DE69838178T2

DE69838178T2 - Verfahren und gerät zur patiellen kristallisierung amorpher kunststoffgegenstände

Info

Publication number: DE69838178T2
Application number: DE69838178T
Authority: DE
Inventors: Michael King City KOCH; Robert Toronto SCHAD; Laura Brampton MARTIN; James Brampton SYKES; Dan Etobicoke STRACOVSKY; Bruce Georgetown Catoen
Original assignee: Husky Injection Molding Systems Ltd
Current assignee: Husky Injection Molding Systems Ltd
Priority date: 1997-04-16
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2018-04-10
Also published as: CN100441391C; EP1825988B1; CN101402249A; US20010028930A1; ATE368559T1; CN1252023A; CA2494247C; CN1362322A; DE69838178D1; EP1825988A1; CA2494248A1; CN101402250A; CN1520989A; CN1810486A; CA2494247A1; CA2451119C; CN1231341C; EP1019234A4; HK1067875A1; CN101402249B

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Form zum Formen eines spritzgegossenen Kunststoffgegenstandes mit amorphen und kristallisierten Teilen, die aus der Schmelzphase des Kunststoffharzes erzeugt werden, wie dies in den Ansprüchen 1 und 10 definiert ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine neue Teilkristallisation, die vollständig oder teilweise innerhalb einer Form erzielt wird, die besonders zum Spritzgießen von Polyethylenterephthalat (PET)-Vorformlingen angewendet wird, die einen kristallisierten Halsteil und einen amorphen Körperteil haben. Diese Art von Vorformling wird weiter zu einem biaxial orientierten Behälter mit verbesserten Festigkeitseigenschaften in der erwünschten Kristallisationszone geblasen. Die Erfindung ist auf Vorformlinge anwendbar, die aus einem einzigen oder mehreren Materialien bestehen. Die früheren Spritzgieß- und Blasformungsverfahren für PET-Vorformlinge ergeben kristallisierte Teile, die aus der Glasphase durch lokales Erhitzen und nachfolgendes Abkühlen erzeugt werden. Die vorliegende Erfindung lehrt die Anwendung eines bevorzugten Kühltemperaturmusters, wenn sich der Gegenstand in der Schmelzphase befindet, wobei ein amorpher Teil durch rasches lokales Abkühlen erzeugt wird, und ein kristallisierter Teil durch relativ langsames lokales Kühlen erzeugt wird.
Es ist bekannt, daß Polyethylenterephthalat (PET)-geblasene Gegenstände eine biaxiale Orientierung zeigen und somit ausgezeichnete Eigenschaften haben, was sie für viele Anwendungsformen geeignet macht. Die biaxiale Orientierung eines hohlen Gegenstandes hat den Nachteil, daß sie die inneren Spannungen stark erhöht, wodurch eine Reduktion der Dimensionsstabilität unter Hitze von über 70°C verursacht wird. Von kritischer Be deutung in vielen Verpackungsanwendungen ist der Halsteil eines Behälters, der während des Blasformungsvorganges nicht biaxial orientiert wird und somit schwächer als der Rest des Teiles ist. Eine übliche Lösung zur Erhöhung der Festigkeit des Halsteiles eines amorphen PET-Vorformlings oder einer Flasche ist die Kristallisation des Halsteiles durch lokales Erhitzen bei einer Temperatur von mehr als 140°C, wobei eine rasche sphärolitische Kristallisation des nicht-orientierten amorphen Materials auftritt. Es sind viele Versuche unternommen worden, um die Festigkeit des Halsteiles von PET-geblasenen Flaschen durch lokales Wiedererhitzen des Vorformlings oder der Flasche nach dem Spritzgießen eines blasfähigen PET-Vorformlings zu erhöhen. Bezug genommen wird in dieser Hinsicht auf das US-Patent 4,375,442 an Ota, das US-Patent 4,589,559 an Hayashi, das US-Patent 4,928,835 an Collette, das US-Patent 4,933,135 an Horwege, das US-Patent 5,180,893 an Sugiyama und das US-Patent 5,248,533 an Sugiura. Bei all diesen Versuchen wird eine Heizquelle direkt gegen den Halsteil des geformten Vorformlings gerichtet, die auf eine Temperatur erhitzt wird, die für eine Kristallisation und Hitzehärtung erforderlich ist. Ein anderer Versuch zur Bildung eines Vorformlings mit einem kristallisierten Hals ist im EP 503086 an Orimoto et al. offenbart. In diesem Fall wird ein geformtes Halsfinish zuerst geformt und dann außerhalb der Form kristallisiert und sodann in einer zweiten Form als Einsatz zur Bildung eines vollständigen Vorformlings durch ein Überformungsverfahren angeordnet.
Die Kristallisation des Halsfinish eines geformten Rohlings oder eines geformten Halses aus Glas stellt nicht das optimale Verfahren dar, weil es einen zusätzlichen zeitaufwendigen Schritt des Herstellens des hitzefesten geformten Gegenstandes erfordert. Außerdem erfordert es zusätzliche Ausrüstung und Raum und ist sehr energieineffizient. In den meisten Fällen behält der wiedererhitzte und kristallisierte Hals nicht seine Soll-Dimensionen.
In der Vergangenheit wurden Versuche unternommen, die Kristallisation von thermoplastischen Kunststoffmaterialien während des Spritzgießvorganges zu steuern, indem der Druck auf das thermoplastische Material während des Abkühlzyklus in kontrollierter Weise variiert wurde. Dieses Verfahren ist beispielsweise im US-Patent 4,150,079 an Chang offenbart, aber kaum implementierbar, wenn es die Kristallisation nur eines beschränkten Teiles des Gegenstandes betrifft, wie das beim Halsteil eines Vorformlings der Fall ist.
Die Teilkristallisation ist auch auf vakuumthermogeformte Gegenstände angewendet worden, wie dies in der PCT-Anmeldung WO 88/09298 an Clarke offenbart ist. Clarke '09298 beschreibt eine Vakuumform oder Presse zum Formen eines flachen Rohlings aus geformtem PET zu einem Nahrungsmittelbehälter mit verstärkten Zonen. Die Form von Clarke hat lokale Heizeinrichtungen, lokale Kühleinrichtungen und lokale Wärmeisolatoren, um die Kristallisation und amorphe Zonen in dem bereits flachen Rohling zu induzieren. Clarke '09298 zeigt eine Form, die nicht geschmolzenes PET empfängt und auch nicht die bevorzugte Kühlung/Erhitzung eines geschmolzenen Materials zur Bildung eines kristallisierten Musters anwendet. Deshalb ist dieses Verfahren nicht auf das Spritzgießen von teilweise kristallisierten Gegenständen, wie PET-Vorformlingen, durch selektive Kühlung aus der Schmelze anwendbar.
Eine lokale Kristallisation während des normalen Abkühlens in der Form ist im US-Patent 4,307,137 an Ota offenbart. Der Gegenstand des '137-Patentes besteht darin, eine sichtbare Differenz zwischen dem Körper eines geblasenen Vorformlings durch ein opalisierendes Muster während des Kühlens von geschmolze nem PET in der Form beim Formen des Vorformlings zu erzeugen. Somit ist das '137-Patent nicht an der lokalen Erhöhung der Festigkeit eines Vorformlings durch Kristallisation in der Form interessiert. Auch lehrt das '137-Patent nicht irgendwelche neue Mittel, um örtlich die Kühlrate in der Form zu verändern. Was aus der Offenbarung von Ota klar hervorgeht (siehe 5 und 6) ist, daß die Geometrie der geformten Teile selbst verwendet wird, um eine Teilkristallisation durch Anwendung irgendeiner bekannten Standardformausrüstung zu erzielen. Ota's Kristallisationsverfahren basiert auf der inhärenten Tatsache, daß ein PET-Gegenstand in geschmolzenem Zustand Bereiche variabler Dicke hat, wobei die dicken Bereiche mehr Zeit erfordern, um sich zu verfestigen als in den dünnen Bereichen bei gleicher Temperatur. Dementsprechend können dicke Bereiche, die der Kühlung widerstehen, kristallin werden, während ein dünner Bereich, der rascher abkühlt, während des normalen Abkühlschrittes einer PET-Schmelze amorph wird. Das '137-Patent erzeugt in einem Zweistufen-Überformungsvorgang die dünnen und die dicken Zonen. Ein erster Gegenstand, der zonenvariable Dicke aufweist, wird geformt und dann als innere „Form"-Fläche verwendet, um den endgültigen zusammengesetzten Gegenstand zu formen, wenn die zweite Schicht entsprechend dicke und dünne Zonen hat. Während des normalen Abkühlungsprozesses erfahren die dicken Zonen der zweiten äußeren Schicht eine langsame Abkühlung und kristallisieren, während die dünneren Lagen der zweiten äußeren Schicht rascher abkühlen und somit amorph werden. Die kristallisierten Zonen werden als Designmuster verwendet. Wie vorstehend erwähnt, wird dieser selektive Abkühlungsvorgang des '137-Patentes in einer normalen Form lediglich durch die Dickenänderung der zweiten geformten Schicht erreicht.
Die JP-A-6 015 643 offenbart das Spritzgießformen eines vorgeformten Körpers, indem nur eine Mündungsteilform auf der Kris tallisationstemperatur des Formungsharzes oder auf einer höheren Temperatur und die anderen Formteile auf einer Temperatur gehalten werden, die niedriger als die Glasübergangstemperatur des Harzes ist. Dies wird mittels eines Spritzgießformwerkzeuges erreicht, das durch eine Vielzahl von Teilformen gebildet ist, einschließlich einer Mündungsteilform, die mit dem Außenteil eines Mündungsteiles des Vorformlings in Kontakt kommt und einen Hohlraum in Form eines entsprechenden vorgeformten Körpers hat. Die endgültige Abkühlung wird jedoch in einer zweiten Stufe des Formungsverfahrens mittels einer Kühlform erreicht.
Das Kristallisationsverfahren, die Vorrichtung und der Gegenstand der vorliegenden Erfindung unterscheiden sich von den bekannten Verfahren, weil sie ein unterschiedliches Kühlmuster anwenden, das durch eine innovative Formausrüstung bewirkt wird, welche den Kühlungsvorgang des Harzes in einer im wesentlichen geschmolzenen Phase nur in bestimmten ausgewählten Zonen verlangsamt. Dieses lokale Kristallisationsverfahren verbessert die Festigkeit und geht aus der folgenden Beschreibung des Verhaltens des Polymers unter Hitzeeinwirkung deutlicher hervor.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung wie vorerwähnt zu schaffen, einschließlich eines kristallisierten Teiles mit verbesserten Festigkeitseigenschaften und eines amorphen Teiles, der speziell einen kristallisierten Halsteil hat.
Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Ziele und Vorteile durch das Verfahren und die Form gemäß den Ansprüchen 1 und 10 erreicht. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen erörtert.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Formen eines Kunststoffgegenstandes in einer Form mit einem Hohlraumteil und einem Halsteil geschaffen, wobei das Verfahren umfaßt: Formen des Kunststoffgegenstandes durch Spritzgießen von Kunststoff in die Form, wobei der Kunststoffgegenstand einen Körperteil hat, der in dem Hohlraumteil definiert ist, und einen Halsteil, der durch den Halsteil definiert ist, wobei der Körperteil und der Halsteil gleichzeitig geformt werden; Abkühlen des Kunststoffes aus einem geschmolzenen Zustand in einen festen Zustand; gekennzeichnet durch: Temperaturkonditionieren des Halsteiles des Kunststoffgegenstandes in der Form unabhängig vom Körperteil des Kunststoffgegenstandes, so daß der Halsteil innerhalb der Form gegenüber dem Körperteil während des Überganges des geschmolzenen Kunststoffes in einen kristallisierten und glasförmigen Zustand innerhalb der Form mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit gekühlt wird, wobei der Körperteil relativ rasch aus dem geschmolzenen Zustand in einen festen Zustand durch ein erstes Mittel nahe dem Hohlraumteil zur Bildung eines amorphen Körperteiles gekühlt wird, und der Halsteil relativ langsam durch ein zweites Mittel nahe dem Halsteil gekühlt wird, um einen kristallisierten Halsteil zu bilden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Form zum Formen eines Kunststoffgegenstandes geschaffen, wobei die Form umfaßt: einen Hohlraumteil zum Formen und Definieren eines Körperteiles eines geformten Gegenstandes im Betrieb; einen Halsteil zum Formen und Definieren eines Halsteiles eines geformten Gegenstandes im Betrieb; Spritzgießmittel zum Einspritzen von geschmolzenem Kunststoff in die Form zur gleichzeitigen Bildung des Körperteiles und des Halsteiles des Kunststoffgegenstandes; Mittel in Wärmeaustauschbeziehung mit der Form zum Abkühlen des Kunststoffes aus einem geschmolzenen Zustand in einen festen Zustand; gekennzeichnet durch: Mittel in der Form zum Temperaturkonditionieren des Halsteiles des Kunststoffgegenstandes unabhängig vom Körperteil des Kunststoffgegenstandes, so daß der Halsteil gegenüber dem Körperteil mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit während des Überganges des geschmolzenen Kunststoffes von einem geschmolzenen Zustand in einen kristallisierten und glasförmigen Zustand innerhalb der Form gekühlt wird, wobei der Körperteil durch ein erstes Mittel nahe dem Körperteil relativ rasch auf den festen Zustand zur Bildung eines amorphen Körperteiles in dem Kunststoffgegenstand gekühlt wird, und der Halsteil relativ langsam durch ein zweites Mittel nahe dem Halsteil zur Formung eines kristallisierten Halsteiles gekühlt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Ziele und Vorteile der Erfindung erreicht. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungen besser verständlich, in denen zeigen:
1 eine Querschnittansicht einer Vorformungsform;
2 eine detaillierte Ansicht einer Vorformungsform gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und die 2A-2E Variationen davon;
3 eine detaillierte Ansicht, ähnlich wie 2, eines anderen Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung, und 3A Variationen derselben;
4 eine detaillierte Ansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 eine Teilansicht eines anderen Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung;
6 eine Querschnittsansicht durch einen Kern gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 eine Grafik, welche die Differential-Scan-Kalorimeter eines thermoplastischen PET zeigt;
8 die vorliegende Erfindung, angewendet auf eine mehrlagige Vorform;
9 eine Vorform der vorliegenden Erfindung; und
10 eine Grafik, welche die Änderung der Massentemperatur für den Körper und die Halsbereiche der Vorform zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Bestimmte allgemein verwendete Kunststoffe, wie PET, werden als semikristalline Polymere bezeichnet. Das Wort „kristallin" bezieht sich auf einen Bereich einer geordneten lokalen Ket tenanordnung, im Gegensatz zu „amorph", in welchem die Polymerketten keine Ordnung haben. Geschmolzene Polymerharze sind definitionsgemäß amorph. Unter normalen Bedingungen überschreiten Polymere nahezu niemals etwa 80 % Kristallinität.
Im amorphen Zustand sind Polymere im allgemeinen klar und transparent. Kristallisierte Polymere sind im allgemeinen opak und durchscheinend. Die kleinen kristallisierten Bereiche (Kristallite) zerstreuen das Licht und resultieren in Opazität und Transluzenz. Zusätzlich, zur Klarheit, hängen viele physikalische Eigenschaften von Polymeren vom Grad der Kristallinität des Gegenstandes ab, einschließlich Lösbarkeit, Steifheit, Härte und Formänderungsfestigkeit.
Wenn sich semikristalline Polymere im amorphen Zustand befinden, kann die Konfiguration der Molekularketten mit einem Wirrnetz von gedehnten Federn verglichen werden. Unter bestimmten Bedingungen tendieren die Polymerketten dazu, sich in geordneten Strukturen zusammenzurollen und bilden kristalline Bereiche. Die Wiederholungseinheiten von Polymerketten passen gut zusammen und bilden enggepackte Gruppen, die höhere Dichte als im amorphen Zustand haben. Die Dichtemessung wird im allgemeinen verwendet, um den Grad an Kristallinität zu bestimmen.
Die Kristallstruktur hat einen niedrigeren Energiezustand als die amorphe Anordnung, so daß sie eine thermodynamisch favorisierte Anordnung darstellt. Da Polymermoleküle lang und wirr sind, kann der amorphe Zustand aber durch rasches Abkühlen der amorphen Polymerschmelze „eingefroren" werden. Die Kristallisation kann bei jeder Temperatur auftreten, bei welcher die Polymerketten ausreichende Beweglichkeit haben, um sich anzuordnen. Die Kristallisation kann aus dem Glas (durch Erhitzen) oder aus der Schmelze (langsames Abkühlen) entstehen.
Der Temperaturbereich für die Kristallisation liegt zwischen der Glasübergangstemperatur (T_g) und der Schmelzentemperatur (T_m). Unterhalb von T_g wird das Harz als „glasig" beschrieben, weil die Beweglichkeit der Polymerketten stark reduziert ist, und sie im wesentlichen an Ort und Stelle verankert sind, unabhängig davon, ob sie sich in einem amorphen oder kristallinen Zustand befinden. Oberhalb von T_m haben die Polymerketten zuviel Energie, um stabile geordnete Strukturen zu bilden, und das geschmolzene Harz ist amorph. Zwischen T_g und T_m haben die Polymerketten ausreichende Energie, um sich in einer thermodynamisch begünstigten Struktur anzuordnen, so daß das Harz kristallisiert.
Die Rate der isothermischen Kernbildung und des Kristallwachstums kann durch die Avrami-Gleichung oder durch die entsprechende Halbwertszeit der Kristallisation beschrieben werden. Die Halbwertszeit der Kristallisation t_½ ist die Zeit, die erforderlich ist, damit eine amorphe Probe 50 % ihres endgültigen Grades an Kristallisation bei einer gegebenen Temperatur erreicht. Für einen besonderen Polymergrad ist t_½ über dem kristallinen Schmelzpunkt und unterhalb der Glasübergangstemperatur unendlich hoch, und erreicht einen Mindestpunkt bei einer Temperatur dazwischen. Die charakteristische Grafik von t_½ als Funktion der Temperatur hängt von der Natur des Polymers ab, einschließlich der Klasse von Polymer, dem Molekulargewicht, den Comonomeren, und Zusätzen, einschließlich Kernbildungsmitteln und Kristallisationsverzögerern.
Wenn Gegenstände aus semikristallinen Polymeren spritzgegossen werden, besteht das Ziel im allgemeinen darin, den maximalen Grad an Kristallinität zu erzielen, um daraus für die zugehörigen Materialeigenschaftsverbesserungen Vorteile zu ziehen. Bei bestimmten Anwendungen, wie beim Spritzgießen von PET-Vorformlingen für das nachfolgenden Blasformen zu Flaschen, wer den spezielle Maßnahmen getroffen, um die Kristallisation der geformten Teile zu verhindern. Dies ist manchmal schwierig zu erreichen, speziell im Bodenteil des Vorformlings, der Einlaufgrat genannt wird, infolge des Kontaktes zwischen dem gekühlten geformten Material und dem noch heißen Ventilschaft der Heißkanaldüse.
Diese Erfindung umfaßt Gegenstände, die vorteilhaft mit ausgewählten kristallisierten Bereichen geformt werden, wobei andere Bereiche amorph bleiben, und die Formungssysteme und Verfahren zum Herstellen der Gegenstände aus der Schmelze. Dies kann durch Entwerfen des Teiles, den Wärmeeigenschaften des Formungssystems und das Formungsverfahren erfolgen, um die Wärmeübertragung zwischen dem heißen Kunststoff und dem Formungssystem zu steuern. Bereiche, die amorph sein sollen, werden zweckmäßig so rasch wie möglich abgekühlt. Bereiche, die kristallisiert sein sollen, werden langsamer durch den Wärmekristallisationsbereich der Temperaturen abgekühlt. Eine Wahl der Polymerharze mit entsprechender Kristallisationskinetik ist ebenfalls notwendig.
Die Anwendungen der Erfindung umfassen folgendes.

– Vorformlinge zum Wiedererhitzen-Blasformen, die im Körperbereich amorph sind und kristallisierte Hälse haben, um Flaschen herzustellen, die höhere Festigkeit im Halsbereich haben. Die Blasvorformlinge verhalten sich somit besser für Heißabfüllanwendungen, weil beispielsweise der Halsbereich wärmefest ist.
– Gegenstände mit integralen Linsen oder Fenstern und Rahmen oder Handgriffen.
– Gegenstände, bei denen der Unterschied an Klarheit zwischen dem amorphen und kristallinen Bereich für dekorative Zwecke verwendet wird.
– Gegenstände, bei denen die verschiedenen Eigenschaften der amorphen und kristallinen Bereiche ausgenützt werden, wie für CDs und DVDs, wo der gesamte Bereich durch Kristallisation verfestigt werden kann.

In den kristallisierten Bereichen ist die Wärmeenergie, welche die Polymerketten benötigen, um sich aus dem amorphen Zustand in kristalline Bereiche zu rearrangieren, bereits aus dem Spritzgießvorgang vorhanden, und diese wird erstmals vorteilhaft selektiv verwendet, um einen geformten Teil zu erzeugen, der verbesserte Festigkeit in bestimmten lokalen Teilen hat. Dieses neue Verfahren ist eine induzierte lokale Kristallisation aus der Schmelze, im Gegensatz zur Kristallisation aus dem Glas in einem kalten vorgeformten Gegenstand.
Die endgültige Gestalt und die Abmessungen der amorphen und kristallinen Bereiche des geformten Gegenstandes werden durch die Schmelzflächen der Form eng kontrolliert, was zu einer sehr guten Genauigkeit und Wiederholbarkeit führt.
Entwurfsüberlegungen, die für die Teile ausgenützt werden können, um die Wärmeübertragung zwischen dem heißen Kunststoff und dem Formungssystem zu beeinflussen, umfassen die Dicke und bestimmte Merkmale, wie Rippen oder Oberflächentexturen.
Die Formentwurfsüberlegungen, die angestellt werden können, um die Wärmeübertragung zwischen dem heißen Kunststoff und dem Formungssystem zu beeinflussen, umfassen:

– die Wahl der Materialien für die Formungsflächen, die in bestimmten Bereichen wärmeisolierende oder leitende Eigenschaften haben;
– Entwurf von Heiz- und/oder Kühlmitteln, die in der Form selektiv verschiedene Bereiche über Wärmeübertragungsfluide erhitzen und kühlen, einschließlich der Wahl der Materialien wegen deren Wärmeeigenschaften;
– Wärmebrüche zur Erzeugung scharfer Temperaturänderungen; und
– Kühlen der Form wie üblich und Einbau von Heizelementen in bestimmten Bereichen, möglicherweise mit der Fähigkeit, die Temperatur entsprechend einem vorbestimmten Muster in einen Zyklus zu bringen, der mit dem Spritzgießzyklus zusammenfällt und von der Kristallisierkinetik des Polymers abhängt.

Diese Erfindung umfaßt das Konzept der Anwendung und Kontrolle der Wärmeenergie des geschmolzenen Materials, die während des Spritzgießvorganges in dem geschmolzenen Material angesammelt und in diesem zurückgehalten wurde, um einen Kunststoffgegenstand zu formen, der amorphe und kristalline Teile hat, durch bevorzugte und differentielle Kühlung, die mit einer entsprechenden neuen Ausrüstung angewendet wird. Die während des Spritzgießvorganges erzeugte Hitzeenergie wird zur Gänze oder zumindest zum Teil (als Residuum) genützt, um einen kristallinen Teil bzw. Teile unter den amorphen Teilen zu bilden. Die gleichzeitige Bildung von amorphen und kristallinen Teilen gemäß dem innovativen Konzept kann unter Anwendung mehrerer neuer Verfahren und neuer Mittel ausgeführt werden. Das neue Formungsverfahren gemäß der Erfindung umfaßt zumindest drei neue Verfahrensoptionen und mehrere neue Designkonzepte für jede der Verarbeitungsoptionen. Es gibt zumindest einen gemeinsamen Aspekt für die drei Verfahrensoptionen, das ist die Tatsache, daß der Kristallisationsschritt innerhalb der Form initiiert wird, und daß die anfängliche Wärmeenergie zumindest teilweise verwendet wird, um die Kristallinität zu induzieren. Die drei Verarbeitungsverfahren, die von der Erfindung umfaßt werden, sind:

* Initiieren und Beenden der Bildung der amorphen und kristallinen Teile innerhalb der Form vor dem Öffnen des Formhohlraumes. Dies wird als teilweise Kristallisation „in der Form" bezeichnet.
* Initiieren und Beenden der Bildung des amorphen Teiles innerhalb der Form vor dem Öffnen des Formhohlraumes. Beenden der Bildung des kristallinen Teiles, die in der Form unter Verwendung zumindest teilweise der während des Spritzgießens erzeugten Hitze (Resthitze) nach dem Öffnen der Form bewirkt wird, während der Teil von zumindest einem Formelement gehalten ist. Dieses Verfahren wird als „Nachformung"-Teilkristallisation bezeichnet. Das Formelement ist jeder Teil der Form, der in dem Spritzgießverfahren involviert ist.
* Initiieren und Beenden der Bildung des amorphen Teiles innerhalb der Form vor dem Öffnen des Formhohlraumes. Beenden der Bildung des kristallinen Teiles, der in der Form unter Verwendung zumindest eines Teiles der während des Spritzgießens erzeugten Hitze (Resthitze) nach dem Öffnen der Form und nach dem vollständigen Trennen des geformten Gegenstandes von irgendeinem Formelement verursacht wird. Dieses Verfahren wird als Teilkristallisation „außerhalb der Form" bezeichnet.

Diese Bezeichnungen werden in der Beschreibung mit folgender Bedeutung verwendet:

1. Die „Form" bezieht sich auf physikalische Komponenten, welche die Formfläche bilden (Kerne, Hohlräume, Halsringe, Einläufe, Verriegelungsringe etc.), den Schuh, welcher die Formfläche hält und betätigt (Kernplatte, Hohlraumplatte, Stripperplatte, Schieber etc.).
2. Das „Spritzgießsystem" bezieht sich auf Maschinen und Formen, die gemeinsam das Harz in einen spritzgeformten Gegenstand verwandeln, insbesondere einen Vorformling. Solche Komponenten könnten umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Spritzgießmaschinen, einschließlich an diesen befestigten Verschlüssen, die Form und ihre Komponenten, Produkthandhabungssysteme, Roboter und ihre Gehäuse.
3. Für Zwecke dieser Anmeldung bedeutet „Vervollständigen der Spritzgießformung" einen physikalischen und thermodynamischen Status der spritzgeformten Gegenstände, bei welchem das Schrumpfen des Teiles im wesentlichen beendet ist und die Massentemperatur des Teiles im wesentlichen Raumtemperatur beträgt.
4. „Kristallisation" bezieht sich auf einen speziellen Bereich des spritzgeformten Teiles und kann eine homogene Teilkristallisation, eine Schicht von Kristallisation innerhalb oder an der Oberfläche des Gegenstandes oder eine vollständige Kristallisation bedeuten.
5. „In der Form" bezieht sich auf Verfahren, die innerhalb der physikalischen Form während und/oder nach dem Spritzgießen stattfinden, aber bevor die Form geöffnet wird.
6. „Nachformung" bezieht sich auf Verfahren, die innerhalb der Bereiche der Form stattfinden, nachdem die Form geöffnet worden ist; dies kann eine Bewegung des Teiles zu einer anderen Station innerhalb der Form mit einem nachfolgenden zusätzlichen Verfahren oder das Einführen von externen Konditionierungssystemen in die Form umfassen; die Form kann dann wieder geschlossen werden, um den geformten Teil weiter zu verarbeiten.
7. „Außerhalb der Form" bezieht sich auf Verfahren, die außerhalb der physikalischen Form, aber innerhalb des Spritzgießsystems auftreten; dies kann eine Nachspritzgießkühlstation oder ein Produkthandhaber sein, erfolgt aber, bevor der spritzgeformte Gegenstand eine Massentemperatur von im wesentlichen Raumtemperatur erreicht.
8. Der Ausdruck „Mehrfach-Spritzgießen" bezieht sich auf Verfahren, die das gleichzeitige oder sequentielle Co-Spritzgießen, Spritzgießen-über-Spritzgießen oder eine Einsatzformung umfassen können.
9. „Halsfinish" oder „Halsfinish-Bereich" kann sich auf einen Teil des Vorformlings beziehen, der an oder nahe der ringförmigen Öffnung eines Vorformlings beginnt und endet bei: dem Ende des Gewindebereiches, der Oberseite der Stützkante, irgendeiner Position entlang der Stützrippe oder irgendeiner Position an dem Vorformling innerhalb von 10 mm unterhalb der Stützkante. Das Finish kann irgendeine physikalische Geometrie umfassen, einschließlich die in dem Bereich vorgesehen ist, wie Gewinde, Index oder Abziehmarken, Kinder- oder Originalitätssicherungen, Schnappwülste etc.

KRISTALLISATION IN DER FORM
Gemäß dem Verfahren der Erfindung wird der Gegenstand mit amorphen und kristallisierten Teilen zur Gänze vor dem Öffnen der Form geformt. Dies wird Kristallisationsverfahren in der Form genannt. Um die Menge der Hitze und das thermische Profil der Schmelze während des Überganges durch den Kristallisationsbereich in nur einem spezifischen Teil zu steuern und einzustellen, wie beispielsweise dem Halsbereich eines Vorformlings, werden verschiedene innovative passive und/oder aktive Mittel eingeführt, um entweder das Abkühlen zu verlangsamen, eine lokale Erhitzung, eine lokale Wärmeisolierung zu begünstigen, oder irgendeine Kombination dieser Maßnahmen.

* In einem Ausführungsbeispiel der Form wird die Temperatur unter Verwendung eines Hitzerohrprinzips konditioniert (siehe „Hegt Pipe Science and Technology" von A. Faghri, Hrsg.: Taylor & Francis, 1995). Hitzerohre sind im Stand der Technik bekannt und dienen als aktive Kühler und/oder Erhitzer. Ein Beispiel für eine Formungsanwendung ist im US-Patent 4,338,068 offenbart, das unter Bezugnahme hierauf in die vorliegende Beschreibung miteinbezogen wird. Die Hitzerohre schaffen entweder einen Effekt in den erwünschten Bereichen oder könnten alternativ Hitze an ausgewählte Bereiche liefern oder diesen entziehen, wie dem Halsring als Formungskomponente oder der Einspritzkernkomponente, wie dies erforderlich ist. Die Steuerung solcher alternierender Quellen könnte durch bekannte Mittel erfolgen, wie einen konstanten Gleichstrom, durch PLC oder andere programmierbare Steuereinrichtungen oder durch Feedback. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Hitzerohre um den Halsteil der Form herum angeordnet (nicht gezeigt) und werden dazu verwendet, den Kühlungsvorgang in diesem Bereich zu verlangsamen, um die Bildung eines kristallinen Halses zu ermöglichen.
* Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann die passive Wärmeisolierung der Halsringe oder Kerne in Form eines gegossenen oder eingelegten Materials an oder nahe der Formungsfläche gebildet sein. Diese Isolierung kann aus einem einzigen Material bestehen, wie Keramik oder Mika, oder kann in Form mehrerer Materialien sein, wie Keramik, Mika, wärmewiderstandsfähige Kunststoffe etc., mit einer kombinierten Dicke von 0,1 mm bis 10 mm. Die Isolierung kann statische Isolierwerte haben, oder sie kann durch Änderung ihrer physikalischen oder chemischen Eigenschaften veränderbar sein.
* Oberflächenrisse in der Struktur der Formelemente können ebenfalls als Wärmeisolatoren entweder allein oder in Verbindung mit Isoliermaterialien verwendet werden, wodurch zusätzliche Isolierwerte oder ein Kanal für die gesteuerte Hitzedissipation hinzugefügt werden (d.h. wenn die Wärmerisse Nuten oder kontrollierte Hohlräume unterhalb der Formungsfläche bilden, welche kontrollierte Leitpfade für den Wärmetransfer zu und von der Formungsfläche bilden).
* Das Temperaturprofil innerhalb des erwünschten Bereiches kann auch durch die Anwendung von Dünnfilmheizelementen entsprechend den Formungsanwendungen eingestellt werden. Dünnfilmheizvorrichtungen können verwendet werden, um ein konstantes und gesteuertes Wärmeprofil innerhalb der zu kristallisierenden Zone zu bilden. Im Falle von PET-Vorformlingen sind diese nahe dem Halsring oder dem Kernbereich angeordnet. Durch Einstellen der Wärmeabgabe auf den eingespritzten Teil kann man den Kristallisationsvorgang beschleunigen.
* Wärmeleiter können ebenfalls verwendet werden, um die Formungsfläche zu bilden, oder unterhalb der Formungsfläche der Formkomponente vorgesehen zu werden. Auf ähnliche Weise können Leiter wie Beryllium-Kupfer eine Lage von 0,1 bis 7,5 mm Dicke bilden, die verwendet werden könnte, um eine gesteuerte Abfuhr von Hitze von den Zonen zu ermöglichen, wo ein geringerer Grad an Kristallinität erwünscht ist oder wo exzessive Wärme als Nebenprodukt anderer Mittel abgegeben würde. Solche leitenden Materialien könnten aufgebracht oder durch mehrere Techniken gebildet werden, einschließlich Gießen, Druckpassung, Walzformung, chemische Bindung oder mechanische Befestigung. Dünnfilmheizvorrichtungen und Wärmeleiter können sowohl während der Spritzgießphase als auch während nachfolgender Nachformungsvorgänge und Formungsvorgänge außerhalb der Form eingesetzt werden.
* Die Wärmeprofilsteuerung für den Vorformling führt dazu, den Erwärmungs-Kühlzyklus der Halsringformungsfläche zu steuern. Andere Mittel der Steuerung des Wärmeprofils dieses Bereiches sind das Vorsehen separater Heiz- oder Kühleinrichtungen, welche in die Halsringe eintreten. Typischerweise wird die Kühlung für die Halsringe durch Kühlfluide gebildet, üblicherweise Wasser, die durch die Betätigungsschieber oder andere Halsring-Öffnungsvorrichtungen hindurchströmen. Das Erhitzen der Halsringe erfolgt nicht immer, weil es die Zykluszeit verlängert, und hat keine günstige Wirkung auf einen Vorformling, der nicht für Heißfüllanwendungen bestimmt ist. Ein weiteres Problem mit dem Erhitzen der Halsringe über die Schieber besteht darin, daß es zu einer Wärmeverzerrung und zu einer Beanspruchung der Schieber während der Betätigung führt. Um dieses Problem zu beheben, müssen die Wärmequellen für die Halsringe abwechselnde Quellen umfassen. Wie bereits ange deutet, sind Dünnfilmerhitzer eine Quelle, eine andere ist die Verwendung von üblichen Patronenerhitzern, die direkt in die Halsringe gegossen werden können, in ausgeformte Taschen innerhalb des Halsringes eingesetzt oder in die Halsringe einsatzgeformt werden. Eine weitere Option wäre die Verwendung von erhitztem wärmeleitendem Fluid, wie Wasser oder Öl, das nicht direkt von den Schiebern mitgetragen wird. Eine Ausführungsform dieses Verfahrens wäre eine Anbindung durch einen Schlauch oder ein Rohr entlang des Rückens des Schiebers, aber vom Schieber oder von der Stripperplatte isoliert.
* Das effektive Einstellen des Wärmeprofils des Halsbereiches erfordert Heizeinrichtungen für den Halsring und auch für den Kern. Verschiedene Verfahren zum Isolieren und Erhitzen des Kernes sind vorstehend angedeutet worden, die sich hauptsächlich auf die Formungsfläche oder das Material direkt unterhalb derselben beziehen. Innerhalb der Kernkomponenten ist es typischerweise ein Rührer oder Kühlungsrohr, welches ein Fluid, üblicherweise Wasser oder Öl, von einer Quelle bis zur Spitze des Kernes (an der Innenseite) und den Bereich zwischen den Kerninnendurchmessern und den Kühlrohraußendurchmessern abwärts oder umgekehrt fördert. Mit Hilfe eines multifluidfördernden Kühlrohres kann der Körper des Vorformlings von der Innenseite her gekühlt werden, wie üblich durch Abschreckwasser oder ein anderes Fluid, wogegen der Halsbereich von der Innenseite durch Einführen eines Heizfluids, wie Öl oder Wasser, zu einem begrenzten Bereich wärmegesteuert werden kann (Hinweis auf den Stand der Technik: R.J. Abramo & Associates; Öl, Wasser, Luft). Ein solches Rührerrohr könnte auch einen Isolator enthalten oder angeschlossen haben, der eine Wärmetrennzone auf dem Vorformling bilden könnte. Das Rührerrohr oder ein Teil desselben, wie eine Hülse o der ein Diaphragma, können sich in der Längsrichtung bewegen, um den Strom (Heiz- oder Kühlstrom) innerhalb des Kernes zu steuern. Auf diese Weise kann das Erhitzen verstärkt, verringert oder mit einem Kühlfluid alterniert werden, wodurch ein Kühlzyklus für einen bestimmten Bereich nach einer wesentlichen Kristallisation verstärkt werden könnte. Dieses Kühlen ist erforderlich, um eine Beeinträchtigung der Halsfinishgeometrie zu verhindern, welche die Eigenschaften der fertigen Flasche, einschließlich der Verschließfunktion, beeinflussen könnte. Ein solches Multifluid-Kühlrohr oder ein Teil desselben könnte auch in Verbindung mit einer Konditionierstation außerhalb der Form oder einer Nachformungsstation verwendet werden. In diesem Fall könnte der Vorformling eine Wärmesteuerung sowohl an der Innenfläche als auch an der Außenfläche erhalten, wogegen der Körper eine zusätzliche Kühlung erfährt.

NACHFORMUNGSKRISTALLISATION IN DER FORM
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Kristallisationsprozeß, wenn das örtliche Kristallisationsniveau im geformten Teil nicht die erwünschte Tiefe oder den erwünschten Prozentsatz in der Schließstellung der Form erreicht, in einer Formschließstellung begonnen und dann auf verschiedene Weise nach dem Öffnen der Form fortgesetzt. Die folgenden Verfahren können angewendet werden, um die Kristallisation wiederaufzunehmen, sobald die Form geöffnet worden ist.

* Ein erstes Verfahren umfaßt den Transfer des Vorformlings in eine Konditionierstation in der Form, in welcher die Formungsfläche für den Halsbereich ebenfalls übertragen oder nicht übertragen werden kann, während sie in Kontakt mit dem Vorformling ist. Während dieser Phase des For mungsverfahrens erfährt der Vorformlingskörper keine Kühlung, um seine Gesamttemperatur zu reduzieren, aber er kann eine lokalisierte Kühlung im Bereich der Halsfinish-/Körpergrenzfläche erfahren, die als Wärmesenke dient, welche eine Kristallisation des Körperteiles über die Ausschußwärme des Halsbereiches verhindert. Eine erste Version dieses Verfahrens würde erfordern, daß die Vorformlinge mit ihren Halsringen oder des Formungsflächenteiles derselben zu einer parallelen Stelle innerhalb der Form verlagert werden, möglicherweise durch Verlagerung der Schieber oder eines Teiles der Stripperplatte. An dieser neuen Stelle würde der Heiz-/Kühlkreis aktiviert werden, um eine Wärmezufuhr zur Halsringformungsfläche zu ermöglichen. Die Temperatur der Formungsfläche würde auf einen höheren Punkt innerhalb des T_CR-Bereiches (siehe 10) erhöht werden, um die Kristallisation zu beschleunigen, oder würde beibehalten werden, um die Kristallisationsrate fortzusetzen. Nach dem Fertigstellen oder der teilweisen Kristallisation des Halsbereiches kann der Halsfinish-Bereich auf einen Punkt mit Dimensionsstabilität gekühlt werden, und nachfolgend würde der Vorformling durch eine separate Produkthandhabungsvorrichtung aus der Form entfernt werden, wobei eine weitere Kristallisation und ein weiteres Kühlen auftreten können.
* Ein zweites Verfahren gemäß der Erfindung würde umfassen, daß die Vorformlinge an eine andere Stelle innerhalb der Form ohne den günstigen kontinuierlichen Kontakt mit der ursprünglichen Formungsfläche transferiert werden. An der neuen Stelle innerhalb der Form würde eine Vorrichtung eine Erhitzung/Kühlung und Isolation hinzufügen, wie dies in dem Halsbereich und der Körpergrenzfläche erforderlich ist, und würde an dem Vorformling angreifen. Diese Vorrichtung könnte ein integraler Teil der Form, wie ein Satz von sekundären Halsringen mit verschiedenen Erhitzungs-/Kühlmethoden, oder eine separate Vorrichtung sein, die in die Form eingebracht wird, wie ein Robotersystem oder ein Teil desselben, insbesondere das Produktentfernungssystem. Diese Vorrichtung würde das Wärmeprofil des Halsbereiches wie erwünscht steuern, wodurch die Kristallisation des Halsbereiches gesteuert wird. Die Vorrichtung kann als Kühlquelle für den Vorformlingskörper wirken, vorausgesetzt, daß die Vorrichtung nicht integral mit der Form ist und aus der Form entfernt wird, wenn der kristallisierte Vorformling entfernt wird (Stand der Technik aus EFI, wie vorstehend angeführt). In jedem Fall kann die Form, mit oder ohne Halsringtransfer, wieder geschlossen werden, während die Vorformlingsringe kristallisiert werden, wodurch das Spritzgießen eines anderen Satzes von Vorformlingen ermöglicht wird, während die Kristallisation der Vorformlinge stattfindet, die im vorhergehenden Spritzgießzyklus geformt worden sind. Es kann mehrere alternierende Stellen innerhalb der Form geben, zu welcher der spezifische Vorformling transferiert werden kann, wodurch die Kristallisation über mehrere Zyklen erfolgen kann.
* Eine andere Ausführung einer Kristallisation in der Form nach dem Öffnen umfaßt Vorformlinge, die in dem ursprünglichen Formhohlraum gehalten werden, während der Kern und die Halsformungsflächen entfernt werden, wodurch das Halsfinish exponiert wird. Eine Vorrichtung, die entweder integral mit der Form ist oder in die Form eingeführt wird, würde das Halsfinish an der Innen- und Außenseite umfassen, und würde eine Erhitzung, Kühlung und Isolierung bereitstellen, wie sie erforderlich ist, um die Kristallisation des Halsbereiches zu steuern, während der Körperbereich von schädlichen Hitzeeinwirkungen geschützt wird. Diese Vorrichtung (wenn sie sich ursprünglich außerhalb der Form befindet) oder eine andere Vorrichtung können in die Form eingebracht werden, um die Vorformlinge zu entfernen, wenn die Kristallisation zumindest teilweise beendet ist. Die Vorrichtung kann an Ort und Stelle bleiben, um den Halsbereich der Vorformlinge während mehrerer Spritzgießzyklen zu kristallisieren.
* Wie vorstehend erwähnt, ist es erwünscht, zumindest eine Teilkristallinität zu erzielen, während sich der Vorgang innerhalb der Grenzen der ursprünglichen Halsformungsfläche abspielt, wodurch bevorzugte Halsfinish-Geometrien erreicht werden. Ein weiteres Verfahren, welches zu diesem Zweck angewendet wird, ist die Verlagerung des Halsringes oder zumindest der Formungsfläche derselben, gemeinsam mit dem Vorformling in eine Konditionierstation außerhalb der Form, wie ein Produkthandhabungssystem. Dieses Verfahren könnte eine Kühlung des Körperbereiches, eine Wärmeisolierung zwischen den Hals- und Körperbereichen und die notwendigen Erhitzungs- und Kühlungsdienste für den Halsbereich erzielen. Die Kapazität dieses Kristallisationssystems könnte durch Verwendung von Mehrfach-Produkthandhabungssystemen erhöht werden.
* Bei vorteilhafter Anwendung einiger inhärenter Verfahrenseigenschaften, die in einigen Spritzgießmaschinen enthalten sind, wie die mobilen Mehrseiten-Platten, siehe US-Patent 5,728,409 , und kontinuierlicher Fördersysteme kann eine Nachformungskristallisation erreicht werden. Insbesondere, wo die bewegte Platte der Spritzgießmaschine eine mehrseitige (drei oder mehr Seiten), wird die erste Station für die Einspritzphase verwendet und kann die Kristallisation beginnen, während die zweite Station (und mehr als zwei Stationen, wenn verfügbar) für die Kristallisation verwendet wird, mit oder ohne Kühlung, und die Final station für das Kühlen und Auswerfen des Teiles verwendet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei welchem die Halsringformungsfläche mit der Seite jeder folgenden Station fortgeschaltet wird, können Konditioniertechnologien (Heizrohr, Isolation, Rührerrohr und andere), die vorstehend erwähnt worden sind, verwendet werden, um die Kristallisation des Halsbereiches zu induzieren oder fortzusetzen. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei welchem die Halsformungsfläche nicht mit dem Vorformling mitgefördert wird, kann eine Konditionierstation, die integral in der Maschine vorgesehen ist oder durch eine Vorrichtung von außerhalb eingeführt wird, eintreten und die Konditionierdienste liefern, die vorstehend für die zweite und nachfolgenden Stationen beschrieben worden sind. Bei einem Ausführungsbeispiel, das ein förderartiges Spritzgießsystem umfaßt, können die Vorformlinge entlang eines Weges auf den ursprünglichen Formungskernen mit oder ohne den Halsringformungsflächen bewegt werden. Während der Förderung, von den Einspritz- zu den Ausstoßstationen, können die Vorformlinge durch Konditionierstationen, die Teil der Maschine sind, behandelt werden. Am Ende des Förderers können die Teile zu einem Produktlager oder zu einem Teilehandhabungssystem ausgestoßen werden.
* Konditionierstationen, die ein Teil der Spritzgießmaschine, ein Teil des Produktförder-Handhabungssystems sein können oder in das Spritzgießsystem durch externe Mittel eingeführt werden, können Mittel aufweisen, um das Wärmeprofil des Halsbereiches sowohl von der Innenseite als auch von der Außenseite des Vorformlings zu steuern. Quarzhalogen- oder andere Heizlampen, Bänder oder Vorrichtungen oder elektromagnetische und Mikrowellen-Quellen können in einer solchen Station vorgesehen sein. Wenn solche Heizquellen aktiviert werden, schaffen sie zusätzliche Hitze für den erwünschten Bereich, um die Kristallisation fortzusetzen oder zu beschleunigen. Wenn eine Kühlquelle auf dem gleichen Niveau oder hinter der Heizquelle angeordnet ist, kann eine solche Quelle Kühlung für den gewünschten Bereich liefern, sobald die Heizquelle deaktiviert wird, und eine solche Kühlquelle kann auch dazu dienen, die Heizvorrichtung selbst zu kühlen, um ein Überhitzen und ein Versagen zu verhindern.
* Ein anderes mechanisches Ausführungsbeispiel des Nachformungsverfahrens umfaßt die Anwendung der bekannten Shuttle-Form, die entweder durch Bewegung der Platte oder des Formschuhs selbst mobil ist. Auf diese Weise wird die Form (heiße oder kalte Hälfte) nach dem Spritzgießen und dem Entklemmen versetzt, wodurch eine Konditionierstation, die in der Form integral vorgesehen oder in diese eingeführt wird, auf die Vorformlinge einwirkt, während die Form wieder geschlossen werden kann, um das Spritzgießen eines anderen Satzes von Vorformlingen zu ermöglichen.

KRISTALLISATION AUSSERHALB DER FORM
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird nach dem Ende der Einspritzphase, in weicher die Kristallisation begonnen haben kann, und nach dem Ende irgendwelcher Nachformungsverfahren innerhalb der Form die Kristallisation außerhalb der Form fortgesetzt, aber innerhalb des Spritzgießsystems. Insbesondere können die Vorformlinge ohne irgendwelche Formungsflächen in eine andere Station außerhalb der körperlichen Form transferiert werden. Ein solcher Transfer kann durch ein Produkthandhabungssystem oder andere mechanische oder pneumatische Systeme erfolgen. Wenn die Vorformlinge sich innerhalb des Formungssystems in der Station außerhalb der Form befinden, können die Vorformlinge eine lokalisierte Erhitzung mit tels der vorstehend beschriebenen Mittel erfahren, wodurch die Kristallisation des Halsbereiches erleichtert wird. Diese Station kann auch verwendet werden, um eine Nachformungs- und Nachkristallisationskühlung des Körpers und der Gewindebereiche zu erzielen, wie dies erforderlich ist.
MEHRFACHEINSPRITZ- UND EINSATZ-FORMUNGSKRISTALLISATION
PET-Dünnfilme (0,1-2,5 mm Dicke) und spezifische PET-Qualitäten, wie Homopolymere, kristallisieren im allgemeinen mit größerer Geschwindigkeit und niedrigeren Temperaturen als dicke Lagen und Copolymere. Um von diesen Eigenschaften des PET Vorteil zu ziehen, sind alternierende Formungspraktiken möglich, insbesondere die Co-Einspritzung, die Seitenverschluß-Einspritzung, die Einspritzung-über-Einspritzung, und die Einsatzüberformung.

* Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren der sequentiellen Co-Einspritzung angewendet werden, um einen bereits kristallisierten Kunststoff dem Halsfinish-Bereich zuzuführen, während der Körper mit langsam kristallisierendem Polymer gefüllt wird. Eine solche Sequenz könnte das Einspritzen eines Copolymers umfassen, um anfänglich den Körperbereich zu füllen und an den Formungsflächen zu haften, gefolgt von einer Homopolymermenge, welche als eine Lage während des anfänglichen Einspritzens des Copolymers wandern und den Halsbereich ausfüllen würde, gefolgt von einem Copolymervolumen, welches das Homopolymer in den erwünschten Halsbereich drängen und das Füllen und Verdichten des Vorformlings vollenden würde.
* Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel wenden die lokalen Kristallisationsverfahren die Wärmeenergie an, die während des Formungsprozesses erzeugt wird und in Verbindung mit dem sogenannten „Einspritzen-über-Einspritzen"-Verfahren für PET oder andere Kunststoffvorformlinge weiterverwendet werden kann. In diesem Fall wird ein erstes Material, wie frisches PET, in einen Hohlraum eingespritzt, um eine erste Lage zu bilden. Nach dem Kühlen der Form wird die Form geöffnet und der Kernteil, einschließlich der ersten Lage, wird entfernt und in einen zweiten größeren Hohlraum eingebracht, um nachfolgend Material einzuspritzen, das beispielsweise ein rezykliertes PET-Harz sein kann. Die lokale Kristallisation des Halsteiles kann gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung irgendeines der vorstehend erwähnten Verfahren während des Einspritzens des ersten Materials zur Formung der ersten Lage, während des Einspritzens des nachfolgenden Materials zur Formung der externen Lagen oder während beider Einspritzschritte erfolgen.

Wenn das Formungssystem eine Nachformungs-Kühlstufe umfaßt, wie einen Teilehandhabungsroboter, wie er beispielsweise im US-Patent 5,447,426 gezeigt ist, oder eine Turmform, wie sie im US-Patent 4,439,133 gezeigt ist, oder ferner eine Fortschaltform, wie zum Beispiel im US-Patent 5,728,409 gezeigt ist, mit aktiver Kühlung des Gegenstandes, ist der Kristallisationsschritt, der während des Formungsschrittes initiiert wird, optional und wird zweckmäßig in der Nachformungs-Kühlstufe fortgesetzt oder begünstigt, indem der kristallisierte Teil des Vorformlings auf einer Temperatur im wesentlichen gleich jener Temperatur gehalten wird, die in der Form während der Kristallisation vorhanden war oder ausreicht, um die Kristallisation in der Nachformungs-Kühlstufe zu erreichen.
Bei einem Ausführungsbeispiel werden PET-Vorformlinge, die im Körperbereich amorph sind und kristallisierte Hälse aus der Schmelze haben, spritzgeformt. Solche Vorformlinge werden dann verwendet, um Flaschen mit wärmefestem Halsfinish durch konventionelle Wiedererhitzungs-Blasformungsverfahren zu erzeugen.
Spritzgießsysteme zum Herstellen von PET-Vorformlingen, die im wesentlichen amorph sind, umfassen viele Merkmale, um die Kühlung und das Einfrieren des geschmolzenen PET zu verbessern, bevor es bei höherem Systemausstoß kristallisiert (niedrige Zykluszeiten). Diese Merkmale werden in der vorliegenden Erfindung ebenfalls angewendet, um sicherzustellen, daß der amorphe Status des Körpers des Vorformlings bei niedrigen Zykluszeiten erhalten bleibt.
Die Bereiche der Form, welche das Halsfinish des Vorformlings formen, das bevorzugterweise kristallisiert sein soll, sind die Halsringe (oder ein Teil derselben) und ein Abschnitt des Kernes (siehe 1). Die Wärmeeigenschaften dieser Bereiche können in einer Reihe von Wegen entworfen werden, um das Ziel einer vollen Kristallisation des Halses aus der Schmelze vor dem Ausstoßen des Teiles zu erreichen. In anderen Fällen wird zur Reduzierung der Zykluszeit der Teil aus der Form entfernt, wobei er nur begonnen hat, zu kristallisieren, und die maximalen Kristallinitätsniveaus werden während des Nachformungs-Abkühlungsstadiums in dem Teilehandhabungsroboter oder in einem Turm oder in einer Fortschaltform erreicht. Somit zeigt 1 eine Vorformlingsform 10 mit einem Kernkühlungskanal 12, einem Kernkühlungsrohr 14, Halsringkühlungskanälen 16, Halsringen 18, einem Kern 20, einem Formhohlraum 22 und Formkühlungskanälen 24, die sich in Umfangsrichtung um den Formkern erstrecken. 1 zeigt auch einen PET-Vorformling 26, einen Formeinlaufeinsatz 28 und eine Einspritzdüse 30. Der Kernkühlungskanal 12 umfaßt einen Kühlmitteleinlaß 32 und einen Kühlmittelauslaß 34.
Geschmolzener Kunststoff wird in den Formhohlraum 22 über eine Einspritzdüse 30 durch einen Einlaufeinsatz 28 eingespritzt. Kühlkanäle 16, 24 der Spritzgießform 10 und Kühlkanäle 12 des Kernes 20 kühlen den geschmolzenen Kunststoff zu einem festen Zustand und formen in der Spritzgießform einen Vorformling 26.
Der Vorformling 26, der detaillierter in 9 gezeigt ist, umfaßt einen Bodenteil 36, einen Seitenwandteil 38, der sich vom Bodenteil wegerstreckt, und einen Halsbereich 40, der sich von der Seitenwand wegerstreckt, wobei der Halsbereich zweckmäßig einen Gewindeteil 42 und einen Halsring 44 enthält.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der heiße Kunststoff gegenüber den Formungsflächen und/oder dem Kühlmittel in dem Kühlkreislauf in jenen Teilen, wo eine Kristallisation erwünscht ist, wärmeisoliert werden. In 2 hat das Kernkühlrohr 14 an seiner Außenfläche nahe dem Vorformlingshalsbereich 40 eine innovative Wärmeisolierhülse 46, die sich nur so weit in den Bereich des Teiles erstreckt, wie dieser kristallisiert werden soll, d.h. nur in die Nähe zumindest eines Teiles des Halsbereiches.
Die Isolierhülsenmittel 46 und 48 könnten eine Hülse oder eine Lage aus Isoliermaterialien sein. Die Isoliermittel 46 sind innerhalb des Kernes angeordnet und begrenzen die Kühlwirkung, die von dem Kühlfluid ausgeübt wird, indem sie den Wärmeverlust absenken. Die Isoliermittel 46 können Teil der Kernfläche sein, können ein Teil der Kühlkanalfläche sein oder können ein Teil von beiden sein. Durch Anwendung dieser Isoliermittel 46 und 48 werden bestimmte Zustände erreicht, um den Kühlverlauf in dem Halsteil zu verlangsamen, so daß dieser vollständig oder teilweise im Schließzustand der Form kristallisiert wird. Wie in 2 gezeigt, sind die Wärmeisoliermittel 48 entweder auf die Kernfläche und/oder auf den Halsring aufgebracht.
2A zeigt eine innere Wärmeisolierhülse 14' in dem Kühlrohr 14, und 2B zeigt das Kühlrohr 14 mit einem Metallspitzenteil 15 und einem Isolierkörperteil 17.
2C zeigt ein Kühlrohr 14 mit einem Metallspitzenteil 15 und einem Isolierkörperteil 17, die auch als Dünnfilmheizeinrichtung, einschließlich eines Temperaturfühlers 100, ausgebildet sein können. Der Kern 20 kann Innennuten 102 aufweisen, wie in 2D gezeigt, die wendelförmig sein können oder einen oder mehrere Anfänge haben können. Die Nuten können in die Innenfläche des Kernes eingearbeitet sein, um die Oberfläche des Kernes zu vergrößern, und erzeugen eine turbulente Strömung, so daß eine bessere Kühlung im oberen Teil des Kernes erreicht wird. Dünnfilmheizeinrichtungen 104 können beispielsweise an der Außenseite des Kernes vorgesehen sein, detaillierter in 2E gezeigt, und sie können eine sinusförmige Konstruktion haben und ein Thermoelement umfassen.
Die Formfläche des Kernes 20 und der Halsringe 18 besteht aus wärmeisolierendem Material 48 in dem Bereich des Teiles, der kristallisiert werden soll, damit der Halsbereich 40 von den Formkernkühlkanälen 12 und von den Halsringkühlkanälen 16 isoliert wird. Die Wärmeisoliermaterialien werden so gewählt werden, und die Dicke der Wärmeisoliereinsätze wird so entworfen, daß sie den Wärmetransfer während des Spritzgießzyklus steuern und gestatten, daß das Polymer kristallisiert oder zu kristallisieren beginnt. Somit zeigt 2 eine detaillierte Ansicht einer Vorformlingsform 10 der vorliegenden Erfindung, einschließlich Wärmeisolierlagen 46, 48 und ein Kernkühlrohr 14. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 2, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, werden Wärmeisoliermittel 46, 48 in dem Halsring und im Kern angeordnet, d.h. in dem Kern können die Isoliermittel innerhalb und/oder außerhalb des Kernes vorgesehen sein. Bei der vorliegenden Erfindung kann man alle drei Isoliermittel nach 2 oder zumindest eines oder zwei derselben anwenden. Die Isoliermittel können Hülsen sein, beispielsweise aus Keramik oder Titan, oder irgendwelche geeigneten Wärmeisolierlagen. Die Wärmeisolierlagen können durch zusätzliche verschleißfeste Lagen, wie diamantartige Dünnfilme, geschützt sein. Im folgenden werden repräsentative Wärmeisoliermaterialien auf den Kern und/oder die Halsringe gemäß der Erfindung aufgebracht.
Für eine Hülse:
Die Hülsen erfordern keine zusätzlichen Verschleißschutzlagen und können ersetzt werden, wenn sie beschädigt sind. Die Hülse kann im allgemeinen eine Dicke bis zu 1 mm haben.

1. Polyimide;
2. Titan oder Titaniegierungen;
3. Glas-Keramiken.

Für eine Lage:

1. Ein Polymerharz wird aus Polyamiden, Polyamiden, Polysulfon, Polyamidimiden, Polyethersulfon, Polytetrafluorethylen, Polyetherketon ausgewählt. Die Lage kann aufgesprüht werden und kann eine Dicke zwischen 10-1000 Mikron haben. Ferner wird eine verschleißfeste Lage auf der Oberseite dieser Isolierlage aufgebracht. Diese Lage könnte ein „diamantartiger Film" sein, wie er im US-Patent 5,112,025 offenbart ist, die unter Bezugnahme hierauf in die vorliegende Beschreibung miteinbezogen wird. Diese Lage kann eine Dicke von 5-20 Mikron haben.
2. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Isolierlage aus der Gruppe gewählt, die aus Keramiken, Porzellanglasur oder Glas mit einer Dicke von 20-1000 Mikron besteht. Diese Lage kann durch eine metallische Dünnfilmlage aus Chrom oder einem anderen geeigneten Material geschützt werden.
3. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel könnte die Isolierlage aus bekannten Materialien, wie Metalloxiden, Siliciumoxiden, Siliciumkomplexoxiden oder plasmapolymerisierten Kunststoffen, gewählt sein. Wie vorher könnte die Dicke bis zu 1000 Mikron betragen, und eine Verschleißschutzschicht wird auf der Oberseite angebracht.
4. Eine geeignete Isolierlage mit höherer Verschleißfestigkeit gemäß der Erfindung ist Zirkonkeramik. Üblicherweise erfordert sie keinen zusätzlichen Verschleißschutz.

Sie sollten zumindest nahe zumindest einem Teil des Halsbereiches 40 des Vorformlings vorgesehen sein, um den Abkühlungsvorgang zu verlangsamen. 2 zeigt auch Halsringkühlkanäle 16 in dem Halsring der Vorformlingsform 10. Der Halsfinishteil des Vorformlings wird somit aus der Schmelze nach dem Einspritzschritt durch Verlangsamung des Kühlungsvorganges, wie er durch die vorstehend erwähnten Wärmeisoliermittel verursacht wird, einschließlich Hülsen und/oder Lagen, kristallisiert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Temperatur in der geschlossenen Stellung der Form auf Grund der Information, die durch irgendwelche bekannten Temperatursensoren geliefert wird, lokal eingestellt werden. Unabhängige Sensoren werden vorzugsweise nahe den Teilen angeordnet, wo die Schmelze nach dem Vervollständigen des Kühlschrittes amorph und kristallin wird. Um die beste Genauigkeit zu erzielen und Markierungen auf dem Teil zu vermeiden, offenbart die vorliegende Erfindung die Verwendung von Dünnfilm-Temperatursensoren nach dem Stand der Technik (siehe US-Patent 4,484,061 und US-Patent 5,573,335 , die beide durch Bezugnahme hierauf in die vorliegende Beschreibung miteinbezogen werden) auf den Kern und/oder Halsringteilen einer Vorformlingsform, wie dies hier gezeigt ist.
Ein lokalisierter Bereich der Formungsfläche, wie der Teil der Halsringe, welche die Gewinde und andere Merkmale des Halsfinish formen, kann gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu den Wärmeisoliermitteln, falls erwünscht, mit Heizmitteln ausgestattet sein. Die Temperatur in diesem Bereich kann dann lokal thermostatisch gesteuert werden, damit das Polymer kristallisiert oder zu kristallisieren beginnt. Somit zeigt 3 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Detailansicht einer Vorformlingsform 10 der vorliegenden Erfindung, welche Heizmittel 50 im Halsbereich 40 des Vorformlings 26 aufweist, die in dem Halsring 18 der Form angeordnet sind. Die Heizmittel 50 können elektrische Heizelement, wie Spulen, Banderhitzer oder Heizpatronen od.dgl., umfassen, die während des Spritzgießzyklus an- und abgeschaltet werden können. Auch könnten die Heizmittel 50 Dünnfilmheizeinrichtungen sein, die auf dem Halsring abgelagert und zwischen zwei Dünnfilmlagen zwischengeschaltet werden, die elektrisch nicht-leitend, d.h. die elektrische Isolatoren sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Heizelement auf dem Kern angeordnet werden, um eine Erhitzung des Halsteiles während des Abkühlungsvorganges zu ermöglichen, so daß dieser Teil auf einer höheren Temperatur gehalten wird, welche die Bildung eines kristallisierten Halses gestattet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Heizelement ein Dünnfilmheizelement, das in einigen Fällen einen Dünnfilmtemperatursensor umfassen kann. Somit wird gemäß der vorliegenden Er findung eine Dünnfilmheizeinrichtung zumindest teilweise auf der Oberfläche des Kernes, der zur Formung von PET-Vorformlingen verwendet wird, angewendet. Bezug genommen wird in dieser Hinsicht auf das US-Patent 5,573,692 , das US-Patent 5,569,474 , das US-Patent 5,155,340 und das US-Patent 4,396,899 , die durch Bezugnahme hierauf in die vorliegende Beschreibung miteinbezogen werden und die verschiedene Dünnfilmheizeinrichtungen offenbaren, die eine potentielle Anwendung in Verbindung mit dem Formkern gestatten, um PET-Vorformlinge zu bilden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel können Temperatursensoren und Heizelemente, welche die bekannten Dünnfilmtechnologien anwenden, auch in Verbindung mit den Halsringen 18 verwendet werden, die in 2 gezeigt sind. Somit lehrt die vorliegende Erfindung Heizmittel, Wärmeisoliermittel und/oder Temperaturfühlmittel, die in den Halsringen angeordnet werden, die Teil einer Form sind, um blasfähige Vorformlinge, beispielsweise PET-Vorformlinge mit einem kristallisierten Halsteil, zu bilden. Wie 3A zeigt, umfaßt der Halsringteil 18 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Gewindeeinsatz 19, der einen inneren Gewindeteil 21 und eine Außenfläche 23 hat. Der äußere zylindrische Teil 23 umfaßt eine abgelagerte Dünnfilmheizeinrichtung 25, die aus einer Dünnfilmwiderstandslage besteht, die zwischen zwei Lagen aus einem bekannten elektrischen Isoliermaterial, wie Mika, als Sandwich eingeschaltet ist. Der Einsatz 19 besteht aus einem hochtemperaturleitfähigen Material. In einigen Fällen wird die Verschleißschutzschicht 19' auf den Gewindeteil des Einsatzes 19 aufgebracht. In anderen Anwendungen wird die Dünnfilmheizeinrichtung 25 direkt auf den Gewindeteil 21 aufgebracht. In diesem Fall wird ein geeigneter verschleißfester Film verwendet, der im Stand der Technik bekannt ist, und auf die Heizeinrichtung aufgebracht.
Die Halsringe, die typischerweise einen Kühlmittelströmungskreis bilden, können gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung so ausgebildet sein, daß sie einen Kreis für den Wärmetransfer statt oder zusätzlich zu einem Kühlmittelstrom bilden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Hitze auch durch ein erhitztes Fluid (Wasser, Öl etc.) bereitgestellt werden, das dem Halsteil nur während des Kühlschrittes zugeführt wird, in welchem der gesamte Vorformling durch andere Kanäle gekühlt wird. Eine Wärmetrenneinrichtung zwischen den erhitzten Teilen und den gekühlten Teilen des Formhalsringes kann ebenfalls vorgesehen sein. Die Temperatur des erhitzten Bereiches kann dann so gesteuert werden, daß das Polymer kristallisiert oder zu kristallisieren beginnt. Somit zeigt 4 ein anderes Ausführungsbeispiel, u.zw. im Detail, einer Vorformlingsform der vorliegenden Erfindung. 4 zeigt den Halsring 18, einschließlich der Heizfluidkreise 52. Der zweiteilige Halsring bildet gemäß 4 in der Form 10 einen oberen Halsringteil 18A und einen unteren Halsringteil 18B. Zwischen dem oberen Teil 18A und dem unteren Teil 18B ist eine Wärmetrennvorrichtung vorgesehen, die ein erstes Wärmeisoliermittel 54 umfaßt, wobei ein zweites Wärmeisoliermittel 56 ebenfalls optional oberhalb des ersten Wärmeisoliermittels gezeigt ist. Die Wärmeisoliermittel könnten zum Beispiel eine Keramikhülse oder eine Titanhülse sein. Alternativ können die Wärmeisoliermittel oder Wärmetrennmittel auch Wärmeisolierlagen sein.
Die Halsringe können so ausgebildet sein, daß sie thermostatisch durch die Heizeinrichtungen, die in diese eingebaut sind, gesteuert werden. Eine Wärmetrennung zwischen den erhitzten Teilen und den gekühlten Teilen der Form kann vorgesehen werden. Die Temperatur des erhitzten Teiles kann dann gesteuert werden, damit das Polymer kristallisiert oder zu kristallisieren beginnt. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbei spiel, u.zw. eine Teilansicht einer Vorformlingsform 10 der vorliegenden Erfindung. In 5 ist der Halsring 18 als alternative Ausführungsform gezeigt, wobei der Halsring 18 ein Lufttrennmittel 58 zwischen einem heißen Teil 60 und einem kalten Teil 62 des Halsringes aufweist. Der kalte Teil 62 trägt Kühlkreise 64, und der heiße Teil 60 trägt Heizmittel, wie Heizkreise 66. Die Heizkreise könnten geschaltet sein, um die Kreise am Ende des Formungszyklus zu kühlen. Alternativ könnten Kühl- und Heizkanäle vorgesehen sein, die bekannte Heizrohre sind, um eine Erhitzung oder Kühlung zu ermöglichen.
6 ist ein Querschnitt durch einen Kern 20, wobei das Kühlfluid 68 gezeigt ist, das von einem zentralen Kühlrohr 70 in dem Kühlkanal 69 strömt. Eine Kernkühlbeschränkung 72 ist nahe der Halszone des Vorformlings vorgesehen, wie dies durch den Pfeil A angedeutet ist, und bildet ein Wärmeisoliermittel, wie eine Hülse oder eine Lage innerhalb oder außerhalb des Kernes.
7 zeigt ein Differential-Scan-Kalorimeter (DSC) eines thermoplastischen PET-Materials, das anzeigt, wie sich das PET während des Kühlverfahrens verhält und einen Schmelzenbereich 74 einen Rekristallisationsbereich 76 und einen Glasübergangsbereich 78 zeigt. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Vorformlinge aus der Schmelze rasch zu einem amorphen Zustand im Körperteil abgekühlt und dann langsamer im Halsteil gekühlt.
Die vorliegende Erfindung ist auf mehrlagige Vorformlinge anwendbar, wie sie beispielsweise in 8 gezeigt sind, in der ein mehrlagiger Vorformling 80 gezeigt ist, der einen Halsteil 82 hat, welcher kristallisiert werden soll, eine Wärmeisolierhülse 84, eine erste äußere Kunststofflage 86, eine zweite Zwischenkunststofflage 88 und eine dritte Innenkunststofflage 90 mit Kühlkanälen 92 im Kern 94. Die Einspritzdüse 96 ist nahe der Form 98 mit einer Einlaufzone 100 dazwischen.
9 zeigt den Vorformling 26, einschließlich des Halsbereiches 40, der kristallisiert werden soll, den Seitenwandteil 38 und den Bodenteil 36. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der Vorformlingsteil 45 optional ebenfalls unmittelbar unterhalb des Halsringes 44 kristallisiert werden. Wie vorstehend angedeutet, sind der Körperbereich 38 und der Bodenteil 36 in einem amorphen Zustand.
10 zeigt die Änderung der Gesamttemperatur für den Körper und die Halsteile des Vorformlings nach dem Füllen der Form. In 10 haben die folgenden Abkürzungen die folgenden Bedeutungen.

T_m: – Temperatur des Kunststoffes, wenn er in die Form eingefüllt wird.
T_cr: – der Temperaturbereich, in welchem der Kunststoff am raschesten kristallisiert.
T_eject: – der Temperaturbereich, in welchem der Teil ausgeworfen werden kann, einschließlich der höchsten Temperatur, bei welcher der Teil ausgeworfen werden kann.
T1: – eine Zeitspanne, die für eine wesentliche Kristallisation zu kurz ist.
T2: – eine Zeitspanne, die für eine wesentliche Kristallisation lang genug ist.

Wie in 10 gezeigt, kann der Halsteil einer Anzahl von Wegen innerhalb von T_cr folgen, um die Kristallisation des Halsbereiches zu erreichen.
Die Tabelle 1 zeigt die Sequenz und die Zeitabläufe für drei Variationen der vorliegenden Erfindung. In der Tabelle haben die Abkürzungen die gleiche Bedeutung wie vorstehend angegeben, mit den folgenden zusätzlichen Abkürzungen

S2: – Station 2,
NR: – Halsring,
S3: – Station 3,
S4: – Station 4,
TO: – Herausnehmen oder Entfernen des Teiles aus der Form, ohne den Teil freizugeben.

Wie in Tabelle 1 gezeigt, können verschiedene Variationen der vorliegenden Erfindung leicht stattfinden, um die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erreichen.
Um eine amorphe PET-Schmelze zu kristallisieren, muß der Spritzgießformteil von der Schmelzentemperatur auf die Kristallisationstemperatur abkühlen und den Kristallisationsbereich mit einem kontrollierten Wärmeprofil durchlaufen. Das Ausmaß an Kristallinität hängt von dem Temperaturprofil im Kristallisationsbereich und von der Zeitspanne des Überganges ab. Nach der Kristallisation (vollständig oder teilweise) wird der spritzgeformte Teil auf die Ausstoßtemperatur abgekühlt und sodann aus der Form entfernt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Kristallisation zumindest innerhalb der Form vor dem Öffnen derselben initiiert. Es ist erwünscht, den Halsfinishteil innerhalb der ursprünglichen Halsformungsfläche zu kristallisieren, wann immer dies möglich ist, weil dies die stabilsten Dimensionen für die Halsgeometrien ergibt. Um die Vorteile der vorliegenden Erfindung und das gewünschte Kristallisieren des Halsbereiches zu erzielen, muß man Mittel zum Steuern der Kühlung des Halsbereiches vorsehen, z.B. durch Erhitzen, Kühlen, Isolieren oder Kombinationen dieser Vorgänge, in passiver oder aktiver Form. Somit kann beispielsweise eine passive und aktive Isolierung und Wärmetrennung während der Spritzgießphase oder während des nachfolgenden Bearbeitens entweder in Stationen innerhalb der Form oder außerhalb der Form, wie in einem Produkthandhabungssystem, erreicht werden. Dies kann die Verwendung von Dünnfilmheizeinrichtungen und Wärmeleitern umfassen, welche die Formungsfläche bilden können oder unterhalb der Formungsfläche der Formkomponente vorhanden sind. Durch Steuerung der Wärmeabgabe an den eingespritzten Teil kann man die Kristallisation beschleunigen. Dünnfilmheizeinrichtungen können verwendet werden, um ein konstantes oder kontrolliertes Wärmeprofil innerhalb des Halsbereiches des Vorformlings bereitzustellen, wenn sie auf die Halsringe oder auf die Kerne aufgebracht werden. Auf ähnliche Weise kann man Leiter, wie Beryllium-Kupferleiter, die eine Schicht von beispielsweise 0,1 bis 7,5 mm Dicke bilden, vorsehen, um ein gesteuertes Entfernen von Hitze von den erwünschten Zonen zu erreichen.
Ein Ausführungsbeispiel kann den Transfer der Vorform in eine Konditionierstation in der Form umfassen, in welcher die Formungsfläche für den Halsbereich übertragen kann oder nicht, während sie mit dem Vorformling in Kontakt ist. Somit kann man beispielsweise den Vorformling durch Verlagerung der Halsringe oder der Formungsflächenteile desselben zu einer parallelen Stelle innerhalb der Form transferieren, möglicherweise durch Verlagerung der Schieber oder eines Teiles der Stripperplatte. An dieser neuen Stelle würden die Heiz-/Kühlkreise aktiviert, um eine Wärmezufuhr zur Halsringformungsfläche zu erreichen. Die Temperatur der Formungsfläche könnte auf einen höheren Punkt innerhalb des Kristallisationsbereiches erhöht werden, um die Kristallisation zu beschleunigen, oder könnte aufrechterhalten werden, um den Kristallisationsvorgang fortzusetzen. Nach dem Fertigstellen oder teilweisen Kristallisieren des erwünschten Halsbereiches kann die Halsfinishzone auf einen Punkt von Dimensionsstabilität abgekühlt werden, und nachfolgend würden die Vorformlinge aus der Form durch ein separates Produkthandhabungssystem entfernt, wobei eine Kristallisation und Kühlung stattfinden kann. Ein zweites Verfahren der vorliegenden Erfindung kann umfassen, daß die Vorformlinge zu einer anderen Stelle innerhalb der Form transferiert werden, ohne den Vorteil des kontinuierlichen Kontaktes mit der ursprünglichen Formungsfläche. Während sie sich an der neuen Stelle in der Form befinden, würde eine Vorrichtung eine Erhitzung/Kühlung und/oder Isolation vornehmen, wie dies für den Halsbereich und die Schnittstelle Halsbereich-Körper des Vorformlings erforderlich ist. Diese Vorrichtung würde das Wärme profil des erwünschten Halsbereiches steuern, wodurch die Kristallisation des erwünschten Halsbereiches gesteuert wird.
Eine andere Ausführungsform des in der Form-Kristallisation nach dem Öffnen würde umfassen, daß die Vorformlinge in dem ursprünglichen Formungshohlraum gehalten werden, während der Kern und die Halsformungsflächen entfernt sind, somit das Halsfinish exponiert ist. Eine Vorrichtung, die integral mit der Form ausgebildet sein kann oder in die Form eingeführt wird, würde das erwünschte Halsfinish umfassen (innerhalb oder außerhalb, wie erwünscht) und eine Erhitzung, Kühlung und/oder Isolation bewirken, wie dies erforderlich ist, um die Kristallisation des erwünschten Halsbereiches zu erzielen, während der Körperbereich von nachteiligen Hitzeeffekten geschützt ist.
Wie vorstehend angedeutet, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung erwünscht, zumindest eine teilweise Kristallinität innerhalb der Grenzen der ursprünglichen Halsformungsfläche zu erzielen, wodurch bevorzugte Halsfinish-Geometrien erreicht werden. Normalerweise wird der Halsring oder zumindest die Formungsfläche desselben gemeinsam mit dem Vorformling in eine Konditionierstation außerhalb der Form verlagert, wie beispielsweise ein Produkthandhabungssystem. Diese Prozedur könnte dann eine Kühlung des Körperbereiches, eine Wärmeisolierung zwischen dem erwünschten Halsbereich und den Körperbereichen und die erforderliche Erhitzung, Kühlung und/oder Isolierung des Halsbereiches bewirken.
Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, die lediglich illustrativ als beste Ausführungsformen der Erfindung angesehen werden, und die Modifikationen von Form, Größe und Anordnung von Teilen und Details der Betriebsweise unterworfen werden kön nen. Die Erfindung soll vielmehr alle diese Modifikationen umfassen, die innerhalb des Schutzumfanges liegen, der durch die Ansprüche definiert ist.

Claims

Verfahren zum Formen eines Kunststoffgegenstandes (26, 80) in einer Form (10) mit einem Hohlraumteil (36, 38) und einem Halsteil (40, 82), wobei das Verfahren umfaßt: Formen des Kunststoffgegenstandes (26, 80) durch Spritzgießen von Kunststoff in die Form (10, 98), wobei der Kunststoffgegenstand (26, 80) einen Körperteil hat, der in dem Hohlraumteil definiert ist, und einen Halsteil, der durch den Halsteil definiert ist, wobei der Körperteil und der Halsteil (10) gleichzeitig geformt werden; Abkühlen des Kunststoffes aus einem geschmolzenen Zustand in einen festen Zustand; gekennzeichnet durch: Temperaturkonditionieren des Halsteiles des Kunststoffgegenstandes in der Form (10) unabhängig vom Körperteil des Kunststoffgegenstandes, so daß der Halsteil innerhalb der Form (10) gegenüber dem Körperteil während des Überganges des geschmolzenen Kunststoffes in einen kristallinen und glasförmigen Zustand innerhalb der Form mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit gekühlt wird, wobei der Körperteil relativ rasch aus dem geschmolzenen Zustand in einen festen Zustand durch ein erstes Mittel nahe dem Hohlraumteil zur Bildung eines amorphen Körperteiles gekühlt wird, und der Halsteil relativ langsam durch ein zweites Mittel nahe dem Halsteil gekühlt wird, um einen kristallisierten Halsteil zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem zumindest ein Abschnitt des Halsteiles von dem ersten Mittel zum Kühlen des Körperteiles isoliert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die Spritzgießform (10; 98) einen Formkern (20; 94) und ein Kühlrohr (14) innerhalb des Formkernes aufweist, wobei das Kühlrohr nahe zumindest einem Abschnitt des Halsteiles (40; 82) wärmeisoliert ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die Spritzgießform (10; 98) einen Formkern (20; 94) und ein Kühlrohr (14) innerhalb des Formkernes aufweist, wobei der Formkern nahe zumindest einem Abschnitt des Halsteiles (40; 82) wärmeisoliert ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die Spritzgießform (10; 98) einen Formkern (20; 94) und einen Halsring (18) mit zumindest einem Kühlkanal (16) in dem Halsteil aufweist, wobei der Halsring von zumindest einem Abschnitt des Halsteiles (40; 82) wärmeisoliert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem eine Heizeinrichtung (50; 52; 66) nahe zumindest dem Halsteil vorgesehen wird, um die Kristallisation zu unterstützen.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem ein erster Teil eines Halsringes erhitzt wird, und ein zweiter Teil des Halsringes gekühlt wird, und der erste Teil von dem zweiten Teil isoliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem: zumindest ein erster Teil des geschmolzenes Materials durch eine erste Temperaturkonditioniereinrichtung aus dem geschmolzenen Zustand in den festen Zustand durch rasches Durchlaufen des kristallinen Temperaturbereiches gekühlt wird, um zumindest einen amorphen ersten Teil zu bilden; und zumindest ein zweiter Teil des geschmolzenen Materials durch eine zweite Temperaturkonditioniereinrichtung aus dem geschmolzenen Zustand in den festen Zustand durch relativ langsames Durchlaufen des kristallinen Temperaturbereiches gekühlt wird, um zumindest einen zweiten kristallinen Teil zu formen; und wobei das Verfahren ferner umfaßt: Öffnen der Form zum weiteren Bearbeiten und Handhaben des geformten Gegenstandes (26, 80) zu einem Zeitpunkt, in welchem sich ein erster Teil des geformten Gegenstandes in einem glasförmigen Zustand befindet, und sich ein zweiter Teil des geformten Gegenstandes (26, 80) zumindest teilweise in dem kristallinen Zustand befindet.
Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem die weitere Bearbeitung einen Temperaturbearbeitungsschritt umfaßt, der auf den zweiten Teil ausgeübt wird, um diesen innerhalb des kristallinen Temperaturbereiches zu halten, um den kristallinen Gehalt des zweiten Teiles des geformten Gegenstandes (26, 80) zu verbessern.
Form (10, 98) zum Formen eines Kunststoffgegenstandes (26), wobei die Form (10, 98) umfaßt: einen Hohlraumteil zum Formen und Definieren eines Körperteiles (36, 38) eines geformten Gegenstandes (26) im Betrieb; einen Halsteil zum Formen und Definieren eines Halsteiles (40, 82) eines geformten Gegenstandes (26) im Betrieb; Spritzgießmittel (30; 96) zum Einspritzen von geschmolzenem Kunststoff in die Form zur gleichzeitigen Bildung des Körperteiles (36, 38) und des Halsteiles (40, 82) des Kunststoffgegenstandes (26; 80); Mittel in Wärmeaustauschbeziehung mit der Form zum Abkühlen des Kunststoffes aus einem geschmolzenen Zustand in einen festen Zustand; gekennzeichnet durch: Mittel in der Form (10, 98) zum Temperaturkonditionieren des Halsteiles (40, 82) des Kunststoffgegenstandes (26) unabhängig vom Körperteil des Kunststoffgegenstandes, so daß der Halsteil (40, 82) gegenüber dem Körperteil (36, 38) mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit während des Überganges des geschmolzenen Kunststoffes von einem geschmolzenen Zustand in einen kristallinen und glasförmigen Zustand innerhalb der Form gekühlt wird, wobei der Körperteil (36, 38) durch ein erstes Mittel nahe dem Körperteil (36, 38) relativ rasch auf den festen Zustand zur Bildung eines amorphen Körperteiles in dem Kunststoffgegenstand (26) gekühlt wird, und der Halsteil (40, 82) re lativ langsam durch ein zweites Mittel nahe dem Halsteil zur Formung eines kristallinen Halsteiles gekühlt wird.
Form nach Anspruch 15, die ferner umfaßt: einen Halsring (18) mit einem Halsringteil nahe dem Halsteil des Gegenstandes; und Kühl- und Heizmittel, die in dem Halsteil vorgesehen sind.
Form nach Anspruch 11, bei welcher der Halsring (18) eine Wärmeisolierung nahe zumindest einem Abschnitt des Halsteiles des Gegenstandes aufweist.
Form nach Anspruch 11, bei welcher die Heizmittel betätigbar sind, um zumindest einen Teil des Halsringes (18) und des benachbarten Halsteiles des Gegenstandes zu erhitzen.
Form nach Anspruch 11, bei welcher der Halsring (18) eine Dünnfilmheizeinrichtung (104) nahe dem Halsteil des Gegenstandes aufweist.
Form nach Anspruch 10, die ferner einen Formkern (20, 94) und ein Kühlrohr (14) innerhalb des Formkernes aufweist, wobei das Kühlrohr nahe zumindest einem Teil des Halsbereiches (40, 82) wärmeisoliert ist.
Form nach Anspruch 10, die ferner einen Formkern (20, 94) und ein Kühlrohr (14) innerhalb des Formkernes aufweist, wobei der Formkern nahe zumindest einem Teil des Halsbereiches (40, 82) wärmeisoliert ist.
Form nach Anspruch 16, bei welcher die Form (10, 98) einen Formkern (20, 94) und einen Halsring (18) aufweist und zu mindest ein Kühlkanal (16) in dem Halsring vorgesehen ist, wobei der Halsring von zumindest einem Abschnitt des Halsteiles (40, 82) wärmeisoliert ist.
Form nach Anspruch 11, bei welcher die Isolierung zwischen den Kühl- und Heizmitteln in dem Halsring vorgesehen ist.