DK152795B - Fremgangsmaade til fremstilling af kop- eller skaalformede genstande ud fra polyolefinformstofplader - Google Patents

Description

- 1 -

DK 152795B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af tyndvæggede kop- eller skålformede genstande af polyolefiner og af den art, ved hvilken en tynd plade af termoplastisk plymermateriale indføres mellem et formningsstempel og et formningsværktøjs endeåbning og bevægelse af 5 formningsstemplet ind i formningsværktøjet, hvorved en bukket eller bulet del af pladen dannes i formnings værktøjet, samt indføring af trykvæske i den bukkede eller bulede del af pladen til formning af genstanden i formningsværktøjet.

Polyolefiner såsom polyprolypen, polyethylen, copolymere af sådan-10 ne materialer og lignende krystallinske formstofmaterialer har mange ønskværdige egenskaber, såsom høj trækstyrke i varm tilstand, høj modstand mod nedbrydende og skadelig påvirkning fra omgivelserne, ringe lugt- og smagsafgivelse samt attraktivt udseende og behagelige berøringsegenskaber, som kan gøre sådanne materialer meget ønskværdige til 15 emballage af en lang række materialer, specielt olieholdige levnedsmidler.

Imidlertid har polyolefiner visse egenskaber såsom lav smelteviskositet, som gør dem vanskelige at udforme fra en smeltet plade ved vakuum- eller trykformning på grund af kraftig nedhængning af pladen. For 20 at opnå en egnet grad af smeltestyrke for disse materialer er det nødvendigt at anvende en kvalitet med ekstremt høj molekylvægt* Sådanne materialer er vanskelige at forme til en plade med god overflade. Yderligere resulterer de termiske egenskaber af polyolefiner, såsom den lave termiske ledningsevne og høj varmekapacitet, i meget langstrakte 25 støbningscykler sammenlignet med de samme arbejdscykler for polystyren og ABS samt standarderne ved termoformning* Følgelig er polyolefinerne ikke blevet anvendt i særlig grad ved termoformning.

Når der forsøges opvarmning og formning af polyolefiner i smeltefasen i konventionelt termoformningsapparatur, hænger pladerne meget 30 stærkt ned, også i relativt små områder hvorved udstyret tilsmudses, både opvarmnings- og formningsapparaturet, og pladen danner rynker, som opretholdes i genstanden, og endelig kræver pladen en uønsket lang opholdstid efter formningen til at hærde til den ønskede form.

Det er opfindelsens formål at tilvejebringe en fremgangsmåde til 35 formning af polyolefinforrastofpladen til tyndvæggede kop- eller skålfor-

DK 152795 B

- 2 - mede genstande uden de problemer, som er forbundet med den konventionelle termoformningsteknik.

Følgelig tilvejebringer opfindelsen en fremgangsmåde til fremstilling af tyndvæggede kop- eller skålformede genstande ud fra polyolefin-5 formstofplader, der ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at der anvendes en plade af polyolefinmateriale, som formes til genstanden, medens det holdes i fastfasetilstand ved en temperatur under materialets smeltepunkt, at pladen indføres i det væsentlige i flad tilstand mellem formningsstemplet og formningsværktøjet, og at pladen strækkes mellem 10 kanten på formningsværktøjets endeåbning og formningsstemplet·

Et af de karakteristiske trade ved opfindelsen er, at beholderne formes fra en plade, som befinder sig i sin fastfasetilstand under materialets smeltepunkt (normalt betegnet fastfasedrift eller koldformning til forskel fra normal termoformning). Ved denne arbejdstenperatur 15 har pladen endnu tilstrækkelig styrke til ikke at hænge ned, når pladen fastholdes i kanterne· Ved at indføre pladen i flad tilstand mellem formningsstemplet og formningsværktøjet, undgås rynker eller andre uregelmæssigheder i beholderen, der ellers ville fremkomme som følge af pladens nedhaaiging ved termoformning. For yderligere at sikre en ensar-20 tet vægtykkelse i beholderen strækkes pladen frit mellem formningsstemplet og kanten på formningsværktøjets endeåbning. En ensartet strækning af pladen, især i beholderens bundområde under formningen, forbedres ligeledes, eftersom en faststofplade lettere glider langs stemplet end den varme-blødgjorte plade som ved termoformningen.

25 På denne baggrund fremstår forskellen fra fremgangsmåden kendt fra FI-patentskrift 41 453 og det tilsvarende DE-patentskrift 12 26 590 klart. Den kendte fremgangsmåde er i det væsentlige baseret på en vacu-umformning, dvs. en termoformning. Formstofpladen opvarmes og bibringes herved et betydeligt nedhæng. Som tidligere anført er det vanskelligt 30 at indføre en krum plade i formningsapparatet, ligesom der opstår folder og rynker i den fremstillede genstand. Det er også ret alvorligt, at det er vanskeligt at opvarme en nedhængende plade ensartet: Pladens centerområde vil være tættere på det nederste varmelegeme eller fjernt fra det øverste, eller begge dele, og vil derfor blive opvarmet til en 35 anden temperatur end de øvrige områder. Dette fører atter til en uens- - 3 -

DK 1S2795B

artet vægtykkelse for den af pladen fremstillede genstand. Den kendte fremgangsmåde anvender også det lufttryk# som opbygges mellem pladen og formningsværktøjet under formningsstemplets bevægelse# til formning af pladen# hvorved den hænger ned fra enden af forraningsstemplet. Dette er 5 ikke tilladeligt ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen# fordi enhver kontakt med stemplet skal holdes på et minimum. Fladen skal strækkes frit over et stort område for at sikre en ensartet og lille vægtykkelse. En sådan fri strækning begrænses ved den kendte fremgangsmåde som følge af det store kontaktareal mellem pladen og stemplet og som følge 10 af den store friktion# som fremkommer af det store kontakttryk# som udøves ved luftsammentrykningen og den store friktionskoefficient for varmeblødgjort termoplastisk materiale. Det skal bemærkes, at opbygningen af ethvert tryk mellem pladen og formen undgås ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen ved hjælp af ventileringshuller (26) i formen.

15 Formstofpladen udformes i fastfasetilstanden, dvs. under smelte punktet og over glasovergangspunktet. Pladen bukkes eller bules først ved hjælp af et hjælpeværktøj# et hjælpestempel eller en formningskerne, og dannelsen af genstanden afsluttes ved hjælp af trykmediet# som virker mod et evakueret rum eller et rum, som ikke væsentligt yder mod-20 stand mod trykmediet. Da pladematerialet er i fastfasetilstand, er enhver nedhængning af pladen meget mindre, end hvis pladematerialet forelå i smeltefasen# hvorved der undgås rynker# og hvorved genstandene fremstilles med tyndere og mere ensartede vægge. Rynkning# også ved formåbninger# som fremkommer med plade i smeltefasetilstanden ved ned-25 hængning# undgås ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen. Genstanden kan udformes fra en plade fri for sidegående indskrænkning i nærheden af formåbningen eller, alternativt, fra en plade, som er klemt rundt om hver formningskavitet i formen.

Fremgangsmåden er specielt velegnet til anvendelse med tyndt pla-30 demateriale mindre end 3,2 mm's tykkelse# fortrinsvis 0#5 - 1,5 mm# som let kan formes med extrusionvalsningsudstyr, og som muliggør anvendelse af materialer af sprøjtestøbningskvalitet med lav molekylvægt og høj smeltestrømning (melt-flow). En høj modekylvægt er fx. over 600.000. Formningscyklerne er af samme størrelsesorden som for polystyren med 35 høj slagstyrke og meget hurtigere, næsten dobbelt så hurtige som de# - 4 -

DK 152795B

der anvendes til termoformning af polypropylen i smeltefasen.

Sn særligt fordelagtig udformning af opfindelsen til formning af et antal genstande under anvendelse af et antal formningsstempler og formningsvaarktøjer fremkommer ved, at hulrummet i de bukkede eller bu·* 5 lede dele af pladen tættes omkring formningsværktøjernes endeåbning, hvorefter trykvæsken indføres i hver tættet bukket eller bulet del cif pladen i formningsværktøjerne.

Den foreliggende opfindelse skal yderligere beskrives ved hjælp af et eksempel under henvisning til tegningen, på hvilken 10 fig. 1 viser et diagram over og et snit i apparatur til opvarm ning og formning af formstofplademateriale, trinvist til dannelse af en gruppe skålformede genstande, fig. 2 en plan gengivelse af en gruppe genstande udformet i en plade i en cyklus for pressen, 15 fig. 3 et snit i større målestok, som gengiver pladen anbragt mellem en kerne eller et værktøj og en form, fig. 4 en afbildning i lighed med fig. 3 efter at værktøjet har afsluttet sin fremadgående bevægelse ind i formen, fig. 5 en lignende gengivelse efter et trykmedium har formet 20 genstanden til den endelige form i formen og fig. 6 en yderligere forstørret gengivelse, delvis i snit, af en færdiggjort genstand.

Det illustrerede apparat omfatter en opvarmningsenhed 10, som modtager plademateriale W, fx. op til 56 cm's bredde, fra en forsynings-25 valse 11, og en presseenhed 12. Opvarmningsenheden omfatter tre trinvarmere 13, 14, 15 med nedre og Øvre strålevarmeelementer 16, som hver har omtrent samme længde som længden af presseenheden. Ikke viste midler forefindes til tilføring af pladen fremad i de krævede presselæng-detrin gennem de adskillige opvarmningstrin og pressen, fx. i form af 30 kontinuerte pigbærende kæder på siderne, som spidder kanterne på pladen og bevæger den fremad på et fastgjort niveau gennem opvarmnings- og presseenhederne. De skålformede pladedele kan udskæres i presselængder, når de er afsluttet i pressen, og føres til en maskine, som skiller genstandene fra hinanden, eller pressen kan konstrueres til at føre 35 pladen med fordybninger direkte til en maskine, som udskærer genstande-

DK 152795 B

- 5 - ne. Kassable plader kan gensmeltes og genvalses eller helt kasseres, alt efter hvad økonomien kan tilsige.

En udformet skålformet genstand 20 er vist på fig. 6. Den omfatter en sidevæg 21, bund 22 og en kant 23.

5 Formningselementerne i presseenheden 12 er vist i aktion på figu rerne 3, 4 og 5. Disse elementer omfatter en form 25 med en væskekanal eller kanal for mediet 26, selektivt indrettet til vakuum- eller trykmedium, et håndværktøj eller hjælpestempel 27 og en kanal 28 for mediet, indrettet til trykmediet til formning af genstanden til den endeli-10 ge form.

Fig. 3 viser pladen W i begyndelsesstillingen mellem formningselementerne. Formen kan bringes ned på pladeniveauet og pladen skubbes mod den. Hjælpeværktøjet bevæges så op til den på fig. 4 viste stilling, medens luft evakueres fra formen gennem kanalen 26.

15 Tætningsringe 29 omkring hvert genstandsrum, eller en tætningsring 30 omkring gruppen af genstandsrum, eller begge dele, med lufttilførselskanaler 28 inden for de aftættede områder forefindes til begrænsning af det tilførte trykmedium til ekspansionen af genstandene. Stederne for tætningen er vist med brudte linier på fig. 2 til at indikere 20 deres stilling på den formede plade.

Derefter tilføres som vist på fig. 5 trykmedium såsom komprimeret luft ved 5,5 atmosfærer eller mere gennem kanaler 28 omkring hvert værktøj til at tvinge materialet ind i formen.

Efter en opholdstid til at den ønskede form kan sætte sig, adskil-25 les værktøjet og formes, idet ejection af trykmedium i kanalerne 26 og pladeudskubningsorganer anvendes, hvis det er nødvendigt, og pladen med fordybningerne fjernes fra pressen, når den er fri fra pressedelene.

Den udformede plade med fordybninger kan skæres af i presselængder og fjernes manuelt eller på anden ønsket måde. Senere fjernes de indi-30 viduelle skålformede genstande fra pladen på vilkårlig ønsket måde.

Pladen, som går ind i pressen, opvarmes til en temperatur netop tilstrækkeligt under smeltepunktet til opretholdelse af pladeintegriteten og undgåelse af nedhængning og tilsmudsning, når den føres mellem de støttende sidekæder i indgreb med pladen. Som forklaret i det føl-35 gende er det undertiden ønskværdigt at forme ved lavere temperaturer,

DK 152795B

— δ — hvis det tilstrækkelige tryk er tilgængeligt. Por polypropylen, som har et smeltepunkt på ca. 168*C, fødes pladen til pressen ved en temperatur på omkring 160 · 166'C. Ved termoformning af samme materiale skulle det opvarmes til ca. 177*C.

5 Opholdstiden efter skåldannelsen til bebeholdelse af formen på genstanden reduceres meget kraftigt ved anvendelse af polypropylen i fast fase sammenlignet med smelteformning af samme materiale. Fx. kan , opholdstiden ved smelteformning for en plade på 1 mm være 6 sek., hvorimod tiden med fastfaseformning ifølge den foreliggende opfindelse re-10 duceres til det halve af denne tid, og det samme forhold gælder for andre tykkelser.

Ved termoformning af polypropylen kan kun de meget lave smeltestrømningskvaliteter, såsom på 0,5 eller 0,6, overhovedet anvendes. Kvaliteter med højere melt-flow har lavere smelteviskositet, følgelig 15 hænger de mere ned, endog over smalle områder over formåbningerne, og de giver anledning til svære bearbejdningsproblemer. De betragtes i almindelighed som upraktiske at forme ved konventionel termoformningstek-nik. Med fastfasemetoden ifølge den foreliggende opfindelse er det let at anvende højere smeltestrømningsgrader for polymeren, fx. 5,0, uden 20 besværlig nedhaengning.

Til fastfaseformning er stemplet eller værktøjet mere afrundet ved enden og noget kortere end stempler, som anvendes til smeltefaseformning, idet smeltefaseformningsværktøjerne er temmelig flade ved enden til nedføring af en tykkere materialemængde til nedblæsning, efter at 25 værktøjsbevægelsen standser.

Jo højere blæsnings- eller formningstryk, der anvendes, jo skarpere vil hjørnerne og udformningen af genstanden hlive, og jo højere temperatur, der anvendes jo bedre bliver også afgrænsninggen på genstandens form.

30 Hjælpeværktøjet forbliver under driften ved en temmelig høj tempe ratur, fx. 138* C eller mere, således at det ikke køler pladen for meget, relativt mindre end ved smeltefaseforraning, hvor pladetemperaturen er meget højere. Formen arbejder ved en meget lavere temperatur. Til opnåelse af minimale cyklustider, kan formen køles ved cirkulation af 35 kølevand, fx. ved en temperatur på 10*C. Jo koldere og tykkere pladen - 7 -

DK 152795B

er, og jo større stempeltryk, der anvendes, jo mere afrundet og markeret vil enden af værktøjet være til opnåelse af den bedstmulige afstrømning af materialet. Sammenlignet med dette er værktøjsenden til smeltefaseformning næsten flad med lille afrunding af kanterne.

5 Pladematerialet er fortrinsvis polypropylen eller polyethylen el ler en copolymer af disse materialer· Den foretrukne meltflow er 4,5 til 5,2, sædvanligvis omkring 5,0. Overalt i nærværende beskrivelse og krav refererer melt-flow eller smeltestrømning til ASTM-værdier.

En af de betydningsfulde fordele ved fremgangsmåden ifølge opfin-10 delsen er muligheden for at fremstille klare transparente genstande såsom beholdere ud fra polypropylen. En faktor ved fremstilling af klare vægge er, at man har høj overfladeglans på begge sider af pladen. Målt med en 45’ Gardner glansmåler, skal glansområdet være fortrinsvis omkring 50 eller mere. Til opnåelse af høj glans på pladeoverfladerne må 15 formningsvalserne have en høj politur og valsetemperaturen være nøjagtigt styret.

Til plader med et højt smeltef low såsom 5,0 skal de øvre og centrale pladeformningskølevalser i en trevalsemaskine holdes på omkring 27*C og den nedre valse omkring 66’C. Visse moderat klare genstande er 20 blevet fremstillet med plade med et melt-flow på 0,7, men transparensen forbedres, når dette melt-flow forøges. Klarheden forbedres også med lavere pladeformningstemperaturer. Højere formningstryk tillader formning af genstande ved lavere temperaturer, og dette vil tillade en vis reduktion i de krav om overflade glans, som kræves til fremstilling af 25 klare transparente artikler. Tilladelige tryk afhænger af de tilgængelige maskiner og antallet af genstande, som formes i en cyklus. I nogle maskiner kan de til rådighed værende tryk begrænse skålekspansionstryk-ket til omkring 5,5 atmosfærer, hvis der fremstilles et antal store skålformede genstande i én cyklus, men ved ændring af maskinkonstruk-30 tionen kan denne grænse forandres.

Klarheden stiger, når graden af arealstrakning stiger. Arealstrækningen til klarhed vil være mindst 3 til 1 og til god klarhed 6 eller 8 til 1.

En polypropylenkvalitet, som giver optimal balance mellem ekstru-35 sionsforarbejdelighed og klarhed ved alle tykkelser, er en kernedannet

DK 152795B

- 8 - (nucleeret) homopolymer med et smelte-flow på 5. En nucleeret kvalitet kan også muliggøre højere ekstruder output/ forudsat at den nødvendige ekstruderkapacitet forefindes, da nucleerede kvaliteter størkner ved højere temperaturer.

5 En anden faktor til høj klarhed i de dannede emner er at have en plade, som er fremstillet ud fra ekstrudersmelte af materiale med høj melt-flow, som i det væsentlige er frit for resterende krystallinsk struktur. Dette skyldes, at ikke iøjnefaldende restkrystallinitet i smelten giver et nucleerings- eller kernedannelsessted, som muliggør 10 dannelse af rækkekrystallisation. Til eliminering af resterende kry-stallinitet i smelten fremstillet af ekstruderen og valserne er følgende ekstrudertemperaturer fundet tilfredsstillende: I tilfødningszonen 177*C, i kompressionszonen 232'C, i afmålingssonen 234*C og i værktøjseller matricezonen 204*C· Den højere temperatur i kompressionszonen 15 hjælper ved at bringe polymersmeltningsprocessen til en hurtigere afslutning og sikrer således fremstilling af en homogen smelte i det væsentlige fri for krystallinsk polymer.

Klarere artikler formes, når polymerens smelte-flowfaktor forøges.

Ved kvaliteter med melt-flow på over 5,0 er klarheden udmærket, under 20 denne grænse er genstandene i stigende grad gennemskinnelige.

Klarheden forbedres også med lavere formningstemperaturer for alle materialekvaliteter, men den nedre grænse for tilladelig formningstemperatur afhænger af de formnings tryk, som er tilgængelige, og skarpheden, som ønskes eller kræves ved fastlæggelsen af genstandens form.

25 Det ses således, at denne særlige udformning ifølge opfindelsen tilvejebringer en enkel og egnet metode til fremstilling af klare transparente genstande ud fra polypropylen ved formning af plademateriale i fastfasetlstand på en speciel måde ud fra specielt fastlagte udgangspladematerialer * 30

Claims (2)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af tyndvæggede kop- eller skålformede genstande af polyolefiner og af den art, ved hvilken en tynd plade ! af termoplastisk plymermateriale indføres mellem et formningsstempel og et formningsværktøjs endeåbning og bevægelse af formningsstemplet ind i 5 formningsværktøjet, hvorved en bukket eller bulet del af pladen dannes i formningsværktøjet, samt indføring af trykvæske i den bukkede eller bulede del af pladen til formning af genstanden i formningsværktøjet, kendetegnet ved, at der anvendes en plade af polyolefinmate-riale, som formes til genstanden, medens det holdes i fastfasetilstand 10 ved en temperatur under materialets smeltepunkt, at pladen indføres i det væsentlige i flad tilstand mellem formningsstemplet og formningsværktøjet, og at pladen strækkes mellem formningsværktøjets endeåbnings kant og formningsstemplet.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1 for formning af et stort antal gen-15 stande under anvendelse af et stort antal formningsstempler og formningsværktøjer, kendetegnet ved, at hulrummet i de bukkede eller bulede dele af pladen tættes omkring formningsværktøjernes endeåbning, hvorefter trykvæsken indføres i hver tættet bukket eller bulet del af pladen i formningsværktøjerne. 20