DE3411905C2

DE3411905C2 -

Info

Publication number: DE3411905C2
Application number: DE3411905A
Authority: DE
Inventors: Katashi Nagano Jp Aoki
Original assignee: Individual
Current assignee: AOKI SHIGETO NAGANO JP
Priority date: 1983-03-31
Filing date: 1984-03-30
Publication date: 1989-04-27
Also published as: FR2543483B1; AU569067B2; FR2543483A1; GB2139551A; IT1180016B; GB8408076D0; IT8467316A0; JPS59179318A; ES531193A0; GB2139551B; AU2619784A; IT8467316A1; ES8503553A1; DE3411905A1; JPH0356167B2

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus einem biaxial gereckten Polymeren mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Maßnahmen.

Ein solches Verfahren ist für Hohlkörper aus Polyäthylenterephthalat aus der DE-OS 28 19 813 bekannt. Die vorliegende Erfindung befaßt sich aber mit der Herstellung von Hohlkörpern aus Polypropylen.

Polypropylen ist ein kristallines Kunstharz, und die Pellets, von welchen man beim Herstellen von Polypropylengegenständen üblicherweise als Vormaterial ausgeht, besitzen deshalb kristalline Struktur. Bei einer Temperatur zwischen 190° und 260°C kann man Polypropylen gut formen, und wenn man Hohlkörper, z. B. Flaschen, aus Polypropylen durch Blasformen herstellt oder durch Spritzgießen von Vorformlingen, die anschließend durch Blasformen weiterverarbeitet werden, oder durch ein ähnliches Verfahren herstellt, dann ist man bestrebt, die Arbeitstemperatur so hoch wie möglich zu halten.

Wenn man einen Polypropylen-Hohlkörper durch Blasformen oder durch Spritzgießen und anschließendes Blasformen herstellt, dann erhält man bei Anwendung von dafür bekannten Verfahren stets Hohlkörper, deren Transparenz beeinträchtigt ist und die milchig erscheinen, weil die Vorformlinge umgehend durch Blasformen in Hohlkörper der gewünschten Form umgeformt werden.

Man nimmt an, daß die Polypropylen-Hohlkörper deshalb milchig werden, weil das Kunstharz im Verlauf des Herstellungsverfahrens infolge Abkühlung des geschmolzenen Materials teilweise kristallisiert, wobei die auftretenden Schwankungen in der Transparenz des Hohlkörpers vom Ausmaß der Kristallisation und von der Größe der kristallinen Bereiche im amorphen Material abhängen.

Bei dem für die Herstellung von Hohlkörpern aus Polyäthylenterephthalat bekannten Verfahren werden die durch Spritzgießen gebildeten Vorformlinge erst dann entformt, nachdem sie auf eine um 60°C oder 70°C unterhalt der Kristallisationstemperatur liegende Temperatur abgekühlt sind. Ferner ist es bekannt, die Vorformlinge vor dem abschließenden Strecken und Blasformen in einer Vorblasform durch Aufblähen geringfügig auszudehnen. In erster Linie hat es den Zweck, den Vorformling vom Spritzgießkern zu lösen, so daß das Aufblähen vorzugsweise ohne Verwendung einer Vorblasform in freier Luft erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus biaxial gerecktem Polypropylen anzugeben, mit welchem es gelingt, transparente, glänzende Hohlkörper mit gleichförmiger Wandstärke herzustellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch angegebenen Merkmalen.

Das Verfahren läuft so ab, daß man zunächst durch Spritzgießen einen Vorformling aus Polypropylen herstellt. Dazu geht man von Polypropylen-Pellets aus, die durch die Schnecke im Einspritzzylinder einer Spritzgießmaschine plastifiziert werden. Das geschmolzene Polypropylen wird zum vorderen Ende der Schnecke gefördert und in dem vor der Schnecke befindlichen Raum im Einspritzzylinder angesammelt, aus welchem es im Maschinentakt durch eine Vorschubbewegung der Schnecke verdrängt und in die Spritzgießform eingegossen wird. Einen biaxial orientierten Hohlkörper aus Polypropylen, der transparent ist und Glanz besitzt, kann man nicht durch Strecken und Blasformen aus einem durch Spritzgießen gewonnenen Vorformling herstellen, solange das geschmolzene Polypropylen nicht vollständig amorph ist, sondern noch kristallines Material enthält. Deshalb soll dafür gesorgt werden, daß noch im Zylinder der Spritzgießmaschine eine gute Durchmischung des plastifizierten Polypropylens stattfindet, bevor es in die Spritzgießform eingespritzt wird. Auf diese Weise gelingt es, in die Spritzgießform solches geschmolzenes Polypropylen einzubringen, welches keinerlei kristalline Bestandteile mehr enthält. Aus der Spritzgießform entnimmt man den Vorformling mit möglichst hoher Temperatur und überführt ihn in eine Vorblasform, in welcher er durch Wärmeaustausch gezielt temperiert werden kann. Durch das Temperieren des Vorformlings sollen optimale Bedingungen für das nachfolgende Strecken und Blasformen eingestellt werden.

Das plastifizierte Polypropylen, welches sich infolge der Drehung der Schnecke vor deren vorderem Ende im Einspritzzylinder ansammelt, weist noch eine ungleichförmige Temperatur auf, wenn es schon vollständig geschmolzen ist.

Eine ungleichförmige Temperaturverteilung liegt dann auch in dem geschmolzenen Polypropylen vor, welches in die Spritzgießform eingeschossen wurde, und sie ist einer der Gründe dafür, daß auch der entstehende Vorformling eine ungleichmäßige Temperaturverteilung besitzt. Diese ungleichförmige Temperaturverteilung im Vorformling wird in der Vorblasform durch einen Temperiervorgang teilweise ausgeglichen, welcher im erfindungsgemäßen Verfahren vor dem abschließenden Strecken und Blasformen durchgeführt wird. Der Temperiervorgang gleicht in erster Linie Temperaturunterschiede auf der Oberfläche des Vorformlings aus, welche aus einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung der gekühlten Spritzgießform herrühren. Die Temperatur im Inneren des Vorformlings läßt sich durch nachträgliches Temperieren nicht so leicht vergleichmäßigen, zumindestens dann nicht, wenn für den Temperiervorgang nur kurze Zeit zur Verfügung steht. Da eine ungleichmäßige Temperaturverteilung im Inneren des Vorformlings aber im wesentlichen von einer ungleichförmigen Temperatur des plastifizierten Polypropylens im Einspritzzylinder der Spritzgießmaschine herrührt und nicht nur zu ungleichmäßigen Wandstärken, sondern auch zu ungleichmäßiger Transparenz des Hohlkörpers führen kann, soll noch im Einspritzzylinder die Temperatur im geschmolzenen Polypropylen durch intensive Durchmischung vergleichmäßigt werden. Das hat zur Folge, daß auch der Vorformling, welcher in der Spritzgießform gebildet wird, in seinem Inneren eine gleichmäßige Temperatur aufweist. Den Einfluß, den ein intensives Durchmischen des Polypropylens im Einspritzzylinder ausübt, zeigt sich anschaulich darin, daß Vorformlinge, die nach intensiver Durchmischung des Polypropylens gegossen wurden, eine höhere Transparenz aufweisen als Vorformlinge, die nach nur mäßiger Durchmischung gegossen wurden und deshalb ein milchiges Aussehen aufweisen. Die gleichmäßigere Temperaturverteilung im Vorformling nach vorausgegangener intensiver Durchmischung des Polypropylens läßt sich empirisch nachweisen.

Beim Herstellen des Vorformlings wählt man die Einspritzzeit und die Abkühlzeit so kurz wie möglich; das Ziel ist, die Vorformlinge so heiß wie möglich zu entformen, und man kühlt sie deshalb nur so weit ab, wie unbedingt nötig ist, um das Entformen durchführen zu können, und zwar geschieht das Entformen bereits dann, wenn sich in der Spritzgießform auf der inneren und äußeren Oberfläche des Vorformlings erst eine nur dünne Haut gebildet hat.

Der rasch entformte Vorformling ist in der dünnen Haut auf seiner inneren und äußeren Oberfläche kristallisiert und nimmt nur ein geringfügig weißliches Aussehen an. Im Innern der Wandung des Vorformlings liegt das Polypropylen jedoch noch in amorphen Zustand und mit höherer Temperatur vor; die aus dem Inneren des Vorformlings zu dessen innerer und äußerer Oberfläche fließende Wärme läßt die dort gebildeten Häute erneut schmelzen, was man daran erkennt, daß die entformten Vorformlinge zusehends transprarent werden.

Zur Vorbereitung auf den abschließenden Streck- und Blasformvorgang werden die aus der Spritzgießform entnommenen Vorformlinge durch Wärmeaustausch mit der Wandung einer Vorblasform auf ein geeignete Weiterverarbeitungstemperatur gebracht. Wie man eine derartige Temperierung durchführen kann, ist zum Beispiel in der amerikanischen Patentanmeldung Nr. 516 786, welche auf denselben Erfinder zurückgeht, beschrieben.

Man verwendet eine Vorblasform, deren innere Oberfläche größer ist als die äußere Oberfläche des Vorformlings, und um den Vorformling mit der Wandung der Vorblasform in innigen Kontakt zu bringen, wird er in der Vorblasform expandiert. Die Expansion erfolgt zweckmäßigerweise in der Weise, daß man den Vorformling in der Vorblasform zunächst axial streckt und anschließend mit einem Druckgas beaufschlagt. Im Kontakt mit der Innenwand der Vorblasform nimmt der Vorformling die für das nachfolgende Strecken und Blasformen vorgesehene Arbeitstemperatur an. Die für das Temperieren benötigte Zeit ist nur gering, es genügt jene Zeitspanne, in welcher der Vorformling schrumpft, nachdem man ihn von dem Gasdruck in seinem Inneren entlastet hat. Die innere Oberfläche der Vorblasform ist größer als die von ihr umschlossene äußere Oberfläche des Vorformlings, um diesen hinreichend strecken und expandieren zu können. Der Unterschied zwischen den beiden sollte jedoch nicht zu groß sein, damit der Vorformling nicht zu stark in der Länge und im Durchmesser aufgeweitet wird, denn andernfalls könnte beim nachfolgenden Streck- und Blasform-Vorgang nur noch unzureichend gestreckt und gedehnt werden und erführe dann eine nur noch unzureichende biaxiale Orientierung. Die innere Oberfläche der Vorblasform soll ca. 1,4- bis 2mal so groß sein wie die von ihr umschlossene äußere Oberfläche des Vorformlings.

Das Strecken des Vorformlings in der Vorblasform führt man am besten mit einem Streckstempel durch, welchem man durch den Hals des Vorformlings in diesen einführt; das anschließende Ausdehnen des Vorformlings bewirkt man am einfachsten durch Einblasen von Luft. Der Vorformling schmiegt sich infolgedessen der inneren Oberfläche der Vorblasform an, und zwischen den beiden erfolgt ein Wärmeübergang, bis nach dem Entlasten des Vorformlings von seinem Binnendruck der Vorformling schrumpft und sich von der Wandung der Vorblasform löst.

Die Temperierung erfolgt, solange der Vorformling der Innenwandung der Vorblasform anliegt. Wenn er nach Erreichen der vorgesehenen Arbeitstemperatur für das nachfolgende Strecken und Blasformen von seinem Binnendruck entlastet wird, schrumpft er. Das Schrumpfen beeinflußt den Vorformling durchaus vorteilhaft. Weil nämlich beim Schrumpfen die Wandstärke des Vorformlings insgesamt zunimmt und weil im Verlauf der Änderung der Wandstärke im Vorformling ein Wärmeausgleich stattfindet, wird die Temperatur des Vorformlings weiter vergleichmäßigt, und gleichzeitig werden etwaige noch vorhandene Spannungen, welche beim Spritzgießen entstanden sind, beseitigt. Mit dem einsetzenden Schrumpfen löst sich der Vorformling von der Wand der Vorblasform, und dadurch wird der Temperiervorgang automatisch beendet.

Die auf diese Weise gebildeten Zwischenformlinge werden unverzüglich in eine Blasform überführt und darin mittels eines Streckstempels axial gestreckt, dann durch Einblasen von Luft expandiert und anschließend rasch abgekühlt; die auf diese Weise erhaltenen Hohlkörper weisen eine ausgezeichnete Transparenz auf.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele angegeben. Zur Durchführung des Verfahrens diente dabei eine Maschine zum Spritzgießen und Blasformen, wie sie in der US-PS 41 05 391 beschrieben ist.

Beispiel 1

Verwendet wurde ein Polypropylen mit der Bezeichnung 6200E, hergestellt von der Firma Mitsubishi Chemical Industries, Ltd., mit einer Dichte von 0,897 g/cm³, mit einem Schmelzpunkt von 140°C, und mit einer Schmelzviskosität von 1,7 g/10 min.

Pellets dieses Polypropylens wurden erwärmt, geschmolzen und durch Drehen der Einspritzschnecke in einem auf eine Temperatur von 220°C erwärmten Einspritzzylinder intensiv durchmischt, danach in eine auf eine Temperatur zwischen 12°C und 15°C gekühlte Spritzgießform eingegossen und auf diese Weise ein flaschenförmiger Vorformling mit den folgenden Abmessungen hergestellt:

Außendurchmesser: 22 mm,
Innendurchmesser: 15 mm,
Wandstärke: 3,5 mm,
Länge über alles: 128 mm,
Länge unterhalb des Halses: 110 mm.

Der Vorformling wurde so heiß wie möglich aus der Spritzgießform entformt und unverzüglich in eine Vorblasform eingesetzt. Die Temperatur des entformten Vorformlings lag in diesem Fall zwischen 100°C und 103°C.

Die Temperierung des Vorformlings geschah in einer Vorblasform mit den nachstehenden Merkmalen:

Innendurchmesser der Vorblasform: 36 mm,
Tiefe der Vorblasform: 137 mm,
Temperatur der Vorblasform: zwischen 120° und 130°C,
Temperierdauer: 6-7 s,
Luftdruck: 10⁵ bis 2 · 10⁵ N/m² entspr. 1 bis 2 bar.

Nach dem Einsetzen des Vorformlings in die Vorblasform wurde dieser zunächst durch einen Streckstempel axial gestreckt, bis der Boden des Vorformlings am Grunde der Vorblasform anlag. Anschließend wurde Luft in den heißen Vorformling eingeblasen, um ihn auszudehnen und dadurch seine äußere Oberfläche in innigen Kontakt mit der Innenseite der Vorblasform zu bringen.

Der Temperiervorgang wurde abgeschlossen durch das Schrumpfen des Vorformlings, welches einsetzt, wenn der Streckstempel zurückgezogen und der Überdruck im Innern des Vorformlings beseitigt wird.

Nach dem Temperiervorgang hatte der so gebildete Zwischenformling eine zwischen 113°C und 120°C liegende Temperatur, einen Außendurchmesser von 31 mm und eine Länge unterhalb des Halses von 130 mm.

Der temperierte Zwischenformling wurde unverzüglich in eine Blasform überführt und darin durch Strecken und anschließendes Blasformen in eine 600-ml-Bierflasche umgeformt, die eine eliptischen Querschnitt mit einem kleinen Durchmesser von 60 mm und einem großen Durchmesser von 80 mm, eine Wandstärke von 0,4 mm, eine Länge über alles von 198 mm, eine Länge unterhalb des Halses von 180 mm und ein Gewicht von 22,2 g besaß. Der zum Blasformen verwendete Luftdruck lag zwischen 8 · 10⁵ und 10⁶ N/m², und die Blasdauer lag zwischen 3 und 5,5 s.

Die auf diese Weise hergestellte Bierflasche war transparent, zeigte keinerlei milchige Stellen, hatte Glanz und eine gleichförmige Wandstärke.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wurde eine Ölflasche mit 700 ml Rauminhalt geformt, wobei der Verfahrensablauf dem Ablauf im 1. Beispiel entspricht, soweit nachstehend nicht andere Daten genannt sind:

Maße des Vorformlings:

Außendurchmesser: 28 mm,
Innendurchmesser: 20,6 mm,
Wandstärke: 3,7 mm,
Länge über alles: 130 mm,
Länge unterhalb des Halses: 118 mm,
Temperatur der Spritzgießform: 15°C bis 22°C,
Temperatur des Vorformlings nach dem Spritzgießen
(außen): 100°C.

Daten der Vorblasform:

Innendurchmesser: 40 mm,
Tiefe der Form: 122 mm,
Temperatur der Vorblasform: zwischen 90°C und 100°C,
Luftdruck: 8 · 10⁵ N/m²,
Temperierdauer: zwischen 0,5 und 1 sec.

Daten des temperierten Zwischenformlings:

Außendurchmesser: 33 mm,
Länge unterhalb des Halses: 119 mm,
Temperatur: 115°C.

(Die Temperatur des temperierten Zwischenformlings ist höher als die der Vorblasform, da der Vorformling nach dem Entformen aus der Spritzgießform zunächst eine höhere Innentemperatur als Außentemperatur hat, wodurch die Außentemperatur nachträglich ansteigt.)

Fertige Ölflasche:

Außendurchmesser: 70 mm (max. 77 mm),
Länge über alles: 225 mm,
Wandstärke: 0,4 mm,
Länge unterhalb des Halses: 213 mm,
Gewicht: 29,6 g.

Die auf diese Weise hergestellte Ölflasche hatte ausgezeichnete Transparenz, Glanz und eine gleichförmige Wandstärke.

Abschließend kann festgestellt werden, daß ein Vorteil der Erfindung darin liegt, daß zur Durchführung des Verfahrens eine Maschine verwendet werden kann, die zum Herstellen von Hohlkörpern aus Polyäthylenterephthalat oder ähnlichem durch Spritzgießen, Strecken und Blasformen bereits bekannt ist.

Claims

Anwendung eines Verfahrens zum Herstellen von Hohlkörpern aus einem biaxial gereckten Polymeren durch
- - Plastifizieren und Durchmischen des Polymeren in einem Einspritzzylinder infolge Drehung seiner Einspritzschnecke,
- - Einspritzen des geschmolzenen Polymeren in eine Spritzgießform zum Formen eines Vorformlings,
- - Entformen des Vorformlings, nachdem sich auf diesem eine Haut gebildet hat und solange er in seinem Inneren noch heiß und amorph ist,
- - Einbringen des Vorformlings in eine Vorblasform, deren innere Oberfläche größer ist als die von ihr umschlossene äußere Oberfläche des Vorformlings,
- - Anschmiegen des Vorformlings an die innere Oberfläche der Vorblasform durch Aufblähen zu einem Zwischenformling,
- - Entlastung des Zwischenformlings von seinem Innendruck und
- - Umformen des Zwischenformlings in einer Blasform durch einen kombinierten Streck- und Blasformvorgang,
auf Hohlkörper aus Polypropylen mit der Maßgabe,
- - daß das Entformen des Vorformlings so heiß wie möglich erfolgt, nämlich mit einer Temperatur zwischen 100 und 103°C,
- - daß der Vorformling in der Vorblasform vor dem Aufblähen axial gestreckt wird und
- - daß der Zwischenformling für die Dauer von 0,5 bis 7 s in der zwischen 90 und 130°C heißen Vorblasform temperiert wird, deren innere Oberfläche ca. 1,4- bis 2mal so groß ist, wie die umschlossene Oberfläche des Vorformlings.