DE2140341A1

DE2140341A1 - Verfahren und Vorncntung zur Her stellung thermoplastischer Behalter

Info

Publication number: DE2140341A1
Application number: DE19712140341
Authority: DE
Inventors: Ralph Eugene Cleereman Kenneth Jeseph Midland Schrenk Walter John Bay City Mich Ayres (V St A)
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1970-08-11
Filing date: 1971-08-11
Publication date: 1972-02-17
Also published as: US3739052A; GB1362967A; FR2102179B1; SE379002B; DE2140341B2; JPS571415B1; CA932919A; BE771174A; FR2102179A1; DE2140341C3; NL166422B; AU3203271A; JPS5829202B2; NL166422C; JPS58166010A; AU457025B2; JPS574717A; NL7110986A; GB1362968A

Description

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

SAGA 8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22

<983921/22>

THE DOW GHEMICAL COMPAHY 929 East Hain Street, Midland, Michigan/V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung thermoplastischer

Behälter

Die Erfindung betrifft ein Schnellverfahren zur Hers teilung thermoplastischer Behälter, bei dem ein thermoplastisches Rohstück unter passenden Bedingungen zu einem vorgeformten Pressling geschmiedet wird, der eine bestimmte Umfangsform hat, und dann sofort zu einem Behälter heißverformt wird, wobei ein Behälter der gewünschten Fasson mit vorteilhaften Eigenschaften erzeugt wird, die bisher bei in schneller Heißverformung hergestellten Behältern nicht erreicht werden konnten.

Die Erfindung bedeutet einen Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik, da ein besonders schnelles Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Behälter geschaffen wird, das . ohne Abfall arbeitet und einen Behälter erzeugt, der nach Wunsch aus vielen Schichten bestehen und/oder orientiert sein kann. In dem Verfahren wird in Sekundenschnelle ein

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vorgeformter Pressling, im folgenden Vorformling genannt, mit einem fertigen Rand geschmiedet und unmittelbar danach zu dem Behälter heißverformt, während der verhältnismäßig heiße Mittelteil des Vorformlings sich noch auf Heißverformungstemperatur befindet,

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht folgende Schritte vor: Man geht von einem verhältnismäßig dünnen thermoplastischen Rohrstück aus. Dann wird eine Schmierung für die Oberflächen des Rohstückes vorgesehen, indem entweder unmittelbar das Rohrstück oder die Formen, in denen die Rohstücke geschmiedet werden, geschmiert werden. Eines dieser Rohstücke wird dann auf eine Temperatur erhitzt, die von knapp unterhalb des Erwichungspunktes bis etwa zum Schmelzpunkt des Kunststoffes reicht, und sofort in einer erhitzten Form zu dem gewünschten Vorformling geschmiedet, wobei der Mittelteil des Vorformlings auf seiner Verformungstempera tür gehalten wird, während die Randpartien rasch unter die Erweichungstemperatur des Kunststoffes abgekühlt werden. Der Vorformling kann dann in einen Behälter mit der gewünschten Form und Größe heißverformt und dann abgekühlt werden.

Durch das Schmieden des Vorformlings und/oder das Heißverformen zu dem Behälter gemäß diesem Verfahren entsteht eine Orientierung in dem Behälter. Einen höheren Grad von Orientierung erzielt man noch, wenn der Vorformling direkt aus orientierten Rohstücken geschmiedet wird, wobei das Schmieden unter dem Erweichungspunkt des Rohstückes begonnen wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein verhältnismäßig dünnes thermoplastisches Rohstück vorgesehen wird, indem man eine Kunststoffolie in viele polygonale Rohstücke solcher Größe und Gestalt unterteilt, daß der Abfall möglichst klein gehalten oder ganz vermieden wird.

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Diesbezüglich ist es "besonders vorteilhaft, die Folie in eine Reihe von rechteckigen oder quadratischen Rohstücken zu unterteilen. Diese Rohstücke können dann zu einer gewünschten Fasson geschmiedet werden, etwa in Kreisform mit praktisch keinem Abfall. .

Weiter wird gemäß der Erfindung dafür gesorgt, daß Rohstücke in einer Schiniedevorrichtung geschmiedet werden, die einen gekühlten Vorrichtungsteil zum Formen eines gebördelten Randes hat, wobei der aufgebrachte Schmiededruck ausreicht, um das Kunststoff-Rohstück gleichmäßig in den Formteil für den Rand fließen zu lassen mit einer gerade ausreichenden Verweilzeit, daß die Randpartie rasch unter den Erweichungspunkt des Kunststoffes abkühlt ₉ während der Mittelteil auf Verformungstemperatur gehalten wird_o

Weitere Vorteile des Verfahrens sind, daß Vorformlinge mit einer einzigen oder mit vielen Schichten leicht profiliert werden können, so daß eine gleichmäßigere Tiefe der Behälter erzielt wird, und di@ totg@formten Presslinge können vor

dem Heißverformen durch Prägung feedruokt werden«

Im Rahmen der Erfindung sind vielfältige thermoplastische Kunststoffe verwendbar. Jedoch ist die Erfindung besonders für eine mehrschichtige Folie aus nindestens swei "unterschiedlichen Kunststoffen anwendbar, wobei die Mehr schichtfolie aus zwei Schichten eines Polyvinylaroraats, etwa Styrol, Polyvinyltoluol oder deren gumraimodifizierten Mischungen, mit einem Kern aus Polyvinylidenchlorid besteht. Ein© weitere brauchbare Mehrschichtfolie besteht aus ^wei Schichten eines Polyolefins, etwa Polyäthylen oder Polypropylen, mit einem Kern aus Polyvinylidenchlorid.

Die Behälter, die mit diesem Verfahren unter Verwendung eines Rohstückes aus einer Mshrschichtfolie, das einen Kern

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enthält, gefertigt werden, sind "besonders vorteilhaft, da das Verfahren eine Masse liefert, in der die Sperrschicht im wesentlichen frei von Gasporen ist und keine Risse hat. Daher sind die Behälter ausgezeichnete Sperren für Gase und Gerüche und eignen sich hervorragend zur Verpackung von Lebensmitteln.

Die Erfindung ist auch mit einer einzigen Kunststoffschicht ausführbar, die beispielsweise ein Polyolefin sein kann, wie Polyäthylen und Polypropylen und Polyvinylaromate, wie Polystyrol und Polyvinylhalogene, wie Polyvinylchlorid.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen genauer beschrieben. Es zeigen:

]?ig. 1 eine schematisehe Schnittansicht einer Schmiedepresse mit geheizten Platten und einem gekühlten Aufsatz zur Formung des Randes gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine entsprechende Ansicht, jedoch in zu Fig. 1 vergrößertem Maßstab, um die Beziehung des Aufsatzes zum Formen des Randes zu den Platten der Presse und zu dem gerade zu formenden Rohstück im Detail gezeigt;

Fig. 5 eine der Fig. 2.entsprechende Ansicht, die die Beziehung der Seile zueinander zeigt, nachdem das Rohstück zu einem Vorformling geschmiedet ist;

Fig. 4 eine vergrößerte fragmentarische Schnittansicht des Aufsatzes zum Formen des Randes, die die Einzelheiten der Arretierung erkennen läßt;

Fig. 5 eine isometrische Ansicht in auseinandergezogener Darstellung, um die Einzelheiten des Aufsatzes in Beziehung zum Rohstück und zu den Platten der Presse zu zeigen;

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Fig. 6 eine entsprechende iso-metrische Ansicht, die die Beziehung der Teile zeigt, nachdem die Platten das Rohstück zu einem Vorformling gedruckt habeni

Fig. 7 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht, die jedoch nur die Vorrichtung zum Heißverformen des Vorformlings in einen Behälter zeigt.

In Fig. 1 ist 10 der bewegliche Preßstempel einer hydraulik sehen oder ähnlichen Presse 11. Der untere stationäre Preßtisch ist mit 12 bezeichnet. Der Preßstempel ist bei seiner f vertikalen Hin- und Herbewegung von Führungen 13 geführt, die in dem Preßtisch 12 fixiert sind. An dem Preßstempel 10 ist in der Mitte einer Heizspirale 18 eine obere Platte 14 befestigt. Die Heizspirale 18 ist mit Rühren 19 versehen, die ein Heizmittel führen, beispielsweise Dampf oder heißes Öl. Entsprechend ist auch am unteren stationären Preß tisch eine untere Platte I6 befestigt, die ebenfalls mittels einer Heizspirale 20 geheizt wird, die das Heizmittel führende Röhren 19 hat. An der Oberseite der unteren Platte 16 ist ein randformender Aufsatz 21 abnehmbar gehaltert. Der randformende Aufsatz 21 hat flexible Schläuche 24 und 26, die ein Kühlmittel zu- und ableiten. j

In den Fig. 2 und 3 sind die Einzelheiten des randformenden Aufsatzes 21 genauer gezeigt. Der randformende Aufsatz 21 weist einen oberen Ring 36 auf, der ein Profil 37 hat, welches an die Schrägflache 15 der oberen Platte 14 angepaßt ist. Ferner gehört zu dem Aufsatz ein unterer Ring 38, der ebenfalls ein Profil 39 hat, das auf die Schrägfläche 17 der unteren Platte 16 paßt. Der obere Ring i3t ausgekehlt und bildet einen in Urafangarichtung laufenden Kühlkanal 28, der durch einen Dichtring 29 verschlossen ist. Entsprechend i3t auch der untere Ring 38 ausgekehlt, um einen Kühlkanal 30 zu bilden, der von einem Dichtring 31 verschlossen wird. Der obere

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Hing 36 weist eine Stufe 61 auf, der untere Ring 38 hat eine Stufe 62 und eine Stirnfläche 63. Diese Stufen wirken als Klemme zusammen und erfassen den Rand 23 des Vorformlings fest genug, um der zurückziehenden Kraft des Polymerisats Widerstand zu leisten, so daß der Vorformling nicht aus dem Aufsatz 21 herausrutscht, wenn die Platte 14 geöffnet wird. Zugleich ergibt diese Festklemmung einen angeformten Randwulst ring um den Rand der Vorform.

Auf der Unterseite des oberen Ringes 36 sind mehrere Nuten 27 ausgeschnitten. Für die meisten Zwecke sind drei solche Nuten hinreichend. Jedoch können nach Wunsch mehr oder weniger Nuten vorgesehen werden. Die Nuten haben die Aufgabe, eine Arretierung vorzusehen, wenn der obere Ring 36 in den unteren Ring 38 hineingedrückt ist. Während der Absenkung des oberen Ringe 36 wird die Federrast 25 kurzzeitig gegen die Kraft einer Feder 4-9 (Fig. 4) zurückgesogen und dann vorgeschoben, so daß sie in die Nut 27 einrastet, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.

Die Federrast 25 ist mit einer Stellschraube 22 versehen, die den Druck an der federbelasteten Rastklinke 25 einzustellen gestattet.

Die Reihe von Schläuchen 24 und 26 dienen dazu, ein Kühlmittel, beispielsweise kaltes Wasser, zum oberen Ring 36 bzw. zum unteren Ring 38 zu leiten.

In den Fig. 5 und 6 sind praktisch die gleichen Details wie in Fig. 2 jedoch in auseinandergzeogener bzw. isometrischer Darstellung gezeigt, um die gegenseitige Lage der Teile deutlicher zu machen. Zur besseren Übersichtlichkeit sind die flexiblen Kühlschläuche in diesen Figuren nicht dargestellt. Selbstverständlich kann eine Vielzahl solcher Kühlschläuche vorgesehen sein, um den oberen undden unteren Ring auf einer gleichmäßigen Temperatur unter derjenigen der geheizten Platten zu halten.

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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:

Auf die Oberfläche eines Rohstückes 32 (das homogen sein kann, wie in Pig. 2 links, oder aus mehreren Schichten, z.B. 31a, 321a, 32c, wie in Pig. 2 recht, bestehen kann) oder auf die Platten des Aufsatzes 21 wird ein Schmiermittel aufgebracht; dann wird das Rohstück 32 in einem Luftofen oder einem sonstigen geeigneten Gerät auf eine Temperatur vorerhitzt, die zwischen knapp unterhalb des Erweichungspunktes und etwa dem Schmelzpunkt des Kunststoffs liegt, und danach auf den unteren Preßtisch 16 gelegt. Hier- ä auf wird der obere Preßstempel 10 unter Druck gesenkt, um das erhitzte Rohstück 32 in den Hohlraum zwischen den Platten 14 und 16 und in den angrenzenden, den Rand formenden Hohlraum 23 (siehe Pig. 3) hineinzudrücken, der zwischen dem oberen Ring 36 und dem unteren Ring 38 entlang dem Umfang gebildet ist.

Selbstverständlich sind die obere und die untere Platte 14 bzw. 16 vorher auf eine Schmiedetemperatur erhitzt worden, die über dem Erweichungspunkt des Kunststoffes lle°b. Die Temperatur der Platten und des Rohstückes kann die gleiche oder auch unterschiedlich sein; zweckmäßig ist es jedoch, die Platten auf eine etwas höhere Temperatur zu bringen als das t Rohstück. Es ist auch zweckmäßig, das Rohstück 32 in einem Luftofen oder einer ähnlichen Einrichtung vorzuerhitzen, bevor es in den Aufsatz 21 gelegt wird.

Die Platten können nach Wunsch mit einem nicht gezeigten Profil Versehen sein, so daß der geschmiedete Vorformling entsprechende Konturen erhält, damit die Verteilung des Kunststoffes in dem Vorformling eine gleichmäßigere Austiefung des Behälters erlaubt. Beispielsweise kann mehr Kunststoff in demjenigen Teil des Torformlings angeordnet werden, aus dem die untere Ecke des Behälters -geformt wird. Dies kann unabhängig davon, ob der Vorformling homogen oder mehrschichtig ist, unschwer erreicht werden.

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Die obere Platte 14 "bleibt in. ihrer abgesenkten Stellung, in der sie das Rohstück komprimiert, gerade so lange, bis die Randpartie des bei diesem Schmiedevorgang entstehenden Vorformlings 24 (homogen oder mehrschichtig^ siehe Fig. 3 links 34 bzw. rechts 34a, 34b, 34c) von dem gekühlten Aufsatz 21 und seinen zugeordneten Teilen rasch unter den Erweichungspunkt des Kunststoffes abgekühlt ist. Gleichzeitig bleibt der Mittelteil des Vorformlings aufgrund der höheren Temperatur der geheizten Platten 14 und 16 im erweichten Zustand.

Dann werden die Platten 14 und 16 von dem Aufsatz 21 zurückgezogen und der Aufsatz mit der darin liegenden Vorform 34 wird schnell in eine Formvorrichtung 40 gebracht, in der eine Heißverformung stattfindet, bei der der Vorformling in die Fasson eines Behälters 42 gebracht wird, der wieder homogen, wie in Fig. 7 links oder mehrschichtig, beispielsweise mit den Schichten 42a, 42b, 42c wie in Fig. 7 recht, sein kann und den in Fig. 7 deutlich erkennbaren Rand 23 aufweist. Darauf wird auf dem Aufsarz 21 ein Deckel 44 befestigt und durch eine Öffnung 46 wird Druckluft von oben in den Vorformling eingeleitet, um die Heißverformung zu unterstützen. An Saugöffnungen 45 und 48 kann ein Unterdruck angelegt werden, der zusammen mit dem Überdruck aus der öffnung 46 die Heißverformungsfunktion ausübt. Wenn eine besonders große Austief ung notwendig ist, kann auch noch ein Kolben zur Hilfe genommen werden. Ein hydraulischer Mechanismus 50 dient dazu, den Deckel 44 hochzuheben und zu senken, um die Höhlung zur Entnahme der Teile zu öffnen bzw. gegen den Klemmring zu schließen, um den Rand 23 während des Heißverformens festzuhalten. Der Vorformling wird umgeladen, während er noch heißverformbar ist, so daß er in der Formvorrichtung 40 durch Unterdruck geformt werden kann. Danach läßt man ihn abkühlen und anschließend sich erholen. Kühlkanäle 52 können verwendet werden, um das Festwerden des Behälters 42 in der Formvorrichtung 40 zu unterstützen.

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Die Aufbringung sines Schmiermittels auf die Röhstueke oder auf die Oberflächen der Platten oder auf beides ist in dem erfindungsgemäßen Verfahren notwendig, damit der Kunststoff mit Sicherheit gleichmäßig in die'Formhöhlung fließt und sich nicht wirft. Es hat sich herausgestellt, daß ohne Schmiermittel eine mehrschichtige Folie nicht gleichmäßig in die Formhöhlung fließt, daß vielmehr die innere Schicht oder der Kern größtenteils vor die Außenflächen des Schichtstoffes extrudiert wird, so daß eine teilweise oder vollständige Zerreißung der Mehrschichtfolie stattfindet. Anders ausgedrückt: Das Schmiermittel ermöglicht einen"Zapfenfluß" (plug flow), d. i. ein Fließen mit annähernd gleichförmigem Geschwindigkeitsprofil des Kunststoffquerschnittes in die Fasson des Vorformlings. Beispiele für verwendbare Schmiermittel sind Glyzerin, Fettsäureseifen, Parafinwachse, Silikone, thermoplastische Filme und Öle.

Der durch die Schmierung ermöglichte "Zapfenfluß" gestattet es, den Vorformling vor der Heißverformung zu dem Behälter mit einem Prägedruck zu versehen.

Da die im Rahmen der Erfindung brauchbaren thermoplastischen Kunststoffe sehr unterschiedlich sind, geben die hierin verwendeten Ausdrücke "Schmiedetemperatur", "Heißverformungs- " temperatur", "Erweichungspunkt" und "Schmelzpunkt" nur relative Werte an und können nicht spezifisch definiert werden, ohne die Beschaffenheit der in dem Verfahren angewandten Kunststoffe in Betracht zu ziehen. Schichtfolien aus zwei oder mehr Kunststoffen haben andere Schmiedetemperaturen, Erweichungspunkte und Schmelzpunkte als ihre einzelnen Bestandteile. Im allgemeinen hat man gefunden, daß die Erweichungstemperatur eines Schichtstoffes von der Erweichungstemperatur der Oberflächenschicht, die mit der Formoberfläche in Kontakt ist, vorherrschend bestimmt wird. Für einen gegebenen thermoplastischen Kunststoff kann die optimale Schmiedetemperatur nach der Lehre der Erfindung

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gemäß bewährten Veifahren festgelegt werden. Die beim Schmieden verwendeten Drucke variieren ziemlich je nach dem zu schmiedenden Kunststoff, der Temperatur, auf die der Kunststoff erhitzt wird, und den Abmessungen des Hohlraumes an dem Formrand.

Für eine erfolgreiche Ausübung der Erfindung sind bei Verwendung mehrschichtiger Rohstücke mindestens drei Bedingungen einzuhalten, bevor das Kunststoffrohstück geschmiedet wird:

1. Die Rohstücke müssen warm sein, d. h. sie müssen auf eine Temperatur vorerhitzt werden, die zwischen knapp unter dem Erweichungspunkt und etwa dem Schmelzpunkt des Rohstückes liegt und von dem speziellen Kunststoff in dem Rohstück abhängt;

2. Das Rohstück und/oder die Form (das sind die Plattenoberflächen) müssen geschmiert werden; und 3. die Formoberflächen müssen warm sein, d. h. sie müssen auf eine Temperatur über dem Erweichungpunkt des Kunststoffes des Rohstückes erhitzt sein.

Ein Beweis für die kritische Bedeutung der genannten Bedingungen ist die Beobachtung, daß, wenn die Formoberflächen kalt waren, d. h. Raumtemperatur hatten, und das mehrschichtige Rohstück auf eine Schmiedetemperatur erhitzt wurde, wobei keine Schmierung vorgesehen wurde, die mittlere Schicht oder die mittleren Schichten aus den mehrschichtigen Rohstücken herausgequetscht wurden. Selbst wenn unter den oben genannten Bedingungen Schmiermittel verwendet wurden, war noch eine beträchtliche Extrusion der mittleren Schicht oder der mittleren Schichten zu beobachten.

Wenn sowohl das Rohstück als auch die Form auf eine Schmiedetemperatur erhitzt wurden und keine Schmierung verwendet wurde, fand immer noch eine Extrusion der mittleren Schichten statt. Nur wenn alle drei oben genannten Bedingungen eingehalten wurden, erzielte man gleichmäßige Vorformlinge aus den mehrschichtigen Rohstücken.

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Wenn das Verfahren auf homogene Kunst st of frohstücke angewandt wurde, d. h. auf ein Rohstück, das aus einer einzigen Kunststoffschicht besteht, waren die oben genannten Bedingungen nicht so kritisch. Aber es ist zweckmäßig, sie doch einzuhalten, da dadurch das Verfahren viel rascher abläuft und der fertige Behälter nicht zurückfedert oder sich verwirft.

Die Erfindung wird weiter durch die folgenden Beispiele veranschaulicht:

Hochstoßfestes Polystyrok, das 5 ^ gummiartiges Styrol-Budadien enthielt, wurde unter Druck geformt oder zu Folien extrudiert, die etwa 2,5 mm dick waren. Einige dieser Folien wurden dann unter verschiedenen Temperaturen gereckt und biaxial orientiert, wie in Tabelle I angegeben. Aus diesen Folien wurden quadratische Rohstücke mit 5 bis 7,6 cm Seitenlänge geschnitten, die in etwa kreisförmige Vorformlinge geschmiedet und zu Behältern geformt wurden, die einen kreisförmigen horizontalen Querschnitt mit einem maximalen Durchmesser von 12,7 cm und eine" Tiefe von 3,8 cm hatten und deren Seitenwände in der oben angegebenen Weise nach außen schräg verliefen. Die Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengestellt. Bei allen Beispielen der Tabelle I betrug die Erweichungstemperatur etwa 96° C, die Schmelztemperatur (gewöhnlich kein genau definierter Punkt) lag im Bereich von 150° C bis 290° C und die Schmiedetemperatur (Temperatur der schmiedenden Platten) war etwa 130° C. Wie aus der Tabelle 1 zu entnehmen, lag in allen Fällen die Vorwärmtemperatur des Rohstüokes im Bereich zwischen knapp unter der Erweichungstemperatur und der Schmelztemperatur des für das Rohstück verwendeten Kunststoffes und die Schmiedetemperatur war mindestens so hoch wie die Erweichungstemperatur dieses Kunststoffes.

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TABELLE I

Beispiel
Hr,

	I	2
O
CD	(M
09	I
σ		3
?
ω
-ο
ο

Orientierung
d.Rohstückes

nicht orien
tiert

gereckt

Transparenz der Folie

undurchsichtig

gereckt

undurchsichtig

Doppelbrechung*

Folie

Behälter

Transparenz
der Schicht

χ ΙΟ""'⁵ undurchsichtig

Vorwärmtemper atür d. Rohstückes

115 - 127° C

1,2 χ 10"⁵M2 χ 10""³

2,2 χ 10~³

x 10"

durchsichtig;80 - 90 C

durchsichtig 80 - 90 C

* Index der Orientierung, "bestimmt aus den Interferenzbildern unter einem Polarisationsmikroskop mit monochromatischem Licht nach der Methode von E. P. G-urnee, siehe Journal of Applied Physics 25/1232-40 (1954)

In. ähnlichen praktischen Beispielen für die Erfindung hat sich herausgestellt, daß bei Verwendung eines Rohstiickes ohne Orientierung zur Formung des Behälters gemäß der Erfindung dieser Behälter immer undurchsichtig war, aber eine verbesserte Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Risse bei Beanspruchung hatte. Dies war eine Folge der Orientierung, die beim Schmieden des Rohstückes in einen Torformling und beim anschließenden Heißverforraen des Vorformlings in einen Behälter zustande kam. Wenn in dem Rohstück wenigstens eine Orientierung in bescheidenem Ausmaß vorhanden war, ergab sich gewöhnlich ein im wesentlichen durchsich- ä tiger Behälter und dieser Behälter hatte eine wesentlich verbesserte Bruch- und Rißfestigkeit. Die obere Grenze für das Ausmaß der Orientierung ist durch die mechanischen Eigenschaften des den Rand formenden Aufsatzes bestimmt. Bei jedem randformenden Aufsatz gibt es z_e B» einen Punkt, an dem die in einem orientierten Rohstück auftretenden Zugkräfte größer sind als die Fähigkeit des Aufsatzes_s den Rand des entstehenden orientierten Vorformlings festzuhalten, wenn versucht wird, das Rohstück in den Vorformling zu drücken. Dies beruht vermutlich auf der Tatsache, daß in dem Rohstück Wärme entwickelt wird, wenn es gedrückt wird, und dazu noch Wärme von der Form übertragen wird, die dann die Ursache dafür ist, daß das Rohstück schrumpft und sich in seine Ursprung- " liehe unorientierte Größe und Gestalt zurückverwandeln will, was man unter "Gedächtnis" bezeichnet« In Fällen, wo manche Polymere unter hohem Zug stehen^ kann die Temperatur für die Wärmeverformung der Polymere etwas herabgesetztverden_e

Aus den Daten der Tabelle I geht hervor, daß das erfindungsgemäße Verfahren einen Behälter mit einer größeren Orientierung erzeugt, als das Rohstück hatte, aus dem der Behälter geformt wurde. Dies hat den zusätzlichen Vorteil^ daß, wenn das Rohstück aufgrund kleiner vorhandener Mengen an Stoßfestigkeitsverbesserern, etwa verschiedenen Gummi, un-

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durchsichtig ist, der Behälter gewöhnlich durchsichtig wird.

In Tabelle II ist eine Zusammenstellung der physikalischen Eigenschaften in einer Reihe von Versuchen mit Folien, Vorformlingen und Behältern gegeben, ausgehend von Folien mit unterschiedlichen Graden von Orientierung, wobei die Behälter nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Die Ergebnisse zeigen deutlich eine auffallende Steigerung der Zugfestigkeit für ein vorgegebenes PoIystyiö-material im Verlauf der Schritte des Verfahrens und auch, wenn die Orientierung der ursprünglichen Folie erhöht wird. Diese erhöhte Orientierung trägt auch zur wesentlich verbesserten Rißfestigkeit des fertigen Polystyrolbehälters bei. Die Beziehung zwischen der erhöhten Orientierung und der Rißfestigkeit ist gut begründet. Die physikalischen Eigenschaften der Folie, aus der die quadratischen Stücke ausgeschnitten werden, sowie die Vorformlinge mit einem Durchmesser von 15 cm und der Behälter der Tabelle II wurden alle getestet und auf Zugfestigkeit und prozentuale Längendehnung nach der A.S.T.M. Methode D1708-66 (Zugeigenschaften von Kunststoffen unter Verwendung von Mikroproben) untasucht. Aus den flachen Teilen des Vorformlings und der geformten Behälter sowie aus den Seitenwänden der Behälter wurden doppel-T-förmige Probestücke in radialer und tangentialer Richtung herausgeschnitten. In den meisten Fällen wurden die Werte für alle Vorformlinge und Behälter gemittelt und als ein Wert angegeben.

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TABELLE II

Zusaramenstellung^der physikalischen Eigenschaften

CO 00 O OO

Eigenschaften des. Rohstückea

Beispiel 1

Polystyrol umorientierte s Rohstück ρ ^r ^

Doppelbrechung * Fließgrenze Bruchgrenze Bruchdehnung

Eigenschaften^de3_Vorfprmlings Doppelbrechung Fließgrenze Bruchgrenze Bruchdehnung

Eigenschaften^ der; ausgetieften Behälter

Doppelbre chung Fließgrenze Bruchgrenze Bruchdehnung

267

207

35

1,05 x 302

307 38

4,0 χ 10" 398 466

50

* Doppelbrechung ist in Tabelle I definiert

Beispiel 2

Polystyrol
biaxial-orientiertes Rohstück

1,2 χ 10

39 I"

-3

3,4 χ

43 1o

-3

12 χ 10~⁵
612

32 io

; Beispiel 3

Polystyrol biaxial-orientiertes Rohstück

2,2 χ 302 336 22

~³

5,2 χ 466 487 60

10

~³

14 x 706 731 27

-3

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Das obige Verßhren wurde auf mehrschichtige Folien unterschiedlicher Zusammensetzung und unter wechselnden Bedingungen angewandt, um einen porenfreien runden Behälter mit einem Durchmesser von 13 cm und einer Tiefe von 3,8 cm mit nach oben sich erweiternden Seitenwänden herzustellen. Die Bedingungen und die Resultate sind in Tabelle III zusammengestellt. Für alle fünf Beispiele wurde die mehrschichtige Folie gemeinsam mit einer Klebeschicht eines im Handel erhältlichen Äthylenvinylacetat-Miashpolymerisates mit einem Schmelzindex von 6,0 und 28 °/o Vinylacetat extrudiert.

Die Ergebnisse des Tests auf Sauerstoffdurchlässigkeit stützen den Schluß, daß die Sperrschicht ohne Unterbrechungen und praktisch frei von Rissen oder Blasen war, da die erzielten Werte in guter Übereinstimmung mit den berechneten Werten für eine Sperrschicht der gleichen Dicke sind. Derartige Behälter finden speziell für die Aufnahme von Produkten Verwendung, die gegen Luftzutritt extrem empfindlich sind, beispielsweise Fleischpackungen, Dispersionsfarben, Käse, Speiseöl und viele andere Nahrungsmittel.

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TABELLE III

CO OO CD

Bei	Zusammen	Seiten	Sperr-	Dicke d.	Vorwä
spiel	setzung	länge d.	abicht-	Rohstücks	temp.
		quadr.Roh-	dicke im		⁶ C
		stückes	Rohstück
			angen. in
			mm
4	Α/Β/Α	5,4 cm	0,54	2,8	127
5	Α/Β/Α	8 cm	0,24	2,4	127
6	C/B/C	5,4 cm	0,50	2,8	127
7	O/B/G	8 cm	0,28	2,8	127
8	D/B/D	8 cm	0,14	2,2	135

SchraJsäetemp. ο _n

Preßdauer (see)

127 127 127 127 150

FORTSETZUNG TABELLE III:

Bei	Zusammen	Mittlere Sperrschichtdicke	Luftdurchsatz *	ber.
spiel	setzung	am Behälterboden	gern.
	VbA			0,50
4	A/B/A	0,05 mm	0,78	0,42
VJl	°/^^C	0,06 mm	0,49	0,50
6	^c^/ü	0,05 mm	0,66	0,54
7	D/B/D	0,07 ram	0,54	0,91
8	0,05 mm	0,65

A = Mittelstoßfestes Polystyrol (5,5 $ Styrol-Butadien-Gummi)

B = Mischpolymerisat von Yinylidenchlorid und Vinylchlorid (Sperrschicht)

C = Allzweck-Polystyrol (ohne Gummi)

D = Hochverdichtetes Polyäthylen· Dichte 0,959; Schmelzindex 0,5.

3 2
* = cm /645 cm - 24 Stunden - Atmosphäre (von aus dem Boden der Behälter ausgeschnittenen

Proben)

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Wie oben ausgeführt, kann das erfindungsgemäße Verfahren dazu verwendet werden, orientierte Behälter mit guter lißfestigkeit herzustellen, die aus einer oder mehreren Schichten des gleichen Polymers oder verschiedener Polymere bestehen. Beispielsweise können nach diesem Verfahren Margarineeimer aus stoßfest-modifiziertem Polystyrol hergestellt werden, die aufgrund der in dem Eimer bei diesem Verfahren erzeugten Orientierung eine gute Widerstandsfähigkeit gegen die fettigen Öle der Margarine haben.

Wenn man eine weiße stoßfeste Polystyrolfolie, z. B. eine Folie, die 1-5 Gewichtsprozent fein zerteilten Titandioxids oder anderer weißer Pigmente enthält, zusammen mit Styrol-Butadien-Gummi verwendet, der zu einer stoßfesten Polystyrolfolie geschichtet ist, die mit einem kontrastierenden Pigment, etwa Ruß, schwarz eingefärbt ist, kann man Margarineeimer oder andere Nahrungsmittelbehälter erzielen, die besonders gefällig aussehen, da ihre Innenflächen weiß sind, während die Außenflächen schwarz oder andersfarbig sind. Diese Behälter haben außer ihrem gefälligen Aussehen noch den Vorteil, aufgrund der ihnen bei dem Verfahren verliehenen Orientierung stoßfest und rißfest zu sein.

Die Lehre der Erfindung kann zum Schnellformen von mit fertigen Rändern ausgestatteten Vorformlingen angewandt werden, die, nachdem sie geschmiedet sind, abgekühlt und zur späteren Verwendung oder Weiterverarbeitung gestapelt werden können. Wenn sie gebraucht werden, können diese Vorformlinge dann neuerlich erhitzt und zu Behältern heißverformt werden. Dies ist ein billiger und höchst praktischer Weg, um beispielsweise mehrschichtige, stark orientierte Vorformlinge zu erzielen, die später zu besonders zweckmäßigen Behältern der beschriebenen Art geformt werden können.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Artikel aus einem Rohstück, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen des Rohstückes geschmiert werden, daß das Rohstück auf eine Temperatur zwischen knapp unter der Erweichungstemperatur und etwa der Schmelztemperatur des das Rohstück "bildenden Kunststoffes vorerwärmt wird und daß das Rohstück in eine Schmiedeform gebracht wird, die auf eine Temperatur erhitzt ist, die mindestens so hoch wie die Erweichungstemperatur des Kunststof- ™

fes ist, wo das Rohstück zu einem heißverformbaren Vorformling geschmiedet wird, während der Mittelteil des Vorformlings auf dessen Formungstemperatür gehalten und die Randpartie des Vorformlings rasch abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformling unmittelbar, anschließend zu einem Behälter heißverformt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Vorformling auskühlen läßt und ihn später wieder auf Verformungstemperatur erhitzt und in einen Behälter i heißverformt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Form auf eine Temperatur über dem Erweichungspunkt des das Rohstück bildenden Kunststoffes erhitzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohstück in einer Schraiedevorrichtung geschmiedet wird, die einen gekühlten rand-

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formenden Teil hat, wobei der aufgewandte Druck ausreicht, um das Kunststoff-Rohstück gleichmäßig in diesen randformenden Teil fließen zu lassen mit einer Yerweilzeit, die gerade genügt, um die Randpartie des Rohstückes rasch unter den Erweichungspunkt des Kunststoffes abzukühlen, während der Mittelteil des Rohstückes auf der Verformungstemperatur gehalten wird.
6. "Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformling beim Schmieden aus dem

^ Rohstück biaxial orientiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohstück bereits biaxial orientiert ist, bevor es geschmiedet wird, um so eine stärkere Orientierung des gefertigten Behälters zu erzielen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Rohstück ein mehrschichtiges Rohstüok aus mindestens zwei unterschiedlichen thermoplastischen Kunststoffen ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrschichtige Rohstück eine Mehrschichtfolie mit mindestens zwei Schichten ist, von denen eine ein aromatischer Polyvinyl-Kunststoff und eine zweite ein anderer thermoplastischer Kunststoff ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der aromatische Polyvinyl-Kunststoff Polystyrol ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schiht ein Kern eines PoIyvinylidenchlorid-Kunstharzes oder eines Akrylnitril-Butadien-Styrol-Terpolymers ist.

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12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrschichtige Rohstück eine Mehrschichtfolie rait zwei Oberflächenschichten aus einem Polyolefin und einem Kern aus Polyvinylidenchlorid ist, wobei Klebeschichten die Oberflächenschichten mit der Kernschicht verbinden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyolefin-Kunststoff Polyäthylen ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Rohstück ein homo- ä gener Kunststoff ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der hobogene Kunststoff ein Polyolefin-Kunatatoff ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyolefin-Kunststoff Polyäthylen ist.
17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der homogene Kunststoff ein aromatischer Polyvinyl-Kunststoff ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß " der aromatische Polyvinyl-Kunstatoff Polystyrol oder ein gummimodifiziertes Polystyrol· ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß am Rand des Vorformlings während des Schmiedens aus dem Rohstück ein umgebördelter Randwulst angeformt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß während des Schmiedens des Vorformlings und während des Heißverformens ein festklemmender Druck auf Ober-, Unter- und Außenseite des Randes des Vorformlings ausgeübt wird. 2O_{9808n 370}

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21. Verfahren nach, einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißverformung durch Vakuumverformen oder durch von einem Kolben unterstütztes Vakuumverformen vorgenommen wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohstück vor dem Schmieden in den Vorformling durch Brägen bedruckt wird.
23. Vorrichtung zum abfallfreien Formen thermoplastischer Behälter nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringartiger Formaufsatz (21) zur Aufnähe* eine· Vorformling· vorgesehen let, der einen oberen Hing (36) Bit einer Mitttnöffnung aufweist, deren licht· Weite ·■ unteren Ende etwa fl«ioh dar Abaessung dee Vorforalinge weniger d«aa«n Handpartie (23) 1st, aowie einen unteren Hing (38) alt einer Mittenöffnung, deren Höhte Weite aa oberen Ende etwa gleich der Abaeaaung dee VorforalInge weniger dessen Handpartie ist, wobei an aindeatena des einen der beiden Hing· entlang d«eaen ganzem Uafang ein Handprofil auagesohnitten ist, das eine unter einen solchen Winkeij/feur Horizontalen stehende Stirnfläche (63) hat, daß der dadurch geschaffene Widerstand die Retraktionakraft des Vorforalings überwindet, wobei ferner die Innenflächen der beiden Hinge an deren Kitten öffnungen voneinander einen Abatand haben, der nicht größer ist als der Dicke des Yorforalinga entaprioht, und sich gegenüberstehende Stufen (61,62) bilden, die zusammen mit der Stirnfläche die Handpartie des Vorforalinga einschließlich des umgebördelten Randes in den Aufsatz festklemmen, bevor und während der Vorformling in einen Behälter heißverformt wird, und daß Kühlkanäle (28,30) vorgesehen sind, die wenigstens den einen der beiden Hinge nächst dessen die Randpartie des Vorformlings aufnehmenden Teil durchziehen und ausreichend be-

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messen sind, um die Randpartie rasch abzukühlen, während der Mittelteil des Vorformlings auf einer Heißverformungstemperatur gehalten wird.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,

daß die Wände der Mittenöffnungen von innen nach außen sich konisch erweitern und die inneren Enden des Mittenöffnungen miteinander in offener Verbindung stehen*
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch in den Mittenöffnungen angeordnete Mittel, um das Rohstück zum Vorformling zu schmieden,
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einer oberen und einer unteren Platte (14,16) bestehen, die in die konischen Mittenöffnungen des oberen bzw. unteren Ringes passen, und daß Vorrichtungsteile (10, 13) vorgesehen sind, um die Platten gegeneinander zu bewegen. '
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die obere und die untere Platte (14,16) an den mit dem Rohstück in Kontakt tretenden Flächen derart konturiert sind, daß sie das Material in dem Vorformling in der Weise verteilen, daß der Vorformling mit besserer Gleichmäßigkeit zu einem Behälter heißverformbar ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Mittenöffnung des unteren Ringes (16) in offener Verbindung eine Formvorrichtung (40) zur Vakuum-Heißverformung angeordnet ist, die eine Höhlung in der Form des gewünschten Behälters (42) hat und mit Mitteln (45,48) versehen ist, um diese Höhlung zu evakuieren, sowie mit Mitteln (52), um den aus dem Vorformling durch Heißverformen gebildeten Behälter zu kühlen.

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29. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß über der Mittenöffnung des oberen Ringes ein Deckel (44) befestigt ist und ein Kanal (46) zur Einleitung eines Druckgases in die Höhlung vorgesehen ist, um die Heißverformung des Yorformlings zu unterstützen.
30. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mittenöffnung des oberen Ringes ein hin- und herbeweglicher Kolben angeordnet ist, der in die Heißverformungsvorrichtung einführbar ist, um den Unterdruck beim Formen des Behälters zu unterstützen.
31. Vorrichtung nach Anspruch 28 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite des oberen Ringes mehrere Nuten (27) ausgeschnitten sind und daß in dem unteren Ring eine pederrast (25) vorgesehen ist, die in die Nuten einrastet und die beiden Ringe für den Heißverformungsvorgang miteinander verriegelt.
32. Mehrschichtiger orientierter Kunststoffbehälter, insbesondere nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 22 hergestellt, dadurch gekennzeichnet, daß er eine innere Schicht eines gefärbten Kunststoffes und mindestens eine weitere Schicht eines dazu kontrastierend eingefärbten Kunststoffes aufweist.
33. Kunststoffbehälter nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich noch eine äußere transparente thermoplastische Kunststoffschicht hat.
34. Kunststoffbehälter nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schicht Polystyrol ist.

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35. Kunststoffbehälter nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß er eine innere Schicht aus* gefärbtem, gummimodifiziertem Polystyrol und mindestens eine weitere Schicht aus einem dazu kontrastierend gefärbten gummimodifiziertem Polystyrol hat.
36. Biaxial orientierter mehrschichtiger Vorformling, insbesondere für das Verfahren nach Anepruoh 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß er sich abfallfrei in einen biaxial orientierten mehrschichtigen Behälter heißverformen läßt.

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