenfließen in der scheibenförmigen Fläche begünstigt.
Das an Hand der Fig. 1 bis 4 beschriebene Verfahren zum Formen eines Bodens an einem zweischichtigen Kunststoffschlauch kann auch auf Kunststoffschläuche ausgedehnt werden, die aus mehr als zwei Schichten bestehen. Als Beispiel zeigt Fig. 5 ein Formwerkzeug31, das einen Außenschieber 32 und drei Innenschieber 33, 34 und 35 besitzt. Diese Schieber 33 bis 35 sind gegenüber dem Außenschiebe 32 wie auch gegeneinander axial so verschieblich, daß sie bei entsprechender Anwendung des oben für einen zweischichtigen Boden beschriebenen Verfahrens die für das Formen von drei Bodenschichten nacheinander notwendigen Hohlräume freigeben. Die Fig. 5 bis 8 zeigen die einzelnen dafür erforderlichen Stellungen der Schieber 32 bis 35 zum Formen der inneren, mittleren und äußeren Bodenschicht 36 bis 38 mit den Wanddicken sl, s2 und 83.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen von mehrschichtigen, aus Mantelteil und Boden bestehenden Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff mittels eines Extruders mit Schlauchspritzkopf, wobei ein aus mindestens zwei übereinanderliegenden Schichten aus thermoplastischem Kunststoff hergestellter, schlauchförmiger Rohteil mit einem geschlossenen Boden versehen wird und die einzelnen Schichten nacheinander aus dem Spritzkopf ausgepreßt werden, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß zur Bildung des Bodens vor dem Auspressen des Mantelteils nacheinander zuerst die innerste, danach die jeweils nächste, nach außen anschließende Kunststoffschicht ausgepreßt wird und die Schichten dabei zu einer die untere Schlauchöffnung abschließenden, aus den übereinanderliegenden Schichten bestehenden Bodenfläche verformt werden, wonach zur Bildung des an den Boden nahtlos schichtweise anschließenden Mantelteils gleichzeitig alle Schichten ausgestoßen und zu einem in sich geschlossenen Mantelteil verpreßt werden.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem mit konzentrischen kreisringförmigen Einzelschlitzen versehenen und an der Ausstoßöffnung eines Extruders befestigten mehrteiligen Schlauchspritzkopf, dadurch gekennzeichnet, daß zum Formen des Bodens ein aus mindestens drei zylindrischen, koaxial angeordneten, gegeneinander und gegen die Ausstoßöffnung in vorgegebener Distanz axial beweglichen, kolbenartigen und mit Ringrorsprüngen und Ausnehmungen für diese Vorsprünge versehenen Schiebern bestehendes Formwerkzeug angeordnet ist.
3. Vorrichtung zum Herstellen eines zweischichtigen Hohlkörpers nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug mit vier konzentrisch ineinander beweglichen Schiebern versehen und die Ringvorsprünge und Ausnehmungen in den Schiebern so bemessen sind, daß der freie Weg des ersten innersten Schiebers im zweiten, ihm außen anliegenden Schieber gleich der Bodendicke der ersten innersten Schicht und der freie Weg des zweiten Schiebers im dritten, ihm außen anliegenden Schieber gleich der Summe der Bodendicken der ersten innersten und der zweiten anliegenden Schicht ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einzelschlitz durch einen anliegenden, axial in vorgegebener Distanz von außen beweglichen Schieber abgeschlossen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1 131 870; USA.-Patentschrift Nr. 2951261.