DE2908548C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen durch Blasen aus einem Rohling hergestellten Behälter aus thermoplastischem Material, dessen Wandung bei der Blasformung geformte innere Verstärkungsrippen aufweist, und der aus Material besteht, welches im Rohling amorph und nach dem Blasen bei einer die Glasumwandlungstemperatur übersteigenden Temperatur biaxial gereckt ist. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Behälters.

Bei einem solchen Verfahren (US-PS 40 24 975) wird der Rohling bzw. Vorformling durch einen ersten Blasvorgang (Fig. 1 und 3) derart hergestellt, daß an seiner Außenseite verdickte Rippen angeformt werden. Bei diesem Verformungsvorgang wirken auf sämtliche Wandbereiche gleiche Temperatur- und Druckbedingungen ein. Die Wandung des so hergestellten Vorformlings ist deshalb im Bereich der Rippen zwar dicker, sonst aber von gleicher Dichte, Festigkeit und Gefügestruktur wie in den übrigen Wandungsbereichen. Beim Umformen des so hergestellten Vorformlings zum fertigen Behälter durch einen zweiten Blasvorgang (Fig. 6) werden diese nach außen ragenden Rippen des Vorformlings beim Auftreffen auf die Blasformwandung gewissermaßen nach innen gedrückt, so daß man am fertigen Behälter nach innen gerichtete Verstärkungsrippen (Fig. 7) erhält. Auch beim fertigen Behälter ist im Bereich dieser Rippen die Behälterwandung zwar dicker, im übrigen aber von gleicher Gefügestruktur, Festigkeit usw. wie in den restlichen Wandungsbereichen.

Es ist auch bekannt, einen durch Tiefziehen unter gleichzeitigem Recken geformten Behälter nach dem Abkühlen in einem örtlich begrenzten Ringbereich wieder zu erwärmen, wodurch sich in diesem Bereich die Reckung zurückbildet und ein Wulst ausgebildet wird (DE-PS 8 75 404). Dieser Wulst hat zwar eine höhere Dicke als die übrigen Wandbereiche, aber keine höhere, sondern eine niedrigere Festigkeit, da im Bereich des Wulstes die in den übrigen Wandbereichen vorhandene und deren Festigkeit maßgeblich bestimmende biaxiale Reckung wieder verlorengegangen ist.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen verstärkten Behälter aus thermoplastischem Material sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Behälters zu schaffen, so daß der fertige Behälter bessere, stabilere Verstärkungen aufweist, die einfacher und in variableren Formen herstellbar sind.

Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß der Behälter aus Polyester, Polyamid oder anderen gleichartigen Polymerkunststoffen besteht und daß das Material der Verstärkungsrippen des Behälters eine durch örtliche Wärme- und/oder Druckbehandlung des amorphen Materials des Rohlings vor dem Blasen erzeugte höhere Dichte und Kristallisation aufweist als die übrigen Wandbereiche des Behälters.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Behälters, bei dem ein durch Extrudieren oder Spritzformung aus thermoplastischem Material erzeugter Rohling rasch abgekühlt wird und dadurch ein amorphes Gefüge enthält, dann neuerlich erwärmt und in einem anschließenden Blasvorgang bei einer die Glaswandlungstemperatur übersteigenden Temperatur unter biaxialer Reckung zum Behälter geformt wird, wobei gleichzeitig innere Verstärkungsrippen geformt werden, zeichnet sich dadurch aus, daß ein ein Rohling aus Polyester, Polyamid oder anderen gleichartigen Polymerkunststoffen verwendet wird und daß der Rohling vor dem Blasvorgang in den Bereichen der späteren Verstärkungsrippen einer örtlich begrenzten Wärme- und/oder Druckbehandlung unterzogen wird, die in diesen Bereichen sowohl im Rohling als auch im Behälter eine höhere Dichte und Kristallisation des Materials bewirkt als in unbehandelten Bereichen.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird der Behälter aus Polyester, Polyamid und anderen gleichartigen Polymerkunststoffen hergestellt. Es ist zwar bekannt, z. B. durch Wärmebehandlung die Festigkeit dieser Kunststoffe zu erhöhen (GB-PS 1 2 36 432). Hierin erschöpft sich aber die Erfindung nicht. Gemäß einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung werden nämlich nur im Bereich von Rippen durch Vorbehandlung verstärkte Bereiche hergestellt, und zwar vor dem eigentlichen Blasen des Behälters.

Bei den Verfahren der Erfindung kann die Wärmebehandlung in einer örtlichen Bestrahlung mit infrarotem Licht oder mit Licht einer unter 320 mµ liegenden Wellenlänge bestehen. Vorzugsweise soll das Licht Wellenlängen von 310 mµ oder 280 bis 285 mµ haben.

Die Wärmebehandlung kann aber auch durch Wärmeleitung erzielt werden, wobei ein warmer Körper mit örtlich herausragenden Partien am Rohling zur Anlage gebracht wird.

Bei der Behandlung mit Druck wird dagegen die Wandstärke des Rohlings örtlich um 10-60%, vorzugsweise um 25-35% reduziert. Dabei kann eine Scheibe unter Druck gegen den Rohling gerollt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Behandlung wird der Rohling gleichlaufend mit einer Vorrichtung rundlaufend angeordnet. Die örtlich begrenzte Behandlung zur Strukturveränderung kann dabei an den Innenwänden und/oder an den Außenflächen des Rohlings erfolgen.

Sehr wesentlich für das beschriebene Verfahren ist die richtige Materialauswahl aus thermoplastischen Kunststoffen hoher Schmelztemperatur. Es ist vorgesehen, daß der Rohling aus Polyester oder Polyamid oder anderen gleichartigen Polymerkunststoffen geformt ist und unterhalb der Schmelztemperatur bei einer die Glasumwandlungstemperatur übersteigenden Temperatur dem Blasvorgang zugeführt wird.

Zusammenfassend ergibt sich ein Verfahren zur Herstellung eines Behälters, wobei die bisher bekannten Nachteile beseitigt worden sind. Nach der Erfindung wird ein Rohling aus amorphem Material hergestellt, wonach der Werkstoff des Rohlings innerhalb gewisser Bereiche bessere Festigkeit dadurch erhält, daß die Kristallisation innerhalb derselben erhöht wird. Dieses erfolgt durch mechanische Beeinflussung und/oder durch Wärmebehandlung. Die erhöhte Festigkeit ist durch Steigerung in der Dichte des Werkstoffes nachweisbar. Der in dieser Form behandelte Rohling wird in einen Behälter geblasen, wobei das Material in der Wandung des Rohlings sich bei einer die Glasumwandlungstemperatur übersteigenden Temperatur befindet. Die entsprechenden Bereiche im geblasenen Behälter zu den behandelten Bereichen am Rohling stellen nach dem Blasen die Verstärkungen in der Wandung des Behälters dar.

Zwischen Kristallisation und Dichte ist folgender Zusammenhang verbindlich:

wobei

α = die Kristallisation in Prozent
ρ = die Dichte bei der aktuellen Kristallisation
ρ krist = die Dichte bei 100% Kristallisation
ρ amorph = die Dichte im amorphen Zustand.

Der Zusammenhang ist demnach rein linear.

Bei Orientieren des Werkstoffes z. B. durch biaxiales Strecken beim Blasvorgang erhält man ebenfalls eine Erhöhung der Dichte, wobei die Steigerung der Dichte durch das Streckverhältnis gegeben ist. Das orientierte Material weist eine höhere Festigkeit als das nicht orientierte auf.

Bei der Herstellung von Behältern aus vorstehend genanntem Werkstoff nach dem Erfindungsgedanken werden die Abmessungen beim Vorformling bzw. am Behälter so gewählt, daß der Hauptteil des Materials im Vorformling bei dem nachfolgenden Blasen biaxial mehr als 1,5mal gestreckt wird, vorzugsweise ca. 3mal. Die vorstehend beschriebene Behandlung des Vorformlings hat mit sich geführt, daß das Material in diesem verbesserte Festigkeit innerhalb gewisser Partien hat, die z. B. Ringe, Bänder in einem Rautenmuster, axial gerichtete Bänder- oder linienartige Bereiche usw. bilden.

Der Vorformling nach dem vorangehenden Absatz wird auf eine die Glasumwandlungstemperatur etwas übersteigende Temperatur erwärmt und danach z. B. so in eine Form geblasen, daß der Rohling soweit expandiert, bis er die Wandung der Form berührt. Die unbehandelten Teile in der Wandung des Rohlings werden dabei leichter als die behandelten gestreckt, weshalb am geformten Behälter dünnere und dickere Wandungspartien auftreten. Die dickeren Wandungspartien bilden Verstärkungen und steigern die Festigkeit und Formstabilität des geblasenen Behälters.

Bei der mechanischen Beeinflussung des Vorformlings entspricht eine verhältnismäßig flache Rille an diesem den dickeren Wandungspartien am Behälter. Die Seite, die dabei einer mechanischen Beeinflussung am Vorformling ausgesetzt wird, erhöht sich im Prinzip über die umgebende Fläche, während die gegenüberliegende Seite am fertiggeformten Behälter in der Hauptsache vollkommen eben ist. Für den Fall, daß die Rillung (die Nut) in den Außenflächen des Vorformlings liegt, verändert sich jedoch die Form, gegen die der Vorformling geblasen wird, so daß der geblasene Behälter Wandungspartien erhält, deren Außenflächen sich gravierend über die darum herumliegenden Bereiche erhöhen. Die dickeren Wandungspartien führen stattdessen zu Ausbuchtungen der Innenflächen des geblasenen Behälters.

Bei einer verhältnismäßig tiefen Rille entspricht diese auch dickeren Wandungspartien am Behälter. Die Seite, in der sich im Vorformling eine Vertiefung befand, entspricht auch am Behälter einer Vertiefung wohingegen die entgegengesetzte Seite der Wandung sich prinzipiell über die umgebenden Materialbereiche erhebt. Die im vorhergehenden Absatz angezogene Beeinflussung von der Form, gegen den der Behälter geblasen wird, ist natürlich auch in diesem Ausführungsbeispiel gegeben. Die Dicke innerhalb der behandelten Bereiche ist für den fertiggeformten Behälter normalerweise größer als in den angrenzenden Bereichen.

Ein nach vorstehend aufgezeigtem Verfahren hergestellter Behälter wird demzufolge Wandungspartien mit besseren Festigkeitseigenschaften enthalten als die naheliegenden Wandungspartien haben. Diese Wandungspartien sind im Normfall dicker als die umgebenden Partien. Sie stellen eine Form der Bewehrung des Behälters dar und verleihen dem Behälter eine bessere Widerstandskraft gegenüber Verformung als es ein Behälter mit homogenem Wandungsmaterial aufweist. Die Verstärkungen haben z. B. die Form ringförmiger Bänder eines Rautennetzes, ganz oder teilweise den Behälter abdeckend. Sie sind alternativ an die Außenseite oder Innenseite des Behälters gelegt oder durchlaufend und umfassen die gesamte Wandungsdicke des Behälters.

Die Erfindung wird näher in Anknüpfung an zwölf Abbildungen beschrieben, von denen

Fig. 1 einen mit Einsenkungen ausgestatteten Vorformling zeigt,

Fig. 2 und 3 im Detail die Partien darstellen, in den die Einsenkungen zu finden sind,

Fig. 4 einen fertiggeformten Behälter nach der Erfindung veranschaulicht,

Fig. 5 und 6 im einzelnen die Bereiche des fertiggeformten Behälters darstellen, wo die Verstärkungen nach der Erfindung angeordnet sind,

Fig. 7 einen Vorformling mit gewissen, von der Wärmezufuhr beeinflußten Partien der Wandung zeigt,

Fig. 8 und 9 im Detail die durch die Wärmezufuhr beeinflußten Bereiche darstellen,

Fig. 10 einen fertiggeformten Behälter zeigt, wo man einen Vorformling nach Fig. 7 verwendet hat, und

Fig. 11 und 12 im Detail die Bereiche des fertiggeformten Behälters nach Fig. 10 darstellen.

In Fig. 1 ist ein Rohling oder ein Vorformling 10 vorzufinden, in den die Einsenkungen 11, 12 eingeprägt worden sind. Eine dieser Einsenkungen besteht aus einer tiefen Einsenkung 11 und die andere aus einer flachen Einsenkung 12. Die Einsenkungen werden im Detail in den Bildern 2 und 3 veranschaulicht. Die geometrische Form der Einsenkungen beeinflußt im Prinzip nicht das Endergebnis. So können die Einsenkungen beispielsweise ebene Kantenflächen haben, die mehr oder weniger zur Außenfläche geneigt sind. Auch die Bodenflächen der Einsenkungen können plan sein. Das Aussehen ist selbstverständlich abhängig von der Form des verwendeten Prägewerkzeuges. Das Wesentliche bei der Anwendung des Erfindungsgedankens ist darin zu sehen, daß die Eigenschaften des Werkstoffes in der Wandung des Vorformlings durch mechanische Beeinflussung in einem im voraus bestimmten Umfang verändert werden.

In den Fig. 1 und 2 sind die in der Außenfläche des Vorformlings angeordnete tiefe Einsenkung und die in der Innenfläche des Vorformlings angesetzte flache Einsenkung dargestellt. Diese Konzeption ist allerdings beliebig gewählt und die tiefe Einsenkung könnte genausogut in der Innenfläche angeordnet worden sein und in entsprechender Weise die flache Einsenkung in der Außenfläche.

Die Einsenkungen hat man dadurch erhalten, daß der Vorformling durch eine mechanische Anordnung, z. B. eine Scheibe, beeinflußt worden ist, so daß der Werkstoff im Vorformling der mechanischen Anordnung nachgegeben hat und im Werkstoff eine Einsenkung gebildet worden ist. Diese mechanische Beeinflussung des Vorformlings ist vorzugsweise ausgeführt, wenn der Werkstoff im Vorformling sich unter seiner Glasumwandlungstemperatur befindet.

In Fig. 4 ist ein aus dem Vorformling 10 fertiggeformter Behälter 20 zu sehen. Zu beachten ist, daß verschiedene Maßstäbe für die Fig. 1 und 4 gelten, weshalb in Wirklichkeit die Volumenänderung zwischen Vorformling in Fig. 1 und fertiggeformtem Behälter in Fig. 4 größer ist als aus den Abbildungen hervorgeht.

Der tiefen Einsenkung 11 am Vorformling 10 entspricht am fertiggeformten Behälter 20 ein bandähnlicher Bereich 13 (siehe Fig. 5), der sich dadurch auszeichnet, daß das Material in der Außenseite der Wandung etwas im Verhältnis zum umgebenden Material abgesenkt ist, während das Material in der Innenseite der Wandung im Verhältnis zum umgebenden Material erhöht ist. Die Einsenkung in der Außenfläche der Wandung nimmt gerne ein etwas wellenförmiges Aussehen an, etwa in der Form, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Beim Umformen vom Vorformling zum fertiggeformten Behälter ist demnach die tiefe Einsenkung im Vorformling so verändert worden, daß im fertiggeformten Behälter nur eine äußerst schwache Unebenheit in der Außenfläche des Behälters wahrzunehmen ist, wohingegen die Innenfläche des Behälters eine gravierende Ausbeulung aufweist. Verglichen mit dem umgebenden Material hat auch die bandähnlliche, ringförmige Partie eine größere Wandungsdicke.

Der flachen Einsenkung 12 am Vorformling 10 entspricht am fertiggeformten Behälter 20 ein bandähnlicher Bereich 14 (siehe Fig. 6), der sich dadurch auszeichnet, daß die Außenseite der Wandung völlig eben ist und keine Veränderung, z. B. in Form einer Ausbeulung oder einer Vertiefung, aufweist. Demgegenüber weist die Innenseite der Wandung eine Ausbeulung auf, was bedeutet, daß die Wandungsdicke im gebildeten bandähnlichen Bereich größer als die Wandungsdicke in den umgebenden Bereichen ist.

Beim Umformen des Vorformlings sind demnach von dünneren Wandungspartien an diesem dickere Wandungspartien am fertiggeformten Behälter gebildet worden.

In Fig. 7 ist ein der Wärmebeeinflussung ausgesetzter Vorformling 30 veranschaulicht. Diese Beeinflussung kann z. B. durch direkte Bestrahlung oder dadurch erfolgen, daß ein warmer Dorn, ein warmer Ring oder andere mechanische Anordnungen von Organen in Berührung mit den gewünschten Teilen des Vorformlings gebracht werden. In Fig. 7 sind zwei derartige Bereiche speziell gekennzeichnet worden, wobei der an der Außenfläche des Rohlings liegende Bereich die Bezeichnung 31 und der an der Innenfläche des Rohlings liegende Bereich die Bezeichnung 32 erhalten hat.

Die Fig. 8 und 9 zeigen im Detail den Umfang der Bereiche. In Wirklichkeit lassen sich natürlich ein behandelter Bereich bzw. ein nichtbehandelter Bereich nicht so exakt voneinander abgrenzen, wie es aus den Abbildungen hervorgeht. In der Praxis erfolgt selbstredend ein gradweiser (stufenweiser) Übergang zwischen behandeltem und nichtbehandeltem Bereich. Die Tiefe des Bereiches ist natürlich voll und ganz von dem beaufschlagten Effekt (Leistungsaufnahme) und der Energie abhängig.

Fig. 10 zeigt einen aus den Vorformling 30 fertiggeformten Behälter 40. Bandähnliche Bereiche 33, 34 sind in den Bereichen des fertiggeformten Behälters 40 wiederzufinden, die den wärmebehandelten Bereichen 31, 32 am Vorformling 30 entsprechen.

Aus den Fig. 11 und 12 ist zu entnehmen, daß die bandförmigen, Bereiche 33, 34 eine Verdickung der fertiggeformten Wandung des Behälters 40 darstellen. Dadurch, daß man das Erwärmen des Werkstoffes in den in Frage kommenden Bereichen des Vorformlings 30 mehr oder weniger weit vorantreibt, werden die Wandungsdicken der bandförmigen Bereiche 33, 34 am fertiggeformten Behälter 40 festgelegt.

Die Abbildungen zeigen eine Anzahl von Ausführungsformen der Erfindung. Diese sind vorzugsweise gewählt worden, um die Beschreibung der Erfindung so einfach wie möglich zu gestalten. Der Erfindungsgedanke ist nicht darauf begrenzt, nur ringförmige Verstärkungen anzugeben, sondern er gewährt auch eine vollständige Wahlfreiheit bezogen auf die Placierung, Orientierung und den Umfang der Verstärkungen. Diese Wahlfreiheit gilt auch bezüglich der Steigerung der Wandungsdicke und der Größe der Vertiefungen (Sickungen).

Die Erfindung enthält auch ein Verfahren, den Vorformling so vorzubehandeln - aufzubereiten - daß gewisse Teile desselben beim Umformen in fertiggeformte Behälter nicht verändert werden. Dieses erzielt man dadurch, daß die Veränderung der Werkstoffeigenschaften am Vorformling so weit vorangetrieben werden, daß die beeinflußten Materialbereiche eine so große Steigerung in ihren Festigkeitseigenschaften erhalten, daß sie nicht dazu neigen, sich beim Umformen des Vorformlings zu strecken. In dieser Weise kann man somit Behälter mit ausgeprägten Laibungen oder anderen gewünschten, verstärkenden oder auf das Aussehen bezogenen Charakteristiken erstellen.

Die Erfindung wird auch durch die dieser Beschreibung beigefügten Patentansprüche erläutert und spezifiziert.

Claims (14)

1. Durch Blasen aus einem Rohling hergestellter Behälter aus thermoplastischem Material, dessen Wandung bei der Blasformung geformte innere Verstärkungsrippen aufweist, und der aus Material besteht, welches im Rohling amorph und nach dem Blasen bei einer die Glasumwandlungstemperatur übersteigenden Temperatur biaxial gerecht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter aus Polyester, Polyamid oder anderen gleichartigen Polymerkunststoffen besteht und daß das Material der Verstärkungsrippen (13, 14, 33, 34) des Behälters (20, 40) eine durch örtliche Wärme- und/oder Druckbehandlung des amorphen Materials des Rohlings (10, 30) vor dem Blasen erzeugte höhere Dichte und Kristallisation aufweist als die übrigen Wandbereiche des Behälters (20, 40).

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Polyäthylen-Terephthalat, Polyhexamethylen-Adipamid, Polycaprolactam, Polyhexamethylen- Sebacamid, Polyäthylen-2,6- und 1,5-Naphthalat, Polytetramethylen-1,2-Dioxybenzoat und Copolymeren aus Äthylen-Terephthalat oder Äthylen-Isophthalat besteht.

3. Verfahren zur Herstellung eines Behälters nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem ein durch Extrudieren oder Spritzformung aus thermoplastischem Material erzeugter Rohling rasch abgekühlt wird und dadurch ein amorphes Gefüge enthält, dann neuerlich erwärmt und in einem anschließenden Blasvorgang bei einer die Glaswandlungstemperatur übersteigenden Temperatur unter biaxialer Reckung zum Behälter geformt wird, wobei gleichzeitig innere Verstärkungsrippen geformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohling aus Polyester, Polyamid oder anderen gleichartigen Polymerkunststoffen verwendet wird und daß der Rohling vor dem Blasvorgang in den Bereichen der späteren Verstärkungsrippen einer örtlich begrenzten Wärme- und/oder Druckbehandlung unterzogen wird, die in diesen Bereichen sowohl im Rohling als auch im Behälter eine höhere Dichte und Kristallisation des Materials bewirkt als in unbehandelten Bereichen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bei einer die Glaswandlungstemperatur übersteigenden Temperatur erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung eine örtliche Bestrahlung mit infrarotem Licht ist.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung eine örtliche Bestrahlung mit Licht einer unter 320 mµ liegenden Wellenlänge, vorzugsweise Wellenlängen von 310 mµ oder 280-285 nµ ist.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung durch Wärmeleitung mit Hilfe eines warmen Körpers durchgeführt wird, der mit örtlich herausragenden Bereichen am Rohling (10, 30) zur Anlage gebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbehandlung bei einer die Glaswandlungstemperatur unterschreitenden Temperatur durchgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbehandlung durch Prägen erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Druck die Wandstärke des Rohlings örtlich um 10-60% reduziert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Druck die Wandstärke des Rohlings örtlich um 25-35% reduziert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Scheibe gegen den Rohling gedrückt wird und auf demselben abrollt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme- und/oder Druckbehandlung an den Innenwänden und/oder Außenflächen des Rohlings (10, 30) erfolgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme- und/oder Druckbehandlung in einem solchen Umfang durchgeführt wird, daß die Dichte sich im gesamten Bereich zwischen den inwendigen und auswendigen Flächen des Rohlings vergrößert.