NL9000414A

NL9000414A - Plastic bottle blank prodn. method - which cools briefly in injection moulding die and faster after removal

Info

Publication number: NL9000414A
Application number: NL9000414A
Authority: NL
Original assignee: Tooling Preform Systems B V
Priority date: 1990-02-21
Filing date: 1990-02-21
Publication date: 1991-09-16

Abstract

Plastic and partic. polyester blanks to be made into bottles are produced by injection-moulding in a die, from which they are removed after cooling. The cooling operation in the die is relatively short, and after removal the blank is cooled at a faster rate. Cooling in the die can take place to a temp. higher than that at which crystallisation occurs in the plastic used.

Description

Titel: Werkwijze en inrichting voor het vervaardigen ._van voorvormen voor kunststof flessen»Title: Method and device for manufacturing. Preforms for plastic bottles »

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van voorvormen voor kunststof houders, in het bijzonder geschikt voor polyester houders, waarbij met behulp van een spuitgietinrichting in tenminste één matrijs voorvormen worden vervaardigd, die na een koelfase uit de matrijs worden verwijderd en verder worden gekoeld.The invention relates to a method for manufacturing preforms for plastic containers, in particular suitable for polyester containers, in which preforms are produced in at least one mold using an injection molding device, which are removed from the mold after a cooling phase and are further cooled.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een inrichting voor het toepassen van de werkwijze.The invention further relates to an apparatus for applying the method.

Een dergelijke werkwijze en inrichting zijn reeds uit de praktijk bekend. De voorvormen, ook wel spuitgiet-lingen of preforms genoemd, worden met behulp van een spuitgietinrichting vervaardigd uit een granulaat, bijvoorbeeld polyetheentereftalaat (PET), dat via een hopper wordt toegevoerd aan een extrusiebuis, waarin zich een transportschroef bevindt. Het granulaat wordt in de extrusiebuis gemengd, verwarmd tot boven de smelttemperatuur en vervolgens door een mondstuk in een matrijs geïnjecteerd. De matrijs heeft één of meer holtes in de vorm van de gewenst voorvorm.Such a method and device are already known from practice. The preforms, also referred to as injection moldings or preforms, are manufactured by means of an injection molding device from a granulate, for example polyethylene terephthalate (PET), which is fed via a hopper to an extrusion tube, in which there is a screw conveyor. The granulate is mixed in the extruder tube, heated to above the melting temperature and then injected into a die through a nozzle. The mold has one or more cavities in the shape of the desired preform.

De voorvormen verblijven enige tijd in de matrijs om af te koelen. Als de zich in de matrijs bevindende voorvormen voldoende stevigheid hebben verkregen wordt de matrijs geopend en worden de voorvormen uit de matrijs verwijderd en op een koelband geplaatst voor verdere afkoeling.The preforms remain in the mold for some time to cool. When the preforms contained in the mold have obtained sufficient strength, the mold is opened and the preforms are removed from the mold and placed on a cooling belt for further cooling.

De voorvormen worden veelal middels een uitneeminrichting uit de matrijs genomen en op de koelband geplaatst, doch het is ook mogelijk, dat de voorvormen direkt uit de matrijs vallen en op een koelband worden opgevangen.The preforms are usually taken out of the mold by means of a removal device and placed on the cooling belt, but it is also possible that the preforms fall directly out of the mold and are collected on a cooling belt.

De aldus verkregen voorvormen kunnen later onder toevoeging van warmte worden "opgeblazen" tot flessen of potten en dergelijke met de gewenste vorm.The preforms thus obtained can later be "blown up" into bottles or jars and the like of the desired shape with the addition of heat.

De productiecapaciteit van de spuitgietinrichting wordt bepaald door de cyclustijd van de matrijs, dat wil zeggen de tijd, die verstrijkt tussen het tijdstip van het injecteren van het gesmolten materiaal en het tijdstip waarop de matrijs gereed is om opnieuw met gesmolten materiaal geïnjecteerd te worden.The production capacity of the injection molding machine is determined by the cycle time of the mold, i.e. the time that elapses between the time of injection of the molten material and the time when the mold is ready to be injected again with molten material.

De cyclustijd wordt voor een aanzienlijk deel bepaald door de voor het koelen van de voorvormen in de matrijs benodigde tijd. In het verleden is reeds getracht de cyclustijd te verkorten door de koelperiode in de matrijs te bekorten. Dit stuit echter op problemen, omdat de koeling dan over een groter temperatuurtraject op de koelband plaats dient te vinden. In het bijzonder bij relatief dikwandige voorvormen, die noodzakelijk zijn voor de productie van flessen en potten en dergelijke die voor meermalig gebruik bestemd zijn, bestaat dan de kans, dat in het materiaal kristallisatie optreedt, hetgeen ongewenst is.The cycle time is largely determined by the time required to cool the preforms in the mold. In the past attempts have already been made to shorten the cycle time by shortening the cooling period in the mold. However, this is encountering problems, because the cooling then has to take place over a larger temperature range on the cooling belt. Particularly with relatively thick-walled preforms, which are necessary for the production of bottles and jars and the like which are intended for multiple use, there is then a chance that crystallization will occur in the material, which is undesirable.

De uitvinding beoogt het geschetste probleem te ondervangen en in het algemeen een werkwijze en inrichting ter beschikking te stellen, waarmee op efficiënte wijze en met een grote produktiecapaciteit voorvormen kunnen worden geproduceerd.The object of the invention is to overcome the sketched problem and in general to provide a method and apparatus with which preforms can be produced efficiently and with a large production capacity.

Hiertoe wordt volgens de uitvinding een werkwijze van de beschreven soort daardoor gekenmerkt, dat de koelfase in de matrijs relatief kort wordt gekozen en dat de voorvormen na het verlaten van de matrijs versneld worden gekoeld.To this end, according to the invention, a method of the type described is characterized in that the cooling phase in the mold is chosen relatively short and the preforms are cooled rapidly after leaving the mold.

Een inrichting voor het vervaardigen van voorvormen voor kunststof houders, in het bijzonder geschikt voor polyester houders, omvattend een spuitgietinrichting met tenminste één matrijs; en een uitneeminrichting, die de in de matrijs gevormde voorvormen uit de matrijs kan nemen, wordt volgens de uitvinding gekenmerkt door een koelin-richting die de door de uitneeminrichting uit de matrijs genomen voorvormen kan opnemen en versneld kan koelen.A device for manufacturing preforms for plastic containers, especially suitable for polyester containers, comprising an injection molding device with at least one mold; and a take-out device which can take the preforms formed in the mold from the mold, according to the invention is characterized by a cooling device which can take up and accelerate cooling the preforms taken out by the take-out device from the mold.

In het volgende zal de uitvinding nader worden beschreven met verwijzing naar de bijgevoegde tekening.In the following, the invention will be further described with reference to the accompanying drawing.

Figuur 1 toont in een blokschema een voorbeeld van een procesverloop van de productie van voorvormen volgens de uitvinding; figuur 2 toont schematisch in doorsnede een voorvorm; figuur 3 toont schematisch het tijdens de produktie van voorvormen optredende verloop van de materiaaltemperatuur; en figuur 4 toont schematisch een voorbeeld van een inrichting volgens de uitvinding.Figure 1 shows in block diagram an example of a process course of the production of preforms according to the invention; Figure 2 schematically shows a preform in section; Fig. 3 schematically shows the variation of the material temperature occurring during the production of preforms; and figure 4 schematically shows an example of a device according to the invention.

Figuur 1 illustreert in de vorm van een blokschema het productieproces van kunststof flessen, zoals PET flessen. Blok 1 representeert het spuitgieten en het koelen van de voorvormen in de matrijs. Bij 2 wordt de matrijs geopend en beweegt de uitneeminrichting, die de vorm van een robotarm kan hebben, naar de matrijs, zoals met een pijl 3 is aangegeven. Blok 4 representeert het overnemen van de voorvormen door de uitneeminrichting. Bij 5 wordt de matrijs weer gesloten, waarna de cyclus opneem kan starten zoals door de blokken 1^2^41 en 5' schematisch aangegeven. Gelijktijdig met het sluiten van de matrijs beweegt de uitneeminrichting zich uit de spuitgietinrichting, hetgeen door blok 6 wordt gerepresenteerd. Bij 7 worden de voorvormen door de uitneeminrichting op een koeltransporteur geplaatst. Volgens de bekende techniek worden de voorvormen op de koeltransporteur in de lucht verder gekoeld tot ongeveer kamertemperatuur. Vervolgens worden de voorvormen naar een container getransporteerd voor opslag en eventueel verder vervoer.Figure 1 illustrates in a block diagram the production process of plastic bottles, such as PET bottles. Block 1 represents the injection molding and cooling of the preforms in the mold. At 2, the mold is opened and the extraction device, which can be in the form of a robot arm, moves towards the mold, as indicated by an arrow 3. Block 4 represents the take-over of the preforms by the take-out device. At 5 the mold is closed again, after which the cycle can start recording as indicated schematically by blocks 1 ^ 2 ^ 41 and 5 '. Simultaneously with the closing of the mold, the removal device moves out of the injection molding device, which is represented by block 6. At 7, the preforms are placed on a cooling conveyor by the extraction device. According to the prior art, the preforms on the air cooling conveyor are further cooled to about room temperature. The preforms are then transported to a container for storage and possible further transport.

Volgens de uitvinding echter worden de voorvormen door de koeltransporteur toegevoerd aan een extra koelstation 8, waarin versnelde koeling plaats vindt. De versnelde koeling kan op diverse wijzen worden bewerkstelligd, bijvoorbeeld door toevoer van zeer koude lucht of besproeien met een vloeistof. Met voordeel kan water als koelmedium worden toegepast. De voorvormen kunnen bijvoorbeeld door een waterbad worden gevoerd.According to the invention, however, the preforms are supplied by the cooling conveyor to an additional cooling station 8, in which accelerated cooling takes place. The accelerated cooling can be effected in various ways, for example by supplying very cold air or spraying with a liquid. Water can advantageously be used as a cooling medium. For example, the preforms can be passed through a water bath.

De versnelde koeling maakt het mogelijk om de voorvormen relatief snel, dat wil zeggen bij een relatief hoge temperatuur uit de matrijs te nemen.The accelerated cooling makes it possible to remove the preforms from the mold relatively quickly, that is to say at a relatively high temperature.

Hierdoor wordt de cyclustijd van de matrijs bekort en wordt de produktiecapaciteit vergroot.This shortens the cycle time of the mold and increases the production capacity.

Na in het koelstation 8 gekoeld te zijn worden de voorvormen verder getransporteerd, zoals aangegeven door blok 9, naar een opslaginrichting, bijvoorbeeld een container, 10.After being cooled in the cooling station 8, the preforms are further transported, as indicated by block 9, to a storage device, for example a container, 10.

Figuur 2 toont schematisch, deels in doorsnede een voorvorm (preform) of spuitgietling voor een PET fles of pot. De getoonde voorvorm 12 heeft in dit voorbeeld een van schroefdraad voorziene hals 13 en een houderdeel 14, dat later tot de uiteindelijk gewenste vorm van de te vervaardigen houder wordt "opgeblazen". Het houderdeel 14 heeft in dit voorbeeld een relatief grote wanddikte d. Een wanddikte d ^ 4mm kan in dit verband als relatief grote wanddikte worden beschouwd. Het vervaardigen van voorvormen met een relatief grote wanddikte leidt bij de bekende werkwijze tot een lange cyclustijd, omdat in dat geval de koelfase in de matrijs, die veelal met water gekoeld is, relatief lang duurt.Figure 2 shows schematically, partly in section, a preform (preform) or injection molding for a PET bottle or jar. In this example, the preform 12 shown has a threaded neck 13 and a container part 14, which is later "inflated" to the final desired shape of the container to be manufactured. The holder part 14 in this example has a relatively large wall thickness d. A wall thickness d ^ 4mm can be considered in this context as a relatively large wall thickness. The production of preforms with a relatively large wall thickness leads to a long cycle time in the known method, because in that case the cooling phase in the mold, which is usually water-cooled, takes a relatively long time.

Eén en ander wordt nader toegelicht met verwijzing naar figuur 3. Figuur 3 toont schematisch het temperatuur-verloop dat zich bij de vervaardiging van PET houders voordoet.All this is further elucidated with reference to figure 3. Figure 3 schematically shows the temperature trend that occurs in the manufacture of PET containers.

Het als grondstof te gebruiken granulaat heeft oorspronkelijk de omgevingstemperatuur, bijvoorbeeld 18 graden C, zoals bij 15 aangegeven. In de spuitgietinrichting wordt granulaat verwarmd tot boven de smelttemperatuur. Bij de vervaardiging van PET preforms wordt het materiaal tot een in het gebied 16 tussen jf 240 graden C en _+ 300 graden C liggende temperatuur verwarmd en in de matrijs gespoten.The granulate to be used as raw material originally has the ambient temperature, for example 18 degrees C, as indicated at 15. In the injection molding device, granulate is heated above the melting temperature. In the production of PET preforms, the material is heated to a temperature in the region 16 between 240 degrees C and + 300 degrees C and injected into the mold.

Vervolgens worden de gevormde spuitgietlingen in de matrijs gekoeld. Tijdens het koelproces is het temperatuurtraject 17 tussen +_ 175 graden C en + 90 graden C van bijzonder belang. In dit temperatuurtraject kan namelijk kristalvorming optreden. Dit temperatuurtraject dient daarom zo snel mogelijk doorlopen te worden om te voorkomen, dat kristalvorming optreedt, hetgeen ongewenst is in verband met de kwaliteit van de uit de voorvormen te vervaardigen houders. Volgens de bekende techniek worden de voorvormen in de matrijs tot voorbij het kristalgroeigebied gekoeld. Daarna worden de voorvormen volgens een eerste methode direkt middels een koeltransporteur naar een afwerkstation gevoerd, zoals met een pijl 18 aangegeven. Vervolgens worden voorvormen bij weer enigszins verhoogde temperatuur in het gebied 19 tussen +_ 90 graden C en +_ 115 graden C middels opblazen ("blow moulding") in een matrijs tot houders met de gewenste vorm en afmetingen gevormd en vervolgens afgekoeld, zoals bij 20 aangegeven.The injection molds formed are then cooled in the mold. During the cooling process, the temperature range 17 between + _ 175 degrees C and + 90 degrees C is of particular importance. Crystal formation can indeed occur in this temperature range. This temperature range should therefore be completed as quickly as possible to prevent crystallization from occurring, which is undesirable in view of the quality of the containers to be made from the preforms. According to the known art, the preforms in the mold are cooled beyond the crystal growth region. Then, according to a first method, the preforms are conveyed directly to a finishing station by means of a cooling conveyor, as indicated by an arrow 18. Subsequently, at a slightly elevated temperature in the range 19 between + _ 90 degrees C and + _ 115 degrees C, preforms are blow molded into containers of the desired shape and dimensions in a mold and then cooled, such as at 20 indicated.

Volgens een tweede methode worden de uit de matrijs genomen voorvormen op een koeltransporteur geplaatst en verder gekoeld tot kamertemperatuur, zoals met een onderbroken lijn 21 schematisch getoond. Later worden dan op een geschikt tijdstip en een geschikte plaats de voorvormen weer verwarmd, zoals aangegeven met een onderbroken lijn 22, tot in het temperatuurgebied 19 en tot de definitieve houders gevormd.According to a second method, the preforms removed from the mold are placed on a cooling conveyor and further cooled to room temperature, as shown schematically with a broken line 21. Later, at a suitable time and place, the preforms are again heated, as indicated by a broken line 22, into the temperature range 19 and formed into the final containers.

De matrijs is veelal voorzien van waterkoeling en kan de voorvormen, zolang deze zich in de matrijs bevinden zodanig snel afkoelen, dat geen kristalvorming optreedt.The mold is usually provided with water cooling and, as long as these are in the mold, it can cool the preforms so rapidly that no crystal formation occurs.

Zoals reeds opgemerkt, is een bezwaar van deze techniek, dat door de koelfase in de matrijs de cyclustijd relatief lang is. Dit bezwaar doet zich vooral sterk voelen, indien voorvormen met een relatief dikke wand (y 4mm) worden vervaardigd.As already noted, a drawback of this technique is that the cycle time is relatively long due to the cooling phase in the mold. This drawback is particularly strong if preforms with a relatively thick wall (y 4mm) are manufactured.

Volgens de uitvinding wordt de cyclustijd verkort door de voorvormen reeds bij een veel hogere temperatuur uit de matrijs te nemen, bij voorkeur bij een temperatuur die hoger ligt dan het temperatuurgebied 17.According to the invention, the cycle time is shortened by already taking the preforms out of the mold at a much higher temperature, preferably at a temperature higher than the temperature range 17.

Om kristalvorming te voorkomen dienen de uit de matrijs genomen voorvormen zo snel en effectief mogelijk verder te worden gekoeld.To prevent crystal formation, the preforms removed from the mold should be further cooled as quickly and effectively as possible.

Hiertoe zou men de voorvormen vanuit de matrijs direkt in een koelbad kunnen laten vallen.For this purpose, the preforms could be dropped directly from the mold into a cooling bath.

Als alternatief kan een robotarm worden toegepast, die zelf ook van waterkoeling kan zijn voorzien, en die de uit de matrijs genomen voorvormen op een koeltransporteur plaatst. De koeltransporteur brengt de voorvormen naar een koelbad, bijvoorbeeld een waterbad, waarin de voorvormen worden ondergedompeld. De robotarm zou de voorvormen ook direkt in een koelbad kunnen deponeren.As an alternative, a robot arm can be used, which itself can also be provided with water cooling, and which places the preforms removed from the mold on a cooling conveyor. The cooling conveyor transports the preforms to a cooling bath, for example a water bath, into which the preforms are immersed. The robot arm could also deposit the preforms directly in a cooling bath.

Als de voorvormen voldoende zijn afgekoeld worden de voorvormen uit het koelbad genomen en met behulp van lucht ontdaan van aanhangend vocht. Hierbij treedt nog extra koeling op, omdat de voor verdamping van het aanhangend vocht benodigde energie aan de voorvormen wordt onttrokken.When the preforms have cooled sufficiently, the preforms are removed from the cooling bath and the adhering moisture is removed with the aid of air. Additional cooling occurs here, because the energy required for evaporation of the adhering moisture is extracted from the preforms.

Het koelwater zou in beginsel ook over de voorvormen gesproeid kunnen worden. Onderdompeling is echter op zeer eenvoudige wijze uitvoerbaar. Het water dient geen mineralen te bevatten.In principle, the cooling water could also be sprayed over the preforms. Immersion, however, is very simple to do. The water should not contain any minerals.

Voorts wordt bij voorkeur een middel dat de oppervlaktespanning verlaagt aan het water toegevoegd, waardoor zo min mogelijk aan de spuitgietlingen blijft hangen.Furthermore, an agent that reduces the surface tension is preferably added to the water, so that as little as possible remains on the injection molds.

Figuur 4 toont schematisch een uitvoeringsvoorbeeld van een inrichting volgens de uitvinding met een spuitgiet-inrichting 40, omvattend een hopper 41, via welke granulaat 42 wordt toegevoerd aan een extrusie-inrichting 43, die het granulaat comprimeert en verwarmd en in een matrijs 44 injecteert. De matrijs is bij voorkeur watergekoeld.Figure 4 schematically shows an exemplary embodiment of a device according to the invention with an injection molding device 40, comprising a hopper 41, via which granulate 42 is supplied to an extruder 43, which compresses the granulate and heats it and injects it into a mold 44. The mold is preferably water-cooled.

Met de matrijs werkt een uitneeminrichting of robot(arm) 45 samen, die nadat de in de matrijs gevormde spuitgietlingen een eerste korte koelfase hebben doorlopen, de spuitgietlingen overbrengt naar een koeltransporteur 46, zoals schematisch met een pijl 47 is aangegeven. De koeltransporteur kan een koelband zijn, doch is in dit voorbeeld uitgevoerd met opstaande pennen 48, op elk waarvan een spuitgietling 49 kan worden geplaatst. De spuitgietlingen worden door de pennentransporteur door een koelbad 50 gevoerd waarbij de pennen in een meer horizontale of, zoals getoond, neerwaarts gerichte stand kantelen om opdrijven van de spuitgietlingen te voorkomen. In het getoonde voorbeeld worden de spuitgietlingen in de koelvloeistof 53 gedompeld, door het koelbad als geheel telkens even omhoog te bewegen. Hiertoe is een bedieningscilinder of -nokinrichting of dergelijke 54 aanwezig. Na het verlaten van het koelbad worden de spuitgietlingen van aanhangend vocht ontdaan.A removal device or robot (arm) 45 cooperates with the mold, which, after the injection moldings formed in the mold have undergone a first short cooling phase, transfer the injection molds to a cooling conveyor 46, as indicated schematically with an arrow 47. The cooling conveyor can be a cooling belt, but in this example it is provided with upright pins 48, on each of which an injection molding 49 can be placed. The injection molds are passed through the pen conveyor through a cooling bath 50 with the pins tilting into a more horizontal or, as shown, downward facing position to prevent the injection molds from floating. In the example shown, the injection molds are immersed in the cooling liquid 53 by briefly raising the cooling bath as a whole. For this purpose, an operating cylinder or cam device or the like 54 is provided. After leaving the cooling bath, the injection molds are stripped of adhering moisture.

Het koelbad is voorzien van een door een koeler 51 voerend circulatiesysteem 52.The cooling bath is provided with a circulation system 52 passing through a cooler 51.

Opgemerkt wordt, dat na het voorgaande diverse modificaties voor de deskundige voor de hand liggen. Zo kan bijvoorbeeld het deel van het koelproces, dat zich buiten de matrijs afspeelt in een aantal fasen plaatsvinden met behulp van verschillende koelbaden, waarin eventueel toeslagstoffen voor het vormen van een beschermlaag kunnen zijn toegevoegd. Ook zou deels met een luchtstroom gekoeld kunnen worden. Voorts is het mogelijk de spuitgietlingen op andere wijze in het koelbad te dompelen, door bijvoorbeeld de spuitgietlingen ter plaatse van het koelbad neerwaarts te bewegen en/of in het traject van de pennentransporteur een door een koelbad voerende sectie op te nemen. Deze en soortgelijke modificaties worden geacht binnen het kader van de uitvinding te vallen.It is noted that after the foregoing various modifications are obvious to the skilled person. For example, the part of the cooling process that takes place outside the mold can take place in a number of phases with the aid of different cooling baths, in which additives for forming a protective layer can optionally be added. It could also be partly cooled with an air stream. It is further possible to dip the injection molds in the cooling bath in another way, for instance by moving the injection molds downwards at the location of the cooling bath and / or to include a section passing through a cooling bath in the path of the pen conveyor. These and similar modifications are understood to fall within the scope of the invention.

Claims

Method for manufacturing preforms for plastic containers, in particular suitable for polyester containers, in which preforms are produced in at least one mold using an injection molding device, which are removed from the mold after a cooling phase and are further cooled, with the characterized in that the cooling phase in the mold is chosen relatively short and that the preforms are cooled rapidly after leaving the mold.

Method according to claim 1, characterized in that the cooling in the mold takes place to a temperature which is higher than the temperature range in which crystallisation occurs with the plastic material used.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the mold is cooled with water.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the accelerated cooling is carried out at least partly with the aid of a cooling liquid.

Method according to claim 4, characterized in that the accelerated cooling is carried out at least in part by immersing the preforms in a bath with coolant,

Method according to claim 4, characterized in that demineralized water is used as the cooling liquid.

A method according to any one of claims 3,4 or 5, characterized in that the cooling liquid contains a surface tension reducing agent.

Method according to any one of claims 4 to 7, characterized in that residues of adhering moisture are removed with air after the accelerated cooling.

9. Device for manufacturing preforms for plastic containers, especially suitable for polyester containers, comprising an injection molding device with at least one mold, and a removal device which can take the preforms formed in the mold from the mold, characterized by a cooling device which the pick-up device can take up preforms removed from the mold and cool at an accelerated rate.

Device according to claim 9, characterized in that the cooling device comprises a spraying device that sprays a cooling liquid over the preforms.

Device according to claim 9, characterized in that the cooling device comprises at least one immersion bath filled with cooling liquid.

Device according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the cooling device comprises a pin conveyor which has a path leading through at least one cooling bath, wherein the pins can each carry a preform.

Device according to claim 12, characterized in that the pins assume an approximately horizontal or downward direction in the path leading through the at least one cooling bath.

Device according to any one of claims 11 to 13, characterized by a drying station which is arranged to rid the preforms of adhering moisture using air.