SE414467B - Formningsforfarande for hogkristallina polymerer, speciellt polypropenfolier - Google Patents

Description

gvsouvsz-2 10 15 20 25 30 35 40 vidsträckta bearbetningsvillkor, däribland kylning av formen vid dess för formgivning avsedda fördjupningar, se US Patenten 2.967.328 och 2.282.423, eller omvänt genom att upphetta formen till omkring se - 11o°c, se us Patentet 3.121.920.

Vidare är en formningsprocess för folier och bandliknande plastmaterial känd, där materialet har ett brett plasticitetsom- råde, t.ex. från 0,2 till ca 5, mätt enligt ASTM D-l238-52T, i överensstämmelse med vad som framgår av nämnda US Patent 3.121.920.

I sammanhanget intressant litteratur visar vidare - se US Patentet 2.967.328 - användningen av uppvärmda stämplar vid formning av plastfolier. Ovannämnda arbetsvillkor har också tillämpats vid konventionella metoder att i värme forma högkristallina polymerer, speciellt polypropen. Trots den extrema mångfald avseende vid tidigare kända polypropenformningsprocesser tillämpade konditioner har emellertid dessa inte lyckats att helt tillfredsställa för- väntningarna, speciellt vad gäller produktionskapacitet samt de tillverkade produkternas kvalitet.

Man har nu funnit att genom tillämpning av en speciell kombina- tion av arbetssteg, av vilka vissa i och för sig är kända, en förbättrad metod för att forma polypropen kunnat åstadkomas som eliminerar ovannämnda nackdelar och ger hög produktions- kapacitet samtidigt som de tillverkade artiklarna har hög precision, speciellt utmärkt kvalitet.

Dessa och andra fördelar, som refereras nedan, uppnås genom en förbättrad metod enligt föreliggande uppfinning för formning av polypropenfolier genom att behandla dem i fast aggregattillstånd.

Förfarandet kännetecknas genom att det omfattar ett frammatnings- steg, varvid polypropenfolien intermittent matas genom en kontinuerlig uppvärmningszon, vars längd är minst 4 gånger större än en intermittent arbetande formzons arbetslängd, för att upphetta folien stegvis till en temperatur i närheten av men under dess smälttemperatur. Därefter frammatas folien till formzonen och påföres ett kontrollerat tryck på foliens periferi runt formzonen för att fasthålla folien. Därefter sker en för- formning mellan en stämpel, som åtminstone partiellt berör folien, och en ihålig form, vilka rör sig relativt varandra. 10 15 20 25 30 35 40 7904793-2 Nämnda stämpel uppvärmes åtminstone på den ytdel, som berör folien till en temperatur, som ligger ca l6 - 340 under foliens temperatur. Slutligen utföres en slutgiltig formningsoperation genom att blåsa en kraftig momentan tryckmediestråle mot den mot stämpeln vända folieytan för att anpressa folien mot formväggarna, som omger nämnda ihålighet. Dessa väggar hålles på en temperatur under l0oC.

Ytterligare detaljer och fördelar med uppfinningen framgår tyd- ligare av nedanstående beskrivning av ett föredraget men icke begränsande tillämpningsexempel av nämnda snabba polypropenform- ningsförfarande i anslutning till bifogade ritning, där den enda figuren visar en anordning för utövande av uppfinningen.

Vid formningsförfarandet enligt uppfinningen består utgångsmateria- let av polypropenfolie, som företrädesvis har ett lågt flyttal, dvs. under 0,7, mätt enligt ASTM D-1238-65T vid 230°C och 2,16 kg.

I praktiken har man funnit att genom utnyttjande av material med lågt flyttal, dvs. material med hög viskositet, uppnås bättre fördelning och jämnare tjocklek, samtidigt som en förbättrad molekylorientering av den formade produkten erhålles, som för en given vikt bidrar till bättre styvhet av artiklarna, med andra ord en bättre materialekonomi.

Den på ritningen med l betecknade polypropenfolien passerar först en långsträckt uppvärmningszon A för att åstadkomma en tillfredsställande lång uppvärmningstid med progressiv och gradvis ökning av temperaturen upp till 161-l68oC, som är den erforderliga temperaturen för formning i fast tillstånd. Före- trädesvis har uppvärmningszonen A en längd, som är åtminstone 4 ggr så stor som den efterföljande formzonens B användbara längd, vilket säkerställer en likformig uppvärmning över polypro- penfoliens hela tjocklek med hänsyn till dess låga värmelednings- förmåga. Omkring 0,2 - 0,3 mm tjocka folier stannar åtminstone 5 sekunder i uppvärmningszonen. Uppvärmningstiden ökar med folietjockleken om än i mindre grad.

För att säkerställa successiv och jämnast möjliga värmetillförsel uppvisar uppvärmningszonen A flera rader keramiska värmeelement 7904793-2 l0 15 20 25 30 35 40 av konventionellt utförande, som styrs genom elektroniska regulatorer. Dylika element anordnas företrädesvis ovanför och under foliesträckan till en punkt nära formverktyget. Likformig värmetillförsel säkerställes även genom att exakt anordna nämnda keramiska värmeelement efter och tätt intill varandra.

Folieframmatningen säkerställes genom lämpliga tandade kedjor (ej visade), som tillför folien i början av uppvärmningszonen A eller alternativt om ett inledande fritt, spänningsminskande steg önskas, efter det att folien redan matats fram ett stycke genom förvärmaren. Folien frammatas intermittent för att minimera spilltiden för att mata formen och för att förebygga termiska störningar i folien. Rörelsen åstadkommes medelst kamskivor, som är utförda för höga accelerationer och retardationer i storleksordningen 10 m/sek.2, helt enligt foliestyrkan, inom en kortare tid än 0,4 sek. Efter att ha uppnått en temperatur på 161-l68°C frammatas folien till formzonen B. För formningssteget används en ihålig form 2. Dess ihâlighet 3 är en negativ bild av artikeln som skall formas. Därtill hör även en övre form 4, i vilken en avpassad stämpel 5 är rörlig, som sträcker sig genom ett bägarliknande rörligt organ 6. Det sistnämnda är elastiskt förbundet med den övre formhalvan 4 genom fjädrar 6a och aktiveras utifrån genom att tillföra ett tryckmedium genom portar 7 i den övre formhalvan 4.

Formen styrs också mekaniskt genom kamskivor, som aktiveras synkront med de båda kamskivorna, som styr foliens intermittenta frammatning genom uppvärmningszonen A.'Tack vare det mekaniska styrsystemet är hela rörelsetiden för formen mindre än ca 0,8 sek. Denna tidsekonomi, betraktat över ett flertal utförda arbets- operationer, medger utförande av här förklarade formningssteg och innefattar tre moment, nämligen stämpelformning, tryckmedie- formning och artikelns vilotid i formen för kylning, med en momentlängd på ca l sekund vardera.

Formen 2 kyles, åtminstone dess väggar,som bildar fördjupningen 3, till en temperatur under l0°C, företrädesvis 4-6°C för att åstadkomma en snabb kylning av den formade artikeln när den kommer i kontakt med fördjupningens 3 väggar. För detta ändamål har i formen 2 anordnats kanaler 8 för cirkulation av kylmedium, 10 15 20 25 30 35 40 7904793-2 01 såsom vatten med frostskyddsmedel. I formen 2 finns också en eller flera portar 9 för att släppa ut luft eller möjligtvis applicera ett vakuum under formningsmomentet eller även för injicering av mottrycksluft under förformningen, formningen eller utstötningen. 1 För att underlätta utstötningen av formade artiklar ur formen, finns en axiellt rörlig utstötare l0 med en stång, som sträcker sig ut ur verktyget 2 för att medge aktivering utifrån. Utstö- taren 10, som i den beskrivna utföringsformen bildar fördjup- ningens 3 botten, kyles också på sama sätt som formens sido- väggar till 4-6°c.

I formningszonen B fasthålles folien 1 först genom att ett inställbart tryck via det bägarformade organets 6 bottenkant påföres foliens periferi, som omger formens öppning. Det bägar- formade organet 6 kan på foliens periferi utöva ett tillräckligt högt tryck för att blockera eller klämma fast folien eller att alternativt medge en kontrollerad glidrörelse av folien in mot formens ihålighet för att förebygga veckbildning eller onormal materialanhopning.

Efter det att folien på detta sätt förankrats, påverkas den av stämpeln 5 när denna rör sig neråt mot formens 2 ihålighet 3.

Stämpeln 5 är på fördelaktigt sätt uppvärmd, åtminstone vid sin ändsida, som kommer i kontakt med den folie som håller på att bearbetas.-Uppvärmningstemperaturen är omkring 16-3400 lägre än folietemperaturen dvs. den är företrädesvis omkring 134 - l45°C. Företrädesvis väljes de lägre av de ovannämnda temperatur- värdena om man önskar att folien skall få en speciell konfigura- tion med hjälp av stämpelns form. I detta fall "fryser" den högre temperaturdifferensen mellan stämpelytan och den bearbetade folien den i kontakt komna folien till den form, som bibragts den av stämpeln. Omvänt väljes de högsta värdena inom ovannämnda temperaturomrâde om man önskar en minskad tjocklek i botten av den formade artikeln eller för att ge nämnda botten en form mera i överensstämmelse med formens än stämpelns utförande.

Stämpeln 5 är uppvärmd, t.ex. elektriskt, och styrs oberoende av formens och övre formhalvans rörelser. 7904793-2 l0 15 20 25 30 35 40 För att åstadkomma en mera likformig tjockleksfördelning i den formade artikeln har stämpelytan låg friktionskoefficient, åtminstone på den del, som kommer i kontakt med folien. Detta uppnås genom att antingen spegelliknande förkroma nämnda yta eller att täcka den med ett material med låg friktionskoefficient såsom polytetrafluoreten (teflon). Vidare tillverkas stämpeln företrädesvis av ett material med låg värmeledningsförmåga.

Förutom att förformningsfasen kompletteras med stämpeln 5 görs formningen effektivare genom att injicera ett tryckmedium, företrädesvis tryckluft, i mellanrummet mellan formen 2 och övre formhalvan 4, när dessa är slutna. Injiceringen riktas mot den folieyta, som är vänd mot stämpeln 5. Detta kan uppnås genom speciellt anordnade portar med ventiler, t.ex. liknande den ena, som är schematiskt antydd vid ll på ritningen och sitter i den övre formhalvan 4. I allmänhet överstiger det genom porten ll tillförda tryckmediets tryck ungefär 3,5 bar.

På fördelaktigt sätt injiceras tryckmediet som en momentan stråle som kyles ned till en temperatur under l0°C. På detta dsätt uppnås en samtidig och snabb kylning av båda folieytorna, nämligen den yta, som bringas till anliggning mot ihålighetens 3 väggar genom strålen och den, som träffas av den kylda tryck- mediestrålen, för att gynna god dimensionsstabilitet hos slut- produkten liksom hög precision.

Uppfinningen enligt uppfinningen innefattar på fördelaktigt sätt en ytterligare operation, som utförs i formverktyget, vilken innefattar trimning av den formade artikeln. Detta .uppnås genom att anordna upphöjda kanter och motsvarande för- djupningar, vilka har skarpa kanter, dels på formen 3 och dels på den övre formhalvan 4. Trimningsoperationen, som utförs medan artikeln fortfarande är fastklämd i den till 4-6°C nedkylda formen och onödiggör anslutande klippningssteg, ger upphov till en viktig fördel vid formning av polypropen, nämligen att eliminera all formändring och returvärme från foliens återstående del till den formade artikeln. Detta förbättrar noggrannheten av hörnfinishen, en viktig förutsättning för varje följande kantrullningsoperation, som kan utföras med den utformade artikeln. 10 15 20 25 30 7904793-2 Den på detta sätt formade och kylda artikeln utstötes ur formen med hjälp av utstötaren 10 eller om så erfordras genom att påföra mottryck genom kanalen 9. Artikeln kan sedan exempelvis genom en rörlig utmatningskanal 12 befordras vidare till en därunder belägen staplingsanordning.

Av denna beskrivning framgår att sättet enligt uppfinningen helt når sitt syfte. Sålunda har på grund av den säregna kom- binationen av temperaturnivåer i de olika organen och elementen som bidrar till formningen av polypropenet, spilltiderna per cykel blivit minimala. Värmeförluster från folien förhindras effektivt för att uppnå nyttiga formningssteg med en längd i storleks ordningen en sekund. Därför möjliggör sättet enligt upp- finningen en produktionskapacitet, som, beroende på den använda foliens tjocklek, kan överskrida 30-35 cykler per minut. Dessutom kan artiklar med hög precision produceras, vilka uppvisar anmärkningsvärd noggrannhet och dimensionsstabilitet. Sättet enligt uppfinningen kan användas både för att bearbeta homopoly- mer- och copolymerhartser av polypropen och för bearbetning av polypropen som uppblandats med upp till 40 viktprocent inert fyllnadsmaterial, som vanligen används för att dryga ut poly- propen, såsom kalciumkarbonat, kalk, talkum, trä etc.

Den ovan beskrivna uppfinningen låter sig på mångahanda sätt modifieras och varieras inom uppfinningens ram. Sålunda kan exempelvis formen förses med flera ihåligheter och ett motsva- rande antal stämplar för att samtidigt forma ett önskat antal artiklar. Vidare kan under förformningsskedet med stämpeln ett lätt vacuum eller ett moderat mottryck pâföras foliens motsatta sida, om så önskas. Ytterligare modifikationer och varianter erbjuder sig själva för fackmannen på området.

Claims (14)

' 7904793-2 Patentkrav

1. l. Förfarande att forma polypropenfolie (1) genom bearbetning i fast tillstånd, k ä n n e t e c k n a t därav, att det omfattar följande steg: polypropenfolien (l) passerar intermittent genom en kontinuerlig uppvärmningszon (A), vars längd är minst fyra gånger större än den effektiva längden av en efterföl- jande formzon (B), för att uppvärma folien (l) gradvis till en temperatur i närheten av men under dess smälttemperatur, folien matas till formzonen (B) och påföres ett kontrollerat tryck utmed sin periferi runt formningszonen för att fasthålla folien, utförande av en folieförformningsoperation mellan en stämpel (5), som åtminstone delvis berör folien (l) och en ihålig form (2), vilka rör sig relativt varandra, varvid nämnda stämpel (5) är uppvärmd åtminstone på sin i kontakt med folien (l) kommande yta till en temperatur som ligger ca l6°C - 34°C under folie- temperaturen och utförande av en slutgiltig formningsoperation genom att blåsa en kraftig momentan stråle av tryckmedium mot foliens mot stämpeln (5) vända yta för att på detta sätt få nämnda folie att lägga sig mot formens (2) väggar, som omger formens fördjupning (3), varvid nämnda väggar håller en tempera- tur under lO°C.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att polypropenet innehåller antingen en homopolymer eller en copolymer av polypropen med ett flyttal i smält tillstånd (uppmätt enligt ASTM n-izss-esar-förfaranaet vid z3o°c och 2,16 kg) under 0,7.

3. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t därav, att polypropenet innehåller åtminstone 60 viktprocent av en poly- propenhomopolymer eller -copolymer och upp till 40 viktprocent inert fyllnadsmedel.

4. Förfarande enligt krav l, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att uppvärmningssteget utföres med hjälp av ett flertal keramiska termoelektriska element, som är styrbara och juster- bara samt sitter utmed nämnda uppvärmningszon (A) tätt intill varandra. '7904793-2

5. Förfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att de keramiska termoelektriska elementen är anordnade ovanför och nedanför foliens (1) frammatningssträcka genom uppvärmnings- zonen (A).

6. Förfarande enligt något eller några av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t därav, att påförande av ett kontrollerat tryck på foliens (1) perifera ytor utföres med ett elastiskt verkande organ (6,6a), som fasthåller folien i formen (2,4).

7. Förfarande enligt något eller några av kraven l-5, k ä n n e - t e c k n a t därav, att pâförandet av ett kontrollerat tryck på foliens (1) perifera yta utföres med ett elastiskt verkande organ (6,6a) för att medge en kontrollerad glidrörelse av folien (1) in mot formen (2,4).

8. Förfarande enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t därav, att efter den kontrollerade glidrörelsen utföres ett folieblockerings- steg med tryckluft, som påverkar det elastiskt verkande organet (6,6a).

9. Förfarande enligt något eller några av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t därav, att stämpeln (5) har låg frik- tionskoefficient åtminstone vid sin i beröring med folien (1) kommande yta.

10. Förfarande enligt något eller några av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t därav, att folien i början av nämnda formningssteg har en temperatur på omkring l6lOC - l68°C och att stämpeln (5) är upphettad till en temperatur mellan omkring 134°c och 14s°c.

11. ll. Förfarande enligt något eller några av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t därav, att tryckmediet för utförande av det slutgiltiga formningssteget kyles till en temperatur under 1o°c.

12. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att det innefattar ett extra steg för att trimma folien (l) i formen, (2,4), vilket utföres med skarpkantade upphöjningar och motsvarande fördjupningar i formen (2) respektive den Övre formhalvan(4). 7904793-2 ' 10

13. Förfarande enligt något eller några av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t därav, att formen (2) utrustas med ett flertal fördjupningar (3) och ett motsvarande antal stämplar (5) för samtidig formning av flera artiklar.

14. Förfarande att forma folieliknande polypropen genom att behandla detsamma i fast tillstånd, i huvudsak som beskrivits häri och i tillhörande ritningar.