DE2819813A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von hohlkoerpern - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von hohlkoerpern

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Description

DA-5621
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus Polyäthylenglycoltereph thalat sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Die Erfindung betrifft außerdem die mit Hilfe dieses Verfahrens erhaltenen Hohlkörper.
Diese Hohlkörper können insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, Flaschen, Elakons oder andere Behälter darstellen, die zur Aufnahme von Flüssigkeiten, speziell unter Druck, best immt sind.
Es ist seit langem bekannt, Hohlkörper aus thermoplastischem Material mit Hilfe von Blasverfahren herzustellen. Bei diesen Verfahren wird zunächst, beispielsweise durch Extrusion oder Spritzen in eine Form, ein Rohling hergestellt, dann wird der Rohling bei einer geeigneten Temperatur in eine aus zwei oder mehreren Heilen bestehende Blasform eingeführt und schließlich führt man die Expansion durch Einblasen eines fluiden Mediums, wie Druckluft, in das Innere der Blasform durch. Häufig wird vor der Expansion durch Blasen ein Verstrecken durchgeführt, welches zur vorhergehenden Verlängerung des Rohlings dient.
Es ist ferner seit langem bekannt, die Expansion von Hohlkörpern in der Weise durchzuführen, daß das Material den Zustand der sog. biaxialen Orientierung erreicht, der sich in einer merklichen Verbesserung des mechanischen Verhaltens des Materials ausdrückt und im allgemeinen auch durch eine
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größere Stabilität.
TJm Formkörper mit ausgezeichneten Eigenschaften und ausgezeichnetem Verhalten, insbesondere in mechanischer Hinsicht, bei möglichst geringem Gewicht herzustellen, beispielsweise Hohlkörper, die zur Aufnahme von unter Druck stehenden Flüssigkeiten bestimmt sind, wie von Bier oder kohlensäurehaltigen Wässern, hat man seit einiger Zeit die Verwendung von Polyestern, insbesondere Polyäthylenglycolterephthalat, vorgesehen. Diese Materialien sind jedoch ziemlich schwierig zu bearbeiten und es ist erforderlich geworden, Spezialverfahren anzuwenden.
Bei Verwendung von Polyäthylenglycolterephthalat, das nachstehend auch durch die Abkürzung PET bezeichnet wird, bestehen die Verfahren, die sich als zufriedenstellend erwiesen haben, darin, daß ein amorpher lOrinrohling oder Blasrohling erzeugt wird, d.h. ein Rohling, der ausreichend rasch abgekühlt wird, um das Auftreten eines wesentlichen Kristallisationsgrads zu vermeiden, und daß danach, nachdem dieser Rohling auf eine temperatur in der Mähe der Einfriertemperatur und vorzugsweise oberhalb der Einfriertemperatur erhitzt worden ist, die Expansion und das Blasen bis zu einem ausreichenden Ausmaß durchgeführt wird, um mindestens in einigen Teilen den Zustand der biaxialen Orientierung hervorzurufen. Vorzugsweise wird der Hohlkörper anschließend einem Vorgang der Wärmestabilisation durch Erhöhen der Temperatur unterworfen, um gewisse Restspannungen aufzuheben.
Erfindungsgemäß wurde nun festgestellt, daß dieses Verfahren verbessert v/erden kann, wenn man, ausgehend von dem Blasrohling einen Vorformling ausbildet, der bereits einer gewissen radialen Expansion und ggf. einer axialen Expansion unterworfen wurde und der gleichermaßen im amorphen Zustand gehalten wird, um später endgültig expandiert zu werden. Auf diese Weise ist es möglich, den Temperaturaustausch und insbesondere die Beibehaltung des amorphen Zustande des Materials
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besser zu kontrollieren und das Gesamtverfahren leicht den unterschiedlichen, insbesondere geometrischen Spannungen anzupassen, welche durch die spezielle Form der Hohlkörper verursacht werden, die hergestellt v/erden sollen. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, Hohlkörper aus PEI aus zunächst im wesentlichen amorphen Rohlingen herzustellen, die bei einer oberhalb der Kristallisationstemperatur liegenden Temperatur geblasen werden, um sie biaxial zu verstrecken und zu kristallisieren. Bei diesem Verfahren v/erden jedoch opake und stark kristallisierte Hohlkörper erhalten, die für die angestrebten Verwendung3zwecke nicht zufriedenstellend sind.
Die Notwendigkeit, von einem amorphen Formrohling oder Blasrohling auszugehen, d.h., im Augenblick der Formung des Rohlings ausreichend rasche Abkühlung zu gewährleisten, um dessen Kristallisation zu verhindern, erfordert eine gewisse Anzahl von Verfahrensschritten und verlängert die Herstellungsdauer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die Herstellung von Hohlkörpern aus PET in einfacher Weise und mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht und zu Hohlkörpern führt, die schließlich biaxial orientierte Struktur haben, transparent bzw. durchsichtig sind und ausgezeichnete Eigenschaften im Hinblick auf mechanische Y/iderstandsfähigkeit, insbesondere gegen Innendruck, zeigen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus Polyäthylenglycolterephthalat, bei dem ein Formrohling oder Blasrohling ausgebildet wird, der anschließend expandiert und vorzugsweise in axialer Richtung verstreekt wird. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man vorzugsweise von einem Formrohling oder Blasrohling aus heißem Material ausgeht, diesen Formrohling oder Blasrohling rasch auf eine bei der Kristallisationstemperatur oder unterhalb dieser Temperatur bzw. in der Nähe dieser Temperatur liegende
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Temperatur abkühlt, v/onach man, vorzugsweise unter axialem Verstrecken, eine Expansion des Materials bis zu einem ausreichenden Expansionsgrad durchführt, um biaxiale Orientierung zu erzielen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere dann, wenn man einen durch Spritzen um einen Kern oder Dorn erhaltenen Rohling verwendet, wird eine schwache Expansion des lOrmlings durchgeführt, bevor seine biaxiale Orientierung bewirkt wird.
Diese Expansion kann in einer zur Torformung dienenden Eorm, insbesondere in der Weise, daß ein Vorformling gebildet v/ird, der anschließend in eine endgültige Blasform übergeführt wird, vorgenommen werden; vorzugsweise kann jedoch die Expansion während des Transports des Blasrohlings auf seinem Kern durchgeführt werden, so daß eine leichte Ablösung des Rohlings gegenüber dem Kern stattfindet, ohne daß diese Expansion in einer Form erfolgt.
Die Temperatur des Materials im Augenblick der biaxialen Orientierung liegt vorzugsweise um mehr als 60 oder 700O unterhalb der Kristallisationstemperatur; sie kann aber gegebenenfalls auch tiefer sein. Bei einer Kristallisationstemperatur in der Größenordnung von 1800C liegt die Temperatur vorzugsweise oberhalb 120 oder 130 ,.C. Praktisch ist es vorzuziehen, daß die Temperatur möglichst hoch ist und sie kann sehr nahe bei der Kristallisationstemperatur liegen, in diesem Pail muß jedoch das Verfahren mit besonders hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden.
Die Erfindung führt zu zahlreichen Vorteilen. Heben einer Verbesserung der Produktionsleistung ist es möglich, die Einrichtungen zur thermischen Konditionierung und zum Wiedererhitzen wegzulassen, die bei bekannten Vorrichtungen üblich sind.
Außerdem existiert bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im
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Augenblick der biaxialen Orientierung eine beginnende Kristallisation und die Kristalle bilden somit Fixpunkte, von denen aus die Verstreckung stattfinden kann. Ferner und überraschenderweise existieren nach der biaxialen Orientierung weniger freie elastiscbe Spannungen und wenn nach dem Blasen eine Wärmefixierung der Hohlkörper vorgenommen werden soll, so findet diese Wärmefixierung leichter statt» Schließlich zeigen die erfindungsgemäß erhaltenen Hohlkörper interessante Vorteile in mechanischer und physikalischchemischer Hinsicht, die wahrscheinlich mit ihrem tatsächlichen, jedoch sehr schwachen Kristallisationsgrad zusammenhängen, der dafür verantwortlich ist, daß zusätzlich zu den bekannten Eigenschaften der bisherigen amorphen Hohlkörper, wie Durchsichtigkeit und Schlagfestigkeit, andere, für den kristallinen Zustand wesentliche Eigenschaften hinzukommen, beispielsweise chemische Beständigkeit.
Der Verstreekungsgrad des Materials in jeder der Richtungen beträgt mindestens 1,5 und vorzugsweise 2,5. Es ist natürlich in Abhängigkeit von dem speziellen Pail möglich, eine fast vollständige biaxiale Orientierung des gesamten Hohlkörpers durchzuführen oder auch nur einen Seil dieses Hohlkörpers, beispielsweise den Rumpf, biaxial zu orientieren, während man den Hals im nicht biaxial orientierten Zustand beläßt.
In allen Fällen muß das erfindungsgemäße Verfahren in besonders schneller Weise durchgeführt werden, um eine wesentliche Kristallisation des Materials zu vermeiden, wobei zu beachten ist, daß "die Kristallisationsgeschwindigkeit um so rascher ist, je näher die !emperatur des Materials der Kristallisationstemperatur ist.
Vorzugsweise beträgt die Zeitspanne zwischen der Ausbildung des heißen Rohlings und dem Vorgang der biaxialen Orientierung weniger als 30 Sekunden, beispielsweise 10 - 12 Sekunden.
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Infolgedessen ist es vorteilhaft, das endgültige Blasen in einer Form mit gekühlten Wänden durchzuführen, um am Ende des Expansionsvorgangs oder auch während der Expansion eine ausreichend niedere Temperatur zu erreichen, um jede spätere Kristallisation zu vermeiden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Beispiele und die "beigefügte Zeichnung ersichtlich. Die Zeichnung stellt sehematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
Beispiel
Als Ausgangsmaterial wird Polyäthylenglycolterephthalat mit einer Schmelztemperatur von 2570C, einer Kristallisationstemperatur von 1760C und einer Einfriertemperatur ■(Glasübergangstemperatur) von 570C verwendet.
Mit Hilfe einer herkömmlichen Spritzgußvorrichtung wird in einer Spritzgußform um einen gekühlten Kern oder Dorn ein schlauchförmiger Blasrohling mit geschlossenem Boden ausgebildet. Die Temperatur des plastischen Materials beim Einspritzen liegt zwischen 280 und 3000C.
Die Dauer, während der der Blasrohling in der Form gehalten wird, wird so gewählt, daß sich das Material beim Öffnen der Form bei einer Temperatur zwischen 140 und 1500C befindet.
Der Dorn wird dann entnommen und zu einer Ablösungs station geführt, in der ein fluides Medium, wie Preßluft, durch den Dorn geblasen wird und eine leichte radiale Expansion des Rohlings verursacht wird, der jedoch an seinem Hals mit dem Dorn verbunden bleibt.
In dem Augenblick, in dem der Rohling die Blasform erreicht, befindet er sich bei einer Temperatur zwischen 120 und 1300C.
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Dann wird eine axiale Yerstreclcung mit einem Verstreckungsgrad von 2,5 mit Hilfe eines im Inneren des Dorns gleitenden Bolzens, der den Boden des Rohlings mitnimmt, in an sich "bekannter Weise durchgeführt. Unmittelbar nachher oder gleichzeitig findet das eigentliche Blasen statt, wobei der Rohling die endgültige Form der Matrize annimmt. Am Ende des Bla3vorgangs liegt die Temperatur dea Hohlkörpers unterhalb der Einfrierteaperatur. I.n der vierten Station wird schließlich die Temperatur des Horns, der nun den Hohlkörper nicht mehr trägt, auf einen geringen Wert, beispielsweise 300C, gebracht. Auf diese Weise wird ein durchsichtiger Hohlkörper mit geringem Kristallisationsgrad erhalten und die Erfahrung zeigt, daß die elastischen Restspannungen relativ gering sind, so daß ein ggf. angewendeter Wärmefixiervorgang vereinfacht wird.
Gemäß einer beispielhaften Verfahrensweise kann für einen Rohling einer Dicke von 3, 6 mm der Verfahrenscyclus folgende Dauer haben:
1.) Dauer des Einspritzens in die Spritzgußform.. 4 Sekunden
Temperatur änderung 300 - 2800C
Abkühlung und Yerweilzeit in der Einspritzstation 8 Sekunden
Temperaturänderung 280 - 150°0
Transport 2 Sekunden
Temperaturänderung 150 - 1450C
2.) Ablösung und Wärmekonditionierung ....; 10 Sekunden
Temperaturänderung 130 - 1250G
Transport 2 Sekunden
3.) Verstrecken, Blasen 10 Sekunden
Temperaturänderung
Gesamtdauer des Cyclus : 36 Sekunden
Temperaturänderung 125 - 300C
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Beispiel 2
Das Verfahren wird in einer Vorrichtung mit drei Stationen d.urchgeführt, nämlich einer Einspritzstation, einer Blas-Verstreckungs-Station . und einer Rückführungssta.tion für die Dorne.
Wie in Beispiel 1 v/ird ein gespritzter Formrohling auf einem gekühlten Dorn ausgebildet und der Rohling "wird entformt, wenn seine Temperatur 1800O "beträgt, eine Temperatur, die etwas oberhalb der Kristallisationstemperatur liegt.
Der Rohling, der eine Dicke von 2,5 mm hat, wird ohne zwischenzeitliches Ablösen sofort auf seinem Dorn in die Station für die biaxiale Orientierung durch BlasverStreckung transportiert. Er wird bei einer Temperatur zwischen 170 und 1800G geblasen und verstreckt.
1.) Dauer des Spritzens in der Spritzgußform ... 3 Sekunden
Temperaturänderung 300 - 2800C
Kühlung und Yerweilzeit in der Spritzgußstation 7 Sekunden
Temperaturänderung 280 - 18O0C
Transport 2 Sekunden
Temperaturänderung '. 180 - 1700C
2.) Blasverstreckung zur biaxialen Orientierung 8 Sekunden Temperaturänderung 170 - 300C
Gesamtdauer des Cyclus : 20 Sekunden
In der Rückführungsstation wird die Temperatur der Dorne wieder auf 60C gebracht.
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BsisTJiel 5
Es wird Polyethylenterephthalat hoher Viskosität mit folgenden Eigenschaften verwendet:
Schmelztemperatur 2570O
Kristallisationstemperatur 1800O
Einfriertemperatur 570C
Mit Hilfe einer Strangpresse wird ein rohrförmiger Rohling "bei einer Temperatur von 2850C hergestellt. Dieser Rohling wird in eine Vorformungs-Vorrichtung gegeben und mit Hilfe eines komprimierbaren fltiiden Mediums deformiert, bis er die Form der Matrize angenommen hat. Die Dauer dieses Vorgangs beträgt 8 Sekunden. Die Dicke des Rohlings beträgt 2,5 mm. Der Rohling wird bei einer Temperatur von 1700C entformt und mit Hilfe an sich bekannter Einrichtungen während 2 Sekunden zu der Station für die biaxiale Orientierung transportiert. Bei einer Temperatur von 1650O wird er dann mit Hilfe mechanischer Einrichtungen axial verstreckt und schließlich geblasen, was insgesamt 10 Sekunden erfordert. Die Gesamtdauer des Cyclus beträgt 20 Sekunden und die Endtemperatur beträgt 500O.
Es ist zu betonen, daß die in den Beispielen aufgeführten Werte in Abhängigkeit von den Eigenschaften des verwendeten Materials oder der Dicke der Materialien variiert werden können, insbesondere unter Berücksichtigung der Tatsache, daß Formrohlinge oder Blasrohlinge mit dünneren Wänden rascher gekühlt werden müssen.
Ganz allgemein ist man bestrebt, bei höherer Temperatur, die sehr nahe bei der Kristallisationstemperatur liegt, zu arbeiten, wobei jedoch berücksichtigt werden muß, daß der Cyclus um so rascher durchgeführt werden muß, je höher die Temperatur ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise mit Hilfe
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einer in der beigefügten Pig. dargestellten Vorrichtung durchgeführt werden. In dieser Zeichnung ist eine Einrichtung gezeigt, die um einen Winkel von 90° um eine vertikale Achse drehbar ist. Jede Fläche dieser Einrichtung v/eist eine Batterie aus vier horizontalen parallelen Dornen 3 auf. Jede dieser Batterien wird nacheinander und Schritt für Schritt an einer Formungsstation 4 vorbeigeführt, die eine Spritzgußform mit vier Matrizen und Einrichtungen zur Zuführung des plastischen Materials in die Matrizen um die Dorne herum aufweist. Vorzugsweise sind Einrichtungen zur Kühlung der Dorne und der Matrizen vorgesehen.
Die Dorne v/erden anschließend an einer um 90° versetzten Station, die allgemein durch 5 bezeichnet wird, vorbeigeführt. Während sie in dieser Station festgehalten werden, wird durch das Innere des Dorns ein fluides Medium unter Druck leicht eingeblasen, welches zu einer Ablösung des Rohlings von dem Dorn beiträgt. Diese Ablösung wird vorzugsv/eise so durchgeführt, daß ein Spielraiim in der Größenordnung von 0,6 mm (Zwischenraum) vorgesehen wird. Durch eine erneute Drehung um 90° werden die vier Dorne einer Transportstation zugeführt, die mehrere Entnahmestutzen 7 aufweist, und mit Hilfe geeigneter Mittel werden die Rohlinge in die Entnahmestutzen ausgestoßen, die sie direkt in eine 3?ormstation 8 führen, welche eine Form mit vier Matrizen 9 umfaßt. In dem beschriebenen Beispiel umfaßt die Form zwei Teile, die jeweils vier Halbmatrizen aufweisen und ist mit Einrichtungen zum Einblasen durch den Hals versehen. Das Blasen erfolgt mit Hilfe einer an sich bekannten Verfahrensweise, wonach die endgültig geformten Hohlkörper entformt und mit Hilfe von Entnahmeeinrichtungen 10 entnommen und weiter transportiert w er den.
Es ist ersichtlich, daß in Varianten der Vorrichtung die mehrere Matrizen aufweisende endgültige Blasform in der Weise angeordnet sein kann, daß sie direkt durch die Dorne beschickt
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wird, wobei das endgültige Blasen dann durch die Dorne stattfindet. In gleicher Weise kann auch die axiale Verstree!0015, die mit Hilfe eines Schiebebolzens durchgeführt werden kann, in an sich bekannter Weise auf einem Dorn oder auch durch eine Bewegung der Eorm erfolgen. In dem zuletzt genannten Pail ist es jedoch nur möglich, einen einzigen Dorn anstelle von vier Dornen vorzusehen um diese Dorne ausreichend entfernt anzuordnen, damit die Blasformen Platz finden können.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben, sie soll jedoch nicht auf diese beschränkt sein, sondern läßt sich im Hinblick auf die Fora oder die Materialien variieren.
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Claims (10)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    (l.) Verfahren zur Herstellung von durchsichtigen Hohlkörpern aus Polyäthylenglycolterephthalat durch Ausbildung eines Pormrohlings oder Blasrohlings und anschließende Expansion dieses Rohlings, dadurch gekennzeichnet , daß man einen Formrohling oder Blasrohling aus heißem Material einsetzt, diesen rasch auf eine Temperatur gleich oder unterhalb der Ecistallisationstemperatur oder eine in der Nähe dieser Temperatur liegende Temperatur abkühlt und danach rasch die Expansion des Materials.bis zu einem
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    ORIGINAL INSPECTED
    solchen Expansionsgrad durchführt, daß die biaxiale Orientierung und Verfestigung stattfindet, "bevor eine wesentliche Kristallisation des Materials eintritt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine axiale Verstreckung des Rohlings durchführt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen durch Spritzgießen um einen Dorn hergestellten Rohling einsetzt und eine Expansion dieses Rohlings vor seiner biaxialen Orientierung durchführt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Expansion in einer zur Vorverformung dienenden Form durchführt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Expansion mit geringer Ausdehnung und während des !Transports des Rohlings auf seinem Dorn durchführt.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß man die !Temperatur des Materials während der biaxialen Orientierung um mehr als 60 oder 700O unterhalb der Kristallisationstemperatur hält.
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  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur oberhalb 1200C hält.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet , daß man die Temperatur in der ¥ähe der Kristallisationstemperatur hält.
  9. 9« Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen der Herstellung des Rohlings und der Expansion eine Zeitspanne von weniger als 30 Sekunden einhält.
  10. 10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-9, die eine drehhare Einrichtung (l), welche mit Dornen (3) versehen ist, die sich an einer Einspritzstation (4) und einer Blasstation (5) vorbeibev/egen, aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung mit Einrichtungen zur Erzeugung einer leichten Expansion des Materials versehen ist, das sich auf den an der Einrichtung (1) befestigten Dornen (3) befindet.
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