DE60012798T2

DE60012798T2 - Verfahren zum herstellen von kunstoffbehältern mit hochkristallinem boden

Info

Publication number: DE60012798T2
Application number: DE60012798T
Authority: DE
Inventors: J. Timothy BOYD; W. Kerry SILVERS; G. Dwayne VAILLIENCOURT
Original assignee: Amcor Pty Ltd
Current assignee: Amcor Pty Ltd
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2020-09-09
Also published as: ATE272489T1; WO2002002295A1; ES2225208T3; MXPA02012621A; BR0017291A; DE60012798D1; EP1305152A1; EP1305152B1; US6514451B1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Blasform-Verfahren zur Herstellung von hitzefestigenden Kunststoffbehältern. Diese Erfindung betrifft spezieller Blasform-Verfahren zur Herstellung von zweiachsig orientierten Kunststoffbehältern mit einer hochkristallinen Basis.
HINTERGRUND
In letzter Zeit haben Hersteller von Behältern aus Polyethylen-Terephthalat (PET) begonnen, Plastikbehälter für Güter bereitzustellen, welche zuvor in Glasbehältern verpackt wurden. Sowohl die Hersteller als auch die Verbraucher haben erkannt, dass PET-Behälter leicht, kostengünstig, wiederverwertbar und in großen Mengen herstellbar sind. Hersteller liefern derzeit PET-Behälter für verschiedene Flüssiggüter, wie z. B. Säfte. Sie wünschen außerdem, PET-Behälter für feste Güter zu liefern, wie z. B. Pickles. Viele feste Güter erfordern jedoch Pasteurisation oder Retorte, was eine enorme Herausforderung für Hersteller von PET-Behältern darstellt.
Pasteurisation und Retorte sind beides Verfahren zum Sterilisieren des Inhalts eines Behälters, nachdem er gefüllt worden ist. Beide Prozesse beinhalten das Erhitzen des Inhalts des Behälters auf eine spezifizierte Temperatur, üblicherweise über 70°C, für eine Dauer einer spezifizierten Länge. Eine Retorte unterscheidet sich von einer Pasteurisation dahingehend, dass sie außerdem einen Überdruck auf den Behälter appliziert. Dieser Überdruck ist notwendig, weil häufig ein Heißwasserbad verwendet wird und der Überdruck das Wasser oberhalb seiner Siedepunkttemperatur in flüssiger Form hält. Diese Prozesse stellen technische Herausforderungen für Hersteller von PET-Behältern dar, da neue pasteurisierbare und retortierbare PET-Behälter für diese Lebensmittelprodukte oberhalb und jenseits der derzeitigen Fähigkeiten von herkömmlichen hitzefestigenden Behältern funktionieren müssen. Die PET-Behälter der derzeitigen Techniken aus dem Stand der Technik können ganz einfach nicht derart in einer wirtschaftlichen Weise hergestellt werden, dass sie ihre Materialintegrität während der thermischen Prozessierung bei Pasteurisation und Retorte beibehalten.
Bei PET handelt es sich um ein kristallisierbares Polymer, was bedeutet, dass es in einer amorphen Form und in einer semikristallinen Form verfügbar ist. Die Fähigkeit eines PET-Behälters, seine Materialintegrität beizubehalten, steht zum Teil im Zusammenhang mit dem prozentualen Anteil des PET-Behälters in kristalliner Form, auch als die „Kristallinität" des PET-Behälters bekannt. Kristallinität ist als ein Volumenanteil durch die Gleichung
definiert, wobei ρ die Dichte des PET-Materials ist, ρ_a die Dichte von reinem amorphem PET-Material (1,333 g/cm³) ist und ρ_c die Dichte von reinem kristallinen Material (1,455 g/cm³) ist. Die Kristallinität eines PET-Behälters kann durch mechanische Prozessierung und thermische Prozessierung erhöht werden.
Mechanische Prozessierung beinhaltet ein Orientieren des amorphen Materials, um eine Verspannungshärtung zu erreichen. Diese Prozessierung beinhaltet allgemein ein Dehnen eines PET-Behälters entlang einer longitudinalen Achse und ein Weiten des PET-Behälters entlang einer querlaufenden Achse. Die Kombination begünstigt eine zweiachsige Orientierung. Hersteller von PET-Flaschen verwenden derzeit mechanische Prozessierung, um PET-Flaschen zu produzieren, welche ungefähr 20% Kristallinität (durchschnittliche Seitenwand-Kristallinität) aufweisen.
Die Referenz WO 94/26497 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von wiederbefüllbaren Kunststoffgetränkflaschen mit inneren Oberflächen, die eine Kristallinität von 30% übertreffen, welche nach dem Reinigen im Wesentlichen niedrige Permeabilitäts- oder Absorptionseigenschaften beibehalten. Die Kristallinität wird entweder indem erhitztes Fluid auf die innere Oberfläche der Flasche oder der Vorform, welche zum Ausbilden der Flasche verwendet wird, appliziert wird, die innere Oberfläche entweder der Flasche oder Vorform mit hochkristallinem Material beschichtet wird, eine Trägerstange mit hochkristallinem Material beschichtet wird oder die innere Oberfläche der Vorform mit einer temperaturerhöhenden Substanz beschichtet wird. Die Referenz JP-A-58 092536 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Kunststoffflasche mit einem Hals, welcher Hitzebeständigkeit und Stoßfestigkeit aufweist, indem ein Hals einer aus Polyester hergestellten Plastikflasche mit einer äußeren Oberflächenschicht, welche auf einem hohen Niveau kristallisiert ist, und einer inneren Oberflächenschicht, welche auf einem niedrigen Niveau kristallisiert ist, ausgebildet wird. Um dies zu erreichen, wird ein Hitzebehandlungsmittel mit einem Temperaturgradienten oder einem Abkühlungsgeschwindigkeitsgradienten zwischen der äußeren Oberflächenschicht und der inneren Oberflächenschicht des Halses eingesetzt.
Aufgrund der derzeitigen Gestaltung von Formungsmaschinen und von Kunststoffbehältern wird die Basis eines typischen Kunststoffbehälters keiner signifikanten mechanischen oder thermischen Prozessierung unterzogen und ist daher anfällig gegenüber einer Verformung, welche hervorgerufen wird, wenn er einem Heißbefüllungsprozess bei hoher Temperatur ausgesetzt wird. Bisherige Verfahren beruhten entweder auf Vorformungs- oder Nachformungsvorgängen, um die Basis zu kristallisieren, wobei beide außerhalb der Form stattfinden und mehrere Minuten erfordern, um abgeschlossen zu werden.
Daher wünschen die Hersteller von PET-Behältern ein effizientes und kostengünstiges Verfahren, welches PET-Behälter herstellt, die eine Basis mit einer hohen Kristallinität aufweisen, welche es den PET-Behältern ermöglicht, ihre Materialintegrität während eines nachfolgenden Transports und einer Verwendung der PET-Behälter beizubehalten. Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, solch einen Behälter bereitzustellen, welcher die Probleme und Nachteile der herkömmlichen Techniken aus dem Stand der Technik bewältigt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Kristallisieren einer Basis innerhalb einer Form bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Folglich stellt diese Erfindung ein Blasformverfahren bereit, welches PET-Behälter produziert, die durchschnittliche Basis-Kristallinitäten von mindestens 30% aufweisen, welche es den PET-Behältern ermöglichen, ihre Materialintegrität während jeglicher nachfolgender Pasteurisations- oder Retortenprozesse und während eines Transports und einer Verwendung der PET-Behälter beizubehalten.
In ihrer breitesten Form handelt es sich bei der Erfindung um ein Verfahren zum Herstellen eines hitzefestigenden Kunststoffbehälters, welches beinhaltet: Bereitstellen eines Formhohlraums, welcher Seitenwandflächen und Basisflächen aufweist; Bereitstellen einer Kunststoffvorform innerhalb des Formhohlraums; Aufweiten und Dehnen der Vorform in Übereinstimmung mit den Seitenwandflächen und den Basisflächen, um einen Kunststoffbehälter auszubilden, welcher eine Seitenwand und eine Basis aufweist; und Induzieren von Kristallinität in der Basis des Kunststoffbehälters, indem Wärme von den Basisflächen des Formhohlraums auf die Basis des Kunststoffbehälters appliziert wird, und indem Wärme von einem Innenabschnitt des Kunststoffbehälters aus auf eine Innenfläche der Basis des Kunststoffbehälters appliziert wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Diskussion und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich sein.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1–4 sind schematische Querschnittsansichten eines Abschnitts einer Blasform-Maschine während verschiedener erfindungsgemäßer Schritte und Prozesse, entlang einer Linie, welche die Blasform-Maschine im Allgemeinen halbiert;
5 ist ein Ablaufdiagramm für die Steuerungsventile der Blasform-Maschine entsprechend dem erfindungsgemäßen Blasformverfahren;
6 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der Basis, welche durch das Blasform-Verfahren der vorliegenden Erfindung herstellbar ist, welche entlang der Linie 6-6 von 4 durchgeführt ist;
7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels eines weiteren Ausführungsbeispiels der Blasform-Maschine; und
8 ist ein Ablaufdiagramm für die Steuerungsventile der Blasform-Maschine von 7 gemäß einem alternativen erfindungsgemäßen Blasformverfahren.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Wie in 1 gezeigt, weist die bevorzugt während des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Blasform-Maschine eine Blasform-Station 10 auf, welche im Allgemeinen eine Blasform 12, einen Halsring 13, eine Blas-Kernbaugruppe 14, eine Ziehstange 16 und ein Heizelement 18 aufweist. Die Blasform 12 beinhaltet ferner mindestens eine Basisform 12' und eine Körperform 12". Während die Maschine an sich weitere Stationen und Komponenten aufweist, sind diese herkömmlicher Art und brauchen nachfolgend nur kurz diskutiert werden.
Es existieren zwei Bauweisen von Blasform-Maschinen, Ein-Schritt-Maschinen und Zwei-Schritt-Maschinen. Der Unterschied zwischen ihnen besteht darin, dass bei einer Ein-Schritt-Maschine eine Kunststoffvorform sowohl spritzgeformt als auch blasgeformt wird, während bei einer Zwei-Schritt-Maschine eine bereits ausgebildete Kunststoffvorform in die Maschine eingeführt und dann blasgeformt wird. Jede der Maschinen beinhaltet verschiedene Stationen. Die Anzahl und Art dieser Stationen unterscheidet sich von Maschine zu Maschine. Im Allgemeinen können die Stationen entweder eine Vorform-Spritzform-Station oder eine Vorform-Einführungs-Station, eine Vorform-Aufbereitungs-Station, eine Blasform-Station und eine Flaschenentnahme-Station beinhalten. Die vorliegende Erfindung beruht insbesondere auf der Verwendung der Blasform-Station 10 entweder einer Ein- oder einer Zwei-Schritt-Maschine. Als solche wird nur die Blasform-Station 10 im Detail beschrieben.
Die Blasform 12 an sich beinhaltet zwei separierbare Hälfen (hydraulisch oder pneumatisch kontrolliert, wobei die Stellantriebe nicht gezeigt sind), welche zusammenwirken, um einen Formhohlraum 20 zu definieren, welcher dazu dient, eine zum Blasformen aufbereitete Kunststoffvorform 22 aufzunehmen. Die Blasform 12 ist aus geeigneten Materialien hergestellt, wie z. B. Stahl, um Temperaturen von ungefähr 50–250°C, typischerweise 130–170°C, zu widerstehen und diese zu halten. Der Formhohlraum 20 ist in einer entsprechenden Form gestaltet, um letztendlich die Konturen der äußeren Oberfläche des gewünschten Kunststoffbehälters zu definieren.
Der Halsring 13 (ebenfalls hydraulisch oder pneumatisch betätigt, wobei die Stellantriebe nicht gezeigt sind) ist oberhalb der Blasform 12 angeordnet und zum Aufnehmen, Halten und Positionieren der Kunststoffvorform 22 an einem geeigneten Ort bezüglich des Formhohlraums 20 während der Blasform- und Hitzefestigungs-Prozesse ausgestaltet. Um diese Funktion zu bewerkstelligen, definiert der Halsring 13 einen ringförmigen Aufnahmehohlraum 28 in einer Form und Größe, um den Hals der Kunststoffvorform 22 aufzunehmen.
Die Blas-Kernbaugruppe 14 ist mit dem oberen Ende der Kunststoffvorform 22 in Eingriff gebracht, um das Einspritzen eines Fluidmediums in die Kunststoffvorform 22 zu ermöglichen. Um diese Funktion zu bewerkstelligen, beinhaltet die Blas-Kernbaugruppe 14 einen Blas-Kernverteiler 15, an welchen in einer herkömmlichen Weise eine Blasdichtung 31 angebracht ist. Die Blasdichtung 31 definiert einen ringförmigen Kanal 32, welcher, wie unten genauer diskutiert, mit einer ersten Einlassöffnung 24 und einer zweiten Einlassöffnung 26 in Verbindung steht. Der Halsring 13 sowie der Blas-Kernverteiler 15 und die Blasdichtung 31 sind alle aus einem festen Material, wie z. B. Stahl, hergestellt.
Die Ziehstange 16, ebenfalls ein Teil der Blas-Kernbaugruppe 14, erstreckt sich im Allgemeinen durch die Mitte des Blas-Kernverteilers und ist aus einer rückgezogenen Stellung, wie in 1 gezeigt, in eine ausgedehnte Stellung, wie in 2 gezeigt, beweglich. Die Ziehstange 16 dient dazu, die Kunststoffvorform 22 entlang einer longitudinalen Achse zu dehnen und eine axiale Orientierung in dem Kunststoffmaterial der Kunststoffvorform 22 zu induzieren. Die Ziehstange 16 beinhaltet vorzugsweise mehrere Auslassöffnungen 34. Die Auslassöffnungen 34 dienen dazu, Fluide aus der Kunststoffvorform 22 zu entlassen, wie unten genauer beschrieben. Die Auslassöffnungen 34 stehen mit einem Kanal 35 innerhalb der Ziehstange 16 in Verbindung, um die Fluide zu einem Auslassbereich (nicht gezeigt) zu befördern. Die Ziehstange 16 ist aus einem festen Material, wie z. B. Stahl, hergestellt.
Wie in 1 und 3 gezeigt, ist die erste Einlassöffnung 24 mit einer Hochdruckleitung 36 verbunden, welche ein Hochdruck-Fluid 38 aus einer Hochdruck-Fluidquelle 39 bereitstellt. Das Hochdruck-Fluid 38 dient dazu, die Kunststoffvorform 22 in Übereinstimmung mit den Seitenwandflächen 17 und den Basisflächen 19 aufzuweiten und dadurch einen zweiachsig orientierten Kunststoffbehälter 40, welcher eine Seitenwand 56 und eine Basis 41 aufweist, in einem allgemein als Blasformen bezeichneten Prozess auszubilden. Ein Steuerventil 42 steuert den Fluss des Hochdruck-Fluids 38. Das Steuerventil 42 kann entweder manuell oder elektronisch gesteuert sein, wird jedoch vorzugsweise automatisch und systematisch durch eine System-Steuervorrichtung 43 gesteuert, wie unten genauer beschrieben. Die Hochdruckleitung 36 ist aus einem flexiblen Material hergestellt, was ein Bewegen und Zurückziehen der Blas-Kernbaugruppe 14 ermöglicht, wenn sie während des Blasform-Prozesses in Eingriff gebracht wird oder der Eingriff gelöst wird.
Wie in 1 und 4 gezeigt, ist die zweite Einlassöffnung 26 mit einer Hochtemperaturleitung 44 verbunden, welche ein Hochtemperatur-Fluid 46 aus einer Hochtemperatur-Fluidquelle 47 bereitstellt. Das Hochtemperatur-Fluid 46 dient dazu, den Kunststoffbehälter 40 durch Konvektionswärmeübertragung hitzezufestigen und dadurch einen zweiachsig orientierten hitzegefestigten Kunststoffbehälter 40 auszubilden. Der Ausdruck „Konvektionswärmübertragung" ist als die Übertragung von Wärme von einem Fluid zu einem Festkörper, indem das Fluid über oder nahe der Oberfläche des Festkörpers fließt, definiert. „Konvektionswärmeübertragung" beinhaltet tatsächlich sowohl eine konduktive Wärmeübertragung als auch eine Konvektionswärmeübertragung, aber die Kombination dieser zwei Wärmeübertragungen wird allgemein einfach als „Konvektionswärmeübertragung" bezeichnet. Das Hochtemperatur-Fluid 46 kann Luft, Dampf, Wasser oder irgendein anderes Fluid beinhalten, welches in der Lage ist, Wärmeenergie auf den Kunststoffbehälter zu übertragen.
Um das Hochtemperatur-Fluid 46 bereitzustellen, wird ein Fluid aus einer Fluidquelle 49 durch einen Filter 50 und das Heizelement 18 geführt. Das Heizelement 18 kann eines aus einer wohlbekannten Vielfalt sein, wie z. B. eine elektrische Widerstandsheizung, welche eine um eine Keramikstange gewundene eisenhaltige Legierung enthalten kann (nicht gezeigt). Eine Person mit gewöhnlichen Fachkenntnissen wird sich ohne weiteres der verschiedenen Arten von Filtern und Heizelementen bewusst sein, welche dazu geeignet sind, zusammen mit der Erfindung verwendet zu werden, um die gewünschten Effekte hervorzurufen. Vorzugsweise ist das Heizelement 18 von kleiner Größe und hoher Intensität, um das Fluid von Umgebungslufttemperatur auf die Temperatur von ungefähr 370°C des Hochtemperatur-Fluids 46 aufzuheizen.
Zwischen dem Heizelement 18 und der zweiten Einlassöffnung angeordnet ist ein Steuerventil 52 und ein Rückschlagventil 5. Wie das Steuerventil 42, steuert das Steuerventil 52 den Fluss des Hochtemperatur-Fluids 46 und kann entweder manuell oder elektronisch gesteuert sein. Das Steuerventil 52 ist vorzugsweise automatisch und systematisch durch die System-Steuervorrichtung 43 gesteuert, wie unten genauer beschrieben. Das Rückschlagventil 54 dient dazu, das Hochtemperatur-Fluid 38 daran zu hindern, durch die zweite Einlassöffnung 26 und in die Hochtemperaturleitung 44 zu gelangen. Eine Person mit gewöhnlichen Fachkenntnissen wird sich ohne Weiteres der geeigneten Steuerventile oder Rückschlagventile bewusst sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines zweiachsig orientierten, hitzefestigenden Kunststoffbehälters, welcher eine Basis 41 mit einer hohen Kristallinität aufweist, beinhaltet im Allgemeinen einen Blasform-Prozess und einen Hitzefestigungs-Prozess. Der Blasform-Prozess beinhaltet ein Bereitstellen einer geeignet aufbereiteten Kunststoffvorform 22 in dem Formhohlraum 20 der Blasform 12 und ein Schließen der Blasform 12. Die Kunststoffvorform 22 ist vorzugsweise aus PET hergestellt, kann jedoch auch aus anderen kristallisierbaren Materialien hergestellt sein. Als nächstes wird die Blas-Kernbaugruppe 14 in die Kunststoffvorform 22 heruntergeführt, so dass ein Kragen 33 der Blasdichtung innerhalb des Endes oder Halses der Kunststoffvorform positioniert wird und ein Flansch 37 mit dem oberen Ende der Kunststoffvorform 22 in Eingriff gebracht wird, wie in 1 gezeigt. Die Ziehstange 16 wird dann durch den pneumatischen oder hydraulischen Stellantrieb aus ihrer rückgezogenen Stellung in ihre ausgedehnte Stellung bewegt, wie in 2 gezeigt. Dieses Ausdehnen der Ziehstange 16 in die Kunststoffvorform 22 dehnt axial die Seitenwand 56 der Kunststoffvorform 22 und löst den Start des Fluidkreislaufs aus.
Der Fluidkreislauf beinhaltet das Öffnen und Schließen der Steuerventile 42 und 52 und eines Steuerventils 58, um die Kunststoffvorform 22 blaszuformen und das Hochtemperatur-Fluid 46 über eine innere Oberfläche 59 der Kunststoffvorform 22 zu zirkulieren, wie in 2–4 gezeigt. Das Ausdehnen der Ziehstange 16 startet den Fluidkreislauf zur Zeit = t₀, wie in 5 gezeigt. Nach der Zeitverzögerung 62 von der Zeit = t₀ bis zu einer Zeit = t₁ wird das Steuerventil 52 geöffnet und das Hochtemperatur-Fluid 46 wird durch die zweite Einlassöffnung 26, durch den ringförmigen Kanal 32 und in die Kunststoffvorform 22 injiziert. Die Vorblasstufe 64 erfolgt während des axialen Dehnens der Kunststoffvorform 22 und dient dazu, die sich ausdehnende Kunststoffvorform 22 daran zu hindern, die Ziehstange 16 zu kontaktieren. Die Vorblasstufe 64 dient der Vorbereitung des Blasform-Prozesses 66 und ist von relativ kurzer Dauer. Zur Zeit = t₂ wird das Steuerventil 42 geöffnet und das Hochdruck-Fluid 38 wird durch die erste Einlassöffnung 24, durch den ringförmigen Kanal 32 und in die Kunststoffvorform 22 injiziert. Dieser Blasform-Prozess 66 findet statt, wenn die Kunststoffvorform 22 durch die Ziehstange 16 gegen den Boden der Blasform 12 gedrückt wird. Wenn das Hochdruck-Fluid 38 in die Kunststoffvorform 22 injiziert wird, während das Hochtemperatur-Fluid 46 nicht mittels des Steuerventils 52 abgestellt wird, bewirkt das Hochdruck-Fluid 38, dass sich das Rückschlagventil 54 schließt, was effektiv das Hochtemperatur-Fluid 46 abstellt, wie durch die gestrichelten Linien in 5 dargestellt. Das Hochdruck-Fluid 38, welches vorzugsweise bei einem Druck von 3500–4200 kPa vorliegt, bläst die Kunststoffvorform 22 auf und weitet diese in Übereinstimmung mit den Seitenwandflächen 17 und den Basisflächen 19. Wenn die Kunststoffvorform 22 gedehnt und geweitet wird, bildet sie den zweiachsig orientierten Kunststoffbehälter 40, welcher eine Seitenwand 56 und eine Basis 41 aufweist. Während des gesamten Blasform-Prozesses 66 werden die Seitenwände 17 der Blasform 12 bei einer Temperatur von ungefähr 120–250°C, vorzugsweise 130–170°C, gehalten, während die Basisflächen 19 der Blasform bei einer Temperatur von ungefähr 50–250°C, vorzugsweise 120–250°C gehalten werden.
Sobald der Kunststoffbehälter 40 vollständig gedehnt und geweitet worden ist, wird zur Zeit = t₃ das Steuerventil 58 geöffnet und das Steuerventil 42 geschlossen, während das Steuerventil 52 offen bleibt. Während des Zirkulationsprozesses 68 wird das Hochdruck-Fluid durch die Auslassöffnungen 34 der Ziehstange 16 entlassen. Darüber hinaus bedeutsam, wirken das Steuerventil 52 und das Steuerventil 58 zusammen, um das Hochtemperatur-Fluid 46 über eine innere Oberfläche 60 der Basis 41 des Kunststoffbehälters 40 zu zirkulieren. Das Hochtemperatur-Fluid 46 wird durch die Auslassöffnungen 34, durch den Kanal 35 in der Ziehstange 16 hinter das Steuerventil 58 und in den Auslassbereich (nicht gezeigt) hinein entlassen. Das Hochtemperatur-Fluid 46 kann durch den Filter 50 und das Heizelement 18 wiederverwertet werden, um Energie zu sparen.
Das Hochtemperatur-Fluid 46 wird über die innere Oberfläche 60 der Basis 41 des Kunststoffbehälters 40 für eine ausreichende Dauer zirkuliert, um es der inneren Oberfläche 60 der Basis 41 des Kunststoffbehälters 40 zu ermöglichen, eine Temperatur von mindestens 120°C zu erreichen. Somit wird die Kristallinität der Basis 41 des Kunststoffbehälters 40 auch durch thermische Prozessierung induziert, indem Wärme von einem inneren Abschnitt des Kunststoffbehälters 40 auf die innere Oberfläche 60 der Basis 41 des Kunststoffbehälters 40 appliziert wird. Die Dauer hängt von der Zusammensetzung des Hochtemperatur-Fluids 46, der Temperatur und dem Druck des Hochtemperatur-Fluids 46 und der Flussrate des Hochtemperatur-Fluids 46 über die innere Oberfläche 60 ab. Bei dem bevorzugten Verfahren handelt es sich bei dem Hochtemperatur-Fluid 46 um Luft bei einer Temperatur zwischen 200 und 400°C, vorzugsweise 285–370°C, und einem Druck zwischen typischerweise 700 und 2100 kPa, vorzugsweise 1750–2100 kPa, es können jedoch Drücke bis zu 4200 kPa verwendet werden. Andere Fluide, wie zum Beispiel Dampf sowie höhere Temperaturen und Drücke können verwendet werden. Bei den bevorzugten Werten, wird das Hochtemperatur-Fluid 46 für 1–15 s, vorzugsweise 3–7 s, über die innere Oberfläche 60 der Basis 41 des Kunststoffbehälters 40 zirkuliert, um die notwendige Wärmeenergie zu übertragen und um das geeignete Ausmaß von Kristallinität in dem Kunststoffbehälter 40 zu induzieren.
Somit wird die Kristallinität der Basis 41 des Kunststoffbehälters 40 durch thermische Prozessierung induziert, indem Wärme extern von den Basisflächen 19 des Formhohlraums 20 und intern durch die Zirkulation der Hochtemperatur-Luft auf die Basis 41 des Kunststoffbehälters 40 appliziert wird.
Nach Beendigung des Zirkulationsprozesses 68, zur Zeit = t₄, wird das Steuerventil 52 geschlossen und das Steuerventil 42 geöffnet. Während des Kühlprozesses 70 wird das kühlere Hochdruck-Fluid 38 über die innere Oberfläche 60 zirkuliert, um die Temperatur des Kunststoffbehälters 40 zu reduzieren. Die Temperatur des Kunststoffbehälters 40 muss auf eine Temperatur reduziert werden, welche es dem Kunststoffbehälter 40 ermöglicht, ohne jegliches Schrumpfen oder eine andere Verformung aus dem Formhohlraum 20 entfernt zu werden. Nach dem Kühlprozess 70 wird das Steuerventil 42 geschlossen und kurz danach, als Abschlussstufe 72, wird das Hochdruck-Fluid 38 entlassen, das Steuerventil 58 geschlossen, der Formhohlraum 20 geöffnet und der Kunststoffbehälter 40 entfernt. Dieser Gesamtprozess wird dann für die nachfolgende Herstellung von weiteren Kunststoffbehältern wiederholt. Da der Gesamtprozess in einer kurzen Zeitdauer abgeschlossen werden kann, stellt der Prozess ein effizientes und kostengünstiges Verfahren zum Herstellen von Kunststoffbehältern bereit, welche eine Basis 41 mit hoher Kristallinität aufweisen, welche es den Kunststoffbehältern ermöglicht, ihre Materialintegrität während jeglicher nachfolgender Heißbefüllungsprozesse und während eines Transports und einer Verwendung beizubehalten.
Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Kunststoffbehälter 40 derart hergestellt werden, dass er eine Basis 41 mit einer durchschnittlichen Dichte von mehr als 1,367 g/cm³ aufweist. Diese durchschnittliche Dichte entspricht ungefähr einer 30%-igen Kristallinität und ermöglicht es dem Kunststoffbehälter 40, seine Materialintegrität während nachfolgenden Heißbefüllungsprozessen und während eines Transports und einer Verwendung der Kunststoffbehälter 40 beizubehalten. Wie hierin verwendet, werden Kristallinitäten von mehr als 30% als „hohe Kristallinitäten" betrachtet. Andere durchschnittliche Dichten von mehr als 1,367 g/cm³, einschließlich 1,375 g/cm³ (ungefähr entsprechend 34,4% Kristallinität), 1, 38 g/cm³ (ungefähr entsprechend 38,5% Kristallinität), 1,385 g/cm³ (ungefähr entsprechend 42,6% Kristallinität) und sogar 1,39 g/cm³ (ungefähr entsprechend 46,7% Kristallinität) sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, ohne signifikant die visuell wahrnehmbare Transparenz oder Klarheit der Basis 41 der Kunststoffbehälter 40 zu beeinträchtigen.
Wie es in 6 gezeigt ist, kann der Kunststoffbehälter 40 derart hergestellt werden, dass er einen Abschnitt der Basis 41 mit einer Innenschicht 71 mit einer Innendichte, eine Mittelschicht 73 mit einer Mitteldichte und eine Außenschicht 75 mit einer Außendichte aufweist. Die Mittelschicht 73, welche nicht direkt durch die Applikation von Wärme von den Basisflächen des Formhohlraums oder von dem Innenbereich des Kunststoffbehälters aus beeinflusst ist, kann so schmal wie 1 % der Basis 41 oder so breit wie 98% der Basis 41 sein. Die Mittelschicht nimmt vorzugsweise ungefähr 40% der Basis 41 ein. Die Mitteldichte ist um mindestens 0,005 g/cm³ und stärker bevorzugt um mindestens 0,01 g/cm³ geringer als die Außendichte und die Innendichte.
Wie es in 7 gezeigt ist, ist ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung speziell an Mehr-Hohlraum-Maschinen anpassbar, welche mehr als einen Formhohlraum aufweisen, in welchem Dehnen und Blasen gleichzeitig stattfindet. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden das Hochtemperatur-Fluid 46 und das Hochdruck-Fluid 38 wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel bereitgestellt (und daher wird auf die obige Diskussion bezüglich desselben hingewiesen), außer dass sie über die Dehn/Blas-Stange 16' in Verbindung stehen. Entlang der Länge einer Dehn/Blas-Stange 16' befindet sich eine große Anzahl von Blasöffnungen 74 mit einem kleinen Durchmesser, vorzugsweise alle mit demselben Durchmesser. Die Öffnungen 74 führen das Hochtemperatur-Fluid 46 zu der inneren Oberfläche der Kunststoffvorform und führen das Hochdruck-Fluid 38 zu der inneren Oberfläche 60 der Basis 41 des Kunststoffbehälters 40. Der übereinstimmende und kleine Durchmesser der Öffnungen 74 erhöht die Geschwindigkeit, mit welcher die Fluide eingeführt werden und ermöglicht ferner einen gleichmäßigeren Ausstoß der Fluide entlang der Länge der Dehn/Blas-Stange 16'.
Das Entlassen des Hochtemperatur-Fluids 46 und des Hochdruck-Fluids 38 wird durch einen innerhalb der Blasdichtung 31 ausgebildeten Kanal 76 bewerkstelligt. Ein durch die System-Steuervorrichtung 43 gesteuertes Auslassventil 78 wird, wenn es erforderlich ist, während des Blasformprozesses geöffnet. Ein Auspufftopf oder Schalldämpfer 80 kann an dem Ende der Auslassleitung 82 angebracht sein, um Geräusche während des Entlassens zu reduzieren.
Eine weitere Abweichung von dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass das Vorblasfluid nicht mehr durch das Hochtemperatur-Fluid 46 bereitgestellt ist. Anstelle dessen wird ein Fluid 84 mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur aus einer Quelle 86, durch eine Leitung 88 und in die Kunststoffvorform 22 durch einen Kanal 90 bereitgestellt, welcher ebenfalls in der Blasdichtung 31 ausgebildet ist. Wie es in 7 gezeigt ist, wird das Vorblasfluid 84, vorzugsweise Luft bei Umgebungstemperatur und bei ungefähr 1400 kPa, durch das Öffnen eines Steuerventils 92 durch die System-Steuervorrichtung 43 während einer Vorwärtsbewegung der Dehn/Blas-Stange 16' und eines Dehnens der Kunstoffvortorm 22 bereitgestellt. Für eine maximale Kontrolle des Vorblasfluids 84 wird ein Steuerventil 92 für jeden Formhohlraum der Maschine 10 verwendet.
Wie in 8 gezeigt, wird das Steuerventil 92 zur Zeit = t₁ geöffnet und Vorblasfluid 84 wird durch den Kanal 90 in die Kunststoffvorform 22 injiziert. Diese Vorblasstufe 64' erfolgt während eines Dehnens der Kunststoffvorform 22 und dient dazu, die Kunststoffvorform am Kontaktieren der Dehn/Blas-Stange 16' zu hindern. Zur Zeit = t₂ wird das Steuerventil 92 geschlossen und das Steuerventil 42 geöffnet, um das Hochdruck-Fluid 38 durch die Dehn/Blas-Stange 16' zu injizieren und die Kunststoffvorform 22 in Übereinstimmung mit den Seitenwandflächen 17 und den Basisflächen 19 aufzublasen und zu weiten, wodurch der Kunststoffbehälter 40 ausgebildet wird, welcher eine Seitenwand 56 und eine Basis 41 aufweist. Zur Zeit = t₃ wird das Steuerventil 42 geschlossen.
Vorzugsweise wird irgendwann zwischen der Zeit = t₁ und der Zeit = t₃ das Steuerventil 52 durch die System-Steuervorrichtung 43 geöffnet. Auf diese Weise fließt, wenn das Steuerventil 42 zur Zeit = t₃ geschlossen wird, das Hochtemperatur-Fluid 46 unverzüglich durch die Öffnungen 74 und wird auf die innere Oberfläche 60 der Basis 41 des Kunststoffbehälters 40 geführt.
Der Rest der Prozessabfolge ist wie oben beschrieben und es wird auf diesen Abschnitt dieser Beschreibung verwiesen.
Die vorangegangene Diskussion offenbart und beschreibt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann wird leicht aus einer solchen Diskussion und aus den beigefügten Zeichnungen und Ansprüchen erkennen, dass Änderungen und Modifikationen an der Erfindung vorgenommen werden können, einschließlich eines Variierens des Zeitablaufs, ohne von dem wahren Geist und dem angemessenen Umfang der Erfindung, wie sie in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines hitzefestigenden Kunststoffbehälters (40) umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Formhohlraums (20), welcher Seitenwandflächen (17) und Basisflächen (19) aufweist; Bereitstellen einer Kunststoffvorform (22) innerhalb des Formhohlraums (20); Aufweiten und Dehnen der Vorform (22) in Übereinstimmung mit den Seitenwandflächen (17) und den Basisflächen (19), um den Kunststoffbehälter (40), welcher eine Seitenwand (56) und eine Basis (41) aufweist, auszubilden; und Induzieren von Kristallinität in der Basis (41) des Kunststoffbehälters (40), indem Wärme von den Basisflächen (19) des Formhohlraums (20) aus auf die Basis (41) des Kunststoffbehälters (40) angewendet wird, und indem Wärme von einem Innenabschnitt des Kunststoffbehälters (40) aus auf eine Innenfläche (60) der Basis (41) des Kunststoffbehälters (40) angewendet wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das Anwenden von Wärme aus dem Innenabschnitt des Kunststoffbehälters (40) ein Zirkulieren eines Hochtemperatur-Fluids (46) bei einem Druck in dem Bereich von 700 bis 4200 kPa durch den Innenabschnitt des Kunststoffbehälters (40) beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anwenden von Wärme von einem Innenabschnitt des Kunststoffbehälters (40) aus ein Verwenden von Konvektionswärmetransport beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zirkulieren eines Hochtemperatur-Fluids (46) ein Zirkulieren von Luft beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zirkulieren eines Hochtemperatur-Fluids (46) ein Zirkulieren eines Fluids mit einer Temperatur in dem Bereich von 200°C bis 400°C beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zirkulieren eines Hochtemperatur-Fluids (46) ein Zirkulieren eines Fluids für eine Dauer in dem Bereich von 1 Sekunde bis 15 Sekunden beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zirkulieren eines Hochtemperatur-Fluids (46) ein Zirkulieren eines Fluids in und aus dem Innenabschnitt des Kunststoffbehälters (40) beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zirkulieren eines Hochtemperatur-Fluids (46) ein Einführen eines Hochtemperatur-Fluids in den Kunststoffbehälter (40), während das Hochtemperatur-Fluid (46) auch aus dem Kunststoffbehälter (40) entlassen wird, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Einführen eines Hochtemperatur-Fluids (46) gleichzeitig mit dem Entlassen des Hochtemperatur-Fluids (46) geschieht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zirkulieren eines Hochtemperatur-Fluids (46) ein Lenken eines Fluids in Richtung der Innenfläche (60) der Basis (41) des Kunststoffbehälters (40) beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anwenden von Wärme von den Basisflächen (19) des Formhohlraums (20) aus ein Bereitstellen der Basisflächen (19) mit einer Temperatur in dem Bereich von 50°C bis 250°C beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Bereitstellen der Basisflächen (19) ein Bereitstellen der Basisflächen (19) mit einer Temperatur in dem Bereich von 120°C bis 250°C beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Induzieren von Kristallinität ein Induzieren von Kristallinität, um einen Kunststoffbehälter (40), welcher eine Basis (41) mit einer durchschnittlichen Dichte in dem Bereich von 1,367 g/cc bis 1,40 g/cc aufweist, hervorzurufen, beinhaltet.
Kunststoffbehälter (40) zum Aufbewahren eines Gutes, wobei der Behälter (40) eine Seitenwand (56) und eine Basis (41), welche sich allgemein von der Seitenwand (56) aus nach innen erstreckt und einen Boden des Behälters (40) abschließt, umfasst, gekennzeichnet durch: einen Abschnitt der Basis (41 ), welcher eine Innenschicht (71) mit einer Innendichte, eine Mittelschicht (73) mit einer Mitteldichte und eine Außenschicht (75) mit einer Außendichte aufweist, wobei die Innendichte und die Außendichte größer sind als die Mitteldichte und die Mittelschicht (73) eine Breite in dem Bereich von 1 % bis 98% einer Gesamtbreite der Basis (41) aufweist.
Kunststoffbehälter (40) nach Anspruch 13, wobei die Innenschicht (71), die Mittelschicht (73) und die Außenschicht (75) aus dem gleichen Material gebildet sind.
Kunststoffbehälter (40) nach Anspruch 14, wobei die Basis (41) aus PET-Material gebildet ist.
Kunststoffbehälter (40) nach Anspruch 13, wobei der Unterschied zwischen der Außendichte und der Mitteldichte mindestens 0,005 g/cc beträgt.
Kunststoffbehälter (40) nach Anspruch 16, wobei der Unterschied zwischen der Außendichte und der Mitteldichte mindestens 0,01 g/cc beträgt.