DE2343125A1

DE2343125A1 - Verfahren und vorrichtung zum formen multiaxial orientierter behaelter

Info

Publication number: DE2343125A1
Application number: DE19732343125
Authority: DE
Inventors: Joseph Robert Reilly; Thomas French Sincock
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1971-06-01
Filing date: 1973-08-27
Publication date: 1975-03-13
Also published as: DE2343125B2

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 8602 45

Anwaltsakte 2k 3^7 27. August 1973

MONSANTO COMPANY,
St.Louis, Missouri / USA

"Verfahren und Vorrichtung zum Formen multiaxial orientierter

Behälter"

Die Erfindung betrifft das Hohlblasen von Behältern aus rohrförmigen Ausgangsteilen. Sie betrifft insbesondere das Hohlblasen von Behältern unter multiaxialem molekularem Orientieren des thermoplastischen Materials während der Formgebung.

Die molekulare Orientierung von Thermoplasten in Systemen, in welchen derartige Materialien zu hohlen Gegenständen, wie Behältern, im Hohlblasverfahren verformt werden, ist bekannt. Eine derartige molekulare Orientierung ist höchst erwünscht,

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r (0811)988272 8 München 80. aeeB 45 Banken: Bayerische Vereinsbank Mönchen 463100

O89>98 7043 Telegramme: BERGSTAPFPATENT München Hypo-Bank München 389 2623

983310 TELEX: 0524 560 BERGd Postscheck München 653 43 -808

wenn der Thermoplast von einer derartigen Natur ist, daß eine Orientierung in ihm erzeugt werden kann. Auf diese Weise kann nämlich eine sehr wünschenswerte Verbesserung der Pestigkeitseigenschaften des fertigen Behälters erreicht werden. Andere Wege zur. Verbesserung der Festigkeitseigenschaften sind eine Änderung der chemischen Struktur des Thermoplastes während der Synthese mittels die Festigkeit beeinflussender Modifiziermittel oder die Erhöhung der Wanddicke des fertigen Gegenstandes. Die erstgenannte Alternative kann andere Eigenschaften des Materials in unerwünschter Weise beeinflussen, während die letztere kostenaufwendig ist, insbesondere wenn der Thermoplast zu den junget entwickelten Harzen auf Nitrilbasis mit niedriger Permeabilität gehört, wie sie unter dem Warenzeichen LOPAC der Firma "Monsanto Company" bekannt wurden.

Dementsprechend ist es wünschenswert, eine derartige Orientierung während der Formgebung zu bewerkstelligen, da in jedem Fall das Plastikmaterial irgendwie in die Form des fertigen Artikels gebracht werden muß.

Grundsätzlich gilt, daß für die molekulare Orientierung eines orientierbaren Thermoplasts, dessen Temperatur innerhalb eines bestimmten Bereiches während des Reckens des Materials zwecks Entwicklung der Orientierung liegen muß. Dieser Be-

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reich ist niedriger als die Temperatur, bei welcher der Thermoplast extrudiert wird aber immer noch beträchtlich über Zimmertemperatur.

Anweisungen zum Entwickeln derartiger MolekularOrientierungen, wie z.B. die in der US-PS 3 ^70 282 gegebene, beruhen darauf, daß der Thermoplast durch Spritzen geformt wird. Danach erfolgt die Einstellung der Temperatur sowie das axiale und radiale Recken in der Blasform. Wenn auch ein derartiges Vorgehen im allgemeinen befriedigend ist, hat es auch gewisse Nachteile. Wie ebenfalls bekannt ist, ist es höchst erwünschenswert, eine vorbestimmte Verteilung der Wanddicke in dem Thermoplast vor der endgültigen Hohlblasformung zu haben. Dadurch soll ein unterschiedliches Reckmaß kompensiert werden, welches während des Blasens auftritt, um wenigstens angenähert eine g leichförmige Wanddicke in dem fertigen Artikel zu erzeugen oder aber einen bestimmten Bereich des fertigen Artikels mit unterschiedlicher Wanddicke gegenüber anderen Bereichen zu erzeugen, sofern dies zweckmäßig ist. Wenn das Ausgangsteil im Spritzverfahren erzeugt wird, muß die Position der gesamten Injektionsformoberflache entsprechend der Ausgangsteiloberfläche so gewählt werden, daß der entsprechend vorbestimmte Ausgangsteil erzeugt wird, während bei der Formung durch Extrusion lediglich die Position der weit geringer ausgedehnten Oberflächen, welche eine ringförmige Auslaßöffnung bilden,

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zwecks Variation der Ausgangswanddicke gesteuert werden muß. Außerdem sind für das Spritzen sehr hohe Temperaturen und Drücke und eine entsprechend schwere Ausrüstung erforderlich. Derartige Temperatur- und Druckbedingungen sind unter Umständen schädlich in dem Sinne, daß sie eine Zersetzung fördern, wenn der Thermoplast wärmeempfindlich ist. Ist der Thermoplast relativ viskos und steif beim Fließen im Formgebungszustand, so ist es unter Umständen nicht möglich, ohne wesentliche Schwierigkeiten ein derartiges Material in enge Spritzgußformen einzubringen. Ferner kann die Größe des Behälters, der aus derartigen Materialien geformt werden kann, beschränkt sein, wenn das Material nicht genügend weit in die verhältnismäßig enge und tiefe Injektionsform fließt, ohne daß der Formkern in unerwünschter Weise aus seiner Lage abgebogen wird, Ferner besteht beim Transportieren eines gespritzen Ausgangsteils zur Hohlblasstation die Gefahr, daß das Ausgangsteil in unerwünschter Weise schrumpft und sich kräuselt. Das beruht vielleicht auf der Strömungsorientierung, die im Thermoplast während des Spritzens entsteht.

Gemäß anderen bekannten Verfahren, beispielsweise gemäß dem in der US-PS 3 29¹I 885 und zugehörigen anderen Patenten erläuterten Verfahren, wird der Thermoplast nach anfänglichem Kühlen vor dem Recken wieder auf die Orientierungstemperatur erwärmt. Wenn auch diese Methoden im allgemeinen unter bestimmten Bedingungen ausreichend sind, sofern das Ausgangsteil so

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vorbestimmt ist, daß die Wanddicke, wie oben erläutert, unterschiedlich ist, so ist es jedoch schwierig, eine verhältnismäßig gleiche Temperatur in der ganzen Wand des eine unterschiedliche Dicke aufweisenden Materials zu erreichen ohne eine besondere Erwärmungszonen aufweisende Wärmezuführung zu verwenden. Wenn über der Dicke des Ausgangsteils wesentliche Temperaturgradienten bestehen, so ändert sich das Ausmaß des Reckens und dementsprechend der molekularen Orientierung, das heißt, die warmen dünnen Abschnitte werden mehr gedehnt werden als die kühleren dickeren Abschnitte. Das Maß der gewünschten Orientierung und die gewünschte Materialverteilung im fertigen Behälter können auf diese Weise oft nicht erreicht werden.

Bei den vorbekannten Hohlblasverfahren unter Orientierung des Thermoplasts treten weitere Probleme bei der Handhabung des Thermoplastes auf, während dieses auf Orientierungstemperatur ist, 2.B. während der letzten Formgebung des Behälters und/oder bei der Formung eines geschweißten Verschlusses. Besondere erwärmte Formglieder und/oder vielarmige Verschließmechanismen, wie sie in der US-PS 3 ^30 290 beschrieben sind, wurden früher verwendet.

Gemäß der Erfindung wurde ein neuartiges Verfahren zur Erzeugung einer multiaxialen Orientierung in einem hohlgeblase-

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nem Artikel entwickelt, welches die oben erwähnten Schwierigkeiten des Standes der Technik vermeidet.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines multiaxia] orientierten Behälters mit einer vorbestimmten Verteilung der Wanddicke. Gemäß diesem Verfahren wird ein molekular orientierbares thermoplastisches Ausgangsteil bei einer Temperatur oberhalb der Temperatur, bei welcher eine wesentliche molekulare Orientierung auftritt, extrudiert, die Dicke eines Teiles des Ausgangsteiles wird in bezug auf einen anderen Teil während der Extrusion erhöht, das Ausgangsteil mit unterschiedlicher Wanddicke wird einem Temperaturregelmedium ausgesetzt, um seine Temperatur in den Bereich zu bringen, in welchem eine wesentliche molekulare Orientierung möglich ist, die Temperatur des Wandteils erhöhter Dicke des Ausgangsteils ist dabei inkrementell größer als der andere Teil des Ausgangsteils, der auf die richtige Temperatur eingestellte Ausgangsteil wird zwecks monoaxialer oder einaxialer Orientierung gelängt, diese Längung bewirkt ein Strecken der verdickten Wandteile des Ausgangsteils in gegenüber den anderen Wandteilen erhöhtem Maße, so daß die Wanddicke des Teils mit erhöhter Wanddicke reduziert wird und das Maß der anderen Wandteile erreicht. Schließlich wird das so langgestreckte Wandteil radial nach außen gegen die Wandungen einer Hohlblasform expandiert, welche der endgültigen Behälterform entspricht,

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um eine radiale Orientierung zu bewirken und den Behälter zu formen.

Gemäß einem mehr spezifischen Aspekt können bei dem Verfahren getrennte Abschnitte einer Kondiuionierform auf einem Teil des Ausgangsteils mit unterschiedlicher Wanddicke, unmittelbar nachdem dieses extrudiert wurde und während es sich bei Extrusionstemperatur befindet, geschlossen werden, während sein offenes Ende, das in der Berührungsstelle zwischen den Konditionierformteilen geschlossen wurde, zugequetscht wird und ein Druckmedium in die so geschlossene Konditionierform eingeführt wird, um das Ausgangsteil inkrementell nach außen in Berührung mit den gekühlten Oberflächen einer Form zu bringen, um so einen Vorformling unterschiedlicher Wanddicke zu schaffen, welcher eine Außenhaut von verringerter Temperatur besitzt und der während der überführung zu den nachfolgenden Phasen des Prozesses selbsttragend ist, also nicht in sich zusammenfällt. Das erläuterte Verfahren eignet sich besonders für die Verarbeitung von Thermoplasten mit hohem Nitrilgruppen-Gehalt, wobei mindestens 60 Gew. Ji des Thermoplasts aus einem Nitrilgruppen enthaltenden Monomer, wie einem Metacrylnitril polymerisiert wurden. Der Thermoplast besitzt dabei mindestens ein polymerisiertes Komonomer mit mindestens einer äthylenisch ungesättigten Bindung im Molekül, wie z.B. Styrol.

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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung besitzt die Ausgangsteilkonditionierform vor der Temperaturkonditioniereinrichtung. Die Konditionierform besitzt eine innere Höhlung ähnlich derjenigen der Höhlung der PertighohIblasform, jedoch im Oberflächenbereich kleiner als diese. Ferner ist eine Einrichtung zum Kühlen der Wände dieser Innenhöhlung vorgesehen.

Nachfolgend wird die Erfindung in Form eines bevorzugten Beispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 bis 5 zeigen teils im Schnitt Ansichten einer Kombination von Apparateteilen, welche aufeinanderfolgende Schritte bei dem Verfahren gemäß der Erfindung erläutern.

Wie aus den Zeichnungen ersichtlich, zeigen die Figuren 1 bis 5 verschiedene Teile einer integrierten Maschine zur Erzeugung multiaxialorientierter Behälter mit einer gesteuerten Wanddickenverteilung.

Der erste Teil dieser Maschinenkombination ist in Fig. 1 gezeigt und besitzt eine in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete Oberflächeneinrichtung zur Bildung eines Ausgangsteils 12. Die Oberflächeneinrichtung 10 besitzt einen Extruderkopf lh mit einem axial bewegbaren Kern 16 im Inneren. Der Kopf l4 be-

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sitzt ein Endteil, welches, wie bei 18 gezeigt, nach innen konvergieren kann und mit einer Spitze 20 am vorderen Ende des Kerns 16 zusammenwirkt, um eine ringförmige Extrusionsauslaßöffnung zwischen der inneren Oberfläche 112 des Endteils 18 und der Außenoberfläche 110 des Spitzenteils 20 zu bilden. Der Ausdruck "Extrusion" soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Auspressen eines Thermoplaste bei erhöhter Temperatur durch eine ringförmige Auslaßöffnung definieren, welche durch Oberflächeninittel, wie ein Spitzenglied 20 und ein Endteil 18 eines Extruderkopfes gebildet ist, um ein langgestrecktes nicht eingeschlossenes offenendiges hohles rohrförmiges Ausgangsteil, wie das Teil 12, zu erzeugen.

Die 'in ihrer Gesamtheit mit 22 bezeichnete Einrichtung dient zum Einregeln der Wanddicke des Thermoplastes, während dieses in die Form des Ausgangsteils 12 gebracht wird. Die Steuereinrichtung 22 besitzt vorzugsweise das im einzelnen in der US-PS 3 697 632 beschriebene System. Auf die in dieser US-PS 3 697 632 gegebene technische Lehre wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen. Diese wird zum Gegenstand der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung gemacht.

Eine derartige Steuereinrichtung besitzt bei der gezeigten Ausführungsform gemäß Fig. 1 ein Gehäuse 24, in welchem ein starr am oberen Teil des Kerns l6 sitzender Kolben 26 auf-

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und niederbewegbar angeordnet ist. Für die Bewegung des Kolbens 26 und damit des Kerns l6 dient einschließtares Druckmedium, welches beiden Seiten des Kolbens 26 durch entsprechende öffnungen 28 und 30 im Gehäuse 2k zugeführt werden kann.

Unterhalb der Oberflächeneinrichtung 10 und der Steuereinrichtung 20 befindet sich eine Konditionierform für das Ausgangsteil, die in Fig. 2 in ihrer Gesamtheit mit 32 bezeichnet ist. Die Konditionierform 32 besitzt trennbare Abschnitte 3k und 36, welche in geschlossenem Zustand zusammen eine Innenhöhlung 38 bilden. Die Innenhöhlung 38 ist ähnlich der Höhlung, in welcher der fertige Behälter erzeugt werden soll, jedoch kleiner im Oberflächenbereich. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 hat die Höhlung 38 die Form eines langgestreckten Zylinders mit einem Teil kO oberhalb seines Zentrums, welcher gewindebildende Teile 39 sowie eine Schulter kl aufweisen kann. Ebenfalls einen Teil der Höhlung 38 bildend befindet sich der Halteabschnitt k2 für einen verlorenen Kopf unmittelbar neben den den fertigen Hals bildenden Abschnitt kO. Die Höhlung umfaßt ferner einen Halshalteabschnitt kk am oberen Ende der Höhlung 38 sowie einen Endhalteteil 46 am unteren Ende der Form 32. Die Konditionierform 32 besitzt ferner eine Einrichtung zum Regeln der Oberflächentemperatur der Wandung der Innenhöhlung 38, welche beim gezeigten Ausführungsbeispiel eine Reihe von Innenkanälen 43 nahe der Oberfläche der Höhlung 38 aufweist,

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durch welche übliche Kühlmittel hindurchgeleitet werden können, um die Oberflächentemperatur der Höhlung 33 zu verringern.

Eine erste in ihrer Gesamtheit mit 48 bezeichnete Einrichtung dient zum Expandieren des Ausgangöteils 12 in der Höhlung 38, welche im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Hohlnadel 50 aufweist, die auf dem Kolben 52 montiert ist, der wiederum in einer Bohrung im Konditionierformabschnitt 36 mittels eines Druckmediums bewegbar ist, welches durch den Kanal 54 zugeführt werden kann.

Die in ihrer Gesamtheit in Fig. 3 niit 56 bezeichnete Temperaturkonditioniereinrichtung ist unterhalb der Konditionierform 32 vorgesehen. Sie soll die Temperatur des Ausgangsteils 12 in den Bereich bringen, in welchem eine wesentliche molekulare Orientierung beim Dehnen oder Recken auftritt. Im gezeigten AusfUhrungsbeispiel gemäß Fig. 3 besitzt die Einrichtung 56 ein Gehäuse 58 mit einem Einlaß 60 und einem Auslaß 62. Diese sind in der Einrichtung vorgesehen, um einen Durchlaß für Luft mit einer bestimmten Temperatur durch diese zu bilden, um die Temperatur von einem oder mehreren thermoplastischen Vorformlingen 80 auf die gewünschte Orientierungstemperatur zu verringern. Derartige Vorformlinge sind in Halter 64 eingesetzt, welche von einer Trägerplatte 66 getragen sind, die wiederum von einer Antriebseinrichtung 68 gedreht werden, die einen

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Elektromotor 70 sowie ein zugehöriges Untersetzungsgetriebe 72 aufweisen kann.

Die Einrichtung 7¹J kann (Fig. 3) zum Übertragen eines zu einem Vorformling geformten Ausgangsteils von der Konditionierform 32 in die Temperaturkonditioniereinrichtung 56 ausgebildet sein. Die übertragungseinrichtung Ik kann ein paar Backen 76 und 78 aufweisen, welche um den gezeigten herausragenden Umfangsteil des verlorenen Kopfabschnittes 49 des Vorformlings 80 geschlossen werden können.

Die Endhohlblasform 82 (Fig. 4) ist unterhalb der Konditionier form 38 vorgesehen und besitzt eine innere Höhlenausbildung welche der Form des in ihr zu formenden Behälters entspricht. Die Endform 82 besitzt trennbare Teile 86 und 88, welche in geschlossenem Zustand zwischen sich die Höhlung 84 bilden. Die Form 82 besitzt in der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ein offenes Ende 90, durch welches ein Rohr 96 in die Höhlung 84 eingebracht werden kann. Ferner besitzt sie eine Kühleinrichtung zum Regeln der Oberflächentemperatur der Wand der Höhlung 84. Eine derartige Kühleinrichtung kann ebenfalls eine Reihe von Kanälen 92 aufweisen, durch welche ein geeignetes Kühlmedium in an sich bekannter Weise geleitet werden kann.

Eine durch eine öffnung 90 in der Endform 82 betätigbare Einrichtung 9^ (Fig. 4) ist zum Lfingsstrecken des Vorformlings

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80 vor dessen voller radialer Dehnung in der Endform 82 vorgesehen. Eine derartige Streckeinrichtung kann einen sich axial erstreckenden Stab 96 mit einem Fußteil 98 an seinem vorderen Ende sowie einen hohlen Kanal 100 in diesem aufweisen.

Eine zweite von der ersten Expansionseinrichtung 48 unterschiedliche Einrichtung, welche in der Konditionierform 38 wirkt, ist zum Expandieren des Vorformlings 80 in der Endform 82 vorgesehen. Diese Einrichtung besitzt eine nicht gezeigte Druckmediumquelle, welche durch übliche Leitungen mit dem Kanal 100 im Stab 96 verbunden ist. Ein elastisches Dichtglied 102, das vom Haltering 104 getragen ist, kann unter Druck gegen die obere Oberfläche IO6 der Endform 82 um die Öffnung 90 herum anliegen, um den inneren Teil des Vorformlings 80 von der Umgebung während der Formung des Behälters abzuschließen.

Im Betrieb wird ein molekularorientierbares Thermoplast (Fig. 1), wie z.B. ein hoch nitrilgruppenhaltiges Polymer mit 90? polymerisiertem Metacrylnitril und 10£ Polystyrol durch den Extrusionskopf 14 mittels eines konventionellen nicht gezeigten Extruders gegen die Oberflächeneinrichtung 10 zu extrudiert. Obwohl bei dem Verfahren gemäß der Erfindung das bevorzugte Material ein derartiges hoch nitrilgruppenhaltiges Polymer ist, können auch andere molekularorien-

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tierbare Thermoplaste verwendet werden. Typische andere c^e~ eignete Thermoplaste sind z.B. polymerisierte 1-Olefine, wie Polyäthylen und Polypropiäthylen sowie Polyvinylchlorid. Das Polymer 108 wird zwischen der äußeren Oberfläche 110 des Spitzengliedes 20 und der Innenoberfläche 112 des Endteils 18 des Extrusionskopfes 14 kontinuierlich ausgepreßt, um ein langgestrecktes nicht eingeschlossenes offenendiges hohles Ausgangsteil 12 bei einer Temperatur zu erzeugen, die über der Temperatur liegt, bei welcher eine wesentliche molekulare Orientierung beim Strecken erfolgt. Eine derartige Temperatur liegt für das hoch nitrilgruppenhaltige Polymerisat der gezeigten Ausführungsform in einem Bereich zwischen 204 und 26O°C.

Wenn das Thermoplast 108 durch die Oberflächeneinrichtung 10 hindurchgedrückt wird, wird der Kolben 26 mittels Druckflüssigkeit, welche durch die Düse 30 zugeführt wird, nach oben bewegt, so daß die Größe der Öffnung zwischen dem Spitzenglied 20 und dem Endteil 18 wächst. Dadurch erfolgt ein entsprechendes Anwachsen der V/anddicke des Ausgangsteils 12 während dessen Extrusion, wie dies in Fig_# 1 gezeigt ist. Die Nachobenbewegung kann so gesteuert werden, daß sie genau zu der Zeit erfolgt, während der Teile des Ausgangsteils, welcher den Teil 115 der Flasche 114 (Fig. 5) nahe deren fertigem Hals 45 bilden soll, aus dem Auslaß austritt. Eine derartige vorbestimmte Vergrößerung der Wanddicke läßt sich mittels der in der US-PS

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3 697 632 erläuterten Technik leicht erreichen. Offensichtlich bewirkt ein Nachuntenbewegen des Spitzengliedes 20 zwecks Verringerung der Größe der öffnung auch eine Verringerung der V'anddicke des extrudiert werdenden Ausgangsteils 12.

V.'enn ein Teil des Ausgangsteils 12 extrudiert ist, der ausreicht, um den gewünschten Raum zwischen den Abschnitten 3^ und 36 der Form 33 einzunehmen, werden die Abschnitte 3^ und 36 so aufeinander zu bewegt, daß sie um einen solchen Teil des Ausgangsteil mit veränderlicher Wanddicke 12 zusammenkommen. Hierbei wird das offene Ende Ho mit Hilfe der Klemmkanten 118 an der Verbindung zwischen den Teilen 36 und 3¹* abgequetscht und geschlossen. Das Ausgangsteil mit unterschiedlicher V.'anddicke befindet sich nun innerhalb der Konditionierform 32. Das andere Ende des Ausgangsteils kann vom Extrusionskopf 14 mit Hilfe üblicher nicht gezeigter Schneidmittel abgeschnitten v/erden oder vom Kopf 1*1 durch Abklemmen zwischen Klemmkanten 120 am oberen Ende der Form 32. Da die Temperatur des Thermoplastes des Ausgangsteils 12 in dieser Verfahrensstufe relativ hoch ist, treten keinerlei Schwierigkeiten auf, wenn dicht geschweißte Enden zwischen den Oberflächen der Klemmkanten der Konditionierform 32 erzeugt werden. Nachdem der Teil des Ausgangsteils, der innerhalb der Konditionierform 32 geformt werden soll, extrudiert und eingeschlossen wurde, wird die Konditionierform 32 von der Oberfliicheneirird chtung '

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10 wegbewegt, so daß eine andere ähnliche Konditionierforin den nächst folgenden Teil des Ausgangsteils aufnehmen kann, welcher kontinuierlich extrudiert und in der in Fdg. 1 gezeigten Art und Weise in seiner Wanddicke gesteuert ist.

Dann wird die Hohlnadel 50 durch die Viand des eingeschlossenen Ausgangsteils in dessen verlorenem Teil 51 gestoßen, worauf eine Druckflüssigkeit durch den Kanal 5^ das Innere der Nadel 50 und dann in den in der Form eingeschlossenen Ausgangsteil eingeführt wird, um diesen inkrementell nach außen in Berührung mit den gekühlten Oberflächen der Höhlung 38 zu expandieren. Dadurch wird ein selbsttragender Vorformling mit unterschiedlicher Wanddicke geschaffen, welcher eine Außenhaut von verringerter Temperatur in Folge seines Kontaks mit der gekühlten Oberfläche der Höhlung 38 hat. Das Ausmaß der Expansion des Teiles des Ausgangsteils mit variabler Wanddicke innerhalb der Konditionierform 32 ist minimal. Es ist ziemlich kritisch und sollte zwischen 150 und 300 % des geringsten Innendurchmessers des während der Extrusion geformten /usgangsteils sein. Viie aus Fig. 2 ersichtlich, ist z.B. der Teil 81 des Vorformlings 80 nach der Expansion in der Dicke nicht wesentlich über das Maß reduziert, welches er hatte als er aus der Oberflächeneinrxchtung 10 in Fig. 1 austrat (z.B. zwischen 6,3 und 4,5 mm). Das ist wichtig, da, wenn das Ausmaß der in der Konditionierform 32 auftretenden Expansion zu groß wird,

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diejenigen Spannungen, die erforderlich'sind, um in den Thermoplast die gewünschte molekulare Orientierung zu erreichen, nicht mehr in ausreichendem Maß in dem nachfolgenden Blasschritt erzeugt werden können» wenn die Anfangsexpansion bei der erhöhten Extrusionstemperatur (bei welcher solche Spannungen nicht erzeugt werden können) zu groß war.

Auf der anderen Seite ist eine gewisse Expansion erforderlich. Sie erfolgt vorzugsweise in dem Maße, das notwendig ist, um den geformten fertigen Hals k5 am Vorformling 80 zu formen, während das Thermoplast sich im wesentlichen im Temperaturbereich zwischen 204 und 26O°c befindet. Diese Formung des fertigen Halses erfolgt wünschenswerterweise bei dieser erhöhten Thermoplasttemperatur, um genau die ziemlich kritischen Verschluß tragenden Oberflächen der Flasche l4o zu bestimmen. Eine derartige Expansion ist ferner wünschenswert, damit eine äußere Haut von verringerter Temperatur des Vorformlings verhältnismäßig schnell erzeugt werden kann, damit der Vorformling selbsttragend wird, ohne daß Hilfsmittel während der nachfolgenden Übertragungsstufen des Verfahrens erforderlich sind.

Nach einer relativ kurzen Zeitperiode (z.B. in der Größenordnung von 5 bis 15 see nach der Expansion des Ausgangsteils in der Konditionierform 32) werden die Abschnitte 3'J und 36 getrennt. Der Vorformling 80 mit einem geblasenen genau definierten fer-

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tigen Hals 45 wird aus der Form 32 ausgestoßen, die dann sofort wieder verfügbar ist, um einen anderen Vorformling für den nächsten Zyklus aufzunehmen. Einander gegenüberliegende Backen 76 und 78 schließen dann am verlorenen Kopfteil des Vorformlings 80 und transportieren diesen (entweder manuell oder automatisiert) in Kalter 60 der Temperaturkonditioniereinrichtung 56. Der verlorene Kopfteil und das verlorene Teil über dem Hals können, wenn gewünscht, zwischen der Konditionierform 38 und der Temperaturkonditioniereinrichtung 56 mittels der in der gleichzeitig eingereichten USA-Patentanmeldung Ser. Nr. 120 51U vom 3. März 1971 erläuterten Technik entfernt werden. In ähnlicher Weise kann der untereTdl 47 (Fig. 2) in üblicher Weise entweder in dieser Verfahrensstufe abge brochen werden, das heißt,nach der Formung des Vorformlings und vor dem endgültigen Blasen oder nach dem endgültigen Blasen der Flasche 114.

Da der Thermoplast in dieser Verfahrensstufe im Vergleich mit seinem nachfolgenden Zustand immer noch ziemlich flexibel ist, ist eine Entfernung der Abfällteile in dieser Stufe besonders leicht.

Der Vorformling 80 wird in der Temperaturkonditioniereinrichtung 56 so lange gehalten, bis die Temperatur des Thermoplastes in den Bereich gebracht ist, in welchem eine wesentliche

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molekulare Orientierung beim Strecken oder Recken auftritt. Für das hoch nitrilgruppenJhaltige Folymer gemäß der gezeigten Aisfuhrungsform liegt dieser Bereich zwischen 121 und 177°C. Er variiert von diesem Bereich für andere Thermoplaste. Die Temperatur der Außenhaut des Vorformlings, die durch Kälteschockberührung mit den gekühlten Oberflächen der Höhlung der Konditionierform erzeugt wurde, hat das Bestreben, anzusteigen in R)Ige des wärmeleitenden Kontaktes mit der heißen Innenoberfläche der Wandung des Vorformlings. Ferner wird der dickere Teil 81 des Vorformlings 80 eine etwas höhere Temperatur aufweisen als der unverdickte anstoßende Teil, da für eine gegebene Zeitperiode die Wärmemenge, die aus dem dickeren Wandteil abgeführt wird, geringer ist als die.aus dem dünneren Wandteil abgeführte. Dennoch ist es wichtig, daß die gesamte Wandung des Vorformlings immer noch in einem Temperaturbereich ist, in welchem eine wesentliche molekulare Orientierung auftreten kann, wenn der Vorformling die Temperaturkonditioniereinrichtung 56 verläßt. Die Zeit, in welcher der Vorformling einem Temperaturkonditioniermedium ausgesetzt wird, hängt offensichtlich von der Temperatur und Art des letzteren, der Natur des Thermoplastes, der Dicke des Vorformlings und der Temperatur des Vorformlings ab. Im allgemeinen ist die Zeit, in welcher der Vorformling einem derartigen Medium auszusetzen ist, um beste Orientierbarkeit zu erreichen, zwischen 5 und 200 see.

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Nachdem der Thermoplast der Wandung des Vorformlings 80 auf eine Temperatur in dem Bereich der molekularen Orientierung gebracht wurde, wird er aus dem Halter 64 entfernt,und zwar entweder automatisch oder von Hand und in eine Position zwischen den offenen Abschnitten der Endform 32 gebracht. Diese werden dann um den Vorformling geschlossen, um ihn zwischen die Abschnitte 84 und 86 einzuschließen. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, wird der so eingeschlossene Vorformling 80 von einem ringförmigen Bord getragen, der zur Hälfte in jedem der beiden Abschnitte 86 und 88 vorgesehen ist. Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform müssen die Tragzange 49 und der verlorene Teil 51 oberhalb des fertigen Halses 45 in dieser Verfahrensstufe entfernt worden sein, damit der Stab 96 in den getragenen Ausgangsteil eingeführt werden kann. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß der Vorformling 80 in der Konditionierform 32 auch geformt werden könnte, ohne daß ein Ende abgeschlossen wird, worauf dann ein derartiger offenendiger Vorformling in die Fertigform 82 eingebracht werden könnte, ohne daß das überstehende Ende bei dem fertigen Hals entfernt würde. Auf jeden Fall wird vor dem endgültigen Blasen bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel, nachdem es in der Form 32 eingeschlossen ist, die Länge des in der Temperatur konditionierten Vorformlings 80 durch Einführen des Fusses 98 auf der Stange 96 gegen die innere Oberfläche des geschlossenen Endes desselben vergrößert, so daß der Vorformling längs-

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gestreckt wird, gegen die Oberfläche 124" der Höhlung 84 der Endform 82. Ein derartiges Längsstrecken im Temperaturbereich der molekularen Orientierung dient dazu, eine uniaxiale oder monoaxiale molekulare Orientierung im Thermoplast hervorzurufen. Da auch der verdickte Teil 8l des Vorformlings 80 eine inkrementell größere Temperatur aufweist als die anschließenden unverdickten Teile desselben, bewirkt eine derartige Längsdehnung, daß sich die dicken Teile mehr strecken als die kühleren dünneren Teile. Das führt wiederum dazu, daß sich das Thermoplast vom dickeren Abschnitt 8l in den dünneren Abschnitt bewegt, welcher gegebenenfalls den Grundbereich 117 der Flasche 114 formt. Somit ist wider Erwarten zwecks Programmierung des Materials in dem Grundteil der Flasche gemäß der vorliegenden Erfindung notwendig, dieses zu diesem Teil des Vorformlings hinzuzufügen. Nachdem der Vorformling derart in Axialrichtung gestreckt wurde und vorzugsweise nachdem das geschlossene Ende gegen den Fußteil 184 der Höhlung gedrückt wurde, wird ein Druckmedium durch den Kanal 100 im Stab 96 eingeführt, um das langgestreckte Ausgangsteil bzw. den Vorformling radial nach außen gegen die Wände der Höhlung 84 zu dehnen und somit eine radiale Orientierung in dem temperaturkonditionierten Thermoplast herbeizuführen, während der Körper des Behälters geformt wird. Wenn der Thermoplast die gekühlten Oberflächen der Höhlung 84 berührt, wird die Temperatur des Thermoplastes ausreichend weiter reduziert, um die Orientierungsspannungen, die während der Längs- und Radialstreckung des Thermoplastes er-

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zeugt wurden, einzufrieren.

Wie man erkennt, strecken sich die dünnen kühleren Abschnitte des Vorformlings 80 während der endgültigen Dehnung weniger als die dickeren heißeren Abschnitte desselben (z.B. Teil 81). Dadurch wird eine verhältnismäßig gleichmäßige Wanddickenverteilung sowohl in Axialrichtung als auch in Umfangsrichtung im fertigen Behälter erzielt und das, obwohl das Ausmaß der Dehnung v/ährend des endgültigen Blasens notwendigerweise variiert, um die unterschiedlichen Durchmesser des Behälters I¹JO zu erzeugen.

Die obige Beschreibung, insbesondere die Zeichnungen dienen lediglich dem Zweck der Erläuterung und nicht der Beschränkung.

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Obwohl erfindungsgemäß jede Art orientierbarer Thermoplaste Verwendung finden kann, werden Thermoplaste bevorzugt, deren Hauptbestandteil durch Polymerisation eines Monomeren erhalten wurde, das mindestens eine Nitrilgruppe im Molekül enthält. Dieses die Nitrilgruppe enthaltende polymerisiert^ Monomere sollte in einem Anteil von mindestens 60 Gew. %_t vorzugsweise zwischen 85 - 95 Gew. % im Thermoplast vorliegen, um dem geformten Gegenstand die Kombination von chemischen und physikalischen Eigenschaften zu verleihen, die erforderlich ist, daß der Gegenstand bei der bevorzugten Verwendung zur Verpackung umweltempfindlicher Materialien verwendet werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Formgebung solcher Polymerer sollte die Temperatur des Thermoplasten auf den verschiedenen Verfahrensstufen innerhalb folgender Bereiche liegen, um die gewünschte molekulare Orientierung und Stoffverteilung im Fertigprodukt zu erhalten: Extrusions 204 bis 26O⁰C; nach Konditionierung und während der longitudinalen und radialen Verstreckung: 121 bis 177°C. Die Temperatur kann innerhalb der vorgenannten Bereiche abhängig vom Anteil des Nitrilgruppen enthaltenden Bestandteils im Polymeren schwanken. Allgemein kann gesagt werden, daß mit Zunahme des Anteils des Nitrilgruppen-haltigen Bestandteiles im Polymeren die Temperatur des Thermoplasten auf den verschiedenen Verfahrensstufen entsprechend erhöht werden sollte, während das Umgekehrte gilt, wenn dieser Anteil auf etwa 60 Gew.? vermindert wird.

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Typische Nltrllgruppen-haltlge Monomere, die für die erfindungsgemäß verarbeitbaren Thermoplasten brauchbar sind, sind beispielsweise Acrylnitril, Methacrylnitril, Äthacrylnitril, Propacrylnitril,oC-Chloracrylnitril,oC-Bromacrylnitril, cf-Fluoraerylnitril, of-Cyanostyrol, Vinylidencyanit, CC-Cyanoacrylsäuren, oC-Cyanoacrylate wie z.B. oC-Cyanomethylacrylate, °<f-Cyanoäthylacrylate u.a., 2,3-Dicyanobuten-2, 1,2-Dicyanopropen-l,^-Methylenglutarsäurenitril u.a. Bevorzugte Monomere sind Acrylnitril und Methacrylnitril, wobei letzteres ganz besonders bevorzugt wird.

Jedes mit dem Nitrilgruppen enthaltenden Bestandteil copolymerisierbare Monomere kann erfindungsgemäß verwendet werden. Ein solches Comonomeres ist deshalb erforderlich, um die Verarbeitbarkeit in der Schmelze (Formgebung des Ausgangsstückes) des Thermoplasten zu verbessern, da bei Anwesenheit eines Überschusses an CN-Grup,pen im Polymeren das Material polar wird, was die Tendenz bewirkt, die Verarbeitbarkeit des geschmolzenen Polymeren zu vermindern. Das Comonomere hat die Eigenschaft, diese Tendenz zu vermindern, jedoch nicht ausreichend, um die durch den Nitrilgruppen enthaltenden Bestandteil bewirkten Sperreigenschaften zu beseitigen. Diese Comonomere kann bis zu einem Gehalt von hO Gew.?, vorzugsweise 5 -15 Gew./?, anwesend sein. Beispiele solcher Monomerer sind äthylenisch ungesättigte aromatische Verbindungen,

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wie Styrol, ,^C-Me thy Is tyrol, o-, m-, und p-substituierte Alkylstyrole wie z.B. o-Methylstyrol, o-Äthylstyrol, p-Methylstyrol, p-Äthylstyrol, o-, m- oder p-Propylstyrol, o-, m- oder p-Isopropylstyrol, o-, m-, p-Butylstyrol, o-, m- oder p-sec.-Butylstyrol, o-, m- oder p-tert.-Butylstyrol usw., i7C-halogeniertes Styrol wie z.B. cK-Chlorstyrol, <K-Bromstyrol, ringsubstituierte halogenierte Styrole wie z.B. o-Chlorstyrol, p-Chlorstyrol, u.a.; Ester äthylenisch ungesättigter Carbonsäuren wie z.B. Methylacrylat, Methylmethacrylat, Ät:*ylmethacrylat, Äthylacrylat, Butylacrylat, Propylacrylat, Butylmethacrylat, Glycidolacrylat, Glycidolmethacrylat u.a., äthylenisch ungesättigte Säuren, Carbonsäuren wie z.B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Propacry!säure, Crotonsäure, Critaconsäure, u.a., Vinylester wie z.B. Vinylformiat, Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbutyrat, usw.; Vinyl- und Vinylidenhalogenide wie z.B. Vinylchlorid, Vinylbromide, Vinylidenchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylfluoride usw.; Vinylather wie z.B. Methylvinyläther, Äthylvinyläther, <X-01efine wie z.B. Äthylen, Propylen, Buten, Penten, Hexen, Hepten, Oxten, Isobuten und deren Isomere.

Wenn dem fertigen Gegenstand erhöhte physikalische Eigenschaften verliehen werden sollen, können 40 Gew.% eines die Schlagfähigkeit modifizierenden Materials verwendet werden, das mit dem Polymeren mit hohem Nitrilgehalt des Harzes verträglich ist. Der Anteil solcher Materialien sollte im Verhältnis zum Anteil des keine Nitrilgruppen enthaltenden

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Materials im Polymerisat ^O % nicht überschreiten, wenn wesentliche Eigenschaftsänderungen der Fertigprodukte vermieden werden sollen. Typische, die Schlagfestigkeit modifizferende Materialien, die mit dem erfindungsgemäßen Polymeren vermischt werden können, sind synthetische oder natürliche Kautschukbestandteile wie z.B. Polybutadien, Butadien-Styrol-Copolymerisate, Isopren, Neopren, Nitrilkautschuk, Acrylatkautschuk, natürlicher Kautschuk, Polyermisate aus Butadien mit Acrylnitril, Methacrylnitril, tert.-Butylstyrol, Styrol und Gemische hiervon wie z.B. Acrylnitril-Butadien-Copolymerisate, Methacrylnitril-Butadien-Copolymerisate, Acrylnitril-Styrol-Butadien-Terpolymerisate, Methacrylnitril-Styrol-Butadien-Terpolymerisate, Methacrylnitril-tert.-Butylstyrol-Butadien-Terpolymerisate, Acrylnitril-tert.-Butylstyrol-Butadlen-Terpolymerisate, Äthylen-Propylen-Copolymerisate, chlorinierte oder fluorierte Kautschuke usw. Es können auch andere harte Polymerisate, die nicht als Materialien auf Kautschuk-Basis bekannt sind, zur Modifizierung der Schlagfestigkeit verwendet werden. Hierher gehören Polycarbonate, Polyäthylen, PoIyäthylen-Vinylacetat, Polyäthylen-Vlnylalkohol, Polyamide, Polyketone, Phenoxide, Polyacetale und Silikone. Vorstehende Aufzählung ist nur beispielhaft zu verstehen.

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Claims

Patentansprüche :

.y Verfahren zum Erzeugen eines Behälters aus molekular orientiertem Thermoplast, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) ein uneingeschlossener offenendiger hohler thermoplastischer Ausgangsteil wird bei einer Temperatur extrudiert, die größer ist als diejenige, bei welcher eine wesentliche molekulare Orientierung des Thermoplastes beim Dehnen desselben auftritt;

b) Abschnitte einer Ausgangsteilkonditionier- und Formgebungsform werden um das Ausgangsteil geschlossen, um dieses Ausgangsteil in sich aufzunehmen, während sein offenes Ende zwischen den Abschnitten abgeklemmt und geschlossen wird;

c) das eingeschlossene Ausgangsteil wird, während es sich noch bei der erwähnten Temperatur befindet, einem Deformationsdruck ausgesetzt, um es nach außen gegen gekühlte Formoberflächen der erwähnten Konditionier- und Formgebungsform zu expandieren, um so einen Vorformling zu formen, welcher einen Körperteil und ein geformtes End- oder Fertigteil aufweist;

d) der Vorformling wird, während er noch in einem druckempfind-

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lichen aber dimensionsstabilen Zustand ist, aus der Konditionier- und Formgebungsform in eine Temperaturkonditionierungszone gebracht;

e) die Temperatur des Thermoplastes mindestens des Körperteils des Vorformlings wird in der Konditionierzone auf einen Bereich gebracht, in welchem eine wesentliche Molekularorientierung des Thermoplastes beim Dehnen auftritt;

f) der Vorformling wird aus der Konditionierzone in eine Endform gebracht, nachdem die Temperatur des Körperteils desselben diesen Bereich erreicht hat; und

g) der Körperteil lediglich des Vorformlings wird, während er sich in diesem Temperaturbereich befindet, gegen die Formgebungsoberflächen der Endform zwecks Formung des molekular orientierten Behälters längsgestreckt und radial expandiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Ausgangsteil unterschiedliche Wanddicke aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Wandteils des Ausgangsteils, welcher den oberen

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Teil des- Vorformlings und danach den Bereich nahe dem Flaschenhals des fertigen Behälters bildet, währvend der Extrusion verdickt wird.

H. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß der Expansion des Ausgangsteils in der Konditionierform zwischen 150 und 300 % des Innendurchmessers des Ausgangsteils während der Extrusion liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein fertig geformtes HalseTde am Vorformling in der Konditionierform gebildet wird, während sich das Thermoplast bei der besagten Temperatur oberhalb derjenigen Temperatur befindet, bei welcher eine wesentliche molekulare Orientierung auftritt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das fertige Halsende durch Expandieren eines Abschnittes des Ausgangsteils nach außen gegen Pormoberflächen der Konditionierungsform gebildet wird, welche der fertigen Halsform entsprechen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter eine Flasche mit engem Hals ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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das Thermoplast ein Hochnitrilpolymer ist, das bei einer Temperatur im Bereich zwischen 204 und 260°C extrudiert ist.

9. Vorrichtung zum Bilden eines hohl geblasenen molekular multiaxia] orientierten thermoplastischen Behälters nit einem Halsteil, welcher ein Endteil nahe seinem offenen Ende aufweist, aus einem extrudierten plastischen Ausgangsteil, mit einer Temperaturkonditioniereinrichtung, um die Temperatur des Plastiks in einen Temperaturbereich zu bringen, in welchem eine wesentliche molekulare Orientierung beim Dehnen auftritt, Mitteln zum Längsdehnen des temperaturkonditionierten Plastikmaterials zwecks Entwicklung einer uniaxialen molekularen Orientierung und einer der Temperaturkonditioniereinrichtung nachgeschalteten Hohlblasform zur endgültigen Formung 'des Behälters, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturkonditioniereinrichtung eine Ausgangsteilkonditionier- und Formblasform vorgeschaltet ist, daß die Konditionierform teilbare Abschnitte besitzt, daß diese teilbaren Abschnitte hohle Innenteile aufweisen, die, wenn die teilbaren Abschnitte zusammengefügt sind, eine Innenhöhlung definieren, welche ähnlich derjenigen einer dem fertigen Behälter entsprechenden Höhlung in der erwähnten endgültigen Formblasform ist aber kleiner im Oberflächenbereich, daß.die inneren Hohlteile nahe einem Ende Abschnitte aufweisen, welche Formgebungsoberflächen besitzen, die dort angeformt sind und das Endteil des Halses des Behälters

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definieren, daß die Konditionierform eine Einrichtung zum Kühlen der Wandung der inneren Höhlung besitzt, und daß die Temperaturkonditioniereinrichtung ein Gehäuse besitzt, welches eine innere temperaturgeregelte Umgebung zum gleichzeitigen Anpassen einer Mehrzahl.von geformten Ausgangsteilen auf v/eist.

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L e e r s e ί t e