DE4300597A1 - Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, Hohlkörper, z. B. Becher und Dosen, deren Hals­ durchmesser kleiner als der größte Dosendurchmesser ist, Weit­ halsgefäße und Flaschen bis ca. 2 Ltr. Inhalt nach dem Streck­ blasverfahren herzustellen. Bevorzugte Werkstoffe sind Styrolpo­ lymerisate und Polyethylenterephthalate. Dabei wird zunächst durch Spritzgießen ein amorpher Vorformling mit einer Wanddicke von 3 bis 4 mm gefertigt. Der Wanddickenverlauf des Vorformlings ist durch das Spritzgießwerkzeug festgelegt, wogegen der Wanddicken­ verlauf am Blasteil noch durch den Temperaturverlauf am Vorform­ ling beeinflußt werden kann. Das Aufblasen kann unmittelbar nach dem Spritzgießen oder nach entsprechenden Temperier- und Streck­ vorgängen erfolgen. Im allgemeinen wird der Vorformling auf eine Temperatur von etwa 20°C bis etwa 80°C oberhalb der Glaserwei­ chungstemperatur des Kunststoffs erwärmt, in eine Form abgelegt und zu einem Hohlkörper streckblasgeformt.

Beim Streckblasen von Vorformlingen aus Polyethylentherephthalat hat es sich gezeigt, daß wenn das Polyethylentherephthalat an einer Stelle mehr gestreckt wird, dort infolge Orientierungs- und Kristallisationsphänomene die Steifigkeit im Vergleich zur Umge­ bung überproportional ansteigt, so daß nach infinitesimal kurzer Zeit die leichter dehnbare Umgebung stärker gestreckt wird und somit ein Ausgleich stattfindet. Die freiwerdende Kristallisati­ onsenthalpie kann nicht schnell genug an die Umgebung abgeführt werden und führt zu einer gleichmäßigen Erhöhung der Materialtem­ peratur während des Streckvorgangs in Abhängigkeit vom jeweils erzielten kristallinen Anteil. Bei einer Schmelzenthalpie von ca. 120 J/g und einer spez. Wärme von 1,55 H7g × °K entspricht dies einer Temperaturerhöhung um 8 Grad pro 10% Erhöhung des Kristal­ linitätsgrades. Bei den üblicherweise erreichten 70% Endkristal­ linität beträgt die Temperaturerhöhung somit 56 Grad.

Ein gleichmäßiges Aufblasen setzt damit auch eine geringe Abhän­ gigkeit der Steifigkeit von der Temperatur voraus. Andernfalls wird an einer Stelle mit lokal erhöhter Verstreckung der Tempera­ turanstieg ein rasches Abfallen der Schmelzesteifigkeit bewirken und damit ein Überstrecken an dieser Stelle.

Dieser Selbstregulierungsmechanismus greift jedoch nicht bei allen, zu amorphen Vorformlingen verarbeitbaren Polymeren, insbe­ sondere nicht bei Copolyester, Copolyamiden, aliphatischen Poly­ ester wie Polylactiden oder auch Polyolefinen wie Poly-3-Me­ thyl-1-buten oder Poly-4-Methyl-penten-1. Derartige Polymere wei­ sen Glaserweichungstemperaturen unterhalb 70°C auf bei Kristallit­ schmelztemperaturen oberhalb 120°C und sollten deshalb bei Tempe­ raturen um 100°C leicht durch Streckblasen ihrer amorphen Vorform­ linge zu Hohlkörpern verarbeitbar sein. Beim Aufblasen solcher Vorformlinge kommt es indes häufig zu Fehlblasungen, infolge lokaler Überstreckung, die durch die freiwerdende Kristallisati­ onswärme und damit verbundene Reduzierung der Steifigkeit verur­ sacht wird.

Mit der Erfindung soll ein Verfahren der einleitend angegebenen Gattung geschaffen werden, welches auch die Verarbeitung von Polymeren erlaubt, deren Steifigkeit während des Aufblasvorgangs aufgrund von Temperaturerhöhung erheblich gemindert wird.

Zur Lösung dieser Aufgaben wird die Maßnahme nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.

Erfindungsgemäß wird während des Streckblasens ein flüssiges Kühlmittel, vorzugsweise vollentsalztes und keimfreies Wasser, in einer solchen Menge in die Blasform zudosiert, die gerade aus­ reicht, daß die durch die Kristallisation freigesetzte Wärme durch die Verdampfungswärme des Kühlmittels kompensiert wird. Die Temperatur des Vorformlings wird während des Blasformens nicht oder nur unwesentlich erhöht. Hierzu enthält der Blasdorn eine zusätzliche Bohrung mit Düse für das Kühlmittel. Dieses wird über eine regelbare Pumpe in Mengen von (0,3-5) ml ± 0,02 ml zudo­ siert. Der Vorformling ist auf eine Temperatur von etwa 20°C bis etwa 80°C oberhalb der Glaserweichungstemperatur des Kunst­ stoffs erwärmt. Das Kühlmittel wird zweckmäßig zu Beginn des Blasvorgangs in die Form zudosiert; in einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform des Verfahrens wird es zusammen mit dem Blasgas einge­ bracht und damit in seiner Menge über den gesamten Aufblasvorgang verteilt. Zur Vermeidung von Oberflächenstrukturen durch zu große Flüssigkeitstropfen wird das Kühlmittel vorzugsweise über einen Ultraschallzerstäuber im Blasluftstrom versprüht, wobei Tröpf­ chengrößen von 10 bis 30 µm erreichbar sind, die auf der inneren Oberfläche des Vorformlings eine zusammenhängende dünne Schicht ausbilden. Die Kühlmittelmenge kann durch einfache Vorversuche leicht ermittelt werden. Sie ergibt sich für Wasser als Kühlmit­ tel annähernd nach folgender Beziehung:
mH₂O ∼ (Masse des Hohlkörpers × Kristallisationswärme pro Gramm Polymer × Kristalliner Anteil zu Ende des Blasprozesses/Verdamp­ fungswärme für ein Gramm Wasser).

Der in der Form sich bildende Kühlmitteldampf wird am Ende des Blasvorgangs zusammen mit dem komprimierten Blasgas nach außen abgeführt. Ein Nachtrocknen der Hohlkörper ist nicht erforder­ lich.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Hohlkörper mit sehr guten mechanischen Eigenschaften, geringer Permeation gegenüber Wasser, Aromastoffen und Gasen sowie hohem Oberflächenglanz erhalten.

Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)

Poly-L-Lactid mit einer inhärenten Viskosität von 1.59 (100 ml/g), gemessen als 0,1%ige Lösung in Chloroform bei 25°C wurde 10 h bei 120°C unterhalb 10 mbar getrocknet und danach unter Argon als Schutzgas in einer Spritzgießmaschine bei 205°C aufgeschmolzen und die Schmelze in eine auf 20°C temperierte Form gespritzt.

Es wurden zylindrische Vorformlinge hergestellt, mit Schraubge­ winde und Bund mit ca. 25 mm Länge, kugelförmigem Boden, Außen­ durchmesser ca. 26 mm, Innendurchmesser ca. 19,4 mm, Wandstärke 3,3 mm, aufblasbare Länge ca. 120 mm, Gesamtgewicht 45,6 g.

Aufgrund der niedrigen Formtemperatur waren die Vorformlinge amorph. Zum Streckblasen wurden die Vorformlinge unter Rotation um die Längsachse mittels Infrarotstrahler in verschiedenen Ver­ suchen auf 80 bis 140°C erwärmt; nach 5 bis 10 Sekunden Tempera­ turausgleichszeit wurden die erwärmten Vorformlinge in eine Form abgelegt und streckblasgeformt.

Die Verstreckung erfolgte inhomogen, wodurch keine vollständig aufgeblasenen Flaschen erhalten wurden. Je nach Temperaturbedin­ gungen platzte der Vorformling beim Aufblasen an verschiedenen Stellen unter Überstreckung auf Wanddicken von 0,035 mm auf. Die regulär verstreckten Teile wiesen bei Wanddicken um 0,25 mm Stei­ figkeiten (Zug-E-Modul) von 5,500 N/mm² bei Raumtemperatur auf.

Beispiel 2 (erfindungsgemäß)

Die Vorformlinge aus Beispiel 1 wurden mittels Infrarotstrahler auf 100°C erhitzt. Nach dem Einschwenken in die Form wurde der Vorformling aufgeblasen, wobei zusammen mit der Blasluft 1,0 g Wasser in den Vorformling versprüht wurden.

Es wurden einwandfreie Flaschen mit hohem Oberflächenglanz und E-Modulen am auf 0,25 mm verstreckten Mantel um 5,500 N/mm² erhal­ ten.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus thermoplasti­ schen Kunststoffen, bei dem ein amorpher Vorformling spritz­ gegossen, auf eine Temperatur von etwa 20°C bis etwa 80°C oberhalb der Glaserweichungstemperatur des Kunststoffs erwärmt, in eine Form abgelegt und zu einem Hohlkörper streckblasgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Streckblasens ein flüssiges Kühlmittel in einer solchen Menge in die Form zudosiert wird, daß die Temperatur des Vor­ formlings annähernd konstant bleibt oder sich nur unwesent­ lich erhöht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Kühlmittel zusammen mit dem Blasgas in den Vorform­ ling eingebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiges Kühlmittel Wasser verwendet wird.