DE3327136A1

DE3327136A1 - Vorformling

Info

Publication number: DE3327136A1
Application number: DE19833327136
Authority: DE
Inventors: Long Fei Sylvania Ohio Chang
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1982-07-29
Filing date: 1983-07-27
Publication date: 1984-02-02
Also published as: GB2124543A; ZA835139B; JPS5929132A; IT1169322B; ES282172U; IT8348679A0; AU1632183A; FR2531001A1; GB8318749D0

Description

BESCHREIBUNG - If-

Zur Erhöhung der Festigkeit von Kunststoffbehältern ist es bekannt, die Behälter bei erhöhter Orientierungstemperatur herzustellen, um die Kunststoffmoleküle zu orientieren und dabei die mechanischen Eigenschaften des Behälters zu verbessern sowie die Gasdurchlässigkeit zu verringern. Nach bekannten Verfahren wird ein Vorformling durch Spritzgießen hergestellt, der anschließend auf 2g Orientierungstemperatur wieder erwärmt und zum Behälter geblasen wird.

Ein solcher Behälter hat bekanntlich einen Mündungsabschnitt, einen für gewöhnlich zylindrischen Hauptkörper ]_5 und einen halbkugeligen oder elliptischen Boden, um für unter Druck stehende Flüssigkeiten eine optimale Festigkeit zu erhalten.

Beim Spritzgießen von Vorformlingen benützt man bekanntlieh einen Kernstift und eine teilbare Form und füllt den geschmolzenen Kunststoff zwischen dem Kernstift und den geschlossenen Formhälften ein. Auch der Vorformling hat einen Mündungsabschnitt, einen Stützrand unterhalb des Mündungsabschnittes, einen Halsring unterhalb des Stützrandes, eine Schulter unterhalb des Stützrandes, welche in einem Hauptkörper übergeht, der in einem den Hauptkörper verschließenden Boden endet. Um den Vorformling aus der Form zu nehmen und den Kernstift zu entfernen, erhält in bekannter Weise der Kernstift und die inneren Formflächen eine Verjüngung, so daß auch der spritzgegossene Vorformling im Bereich des Hauptkörpers verjüngt ist. Außerdem hat man es bisher für wünschenswert gehalten, das gesamte Material in Längsrichtung des Hauptkörpers im wesentlichen gleich zu verteilen.Somit hat man den Kernstift und die Form so bemessen, daß der Hauptkörper des

Vorformlings gegen den Boden zu an Dicke zunimmt.

Die Gestalt und die Abmessungen des Vorformlings beeinflussen die Spritzgußzeit, die Wiedererwärmungszeit, sowie die Materialverteilung im fertigen Behälter und die mechanischen Eigenschaften sowie die Gasdurchlässigkeit des fertigen Behälters.

Beim sogenannten Wiedererwärmungs- und Blasverfahren muß

jQ der kalte Vorformling in den Bereich der Orientierungstemperatur wieder erwärmt werden, welche leicht über der Glasübergangs temperatur des Polymeres liegt. Benutzt man Infrarotstrahler so sind der Halsbereich des Vorformlings unmittelbar unter dem Mündungsabschnitt und dem Stützrand sowie der Bodenbereich des Vorformlings am schwierigsten auf Orientierungstemperatur in Bezug auf den Hauptkörper des Vorformlings zu erwärmen. Das Ergebnis einer nicht gleichmäßigen axialen Temperaturverteilung am Vorformling ist, daß überschüssiges Material in den Halsbereich, die Schulter und in den Bodenbereich des Behälters geblasen werden kann. Diese schlechte Materialverteilung in der Seitenwandung des Behälters führt zu ungleichmäßigen physikalischen Eigenschaften der Seitenwand. Darunter leidet die Gasdurchlässigkeit sowie die mechanischen Eigenschaften.

Zum Stand der Technik für die Herstellung von Vorformlingen werden genannt: US-PS 4 034 036 (Expandieren eines spritzgegossenen Vorformlings), US-PS 3 347 966 (Herstellung eines orientierten Bodenbereiches mit gleichmäßiger Dicke), US-PS 3 754 851 (Wandstärkenverteilung), US-PS 3 873 660 (Mehrachsig orientierte Behälter mit nicht-kritischer Wanddicke), US-PS 4 233 262 (Dehnungshärtbares Polyäthylenterephthalat für unterschiedliche Wanddicken) , US-PS 4 330 (vergrößerte Bodendicke).

O O Z. / I O U

Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, den Vorformling so auszubilden, daß der Materialverbrauch für den Behälter geringer ist. Es soll das Gewicht verringert und die Eigenschaften verbessert werden, die Spritzgießzeit soll abgekürzt und die Wiedererhitzungszeit verringert werden.Schließlich soll die Materialverteilung im Behälter insbesondere der Seitenwand verbessert werden.

Erfindungsgemäß besitzt der Vorformling ein Dickenprofil, mit dem die gewünschten Eigenschaften erzielt werden.

Die genannte Aufgabe sowie weitere wünschenswerte Eigenschaften sind durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale des Vorformlings gelöst bzw. vermittelt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Vorformlinge,

Fig. 2 eine Seitenansicht des aus dem in Fig. 1 dargestellten Vorformling hergestellten Behälters,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Vorformling der Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt durch den Vorformling der Fig. 1,

Fig. 5 eine Seitenansicht eines abgeänderten Vorformlings, 30

Fig. 6 eine Seitenansicht des aus dem Vorformling der Fig. 5 hergestellten Behälters,

Fig. 7 eine Draufsicht auf den Vorformling der Fig. 5, und Fig. 8 einen Schnitt durch den Vorformling der Fig. 5.

O O O "7 1 O P 0 0 Z, / I 0 U

In Fig. 2 ist eine Flasche B aus orientiertem/ dehnungshärtbarem Kunststoff wie Polyäthylenterephthalat dargestellt, die aus einem Mündungsabschnitt 10 zum Aufsetzen eines Verschlusses, einem Stützrand 11 unter dem Mündungsabschnitt, einem Halsring 12, einer Schulter 13,.einem im wesentlichen zylindrischen Hauptkörper 14 und einem auswärts konvexen Bodenabschnitt 15 besteht, der halbkuglig oder wenigstens elliptisch geformt ist, um den Druck des Behälterinhaltes auszuhalten. Der Behälter ist ferner in einem Standfuß 16 angeordnet.

Nach dem Herstellen eines Vorformlings wird dieser auf Orientierungstemperatur wieder erhitzt und in einer Blasform geblasen.

Erfindungsgemäß besteht der in Fig. 1 dargestellte Vorformling P. aus einem Mündungsabschnitt 20, einem Stützrand 21 unterhalb des Mündungsabschnittes, einem Halsring 22 unterhalb des 'Stützrandes, einer Schulter 23, einem Hauptkörper 24 und einem Boden 25, der das untere Ende des Hauptkörpers verschließt.

Gemäß Fig. 4 ist die radiale Dicke des Halsringes 20 kleiner als die der Mündung 20 und kleiner als die Wanddicke des Hauptkörpers 24 und hat einen gleichmäßigen Durchmesser. Die Außenfläche der Schulter 23 verjüngt sich allmählich vom unteren Ende des Halsringes 20 zum Hauptkörper 24 und ist länger als der Halsring in seiner axialen Erstreckung. Die Wanddicke des Hauptkörpers 24 ist gleichmäßig mit sehr kleinen Veränderungen in der Größenordnung von + 0,1 und vorzugsweise +_ 0,07 mm und besitzt eine minimale Verjüngung in der Größenordnung von 15 Minuten.

Schließlich ist die Dicke des Bodens 25 kleiner als die Dicke des Hauptkörpers 24. Die Bodendicke ist in der Mitte am dünnsten und nimmt allmählich zum Hauptkörper hin zu.

-5-

Erfolgt das Einfüllen des Kunststoffes durch eine Mündung am Boden so wird die Bodendicke neben dem Einguß gemessen Ist die Flasche kleiner und faßt beispielsweise nur einen halben Liter im Gegensatz zu einer Zweiliter-Flasche so kann der in den Figuren 5, 7 und 8 dargestellte Vorformling P- 1 zum Herstellen der Flasche B-1 der Fig. 6 verwendet werden. Dabei verjüngt sich die Schulter des Vorformlings zum kleineren Durchmesser des Körpers 24.

Die Abmessungen des Vorformlings ohne Mündungsabschnitt und Stützrand sollen durch folgende Verhältniszahlen bestimmt werden:

a) Gewicht des Vorformlings (g)

=—271 K. 0,330 g/cm

^ib Behältervolumen (cm ) '

b) Halsringdicke gereich

0,2-0,8 0,45

Hauptkörperdicke

c) Bodendicke

■ 0,5-1,0 0,80

Hauptkörperdicke

d) Länge des Vorformlings

Länge des Behälters

e) Mittlerer Behälterdruchmesser

Mittlerer Vorformlingsdurchmesser
30

f) Mittlere Oberfläche des Behälters
Mittlere Oberfläche des Vorformlings

0,3-1,0 0,60

2-6

-1

Der in e) und f) gebrauchte Ausdruck "mittlerer Wert" ist durch den Mittelpunkt zwischen der Innenseite und der Außenseite des Behälters bzw. der Vorforrnlingswandung bestimmt. Die richtige oder normalisierte Oberflächenausdehnung des Vorformlings wird durch folgende Gleichung bestimmt:

Mittlerer Oberflächenbereich des Vorformlings Richtiger Oberflächenbereich ^ohne Mündungsabschnitt

des Vorformlings {Behältervolumen ohne Mün-

2/3 dungsabschnitt) '

Die Bereiche, um die richtige Dehnungshärtung zu erzielen sind:
15

Richtiger Oberflächenbereich des Vorformlings

Kleiner als

20

Größer	als	5
O,	55
0,	6
0,

Allgemein 0,5 0,9

Vorzugsweise 0,55 0,8

Insbesondere be- 0,6 0,7 vorzugt

25

Ist der richtige Oberflächenbereich kleiner als 0,5 so wird das Material in der Seitenwandung überdehnt und durch die Spannung tritt eine Weißfärbung ein. Ist der richtige Oberflächenbereich dagegen größer als 0,9, so wird das Material nicht genug gedehnt, um die gewünschte

du

Dehnungshärtung zu erzielen.

Optimale Dehnungshärtungsergebnisse werden dann erzielt, wenn folgende Verhältniszahlen ohne Berücksichtigung des Mündungsabschnittes und des Stützrandes eingehalten werden:

OO

C I

Oberfläche:

Länge:

Durchmesser:

AB

Mittlere Oberfläche des Behälters

Mittlere Oberfläche des Vorformlings

Behälterlänge

Vorformlingslänge

Behälter

Vorformling

10

2,4 4,2

Die Gleichmäßigkeit der Wandstärkendicke des Vorformlings liefert eine verkürzte Wiedererwärmungszeit. Das Verhältnis der Bodendicke zur Seitenwanddicke mit kleiner als 0,8 verkürzt die Abkühlungszeit des Spritzlings, wobei die Bodendicke neben dem Einguß gemessen wird, wenn der Einguß sich am Boden befindet bzw. am Mittelpunkt des Bodens gemessen wird, wo sich der Einguß anderswo am Vorformling befindet.

Ist das Verhältnis der Halsdicke zur Wanddicke kleiner als 0,55, so wird die Wiedererwärmungszeit verringert. Der bevorzugte Kunststoff zum Dehnungshärten besteht aus PoIyäthylenterephthalat (PET). Ein niedriger Wert von IV (inhärente Viskosität) wird bevorzugt, da dieses Material billiger ist und weniger geschmacksempfindliche Verunreinigungen wie Acetaldehyd produziert.

Typische Beispiele von Verhältniswerten des normalisierten Gewichts zum Volumen von Behältern ohne das Gewicht des Mündungsabschnittes und des Stützrandes zu berücksichtigen, wie unter (a) definiert und erfindungsgemäß aus 0,7 IV PET hergestellt sind wie folgt:

-8-

« 4

Größe Gewicht Gewicht/(Volumen) '

2	Liter	45	0	,290	2 g/cm
1	Liter	35	O	,286	g/cm
1/2	Liter	18	O	,290	2 g/cm

Im Vergleich hierzu beträgt das Verhältnis von Gewicht zu Volumen 0,34 für eine übliche 2 Liter Flasche aus 0,7 IV PET, die 54 g ohne Mündungsabschnitt und Stützrand wiegt.

Da die erfindungsgemäßen Vorformlinge aus weniger Material bestehen, erfordern sie weniger Wärmeenergie beim Wiedererhitzen in den Orientierungsbereich. Es verkürzt sich also die Wiedererwärmungszeit in der Größenordnung von etwa 10% für Behälter aus 0,7 IV PET.

Bezüglich der Gasdurchlässigkeit hat sich gezeigt, daß 2 Liter Flaschen aus Vorformlingen mit 0,7 IV PET besser sind als die gegenwärtig gültigen Richtwerte, welche in zwölf Wochen Lagerzeit einen Verlust von weniger als 15% Kohlensäure zulassen. Aus erfindungsgemäßen Vorformlingen hergestellte Behälter weisen einen Verlust an Kohlensäure von weniger als 14% in zwölf Wochen unter den bekannten Testbedingungen auf.

Aus erfindungsgemäßen 0,7 IV PET Vorformlingen hergestellte Behälter wurden auf Gewichtsverlust bei einer Standardlagerzeit von 12 Wochen untersucht. Dabei hat sich ein Gewichtsverlust von 0,25 % ergeben, der also niedriger ist als der zulässige Verlust von 1% während einer Lagerzeit von 24 Wochen. Erfindungsgemäß hergestellte Behälter wurden auch einem Falltest unterworfen, nachdem sie 24 Stunden lang bei Raumtemperatur von 5° und 38° konditioniert wurden. Alle Versuchsmuster bestanden erfolgreich.

ά.

Beim Testen von zwei Liter Behältern aus 0,7 IV PET ergaben sich folgende Werte für Kohlensäure- und Gewichtsverlust:

Anfänglich

24 Stunden

24 Stunden (nach Entfernen des 4,00 Inhaltes zum Standardisieren des Vo-ο lumens)

1 Woche 3 Wochen 6 Wochen 8 Wochen 15 12 Wochen

Gesamtverlust

Erfindungsgemäß lassen sich somit folgende Vorteile erzielen:

1 - Richtige Bemessung der Dehnung und somit der Orientierung in der geblasenen Behälterwand;

2. Wünschenswertes Temperaturprofil in Längsrichtung des Vorformlings;

25

3. Verbesserte Materialverteilung (Wandstärkenverteilung) in der geblasenen Flasche,

4. Verringerung der Spritzgießzeit;

30

5. Besserer Materialverbrauch.

CO₉	Gewicht
4,52 Volumen
4,28	-
4,00	2081,9 g
3,99	2081,2
3,92	2079,6
3,78	2078,1
3,67	2077,4
3,46	2076,6
13,5%	5,3 g

35

-43- Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.)Vorformling zum Herstellen orientierter Behälter aus

Kunststoff, wobei der Vorformling nach dem Herstellen g auf Orientierungstemperatur wieder erhitzt und anschließend geblasen wird, mit folgenden Merkmalen:

Ein länglicher Hohlkörper aus orientierbarem, dehnungshärtbarem Kunststoff mit einem am offenen Ende ausgebildeten Mündungsabschnitt, einem ringförmigen, sich radial auswärts erstreckenden Stützrand unterhalb des Mündungsabschnittes, einem Halsring unterhalb des Stützrandes, einer Schulter unterhalb des Stützrandes, einem Hauptkörper und einem das offene Ende des Hauptkörpers 5 verschließenden Boden, wobei die radiale Dicke des Halsringes kleiner als die der Hauptkörperwandung ist, die Schulter sich allmählich vom Halsring zum Hauptkörper verjüngt, die Dicke der Hauptkörperwandung im wesentlichen gleichmäßig ist und eine minimale Verjüngung an den inneren und äußeren Flächen aufweist und die Dicke des Bodens kleiner ist als die Dicke der Hauptkörperwandung.

2. Vorformling nach Anspruch 1 aus Polyethylenterephthalat, dessen Abmessungen ohne Berücksichtigung des Mündungsabschnittes und des Stützrandes wie folgt bestimmt sind:

a) Gewicht des Vorformlings (g)

3—γρ, -< 0,330 g/cm

Behältervolumen (cm )
30

,.„,.,.. Bereich vorzugsweise b) Halsringdxcke ²

0,2 - 0,8 0,45

Hauptkörperdicke
35

-2-

\J C- I I

Bereich vorzugsweise

d) Bodendicke Hauptkörperdicke

d) Länge des Vorformlings Länge des Behälters

e) Mittlerer Behälterdurchmesser Mittlerer Vorformlingsdurchmesser

f) Mittlere Oberfläche des Behälters Mittlere Oberfläche des Vorformlings

0,5 - 1,0

0,80

0,3 - 1,0

2-6

0,60

3. Vorformling nach Anspruch 1 oder 2 aus Polyethylenterephthalat, dessen Oberfläche zum Erzielen des Dehnungshärtens nach dem folgenden Verhältnis bestimmt 20 wird und zwischen 0,5 und 0,9 beträgt:

Oberflächenzahl des Vorformlings

Mittlere Oberfläche des Vorformlings ohne Mündungsabschnitt

(Behältervolumen ohne Mündungsabschnitt)

4. Vorformling nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenzahl zwischen 0,55 und 0,8 beträgt.

-3-

Λ ft β ö β

ι β, ο * * ο

5. Vorformling nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenzahl zwischen 0,6 und 0,7 beträgt.

6. Vorformling nach einem der Anspruch 1 bis 5 aus PoIyathylenterephthalat, gekennzeichnet durch folgende Verhältniszahlen ohne Berücksichtigung des Stützrandes und des Mündungsabschnittes:

Mittlere Oberfläche des Behälters ,- _ΛΓ.

Oberfläche:

Mittlere Oberfläche des Vorformlings

Länge: Behälterlänge _. ^₄

Vorformlingslänge

Durchmesser: ^Be?^halter _^/ _4f2

Vorformling

7. Vorformling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Polyäthylenterephthalat besteht.

8. Vorformling nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verjüngung der inneren und äußeren Flächen 15 Minuten beträgt.