DE2639078A1 - Kunststoff-formvorrichtung - Google Patents

Description

G 5ο 491/Κ

Firma THE STANDARD OIL COMPANY, Midland Building, CLEVELAND, Ohio 44115, USA

Kunststoff-Formvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung zum sorgfältigen Steuern der Kunststoffmaterialverteilung beim Herstellen von zweiachsig orientierten (biaxially oriented) Kunststoffbehältern und im einzelnen auf eine Kunststoff-Formvorrichtung für die Herstellung von zweiachsig orientierten hohlen Kunststoffbehältern aus einer Kunststoffvorform, wobei die Formvorrichtung eine hohle Form, ferner Mittel zum Anordnen der Kunststoffvorform in dem Hohlraum der Form sowie Mittel zum Expandieren bzw. Aufweiten sowie Drücken der Wandungen der Vorform in einen Berührungskontakt mit allen Wandungen des Formenhohlraums und einen mit einem Kunststoffberührungskopf ausgerüsteten beweglichen Blasdorn sowie ein unter Druck stehendes Fluid aufweist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung der genannten Art zum Erzeugen von Kunststoffbehältern mit einem großen Orientierungs- bzw. Ausrichtungsgrad sowie von biaxial orientierten Kunststoffbehältern mit verbesserten Leistungsfähigkeitseigenschaften durch Ausnutzen niedrigerer Orientierungstemperaturen. Mit der Vorrichtung sollen Behälter geschaffen werden, die eine verbesserte Kunststoffmaterialverteilung im Behälterboden haben. Durch sorgfältig gesteuerte Ausdeh-

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nungsbeträge soll die Vorrichtung zu höheren axialen Dehnungsverhältnissen führen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich eine Vorrichtung der genannten Art erfindungsgemäß aus durch ein Hemm- bzw. Bremsmittel, welches es bezüglich der Bewegung des Blasdorns verhindert, daß dessen Kopf die Wandungen der Vorform gegen die Wandung des Hohlraums der Form drückt. Die Vorrichtung ermöglicht einen gleichförmigen Dehnungsbetrag und eine sorgfältige Temperatursteuerung, wodurch sich zweiachsig orientierte Kunststoffbehälter mit gleichförmiger Wandungsdicke und einwandfrei klarem Aussehen herstellen lassen.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 - in einer Seitenschnittansicht eine bestimmte Ausführungsform einer Formvorrichtung für die Herstellung einer umgekehrt angeordneten Flasche, Figur 2 - die Formvorrichtung in einer anderen Seitenschnittansicht in dem Zustand, bei dem.der Kunststoff in der Form teilweise aufgebläht ist, Figur 3 - einen Schnitt längs der Linie 3-3 aus Figur 1 und Figur 4 - einen Schnitt längs der Linie 4-4 aus Figur 1.

Eine runde Hohlformvorrichtung 1 besteht aus zwei hohlen Formenhälften 2 und 2", die mit Heizpatronen 3 ausgerüstet sind, welche an Intervallen von 6 bis 6o Grad längs des Umfangs der Form angeordnet sein können. In der Form befindet sich eine Kunststoffvorform 4, die auf die Orxentierungstemperatur vorerwärmt worden ist. Ein Blasdorn 5 hat ein verdicktes unteres Ende 5', das als Kolben arbeitet und in einer vertikalen Richtung bewegbar ist. Der Blasdorn 5 hat einen Kopf 6, der aus einem Material mit einem niedrigen Wärmeübertragungskoeffizienten hergestellt ist, wie aus Teflon, Nylon, Polyester, 'Transite' und dergleichen. Wenn sich der Blasdorn nach oben bewegt, drückt er die Vorform 4 in Richtung zum oberen Ende des Hohlraums der Form 1. Es ist ferner ein Blaslochdorn 7 vorgesehen, durch den ein Fluid, gewöhnlich ein

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Gas, geleitet wird, das unter Überdruck durch eine Öffnung 8 eintritt und den Blasdorn zu einer in Figur 2 dargestellten Position nach oben bewegt. Das Gas befindet sich in Strömungsverbindung mit ringförmigen Mündungen 8' und 8'', wodurch die Vorform 4 wie in Figur 2 aufgeblasen wird. Nachdem die Vorform 4 durch das durch den Blaslochdorn 7 strömende Gas aufgeblasen worden ist, bewegt sich der Blasdorn 5 infolge der Kraft des auf das Ende bzw. den Kolben 5" einwirkenden Gases nach oben, wodurch die Vorform in Aufwärtsrichtung gedrückt wird. Das Aufwärtsbewegen des Blasdorns 5 wird etwas durch die Feder 9 gehemmt, die komprimiert wird, wenn sich der Blasdorn 5 nach oben bewegt. Dies hat den Zweck, daß sich der Kopf 6 des Blasdorns 5 der Oberseite des inneren Hohlraums der Form 1 nähern kann, wobei er jedoch nicht den oberen zentralen Teil der expandierten Vorform 4 gegen den oberen Bereich des Hohlraums der Form 1 stoßen kann.

Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eignet sich für die Herstellung von zweiachsig orientierten Behältern aus orientierbaren thermoplastischen Materialien, wie Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyestern und insbesondere thermoplastischen Nitril-Gassperrharzen (nitrile-gas barrier resins) einschließlich derjenigen, die in den US-Patenten 3 426 1o2, 3 451 538, 3 586 737, 3 763 278 und 3 821 348 beschrieben sind. Die Herstellung von klaren, zweiachsig orientierten Flaschen aus solchen Harzen, die relativ enge Orientierungsbereiche haben, kann leicht in der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können biaxial orientierte Kunststoffbehälter mit einer verbesserten Steuerung der Kunststoffmaterialverteilung über die Behälterwandungen erzeugt werden. Wenn für die Ausbildung des Kopfes 6 des Blasdorns 5 Materialien mit niedrigem Wärmeübertx .igungskoeffizienten benutzt werden, wird ein hoher Orientierungsgrad im Boden des Behälters erzielt. Materialien wie Teflon, Nylon, Polyester, 'Transite¹ und dergleichen können für den Kopf 6 benutzt werden, um den Wärmeverlust von der Vorform 4 zum Kopf 6 sowie zum Blasdorn 5 zu reduzieren und hierdurch im Bereich des Kopfes 6 eine stärkere und

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bessere Dehnung der Vorform 4 zu ermöglichen, bevor das thermoplastische Material der expandierten Vorform 4 einen Zustand unterhalb der Orientierungstemperatur des thermoplastischen Materials einnimmt. Diese Vorrichtung erlaubt das Benutzen niedrigerer Orientierungstemperaturen und ermöglicht ein besseres Ausnutzen des thermoplastischen Materials im Grund- bzw. Bodenbereich der Vorform sowie eine höhere Leistungsfähigkeit des Grundteils bezüglich des Kriechwiderstandes bzw. der Standfestigkeit und der Fall-Stoßfestigkeit. Im Bodenbereich des Behälters ist weniger Kunststoffmaterial als üblich erforderlich, was zu einer Gewichtsverminderung des für den Behälter benötigten thermoplastischen Materials führt.

Beim Steuern des Grades bzw. der Geschwindigkeit der axialen Dehnung der Vorform 4 kann eine bessere Steuerung bezüglich der Verteilung des thermoplastischen Materials in den vertikalen Wandungen des orientierten Behälters mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei niedrigeren Temperaturen erzielt werden. Die Steuerung der longitudinalen Dehnung einer thermoplastischen Vorform wird durch die Federbelastung der Longitudinaldehnvorrichtung bzw. des Blasdorns 5 erzielt. Durch Verändern der Federkonstanten und der Länge der Feder 9 oder durch Verwenden einer derartigen Feder 9, die eine variable Federkonstante hat, können für eine gegebene Dehndistanz unterschiedliche Dehngrade bzw. -geschwindigkeiten erzielt werden. Diese Verbesserung führt in Verbindung mit dem thermisch isolierten Kopf 6 des Blasdorns 5 dazu, daß die Orientierung, und die Verteilung des thermoplastischen Materials im Boden des Behälters bedeutend verbessert werden. Die Feder 9 verlangsamt oder stoppt den Blasdorn 5, bevor er den Boden des Hohlraums der Behälterform 1 erreicht. Dadurch wird das thermoplastische Material daran.gehindert, bezüglich seiner Temperatur durch ein Berühren der Wandung der kalten Form an dieser Stelle unter die Orientierungstemperatur zu fallen, bevor die Vorform vollständig aufgeblasen ist. Somit kann das thermoplastische Material in der Vorform nahe dem Boden des Behälters durch den Fluidblasdruck über den gesamten Bereich des Bodens gedehnt werden, wodurch sich eine verbesserte Verteilung des Kunststoffma-

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terials und eine verstärkte Orientierung im Boden des Behälters ergeben.

Da die erhitzte thermoplastische Vorform nicht sofort in die Form des Innenraums der Behälterform 1 expandiert wird, kann ein Orientierungsbelastungsbleichen bzw. -weißen auftreten, wenn thermoplastische Stoffe mit engen Orientierungstemperaturbereichen (2,78 bis 8,33°C,- 5 bis 15°F) bei der Herstellung von zweiachsig orientierten Kunststoffbehältern benutzt werden. Dieser Bleichungs- bzw. Weißungsvorgang kann bei Verwenden der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch eine Vergrößerung der Oberflächentemperatur des Formenhohlraums in den Bereichen eliminiert werden, wo entweder eine große Dehnung auftritt oder wo das thermoplastische Material den Formenhohlraum zuletzt ausfüllt. Die sorgfältige Temperatursteuerung von ausgewählten Bereichen der Oberfläche des Formenhohlraums läßt sich durch Verwenden elektrischer Heizpatronen niedriger Leistungsdichte oder durch zonentemperaturgesteuertes Fluid- in den Formenbereichen durchführen, wo gewöhnlich der Bleichungs- bzw. Weißungsvorgang auftritt. Durch Vermeiden dieses Vorgangs wird ein Behälter mit gleichförmig klarer Beschaffenheit erzielt, und es ergibt sich eine verbesserte Verteilung des thermoplastischen Materials an den Bereichen der Formenhohlraumoberfläche, wo normalerweise der Bleichungs- bzw. Weißungsvorgang auftritt.

Beispiel

In einer Vorrichtung ähnlich derjenigen, wie sie in den Zeichnungen und der obigen Beschreibung angegeben ist, wurde eine zweiachsig orientierte Flasche aus einem Kunststoff-Nitril-Gummimodifizierten Kopolymer (plastic nitrile rubber-modified copolymer) mit etwa 75 % Acrylonitril und 25 % Methylacrylat (von der Vistron Corporation unter der Handelsbezeichnung Barex 21 ο Harz vertrieben) hergestellt. Die Formenhälften enthielten jeweils 3 elektrische Heizpatronen. Die Heizglieder waren gleichmäßig um die Form verteilt und hatten jeweils eine Leistung von 5o Watt sowie eine Länge von 6,35 bis 25,4 mm (1/4 inch by 1 inch long). Die Heizglieder waren unter einem Abstand von 25,4 mm (1 Zoll)

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von der Oberseite des Blasformhohlraums entfernt, wie es in den Zeichnungen dargestellt ist (Boden der Flasche).

Eine durch Spritzguß hergestellte Kunststoffvorform wurde an dem Blaslochdorn angebracht. Die Vorform wurde an dem Lochdorn durch Strahlungswärme auf etwa 1o4°C (22o°F) erhitzt, bevor ein Einsetzen in den Formhohlraum und ein Blasformen erfolgten. Die Vorform hatte folgende Abmessungen: Halsfertigmaß - 28 mm; Halsfertigmaß Innendurchmesser - 18,55 mm (o,73o Zoll); Körper Außendurchmesser - 24,93 mm (o,982 Zoll); Wandungsdicke - 3,o5 mm (o,12o Zoll); Gesamtlänge -165 mm (6,5 Zoll); Abnahmewinkel (draft angle) des Körpers der Vorform - 1°. Der Blaslochdorn hatte einen Außendurchmesser, der bezüglich des Halsfertigmaßes zu einem Schiebesitz zwischen der Vorform und dem Lochdorn führte. Die entspannte bzw. belastungsfreie Länge des Blaslochdorns bzw. der Blaslochdorn-Blasdorn-Einheit war dergestalt, daß der Kopf nicht ganz die Innenseite der Vorform berührte..Die Formenhälften (Blasraum für eine 9o7 gr-bzw. 32 ounce - runde Flasche mit einem Gewindehals, einem Flaschendurchmesser von 79,7 mm - bzw. 3,14 Zoll - und einer Gesamthöhe von 273 mm - bzw. 1o,75 Zoll - sowie einem 28 mm Halsfertigmaß) wurden verschließend um den Lochdorn sowie die Vorform gelegt. Die Blasluftversorgung wurde mit der öffnung 8 verbunden, und der biaxiale Orientierungsvorgang wurde eingeleitet.

Der Blasluftüberdruck wurde so programmiert, daß er während o,5

ο
Sek.'bei 14,o6 kg/cm (2oo psig) und während 9 Sekunden bei 12,66

2
kg/cm (18o psig) lag. Beim Zuführen der Blasluft zur öffnung folgten gemäß Figur 2 gleichzeitig ein axiales Dehnen und ein radiales Aufblähen. Die durch die Mündungen 8¹ und 8¹¹ gelangende Luft wurde zum Einstellen oder Feinabstimmen des radialen Strömens bzw. Blähens benutzt. Der Aufwärtshub des Blasdorns wurde etwas durch die Dehnungssteuerungsfeder gehemmt. Der Blasdorn hatte folgende Eigenschaften: Blasdornkolbendurchmesser - 13,9 mm

(o,547 Zoll); Lochdorninnendurchmesser - 14,ο mm (o,551 Zoll); Mündungsfläche (8¹¹) - 1,936 mm² (o,oo3 Zoll²); Mündungsfläche

(8¹) - o,323 mm² (o,ooo5 Zoll²); Steuerungsfeder (9) - 1o Windungen, 36,8 mm (1,45 Zoll) lang, Federkonstante 17,9 g/mm (2,838 lb/Zoll); Kopf (6) - Teflon. Es wurde eine höchst orientierte [Flasche mit hervorragender Klarheit erzeugt. - 7 -

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Claims (3)

Patentansprüche

1.IKunststoff-Formvorrichtung für die Herstellung von zweiachsig , /orientierten hohlen Kunststoffbehältern aus einer Kunststoffvorform, wobei die Formvorrichtung eine hohle Form, ferner
Mittel zum Anordnen der Kunststoffvorform in dem Hohlraum der Form sowie Mittel zum Expandieren bzw. Aufweiten sowie Drücken der Wandungen der Vorform in einen Berührungskontakt mit allen Wandungen des Formenhohlraums und einen mit einem Kunststoffberührungskopf ausgerüsteten beweglichen Blasdorn sowie ein unter Druck stehendes Fluid aufweist, gekennzeichnet durch ein
Hemm- bzw. Bremsmittel (9) , welches es bezüglich der Bewegung des Blasdorns (5)- verhindert, daß dessen Kopf (6) die Wandungen der Vorform (4) gegen die Wandung des Hohlraums der Form
(1) drückt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kopf (6) des Blasdorns (5) aus einem Material der Gruppe Teflon, Nylon, Polyester und Transite hergestellt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Form (1) zylindrisch geformt und mit zonengesteuerten Heizgliedern (3) ausgerüstet ist, die längs des Umfangs der
Form an Intervallen von 6 bis 6o Grad angeordnet sind.

OBtGWAL IHSPECTED

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