DE2140341C3

DE2140341C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung thermoplastischer Behälter

Info

Publication number: DE2140341C3
Application number: DE2140341A
Authority: DE
Inventors: Ralph Eugene Ayres; Kenneth Joseph Cleereman; Walter John Bay City Schrenk
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1970-08-11
Filing date: 1971-08-11
Publication date: 1980-06-04
Also published as: DE2140341A1; JPS574717A; NL166422B; AU3203271A; CA932919A; BE771174A; GB1362967A; NL166422C; FR2102179A1; JPS58166010A; SE379002B; JPS5829202B2; AU457025B2; NL7110986A; DE2140341B2; GB1362968A; US3739052A; JPS571415B1; FR2102179B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffteils durch Schmieden eines erhitzten Rohlings aus thermoplastischem Kunststoff, z. B. aus Polyolefin, PVC oder modifiziertem Polystyrol, zwischen erhitzten Gesenkflächen unter Anwendung einer Schmierung zwischen den erhitzten Gesenkflächen und dem Rohling und ggf. Warmverformen des so entstandenen Kunststoffteils zu einem Hohlkörper.

Ein solches Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen ist aus der GB-PS 11 66 381 bekannt. Dabei

ist aber das Schmieden unter Schmierung nicht in Zusammenhang gebracht mit der nicht einmal erwähnten Foiderung, daß die Außenschichter des Rohlings auch nach dem Schmieden Außenschichten und die Innenschichten auch nach dem Schmieden Innenschichten bleiben sollen und zwar möglichst über die gesamte Flächenausdehnung des zu schmiedenden Kunststoffteils.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, beim Schmieden des erhitzten Rohlings dafür zu sorgen, daß die Außenschichten möglichst über die ganze Ausdehnung, die der Rohling beim Schmieden zum Kunststoffteil annimmt, Außenschichten bleiben und die !nnenschichten Innenschichten bleiben.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Erhitzungstemperatur des Rohlings auf einen solchen Wert zwischen knapp unterhalb der Erweichungstemperatur de«= Kunststoffes und annähernd der Schmelztemperatur, die Temperatur der Gesenkflächen auf einen solchen Wert oberhalb der Erweichungstemperatur des Kunststoffes und die Schmierbedingungen zwischen den Gesenkflächen und dem Rohling derart eingestellt werden, daß der Rohling mit einem über die Dicke des Rohlings im wesentlichen gleichförmigen Geschwindigkeitsprofil auseinanderfließt und daß die Randzone des so entstandenen Kunststoffteils vor Abkühlung des Zentralbereichs rasch abgekühlt wird.

Das Auseinanderfließen des Rohlings mit einem über die Dicke des Rohlings im wesentlichen gleichförmigen Geschwindigkeitsprofil, wird im folgenden auch »Zapfenfluß« oder »plug flow« genannt

Die Aufrechterhaltung der Schichtstruktur beim Schmieden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist wesentlich dafür, daß das zu schmiedende Kunststoffteil die von der Schichtstruktur erwartete Kombination von Eigenschaften auf seiner ganzen Flächenerstreckung insbesondere auch in seinem Randbereich beibehält; ein Beispiel: Wenn eine erste Schicht Dampfdurchlässigkeit und eine zweite Schicht Fettdurchlässigkeit gewährleisten soll, so strebt man natürlich an, daß diese beiden Eigenschaften in ihrer Kombination auch nach dem Schmieden über möglichst die ganze Flächenerstrekkung des geschmiedeten Kunststoffteils fortbestehen.

Die raschere Abkühlung des Randbereichs gegenüber dem Zentralbereich erweist sich als vorteilhaft, weil der abgekühlte Rsndbereich dem noch nicht soweit abgekühlten Zentralbereich Stabilität verleiht, so daß beim nachfolgenden weiteren Abkühlen auch des Zentralbereichs mit einer weitgehenden Erhaltung der Form des Kunststoffteils gerechnet werden kann. Der Randbereich kann nicht aus dem ihn formenden Formhohlraum herausgezogen werden; auch wenn die endgültige Abkühlung ohne Einspannung des Kunststoffteils vor sich geht, wird durch die vorangegangene Abkühlung des Randbereichs die Form weitgehend erhalten.

Aus der GB-PS 11 93 141 ist es bekannt, bei der Herstellung von Vorformlint- *ür die spätere Weiterverarbeitung zu Hohlkörpern den Randbereich des Vorformlings vor dem Zentralbereich abzukühlen. Bei diesem Verfahren wird aber der Vorformling im Spritzgußverfahren hergestellt, so daß für das Schmieden unter Erhaltung eines gleichförmigen Geschwindigkeitsprofils keinerlei Vorbild gegeben ist

Als besonders zweckmäßig erweist sich die zeitlich differenzierte Abkühlung des Randbereichs und des Zentralbereichs dann, wenn das Kunststoffteil unmittelbar anschließend an das Schmieden zu einem Hohlkörper umgeformt werden soll, da in diesem Falle der vom Schmieden her nach Abkühlung der Randzone noch auf For.nungstemperatur gehaltene Zentralbereich ohne zusätzliche Erwärmung, jedenfalls aber mit verringertem zusätzlichen Wärmebedarf, weiter verformt werden kann.

Die Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt, daß die geschmiedeten Kunststoffteile unmittelbar anschließend an das Schmieden zu Hohlkörpern weiterverformt werden. Es ist beispielsweise auch denkbar, die geschmiedeten Kunststoffteile erst bei Bedarf in zeitlichem Abstand zum Schmieden weiterzuverformen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit besonderem Vorteil anwendbar, wenn der Rohling aus mindestens zwei Schichten unterschiedlicher thermoplastischer Kunststoffe zusammengesetzt ist, hat aber darüber hinaus überall dort Bedeutung, wo aus irgendeinem Grunde eine Schichtdifferenzierung des Rohlings beim Schmieden aufrechterhalten werden soll, dies kann auch bei einschichtigen Kunststoffrohlingen, beispielsweise aus Polyäthylen, Polypropylen, aus Polyvinylaromaten wie Polystyrol und aus halogenierten Vinylpolymeren wie Polyvinylchlorid, der Fall sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf Rohlinge aus orientiertem Kunststoff anwendbar, obwohl auch durch das Schmieden des Rohlings und ggf. auch durch die spätere Warmverformung eine Orientierung erzielbar ist. Sind höhere Grade von Orientierung erwünscht, so sollte bereits der Rohling orientiert sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, von polygonalen, insbesondere rechteckigen und quadratischen Rohlingen ausgehend, zu mehr oder minder kreisrunden Kunststoffteilen zu kommen und damit Abfall weitgehend zu vermeiden. Die Vermeidung von Abfall ist von besonderer Bedeutung bei mehrschichtigen Kunststoffen, da hier das Wiedergewinnungsproblem besonders gravierend ist.
Die geschmiedeten Rohlinge können vor dem etwaigen Warmverformen geprägt oder bedruckt werden.

Im Rahmen der Erfindung sind vielfältige thermoplastische Kunststoffe verwendbar. Jedoch ist die Erfindung besonders für eine mehrschichtige Folie aus mindestens zwei unterschiedlichen Kunststoffen anwendbar, wobei die Mehrschichtfolie aus zwei Schichten eines Polyvinylaromats, etwa Styrol, Polyvinyltoluol oder deren gummimodifizierten Mischungen, mit einem Kern aus Polyvinylidenchlorid besteht Eine weitere

so brauchbare Mehrschichtfolie besteht aus zwei Schichten eines Polyolefins, etwa Polyäthylen oder Polypropylen mit einem Kern aus Polyvinylidenchlorid.

Die erfindungsgemäß hergestellten Kunststoffteile und vor allem die aus diesen Kunststoffteilen durch Warmverformen gewonnenen Hohlkörper sind für gas- und geruchsdichte Lebensmittelverpackungen hervorragend geeignet, da sämtliche Sperrschichten erhalten bleiben.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen genauer beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Schmiedepresse mit geheizten Gesenkteilen und einer

b5 gekühlten Spannrahmenanordnung zur Formung des Randes gemäß der Erfindung,
F i g. 2 eine vergrößerte Detailansicht zu F i g. 1,
Fig.3 eine der Fig.2 entsprechende Detailansicht

nach dem Schmieden des Rohlings,

F i g. 4 das Detail einer Arretierungsvorrichtung der Spannrahmenanordnung,

Fig.5 eine Explosionsdarstellung der Spannrahmenanordnung,

F i g. 6 das Gesenk- und die Spannrahmenanordnung nach dem Schmiedevorgang und

Fig.7 die Spannrahmenanordnung in Verbindung mit einer Warmumformeinrichtung.

In F i g. 1 ist 10 der bewegliche Preßstempel einer hydraulischen oder ähnlichen Presse 11. Der untere stationäre Preßtisch ist mit 12 bezeichnet. Der Preßstempel ist bei seiner vertikalen Hin- und Herbewegung von Führungen 13 geführt, die in dcrn Preßtisch 12 fixiert sind. An dem Preßstempel 10 ist in der Mitte einer Heizspirale 18 ein oberes Gesenkteil 14 befestigt. Die Heizspirale 18 ist mit Röhren 19 versehen, die ein Heizmittel führen, beispielsweise Dampf oder heißes Öl. Entsprechend ist auch am unteren stationären Preßtisch 12 ein unteres Gesenkteil 16 befestigt, das ebenfalls mittels einer Heizspirale 20 geheizt wird, die das Heizmittel führende Röhren 19 hat An der Oberseite des unteren Gesenkteils 16 ist eine Spannrahmenanordnung 21 abnehmbar gehaltert. Die randformende Spannrahmenanordnung 21 hat flexible Schläuche 24 und 26, die ein Kühlmittel zu- und ableiten.

In den F i g. 2 und 3 sind die Einzelheiten der randformenden Spannrahmenanordnung 21 genauer gezeigt Die randformende Spannrahmenanordnung 21 weist einen oberen Spannrahmen 36 auf, der ein Profil 37 hat welches an die Schrägfläche 15 des oberen Gesenkteils 14 angepaßt ist Ferner gehört zu der Spannrahmenanordnung 21 ein unterer Spannrahmen 38, der ebenfalls ein Profil 39 hat, das auf die Schrägfläche 17 des unteren Gesenkteils 16 paßt. Der obere Spannrahmen 36 ist ausgekehlt und bildet einen in Umfangsrichtung laufenden Kühlkanal 28, der durch einen Dichtring 29 verschlossen ist Entsprechend ist auch der untere Spannrahmen 38 ausgekehlt, um einen Kühlkanal 30 zu bilden, der von einem Dichtring 31 verschlossen wird. Der obere Spannrahmen 36 weist eine Stufe 61 auf, der untere Spannrahmen 38 hat eine Stufe 62 und eine Stirnfläche 63. Diese Stufen wirken als Klemme zusammen und erfassen den Rand 23 des geschmiedeten Kunststoffteils oder Formlings fest genug, um der zurückziehenden Kraft des Polymerisats Widerstand zu leisten, so daß der Vorformling nicht aus der Spannrahmenanordnung 21 herausrutscht wenn das Gesenkteil 14 geöffnet wird. Zugleich ergibt diese Festklemmung einen angeformten Randwulst rings um den Rand des Gesenks.

Auf der Unterseite des oberen Spannrahmens 36 sind mehrere Nuten 27 ausgeschnitten. Für die meisten Zwecke sind drei solche Nuten hinreichend. Jedoch können nach Wunsch mehr oder weniger Nuten vorgesehen werden. Die Nuten haben die Aufgabe, eine Arretierung vorzusehen, wenn der obere Spannrahmen 36 in den unteren Spannrahmen 38 hineingedrückt ist Während der Absenkung des oberen Spannrahmens 36 wird die Federrast 25 kurzzeitig gegen die Kraft einer Feder 49 (F i g. 4) zurückgezogen und dann vorgeschoben, so daß sie in die Nut 27 einrastet wie dies in F i g. 3 dargestellt ist

Die Federrast 25 ist mit einer Stellschraube 22 versehen, die den Druck an der federbelasteten Rastklinke 25 einzustellen gestattet

Die Reihe von Schläuchen 24 und 26 dienen dazu, ein Kühlmittel beispielsweise kaltes Wasser, zum oberen Spannrahmen 36 bzw. zum unteren Spannrahmen 38 zu leiten.

In den F i g. 5 und 6 sind praktisch die gleichen Details wie in Fig.2, jedoch in Explosionsdarstellung bzw. isometrischer Darstellung gezeigt, um die gegenseitige Lage der Teile deutlicher zu machen. Zur besseren Übersichtlichkeit sind die flexiblen Kühlschläuche in diesen Figuren nicht dargestellt Selbstverständlich kann eine Vielzahl solcher Kühlschläuche vorgesehen sein, um den oberen und den unteren Spannrahmen auf einer gleichmäßigen Temperatur unter derjenigen der geheizten Gesenkteile zu halten.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt folgende Schritte:

Auf die Oberfläche eines Rohlings 32 (das homogen sein kann, wie in Fig.2 links, oder aus mehreren Schichten, z. B. 32a, 326, 32c, wie in F i g. 2 rechts, bestehen kann) oder auf die Gesenkteile 14,16 wird ein Schmiermittel aufgebracht; dann wird der Rohling 32 in einem Luftofen oder einem sonstigen geeigneten Gerät auf eine Temperatur vorerhitzt die zwischen knapp unterhalb des Erweichungspunktes und etwa dem Schmelzpunkt des Kunststoffs liegt, und danach auf das untere Gesenkteil 16 gelegt Hierauf wird der obere Preßstempel 10 unter Druck gesenkt, um den erhitzten Rohling 32 in den Hohlraum zwischen den Gesenkteilen 14 und 16 und in den angrenzenden, den Rand formenden Hohlraum 23 (siehe Fig.3) hineinzudrükken, der zwischen dem oberen Spannrahmen 36 und dem unteren Spannrahmen 38 entlang dem Umfang gebildet ist

Selbstverständlich sind die oberen und die unteren Gesenkteile 14 bzw. 16 vorher auf eine Schmiedetemperatur erhitzt worden, die über dem Erweichungspunkt des Kunststoffes liegt Die Temperatur der Gesenkteile 14,16 und des Rohlings 32 kann die gleiche oder auch unterschiedlich sein; zweckmäßig ist es jedoch, die Gesenkteile auf eine etwas höhere Temperatur zu bringen als den Rohling 3Z Es ist auch zweckmäßig, den Rohling 32 in einem Luftofen oder einer ähnlichen Einrichtung vorzuerhitzen, bevor er in das Gesenk gelegt wird.

Die Gesenkteile können nach Wunsch mit einem nicht gezeigten Profil versehen sein, so daß der geschmiedete Vorformling entsprechende Konturen erhält damit die Verteilung des Kunststoffes in dem Vorformling eine gleichmäßigere Austiefung des Behälters erlaubt Beispielsweise kann mehr Kunststoff in demjenigen Teil des Vorformlings angeordnet werden, aus dem die untere Ecke des Behälters geformt wird.

Dies kann unabhängig davon, ob der Vorformling homogen oder mehrschichtig ist, unschwer erreicht werden.

Das obere Gesenkteil 14 bleibt in seiner abgesenkten Stellung, in der es den Rohling komprimiert, gerade so lange, bis die Randpartie des bei diesem Schmiedevorgang entstehenden Vorformlings 34 (homogen oder mehrschichtig, siehe F i g. 3 links 34 bzw. rechts 34a, 34Z>, 34c) von der gekühlten Spannrahmenanordnung 21 und ihren zugeordneten Teilen rasch unter den Erweichungspunkt des Kunststoffes abgekühlt ist Gleichzeitig bleibt der Mittelteil des Vorformlings aufgrund der höheren Temperatur der geheizten Gesenkteile 14 und 16 im erweichten Zustand.

Dann werden die Gesenkteile 14 und 16 von der Spannrahmenanordnung 21 zurückgezogen und die Spannrahmenanordnung mit dem darinliegenden Vorformling 34 wird schnell in eine Formvorrichtung 40

gebracht, in der eine Heißverformung stattfindet, bei der der Vorformling in die Fasson eines Behälters 42 gebracht wird, der wieder homogen, wie in F i g. 7 links oder mehrschichtig, beispielsweise mit den Schichten 42a, 42£>, 42c wie in F i g. 7 rechts sein kann und den in Fig. 7 deutlich erkennbaren Rand 23 aufweist. Darauf wird auf der Spannrahmenanordnung 21 ein Deckel 44 befestigt und durch eine öffnung 46 wird Druckluft von oben in den Vorformling eingeleitet, um die Heißverformung zu unterstützen. An Saugöffnungen 45 und 48 kann ein Unterdruck angelegt werden, der zusammen mit dem Überdruck aus der Öffnung 46 die Heißverformungsfunktion ausübt. Wenn eine besonders große Austiefung notwendig ist, kann auch noch ein Kolben zur Hilfe genommen werden. Ein hydraulischer Mechanismus 50 dient dazu, den Deckel 44 hochzuheben und zu senken, um die Höhlung zur Entnahme der Teile zu öffnen bzw. gegen den Klemmring zu schließen, um den Rand 23 während des Heißverformens festzuhalten. Der Vorformling wird umgeladen, während er noch heißverformbar ist, so daß er in der Formvorrichtung 40 durch Unterdruck geformt werden kann. Danach läßt man ihn abkühlen und anschließend sich erholen. Kühlkanäle 52 können verwendet werden, um das Festwerden des Behälters 42 in der Formvorrichtung 40 zu unterstützen.

Die Aufbringung eines Schmiermittels auf die Rohlinge oder auf die Oberflächen der Gesenkteile 14, 16 oder auf beides ist in dem erfindungsgemäßen Verfahren notwendig, damit der Kunststoff mit Sicherheit gleichmäßig in die Formhöhlung fließt und sich nicht wirft Es hat sich herausgestellt, daß ohne Schmiermittel eine mehrschichtige Folie nicht gleichmäßig in die Formhöhlung fließt, daß vielmehr die innere Schicht oder der Kern größtenteils vor die Außenflächen des Schichtstoffes extrudiert wird, so daß eine teilweise oder vollständige Zerreißung der Mehrschichtfolie stattfindet. Anders ausgedrückt: Das Schmiermittel ermöglicht den »Zapfenfluß« oder (plug flow), d. i. ein Fließen mit annähernd gleichförmigem Geschwindigkeitsprofil des Kunststoffquerschnittes in die Fasson des Vorformlings. Beispiele für verwendbare Schmiermittel sind Glyzerin, Fettsäureseifen, Paraffinwachse, Silikone, thermoplastische Filme und Öle.

Der durch die Schmierung ermöglichte »Zapfenfluß« gestattet es, den Vorformling vor der Heißverformung zu dem Behälter mit einem Prägedruck zu versehen.

Da die im Rahmen der Erfindung brauchbaren thermoplastischen Kunststoffe sehr unterschiedlich sind, geben die hierin verwendeten Ausdrücke »Schmiedetemperaturen«, »Heißverformungstemperatur«, »Erweichungspunkt« und »Schmelzpunkt« nur relative Werte an und können nicht spezifisch definiert werden, ohne die Beschaffenheit der in dem Verfahren angewandten Kunststoffe in Betracht zu ziehen. Schichtfolien aus zwei oder mehr Kunststoffen haben andere Schmiedetemperaturen, Erweichungspunkte und Schmelzpunkte als ihre einzelnen Bestandteile. Im allgemeinen hat man gefunden, daß die Erweichungstemperatur eines Schichtstoffes von der Erweichungstemperatur der Oberflächenschicht, die mit der Formoberfläche in Kontakt ist, vorherrschend bestimmt wird. Für einen gegebenen thermoplastischen Kunststoff kann die optimale Schmiedetemperatur nach der Lehre der Erfindung gemäß bewährten Verfahren festgelegt werden. Die beim Schmieden verwendeten Drücke variieren ziemlich je nach dem zu schmiedenden Kunststoff, der Temperatur, auf die der Kunststoff erhitzt wird, und den Abmessungen des Hohlraumes an dem Formrand.

Für eine erfolgreiche Ausübung der Erfindung sind bei Verwendung mehrschichtiger Rohlinge mindestens drei Bedingungen einzuhalten, bevor der Kunststoff rohling geschmiedet wird: 1. Die Rohlinge müssen warm sein, d. h., sie müssen auf eine Temperatur vorerhitzt werden, die zwischen knapp unter dem Erweichungspunkt und etwa dem Schmelzpunkt des Rohlings liegt und von dem speziellen Kunststoff in dem Rohling abhängt. 2. Der Rohling und/oder die Form (das sind die Gesenkteiloberflächen) müssen geschmiert werden; und 3. die Gesenkteiloberflächen müssen warm sein, d. h., sie müsser, auf eine Temperatur über dem Erweichungspunkt des Kunststoffes des Rohlings erhitzt sein.

Ein Beweis für die kritische Bedeutung der genannten Bedingungen ist die Beobachtung, daß, wenn die Gesenkteiloberflächen kalt werden, d. h. Raumtemperatur hatten, und der mehrschichtige Rohling auf eine Schmiedetemperatur erhitzt wurde, wobei keine Schmierung vorgesehen wurde, die mittlere Schicht oder die mittleren Schichten aus den mehrschichtigen Rohlingen herausgequetscht wurden. Selbst wenn unter den obengenannten Bedingungen Schmiermittel verwendet wurden, war noch eine beträchtliche Extrusion der mittleren Schicht oder der mittleren Schichten zu beobachten.

Wenn sowohl der Rohling als auch die Form auf eine Schmiedetemperatur erhitzt wurden und keine Schmierung verwendet wurde, fand immer noch eine Extrusion der mittleren Schichten statt.

Nur wenn alle drei obengenannten Bedingungen eingehalten wurden, erzielte man gleichmäßige Vorformlinge aus den mehrschichtigen Rohlingen.

Wenn das Verfahren auf homogene Kunststoffrohlinge angewandt wurde, d. h. auf einen Rohling, der aus einer einzigen Kunststoffschicht besteht, waren die obengenannten Bedingungen nicht so kritisch. Aber es ist zweckmäßig, sie doch einzuhalten, da dadurch das Verfahren viel rascher abläuft und der fertige Hohlkörper nicht zurückfedert oder sich verwirft.

Die Erfindung wird weiter durch die folgenden Beispiele veranschaulicht:

Hochstoßfestes Polystyrol, das 5% gummiartiges Styrol-Butadien enthielt, wurde unter Druck geformt oder zu Folien extrudiert, die etwa 2,5 mm dick waren. Einige dieser Folien wurden dann unter verschiedenen Temperaturen gereckt und biaxial orientiert, wie in Tabelle I angegeben. Aus diesen Folien wurden quadratische Rohlinge mit 5 bis 7_;6 cm Seitenlange geschnitten, die in etwa kreisförmige Vorformlinge geschmiedet und zu Behältern geformt wurden, die einen kreisförmigen horizontalen Querschnitt mit einem maximalen Durchmesser von 12,7 cm und eine Tiefe von 3,8 cm hatten und deren Seitenwände in der oben angegebenen Weise nach außen schräg verliefen. Die Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengestellt Bei allen Beispielen der Tabelle I betrug die Erweichungstemperatur etwa 96° C, die Schmelztemperatur (gewöhnlich kein genau definierter Punkt) lag im Bereich von 150⁰C bis 290° C und die Schmiedetemperatur (Temperatur der Gesenkteile) war etwa 130⁰C. Wie aus der Tabelle I zu entnehmen, lag in allen Fällen die Vorwärmtemperatur des Rohlings im Bereich zwischen knapp unter der Erweichungstemperatur und der Schmelztemperatur das für den Rohling verwendeten Kunststoffes und die Schmiedetemperatur war mindestens so hoch wie die Erweichungstemperatur dieses Kunststoffes.

Tabelle 1	9	Orientierung des Rohlings	21	Transparenz der Folie	40 341	4 X 10~³ 12 X 10~³ 14 X 10"³	10	Vorwärm- temperatur des Rohlings
Beispiel Nr.	nicht orientiert gereckt gereckt	undurchsichtig undurchsichtig undurchsichtig		Transparenz der Schicht	115-127^UC 80-90⁰C 80-90"C
1 2 3	Doppelbrechung*) Folie Behälter	undurchsichtig durchsichtig durchsichtig
0 1,2XlO"¹ 2,2 X 10"³

*) Index der Orientierung, bestimmt aus den Interferenzbildem unter einem Polarisationsmikroskop mit monochromatischem Licht nach der Methode von E. F. Gurnee, siehe Journal of Applied Physics 25/1232-40 (1954).

In ähnlichen praktischen Beispielen für die Erfindung hat sich herausgestellt, daß bei Verwendung eines Rohlings ohne Orientierung zur Formung des Behälters gemäß der Erfindung dieser Behälter immer undurchsichtig war, aber eine verbesserte Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Risse bei Beanspruchung hatte. Dies war eine Folge der Orientierung, die beim Schmieden des Rohlings in einen Vorformling und beim anschließenden Heißverformen des Vorformlings in einen Behälter zustande kam. Wenn in dem Rohling wenigstens eine Orientierung in bescheidenem Ausmaß vorhanden war, ergab sich gewöhnlich ein im wesentlichen durchsichtiger Behälter und dieser Behälter hatte eine wesentlich verbesserte Bruch- und Rißfestigkeit. Die obere Grenze für das Ausmaß der Orientierung ist durch die mechanischen Eigenschaften der den Rand formenden Spannrahmenanordnung bestimmt. Bei jeder randformenden Spannrahmenanordnung gibt es z. B. einen Punkt, an dem die in einem orientierten Rohling auftretenden Zugkräfte größer sind als die Fähigkeit der Spannrahmenanordnung, den Rand des entstehenden orientierten Vorformlings festzuhalten, wenn versucht wird, den Rohling in den Vorformling zu drücken. Dies beruht vermutlich auf der Tatsache, daß in dem Rohling Wärme entwickelt wird, wenn er gedrückt wird, und dazu noch Wärme von der Form übertragen wird, die dann die Ursache dafür ist, daß der Rohling schrumpft und sich in seine ursprüngliche unorientierte Größe und Gestalt zurückverwandeln will, was man mit »Gedächtnis« bezeichnet. In Fällen, wo manche Polymere unter hohem Zug stehen, kann die Temperatur für die Wärmeverformung der Polymere etwas herabgesetzt werden.

Aus den Daten der Tabelle I geht hervor, daß das erfindungsgemäße Verfahren einen Behälter mit einer

Tabelle II

Zusammenstellung der physikalischen Eigenschaften größeren Orientierung erzeugt, als der Rohling hatte, aus dem der Behälter geformt wurde. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, daß wenn der Rohling aufgrund kleiner vorhandener Mengen an Stoßfestigkeitsverbesserern, etwa verschiedener Gummiart, undurchsichtig ist, der Behälter gewöhnlich durchsichtig wird.

In Tabelle II ist eine Zusammenstellung der physikalischen Eigenschaften in einer Reihe von Versuchen mit Folien, Vorformlingen und Behältern gegeben, ausgehend von Folien mit unterschiedlichen Graden von Orientierung, wobei die Behälter nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Die Ergebnisse zeigen deutlich eine auffallende Steigerung der Zugfestigkeit für ein vorgegebenes Polystyrolmaterial im Verlauf der Schritte des Verfahrens und auch, wenn die Orientierung der ursprünglichen Folie erhöht wird. Diese erhöhte Orientierung trägt auch zur wesentlich verbesserten Rißfestigkeit des fertigen Polystyrolbehälters bei. Die Beziehung zwischen der erhöhten Orientierung und der Rißfestigkeit ist gut begründet. Die physikalischen Eigenschaften der Folie, aus der die quadratischen Stücke ausgeschnitten werden, sowie die Vorformlinge mit einem Durchmesser von 13 cm und der Behälter der Tabelle II wurden alle getestet und auf Zugfestigkeit und prozentuale Längendehnung nach der A.S.T.M. Methode D1708-66 (Zugeigenschaften von Kunststoffen unter Verwendung von Mikroproben) untersucht. Aus den flachen Teilen des Vorformlings und der geformten Behälter sowie aus den Seitenwänden der Behälter wurden doppel-T-förmige Probestücke in radialer und tangentialer Richtung herausgeschnitten. In den meisten Fällen wurden die Werte für alle Vorformlinge und Behälter gemittelt und als ein Wert angegeben.

Beispiel 1

Polystyrol

unorientierter

Rohling

(kg/cm²)

Beispiel 2

Polystyrol

biaxial-orientierter

Rohling

Beispiel 3

Polystyrol

biaxial-orientierter

Rohling

Eigenschaften des Rohlings

Dopp elbrechung*)
Fließgrenze
Bruchgrenze
Bruchdehnung

267

207

35%

1,2 X 10"³
268
302
39%

2,2 X 10"³

302

336

22%

Fortsetzung

Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3
Polystyrol	Polystyrol	Polystyrol
unorientierter	biaxial-orientierter	biaxial-orientierter
Rohling	Rohling	Rohling
(kg/cm²)

Eigenschaften des Vorformlings

Doppelbrechung
Fließgrenze
Bruchgrenze
Bruchdehnung

Eigenschaften der ausgetieften Behälter

Doppelbrechung

Fließgrenze

Bruchgrenze

Bruchdehnung
*) Doppelbrechung ist in Tabelle I definiert.

1,05 X 10~³

302

307

38%

4,0 X 10~³

398

466

50%

3,4 X 10~³

385

480

α o n/

ΊΟ /0

12 XlO"³

612

637

32%

5,2 X 10"³

466

487

UU /θ

14 X 10~³ 706

731 27%

Das obige Verfahren wurde auf mehrschichtige Folien unterschiedlicher Zusammensetzung und unter wechselnden Bedingungen angewandt, um einen porenfreien runden Behälter mit einem Durchmesser von 13 cm und einer Tiefe von 3,8 cm mit nach oben sich erweiternden Seitenwänden herzustellen. Die Bedingungen und die Resultate sind in Tabelle III zusammengestellt. Für alle fünf Beispiele wurde die mehrschichtige Folie gemeinsam mit einer Klebeschicht eines im Handel erhältlichen Äthylenvinylacetat-Mischpolymerisates mit einem Schmelzindex von 6,0 und 28% Vinylacetat extrudiert.

Die Ergebnisse des Tests auf Sauerstoffdurchlässigkeit stützen den Schluß, daß die Sperrschicht ohne Unterbrechungen und praktisch frei von Rissen oder Blasen war.da die erzielten Werte in guter Übereinstimmung mit den berechneten Werten für eine Sperrschicht der gleichen Dicke sind. Derartige Behälter finden speziell !für die Aufnahme von Produkten Verwendung, die gegen Luftzutritt extrem empfindlich sind, beispielsweise Fleischpackungen, Dispersionsfarben, Käse, Speiseöl und viele andere Nahrungsmittel.

Tabelle	III	Zusammen	Seitenlänge des	Sperrschicht- Dicke des	2,8	Vorwärm- Schmiede	(C)	Preßdauer	ber.
Beispiel	setzung	quadr. Rohlings	dicke im Rohlings	2,4	temperatur temperatur	127		0,50
			Rohling angen.	2,8		127		0,42
			in mm	2,8	(C)	127		0,50
	A/B/A	5,4 cm	0,34	2,2	127	127		0,34
4	A/B/A	8 cm	0,24		127	150	(sec)	0,91
5	C/B/C	5,4 cm	0,30		127		1
6	C/B/C	8 cm	0,28		127	Luftdurchsatz*)	1
7	D/B/D	8 cm	0,14	135		1
8					gem.	1
		Zusammensetzung		Mittlere Sperrschichtdicke	0,78	1
Beispiel				am Behälterboden	0,49
					0,66
		A/B/A		0,05 mm	0,34
4		A/B/A		0,06 mm	0,63
5		C/B/C		0,05 mm
6		C/B/C		0,07 mm
7		D/B/D		0,03 mm
8

A = Mittelstoßfestes Polystyrol (3,5 % Styrol-Butadien-Gummi).

B = Mischpolymerisat von Vinylidenchlorid und Vinylchlorid (Sperrschicht).

C = Allzweck-Polystyrol (ohne Gummi).

D = Hochverdichtetes Polyäthylen. Dichte 0,959; Schmelzindex 0,5.

*) = cm³/645 cm² - 24 Stunden - Atmosphäre (von aus dem Boden der Behälter ausgeschnittenen Proben).

Wie oben ausgeführt, kam das erfindungsgemaße Verfahren dazu verwendet werden, orientierte Behälter mit guter Spannungrrißfestigkeit herzustellen, die aus einer oder mehreren Schichten des gleichen Polymers oder verschiedener Polymere bestehen. Beispielsweise können nach diesem Verfahren Margarineeimer aus stoßfest-modifiziertem Polystyrol hergestellt werden, die aufgrund der in dem Eimer bei diesem Verfahren erzeugten Orientierung eine gute Widerstandsfähigkeit gegen die fettigen Öle der Margarine haben.

Wenn man eine weiße stoßfeste Polystyrolfolie, z. B. eine Folie, die 1—5 Gewichtsprozent fein zerteilten Titandioxids oder anderer weißer Pigmente enthält, zusammen mit Styrol-Butadien-Gummi verwendet, der zu einer stoßfesten Polystyrolfolie geschichtet ist, die mit einem kontrastierenden Pigment, etwa Ruß, schwarz eingefärbt ist, kann man Margarineeimer oder andere Nahrungsmittelbehälter erzielen, die besonders

gefällig aussehen, da ihre Innenflächen weiß sind, während die Außenflächen schwarz oder andersfarbig sind. Diese Behälter haben außer ihrem gefälligen Aussehen noch den Vorteil, aufgrund der ihnen bei dem Verfahren verliehenen Orientierung stoßfest und rißfest zu sein.

Die Lehre der Erfindung kann zum Schnellformen von mit fertigen Rändern ausgestatteten Vorformlingen angewandt werden, die, nachdem sie geschmiedet sind, abgekühlt und zur späteren Verwendung oder Weiterverarbeitung gestapelt werden können. Wenn sie gebraucht werden, können diese Vorformlinge dann neuerlich erhitzt und zu Behältern heißverformt werden. Dies ist ein billiger und höchst praktischer Weg, um beispielsweise mehrschichtige, stark orientierte Vorformlinge zu erzielen, die später zu besonders zweckmäßigen Behältern der beschriebenen Art geformt werden können.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Kunststoff teils durch Schmieden eines erhitzten Rohlings aus thermoplastischem Kunststoff, z. B. aus Polyolefin, PVC oder modifiziertem Polystyrol, zwischen erhitzten Gesenkflächen unter Anwendung einer Schmierung zwischen den erhitzten Gesenkflächen und dem Rohling und ggf. Warmverformen des so ι ο entstandenen Kunststoffteils zu einem Hohlkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzungstemperatur des Rohlings auf einen solchen Wert zwischen knapp unterhalb der Erweichungstemperatur des Kunststoffes und annähernd der Schmelztemperatur, die Temperatur der Ge.;enkflächen auf einen solchen Wert oberhalb der Erweichungstemperatur des Kunststoffes und die Schmierbedingungen zwischen den Gesenkflächen und dem Rohling derart eingestellt werden, daß der Rohling mit einem über die Dicke des Rohlings im wesentlichen gleichförmigen Geschwindigkeitsprofil auseinanderfließt und daß die Randzone des so entstandenen Kunststoffteils vor Abkühlung des Zentralbereichs rasch abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffteil unmittelbar nach dem Schmieden bei noch warmem Zentralbereich zu einem Hohlkörper umgeformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffteil erst bei Bedarf in zeitlichem Abstand zum Schmieden weiterverformt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper durch Vakuumformen, ggf. unter Zuhilfenahme eines Kolbens oder eines Druckes, hergestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohling verwendet wird, der aus biaxial orientiertem Kunststoff besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohling verwendet wird, der aus mindestens zwei Schichten unterschiedlicher thermoplastischer Kunststoffe zusammengesetzt ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mehrschichtige Rohling eine Schicht aus einem aromatischen Polyvinyl-Kunststoff aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der aromatische Polyvinyl-Kunststoff Polystyrol ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling einen Kern aus Polyvinylidenchlorid oder aus einem Acrylnitril-Butadien-Styrol-Terpolymer aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mehrschichtige Rohling eine Mehrschichtfolie mit zwei Oberflächenschichten aus einem Polyolefin und einem Kern aus Polyvinylidenchlorid ist, wobei die Oberflächenschichten mit der Kernschicht verklebt sind.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyolefin-Kunststoff Polyäthylen ist. b'*

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Rand des Kunststoffteils während des Schmiedens aus dem Rohling ein Randprofil, vorzugsweise ein umgebördelter Randwulst angeformt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das beim Schmieden entstehende Randprofil des Rohlings im Gesenk während des Schmiedens eingespannt wird und nach dem öffnen des Gesenkes der eingespannte Kunststoffteil zu dem Behälter warmumgeformt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man von einem polygonalen, insbesondere einem rechteckigen oder quadratischen Rohling ausgeht und diesen zu einem runden Kunststoffteil schmiedet.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit zwei aufeinander befindlichen Spannrahmen, in deren öffnung ein Gesenkoberteil und ein Gesenkunterteil eines beheizbaren Gesenks bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannrahmen (36, 38) kühlbar sind und zwischen sich eine umlaufende Profilnut definieren.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwände der Spannrahmen jeweils konisch nach innen verlaufen und die Gesenkteile (14,16) zusammen mit der umlaufenden Profilnut die Form des Kunststoffteils begrenzen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannrahmen (36, 38) nach Trennung von den Gesenkteilen (14,16) mit einer Vorrichtung (44, 40) zum Warmumformen zusammensetzbar sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß mit der öffnung des einen Spannrahmens (38) in offener Verbindung eine evakuierbare und kühlbare Form (40) zur Vakuum-Heißverformung angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß über der Öffnung des anderen Spannrahmens (36) ein Deckel (44) befestigt ist und ein Kanal (46) zur Einleitung eines Druckgases in die Höhlung vorgesehen ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß in der Öffnung des anderen Spannrahmens (36) ein hin- und herbewegbarer Kolben angeordnet ist, der in die Form (40) einführbar ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 16, oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite des einen Spannrahmens (36) eine Nut (27) ausgeschnitten ist und daß in dem anderen Spannrahmen (38) eine Federrast (25) vorgesehen ist, die in die Nut (27) einrastet und die beiden Spannrahmen (36,38) miteinander verriegelt.