DE3850875T2

DE3850875T2 - Verfahren zur herstellung eines tiefgezogenen kunststoffbehälters.

Info

Publication number: DE3850875T2
Application number: DE3850875T
Authority: DE
Inventors: N Room Kato; Ken Takenouchi; Hisakazu Yasumuro
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Priority date: 1987-12-15
Filing date: 1988-12-14
Publication date: 1994-11-10
Anticipated expiration: 2008-12-15
Also published as: AU615706B2; EP0344331B1; AU2821689A; DE3850875D1; EP0344331A4; JPH0554809B2; WO1989005722A1; EP0344331A1; JPH01156039A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines tiefgezogenen Kunststoffbehälters. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines tiefgezogenen Behälters mit einer gleichmäßigen Dicke in Richtung der Höhe und einem hervorragenden Erscheinungsbild aus einer Kunststoffolie im geschmolzenen Zustand.
Als Verfahren zur Herstellung eines tiefgezogenen Kunststoffbehälters aus einer Kunststoffolie ist ein Patrizen-unterstütztes Druck- und/oder Vakuumformen unter Verwendung einer Patrize als Hilfsmittel bereits bekannt.
Das Patrizen-unterstütze Formen wird in ein Festphasen- Folienformen, das das zunächst erfolgende Erwärmen einer Kunststoffolie auf eine Temperatur, die unterhalb ihres Schmelzpunktes liegt, bei der sie jedoch streckverformt werden kann, das Einführen der erwärmten Kunststoffolie zwischen eine formende Patrize und eine offene Form, das Hohlprägen der Folie durch die formende Patrize und ihre Bewegung innerhalb der Form und das Einführen eines Druckfluids zwischen die Patrize und die Folie oder das Erzeugen eines Vakuums zwischen der Folie und der Form, um eine Formung auf der Formoberfläche durchzuführen, umfaßt, und ein Schmelzfolienformen eingeteilt, bei dem das gleiche Formen wie vorstehend durchgeführt wird, mit der Ausnahme, daß die Kunststoffolie auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Kunststoffolie erwärmt wird.
Als Beispiel für das erstgenannte Formen beschreibt die japanische Patentveröffentlichung 23536/1984 ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbehälters, das das Erwärmen einer Kunststoffolie, deren Endabschnitte durch eine Festhaltevorrichtung, wie eine Spannvorrichtung, festgehalten werden, auf die Verformungstemperatur, das Einführen der Folie zwischen eine erwärmte unterstützende Patrize, die innerhalb eines Verformungskastens angeordnet ist, und eine Folienhalteplatte mit einem größeren Öffnungsabschnitt als der Öffnungsabschnitt einer negativen Form, die auf dem Randabschnitt der Öffnung der negativen Form bereitgestellt wird, das Vorrücken der Patrize in Richtung auf die Öffnung der negativen Form, um die Folie zu ziehen, und das anschließende Vorrücken der Folienhalteplatte in Richtung auf den Verformungskasten auf eine Höhe, die der Einspannebene der Folie entspricht, das Ziehen des Bodenabschnitts der Folie, der durch den hervorstehenden Abschnitt der Patrize hohlgeprägt wurde, mit dem Öffnungsendabschnitt der Halteplatte, das anschließende Vorrücken der gekühlten negativen Form in Richtung auf den Verformungskasten, das Einführen des hohlgeprägten Folienabschnitts, der durch die Patrize herausgeschoben wird, in den Öffnungsabschnitt der negativen Form, das Zusammenpressen des Randabschnitts der Folie mit dem Verformungskasten und dem Randteil der negativen Form, das unmittelbar anschließende Einführen eines Druckfluids in den Verformungskasten sowie das Verformen der Folie auf der Oberfläche der negativen Form und das Abkühlen umfaßt.
Nach der Festphasenformung wird dem Seitenwandabschnitt des Behälters eine molekulare Orientierung verliehen, und eine Verbesserung der Festigkeit, der Transparenz und der Gasbarriereeigenschaften ist zu erwarten. Andererseits wird die Verringerung der Wärmebeständigkeit aufgrund der Wärmeschrumpfung der Behälterwand ein Problem, und dieses Verfahren kann in keiner Weise auf Einkochbehälter, die ein heißes Einfüllen oder eine Retortenbehandlung erfordern, angewandt werden.
US 2 282 423 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Behälters. Eine Folie oder ein organisches Kunststoffmaterial wird bis zur Verformbarkeit erwärmt. Die Folie wird anfangs auf einem schlecht wärmeleitenden Abschnitt einer Form und durch Spannvorrichtungen abgestützt. Die Form und die Patrize sind relativ zueinander in Schließrichtung bewegbar. Eine Druckdifferenz auf entgegengesetzten Seiten des Gegenstands bringt diesen in Übereinstimmung mit der Formhöhlung.
Die größte Schwierigkeit bei der Herstellung eines tiefgezogenen Behälters durch die Schmelzfolienformung besteht darin, daß im Gegensatz zum Fall der Festphasenformung die geschmolzene Harzmasse eine recht geringe Spannung aufweist. Dementsprechend kann der geformte Behälter keine gleichmäßige Dicke in Richtung der Höhe aufweisen, und insbesondere besteht eine Tendenz, daß der Behälter an den Bodenkantenabschnitten und im oberen Abschnitt in Richtung der Höhe dick wird. Ein weiteres Problem besteht darin, daß beim Ziehen der geschmolzenen Folie in die Formhöhlung die Gefahr des Auftretens einer Zuglinie (Spur des Kontakts) im oberen Abschnitt des Behälters in Richtung seiner Höhe als Folge des Kontakts des Folienmaterials mit dem oberen Abschnitt der Form besteht.
Der wichtigste Punkt bei der Lösung der vorstehend genannten Probleme, die beim Tiefziehformen einer geschmolzenen Folie auftreten, hängt davon ab, wieviel geschmolzene Folie in die Formhöhlung gezogen werden kann, während ein Temperaturabfall in der Folie minimiert wird. Selbst wenn das vorstehend beschriebene Tiefziehformen nach dem Stand der Technik auf eine geschmolzene Folie angewandt wird, dann kann die Folie nicht in einem ausreichenden Maß in die Form gezogen werden, und die vorstehenden Probleme sind noch nicht gelöst.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung steht daher darin, ein Verfahren bereitzustellen, durch das bei der Patrizen-unterstützen Vakuum-und/oder Druckformung einer Kunststoffolie im geschmolzenen Zustand die geschmolzene Folie in einer großen Menge in eine Formhöhlung gezogen werden kann, während ihr Temperaturabfall minimiert wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die Herstellung eines tiefgezogenen Kunststoffbehälters möglich ist, der eine gleichmäßige Dickenverteilung in Richtung seiner Höhe, ein hervorragendes Erscheinungsbild ohne die Bildung einer Zuglinie ("drag line") in seiner Seitenwand sowie eine Beständigkeit gegenüber einer Retortenbehandlung und eine Erwärmbarkeit in einem elektrischen Ofen aufweist.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines tiefgezogenen Behälters durch Patrizen-unterstütztes Vakuumund/oder Druckformen einer Kunststoffolie im geschmolzenen Zustand bereitgestellt, wobei das Verfahren das Bewegen einer Patrize und einer Form relativ zueinander in Schließrichtung, während die geschmolzene Folie von einem oberen Formoberflächenabschnitt abgestützt wird, der wärmeisolierende Eigenschaften und ein Gleitvermögen aufweist, das Ziehen der geschmolzenen Folie in die Form, während man sie über den oberen Oberflächenabschnitt mit einem Überdruck, der in der Formhöhlung zwischen der Form und der geschmolzenen Folie erzeugt wird, gleiten läßt, und anschließend nach dem Schließen der Form das Kontaktieren der geschmolzenen Folie mit der Form, um sie zu kühlen, umfaßt.
Erfindungsgemäß besteht der obere Oberflächenabschnitt der Form vorzugsweise aus einem ringförmigen Element mit wärmeisolierenden Eigenschaften und einem Gleitvermögen, das diametral nach außen gerichtet und oberhalb vom Öffnungsabschnitt der Formhöhlung angeordnet ist. Ferner wird dieses ringförmige Element vorzugsweise so bereitgestellt, daß eine Tangente in Kontakt mit dem inneren Umfang des ringförmigen Elements und dem Öffnungsabschnitt der Formhöhlung sich bei 20 bis 70º gegenüber der oberen Oberfläche des ringförmigen Elements befindet.
Fig. 1 ist eine Ansicht zur Erläuterung des Zustands der Form, der Patrize und der geschmolzenen Folie in einer vorbereitenden Stufe vor der Formung;
Fig. 2 ist eine Ansicht zur Erläuterung des Zustands der Form, der Patrize und der geschmolzenen Folie im Tiefziehformungszustand;
Fig. 3 ist eine Ansicht, die den Zustand der Form, der Patrize und des Behälters in einer Vakuum- und/oder Druckformungsstufe zeigt;
Fig. 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die ein Beispiel für die Schnittstruktur der Kunststoffolie zeigt.
Erfindungsgemäß wird die geschmolzene Kunststoffolie zwischen der Patrize und der Form angeordnet und durch Bewegung der Patrize und der Form relativ zueinander in Schließrichtung verformt. Ein besonderes Merkmal besteht darin, daß die Relativbewegung ausgeführt wird, während die geschmolzene Folie von einem oberen Formoberflächenabschnitt abgestützt wird, der wärmeisolierende Eigenschaften und ein Gleitvermögen aufweist, und ein positiver Druck zwischen der Form und der geschmolzenen Folie erzeugt wird, und daß die geschmolzene Folie in die Form gezogen wird, während man die Folie über den vorstehend erwähnten oberen Formoberflächenabschnitt gleiten läßt.
Das Abstützen der geschmolzenen Folie auf dem oberen Oberflächenabschnitt der Form mit wärmeisolierenden Eigenschaften und einem Gleitvermögen hat die doppelte Funktion, es zu ermöglichen, einen Überdruck zwischen der Form und der geschmolzenen Folie zu erzeugen und die Menge an geschmolzener Folie, die ohne wesentlichen Temperaturabfall gezogen wird, zu maximieren.
Zuerst wird erfindungsgemäß als Folge der Bildung eines Überdrucks zwischen der Form und der geschmolzenen Folie die geschmolzene Folie gegen die Patrize gedrückt, und ein Kontakt mit der Formoberfläche wird verhindert. Insbesondere wenn der Zustand der in die Form eingeführten Patrize untersucht wird, wird festgestellt, daß bei dem erfindungsgemäßen Formverfahren die Höhe der geschmolzenen Folie, die die Seitenwand der Patrize umhüllt, merklich vergrößert ist. Dementsprechend wird selbst bei tiefem Einführen der Patrize in die Formhöhlung in wirksamer Weise ein Kontakt zwischen der geschmolzenen Folie und dem offenen Ende der Form verhindert. Dementsprechend werden erfindungsgemäß das Auftreten einer Zuglinie im oberen Abschnitt der Seitenwand des geschmolzenen Behälters und die Beeinträchtigung seines Erscheinungsbilds aufgrund der Zuglinie verhindert. Eine Erhöhung der Höhe der Umhüllung der Seitenwand der Patrize trägt zu einer Erhöhung der Menge an geschmolzener Folie, die in die Form gezogen wird, bei.
Zweitens bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, daß die Menge an gezogener geschmolzener Folie maximiert werden kann, da die geschmolzene Folie gezogen wird, während sie über den vorstehend beschriebenen oberen Oberflächenabschnitt der Form gleitet. Wenn die geschmolzene Folie gezogen wird, während sie durch irgendeine Vorrichtung abgestützt wird, dann wird nur der Teil der Folie, der sich innerhalb des durch diese Vorrichtung festgehaltenen Bereiches befindet, gedehnt, und es ist im allgemeinen schwierig, den Teil der geschmolzenen Folie nach innen zu ziehen, der sich außerhalb des festgehaltenen Bereiches befindet. Erfindungsgemäß weist der abstützende Abschnitt wärmeisolierende Eigenschaften und ein Gleitvermögen auf, und durch Kombination dieser Merkmale mit dem vorstehend beschriebenen Schritt der Erzeugung eines Überdrucks gleitet die geschmolzene Folie über diesen abstützenden Abschnitt und wird als Ganzes gleichmäßig gestreckt. Die Menge an geschmolzenem Harz, die in die Form gezogen wird, kann also maximiert werden. Dementsprechend steigt bei Vergleich zwischen Kunststoffolien der gleichen Dicke das Einheitsgewicht des erfindungsgemäß hergestellten Behälters, und ein zu starkes Dünnwerden des Seitenwandabschnitts des Behälters oder eine ungleichmäßige Verteilung der Dicke können in wirksamer Weise verhindert werden.

Formungsverfahren

Von den Fig. 1-3 zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Formungsverfahrens zeigt Fig. 1 eine vorbereitende Stufe vor der Formung. In dieser vorbereitenden Stufe befinden sich die allgemein mit 10 bezeichnete Form und die allgemein mit 20 bezeichnete Patrize in der räumlich am weitesten voneinander entfernten Beziehung. Eine Kunststoffolie 1 im geschmolzenen Zustand, die von einem Festhalteelement 2, wie einer Spannvorrichtung, abgestützt wird, wird zwischen die Form 10 und die Patrize 20 geführt.
Die Form 10 weist einen Hohlraum 11 im Innern, eine Bodenwandoberfläche 12, die die Bodenwand des zu bildenden Behälters definiert, und eine Seitenwandoberfläche 13, die die Seitenwand des Behälters definiert, auf. Eine Öffnung 14, die einen offenen Randabschnitt des Behälters definiert, befindet sich am oberen Ende der Seitenwandoberfläche 13. Ein ringförmiger Abschnitt 15 mit wärmeisolierenden Eigenschaften und einem Gleitvermögen wird auf der obersten Oberfläche bereitgestellt. Die Form 10 wird so bereitgestellt, daß sie frei in Richtung des Seitenwandabschnitts 13, d. h. in der senkrechten Richtung beim Ziehen, bewegt werden kann. Sie befindet sich in der untersten Position in Fig. 1. Im Bodenwandabschnitt der Form wird ein Gasloch 16, um Gas aus dem Zwischenraum zwischen der Wand des Behälters, der geformt wird, und der inneren Oberfläche der Form abzulassen, oder um den Zwischenraum unter einen verringerten Druck zu setzen, bereitgestellt.
Die Patrize 20 weist einen Spitzenabschnitt 21, der in Kontakt mit der Folie treten soll, und einen sich verjüngenden Seitenwandabschnitt 22, um die Folie zu ziehen, auf, und sie ist mit einer Antriebswelle 23 verbunden. Die Patrize 20 wird auch in Richtung der Höhe des Seitenwandabschnitt 22, d. h. in senkrechter Richtung des Ziehens, beweglich bereitgestellt, sie befindet sich jedoch in Fig. 1 in der am weitesten angehobenen Position. Eine obere Form 24 wird coaxial mit der Patrize 20 bereitgestellt. Die obere Form 24 besteht aus einem zylindrischen Seitenwandabschnitt 25 und einem Bodenwandabschnitt 26, und ein Öffnungsabschnitt 27, durch den die Patrize 20 treten kann, ist in dem Bodenwandabschnitt 26 ausgebildet. In der Unterseite des Bodenabschnitts 26 wird ein eingreifender vorstehender Abschnitt 28 bereitgestellt, der angepaßt ist, um in Eingriff mit dem Formöffnungsabschnitt 14 über die Kunststoffolie zu treten und einen Randabschnitt des Behälters durch Formpressen zu bilden; er dichtet die Form 10 und die obere Form 24 ab. Die obere Form 24 wird ebenfalls senkrecht beweglich bereitgestellt, ihre nach oben oder nach unten gerichteten Bewegungen können jedoch unabhängig von der Patrize 20 ausgeführt werden. Ein ringförmiger Zwischenraum 29 wird zwischen der oberen Form 24 und der Patrize gebildet, wenn die Patrize 20 nach unten in die unterste Position in Hinblick auf die Patrize 20 bewegt worden ist. Das Innere der oberen Form 24 ist mit einem Druckgasmechanismus verbunden, und das Druckgas kann nach unten über den Raum 29 zugeführt werden.
Fig. 2 zeigt, wie die geschmolzene Kunststoffolie durch Ziehen geformt wird. Genauer gesagt bewegt sich ausgehend von der in Fig. 1 bezeigten vorbereitenden Stufe die Form 10 nach oben, und die Patrize 20 beginnt, sich nach unten zu bewegen. Als Ergebnis kommt der ringförmige Abschnitt 15 der oberen Oberfläche der Form in Kontakt mit der unteren Oberfläche der geschmolzenen Kunststoffolie 1. Da der ringförmige Abschnitt 15 wärmeisolierend ist, führt sein Kontakt mit der geschmolzenen Kunststoffolie nicht zu einem wesentlichen Temperaturabfall im geschmolzenen Kunststoff. Der Spitzenabschnitt 21 der Patrize 20 tritt in Kontakt mit der oberen Oberfläche der geschmolzenen Kunststoffolie 1, um die Folie 1 in Richtung auf die Höhlung 11 der Form zu ziehen. Zum Zeitpunkt des Ziehens wird die obere Oberfläche der Form durch die geschmolzenen Kunststoffolie 1 geschlossen, und die Folie 1 wird in die Höhlung gezogen. Es wird also ein Überdruck innerhalb der Höhlung 11 erzeugt. Aufgrund der abwärts gerichteten Bewegung der Patrize 20 und der Erzeugung eines Überdrucks innerhalb der Formhöhlung 11 umhüllt die geschmolzene Kunststoffolie einen großen Teil des Seitenwandabschnitts 22 der Patrize. Aufgrund der Vergrößerung der Länge dieser Umhüllung wird ein Kontakt der geschmolzenen Kunststoffolie 1 mit dem Formöffnungsabschnitt 14 verhindert. Sowie sich die Patrize 20 und die Form 10 relativ zueinander in Schließrichtung bewegen, wird die geschmolzene Kunststoffolie 1 in wirksamer Weise in die Formhöhlung gezogen. Da das ringförmige Element 15 ein Gleitvermögen aufweist, gleitet die geschmolzene Kunststoffolie über das ringförmige Element 15 der oberen Oberfläche der Form, und gleichzeitig wird es in wirksamer Weise in die Höhlung 11 gezogen, wie vorstehend bereits festgestellt wurde.
Zum Zeitpunkt des Ziehens der geschmolzenen Folie ist es auch wirksam, Druckgas in die Form durch das Gasloch 16 einzuführen und den Druck in der Formhöhlung zu steuern.
In Fig. 3, die die Vakuum- und/oder Druckformungsstufe zeigt, ist die Patrize 20 am tiefsten in die Form eingeführt. Die obere Form 24 ist abgesenkt, und über die Kunststoffolie wird eine Abdichtung zwischen dem abdichtenden eingreifenden Abschnitt 28 und dem Formöffnungsabschnitt 14 erreicht. Gleichzeitig damit wird unter Druck stehendes Gas zwischen die gezogene geschmolzene Kunststoffolie 1 und die Patrize 20 über den Zwischenraum 29, der zwischen der oberen Form 24 und der Patrize 20 ausgebildet wird, geblasen, und die Formhöhlung 11 wird unter einem Vakuum (unter einem verringertem Druck) über das Gasloch 16 gehalten. Dementsprechend wird die gezogene geschmolzene Kunststoffolie gedehnt, bei Kontakt mit der Formoberfläche abgekühlt und auf diese Weise zu einem gezogenen Behälter 30 verformt.

Harzmaterial

Erfindungsgemäß kann die Kunststoffolie aus einem beliebigen thermoplastischen Harzmaterial gebildet werden, das in der Schmelze geformt werden kann. Beispiele umfassen Olefinharze, Styrolharze, Vinylchloridharze, Vinylidenchloridharze, Polyesterharze und Polyamidharze. Sie können allein oder in Kombination miteinander verwendet werden. Von diesen Harzen werden Olefinharze in vorteilhafter Weise beim erfindungsgemäßen Formungsverfahren verwendet. Die Olefinharze, die verwendet werden können, umfassen Olefine als hauptsächliche strukturelle Monomere, und sie sind kristallin. Beispiele sind Polyethylen mit geringer, mittlerer und hoher Dichte, isotaktisches Polypropylen, kristalline Propylen/Ethylen-Copolymere, kristalline Ethylen/Buten-Copolymere, kristalline Ethylen/Propylen/Buten-Copolymere und Gemische davon. Ethylen/Vinylacetat-Copolymere, Ethylen/Acrylat-Copolymere und ionisch vernetzte Olefinpolymere (Ionomere) können ebenfalls allein oder in Kombination mit weiteren Olefinharzen verwendet werden, solange sie kristallin sind. Polypropylen ist besonders geeignet für die Herstellung von Behältern, die einer Retortenbehandlung unterzogen oder erneut erwärmt werden sollen.
Die Olefinharze können allein verwendet werden. Im Hinblick auf die Konservierbarkeit des Inhalts ist es jedoch bevorzugt, sie in Kombination mit Sauerstoff-Barriereharzen zu verwenden. Sauerstoff-Barriereharze sind Harze mit einem Sauerstoffpermeationskoeffizienten von nicht mehr als 5,5· 10&supmin;¹² cm³·cm/cm²·sec·cm Hg (37ºC, 0% relative Feuchtigkeit), zum Beispiel Ethylen/Vinylalkohol-Copolymere, Polyamidharze, Vinylidenchloridharze und Hochnitrilharze.
In Fig. 4, die die Querschnittstruktur der für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeigneten Kunststoffolie zeigt, weist die Folie 1 eine laminierte Struktur auf, die aus einer Innenschicht 3a und einer Außenschicht 3b eines feuchtigkeitsbeständigen thermoplastischen Harzes, wie eines Olefinharzes oder eines Styrolharzes, einer Zwischenschicht 4 aus einem Gasbarriere-Harz und gegebenenfalls aus Klebstoffschichten 5a und 5b, die zur festen Haftung zwischen der Innenschicht und der Außenschicht und der Zwischenschicht bereitgestellt werden, besteht. Die laminierte Struktur wird vorzugsweise durch Coextrusion des feuchtigkeitsbeständigen thermoplastischen Harzes, des Gasbarriere-Harzes und gegebenenfalls des Klebstoffharzes durch eine Mehrschicht-Mehrfachdüse zur vorstehenden Mehrschichtstruktur hergestellt. Sie kann natürlich nach beliebigen anderen Laminierungstechniken, wie einer Sandwich-Laminierung und einer Extrusionsbeschichtung, hergestellt werden.
Beispiele für die Klebstoffharze, die verwendet werden können, sind Harze, die eine starke Haftung sowohl an dem feuchtigkeitbeständigen thermoplastischen Harz als auch an dem Sauerstoffbarriere-Harz zeigen, wie Säure-modifizierte Olefinharze (z. B. mit Maleinsäureanhydrid pfropf-modifiziertes Polyethylen und mit Maleinsäureanhydrid pfropf-modifiziertes Polyproylen), Ethylen/Vinylacetat-Copolymere, Ethylen/Acrylat-Copolymere und Ionomere. Eine Schicht aus einer Ausschußharzzusammensetzung der Folie (z. B. eine Zusammensetzung aus dem feuchtigkeitsbeständigen Harz, dem Sauerstoffbarriere-Harz und dem Klebstoffharz) kann zwischen der Klebstoffharzschicht und der feuchtigkeitsbeständigen thermoplastischen Schicht vorgesehen sein.
Die erfindungsgemäß verwendete Kunststoffolie kann bekannte Additive für Kunststoffe, z. B. Antioxidationsmittel, Wärmestabilisatoren, ultraviolette Strahlung absorbierende Mittel, antistatische Mittel, Füllstoffe und farbgebende Mittel enthalten. Um den erhaltenen geformten Behälter opak zu machen, ist es möglich, einen Füllstoff, wie Calciumcarbonat, Calciumsilikat, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, verschiedene Arten von Ton, kalzinierten Gips, Talkum und Magnesiumoxid, oder ein anorganisches oder organisches Pigment, wie Titanweiß, gelbes Eisenoxid, rotes Eisenoxid, Ultramarin oder Chromoxid, einzuverleiben.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäß verwendete Kunststoffolie eine Dicke von im allgemeinem 0,5 bis 5 mm und insbesondere eine Dicke von 1 bis 3 mm auf, wobei die Dicke jedoch abhängig von der Größe des Behälters und dergl. variieren kann. In der vorstehend genannten Kunststoffolie mit der laminierten Struktur liegt das Verhältnis der Dicke (tA) der Innenschicht oder der Außenschicht aus dem feuchtigkeitsbeständigen Harz zur Dicke (tB) der Zwischenschicht aus dem Sauerstoffbarriere-Harz vorzugsweise innerhalb des folgenden Bereiches:
tA : tB = 100 : 1 bis 4 : 1, insbesondere 25 : 1 bis 5 : 1.

Verformungsbedingungen

Erfindungsgemäß wird die Kunststoffolie zuerst auf eine Temperatur oberhalb ihres Schmelzpunktes oder Erweichungspunktes erwärmt. Das Erwärmen der Kunststoffolie kann zum Beispiel durch Infrarotstrahlung oder Ferninfrarotstrahlung, Erwärmen in einem Heißluftofen oder Wärmeleitung erfolgen.
Der Abschnitt der oberen Oberfläche der Form, der wärmeisolierende Eigenschaften und ein Gleitvermögen aufweist, wird vorzugsweise aus einem wärmebeständigen Kunststoffmaterial mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten, wie Bakelit (Novolak-Phenol-Harz), Polycarbonat oder Teflon (Polytetrafluorethylen), gebildet. Andererseits wird die Form vorzugsweise aus einem metallischen Material mit einer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, gefertigt, so daß die Wand des Behälters, der geformt wird, rasch abgekühlt werden kann. Der vorstehend genannte obere Oberflächenabschnitt der Form und der Hauptkörper der Form sollten so als Einheit bereitgestellt werden, daß der Zwischenraum dazwischen abgedichtet werden kann. Der obere Oberflächenabschnitt der Form mit wärmeisolierenden Eigenschaften und mit einem Gleitvermögen sollte oberhalb und diametral nach außen gerichtet vom Öffnungsabschnitt der Formhöhlung bereitgestellt werden. Der Winkel (R) einer Tangente in Kontakt mit dem inneren Umfang dieses ringförmigen Abschnitts und dem Öffnungsabschnitt der Form im Hinblick auf eine Ebene, die diesen ringförmigen Abschnitt enthält, beträgt im allgemeinen vorzugsweise 20 bis 70º und insbesondere 35 bis 45º, und zwar im Hinblick auf eine Erhöhung des Anteils der Kunststoffolie, die zur Herstellung des Behälters verwendet wird. Wenn dieser Winkel (R) geringer als der vorstehende Bereich ist, dann kann eine Zuglinie auftreten. Wenn er andererseits größer als der vorstehende Bereich ist, dann nimmt die Menge an Kunststoffolie, die gezogen wird, ab, und der obere Abschnitt des Behälters kann dünn werden.
Die Patrize kann aus einem Material mit stark wärmeisolierenden Eigenschaften, zum Beispiel aus einem wärmebeständigen Kunststoff, wie einem Polyoxymethylenharz oder einem Polytetrafluorethylen, gefertigt werden, wenn keine besondere Heizeinrichtung bereitgestellt wird. Wenn eine Heizeinrichtung in die Patrize eingebaut wird, so wird die Patrize aus Aluminium gefertigt. Im Hinblick auf die Funktionsfertigkeit beim Formen liegt der Außendurchmesser (Dp) der Patrizenspitze im Bereich von 35 bis 80% und insbesondere im Bereich von 60 bis 70% des Innendurchmessers (DM) des Öffnungsabschnitts der Form. Der Abschrägungswinkel (α) der sich verjüngenden Seitenoberfläche der Patrize liegt vorzugsweise im Bereich von 1,5 bis 10º und insbesondere im Bereich von 2 bis 6º, um die Höhe der Umhüllung der Seitenoberfläche mit der Kunststoffolie zu erhöhen. Ein Krümmungsabschnitt, der zwischen der Spitze der Patrize und der sich verjüngenden Seitenoberfläche bereitgestellt wird, weist vorzugsweise einen Radius (R) von im allgemeinen 1 bis 25 mm und insbesondere von 3 bis 10 mm auf. Wenn der Radius größer als der vorstehende Bereich ist, dann besteht die Gefahr, daß der Boden und die Kanten des Behälters dünn werden. Wenn er kleiner als der vorstehende Bereich ist, dann besteht die Gefahr, das der Boden des Behälters dick wird. Vorzugsweise beträgt der Überdruck (P), der im Zwischenraum zwischen der Form und der geschmolzenen Folie erzeugt wird, im allgemeinen 0,02 bis 0,5 kg/cm²-G und insbesondere 0,06 bis 0,2 kg/cm²-G. Wenn dieser Druck (P) niedriger als der vorstehende Bereich ist, dann kann eine Zuglinie gebildet werden. Wenn er höher als der vorstehende Bereich ist, dann besteht die Gefahr, daß die erhaltene Behälterwand dünn wird. Dieser Druck wird eingestellt, indem das Entweichen von Luft aus dem Boden der Form zum Zeitpunkt des Ziehens gesteuert wird, oder indem die Geschwindigkeit der relativen Bewegung der Patrize im Hinblick auf die Formhöhlung eingestellt wird, oder indem unter Druck stehendes Gas in die Formhöhlung durch das Gasloch im Boden eingeführt wird.
In der vorliegenden Erfindung beträgt das Patrizenvorschubverhältnis, die durch die nachstehend angegebene Gleichung definiert ist, vorzugsweise 70 bis 98% und insbesondere 90 bis 98%. Das Patrizenvolumenverhältnis beträgt vorzugsweise 25 bis 80% und insbesondere 40 bis 60%. Erfindungsgemäß ist es bemerkenswert, daß das Folienziehverhältnis, das durch die nachstehende Gleichung definiert ist, auf einen hohen Wert von 2,4 bis 3,6 und insbesondere von 2,7 bis 3,3 eingestellt werden kann.
Die Dehnung der gezogenen geschmolzenen Folie in der Form kann leicht durch Evakuieren des Raums zwischen der Folie und der Formoberfläche, Einführen eines unter Druck stehenden Gases zwischen die Patrize und die Folie oder eine Kombination dieser Schritte bewirkt werden. Im allgemeinen ist es von Vorteil, Druckluft unter 1 bis 5 kg/cm² zu verwenden. Es ist vorteilhaft, wenn die Temperatur der Formoberfläche im allgemeinen 5 bis 40ºC beträgt.
Die vorliegende Erfindung eignet sich zur Herstellung von Behältern mit einem Verhältnis von Höhe/Durchmesser von mindestens etwa 0,8 und insbesondere von 1,0 bis 1,7.
Erfindungsgemäß kann durch Anwendung der vorstehend beschriebenen Maßnahmen die Menge an geschmolzener Kunststoffolie, die in die Form gezogen wird, erhöht werden, und es können Behälter hergestellt werden, die eine gleichmäßige Dickenverteilung in Richtung der Höhe und ein gutes Erscheinungsbild ohne das Auftreten einer Zuglinie auf ihrer Seitenwand aufweisen. Die vorliegende Erfindung erhöht merklich den Anteil der Kunststoffolie, die für die Herstellung eines tiefgezogenen Behälters verwendet wird, und sie verbessert auch wesentlich die Durchführbarkeit der Verformung.
Da ferner dieser Behälter durch Schmelzfolienformung hergestellt wird, weist er eine hervorragende Heißwasserbeständigkeit (Wärmeverformungsbeständigkeit) auf und kann zum Beispiel durch Retortenbehandlung sterilisiert werden, und sein Inhalt kann in einem elektrischen Ofen erhitzt oder erwärmt werden. Ferner verleiht die Bereitstellung einer Sauerstoffbarriereschicht eine hervorragende Konservierbarkeit. Die Erfindung weist also zahlreiche Vorteile auf.

Beispiele

In den nachstehenden Beispielen wurden die Behälter nach folgenden Methoden bewertet, und charakteristische Werte sind nachstehend definiert.

Methoden zur Bewertung der Behälter

(1) Erscheinungsbild
Die geformten Behälter wurden makroskopisch auf Beschädigungen, Einwölbungen und dergl. untersucht (n = 24).
(2) Dickenverteilung
Gemessen mit einem Mikrometer (Mittelwert für n = 5).
(3) Behälterverformung
Die Behälter wurden makroskopisch auf das Vorhandensein oder das Fehlen wahrnehmbarer Verformungen untersucht, wenn sie mit einem Inhalt gefüllt wurden und nach der Retortenbehandlung (n = 24).
(4) Volumenschrumpfung
Volumenschrumpfung = (Fassungsvermögen vor dem Füllen) - (Fassungsvermögen nach der Retortenbehandlung)/Fassungsvermögen vor dem Füllen (Mittelwert für n=12)·100 (%)
(5) Fallfestigkeit
Gefüllte Behälter wurden nach der Retortenbehandlung auf 5ºC gekühlt, aufrecht stehend, umgekehrt oder seitwärts gehalten und zweimal auf eine Betonoberfläche fallengelassen. Die Anzahl der zerstörten Behälter wurde untersucht (n = 10 für jede Fallrichtung).
Definition für die Koeffizienten:
Patrizenvorschubverhältnis = Patrizenvorschubtiefe/Formtiefe·100 (%)
Patrizenvolumenverhältnis = Volumen der Patrize innerhalb der Form/Volumen der Form·100 (%)
Folienziehverhältnis = Fläche der Folie, die dem Einheitsgewicht des Behälters entspricht/projizierte Fläche, wie sie von der oberen Oberfläche des Behälters gesehen wird (unter Ausschluß des Randabschnitts)

Beispiel 1

Ein mit einem Rand versehener runder Behälter (Fassungsvermögen etwa 315 ml) mit einem Außendurchmesser von 66, einer Höhe von 102 mm und einem Randdurchmesser von 75 wurde nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung einer Vakuum/Druck-Formmaschine aus einer Mehrschichtfolie mit einer Gesamtdicke von 2 mm, die aus Polypropylen (MI = 0,5)/Klebstoff (Vinylacetat/Alkohol-Copolymer) /Gasbarriere- Harz (Saran "PVDC") /Klebstoff (Vinylacetat/Alkohol-Copolymer)/Polypropylen (MI = 0,5) bestand und nach einem üblichen Coextrusionsfolienbildungsverfahren hergestellt worden war, hergestellt.
Ein ringförmiges Element aus Bakelit mit einem Öffnungsdurchmesser von 100, einem Außendurchmesser von 180 und einer Öffnungshöhe von 15 mm wurde in engem Kontakt mit der oberen Oberfläche einer Aluminiumform (Öffnungsdurchmesser: 68 mm, Tiefe: 103 mm) bereitgestellt. Der Winkel (8) der Tangente im Kontakt mit dem inneren Umfang des ringförmigen Elements und dem Öffnungsabschnitt der Form im Hinblick auf die obere Oberfläche des ringförmigen Elements betrug 400. Eine Aluminiumpatrize mit einem Außendurchmesser der Spitze von 45 wurde verwendet, und um einen Temperaturabfall der geschmolzenen Folie zu verhindern, war eine Heizvorrichtung eingebaut. Die Temperatur der Patrize wurde auf 140ºC eingestellt.
Die Endabschnitte der Folie (200 mm·20 mm) wurden mit einer Spannvorrichtung festgehalten, und sie wurde auf eine Temperatur (180 bis 190ºC) oberhalb ihres Schmelzpunktes von oben und von unten durch Ferninfrarotstrahler in einer Heizstufe erwärmt. Anschließend wurde sie zur Verformungsstufe übertragen. Zuerst wurde die mit dem ringförmigen Element auf ihrer oberen Oberfläche ausgestattete Form von unterhalb der Folie angehoben. Das ringförmige Element trat in Kontakt mit der Folie und schob sie nach oben. Gleichzeitig damit oder mit einer gewissen Verzögerung wurde die Patrize in den Öffnungsabschnitt des ringförmigen Elements von oben geschoben. Während man die geschmolzene Folie über das ringförmige Element gleiten ließ, wurde die umgebende Folie hineingezogen, und zu diesem Zeitpunkt wurde bin Überdruck im Zwischenraum zwischen der Folie und der Form erzeugt. Der gemessene Druck betrug 0,12 kg/cm². Dieser Überdruck schob die Folie zur Patrize, und ihre Umhüllung wurde beschleunigt. Als Folge wurde die geschmolzene Folie mit einer gleichmäßigen Dicke gezogen, und ihr Kontakt mit dem Mundabschnitt der gekühlten Form wurde verhindert. Das Folienziehverhältnis betrug zu diesem Zeitpunkt 3,0; das Patrizenvorschubverhältnis betrug 95%; und das Patrizenvolumenverhältnis betrug 55%. Nachdem die Folie in die Form gezogen worden war, wurde die Folie durch einen Randring und den Randabschnitt der Form gehalten, wobei ein Zwischenraum zwischen der Folie und dem Vakuum in der Form aufrechterhalten wurde. Mit einer gewissen Verzögerung wurde Druckluft (2 kg/cm²) zwischen die Patrize und die Folie eingeführt. Die Folie wurde von der Patrize auf die Form übertragen und gekühlt. Auf diese Weise wurde der Formvorgang abgeschlossen.
Das Erscheinungsbild des nach dem vorstehenden Verfahren geformten Behälters wurde untersucht, und seine Dickenverteilung wurde gemessen. Das Erscheinungsbild war gut ohne Beschädigung, und die Dickenverteilung war gleichmäßig sowohl in Richtung der Höhe als auch in Richtung des Umfangs.
Fleischsauce wurde bei 80 bis 85ºC in den Behälter gefüllt (Kopfraum: 5 mm). Ein Verschlußmaterial, das aus PET/Aluminium/PP bestand, wurde durch Verschweißen auf dem Behälter aufgebracht. Der gefüllte Behälter wurde anschließend einer Gleichdruckretortenbehandlung bei 115ºC für 40 Minuten (Hochkommen: 25 Minuten) unterworfen. Nach der Retortenbehandlung wurde der Behälter auf den Zustand der Deformation, die Volumenschrumpfung und die Fallfestigkeit untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
In Tabelle 1 vorgelegten Ergebnisse zeigen klar, daß der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene tiefgezogene Behälter eine gleichförmige Dickenverteilung sowohl in Richtung der Höhe als auch in Richtung des Umfangs aufwies, keiner anomalen Deformation selbst bei der Retortenbehandlung unterlag und eine ausreichende Festigkeit aufwies; und daß es sich um einen sehr guten, einer Retortenbehandlung unterziehbaren Behälter handelte.

Beispiel 2

In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 wurde die Mehrschichtfolie durch Wärme geschmolzen, und in der anschließenden Verformungsstufe wurde das Umhüllen der Patrize mit der Folie weiter gefördert. Um das Folienziehverhältnis zu erhöhen, wurde die geschmolzene Folie in die Form gezogen und verformt, während Luft aus einem Vakuumloch in die Form eingeführt wurde. Zu diesem Zeitpunkt betrug der Druck im Innern der Form 0,2 kg/cm², und das Folienziehverhältnis betrug 3,2.
Der nach dem vorstehenden Verfahren erhaltenen Behälter wurde wie in Beispiel 1 bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Die in Tabelle 1 angegebenen Ergebnisse zeigen klar, daß ein Behälter mit einer besseren Dickenverteilung durch Steuerung des Drucks in der Form geformt werden konnte.

Beispiel 3

Wie in Beispiel 1 wurde die Mehrschichtfolie durch Wärme geschmolzen, und anschließend wurde ein ringförmiges Element aus einem Teflonharz mit einem Öffnungsdurchmesser von 80, einem Außendurchmesser von 180 und einer Öffnungshöhe von 4 mm verwendet. Ansonsten wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 ein tiefgezogener Behälter gebildet.
Zu diesem Zeitpunkt betrug der Druck im Innern der Form 0,13 kg/cm², und das Folienziehverhältnis betrug 3,0.
Der nach dem vorstehenden Verfahren erhaltene Behälter wurde wie in Beispiel 1 bewertet, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Die in Tabelle 1 angegebenen Ergebnisse zeigen klar, daß der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Tiefziehformen erhaltene Behälter eine gleichmäßige Dickenverteilung und hervorragende Eigenschaften nach der Retortenbehandlung aufwies.

Vergleichsbeispiel 1

In der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wurde der Boden der Form 10 in einer solchen Struktur ausgebildet, das er senkrecht bewegt werden konnte (nicht besonders gezeigt), um den Behälter in einfacher Weise nach der Verformung aus der Form zu entnehmen. Ansonsten wurde die Verformung in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt.
Nach diesem Verfahren konnte eine luftundurchlässige Abdichtung im beweglichen Teil der Form zum Zeitpunkt des Ziehens der geschmolzenen Folie in die Form durch die Patrize nicht aufrechterhalten werden. Es wurde also kein Druck in der Form aufgebaut.
Das Erscheinungsbild des nach dem vorstehenden Verfahren erhaltenen Behälters war so, daß viele Spuren des Kontakts mit dem Mundabschnitts der Form sichtbar waren, und die Dicke in Richtung der Höhe war sehr ungleichmäßig. Wie in Beispiel 1 wurde der Behälter gefüllt, einer Retortenbehandlung unterzogen und anschließend bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Es gab eine große Deformation aufgrund der Retortenbehandlung, und die Fallfestigkeit des Behälters war nicht zufriedenstellend.

Vergleichsbeispiel 2

In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 wurde die Mehrschichtfolie durch Wärme geschmolzen. Anschließend wurde die geschmolzene Folie in der Verformungsstufe durch den Rand gehalten und durch Absenken der Patrize und Ziehen der Folie in die Form, anstatt daß man sie über die obere Oberfläche der Form gleiten ließ, geformt. Der Zylinderabschnitt des Behälters war gebrochen. Tabelle 1 Druck in der Form Folienziehverhältnis Form des ringförmigen Elements Form der Patrize Bewertung (vor Rretortenbehandlung) Erscheinungsbild Dickenverteilung (Einheitsgewicht) Bewertung (nach Retortenbehandlung) Behhälterdeformation Vol.-Schrumpfung Fallfestigkeit (Anzahl d. zerstörten Behälter) Bsp. gut keine Vgl.-bsp. viele Beschädigungen sehr ungleichmäßig starke Deformation in einem Abschnitt mit ungleichmäßiger Dicke Zylinderabschnitt gerissen Bsp.: Beispiel; Vgl.-bsp.: Vergleichsbeispiel

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines tiefgezogenen Behälters (30) durch Patrizen-unterstütztes Vakuum- und/oder Druckformen einer Kunststoffolie (1) im geschmolzenen Zustand, wobei das Verfahren das Bewegen einer Patrize (20) und einer Form (10) relativ zueinander in Schließrichtung, während die geschmolzene Folie (1) von einem oberen Formoberflächenabschnitt abgestützt wird, der wärmeisolierende Eigenschaften und ein Gleitvermögen aufweist, das Ziehen der geschmolzenen Folie (1) in die Form (10), während man sie über den oberen Oberflächenabschnitt mit einem Überdruck, der in der Formhöhlung (11) zwischen der Form (10) und der geschmolzenen Folie (1) erzeugt wird, gleiten läßt, und anschließend nach dem Schließen der Form, das Kontaktieren der geschmolzenen Folie mit der Form, um sie zu kühlen, umfaßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der obere Oberflächenabschnitt der Form aus einem ringförmigen Element (15) mit wärmeisolierenden Eigenschaften und einem Gleitvermögen besteht, das oberhalb und diametral nach außen gerichtet vom Öffnungsabschnitt der Formhöhlung (10) angeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das ringförmige Element (25) bereitgestellt wird, so daß eine Tangente in Kontakt mit dem inneren Umfang und dem Öffnungsabschnitt der Formhöhlung einen Winkel (R) von 20 bis 70º im Hinblick auf die obere Oberfläche des ringförmigen Elements (15) bildet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Druck im Raum zwischen der Form (10) und der geschmolzenen Folie (1) auf 0,02 bis 0,50 kg·cm² (Überdruck) eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Außendurchmesser (Dp) der Patrizenspitze (21) 36 bis 80% des Öffnungsdurchmessers (Dm) der Formhöhlung ausmacht.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Formen so durchgeführt wird, daß das Patrizenvolumenverhältnis, das durch folgende Gleichung definiert ist:

Patrizenvolumenverhältnis = Patrizenvolumen in der Form/Formvolumen·100

25 bis 80% beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kunststoffolie aus einer laminierten Struktur aus Propylenharz/Sauerstoffbarriere-Harz/Propylenharz besteht.