DE2605912C2

DE2605912C2 - Vorrichtung zum Herstellen eines orientierten Hohlkörpers aus Kunststoff

Info

Publication number: DE2605912C2
Application number: DE2605912A
Authority: DE
Inventors: Edmond Brüssel/Bruxelles Michel
Original assignee: Solvay SA
Current assignee: Solvay SA
Priority date: 1975-02-26
Filing date: 1976-02-13
Publication date: 1985-04-04
Also published as: FR2302184B1; IT1052045B; ES445530A1; JPS51101070A; FR2302184A1; GB1517414A; BE838910A; DE2605912A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines orientierten Hohlkörpers aus Kunststoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Bei einer derartigen bekannten Vorrichtung (DE-OS 23 40457) dient der Zentrierkelben des Blaskopfs dem Längsdehnen des Vorformlings. Im Anschluß an diese Dehnung wird durch den Ringspalt als Druckfluid Luft cingcblasen. bis der hierbei aufzublasende Vorformling den Hohlraum der Blasform vollständig ausfüllt Die Verwendung Jes Zentrierkolbens zu einer dem eigentlichen Blasvorgang vorausgehenden Längsdehnung des Vorformlings wird diese Längsdehnung auf das Maß beschränkt, das zu einer Krsftkc-iponente führt, die das nachfolgende Aufblasen des gesamten Vorformlings mit dem Druckfluid ermöglicht und das nicht orientierte Moleküle in einem gewissen Maße beläßt. Der Zentrierkolben wird im übrigen während des eigentlichen Aufblasvorgangs in Richtung auf den Boden des Blasformhohlraums bewegt, wodurch eine Dezentrierung des Vorformlings während des Aufblasens verhindert wird. Der Eintritt des Druckfluids in den aufzublasenden Vorformling erfolgt jedoch kurz unter dem eigentlichen Halsbereich des Vorformlings, so daß das Druckfluid in sehr großem Abstand vom Vorformlingsboden in diesen eintritt und demzufolge die Möglichkeit hat, sich sehr früh nach allen Seiten hin auszubreiten, was mit der Gefahr einer VerungleichmäOigung der Wanddicke verbunden ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese bekannte Vorrichtung so auszubilden, daß die Gefahr einer Verungleichmäßigung der Wanddicke während des Aufblasens des Vorformlings zum fertigen Hohlkörper bedingt durch einen Eintritt des Druckfluids nahe dem Halsbereich des Vorformlings überwunden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Die koaxial zum Blaskern in den Vorformling hineinragende Innenhülse mit dem hinsichtlich ihres freien Ende erfindungsgemäß angegebenen Abstandsbereichs vom Vorformlingsboden führt zu einer Verlagerung der Lintriltsstellc des Druckfluids in den Vorformling in Richtung auf dessen Boden mit der Folge, daß der erste Teil des eingeblasenen Druckfluids zunächst zu einer Längsdehnung des Vorformlings führt, bis dieser am Hohlraumboden der Blasform zur Anlage kommt, wonach der anschließend eingeblascne Teil des Druck

fluids das radiale Aufblasen des Vorformlings bewirkt.

Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verarbeitenden Vorformlinge können im Wege einer beliebigen bekannten Methode hergestellt sein: beispielsweise durch Thermoverformung einer Folie, durch Spritzen oder durch Verformung eines Abschnitts einer schiauchförmigen Masse. Vorgezogen wird jedoch die Verwendung von Vorformlingen hergestellt im Wege des Blasens eines Teils einer schlauchförmigt-n Masse, wie dies in der FR-PS 74 05 461 beschrieben ist Diese Vorformlinge ermöglichen die Erfüllung zweier Forderungen, nämlich einer hohen Produktivität und einer guten Qualität der Vorformlinge. was zu erfüllen mit Hilfe anderer Mittel nicht möglich ist.

Die verwendeten Vorformlinge besitzen eine im allgemeinen längliche Form. Sie können von ihrem offenen Ende ausgehend in Richtung auf ihren Boden einen geringfügig abnehmenden Querschnitt besitzen. Jedoch wird die Verwendung von Vorformlingen vorgezogen, deren Korpus zylindrisch ist und deren Boden halbkugciiönnig gestaltet ist wie dies in der FR-PS 74 Q5 46! beschrieben ist Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verarbeitenden Vorformlinge besitzen an ihrem offenen Ende einen Halsabschnitt der bereits in seiner endgültigen Gestalt hergestellt ist Der der Expansion ausgesetzte Teil der Vorformlinge ist derjenige, der unterhalb dieses Halsabschnitts liegt

Zur Erreichung des angestrebten Ergebnisses ist es des weiteren von Bedeutung, daß die Vorformlinge derart hergestellt sind, daß ihre Wanddicke in dem der Expansion ausgesetzten Teil so gleichmäßig wie möglich ist

Des weiteren besitzen die Vorformlinge zum Herstellen von Hohlkörpern mit einer guten Längsorientierung eine Länge, die kürzer als die Höhe der gewünschten Hohlkörper ist Ganz generell soll das Verhältnis zwischen der Länge der Vorformlinge und der Höhe der gewünschten Hohlkörper zwischen 0.85 und 0.15 liegen.

Um des weiteren eine gute At^;?!orientierung in der Wand der hergestellten Hohlkörper zu erreichen, haben die Vorformlinge einen deutlich kleineren Querschnitt als die Hohlkörper. Das Verhältnis zwischen diesen Querschnitten wird zwischen 2 und 10 gewählt.

Vor ihrem Aufblasen werden die Vorformlinge thermisch behandelt derart, daß ihr Werkstoff auf einer Temperatur gehalten wird, bei der die Orientierung des Werkstoffs durch Streckung möglich ist Diese Temperatur ist in Abhängigkeit von der Art des für die Herstellung der Vorformlinge verwendeten Kunststoffs veränderlich. Für gute Ergebnisse ist es von Bedeutung, daß die Temperatur der Vorformlinge gleichmäßig ist und insbesondere die Vorformlinge keinen Temperaturgradienten in Längsrichtung besitzen.

Das Druckfluid wird entlang einer im wesentlichen zur Längsachse der Vorformlinge parallelen Richtung eingeführt Noch brauchbare Ergebnisse können auch erreicht werden, wenn die Einspritzrichtung des Druckfluids und die Längsachse der Vorformlinge einen kleinen Winkel einschließen. Generell wird diesbezüglich bevorzugt, daß dieser Winkel kleiner als 30° ist.

Es ist beobachtet worden, daß die besten Ergebnisse erreicht werden, wenn das Druckfluid durch eine kreisförmige öffnung hindurch eingeführt wird, deren Zentrum auf der Längsachse der Vorformlinge liegt. Für ein optimales Ergebnis befindet sich die öffnung in einem Abstand von weniger als 10 mm. und in bevorzugter Weise zwischen 1 und 5 mm. von der Innenwand der Vorformlinge. Es ist selbstverständlich, daß jede andere

Einrichtung anstelle einer kreisförmigen Öffnung, beispielsweise einer Reihe von auf einem Kreis angeordneten Löchern, die das Einführen des Druckfluids in der Form eines zylindrischen Stroms zuläßt ebensogut brauchbar ist

Die Richtung, unter der uas Druckfluid in den Vorformling eingeführt wird, hängt von derjenigen des Zuführungskanals ab. Es ist somit zweckmäßig, daß dieser mindestens in seinem Endbereich zur Längsachse der Vorformlinge im wesentlichen parallel verläuft

Der Abstand zwischen dem Einführungspunkt für das Il Druckfluid und dem Böden der Vorformlinge wird in JH Abhängigkeit von der Bodenform der gewünschten gjj Hohlkörper gewählt Der optimale Abstand kann expe- |t rimentiell bestimmt werden. Die besten Ergebnisse wer-Sj den erreicht wenn dieser Punki in einem Abstand vom Si Boden /wischen 30% und 50% der Länge der der Ex-I« pansion ausgesetzten Vorformlinge liegt
Si Während der Längsstreckung im Laufe des Blasens

γ;_ werden die Vorformlinge in ihrer Bewegung in Rieh- Il tung auf den Boden der Formen mitteis des Zemrierkoi-Il bens geführt, der in die Vorformlinge durch tieren offet;i nes Ende hindurch eingeführt ist Der Zeninerkolben ;,' verschiebt sich und nimmt den Boden der Vorformlinge ψ\ im Laufe des Blasens in Richtung auf den Boden der ;; Formen synchron mit der Einführung des Druckfluids ; : mit. Die Verschiebung des Zentrierkolbens kann mittels

ü mechanischer, pneumatischer oder hydraulischer Mitte! ρ in Gang gesetzt werden, die von einem Regler, bei- Ti spielsweise einem Programmgeber, gesteuert sind. Ge- ^;, ·; maß einer Ausführungsform wird die Verschiebung des

■" Zentrierkolbens von dem Druckfluid selbst bewirkt, was

H- automatisch eine absolute Synchronität sicherstellt
e| Es konnte festgestellt werden, daß das Ende des Zen-

f[ irierkolbens mit dem Boden der Vorformlinge im An- l'. langsstadium des Aufblasens, d. h. im Augenblick des

ψ\ Beginns der Einführung des Druckfluids oder in demje-

• * nigen Augenblick, zu dem das Verschieben des Zentrierkolbens beginnt, nicht in Berührung stehen sollte. Das y> Ende des Zentrierkolbens befindet sich in diesem Stadi-

:i"; um in einem Punkt zwischen dem Boden der Vorform- ;..: linge und dem Einführungspunkt des Druckfluids. Die

K: besten Ergebnisse werden erreicht, wenn sich das Ende des Zentrierkolbens in einem Abstand zwischen 1 und 10 mm vom Boden der Vorformlinge befindet.

Das Druckfluid, das Luft oder ein anderes unter Druck stehendes Fluid ist. wird somit in den Raum ein- :.. geführt, der von dem Zentrierkolben und der Innenwand der Vorformling« begrenzt ist
: Schließlich soll die Hache des mit dem Boden der

■ Vorformlinge in Berührung zu bringenden Endes des : Zentrierkolbens so klein wie möglich sein, jedoch unter Berücksichtigung des Umstandes. daß der Zentrierkolben die Bodenwp.nd der Vorformlinge nicht durchdringen darf. Es wurde tatsächlich festgestellt, daß das apgestrebte Ergebnis nicht mehr erreicht wird, wenn dieses Ende eine zu große Fläche besitzt, wie dies der Fall ist. wenn dieses Ende mit einem Fuß ausgestattet wird, dessen Querschnitt größer als der des Schaftes ist. Daher hai der Zentrierkolben einen konstanten Querschnitt,

■ und endet in einfacher Weise in einer abgerundeten

■ Kalotte, wenn die Vorformlinge einen zylindrischen Korpus und einen halbkugelförmigen Boden besitzen.

Eis ist möglich, den Zentrierkolben durch jedes andere Mittel zu ersetzen, das wie dieser Zentrierkolben in der Lage ist. die Führung der Vorformlinge und ihre korrekte Zentrierung in den Blasformen während ihrer Expansion sicherzustellen. Des weiteren kann beispielsweise ein System mit beweglichen Backen vorgesehen werden, die die Böden der Vorformlinge mittels deren Außenwand im Bereich des Bodens erfassen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders .gut für eine kontinuierliche Hersteilung von orientierten Hohlkörpern bei großer Produktivitätsrate. So können die Vorformlinge beispielsweise fortlaufend im Wege des Blasformens in Formen, die aufeinanderfolgend auf einem in fortlaufender Umdrehung stehenden Rotationsträger angeordnet sind, und ausgehend von einer fortlaufend extrudieren schlauchförmigen Masse hergestellt werden. Die so erhaltenen Vorformlinge können fortlaufend an eine zweite in Drehbewegung stehende Maschine übergeben werden, die in Hinblick auf eine fortlaufende Bearbeitung der Vorformlinge mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgebildet ist Während der Obergabe können die Vorformlinge von ihren Hälsen befreit und im Wege des Durchführens durcb einen Ofen thermisch behandelt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichu'/ä; kann für die Hersieüung biorientierter Hohlkörper aus einem beliebigen Kunststoff, der zu einer Biorientierung im Wege der Streckung geeignet ist verwendet werden, im allgemei-. nen eignen sich spinnbare Kunststoffe gut. Insbesondere kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Verwendung von Vorformlingen gearbeitet werden, die aus Acrylnitrilpolymeren mit einem überwiegenden Gehalt an Acrylnitril, wie beispielsweise den Copolymercn von Acnylnitril-Methylacrylat und d«n Copolymeren von Acrylnitril-Styrol, dem thermoplastischen Polyestern, wie beispielsweise Äthylen-Glycol-Polyterephthalat, und den linearen Polyolefinen, wie beispielsweise dem isotaktischen Polypropylen, hergestellt sind.

Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten biorientierten Hohlkörper werden insbesondere bei der Verpackung kohlensäurehaltiger oder auf Sauerstoffeinwirkung empfindlicher Getränke verwendet. Sie zeichnen sich durch beachtenswerte mechanische Eigenschaften und insbesondere eine sehr gute Sturzwiderstandsfähigkeit aus. die das Ergebnis der Gleichmäßigkeit ihrer Wand sind. Insbesondere erweist sich ihr unterer Teil, der gegebenenfalls, einem Sturz ausgesetzt wird, als besonders widerstandsfähig.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird anhand der Zeichnung eines schematischen Längsschnittes einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, bei der die Verschiebung des Zentrierkolbens durch das Druckfluid gesteuert wird.

Die Vorrichtung verfügt über eine Blasform 1 und einen Blaskopf 2.

Der Blaskopf 2 ist mit einem Mittel 3 und einem Blaskern 4 ausgestattet, die in der Lage sind, mittels seines Hai'abschnittes 5 einen Vorformling 6 mit einem halbkugelförmigen Boden 7 festzuhalten.

Der Blaskopf 2 verfügt über einen Zentrierkolbcn 8. der axial verschiebbar und in den Vorformling 6 derart eingeführt ist, daß ein freier Raum zwischen seinem Ende 9 und dem Boden 7 des Vorformlings 6 belassen wird,

Die Steuerung des Zentrierkolbens 8 erfolgt unter Zuhilfenahme einer zylindrischen Kammer 10. in der ein auf dem Ende des Zentrierkolbens 8 angeordneter Steuerkolben 11 gleiten kann.

Der Zentrierkolben 8 verfügt über einen inneren Kanal 12, der mit dem oberen Teil 13 der Kammer 10 in Verbindung steht.

Der Zentrierkolben 8 ist außerdem auf einem Teil seiner Länge von einer koaxialen Innenhülse 14 umgeben, und der Kanal 12 mündet in den ringförmigen

Raum 15 zwischen dem Zcniricrkolben 8 und der Innenhülsc 14.

Nicht dargestellte Kanäle ermöglichen den periodischen Anschluß des Teils 13 und eines unteren Teils 16 der Kammer 10 einerseits an die Atmosphäre und andererseiis an eine Quelle für unter Druck stehendes Druckfluid.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist in sehr einfacher Weise erfaßbar. Im Augenblick der Einführung eines thermisch behandelten Vorformlings 6 in die Blasform 1 nimmt die Vorrichtung die in der Figur dargestellte Stellung ein.

In diesem Augenblick wird der Teil 16 mit der Atmosphäre in Verbindung gebracht, während der Teil 13 mit einer Quelle für unter dem erforderlichen Druck stehendes Druckfluid in Verbindung gebracht wird.

Demzufolge wird der Steuerkolben 11 in der Kammer !0 nach unten bewegt, und bewegt sich das Ende 9 des mit dem Steuerkolben 11 fest in Verbindung stehenden Zentnerkolbens 8 nach unten, und kommt das Ende 9 dabei gegen den Boden 7 des Vorformlings 6 zur Anlage.

Gleichzeitig breitet sich das Druckfluid über den Kanal 12 und den Raum IS aus. und wird das Druckfluid axial in dem Vorformling 6 im Bereich des Endes 17 der Innenhülse 14 und zwischen dem Zentrierkolben 8 und die Innenwand des Vorformlings 6 eingespritzt.

Demzufolge wird der Vorformling 6 verformt und gegen die Wände der Blasform I zur Anlage gebracht, um so den Hohlkörper zu liefern. jo

Nach einigen zur SichersteHung der Abkühlung des Hohlkörpers notwendigen Sekunden wird der obere Teil 13 der Kammer 10 ihrerseits mit der Atmosphäre in Verbindung gebracht, während der untere Teil 16 mit der Quelle für das Druckfluid in Verbindung gebracht wird. Demzufolge wird das Innere des geformten Hohlkörpers wieder dem atmosphärischen Druck ausgesetzt, und nimmt der Zentrierkolben 8 wieder seine Ausgangsstellung ein.

Beispiel

durchgeführt wird, wird Luft unter einem Druck von 15 bar verwendet.

Die so erreichte Flasche dehnt sich bei einem Kriechtest bei 4 bar und 4O⁰C während einer Woche um 1% im Durchmesser an derjenigen Stelle aus. an der die Ausdehnung eine maximale ist. während eine gleiche Hasche, die jedoch mittels einer Nadel, deren Hülfe im Bereich des Halses endet, sich um 2% an derjenigen Stelle ausdehnt, an der die Ausdehnung eine maximale ist.

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Die oben beschriebene Vorrichtung wird zum Aufblasen eines Vorformlings verwendet, dessen generelle Form der in der Figur dargestellten Form entspricht und der aus einem Copolymer von Acrylnitril-Methylacrylat mit 75 Gew.-% Acrylnitril hergestellt ist. Die Wanddicke des Vorformlings ist in dem unterhalb des Halses gelegenen Bereich gleichmäßig und liegt bei 2 mm. Die Höhe des -Vorformlings ist 15 cm und der innere Durchmesser 20 mm. Seine Temperatur, die ebenfalls gleichmäßig ist. liegt im Augenblick der Anordnung in der Blasform bei 100° C.

Dieser Vorformling wird zur Herstellung einer biorientierten Flasche verwendet, deren Höhe 18 cm mißt und deren Durchmesser etwa 55 mm mißt. Diese Flasche besitzt die gleiche generelle Gestalt wie der Aufnahmeraum der in der Zeichnung dargestellten Blasform.

Die Blasnadel ist mit einem Zentrierkolben ausgestat- bO ici. dessen Durchmesser konstant auf 14 nun liegt. Im Anfangssiudium befindet sich das Ende des Kolbens in · einem Abstand von 3 mm von dem Boden des Vorformlings. Der Zentrierkolben ist mit einer Hülse bis zu einem Abstand von 40 mm vom Boden des Vorformüngs ausgestattet. Die ringförmige Öffnung zwischen dem Kolben und der Hülse mißt 1 mm.

Für das Aufblasen, das unter normalen Bedingungen Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Herstellen eines orientierten Hohlkörpers aus Kunststoff, mit einer Blasform und mit einem an der Blasform angeordneten, einen axial verschiebbaren Zentrierkolben aufweisenden Blaskopf, der einen Blaskern trägt zum Halten eines Vorformlings an dessen Halsabschnitt wobei zwischen dem Blaskern und dem Zentrierkolben ein Ringspalt zum Zuführen eines Druckfluids angeordnet ist, d a -durch gekennzeichnet, daß koaxial zum Blaskern (4) eine in den Vorformling (6) hineinragende Innenhülse (14) angeordnet ist, deren freies Ende (17) von dem Boden (7 des Vorformlings (6) einen Abstand von 20 bis 60% der Vorformlingslänge aufweist.