DE1916121A1 - Verfahren zur Herstellung von Hohlkoerpern aus Kunststoff - Google Patents

Description

FARBWERKE HOECHST AG vormals Meister Lucius & Brüning Aktenzeichen: Fw 5665 A Dr.M.D./Mu

19. März 1969

Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus Kunststoff

Es ist bekannt, Flaschen aus thermoplastischen Werkstoffen durch Blasverformung herzustellen. Es ist ebenfalls bekannt, daß die physikalischen Eigenschaften, wie Zugfestigkeit, Schlagfestigkeit und Klarheit der thermoplastischen Werkstoffe dutch das Recken des Werkstoffes bedeutend verbessert werden können.

Bei sämtlichen zuvor bekannten Verfahren ergaben sich jedoch Schwierigkeiten bei der Erzielung von Produktionsziffern, die ausreichend hoch sind, um wirtschaftlich zu sein. Eine der aufgetretenen Schwierigkeiten besteht darin, daß der Werkstoff bei seiner Recktemperatur, die im allgemeinen nur leicht unter seiner Schmelztemperatur zum Zeitpunkt des Reckens liegt, weitgehend kristallin sein muß. Die Kristallisation tritt sehr langsam bei hohen Temperaturen ein und das übliche Verfahren geht daher dahin, den Strangpressling, beispielsweise einen Schlauch, auf eine niedrige Temperatur abzukühlen,, bei der die Kristallisation schnell vollzogen wird und denselben dann erneut auf eine Recktemperatur zu erhitzen* Da die Wärmeleitfähigkeit des Kunst-, stoffes sehr gering ist, ist viel Z-eit erforderlich, um die richtigen Voraussetzungen für das Recken zu erhalten. Dies erfordert meist untragbar langte Zykluszeiten.

Bekannt ist gleichfalls ein zweistufiges Blasverfahren für die Herstellung von Flaschen aus Kunststoff, wie beispielsweise Polyvinylchlorid, Bei diesem Verfahren wird der Blasrohling in einer er«ten Stufe extrudiert, abgekühlt und auf Lange geschnitten» Dj.e zugeschnittenen. Stücke worden dann in einer

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zweiten Stufe einem Blasvorgang unterzogen, auf Arbeitstemperatur erhitzt, in eine Blasform gegeben und blasverformt« Ein derartiges Verfahren weist zahlreiche Vorteile gegenüber einem konventionellen Blasverformungsvorgang auf, bei dem der geschmolzene Blasrohling aus dem Extruder direkt in eine Blasform eingeschlossen und blasverformt wird.

Ein Vorteil des letzteren Verfahrens liegt z.B. darin, daß die Produktion von Blasrohlingen an einer einzigen Stelle für eine Massenfertigung sorgt, bei der die technischen Vorteile zu eine* maximalen Wirtschaftlichkeit führen. Ein weiterer. Vorteil liegt darin, daß im Gegensatz zur geblasenen. Flasche der Blasrohling nur ein geringes Versandvolumen beansprucht,, Ein zweistufiger Arbeitsvorgang weist darüber hinaus insofern eine Flexibilität auf, als verschiedene Farben oder verschiedene Werkstoffe ohne weiteres, ausgetauscht werden können, während der Wechsel von Farben oder Werkstoffen in einem Extruder schwierig und zeitraubend ist. · .

Ein weiteres Problem, das bei den bekannten Verfahren.auftrat, ist die Erzielung der gewünschten Wandstärke, insbesondere bei Flaschen mit verhältnismäßig kleinem Flaschenhals. Bei einem Blasrohling, der einen gleichförmigen Querschnitt aufweist, ist die für die Verformung des Hauptteiles der Flasche verfügbare Werkstoffmenge weitgehend die gleiche, wie für die des kleineren Flaschenhalsabschnittes. Der Flaschenhalsabschnitt bildet auf diese Weise eine Beschränkung der Größe des Blasrohlings, während der für den ^auptteil der Flasche verfügbar gemachte Werkstoff unter Umständen nicht für eine ausreichende Wandstärke ausreicht oder aber, wenn er an diesem Abschnitt ausreicht, liegt ein Überschuß an Werkstoff im Halsabschnitt der Flasche vor und der Flaschenhals ist daher zu steif, um sachgemäß ver«· formt werden zu können. Eine Mindest-Wandstärke, die sieh mit den Festigkeitserfordernisseil vereinbaren läßt, wird nicht nur gewünscht, um die Menge und daher die Kosten des Polymers zu reduzieren, sondern auch, um das Gewicht der Flasche und folglich die Arbeit und Aufwendungen, die mit deren Haudha'bung ujml

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- .3 Versand verknüpft sind, zu reduzieren.

Es ist das Ziel .der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Flaschen aus gereckten Kunststoffen anzugeben, das wirtschaftlich ist und eine Herstellung von gleichförmigen, hochwertigen Flaschen mit einem Minimum an Werkstoff gewährleistet. Es ist gleichfalls ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein zweistufiges Verfahren zur Herstellung von gereckten Kunststoff laschen anzugeben, das nur eine Mindestmenge von Abfall ergibt.

Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus thermoplastischem Kunststoff durch Blasverformung gefunden, bei dem ein in Längsrichtung gereckter Blasrohling an seinem einen nicht erhitzten Ende in eine Haltevorrichtung eingespannt, an seinem anderen erhitzten Ende abgeklemmt und bei einer Temperatur unterhalb des Kristallitschmelzpunktes durch Innendruck in einer Form aufgeblasen wird.

Das Verfahren umfaßt somit die Vorbehandlung eines Schlauches aus Kunststoff im kristallinen Zustand und die Erhitzung eines Teiles desselben auf seine Recktemperatur, während der andere Teil kalt bleibt. Der Schlauch wird am kalten Abschnitt durch eine Haltevorrichtung festgespannt, die deshalb, weil der Schlauch an jenem "Punkt nicht erhitzt und daher verhältnismäßig steif i.st, den Schlauch mit ausreichender Kraft festspannen kann. Der Schlauch wird dann in Längsrichtung gezogen, in eine Blasform hineingesteckt und durch Innendruck, der durch die Öffnung im· unerhitzten Abschnitt des Schlauches eingeführt wird, formgeblasen.

Nachstehend wird die vorliegende firfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, bei denen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Apparates für die Ausführung dos Dlasrolilings-Verformungsvorganges des erfindungsgeniäßen Verfahrens ist.

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Fig. 2 ist eine etwas schematische Grundrissansicht des Axialreckungsabschnittes des in Fig. 1 gezeigten Apparates.

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Blasrohlings und einer Haltevorrichtung, in die der Blasrohling während des Flaschenverformungsvorganges montiert ist. .

Fig. k ist eine schematische Darstellung des Apparates für die Ausführung des Flaschenverformungsvorganges.

Fig. 5 ist eine Schnittansicht; im wesentlichen zentrisch zur Blasform wahrend des Flaschenverformungsvorganges.

In Fig. 1 ist schematisch ein Extruder 1 gezeigt, der eine Düse 2 hat, aus der ein Schlauch 3 aus einem thermoplastischen Werkstoff, wie Polypropylen, in geschmolzenem Zustand extrudiert wird. Der Schlauch 3 wird bis zu einem gewissen Grade in geschmolzenem Zustand gezogen und gelangt dann in eine perforierte Kalibrierform k, die in einen Abschreckbehälter 5 montiert ist. Die Kalibrierform 4 ist von einer Vakuumkammer 6 umgeben, die durch eine Leitung - 7 mit einer Vakuumquelle verbunden ist. In Verbindung mit dem Atmosphärendruck, der in die Öffnung des Schlauches 3 durch den inneren Dorn der Düse 2 gelangt, wird der Schlauch 3 dadurch gegen die Oberfläche der Kalibrierform 4, wo er abgekühlt und zum Erstarren gebracht wird, gedruckt.

Von der Kalibrierform k gelangt der Schlauch 3 in die Flüssigkeit im Abschreckbehälter 5 ^un.d aus dem Behälter heraus durch eine Austrittsdichtung 8. Um das Problem der Erzielung einer wirksamen Abdichtung zu vereinfachen, kann der Behälter 5 durch einen Deckel 9 und ein oberhalb der Flüssigkeit angesaugtes Vakuum, das z.B. durch eine Öffnung der Vakuumkammer 6 zum Luftraum oberhalb der Flüssigkeit erzeugt werden kann, verschlossen werden. Der Abschitckbehälter 5 ist ausreichend lang, so daß er zu dem Zeitpunkt, an dem der Schlauch 3 am Austrittsende angelangt ist, auf eine Temperatur abgekühlt ist, bei der die KristaJ 1 i sierung ηchue.1.1 auftritt. Bei einem Schlauch, aus Poly-

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propylen kann diese Temperatur z.B. ungefähr 120 C betragen. Der zum Abkühlen des Schlauches erforderliche Zeitraum hängt nicht nur vom Temperaturunterschied zwischen dem Schlauch und dem Kühlmittel, sondern auch.von der Wandstärke des Schlauches und von dem Zeitraum, während welchem er in die Flüssigkeit im Abschreckbehälter 5 eingetaucht ist, ab.

Vom Abschreckbehälter 5 läuft der abgekühlte und kristalline Schlauch 3 durch einen Wiedererhitzungsbehälter 10, der eine Einlaßdichtung 11 und eine Auslaßdichtung 12 hat und wie der Abschreckbehälter 5 gleichfalls unter einem Vakuum sein kann, um die Abdichtung zu verbessern. Im Wiedererhitzungsbehälter wird der Schlauch 3 auf seine Recktemperatur erhitzt, d.h. bei Polypropylen auf eine Temperatur von ungefähr l60 C. Um das erforderliche Ausmaß der Wiedererhitzung auf ein Mindestmaß zu beschränken, wird der Schlauch im Abschreckbehälter 5 auf nicht mehr als die Höchsttemperatur, bei der die Kristallisierung schnell auftritt, d.h. z.B. auf ungefähr 100 C, abgekühlt.

In der veranschaulichten Ausführungsform wird der Schlauch 3 durch ein Paar Zugrollen 131 die an der Auslaßseite des Wiedererhitzungsbehälters 10 angebracht sind und die dem Schlauch 3 eine Spannung auferlegen, vorgerückt. Die von den Zugrollen 13 geforderte Arbeit kann durch ein zusätzliches Paar Vorschubrollen (glicht gezeigt), die z.B. zwischen den Behälter 5 und 11 §nge,ordnet gindj verringert werden. Die Verringerung der von den Zugrollen 13 geforderten Arbeit verringert die Möglichkeit, daß s.ie die Oberfläche, des Sehlauches 3 beschädigen werden, wobei eine derartige Beschädigung normalerweise als Fehler in der fertigen Flasche in Erscheinung treten würde.

Der Sehlauch wird durch die Vorrichtung Ik axial gestreckt. In der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform umfaßt die Vorrichtung I^ einen Sehlitten 15, der für die Hin- und Herbewegung in einer Bahn geeignet ist und durch einen Vorschubhub, bei welchem er sich mit dem Schlauch bewegt, und einen verhältnisniäßig schnellen Rücklauf hub in entgegengesetzter Richtung, ange-

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trieben wird.

Auf dem Schlitten 15 montiert sind die unteren. Klauen eines unbeweglichen Spanners 16 und eines beweglichen Spanners 17· Die Spanner 16 und 17 umfassen obere Klauen-l8 fosrar» .19? die jeweils geeignet sind, sich zu öffnen und den Schlauch 3 aufzunehmen und sich zu schließen, um"den Schlauch ±m Spanner festzuhalten. Neben dem sicheren Festspannen des Schlauches ist jeder der Spanner 16 und 17 dazu bestimmt, den Schlauch 3 zusammenzuquetschen und hierdurch die Seele desselben zu verschließen, und die verschlossene Seele zu versiegeln« Wenn der Schlauch seine Recktemperatur aufweist und daher· verhältnismäßig weich ist, kann er ohne weiteres zus ammenge quetscht werden und bei verhältnismäßig scharfen Schlauch-Eingriffskasxten kann ein ausreichender Druck entwickelt werden, um das Versiegeln des Schlauches bei der betreffenden Temperatur zu bewerkstelligenο Um den Schlauch 3 in Längsrichtung zu ziehen, nachdem er durch die Spanner l6 und 17 ergriffen wurde, wird der- bewegliche Spanner 17 in eine Führung 20 auf dem Schlitten 15 montiert und. z.B. durch ein hydraulisches Betätigungsorgan 21, das auf den Schlitten 15 montiert ist, angetrieben.

Auf den Schlitten 15 ist eine Schneidmaschine 22 montiert. Der Motor der Schneidmaschine 23 ist z.B. auf eine hin- und hergehende Auflage montiert, so daß diese hydraulisch zwischen ihrer Ruhestellung (vollausgezogene Linien in Figur 2} und ihrer Schneidstellung (gestrichelte Linien in Fig. 2) verschoben werden kann·

Bein Abtrennen der Blasrohlinge 26 befindet sich der Sehlitten anfänglieh in seiner Ruhestellung am Ende seines Rücklayfhubes und die oberen Klauen l8 und 19 der Spanner sind offen. Der Schlauch 3i einschließlich des nichtabgetrennten: Blasrohlings §6. der beim vorhergehenden Zyklus verstreckt wurde, wird vom Wi edererhitzungsbchälter 10 vorgerückt und das vordere oder abgeschnittene Ende 27 bewegt sich nach außen oder nach rechts in Fig. 1 und 2. Da der nichtgezogene Abschnitt des Schlauches

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auf seine Recktemperatur gebracht und daher ziemlich weich ist, kann eine nach oben offene Auflage 28, die durch den unbeweglichen Spanner l6 mitgeführt wird, vorgesehen werden. Der Schlauch 3 wird vorgerückt, bis die durch den Spanner l6 im vorhergehenden Zyklus gebildete Einklemmlinie 29 den Spanner 17 in seiner Ruhestellung erreicht hat. Die oberen Klauen l8 und der Spanner l6 und 17 werden dann gleichzeitig geschlossen, wobei der Spanner 16 den Schlauch flach zusammenquetscht, um eine neue Einklemmlinie 29 zu bilden und die Seele zu schließen.

Der Vorschub des Schlittens 15 und des beweglichen Spanners 17 werden eingeleitet, sobald die Spanner l6 und 17 geschlossen werden, wobei die Vorschubbewegung des Schlittens 15 mit dem Vorschub des Schlauches 3 synchronisiert wird. Der Vorschub des Spanners 17 erfolgt mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit, um dem Abschnitt des Schlauches 3, der zwischen den Spannern l'6 und 17 angeordnet ist, in Längsrichtung zu dehnen.. Nach Beendigung des Vorschubhubes des beweglichen Spanners 17 wird die Schneidmaschine 22 betätigt, um den Schlauch abzutrennen und dadurch den Blasrohling 26 zu bilden. Sobald der gezogene Abschnitt des Schlauches zwischen den Spannern 16 und 17 ausreichend abgekühlt ist, um zu erstarren, was durch einen Wasser-Sprühnebel beschleunigt werden kann, werden die Spanner 16 und 17 geöffnet, der Spanner 17 läuft zurück und der Zyklus wird wiederholt. Nach der Abtrennung kann der Blasrohling 26 direkt zum folgenden Arbeitsvorgang geleitet oder zur Lagerung oder zum Versand aufgefangen werden. Bei einem anschließenden Flaschenverformungsvorgang wird der Blasrohling 26 auf seine Recktemperatur erhitzt, in eine Form eingegeben und zu einer Flasche geblasen. In Fig. k ist schematisch ein Apparat zur Ausführung dieses Verfahrens gezeigt, wobei dieser Apparat Haltevorrichtungen in der Form eines Bügels 30 aufweist, in dom der Blasrohling 26 festgehalten wird, um eine Schrumpfung in Längsrichtung zu verhindern. Der Bügel. 30 ist im wesentlichen C-förmig und hat an seinem unteren Ende einen Spanner 311 der zwischen ein or p.p.schloHsenen und einer offenen Stellung geschwenkt und in .seiner geschlossenem Stc-J tung lösbnr verric^oli

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werden kann und in seiner geschlossenen Stellung den Blasrohling an der Einklemmlinie 29 ergreift. An seinem oberen Ende weist der Bügel 30 einen Spanner 32 auf, der zusammen mit dem oberen Arm des Bügels deiyßchlauch umfaßt und durch eine Nockenklinke, die einen Klinkenarm 33 hat, in seiner geschlossenen Stellung gehalten wird. Der Spanner 32 soll das obere Ende des Blasrohlings sicher festspannen, ohne die Seitenwand einzudrücken oder die Seele desselben zu verschließen· Der Bügel kann beispielsweise durch eine Öffnung 34 im Klinkenarm 33 an einer Kette aufgehängt werden. An der Kette 35 wird eine Reihe von Bügeln 30 durch ein Wxedererhxtzungsbad 36 zu einer Formstelle geführt, wo sie zwischen den gegenüberliegenden Hälften einer Form 37 eingeschlossen werden. Beim Durchgang durch das Wxedererhxtzungsbad 36 wird der Hauptteil des Blasrohlings in eine Erhitzungsflüssigkeit eingetaucht, der dadurch auf seine Recktemperatur erhitzt wird, während der durch den Spanner 3.2 eingeschlossene Abschnitt des Blasrohlings über dem Bad bleibt und so kühl bleibt. Die Einklemmung an der Einklemmlinie 29 dient diesmal dazu, das Ende des Blasrohlings 26 zu verschließen und verhindert auf diese Weise ein Eindringen des Heizmediums und eine Verunreinigung des Innern des Blasrohling-Endabschnittes; In den Blasrohling 26 wird Druckluft durch die Seele 38 mittels einer Düse 391 die durch eine Leitung 40 mit einer Druckluftquelle verbunden ist, eingeführt. Die Düse 39 wird durch einen Arm 4l gehalten uncjicann in die Seele 38 des Diasrohlings eingeführt werden. Nachdem die Flasche geblasen und abgekühlt ist, wird die Form 37 geöffnet und die Flasche 42 herausgezogen. Im Anschluß daran wird die Flasche durch Beschneiden an der Einklemmlinie 43, die durch die Form 37 gebildet wurde und am · Flaschenhals fertiggestellt.

Einer der Vorteile des Reckens des Blasrohlings 26 in Längsrichtung beim Blasrohlings-Verformungsvorgang bestellt darin, daß der Flaschenverformungsvorgang nur die Wiedererhitzung und Dlasverforraung' des Blasrohlings und das Beschneiden der fertig--· gestellten Flasche erfordert· ^!-'."'■-->·

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Da der Abschnitt des Blasrohlings, der im Spanner 32 festgespannt wird, verhältnismäßig kalt bleibt, ist er ziemlich steif und kann ohne weiteres mit ausreichender Kraft festgehalten werden. Dies ist erforderlich, da der Blasrohling dazu neigt, sich zusammenzuzxehen, wenn er auf seine Recktemperatur erhitzt wird. Gleichzeitig kann die Düse 39 mit ausreichender Kraft gegen das offene Ende des Blasrohlings gedrückt werden, um einen dichten Verschluß mit dem Blasrohling herzustellen.

Ein weiteres Problem bei der Herstellung von gereckten Flaschen ist die Erzielung einer optimalen Wandstärke innerhalb der gesamten Flasche, die bedeutende Abweichungen in ihrem Innendurchmesser aufweist, wie beispielsweise im Flaschenhals und im Hauptteil der Flasche. Die Wandstärke des Blasrohlings muß ausreichend sein, um eine ausreichende Wandstärke der Flasche auch an dem Abschnitt zu gewährleisten, der während des Blasformverfahrens am meisten erweitert wird, ohne daß an den Abschnitten der Flasche mit reduziertem Durchmesser überschüssiges Material verbleibt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Blasrohling axial gezogen und auf diese Weise zum Teil gereckt, bevor die Form geschlossen wird. Da der Durchmesser des Blasrohlings auf diese Weise reduziert wird, kann der Blasrohling einen Durchmesser haben, der anfänglich größer ist als der Mindestdurchmesser der Werkzeughöhlung. Beim Verstrecken wird er dann auf den gewünschten Durchmesser reduziert» Im Gegensatz zu einem Verfahren, bei dem sowohl die Reckung in Längs- als auch in Umfangsrifchtung beide in der Form ausgeführt werden, können Flaschen in Übereinstimmung mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ttjit einem !Flaschenhals hergestellt werden, der in Bezug auf den ©ürchmessBr des MaüptatosclmitteB der Flasche klein ist, ohne daß der Blasrohliiftg am Hals ©iaigekiettimt wird und ohne daß eine iFlftsicive hergestellt wird, die im Hauptteil eine Wandung hat, die für die ,gewünschte Festigkeit ibder Steifigkeit zu dünn ist.

Außerdem tr&gi da« Verrecken des Slasrohlings in Längsrichtung, 4»evor «i¹ ijlasverföJrmt wird,und die Verhinderung einer Schrumpfung d«r BlaBverf^rttniiig zu eiaier gleichförmigeren Verteilung

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des Materials in der fertigen Flasche bei. Darüber liinaras kommt es zu einer weitgehend gleichförmigen Verteilung der· Wärme über den gesamten Blasrohling hsiweg und zu einer genaueren Temperatur zum Zeitpunkt der Blasverformung, da der Blasrohling zwa Zeitpunkt der Blasverformung auf seine Recktemperatur erii±£zt wird, wodurch sich der Werkstoff leichter und gleichförmiger ziehen läßt. Gereckte Polypropylenflaschen wurden riacb, dem erf*I.ndungsgemäßen Verfahren mit einem Verhältnis von 4 ϊ 1 zwischen den Durchmessern des Hauptflaschenabschnittes und des Flaschenhalses und mit einer überraschend gleichförmigen Wandstärke !hergestellt. Die Flaschen weisen die üblichen Eigenschaften auf, die mit gerecktem Polypropylen verbunden sind, d>h·, hohe Zugfestigkeit, Steifheit und Schlagfestigkeit, insbesondere eine verbesserte Schlagfestigkeit bei kalten Temperaturen. Die Flaschen sind darüber hinaus sehr klar, obwohl die Klarheit su einem gewissen Grade eine Funktion der Reinheit und Glätte des ursprünglichen Blasrohlings ist.

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Claims (1)

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Pat ent ansprach

Λ Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus thermoplastischem Kunststoff durch Blasverformung, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Längsrichtung gereckter Blasrohling an seinem einen nicht erhitzten Ende in eine Haltevorrichtung eingespannt, an seinem anderen erhitzten Ende abgeklemmt und bei einer Temperatur unterhalb des Kristallxtschmelzpunktes durch Innendruck in einer Form aufgeblasen wird.

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