DE2040363C3 - 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 schlauchförmigen offenen Vorformling aus molekular-orientiertem, 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 Ver-Schluß 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 Vorform

linge zu zerschneiden.

Hohle Gegenstände werden üblicherweise durch Blasverformung hergestellt, indem ein plastischer Vorformling aus einer ringförmigen Düse extrudiertund darauf Formteile um den frisch extrudierten 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 Ό 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 Vorformlingen aus kristallinem Material, beispielsweise Polyolefin bekannt (US-PS 33 90 426, 32 88 317), bei dem der Vorformling auf die Orientierungstemperatur 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 Ende des Vorformlings zur Herstellung eines Gegenstandes mit geschlossenem Ende, beispielsweise einer Flasche, 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 Gegenstand eine unzureichende Materialmenge vorhanden ist.

Es ist auch bekannt (US-PS 32 78 664), beim Formen des Halsteils an einem offenen Vorformling aus molekular-orientiertem, thermoplastischem Kunststoff durch Anlegen eines seitlichen Druckes zur Verengung des Vorformlings, zunächst einen den Vorformling nicht zertrennenden, von zwei gegenüberliegenden Seiten her auf die offenen Enden des schlauchförmigen Vorformlings wirkenden Druck anzulegen, wobei der 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 zuletzt 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 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 Gegenstände, 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 erfindungsgemäß 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 Halsteiles 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 Material ist bei diesen Temperaturen 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 Achs^nordnung 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 Fonnwandungen 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 partiell kristallinet· Zustand.

Das erfindungsgemäße Verfahren, nach dem ein Vorformling zunächst abgeflacht und darauf mittels Formteilen druckverformt wird, die sich im rechien Winkel zur Bewegungsrichtung der ersten Abflachungsformteile 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 ίο 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 Vorformlings kann zur Ausbildung eines fertigen Halses geformt werden, während das andere Ende unter Verwendung der anderen Ausführungsform verschlossen wird. Wird die Erfindung zum Verschließen de& Bodenendes und ebenso zur Ausbildung eines fertigen Halsteiles am oberen Ende benutzt, so können diese 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 oder größere Wandstärke als der ursprüngliche Vorformling aufweisen. Im allgemeinen ist die Endwandstärke gleich oder um 10 bis 20 °/o geringer als die Anfangswandstärke.

Die Erfindung ist insbesondere brauchbar bei der Verarbeitung von Vorformlingen aus Polymerisaten aus wenigstens einem Monomer aus der Gruppe bestehend

aus Äthylen, Propylen, 1-Buten und insbesondere Polypropylen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

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

Fig.2 einen Querschnitt ähnlich Fig. 1 be! einer späteren Arbeitsstufe,

Fig.3 einen Querschnitt ähnlich Fig.2 einer weiter darauffolgenden Arbeitsstufe,

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

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

F i g. 6 einen Querschnitt ähnlich F i g. 5 in einer weiteren Arbeitsstufe,

F i g. 7 einen Querschnitt ähnlich dem der F i g. 6 in einer noch späteren Arbeitsstufe,

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

F i g. 9 eine schematische Darstellung der Verformungsoperationen.

Die Vorrichtung wird zuerst anhand der Fertigformung eines Endes eines Vorformlings beschrieben, der aus einem Polymer aus wenigstens einem Mono-1-Ole-Mi 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 h' 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

17°C unterhalb des Kristallsehmelzpunktes. Der Kristallschmelzpunkt kann festgestellt werden, indem man eine kleine Probe des zu untersuchenden Materials auf die Heizstufe eines Polarisationsmikroskops legt und den Kristallschmelzpunkt 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 rohrförmigen Vorformling 12 mit offenem Ende um einen zylindrischen Dorn 14 gelegt ist. Er kann jedoch je nach der gewünschten Gestalt der inneren Oberfläche des Halsteiles 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 Formteilen 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 Hen 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 Seiten der Formteile 22 und 24 liegen. Werden die Formteile 22 und 24 vorgeschoben, so befinden sich deren Seitenwände 28 in gleitender Berührung mit den vorderen Oberflächen 30 der Formteile 16 und 18. Sind die Formteile 22 und 24 in der F i g. 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 \2 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 Kristallschmelzpunktes befindet und deshalb nur schwer verschmelzbar isL 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 Hauptteil abgeschnitten wird Dieser Vorgang ist aus F i g. 8 arn besten ersichtlich, wo die verschiedenen Teile in der Arbeitsstufe der F i g. 6 von unten gezeigt sind. Die vorderen Kanten der 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 24« verhältnismäßig dünn, so daß sich ein verhältnismäßig kurzer Ansatz 38 ergibt. Die 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 schematisch dargestellt. Ein rohrförmigen Vorformling 12 mit offenem Ende wird hergestellt, indem zunächst ein endloses Rohr 46 aus einem Extruder 48 extrudiert wird. Das Rohr46 läuft

Ii durch eine Vakuum-Kühl- und Bemessungskammer 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 Orientierungstemperatnr aufgeheitzt werden. Der so ■■·; f^ciieizte Vorformling 12 wird an seinem oberen Ende so geformt, Haß sich ein Hals 40 mit verringertem Durchmesser erg'!;!. Am anderen F.de desselben wird er unter Bildung des Ansatzes 38 verschlossen. Der sich ergebende in F i g. 9 gezeigte Zwischenformling 4? bildet nur eine Zwischen-

2^r> stufe 'm allgemeinen wird er vom Gewindeformkopf 44 nicht entfernt, bis er zum fertigen Gegenstand geblasen wurde.

Beispiel 1

in Ein Polypropylen-Hompolymerisat mit einer Dichte von 0,905 (ASTM D 1505-63T), einem Schmelzfluß von 3,5 (ASTM D 1238-62T. Bedingung L; und einem Kristallschmelzpunkt von etwa 171°C wurde zu einem Rohr mit einem Innendurchmesser von etwa 2 cm und

J-) 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 F i g. 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, geschlossen, um den Voformling zu verschließen. Der sich ergebende Verschluß wurde in zwei Teile zerschnitten. Es wurde festgestellt, daß die Abschnitte vollkommen homogen waren und keinerlei Blasen oder Schweißlinien zeigten. Das heißt, die Verschmelzung ist

V) gleich einer sich aus vollkommen verschmolzenem Material ergebenden Verschmelzung.

Beispiel 2

Ein Polypropylen-Homopolymerisat mit einer Dichte η von 0,905 (ASTM D 1505-63T), einem Schmelzfluß von 2 (ASTM D 1283-62T, Bedingung L) und einem Kristallschmelzpunkt von etwa 171°C wurde in ein Rohr mit einem Innendurchmesser von etwa 1,9 cm und einem Außendurchmesser von etwa 3,18 cm extrudiert Das mi Rohr wurde auf Zimmertemperatur gekühlt und in 18 cm lange Stücken geschnitten. Diese Stücke wurden auf 160 bis 164° C aufgeheizt und in einen Gewindeformkopf 44, wie er in den F i g. I bis 3 und 9 gezeigt ist, eingesetzt In das Innere des offenen Vorformlings - :· wurde ein Dorn eingesetzt und die ersten beiden Formteile ähnlich den Teilen 16 und 18 in Fig. 1 geschlossen, so daß der Vorformling entsprechend dem in F i g. 2 gezeigten Zustand abgeflacht wurde. Darauf

wurden zwei weitere Formteile, die zwischen dem ersten Paar Formteilen gleiten konnten, im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung der erste:n Formteile geschlossen, um das offene Ende des Vorformlings gegen den Dorn unter Druck zu verformen, auf seiner äußeren Oberfläche ein Gewinde zu formen, und dessen Durchmesser zu verringern. Der ursprüngliche Vorformling tr-itte einen Außendurchmesser von 3,18 cm und einen innendurchmesser von 13 cm. Der fertige Halsteil hatte nach der Formung einen Außendurchmesser des Gewindeteils von 234 cm, einen Außendurch-

messer des Halsteiles von 2,28 cm und einen Innendurchmesser des Halsteils von 1,43 cm. Dies ergibt ein Kompressionsverhältnis des ursprünglichen Volumens zum Endvolumen von etwa 2,03 : 1. Der Vorformling wurde dann am unteren Ende verschmolzen, in eine Glasform gebracht und bis in Berührung mit den Wänden der Blasform expandiert. Dabei hatte er noch Orientierungstemperatur, so daß sich eine biaxial orientierte große Flasche mit hoher Festigkeit ergab, deren Hals eng war und die eine feste Bodenabdichtung aufwies.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Ausbilden eines Verschlusses oder Halsteiles an einem schlauchförmigen offenen Vorformling aus molekularorientiertem, thermoplastischem Kunststoff durch Aufbringen eines seitlichen Drucks, um den Vorformling zusammenzudrükken, 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 Tonnen, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial des Vorformlings auf einer Temperatur von 0,6 bis 28° C unter dem Kristallschmelzpunkt gehalten wird und daß der Halstei! auf einen Außesiiurchmesser, der 20 bis 40% kleiner als der des ursprünglichen Vorformlings ist, geformt wird.

2. Vorrichtung zum Ausbilden eines Halsteiles oder Verschlusses an einem schlauchförmigen offenen Vorformling aus molekularorientiertem, thermoplastischem Kunststoff durch Aufbringen eines seitlichen Druckes nach Patentanspruch 1, mit Paaren von gegenüberliegenden aufeinander zu und voneinander weg bewegbaren Formteilen 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 (16a, 18a bzw. 22a, 24a) .nig gemeinsamer Achsanordnung vorgesehen sind, wobei das vierte Paar Formteile (22a, 24a) zwischen den Formteilen (16a, iSa) des dritten Paares angeordnet ist, im rechten Winkel zu und mit seinen Seitenwänden gleitend an den Innenwänden der vollständig vorgeschobenen Formteile (16a, \%a) des dritten Paares bewegbar ist