DE19525198C2 - Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern im Blasverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf die Herstellung von Hohlkörpern aus Kunststoffen im Blasverfahren. Derartige Hohlkörper, z. B. mit einer Füll- und Entleerungsöffnung versehene Behälter, wie Flaschen, Dosen, Kanister usw., aber mit zunehmendem Anteil auch sogenannte technische Teile, wie z. B. Bremsölflüssigkeits- und Scheibenwaschanlagenflüssigkeitsbehälter sowie Innentürarmstüt­ zen für Kraftfahrzeuge, werden allgemein in der Weise herge­ stellt, daß das meist in Granulat- oder Pulvertorm vorliegende Kunststoffausgangsmaterial in einen in der Regel waagerecht an­ geordneten Extruder eingegeben wird, dessen Zylinder von außen beheizt wird, so daß das in den Extruder eingegebene Material durch Wärme und den durch die sich drehende Extruderschnecke erzeugten Druck in einen plastischen, verarbeitbaren Zustand übergeführt wird. Der Extruder drückt das plastische Material durch seine Düse in einen meist mit senkrechter Hauptachse angeordneten, sogenannten Blas- oder Extrusionskopf, in dem der aus dem Extruder kommende Vollstrang in einen Hohlstrang umge­ formt wird. Dieser verläßt die Blaskopfdüse als warmplastischer Schlauch, von dem abgetrennte Längen als Vorformlinge in eine Blasform eingebracht und in dieser durch ein in das Innere unter Druck eingeführtes Blasmedium zum Hohlkörper gewünschter Gestalt aufgeblasen werden.

Die erzeugten Hohlkörper werden je nach dem Einsatzzweck nach Druck-, Berst-, Stand- und Fallfestigkeit sowie Dichtheit beur­ teilt, insbesondere wenn für ein flüssiges Füllgut bestimmte Behälter hergestellt werden. Diese Eigenschaften hängen von der Formgebung und im großen Maße von der Wanddicke des Hohlkörpers ab. Weil aber Kunststoffe trotz eines großen weltweiten Angebots verschiedener Umstände wegen, auch wegen der teilweise auf das Ausgangsmaterial aufgeschlagenen Entsorgungskosten, ständig teurer werden, aber auch wegen steigender Frachtkosten des Leergutes und insbesondere der gefüllten Hohlkörper, besteht seit langem die Tendenz, die Wanddicke möglichst dünn zu machen, d. h. das Gewicht des Hohlkörpers so stark wie möglich zu redu­ zieren. Dem aber sind wegen der vorstehend erwähnten erforder­ lichen Festigkeitseigenschaften Grenzen gesetzt, die großenteils bereits erreicht wurden.

Bekanntlich sind Gegenstände aus geschäumtem Kunststoff wegen der zahlreichen in den Querschnitt eingelagerten Luftbläschen leichter als Gegenstände gleicher Gestalt, Größe und Wanddicke aus Kunststoffvollmaterial, so daß das Ausweichen auf die Her­ stellung von Hohlkörpern aus geschäumtem Kunststoff eine Lösung der Aufgabe wäre, Hohlkörper herzustellen, die bei erforderli­ cher Festigkeit ein möglichst geringes Gewicht haben. Bisherige Versuche, aus geschäumten Kunststoff im Blasverfahren Hohlkörper herzustellen, scheiterten aber nach Kenntnis der Anmelderin daran, daß für deren Herstellung Verarbeitungsparameter ein­ zuhalten sind, die von denen der Verarbeitung ungeschäumter Kunststoffe stark abweichen und bisher nicht gefunden wurden.

Dabei kommt es nicht nur darauf an, Hohlkörper herzustellen, die ein geringeres Gewicht als Hohlkörper gleicher Gestalt und Größe aus ungeschäumtem Kunststoff haben oder bei gleichem Gewicht dicker sein können, sondern in der Praxis auch darauf, daß von den Abnehmern häufig Behälter mit einer glatten Innen- und Außenhaut verlangt werden und die beim Blasvorgang aus schlauchförmigen Vorformlingen erforderliche Abquetschungen, z. B. am Boden und Hals ohne Schwierigkeit durchgeführt werden können.

Die DE 39 27 719 A1 offenbart eine Kunststofformmasse zur Herstellung von Kunststoffolien, Kunststoffolienbahnen, Platten, Formteilen, Rohren, Schläuchen und Behältern. Dieser Formmasse können neben weiteren üblichen Verarbeitungshilfsstoffen außerdem 0,1 bis 10 Gew.-Teile eines chemischen oder physikalischen Treibmittels zugemischt werden, und das Gemisch kann bei Temperaturen von 150 bis 300°C in einer Plastifiziervorrichtung vermischt, granuliert und abgekühlt werden und danach oder während der Plastifizierung im Extrusions-, Koextrusion-, Kalandrier-, Gieß-, Spritzgieß-, Blas- oder Sinterverfahren weiterverarbeitet werden. Die angegebenen Mengenbereiche des zugemischten Treibmittels und die genannten Temperaturbereiche sind so undifferenziert, daß sie dem Fachmann keine praktikable Lehre an die Hand geben, zumal diese Druckschrift keinerlei Angaben über einen zugehörigen Blasdruck bei der Herstellung von Hohlkörpern aus der offenbarten Kunststofformmasse macht.

Die US-3,363,034 offenbart ein Verfahren, bei dem Polyolefine mit Treibmitteln zu Hohlkörpern aufgeblasen werden, wobei Blasdrücke in einem Bereich von 1 bis 3 Bar angewendet werden. Damit der Hohlkörper innen und außen eine nicht geschäumte Haut aufweist, wird vorgeschlagen, die Wandung des Vorformlings einer Schockkühlung zu unterwerfen.

Die US-3,225,127 offenbart eine Kunststoffmischung mit einem Treibmittelzusatz in der Größenordnung von 0,01 bis 25% und erwähnt eine Extrudertemperatur von 193°C bis 204°C. Über den Blasdruck beim Aufblasen eines Behälters aus dieser Kunststoffmischung enthält die Druckschrift keine Angabe.

Die US-3,137 745 befaßt sich mit dem Verblasen eines geschäumten Kunststoffs, der mindestens 50%, möglichst über 70% geschlossene Zellen aufweisen soll. Hierzu soll die Extrusionstemperatur zwischen 121°C und 316°C liegen, wobei über den Blasdruck keine Angaben gemacht werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus geschäumtem Kunststoff anzugeben, die nicht nur besonders leicht sind, sondern auch zumindest eine glatte Außenfläche aufweisen, und bei deren Herstellung die erforderlichen Abquetschungen, z. B. am Boden und Hals, ohne Schwierigkeiten durchführbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Hohlkörper ist in dem unabhängigen Patentanspruch 4 gekennzeichnet.

Eine wichtige Voraussetzung für die Herstellung von Hohlkörpern aus geschäumten Kunststoffmaterial ist neben der richtigen Mischung die Temperatur, mit der der aus dem Extruder kommende Vollstrang im sogenannten Blaskopf in einen Hohlstrang umgeformt wird, der als Schlauch die Blaskopfdüse verläßt und als Vor­ formling aufgeblasen werden kann. Gemäß der Erfindung werden dem in den Extruder eingegebenen Kunststoffausgangsmaterial 1.0 bis 2.0 Gew-% eines Schäummittels beigegeben, d. h. 100 kg des Kunststoffausgangsmaterials werden 1.0 bis 2.0 kg eines Schäummittels beigemischt. Für PP und HDPE (Hochdruckpolyäthylen) hat sich ein Verhältnis von 1.25 kg Schäummittel: 100 kg Kunststoffausgangsmaterial in Versuchen bewährt. Als Schäummittel können handelsübliche eingesetzt werden, z. B. eine Mischung aus Mononatriumcitrat und Natriumbicarbonat (Handelsname: Hydrocerol).

Diese Mischung Kunststoff/Schäummittel führt weder im Extruder noch im Blaskopf bereits zu einem aufgeschäumten Kunststoff, sondern erst im Augenblick des Austritts aus der Blaskopfdüse, wenn aus dem Hohlstrangdurchfluß im Blaskopf ein Schlauch wird, weil dann die Mischung plötzlich drucklos wird und die vielen kleinen in ihr enthaltenen Gasbläschen expandieren können.

Weil durch die vielen beim Aufschäumen entstehenden Luftbläschen mehr Wärme als bei der Verarbeitung von Kunststoffvollmaterial an die Umgebungsluft abgegeben wird, der aus dem ausgepreßten Schlauch entstehende Vorformling aber für das anschließende Verblasen in der Blasform eine bestimmte Mindesttemperatur haben muß, muß die Temperatur der Mischung im Blaskopf und damit auch im Extruder höher sein als bei der Verarbeitung von Kunststoff­ vollmaterial. Es wurde gefunden, daß eine Temperatur etwa 20° bis 30°C über der für die Verarbeitung von Kunststoffvollmaterial erforderlich ist. Für PP und HDPE z. B. sollte die Verarbeitungs­ temperatur, gemessen an der Blaskopfdüse mindestens 230°C betra­ gen, wozu das Material im Extruder so aufgeheizt werden sollte, daß es vor der Extruderdüse eine Temperatur von 240° bis 260°C aufweist.

Dagegen ist für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens ein wesentlich geringerer Blasdruck einzuhalten als für ungeschäumtes Material, aber dieser Druck darf andererseits auch nicht zu niedrig sein, da sonst die Gefahr besteht, daß die eingeschlossenen Bläschen zu groß werden, keine glatte Innen- und Außenhaut entsteht und der Vorformling in der Blasform vor Einführung der Blasluft zusammenfällt und auch, daß die sich zwischen Vorformlingsaußenwand und Formnestinnenwand ansammelnde Luft nicht vollständig entfernt werden kann.

Die Erfindung schlägt vor, für den Blasdruck mindestens 1.0 und höchstens 2.5 bar einzusetzen. Gute Ergebnisse wurden bei Ver­ suchen mit einem Blasdruck zwischen 1.5 und 1.7 bar erzielt.

Als Ausgleich für den gegenüber der Verarbeitung von ungeschäum­ tem Kunststoff eingesetzten geringeren Blasdruck muß dafür gesorgt werden, daß die bei der Ausformung des Vorformlings zum Hohlkörper zwischen Vorformlingsaußenfläche und Innenfläche Formnest zusammengepreßte Luft vollständig entweicht, um eine fehlerfreie und glatte Außenhaut am geblasenen Hohlkörper zu gewährleisten.

Dagegen hat es sich herausgestellt, daß bei Anwendung der vor­ stehend genannten Parameter das bodenseitige Verschließen des rohrförmigen Vorformlings durch an der Blasform angebrachte Quetschkanten keine Schwierigkeiten bereitet.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ferner für das "einfache" Extrusionsblasen geeignet, bei dem im Blaskopf ein einziger Hohlstrang aus einem Kunststoffmaterial erzeugt wird und Vor­ formlinge daraus in der Blsform zu Hohlkörpern gewünschter Gestalt unter Druck aufgeweitet werden. Es ist nicht erforder­ lich, Hohlkörper nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nach der sogenannten Coextrusionsmethode herzustellen, bei der im Schlauchkopf gleichzeitig eine Außenschicht aus Kunstststoff­ vollmaterial erzeugt wird, die vor dem Austritt aus der Blas­ kopfdüse mit dem geschäumten Schlauch zusammengeführt wird und diesen beim Austritt aus der Düse und dem anschließenden Ver­ blasen in der Form von außen stützt. Falls aber besondere Effek­ te, z. B. ein sogenannter "Glanzeffekt" gewünscht wird, kann für das Verfahren nach der Erfindung auch die Coextrusionsmethode angewendet werden und eine sehr dünne äußere, den Glanz erzeu­ gende Schicht, die keinerlei Stützwirkung hat, auf die Außen­ fläche des aus geschäumtem Material bestehenden Hohlkörpers aufgebracht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise für Copolymeri­ sate, beispielsweise PP und HDPE eingesetzt, kann aber auch für andere blasbare Thermoplaste, z. B. Polyacrylate, Polyäthylente­ rephthalate sowie Polycarbonate, angewendet werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus Kunststoff im Blasformverfahren, bei dem der in einem Extruder durch Druck und Wärme erweichte, in den plastischen Zustand überführte Kunst­ stoff in einen Blaskopf eingebracht und in diesem zu einem Hohl­ strang geformt wird, der nach dem Verlassen der Blaskopfdüse abschnittsweise in einer Blasform durch Einführen eines Blasme­ diums zum Hohlkörper gewünschter Gestalt aufgeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem dem Extruder zugeführten Kunststoffmaterial 1.0 bis 2.0 Gew-% eines Schäum­ mittels beigemischt, die Mischung im Extruder bis zur Extruder­ düse auf eine 20° bis 300°C über der von Kunststoffvollmaterial liegende Temperatur erwärmt und der Schlauchabschnitt in der Blasform mit einem Blasdruck von 1 bis 2,5 bar aufgeblasen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem dem Extruder zugeführten Kunst­ stoffmaterial 1.25 Gew-% des Schäummittels beigemischt, die Mischung im Extruder bis zur Extruderdüse bis auf 240 bis 260° bzw. an der Blaskopfdüse auf 230 bis 250°C erhitzt und der Vor­ formling mit einem Blasdruck von 1.5 bis 1.7 bar aufgeblasen wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffausgangsmaterial PP oder HDPE ist.

4. Im Blasverfahren hergestellter Hohlkörper, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem geschäumten Kunststoff besteht mit einem Anteil von 1,0 bis 2,0 kg Schäummittel auf 100 kag Kunststoff, und diese Mischung im Extruder bis zur Extruder­ düse bis auf 240 bis 260°C bzw. an der Blaskopfdüse bis auf 230 bis 250°C erhitzt und als den Blaskopf verlassender Vorformling mit einem Blasdruck von 1 bis 2,5 bar aufgeblasen wurde.