DE69328561T2

DE69328561T2 - Blasformling, verfahren und vorrichtung

Info

Publication number: DE69328561T2
Application number: DE69328561T
Authority: DE
Inventors: John Cahill; Christopher Mero
Original assignee: Pepsico Inc
Current assignee: Pepsico Inc
Priority date: 1992-09-22
Filing date: 1993-09-21
Publication date: 2000-09-07
Anticipated expiration: 2013-09-22
Also published as: DE69328561D1; HU217787B; HU9500829D0; US5547631A; EP0662037A1; ATE192381T1; WO1994006618A1; US5660905A; CZ292300B6; CZ71695A3; US5560943A; PL173243B1; HUT70707A; BR9307086A; AU5133893A; EP0662037A4; EP0662037B1; PL308177A1; DK0662037T3

Description

Blasform-Vorformling, Verfahren und Vorrichtungs

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Blasformen eines thermoplastischen Vorformlings in biaxial ausgerichtete, geformte Gegenstände und insbesondere ein Tempern von Polyethylenterephthalat-Mehrwegflaschen, welche einem Waschen und einer Wiederverwendung unterworfen werden.
Wiederbefüllbare Kunststoffflaschen verringern Mülldeponie- und Recyclingprobleme von Einweg-Kunststoffgetränkeflaschen und insbesondere von den Flaschen, die aus Polyethylenterephthalat oder PET hergestellt sind.
Eine wiederbefüllbare Kunststoffflasche muß über zahlreiche Waschvorgänge und Wiederbefüllungen ästhetisch ansprechend und funktional bleiben, wie in den US-Patenten Nr. 4,755,404, 4,725,464 und 5,066,528 diskutiert. Risse, Farbänderungen, Volumen oder Strukturänderung müssen minimiert werden.
Das US-Patent Nr. 4,385,089 lehrt, wie hohle, biaxial ausgerichtete, geformte Gegenstände aus Zwischenprodukten gebildet werden, welches Folien oder andere Formen, wenn warmgeformt, oder Rohlinge oder Vorformlinge, wenn spritzgegossen, spritzgeblasen oder extrusionsgeblasen, sein können. Der Vorformling kann hergestellt werden und sofort heiß verwendet werden oder kann gelagert und später wieder auf eine Temperatur mit ausreichender Elastizität erwärmt werden, um in eine Flasche oder eine andere Form durch Ziehen und Blasen in einer gekühlten Form geformt zu werden, um die Endform des Gegenstandes zu erhalten. Der Vorformling wird als nächstes oft einer Wärmebehandlung gut oberhalb der Glasübergangstemperatur des Thermoplasten unterworfen, um die Festigkeit und Beständigkeit gegenüber Gasverlust des Gegenstandes zu erhöhen. Die Wärmebehandlung verhindert auch eine Verformung, wenn die Flasche wiederverwendet wird, einschließlich einer Verformung während einer heißen alkalischen Wäsche.
Bezüglich weiterer Wärmebehandlungspatente siehe US-Patent Nr. 4,233,022 und darin zitierte Patente. Das '022-Patent lehrt die Verwendung einer Blasform, die vier Abschnittselemente umfaßt, die jeweils durch Isolationsabschnitte getrennt sind, die zum Wärmebehandeln geblasener Flaschen bei einer Temperatur im Bereich von 150ºC bis 220ºC verwendet werden.
Das US-Patent Nr. 5,085,822 lehrt, daß es alt ist, in eine Form bei 130ºC zu blasen und auf 100ºC zu kühlen, um eine Verformung bei der Entformung des Behälters aus der Form zu verhindern. Auch wird gelehrt, einen Behälter in der Blasform zu belassen und zu wärmen, um Spannungen abzubauen, und wobei man nachfolgend den verformbaren Behälter in eine separate gekühlte Form zur Verfestigung überführt. Das "822"-Patent hält den geformten Behälter für einen vorgegebenen Zeitraum, um den Behälter heiß zu stabilisieren, dem eine Einbringung eines Kühlfluids in die Flasche folgt. Auch ist die Wärmestabilisierung eines geblasenen Behälters in einer getrennten Form offenbart.
Das US-Patent Nr. 4,505,664 lehrt ein Transportieren des Blashohlraums und des geblasenen Gegenstandes zu einer zweiten Station, wo ein Medium durch den Gegenstand zirkuliert wird.
Das US-Patent Nr. 4,488,279 richtet den Gegenstand biaxial aus, welcher dann wärmestabilisiert werden kann.
Das US-Patent Nr. 5,080,855 lehrt blasgeformte Gegenstände, welche in einer zweiten Form wärmestabilisiert werden können. Siehe auch die US-Patente Nr. 4,485,134, 4,871,507 und 4,463,121, welche auch das Wärmebehandeln biaxial ausgerichteter Flaschen diskutieren.
Das US-Patent Nr. 4,572,811 lehrt das Wärmebehandeln eines PET-Behälters, um eine sphärolithische, opake Textur zu bilden, von der wir gefunden haben, daß diese zu Spannungsrissen führt, wenn die Flaschen recycled werden.
Das US-Patent Nr. 4,588,620 lehrt Vorformlinge mit einer dünneren Bodenwandung und welche eine längere oder tiefere Streckung der Schulter und der Seitenwandbereiche erlaubt.
Während es bekannt ist, Vorformlinge unter Verwendung von Druck biaxial zu strecken, haben wir herausgefunden, daß das Tempern des geblasenen Vorformlings ein entscheidender Faktor beim Herstellen von Flaschen für kohlensäurehaltige Getränke ist, die wiederbefüllbar sind.
Aus der GB 2 009 029 A ist ein Verfahren zum Herstellen einer Flasche aus gesättigtem Polyesterharz aus einem röhrenförmigen Flaschenrohling, der aus gesättigtem Polyesterharz hergestellt ist, bekannt, der umfaßt einen ersten Schritt des Wärmens des Flaschen rohlings auf eine Temperatur, die für eine biaxiale Ausrichtung und Erhärtung desselben in einer erwärmten Form zum Blasformen geeignet ist, einen zweiten Schritt zum Blasen von Druckgas in den Flaschenrohling, während ein Extrudierstab in den Rohling nach unten eingebracht wird, um eine biaxiale Ausrichtung zu bewirken, einen dritten Schritt des Wärmens der Flasche auf eine Temperatur, die höher als die Temperatur, auf die der Flaschenrohling erwärmt wurde, ist, während man einen Gasdruck in der Flasche hält, um eine Wärmestabilisierung nach der Bildung der Flasche durch die biaxiale Ausrichtung zu bewirken und einen vierten Schritt des Absenkens der Temperatur der Flasche und Ausformen der Flasche aus der Form.
Aus der DE 23 39 019 A 1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Blasformen eines hohlen Behälters aus einem Vorformling bekannt, bei dem ein oder mehrere Temperformen verwendet werden, um den Vorformling vor dem Blasformen desselben in den fertigen Behälter zu tempern. Die Temperform kann verschiedene Längsabschnitte zum Bilden eines longitudinalen Temperaturprofils umfassen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die während des biaxialen Streckens des Vorformlings auf die Flaschenform erzeugten Spannungen zu verringern.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren, wie es definiert in Anspruch 1 ist, und die Vorrichtung, wie diese in Anspruch 4 definiert ist, gelöst.
Ein heißer Vorformling, etwa 90ºC bis 110ºC, wird schnell gegen die Innenfläche der warmen Form ausgedehnt und dort durch den Innendruck gehalten, bis die Temperatur des geformten Behälters die Temper-Temperatur der Formenwand in der wenigstens Ummantelung bei den Hals-Schulter- und Körperbereichen der Flasche erreicht. Der Boden-Endbereich, welcher relativ dick und amorph ist, wird so schnell wie möglich gekühlt, um die Basistemperatur auf unterhalb der Temper-Temperatur der Körperwand zu senken.
Bereiche des Formenabschnitts weisen Kanäle auf, um warmes Wasser durch die Formenwand zu leiten, um die Wandtemperatur zu regeln und um den geblasenen Gegenstand bei der gewünschten Temperatur zu tempern.
Jeder Bereich stößt im wesentlichen an und kontaktiert meistens die angrenzenden Bereiche, so daß die Temperatur der Formenwand in der Nähe des Randes von jedem Abschnitt ein graduelles Temperaturprofil aufweist und scharfe Temperaturunterschiede vermeidet, welche die Flasche beanspruchen und zu einem Flaschenschaden während der Wiederverwendung führen können. Der Körperbereich der Form wird bei etwa 80ºC unter Verwendung von 80ºC warmen Wasser gehalten. Der Hals-Schulter-Bereich wird bei 70ºC oder darunter, üblicherweise bei etwa 60ºC, unter Verwendung von warmem Wasser gehalten. Diese Temperaturen senken schnell die geblasene thermoplastische Temperatur für PET von gerade oberhalb der Glasübergangstemperatur auf 80ºC bei der Seitenwand und auf 60ºC bei dem oberen Wandbereich, wodurch man den Behälter tempert und Spannungen verringert. Der Boden-Endbereich des geformten Gegenstandes wird mit kaltem Wasser gekühlt, um die dickere Basis auf unter 80ºC, üblicherweise auf unter 70ºC, zu verringern.
Der Vorformling wird mit einer innen und außen gleichmäßig verjüngten Wand konstruiert, wobei sich die Wanddicke vom Hals zur Seite oder zum Körperbereich des Vorformlings um wenigstens das Zweifach erhöht.
Fig. 1 zeigt einen Vorformling mit einer verjüngten Wand vor dem Blasformen und Tempern.
Fig. 2 zeigt einen Blasformabschnitt, in dem, wenn dieser mit einem weiteren, gegenüberliegenden Bereich geschlossen ist, der Vorformling schnell ausgedehnt wird, und veranschaulicht die drei temperaturgesteuerten Bereiche der Form, die für das Tempern verwendet werden.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das die verschiedenen Schritte des Verfahrens und Merkmale der Vorrichtung veranschaulichen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Tempern eines blasgeformten, thermoplastischen Gegenstandes unmittelbar nachdem der Vorformling auf die Form der Blasform geblasen ist. Anders als eine Heißform zur Wärmebehandlung zu verwenden, wo ein Ankleben resultieren kann, oder eine Kaltform, um den geblasenen Gegenstand schnell abzukühlen, wo Spannungen entwickelt werden können, wird der Seiten- oder Körperbereich der Formwände, der obere Flaschen- oder Hals-Schulter- Bereich der Formwände und der Boden- und Schulterbereich der Formwände jeweils geregelt, um die Wand-Temperatur zu verringern und zu regeln oder um die Flaschenwand zu tempern, was die Spannungen, die während des biaxialen Streckens des Vorformlings auf die Flaschenform, erzeugt werden, zu verringern und auszugleichen. Die Temper- Temperatur ist kühl genug, um die Flasche aus der Form ohne Verformung entformen zu können.
Die hier beschriebene Flasche ist eine 1,5 l-Flasche für kohlensäurehaltige Getränke, welche weiterbehandelt werden kann oder welche man abkühlen läßt, lagert und später mit dem Produkt befüllt. Die Flasche kann unter Verwendung von heißer Lauge gereinigt und wieder verwendet werden. Verschiedene Flaschengrößen sind möglich, indem man entsprechende Änderungen bei der Größe des Vorformlings und der Blasform vornimmt.
Der Vorformling 1 ist in Fig. 1 gezeigt, wobei ein Viertel des Vorformlings in einer Ebene senkrecht zu dem Papier, die als A-A gezeigt ist, und in der Ebene des Papiers herausgeschnitten ist, wobei man den Quadranten, der mit 3 gekennzeichnet ist, exponiert, mit einer relativ dünnen Verschlußkappenfläche 5, welche zu dem Halsbereich 63 in Fig. 2 wird, einem verjüngten Bereich, der als 7 und 13 gezeigt ist, welcher, wenn dieser in eine Flasche gezogen und geblasen wird, die sich langsam verjüngende Flaschenfläche, die in Fig. 2 bei 27 gezeigt ist, des Hals-Schulter-Bereichs 22 der Form bildet. Es gibt eine relativ lange Wand 9, welche in die lange Flaschenwand, die mit 28 in Kontakt steht, die in dem Körperbereich 20 der Form in Fig. 2 gezeigt ist, gezogen und geblasen wird. Die Basis 11 des Vorformlings kann zu Beginn weniger Thermoplast als die Seitenwände 9 enthalten, wobei diese nach dem Blasformen in eine Flasche relativ dicker als die Seitenwände und schwieriger zu kühlen ist und die Oberfläche 29 im Boden und Schulterbereich 24 der Form, die in Fig. 2 gezeigt ist, kontaktieren würde. Der Grad des Verjüngens auf der Innenoberfläche 13 und der Außenoberfläche 7 des Vorformlings aus Fig. 1 ist ausgedehnt und ausreichend, um die Wanddicke vom Hals zum Körper wenigstens zweifach zu erhöhen.
Bei der 1,5 l-Flasche hat das obere Ende des Halses oder der Kappe 2 des Vorformlings aus Fig. 1 eine Dicke von 2,1 mm und der Hals hat eine Länge von 28 mm vor dem Anfang des verjüngten Bereichs. Die Dicke am Anfang der Verjüngung bei 4 beträgt 2,75 mm und 6,9 mm, was bei 6 bei der Körperwanddicke gezeigt ist. Der verjüngte Bereich ist 20 mm lang und die konstante Umfangslänge des Körperbereichs beträgt 94 mm. Die Wanddicke am engsten Bereich des Bodens des Vorformlings beträgt 4 mm.
Unter Bezugnahme nun auf Fig. 2 ist dort ein Formbereich 21 mit vier Formabschnitten 20, 22, 24 und 60 gezeigt, welche in zusammenwirkender und üblicherweise benachbarter Beziehung zu wenigstens einem der anderen Formabschnitte stehen und eine Hälfte einer Hohlform umfassen, welche, wenn diese geschlossen ist, die allgemeine Form, die durch die mit 25, 27, 28 und 29 gekennzeichnete Linie gezeigt ist, welche eine Hohlraumoberfläche, die allgemein als 62, 42, 26 und 52 gezeigt ist, umreißt, bildet. Der Hohlraum wird üblicherweise durch Herstellen eines Formabschnitts in der Form der Flasche gebildet, als wenn die Flasche entlang ihrer Achse B-B in zwei gleiche Volumina geteilt würde. Natürlich können mehr Abschnitte verwendet werden, wenn es gewünscht ist, solang sie, wenn diese geschlossen sind, einen Hohlraum mit der Form der gewünschten Flasche bilden.
Bestimmte Oberflächenverzierungen können hinzugefügt werden, wie dies bei 31, 33 und 35 gezeigt ist. Kleine Öffnungen 37, um Gase zu entfernen, können oder können nicht bei dem fertigen geblasenen und getemperten Behälter bemerkbar sein.
Warmwasserkühlkanäle, von denen einer bei 30 gezeigt ist, sind über den Körperbereich 26 des Hohlraums in Fig. 2 gleich beabstandet. Diese Kanäle sind mit einer Warmwasserversorgung, die 80ºC Wasser enthält, welches durch die Metallkörperformabschnitte, die als 20 gezeigt sind, zirkuliert wird, verbunden. Jeder Kanal kann miteinander entweder in Reihe oder paralleler Beziehung miteinander verbunden werden und hält die Oberfläche des Formhohlraums 26 während des Betriebs bei etwa 81ºC, wobei die Wände etwas heißer als die Wasserversorgung sind, was von dem Kontakt mit dem heißeren geblasenen Vorformling resultiert. Das warme Wasser wird durch 32 und hoch durch den Kanal 30 und heraus durch 34 zu einem weiteren, nicht gezeigten Kanal im Reihenbetrieb oder zu einem nicht gezeigten Verteiler für einen Parallelbetrieb geleitet. Die Größe des Kanals wird durch die Wärmemenge, die entfernt werden soll, und die Wärmeübergangseigenschaften der Form bestimmt und kann durch den Fachmann ermittelt werden.
Der Hals-Schulter-Bereich des Formabschnitts, der bei 22 gezeigt ist, einschließlich der oberen Wandoberfläche 42, wird bei etwa der Temperatur des warmen Kühlwassers gehalten. Warmwasser unterhalb von 70ºC und üblicherweise von etwa 60ºC wird durch die Kühlkanäle, die allgemein bei 40 als punktierte Linien gezeigt sind, geleitet. Der Einlaß 44 und der Auslaß 46 können parallel oder in Reihe verbunden werden, wenn es gewünscht ist. Der Hals-Schulter-Bereich 22 wird normalerweise auf etwa 60ºC gekühlt, was die Entformung der Flaschen aus der Form ohne Verformung ermöglicht.
Der Boden-Endbereich 24 des Formenabschnitts 21 wird auch durch Kaltwasser gekühlt, das durch Kanäle, die als 50 gezeigt sind, auf eine ähnliche Art wie die der anderen Bereiche der Form geleitet wird. Kaltes Wasser wird verwendet, um die Flaschenwand, die in Kontakt mit der Oberfläche 52 steht, so schnell wie möglich auf die thermoplastische Wandtemperatur unterhalb von 80ºC, bevorzugt auf unterhalb von 70ºC, zu erniedrigen.
Ein vierter Formbereich 60 ist um den Halsbereich des Vorformlings gezeigt, welcher üblicherweise nicht erwärmt oder gekühlt wird und kühl und amorph bleibt. Wenn es gewünscht ist, können Wärme- oder Kühlkanäle oder äquivalente Wärme- oder Kühlmittel bereitgestellt werden.
Offensichtlich können die Formbereiche 60, 20, 22 und 24 des Formabschnitts 21 in einem äußeren hydraulischen Formsystem, das wenigstens einen Teil der als 70 gezeigten Außenwand des Formabschnitts 21 umgibt, enthalten sein. Wenn es gewünscht ist, können Kanäle zum Regeln der Formwandtemperatur in dem äußeren Formsystem zusätzlich zu oder alternativ zu den Kanälen in den Formabschnitten 60, 20, 22 und 24 enthalten sein.
Die Formbereiche werden üblicherweise aneinander befestigt oder an ein Außenformsystem durch Mittel, die dem Fachmann bekannt sind und nicht gezeigt sind. Die Formbereiche stoßen im wesentlichen aneinander an und berühren meistens einander bei 74, 76 und 78, ohne Verwendung einer Isolierung, was es dem Metall in benachbarten Formbereichen ermöglicht, eine Temperatur zu erreichen, welche sich allmählich in dem Bereich von 74, 76 und 78 ändert, wobei man Spannungen, die durch den Unterschied bei der Temperatur der Formmasse der Bereiche 20, 22, 24 und 60 verursacht wird, verhindert.
Während Wasser als das gewöhnliche Wärmeübertragungsfluid beschrieben wird, kann jedes geeignete Öl oder andere Fluid verwendet werden. Andere geeignete Wärme- oder Kühlmittel, die dem Fachmann bekannt sind, können anstelle und in Verbindung mit dem Wärmeübertragungsfluid verwendet werden. Eine Widerstandsheizung kann z. B. in dem Körperbereich verwendet werden. Die Kühlkanäle können von jeder gewünschten Form und Konfiguration sein, sind aber im allgemeinen kreisförmig und gehen gerade durch den Formbereich. Wenn der Kanal ausgelegt ist, um an einen weiteren Bereich der Form anzustoßen, können andere Formen ohne weiteres gebildet werden, wie die, die als 50 in Fig. 2 gezeigt sind.
Im Betrieb kann der Temperprozeß als Teil eines Dreh- oder linearen Blasformverfahrens verwendet werden. Wir bevorzugen eine lineare Konfiguration von stationären Formen, aufgrund der Einfachheit des Zuführens des Wärmeübertragungsfluids durch stationäre Leitungen und die begrenzte Anzahl von Flaschen, die hergestellt werden, sollte da ein mechanisches Versagen sein oder Probleme auftreten. Jedoch können Drehtemperkonfigurationen verwendet werden, wenn es gewünscht ist, und einen höheren Ausstoß an Flaschen für eine gegebene Betriebsfläche ergeben.
Unter Bezugnahme nun auf Fig. 3 werden Vorformlinge 81 mit Raumtemperatur zu einer Vorformling-Zuführeinheit 80 transportiert. Die Vorformlinge werden am Hals 5 aus Fig. 1 gegriffen und auf Transportdornen bei 82 angeordnet. Die Vorformlinge werden durch Infrarotquarzheizungen bei 84 geführt, um die Seitenwände und den Boden 7, 9 und 11 aus Fig. 1 auf die richtige Temperatur zum Blasen zu bringen, üblicherweise von etwa 90 bis 110ºC. Die Vorformlinge läßt man bei 86 äquilibrieren, so daß die Wärme durch den Vorformling fließt, wodurch man die hohe Oberflächentemperatur verringert und die Vorformlingtemperatur über dessen Wanddicke einstellt. Von dort werden die Vorformlinge zu einer Blasstation 88 überführt, wo sie unter Verwendung von Hochdruckluft oder anderem Gas gegen zwei geschlossene Formen geblasen werden, wobei eine als 21 in Fig. 2 gezeigt ist. Die axiale Richtung wird auch allgemein über mechanische Mittel, wie beispielsweise Streckstempel, welche das geschlossene Ende des Vorformlings zu dem Boden der Blasform treiben, gestreckt. Der geblasene Gegenstand wird in der Blasform 88 getempert auf unter 95ºC, bevorzugt etwa 65ºC bis 85ºC, bevorzugt etwa 80ºC in dem Körperbereich 20 aus Fig. 2, auf unter 70ºC und üblicherweise bei 60ºC im Hals-Schulter-Bereich 22 aus Fig. 2 geregelt, und auf unter 70ºC im Basis- und Schulterbereich 24 aus Fig. 2. Üblicherweise werden bis zu 25 Sekunden, bevorzugt bis zu 10 Sekunden erfordert, um den ausgedehnten Thermoplast gegen die segmentierten Formbereiche zu halten, um die gewünschte Wandtemperatur von 80ºC für die Hauptwandoberfläche 26 im Bereich 20 aus Fig. 2, auf unter 70ºC in der oberen Wandoberfläche 42, bevorzugt 60ºC im Abschnitt 22 aus Fig. 2 und auf unter 70ºC in der Basis und Endfläche 52 des Abschnitts 24 aus Fig. 2 richtig zu erreichen. Die Flaschen 89 in Fig. 2 verlassen die Blasstation und gehen weiter zu einer weiteren Behandlung wie beispielsweise einer Luftkühlung und Lagerung, die das Füllen vorbereiten. Die Dornen 87 werden zu der Ladestation zurückgeführt.
In einem Drehsystem werden die Vorformlinge der Ladestation zugeführt. Bei der Ladestation werden die Vorformlinge auf die Transportdornen geladen. Eine drehende Heizvorrichtung ist mit einer Anzahl von Stationen, die die Transportdornen halten, wenn diese in die Vorderseite der Heizvorrichtungseinheiten eintreten. Die Vorformlinge können dann um ihre eigene Achse gedreht werden, um ein gleichmäßiges Erwärmen sicherzustellen. Infrarotquarzlampen werden getrennt geregelt, um das gewünschte Temperaturprofil für jeden Vorformling zu erhalten. Während die Hauptmasse der Körperseitenwand bei einer Temperatur von etwa 90ºC bis 110ºC für PET betragen sollte, können Temperatureinstellungen vorgenommen werden, um die besten Vorformling- Blasbedingungen sicherzustellen.
Die Vorformlingtemperatur wird als nächstes mittels Durchleiten der Vorformlinge durch ein Ausgleichrad ausgeglichen, welches eine Kühlung des Halses aufweisen kann, um sicherzustellen, daß der Halsbereich für das Blasen kalt ist. Das Ziel des Ausgleichrads ist es, Zeit bereitzustellen, damit die Temperatur über die Wanddicke gleich wird bzw. ausgeglichen wird. Von dem Ausgleichrad werden die erwärmten Vorformlinge überführt und in Position in jeweils einer Anzahl von wassergekühlten Formstationen festgelegt. Die Formhälften werden pneumatisch betätigt und an Ort und Stelle verschlossen. Der Vorformling wird unter Verwendung eines Streckstempel gestreckt, während hoher Luftdruck mit 27,6 bis 41,4 bar (400 bis 600 psi) verwendet wird, um den Vorformling schnell gegen die innere Formoberfläche auszudehnen. Die geblasene Flasche wird gegen die segmentierten Formabschnitte, die in Fig. 2 gezeigt sind, bis zu 25 Sekunden, bevorzugt bis zu 10 Sekunden und normalerweise etwa 2 bis 6 Sekunden gehalten, um die Flaschenwandtemperatur auf die gewünschte Temper-Temperatur zu bringen.
Bei der linearen Version des Verfahrens sind die Formen stationär und die Vorformlinge rasten in der Form ein, welche mechanisch oder hydraulisch geschlossen wird.
Das Verfahren ist besonders verwendbar für Polymere, welche allgemein aus einem amorphen bis kristallinen Zustand wie beispielsweise Mono- und Copolymere von Ethylenglycolterephthalsäureestern, die allgemein als Polyethylenterephthalat oder PET bekannt sind, geblasen werden.
Die biaxiale Ausrichtung der Gegenstände, insbesondere Flaschen, die für stille oder kohlensäurehaltige Getränke verwendbar sind, wird von einem Strecken des thermoplastischen Materials, wie beispielsweise PET, in die axiale und Ringrichtungen (hoop directions) gleichzeitig begleitet, wenn der Gegenstand geformt wird. Häufig wird das Strecken in die axiale Richtung von einem mechanischen Stab unterstützt, der verwendet wird, um das geschlossene Ende eines Vorformlings gegen die Basis einer Form zu drücken, wenn ein hoher Innendruck an den Vorformling angelegt wird, um diesen sowohl in die Ring- als auch in die axiale Richtung zu strecken. Der Vorformling wird gegen die äußeren Formoberflächen gedrückt, um den Gegenstand zu formen und den Gegenstand bei etwa 95ºC oder darunter zu tempern, was diesen weiter verfestigt und Spannungsrisse und andere Probleme verhindert.
Die biaxiale Ausrichtung verleiht dem Gegenstand hervorragende Eigenschaften wie beispielsweise Festigkeit und Beständigkeit gegenüber Gasverlust. Das Strecken mit unmittelbarer Kühlung (oder das Strecken in einer Hochtemperaturform zur Wärmestabilisierung, indem man weitere Kristallisation entwickelt) läßt den Gegenstand unter einer großen Spannung, welches eine übermäßige Schrumpfung bei der Wiederverwendung verursacht. Flächen, die eine dickere Ummantelung aufweisen, wie beispielsweise das Bodenende und der Hals, haben eine geringere oder gar keine Ausrichtung und Kristallinität, und der Gegensatz zwischen den amorphen und kristallinen Bereichen verursacht Spannungsrisse bei der Wiederverwendung dieser Flaschen. Dieses Problem wird gelöst, indem man ein Tempern durchführt. Die Vorformlinge werden auch häufig mit Wärme profiliert bei verschiedener Temperatur, um die Wanddickenverteilung in dem fertigen Gegenstand zu verbessern und dieses verursacht weitere Spannung in den Wänden des geblasenen Gegenstandes.
Diese Erfindung ist auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verringern von Wandspannung in Gegenständen, wie beispielsweise Flaschen gerichtet, indem man den geblasenen thermoplastischen Gegenstand einem unmittelbaren und sofortigen Tempern unterwirft, indem man die Wandtemperatur der Blasform so regelt und steuert, daß der Körper oder der Hauptwandbereich des Gegenstandes, welcher dem größten biaxialen Strecken und der Kristallisierung unterworfen wurde, auf 65ºC bis 85ºC und bevorzugt auf etwa 80ºC erniedrigt wurde, indem man die Formwand in Kontakt mit dem Bereich des Gegenstandes bei dieser Temperatur hält. Der obere Bereich der Wand in der Nähe des Halses, der hier als der Hals-Schulter-Bereich bezeichnet wird, wird auf 70ºC oder weniger, üblicherweise etwa 60ºC erniedrigt, während der untere oder Bodenbereich der Flasche, der hier als der Boden-Endbereich bezeichnet wird, auf unter 85ºC und bevorzugt auf unter 70ºC unter Verwendung von kaltem Wasser verringert wird, da die Flasche an diesem Punkt am dicksten und am schwierigsten zu kühlen ist.
Das thermoplastische Material wird normalerweise bei einer Temperatur geblasen, welche in Abhängigkeit von dem Polymer variiert, welche aber im allgemeinen zwischen 90ºC und 110ºC für PET liegt. Dies bedeutet, daß üblicherweise eine beträchtliche Wärme von dem Gegenstand durch Kühlen der Form auf die gewünschte Temper-Temperatur abgeführt werden muß. Die Temper-Temperatur der Flaschenwand ist die Temperatur, bei der die Flasche aus der Form ohne Verformung entformt werden kann. Man könnte unser Verfahren als Warmblasen bezeichnen, da die Formoberflächen in dem Körper- und Hals- Schulter-Bereich warm sind. Normale Verfahren verwenden eine kalte Form, die so schnell wie möglich gekühlt wird.
Wir haben herausgefunden, daß ein Tempern der geblasenen Flasche bei etwa 65ºC bis 85ºC, was von dem Bereich der Flasche abhängt, einem ermöglicht, die Flaschen wiederzuverwenden, einschließlich diese bei 60ºC zu reinigen, ohne daß man die Festigkeit, die während des biaxialen Streckens und der Temperbehandlung entwickelt wurde, verliert. Das Temperverfahren verstärkt zusätzlich zur Verringerung der thermischen Spannung und der biaxialen Spannungsunterschiede auch die Flasche, macht diese beständiger gegenüber Spannungsrissen und verbessert die Gasbarriere- Eigenschaften.
Der Kontaktzeitraum zwischen der warmen Form und dem hohlen geformten heißen Gegenstand hängt von der Dicke der Wände und der Zeit ab, die erforderlich ist, um die Wandtemperatur auf den gewünschten Bereich von 65ºC bis 85ºC zu verringern. Bis zu 25 Sekunden Verweilzeit sind ausreichend, wobei 1 bis 10 Sekunden bevorzugt sind. Üblicherweise sind 3 bis 6 Sekunden ausreichend, um den Basis-Schulter-Bereich der Wand (der dickste Teil) auf 70ºC oder weniger zu erniedrigen.
Verschiedenartige Bereiche der segmentierten Form können gekühlt werden, üblicherweise durch warmes Wasser, wobei der Basis-Endbereich mit kaltem Wasser gekühlt wird. Während andere Kühlfluide verwendet werden, können wie auch jedes andere Verfahren zum schnellen und wirksamen Abführen von Wärme, haben wir herausgefunden, daß Wasser gut funktioniert.
Das Verfahren gemäß dieser Erfindung kann mit jedem thermoplastischen Gegenstand durchgeführt werden, bei dem ein Tempern erforderlich ist und eine Wiederverwendung wahrscheinlich ist. Das Verfahren tempert den thermoplastischen Gegenstand bei einer Temperatur über der, die wahrscheinlich bei dem Waschen des Gegenstandes verwendet wird, allgemein wenigstens 5ºC oder 10ºC über der höchsten beabsichtigten Waschtemperatur. Im allgemeinen wird für PET die Temperatur des Körpers des Gegenstandes auf 85ºC verringert, bevorzugt etwa 80ºC, während der Hals-Schulter-Bereich auf etwa 70ºC erniedrigt wird, und der Basis- und Schulter-Bereich auf 70ºC oder weniger erniedrigt wird.
Das Verfahren gemäß dieser Erfindung kann auch bei mehrschichtigen Gegenständen, die thermoplastische Materialien, insbesondere PET, enthalten, verwendet werden.
Das Verfahren gemäß dieser Erfindung erhält eine hohe Transparenz, baut Spannungen ab, verhindert die Spannungsrißbildung und verbessert die Abmessungsstabilität in dem Temperaturbereich, der zum Füllen oder Reinigen des geformten Gegenstandes verwendet wird.

Claims

1. Verfahren zum Tempern von PET-Flaschen, das umfaßt:

Blasformen eines PET-Vorformlings (1), um eine längliche, biaxial gestreckte Flasche zu formen, und sofortiges Tempern der Flaschenwände, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperverfahren umfaßt

ein Erniedrigen der Temperatur des Hals-Schulter-Bereichs (27) der Flasche auf unter 70ºC und Erniedrigen der Temperatur des Körperbereichs (28) der Flasche auf 65ºC bis 85ºC und Erniedrigen der Temperatur des Boden- und Endbereiches (29) der Flasche auf unter 80ºC und nachfolgend ein sofortiges Entnehmen der Flasche aus der Form (70).

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Temperatur des Körperbereichs (28) auf etwa 80ºC erniedrigt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Temperatur unter Verwendung von Wasser erniedrigt wird.

4. Vorrichtung zum Tempern und Blasen eines thermoplastischen, biaxial orientierten Behälters umfassend:

eine Blasform (70) mit Abschnittselementen, welche zusammenwirkend einen inneren Hohlraum mit einer länglichen Achse definieren und wesentlich zu der Form eines geblasenen thermoplastischen Gegenstandes beitragen, der ein hohler Behälter mit einem Halsbereich (63), einem Hals-Schulter-Bereich (27), einem Körperbereich (28) und einem Boden- und Endbereich (29) ist, wobei die Abschnittselemente wenigstens drei thermisch geregelte, im wesentlichen aneinanderstoßende Bereiche (20, 22, 24) in zusammenwirkender Beziehung zueinander entlang der Längsachse aufweisen;

Mittel zum Laden eines Vorformlings und Schließen der Abschnittselemente der Form;

Mittel zum Expandieren des Vorformlings (1), um einen Behälter zu formen; gekennzeichnet durch

Mittel zum Tempern des Hals-Schulter-Bereichs (22) der segmentierten Form (70) auf eine Temperatur von nicht mehr als etwa 70ºC;

Mittel zum Tempern des Körperbereichs (20) der segmentierten Form (70) auf eine Temperatur von nicht mehr als etwa 85ºC;

Mittel zum Tempern des Boden- und Endbereichs auf eine Temperatur von unter etwa 70ºC; und

Mittel zum Entformen des getemperten Behälters.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, die Mittel zum Regeln der Abschnittselemente, welche die Form des Halsbereichs (63) der Blasform auf eine Temperatur von nicht mehr als etwa 80ºC angleichen, umfaßt.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei die thermisch geregelten Bereiche (20, 22, 24) der Blasform (70) einander berühren, um eine konturierte Temperaturänderung zwischen den Behälterbereichen, die in Kontakt mit den thermisch geregelten Abschnittsbereichen der Form sind, zu bewirken.