DE2320643A1

DE2320643A1 - Verfahren zum erwaermen eines thermoplastischen formlings

Info

Publication number: DE2320643A1
Application number: DE2320643A
Authority: DE
Inventors: Samuel Steingiser
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1972-04-25
Filing date: 1973-04-24
Publication date: 1973-10-31
Also published as: BE798584A; JPS4954461A; IT990542B; FR2182010A1; CA1020721A; NL7305542A; FR2182010B1; US3830893A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF

PATENTANWÄLTE • MÜNCHEN SO. MAUERKIRCHKRVm. «B

Anwaltsakte 23 691 ' 2 4. Apfi! 1373

Monsanto Company,
St. Louis, Missouri/USA

Verfahren zum Erwärmen eines thermoplastischen IPormlings

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen und insbesondere zum raschen Erwärmen eines wärmeempfindlichen thermoplastischen lOrmlings, ohne daß dessen Form und Abmessungen und die Qualität des thermoplastischen Materials verändert werdenj insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verarbeiten von Vorformlingen mit hohem Nitril-

VII, V/Lp - 2 -

309844/0974

ΜΒ7Ϊ M7>4S MHlO TttogmmMi UR0trAPn>ATKNT MendiM TBLEX 03 24 UO IEKO d Bmki lay«r)*dMVtr*l<Hb«nkM»<idMn45310C FofMwdct MOndwn <5343

gehalt und- zum schnellen Erwärmen ganz "bestimmter -Wärmeempfindlicher, thermoplastischer Formlinge, wobei die Abmessungen der Formlinge und die Beschaffenheit des thermoplastisohen Materials erhalten bleiben.

Leichte Behälter aus thermoplastischem Material zum Verpacken von gegenüber den Umweltbedingungen empfindlichen Materialien, wie karbonisierte bzw_o kohlensäurehaltige Getränke, Bier, Parfüm, Lebensmittel, Arzneimittel usw. erscheinen derzeit in größerem Umfang auf dem Markt. Der Erfolg solcher Behälter hängt in hohem Maß von der geringen Durchlässigkeit thermoplastischen Materials ab; diese Eigenschaft resultiert aus der hohen Polarität des molekularen Aufbaus der das thermoplastische Material bildenden Polymerisate. Üblicherweise ist bei derartigen Materialien ein Hauptbestandteil des Kunstharzes (zwischen 55 bis 85 Gewichtsprozent) ein polymerisiertes, die Nitrilgruppe enthaltendes Monomer, wie beispielsweise Acrylnitril, Methacrylnitril und Mischungen daraus. Obwohl solche Materialien auf Nitrilbasis ausgezeichnete Eigenschaften im Hinblick auf die Sperrwirkung und die Zug- bzw, Zerreißfestigkeit besitzen, neigen sie von Natur aus etwas dazu, brüchig oder spröde zu sein; auch ist es bekannt, daß bei einem Streck- oder Dehnungs-Vorgang in mehreren Richtungen innerhalb ganz bestimmter .! Temperaturgrenzen vorzugsweise zur Ausrichtung der Moleküle

- 3 309844/0974

in Richtung der Streckung oder Dehnung die Schlag- "bzw. Stoßfestigkeit verbessert wird; die letzterwähnte Eigenschaft ist "bei aus derartigen Materialien hergestellten Behältern sehr erwünscht.

Weiterhin ist es auch bekannt, daß ein derartiger Streckoder Dehnungsvorgang unmittelbar vor oder gleichzeitig mit dem Formen (d.h. ei-nem Blasformen) dieser thermoplastischen Materialien zu Behälterformen vorgenommen werden kann. Damit die Kunststoffbehälter mit Glasbehältern für die gleichen Anwendungszwecke konkurrieren können, ist es wichtig, daß das Strecken oder Dehnen sowie das Formen sehr schnell in einer schnell zu durchlaufenden Formeinrichtung durchgeführt wird. Um eine solche Formung mit minimalen Kosten zu erreichen, muß der Kunststoff zuerst zu einem Vorformling in einer Einrichtung geformt werden, die nahe der bzw. angrenzend an die Stelle angeordnet ist, an der der Kunststoff extrudiert wird; dann müssen die verhältnismäßig kleinen Vorformlinge zu einer anderen Stelle, beispielsweise einer nebengeordneten Einrichtung befördert oder gebracht werden, wo sie erwärmt und durch Blasformen zu fertigen Gegenständen geformt werden. Da im Vergleich zu fertigen Behältern derartige Vorformlinge erheblich weniger Raum beanspruchen, sind die Beförderungs- und Speicherkosten bei dieser Art der Behälterformung bzw. -herstellung wesentlich niedriger. Um aber ein solches

3098U/0974

Verfahren sehr wirtschaftlich durch !zuführen, müssen alle Arbeitsgänge an der oder den nebengeordneten Stellen sehr schnell durchgeführt werden, da das gesamte Verfahren nur so wirtschaftlich ist wie das schwächste Glied oder die langsamste Phase in dem Verfahrensablauf.

In einem dieser Arbeitsgänge in oder an der nebengeordneten Einrichtung müssen die Vorformlinge unmittelbar vor dem Dehnen oder Strecken und dem Blasen wieder auf die Orientierungstemperatur (der Moleküle) erwärmt werden. Hierbei hängt die Umgebungstemperatur weitgehend von dem Ort der Fertigungseinrichtung ab und entspricht der dort herrschenden normalen Umgebungstemperatur. Zu beachten ist allerdings, daß das Wiedererwärmen aufgrund der verhältnismäßig kritischen Beschaffenheit des jeweiligen wärmeempfindlichen thermoplastischen Materials mit hohem Nitrilgehalt nicht wahllos und beliebig erfolgen kann, da das Material von Natur aus eine geringe thermische Leitfähigkeit besitzt, und wegen der geforderten Oberflächenbeschaffenheit des fertig geformten Gegenstandes. Dies ist insbesondere wichtig, wenn der fertige Gegenstand ein Behälter, wie beispielsweise eine Flasche ist, in die ein Getränk mit einem über dem Atmosphärendruck liegenden Druck, wie beispielsweise ein karbonisiertes oder kohlensäurehaltiges Getränk oder Bier, eingefüllt und darin aufbewahrt werden soll,; in diesem Fall müssen die Abmessungen des fertigen Behälters

_ c _ 3098 4 4/097 4

innerhalb sehr enger ToIeranzgrenzen liegen, damit an ihm ein festsitzender, dichter Verschluß angebracht werden kann, der den Innendruck aufnehmen und aushalten kann, der in Abhängigkeit von der Temperatur des Inhalts Werte von 1,05 bis 10,5 kp/cm annehmen kann.

Beim Wiedererwärmen solcher Vorformlinge von außen mittels einer Wärmequelle stellt der Wärmegradient zwischen der Außenwand des Vorformlings und dessen Innenwand eine Grenze für die Wiedererwärmungsgeschwindigkeit dar; zum Erreichen des thermischen Gleichgewichts wird infolge'der geringen thermischen Leitfähigkeit des polymeren Materials eine verhältnismäßig lange Zeitdauer benötigte Zur Verkürzung der Erwärmungszeit kann der ¥ärmegradient dadurch erhöht werden, daß die äußeren Bereiche der Yorformlingswand stark überhitzt werden; dies führt aber danach zu einer thermischen Zersetzung bzw» einem thermischen Abbau, unerwünschter Vernetzung oder Entpolymerisierung des thermoplastischen Materials,

Die Erfindung soll daher ein Verfahren zum schnellen und selektiven molekularen Erwärmen bestimmter Kunststoffformen bis zur Orientierungstemperatur in kurzer Zeit schaffen, ohne daß der Kunststoff zersetzt oder sonst nachteilig beeinflußt wird. Insbesondere soll ein Verfahren geschaffen werden, um röhrenförmige, aus Polymerisationsprodukten mit hohem Nitrilgehalt hergestellte Vorformlinge sehr schnell

'6 ü h ■-:· ί 'it ö

auf deren Orientierungstemperatur zu erwärmen. Hierbei soll . eine derartige Erwärmung unabhängig von dem jeweiligen Wärmegradienten zum Erreichen des Gleichgewichts sehr schnell durchgeführt werden.

Hierbei kann das Verfahren so ausgebildet sein, daß das Erwärmen einen wesentlichen Schritt in einem mehrstufigen Verfahren zum schnellen Formen von molekularorientierten Flaschen darstellt, in denen karbonisierte oder kohlensäurehaltige Getränke aufbewahrt werden.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß aufgrund der Beschaffenheit das hierfür erforderliche Material mit hohem Nitrilgehalt keine Modifikation des thermoplastischen Materials notwendig macht, damit es einer derart schnellen Erwärmung ausgesetzt werden kann.

Gemäß der Erfindung ist ein schnell ablaufendes Verfahren zur Herstellung eines wärmeempfindlichen Gegenstandes in einer Form zu einem Behälter dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteil eines röhrenförmigen Vorformlings aus thermoplastischem Material mit einem fertigen Halsteil Mikrowellenenergie für eine Dauer von 1/2 bis 30 Sekunden ausgesetzt wird, um vorzugsweise den Hauptteil von Umgebungstemperatur auf die molekulare Orientierungstemperatur zu erwärmen, ohne daß der Halsteil

3 0 3 8 4 i / 0 S ϊ Α

verformt und das thermoplastische Material abgebaut bzw. zersetzt wird; hierbei weist das thermoplastische Material als Hauptbestandteil ein polymerisiertes Nitril-Monomer auf, das aus der Gruppe der Acrylnitrile, der Methacrylnitril und Mischungen daraus ausgewählt ist.

Die Erfindung schafft also röhrenförmige Vorformlinge aus einem Kunstharz, dessen Hauptbestandteil polymerisiertes Nitrilmonomer ist, das aus der Gruppe der Acrylnitrile, der Methacrylnitrile und Mischungen daraus ausgewählt ist; hierbei werden die Vorformlinge schnell auf eine Temperatur erwärmt, bei der die molekulare Ausrichtung oder Orientierung bei einem Streck- oder Dehnvorgang stattfindet, wobei jeweils der Hauptteil des Vorformlinge mit Mikrowellenenergie für eine Dauer von 1/2 bis 30 Sekunden beaufschlagt wird, um ihn auf eine Temperatur zwischen 12O⁰O bis 160⁰O zu erwärmen, ohne daß ein vorher ausgebildeter fertiger Halsteil verformt und das Kunstharz wesentlich zersetzt oder abgebaut wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wozu auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen:

Fig» 1 eine perspektivische Ansicht eines teilweise aufgebrochen dargestellten, in Verbindung mit der Erfindung verwendbaren Vorformlings,

309844/0974

Figo 2 eine schematische Darstellung, in der die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung auf Vorformlinge gemäß Pig ο 1 gezeigt ist,

Figo 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 der Fig. 2,

Fig. 4 und 5 Schnittansichten verschiedenen Ausführungsformen von "bei dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendbaren, Hohlleitern,

Figo 6 eine schematische vertikale Schnittansicht, in der die Ausrichtung und Behälterformung gemäß der Erfindung dargestellt ist,

Figo 7 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausfuhrungsform eines bei der Erfindung verwendbaren Heizsystems und

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Ergebnisse in Form von Zeit-Temperaturkurven des Verfahrens gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein langgestreckter röhrenförmiger Vorformling dargestellt, aus dem eine Flasche geformt werden kann. Der Vorformling 10 weist einen Hauptteil 12 und einen fertigen

309844/0974

Teil 14 auf, an dem eine Befestigungs- oder Halterungseinrichtung, wie "beispielsweise ein Schraubengewinde 16 ausgebildet ist, auf das später ein (nicht dargestellter) Verschluß, wie "beispielsweise eine Kappe, zum Verschließen der Öffnung 18 aufgeschraubt werden kann, nachdem der Vorformling 10 in eine Flasche umgeformt worden ist, in die ein kohlesäurehaltiges, unter Druck stehendes Getränk eingefüllt und aufbewahrt werden kann_o Der Vorformling 10 ist vorher mittels üblicher Einrichtungen, beispielsweise spritz- und/ oder blasgeformt worden, wobei gleichzeitig der fertige Teil sehr genau mit engen Toleranzen ausgebildet worden ist. da dieser Teil im folgenden nicht mehr in irgendeiner Weise geändert oder abgewandelt werden soll, v/eil dies den erforderlichen guten Sitz und die Abdichtung der vorerwähnten Verschluß einrichtung beeinflussen würde.

Obwohl der dargestellte Vorformling 10 vertikal verlaufende, gerade Wände aufweist, kann sein Querschnitt ohne weiteres, wenn es erforderlich ist, in Längsrichtung geändert werden, um beispielsweise eine bestimmte Form und Stärke der Wand bei dem fertigen Gegenstand au erhaltene Obwohl die Wandstärke und das Gewicht des Vorformlings 10 innerhalb eines großen Bereichs geändert werden kann, hat er im allgemeinen verhältnismäßig starke Wände entlang des Hauptteils 10, die üblicherweise zwischen 3 mm und 5,3 mm (150 bis 210 mils) liegen, während

- 10 309844/0974

sein Gewiciit zwischen 15 und 75g liegt. Der Vorformling 10 ist aus' einem thermoplastischen Material mit 70/30 Gewichtsprozent eines polymerisierten Acrylnitril/Styrol Mischpolymerisats, welches von Hatur aus hochpolar ist und eine Durchlässigkeit von weniger als 1,5 bis 4,0 enr/^Tag/65O om / atm./¹ 000 (1,5 und 4,0 cc/day/100 sq.in./mil-atm.) "bei 22,8⁰O von O₂ "bzw. GO₂ hat. Das Mischpolymerisat des Vorformlings 10 ist vorzugsweise frei von irgendwelchen mit Verlust behafteten Zusatzstoffen," die üblicherweise verwendet werden, um die in der vorbeschriebenen Weise durchgeführte molekulare Erwärmung zu erleichtern.

In fig. 2 ist schematisch eine Einrichtung 20 dargestellt, mittels der die Temperatur jedes Hauptteils 12 einer Anzahl Vorformlinge 10 innerhalb des Temperaturbereichs erhöht werden kann, in welchem die wesentliche molekulare Orientierung bei der Dehnung oder Streckung stattfindet ο Pur das bei der Erfindung verwendete Polymerisat mit einem hohen Hitrilgehalt liegt der Temperaturbereich zwischen 120°C und 160⁰G und vorzugsweise zwischen 132⁰G und 154-°G· Bei Temperaturen über 16O⁰G ist das thermoplastische Material au flüssig, so daß sich die Moleküle bevorzugt in Zugrichtung ausrichten, während bei Temperaturen unter 120⁰G sehr große Kräfte erforderlich sind, um den Kunststoff um ein "bestimmtes Maß zu dehnen oder zu strecken.

- 11 309844/0974

Eine Heizeinrichtung 20 weist einen Hohlleiter 22 mit Anschlußteilen 24 auf, die mit einer Mikrowellen-Energiequelle 26' verbunden sinde Für eine solche Quelle eignet sich "beispielsweise das Netzgerät "Varian PPS-30A", das von Yarian Associates, Industrial Microwave Systems, 611 Hansen Way, Palo Alto, Kalifornien 94303 hergestellt wird. Der Hohlleiter 22 dient als Bestrahlungstubus zum Ankoppeln oder Übertragen der elektrischen, mittels der Quelle 26 erzeugten Energie in einer vorbestimmten Weise an die aus Kunststoff hergestellten Vorformlinge.

Die für den raschen Erwärmungsvorgang gemäß der Erfindung erforderliche Mikrowellenenergie hängt von der direkten Proportionalität der Erwärmungsgeschwindigkeit zu a) der angelegten Spannung, b) der Frequenz der elektrischen Energie und c) der dielektrischen Verlustziffer der Materialien mit hohem Uitrilgehalt, aus denen die Vorformlinge hergestellt sind, ab. Bei der Erfindung liegen die bevorzugten Frequenzen der Mikrowellenenergie zwischen 100 und 24 000 MHz, während der die angelegte Spannung begrenzende Paktor der dielektrische Durchbruch in luft ist; innerhalb dieser Spannungs- und Frequenzgrenzen sollte'die dielektrische Verlustziffer S" für den Temperaturbereich, dem die Vorformlinge mit hohem Nitrilgehalt ausgesetzt werden, zwischen 0,030 und 0,230 liegen. In den vorerwähnten Frequenzbereichen liegen auch die amtlich für industrielle,

- 12 -

3098U/0974

wissenschaftliche und medizinische Zwecke zugelassenen Frequenzbänder (die ISM-Frequenzbänder); diese Frequenzbänder liegen "bei 915, 2450, 5800 und 22 000 MHz (± jeweils 25 MHz), weshalb dies die besonders bevorzugten Frequenzen sind.

Die elektrische Feldverteilung, wie sie in Figo 3 schematiseh durch gestrichelte Linien 38 und 39 dargestellt ist, sollte gemäß der Erfindung so sein, daß eine verhältnismäßig gleichmäßige Beaufschlagung des langgestreckten Hauptteils des Vorformlings erfolgt, um dadurch eine gleichmäßige Temperatur-Zunahme entlang des Hauptteils in einer möglichst kurzen Zeit zu erreichen. In der Ausführungsform gemäß Figo 2 ist die Verteilung des elektrischen Feldes sowohl in axialer Richtung (38) als auch zylinderförmig parallel zum Umfang (39) "bezüglich des Haupt teils 12 des Vorformlings 10 gegeben,,

In der Äusführungsform, der Fig. 4 ist das elektromagnetische Feld in vorbestimmter Weise bezüglich des röhrenförmigen Hauptteils 12 des Vorformlings 10 ausgebildet, in dem die Abmessung und Form des Hohlleiters gegenüber dem in Fig. 3 geändert ist_o Obwohl die Feldverteilung im allgemeinen dieselbe ist, wie sie für den Hohlleiter 22 mit einem Rechteck— querschnitt dargestellt ist, in dem die Feldverteilung sowohl in axialer als auch in TJmfangsrichtung bezüglich des röhren-

- 13 309844/0974

förmigen Hauptteils jedes Vo rf ο railings ausgebildet ist, hat der Wellenleiter 56 einen zylindrischen Querschnitt und ist so ausgelegt, daß er schnell entlang der Trennlinie 57 geöffnet und geschlossen werden kann; hierbei steht der Halsteil 14 des Vorformlings 10 aus dem Inneren des Hohlleiters vor.

Der Verlauf des elektromagnetischen Feldes in Fig. 5 ist dadurch erreicht, daß die Größe des Hohlleiters geändert wurde. Der Hohlleiter oder Hohlraum 58 weist einen rechteckigen Querschnitt auf wie die Hohlleiter in den fig, 2 und 3; er ist allerdings "beträchtlich größer als.diese Hohlleiter. Mit der Art Hohlleiter, die in Fig. 5 dargestellt ist, ist die elektromagnetische feldverteilung bezüglich des Hauptteils des Vorformlings beliebig, so daß sie in nicht vorbestimmter Weise von der Unterseite des Oberteils und den Seitenwänden des Hohlleiters 58 aus auftreffen, wie durch Pfeile dargestellt ist; entsprechend der Theorie soll, je beliebiger und zufälliger die Feldverteilung ist, umso gleichmäßiger die Beaufschlagung des Vorformlings sein. Da die Felder in den Fig. 3 bis 5 eingehend dargestellt sind, wird bezüglich der Offenbarung ausdrücklich auf diese Figuren hingewiesen.

Im Betrieb werden die Vorformlinge 10 nacheinander in einer in Transportrichtung vor der Einrichtung 20 liegenden Besohiokungsstation von Hand oder automatisch in Halterungen oder Fassungen 30 eingesetzt, so daß jeweils der Halsteil 14 von der

-H-309844/0974

Halterung oder Fassung 30 umschlossen ist, wie in Hg· 3 dargestellt, und aus dem Inneren des Hohlleiters 20 während dessen Durchlauf durch die Einrichtung vorsteht; der Halsteil liegt somit außerhalb des angelegten elektromagnetischen Feldes. Allerdings ist die Isolierung des fertigen Halsteils von dem Inneren des Hohlleiters nicht wesentlich; beispielsweise kann der in geeigneter Weise abgeschirmte Halsteil auch mit Mikrowellenenergie bestrahlt werden oder andererseits das Feld so ausgebildet werden, daß vorzugsweise der Hauptteil eines nicht abgeschirmten Vorformlings erwärmt wird, der sich vollständig innerhalb des Hohlleiters befindet. Bei der Erfindung ist allerdings der Schutz des Halsteils 14, der einen Teil des Vorformlings darstellt, gegenüber der vollen Bestrahlung bzw. Beaufschlagung durch das elektromagnetische Feld, mit dem der Hauptteil erwärmt wird, wichtig, da, wie oben ausgeführt, der Halsteil des Vorformlings in dieser Verfahrensstufe bereits die endgültige Form hat und irgendeine Veränderung nicht erwünscht ist und vermieden werden sollte.

Während des Durchlaufs jedes Vorformlings 10 durch den Hohlleiter 22 wirkt das sinusförmige elektromagnetische, an der Stelle 38 und 40 dargestellte Feld auf die polaren Nitrilmoleküle durch die Wand des Hauptteils 12 hindurch, wodurch die Moleküle erregt oder in Schwingung versetzt werden,

- 15 309844/0974

wodurch verhältnismäßig gleichmäßig durch die Wand des Hauptteils durch die Moleküle Reibungswärme erzeugt wird. Aufgrund der Beschaffenheit und des Gewichts des thermoplastischen Materials sowie der Frequenz, Spannung und der von der Quelle.26 zugeführten Energie kann der Hauptteil jedes Vorformlinge 10 nach einer sehr kurzen Verweilzeit in dem Hohlleiter 22, d.h. nach 1/2 bis 30 Sekunden auf eine Temperatur gebracht werden, die in dem Bereich zwischen 120⁰O bis 160⁰G liegt.

Jeder Vorformling wird dann dem elektromagnetischen PeId nicht mehr ausgesetzt und verläßt an der Ausgangsseite 42 auf einem Förderband 28 den Hohlleiter 22, unmittelbar hinter dem Ausgang 42 wird der Vorformling aus der Halterung oder Passung herausgenommen und entweder von Hand oder automatisch zwischen voneinander trennbaren Teilen 44 und 46 einer Blasform 48 eingesetzt, wobei deren Temperatur in dem Bereich der molekularen Orientierungstemperatur liegt, um dadurch die für eine Warmverformung erforderliche Ausrichtung vollständig durchzuführen-. Der Begriff "Warmverformung" umfaßt hier alle Arten von Formgebung einschließlich des Blasformens von erwärmtem thermoplastischem Material.

Es ist allerdings auch möglich, den Hauptteil des Vorformlings über den Bereich der molekularen Orientierungstemperatur hinaus in der Einrichtung 20 zu erwärmen, um einen möglichen Temperatur-

- 16 3098U/0974

abfall auszugleichen, der während des Transports auftreten kann; gemäß der Erfindung ist nur wichtig, daß der Hauptteil während der durch Warmverformung erfolgenden Ausrichtung im Bereich der Orientierungstemperatur liegte Wenn der Vorformling zwischen die Formteile eingebracht ist, wobei das Gewinde 16 und die Schulter 17 des "Vorformlings von einander gegenüberliegenden Teilen der Blasform umfaßt und gehalten wird, wird eine Streck- oder Dehneinrichtung 50 über das offene Ende in die geschlossene Form eingesetzt, und ein Stabteil 53 wird nach unten verschoben und trifft auf den Boden 51 des Vorformlings auf (dessen Ausgangslage ,durch strichpunktierte Linien in der Form dargestellt ist), um den Hauptteil 12 in axialer Richtung auf die untere Wand 52 der Form 58 zu zu strecken. Gleichzeitig oder unmittelbar danach wird ein Treibmittel, das aus Öffnungen 54 in dem Stab austritt, in das Innere jedes Vorformlings eingelassen, um ihn nach außen gegen die Hohlraumwände der Formteile zu blasen, wodurch der Behälter gebildet wird, der in der dargestellten Ausführungsform eine Flasche ist.

Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung des Prinzips und der praktischen Ausführung der Erfindung, ohne daß sie hierdurch in irgendeiner Weise beschränkt wird«, Alle Prozentangaben sind, außer es ist anders angegeben, Gewichtsprozente.

- 17 '309844/0974

Beispiel I

•Eine Serie von "Vorformlingen, wie sie in Pig. 1 dargestellt sind, mit einem Gewicht von 40 g aus einem Polymerisat mit einer Mischung 70/30 eines Acrylnitril-Styrol-Polymerisates und mit einer .Wandstärke γοη etwa 4»45 mm + 0,12 mm bei einer Umgebungstemperatur von 22,8⁰C werden in die auf dem Förderband 28 angebrachten Halterungen 30 eingesetzt und durch den Wellenleiter 22 hindurchbefördert. Die Energiequelle 26 war auf eine Ausgangsleistung von 10 kW bei einer Frequenz von 2450 ± 25 MHz eingestellt. Ein in der Drehzahl veränderlicher Motor zum Antrieb des Förderbandes'28 war so eingestellt, daß die maximale Verweilzeit des Vorformlings in dem Hohlleiter 1/2 Sekunde beträgt. An der Ausgangsseite 42 wird die Oberflächentemperatur des Hauptteils des Vorformlings mittels eines die Infrarotstrahlung abtastenden Thermometers gemessen, das unmittelbar an der Ausgangsseite 42 angeordnet ist. Die Vorformlinge sahen bei Verlassen des Hohlleiters äußerlich betrachtet genauso aus wie auf der Eingangsseite; es zeigten sich keine Zersetzung oder Bruchstellen an der Oberfläche₀ Die Hauptteile waren weich und formbar, aber noch ausreichend steif, um ihre Form auch unter der Wirkung ihres Eigengewichts zu halten. Der fertige Halsteil 14 war jeweils erheblich kühler als der Hauptteil 12, ein Zeichen dafür, daß die Erwärmung vorzugsweise entlang des Hauptteils stattgefunden hatte. Wie in Fig, 8 dargestellt, wurde eine Oberflächentemperatur an dem

- 18 309844/0974

Hauptteil des Vorformlings "bei der vorerwähnten Leistung und Frequenz der Mikrowellenenergie sowie "bei einer maximalen Verweilzeit von 1/2 Sekunde in dem Wellenleiter 22 von etwa 143⁰O gemessen, eine Temperatur also, die innerhalb des Temperaturbereichs von 120°0l)is 160⁰G liegt, innerhalb dessen die wesentliche Orientierung bzw. Ausrichtung beim Strecken oder Dehnen des jeweiligen Nitrilmaterials des Vorformlings stattfindet. Die erwärmten Vorformlinge wurden dann jeweils aus der Halterung JO herausgenommen und unmittelbar in der in Fig. 6 dargestellten Weise in eine Blasform eingebracht, wo sie in axialer Richtung gestreckt und nach außen in der Form ausgeweitet wurden, um, wie vorbeschrieben, eine Flasche zu formen.

Beispiel II

Mit einem weiteren Satz Verformungen wird der Verfahrensablauf gemäß Beispiel I wiederholt, außer daß dieser Satz Vorformlinge aus einer Mischung von 90/10 Gewichtsprozent von Methacrylnitril-Styrol-Polymerisat hergestellt ist; das Antriebssystem für das Förderband 28 ist etwas langsamer als in dem Beispiel I eingestellt; die Leistung ist auf 1,0 kW verringert. Hierbei hat sich im wesentlichen dieselbe Oberflächentemperatur an dem Vorformling am Ausgang des Hohlleiters 22 nach einer maximalen Verweilzeit in dem Hohlleiter von etwa 3 Sekunden ergeben; der Verlauf der Oberflächentemperatur ist in Fig. 8 über der Zeit aufgetragen.

3 09844/0974 -19-

Beispiel III

Es wurde der Verfahrensa"blauf des Beispiels II wiederholt; lediglich, die Energiequelle 26 war auf eine leistung von 0,5 kW "bei einer Frequenz von 2450 MHz eingestellt, lter Temperaturverlauf ist in Fig. 8 ebenfalls über der Zeit aufgetragen.

Beispiel IY

Dieses Beispiel dient nur Vergleichszwecken und ist kein Beispiel zur Erfindung«

Auch hier wird wieder der Verfahrensablauf des Beispiels I wiederholt, mit dem Unterschied, daß jeder Vorformling durch drei Anordnungen verschiebbar zueinander angeordneter Infrarot hei zeinr ichtungen 62, 64 und 66, wie in Figo 7 gezeigt, hindurchläuft; jede dieser Heiζeinrichtungen umgibt den Vorformling in der dargestellten Weise; hier-bei liegen die Heizflächen der Einheiten '62 und 64 voneinander in einem Abstand von etwa 5 cm, während der Durchmesser des Vorformlings 2,5 cm beträgt; die dritte Einheit 66 ist in einem Abstand von 2,5 bis 1,25 cm von der verschlossenen Seite des Vorformlings angeordnet. Jede der Infraroteinheiten 62, 64 und 66 zum Erwärmen des Vorformlings wird mit 500 Watt gespeist, so daß eine Infrarotstrahlung von etwa 4,6 W/cm abgestrahlt wird; die Oberflächentemperatur jeder Heizeinrichtung beträgt dann etwa 54O⁰C.

- 20 309844/0974

Nach einer Bestrahlungsdauer von etwa 30 sek betrug die Oberflächentemperätur des Polymerisates etwa 54O⁰G; die Vorformlinge wiesen aber eine angebrannte Oberfläche mit starker Blasenbildung auf, die für eine weitere Verformung vollkommen ungeeignet waren. Durch entsprechende Einstellung der Abstände der Einheiten 62, 64 und 66 für die anschließend durchlaufenden Vorformlinge hat sich ergeben, daß zur Bestrahlung etwa 275 sek erforderlich waren, um einen erwärmten Vorformling zu schaffen, der mit Erfolg in axialer Richtung gestreckt und in radialer Richtung zu einer verwendbaren Flasche ausgeweitet werden konnte. Bei Bestrahlungsperioden zwischen etwa 30 und 270 sek konnte das Aussehen der Oberfläche des Vorformlings verbessert werden, indem der Wert des Wärmegradienten verkleinert wurde; wegen der immer noch vorhandenen ziemlich großen Wärmegradienten in den Wänden des Vorformlings konnte jedoch erfolgreich kein Behälter warm verformt werden. Jeder Vorformling wurde durchgeblasen oder brach an einer oder mehreren örtlich begrenzten heißen Stellen während des Ausweitvorgangs in der Blasform.

Die obige Besehreibung und insbesondere die Zeichnungen dienen lediglich der Erläuterung und beinhalten keine Beschränkung der Erfindung»

Die Uitrilmonomere, die zur Bildung der Polymerisate verwendet werden können, aus denen die Vorformlinge und die

30 9 8A4/09 7V - 21 -

Behälter gemäß der Erfindung hergestellt werden, sind Acrylnitril, Methacrylnitril und Mischungen daraus_o Der Prozentsatz an polymerisiertem Nitrilmonomer in dem Polymerisat muß mindestens 55 Gewichtsprozent ("beispielsweise 55 "bis 85 Gewichtsprozent) betragen, damit der geformte Behälter die erforderlichen Sperreigenschaften aufweist«. Ein besonders bevorzugtes Polymerisat weist 60 bis 80 Gewichtsprozent polymerisiertes Acrylnitril auf. Für ausrichtbare Materialien mit einem derart hohen Kitrilgehalt liegt der Temperaturbereich, in welchem im wesentlichen die molekulare Orientierung bei einem Streckvorgang stattfindet (ä.h. einer Orientierung, die ausreicht, um dem Polymerisat eine entsprechende KerbschlagZähigkeit bzw. Stoßfestigkeit zu verleihen), im Bereich von etwa 120⁰O bis 160⁰G.

Theoretisch kann jedes Monomer oder alle Monomere, die mit der nitrilgruppenhaltigen Komponente des Polymerisates polymerisierbar sind, bei der praktischen Durchführung der Erfindung verwendet werden unter der Voraussetzung, daß sie nicht wesentlich die erforderlichen Sperreigenschaften des Polymerisates verringern oder die dielektrische Wärmeleitfähigkeit des Kunstharzes stören. Ein derartiges Mischpolymerisat ist vorteilhaft, obwohl nicht unbedingt erforderlich, um die Verarbeitbarkeit des thermoplastischen Materials in der Schmelze zu verbessern.

- 22 309844/0974

Beispiele für solche Monomere sind äthylenisch, ungesättigte, aromatische Verbindungen wie Styrol,^ oc-Methylstyrol, o-, m- und p-substituierte Alkylstyrole, beispielsweise o-Methylstyrol, o-Äthylstyrol, p-Methylstyrol, p-Ätliylstyrol, o-, m- oder p-Butylstyrol, o-, m- oder p.sec.-Butylstyrol, o-, m—, oder p.tert.-Butylstyrol etc.,oC-halogeniertes Styrol, beispielsweise^ -Ohlorstyrol, oC-Bromstyrol, Eingsubstituierte halogenierte Styrole, ζ.Β_β o-öhlorstyrol, p-Ghlorstyrol u.a.; Ester von äthylenisch ungesättigten Carbonsäuren, ζ.B₀ Methyl acrylat, Methylmethacrylat, Äthylmethacrylat, Äthylacrylat, Butylacrylat, Propylacrylat, Butylmethacrylat-G-Xyeidol-Acrylat, G-lycidol-Methacrylat u.ä.f äthylenisch ungesättigte Säuren, Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Propacrylsäure, Crotonsäure u.a.. Vinylester, z.B„ Vinylformiat, Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbutyrat usw_e; Vinyl- und Vinyliden-Halogenide, 2;.B. Vinylchlorid_s Vinylbromid, VinylidenchlD2?id, Vinylfluoride usw., Vinyläther, z.B_e Methyl-vinyläther, Äthylvinyläther, PropylTinyläther,<7C-01efine, z.B„ Äthylen, Propylen, Buten, Penten, Hexen, Hepten, Oxten, Isobuten und andere Isomere der vorgenannten Verbindungen.

Im Rahmen der Erfindung können auch verschiedene Modifikationen und Abänderungen vorgenommen werden» Die oben angegebenen Ausführungen sind nur als Beispiele aufzufassen und stellen keine Beschränkung der Erfindung dar.

Patentansprüche 309844/0974

Claims

Patentansprüche;

1, Verfahren zum selektiven, schnellen Erwärmen eines thermo- . plastischen, polymeren Vorformlings, ohne daß dieser erkennbar abgetaut oder zersetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformling mit Mikrowellenenergie für eine Dauer zwischen etwa 1/2 und etwa 30 sek beaufschlagt wird, wobei das Mikrowellenenergiefeld so ausgebildet ist, daß selektiv bestimmte leile des Vorformlings erwärmt werden und die Temperatur
dieser Teile von Umgebungs-.auf die Orientierungstemperatur
erhöht wird, ohne daß die übrigen Teile verformt oder thermisch zersetzt werden«,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
thermoplastische, polymere Vorformling einen fertiggeformten röhrenförmigen Halsteil aufweist, der während der Beaufschlagung des Vorformlings mit Mikrowellenenergie nicht verformt wird, daß dann der Vorformling aus dem Mikrowellenenergiefeld herausgenommen und danach einer Warmverformung
und Orientierung ausgesetzt wird, um einen Behälter zu formen, bevor der Vorformling stärker abgekühlt ist, wobei ein Hauptteil des thermoplastischen Polymers aus polymerisieren
monomeren Gruppen von Acrylnitril, Methacrylnitril und
Mischungen daraus gebildet ist.

309844/0974

3* Verfallren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrowellenenergiefeld in einer vorbestimmten Form ausgebildet wird, um die gleichmäßige Erwärmung des Haupt« teils zu "beschleunigen, daß die Frequenz der Mikrowellenenergie etwa 2450 MHz beträgt, und daß die Form des Energiefeldes selektiv durch die Größe und Abmessung eines Hohlleiters bestimmt ist.

30 9 84 4/0974

ZS

Leerseite