WO1999022926A1 - Verfahren zur herstellung von mehrschichtigen vorformlingen - Google Patents

Abstract

Das Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen Vorformlingen ermöglicht die Erzeugung von äusserst dünnen Schichten, insbesondere einer dünnen Hautschicht und/oder einer dünnen Sperrschicht. Diese dünnen Schichten betragen höchstens 35 %, respektive weniger als 5 % des Gesamtvolumens. Zur Erzeugung dieser dünnen Schichten wird ein Mehrkomponenten-Spritzgiess-Formwerkzeug derart betrieben, dass die zur Bildung der dünnen Schichten vorgesehene Kunststoff-Komponente in der innersten Düsenkammer gefördert wird. Diese Kunststoff-Komponente weist eine leicht erhöhte Temperatur und damit eine geringere Viskosität auf. Die derart hergestellten Formlinge zeichnen sich durch eine Hautschicht mit weniger als 35 Vol.-%, resp. eine Sperrschicht mit ca. 5 Vol.-% aus.

Description

Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen Vorformlingen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemass

Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie Vorformlinge, die nach diesem Verfahren hergestellt sind.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Ver- fahren, welches geeignet ist, dreischichtige Vorformlinge mit erhöhtem Rezyklat-Anteil herzustellen, und ermöglicht, Vorformlinge mit einem verbesserten Sauerstoff-Diffusions- Sperrverhalten herzustellen.

Mehrschichtige Vorformlinge sind seit längerem bekannt und finden ihre Verwendung u.a. in der Getränke-Industrie, welche aus diesen Vorformlingen vor Ort Kunststoff-Flaschen herstellt, in welche die jeweiligen Getränke abgefüllt werden. Vorzugsweise werden diese Getränkeflaschen aus PET gefertigt, obwohl diese auch aus anderen thermoplastischen

Materialien, wie PEN, Polyamid, Polycarbonat, etc. , hergestellt werden könnten. Solche Fertigungsanlagen produzieren heute mittels sequentieller Einspritzung 48 dreilagige Vorformlinge pro Arbeitsgang bei einer Jahreskapazität von ca. 50 Millionen Stück. Bei der Herstellung dieser Vorformlinge wird in die Form des Formwerkzeugs zunächst Neumaterial eingespritzt, anschliessend gereinigtes und aufbereitetes Rezyklat eingebracht und in einem dritten Herstellungsschritt wieder Neumaterial eingespritzt, um die Einspritzdüse von Rezyklat zu befreien. Dabei wird darauf geachtet, dass die Toleranz bei der Dosierung der einzelnen Einspritzmengen möglichst klein gehalten werden kann. Diese Dosierungspräzision ist eine Voraussetzung für die Herstellung von Getränkeflaschen mit einem hohen Rezyklat- Anteil, da das Rezyklat nicht direkt mit den abgefüllten

Getränken in Berührung kommen darf. Dies legen gesetzliche Vorschriften fest. Beim Streck-Blasen der Vorformlinge zu PET-Flaschen uss deshalb sichergestellt werden können, dass die innere Schicht aus Rezyklat überall durch eine Schicht aus Neumaterial bedeckt bleibt, was sowohl an die Konstruktion der Spritzgiess-Werkzeuge, als auch an die Produktionsanlagen der Vorformlinge hohe Anforderungen stellt. Leider weisen die heute bekannten Spritzgiessma- schinen nicht die für die Produktion von PET-Vorformlingen mit hohem Rezyklat-Anteil benötigte hohe Dosierungspräzision auf. Wie die EP 0' 655 '306 bestätigt, weisen die heute verwendeten PET-Flaschen aus diesen Gründen in der Regel lediglich einen Rezyklat-Anteil von höchstens 25% auf.

Grundsätzlich wird jedoch aus Kosten- und Kostenstabilitätsgründen von der Getränkeindustrie ein höherer Rezyklat- Anteil angestrebt. Insbesondere kämen heute Mehrwegflaschen aus PET mit 35% Rezyklat den Kosten bei der Ökobilanz für Einwegflaschen sehr nahe ("break-even-point") . Ein erhöhter Rezyklat-Anteil würde somit auch die Wirtschaftlichkeit der wiederverwendbaren PET-Flaschen erhöhen. Diese Wirtschaftlichkeit hängt wesentlich vom stark schwankenden Preis für das neue PET-Granulat ab. Ist dieses Granulat billiger als das Rezyklat, lassen sich Einschicht-Vorformlinge aus 100% Neumaterial preiswerter herstellen; steigt jedoch der Preis über diese "break-even-point" Schwelle, wären dreilagige Vorformlinge mit 35% und mehr Rezyklat-Anteil günstiger. Ein hoher Rezyklat-Anteil führt auch zu einer besseren Preisstabilität, da die grossen Preisschwankungen des

Neumaterials bei Vorfor lingen mit rezykliertem PET nur noch anteilhaft zu Buche schlagen. Die Kosten für Hersteller und Abfüller lassen sich somit besser kalkulieren.

Es ist deshalb auch schon vorgeschlagen worden (Modern

Plastics International, February 1997, Seite 29), für die Herstellung von PET-Vorformlingen ein Co-Extrusions-Blas- for -Werkzeug zu verwenden und unabhängig voneinander hergestellte Produkt-Teile miteinander zu verbinden. Damit Hessen sich PET-Flaschen mit bis zu 80% Rezyklat herstellen. Ein solches Verfahren erfordert jedoch zusätzliche Werkzeuge und erweist sich damit als aufwendig und kostenintensiv.

Es ist das Bestreben der Getränkeindustrie, ohne aufwendige technische Massnahmen, gesetzeskonforme Formlinge mit hohem Rezyklat-Anteil zu schaffen.

Die sich daraus ergebende technische Aufgabe besteht somit darin, Vorformlinge mit äusserst dünnen Schichten aus Neumaterial und ohne aufwendige Konstruktionen herstellen zu können, um den Rezyklat-Anteil in diesen Vorformlingen erhöhen zu können.

Insbesondere sollen in einfacher Weise dreischichtige Vorformlinge geschaffen werden können, welche mindestens eine möglichst dünne Schicht resp. einen Rezyklat-Anteil von mehr als 35 Vol.-%, insbesondere 35 bis 65 Vol.-%, aufweisen.

Diese Aufgabe wird gemass Anspruch 1 durch ein überraschend einfaches Verfahren zum Betrieb eines Mehrkomponenten- Spritzgiess-Formwerkzeugs gelöst und insbesondere dadurch, dass die Zufuhr der Komponenten A und B entgegen den herkömmlichen Anordnungen vertauscht ist und das Formwerkzeug derart betrieben wird, dass in einem ersten Zyklus-Schritt die Verschlussnadel in eine Position gebracht wird, bei welcher sowohl die innere Düsenkammer als auch die äussere Düsenkammer geöffnet sind, wobei die Förderung der B-Kom- ponente durch die äussere Düsenkammer gestoppt ist und lediglich die A-Komponente durch die innere Düsenkammer in die Formkavität gespritzt wird.

So wird für die Herstellung von Vorformlingen mit hohem Rezyklat-Anteil die als erste Komponente einzuspritzende Komponente A (Neumaterial) zur Bildung einer dünnen Hautschicht durch die innere Düsenkammer geleitet, und wird die als weitere Komponente einzuspritzende Komponente B (Rezy- klat) für die Bildung einer Füllschicht über die äussere Düsenkammer geleitet. Beim Spritzen eines solchen dreischichtigen Vorformlings wird in einem ersten Zyklus- Schritt die Verschlussnadel in eine Position I gebracht, bei welcher sowohl die äussere Düsenkammer mit der B-Komponente als auch die innere Düsenkammer mit der A-Komponen- te geöffnet sind. Bei dieser Nadelposition ist die Förderung der B-Komponente unterbrochen und wird die A-Komponen- te in die Formkavität gespritzt. In einem zweiten Zyklus- schritt wird die Verschlussnadel in eine Position II gebracht, bei welcher die innere Düsenkammer verschlossen und die äussere Düsenkammer geöffnet ist. Bei dieser Nadelposition ist die Förderung der A-Komponente unterbrochen und wird die B-Komponente in die Formkavität gespritzt. Für den nächsten Zyklusschritt , der sogenannten Haltephase, bei welcher die durch die Abkühlung schrumpfende B-Komponente ergänzt wird, bleibt die Position der Verschlussnadel unverändert. Mit dem Abschluss der Haltephase wird die Verschlussnadel in ihre Schliessposition III gebracht, bei welcher sowohl die innere als auch die äussere Düsenkammer verschlossen sind.

Es erweist sich als unerwartet, dass der erste Schuss mit der A-Komponente beim nächsten Spritzzyklus frei von un- erwünschtem B-Material ist. Dieser überraschende Effekt lässt sich durch die Vertauschung der Zufuhrkanäle erklären. Insbesondere wird durch die besondere Führung der einzelnen Komponenten, d.h. Führung der A-Komponente durch die etwas wärmere innere Düsenkammer, eine leichte Senkung der Viskosität der Komponente A (Neumaterial) erzielt.

Gegenüber den mit herkömmlichen Spritzgiessverfahren hergestellten Vorformlingen, können mit dem erfindungsgemässen Verfahren Vorformlinge mit einer dünneren Hautschicht (A- Komponente) gebildet werden, und kann durch das Nachfüllen der Formkavität mit Material der B-Komponente während der Haitedruckphase der relative Anteil an Füllmaterial erhöht werden. Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt darüberhinaus Vorformlinge mit einer äusserst dünnen Sperrschicht (bspw. aus Nylon oder ähnlichem) herzustellen. Diese Sperrschichten haben die Aufgabe, die Sauerstoffdurchlässigkeit der Formlinge (Flaschen) zu minimieren und sind Verhältnis- massig teuer. Zur erfindungsgemässen Erzeugung eines Vor- formlings mit einer dünnen Sperrschicht werden wiederum die Zufuhrkanäle entgegen den herkömmlichen Anordnungen vertauscht und wird das zur Bildung der dünnen Sperrschicht einzuspritzende Sperrmaterial durch die innerste Düsenkammer geleitet und wird der die Hautschicht bildende Kunststoff durch eine äussere Düsenkammer geführt. Beim Spritzen eines solchen Vorformlings wird wiederum in einem ersten Zyklusschritt die Verschlussnadel in eine Position I ge- bracht, bei welcher sowohl die äussere als auch die innere Düsenkammer geöffnet sind und wird in einem ersten Ver- fahrensschritt die durch die äussere Düsenkammer geleitete Komponente in die Formkavität gespritzt, während gleichzeitig die Förderung des durch die innere Düsenkammer geleite- ten Sperrmaterials unterbrochen ist. Für den nächsten Zyklusschritt verbleibt die Verschlussnadel in dieser Position I und wird das durch die innere Düsenkammer geförderte Sperrmaterial gleichzeitig mit dem durch die äussere resp. mittlere Düsenkammer geführte Füllmaterial in die Formkavität eingebracht. Bei dieser Einspritzphase werden also beide Komponenten (Füll- und Sperrmaterial) gleichzeitig, d.h. in Form von ineinander liegenden Schläuchen, gefördert, wobei darauf geachtet wird, dass der Anteil an gefördertem Sperrmaterial äusserst gering bleibt, bspw. 5% der gesamten eingespritzen Materialmenge ausmacht. Dabei können das Füllmaterial und das die Hautschicht bildende Material identisch sein. Bevorzugterweise wird als Füllmaterial jedoch ein kostengünstiges Rezyklat verwendet. Dies wird in bekannter und einfacher Weise durch die Steue- rung der Zufuhr der plastifizierten Kunststoffe erreicht. In einem dritten Zyklusschritt wird die Förderung des Sperrmaterials wieder gestoppt und wird die gefüllte Form- kavität mit der zum Ausgleich des Schwundes erforderlichen Menge an Füllmaterial aufgefüllt. Mit dem Vorschieben der Verschlussnadel in eine Position III werden beide Düsenkammern geschlossen und wird der Spritzzyklus beendet. Bei den derart hergestellten Vorformlingen liegt die dünne Sperrschicht im zentralen Wandungsbereich des Vorformlings . Es zeigt sich, dass Vorformlinge resp. Formlinge mit einer derartigen Schichtanordnung das erforderliche Barriereverhalten gegen den in diese Behälter diffundierenden Sauerstoff aufweisen.

Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemassen Verfahrens sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet. Die durch das er indungsgemässe Betriebsverfahren erzeugten Vorformlinge weisen einen Rezyklat-Anteil von über 35 Vol.- % und gegebenenfalls einen Sperrschichtanteil von weniger als 5 Vol.-% auf.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungs- beispiels näher beschrieben werden. Dabei zeigt:

Figur 1: einen Querschnitt durch eine Heisskanaldüse und deren Nadelverschluss;

Figuren 2a bis 2d: die Positionen und Steuerung der Nadelverschlussanordnung;

Figur 3: Längsschnitt durch einen in herkömmlicher Weise hergestellten Vorformling;

Figur 4: Längsschnitt durch einen erfindungsgemäss herge- stellten Vorformling mit hohem Rezyklat-Anteil.

Figur 5: Längsschnitt durch einen erfindungsgemäss hergestellten Vorformling mit Sperrschicht.

Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus dem Aufbau eines Co- Injektions-Formwerkzeugs mit einer Heisskanaldüse 34 und einem Nadelverschluss 36 für zwei verschiedene Komponenten A und B. Das in den Extrudern plastifizierte Material gelangt durch getrennte Kanäle in den Heisskanal-Verteiler- block 15, wird in demselben verzweigt und den einzelnen Heisskanaldüsen 34 zugeführt. Jede dieser Heisskanaldüsen 34 weist einen demontierbaren Düsenhalter 33 auf und ist aus mehreren ineinanderliegenden Düseneinsätzen aufgebaut, zwischen welchen eine innere Düsenkammer 3 und mindestens eine äussere Düsenkammer 5 gebildet werden, in denen die verschiedenen Kunststoffkomponenten zur Düsenspitze geför- dert werden. Heizelemente halten sowohl den Heisskanal-

Verteilerblock 15 als auch den Düsenhalter 33 und damit die Heisskanaldüse 34 auf der erforderlichen Temperatur. Ein pneumatisch gesteuerter Nadelverschluss 36 steuert eine im Düsenspitzenbereich der Heisskanaldüse 34 bewegbare Nadel 37 zur Freigabe resp. zum Absperren der einzelnen Komponenten A resp. B und/oder C.

Bei der herkömmlichen Betriebsweise wird die Verschlussnadel 37 während eines Spritzzyklus in vier Positionen gebracht, um eine Kavität bspw. dreischichtig zu füllen. In einer ersten Stellung ist die Nadel 37 nur soweit zurückgezogen, dass die Kavität über die äussere Düsenkammer 5 mit einer ersten Komponente, insbesondere mit Original-PET resp. Rohmaterial, gefüllt werden kann. In einer zweiten Stellung ist die Nadel 37 weiter zurückgezogen, sodass auch die zweite Komponente, bspw. rezycliertes PET, durch die innere Düsenkammer 3 in die Formkavität gepresst werden kann, bevor die Nadel 37 für die Haltephase wieder in die erste Stellung und anschliessend ganz nach vorne gestossen wird, um die Düse 34 zu verschliessen. Pro Einspritzzyklus ist die Verschlussnadel also in vier vorgegebene Stellungen zu bringen: a) Öffnen der äusseren Düsenkammer 5, b) Öffnen der inneren Düsenkammer 3, c) Verschliessen der inneren Düsenkammer 3, d) Verschliessen der äusseren Düsenkammer 3.

Wie in Figur 1 dargestellt, ist der Nadelverschluss 36 in einer als pneumatischer Zylinder wirkenden Aussparung in der Kopfplatte 13 logiert und besteht aus einem ersten die Nadel 37 führenden Kolben 38 über welchem ein zweiter Kolben 39 beweglich eingesetzt ist. Ein hermetisch ab- schliessender Zylinderdeckel 40 schliesst diese Aussparung druckfest ab. Geeignet angeordnete Druckleitungen 41, 43 und 44 erlauben es, die einzelnen Kolben und damit die Nadel 37 in die gewünschte Stellung zu bringen. Die einzelnen Druckleitungen weisen jeweils einen für die Bewegung der Nadel erforderlichen Druck auf. So wird übli- cherweise die äussere Druckleitung 44 mit 20 bar, die mittlere Druckleitung 43 mit 10 bar und die innere Druckleitung 41 mit 5 bar beaufschlagt. Die in Figur 1 dargestellte Positionierung der einzelnen Kolben 38 und 39 wird erzeugt, wenn die einzelnen Druckleitungen, wie oben ange- geben unter Druck stehen. Soll die Nadel 37 in herkömmlicher Weise in eine erste Stellung zur Freigabe der ersten Kunststoff-Komponente zurückgezogen werden, braucht lediglich der Druck in der mittleren Druckleitung 43 reduziert oder aufgehoben zu werden. Damit wird der erste Kolben 38 durch den Druck der inneren Druckleitung 41 bis an den Anschlag des zweiten Kolbens 39 bewegt. Um die Nadel 37 in eine zweite Stellung zu bringen, welche die Zufuhr der zweiten Kunststoff-Komponente durch die innere Düsenkammer öffnet, wird in analoger Weise der Druck der äusse- ren Druckleitung 44 vermindert resp. aufgehoben. Dies führt dazu, dass sich die beiden Kolben 38, 39 gemeinsam bis an den Zylinderdeckel 40 bewegen. Um die Materialzufuhr wieder zu stoppen, wird vorerst die äussere Druckleitung 44 wieder unter Druck gesetzt und werden damit die beiden Kolben 38, 39 gemeinsam in Schliessrichtung bewegt. Erst wenn auch die mittlere Druckleitung 43 wieder unter Druck steht kann durch die Bewegung des ersten Kolbens 38 auch die äussere Düsenkammer wieder unterbrochen werden. Für das einwandfreie Arbeiten der pneumatischen Nadelverschluss- anordnung 36 sind drucksichere Dichtungen 51, 52 an den einzelnen

Kolben und Dichtungen 53 am Zylinderdeckel 40 vorgesehen. Ausserdem ist eine Axialdichtung 55 im Düsenhalter 33 vorgesehen, welche verhindert, dass zwischen der Kolbenanordnung 38, 39 und der Düsenanordnung 33, 34 ein Druckausgleich stattfindet und dadurch die unter Druck stehenden Dämpfe der einzelnen heissen Kunststoff-Komponenten der Düsennadel 37 entlang durch den Düsenhalter 33 dringen, sich an den Kolbenwandungen oder an der Düsennadel niederschlagen und damit die Beweglichkeit der einzelnen Bauteile des Nadelverschlusses 36 beeinträchtigen resp. blockieren. Dies wird in bekannter Weise mit einer gasdichten Axial- dichtung 55 aus temperaturbeständigem Kunststoff erreicht.

Um mit einem solchen Mehrkomponenten-Spritzgiess-Formwerk- zeug mehrschichtige Vorformlinge mit erhöhtem Rezyklat- Anteil resp. mit äusserst dünne Schichten herstellen zu können wird erfindungsgemäss die Zufuhr der Komponenten A und B entgegen den herkömmlichen Anordnungen vertauscht und derart betrieben, dass die Komponente A mit dem nur in einer dünnen Schicht einzubringenden Material (Neumaterial oder Sperrmaterial) in der inneren Düsenkammer 3 der Heiss- kanaldüse 34 gefördert wird, während die Komponente B mit dem einzubringenden Rezyklat in der äusseren resp. mittleren Düsenkammer 5 der Heisskanaldüse 34 gefördert wird. Soll ein Formling mit einer dünnen Aussenhaut aus Neumaterial und einer dünnen Sperrschicht hergestellt werden, wird das Neumaterial in der äussersten von drei Düsenkammern und das Sperrschichtmaterial in der innersten Düsenkammer gefördert, derart, dass das Sperrschichtmaterial gleichzeitig mit dem Füllmaterial aus der mittleren Düsenkammer eingespritzt werden kann. Bei der Herstellung von For lin- gen aus einem einzigen Trägermaterial und mit einer dünnen Sperrschicht wird ein erster Anteil des Trägermaterials in einem ersten Schritt durch die äussere von zwei Düsenkammern in die Formkavität gespritzt und werden in einem zweiten Schritt das Trägermaterial und das Sperrmaterial gleichzeitig, d.h. in Form von ineinander liegenden Schläuchen, in die Formkavität gespritzt. Die Nadel 37 wird dabei in Positionen gebracht, wie sie im folgenden anhand der Figuren 2a bis 2d näher erläutert werden sollen.

Die Figuren 2a bis 2d zeigen partielle Ausschnitte der Heisskanaldüse 34 mit dem dazugehörigen Nadelverschluss 36. Für das Einbringen der in der inneren Düsenkammer 3 geförderten Originalkomponente A wird, wie in Figur 2a gezeigt, die Nadel 37 soweit zurückgezogen, dass diese innere Düsenkammer 3 freigegeben ist. Durch das Unterbrechen der Förde- rung der Komponente B und das Fördern der Komponente A kann die erforderliche Menge des Originalmaterials A in die Formkavität eingebracht werden. Da dieses Originalmaterial A im Innern der Heisskanaldüse 34 eine geringere Viskosität aufweist als das Füllmaterial B in der äusseren Düsenkammer 5, genügt es, nur einen geringen Anteil an Originalmaterial A in die Formkavität einzubringen. Diese Nadelposition I kann dadurch erreicht werden, dass der Druck in den Druckleitungen 44 und 43, oberhalb des zweiten Kolbens 39 resp. zwischen dem ersten Kolben 38 und dem zweiten Kolben 39 auf bspw. 0 bar reduziert wird, während der Druck in der Druckleitung 41 unterhalb des ersten Kolbens 38 auf bspw. 6 bar aufgebaut wird. Mit Hilfe dieser Druckverteilung befinden sich beide Kolben in ihrer höchstmöglichen Position und kann dadurch die Nadel 37 die innere Düsenkammer 3 freige- ben.

In einem aus Figur 2b ersichtlichen zweiten Zyklusschritt wird die Nadel 37 in eine Position II gebracht, bei welcher die innere Düsenkammer 3 geschlossen wird, jedoch die äussere Düsenkammer 5 geöffnet bleibt. Dies wird dadurch erreicht, dass der Druck von bspw. 6 bar in der Druckleitung 41 beibehalten wird und der Druck in der Druckleitung 44 oberhalb des zweiten Kolbens 39 auf etwas mehr, bspw. 10 bar erhöht wird. Bei dieser Position wird die Komponente B (Füllmaterial) durch die äussere Düsenkammer 5 in die

Formkavität gefördert. Dieses Material weist eine höhere Viskosität auf, als dasjenige aus der inneren Düsenkammer 3 und verdrängt deshalb die vorgängig eingespritzte Komponente A in einem dünnen Film an die Aussenflachen der Formkavität, ohne diesen Film zu zerreissen. Dieser Unterschied in der Viskosität erlaubt es, Vorformlinge mit einer dünnen Aussenhaut herzustellen. In einem dritten Zykluschritt wird die gefüllte Formkavität für eine Zeit, d.h. während der sogenannten Haltephase mit dem Füllmaterial B weiterhin unter Druck gehalten, um den durch Schrumpfungsprozesse auftretenden Volumenverluεt des Materials zu kompensieren.

Figur 2c zeigt die Heisskanaldüse 34 und deren Nadelverschluss 36 in eine Position III, bei welcher sowohl die innere Düsenkammer 3 als auch die äussere Düsenkammer 5 verschlossen sind. Dies wird dadurch erreicht, dass der Druck in der Druckkleitung 41 unterhalb des ersten Kolbens 38 auf bspw. 0 bar reduziert wird und gleichzeitig der Druck in der Druckleitung 43 zwischen den beiden Kolben auf bspw. 6 bar erhöht wird, während der Druck in der Druckleitung 44 oberhalb des zweiten Kolbens 39 auf bspw. 10 bar beibehalten wird.

Konventionellerweise und mit nicht vertauschten Förderkanälen für die Komponenten A und B wird der Einspritzzyklus mit einer Nadelstellung gemass Figur 2b begonnen, um die Komponente A (Neumaterial) in die Formkavität einzubringen. Anschliessend wird die Verschlussnadel 37 in die Position I gebracht, um die Formkavität mit der Komponente B (Füllmaterial) aufzufüllen. Für die Haltephase wird die Nadel gemass Figur 2d wieder in die Positon II gebracht, um das durch die Abkühlung geschwundene Material mit der A-Komponente zu ergänzen und damit sicherzustellen, dass für den nächsten Spritzzyklus keine B-Komponente (Rezyklat) als Erstmaterial in die Kavität gelangt. Um den Spritzzyklus abzuschliessen wird die Nadel, wie in Figur 2c dargestellt, in Position III gebracht. Damit wird deutlich, dass mit dem vorliegenden Betriebsverfahren der Spritzzyklus durch das Nachfüllen des geschwundenen Füllmaterials mit derselben Komponente beendet wird, während konventionellerweise das geschwundene Materi- alvolumen mit derjenigen Komponente ersetzt wird, welche beim nächsten Spritzzyklus als erste Komponente eingespritzt werden soll. Mit dem vorliegenden Verfahren kann also vermehrt B-Komponente (Rezyklat) in die Formkavität eingebracht werden und zeigt sich überraschenderweise, dass wegen der niedrigeren Viskosität der im inneren Düsenkanal geführten A-Komponente und durch die Unterbrechung der B- Komponente-Förderung beim Beginn des nächsten Spritzzyklus nur A-Komponente in die Formkavität gelangt und damit die strengen Forderungen der Getränkeindustrie an blasgeformte Formlinge mit einer intakten Aussen- resp. Innenhaut erfüllt werden können.

Die in den Figuren 3 und 4 gezeigten Längsschnitte machen den Unterschied des erfindungsgemassen und des herkömm- liehen Verfahrens deutlich. Dabei zeigt Figur 3 einen

Längsschnitt durch einen in herkömmlicher Weise hergestellten Vorformling mit einem Gewindeteil 61 und einem Behälterteil 62, dessen Angusszapfen 63 im Bodenteil 64 liegt. Aus diesem Längsschnitt ist auch ersichtlich, dass sowohl die Innenhaut 65 als auch die Aussenhaut 66 (ausser beim Angusszapfen) an keiner Stelle vom Füllmaterial B durchbrochen ist. Als besonders kritische Stellen erweisen sich die Verformungen im Gewindeteil 61 des Vorformlings. Diese Figur macht darüberhinaus deutlich, wie sich das Auffüllen des während der Haltephase geschwundenen Füllmaterialvolumens mit Neumaterial A auswirkt. Insbesondere wird durch dieses zusätzlich im Bodenteil 64 eingebrachte Neumaterial der prozentuale Anteil an Rezyklat substantiell verringert.

Demgegenüber zeigt Figur 4 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäss hergestellten Vorformling. Dieser unterscheidet sich im wesentlichen durch den Aufbau des Boden- teils 64, welcher nur noch drei Schichten, nämlich eine Innenhaut, Füllmaterial und eine Aussenhaut aufweist. Darüberhinaus besteht ein wesentlicher Unterschied in der Stärke der einzelnen Schichten. Konventionelle Preforms mit einem Gewicht von 48.0 g und einer Gesamtwandungsdicke von 4.37 mm, welche für 1.5 liter Flaschen geeignet sind, weisen eine Aussenhaut mit einer Stärke von 1.3 bis 1.5 mm auf. Daraus ergibt sich ein Volumenanteil für das innenliegende Füllmaterial B von 25 bis 33 Vol.-%. Beim erfindungs- gemäεs hergestellten Vorformling gemass Figur 4 mit demselben Gewicht von 48.0 g, weist das Aussenmaterial 65, 66 eine Stärke von 1.2 bis 0.6 mm auf und läsεt sich der prozentuale Anteil des Füllmaterials durch das besondere Herstellungsverfahren auf 37 bis 63 Vol.-% erhöhen.

Durch die Vertauschung der Zufuhrkanäle können auch Vorformlinge mit einer Sperrschicht (bspw. aus Nylon, EVH oder ähnlichem) hergestellt werden, welche eine verbesserte Sperrwirkung gegen Sauerstoff aufweisen. Dies soll anhand der Figuren 2a bis 2c näher erläutert werden. Erfindungsgemäss kann bei der Herstellung von Vorformlingen mit Sperrschicht die Nadel 37 in einem ersten Zyklusschritt in die Position II gebracht (Figur 2b) , um die Kavität mit dem für die Hautschicht verwendeten Material zu füllen. In einem zweiten Zyklusschritt wird die Verschlussnadel 37 in eine Position I gebracht (Figur 2a) , und wird das durch die innere Düsenkammer 3 geförderte Sperrmaterial (bspw. Nylon) gemeinsam mit der durch die äussere Düsenkammer 5 geführten Komponente in die Formkavität gespritzt. Dadurch kommt das Sperrmaterial in den inneren Wandungsbereich des Vorform- lings zu liegen und ermöglicht den Formling mit einer äusserst dünnen Sperrschicht von ca. 5 Vol.-% oder weniger zu versehen.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Sperrmaterial durch die innerste Düsenkammer geleitet und sieht das Verfahren vor, in einem ersten Zyklusschritt die Nadel 37 in eine Position I zu bringen, bei welcher sowohl die innere als auch die äussere Düsenkammer geöffnet sind, wobei aber nur das durch die äussere Düsenkammer 5 geleite- te Material in die Formkavität gefördert wird, während die Förderung des durch die innere Düsenkammer 3 geleiteten Materials gestoppt ist. Für den zweiten Zyklusschritt verbleibt die Nadel 37 in dieser Position I und wird gleichzeitig Material durch die äussere Düsenkammer 5 und Sperrschichtmaterial durch die innere Düsenkammer 3 gefördert, so dass der Anteil des Sperrmaterials ca. 5% oder weniger des gesamten eingespritzten Materials ausmacht. Zur Ergänzung des Materialschwundes während der Haltephase bleibt die Verschlussnadel in der Position I und wird die Förderung der durch die innere Düsenkammer 3 geförderten

Sperrmaterials eingestellt. Nach erfolgter Füllung wird die Nadel in Position III gebracht (Figur 2c) , um die innere und äussere Düsenkammer zu verschliessen. Die derart erzeugten Vorformlinge weisen eine dünne Sperrschicht auf, welche im zentralen Wandungsbereich des Vorformlings liegt.

Die Vorteile des erfindungsgemassen Verfahrens und der mit diesem Verfahren erzeugten Vorformlinge sind für den Fachmann unmittelbar ersichtlich. Insbesondere werden beim konventionellen Verfahren pro Spritzzyklus vier aufeinanderfolgende Nadelpositionen benötigt, während mit dem erfindungsgemassen Betriebsverfahren lediglich zwei oder drei Nadelpositonen erforderlich sind. Dies vereinfacht die Steuerung des Nadelverschlusses. Darüberhinaus wird die geschwundene B-Komponente erfindungsgemäss mit demselben

Material ersetzt und kann damit der prozentuale Anteil dieser Komponente (Rezyklat) erhöht werden, resp. der prozentuale Anteil der im innersten Düsenkanal geführten Komponente verringert werden. Für die Ausführung des erfin- dungsgemässen Verfahrens brauchen keine neuen und kostspieligen Maschinen oder Werkzeuge angeschafft zu werden. Weiterentwicklungen, insbesondere zur Beeinflussung der Viskosität der einzelnen Komponenten und zur Steuerung des Spritzzyklus, liegen im Bereich des fachmännischen Könnens. Es versteht sich, dass mit diesem Verfahren nicht nur PET- Material bearbeitet werden kann, sondern alle in der Spritzgiesstechnik eingesetzten Kunststoffe, insbesondere also auch Nylon.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Betrieb eines Mehrkomponenten-Spritz- giess-Formwerkzeugs zur Herstellung mehrschichtiger Formlinge, welches Mehrkomponenten-Spritzgiess-Form- werkzeug eine Heisskanaldüse mit einem Nadelverschluss (36) zum Freigeben resp. Absperren einer inneren Düsenkammer (3) und mindestens einer äusseren Düsenkammer (5) des Düsenkörpers (34) aufweist, und der Nadelver- schluss (36) dazu eine bewegbare Nadel (37) und, in einem Zylinderraum bewegbar angeordnet, mindestens einen ersten Kolben (38) und einen zweiten Kolben (39) aufweist, welche Kolben (38, 39) durch ein Druckmedium selektiv verschoben werden können, derart, dass die mit diesen Kolben (38, 39) gekoppelte Nadel (37) in entsprechende Freigabe- resp. Absperrpositionen (I, II, III, IV) gebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bildung einer dünnen Schicht, insbesondere einer Haut- oder Sperrschicht (Komponente A oder C) einzuspritzende Kunststoffmasse (Neu- oder Sperrmaterial) durch die innerste Düsenkammer (3) geleitet wird, und die als Füllkomponente einzuspritzende Kunststoff- masse (Rezyklat B oder Neumaterial A) durch die mindestens eine äussere Düsenkammer (5) geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Zyklus-Schritt die Verschlussnadel (37) in eine Position (I) gebracht wird, bei welcher die innerste Düsenkammer (3) mit der A- oder C-Komponente und die mindestens eine äussere Düsenkammer (5) mit der B- oder A-Komponente geöffnet sind, wobei bei diesem ersten Zyklus-Schritt lediglich die A- oder C-Komponente durch die innerste Düsenkammer (3) gefördert wird und die Förderung der anderen Komponenten durch die mindestens eine äussere Düsenkammer (5) gestoppt ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines dreischichtigen Vorformlings mit einem B-Komponenten-Anteil (Rezyklat) von mehr als 35%, in einem zweiten Zyklus- Schritt die B-Komponente durch die mindestens eine äussere Düsenkammer (5) gefördert wird und in einem dritten Zyklus-Schritt das beim Abkühlen geschwundene Material durch die B-Komponente ergänzt wird, und zum Abschliessen des Spritzzyklus die Verschlussnadel (37) in eine Position III gebracht wird, bei welcher sowohl die innerste Düsenkammer (3) als auch die mindestens eine äussere Düsenkammer (5) verschlossen sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass während diesem zweiten Zyklus-Schritt die Verschlussnadel (37) in eine Position II gebracht wird, bei welcher die innerste Düsenkammer (3) gesperrt ist und die mindestens eine äussere Düsenkammer (5) geöffnet ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines drei- oder fünfschichtigen Vorformlings mit einer Sperrschicht aus C-Material, in einem zweiten Zyklus-Schritt sowohl die C-Komponente durch die innerste Düsenkammer (3) als auch die B-Komponente durch die mindestens eine äussere

Düsenkammer (5) gefördert wird, insbesondere mit einem C-Komponenten-Anteil von ca. 5% oder weniger des Ge- samtvolumes, und dass, während diesem dritten Zyklus- Schritt die Förderung der C-Komponente unterbrochen wird derart, dass nur Material der B-Komponente aus der äusseren Düsenkammer (5) in die Formkavität gefördert wird, und in einem vierten Zyklus-Schritt das beim Abkühlen geschwundene Material durch diese B-Komponente ersetzt wird, und zum Abschliessen des Spritzzyklus die Verschlussnadel (37) in eine Position III gebracht wird, bei welcher sowohl die innerste Düsenkammer (3) als auch die mindestens eine äussere Düsenkammer (5) verschlossen sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass während des zweiten und dritten Zyklus-Schrittes die

Verschlussnadel (37) in der Position I belassen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines fünfschich- tigen Vorformlings mit einer Aussen- (66) und Innenhaut (65) aus A-Material, einer Sperrschicht aus C-Material, insbesondere Nylon, und einem Füllmaterial B, insbesondere einem Rezyklat, in einem ersten Zyklus-Schritt die Verschlussnadel (37) in eine Position I gebracht wird, bei welcher die innerste Düsenkammer (3) mit der C-

Komponente und sowohl die äussere Düsenkammer mit der A-Komponente als auch die dazwischenliegende Düsenkammer mit der B-Komponente (Rezyklat) geöffnet sind, wobei bei diesem ersten Zyklus-Schritt die Förderung der B- und C-Komponenten gestoppt ist und lediglich die A-Komponente durch die äussere Düsenkammer gefördert wird, dass in einem zweiten Zyklus-Schritt die Förderung der A-Komponente gestoppt wird und die B- und C- Komponenten gleichzeitig, d.h. schlauchförmig, geför- dert werden und in einem dritten Zyklus-Schritt die

Förderung der C-Komponente gestoppt wird und die beim Abkühlen geschwundene Kunststoffmasse durch die B-Komponente ergänzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass während des zweiten Zyklus-Schrittes ein C-Komponenten- Anteil von ca. 5 Vol.-% und ein B-Komponenten-Anteil von mehr als 30% des Gesamtvolumens gefördert wird.

9. Vorformling, hergestellt nach dem Verfahren gemass

Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser einen B-Komponenten-Anteil (Rezyklat) von mehr als 35 Vol.-% aufweist.

10. Vorformling, hergestellt nach dem Verfahren gemass Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der C- Komponente bestehende Sperrschicht im zentralen Wandungsbereich des Vorformlings liegt.

11. Vorformling, hergestellt nach dem Verfahren gemass Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine

Sperrschicht aus C-Material von weniger als ca. 5 Vol.- % aufweist und einen Anteil an B-Material (Rezyklat) von mehr als 35 Vol.-% aufweist.

12. Vorformling, hergestellt nach dem Verfahren gemäεs

Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die A-Komponente und die B-Komponente aus demselben Material bestehen.