DE2849463C2

DE2849463C2 - Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers aus Polyethylenterephthalat mit einer durch Dehnung kristallisierten Struktur

Info

Publication number: DE2849463C2
Application number: DE2849463A
Authority: DE
Inventors: Soo-II Toledo Ohio Lee
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1978-11-13
Filing date: 1978-11-15
Publication date: 1982-08-12
Also published as: DE2849463A1; AU505897B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers aus Polyethylenterephthalat mit einer durch Dehnung kristallisierten Struktur, bei dem ein Vorformling mit amorpher Struktur auf eine Orientierungstemperatur erwärmt, bei Orientierungstemperatur in seiner Längsrichtung gereckt und bei Orientierungstemperatur zum Hohlkörper blasgeformt wird.

Bei einem bekannten derartigen Verfahren (US-PS 39 641) erhält der fertige Hohlkörper eine Kristallinität von 10 bis 12%. Insbesondere bei Behältern für unter Druck eingefüllte Flüssigkeiten, welche überdies eine hohe Aromaempfindlichkeit besitzen, ist es von großer Bedeutung, daß der Behälter bleibende Festigkeit besitzt, sein Material also nicht fließt und dementsprechend eine hohe Druckfestigkeit und vor allem auch eine gegen Null gehende Permeabilität aufweist. Da diese Eigenschaften in starkem Maße von der Kristallinität des fertigen Hohlkörpers abhängen, ist es erwünscht, den Kristallinitätsgrad so hoch wie nur möglich zu machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers aus Polyethylenterephthalat mit einer durch Dehnung kristallisierten Struktur anzugeben, mit welchem die Kristaliinität des Hohlkörpers erhöht werden kann, ohne daß der Fertigungszyklus dadurch merklich verlängert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Recken des Vorformlings so weit erfolgt, daß noch keine Dehnungshärtung auftritt, d. h. mit einer Flächendehnung von etwa 2,0 bis 2,75 und daß danach der gereckte Vorformling auf eine Temperatur bei oder unter der Glasübergangstemperatur des Polyethylenterephthalats im Bereich von 60 bis 75° C gekühlt sowie vor dem Blasformen bis an die Grenze der Dehnungshärtung nochmals gereckt wird, d.h. mit einer

ίο entsprechend höheren Flächendehnung von 2,4 bis 3,0, so daß beim Blasformen unmittelbar die Dehnungshärtung einsetzt

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Material des Vorformlings durch Strecken und Temperaturbehandlung so konditioniert, daß während des Blasformens ein höherer Grad an Kristallinität erreicht wird als bei bekannten Verfahren. Dies bedeutet, daß ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Behälter eine durch Dehnung kristallisierte morphologisehe Struktur erhält, welche gegenüber herkömmlichen Behältern bessere physikalische Eigenschaften besitzt, insbesondere eine erhöhte Kriechfestigkeit, eine geringere Permeabilität und eine höhere Druckfestigkeit. Ferne;' wird eine bessere Dehnbarkeit und eine höher gelegene Streckgrenze erhalten. Da die Kristallstruktur insgesamt auf Dehnungshärtung beruht, weist ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Hohlkörper eine klare Wand auf. Dies im Gegensatz zur sogenannten sphärolithischen Kristallinität, welche die Wandung eines Hohlkörpers matt werden läßt.

Das erfindungsgemäße Verfahren sichert ferner eine gleichmäßige Wanddicke des hergestellten Hohlkörpers bei gleichzeitig verringerter Wanddicke. Dadurch wird der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Hohlkörper geringer im Gewicht, was entsprechend zur Einsparung an Ausgangsmaterial führt. Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Anwendung eines Polyethylenterephthalates mit niedrigerer inhärenter Viskosität als das bisher der Fall

40. war.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für die Massenproduktion geeignet und setzt die Empfindlichkeit gegenüber der Dehnungsgeschwindigkeit und der Temperaturbereiche herab.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eineSpannungs-Dehnungs-KurvefürPolyethylenterephthalat und

Fig.2 bis 11 schematische Darstellungen einzelner Verfahrensstufen zum Herstellen eines Behälters aus Polyethylenterephthalat.
Wie aus der Spannungs-Dehnungs-Kurve für PoIyethylenterephthalat (Fig. 1) zu ersehen ist, steigt die Spannung, die zu Beginn aufgebracht wird, bis die Fließspannung des Materials erreicht ist. Nach diesem Punkt bleibt die Spannung während der weiteren Dehnung des Materials auf gleicher Höhe, bis die Dehnungshärtung einsetzt, von wo die Spannung wieder bei weiterer Dehnung ansteigt. Der Punkt der Dehnungshärtung liegt bei Polyethylenterephthalat im allgemeinen bei einer Gesamtflächendehnung von etwa 2,6 bis 2,75 für Material einer inhärenten Viskosität von 0,9 bzw. 0,6. Um ein Material dehnungshärtend zu machen, muß es thermisch in bestimmten Temperaturbereichen konditioniert werden bei einer Temperatur, die die Molekülorientierung begünstigt. Außerdem muß

das Material in ausreichendem Maße gereckt werden, so daß die Dehnungshärrung eingeleitet wird, zum Beispiel um 100%/sec, wenn sich das Material im Bereich der die MolekOlorientierung begünstigenden Temperatur befindet Wie aus der nachstehenden Beschreibung deutlich werden wird, kann der Reckgraa zur Einführung der Dehnungshärtung auf einen Bereich"von etwa 10 bis 100%/sec herabgesetzt werden, wenn sich das Material auf Glasübergangstemperatur befindet.

Es wird nun auf die Fig.2 bis 11 Bezug genommen. Das Verfahren beginnt damit, daß ein amorpher Vorformling 20 aus Polyethylenterephthalat zwischen zwei radial bewegbaren Halsringhälften 30 und 32 in Stellung gebracht wird. Die Halsringhälften 30 und 32 werden um den Hals des Vorformlings 20 geschlossen und zu einer thermischen Konditionierzone geführt in der Infrarotlampen 34 den Vorformling 20 auf Orientierungstemperatur bringen. Bei Polyethylenterephthalat liegt die Temperatur im Bereich von etwa 75 bis 110⁰C, abhängig von der inhärenten Viskosität des Materials; niedrige inhärente Viskositäten machen niedrigere Temperaturen in dem genannten Bereich erforderlich.

Als nächstes werden die Halsringhälften 30 und 32 mit einem axial verschiebbaren Reckstab 40 ausgerichtet. Wie Fig.5 zeigt, wird der Reckstab 40 in das oben offene Ende des Vorformlings 20 eingeführt und in den Vorformling 20 eingedrückt, um ein axiales Recken des Vorformlings 20 zu bewirken. Infolge der Temperatur des Materials löst das axiale Recken eine molekulare Orientierung des Materials aus und führt zur gewünschten Konditionierung, die die Dehnungskristallisaiion und Dehnungshärte begründet. Vorzugsweise liegt der Reckgrad in der Größenordnung von etwa 100%/sec, so daß ein Vorformling 20, der ursprünglich 7,62 cm lang war, in einer Sekunde auf eine Länge von 15,24 cm gereckt wird.

Diese anfängliche Reckung bei der angegebenen Temperatur ist ajs zwei Gründen zweckmäßig. Erstens wird durch die Anfangsreckung des Materials bei einer Temperatur über der Glasübergangstemperatur die Möglichkeit einer Einschnürung des Vorformiings 20 vermindert. Zweitens wird der Vorformling 20 über die Streckgrenze des Materials hinaus im Bereich des Spannungsplateaus (Fig. 1) gereckt, um das Material für die nachfolgende Dehnungshärtung aufzubereiten. Für Polyethylenterephthalat liegt das Ausmaß der Reckung im Flächendehnungsbereich von etwa 2,0 bis 2,75, wobei die obere Grenze der Punkt ist, an welchem die Dehnungshärtung beginnt.

Nach dem anfänglichen Recken wird der Druck auf dem Reckstab 40 aufrechterhalten, um an den Vorformling 20 eine Zugspannung anzulegen und dadurch das Schrumpfen zu vermeiden, wenn das Material auf eine Temperatur unter der Glasübergangstemperatur abgekühlt wird, d. h. auf eine Temperatur im Bereich von etwa 60 bis 75° C. Diese Kühlung wird dadurch erreicht, daß der Vorformling 20 durch eine Kühlzone mit einer Vielzahl von Kaltluftdüsen 45 geführt wird (F i g. 6).

Dann wird der Vorformling 20 wieder gereckt, während das Material bei einer Temperatur unter der Glasübergangstemperatur gehalten wird (F i g. 7). Der Reckgrad in dieser Stufe sollte mindestens ausreichen, das Material so zu konditionieren, daß es sich an der Schwelle befindet, dehnungsgehärtet zu werden. Alternativ kann das Material in den Dehnungshärtungsbereich gereckt werden, sollte aber nicht bis zu dem Punkt gereckt werden, wo der Vorformling 20 infolge von Spannungsrissen trüb wird, d. h. mit einer Flächendehnung von etwa 2,5 bis 3,0 für Polyethylenterephthalat

Durch Recken des Materials unter Glasübergangstemperatur wird die durch Dehnung eingeleitete Kristallisation unterdrückt, während die Moleküle gedehnt werden. Hierdurch wird eine vermehrte Kristallisation im Material beim anschließenden Blasformen erreicht, wobei die vermehrte Kristallisation vom Typ der Delmungskrislallisation ist, im Gegensatz zur durch Temperatur eingeleiteten sphärolithischen Kristallisation. Der Reckgrad während der zweiten Verfahrensstufe liegt im Bereich von etwa 10%/sec bis etwa 100%/sec. Die niedrigeren Reckgrade werden bevorzugt, um das Auftreten von Spannungsrissen zu vermeiden, die Dei den höheren Reckgraden auftreten können, während sich das Material auf einer herabgesetzten Temperatur befindet.

Zum anschließenden Blasformen wird der Vorformling 20 wieder erwärmt (F i g. 8) durch Hindurchführen der Halsringhälften 30 und 32 durch eine Heizzone mit einer Vielzahl von Heizgeräten 50. Während des Wiedererwärmens wird der gereckte Vorformling 20 mit dem Reckstab 40 unter Spannung gehalten, um eine Schrumpfung zu vermeiden. Während des Wiedererwärmens wird das Material auf Orientierungstemperatur gebracht, im Bereich von etwa 75 bis J20⁰C. Die obere Grenze liegt höher als beim anfänglichen Recken, weil es zweckmäßig sein kann, die Kristallisation im Material während des Wiedererwärmens und des Blasformens einzuleiten.

Nach dem Wiedererwärmen kann der Recksiab 40 aus dem Vorformling 20 herausgezogen werden, der dann durch die Halsringhälften 30 und 32 in eine Stellung gebracht wird, in der sie von Blasformhälften 54 und 56, die einen Formhohlraum begrenzen, eingeschlossen werden. Ein separater Blasdorn 58 wird in das offene Ende des Vorformlings 20 eingeführt (Fig.9) und dem Blasdorn 58 wird von einer nicht dargestellten Quelle Druckluft zugeführt, mit der der axial gereckte Vorformling 20 zu einem fertigen Behälter 60 aufgeblasen wird (F i g. 10).

Nach dem Blasformen wird der Behälter 60 in dem Formhohlraum abgekühlt.

Der Behälter 60 wird dann in eine thermische Konditionierzone geführt, die eine Vielzahl von Heizgeräten 70 enthält (F ig. 11).

Der Behälter 60 wird bei Temperaturen von etwa 50 bis 70⁰C ein bis zwei Stunden wärmebehandelt, um Dimensionsstabilität zu sichern. Höhere Temperaturen zur Erzeugung weiterer Kristallinität sind nicht erforderlich, weil durch das beschriebene Verfahren ein höherer Grad an Kristallinität erreicht wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers aus Polyethylenterephthalat mit einer durch Dehnung kristallisierten Struktur, bei dem ein Vorformling mit amorpher Struktur auf eine Orientierungstemperatur erwärmt, bei Orientierungstemperatur in seiner Längsrichtung gereckt und bei Orientierungstemperatur zum Hohlkörper blasgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Recken 3es Vorformlings so weit erfolgt, daß noch keine Dehnungshärtuiig auftritt, d.h. mit einer Flächendehnung von etwa 2,0 bis 2,75 und daß danach der gereckte Vorformling auf eine Temperatur bei oder unter der Glasübergangstemperatur des Polyethylenterephthalats im Bereich von etwa 60 bis 75° C gekühlt sowie vor dem Blasformen bis an die Grenze der Dehnungshärtung nochmals gereckt wird, d. h. mit einer entsprechend höheren Flächendehnung von etwa 2,4 bis 3,0, so daß beim Blasformen unmittelbar die Dehnungshärtung einsetzt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächendehnung beim erstmaligen Recken des Vorformlings etwa 2,6 bis 2,75 beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächendehnung beim erstmaligen Recken des Vorformlings etwa 2,0 und beim nochmaligen Recken etwa 2,6 bis 2,75 beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformling beim Kühlen im gereckten Zustand gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim nochmaligen Recken der Vorformling in dem seinem Boden zugeordneten Bereich zusätzlich radial gedehnt wird.