DE3049725A1

DE3049725A1 - Apparatus for making a multi-layer injection blow molded container

Info

Publication number: DE3049725A1
Application number: DE803049725A
Authority: DE
Inventors: R Mchenry
Original assignee: American Can Co
Current assignee: Rexam Beverage Can Co
Priority date: 1979-07-20
Filing date: 1980-06-02
Publication date: 1982-02-18
Also published as: HK68185A; SG45484G; IT1145303B; IT8049288A0; WO1981000231A1; GB2070506B; EP0033333B1; JPS56501040A; DE3049725C2; EP0033333A1; EP0033333A4; JPH045532B2; GB2070506A

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. H. FINCKE βοοο München ₅.

DIPL.-ING. H. BOHR - Möllerstraße 31

DIPL.-ING. S. STAEGER - #- ®(089)·2_β6060

•Γ Claims Mönchen
Telex: S23903 claim d

Moppe No.
Patentanwalt· Dr. Fincke · Bohr ■ Stoeger ■ Müllerstr. 31 · 8000 MOnchen S Bitte in der Antwort angeben

AMERICAN CAN COMPANY
American Lane, Greenwich, CT 06830 / U.S.A.

Vorrichtung zum Herste! en eines mehrschichtigen Behälters

im Sprit^guß-Blas-Verfahren

Formhaltende Behälter für Lebensmittel müssen im allgemeinen sauerstoffundurchlässig sein. Die üblichsten als Baustoff für formhaltende Lebensmittelbehälter verwendeten Polymeren sind jedoch durchlässig für Sauerstoff, der in das Lebensmittel eindringt und dessen Verschlechterung oder Verderbnis verursacht. Polymere, die ausreichend sauerstoffundurchlässig sind, eignen sich andererseits nicht allein für formhaltende Lebensmittelbehälter, da ihre Eigenschaften für ein Behältermaterial unzureichend sind, sie feuchtigkeitsempfindlich sind oder sie für die Berührung mit Lebensmittel nicht zugelassen oder von zweifelhafter Sicherheit sind. Äthylen-Vinylalkohol-Copolymeres (EVOH) ist ein transparentes, extrudierbares Material, das in trockenem Zustand eine hohe Sauerstoffundurchlässigkeit hat, die vielfach niedriger ist als Acrylnitril-Copolymere, es ist jedoch sehr feuchtigkeitsempfindlich. Die Sauerstoffabschirmfähigkeit von EVOH verschlechtert sich bei Vorliegen von nennenswerten Wassermengen erheblich. Um EVOH für die Lebens-

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Bonkverbindung, Boyer. Vereinsbonk MOnchen, Konto 420404 (BLZ 70020270) · Postscheckkonto: MOnchen 27044-802 (BLZ 70010080)

(nur PA Dipl.-Ing. S. Stoeger)

mittelverpackung verwendbar zu machen, insbesondere wenn erhöhte Lagerzeiten gefordert werden, muß es beispielsweise durch vollständige Einkapselung in Polymere, die ßute Feuchtigkeitsabschirmeigenschaften haben, trocken gehalten werden. ;„

Viele Lebensmittel werden in verpacktem Zustand in einem Druck-*; kochtopf oder einer Kochmuffel zubereitet. In einer solchen"

Muffel herrschen gewöhnlich 250⁰F (ca. 120°C) und 30 psia (ca.^

2
21 N/cm absolut) Dampfdruck. Ein formhaltender Behälter muß" die Bedingungen in der Kochmuffel überstehen. Er darf sich-" während des Kochens und während des Abkühlens nicht ständig" verformen und darf keiner Änderung der gewünschten Eigenschaft" ten seiner Bestandteile unterworfen sein. Polyolefine, insbesondere Mischungen oder Copolymere von Polypropylen und Polyäthylen, eignen sich gut zur Herstellung formhaltender Behälter und haben angemessene physikalische Eigenschaften zum Überstehen der Muffelbehandlung. Jedoch sind Polyolefine verhältnismäßig schlechte Sauerstoffabschirmer, allerdings relativ gute Feuchtigkeitssperren. Die Verwendung von Polyolefinen mit einem mittleren Kern aus einem den Sauerstoffdurchtritt verhindernden Polymeren stellt ein angestrebtes Ziel der Lebensmittelverpackungsindustrie dar.

Es ist eine dreischichtige Kunststoff-Flasche bekannt (US-PS 3 882 259, Nohara et al.), deren Kernschicht aus mit einem unter der Marke Surlyn A im Handel befindlichen Iortomerharz gemischtem EVOH besteht und dessen äußere Schichten aus mit dem selben Ionomerharz gemischtem Polyäthylen bestehen. Das Ionomer "Surlyn A" wird den beiden Harzmaterialien, nämlich dem EVOH und dem Polyäthylen, zur Verbesserung der Haftung zwischen den Schichten beigemischt. Die Flasche wird durch Extrusionsblasformen hergestellt, wobei die drei Schichten unter Herstellung eines dreilagigen Rohrs gleichzeitig extrudiert werden. Das Rohr wird, solange es noch heiß vom Extrudieren ist, zur Bildung eines dichten Verschlusses am Boden zusam-

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mengeschnUrt und in einer Blasformvorrichtung, die die Form der herzustellenden Flasche hat, aufgeblasen.

Die Extrusions-Blasformung hat vier wesentliche Nachteile/, wenn sie zur Herstellung mehrschichtiger Behälter mit einer. Kernschicht aus feuchtigkeitsempfindlichem Sperrmaterial wie"-EVOH angewandt werden soll. ^

Erstens legt die Einschnürungsdichtung am Flaschenboden die. Kernschicht aus EVOH gegenüber dem Außenraum der Flasche frei;.. Da EVOH und bestimmte andere Sperrmaterialien durch Feuchtigkeit nachteilig beeinflußt werden, führt das Freiliegen der Kernsc'hicht am Behälterboden dazu, daß der Behälter durch das Eindringen von Feuchtigkeit möglicherweise seine Sperreigenschaft verliert. Das Risiko, daß sich in der Umgebung des Behälters bei der Lagerung oder beim Transport dampfige Verhältnisse einstellen, ist verhältnismäßig hoch, und der resultierende Verlust der Sperreigenschaft verschlechtert oder verdirbt das Lebensmittel. Außerdem dringt unter Muffelbedingungen die Feuchtigkeit des Dampfs durch die freiligende Sperrschicht am Boden in diese Sperrschicht ein.

Ein zweiter Nachtei besteht darin, daß die Extrusions-Blasformung notwendigerweise Abfall als Ergebnis des Abdichtens durch Abzwicken erzeugt. Da der Abfall Materialien aus jeder der drei Schichten enthält, ist ein erneutes Extrudieren dieses Abfalls schwierig und teuer.

Als dritter Nachteil führt das dichtende Abzwicken zu einem Boden uneinheitlicher Dicke und Stärke. Die Abdichtung findet entlang einer Linie zwischen den aneinanderliegenden Flächen des Materials der Innenschicht statt. Die Dichtungslinie wird von Bereichen verhältnismäßig dicken Materials umrandet. Wird der Boden während des Blasformens gestreckt, so ändert sich seine Dicke in der Nachbarschaft der AbschnUrdichtung. Auf-

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grund der durch diese Art der Dichtung bewirkten Dickenunterschiede ist die Bodensteifheit nicht entlang sämtlichen. Durchmessern einheitlich, so daß der Boden auf eine Expansion--■· und Kontraktion bei einer Temperaturänderung des Inhalts nicht*" "

gleichförmig reagiert. Diese ungleichförmige Reaktion bewirkt.

ein unverhersehbares Verhalten des Behälters im Falle einer"". Speisenbereitung in der Muffel. '..-*.:

Als vierter Nachteil kann die durchgeführte Art des Dichtver--- schlusses eine Unterbrechung in der Sperrschicht bewirken.: Liegt"Material der innenseitigenhchicht an der Abdichtung zwischen beiderseitigen Sperrschic iteilen, so ergibt sich ein Streifen ohne Sperrmaterial. Die Fläche der Unterbrechung kann so groß sein, daß der möglicherweise eindringende Sauerstoff, zu einem Problem wird.

Aufgrund dieser Nachteile kann das Extrusions-Blasformungsverfahren nicht zu einem vollständig zufriedenstellenden dreischichtigen formhaltenden Behälter mit einer Kern-Sperrschicht aus einem feuchtigkeitsempfindlichen Polymeren wie EVOH führen, insbesondere wenn der Behälter zum Kochen unter Hitze und Druck bestimmt ist.

Demgegenüber befaßt sich die Erfindung mit einer Vorrichtung zum Herstellen eines Plastikbehälters durch Spritzguß oder durch Blasformungs-Spritzguß, wobei ein Behälter hergestellt werden kann, dessen Wände aus mehreren Schichten von unterschiedlichen Polymeren bestehen. Insbesondere weisen die Behälterwände eine Innenschicht und eine Außenschicht aus strukturellen Polymeren wie Polyolefinen oder einer Mischung aus Polyolefinen an den beiden Seiten einer Kernschicht aus einem Polymeren mit Sauerstoffsperreigenschaften wie EVOH auf.

Der Blasformungs-Spritzguß ist ein Verfahren, bei dem eine Vorform oder ein Külbel durch Spritzguß in einem Hohlraum

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hergestellt wird. Die Vorform wird zu einem Blasformhohlraum übertragen und zur Form des herzustellenden Behälters aufgeblasen. Hierbei kann sie auf dem Formkern der Spritzform ver^ bleiben und auf dieser zum Blasformungshohlraum transportiert,, werden. Sie kann außerdem vor der Blasformung auf die erf order-.* liehe Temperatur gebracht werden, um eine optimale Temperaturoder ein optimales Temperaturprofil anzunehmen. Der Formkern kann temperaturgeregelt sein und das Äußere der Vorform kann/ durch Kontakt mit Luft oder einem anderen Strömungsmittel sa. auf Temperatur gebracht sein, daß das Blasformen unter optimal-, len Bedingungen erfolgt. Eine Orientierung kann erzielt werden, da die Vorform während des Blasformens gestreckt wird. Die Spritzguß-Blasformung erzeugt keinen Abfall und erfordert keine Abschnürungsdichtung.

Im Rahmen der Erfindung werden Polymerenschmelzen für die innenseitigen und außenseitigen Schichten sowie für die Kernschichten der Behälterwänoe im wesentlichen gleichzeitig in einen Vorform-Gießhohlraum durch eine Spritzdüse mit getrenntem Durchgang für jede der Polymerenschmelzen eingespritzt, wobei diese Durchgänge so angeordnet sind, daß sie zu koaxialen ringförmigen Düsenmündungen führen, die eine zentrale Mündung umgeben. Gleichzeitig können auch zusätzliche Schichten oder zwischen den Oberflächenschichten und der Kernschicht angeordnete Schichten eingespritzt werden, wodurch eine Behälterwand hergestellt wird, die vier oder mehr Schichten aufweist.

Die Ingangsetzung, der Durchsatz und die Beendigung des Zuflusses für jede Schicht sind unabhängig voneinander und werden stetig gesteuert, um die D:cke jeder Schicht zu regulieren und sicherzustellen, daß die Kernschicht oder -schichten vollständig zwischen den Oberflächenschichten eingeschlossen ist bzw. sind. Die spritzgegossene Vorform wird auf dem Formkern zu einem Blasformungshohlraum mit der Form des Behälters übertragen und wird dann zum fertigen Behälter blasgeformt. Die

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- V-

Temperaturbeeinflussung der Vorform unmittelbar vor dem Blasen kann zu einer biaxialen Orientierung der verschiedenen Polymeren führen, wodurch erwünschte Verbesserungen der physikalischen Eigenschaften wie Impermiabilität, Klarheit, Zugfestigkeit, Schlagfestigkeit und Kriechbeständigkeit erzielt v/erden.". Das resultierende Produkt weist eine Sperrschicht aus Schichten auf, die ohne Unterbrechung durch den Behälter verlaufen, jedoch vollständig im Material der innenseitigen und der außen-; seitigen Oberflächenschichten eingeschlossen sind. Da die. Sperrschicht aufgrund der Feuchtigkeitsabsperreigenschaften, der Oberflächenschichten vor Feuchtigkeit geschützt ist,"-bleibt die Qualität der Sauerstoffabschirmung erhalten. [-

Weitere Einzelheiten, Vorteile ind Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Durchführungs- und Ausfuhrungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Spritzguß-Blasformungsvorrichtung;

Fig. 2 ein Schema der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Spritzguß-Vorrichtung;

Fig. 4 ein Schema des Steuersystems eines der Einspritzkolben;

Fig. 5 die graphische Darstellung der Lage eines der Einspritzkolben in Abhängigkeit von der Zeit;

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm für das Steuersystem der Vorrichtung;

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Kolbenstellung in Abhängigkeit von der Zeit für drei Einspritzkolben;

Fig. 8 bis 15 Querschnitte durch eine Düse und einen Hohlraum zur Darstellung des Zusammenfließens der verschiedenen Schichten zu verschiedenen Zeiten während des Einspritzzyklus;

Fig.16 einen Querschnitt durch die Spritzdüse; Fig.17 einen Querschnitt durch die Vorform; Fig.18 einen Querschnitt durch den fertiggestellten Behälter;

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Fig.19 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch einen Teil

einer dreilagigen Behälterwand;
Fig.20 eine graphische Darstellung der Sauerstoffdurchlässig-,.

keit eines Sperrmaterials als Funktion des Feuchtig'--*-"

keitsgehalts; und _— __

Fig.21 in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt durch einen""\

Teil einer fünflagigen Behälterwand. '.,'.:

Die erfindungsgemäße Spritzgußmaschine formt einen mehrlagigen--"''

Kölbel oder eine mehrlagige Vorform aus einer Mehrzahl vorj

Polymeren, die jeweils getrennt plastifiziert und getrennten Einspritzkolben zugeführt sind. Die Kolben transportieren zwangsweise jeweils eine Ladung ihres Polymeren zum zugehörigen DUsenkanal, der zum Eingang des Spritzgußform-Hohlraums führt. Gemäß der Steuerung werden die verschiedenen Polymerenschmelzen im wesentlichen gleichzeitig unter nicht-turbulenten Fließbedingungen so in den Formhohlraum verbracht, daß sie in der Vorform als getrennte, diskrete Schichten verbleiben. Die nachfolgende, ins Einzelne gehende Beschreibung erklärt, wie dies erreicht wird.

Fig. 1 zeigt einen Teil einer erfindungegemäßen Spritzguß-Blasformungsmaschine (IBM, injection blow molding machine). Zwei Kernstifte oder Formkerne 1OA, 1OB sind an einer Platte 40 montiert, die in Querrichtung bewegbar an einer axial beweglichen Drucktafel 42 der Maschine montiert ist. Der Formkern 1OA befindet sich in einer Einspritzform 20 und der Formkern 1OB in einer Blasform 3OB. V/ird die Platte 40 (gemäß der Zeichnung) nach links bewegt, so kommt der Formkern 1OA in eine Blasform 3OA und der Formkern 1OB in die Einspritzform 20. Durch axiales Zurückbewegen der Drucktafel 42 wird eine Vorform oder ein Kölbel aus der Einspritzform herausgenommen, woraufhin die Platte 40 mit den Formkernen 1OA, B nach links oder nach rechts zur verfügbaren Blasform traversiert. Fig. 1 zeigt die Blasform 3OA bereit zur Aufnahme der Vorform, wäh-

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rend die Blasform 3OB eine Vorform 60 B enthält. Die Vorform 6OB wird mit Luft aufgeblasen, um die Form des Hohlraums der Blasform 3OB anzunehmen, während in der Einspritzform 20 eine] Vorform 6OA spritzgegossen wird. Die Blasformen öffnen sich;., wenn sich die Drucktafel 42 zurückzieht, und werfen den fertig-.' gestellten Behälter aus. Die Platte 40 bewegt sich in jederh-Zyklus so vor und zurück, daß jedesmal gleichzeitig ein Behält., ter geblasen wird, während eine Vorform spritzgegossen wird. _

Fig. 2 veranschaulicht die allgemeine Anlage der Spritzguß--Blasformungsmaschine und deutet die Steuereinrichtung an. Plastikatoren 82A, 82B, 82C plastizieren die Polymeren und speisen drei Kolben-Ausschieber "/0A, 7OB, 7OC für drei Polymerenschmelzen, welche einem Verte lerblock 75 zugeführt werden, der getrennte, zu einer Mehrkana:.düse 50 für die Einspritzform 20 führende Kanäle aufweist. Die Drucktafel 42 wird von einer hydraulischen Presse 44 axial hinsichtlich der Form bewegt. Ein Pressen-Steuerblock 110 umfaßt die Steuerkreiseinrichtungen für die Presse und die Blaszyklen. Ein Mikroprozessor 100 ist so programmiert, daß er eine Servohydraulik 120 steuert, die ihrerseits die einzelnen Einspritz-Kolben-Ausschieber steuert, und gibt Befehle für den Pressen-Steuerblock 110 ab.

Fig. 3 zeigt den aus der Mehrzahl von Plastikatoren herausgegriffenen Plastikator 82B zum Schmelzen und Liefern des geschmolzenen Polymeren B zum Kolben-Ausschieber 7OB. Der Plastikator 82B ist eine übliche reziprokierende Schraubenvorrichtung, die das geschmolzene Polymere in einen Zylinder 71B des Ausschiebers preßt, wenn ein Verteilerventil 84B geschlossen und ein Verteilerventil 85B geöffnet ist und der Kolben des Ausschiebers durch einen, hydraulischen Motor 72B nach links zurückgezogen wird. Ist der Zylinder 71B mit geschmolzenem Harz vollgeladen, so wird das Verteilerventil 85B geschlossen. Auf ein Steuersignal vom Mikroprozessor 100 hin wird das Ventil 84B geöffnet und die Servohydraulik 120 steuert den

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Kolben-Ausschieber so, daß der Kolben gemäß einem im Mikroprozessorprogramm gespeicherten Auslenkungs-Zeit-Plan (gemäß der Zeichnung) nach rechts vorgeschoben wird. Ein Auslenkungs-Um^,, setzer 76 liefert ein der Kolbenauslenkung oder -verschiebungsr-weite proportionales Analogsignal, mi^, dem eine Rückkopp lungs-*; schleife für die Servohydraulik 120 vervollständigt wird. Das" gemäß dem Programm ausgeschobene Polymere B passiert das Ven~ til 84B und fließt weiter durch die Verteilerkanäle zur Ein--spritzdüse, durch die Düsenkanäle und in den Hohlraum der· Spritzgußform, wo es die Außenschicht der Vorform 60 wird.

Fig. 4 zeigt schematisch die Servoschleife, bei der das Steuersignal vom Mikroprozessor 100, das in Form einer Spannung als Funktion der Zeit dargestellt ist, und ein Stellsignal vom Auslenkungs-Umsetzer 76 in einem Verstärker 78 algebraisch kombiniert werden und das resultierende Signal der Steuerung der Servohydraulik 120 für den hydraulischen Motor 72 dient. Fig. 5 zeigt ein typisches Kolbenstellungs-Steuersignal. Da die Auslenkung durch den Umsetzer 76 gemessen wird, ist sie in der graphischen Darstellung als Spannung in Funktion von der Zeit dargestellt.

Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm des zur Steuerung der Maschine verwendeten Systems. Die Spritzguß-Blasformungsmaschine wird dort als "IBM" angezeigt. Auf den Beginn des Zyklus hin überprüft das Programm die Stellungen der Ventile, Kolben usw. und lädt, wenn es alles in Ordnung befunden hat, die Ausschieber-Zylinder 71 widder aus den Plastikatoren 82. Der Pressen-Steuerblock 110 der IBM gibt ein "Einspritz"-Signal an den Mikroprozessor 100. Die Einspritzung wird gemäß dem Kolbenauslenkungs-Zeit-Programm des Mikroprozessors durchgeführt und endet am Ende dieses Programms. Zur Maschine IBM wird ein Signal "Einspritzung fertig" gesendet. Der Steuerblock 110 bewirkt dann, daß IBM die Vorform an ihren Platz in der Blasform traversiert und mit der Blasformungsphase fortfährt. Diese

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Folge wird von der Maschine weiterhin Zyklus um Zyklus durchgefahren. Ein Bedienungspult 115 kann dazu verwendet werden, das Auslenkungs-Zeit-Programm zu ändern oder die Maschine auszug· schalten. ;"

Fig. 7 zeigt die Kolbenauslenkung oder -verschiebung als Funk-; tion der Zeit für die drei Kolben graphisch aufgetragen. Die" Stellungen der Kolben sind al£ analoger Spannungswert als Ausgangssignal der Umsetzer 76 fir jeden Kolben gemessen. Das" Polymere für die innenseitige Schicht ist "A", das für die. Kernschicht "C" und das für die ' außenseitige Schicht "B". In Fig.' 7 zeigt eine Auf wärtne igung eine Vorwärtbewegung des Kolbens zum Ausstoßen von Polymerem an, ein horizontaler Verlauf zeigt einen stillstehenden Kolben und eine Abwärtsneigung zeigt die Zurückziehung des Kolbens an. Die Bedeutung der Fig. 7 wird anschaulicher unter Bezugnahme auf die Figuren 8 bis 15, die den Fluß der Polymeren am Ausgang der Düse 50 und an einem Eingang 52 des Hohlraums der Einspritzform 20 am abgerundeten Bodenteil der Vorform zeigt. Die Figuren 8 bis 15 zeigen verschiedene Zeitpunkte des Zyklus, die in Fig. 7 eingetragen sind.

Fig. 8 zeigt den Zustand zu Beginn eines Zyklus zur Zeit 0. Der Hohlraum der Spritzform 20 ist leer. Der Eingang 52 des Hohlraums enthält anfänglich nur die Polymeren A und B für die Innenschicht und die Außenschicht. Die Kolben für die Polymeren A und B beginnen, sich vorwärts zu bewegen und diese Polymeren in den Hohlraum zu drücken. Etwa 100 Millisekunden innerhalb des Zyklus beginnt der Kolben für die Kernschicht, also für das Polymere C, sich vorwärtszubewegen.

Fig. 9 zeigt, daß das Polymere C sich dem Strom im Eingang angeschlossen hat und sogleich den Hohlraum betreten wird. Fig. 10, die den Zustand bei etwa 520 Millisekunden zeigt, veranschaulicht den Strom der drei Polymere, während der Hohl-

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raum weiter gefüllt wird. Alle drei Polymerenschichten müssen sich durch die gesamte Länge der Vorform erstrecken. Da der Strom im Hohlraum der Gießform laminar ist, ist die Geschwin·^ digkeit in der Strommitte höher als die Geschwindigkeiten arvden Hohlraumwänden. Das Einsetzen des Stroms des Polymeren C" wird deshalb ausreichend verzögert, beispielsweise um 100'" Millisekunden, daß dieses Polymere C das hintere Ende desl' Hohlraums gerade dann erreicht, wenn auch die sich langsamer-bewegenden Oberflächenschichten aus den Polymeren A und B das--Ende erreichen. Auf diese Weise liegen am hinteren Ende der"' Vorform, das das MUndungsende des Behälters v/erden soll, allä"' Schichten in ihren richtigen Stellungen vor.

Bei etwa 1000 Millisekunden im Injektionszyklus wird der Kolben für das Polymere A, also für die innenseitige Oberfächenschicht, angehalten und kann der Kolben für das Polymere C, also für die Kernschicht, etwas beschleunigt werden, um die gewünschte Materialdicke im Behälterboden zu erzielen. Das Polymere A wird im Eingang 52 abgesetzt, also in der Stärke verringert (Fig. 11), bis es schließlich durchgetrennt wird (Fig.12). Bei 1100 Millisekunden hält der Kolben für das Polymere C an und wird der Kolben für das Polymere A wieder in Gang gesetzt. Die Fig. 13 und 14 zeigen, wie das Polymere A zum Abschnüren des Polymeren C im Eingang vorströmt und hierdurch das Letzte des Polymeren C in den Hohlraum 20 schiebt und das Polymere A das Polymere C zudeckt oder zur Isolierung gegen ein Freiliegen an der Oberfläche der Vorform einschließt. Fig. 15 zeigt, wie sich die Polymere A und B am Eingang zusammenfügen, um den Einschluß des Polymeren C zu vervollständigen und zum Anfangszustand gemäß Fig. 8 zurückzukehren. Zur in Fig. 15 dargestellten Zeit (1300 Millisekunden) sind alle drei Kolben zurückgezogen, so daß der Hohlraum druckentlastet ist und eine Expansion der Vorform verhindert wird, wenn der Hohlraum geöffnet wird, und um die in der Düse und im Eingang verbliebenen Polymeren druckzuentlasten, um ein Austreten aus der Düse zu vermeiden, solange der Hohlraum offen ist.

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Ein solches Ausfließen wUrde zu einem vorzeitigen Polymerenfluß in den Hohlraum während des nächsten Zyklus führen, was wiederum zu einem Schmieren des Polymeren C an den Behäl-r teroberflachen führen kann.

1500 Millisekunden geben das Ende der Einspritzphase des Maschi— nenzyklus für dieses Beispiel an. Anschließend an das Ende der· Einspritzphase des Zyklus werden die Verteilerventile 84, 85.. betätigt und die Ausschieber-Zylinder 71 wieder von den Plasti-.. katoren 82 mit ihren Polymeren gefüllt. Die Einspritzform wird-· durch Zurückziehen der hydraulischen Presse 44 geöffnet, wobeider Formkern 10 aus dem Hohlraum der Form 20 zurückgezogen wird. Die soeben gebildete Vorform wird zu einem der Hohlräume der Blasformen 3OA, 3OB transferiert und der Behälter, der gleichzeitig mit dem Spritzgußzyklus geformt worden ist, wird aus der Blasform, in der er fertiggestellt wurde, ausgestoßen.

Die Fig. 16 zeigt eine zum Spritzgießen einer Vorform mit einer dreilagigen Wand geeignete Düse als Düse 50. Das Polymere B, das die außenseitige Schicht bilden soll, wird vom Ausschieber 7OB an einen ringförmigen Abgabekanal 54B geliefert, der das Polymere entlang dem Außenumfang des Düsenaufbaus abgibt. Das Polymere B dringt entlang einem konischen Kanal 56B zu einer ringförmigen Mündung 58B am DUsenausgang, der in den Einspritzhohlraum führt, vor. In gleicher V/eise wird das Polymere C, das die Kernschicht bilden soll, vom Ausschieber 7OC zu einem ringförmigen Abgabekanal 54C und von diesem entlang einem konischen Kanal 56C zu einer ringförmigen Mündung 58C geleitet. Das Polymere A, das die innenseitige Schicht bilden soll, wird vom Ausschieber 70A zu einem Kanal 56A geleitet und tritt in der Mitte des aus den Mündungen 58B und 58C hervortretenden konzentrischen Stroms aus. Ein Düsenverschlußventil 59 kann axial bewegt werden, um den Strom des Polymeren A anzuhalten.

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Die Fig. 17 und 18 vergleichen die aus dem Spritzgußvorgang hervorgegangene Vorform 60 mit dem fertiggestellten Behälter. Dieser weist einen Behälterhals 62 auf, der während des Blas_r formungsvorgangs praktisch unverändert bleibt. Die Vorform... wird am abgekühlten Behälterhals festgehalten, während sie invheißen und v/eichen Zustand geblasen wird. Der Behälterhals 62--mit einem Flansch 64 wird also im wesentlichen in der Ein-" spritzform gebildet. Die restlichen Vorformwände werden beim.. Strecken der Vorform während der Blasformung dünner.

Fig. 18 zeigt,, daß sich die Kernschicht aus dem Polymeren £-- durch den gesamten Flansch 64 erstreckt, jedoch nicht den Flanschrand durchsetzt. Dies wird zu einem großen Teil durch die Wahl der Verzögerungszeit beim Starten des Ausschiebers für das Kernpolymere erreicht. Der Flansch 64 wird in einer Doppelsaumdichtung verwendet, wenn durch bekannte Techniken ein Metallabschluß zum Verschließen des gefüllten Behälters auf die BehältermUndung aufgefalzt wird. Da der Flansch einen wichtigen Bereich darstellt, ist es wichtig, daß die Kernschicht sich ausreichend in ihm erstreckt. Auch die programmierten Ströme der verschiedenen Polymeren stellen sicher, daß die Kernschicht nicht an der Einspritzstelle am äußeren Mittelteil des Behälters freiliegt.

Fig. 19 zeigt einen vergrößerten Bereich der Behälterwand innerhalb eines Kreises in Fig. 18. Die Schicht aus dem Polymeren A ist die gemäß der vorhergehenden Beschreibung gebildete Innenschicht, die Schicht aus dem Polymeren B die Außenschicht und die Schicht aus dem Polymeren C die Kern- oder Sperrschicht. Diese Schicht aus dem verhältnismäßig teuren Abschirm-Polymeren C ist am dünnsten. Die relative Dicke der drei Schichten wird durch die Steuerung der relativen Flußmengengeschwindigkeiten der drei Polymeren aufgrund der Mikroprozessorsteuerung der Verschiebungsgeschwindigkeiten der Kolben bestimmt. Eine bevorzugte Wandstruktur besteht aus einer Schicht aus einer Mischung von Polyäthylen hoher Dichte und

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Polypropylen an Jeder Seite einer Kernsperrschicht aus Äthylen-Vinylalkohol-Copolymerem (EVOH).

Fig. 20 zeigt, wie die Qualität der Sauerstoffabschirmung der EVOH-Schicht feuchtigkeitsabhängig ist. Ist diese Schichtdünn, so bewirkt bereits eine geringe Wassermenge eine höh«. Zunahme der Sauerstoff durchlässigkeit. Aus diesem Grund muß die EVOH-Schicht angemessen gegen das Eindringen von Feuchtigkeit geschützt werden. :

Polyolefine haften nicht gut an EVOH. Die Haftung kann jedoch durch Hinzufügung von Adhäsionspromotoren zum Polyolefin, zum EVOH oder zu beiden verbessert werden. Eine andere Annäherung stellt es dar, eine Zwischenschicht aus einem polymeren Haftmaterial zu schaffen, das am Polyolefin und am EVOH anhaftet. Zu solchen Materialien gehören modifizierte Polyolefine, wie sie von der Firma Chemplex Company of Rolling Meadows, Illinois, USA, unter der Handelsbezeichnung "Plexar" vertrieben werden. Diese Stoffe umfassen eine Mischung eines Polyolefins mit einem Pfropf-Copolymeren aus Polyäthylen hoher Dichte und einem ungesättigten Carbonsäure-Anhydrid mit kondensiertem Ring. Die Polyolefinkomponente der Mischung kann Polyäthylen oder vorzugsweise ein Olefin-Copolymeres wie Äthylen-Vinylacetat sein. Eine US-Anmeldung vcm 28. Dezember 1978 auf den Namen Schroeder lehrt die Verwendung dieser Materialien als Bindemittel für EVOH. Die Materialien selbst sind aus US-PS 4 087 587 und 4 087 588 bekannt. Diese modifizierten Polyolefine haben sich als Zwischenschichten zur Verbesserung der Haftung zwischen den aus Polyolefinen bestehenden Oberflächenschichten und der Kernschicht aus EVOH als geeignet erwiesen.

Ein weiteres zweckmäßiges Material für die Verwendung als Zwischenschicht zur Verbesserung der Haftung EVOH-Polyolefine sind Maleinanhydrid-Pfropf-Polyolefine, wie sie unter der Handelsbezeichnung "Admer" von der Firma Mitsui Petrochemical Industries, Tokio, Japan, vertrieben werden.

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Die Verwendung von Zwischenschichten auf jeder Seite der EVOH-Sauerstoffsperrschicht führt zu einem fünflagigen Behälter. Zur Herstellung eines solchen Behälters wird die dreikanalige. Düse nach Fig. 16 durch eine fünfkanalige Düse von im übrigen" gleicher Konstruktion ersetzt. In Fällen, in denen die innen-' seitige Schicht und die außenseitige Schicht aus dem selben" Polymeren bestehen, kann ein Kolben-Ausschieber für diese beiden Schichten verwendet werden. Der Strom vom Ausschieber wird' dann geteilt und proportioniert, wobei ein Teil den zentralen" axialen Kanal zur Bildung der innenseitigen Schicht und der' Rest die äußerste ringförmige Mündung der Düse beliefern. Die' beiden zusätzlichen Düsenmündungen sind unmittelbar innerhalb und unmittelbar außerhalb der Düsenmündung für die EVOH- Sperrschicht angeordnet. Die beiden zusätzlichen ringförmigen Düsenmündungen können mit dem Zwischenschichten-Polymeren von einem einzigen Kolben-Ausschieber beliefert werden, wobei dann der Strom aufgeteilt und proportioniert wird. Es kann also eine Maschine mit drei Ausschiebern eine fünflagige Vorform herstellen. Eine noch höhere Steuerung der PolymerenzuflUsse kann durch Verwendung einer Maschine mit einem unabhängig steuerbaren Ausschieber für jede der Schichten durchgeführt werden. Zur selektiven Steuerung der Polymerenzuflüsse kann ein Düsen-Absperrventil verwendet werden. Die drei Schichten aus dem Zwischenschicht-Polymeren und dem Sperrschicht-Polymeren können als einzige Kernschicht betrachtet werden. Fig. 21 zeigt eine fünfschichtige Wand, wobei die Schichten A und B die innenseitigen Schichten aus Polyolefin, die Schicht C die Sperrschicht aus EVOH und zwei Schichten D die Schichten aus dem Zwischenschichtmaterial sind.

Beispiel I

Unter Verwendung einer Düse mit fünf Mündungen an einer Maschine mit drei Kolben-Ausschiebern wurden fünflagige Behälter mit einem Fassungsvermögen von etwa 5 1/2 Unzen (ca. 162,5 cm ), und einer Größe 202 χ 307, mit etwa 11 g Gewicht hergestellt.

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Die Innenschicht und die Außenschicht bestanden aus Polypropylen-Polyäthylen-Block-Oopolymeren (Herkules Profax 7631). Die Haft-Zwischenschichten waren Äthylen-Vinylacetat-Copolyme·*.. res das mit einem Pfropf-Copolymeren aus Polyäthylen hoher" Dichte und einem Carbonsäureanhydrid mit kondensiertem Ring. (Plexar 1615-2) gemischt war. Die Sauerstoff-Sperrschicht war EVOH (Kuraray EVAL EP-F, vertrieben von der Firma Kuraray Co.-Ltd., Osaka, Japan). Die Schichten waren gut miteinander ver-"_ bunden. Die Sperrschicht verlief bis zur Lippe des Flansche"' und war vollständig eingekapselt.

Beispiel II

Es wurden fünflagige Behälter ähnlich denen nach Beispiel I hergestellt, bei denen jedoch die Innenschicht und die Außenschicht aus Polypropylen (EXXON E612) bestanden. Das Material der Zwischenschicht war Plexar III, eine Mischung aus Äthylen-Vinylacetat-Copolymerem und einem Pfropf-Copolymeren. Die Sperrschicht war EVAL EP-F. Die Schichten hafteten gut aneinander. Die Sperrschicht verlief bis zur Lippe des Flanschs und war vollständig eingekapselt.

Beispiel III

Es wurden fünflagige Behälter ähnlich denen nach Beispiel I hergestellt, bei denen jedoch die Innenschicht und die Außenschicht aus einer 50-50-Mischung aus Polypropylen (EXXON E612) und Polyäthylen hoher Dichte (Chemplex 5701) bestanden. Das Zwischenschichtmaterial war Plexar III und das Material der Sperrschicht EVAL EP-F. Die Schichten hafteten gut aneinander. Die Sperrschicht verlief bis zur Lippe des Flanschs und war vollständig eingekapselt.

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Beispiel IV

Es wurden fünflagige Behälter ähnlich denen nach Beispiel -1' hergestellt, bei denen die Innenschicht und die AußenschiclYt:^ aus einem Copolymeren von Propylen und Äthylen (Hercules Pro-' fax 7631) bestanden. Das Zwischenschichtmaterial war Maleinan-=. hydrid-Pfropf-Polyolefin (Mitsui Admer QB 530) und dab MateS-rial der Sperrschicht EVAL EP-F. Die Schichten hafteten gut' aneinander. Die Sperrschicht verlief bis zur Lippe de*»., Flanschs und war vollständig eingekapselt. -„„

Bei der Herstellung der Behälter nach den Beispielen I bis IV begann der Einspritz-Fahrplan mit der Zuführung der Polymeren für die Innenfläche und die Außenfläche, sodann wurde das Polymere für die Haft-Zwischenschicht in Gang gesetzt und im wesentlichen gleichzeitig das Polymere der Sperrschicht in Gang gesetzt. Die Zuflüsse des Polymeren für die Haft-Zwischenschicht und des Polymeren für die Sperrschicht wurden beendet, bevor der Zufluß für das Polymere für die außenseitige Schicht beendet wurde.

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Claims

•ATENTANWXLT8 DR.-ING. H. FINCKEβοο° München a DIPL-ING. H. BOHR Mo" °ß'31 ™ . ~Μ&Γ* 19ΒΊ DIPL-ING. S. STAEGER - W (089,-266060 ■Γ Cloimi Mönchen Telex ι 5 239 03 claim d Moppe No. B6l3 Patentanwalt» Dr. Finde» · Bohr · Stoeger · Müllerttr. Jl . 6000 München 5 Bitte in der Antwort ongeb»n PCT-13,283 AMERICAN CAN COMPANY American Lane, Greenwich, CT 06830 / U.S.A. Patentansprüche

1.1 Vorrichtung zum Herstellen eines mehrschichtigen formhaltenden Gegenstands, gekennzeichnet durch
A) eine Spritzgußform und einen Kernstift, die miteinander einen Hohlraum zum Bilden einer Vorform ergeben, der im Bereich der Unterseite der Vorform einen Eingang aufweist, mit

1) Einrichtungen zum unabhängigen Beginnen des Zuflusses eines ersten Polymerenstrom, der die innenseitige Oberflächenschicht der Vorform bilden soll, und des Zuflusses eines zweiten Polymerenstroms, der die außenseitige Oberflächenschicht der Vorform bilden soll, sowie des Zuflusses eines dritten Polymerenstroms zwischen dem ersten und dem zweiten Polymerenstrom,

2) Einrichtungen zum unabhängigen Steuern der Zufluß-Mengengeschwindigkeiten der Polymerenströme,

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Bonkverbindung, Boy»r. V»r»insbonk München, Konto 620404 (BLZ 70020270) · Po.ticheckkonto: München 27044-802 (BLZ 700100 80)

(nur PA Dipl.-Ing. S. Staeger)

-ΙΟ- 3Q49725

3) Einrichtungen zum unabhängigen Beenden des Zuflusses der Polymerenströme,

B) Einrichtungen zum Übertragen der spritzgegossenen Vor~- form zu einem Blasformungshohlraum, der die Gestalt de-4' Gegenstands aufweist,

C) Einrichtungen zum Aufblasen der Vorform im Blasformungs:-' hohlraum zum Bilden des Gegenstands.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrieb^" tungen zum Einführen eines vierten Polymerenstroms zwischen dem dritten und dem ersten Polymerenstrom und Einrichtungen zum Einführen eines fünften Polymerenstroms zwischen dem dr.itten und dem zweiten Polymerenstrom sowie Einrichtungen zum Steuern und Beenden des Zuflusses des vierten und des fünften Polymerenstroms.

3. Vorrichtung zum Herstellen eines mehrschichtigen formhaltenden Behälters, gekennzeichnet durch

A) eine Spritzgußform und einen Kernstift, die zusammen einen Hohlraum zum Bilden einer Vorform ergeben, der einen Eingang für Polymere im Bereich des geschlossenen Endes der Vorform aufweist, mit

1) Einrichtungen zum Aufrichten eines Zuflusses von Polymeren mit einem zentralen Strom eines ersten Polymeren, der von einem ringförmigen Strom eines zweiten Polymeren umgeben wird,im Eingang,

2) Einrichtungen zum Aufrichten eines ringförmigen Stroms eines dritten Polymeren zwischen dem ersten und dem zweiten Polymerenstrom,

3) Einrichtungen zum unabhängigen Steuern des Zuflusses der drei Polymerenströme, bis der Hohlraum nahezu ausgefüllt ist,

4) Einrichtungen zum unabhängigen Beenden des Zuflusses der Polymerenströme,

B) Einrichtungen zum Übertragen der Vorform zu einem Blasformungshohlraum,

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C) Einrichtungen zum Aufblasen der Vorform im Blasformungshohlraum zum Blasformen der Vorform zum fertigen Behälter. ^:-

4. Die Vorrichtung zum Herstellen eines mehrschichtigen spritzgegossenen Gegenstands, gekennzeichnet durch :

1) Einrichtungen zum unabhängigen Beginnen des Zuflusses" eines ersten Polymerenstroms, der die eine Oberflächenschicht des Gegenstands werden soll, des Zuflusses eines zweiten Polymerenstroms, der die andere Oberflächen_r schicht des Gegenstands werden soll,-und des Zuflusses eines dritten Polymerenst~oms zwischen dem ersten und dem zweiten Polymerenstrom,

2) Einrichtungen zum unabhängigen Steuern des Zuflusses der Polymerenströme und

3) Einrichtungen zum unabhängigen Beenden des Zuflusses der Polymerenströme.

5. Vorrichtung zum Bilden einer Mehrschichtigen Kunststoff-Vorform für einen spritzguß-blasgeformten Gegenstand, gekennzeichnet durch

1) Einrichtungen zum Beginnen des Einspritzens einer ersten, innenseitigen Oberflächenschicht,

2) Einrichtungen zum Beginnen des Einspritzens einer zweiten, außenseitigen Oberflächenschicht,

3) Einrichtungen zum Beginnen des Einspritzens einer dritten Schicht, nämlich einer Kernschicht,

4) Einrichtungen zum unabhängigen Beenden des Einspritzens der ersten, der zweiten und der dritten Schicht,

6. Vorrichtung zum Spritzguß-Blasformen eines mehrschichtigen formhaltenden Behälters, gekennzeichnet durch

eine Spritzgußform für eine Vorform,

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zwei Kernstifte, die auf einer Platte montiert sind, welche durch eine Hin- und Herbewegung jeden der Kernstifte mit der Spritzgußform in Übereinstimmung bringt, :*"

zwei Blasformen zur Blasformung der Vorform zum Behälter, wobei die Blas.formen so angeordnet sind, daß eine von ihnen mit einem der Kernstifte in Übereinstimmung kommt, wenn der andere Kernstift mit der Spritzgußformin Übereinstimmung ist, ■ '-

eine Spritzgußdüse in^ Kommunikation mit der Spritzgußform im Bereich des Bodens der Vorform, wobei die Düse eine Mehrzahl konzentrischer Mündungen aufweist,

eine Mehrzahl von m.t den Düsenmündungen zusammenhängenden Einspritzvorrichtungen für Polymeres, und

Steuereinrichtungen zum unabhängigen Steuern des Polymeren-Zuflusses als Funktion der Zeit.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzvorrichtungen eine Mehrzahl von Ausschiebern und eine Mehrzahl von Plastikatoren zum Liefern von geschmolzenem Polymerern'an die Einspritz-Ausschieber umfassen und daß die Steuereinrichtungen die Verschiebeweite von Kolben der Ausschieber steuern.

8. Vorrichtung zum Spritzgießen eines mehrschichtigen Behälters, gekennzeichnet durch

- wenigstens drei Plastikatoren zum unabhängigen Schmelzen von Polymeren für die verschiedenen Schichten,

- wenigstens drei servcgesteuerte hydraulisch betätigte Kolben-Ausschieber, die mit den Plastikatoren verbunden sind,

- eine Einspritzdüse mit wenigstens drei unabhängigen Polymerenmündungen, von denen jede mit einem der Ausschieber

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verbunden ist,

einen linearen Umsetzer für jeden der Kolben-Ausschieber

zum Erzeugen eines die lineare Verschiebeweite des KoI-..

bens angebenden elektrischen Signals,

Einrichtungen zum Erzeugen :ines Zeit-Verschiebeweite-Pro--

grammsignals für jeden der Kolben, '

Einrichtungen zum Steuern eines servoh'ydraulischen Betätiw, gers für jeden der Kolben in Übereinstimmung mit der.

algebraischen Summe der beiden Signale.

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