SE424285B - Element av termoplastmaterial med en kantdel och en, i forhallande till denna, nedsenkt kropp samt forfarande for framstellning av sagda element - Google Patents

Description

15 20 ' 25 30 7905042-5 sett i ett enda formningssteg eller också bildas en preform för senare om- formning till slutprodukten. Vid ämnets formning tillämpas enligt nu kända metoder endera ett blásningsförfarande eller ett termoformningsförfarande.

Vid blâsningsförfarandet erhålls som regel tjocka partier i botten. Vid termoformningsförfarandet tillämpar man endera s k negativ eller s k posi- tiv termoformning. Vid den negativa termoformningen erhålls en tunn botten medan vid den positiva termoformningen erhålls en tjock botten.

Vid negativ termoformning placeras en varm folie eller film över håligheter varefter materialet i filmen trycks och sugs in i håligheterna genom yttre tryck och inre vakuum. Detta leder till att materialet sträcks och blir tunt när det sugs in i resp håligheter. Om hâligheten avser en kopp erhålls en tunn sträckt botten och en ökande väggtjocklek i riktning mot koppkanten.

Vid positiv termoformning utgör koppformen en handel och materialet i filmen eller folien trycks och sugs ned över handelen. Detta medför att materialet hos toppen av handelen, dvs botten hos koppen, kommer att vara tjockt och i stort sett osträckt medan materialet har en minskande tjocklek mot koppens kanter.

För att vid negativ termoformning uppnå tillräckligt tjockt material i kop- pens bottendel måste utgångsmaterialet väljas betryggande tjockt. För att vid positiv termoformning erhålla tillräcklig tjocklek i koppens kantomrâde, vilket är nödvändigt för koppens stabilitet; måste likaså utgângsmaterialet väljas betryggande tjockt. Vid den negativa formningen lämnas materialomrà- den mellan de bildade kopparna opåverkade och frânskiljs sedan själva koppar- I na framställts. Vid den positiva termoformningen dras materialet mellan kopparna ned i håligheter och frånskiljs från de bildade kopparnat Vid den positiva termoformningen erhålls således koppbottnar med i stort sett samma tjocklek som utgângsmaterialet. Båda formningsmetoderna innebär en onödigt stor materialförbrukning vilket är av ekonomisk betydelse vid massfabrikation av artiklar.

Föreliggande uppfinning eliminerar vissa nackdelar som är förenade med tigi- gare känd teknik.

Uppfinningen är speciellt ägnad att tillämpas vid framställning av element av termoplast.av typ polyester eller polyamid. Exempel på sådana material_ 10 l5 20 25 30 35 7905042-3 är polyetylentereftalat, polyhexametylen-adipamid, polycaprolactam, poly- hexametylen-sebacamid, polyetylen-2,6- och l,5-naftalat, polytetrametylen- l,2-dioxybensoat och copolymerer av etylentereftalat, etylenisoftalat och andra liknande polymerplaster. Beskrivningen av uppfinningen är nedan i huvudsak relaterad till polyetylentereftalat, i fortsättningen ofta förkor- tat till PET, men uppfinningen är dock icke begränsad endast till använd- ning av vare sig detta material eller något av de tidigare angivna materia- len, utan är tillämpbar även på många andra termoplastmaterial.

För att underlätta förståelsen av problemställningen och uppfinningen be- skrivs i det följande nägra karakteristiska egenskaper för polyestern poly- etylentereftalat. Fran litteraturen t ex Properties of Polymers, av D W van Krevelen, Elsevier Sc.Publ.Co, 2nd compl.rev. ed. 1976, är känt att vid ori- entering av amorf polyetylentereftalat förändras materialets egenskaper.

Vissa av dessa förändringar åskådliggörs i diagrammen fig l4.3 och l4.4 på sidorna 3l7 och 3l9 i boken Properties of Polymers. De beteckningar som används i den följande diskussionen överensstämmer med de som förekommer i nämnd bok.

PET liksom många andra termoplastmaterial kan orienteras genom materialets sträckning. Vanligen sker sådan sträckning vid en temperatur ovanför mate- rialets glasomvandlingstemperatur TG.

Av litteraturhänvisningen framgår att för Genom orienteringen förbättras mate- rialets hâllfasthetsegenskaper. termoplasten PET medför en ökning av dragningsförhällandet-/1 , dvs kvoten mellan längden hos det dragna materialet och längden hos det odragna, också en ökning av förbättringen av materialegenskaperna. Vid en ökning av drag- ningsförhållandet /1 , från ca 2 gånger till något över 3 gånger är föränd- ringarna av materialegenskaperna speciellt stora. Därvid förbättras häll- fastheten i orienteringsriktningen markant samtidigt som densiteten Q lik- som kristalliniteten Xc stiger och glasomvandlingstemperaturen TG höjs. Av diagrammet på sid 317 framgår att sedan materialet erhållit en sträckning, där /1 har värdet 3.1, förmår materialet motstå en kraft per ytenhet sva- 6 = io med en mycket iiten röjning, medan för /L = 2.8 taj- I fortsättningen används ibland beteck- rande mot ningen är väsentligt mycket större. ningen "steget" för att beteckna ett orienteringsförlopp åstadkommet genom en sträckning respektive en tjockleksreduktion av minst ca 3 gånger och vid vilket ovan angivna markanta förbättringar av materialegenskaperna inträder. 10 15 20 25 79050-42-3 Ovan angivna diagram visar förändringar som erhålls vid materialets mono- axiella orientering. Vid biaxiell orientering erhålls liknande effekter i vardera orienteringsriktningen. Orienteringen sker som regel genom ef- - ter varandra följande sträckningar.

Förbättrade materialegenskaper motsvarande de som erhålls vid det ovan definierade "steget" erhålls även när amorft material dras till flytning och där materialet före flytningen befinner sig vid en temperatur under- stigande glasomvandlingstemperaturen TG. Hos en dragstav sker i flytnings- zonen en diameterminskning av ca 3 gånger. Vid dragningen flyttas flyt- ningszonen kontinuerligt ini det amorfa materialet samtidigt som det mate- rial som redan genomgått flytning upptar provstavens dragkrafter utan till- kommande kvarstående sträckning.

Föreliggande uppfinning avser element samt ett förfarande och en anordning för framställning av elementen som är lämpliga att använda i många tillämp- ningar t ex koppar liknande de tidigare beskrivna. Andra tillämpningar är omformning av elementen, vilka då utgör preformar, till behållare eller andra detaljer. Härför används t ex ett blåsningsförfarande eller mekanisk bearbet- ning, t ex pressning; expandering etc. iEnligt uppfinningen erhålls element bestående av en kantdel och en koppdel, där materialet i företrädesvis hela koppdelens (koppens) botten är i stort sett jämntjockt och orienterat. I en viss utföringsform av uppfinningen består vidare materialet i koppens bottendel helt eller delvis av material med Sêmmä tjflßklek S0m väggefls material. Kantdelens materialpartier har utgàngs- materialets tjocklek och materialegenskaper. 1 vissa tillämpningar är botten i stort sett helt plan medan i andra tillämpningar botten består av delar förflyttade axiellt relativt koppens axel. Härvid bildas i vissa utföringsformer ringformade kantpartier i anslutning till väggens undre kant ' i medan i andra utföringsformer centrala bottenpartier är ytterligare för- 'so skjutna från elementets övre öppningskant.

Elementet består av en kantdel som omger en i förhållande till kantdelen försänkt kropp. Materialet i kantdelen är i huvudsak amorft eller har en kristallisation understigande l0 %. Kroppen har en väggdel och en botten- del. Väggdelen utgörs av material som dragits till flytning vid en tempera- tur understigande glasomvandlingstemperaturen TG och där kristallisationen lü 15 20 25 30 35 7905042-3 är mellan l0-25 %. I grundutförandet av elementet består botten av i huvud- sak amorft material eller av material med en kristallisation unoerstigande l0 %. I utföringsformer av uppfinningen består botten alternativt av mate- rial som dragits till flytning vid en temperatur undorstigande glasomvand- lingstemperaturen TG och med en kristallisation mellan l0-25 2, dvs av ma- terial med egenskaper i huvudsak överensstämmande med materialegenskaperna hos elementets väggdel, alternativt av materialpartier dragna till flyt- ning omväxlande med materialpartier med i huvudsak amorft material eller material med en kristallisation understigande l0 f. I vissa utföringsfor- mer är de tidigare nämnda materialomrädena hos botten förskjutna i axiell riktning relativt väggdelens nedre kant.

Vid framställning av ett element fastspänns ett i huvudsak plant ämne av termoplastmaterial och med en kristallisation understigande l0 L och med en temperatur understigande glasomvandlingstemperaturen TG mellan mothåll för bildande av ett område som helt omsluts av de fastspända materialpartierna.

Mot omrâdet ansätts ett pressorgan med en anliggningsyta som är mindre än ytan hos området. Härvid bildas ett slutet remsliknande materialområde mellan ämnets fastspända materialpartier och den del av omrâdet som anligger Drivorgan förflyttar därefter pressorganet relativt mot- Härvid sträcks mot pressorganet. hållen under pressorganets fortsatta anliggning mot området. materialet i det remsliknande omrâdet så att materialflytning uppstår varvid materialet orienteras samtidigt som materialets tjocklek reduceras med för PET ca 3 gånger. Vid sträckningen utbildas elementets väggdel.

Därigenom att omkretsen för pressorganets anliggningsyta är mindre än den inre omkretsen för fastspänningsorganen utsätts materialet i anslutningen till pressorganets kanter för den största páfrestningen varför materialflytningen normalt börjar här. Effekten härav förhöjs ytterligare genom att övergangen mellan pressorganets anliggningsyta och pressorganets sidoväggar görs rela- tivt skarpkantad. När väl flytning inträffat, förflyttas området för mate- rialets flytning successivt i riktning mot inspänningsorganen. I vissa till- lämpningsexempel avbryts pressförfarandet när flytningszonen når fram till pressorganen. I andra tillämpningsexemepl fortsätts pressförfarandet var- vid materialflytning på nytt uppstår i anslutning till pressorganets kanter och från dessa områden förflyttas in mot materialets centrum. När allt ma- terial som anligger mot pressorganets anliggningsyta genomgått flytning, ut- nyttjas i vissa tillämpningsexempel det material mellan fastspänningsorganen, Û L Vgßgfl* 7905042-a i. vilket är beläget närmast fastspänningsorganens inre omkrets, för ytter- 10 15 20 25 30 För att möjliggöra detta erfordras normalt en något Utgångstemperaturen understiger ligare dragning. förhöjd temperatur på detta material. dock fortfarande glasomvandlingstemperaturen TG.

I vissa tillämpningsexempel erfordras forcerad kylning av det dragna mate- rialet. Härvid är företrädesvis pressorganet försett med kylelement så an- ordnat att under materialets dragning de områden av materialet som flyter anligger mot kylelementet.

Vid vissa tillämpningar låter man materialets flytning starta i anslutning till inspänningsorganen. Detta âstadkoms genom att förse inspänningsorganen med uppvärmningselement vilka höjer temperaturen hos de materialpartier där flytningen skall börja; Temperaturen hos materialet understiger dock fort- farande materialets glasomvandlingstemperatur TG. När flytning väl inträf- fat fortsätter den i riktning mot pressorganets anliggningsyta och i före- kommande fall förbi övergàngen mellan pressorganets sidoväggar och anligg- ningsyta. För att säkerställa inspänningsorganens fasthällning av ämnet i elementets blivande kantpartier anordnas inspänningsorganen som regel med kylorgan.

Inom uppfinningstanken ligger även möjligheten att genom ett antal efter varandra anordnade dragningsförlopp åstadkomma materialpartier i såväl kroppens väggdel som bottendel omväxlande bestående av materialpartier dragna till flytning och som därigenom erhållit reducerad väggtjocklek och odragna materialpartier som bibehâllit sin väggtjocklek. För material- partier belägna i kroppens bottendel sker i vissa tillämpningsexempel i samband med dragningen en förflyttning av material även i kroppens axel- riktning. I Uppfinningen beskrivs närmare i anslutning till ett antal figurer, där visar alternativa utföringsformer av band lämpade för omformning, fig l-2 'fig 3 visar ett element med kroppensbottendel bestående av i huvudsak amorft material, fig 4-10 visar i princip anordningar för dragning av element. 10 15 20 25 30 35 7905042-3 I fig 1-2 återfinns ett band eller ämne 14',14" av termoplastmaterial där ban- I figurerna är markerat ringformade material- Vidare är markerat den eller ämnena ses uppifrån. partier 16',16" resp ringformade materialomrâden 17',17". materialområden 15',15" omslutna av de tidigare angivna ringformade material- partierna 16',16". Materialpartierna 16',16" markerar de områden som vid äm- nets dragning inspänns mellan fixeringsorgan 30 a-b (se fig 4). Mot varje om- râde 15',15" ansätts vid ämnets dragning ett pressorgan 20 (se fig 4) vars an- liggningsyta (pressyta) 21 mot omrâdet 15',15" är mindre än hela området 15', 15" varigenom bildas det slutna materialområdet 17',17" mellan det fastspända materialpartiet 16 och den del av området 15',15" som anligger mot pressorga- net 20. Materialområdet 17 markerar det område som vid ämnets dragning först bringas till flytning. 1 fig 3 återfinns ett element 10 bestående av en kantdel 12 och en kropp 13.

Kroppen i sin tur består av en väggdel 18 och en bottendel 11, I figuren utgörs väggdelen av draget material med reducerad tjocklek i förhållande till utgângsmaterialets tjocklek. Bottendelen 11 består av material som förflyttats i kroppens axelriktning under bibehållande av sina materialegenskaper. Vidare är markerat ett område 19 där materialet tillhörande kantdelen 12 undergått flytning.

I fig 4-8 återfinns ett antal fixeringsorgan 30 fixerande ämnet 14. Ett pressorgan 20 befinner sig mellan fixeringsorganen 30 och har en pressyta 21.

I fig 4 är pressorganet 20 i ett läge där pressytan 21 befinner sig alldeles I fig 5 har pressorganet förflyttats nedåt I fig 6 har pressorganets förflyttning I fig 7 har pressorga- Härvid har intill den övre ytan hos ämnet 14. och materialets flytning påbörjats. skett så långt att ett element enligt fig 3 utbildats. net förflyttats vidare och ytterligare flytning av material skett. bildats ett element 10' vars kropp 13' har en bottendel 11' vilken i sina cent- rala partier består av amorft, odraget material omgivet av draget orienterat material för vilket flytning inträffat. I fig 8 slutligen har pressorganet 20 förflyttats så långt att så gott som allt material i kroppens 13" bottendel 11“ genomgått flytning. Härvid har bildats ett element 10" där såväl kroppens vägg- del som bottendel har reducerat väggtjockleken därigenom att materialet genom- gått flytning och samtidigt erhållit en orientering.

I fig 9-10 visas en alternativ utföringsform av fixeringsorgan 33 a-b anord- nade med kylkanaler 31 och uppvärmningskanaler 34. sat tilloppsledningen till uppvärmningskanalerna medan utloppsledningen till I figurerna är endast vi- Poói iiiiii ouAuiv 10 15 20 25 30 35 79050 42- 3 uppvärmningskanalerna är belägen bakom tilloppsledningen i figurerna och antydd genom den uppåtriktade pilen. Såväl kylkanalerna som uppvärmnings- kanalerna täcks av skivliknande beläggningar 35, vilkas andra yta samtidigt bildar fixeringsorganens anliggningsytor för fixering av ämnet. En isole- ring 32 skiljer kylt område hos fixeringsorganen från uppvärmt omrâde. I vissa tillämpningar används även uppvärmningskanalerna som kylkanaler.

Figurerna visar vidare en alternativ utföringsform av ett pressorgan 20a även det anordnat med kylkanaler 22. Kylkanalerna täcks av en kylmantel 23 vilken samtidigt bildar pressorganets yttre anliggningsyta mot materialet un- der dess dragning. Fig 9 visar ett läge hos pressorganet svarande mot läget i fig 5 och fig l0 visar ett läge hos pressorganet svarande mot läget i fig 8.

Pressorganet har en rotationssymmetriskt krökt yta så utformad att materialet vid dragningen.i flytområdet alltid anligger mot kylmanteln medan det material som ännu ej genomgått flytning är helt utan anliggning mot något organ i områ- det mellan pressorganet och fixeringsorganen.

Uppvärmning av materialet med hjälp av uppvärmningskanalerna 34 tjänar till att öka materialets benägenhet för flytning. Uppvärmningen begränsas dock _till att materialets temperatur alltid understiger glasomvandlingstemperatu- ren TG. Genom uppvärmningen är det möjligt att låta materialets dragning fortsätta ett stycke in i området mellan fixeringsorganens backar, som visas i fig lO. En annan alternativ tillämpning där materialets ökade benägenhet till flytning används, är att vid dragningen styra startomrâdet för materia- lets flytning till området intill fixeringsorganens inre kanter. När väl flytning inträffat, förflyttas flytningszonen successivt i riktning från fi- xeringsorganen mot pressorganets botten alltefter som pressorganet förflyttas nedåt i figurerna. Härigenom uppnås att flytningen alltid fortplantas i samma riktning, varigenom undviks den omstart av flytningen som sker vid tillämpning av den utföringsform av uppfinningen, som åskådliggörs i figurerna 4-8.

Ovanstående beskrivning av elementet och av ett förfarande liksom en anordning för åstadkommande av elementet utgör endast exempel på tillämpningar av upp- finningen. Uppfinningen medger naturligtvis att ett antal efter varandra följande dragningar företas varvid utbildas omväxlande områden med draget och odraget material. Kroppen består exempelvis av väggdelar med avsatser innehållande odraget material medan bottendelen består av partier, t ex ringformade, innehållande odraget material och vilka partier är förflyttade i kroppens axelriktning relativt väggdelens nedre kant. 15 20 7905042-3 Det genom flytning orienterade materialet har förbättrade hållfasthetsegen- skaper i orienteringsriktningen vilken i huvudsak överensstämmer med materi- alets dragningsriktning. Genom uppvärmning av materialet till en temperatur överstigande glasomvandlingstemperaturen TG är det enkelt att vid ett blåa- ningsförfarande omforma elementet genom materialets sträckning i en riktning i huvudsak vinkelrätt mot den nämnda orienteringsriktningen. Ett på detta sätt omformat element bildar t ex en behållare med en central mantelyta med en diameteröverstigande öppningens diameter och med en botten bestående av en ståyta utgörande övergången mellan mantelytans nedre kant och botten- ytan, där bottenytan alternativt är något konkav eller alternativt består av ringformade materialpartier förskjutna relativt varandra i behâllarens axiella riktning. Elementet är vidare lämpat för omformning enligt ett förfarande liknande det djuppressningsförfarande som används för tillverk- ning av produkter av metall.

Inom uppfinningstanken ryms många alternativa utföringsformer. Enligt en sådan sker dragningen av elementets kropp genom ett antal efter varandra följande dragningsförlopp där för varje dragningsförlopp pressorganets an- liggningsyta avtar. Härigenom vinns att speciellt när pressorganet avsmal- nar i riktning mot anliggningsytan, bredden på materialomrädet l5 anpassas mot hur långt dragningen fortskridit.

Utöver av ovanstående beskrivning framgår uppfinningen även av bifogade patentkrav. /phïx

Claims (1)

1. 0 ß 20 25 30 7905042i-5 10 PATENTKRAV 3. Element av termoplastmaterial av typ polyester eller polyamid, företrädesvis av polyetylentereftalat, där elementet (10) består av en kantdel (12) omgivande en i förhållande till kantdelen för- sänkt kr0DD (l3) och där elementet formats från ett ämne, t ex en plan platta, en ämneskopp etc genom ett dragningsförfarande, k ä n n e t e c k n a t därav, att elementet formats från ett ämne (14) av amorft material eller av ett material med en kristal- lisation understigande 10 t, företrädesvis understigande 5 %, var- vid kroppen (13) eller delar av densamma bildas genom dragning till flytning av material som hos ämnet befinner sig innanför de materialpartier som hos elementet bildar kantdelen (12) och där materialet omedelbart före flytningen har en temperatur understi- gande glasomvandlingstemperaturen (TG), varvid det till flytning dragna materialet i kroppen (13) erhåller en kristallisation mellan 10 och 25 %, företrädesvis mellan 12 och 20 %, medan kristallisa- tionen hos materialet i kantdelen och i odragna delar av kroppen bibehåller sitt tidigare värde understigande 10 %. Element enligt patentkrav l, k ä n n e t e c kan a t därav, att kroppen (l3) innefattar en central bottendel (ll), där bottendelen bildats därigenom att ämnets centrala partier vid elementets drag- ning förflyttats relativt inspända kantpartier hos ämnet med bibe- hållande av materialtjockleken och materialegenskaperna hos de centrala partierna och hos de inspända kantpartierna hos ämnet. Element enligt något av patentkraven 1-2,. k äin n e t e c k n a t därav, att elementet består av polyester eller polyamid, t ex polyetylentereftalat, polyhexametylen-adipamid, polycaprolactam, polyhexametylen-sebacamid, polyetylen-2,6- och 1,5-naftalat, polytetrametylen 1,2-dioxybensoat och copolymerer.av etylen-tereftalat, etylen-isoftalat eller andra liknande polymerplaster. Förfarande för âstadkommande av ett element (10) med en kantdel (12) omgivande en i förhållande till kantdelen försänkt kropp (13) enligt UI 10 15 20 25 30 7905042-5 11 patentkrav 1, varvid ett i huvudsak p1ant ämne (14) av termop1ast- materia1, företrädesvis av po1yety1enterefta1at, fastspänns me11an mothä11 (30) för bi1dande av ett e11er fiera områden (15) he1t om- s1utna av s1utna bandformade fastspända materia1partier (16) och varvid mot varje område (15) ansätts ett pressorgan (20) vars an- ïiggningsyta (21) mot omrâdet (15) är mindre än he1a området (15), varigenom bi1das ett s1utet remsïiknande materia1omrâde (17) me11an de fastspända materia1partierna (16) och den de1 av omrâdet (15) som an1igger mot pressorganet (20) och varjämte pressorganet (20) av drívorgan förf1yttas reiativt mothà11en (30) under fortsatt an1igg- ning mot området (15), k ä n n e t e c k n a t därav, att materia- 1et i ämnet är amorft e11er har en krista11isation understigande 10 %, företrädesvis understigande 5 %, att materiaïet i ämnet har en temperatur understigande materia1ets g1asomvand1ingstemperatur (TG) och att materia1et i det rems1iknande materia1området (17) sträcks genom dragning så att materia1f1ytning uppstår och materia1et därvid orienteras, varvid bi1das partier av kroppen (13). Förfarande en1igt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att dragningen fortsätts inti11 dess att nästan a11t materia1 i materia1- området (15) genomgått f1ytning varigenom nästan a11t materia1 i kroppen (13) består av materia1 som genomgått f1ytning. Förfarande en1igt patentkrav 4 e11er 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att pressorganets (20) an1iggningsyta mot omrâdet (15) har en stor1ek och temperatur medförande att de genom pressorganets för- f1yttning i materia1et uppträdande dragkrafterna ut1öser start av materia1ets f1ytning i omradet inti11 begränsningen av pressorganets an1iggningsyta. Förfarande enligt något av patentkraven 4-6, k ä n n e t e c k n a t därav, att bredden hos de fastspända materia1partierna (16) är ti11- räck1ig för att ti11âta 1ängden av pressorganets (20) röre1se medföra att materia1ets flytning vid dragningen når in i sagda partier. Förfarande eniigt något av patentkraven 4-7, k ä n n e t e c k n a t därav, att materia1et i omrâdet för f1ytning åtminstone under drag- ningen utsätts för forcerad ky1ning. 10 79oso42-zh 10, 12 Förfarande enïígt patentkrav 8, k ä n n e t e c k n a t därav, att pressorganet är försett med kyïelement så anordnade att under materiaïets dragning de områden där matería1etdf1yter anïigger mot kyleïementen. Förfarande enïigt något av patentkraven 4-9, k ä n n e t e c R n a därav, att termopïastmateriaïet är polyester eller poïyamíd, t e> poïyetylentereftaïat, poïyhexametyïen-adipamíd, poïycaproïactam, opolyhexametyïen-sebacamíd, po1yety1en-2,6- och 1,5-nafta1at, poïy- tetrametyïen-1,2-dioxybensoat och copoïymerer av ety1en-tereftaïat, etylen-isoftaïat e11er andra ïiknande poïymerpïaster. T