DE2226661C3

DE2226661C3 - Verfahren zum Aufwärmen eines schlauchförmigen zylindrischen Vorformlings aus thermoplastischem Kunststoff

Info

Publication number: DE2226661C3
Application number: DE2226661A
Authority: DE
Inventors: Charles Lew Bartlesville Okla. Seefluth (V.St.A.)
Original assignee: Phillips Petroleum Co
Current assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1971-06-01
Filing date: 1972-05-31
Publication date: 1979-11-08
Also published as: CA971325A; GB1391329A; DE2226661B2; FR2140170B1; US3775524A; FR2140170A1; JPS5245342B1; DE2226661A1; AU4071072A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 erläutert ist.

Derartige Verfahren zum Herstellen von biaxial orientierten Hohlkörpern sind bekannt (US-PS'en 32 88 317 und 33 90 426). Bei eier Anwendung dieser bekannten Verfahren auf die Herstellung von unregelmäßig ausgestalteten Hohlkörpern mit ovalförmigem Querschnitt ergeben sich jedoch Schwierigkeiten dadurch, daß die wesentliche Dehnung in den zuletzt mit der Formfläche in Berührung gekommenen Teilen des Vorformlings erfolgt und dadurch deren Wandstärke beim fertigen Hohlkörper wesentlich dünner als bei den zuerst mit der Formfläche in Berührung kommenden Abschnitten ist.

Bei der Herstellung von Hohlkörpern durch Blasen eines thermoplastischen Kunststoffes bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes, bei dem keine Orientierung der Moleküle auftritt, ist es bekannt (DE-PS 9 03 628, CH-PS 4 86 302, DE-OS 18 16 489), Abschnitte des Vorformlings, bei denen durch geringere Dehnung eine geringere Verminderung der Wandstärke zu erwarten ist, stärker zu erwärmen als die stark gedehnten Abschnitte des Vorformlings, z. B. den Halsbereich einer Flasche stärker zu erwärmen als den bauchigen Bereich der Flasche. Durch dieses bekannte Verfahren wird erreicht, daß in den stärker erwärmten Teilen eine stärkere Verformung als in den übrigen Bereichen erfolgt, und dadurch die Wandstärke in den stärker erwärmten Abschnitten geringer ausgebildet wird.

Diese bekannten Verfahren arbeiten alle bei Temperaturen des Kunststoffs wesenjlich oberhafb des Schmelzpunktes, und der Kunststoff ist dadurch wesentlich leichter verformbar als bei der Hersiellung von biaxial orientierten Hohlkörpern. Der hier angewendete Bereich der molekularen Orienlierungstemperatur liegt unterhalb der Temperatur des kristallinen Schmelzpunktes. Aus diesem Grund herrschen unterschiedliche Arbeitsbedingungen und es lassen sich bei der Anwendung von Verformungstemperaturen oberhalb des Schmelzpunktes bekannte Maßnahmen nicht ohne weiteres auf die Herstellung von biaxial orientierten Hohlkörpern bei molekularen Orientierungstemperaturen anwenden. Auch beeinflussen diese bekannten

Ό Verfahren alle die Wandstärkeausbildung in Längsrichtung des Gegenstandes, d. h. sie betreffen im wesentlichen Hohlkörper mit kreisförmigem Querschnitt

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, die bekannten Verfahren der eingangs erwähnten Art

•⁵ zur Herstellung von biaxial orientierten Hohlkörpern so weiterzubilden, daß deren Arbeitsprinzip auch für die Herstellung von biaxial orientierten unregelmäßig ausgestalteten Hohlkörpern mit ovalförmigem Querschnitt geeignet ist

Gemäß der Erfindung wird dies durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale erreicht.

Es ist zwar bekannt (DE-GM 19 57 051), Hohlkörper mit sehr dünnen Wänden und einem langgestreckten Querschnitt aus einem von einem Extruder ausgespritzten extrem dünnwandigen Schlauch in einer Blasform durch Aufblasen eines abgetrennten Schlauchstückes bei Strangpresstemperatur herzustellen, wobei bei der Herstellung von sackförmigen Hohlkörpern als Einlage

μ für Papiersäcke die zuletzt gedehnten Ecken der Schlauchwandung entsprechend vorgekühlt werden, um eine zu starke Verminderung der Wandstärke zu vermeiden. Auch bei dieser bekannten Anordnung handelt es sich jedoch um die Herstellung aus thermoplastischen Kunststoffen bei Spritztemperaturen, d. h. bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt, wobei auch die zuletzt gedehnten Bereiche des Vorformlings nur bis oberhalb der Schmelztemperatur abgekühlt werden. Die Erfindung dagegen betrifft die unterschiedliche Aufwärmung von Vorformlingen auf eine molekulare Orientierungstemperatur, wobei gegenüber dem Blasen von thermoplastischen Kunststoffen bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes wesentlich andere Temperaturgefälle in der Wandfläehe des Vorformlings angewendet werden müssen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, daß beim Aufblasen des Vorformlings zuerst die in Richtung der kleinen Halbachse des ovalförmigen Querschnittes liegenden Bereiche bis zur Anlage an die Formfläche auf etwa ihre endgültige Wandstärke gedehnt werden, sich bei Anlage an der Formfläche abkühlen und dann fortschreitend die Dehnung auf die endgültige Wandstärke und Abkühlung an der Formfläche bis in den Bereich der großen Halbachse fortgesetzt wird. Dadurch wird im Querschnitt eine etwa gleichmäßige Wandstärke des Hohlkörpers sichergestellt.

Eine vorzugsweise Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch gekennzeichnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf beliebige biaxial orientierte, blasgeformte Gegenstände unregelmäßiger Gestalt anwendbar, bei denen wenigstens ein Teil eine große Halbachse aufweist, die wenigstens l,5mal so groß wie die kleine Halbachse ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet für '' Gegenstände, die ein Verhältnis der großen zur kleinen Halbachse aufweisen, das über 2:1, vorzugsweise zwischen 2,4 : 1 bis 5:1 liegt. Beispiele für solche Gegenstände sind oval geformte Flaschen oder andere

Behälter, Spielzeug, Lampenschirme und ähnliches. Zur Vereinfachung werden diese Gegenstände allgemein als oval geformt bezeichnet, obwohl darunter zu verstehen ist, daß wenigstens ein Teil des Gegenstandes ein wie oben definiertes Verhältnis der großen zur kleinen Halbachse aufweist, und daß z. B. auch rechteckige Hohlkörper, z. B. Flaschen, eingeschlossen sind, die eine herkömmliche runde Gestalt im oberen Teil mit einem ovalen Abschnitt am unteren Teil aufweisen. Die Bezeichnung »oval geformte Gegenstände« umfaßt auch Gegenstände, die in keiner Richtung symmetrisch sind, d h. Gegenstände, die an einer Seite eine Ausbuchtung aufweisen, wobei in diesem Fall drei Seiten des Vorformlings auf die höhere Temperatur erwärmt würden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Herstellung dieser Gegenstände aus beliebigem orientierbarem Kunststoffmaterial anwendbar. Beispiele für Polymere, aus denen die Vorformlinge hergestellt werden können, sind orientierbare, kristalline Polymere aus wenigstens einem Mono-l-olefin mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen pro Molekül und orientierbare amorphe Materialien, wie Polyvinylchlorid, Polystyrol, Butadienpolymere und Styrol-Acrylnitril-Mischpolymere. Bevorzugte Polymere sind Polymere und Mischpolymere aus Äthylen, Propylen und Buten, insbesondere Polypropylen. Diese Polymere können in die schlauchförmig»! zylindrischen Vorformlinge durch Extrusion oder durch Spritzgießoder andere herkömmliche Techniken geformt werden, und werden danach auf Umgebungstemperatur abgekühlt.

Im Falle von kristallinen Polymeren liegt die Orientierungstemperatur, auf die sie wieder erwärmt werden, im allgemeinen im Bereich von 0,6 bis 28°C, vorzugsweise von 6 bis 17° C unter dem kristallinen Schmelzpunkt. Amorphe Polymere weisen eine Orientierungstemperatur auf, die im allgemeinen 22 bis 125°, vorzugsweise 56 bis 97° C, unter dem homogenen Schmelzpunkt liegt. Damit würde Polypropylen z. B. auf eine Temperatur im Bereich von 154°C bis 166°C erwärmt.

Der Vorformling wird im ganzen auf die Orientierungstemperatur erwärmt, und der Teil, der zur kleinen Halbachse des resultierenden Hohlkörpers gehört, wird auf eine Temperatur erwärmt, die 0,14°C bis 6°C, vorzugsweise 0,3°C bis 3°C, insbesondere 0,3⁰C bis 1°C über der Temperatur des Restes des Vorformlings, jedoch immer noch im Orientierungsbereich liegt. Natürlich kann durch die Wand des Vorformlings ein Temperaturgradient bestehen, und sämtliche Temperaturangaben entsprechen mittleren Temperaturen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 schematisch eine Anlage zur Fertigung von Hohlkörpern unter Anwendung des Verfahrens,

F i g. 2 eine Draufsicht auf einen Erwärmungsofen für die Durchführung des Verfahrens,

Fig.3 eine Seitenansicht eines Teiles der iim Ofen gemäß F i g. 2 verwendeten Transporteinrichtung, und

F i g. 4 einen Querschnitt durch eine Blasform mit ovaler Querschnktsausbildung des Formhohlraumes.

F i g. 1 zeigt eine Extrusionsvorrichtung 10 zum Bilden eines rohrförmigen Stranges IZ der durch eine Vakuumkalibrier- und Abschreckkammer 14 und dann zu einem Schneidmechanismus 17 gelangt, wo er in einzelne Vorformlinge 16 geteilt wird. Die wenigstens teilweise abgekühlten Vorformlinge 18 werden in einem Heißluftofen 20 auf Orientierungstemperatur erwärmt, wobei ausgewählte Oberflächenabschnitte auf eine höhere Temperatur erwärmt werden. Die so erwärmten Vorformlinge 18 werden an ihrem ersten Ende durch einen Übertragungsmechanismus 22 ergriffen und in eine gewindebildende Preßbackenvorrichtung 24 in dem Formhohlraum eingebracht, der durch die Formhälften 26 und 28 gebildet ist.

F i g. 2 zeigt eine Draufsicht auf den Heißluftofen 20, der eine Förderkette 30 zum Transport der Vorformlinge von einer Ladestation 32 durch den Heißluftofen 20 zu einer Entladestation 34 aufweist Die Vorformlinge 18 wandern aus dem Heißluftofen längs eines Weges, der nach innen zu von den Außenwänden in Abstand liegt, so daß deren Kühleffekt so gering wie möglich gehalten wird. Sirahlungsheizvorrichtungen mit Heizelementen 36 und 38 sind zum Erwärmen gegenüberliegender Seitenwandflächen des Vorformlings 18 auf seinem Weg durch den Heißluftofen 20 vorgesehen. Wände 40 und 42 schirmen die Vorformlinge 18 auf den vorhergehenden Wegabschnitten ab, so daß jede Seite dieselbe Wärmemenge erhält. Wenn es wünschenswert sein sollte, daß eine Seite des Vorformlings 18 mehr als die andere erwärmt wird, kann die Wand 40 oder 42 entfernt werden. Wechselweise können mehrere Heizelemente 36,38 auf einer Seite vorgesehen sein, oder die Wärmeabgabe der Heizelemente 36, 38 kann variiert werden, oder es kann der Abstand zwischen dem Heizelement 36 bzw. 38 und dem Vorformling 18 geändert werden, oder eine Kombination dieser Maßnahmen benutzt werden.

Fig.3 zeigt eine Seitenansicht eines Teiles der Förderkette 30, die die Vorformlinge 18 am Heizelement 38 entlangführt. Die Vorformlinge 18 werden auf einer Haltevorrichtung 44, die aufrechtstehende Stifte 46 aufweist, drehfest gehalten. Wie aus F i g. 3 zu entnehmen ist, enthalten die Strahlungsvorrichtungen einen zweiten Teil 38a, durch welchen dem Vorformling 18 ein vertikaler Wärmegradient und ein Gradient in Umfangsrichtung verliehen wird. Eine Steuervorrichtung 43 (Fig. 1) ermöglicht die Einzelsteuerung der Heizelemente 36 und 38.

F i g. 4 zeigt einen Vorformling 18, der, nachdem er im Heißluftofen 20 erwärmt ist, in den durch die beiden Formhälften 26 und 78 gebildeten Formhohlraum eingebracht ist. Der Abschnitt A der Seitenwände des Vorformlings 18, der während des Laufes durch den Heißluftofen 20 nahe dem Heizelement 38 gelegen war, ist so angeordnet, daß er der Wand 48 der Formhälfte 28 entspricht, die sich an der kleinen Halbachse des Formhohlraumes befindet. Ähnlich ist der Abschnitt B des Vorformlings 18 nahe am Heizelement 36 entlang gelaufen und ist nahe der Wand 50 der Formhälfte 26 an der kleinen Halbachse des Formhohlraumes angeordnet. Damit neigen beim Anlegen eines Fluidinnendrukkes über die Leitung 52 (F i g. 1) die Abschnitte A und B, die wärmer sind, dazu, sich zuerst zu dehnen. Die anderen Seitenwandabschnitte des Vorformlings 18. die kälter sind, neigen zu einer geringeren Dehnung. Wenn sich der Vorformling 18 so ausdehnt, berühren die Abschnitte A und B zuerst die Form wände.

Beispiel

Propylen-Homopolymer mit einer Dichte von 0,905 (ASTM D1505-63T) und einem Schmelzfluß von 2 (ASTM D 1238-62T), Bedingung L, und einem kristallinen Schmelzpunkt von etwa 171°C wurde zu einem Rohr extrudiert, das einen Außendurchmesser von

38 mm und eine Wandstärke von 4,45 mm aufweist. Das Rohr wurde in einer Vakuumkalibrier- und Abschreckkammer auf Zimmertemperatur abgekühlt und in Stücke mit einer Länge von 15 cm geschnitten. Diese 15 cm langen schlauchförmigen zylindrischen Vorformlinge 18 wurden in eine Heizkammer, wie sie in Fig. 2 und 3 als Heißluftofen 20 gezeigt ist, eingebracht und auf eine Temperatur von etwa 166°C erwärmt. 150 Watt Strahlungsheizelemente sind (wie in Fig. 2 und 3 als Heizelemente 36 und 38 gezeigt) angeordnet, um die gegenüberliegenden Seiten der Vorformlinge 18 auf eine mittlere Temperatur zu erwärmen, die etwa 0,6⁰C höher liegt als die des Restes des Vorformlings 18. Diese Vorformlinge 18 werden dann in eine Blasform eingebracht und durch einen Fluidinnendruck zu einer Flasche aufgeblasen, die einen im allgemeinen runden oberen Halsteil und einen ovalen bis rechteckigen unteren Körperteil mit einem Querschnitt, wie in F i g. 4 gezeigt, aufweist, der eine mittlere Breite längs der großen Halbachse des resultierenden Hohlkörpers von 10,8 cm und eine mittlere Breite längs der kleinen Halbachse des resultierenden Hohlkörpers von 4,45 cm aufweist. Dieser Hohlkörper wurde längs einer Ebene senkrecht zu der Längsachse an einem Punkt, an dem der etwa ovale bis rechteckige Abschnitt des Hohlkörpers die größten Abmessungen aufweist, geschnitten. Die Wände gegenüber der großen Halbachse der Flasche besaßen eine Dicke von 0,41 bzw. 0,74 mm. Die Wände gegenüber der kleinen Halbachse besaßen eine Dicke von 1,2 bzw. 1,17 mm.

Zum Vergleich wurde ein identischer Vorformling 18 in demselben Heißluftofen 20 auf dieselbe Temperatur erwärmt, wobei jedoch der gesamte Umfang des Vorformlings 18 auf die gleiche Temperatur erwärmt wurde. Der Vorformling 18 wurde auf dieselbe W ;ise in

to der gleichen Blasform aufgeblasen und auf die gk ic te Weise, wie bei dem oben beschriebenen Beispiel, w urde der resultierende Hohlkörper geschnitlen. Die Dicke des Wandteiles gegenüber der großen Halbachse betrug 0,23 bzw. 0,25 mm, die Dicke gegenüber der kleinen Halbachse betrug 1,50 bzw. 1,60 mm. Damit wurde die Dicke der Wände des Hohlkörpers an den am stärksten gedehnten Abschnitten der Seitenwand annähernd verdoppelt, wenn das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird, während die Dicke der wenig gedehnten Abschnitte der Seitenwände, die bei der Vergleichsflasche zu übermäßigen Werten neigte. verringert wurde. Das Verhältnis der mittleren Dicke der Wände gegenüber der kleinen Halbachse zur Dicke der Wände gegenüber der großen Halbachse wurde durch das erfindungsgemäße Verfahren von 6,4 : 1 auf 2,1 :1 verringert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufwärmen eines schlauchförmigen zylindrischen Vorformlings aus thermoplastischem Kunststoff, Einbringen desselben in eine Blasform und Blasen desselben zum biaxial orientierten unregelmäßig ausgestalteten Hohlkörper mit ovalförmigem Querschnitt, dessen Verhältnis von großer Halbachse zu kleiner Halbachse wenigstens 1,25 :1 beträgt, bei molekularer Orientierungstemperatur mit ungleichmäßiger Temperaturverteilung über dem Vorformling, dadurch gekennzeichnet, daß die den Enden der kleinen Halbachse der Blasform benachbart liegenden Seitenwände des Vorformlings im Bereich der molekularen Orientierungstemperatur auf eine mittlere Temperatur von 0,14 bis 6°C über der ebenfalls im Bereich der molekularen Orientierungstemperatur liegenden Temperatur des Restteils des Vorformlings erwärmt werden, und daß beim Einbringen des so erwärmten Vorformlings in die Blasform in an sich bekannter Weise seine wärmeren Seitenwände auf die Formwände der kleinen Halbachse der Blasform ausgerichtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung der Seitenwände des Vorformlings auf eine mittlere Temperatur von 0,3 bis 3°C über die Temperatur des Restteils des Vorformlings erfolgt.