PL173243B1

PL173243B1 - Sposób odprężania i rozdmuchiwania termoplastycznego, dwuosiowo zorientowanego pojemnika

Info

Publication number: PL173243B1
Application number: PL93308177A
Authority: PL
Inventors: Christopher Mero; John Cahill
Original assignee: Pepsico Inc
Priority date: 1992-09-22
Filing date: 1993-09-21
Publication date: 1998-02-27
Also published as: DE69328561T2; DE69328561D1; BR9307086A; WO1994006618A1; ATE192381T1; HUT70707A; CZ71695A3; EP0662037A4; US5660905A; HU217787B; AU5133893A; US5560943A; EP0662037A1; US5547631A; PL308177A1; DK0662037T3; EP0662037B1; HU9500829D0; CZ292300B6

Abstract

1. Sposób odprezania i rozdmuchiwania termoplastycznego, dwuosiowo zorientowanego po- jemnika, w którym goracy material termoplastyc z n y w p o s t a c i p u s t e j w s r o d k u p r e f o r m y w k l a d a s i e do formy o regulowanych termicznie czesciach, rozdm uchuje sie preforme do ksztaltu formy dla uksztaltowania pojemnika, doprowadza sie mate- rial termoplastyczny do stycznosci ze sciankami formy, odpreza sie, po czym wyjmuje sie z formy, znamienny tym, ze pobocznice (20) formy (70) utrzymuje sie w temperaturze ponizej 95°C, czesc przejsciowa (22) szyjki w pobocznice utrzymuje sie w temperaturze pomiedzy 6 0 ° C i 70°C, a czesc przejsciowa (24) denka w pobocznice utrzymuje sie w temperaturze ponizej 80°C, przy czym utrzymuje sie rózne temperatury pobocznicy (20), czesci przejsciowej (22) szyjki w pobocznice i czesci przej- sciowej (24) denka w pobocznice oraz material termoplastyczny utrzymuje sie w stycznosci ze sciankami formy (70) przez czas nie dluzszy niz 25 sekund równoczesnie odprezajac czesc przejsciowa (22) szyjki w pobocznice oraz pobocznice (20) F IG . 2 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób odprężania i rozdmuchiwania termoplastycznego, dwuosiowo zorientowanego pojemnika, a zwłaszcza odprężanie butelek wielokrotnego użytku z politereftalanu etylenowego, które można myć i ponownie używać.

Butelki z tworzyw sztucznych nadające się do wielokrotnego napełniania, a zwłaszcza butelki z politereftalanu etylenowego, albo inaczej PET, przyczyniają się do złagodzenia problemów z wysypiskami śmieci i odzyskiwaniem butelek jednorazowego użytku z tworzyw sztucznych używanych do pakowania napojów.

Butelki wielokrotnego użytku z tworzyw sztucznych muszą zachować swoją elastyczność i funkcjonalność po wielokrotnych procesach mycia i napełniania, jak wspomniano w amerykańskich opisach patentowych Nr 4,755,404; 4,725,464 i 45,066,528. Należy do minimum zmniejszyć w nich pęknięcia, zmiany barwy oraz zmiany objętości lub struktury.

W amerykańskim opisie patentowym Nr 4,385,089 ujawniono sposób wytwarzania dwuosiowo orientowanych pojemników z półproduktów takich jak arkusze lub inne, w przypadku termoformowania lub kształtki wstępne, lub preformy, w przypadku formowania

173 243 techniką wtrysku, wtrysku z rozdmuchem lub wytłaczania z rozdmuchem. Preformę można przygotować i natychmiast dalej przetwarzać, jeszcze w stanie gorącym albo tez zmagazynowac i po pewnym czasie ponownie ogrzać do temperatury wystarczającej do nadania jej pewnej elastyczności umożliwiającej wytworzenie z niej butelki lub innego wyrobu, techniką wytłaczania i rozdmuchu w chłodzonej formie, w której nadaje się jej ostateczną postać. Następnie, często, preformę utwardza się termicznie w temperaturze znacznie powyżej temperatury zeszklenia tworzywa termoplastycznego, co ma na celu zwiększenie wytrzymałości mechanicznej wyrobów i ich odporności na ucieczkę gazów. Termoutwardzanie zapobiega również zniekształcaniu butelek w przypadku ich wielokrotnego użytku, w tym pod działaniem gorącej kąpieli w środkach żrących.

Obróbki cieplnej dotyczy kilka wynaiuzków, na przykład amerykański opis patentowy Nr 4,233,022 oraz opisy w nim przytaczane. W opisie tym ujawniono formę do rozdmuchiwania, składającą się z czterech sekcji oddzielonych częściami izolującymi, przeznaczoną do obróbki cieplnej rozdmuchanych butelek w temperaturach od 150°C do 220°C.

W aniprulrsinclrim niitPnfnwum Nr S O&S £99 niauminnn cnncAb

.......- -8 a ńńsk aIAI-aa i^siep pentowi-y I JT.1N r 18 o j 2X2ixu »aj w ł n xonA o V o l-/dm.-ll ch lIlWŁniU -1 butelki w formie w temperaturze 130°C. a następnie chłodzenia jej do 100°C w celu zapobiegnięcia jej zniekształceniu podczas wyiiuw^zinia z formy. Ponadto ujawniono rozwiązanie polegające na trzymaniu pojemnika w formie do rozdmuchiwania i ogrzewaniu go w celu odprężenia, a następnie przenoszeniu do oddzielnej chłodzonej formy do utwardzenia. Uformowany pojemnik można przez określony czas termoutwardzać, a następnie wlać do butelki płyn chłodzący. W opisie tym ujawniono również sposób termoutwnrdznnla w osobne] formie pojemnika wytworzonego techniką rozdmuchu.

W amerykańskim opisie patentowym Nr 4,505,664 ujawniono sposób transportu formy do rozdmuchiwania z rozdmuchanym wyrobem do drugiego stanowiska, w którym przez wyrób przepuszcza się czynnik roboczy.

W amerykańskim opisie patentowym Nr 4,988,279 ujawniono sposób dwuosiowego orientowania wyrobu, który można następnie termoutwardzać.

Z amerykańskiego opisu patentowego Nr 5,080,855 znane są wyroby formowane techniką rozdmuchu, które można termoutwardzać w drugiej formie. Również w amerykańskich opisach patentowych Nr 4,485,134; 4,871,507 i 4,463,121 ujawniono techniki obróbki cieplnej butelek orientowanych dwuosiowo.

W amerykańskim opisie patentowym Nr 4,572,811 ujawniono sposób obróbki termicznej pojemnika z politereftalanu etylenowego (PET), podczas którego wytwarza się teksturę sferolityczną i nieprzezroczystą, co, jak stwierdzono, jest przyczyną ich pękania naprężeniowego podczas ponownego przetwarzania (recyklingu).

W amerykańskim opisie patentowym Nr 4,588,620 ujawniono preformy z dnem o mniejszej grubości, co umożliwia większe lub głębsze rozciąganie ich pobocznie i części przejściowej pomiędzy pobocznicą a szyjką.

Podczas, gdy znane jest dwuosiowe rozciąganie preformy przy użyciu ciśnienia, stwierdzono, ze krytycznym etapem w procesie produkcji butelek wielokrotnego użytku do napojów gazowanych jest odprężenie rozdmuchanej preformy,

C_el e m mm alt zlrn iPCt i fprrr γλτλ] o c + p rrp

--- - J 8 kj V W 8 A U VIII TT UAiilU V VI urw jJiUJ tj ' dwuosiowo zorientowanego pojemnika.

Celem niniejszego wynalazku jest uzyskanie sposobu do zmniejszania naprężeń w ściankach takich wyrobów jak butelki, poprzez poddawanie rozdmuchanego wyrobu z materiału termoplastycznego bezpośredniemu i natychmiastowemu odprężaniu polegającemu na regulacji i sterowaniu temperaturą ścianek formy do rozdmuchiwania.

Sposób odprężania i rozdmuchiwania termoplastycznego, dwuosiowo zorientowanego pojemnika według wynalazku, w którym gorący materiał termoplastyczny w postaci pustej w środku preformy wkłada się do formy o regulowanych termicznie częściach, rozdmuchuje się preformę do kształtu formy dla ukształtowania pojemnika, doprowadza się materiał termoplastyczny do styczności ze ściankami formy, odpręża się, po czym wyjmuje się z formy, charakteryzuje się tym, że pobocznicę fermy utrzymuje się w temperaturze poniżej 95°C, część przejściową szyjki w pobocznicę utrzymuje się w temperaturze

173 243 pomiędzy 60°C i 70°C, a część przejściową denka w pobocznicę utrzymuje się w temperaturze poniżej 80°C, przy czym utrzymuje się różne temperatury pobocznicy, części przejśPiowei szynki w części przejściowej denka w pobocznicę oraz mateuai termoplastyczny utrzymuje się w styczności ze ściankami formy przez czas me dłuższy niż 25 sekund równocześnie odprężając część przejściową szyjki w pobocznicę oraz pobocznicę.

Korzystnie materiałem termoplastycznym jest politereftalan etylenowy PET, a temperaturę materiału w strefie pobocznicy obniża się w zakresie od około 65°C do 85°C.

Korzystnie do formy wkłada się gorącą preformę z materiału termoplastycznego o temperaturze od 90°C do 110°C.

Korzystnie temperaturę materiału w strefie pobocznicy obniża się i reguluje do około 80°C.

Korzystnie przy braku regulacji temperatury materiału w strefie szyjki, temperaturę materiału w części przejściowej szyjki w pobocznicę reguluje się na poziomie od 60°C do 70°C, temperaturę materiału w strefie pobocznicy reguluje się na poziomie od około 65°C do 85°C, zaś temperaturę materiału denka oraz części przejściowej denka w pobocznicę obniża się do 70°C lub poniżej.

Korzystnie temperaturę materiału w pobocznicy obniża się w czasie od 1 do 10 sekund.

Korzystnie temperaturę materiału w pobocznicy obniża się w czasie od 2 do 6 sekund.

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu oddziaływania trzema określonymi temperaturami na wewnętrzną ściankę rozgrzanej formy do rozdmuchiwania w celu odprężenia wytworzonego wyrobu, na przykład pojemnika do napojów.

Gorąca preforma, o temperaturze około 90°C do 110°C, gwałtownie rozszerza się do wewnętrznej powierzchni gorącej formy i utrzymuje się przy niej dzięki ciśnieniu wewnętrznemu do chwili dojścia temperatury uformowanego pojemnika do poziomu temperatury odprężania ścianki w przypadku części przejściowej pobocznicy w szyjkę oraz pobocznicy butelki. Krawędź denka butelki jest stosunkowo gruba i amorficzna, w związku z czym chłodzi się je możliwie szybko ze względu na konieczność zmniejszenia temperatury podstawy poniżej temperatury odprężania ścianki pobocznicy.

W poszczególnych częściach sekcji formy znajdują się kanały, którymi przepływa gorąca woda regulująca temperaturę ścianki formy i powodująca odprężenie rozdmuchanego wyrobu w określonej temperaturze.

Każda część formy styka się z częściami sąsiednimi, wskutek czego temperatura ścianki formy w pobliżu krawędzi każdej sekcji musi zmieniać się stopniowo bez gwałtownego skoku, ze względu na możliwość wprowadzania naprężeń, które mogłyby doprowadzić do pękania butelki podczas użytkowania. Temperatura pobocznicowej części formy jest utrzymywana za pomocą gorącej wody o temperaturze 80°C na poziomie około 80°C. Temperaturę strefy przejścia szyjki w pobocznicę utrzymuje się za pomocą gorącej wody na poziomie 70°C lub mniejszym, zazwyczaj około 60°C. Temperatury te gwałtownie zmniejszają temperaturę rozdmuchanego wyrobu termoplastycznego do wartości bliskiej 80°C na ściance bocznej i do 60°C na górnej sekcji ścianki, a tym samym odprężają pojemniki i zmniejszają w nich naprężenia. Krawędź denka uformowanego wyrobu chłodzi się zimną wodą, co powoduje gwałtowną zmianę temperatury grubszej podstawy do wartości poniżej 80°C, zazwyczaj poniżej 70°C.

Preformę skonstruowano w ten sposób, że zarówno ścianka wewnętrzna jak i zewnętrzna są równomiernie stożkowe, co zwiększa grubość ścianki na odcinku od szyjki do pobocznicy preformy co najmniej dwukrotnie.

Zamiast obróbki termicznej w gorącej formie, do której wyrób może przywrzeć albo szybkiego chłodzenia rozdmuchanego wyrobu w formie chłodzonej, podczas którego w wyrobie mogą powstać naprężenia, reguluje się temperaturę pobocznicowej części ścianek formy, górnej części ścianek formy odpowiadającej górnej części butelki, albo strefie przejściowej pobocznicy w szyjkę, oraz części ścianki formy odpowiadającej strefie denka butelki, oraz strefie przejścia pobocznicy w denko, co umożliwia zmniejszenie i sterowanie temperaturą ścianek, albo też odprężanie ścianek butelki, co zmniejsza i wyrównuje naprężenia powstające podczas dwuosiowego rozciągania preformy do kształtu butel173 243 ki. Temperatura odprężania jest na tyle niska, że umożliwia wyjęcie butelki z formy bez jej zniekształcenia.

c4dO~d o^ ~O_zd,pV~-.‘ę4.ż; U^Ue’ - i,+---d--*_____ £ h J„ OfO/-j _ blWlClUZAJHU, ÓC uupi^^uip I^^U^IUUHUzicO U6CUUW ΛϋψοίαΐLUZC UJ OUU OJ w zależności od joj pola powierzchni, umożliwia jej wielokrotne użytkowanie, w tym mycie w kąpieli o temperaturze 60°C, bez pogarszania wytrzymałości mechanicznej uzyskanej podczas rozciągania dwuosiowego i obróbki odprężającej. Proces odprężania nie tylko zmniejsza naprężenia termiczne i różnice naprężeń powstałe podczas rozciągania dwuosiowego, ale zwiększa wytrzymałość mechaniczną butelki, zwiększa jej odporność na pękanie naprężeniowe i poprawia własności barierowe dla gazów.

Sposób według wynalazku umożliwia uzyskanie wysokiej przezroczystości, usuwa naprężenia, zapobiega pękaniu naprężeniowemu oraz poprawia stabilność wymiarową wyrobów w przedziale temperatur stosowanych podczas napełniania lub mycia.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia preformę ze zbieżną ścianką przed rozdmuchem i odprężaniem, fig. 2 - sekcję formowania rozdmuchowogo, w której, po zamknięciu za pomocą części leżącej naprzeciwko, preforma nagle rozszerza się oraz trzy regulowane termicznie części formy stosowanej do odprężania, fig. 3 - schemat blokowy ilustrujący różne etapy procesu oraz charakterystyczne cechy urządzenia.

Przedstawiona w opisie butelka jest butelką o pojemności 1,5 l do napojów gazowanych, którą można poddawać dalszej obróbce albo też ochłodzić i napełnić wyrobem. Butelkę tę można myć w gorącym roztworze żrącym i ponownie używać. Istnieje możliwość wytwarzania butelek tego typu o różnych wielkościach po niewielkich zmianach wymiarów proformy i formy do rozdmuchiwania.

Na figurze 1 przedstawiono preformę 1 z wyciętą czwartą częścią w płaszczyźnie prostopadłej do kartki papieru, zaznaczoną jako A-A. W rezultacie w płaszczyźnie papieru widać ćwiartkę 3 ze stosunkowo cienkim obszarem główki 2 z gwintem 5, przechodzącej w szyjkę 63 na fig. 2, stożkową część ograniczoną powierzchnią wewnętrzną 13 i powierzchnią zewnętrzną 7, która po rozciągnięciu i rozdmuchaniu do postaci butelki stanowi lekko stożkową powierzchnię 27 butelki, pokazaną na fig. 2 w części przejściowej 22 szyjki w pobocznicę. Stosunkowo długa ścianka 9 jest wyciągana i rozdmuchiwana w długą ściankę 28 butelki pokazanej w części pobocznicowej 20 formy 70 na fig. 2. W podstawie 11 proformy 1 może początkowo być mniej tworzywa termoplastycznego niż w ściance 9, ale po rozdmuchu preformy 1 w butelkę, denko staje się stosunkowo grubsze niż ścianki pobocznicy i trudniejsze do chłodzenia. Stożkowość powierzchni wewnętrznej 13 i powierzchni zewnętrznej 7 w proformie 1 z fig. 1 ma charakter ekstensywny i wystarcza do co najmniej dwukrotnego zwiększenia grubości ścianki na odcinku od szyjki do pobocznicy.

W butelce o pojemności 1,5 l grubość górnej części butelki z fig. 1 lub inaczej główki 2, wynosi 2,1 mm, a długość szyjki do miejsca początku przechodzenia w stożek 28 mm. Grubość ścianki na początku części stożkowej, w miejscu 4, wynosi 2,75 mm, natomiast w miejscu 6, na pobocznicy, grubość ta wynosi 6,9 mm. Długość części stożkowej wynosi 20 mm, natomiast długość części o stałej średnicy 94 mm. Grubość ścianki w najwęższej

HpTnUa 1 1 r^mfkamw 1 pryen«1 A mm

U VXli\t-l X JL Ul XII j -L I 11111-1·

Na figurze 2 przedstawiono sekcję 21 formy 70 składającą się z czterech części: 20,22, 24 i 60. Części te współdziałają ze sobą i w normalnej sytuacji każda z nich znajduje się co najmniej obok jednej z pozostałych. jusu to forma 70 połówkowa typu gniazdowego, która po zamknięciu przybiera w przybliżeniu kształt pokazany linią 25, 27, 28 i 29 stanowiący kontur powierzchni gniazda 62, 42, 26 i 52. Gniazdo formy 70 wytwarza się zazwyczaj sporządzając sekcję 21 formy 70 w kształcie połówki butelki przypominającej wyglądom butelkę przeciętą płaszczyzną B-B na dwie równo części. W razie potrzeby można oczywiście stosować formy złożone z większej liczby części, pod warunkiem, że po zamknięciu tworzą odpowiedni kształt butelki.

Powierzchnię butelki można ozdobić pewnymi elementami 31, 33 i 35. Na gotowym pojemniku, po jego rozdmuchnięciu i odprężeniu mogą, ale nie muszą być widoczne mało otworki 37 do usuwania gazów.

173 243

Na obwodzie korpusu gniazda 26 pokazanego na fig. 2 znajdują się w równomiernych odstępach, kanały 30 na gorącą wodę chłodzącą. Kanały 30 łączą się ze źródłem gorącej

............

pVJUV7VZ.lllCU WCJ Z4J.

wody o temperaturze 80°C krążącej w metalowym korpusie

Kanały 30 można łączyć z innymi w układzie szeregowym lub równoległym, co umożliwia utrzymywanie temperatury powierzchni gniazda 26 formy 70 podczas procesu na poziomie około 81°C. Ścianka formy jest nieco cieplejsza niż źródło wody, co wynika z jej styczności z bardziej gorącą preformą 1. Gorąca woda płynie kanałem 32, następnie wznosi się do góry kanałem 30 i w przypadku układu szeregowego wypływa wylotem kanału 34 do innego, nie pokazanego na rysunku, kanału albo w przypadku układu równoległego do rurociągu zbiorczego. Wymiary kanałów 30,32,34 określa się w zależności od ilości ciepła, jakie trzeba odprowadzić oraz w zależności od parametrów termicznych formy. Może to zrobić każdy fachowiec z tej dziedziny.

Temperaturę formy w części przejściowej 22 szyjki w pobocznicę butelki, włącznie z temperaturą górnej powierzchni gniazda 42 utrzymuje się w przybliżeniu na poziomie temperatury gorącej wody chłodzącej. Kanałami chłodzącymi 40, oznaczonymi liniami przerywanymi, płynie gorąca woda o temperaturze poniżej 70°C, a zazwyczaj około 60°C. Wlot 44 i wylot 46 można połączyć równolegle albo szeregowo w zależności od potrzeby. Część przejściową 22 szyjki w pobocznicę zazwyczaj chłodzi się do około 60°C, co umożliwia wyjmowanie butelek z formy bez ich zniekształcania.

Również część przejściową 24 denka w pobocznicę sekcji 21 formy 70 chłodzi się zimną wodą płynącą kanałami 50. Sposób chłodzenia jest podobny do chłodzenia innych części formy. Zimną wodę używa się do możliwie szybkiego zmniejszenia temperatury ścianek butelki stykających się z powierzchnią gniazda 52, a tym samym zmniejszenia temperatury ścianki z materiału termoplastycznego do poziomu poniżej 80°C, a korzystnie poniżej 70°C.

W’ szyjki pretor my 1 znajduje się czwarta część 60 fomy, która zawycz;.jj nie jest ani ogrzewana ani chłodzona oraz pozostaje chłodna i w stanie amorficznym. W razie potrzeby można jednak i w tej części zastosować kanały ogrzewające lub chłodzące albo równoważne im urządzenia od ogrzewania bądź chłodzenia.

Oczywiście części 60, 20, 22 i 24 sekcji 21 formy 70 można umieszczać w zewnętrznym układzie form hydraulicznych otaczającym co najmniej część zewnętrznej ścianki 70 sekcji 21 formy. W razie potrzeby w zewnętrznym układzie formy można umieścić kanały do regulacji temperatury ścianek formy, stanowiące uzupełnienie kanałów w częściach 60, 20, 22 i 24 formy albo też je zastępujące.

Zazwyczaj części formy łączy się ze sobą lub z zewnętrznym układem form za pomocą znanych w tej dziedzinie elementów, nie pokazanych na rysunku. Poszczególne części formy w zasadzie stykają się ze sobą i często przylegają w obszarach 74, 76 i 78 nie chronionych żadną izolacją, dzięki czemu w obszarach tych temperatura metalu w sąsiadujących ze sobą częściach stopniowo zmienia się zapobiegając powstawaniu naprężeń wywoływanych przez różnice temperatur części 20, 22, 24 i 60.

W opisie wspomniano o stosowaniu wody jako normalnego czynnika przenoszącego ciepło, ale z równym powodzeniem można stosować do tego celu odpowiedni olej lub inny płyn. Zamiast płynu przenoszącego ciepło albo równolegle z nim, można stosować inne znane w tej dziedzinie i odpowiednie do tego celu, środki do ogrzewania lub chłodzenia. Przykładowo, w strefie pobocznicy 20 można zastosować ogrzewanie oporowe. Kanały chłodzące mogą mieć dowolny kształt i układ, ale generalnie stosuje się kołowe i biegnące przez formę prostoliniowo. W miejscach przechodzenia kanału przez inne części formy może on mieć inny kształt, na przykład 50 na fig. 2.

Proces odprężania może stanowić część procesu rotacyjnego lub liniowego formowania rozdmuchowego. Korzystnie, zaleca się stosowanie liniowej konfiguracji form stacjonarnych ze względu na łatwość doprowadzania płynu przenoszącego ciepło za pomocą stacjonarnych przewodów oraz ograniczoną liczbę butelek w razie awarii mechanicznej lub problemów. Można również stosować w razie potrzeby odprężenie w układzie rotacyjnym, które zapewnia większą wydajność dla określonej powierzchni produkcyjnej.

173 243

Na figurze 3 pokazano schemat, według którego preformy 81 o temperaturze pokojowej przenosi się do zespołu podającego 80. Następnie chwyta się je za główkę 2 pokazaną na fig. 1 i umieszcza na trzpieniach transporrowych 82, po czym przepuszcza przez podczerwone grzejniki kwarcowe 84, które podnoszą temperaturę pobocznie i denek 7, 9 i 11 z fig. 1, do wartości umożliwiającej ich rozdmuch, wynoszącej zazwyczaj od około 90°C do 110°C. W strefie wyrównania 86 preformy 81 dochodzą do równomiernej temperatuiy, wskutek czego pobrane ciepło rozpływa się równomiernie po całym materiale, co zmniejsza nadmierne temperatury na powierzchni i wyrównuje je wzdłuż grubości ścianki. Stąd preformy 81 przenosi się do stanowiska rozdmuchu 88, gdzie rozdmuchuje się je za pomocą gorącego powietrza pod wysokim ciśnieniem lub innego gazu, do zetknięcia ich ścianek ze ściankami dwóch zamkniętych połówek formy 70, z których jedną 21 pokazano na fig. 2. Rozciąganie w kierunku osiowym odbywa się za pomocą elementów mechanicznych, na przykład popychaczy, które dopychają zamkniętą końcówkę preformy 81 do dna formy 70. Po rozdmuchu, wyrób jest odprężany na stanowisku 88 w temperaturze 95°C lub mniejszej, korzystnie około 65°C do 85°C; bardziej korzystnie według następującego schematu- około 80°C w części pobocznicy 20 z fig. 2, poniżej 70°C, zazwyczaj 60°C w części przejściowej 22 szyjki w pobocznicę z fig. 2 oraz poniżej 70°C w części przejściowej 24 pobocznicy w denko z fig. 2. Do utrzymania rozdmuchanego tworzywa termoplastycznego w stanie dociśniętym do połówek formy w celu uzyskania odpowiedniej temperatury ścianki, która może wynosić w przypadku powierzchni głównej ścianki gniazda 26 w części pobocznicowej 20 z fig. 2 około 80°Cna górnej powierzchni ścianki gniazda 42 w części przejściowej 22 z fig. 2 poniżej 70°C, korzystnie 60°C i poniżej 70°C na powierzchni podstawy i krawędzi denka gniazda 52 w części przejściowej 24 z fig. 2 potrzeba zazwyczaj do 25 sekund, a korzystnie do 10 sekund. Butelki 89 opuszczają stanowisko rozdmuchu 88 i przenosi się je, według fig, 3. do dalszej obróbki, na przykład do chłodzenia za pomocą powietrza i składowania w stanie gotowym do napełniania. Trzpienie 87 wracają do stanowiska załadunkowego.

W układzie rotacyjnym, preformy 81 doprowadza się do stanowiska załadunkowego, gdzie umieszcza się je na trzpieniach transportowych 82. W rotacyjnej komorze grzejnej znajduje się wiele stanowisk pobierających trzpienie transportowe 82 w chwili ich przesuwania się przed zespołami grzejnymi. Preformy 81 mogą obracać się wokół swojej osi, ogrzewając się równomiernie ze wszystkich stron. Odpowiedni rozkład temperatury w każdej preformie 81 uzyskuje się dzięki oddzielnemu sterowaniu każdą podczerwoną lampą kwarcową. T emperatura pobocznicy powinna wynosić w przypadku PET od 90°C do 110°C. ale można ją regulować w sposób zapewniający najlepsze warunki rozdmuchu.

Następnie wyrównuje się temperaturę preformy 81 przepuszczając trzpienie 82 przez stanowisko wyrównujące 86, w którym schładza się jej szyjkę przed rozdmuchem. W stanowisku tym preformy 81 pozostawia się na pewien czas w spokoju, co umożliwia równomierne rozprowadzenie ciepła w całym materiale, zwłaszcza wzdłuż grubości ścianek. Po wyjściu ze stanowiska wyrównującego 86 temperaturę, gorące preformy 81 transportuje się i blokuje w odpowiednim położeniu, w każdym z wielu stanowisk 88 z formami 70 chłodzonymi wodą. Połówki form 70 zamyka się pneumatycznie i blokuje. Następnie preformę 81 rozciąga się za pomocą popychacza i wtłacza do niej powietrze pod wysokim ciśnieniem rzędu 400 do 600 psi (2760 do 4140 kPa), które gwałtownie rozpycha je do wewnętrznych powierzchni formy 70. Rozdmuchaną w ten sposób butelkę przetrzymuje się w formie 70 pokazanej na fig. 2 przez okres do 25 sekund, korzystnie do 10 sekund, a zazwyczaj od około 2 do 6 sekund, doprowadzając temperaturę jej ścianek do odpowiedniej temperatury odprężania.

W liniowej wersji procesu formy 70 są zespołami stacjonarnymi, preformy 81 umieszcza się z formie 70 do rozdmuchiwania, zamykanej mechanicznie lub hydraulicznie.

Sposób ten można stosować do różnorodnych materiałów termoplastycznych, na przykład amorficznych albo tylko lekko krystalicznych, które podczas rozdmuchiwania jednoosiowego ani dwuosiowego w zasadzie nie krystalizują, takich jak poliamidy lub nasycone poliestry, na przykład poliestry niższych glikoli alkilenowych i kwasu tereftalowego, takie jak tereftalan glikolu etylenowego albo polimerów, które są amorficzne przed

173 243 rozdmuchem i krystalizują podczas rozciągania dwuosiowego, takich jak nasycone poliestry, na przykład poliestry kwasów aromatycznych, takich jak kwas tereftalowy, kwasy naftaleno1 5 -i 111 _ 1__ _J _ 1___1____________ · · 1 ·· 1*1 1 11 ‘1

KaruOKsylowe ruu kwasy nyuroksyueuzocsowc z diolami takimi jak niższe glikole alkuenowe, na przykład glikol etylenowy, glikol propylenowy lub podobne oraz ich mieszanki i kopolimery.

Sposób ten nadaje się zwłaszcza do polimerów generalnie rozdmuchiwanych ze stanu amorficznego do krystalicznego, takich jak monopolimery i kopolimery typu etylen-glikolkwas tereftalowy-estry, znane jako politereftalan etylenowy lub PET.

Dwuosiowa orientacja wyrobów, zwłaszcza butelek do napojów gazowanych lub niegazowanych, polega na równoczesnym rozciąganiu materiału termoplastycznego, na przykład PET w kierunku osiowym i obwodowym podczas formowania wyrobu. Często rozciąganie w kierunku osiowym wspomaga się za pomocą mechanicznego pręta dociskającego zamkniętą podstawę preformy do denka formy z równoczesnym wywieraniem na nią wysokiego ciśnienia wewnętrznego, co powoduje rozciągnięcie materiału zarówno w kierunku osiowym jak i obwodowym. W wyniku dociskania preformy do zewnętrznych powierzchni formy powstaje odpowiednio ukształtowany wyrób, któryjest następnie odprężany w temperaturze około 95°C lub nieco mniejszej, co dodatkowo zwiększa jego wytrzymałość mechaniczną i zapobiega pękaniu naprężeniowemu i innym problemom.

Dzięki orientacji dwuosiowej wyrób uzyskuje znakomite własności, na przykład wytrzymałość mechaniczną i odporność na przenikanie gazów. Z kolei po rozciąganiu z natychmiastowym chłodzeniem (albo po rozciąganiu w formie o wysokiej temperaturze w celu termoutwardzenia w wyniku dalszej krystalizacji) w wyrobie pozostają wysokie naprężenia, które wywołują jego nadmierny skurcz podczas prób ponownego użytkowania. W obszarach o grubszej ściance, na przykład w strefie krawędzi denka i w strefie szyjki, materiał jest słabiej zorientowany i skrystalizowany albo w ogóle nie jest zorientowany i skrystalizowany. W rezultacie, w wyniku różnych własności obszarów amorficznych i skrystalizowanych, w ponownie użytkowanych butelkach tego typu powstają pęknięcia naprężeniowe. Rozwiązaniem tego problemu jest odprężanie wyrobu. Często zdarza się, ze preformy wygrzewa się w różnych temperaturach w celu poprawy rozkładu grubości ścianek gotowego wyrobu, co wywołuje w ściankach rozdmuchiwanego wyrobu dodatkowe naprężenia.

Według wynalazku rozdmuchany wyrób z materiału termoplastycznego poddaje się bezpośredniemu i natychmiastowemu odprężaniu polegającemu na regulacji i sterowaniu temperaturą ścianek formy do rozdmuchiwania w taki sposób, żeby temperatura pobocznicy 20 lub głównej ścianki wyrobu, którego większa część została poddana rozciąganiu dwuosiowemu i krystalizacji, spadła do wartości około 95°C lub mniejszej, korzystnie od 65°C do 85°C, a najbardziej korzystnie około 80°C, przy czym temperatuiy te powinna mieć ścianka formy stykająca się z odpowiednimi częściami wyrobu. Temperaturę górnej części ścianki w pobliżu szyjki w strefie określonej uprzednio jako część przejściowa 22 szyjki w pobocznicę obniża się do wartości 85°C lub mniejszej, korzystnie 70°C lub mniejszej, zazwyczaj do około 60°C, natomiast temperaturę dolnej części, lub denka, p i/faęlpTJpi υπιοι inlz/y Π'ύργρ rir^ai c pi mim ία τι/ τΊ/~\Κ(·Λρ7ηιpo

LzAl w j cunu Liw w Vł-C/iJjxtx vr wartości poniżej 85°C, a korzystnie poniżej 70°C. Czynnikiem chłodbutelki w strefie zmniejsza się do niczym jest zimna woda, ponieważ w miejscach tych ścianka butelki jest najgrubsza i najtrudniejsza do chłodzenia.

Zazwyczaj temperatury rozdmuchiwania materiałów termoplastycznych są różne i zmieniają się w zależności od rodzaju polimeru, ale dla PET ich wartość zawiera się generalnie w przedziale od 90°C do 110°C. Oznacza to konieczność odprowadzenia z wyrobu znacznych ilości ciepła poprzez schłodzenie formy do odpowiedniej temperatury odprężania. Temperatura odprężania ścianek butelki jest tą temperaturą, przy której butelkę można wyjąć z formy bez zniekształcenia. Przedstawiony tu sposób można określić jako rozdmuchiwanie na gorąco, ponieważ powierzchnie formy w części pobocznicy 20 i części przejściowej 22 szyjki w pobocznicę są gorące. W normalnych technikach rozdmuchiwania stosuje się formy zimne, które natychmiast się schładza.

173 243

Czas styczności gorącej formy z pustym w środku, gorącym wyrobem, zależy od grubości ścianek i czasu potrzebnego do zmniejszenia temperatury ścianki do wartości z pożądanego przedziału 65°C do 85°C. Czas ten wynosi około 25 sekund, a korzystnie od 1 do 10 sekund. Zazwyczaj do obniżenia temperatury ścianki w strefie przejścia denka w pobocznicę (najgrubsza część butelki) do wartości 70°C lub poniżej potrzeba od 3 do 6 sekund.

Chłodzić można różne części dzielonej formy. Zazwyczaj używa się do tego gorącej wody, przy czym strefę przejścia denka w pobocznicę chłodzi się na ogół zimną wodą. Do chłodzenia można stosować różne płyny chłodzące, jak również różne znane techniki szybkiego skutecznego odprowadzania ciepła, ale stwierdziliśmy, że odpowiednim do tego środkiem jest woda.

Sposób według wynalazku można stosować do wszelkiego typu wyrobów termoplastycznych wymagających odprężania i takich, które mogą być używane wielokrotnie.

Odprężanie tą techniką wyrobów z tworzyw termoplastycznych odbywa się w temperaturach wyższych niż temperatury występujące najczęściej podczas ich mycia; generalnie, temperatury odprężania są co najmniej 5°C do 10°C wyższe od najwyższych spodziewanych temperatur mycia. Generalnie, dla PET temperaturę pobocznicy wyrobu zmniejsza się do 85°C, korzystnie do około 80°C, natomiast temperaturę strefy przejścia szyjki w pobocznicę do około 70°C, a temperaturę strefy przejścia podstawy w pobocznicę do około 70°C lub poniżej.

Sposób według wynalazku można również stosować do wyrobów wielowarstwowych, w których skład wchodzą materiały termoplastyczne, a zwłaszcza PET.

173 243

FIG. 3

173 243 — I «

Hb. 1

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób odprężania i rozdmuchiwania termoplastycznego, dwuosiowo zorientowanego pojemnika, w którym gorący materiał termoplastyczny w postaci pustej w środku preformy wkłada się do formy o regulowanych termicznie częściach, rozdmuchuje się preformę do kształtu formy dla ukształtowania pojemnika, doprowadza się materiał termoplastyczny do styczności ze ściankami formy, odpręża się, po czym wyjmuje się z formy, znamienny tym, że pobocznicę (20) formy (70) utrzymuje się w temperaturze poniżej 95°C, część przejściową (22) szyjki w pobocznicę utrzymuje się w temperaturze pomiędzy 60°C i 70°C, a część przejściową (24) denka w pobocznicę utrzymuje się w temperaturze poniżej 80°C.

przy czym utrzymuje się różne temperatury pobocznicy (20), części przejściowej (22) szyjki w pobocznicę i części przejściowej (24) denka w pobocznicę oraz materiał termoplastyczny utrzymuje się w styczności ze ściankami formy (70) przez czas nie dłuższy niż 25 sekund równocześnie odprężając część przejściową (22) szyjki w pobocznicę oraz pobocznicę (20).
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem termoplastycznym jest politereftalan etylenowy PET, a temperaturę materiału w strefie pobocznicy (20) obniża się w zakresie od około 65°C do 85°C.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że do formy (70) wkłada się gorącą preformę (1) z materiału termoplastycznego o temperaturze od 90°C do 110°C.
4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że temperaturę materiału w strefie pobocznicy (20) obniża się i reguluje do około 80°C.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperaturę materiału w części przejściowej (22) szyjki w pobocznicę reguluje się na poziomie od 60°C do 70°C, temperaturę materiału w strefie pobocznicy (20) reguluje się na poziomie od około 65°C do 8.5°C, zaś temperaturę materiału denka oraz części przejściowej (24) denka w pobocznicę obniża się do 70°C lub poniżej.
6. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że temperaturę materiału w pobocznicy (20) obniża się w czasie od 1 do 10 sekund.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że temperaturę materiału w pobocznicy (20) obniża się w czasie od 2 do 6 sekund.