DE2159886A1

DE2159886A1 - Verfahren zur Herstellung becher formiger Korper aus Polyolefinplastik folien

Info

Publication number: DE2159886A1
Application number: DE19712159886
Authority: DE
Inventors: Roger Paul Pelham N H Wieting Warren Henry Turnersville Coffman Paul Mahoney Cherry Hill N J Michaud, (V St A )
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1970-12-04
Filing date: 1971-12-02
Publication date: 1972-06-15
Also published as: IT943162B; GB1367338A; CA995433A; SE379670B; AU474494B2; AU3642971A; BE775844A; FR2116487A1; FR2116487B1

Description

"Verfahren zur Herstellung becherförmiger Körper aus Polyolefinplastikfolien"

Polyolefine, wie Polypropylen, Polyäthylen, Copolymere derartiger Substanzen u.a. kristalline Plastikmaterialien besitzen günstige Eigenschaften, wie eine hohe Zugfestigkeit in der Hitze, eine hohe Beständigkeit gegenüber schädlichen Umwelteinflüssen, einen geringen Geruch und Geschmack und ein angenehmes Aussehen und einen angenehmen Griff, wodurch aie zur Verpackung einer großen Anzahl von Substanzen, besonders von ölhaltigen Nahrungsmitteln, gut geeignet sind.

Polyolefine besitzen jedoch bestimmte Eigenschaften, wie eine geringe Schmelzviskosität, die es sehr schwierig machen, eine geschmolzene Folie, z.B. durch Vakuumformen oder Pressen

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zu formen, da die Folie zu stark fließt (sheet sag). Um einen günstigen Grad an Schmelzfestigkeit für diese Materialien zu erreichen, ist es notwendig, extrem hochmolekulare Substanzen zu verwenden. Derartige Substanzen sind jedoch schwierig in Form einer Folie mit einer guten Oberfläche herzustellen. Außerdem führen die thermischen Eigenschaften von Polyolefinen, wie die geringe Wärmeleitfähigkeit und hohe Wärmekapazität zu ungewöhnlich längen Formungszeiten, verglichen mit denjenigen für Polystyrol und AcrylMtril-Butadißi]-Styrol-Gopcil3ra3ere,den Standardsubstanzen für das Heißverformen. Daher wurden Polyolefine bisher nicht sehr häufig zum Heißverformen verwendet.

Wenn versucht wird, Polyolefine zu erhitzen und in der Schmelzphase auf üblichen Vorrichtungen zum Heißverformen zu formen, sackt die Folie ungewöhnlich stark zusammen, selbst in verhältnismäßig kleinen Bereichen und verschmutzt die Vorrichtung und sowohl beim Erhitzen als auch beim Formen bilden sich Falten, die in dem Gegenstand erhalten bleiben und daher ist es erforderlich, den geformten Körper lange in der Form zu belassen, um zu erreichen, daß er die Form beibehält, was selbstverständlich äußerst nachteilig ist.

Es ist Aufgabe ä.er vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Formgebung von Polyolefinplastikfolien zu entwickeln, wobei dünnwandige becherförmige Körper entstehen sollen, ohne daß dabei die bei den üblichen Heißformverfahren auftretenden Probleme auftreten«

Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung dünnwandiger becherförmiger Gegenstände aus Polyolefinplastikfolien, das dadurch gekennzeichnet, ist, daß man eine

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dünne Polyolefinplastikfolie in festem Zustand bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes mit einem Schmelzfluß oberhalb von 0,7 zwischen einem Matrizeneinsatz (bzv/. Stempel) und einer Form mit einer Öffnung am Ende einführt, den Matrizeneinsatz in die Öffnung der Form einführt, wobei ein ausgewölbter Teil der Folie in die Form eindringt und ein Medium in diesen ausgebuchteten Teil der Folie einpreßt, um den Gegenstand zu formen.

Die Plastikfolie wird in der festen Phase, d.h. bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur und oberhalb der Glasübergangstemperatur geformt. Die Folie wird zunächst mit Hilfe eines Matrizeneinsatzes oder eines Doms ausgebuchtet und die endgültige Formgebung des Gegenstandes wird durch ein Druckmedium erreicht, das gegen einen evakuierten oder dem Medium keinen wesentlichen Widerstand entgegensetzenden Raum wirkt. Da sich das Folienmaterial in festem Zustand befindet, ist ein eventuelles Durchhängen oder Weglaufen der Folie sehr viel geringer als wenn das Folienmaterial im geschmolzenen Zustand vorliegen würde und dadurch wird eine Faltenbildung vermieden und es entstehen Gegenstände mit dünneren und gleichmäßigeren Wänden. Die. bei Verfahren, bei denen die Folie in geschmolzener Phase verwendet wird, sogar an den Öffnungen der Form durch das Wegsacken auftretende Faltenbildung, wird durch das vorliegende Verfahren vermieden. Der Gegenstand kann aus einer Folie hergestellt werden, ohne daß diese in der Nachbarschaft zu der Öffnung der Form festgehalten wird oder wahlweise aus einer Folie, die rund um die Höhlung der Form herum befestigt ist.

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Das Verfahren ist besonders geeignet für dünne Folien mit einer Dicke von weniger als ungefähr 3)2 mm, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 mm, die leicht durch Strangpressen und Auswalzen hergestellt werden können. Dabei kann ein Material, das zum Spritzgießen geeignet ist, mit einem geringeren Molekulargewicht und einem höheren Schmelzfluß verwendet werden. Ein hohes Molekulargewicht ist ein solches über 600 000. Die Formzeiten sind in der gleichen Größenordnung wie diejenigen für hoch-schlagfestes Polystyrol und wesentlich kurzer, nahezu halb so lang, wie bei der Formung von Polypropylen in der Schmelzphase.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist ein schemati scher Vertikal schnitt einer Vorrichtung zum Erhitzen und Formen von Plastikfolien in einzelnen Stufen zu einer Gruppe becherförmiger Gegenstände;

Fig. 2 ist eine Aufsicht auf eine Gruppe von Gegenständen, die bei einem Arbeitsgang mit der Presse hergestellt worden sind;

Fig. 3 ist ein vergrößerter Schnitt, der die Folie zwischen dem Stempel und der Form zeigt;

Fig. 4 entspricht der Fig. 3 und zeigt die Vorrichtung, nachdem der Stempel vollständig in die Form eingedrungen ist;

Fig. 5 entspricht den Fig. 3 und 4- und zeigfc den Zustand,

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nachdem das Druckmedium den Körper zu seiner endgültigen Gestalt geformt hat und

Jig. 6 ist eine noch weitere Vergrößerung und zeigt einen fertigen Gegenstand teilweise im Schnitt.

Die gezeigte Vorrichtung umfaßt eine Heizeinheit 10, in die das Folienmaterial V mit Ms z.B. einer Breite von 56 cm von einer Spule 11 eingeleitet wird und eine Preßvorrichtung 12. Die Heizeinheit umfaßt Heizvorrichtungen für drei Stufen 13, 14 und 15 mit oberen und unteren Strahlungsheizelementen 16, die jeweils ungefähr die gleiche Länge besitzen wie diejenige der Druckeinheit. Es sind nicht gezeigte Vorrichtungen vorgesehen, um die Folie jeweils um ein solches Stück durch die verschiedenen Heizstufen und die Presse vorwärts zu bewegen, wie es der Länge der Presse entspricht. Diese Vorrichtungen haben z.B. die Form von kontinuierlichen, mit Spitzen versehenen Ketten an den Seiten, die die Inden der Folie erfassen und sie ein bestimmtes Stück durch die Heiz- und Preßeinheit hindurchführen. Die geformten Abschnitte der Folie können in der Länge der Presse, so wie sie in der Presse hergestellt werden, abgeschnitten werden und zu einer Vorrichtung gebracht werden, in der die einzelnen Gegenstände getrennt werden oder die Presse kann so gebaut sein, daß die geformte Folie direkt zu einer Vorrichtung geführt wird, die die einzelnen Gegenstände herausschneidet. Die Abfallstücke der Folie können erneut geschmolzen und ausgewalzt oder verworfen werden, je nach der wirtschaftlichen Zweckmäßigkeit.

Die Fig. 6 zeigt einen becherförmigen Gegenstand 20 mit der

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Seitenwand 21 dem Boden 22 und dem Rand 23.

Die Elemente der Preßeinheit 12 sind in ihrer Wirkung in den Fig. 3, 4· und 5 gezeigt. Die Preßeinheit umfaßt eine Form 25 mit einer Leitung 26 für Vakuum oder /Druckmedium eine Patrize oder einen Stempel 27 und eine Flüssigkeitsleitung 28 für das Druckmedium, das dem Gegenstand seine endgültige Gestalt gibt.

Die Fig. 3 zeigt die Folie W in ihrer ursprünglichen Lage zwischen den Formgebungselementen. Die Form kann bis auf die Höhe der Folie gesenkt und die Folie dagegen gedrückt werden. Der Stempel wird dann zu der in Fig. 4- gezeigten Lage nach oben gedrückt, während die Luft aus der Form durch die Leitung 26 entfernt wird.

Abdichtungsringe 29 um den Raum für jeden einzelnen Gegenstand oder ein Abdichtungsring 30 um die gesamte Gruppe von Gegenständen oder beides mit Luftleitungen 28 innerhalb des abgeschlossenen Raumes sind vorgesehen, damit das Druoknaeuium den Gegenstand formen kann. Die Dichtxmgsstelleu sind mit unterbrochenen Linien in Fig. 2 angegeben, um ihre Lage auf der geformten Folie zu zeigen.

Anschließend wird, wie in Fig. 5 gezeigt, das Druckmedium, z.B. komprimierte Luft, mit 5>5 atm oder darüber durch die Leitungen 28 um jeden Stempel herum eingeleitet, um die Folie in die Form zu pressen.

des Körpers Nach einer Verweilzeit zur Verfestigung der Form/werden der Stempel und die Form getrennt. Dabei kann die Folie mit Hilfe eines durch die Leitungen 26 eingeleiteten Druck-

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mediums oder anderer Vorrichtungen zum Ausstoßen der Folie₍ so weit nötig, ausgestoßen werden und die geformte Folie wird nach ihrer Entfernung von den Pressenteilen aus der Presse entfernt.

Das geformte Folienstück kann in der Länge der Presse abgeschnitten und mit der Hand oder auf jede geeignete sonstige Weise entfernt werden. Später werden die einzelnen becherförmigen Gegenstände aus der Folie auf irgend eine geeignete Weise abgetrennt.

Die in lie Presse eintretende Folie wird auf eine Temperatur erhitzt, die nach ausreichend weit unterhalb des Schmelzpunktes liegt, daß die Folie zusammenhält und ein Durchsacken oder Verkleben vermieden wird, wenn sie zwischen den stützenden, die Folie greifenden Seitenketten bewegt wird. Wie später näher erläutert wird, ist es manchmal günstig, bei niedrigeren Temperaturen zu formen, wenn ausreichend Druck angewandt werden kann. Bei Polypropylen mit einem Schmelzpunkt von ungefähr 168⁰C wird die Folie mit einer Temperatur von ungefähr 160 bis 166⁰C in die Presse eingeleitet. Beim üblichen Heißverformen des gleichen Materials wird es auf ungefähr 177⁰C erhitzt.

Die Verweilzeit nach der Formung, die notwendig ist, daß die Folie die Form beibehält, wird weitgehend durch die Verwendung von festem Polypropylen herabgesetzt, verglichen mit der Formgebung in der Schmelze bei dem gleichen Material. Z.B. kann die Verweilzeit bei der Formgebung in der Schmelze/6 s betragen, während bei der erfindungsgemäßen Formung des festen Materials die Verweilzeit auf die Hälfte herabgesetzt wird. Das gleiche Ver-

Γ bei einer 1 mm s^ke^^ _{8 4}

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hältnis tritt "bei anderen Folienstärken ebenfalls auf.

Bei der üblichen Heißverformung von Polypropylen können nur die Produkte mit einem geringen Schmelzfluß, wie 0,5 oder 0,6, verwendet werden. Substanzen mit einem höheren Schmelzfluß besitzen eine geringere Schmelzviskosität und neigen daher sehr stark zum Wegsacken bzw. zur Tränenbildung, selbst wenn der Bereich über der Formöffnunr-, klein ist und führen damit zu schwierigen Verarbeitungsproblemen. Sie werden daher im allgemeinen für übliche Heißver£ormungsverfahren als nicht geeignet angesehen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem in der festen Phase geformt wird, können leicht Polymere mit einem höheren Schmelzfluß, wie 5>0 verwendet werden, ohne zusammenzusacken.

Bei der Formgebung in der festen Phase ist der Stempel am Ende etwas stärker abgerundet und etwas kurzer als die Stempel, wie sie für die Formgebung in der Schmelzphase verwendet werden. Die Formstempel beim Schmelzverformen sind am Ende ziemlich flach,um eine größere Materialmenge mitzunehmen, die.nachdem die Bewegung des Stempels zur Buhe gekommen ist, weggeblasen bzw. weggepreßt wird.

Je höher der Blas- oder Formdruck ist, der angewandt wird, um so schärfer werden die Ecken und Formen des Gegenstandes und je höher die Temperatur ist, um so besser die Ausbildung der Form.

Dieser Hilfsstempel bleibt beim Arbeiten auf einer verhältnismäßig hohen Temperatur, z.B. 138°C oder darüber und kühlt dadurch die Folie nicht übermäßig stark aus. Verhältnismäßg

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weniger als in der Schmelzphase, wo die Temperatur der Folie wesentlich höher ist. Die !Form arbeitet bei einer sehr viel geringeren Temperatur. Um möglichst kurze Formzeiten zu erreichen, kann die Form durch Zirkulation von Kühlwasser gekühlt werden, das z.B. eine Temperatur von 10⁰C besitzt. Je kälter und dicker die Folie und je größer der angewandte Stempeldruck ist, um so runder und stärker verjüngt ist das Ende des Stempels, um ein möglichst.gutes Abfließen des Materials zu erreichen. Verglichen damit ist der Stempel für die Formgebung in der Schmelzphase nahezu flach und besitzt nur leicht abgerundete Ecken.

Das Folienmaterial ist vorzugsweise Polypropylen oder Polyäthylen oder ein Copolymer dieser Substanzen. Vorzugsweise liegt der Schmelzfluß zwischen 4,5 und 5»2, normalerweise bei ungefähr 5>0. Die in der Beschreibung und den Ansprüchen angegebenen Schmelzflußwerte beziehen sich auf die ASTM-Werte.

Einer der wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es möglich ist, klare transparente Gegenstände, wie Behälter aus Polypropylen herzustellen. Ein Faktor bei der Herstellung klarer Wände ist es, daß sie einen hohen Oberflächenglanz auf beiden Seiten der Folie besitzen. Der mit einem 45° Gardner-Glanzmesser gemessene Glanz sollte vorzugsweise ungefähr 50 oder mehr betragen. Um einen hohen Glanz auf der Oberfläche der Folie zu erzielen, müssen die Formwalzen hochpoliert sein und die Walzentemperatur in einem engen Bereich reguliert.

Bei Folien mit einem hohen Schmelzfluß , wie 5»0, werden

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die obere und mittlere Walze einer Vorrichtung mit drei Walzen zur Herstellung der Folie auf einer Temperatur von ungefähr 27°C gehalten und die untere Walze auf ungefähr 66 C. Einige mäßig klare Artikel wurden mit einer Folie mit einem Schmelzfluß von ungefähr 0,7 hergestellt, die Transparenz wird jedoch mit zunehmenden) Schmelzfluß besser. Die Klarheit wird auch besser mit geringeren Temperaturen bei der Folienherstellung. Ein höherer Formdruck erlaubt die Formung von Gegenständen bei niedrigeren Temperaturen und dadurch können die sonstigen Anforderungen zur Erzeugung eines guten Oberflächenglanzes zur Herstellung klarer transparenter Gegenstände herabgesetzt werden. Anwendbare Drucke hängen ab von den zur Verfugung stehenden Vorrichtungen und der Anzahl der Gegenstände, die in einem Zyklus hergestellt werden sollen. Bei einigen Vorrichtung kann der zur Becherbildung notwendige Druck auf 5»5 atm begrenzt sein, wenn eine Anzahl großer becherförmiger Gegenstände in einem Arbeitsgang hergestellt werden soll. Durch eine Änderung der Ausbildung der Vorrichtung kann diese Begrenzung jedoch überwunden werden.

Die Klarheit nimmt zu, wie die Streckung eines Bereiches zunimmt. TJm einen klaren Gegenstand zu erreichen, muß die Streckung mindestens 3:1 und für eine gute Klarheit 6 oder 8:1 betragen.

Ein Polypropylen,das ein gutes Gleichgewicht zwischen der Verarbeitbarkeit beim Strangpressen und der Klarheit bei allen Dicken ergibt, ist ein kernkondensiertes (nucleated) Homopolymer mit einem Schmelzfluß von 5· Ein ke.rn— kondensiertes Polymer erlaubt auch einen höheren Ausstoß der Strangpreßvorrichtung, vorausgesetzt, daß die notwendige Kapazität der Strangpreßvorrichtung zur Ver-

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fügung steht, da an Kernen kondensierte Materialien bei höheren Temperaturen fest werden,

Ein weiterer Faktor für eine hohe Klarheit in geformten Teilen ist das Vorhandensein einer Folie, die aus einer Schmelze aus einer Strangpreßvorrichtung aus einem Material mit hohem Schmelzpunkt hergestellt worden ist, das im wesentlichen keine kristalline Struktur mehr "besitzt. Das ist der Fall, da eine unsichtbare verbleibende Kristallinität in der Schmelze Kristallisationskerne bildet, die zu einer groben Kristallisation führen. Um eine restliche Kristallinität in der Schmelze, die durch die Strangpreßvorrichtung und die Walzen gebildet wird, zu vermeiden, haben sich für die Strangpreßvorrichtung ungefähr die folgenden Temperaturen als geeignet erwiesen: In der Einspeiszone 177°C, in der Druckzone 232°C, in der Meßzone 204-°G und in der im Bereich des Spritzkopfs 204-⁰C. Eine höhere Temperatur in der Druckzone führt dazu, daß das Schmelzen des Polymers früher beendet ist und sichert dadurch die Bildung einer homogenen Schmelze, die im wesentlichen frei ist von kristallinem Polymer.

KlarereGegenstände werden gebildet, wenn der Schmelzflußfaktor des Polymers zunimmt. Oberhalb von 5»0 ist die Klarheit ausgezeichnet. Unterhalb werden die Gegenstände zunehmend durchseheinend.

Die Klarheit wird auch bei niedrigeren Formtemperaturen für alle Materialien besser, aber die untere Grenze für anwendbare Formtemperaturen hängt ab von dem zur Verfügung stehenden Formdruck und der Schärfe der Form, die gewünscht oder erforderlich ist.

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Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit ein einfaches und bequemes Verfahren zur Herstellung klarer transparenter Gegenstände aus Polypropylen dar durch Formung der Folie in der festen Phase auf bestimmte Weise aus bestimmtem Folienmaterial.

PATENTANSPRÜCHE:

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Claims

PATEHTA Ή SPRUCHE

1.] Verfahren zur Herstellung dünnwandiger becherförmiger rörper aus Polyolefinplastikfolien dadurch gekennzeichnet , daß man eine dünne "Folie aus einem Polyolefin-Plastikmaterial in festem Zustand "bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes mit einem Schmelzfluß über o,7 zwischen einen Formstempel und eine Form mit einem offenen Ende einführt, den Stempel in die Öffnung der Form bewegt und in die entstehende Ausbuchtung der Folie ein Druckmedium einpreßt»

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Folie in der Nähe der Öffnung der Form während der Bewegung des Stempels frei beweglich ist und sich um die Öffnung über der Folie vor der Einleitung des Druckmediums in den ausgewölbten Teil der Folie eine Flüssigkeitsdichtung befindet.

3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mehrzahl becherförmiger Körper aus der Breite der Folie herstellt, wobei die Folie nur an den Seiten festgehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß man eine Polypropylen-Folie mit einem Schmelzpunkt von 167-169⁰C verwendet und bei einer Temperatur von I60-I66 C unter einem Druck von 5,5 Atmosphären formt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß man ein Folien-Material mit einem Schmelzfluß von 4,5 - 5>2 verwendet.

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6. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß man eine Polypropylen-Folie mit einem Schmelzfluß von mehr als 1,o verwendet die aus einer im wesentlichen kristallfreien Schmelzmasse ausgewalzt worden ist und einen Oberflächenglanz von mehr als 45 besitzt,

7. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß man bei einer Temperatur formt, die unterhalb des Schmelzpunktes liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß man ein Folienmaterial mit einem Schmelzfluß von mindestens 5,ο und einem Oberflächenglanz von mindestens 5o verwendet.

9. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß man die EoIi e in einem Verhältnis von mindestens 3 : 1 streckt.

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