DE2040363B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausbilden eines Verschlusses oder Halsteiles an einem schlauchförmigen offenen Vorformling - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden eines Verschlusses oder Halsteiles an einem schlauehförmigen offenen Vorformling aus molekular-oricntiertem, thermoplastischem Kunststoff durch Aufbringen eines seitlichen Drucks, um den Vorformling zusammenzudrücken, wobei zunächst von zwei gegenüberliegenden Seiten aus ein nicht zertrennender Druck auf die Wand eines offenen Endes des Vorformlings aufgebracht wird, um dieses Ende des Vorformlings teilweise abzuflachen, und dann ein nicht zertrennender Druck auf die anderen einander gegenüberliegenden Seitenwände des teilweise abgeflachten Vorformlings aufgebracht wird, um durch Zusammendrücken den Verschluß oder Halsabschnitt zu formen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit Paaren von gegenüberliegenden, aufeinander zu und voneinander weg bewegbaren Formteilen zum Zusammendrücken des Vorformlings.

Das wirtschaftlichste Verfahren zur Herstellung der Vorformlinge besteht darin, eine endlose Länge eines Rohres zu extrudieren und darauf in einzelne Vorformlinge zu zerschneiden.

Hohle Gegenstände werden üblicherweise durch Hlasverforiiiung hergestellt, indem ein plastischer Vorformling aus einer ringförmigen Düse exlrudiert und darauf Formteile um den frisch exlrudierten Vorformling geschlossen werden, der darauf durch inneren Fluiddruck expandiert und an die Formwandungen angedrückt wird. Wegen des plastischen Zustandes des Vorformlings ergibt sich bei der Ausformung des Halses ίο ein großer Spielraum, so daß sich eine gute Abdichtung am offenen Ende ergibt und mittels einer programmierten Extrusion können große und/oder unregelmäßig geformte Gegenstände gebildet werden.

Es ist ein Verfahren zum Herstellen von Vorformlin^r> gen aus kristallinem Material, beispielsweise Polyolefin bekannt (US-PS JJ 90 426, J2 88JI7), bei dem der Vorformling auf die Orientierungstemperaiur wieder aufgeheizt und biaxial orientierter, überraschenderweise glasklarer Gegenstand mit hoher Festigkeit erhalten wird. Bei diesen Verfahren bestehen jedoch Schwierigkeiten bei der Behandlung des Vorformlings bei der zur Orientierung notwendigen Temperatur. Es ist schwierig, das offene Fnde des Vorformlings zur I lerstellung eines Gegenstandes mit geschlossenem Ende, beispielsweise

-^r> einer !lasche, dicht zu verschließen. Insbesondere bei Flaschen mit verhältnismäßig engem Hals ist es schwierig, bei hinreichend kleinem bzw. engem Vorformling einen Hals der richtigen Größe herzustellen, da im Vorformling zur Erzielung der richtigen Wandstärke im fertigen Gegenstund eine unzureichende Maierialmenge vorhanden ist.

Es ist auch bekannt (US-PS J2 78 b64), beim Formen des Halsteils an einem offenen Vorformling aus molekular-orieniiertem, thermoplastischem Kunststoff

^ir> durch Anlegen eines seitlichen Druckes zur Verengung des Vorformlings, zunächst einen den Vorformling nicht zertrennenden, von zwei gegenüberliegenden Seiten her auf die olfenen Enden des schlauchförmiger Vorformling* wirkenden Druck anzulegen, wobei der

^l;) Vorformling abgeflacht wird, und darauf einen den Vorformling nicht zertrennenden Druck auf die anderen gegenüberliegenden Seitenwände des partiell abgeflachten Vorformlings anzulegen, wobei der Halsteil unter Druck geformt wird. Bei dem bekannten Verfahren wird das Material jedoch nicht unter, sondern über dem Kristallschmelzpunkt verarbeitet, da die Vorformlinge direkt extrudiert verarbeitet werden, so daß die eine höhere Temperatur haben und sich noch in plastischem Zustand befinden.

Es ist auch bekannt (DE-GM 19 57 051), einen Vorformling vor der Formgebung abzukühlen. Durch dieses Verfahren ist jedoch lediglich in Verbindung mit dem Blasformen von äußerst dünnwandigen Hohlkörpern das Abkühlen der zulet/.t gedehnten Teile der

" Schlauchwandung mit dem Ziel bekannt, durch die Kühlung ein Aufplatzen des Hohlkörpers an diesen am stärksten beanspruchten Stellen zu vermeiden. Dieses bekannte Verfahren betrifft also nicht die Formgebung einer glasklaren Kunststofflasche aus orientiertem

^bl) Kunststoff mit relativ engem Hals.

Es ist die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe, ein einfaches, sicher arbeitendes Verfahren sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen, mit welchem es möglich ist, praktisch glasklare Gegenstän-

'" de, insbesondere Flaschen mit engem Hals,, mit dichtem Abschluß herzustellen, deren Wände bei entsprechend starker Ausbildung des Halsteils und Abschlusses nicht zu dünn sind, und die eine relativ hohe Festigkeit und

einwandfreie gleichförmige Orientierung haben.

Dies wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindiingsgemäß dadurch erreicht, daß das Kunststoffmaterial des Vorformlings auf einer Temperatur von 0,6 —28"C unter dem Kristallschmelzpunkt gehalten wird und daß der Halsteil auf einen Außendurchmesser, der 20-40% kleiner als der des ursprünglichen Vorformlings ist, geformt wird.

Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren wird es möglich, die Aufgabe zu lösen, d. h. praktisch glasklare Flaschen od. dgl. mit engem Hals herzustellen, deren Wände bei entsprechend starker Ausbildung des llalsteiles nicht zu dünn sind, und die eine höhere Festigkeit als nach bekannten Verfahren hergestellte Gegenstände haben.

Vorformlinge aus orientiertem thermoplastischem Material sind in dem erfindungsgemäßen Temperaturbereich nur schwer verformbar, und das Material verhält sich wie festes Material. Das Matcial ist bei diesen Tcinpcrafuri'ii auch zur Ausbildung eines Verschlusses nicht leicht verschmelzbar. Eine sichere Verschmelzung ist aber unbedingt erforderlich. Bei der Erfindung wird jedoch die schwierige Verformbarkeit und eine erhöhte Bruchgefahr des festen Materials in Kauf genommen, um eine ausreichend dicke Wandstärke der Flasche mit gleichzeitig entsprechend stark ausgebildetem Halsteil sowie eine hohe Transparenz des Materials zu erreichen. Wegen der geringen Neigung des Materials bei den erfindungsgemäßen Temperaturen zu verschmelzen, wird das Material im Bereich des auszubildenden Verschlusses einer sehr starken Verformungsarbeit unterzogen, wodurch trotz der schlechten Verschmelzbarkeit eine gute Verbindung ohne .Schweißlinien erhalten wird.

Eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist vorzugsweise zum Ausbilden des Verschlusses am anderen Ende des Vorformlings ein drittes und viertes Paar von gegenüberliegenden aufeinander zu und voneinander weg bewegbaren Formteilen mit gemeinsamer Achsanordnung auf, wobei das vierte Paar Formteile zwischen den Formteilen des dritten Paares angeordnet ist, und im rechten Winkel zu und mit seinen Seitenwänden gleitend an den Innenwänden der vollständig vorgeschobenen Formteile des dritten Paares bewegbar ist. Durch diese Anordnung wird die vorstehend geschilderte, gemäß der Erfindung angewendete starke Verformungsarbeit im Verschlußbereich ohne Schwierigkeiten möglich.

Die Vorformlinge können durch Extrudieren endloser Rohrlängen hergestellt werden, die darauf gekühlt und in einzelne Werkstücke zerschnitten werden. Diese Vorformlinge werden darauf in festem Zustand beispielsweise in einem Luftofen auf eine Temperatur wiederaufgeheizt, die 0,6 bis 28"C unterhalb des Kristallschmelzpunktes liegt. Bei dieser Temperatur werden die Vorformlinge zur Erzielung der Orientierung in Längsrichtung gestreckt und zur Erzielung der Orientierung in der anderen Richtung in Umfangsrichtung expandiert, so daß die Vorformlinge sich den Formwandungen anpassen. Der so hergestellte Gegenstand ist biaxial orientiert, besitzt die mit der Orientierung verbundene hohe Festigkeit und, im Falle von Materialien wie Poypropylen, eine hohe Klarheit. Wie obenerwähnte, verhalten sich die Vorformlinge bei dieser Temperatur, bei der sie nicht leicht verformbar sind, wie feste Materialien und befinden sich noch in einem Daniel! kristallinen Zustand.

Das erfindungsgemaße Verfahren, nach dem ein Vorformling zunächst abgeflacht und darauf mittels Formleilen druckverforml wird, die sich im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung der ersten Abflachungs-■i formteile bewegen, kann zur Bildung eines fertigen Halses eines Vorformlings benutzt werden, indem ein mittig angeordneter Dorn verwendet wird, gegen den der Vorformling komprimiert wird, oder es kann nach diesem Verfahren ohne einen zentral angeordneten in Dorn gearbeitet und das zweite Paar der Druckteile vorwärts bewegt werden, bis die Wände miteinander verschmolzen sind. Auf diese zwei Arten kann getrennt oder alternativ gearbeitet werden. Ein Ende des Vorfonnlings kann zur Ausbildung eines fertigen Halses Π geformt werden, während das andere Ende unter Verwendung der anderen Ausführungsform verschlossen wird. Wird die Erfindung zum Verschließen des Bodenendes und ebenso zur Ausbildung eines fertigen Halsteiles am oberen Ende benutzt, so können diese ->o beiden Operationen gleichzeitig oder nacheinander ausgeführt werden.

Wenn das Ende des Vorformlings zur Ausbildung des Halses einen verringerten Durchmesser aufweist, kann der verringerte Halsbereich die gleiche, eine geringere 2"> oder größere Wandstärke als der ursprüngliche Vorformling aufweisen. Im allgemeinen ist die Endwandstärke gleich oder um 10 bis 20 % geringer als die Anfangswandstärke.

Die Erfindung ist insbesondere brauchbar bei der

in Verarbeitung von Vorformlingen aus Polymerisaten aus wenigstens einem Monomer aus der Gruppe bestehend aus Äthylen, Propylen, I-Buten und insbesondere Polypropylen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der !■> Zeichnungen an Ausführungsbeispiclen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Ausbildung eines Halsbereiches,

Fig. 2 einen Querschnitt ähnlich F i g. 1 bei einer in späteren Arbeitsstufe,

F i g. 3 einen Querschnitt ähnlich F i g. 2 einer weiter darauffolgenden Arbeitsstufe,

Fig.4 einen Querschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform zum Verschließen eines offenen -^ Endes eines Vorformlings,

Fig. 5 einen F i g. 4 ähnlichen Querschnitt in einer späteren Arbeitsstufe,

Fig. 6 einen Querschnitt ähnlich Fig. 5 in einer weiteren Arbeitsstufe,

>o Fig. 7 einen Querschnitt ähnlich dem der Fig. 6 in einer noch späteren Arbeitsstufe,

Fig. 8 in Schrägansicht die Unterseite der Vorrichtung während des in F i g. 6 dargestellten Arbeitssehrittes und

Vi F i g. 9 eine schematische Darstellung der Verfornv.ingsoperationen.

Die Vorrichtung wird zuerst anhand der Fertigformung eines Endes eines Vorformlings beschrieben, der aus einem Polymer aus wenigstens einem Mono-1-Olew) fin mit zwei bis acht Kohlenstoffatomen pro Molekül hergestellt ist und in festem Zustand auf die Orientierungstemperatur wiederaufgeheizt wurde.

Mit Orientierungstemperatur ist die Temperatur gemeint, bei der kristalline Polymerisate beim Strecken '>"> eine erhöhte Festigkeit aufweisen. Diese Temperatur liegt bei Polymerisaten aus Mono-1-Olefinen mit zwei bis acht Kohlenstoffatomen pro Molekül im allgemeinen im Bereich von 0,6 bis 28°C, vorzugsweise 6 bis

I7"C unterhalb des Kristi'llschmelzpunklcs. Der Kristallsehmclzpunkt kann festgestellt werden, indem man eine kleine Probe des zu untersuchenden Materials aiii die Heizstufe eines Polarisationsmikroskops legt und den Kristallschmclzpunkl als die Temperatur bestimmt, bei der die letzte Doppelbrechung bei langsamer Heizung verschwindet.

In Fig. 1 bis 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der ein rohrförmiger Vorformling 12 mit offenem ι Ende um einen zylindrischen Dorn 14 gelegt ist. Fr kann jedoch je nach der gewünschten Gestall der inneren Oberfläche des Halstcilcs des fertigen Gegenstandes rechteckig, dreieckig und/oder leicht konisch zulaufend ausgeführt sein. An einander gegenüberliegenden Seiten des Vorformlings 12 liegen zwei Formteile 16 und •18, die vorgeschoben werden können, um an den einander gegenüberliegenden Seiten des Vorformlings 12 einen Druck aufzubringen. Sie können mittels eines an Teilen 20 befestigten Luftzylinders vorgeschoben und zurückgezogen werden. Zwischen den Formteilcn 16 und 18 ist ein zweites Paar einander gegenüberliegender Formteile 22 und 24 angeordnet, die vorgeschoben werden können, um an die beiden anderen Seiten des abgeflachten Vorformlings 12 einen Druck anzulegen (Fig. 2 und 3). Die Formteile 22 und 24 werden mittels Teilen 26, ähnlich den Teilen 20 vorgeschoben und zurückgezogen.

Wie aus den Fig. 1 -3 hervorgeht, werden das erste und zweite Paar Formteile 16, 18 bzw. 22, 24 nacheinander betätigt, so daß die Formteile 16 und 18 zunächst den Vorformling 12 abflachen, wobei sie in eine Stellung vorgeschoben werden, in der ihre vorderen Wände angrenzend an die Seilen der Formteile 22 und 24 liegen. Werden die Formteile 22 und 24 vorgeschoben, so befinden sich deren Scitenwände 28 in gleitender Berührung mit den vorderen Oberflächen 30 der Formteile 16 und 18. Sind die Formteile 22 und 24 in der Fig. 3 gezeigten Weise vorgeschoben, so wird kein Grat gebildet, wenn die Wände des Vorformlings 12 zusammengedrückt sind, da die Formteile 22 und 24 die Formteile 16 und 18 gleitend berühren. Überschüssiger Kunststoff fließt axial ab. Die vorderen Oberflächen der Formteile 16 und 18 sind bei den Abschnitten 32 ausgearbeitet und arbeiten mit den ausgearbeiteten Abschnitten 34 der Formteile 22 und 24 zusammen. Dadurch wird die Außenseite des fertigen Halses des sich ergebenden Vorformlings 12 geformt. Die innere Oberfläche wird, wie in F i g. 3 gezeigt, durch die Kompression des Kunststoffes gegen den Dorn 14 geformt.

F i g. 4 bis 8 zeigen eine weitere Ausführungsform, bei der die Formteile 16a und 18a vorgeschoben werden, so daß das offene Bodenende des Vorformlings 12 partiell abgeflacht wird. Darauf werden, wie in den F i g. 5 und 6 gezeigt, die Formteile 22a und 24a vorgeschoben, so daß das offene Ende zugepreßt wird. Wie aus der Darstellung der aufeinanderfolgenden Arbeitsschritte in den F i g. 4 bis 6 hervorgeht, wird das Polymerisat stark bearbeitet, so daß die Ausbildung einer Abdichtung möglich ist, wenn es sich auf einer Temperatur unterhalb des Kristallschmclzpunktcs befindet und deshalb nur schwer vcrschmclzbar ist. Nach der in F i g. 6 gezeigten Verschmelzung wird eine Trenneinrichtung in Gestalt eines flachen Messers 36 vorgeschoben, so daß das Endstück des Vorformlings 12 vom Hauplteil abgeschnitten wird. Dieser Vorgang ist aus F i g. 8 am besten ersichtlich, wo die verschiedenen Teile in der Arbcitsslufi· (U¹I- I'ig. 6 von unten gezeigt sind. Die vorderen Kanten dor Formteile 22a und 24a können eine beliebige Gestalt besitzen, je nachdem ob der Ansatz 38 am Vorformling 12 dreieckig, quadratisch, kreisförmig oder langgestreckt sein soll. Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, sind die Formteile 16a, 18a, 22a und 24a vcrhiillnismäUig dünn, so daß sich ein verhältnismäßig kurzer Ansatz 38 ergibt. Di'; Dicke der entsprechenden Formteile 16, 18, 22 und 24 kann je nach der gewünschten Länge des fertigen Halses beliebig

ίο gewählt werden.

In Fig. 9 ist das Verfahren schcmalisch dargestellt. Ein rohrförmiger Vorformling 12 mit offenem Ende wird hergestellt, indem zunächst ein endloses Rohr 46 aus einem Extruder 48 extrudiert wird. Das Rohr 46 läuft

Ii durch eine Vakuum-Kühl- und Iicmcssungskammcr 50 und von dort zu einem Messer 52, das das Rohr 46 in Vorformlinge 12 zerschneidet. Diese laufen dann durch einen Luftofen 54, wo sie auf die Oricnticrungstcmpcratur aufgeheitzt werden. Der so aufgeheizte Vorformling

2(i 12 wird an seinem oberen Ende so geformt, daß sich ein Hals 40 mit verringertem Durchmesser ergibt. Am anderen Ende desselben wird er unter Bildung des Ansatzes 38 verschlossen. Der sich ergebende in F i g. 9 gezeigte Zwischcnformling 42 bildet nur eine Zwischen-

r, stufe. Im allgemeinen wird er vom Gcwindcfornikopf 44 nicht entfernt, bis er zum fertigen Gegenstand geblasen wurde.

Beispiel 1

Ein Polypropylcn-Hompolymerisat mit einer Dichte von 0,905 (ASTM D 1505-63T), einem Schmelzfluß von 3,5 (ASTM D 1238-62T, Bedingung L) und einem Kristallschmc'zpunkt von etwa 171⁰C wurde zu einem Rohr mit einem Innendurchmesser von etwa 2 cm und

J5 einer Wandstärke von etwa 3,2 mm extrudiert. Das Rohr wurde auf Zimmertemperatur gekühlt und in Abschnitte von etwa 18 cm Länge geschnitten. Diese Stücke wurden auf eine Temperatur von 160 bis 164°C erwärmt und ein offenes Ende wurde durch Schließen einander gegenüberliegender Backen, ähnlich den in Fig.4 gezeigten, auf dem erwärmten Vorformling abgeflacht. Während die ersten Backen in Berührung mit dem Vorformling gehalten wurden, wurde ein zweites Backenpaar, ähnlich den in Fig. 5 gezeigten

V) geschlossen, um den Voformling zu verschließen. Der sich ergebende Verschluß wurde in zwei Teile zerschnitten. F.s wurde festgestellt, daß die Abschnitte vollkommen homogen waren und keinerlei Blasen odet Schweißlinien zeigten. Das heißt, die Verschmelzung isi

w gleich einer sich aus vollkommen verschmolzenen-Material ergebenden Verschmelzung.

Beispiel 2

Ein Polypropylcn-Homopolymcrisat mit einer Dichte

ν, von 0,905 (ASTM D 1505-63T), einem Schmelzfluß von :

(ASTM D 12H3-62T, Bedingung L) und einem Kristall

schmelzpunkt von etwa 17TC wurde in ein Rohr mi

einem Innendurchmesser von etwa 1,9 cm und einen Außendurchmesser von etwa 3,18 cm cxlrudicrl. Das

(,ο Rohr wurde auf Zimmertemperatur gekühlt und ir 18 cm lange Stücken geschnitten. Diese Stücke wurder auf 160 bis 164^DC aufgeheizt und in einen Gewindeform kopf 44, wie er in den Fig. 1 bis 3 und 9 gezeigt ist eingesetzt. In das Innere des offenen Vorformling!

ι -, wurde ein Dorn eingesetzt und die ersten beider Formteile ähnlich den Teilen 16 und 18 in I-ig. I geschlossen, so daß der Vorformling entsprechend den in Fig. 2 gc/eigicn Zustand abgeflacht wurde. Dariui:

wurden /wei weilen· l'ormtcile. die /wischen dem ersten l'iiar l'oiintcilen gleiten konnten, im rechten Winkel /in Ucwegiingsriehlimg der ersten formteile geschlossen, um das offene linde des Vorloimlings gegen (ten Dorn unter Druck zu verformen, auf seiner alliieren Oberfläche ein (iewinde zu formen, und dessen niiichmessei /η verringern. Der ursprüngliche Vm foinilinj! halte einen AiiDendiiichmessci von j,18cm und einen Innendurchmcssci von 1,9 cm. Der fertigt· I lalsleil hatte nach der l-'t mining einen Aullendurchniessci des (iewindelcils von 2,54 cm, einen Aiiliendureh-

messer des Malsleilcs von 2,28 cm und einen Innendurchmesser des Halsteils von 1,43 cm. Dies ergibt ein Kompressionsverhältnis des ursprünglichen Volumens zum Ijidvolumen von elwa 2,03 : 1. Der Vorformling wurde dann am unteren linde verschmolzen, in eine (ilasform gebracht und bis in Herührung mit den Wänden der Blasform expandiert Dabei hatte er noch Orienlierimgslempcratur, so daß sich eine biaxial orientierte grolle Masche mit liohci l'cstigkcil ergab, deren Hals eng war und die eine feste liodenalxlichliinj: aufwies.

Hierzu 2 IHaIt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ausbilden eines Verschlusses oder I lalstciles an einem schlauehförmigen offenen Vorformling aus molekularorientiericm, thermoplastischem Kunststoff durch Aufbringen eines seillichen Drucks, um den Vorformling zusammenzudrükken, wobei zunächst von zwei gegenüberliegenden Seiten aus ein nicht /,ertrennender Druck auf die Wand eines offenen lindes des Vorformlings aufgebracht wird, um dieses Ende des Vorformlings teilweise abzuflachen, und dann ein nicht zertrennender Druck auf die anderen einander gegenüberliegenden Seitenwände des teilweise abgeflachten Vorformlings aufgebracht wird, um durch Zusammendrücken den Verschluß oder ί lalsabschnitt zu formen, dadurch gekennzeichnet, daIi das Kunslsloffmaterial des Vorformlings auf einer Temperatur von 0,6 bis 28"C unter dem Krisiallsfhmelzpiinkt gehallen wird und daß der HalsleiJ auf einen Außendurchmesser, der 20 bis 40% kleiner als der des ursprünglichen Vorformlings ist, geformt wird.

2. Vorrichtung /um Ausbilden eines llalsteilcs oder Verschlusses an einem schlauehförmigen offenen Vorformling aus molekularorieniiertem, thermoplastischem Kunststoff durch Aufbringen eines seitlichen Druckes nach Patentanspruch 1, mit l'aaren von gegenüberliegenden aufeinander zu und voneinander weg bewegbaren Fonnteilen zum Zusammendrücken des Vorformlings. dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausbilden des Verschlusses am anderen Ende des Vorformlings (12) ein drittes und viertes Paar von gegenüberliegenden aufeinander zu und voneinander weg bewegbaren Formteilen (I6,i, 18;i bzw. 22;i, 24a) mig gemeinsamer Achsanordnung vorgesehen sind, wobei das vierte Paar Formteile (22.-1, 24a) zwischen den Formtcilen (16.Ί, 18;)^ des dritten Paares angeordnet ist, im rechten Winkel zu und mit seinen Sekenwanden gleitend an den Innenwänden der vollständig vorgeschobenen Formteile (16a, \8a) des dritten Paares bewegbar ist.