SE423878B - Forfarande for tillverkning av tunnveggiga artiklar av kristalliskt termoplastiskt material - Google Patents

Description

7807756 7 2 Vid tillverkning av tunnväggiga föremål genom varmformning av kristalliskt termoplastiskt material till ark eller band är det känt genom US patent 3.709.967 att upphetta det kalla bandet till en temperatur av 6 till 3000, företrädesvis 6 till 1700 under det kristalliska smältningsområdet. Detta skulle vara till exempel för polypropylen en temperatur av omkring 150 till 16500. Sådant förfarande har emellertid den principiella svagheten att arken eller banorna av kristalliskt termoplastiskt material måste upphettas från utsidan så att ytregionerna av arken eller banorna bli mycket mer upp- hettade än de inre kärndelarna, varför det är nödvändigt att upphetta ytom- rådena på arken eller banorna väldigt mycket över kristallernas smältpunkt.

Um det undvikas att upphetta de yttre ytorna ovanför temperaturområdet för smältning av kristallerna förblir det inre kärnmaterialet kallt och i ett tillstånd, där det endast deformeras elastiskt. Föremål, som formas genom en sådan metod, har därför icke tillräcklig dimensionsstabilitet under vär- me.

Vid en liknande metod känd genom US patentet 3.157.719 sprutas polypropylen och avskiljs i ark och nedkyls praktiskt taget till rumstemperatur för att utsättas under en kort period för en preliminär värmebehandling vid en tempe- ratur av omkring 130 till 1400 C. För att forma föremål transporteras så- dana polypropylen-ark ark för ark direkt i närheten till formningsverktyget och varje ark blir föremål för kombinerad verkan av en andra upphettning upp till mjukningstemperaturen av polypropylen och en samtidig vacuumverkan på verktyget för att dra det mjukgjorda arket i kontakt med verktygsytan. Men det är omöjligt att kontrollera tillväxten av kristaller i polypropylenet under detta slag av varmformning, emedan mjukning av materialet innebär, att det upphettes till en temperatur vid elier högre än materialets kritiska kristallsmältningsområde. Ä andra sidah innebär formning genom dragning av arket i kontakt med den kalla verktygsytan icke nedkylning av materialet ge- nom det kritiska kristallsmältningsområdet på grund av tillräckligt hög kyl- ningsverkan för att kontrollera eller undvika kristalltillväxt i materialet.

Ned tanke på denna kända metod är det tekniska problem, som skall lösas ge- nom uppfinningen, att använda tillfredsställande förhållande vid varmform- ning med den speciella karaktär att användas vid kristalliskt termoplas- tiskt materials varmformning för att kontrollera tillväxten av kristaller i materialet under hela processen. Sådan kontroll kan vara att helt undvika tillväxten av kristaller eller kan vara att tillåta tillväxten av kristal- ler i en önskad utsträckning.

I enlighet med ifrågavarande uppfinning är därför en temperaturkonditionering 7807756-7 av ett band eller ark av kristalliskt termoplastiskt material, som skall varmformas, föremål för en speciell temperaturbestämning, som innebär åstad- kommande vid den inre kärnan hos bandet eller arket en temperatur högre än den övre gränsen för den kritiska kristallsmältningstemperaturens område och åstadkommande vid yttre ytregionerna hos bandet eller arket en tempe- ratur lägre än den nedre gränsen för området hos den kritiska kristallsmält- ningstemperaturen. Vid varmformningssteget blir det termoplastiska materi- alet i kärnan hos bandet eller arket eller i det formade föremålets vägg respektive i kombination med minskning av tjockleken av bandet eller arket senare snabbt nedkylt tvärs genom området för den kritiska kristallsmält- ningetemperaturen under kontrollerandet av tillväxten av kristallerna i kärnmaterialet.

I enlighet med ifrågavarande uppfinning innebär temperaturkonditioneringen av det kristalliska termoplastiska materialet utformning av en speciell temperaturprofil i banan eller arket, som ska varmformas. Sådan speciell temperaturprofil förutsätter att den inre kärnan hos bandet eller arket är bringad till en temperatur för varmformning, som är högre än den övre grän- sen av området för den kritiska kristallsmältningstemperaturen hos respek- tive material, under det att de yttre ytområdena hos banan eller arket bringas till en temperatur, som är lägre än den kritiska kristallsmältningstempera- turens område. Genom att åstadkomma sådan temperaturprofil är det möjligt att kontrollera eller i huvudsak undvika kristalltillväxt i den yttra ytre- gionen hos bandet eller arket under det att det inre kärnmaterialet är i ett tillstånd praktiskt taget fri från kristaller. Genom en kombinerad verkan av betydande minskning av tjockleken med en snabb kylning är det möjligt att posetivt kontrollera tillväxten av kristaller under varmformningssteget.

Det är således möjligt att erhålla yttre ytlager i föremålets vägg, som har mer eller mindre fin kristallstruktur och ett inre kärnområdet i föremålets vägg, som har en förbestämd kontrollerad kristallstruktur. Um de yttre yt- lagren inte åtaruppvärms innan banan eller arket går in i varmformningsste- get erhålles en betydande töjningseffekt under varmformningssteget inom de yttre ytområdena. Sådan töjning i de yttre ytregionerna hos föremålets vägg kan av många orsaker ha speciella fördelar t ax reduceras materialets skörhet väldigt mycket i de yttre lagren i väggen och den mekaniska egen- skapen hos materialet förbättras betydligt. Å andra sidan utförs nedkylningen av kärnmaterialet under varmformningssta- get i kombination med en betydande minskning av väggtjockleken. Därvid är det möjligt att erhålla relativ snabb nedkylning tvärs genom området för 7807756- 7 4 den kritiska kristallsmältningstemperaturen, ehuru den krietalliska termo- plasten har en mycket låg termisk ledningsförmåga. Den kombinerade verkan av minskningen av väggtjockleken och kylningen av de termiskt formade vägg- ytorna resulterar i förbättrad kontroll av kylningsförhållandena genom om- rådet för den kritiska kristallsmältningstemperaturen och därför också en förbättrad kontroll av tillväxten av kristallerna i det inre kärnområdet hos föremålets vägg.

Genom sådan effekt blir å ena sidan den mekaniska egenskapen hos kärnområ- det i föremålsväggen mer eller mindre kontrollerbar. Men å andra sidan kan en relativt hög formningstemperatur hos kärnmaterialet begagnas för att få föremål, som har hög dimensionsstabilitet under värme. Vidare är det en speciell fördel vid sådana föremål, där de yttre ytlagren är under sträck- ning, att kärnområdet i väggen har speciell styvhet ooh stabilitet vid varm- formningen, under det att de sträckte yttre ytregionerna hos föremålet är sega och därför blir förbättrade i sina mekaniska betingelser. Föremål, tillverkade i enlighet med iförhandenvarande uppfinning, får väggbetingel- ser, i vilka en ökad elesticitetsmodul och en ökad sammanpressningsstyrka i de yttre ytregionerna hos föremålets vägg kombineras med en ökad styv- het och termisk stabilitet i kärnområdet i föremålsväggen. Uppfinningen har videre speciella fördelar i själva förfarandet till följd av det fak- tum att den snabba temperaturförmedlingen genom området för den kritiska kristallsmältningstempereturen erhålles i kombination med reduceringen av väggens tjocklek under varmformningssteget. Det är därför möjligt att ar- beta med relativt tjocka band eller ark med förhandenvarande metod, t ex med band eller ark, som har en tjocklek större än 3 mm.

I den förelagda nya metoden kan temperaturen, som avses för kärnmaterialat till bandet eller arket, vara nära men högre än den övre gränsen till om- rådet för den kritiska temperaturen för kristallsmältningen hos den kri- stalliska termoplasten. Vid användning av detta utförande kan nedkylningen av kärnmaterialet_genom omrädet för den kritiska temperaturen för kristall- smältningen betydligt förbättras.

I denna nya metod kan vidare den temperatur, som är avsedd för det yttre ytområdat av bandet eller arket, vara nära men lägre än den nedre gränsen till området för den kritiska temperaturen för kristallsmältníngen hos den kristalliska termoplasten.

Denna nya metod för tillverkning av tunnväggiga föremål av kristallisk ter- moplast genom varmformníng kan utföras på olika sätt ellerutformningar. 7807756- 7 Ett sätt eller en utformning av det nya förfarandet kan avse att tempera- turbetingelserna för varmformningen innefattar upphettning av en bana el- ler ett ark av det termoplastiska materialet alltigenom till en tempera- tur högre än den övre gränsen till området för den kritiska temperaturen av kristallsmältningen och nedkylning under förut bestämda kylningsbeting- elser av de yttre ytområdena till bandet eller arket till en temperatur lägre än nedre gränsen till området för den kritiska temperaturen för den kristalliska nedsmältningen. Nedkylningsbetingelserna har anpassats till kontrollerandet av tillväxten av kristallerna i materialet till det yttre ytområdet hos bandet eller arket.

I viss metod eller i visst utförande av uppfinningen är två skilda steg anordnade för nedkylning tvärs genom området för den kritiska temperatu- ren för den kristalliska smältningen, nämligen en första för nedkylning av de yttre ytområdana hos banan eller arket genom en förkylning och den andra för nedkylning av den inre kärnan av materialet under varmformnings- steget. Genom dessa två separata nedkylningssteg är en förbättrad och mer precis temperaturkontroll möjlig. Med hänsyn till det faktum att det första kylsteget är förkylning av bandet vid dess ytområde och det andra kylste- get är nedkylning av kärnan efter minskning av väggens tjocklek för att erhålla ett tunnväggigt föremål är båda dessa nedkylningssteg högst effek- tiva.

Den föredragna utformningen av förhandenvarande nya metod karakteriseras genom en oavbruten följd av steg innefattande a) extrudering av ett kontinuerligt band av varm kristallisk termoplast vid en konventionell sprutningstemperatur ovanför området för kristall- smältningstemperaturen, b) i allt väsentligt omedelbar snabb nedkylning av motstående sidor av bandet för att utbilda utefter sidorna tunna stödjande lager, som har en temperatur i området, där materialet icke är ytterligare plastiskt form- bart och där ytterligare tillväxt av kristaller väsentligen undvikes, un- der det att den varmare kärnan mellan lagren är kyld till en temperatur nära men ovanför området för den kristalliska smälttemperaturen och hållas i en i huvudsak kristallfri kondition. c) transportering av det så förkylda bandet snabbt in i en varmformnings- station för att i huvudsak vidmakthålla den ovan nämnda temperaturprofilen erhållen genom förkylning över bandtjockleken och 7897756- 7 6 d) sedan varmformning under snabbkylning av bandet till ett föremål av_ önskad form för att i huvudsak kontrollera tillväxten av kristaller i ma- terialet emedan kylningen sker inom området för den kristalliska smält- temperaturen vid den nämnda kylningsbetingelsen.

Ned en dylik föredragen utformning är det möjligt att kombinera tekniska fördelar av en hög effektiv löpande bandprincip för produktionen med ape- ciella gränser och försiktighetsmått för att undvika eller kontrollera till- växten av kristaller under metodstegen, när den kristalliska termoplasten kyls ned tvärs genom området för den kritiska temperaturen. 5 k löpande- bandmetoder är kända genom US patent 4.039.609. Principerna för.sâdana kända .löpandeband-processer innefattar mjukgöring av termoplast, före- trädesvis av granulat, genom upphettning od1sammanpressning i en extru- i deringspress, gjutning av materialet genom ett bygelupphängt (coat hanger) munstycke för att forma ett band och för att förkyla bandet i och för sta- bilisering för att möjliggöra transport av bandet till en varmformnings- station och därefter varmformning av bandet för att utforma önskat föremål.

Sådana kända löpandeband-processer är högeffektiva för tillverkning av före- mål men de innebär nödvändigheten attkyla ned termoplasten fråñextrude- ringstemperatur till normal rumstemperatur under ett eller flera steg i _processen. Vid kända löpandeband-processer är sådan nedkylning icke till- gänglig för någon kontroll av kristalltíllväxten i kristallisk termoplast, som man önskar använda i sådan process. Det är därför en speciell fördel hos den föredragna utformningen av uppfinningen att införa en speciell kyl- ningsbetíngelse vid förkylnings- och stabiliseringseteget och vid varmform- ningssteget vid den kända löpandeband-processen, så att hög effektivitet genomföras i processen och alla nödvändiga och förebyggande mått och steg för att kontrollera tillväxten av kristaller i materialet blir fullt effek- tiva under denna löpandeband-produktion.

En speciell möjlighet för den föredragna utformningen av förhandenvarande metod är att hos bandet fullt upprätthålla temperaturprofilen, framställd genom förkylningen ända tills bandet blir föremål för varmformningssteget.

Men för andra ändanål är det möjligt att återupphetta ytområdena hos bandet för att få en temperatur, som är nära men under den undre temperaturgränsen för temperaturområdet för kristallsmältningen. Sådan möjlighet är fördel- aktíg: vid formning av föremål, som har en något besvärlig ytutformning.

Ytmaterialet ges sålunda en något bättre tänjbarhet för varmformning. Men kristallbetingelserna för ytmaterialet ändras icke vid sådan återuppvärm- ning. Sådan återuppvärmning kan påföras den ana eller båda ytorna. En ytter- ligare möjlighet är återuppvärmning av en eller båda bandytorna till en 7807756-7 7 temperatur.hom eller ovanför omrâdet för kristallsmältningan. Men vid så- dan återuppvšrmning är de kristalliska betingelserna i materialets ytom- råden mer eller mindre ändrade och ytpartierna måste snabbt kylae ned ge- nom det kritiska temperaturområdat för krietallsmältningen under varmform- ningssteget. Dessa variationer vid användande av återytypphettning kan tfex vara fördelektig vid formning av delar med mycket skarpa hörn, som skulle tendera att rundas vid otroligt elastiskt skinn. För det fall att åter- uppvärmning av ytlagret skar ovanför materialets kritiska temperaturområ- de för kristallsmältningen,måste man ta hänsyn till sjunkproblemen. Man fördelen av att undvika långa uppvårmningstider och mer precis och likfor- mig temparaturkontroll är av nânga skäl viktigare än att vidtaga försiktig- hetsmått med hänsyn till sättningsproblemen.

Kylningsmedel i förkylningsstegat liksom i varmformningen kan användas op- timalt för varje speciellt material och förhållande. Det är sålunda möj- ligt att vid förkylning använda kylytor med hög värmeledningsförmåga i kon- takt med bandytan. Under varmformningen kan ytterligare kylmedal anordnas på baksidan av föremålet om endast en kyld formande verktygsyta används för en yta av föremålete vägg. I sådant fall kan t ex torr puderis blåsas mot baksidan av banan under varmformningssteget.

Vissa möjligheter att praktisera processen i enlighet med förhandenvarande uppfinning beskrivs i samband med bilagda ritningar. I dessa ritningar är: Fig. 1 en sohematisk vy visande en första möjlighet av förfaran- det att forma tunnväggiga föremål av kristallisk tarmoplast, varvid transporttiden mellan stabiliseringen och vermform- ningen är reducerad till ett minimum, Fig. 2A och 28 grafiska vyer visande temperaturförhållande i kristallisk termoplast i enlighet med metoden visad i Fig. 1, Fig. 3 en förstorad delvy delvis i sektion visande inre bandbe- tingelser, Fig. 4A och 48 förstorade delvyer i sektion visande bandformningsfunk- tioner i metoden enligt Fig. 1, Fig 5 en ännu större delvy i sektion visande kristallbetingel- serna i väggen till att föremål format i förfarandet en- ligt Fig. 1, Fig. 6 en schematisk vy visande en andra möjlighet för metoden en- 'I ligt uppfinningen, varvid en upphettning är anordnad, innan bandet går in i varmformningsstationen 78¶Ü77bb"7 8 Fig. 7 grafiska vyer a, b och c relaterande äteruppvärmning av de yttre ytlagren hos bandet och Fig. B förstorad delvy i sektion liknande den i fig. 5 och visande föremålets vägg, erhållen under betingelser i enlighet med fig. 7a, b och c.

Fig. 1 illustrerar funktionsflödet hos en föredragan utformning av metoden för tillverkning av tunnväggiga föremål av kristallisk termoplast, Utform- ningen innefattaden extruderingsanordning 1 lämplig att ta emot granulat av kristallisk termoplast och sammanpressning och upphettning kontinuerligt, tills det smält och nått en temperatur TE ovanför temperaturområdet f? för kristallens smältning i materialet. Den mjukgjorda termoplasten ex- truderad genom pressen 1 transporteras in i ett bygelupphängt (coat hanger) munstycke 2, som har en bred utloppsspringa, vars övre och nedre väggar- dessutom är försedda~med temparaturregulatorer.

Den varma mjukgjorda termoplasten flyter kontinuerligt ut från munstycket 2 och formar ett varmt plastband 3, som omedelbart matas till en stabili- seringsstation 3, som kan vara konstruerad som en sekvens av kylda metall- rullar anordnade i effektiv kontakt mellan de kylda rullytorna och ytorna på plastbandet I. Vid en sådan stabiliseringsstation 3 stabiliseras ban~ det genom förkylning av dess motstående ytor på ett sådant sätt att tunna stelgjorda bärlager av termoplasten frambringas vid dessa ytor, varvid ban- det redan nu blir självbärande. Men med tanke på den låga uärmeledningen i termoplasten förblir kärnan i bandet relativ varm och i varje fall vid en temperatur, som är ovanför temperaturområdet/B för materialets kristall- É smältning.

Förkylningen försiggâr mycket snabbt så att kristallkärnorna, som innehålls i materialet, icke får tid att tillväxa i någon utsträckning. Materialet i de fasta yttre bärlagren i banan får därför an mycket fin kristallstruk~ tur under förkylningssteget. Eftersom banans inre kärna förblir vid en temperatur ovanför temperaturomrâdet för kristallsmältning kommer det att finnas några ledningsregioner mellan kärnan och ytterlagren, där tempera- turbetingelserna är sådana, att en viss kristalltillväxt sker. Msn vid för- kylning blir sådana ledningsområden mycket snabbt mycket tunna och har prak- tiskt taget ingan betydelse.

Vid denna första utformning av metoden kan man om man av någon orsak så önskar göra förkylningen mindre snabb. Vid sådan förnedkylning kommer en 7807756-7 9 viss tillväxt av kristaller att ske i de yttre bärande materiallagren. Det är även möjligt att kontrollera tillväxten av kristallerna i de yttre lag- ren alltefter graden av använd förkylning.

Från stabiliseringsstationan 3 matas det kontinuerligt framskridande ban- det till en styrningsmekanism för mataromvandlare 4 för omvandling av kon- tinuerlig framflyttning av bandet till en intermittent framåtskridende rörelse. Sådan mataromvandlare 4 kan konstrueras från US patentet 4.Û39.6Û9.

Bandframflyttningen från sådan styrningsmekanism för mataromvandlare 4 in- troduceras omedelbart till varmformningsstetionen 6 innehållande varmform- ningsanordningar, som kan konstrueras från US-patentet 4.039.609 och del- vis och schmetatiskt syns i fig. 4a och 4b. Under sådan varmformning for- mas de förkylda yttre bärande lagren huvudsakligen genom sträckdeformation, varvid det ytterst plastiska materialet i bandkärnan kommer att plastiskt deformeras och fördelas mellan de sträckte ytterlagren. Under od1efter så- dan mekanisk formning huvudsakligen under sträckning av de yttre bärande lagren och plastisk formning och fördelning av det plastiska kärnmateria- let mellan ytterlagren nadkyls det formade bandet respektive föremålets vägg snabbt för att tillväxten av kristallerna i den kallnanda kärnan kan kontrolleras eller göras till ett minimum. Um så önskas, kan nedkylnings- graden vara något saktare för att kontrollera tillväxten av kristallerna i kärnan på vilket som helst önskat sätt.

I samband med den första utformningen av metoden är det viktigt att mini- mera den tidsperiod, som varje banddel fordrar för att transporteras från stabiliseringssteget till formningssteget. Genom sådan minimering av transporttiden mellan stabilisering och varmformning är temperaturbeting- elserna resp temperaturprofilen, som framkommit vid stabiliseringen prak- tiskt taget vidmakthållna tills kylningen i varmformningen börjar. Det är sålunda möjligt att kontrollera tillväxten av kristallerna i bandmateria- let under transporttiderna om en temperaturprofil i bandet är åstadkomman i förkylningen på sådant sätt, att kärntemperaturen är ovanför temperatur- området för kristallsmältningen för materialet, varvid materialet är i plas- tiskt tillstånd, i vilket ingen tillväxt av kristaller händer, under det ett temperaturen i de yttre lagren är sådan, att den är under den lägre gränsen för det kritiska temperaturområdet för kristallsmältning,- vara för ytterligare kristalltillväxt i ytterlagren ej kommer att ske: Fig. 2A och 25 är grafiska för att visa temperaturrelationerna och de spe- ciella temperaturbetingelser,som skulle föredragas att användas i samband 7807756-7 med metoden allmänt beskriven ovan tillsammans med fig. 1. Som framgår av fig. 2A och fig.2B kan de intressanta temperaturområdena anses vara följande: Det finns en lägre temperaturgräns TC, vid vilken kristallerna kommer att börja smälta vid upphettning av den ifrågavarande termoplasten. Under så- dan kritisk temperaturgräne TC finns ett temperaturområde 4 till en lägre temperaturgräns TA. I detta temperaturområde gfl är kristallisk termoplast formbar, men sådan varmformning är vanligen en sträckningsfunktion så att ett föremål format under temperaturbetingelser inom temperaturområdetCÅ är mer eller mindre elastiskt deformerat och sträckt och har svag dimen- sionall stabilitet under värme. Varmformning under temperaturbetingelser under T är praktiskt taget omöjligt.

A Ovanför den kritiska temperaturen TC finns ett kritiskt temperaturområde för kristallsmältning upp till en övre temperaturgräns TM inom vars kri- tiska temperaturområdef?tillväxt av kristaller sker, när kristallisk ter- moplast'nedkyles genom detta temperaturområde /7. raturgränsen TM av det kritiska temperaturnmrådet/9 är kristallsmältning Ovanför den övre tempe- finns för de flesta termoplaster ett temperaturområde ïñ, som i samband med förhandenvarande uppfinning har befunnits vara speciellt lämplig för varmformning. Detta är riktigt speciellt för den nedre delen'T? av detta temperaturområde¶° varest den övre delen'7šockså är ett lämpligttempere- turområde för varmformning. Den övre temperaturgränsen TB av temperatur- områdetf? följs av att övre temperaturområde dr,som är speciellt lämpligt för insprutnings- och extruderingsprooesser. Fig. 25 visar sn extruderings- temperatur T som är belägen inom det övre temperaturområdet gr.

E, Ur fig. 2A och fig. 28 kan utläsas det speciella problem att, när man an- vänder ett löpandebands-förfarande vid framställning av föremål av kristal- lisk termoplast, som under en sådan löpandeband-process nedkyles, denna mås- te anordnas från extruderingstemperaturen TE till en temperatur, t ex TA, vid vilken föremålet stabiliseras och vilket fordrar nedkylning av materi- alet genom det kritiska temperaturområdet ß ,inom vilket tillväxt av kri- staller uppstår.

Som framgår av fig. 2A sker inom ovan nämnda temperaturområde ß?, det s k temperaturområdet för kristallsmältning, betydande kristallväxlinger i ma- terialet. Sådana växlingar är såväl kristallsmältning som kristalltillväxt.

Den nedre gränsen av detta kritiska temperaturområdefykan kallas den kritis- ka temperaturen TC och den övre gränsen kan vara kristellsmältningspunkten TM. 7807756-7 11 Vid upphettning av materialet ovanför TC till en temperatur inom tempera- turområdet¿fi~för kristallsmältning börjar små kristaller, som redan inne- hålles i det kalla materialet, att tillväxa. Ã andra sidan börjar kristal- lerna att smälta om materialet upphettas vidare. Av detta skäl befanns den streckade kurvan i fig. ZA, som är relativ till materialets uppvärmning,va- ra betydligt flackare än de fulldragna kurverna relaterande materialkyl- ningen. Uid nedkylning av kristallplast från ovanför kristallsmältnings- punkten TM genom det kritiska temperaturområdet T till en temperatur under den kritiska temperaturen TC, är materialet först emorft. När materialet når temperaturer inom det kritiska temperaturområdet¿fi börjar kristaller att utvecklas och växa till. Tillväxten av kristallerna och den slutliga storleken, som kristallerna kommer att nå vid sådan nedkylníng, beror på hur lång tid materialet är inom det kritiska temparaturområdet /5. Detta framgår av de tre skilda kurvorna S för sakta nedkylning, M för medium kyl- ning och R för snabb nadkylning.

Det är därför möjligt att kontrollera kristalltillväxten i kristallisk ter- moplest genom ett använda sig av förut bestämd kylningshastighet inom det kritiska temperaturområdet/9 . Vid sakta kylning erhålles en relativt grov kristallstruktur i materialet, under det att vid snabb nedkylning erhålles en relativt fin kristallstruktur i materialet.

Um man håller i minne den ovan beskrivna metoden i samband med fig. 1, fram- går det klart, att när nedkylning sker från extruderingstemperaturen TE till normal rumstemperatur hos föremålet, det varje gång är nödvändigt att kyla materialet genom det kritiska temperaturområdet/3 . Ett särskilt före- mål för ifrågavarande uppfinning är således att finna speciella vägar ge- nom vilka sådan nedkylning kan göras genom det kritiska temperaturområdetfg/ föratt=kontrollera tillväxten av kristallerna i materialet på önskat sätt.

Fig.2B visar en föredragen möjlighet för sådan nedkylning, vid vilken kri- stalltillväxten i de yttre lagren av bandmaterialet avses att undvikas så mycket som möjligt. Därför upphettas termoplasten för extrudering på det viset att det flyter ut från den bygelupphångda (coat-hanger) munstycket 2 vid en extruderingstemperatur TE huvudsakligen ovanför kristallens smält- ningspunkt TM. Detta framgår av kurvan E i fig. 28. Under stabiliserings- steget, som visas av kurvan G, kyls de yttre lagren hos bandet ned snabbt och så mycket att deras temperatur är mycket lägre än den kritiska tempe- raturen TC under det att kärnan i materialet kyls ned till en temperatur, som i varje'fall ligger ovanför kristallens smältníngspunkt TM. Som visas 7807756-7 12 i fig. 2B genom åtskilliga kurvor skilda Förkylningsbetingelser kan använ- das, sâ att temperaturprofilen i kärnan kan variera inom vissa gränser. Nen i varje fall måste kärntemperaturen hållas ovanför kristallens smältníngs- punkt TN. Vid ett sådant förfarande kommer endast några överföringsomrâden mellan de kylda yttre lagren och kärnmaterialet att ha en temperatur mellan TC och TM. Normalt är tjocklekan av sådana ledningsområden mycket smala, men som visas av åtskilliga kurvor G finns en vise möjlighet att göra så- dana regioner mer eller mindre tjocka genom de använda förkylningsbetingel- serna och den använda kylningsgraden vid stabiliseringssteget eller att an- vända en yttre yttemparatur på bandet, som är närmare den kritiska tempera- turen TC än vad som visas i fíg. 2B.

Som visas av kurvan H i Fig. 25, skall varmformningssteget innehålla en mycket snabb nadkylning, så att kärnmaterialet fördelat mellan de yttre ytregionerna hos bandet snabbt blir nedkylt genom det kritiska temperatur- området;§ och till en temperatur lägre än den kritiska temperaturen TC. Så- dan möjlighet ges av det faktum att under varmformning reduceras bandets tjocklek mycket för att erhålla föremålets slutliga väggtjocklek och på det viset erhålles kylningseffekten även om termoplaeten har relativt låg vär- meöverföringseganskap. Det visade sig i samband med förhandenvarande upp- finning att nedkylningsgraden i kärnan kan så kontrolleras att kristalltill- växten i praktiken kan minimeras genom kylning i varmformningssteget. Å and- ra sidan om av någon orsak det avses att erhålla något grövre kristallstruk- tur i kärnan i föremålete vägg, kan nedkylningsgraden kontrolleras att va- ra saktare,sâ att krietallmaterialet i kärnan har tid nog för viss tillväxt av kristallerna. I förening med förhandenverande uppfinning kan för vilket givet material en förutbestämd grad förkylning i varmformningeeteget anord- nas med avseende på den önskade kontrollen av kristalltillväxten i kärn- materialet.

Fig. 3 visar ett band, som har yttre bärande lager 11, som gjorts fasta, och plastiskt kärnmeterial C, som har en temperatur ovanför den krietalliska smältpunkten TN. Som framgår av Fig. 4A och 48 har tjockleken reducerats 'betydligt under varmformningen och det inre hetare kärnmaterialet har, när det fördelats mellan de yttre lagren eller regionerna 11, blivit ett rela- tivt tunt¿ innerlager så att det är möjligt att snabbt kyla ned sådan tungt innerlager under varmformningen. Därvid är det möjligt att anordna en ned- kylníngsgrad genom det kritiska temperaturområdetdg (fig. 28) på sådant sätt att kristalltillväxten kan kontrolleras tillräckligt. För att förbätt- ra nedkylningen vid ytan, som icke är i kontakt med den kylda verktygsytan, kan vätske- dlergaskylningsmedel eller torr pulveris införas vid formverk- tyget vid K. 7807756-7 13 Sedan föremålen formats kan bandet matas in i en trimningsstation 7 för att skära ut det formade föremålet från bandet eller kan trimmas ut, när det befinner sig i verktyget. Det överblivna bandet förs till en mottag- ningsstation B försedd med en lämplig anordning 81 för pulverisering, så att återstående material kan matas tillbaka och återkretsa genom en mätare- anordning B2 för blandning med friskt material vid extruderingsapparaten 1 i på förutbestämd proportion.

I detta första utförande illustrerad i fig. 1 till 5 kan kristallisk termo- plast av olika slag användas. I ett speciellt föredraget exempel har en isotactic polypropylen en kristallform i en utsträckning av 50 till 70 % och ett temperaturområde för kristallsmältning av 160 till 17000. Ban- det skall extruderas vid temperaturer i området mellan 22000 och 25000.

Efter stabilisering kommer bandet att ha en temperatur i kärnan i området 17000 till 20000. Omedelbart före inträdet i varmformningen kommer tempe- rature nvid bandets ytterytor att vare omkring 13000 till 16000 och kärn- materials: kommer att vara omkring 1?u°c till 2oo°c.

Dm polypropylen, som används vid förhandenvarande metod, kommer att ha en kristailisk smältpunkt lägra än 1so°c till 17o°c, kan sxtruaaringstempara~ turen och temperaturen hos kärnan och temperaturen vid bandets ytterytor vara adekvat anordnade vid lägre nivåer. Normalt är krístallsmältnings- punkten hos varje använt material känt och finns hos materialtillverkaren, men i något fall är det möjligt att finna den kristalliska smältpunkten hos materialet genom någon adekvat checkning, som lätt kan verkställas.

Fig. 5 visar i starkt förstorad skala en sektion av väggen till ett före- mål gjort under betingelser hos det föredragna sättet av utförandet en- ligt uppfinningen. Genom det faktum att materialet i bandets yttre lager har förkylts till en temperatur lägre än den nedre gränsen för temperatur- området för kristallsmältningen genom en hög kylningsgrad har endastrela- tivt små kristaller möjlighet att utvecklas i den yttre ytregionen av ma- terialet. Genom att dessutom vidmakthålla ytområdet vid sådan låg tempera- tur under varmformningen, har sagda ytområde huvudsakligen formats genom sträckning. Föremålets yttre väggområde innehåller sålunda en fin struktur av småkristaller 21, vilka ha orienterats genom dragning under varmformningen.

I kärnmeterialet inträffar först ingen tillväxt av kristaller, emedan det- ta material hållas vid en temperatur ovanför den övre gränsen TM av tempe- raturområdet f7för kristallsmältningen, innan det går in i varmformningen.

Men under varmformningen inträffar nedkylningen i materialets innerkärna 7807756-7 14 vid en något saktare kylningsgrad än vad som skedde under förkylningen vid de yttre ytområdena. Därför utvecklas i kärnan i föremålets vägg medel- stora kristaller 22. Eftersom sådan kristallbildning sker under och efter fördelningen av den plastiska kärnan inom de yttre ytområdena, sker ingen sträckning av dessa kristaller 22. Genom sådan Förkylning och varmform- »ning får föremålets vägg en kärnregion, som har ett mediuminnehåll av kri- staller och kristaller med mediumstorlek. Ett maximum av styvhet hos den- na inre kärna i föremålsväggen erhålles sålunda. Ä andra sidan kommer de yttre lagren eller ytområdena i väggen att innehålla en fin kristallstruk- tur, som sträcks under varmformningen, så att de yttre lagren eller de yttre ytområdena i väggen får en ökad duktilitet och en förbättrad stöt- styvhet.

Den ovan beskrivna föredragna utformningen av metoden kan varieras genom återuppvärmning av de yttre ytlagren genom externa anordningar omedelbart före varmformningen. Fig. 7a pch fig. Ba visar en möjlighet att återupp- värma de yttre ytlagren hos bandet genom externa anordningar omedelbart före inträdet i varmformningssteget på det viset, att temperaturen vid des- sa yttre ytlager ligger nära men under den nedre gränsen TC av temperatur- området/3 för kristallsmältningen. Sådan återupphettning kan vara önskvärd i vissa fall t ex om speciellt fin ytstruktur måste formas vid föremålets yta.

Sådan âteruppvärmning kan göras i en apparat, som sohematiskt visas i fig. 6. Sådan apparat är praktiskt taget densamma som visas i fig. 1 och det finns endast en återuppvärmningsanordning 9 anordnad vid porten till varm- formningsstationen 6.

Alla övriga delar av apparaten kan vara samma, som beskrivs ovan i före- ning med fig. 1. Därför används i fig. 6 samma referensnummer för samma delar.

Som framgår av fig. 7 har yttemtsraturen hos bandet vuxit så, att den lig- ger nära men lägre än den nedre gränsen TC till det kritiska temperaturom- rådet/Q för kristallsmältningen. Alla övriga temperaturbetingelser kan va- ra samma som visas i förbindelse med fig. 25.

Som visas i fig. Ba har sådan återuppvärmning viss inflytande på strukturen på den slutliga föremålsväggen, i det att det varmare kärnmaterialet till bandet är i stånd att återvärma de ovan nämnda övergångsområdena mellan in- nerkärnan och de yttre lagren. Därvid kan viss kontrollerad tillväxt av 78Û7756"7 kristaller uppträda i dessa övergångsområden och sådana övergångsregioner kan bli något tjockare. Dessa övergångsområden kommer därför att få viss utjämnande funktion mellan kärnan och ytlagren i föremålets vägg. Fig. Ba visar att i kärnens inre har kristaller 22 av mediumstorlek producerats och vid väggytan är dragna kristaller 21 av mindre storlek närvarande i ter- moplasten. Mellan dessa är en tredje typ av kristaller 23 närvarande, som är något större i storlek än kristallerna 21 i ytområdena men i huvudsak mindre än kristallerna 22 i kärnan. Dessa kristaller 23 av den tredje ty- pen är emellertid i allt väsentligt icke sträckte och oorienterade, emedan de ha producerats huvudsakligen vid varmformningen.

En ytterligare modifikation av metoden visas i samband med fig. 7b och fig.

Bb. Att producera föremål under denna modifikation kan ske i samma appa- rat som beskrivits ovan i samband med fig. 6. Men för detta fall är ben- dets ena yta avsett att föras i kontakt med formverktyget i varmformnings- steget och upphettas mycket mer, så att dess temperatur vill antaga ett värde ovanför den övre gränsen TM av det kritiska temperaturområdet för kri- stallsmältning. Som framgår av fig. 7b är yttertemperaturen på ena band- ytan näfäjään övre gränsen av det föredragna varmformningstemperaturområ- det Yí. Därför blir termoplasten i detta ytområde plastiskt och måste ned- kylas genom det kritiska temperaturområdstjß för kristallsmältníngen under varmformningen. Sådan andra kylning är dock 1 icke svår emedan detta tunna ytlager av bandet kommer i kontakt med den kylda verktygsytan och kommer att mycket snabbt kylas ned. Såsom visas i fig. Bb innehåller vid sådan process den ena ytan hos föremålets vägg små kristaller 21, som icke är sträckte, och kristaller 23 av den tredje typen, som också är oeträckta.

Den andra ytan av föremålets vägg har formats under praktiskt taget samma förhållande som beskrivits ovan i förbindelse med fig. Ba och sålunda in- nehåller detta andra ytområde små kristaller 21 i sträckt tillstånd och kristaller 23 av den tredje typen men i visst sträckt tillstånd. Den in- re kärnan i föremålets vägg är strukturerad på samma sätt som den i fig.

Ba, dvs innehåller mediumkrietaller 22 i osträckt tillstånd.

En tredje möjlighet för modifikation visas i fig. 7c och 8o. Processmedlen som används är praktiskt taget desamma som visas i fig. 6 men återuppvärm- ningen sker genom externa medel på sådant sätt, att båda ytorna på bandet återvärms såsom beskrivits i samband med ena bandytan till en temperatur ovanför den kristalliska smältpunkten TM.

Vid förfarande på detta tredje sätt är samma betingelser anordnade vid väg- gens yttersida, formad vid det kylda verktygets yttersida, som i exemplet 7807756-7 16 _ i fig. 7b och fig. Bb. Sålunda innehåller detta kontaktformade föremåle väggyta små kristaller 21 osträckta och tredje typens kristaller 23 också otöjda.Till skillnad från utförandet enligt fig. 7b och Bb innehåller den andra ytan av föremålets vägg endast kristaller 23 av den tredje typen, som kristalliserats under slutkylningen vid uarmformningen. Den inre kär- nan av föremålets vägg i denna modifíkation innehåller mediumstora kri- staller praktiskt taget desamma som i exemplet i fig. 5 och Ba och Bb.

Um det är önskvärt att undvika tillväxt av kristallerna i förmedlingsregi- onerna under varmformningen, kan vissa modifikationer göras i varmformning- en såsom visas av pilarna K. Hed dessa pilar K avses att ett Fludium el- ler särskilt kylmedel kan introduceras i det slutna varmformningsverktyget och på den ena ytan av den formade artikelväggen, som icke är i kontakt med det kylda formverktygets yta. Torr puderis kan t ex införas vid K och blåsas på den fria väggytan till det formade föremålet. Um man gör så går hela överkylningen på väggen snabbare. Vid sådan högre kylningsgrad kan kristalltillväxten i alla delar i väggen hållas reducerad, så att kristall- erna i kärnan får en betydligt mindre storlek än den som visas vid 22 i fig. Ba och Bc.

I samband med uppfinningen kan kristallisk termoplast av skilda slag använ- das. Nan föredrar att använda kristalliskt olefin (crystalline olefine materials) i förhandenvarande process vid tillverkning av Föremål.

Speciella material lämpliga att användas i detta samband kan vara: Polyathylen (medeltrycks produktion) som har en täthet i området mellan 0.924 och 0.945 (g/cms), ett temperaturområde för kristallsmältning mellan 115 och 127°E och en kristallisationsgrad av 65 till 76 %.

Polyethylen (lågtrycks produktion), som har en täthet mellan 0.945 och 0.365 (g/=m3),' ett temperaturområde för kristallsmältning av 127 till 13700 och en kristallisationsgrad av 75 till 95 % Isotactic polypropylen, som har en täthet i området mellan U.90B och 0.905 (g/cms), 7807756- 7 17 ett tamperaturområde för kristallsmältning mellan 140 och 17U°C och en kristallisationsgrad av 6D till 70 %.

Slumpvisa sampolymeriserade (random copolymarisation) produkter av ethylen och propylsn.

Block sampolymeriserade (block copolymerisation) produkter av ethylen och propylan.

Claims (1)

1. 7897756-7 18 PATENTKRAV 1. .Förfarande för tillverkning av tunnväggige föremål av kristallisk ter- moplast genom varmformning från ett band eller ett ark av termoplas- ten under reducering av bandets eller arkets tjocklek, varvid den vid förfarandet använda termoplasten har ett kritiskt temperaturområde/9 för kristallsmältning och förfarandet vidare inkluderar en temperatur- konditionering av bandet eller arket för att erhålla lämpliga tempe- raturbetingelser för varmformning och utskärning av formade föremål från bandet eller arket, k ä n n e t e c k n a t därav, att tempera- turkonditioneringen innefattar ombesörjandet av vid bandets.eller ar- kets inre kärna en temperatur högre än den övre gränsen TM av det kri- tiska temperaturområdet/3 för kristallsmältningen och vid de yttre yt- områdena hos bandet eller arket en temperatur lägre än den nedre grän- sen TC hos det kritiska temperaturområdetlß för kristallsmältningen och'att vid varmformningen (6) termoplasten i kärnan till bandet eller arket eller i föremålets vägg respektive i kombination med tjockleks- reduceringen av bandet eller arket och efter denna tjockleksreduce- ring sker nedkylning snabbt genom det kritiska temperaturområdetfg av kristallsmältningen under det att tillväxten av kristaller i kär- nan är under kontroll. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att temperaturen, som förberetts i kärnan i bandet eller arket, ligger nära till eller högre än övre gränsen TN för det kritiska temperatur- området/B för kristallsmältningen i det kristalliska termoplastma- terialet. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den temperatur, som påförts de yttre ytområdena i bandet eller arket, ligger nära till men under den lägre gränsen TC för det kritiska tem- peraturområdet/5 för kristallsmältningen hos den kristalliska termo- plasten. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att temperaturbetingelsen innefattar värmning av bandet eller arket hos termoplasten alltigenom till en temperatur högre än den övre gränsen TN av det kritiska temperaturområdet/gför kristallsmältning och ned- kylning inom förutbestämt kylningsgradsförhållande hos de yttre yt- områdena av bandet eller arken till en temperatur TC lägre än den nedre gränsen av det kritiska temperaturområdet/9 för smältningen, varvid betingeleerna för nedkylningsgraden anpassats för kontroll av 19 7807756-7 tillväxten av kristallerna i materialet hos de yttre ytområdena hos bandet eller arket. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att en oavbrutan följd av steg bestående av a) extrudering (1) av ett kontinuerligt band av varm kristallisk ter- moplast vid en konventionell extruderingstemperatur ovanför tempo- raturområdet/9 för kristallsmältningen, b) i huvudsak omedelbar snabb förkylning av motstående yta på bandet för att utmed nämnda sidor skapa tunna stödjande lager med en tem- peratur i omràdet så att materialet icke är ytterligare plastiskt deformerbart och att ytterligare tillväxt av kristaller i huvud- sak undvikas, under det att den varmare kärnan mellan nämnda la- ger kyls till en temperatur nära men över temperaturområdetfg för kristallsmältning och hållas i en kondition i huvudsak fri från kristaller, c) transport av förkylt band snabbt in i en varmformningsstation (6) För att i allt väsentligt vidmakthålla över bandtjocklekan ovan nämnda temperaturprofil, som framkommit vid förkylningen och d) därefter varmformning under snabbkylning av bandet till ett före- mål av önskad form under i huvudsak kontroll av tillväxten av kri- staller i materialet allt under kylning genom temparaturområdetyëg för kristallsmältning under nämnda kylningsgradsförhållande. Förfarande enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att förkylningen och motstående sida av bandet är sådan att kristalltill- växt i materialets tunna bärande lager undviks i allt väsentligt under förkylningen under det att den varmare kärnan mellan lagren förblir vid en temperatur TM ovanför temperaturområdet/5)för kristallsmält- ning och i ett kristallfritt tillstånd. Förfarande enligt patentkrav 5,~k ä n n e t e c k n a t därav, att snabb kylning av bandet under varmformningen till ett föremål av öns- kad utformning är sådan att tillväxten av kristaller i huvudsak und- vikes eller kontrolleras, så att endast relativt små kristaller kom- mer att utvecklas under varmformningen. Förfaranda enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att ett formningsverktyg genom varmformning skapar de tunna yttre bäran- de lagren i huvudsak genom elastisk deformation, som stabiliseras vid 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 7807756-7 20 slutkylning av föremålet, under det att den varmare kärnan deformeras plastiekt mellan ytterlagren för att framställa ett innervägglager hos föremålet fritt från orienterade kristaller, varvid den maximala medelstorleken hos kristallerna kontrolleras genom kylningsgraden un- der varmformningssteget. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att termoplastmeterialet utgöres av isotactic polypropylen, att extru- deringen sker inom ett temperaturomrâde av 22096 till 25000 och ban- det,som går in i formverktyget, har en kärntemperatur i området 17000 sin 2no°c een en temperatur i yttre iegeet i emeåeei 1zn°c tili 1so°c. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n.n e t e c k n a t därav, att termoplasten är en lågpressad polyethylen, som har en täthet av 0,945 till 0,965 g/cms och en kristallinitet av 75 till 95 %. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att termoplasten är en random co-polymerisationsproduktaletylen och propylen. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n'a t därav, att termoplaetan är en block co-polymerisationsprodukt av etylen och pro- pylen. I Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e o k n a t därav, att Förkylningen av bandet erhålles genom kontakt på bandytorna av kyl- ytor hos värmeledande kylningsanordningar. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e o k n a t därav, att under varmformningen erhålles kylningen av den bandyta, som icke är i kontakt med den kylda verktygsytan, genom kontakt med ett gas-, vätska- eller pulvermedium. Förfarande enligt patentkrav 14, k ä n n e t e c k n a t därav, att kylningen av den bandyta, som icke är i kontakt med den kylda verk- tygsytan, erhålles genom kontakt med ett torrt iepuderpåblåst verk- tyg. Förfarande enligt patentkrav ¶, k ä n n e t e c k n a t därav, att omedelbart före inträdet i varmformningen återupphettas det förkylda bandet av krístallisk termoplast på ena eller båda ytorna genom yttre 17. 18. 7807756-7 21 anordningar till en temperatur nära men under den nedre gränsen TC av temperaturområdet för krietallsmältningen. Förfaranda enligt patentkrav 1, k ä n n e t e o k n a t därav, att omedelbart före inträdet i varmformningen återupphettas det förkylda bandet av kristalliek termoplast på ena eller båda ytorna genom yttre anordningar till en temperatur inom temperaturområdet/P för kristall- smältningen. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e o k n a t därav, att omedelbart före inträdet i varmformníngen återupphettas det'fürkylde bandet av krístallísk termoplast på ena eller båda ytorna genom yttre anordningar till en temperatur ovanför den övre gränsen TM av tempera- turområdet För kristallsmältningen.