DK158879B - Fremgangsmaade ved fremstilling af beholdere af orienterbar plast - Google Patents

Description

i

DK 158879 B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af beholdere af termoplåstisk materiale, fortrinsvis polyethy-lenterephthalat, udfra et rørformet emne af i hovedsagen amorft materiale, som omformes til beholderen. Nærmere be-5 stemt sker fremstillingen ved, at materialet i det rørformede emne strækkes til flydning, at det strakte og orienterede materiale opvarmes til en temperatur over materialets temperatur umiddelbart før strækningen til udløsning af i materialet under strækningen opstående indre spændin-10 ger under samtidig reduktion af materialelængden i strækningsretningen, og at hvert efterfølgende formningstrin til dannelse af beholderen sker ved en temperatur, der er lavere end temperaturen ved det nærmest forudgående formningstrin.

15 Indenfor emballageområdet foreligger der behov for beholdere af termoplastisk materiale, som formår at modstå et indre tryk på mindst 7 kp/cm til opbevaring af kulsyreholdige drikkevarer, f.eks. øl og læskedrikke. Det har hidtil ikke været muligt med rimelig omkostihing af fremstille 20 beholdere, der under ugunstige forhold, f.eks. ved høj temperatur formår at modstå det indre tryk uden samtidig at deformeres i uønsket omfang.

Ifølge kendt teknik er det muligt at fremstille flasker med en mundungsdel af monoaksialt orienteret materiale og 25 en som regel cylindrisk beholderkrop af biaksialt orienteret materiale og med en central bunddel af amorft, alternativt termisk krystalliseret materiale. Sådanne beholdere har en beholderkrop, hvor materialets biaksiale strækning opnås ved en fremgangsmåde, ved hvilken stræknings-30 graden af materialet i beholderkroppens aksiale retning, resp. beholderkroppens omkredsretning i hovedsagen bestemmes af materialets egen vilje til forlængelse, når emnet udsættes for et indre tryk i forbindelse med formblæsning af beholderen. Som regel opnås der en utilstrækkelig stræk-

DK 158879B

2 ning af materialet i beholderens akseretning, skønt man i visse tilfælde har forsøgt at forbedre denne strækning ved hjælp af mekaniske midler i form af en dorn, som forlænger emnet i dets akseretning under begyndelsestrinnet af emnets 5 formblæsning til beholderen. Eksempler på denne teknik findes i de britiske patentskrifter nr. 1 536 194 og nr. 2 052 367.

Det er kendt, at polyethylenterephthalat (i det følgende forkortet til PET), som strækkes monoaksialt og specielt bi-10 aksialt ca. 3 gange i hver akseretning, får meget gode materialeegenskaber, jvf. f.eks. USA patentskrift nr. 4 152 667. En meget sikker og effektiv måde til tilvejebringelse af en sådan strækning er at strække materialet, indtil dets flydning indtræffer. I de britiske patentskrifter nr. 2 052 15 365 og nr. 2 052 367 findes eksempler på en teknik, hvor sådan strækning forekommer.

PET, der strækkes således, at flydning indtræffer, har som foran anført meget stor trækstyrke kombineret med ringe deformation. Ved omformning af et emne indeholdende et så-20 dant materiale er det derfor ikke muligt yderligere at strække materialet i den tidligere strækningsretning for at opnå den ønskede form af beholderen.

Endvidere gælder det, at ved opvarmning af PET, som er strakt og derved orienteret, krymper materialet i stræk-25 ningsretningen. Denne krympning opstår, såvel når strækningen er drevet så langt, at flydning er indtruffet i materialet, som ved mindre strækningsforhold, og uanset om strækningen er monoaksial eller fleraksial, f.eks. biak-sial. Disse egenskaber akcentuerer problemerne ved omform-30 ning af et emne til en beholder.

De foran anførte fysiske egenskaber gælder ikke blot PET, men i mere eller mindre høj grad også for mange andre ter- 3

DK 158879B

moplastiskfe materialer. Eksempler på sådanne materialer er polyhexamethylen-adipamid, polycaprolactam, polyhexa-methylensebacamid, polyethylen-2,6 og 1,5-naphthalat, poly tetramethylen-1,2-dioxybenzo'at og copolymere af ethylen-5 terephthalat, ethylenisophthalat og andre lignende polymer-plastmaterialer .

Ifølge nærværende opfindelse udgår man fra et i sin ene ende lukket, rørformet emne af i hovedsagen amorft materiale, der i sin cylindriske del helt eller delvist stræk-10 kes således, at materialeflydning indtræffer. Strækningen sker ved hjælp af et mekanisk formningsorgan, der forskyder en overgangszone mellem til flydning strakt materiale og amorft materiale (endnu ikke strakt materiale) under samtidig forlængelse af overgangszonen i forskyd-15 ningsretningen. Fortrinsvis strækkes derved alt materiale i emnets cylindriske del. Ved strækningen til flydning bibringes materialet en orientering hovedsagligt i emnets akseretning, medens emnets lukkede bund består af i hovedsagen amorft materiale.

20 Det nu dannede forformede emne består af materiale, som ikke er egnet til yderligere strækning i emnets akseretning. Derimod tillader materialet strækning i emnets omkredsretning.

Det næste trin i formningen af beholderen består i at for-25 me beholderens mundingsdel og i visse tilfælde også dens bunddel. Specielt ved fremstilling af en flaske udformes mundingsdelen med gevind, anlægsring og i visse tilfælde gribering. Ved fremstilling af en krukke- eller dåseformet beholder udformes som regel også beholderens bunddel.

30 I et følgende fremstillingstrin formes derpå selve beholderkroppen ved formblæsning.

DK 158879B

4

Formningen af mundingsdelen, bunddelen og beholderkroppen sker med materialet ved en temperatur, der ligger indenfor det termoplastiske temperaturområde, dvs. ved en temperatur, der overstiger materialets giasovergangstemperatur 5 (TG).

Ved materialets opvarmning til formningstemperatur krymper materialet i strækningsretningen, hvilket indebærer, at det forformede emnes aksiale længde mindskes. Det har herved overraskende vist sig, at materiale, der opvarmes til 10 en vis temperatur og derefter afkøles og påny opvarmes til samme temperatur ikke undergår nogen yderligere krympning.

Sker opvarmningen derimod til en højere temperatur, krymper materialet yderligere.

Som nævnt foran anvendes ifølge opfindelsen en kendt form-15 ningsteknik, hvor en beholder fremstilles i et antal efter hinanden følgende formningsoperationer med materialet i hver operation opvarmet til formningstemperatur. Hver operation sker som regel i en separat udrustning. Ved fremstillingen af beholderen udgår man fra et sprøjtestøbt el-20 ler ekstruderet emne, der i en første formningsoperation omformes til dannelse af beholderens mundingsdel. I visse udførelsesformer for opfindelsen, specielt ved fremstilling af krukke- eller dåselignende beholdere, forformes, evt. slutformes beholderens bunddel i en særskilt operation.

25 I den formningsoperation, ved hvilken beholderen slutfor mes, udgør ifølge den kendte teknik den slutformede mundingsdel en fast del af emnet, hvormed dette fikseres i formen. Emnets formning til beholderen sker ved, at dets indre sættes urider tryk, medens materialet er ved formblæs-30 ningstemperatur.

Som anført foran angår opfindelsen en fremgangsmåde til fremstilling af en beholder, hvis mundingsdel, beholderkrop

DK 158879 B

5 og i forekommende tilfælde halsparti består af materiale med en orientering i beholderens akseretning svarende til den, der opstår i et materiale, der strækkes således, at der opstår flydning. I visse tilfælde består kun 5 visse dele af f.eks. beholderkroppen af sådant materiale.

For at kontrollere materialets strækning til flydning sker strækningen som allerede omtalt ved hjælp af et mekanisk formningsorgan, der allerede på selve emnet strækker materialepartierne til flydning. Som ligeledes nævnt har sådanne 10 materialepartier visse fysiske egenskaber, der ved kendt teknik volder problemer ved de fortsatte formningsoperationer. En sådan egenskab er materialets tilbøjelighed til krympning, og en anden sådan egenskab er vanskelighederne ved yderligere strækning af materialet.

15 Problemerne med hensyn til krympning undgås ifølge opfindelsen ved, at det til flydning strakte materiale efter strækningen opvarmes til en temperatur, der overstiger enhver temperatur, til hvilken materialet opvarmes under de efterfølgende formningsoperationer. Som følge heraf sker 20 der under disse ingen yderligere krympning af materialet.

Problemer vedrørende yderligere strækning af materialet undgås ifølge opfindelsen ved, at ved formningsoperationerne bibeholder de til flydning strakte og derefter krympede materialepartier i hver formningsoperation den længde, 25 materialepartiet fik efter at krympningsforløbet ifølge det foranstående stykke er afsluttet.

Ifølge opfindelsen udnyttes den egenskab ved materialet, at det ikke mere krymper, når det påny opvarmes til en temperatur, der er lavere end den temperatur, ved hvilken 30 krympningen skete, til at sikre, at allerede formede partier af beholderen, der fremstilles, bibeholder deres former under de formningsoperationer, der fører til den endelige beholder. Ved anvendelse af en maksimal temperatur

DK 158879B

6 for den første formningsoperation undgås yderligere krympning af materialet, og ved anvendelse af en lavere temperatur ved hver efterfølgende formningsoperation sikres, at allerede formede materialepartier ikke mister deres form 5 ved en efterfølgende formningsoperation.

Ifølge opfindelsen tilpasses den aksiale længde af emnets strakte og krympede materiale til den færdige beholders aksiale længde. Dette sker ved en kombination af aksial materialelængde af det amorfe emne og valg af temperatur, 10 ved hvilken krympningen af den aksiale længde af det strakte materiale sker. Til en vis aksial længde af det strakte men endnu ikke krympede materiale opnås en i forvejen bestemt aksial længde af det krympede materiale ved valg af den krympningstemperatur, som giver den ønskede aksiale 15 længde af det krympede materiale. Ved slutformningen af beholderen bibeholdes således materialets krympede aksiale længde, medens der derimod opstår en ændring af materiale-partiets udstrækning i en retning vinkelret herpå ved form-blæsningen eller slutformningen af beholderen.

20 I tilslutning til at materialet passerer det mekaniske organ for at undergå flydning, har materialet en temperatur i området for eller noget over materialets glasovergangstemperatur (TG).

Ved PET har materialet i tilslutning til, at det passerer 25 det mekaniske organ for at undgå flydning, en temperatur på mindst 70°C, fortrinsvis en temperatur indenfor området 70 - 105°C.

Den højeste temperatur, til hvilken PET opvarmes under emnets omdannelse til beholderen, dvs. krympningstemperatu-30 ren, er ca. 160°C, og i hver efterfølgende formningsoperation har materialet en temperatur, der er ca. 5°C lavere end temperaturen ved den nærmest forudgående formningsoperation .

7

DK 158879B

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, der i snit viser i fig. 1 et rørformet emne af i hovedsagen amorft materiale, fig. 2 og 2a et rørformet emne og en trækring til strækning 5 af emnets materiale, f i g wj 3 et eksempel på et emne, hvis rørformede del består af materiale, der er undergået flydning, fig. 4 og 4a et emne ifølge fig. 3 med omformet bunddel, fig. 3 et emne ifølge fig. 3 anbragt i et apparat til om-10 formning af bunddelen, fig. 6 et emne anbragt i en formblæsningsform, fig. 7 en dåselignende beholder, der er formet i formen ifølge fig. 6, fig. 8 a-c en del af et apparat til formning af gevind, 15 anlægsring eller gribering, og fig. 9 en flaske med en mundingsdel, der er formet i et apparat ifølge fig. 8 a-c.

I fig. 1 er vist et rørformet emne 10 af i hovedsagen amorft materiale med en cylindrisk del 12 og en lukket ende 14.

20 Fig. 2 og 2a viser en trækring 3 med tre trækringsegmenter 4, 5, 6, der er udformet med væskekanaler 124, 125, 126. Segmenterne ligger an mod hinanden og holdes sammen ved hjælp af en forbindelsesring 7. Endvidere er vist en indre dorn 8. Materialet i emnet 10, der er strakt til flydning, 25 er vist med 2, og materiale, der endnu ikke er strakt til 8

DK 158879 B

flydning, er vist med 1.

Fig. 3 viser et forformet emne 20, der er dannet af emnet 10 ved, at dettes cylindriske del 12 er strakt til flydning. Det således forformede emne har en cylindrisk del 3 22 og en bunddel 24. Overgangen mellem til flydning strakt materiale og den lukkede ende 14 er vist med 25.

Fig. 4 og 4a viser det forformede emne ifølge fig. 3 med omformet bunddel 24a. Den del, der svarer til den foran omtalte overgang 25 mellem emnets cylindriske del 22 og 10 bunddelen 24, er her vist med 25a. I den viste udførelses-form omformes bunddelen 24 med materialet ved en temperatur over materialets termoplastiske temperaturområde (lavere end området for TG). Den forøgelse af bunddelens 24 profillængde, omformningen medfører, indebærer, at det 15 ringformede materialeområde 25a af til flydning strakt materiale består af materiale, som i det forformede emne 20 udgøres af materiale, der er undergået en vis strækning ved trækringens passage, men ikke strækning til flydning. Materialet i den ringformede overgang 25a har mindre ud-20 gangsradius end materialet i den cylindriske del. Figurerne viser yderligere en ståflade 26a og en mundingsdel 27a.

Fig. 5 viser principperne for et apparat til omformning af det forformede emne 20 ifølge fig. 3 til den i fig. 4 viste form. Apparatet omfatter et styreorgan 40 med et cy-25 lindrisk hulrum 41, hvis diameter svarer til emnets 20 udvendige diameter. En dorn med en diameter, der er tilpasset emnets 20 indvendige diameter, udgør et første formningsorgan 42, der er forskydeligt i hulrummets 41 akseretning og i forhold til et andet formningsorgan 43. Det 30 første formningsorgan 42 befinder sig indvendigt i emnet 20, og det andet formningsorgan befinder sig på den modsatte udvendige side af emnets bunddel 24. Det første formningsorgan vender en konkav formningsflade 44 mod bundde-

DK 158879 B

9 len 24, og det andet formningsorgan 43 vender en konveks formningsflade 45 mod bunddelen. For enkeltheds skyld er drivorganet for formningsorganets bevægelse ikke vist, men der kan hertil anvendes ethvert egnet kendt drivorgan.

5 Endvidere er formningsorganernes bevægelse mod hinanden styret således, at i slutstillingen svarer afstanden mellem formningsorganernes formningsflader til tykkelsen af bunddelen 24a. Apparatet er endvidere udstyret med anslag 46, der begrænser det første formningsorgans 42 maksimale 10 forskydning i retning mod styreorganet 40. Bevægelsesretningen for det første, henholdsvis det andet formningsorgan er vist med dobbeltpile A og B.

Fig. 6 viser en udførelsesform for et apparat til afsluttende formning af et emne ifølge fig. 3 eller 4. Selvom 15 tegningen viser et emne 30b, som har gennemgået krympning ved opvarmning, er apparatet som sådant også anvendeligt til formning af et emne 20 henholdsvis 20a, der endnu ikke er krympet.

Figuren viser en formblæsningsform 50 med to formhalvdele 20 51a, 51b og en bunddel 53, der er bevægelig op og ned i det hulrum, der findes i formhalvdelenes nedre del. Bunddelen 53 modsvarer det foran i tilslutning til fig. 5 omtalte andet formningsorgan 43 og har ligesom dette en konveks formningsflade 55. En i hovedsagen cylindrisk dorn 25 56 med en diameter, der i hovedsagen svarer til emnets 30b indvendige diameter og er tilpasset til at dornen kan passere ind i emnet, modsvarer det foran omtalte første formningsorgan 42 og har ligesom dette en konkav formnings flade 54. I sin øverste del har dornen et parti 57 med stør-30 re diameter. Dornen 56 er bevægelig op og ned blandt andet til samvirke med den bevægelige bunddel 53. Formhalvdelene 51a og 51b har i deres øverste del 61a, 61b en form, der er tilpasset dornens form i partiet 57 med større diameter, hvorved der mellem dornen og formhalvdelenes øvre dele er 10

DK 158879 B

dannet et formningsrum tilpasset formen for mundingspartiet på beholderen, der fremstilles. For at forenkle figurerne er kanalerne for trykmedie og samtlige drivorganer for formhalvdelenes 51, bunddelens 53 og dornens 56 bevæ-5 gelser udeladt.

Fig. 7 viser en dåse eller krukkelignende beholder 30, der er formet i en formblæsningsform ifølge fig. 6. Konturlængden af det til flydning strakte materiale i beholderens mundingsdel 37, i beholderens cylindriske del 32 og i det 10 ringformede overgangsområde 35 svarer til konturlængden af m'undingsdelen 27a, den cylindriske del 22a og det ringformede overgangsområde 25a, efter at emnet 20a er opvarmet og har gennemgået krympning. Beholderens centrale bunddel og ståflade er vist fflæd 34 henholdsvis 36.

15 Fig. 8a - c viser en del af et formningsorgan til dannelse af f.eks. gevind, en anlægsring eller en gribe-ring. Et materialeområde af til flydning strakt materiale er vist med 22. Endvidere er vist en første bevægelig form-vægdel 71 og en anden bevægelig formvægdel 73. Disse form-20 vægdele er adskilt af fjedre 74, 75, og mellem formvægdele-ne er dannet formningsspor 76, 77, hvis bredde mindskes, når formvægdelene bevæges mod hinanden.

Fig. 9 viser en flaskeformet beholder 90 med en mundingsdel 92. Et halsparti 95, gevind 96, en anlægsring 97, 25 en beholderkrop 94 og en central bunddel 93.

Omformningen af emnet 10 til en beholder 30 henholdsvis 90 indledes med, at trækringen 3 bevæges fra den stilling, der er vist i fig. 2, i emnets akseretning, hvorved der dannes en overgangszone 113 mellem til flydning strakt ma-30 teriale 2 og amorft materiale 1. Væske strømmer gennem kanalerne 124-126 til varmeindstilling af materialet ved opvarmning alternativt afkøling i tilslutning til materialets 11

DK 158879B

flydning. Materialet bibringes en temperatur i området for eller noget over området for materialets glasovergangstemperatur (TG). Ved f.eks. PET har materialet en temperatur på mindst 70°C, fortrinsvis en temperatur 5 indenfor området 70 - 105°C. Selvom tegningen ikke viser væskekanaler i dornen 8, vil der kunne findes sådanne kanaler'for derved i endnu højere grad at få mulighed for at indstille materialets temperatur i tilslutning til strækningsforløbet.

10 Ved et udførelseseksempel, hvor alt materiSlet i emnets rørformede del strækkes til flydning, opnås et forformet emne i hovedsagen svarende til det, som er vist i fig. 3.

Ved en udførelsesform for opfindelsen, hvor bunddelens 34, 93 formning sker i en separ-at formningsoperation, anbrin-15 ges det forformede emne 3 i styreorganets 40 hulrum 41, hvorefter det første formningsorgan 42 og det andet formningsorgan 43 bevæges mod hinanden til omformning af bunddelen 24. Når de foran anførte temperaturbetingelser er opfyldt, dvs. når materialet befinder sig ved en tempera-20 tur under materialets TG, sker en kompletterende strækning af materialet i overgangen mellem til flydning strakt materiale og bunddelen 24. Hverved dannes det ringformede materialeområde 25a.

Det forformede emne 20a opvarmes derefter til en tempera-25 tur over TG, hvorved opståede indre spændinger i materialet udløses under samtidig materialekrympning. Efter afsluttet varmebehandling opnås det med 30b viste forformede emne, der anbringes i formblæsningsformen 50. Som regel sker varmebehandlingen som en særskilt operation, hvilket 30 indebærer, at emnet 30b må opvarmes påny forud for selve formblæsningen. Genopvarmningen sker altid til en lavere temperatur end den temperatur, ved hvilken materialekrympningen fandt sted.

12

DK 158879B

I fig. 6 er endvidere antydet en omformning af emnets mundingsdel ved hjælp af formhalvdelens øvre dele 51a, 51b og den i hovedsagen cylindriske dorns 56 parti 57 med større diameter. I visse tilfælde sker denne omformning af 5 mundingspartiet i en særskilt operation meid materialet ved en lavere temperatur end ved materialekrympningen. Derefter sker blæsningen af emnet 30b til beholderen ved en lavere temperatur end temperaturen, ved hvilken mundingsdelen formedes.

10 Under det forformede emnes 30b formblæsning til beholderen 30 bevæges formens bevægelige bunddel 53 mod beholderens munding, hvorved formblæsningen sker under bibeholdelse af det til flydning strakte materiales profillængde.

Fig. 8a - c viser, hvorledes mundingsdelen omformes til 15 dannelse af f.eks. gevind 96 og anlægsring 97 af materiale som på emnet består af til flydning strakt materiale. Også her sker formningen med bibeholdelse af materialets profillængde. Fig. 8b viser, hvorledes emnets indre er sat under tryk, hvorved der opstår en vis strækning 20 af materialet. Herved sikres materialet et fast anlæg mod dele af formvægdelene 71, 72, 73. Formvægdelen 72 forskydes derefter mod formvægdelen 71, hvorved gevindet 96 dannes ved et viklingslignende forløb, hvorefter formvægdelene 72, 71, der ligger an mod hinanden, forskydes mod den 25 faste formvægdel 73, hvorved anlægsringen 97 dannes.

Også denne formning sker ved en forhøjet temperatur, der er lavere end den temperatur, ved hvilken materialets krympning fandt sted. Ved den følgende formblæsning af emnet til den flaskeformede beholder 90 opvarmes mate-30 rialet til en temperatur under den temperatur, ved hvilken gevindet, resp. anlægsringen formedes, hvorved mundingsdelen bibeholder sin form og udgør en fast del af emnet for dettes fastgørelse i formen. Formblæsningen af

Claims (6)

1. Fremgangsmåde ved fremstilling af en beholder (30, 90) af termoplastisk materiale, fortrinsvis polyethylenterephtha-lat, ved formning og udgående fra et rørformet emne (10) af i hovedsagen amorft materiale, hvilken beholder har en be-10 holderkrop (32, 94), en mundingsdel (37, 92) og eventuelt et halsparti (95) af orienteret materiale med en orientering i hvert fald i beholderens akseretning svarende til den, et ark af materialet bibringes ved monoaksial strækning til flydning, kendetegnet ved, at man på 15 det rørformede emne (10) af i hovedsagen amorft materiale ved hjælp af et mekanisk formningsorgan (3) forskyder en overgangszone (113) mellem amorft (tykkere) materiale (1) og til flydning strakt (tyndere) materiale (2) under samtidig forlængelse af emnet i overgangszonens forskydnings-20 retning, at det strakte og dermed orienterede materiale opvarmes til en temperatur, der er højere end materialets temperatur umiddelbart før den nævnte strækning til udløsning af i materialet opståede indre spændinger, og at hvert efterfølgende formningstrin til dannelse af behol-25 deren sker ved en temperatur, der er lavere end tempera turen ved det nærmest forudgående formningstrin.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at beholdermaterialet ved det sidste formningstrin har en temperatur, der er højere end den højeste tempe-ratur, den færdigformede beholder er beregnet til at blive udsat for. DK 158879 B

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at længden af det amorfe emne (10) og dermed længden af det til flydning strakte materiale er tilpasset til den højeste temperatur, materialet har under emnets omformning 5 til beholderen, således at længden af det strakte materiale efter opvarmning til den højeste temperatur i hovedsagen svarer til profillængden af tilsvarende materialepartier på den formede beholder (30, 90).

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet 10 ved, at med polyethylenterephthalatermaterialets højeste temperatur under emnets omformning til beholderen (30, 90. er ca. 160°C, og at det i hvert efterfølgende formningstrin har en temperatur, der er ca. 5°C lavere end den nærmest forudgående formningstemperatur.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at materialet i tilslutning til, at det passerer det mekaniske formningsorgan (3) for at undergå flydning, har en temperatur i området for eller noget over materialets glasovergangstemperatur (TG).

5 Patentkrav:

6. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kendetegnet ved, at med pol’yethylenterephthalat har materialet umiddelbart efter dets passage gennem det mekaniske formningsorgan (3) for at undergå flydning en temperatur på mindst 70°C, fortrinsvis en temperatur indenfor området 25 70 - 105°C.