DE69111713T2

DE69111713T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Formen eines Gegenstandes aus Polyethylenterephthalat.

Info

Publication number: DE69111713T2
Application number: DE69111713T
Authority: DE
Inventors: Pearse Edward O'kane
Original assignee: POLYSHEET IRELAND Ltd
Current assignee: POLYSHEET IRELAND Ltd
Priority date: 1990-08-12
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2011-08-10
Also published as: EP0471528A1; ATE125748T1; IE68430B1; DK0471528T3; DE69111713D1; ES2081437T3; GR3017964T3; US5614145A; BE1003152A6; EP0471528B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen eines Gegenstands aus einer Lage aus Polyethylenterephthalat-Material, nachfolgend als PET-Lage bezeichnet, wobei das Verfahren von der Art ist, daß es die Schritte umfaßt die PET-Lage zu erwärmen, so daß die ersten und zweiten Oberflächen der PET-Lage sich bei einer Vorformtemperatur im Bereich zwischen der Glas/Gummi-Übergangstemperatur und der Schmelztemperatur der PET-Lage befinden, die erwärmte PET-Lage auf eine erwärmte Form aufzuformen, wobei die erste Oberfläche der PET-Lage in Kontakt mit der Form ist, die geformte Lage in der Form zu halten und die geformte Lage wärmezubehandeln, während sie in der Form gehalten wird, um den Grad bzw. das Ausmaß der geformten PET-Lage zu erhöhen. Des weiteren betrifft die Erfindung einen gemäß dem Verfahren geformten Gegenstand. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen eines Gegenstandes aus einer PET-Lage, so daß der geformte Gegenstand bei Temperaturen von über 70ºC und bevorzugt bis zu Temperaturen von über 200ºC formstabil ist.
Amorphes PET-Material, mit anderen Worten PET-Material, das einen relativ niedrigen Kristallisationsgrad besitzt, wird bei relativ niedrigen Temperaturen forminstabil. Im allgemeinen wird ein Gegenstand aus amorphem PET-Material bei etwa 70ºC forminstabil und zur Sicherheit wird empfohlen, solche Gegenstände nicht Temperaturen von über 50ºC auszusetzen. Es ist bekannt, daß durch Erhöhen des Kristallisationsgrades des PET des Gegenstandes die Temperatur, bei welcher das PET forminstabil wird, erhöht wird. Durch Erhöhen der Kristallisationsgrade des PET-Materials eines Gegenstandes über 25% bleibt der Gegenstand bei Temperaturen von über 200ºC formstabil. Ein Erhöhen des Kristallisationsgrades des PET-Materials eines Gegenstandes erhöht des weiteren die Temperatur, bei welcher der Gegenstand stabil bleibt.
Es ist bekannt, einen Gegenstand aus einer Lage aus PET-Material warmzuformen und beim Warmformen des Gegenstandes den Gegenstand mit einem Kristallisationsgrad zu versehen, der die Temperatur, bei welcher der Gegenstand formstabil bleibt, erhöht. Beispielsweise beschreibt die US-Patentschrift Nr. 3,496,143 ein Verfahren zum Wärmeformen eines Gegenstandes aus einer Lage aus PET-Material unter Verwendung einer Vakuum-Tiefziehvorrichtung. Die PET-Lage weist eine Dicke von 3 mm und eine Fläche von 370 mm x 280 mm auf. Das Verfahren erfordert, daß die PET-Lage einen Anfangskristallisationsgrad besitzen sollte, der im Bereich von 5% bis 25% liegt. Das Verfahren erfordert, daß die PET- Lage vor dem Formen in der Vakuumform der Vorrichtung einer Wärmebehandlung unterworfen wird. Nach dem Formen wird die Lage, während sie noch in der Form ist, weiterer Wärmebehandlung durch Wärmeübertragung von der Form ausgesetzt. Wärme wird in die geformte Lage durch die in Kontakt mit der Form stehende Oberfläche der Lage übertragen. Die geformte Lage wird in der Form gehalten, bis der Kristallisationsgrad der geformten Lage größer als 25% ist. In der Patentbeschreibung wird darauf hingewiesen, daß der geformte Gegenstand bei einer Temperatur von 160ºC 60 Minuten formstabil ist. In anderen Worten, der geformte Gegenstand wurde erwärmt und bei einer Temperatur von 160ºC 60 Minuten lang gehalten und er erwies sich während der 60minütigen Zeitdauer als völlig formstabil.
Es wurde festgestellt, daß das in der US-Patentschrift Nr. 3,496,143 vorgeschlagene Verfahren im allgemeinen zum Wärmeformen eines formstabilen Gegenstandes aus PET-Flächengebilde bzw. -Lagenmaterial einer Dicke von größer als 1 mm ungeeignet ist. Insbesondere wurde festgestellt, daß die unter Verwendung des in der US-Patentschrift vorgeschlagenen Verfahrens hergestellten Gegenstände bei Temperaturen oberhalb von 80ºC forminstabil werden. Des weiteren ist die Zeit, die zur Erhöhung des Kristallisationsgrades der PET- Lage auf über 25% benötigt wird, unter Verwendung des in der US-Patentschrift vorgeschlagenen Verfahrens unwirtschaftlich lang.
Es besteht daher ein Bedarf für ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen eines Gegenstandes aus einer PET-Lage, der bei Temperaturen oberhalb von 70ºC formstabil ist, und insbesondere besteht ein Bedarf für ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen eines Gegenstandes aus einer Lage aus PET-Material einer Dicke von größer als 1 mm.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, solch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen und auch einen gemäß dem Verfahren geformten Gegenstand zu liefern.
Die Erfindung überwindet die Probleme der Verfahren des Standes der Technik aufgrund der Tatsache, daß die Erfindung ein Verfahren zum Formen eines Gegenstandes aus einer Lage aus PET-Material liefert, die ein Paar entgegengesetzter erster und zweiter Oberflächen definiert, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt, die PET-Lage zu erwärmen, so daß die ersten und zweiten Oberflächen der PET-Lage bei einer Vorformtemperatur im Bereich zwischen der Glas/Gummi- Übergangstemperatur und der Schmelztemperatur der PET-Lage sind, die erwärmte PET-Lage auf eine erwärmte Form aufzuformen, wobei die erste Oberfläche der PET-Lage in Kontakt mit der Form ist, die geformte Lage in der Form zu halten und die geformte Lage wärmezubehandeln, während sie in der Form gehalten wird, um den Kristallisationsgrad der geformten PET-Lage zu erhöhen, dadurch gekennzeichnet, daß die geformte PET-Lage wärmebehandelt wird, indem die Temperatur der ersten Oberfläche bei einer Kristallisationstemperatur im Bereich zwischen der Glas/Gummi-Übergangstemperatur und der Schmelztemperatur der PET-Lage durch Wärmeübertragung von der Form gehalten wird und indem die Temperatur der zweiten Oberfläche auf einer Kristallisationstemperatur, die im wesentlichen gleich der Temperatur der ersten Oberfläche ist, gehalten wird, während die geformte Lage in der Form gehalten wird, durch Wärmeübertragung von einer ersten Wärmequelle, die verschieden von der Form ist, und die geformte PET-Lage aus der Form genommen wird, wenn der Kristallisationsgrad der geformten PET-Lage 25% oder mehr erreicht.
Der Begriff "im wesentlichen gleich" bedeutet, wenn er dazu verwendet wird, die Beziehung zwischen den Kristallisierungstemperaturen der ersten und zweiten Oberflächen der geformten Lage zu beschreiben, daß die Kristallisierungstemperaturen der ersten und zweiten Oberflächen zueinander so nahe wie praktisch möglich gehalten werden sollten. Die Fachleute auf dem Gebiet werden feststellen, daß es praktisch unmöglich ist, die ersten und zweiten Oberflächen bei identischen Kristallisierungstemperaturen zu halten, die Kristallisierungstemperatur der zweiten Oberfläche sollte jedoch innerhalb von + oder -5ºC der Kristallisierungstemperatur der ersten Oberfläche gehalten werden. Dementsprechend soll der Begriff "im wesentlichen gleich", wie er in dieser Patentbeschreibung und den Patentansprüchen verwendet wird, wenn auf die Kristallisierungstemperaturen der ersten und zweiten Oberflächen Bezug genommen wird, eine relativ kleine Abweichung von + oder -5ºc zwischen den zwei Kristallisierungstemperaturen liefern.
Die Erfindung weist viele Vorteile auf. Es wurde festgestellt, daß das Verfahren gemäß der Erfindung zum Wärmeformen von Gegenständen aus relativ dicken Lagen aus PET-Material geeignet ist, die bis zu relativ hohen Temperaturen formstabil sind. Die Temperaturhöhe, bei welcher ein Gegenstand aus PET-Material formstabil bleibt, hängt vom Kristallisationsgrad des PET-Materials ab. Es wurde festgestellt, daß bei Verwendung des Verfahrens der Erfindung der Kristallisationsgrad im ganzen Gegenstand gleichmäßiger verteilt ist, als bei Verwendung von bisher bekannten Verfahren. Es wurde festgestellt, daß dies besonders bei Gegenständen, die aus relativ dicken Lagen von PET-Materialien hergestellt sind, besonders vorteilhaft ist. Es wird angenommen, daß durch Erwärmen der zweiten Oberfläche, mit anderen Worten, der Oberfläche der PET-Lage, die der mit der Form in Kontakt stehenden Oberfläche entgegengesetzt ist, auf eine zu der Kristallisierungstemperatur der ersten Oberfläche im wesentlichen gleichen Kristallisierungstemperatur, während die geformte Lage in der Form gehalten wird, eine viel gleichförmigere Verteilung der Wärme über die Oberflächen der geformten Lage und nachfolgend durch die geformte Lage hindurch geliefert wird und dementsprechend eine viel gleichmäßigere Verteilung der Kristallisation durch den gesamten geformten Gegenstand liefert. Wegen der gleichmäßigeren Verteilung der Wärme über die geformte Lage ist des weiteren die erforderliche Zeit, damit die Lage den gewünschten Kristallisationsgrad erreicht, beträchtlich geringer als die zum Erreichen eines ähnlichen Kristallisationsgrades unter Verwendung bisher bekannter Verfahren erforderliche Zeit, und es wird auch ein formstabilerer Gegenstand erhalten. Tatsächlich stellt das Verfahren eine viel gleichmäßigere Verteilung der Kristallisation durch den gesamten Gegenstand zur Verfügung als es unter Verwendung bisher bekannter Verfahren zu erreichen möglich war, insbesondere bei der Formung von Gegenständen aus relativ dicken Lagen von PET-Material, wie beispielsweise Lagen einer Dicke von größer als 1 mm.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste Wärmequelle auf der Seite der PET-Lage der zweiten Oberfläche vorgesehen, während die geformte PET-Lage in der Form gehalten wird.
Der Vorteil, die erste Wärmequelle auf der Seite der PET- Lage der zweiten Oberfläche vorzusehen, besteht darin, das sie eine relativ gleichförmige Verteilung der Wärme über die zweite Oberfläche liefert und auch eine Aufrechterhalten der Temperatur der zweiten Oberfläche der PET-Lage bei einer zu der ersten Oberfläche im wesentlichen gleichen Temperatur erleichtert, während die geformte PET-Lage in der Form gehalten wird.
Bevorzugt wird die erste Wärmequelle angrenzend bzw. benachbart zur zweiten Oberfläche der PET-Lage vorgesehen, während die geformte PET-Lage in der Form gehalten wird. Dies erleichtert weiter das Vorsehen einer relativ gleichmäßigen Wärmeverteilung über die zweite Oberfläche der geformten Lage und führt zu einer Verminderung der zum Erreichen eines gewünschten Kristallisationsgrades erforderlichen Zeit.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Kristallisierungstemperatur, bei welcher die ersten und zweiten Oberflächen gehalten werden, während die geformte PET-Lage in der Form gehalten wird, höher als die Vorformtemperatur. Es wurde festgestellt, daß durch ein Vorsehen einer Kristallisierungstemperatur, die höher als die Vorformtemperatur ist, eine Kristallisation der geformten Lage wirksamer erreicht wird. In einer Ausführungsform der Erfindung liegt die Temperaturdifferenz zwischen der Kristallisierungstemperatur und der Vorformtemperatur, im Bereich von 20ºC bis 80ºC. Im allgemeinen wurde festgestellt, daß ein wirksameres Verfahren geliefert wird, wenn die Kristallisierungstemperatur höher als die Vorformtemperatur ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt die Kristallisierungstemperatur, bei der die ersten und zweiten Oberflächen der PET-Lage gehalten werden, während die geformte PET-Lage in der Form gehalten wird, im Bereich von 80ºC bis 250ºC.
Die Glas/Gummitemperatur und die Schmelztemperatur der meisten PET-Materialien fallen in den Bereich zwischen 80ºC und 250ºC. In bestimmten Fällen jedoch, in denen das PET- Flächengebilde bzw. Lagenmaterial eine Glasübergangstemperatur, die aus diesem Bereich herausfällt, besitzt, kann die Kristallisierungstemperatur ebenso aus dem Bereich herausfallen. Es ist jedoch vorzuziehen, daß die Kristallisierungstemperatur im Bereich von 120ºC bis 210ºC liegt. Das liefert ein wirksameres Verfahren und im allgemeinen wird die optimale Wirksamkeit erreicht, wenn die Kristallisierungstemperatur im Bereich von 140ºC bis 180ºC liegt und bevorzugt etwa 160ºC beträgt. Die Kristallisierungsrate von PET-Material besitzt ein Maximum im Temperaturbereich von 140ºC bis 180ºC, und die Kristallisationsrate gipfelt bei einer Temperatur von 160ºC. Durch ein Halten der Kristallisierungstemperatur im Bereich von 140ºC bis 180ºC und so nahe wie möglich bei 160ºC wird daher die zum Erreichen eines gewünschten Kristallisationsgrades benötigte Zeit auf ein Minimum herabgesetzt. Die zum Erreichen eines gewünschten Kristallisationsgrades benötigte Zeit nimmt mit der Verminderung der Kristallisierungstemperatur auf unter 140ºC zu und wird über 180ºC erhöht. Bei Kristallisierungstemperaturen unter 120ºC und über 210ºC wird die zum Erreichen eines gewünschten Kristallisierungsgrades benötigte Zeit im allgemeinen unwirtschaftlich lang.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die geformte PET-Lage aus der Form herausgenommen, wenn der Kristallisationsgrad der geformten PET-Lage im Bereich von 25% bis 50% liegt.
Bei einem Kristallisationsgrad von 25% sind die meisten Gegenstände der meisten Typen von PET-Material bis zu 160ºC formstabil. Bei 50% Kristallisation sind Gegenständen im allgemeinen bei Temperaturen von über 240ºC formstabil. In der Praxis ist ein Kristallisationsgrad von über 30% wünschenswert, und bevorzugt sollte der Kristallisationsgrad über 35% liegen. Bei einem Kristallisationsgrad von 30% ist ein Gegenstand im allgemeinen bei Temperaturen von über 180ºC formstabil, während bei 35% Kristallisation der Gegenstand bei Temperaturen von über 200ºC formstabil ist.
Wie oben erwähnt wurde, ist der Kristallisationsgrad der geformten PET-Lage von der Temperatur abhängig, auf welche die Oberflächen der geformten Lage und wiederum die geformte Lage erwärmt werden, während sie in der Form ist, und auch von der Zeitdauer, während welcher die geformte Lage erwärmt wird, während sie in der Form gehalten wird. Der in einer geformten Lage aus PET erreichte Kristallisationsgrad ist, wie von der Kristallisationstemperatur und der Zeit, für welche die Lage der Kristallisierungstemperatur unterworfen wird, auch von der Art des PET-Materials abhängig. Einige PET-Materialien kristallisieren langsam, während andere relativ rasch kristallisiert werden können. In der Praxis sollte das PET-Flächengebild von der Art sein, welche bei einer mittleren bis relativ raschen Geschwindigkeit kristallisiert, und für ein wirksames Verfahren sollte die Kristallisierungstemperatur bevorzugt abhängig von den oben diskutierten Kriterien eingestellt werden, so daß der geformte Gegenstand nicht länger als 5 Minuten und bevorzugt nicht länger als 2 Minuten in der Form gehalten werden muß. In vorteilhafter Weise wird ein wirksames Verfahren abhängig von dem oben diskutierten Kriterium der Temperatur und des Materiales erreicht, wenn der Gegenstand der Kristallisierungstemperatur unterworfen wird und in der Form für eine Zeitdauer von 30 Sekunden bis zu 1 Minuten gehalten wird, um den gewünschten Kristallisationsgrad zu erhalten.
In einer Ausführungsform der Erfindung liegt die Vorformtemperatur in dem Bereich von 80ºC bis 140ºC. Bevorzugt liegt die Vorformtemperatur in dem Bereich von 100ºC bis 120ºC und in vorteilhafter Weise beträgt die Vorformtemperatur ungefähr 110ºC. Es wurde festgestellt, daß durch Aufrechterhalten der Vorformtemperatur im Bereich zwischen 100ºC bis 120ºC ein relativ wirksames Verfahren zur Verfügung gestellt wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt die erste Wärmequelle einen auf die zweite Oberfläche der PET- Lage gerichteten Heizstrahler. Der Vorteil, einen Heizstrahler vorzusehen, besteht darin, daß er eine relativ gleichförmige Wärmeverteilung über die zweite Oberfläche der geformten Lage ohne Schaden für die Oberfläche liefert.
In vorteilhafter Weise werden die ersten und zweiten Oberfläche der PET-Lage auf die Vorformtemperatur durch ein Paar beabstandeter, auf die entgegengesetzten Oberflächen der PET-Lage gerichteter Wärmequellen erwärmt. Das liefert ein relativ wirksames Verfahren.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfassen die Wärmequellen zum Erwärmen der ersten und zweiten Oberflächen der PET-Lage auf die Vorformtemperatur entsprechende Heizstrahler. In vorteilhafter Weise ist eine der Heizstrahlquellen zum Erwärmen der PET-Lage auf die Vorformtemperatur die erste Wärmequelle.
In einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Verfahren den Schritt der Entfernung wenigstens der zweiten Wärmequelle, wenn die Temperatur der PET-Lage die Vorformtemperatur erreicht hat und das Ineingriffbringen der Form mit der ersten Oberfläche der PET-Lage.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erwärmte Form eine Vakuumform und das Verfahren umfaßt des weiteren den Schritt des Anlegens eines Vakuums an die Form zum Aufformen der PET-Lage auf die Form.
In vorteilhafter Weise beinhaltet das Verfahren den Schritt, die PET-Lage während des Erwärmens der ersten und zweiten Oberflächen auf die Vorformtemperatur zu unterstützten.
In einer Ausführungsform der Erfindung besitzt die PET-Lage eine Dicke von größer als 1 mm. Das Verfahren ist insbesondere für PET-Lagen einer Dicke von größer als 1,5 mm geeignet und besonders gute Ergebnisse werden mit PET-Lagen einer Dicke von bis zu 10 mm und bevorzugt Lagen von 6 mm Dicke erreicht.
Im allgemeinen ist es wünschenswert, daß die innere Viskosität bzw. Strukturviskosität der PET-Lage im Bereich von 0,5 bis 1,2 und bevorzugt im Bereich von 0,8 bis 1,0 liegen sollte. In vorteilhafter Weise sollte die Strukturviskosität der PET-Lage ungefähr 0,85 betragen.
Das Verfahren hat sich als besonders vorteilhaft zum Formen eines Gegenstandes aus einer extrudierten Lage aus PET-Material erwiesen.
Zusätzlich liefert die Erfindung eine Vorrichtung zum Formen eines Gegenstandes aus einer Lage aus PET-Material, die ein Paar entgegengesetzter erster und zweiter Oberflächen definiert, wobei die Vorrichtung eine Form zum Ineingriffkommen bzw. -nehmen (mit) der ersten Oberfläche der PET- Lage zum Formen der PET-Lage, Mittel zum Erwärmen der Form, eine erste Wärmequelle, die beabstandet zu der Form angeordnet ist, zum Erwärmen der zweiten Oberfläche der PET- Lage, während die geformte PET-Lage in der Form ist, Stützmittel zum Stützen der PET-Lage zwischen der Form und der ersten Wärmequelle umfaßt.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung besitzt viele Vorteile. Insbesondere ermöglicht die Vorrichtung, daß das Verfahren gemäß der Erfindung relativ wirksam durchgeführt werden kann. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist ebenfalls relativ wirksam und kann zu relativ niedrigen Kosten zur Verfügung gestellt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine zweite Wärmequelle, die beabstandet zur ersten Wärmequelle angeordnet und auf die erste Quelle gerichtet ist, um die erste Oberfläche der PET-Lage auf eine Vorformtemperatur vor dem Formen zu erwärmen und Mittel, um die zweite Wärmequelle aus einer Heizstellung, angrenzend an die Stützmittel, in eine Abstandsposition entfernt von den Stützmitteln zu bewegen, vorgesehen, um zu ermöglichen, daß die Form in Eingriff mit der ersten Oberfläche der PET-Lage gebracht wird. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Form eine Vakuumform und es sind Vakuumeinrichtungen zum Anlegen eines Vakuums an die Form vorgesehen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Stützmittel über der Form befestigt.
Bevorzugt ist ein Mittel zum Bewegen der ersten Wärmequelle aus der Heizposition in die entfernte Position vorgesehen. Vorteilhaft umfaßt jede Wärmequelle einen Heizstrahler und bevorzugt eine Vielzahl von Heizstrahlern, welche in vorteilhafter Weise unabhängig voneinander regelbar sind.
Des weiteren liefert die Erfindung eine Vorrichtung zum Formen eines Gegenstandes aus einer Lage aus PET-Material, die ein Paar entgegengesetzter erster und zweiter Oberflächen definiert, wobei die Vorrichtung eine Form zum Ineingriffnehmen der ersten Oberfläche der PET-Lage zum Formen der PET-Lage Mittel zum Erwärmen der Form, ein Paar beabstandeter erster und zweiter Wärmequellen, welche aufeinander gerichtet sind, zum Erwärmen der zweiten bzw. ersten Oberflächen der PET-Lage, Stützmittel zum Stützen der Lage aus PET-Material zwischen den ersten und zweiten Wärmequellen, Mittel zum Bewegen wenigstens der zweiten Wärmequelle aus einer Heizposition, angrenzend an das bzw. die Stützmittel, in eine Abstandsposition, entfernt von den Stützmitteln, zum Ermöglichen des Ineingriffbringens der Form mit der ersten Seite der PET-Lage, umfaßt.
Die Erfindung liefert auch einen aus einer Lage aus PET-Material gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung geformten Gegenstand.
Des weiteren liefert die Erfindung einen Gegenstand, der gemäß dem Verfahren der Erfindung und unter Verwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung geformt ist.
Die Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen davon, die nur als Beispiel angegeben sind, unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen genau verstanden werden, worin:
Fig. 1 bis 5 schematische Querschnittsansichten von Vorrichtungen gemäß der Erfindung in verschiedenen Stellungen zum Formen eines Gegenstandes aus einer Lage aus PET-Material unter Verwendung eines Verfahrens gemäß der Erfindung sind.
In geeigneter Weise wird die Vorrichtung gemäß der Erfindung zuerst beschrieben werden, und ein Verfahren gemäß der Erfindung zum Formen eines Gegenstandes aus einer Lage aus PET-Material unter Verwendung der Vorrichtung wird dann in den unten angegebenen Beispielen beschrieben werden.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist graphisch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, die im allgemeinen durch die Bezugsziffer 1 bezeichnet ist, zum Wärmeformen eines Gegenstandes, der im allgemeinen durch die Bezugsziffer 2 bezeichnet ist, aus einer Lage 3 aus PET-Material, das eine erste Oberfläche 4 und eine zweite Oberfläche 5 definiert, veranschaulicht. Die Vorrichtung 1 umfaßt eine Form 6, in diesem Fall eine Vakuumform, die eine Formungsoberfläche 7 definiert, auf welche die Lage 3 zum Formen des Gegenstandes 2 gezogen wird. Eine Vielzahl von Löchern (nicht gezeigt) erstrecken sich durch die Form auf die Formungsoberfläche 7 zum Anziehen der Lage 3 auf die Formungsoberfläche 7. Ein Vakuummittel bzw. eine Vakuumeinrichtung zum Anlegen eines Vakuums an die Form 6 umfaßt eine Vakuumpumpe 8, die mit der Form 6 durch eine Rohrleitung 9 verbunden ist. Ein Heizmittel, das erwärmtes bzw. erhitztes Öl umfaßt, wird durch untereinander verbundene Gänge 12 in der Form 6 zum Erwärmen der Form 6 und der Formungsoberfläche 7 zum Formen des Gegenstandes 2, wie unten beschrieben wird, zirkuliert. Eine Pumpe 10 zirkuliert das erhitzte Öl durch eine Rohrleitung 11, die mit der Form 6 verbunden ist. Ein Heizer 13 in der Rohrleitung 11 erhitzt das Öl, bevor es zu der Form 6 zurückgeführt wird. Abschnitte der Rohrleitung 11, angrenzend an die Form 6, sind elastisch bzw. beweglich, um eine Bewegung der Form 6 relativ zu der Pumpe 10 und dem Heizer 13 zu erleichtern. Solche Heizanordnungen für Formen werden dem Fachmann bekannt sein.
Ein Stützmittel, das ein Gerüst bzw. Rahmentragwerk 14 umfaßt das auf der Form 6 befestigt ist, stützt die PET-Lage 3, bevor die Lage 3 in der Form 6 geformt wird. Solche Stützgerüste zum Sichern von Lagen aus Kunststoffmaterial in solchen Vakuumformvorrichtungen werden dem Fachmann bekannt sein. Das Stützgerüst 14 ist so bemessen, daß es sich um den Umfang der PET-Lage 3 erstreckt, und Klammern (nicht gezeigt) an dem Stützgerüst 14 befestigen den Rand der PET- Lage 3 an dem Gerüst 14.
Ein Paar voneinander beabstandeter erster und zweiter Wärmequellen zum Erwärmen der in dem Stützgerüst 14 getragenen Lage 3 auf eine Vorformungstemperatur vor dem Aufformen des Gegenstandes auf die Form 6, umfaßt einen ersten elektrisch betriebenen Heizstrahler 19 und einen zweiten elektrisch betriebenen Heizstrahler 20. Jeder Heizstrahler 19 und 20 umfaßt eine Vielzahl von Heizstrahlelementen (nicht gezeigt). Die Heizelemente (nicht gezeigt) der ersten und zweiten Heizstrahler 19 und 20 sind aufeinander zu gerichtet, um Wärme auf die entsprechenden zweiten und ersten Oberflächen 4 und 5 der Lage 3 zu richten. Der zweite Heizstrahler 20 ist zwischen der Form 6 und dem Stützgerüst 14 zum Erwärmen der ersten Oberfläche 4 der Lage 3 vorgesehen, während der erste Heizstrahler 19 über dem Stützgerüst 14 vorgesehen und beabstandet davon angeordnet ist, um die weite Oberfläche 5 der Lage 3 zu erwärmen. Mit anderen Worten, das Stützgerüst 14 und wiederum die Lage 3 ist zwischen dem ersten und zweiten Heizstrahler 19 und 20 vorgesehen. Der erste Heizstrahler 19 wirkt auch als von der Form 6 verschiedene Wärmequelle zum Erwärmen der zweiten Oberfläche 5 der geformten Lage 3, wenn die geformte Lage 3 in der Form 6, wie unten beschrieben werden wird, geformt wird. In dieser Ausführungsform der Erfindung besitzt jedes Heizelement der Heizstrahler 19 und 20 eine maximale Leistungsabgabe bzw. Nutzleistung von 2 Kilowatt und sie werden im allgemeinen nicht bei voller Leistung betrieben.
Ein Mittel zum Bewegen von wenigstens einem der Heizer, in diesem Fall sowohl dem ersten als auch dem zweiten Heizer 19 und 20 aus einer in Fig. 1 gezeigten Heizposition, wobei sich die ersten und zweiten Heizer 19 und 20 benachbart bzw. angrenzend zum Stützgerüst 14 befinden, in eine in Fig. 3 gezeigte entfernte Position, wobei die Heizelemente entfernt von dem Stützgerüst 14 angeordnet sind, umfaßt einen Hydraulikkolben, der in Blockdarstellung gezeigt ist und durch die Bezugsziffern 23 und 24 bezeichnet ist. Der Kolben 23 bewegt den ersten Heizstrahler 19 zwischen der Heizposition und der entfernten Position und umgekehrt, während der Kolben 24 den zweiten Heizstrahler 20 desgleichen zwischen der Heizposition und der entfernten Position bewegt. Beide Kolben 23 und 24 können unabhängig voneinander betrieben werden. Die Mittel zum Bewegen der ersten und zweiten Heizer 19 und 20 können alternativ dazu elektrisch betriebene Motoren und geeignete Hebezeuge bzw. Winden und Kabel umfassen, solche Anordnungen werden dem Fachmann bekannt sein.
Ein Mittel zum Bewegen der Form 6 in den Eingriff mit einer in dem Stützgerüst 14 getragenen PET-Lage 3 zum Formen der Lage 3 umfaßt einen in Blockdarstellung gezeigten Hydraulikkolben und ist durch die Bezugsziffer 25 bezeichnet.
Bei der Verwendung wird die Formungsoberfläche 7 der Form 6 auf die gewünschte Temperatur, typischerweise 160ºC, gebracht. Während die ersten und zweiten Heizstrahler 19 und 20 sich in der entfernten Position befinden, wird eine zu formende PET-Lage 3 in dem Stützgerüst 14 befestigt. Die Heizstrahler 19 und 20 werden in die Heizposition bewegt und richten Wärme auf die ersten und zweiten Oberflächen 4 und 5 der Lage 3, wodurch die Temperatur der Oberflächen 4 und 5 auf eine gewünschte Vorformtemperatur, typischerweise 110ºC erhöht wird. Wenn die Temperatur der Oberflächen 4 und 5 der Lage 3 die Vorformtemperatur erreicht hat, werden die Heizstrahler 19 und 20 in die entfernte Position bewegt, und die Form 6 mit ihrer Formungsoberfläche 7 bei 160ºC wird zum Eingriff mit der erwärmten, in dem Gerüst 14 getragenen Lage 3 angehoben, wie in Fig. 3 gezeigt.
Es wird ein Vakuum aus der Vakuumpumpe 8 an die Form 6 angelegt um die erwärmte Lage 3 auf die Formungsoberfläche 7 der Form 6, wie in Fig. 3 gezeigt, zu ziehen. Das Vakuum wird auf der Form 6 gehalten und sofort beim Formen der PET-Lage wird der erste Heizstrahler 19 in die Heizposition bewegt, um die zweite Oberfläche 5 der geformten Lage 3 zu erwärmen bzw. zu erhitzen, siehe Fig. 4. Die erste Oberfläche 4 der geformten Lage 3 wird erwärmt und bei einer Kristallisierungstemperatur von ungefähr 160ºC durch Wärmeübertragung von der Form 6 gehalten, während die geformte Lage 3 in der Form gehalten wird, um den Kristallisierungsgrad der geformten Lage 3 zu erhöhen. Der erste Heizstrahler 19 erwärmt die zweite Oberfläche 5 der geformten Lage 3 auf eine Kristallisierungstemperatur und hält sie dabei, die im wesentlichen gleich zu der Kristalllsierungstemperatur der ersten Oberfläche 4 ist, und der zweite Heizstrahler 20 hält die Temperatur der zweiten Oberfläche 5 bei einer zu der ersten Oberfläche 4 im wesentlichen gleichen Temperatur, während das Vakuum gehalten wird, und die geformte Lage 3 wird auf der Formungsoberfläche 7 der Form 6 gehalten. Wenn der Kristallisationsgrad der geformten PET- Lage 3 die gewünschte Menge der Kristallisation erreicht hat, im allgemeinen zwischen 25% und 50%, wird das Vakuum von der Form 6 genommen und das erste Heizelement 19 wird in die entfernte Lage gebracht. Die Form 6 wird abgesetzt, und der geformte Gegenstand wird aus dem Stützgerüst 14 entfernt.
In der Praxis werden die Heizelemente (nicht gezeigt) des ersten Heizstrahlers 19 unabhängig voneinander geregelt, um das Temperaturprofil und wiederum das Wärmeausgabe- bzw. - leistungsprofil aus dem ersten Heizstrahler 19 zu verändern, um die Form des geformten Gegenstandes 3 in der Form 6 anzupassen. Beispielsweise würde im Falle des in den Zeichnungen gezeigten Gegenstandes 3, der im wesentlichen kanalförmig ist, die Wärme- bzw. Heizleistung der Heizstrahlelemente (nicht gezeigt) über den einwärts gekrümmten bzw. tiefgezogenen Abschnitt des Gegenstandes so eingestellt werden, eine größere Wärme- bzw. Heizleistung als die Heizstrahlelemente (nicht gezeigt) an jedem Ende des ersten Heizstrahlers 19 zu ergeben, um den größeren Abstand des tiefgezogenen Abschnittes des Gegenstandes von den Heizstrahlelementen (nicht gezeigt) des ersten Heizstrahlers 19 zu kompensieren.

Beispiel 1

Eine extrudierte Lage 3 aus PET-Material einer Dicke von 3 mm und einer Fläche von 650 mm x 650 mm wird in der Vorrichtung 1 zu einem Gegenstand 2 geformt, in diesem Fall einen Duschwannenboden. Eine geeignete Form (nicht gezeigt) ist anstelle der Form 6 vorgesehen. In diesem Beispiel besitzt der Gegenstand einen Endkristallisationsgrad von 35% und hat sich bei Temperaturen, welche 200ºC übersteigen, als formstabil erwiesen. Die PET-Lage 3 ist vor dem Formen eine amorphe Lage, die praktisch keine Anfangskristallisation besitzt. Die innere Viskosität bzw. Strukturviskosität der PET-Lage beträgt 0,8.
Die PET-Lage 3 wird in dem Stützgerüst 14 der Vorrichtung 1 gesichert und durch die ersten und zweiten Heizstrahler 19 und 20 erwärmt, bis die Vorformungstemperatur der ersten und zweiten Oberflächen 4 und 5 bei 110ºC liegen. In diesem Beispiel beträgt die zur Erhöhung der Temperatur der ersten und zweiten Oberflächen 4 und 5 der Lage auf die Vorformtemperatur benötigte Zeit ungefähr 35 Sekunden. Wenn die Temperatur der Oberfläche der Lage 3 die Vorformtemperatur erreicht hat, werden die ersten und zweiten Heizstrahler 19 und 20 in die entfernte Position bewegt, und die Form (nicht gezeigt), deren Formungsoberfläche eine Temperatur vori 160ºC aufweist, wird zum Eingriff mit der erwärmten Lage 3 angehoben. Ein Vakuum wird an die Form (nicht gezeigt) angelegt, und die Lage 3 wird in die Formungsoberfläche 7 der Form gezogen und darauf geformt. Das Vakuum wird an der Form (nicht gezeigt) gehalten, wobei die geformte Lage 3 auf der Formungsoberfläche 7 gehalten wird und der erste Heizstrahler 19 wird in die Heizposition bewegt. Die Form bringt und hält die erste Oberfläche der Lage 3 auf eine(r) Kristallisierungstemperatur von ungefähr 160ºC, und der erste Heizstrahler 19 bringt und hält die zweite Oberfläche 5 der Lage 3 ebenfalls auf eine(r) Kristallisierungstemperatur von 160ºC. Das Vakuum wird von der Form abgenommen, wenn der Kristallisierungsgrad der geformten Lage 35% erreicht hat. Der erste Heizstrahler 19 wird in die entfernte Lage bewegt, die Form wird abgesenkt, und der geformte Gegenstand wird aus dem Stützgerüst entfernt. In diesem Beispiel wurde die geformte Lage 3 für eine Zeitdauer von 1 Minute in der Form gehalten, um den erforderlichen Kristallisierungsgrad, nämlich 35%, des geformten Gegenstandes 2 zu erreichen.
Die Formstabilität des Duschbodens wurde untersucht, indem der Duschboden einem herkömmlichen Duschbodentest unterworfen wurde, welcher das abwechselnde Füllen und Entleeren des Duschbodens mit heißem Wasser bei 100ºC und kaltem Wasser bei Raumtemperatur für 1000 Durchgänge erfordert. Während des Tests und nach dem Test erwies sich der Duschboden als vollständig formstabil.

Beispiel 2

In diesem Fall wird ein Gegenstand, nämlich ein Waschbecken aus einer extrudierten Lage aus PET-Material einer Dicke von 3 mm und einer Fläche von 1000 mm x 500 mm in der Vorrichtung 1 geformt. Die PET-Lage ist vor dem Formen eine amorphe Lage, die praktisch keine Anfangskristallinität aufweist. Die innere Viskosität bzw. Strukturviskosität der PET-Lage beträgt 0,8.
Das Verfahren zum Formen des Waschbeckens ist identisch mit dem für das Formen des Duschbodens aus Beispiel 1 beschriebenen, mit der Ausnahme, daß die Vorformtemperatur, auf welche die ersten und zweiten Oberflächen 4 und 5 der Lage 3 gebracht wird, 115ºC beträgt. Die benötigte Zeit, um die Vorformtemperatur zu erreichen, beträgt in diesem Fall 40 Sekunden. Die Formungsoberfläche der Form liegt bei einer Temperatur von 160ºC und dementsprechend werden die ersten und zweiten Oberflächen des geformten Gegenstandes in der Form auf eine Kristallisierungstemperatur von 160ºC gebracht und dabei gehalten. In diesem Beispiel wird ein formstabiles Produkt bis zu einer Temperatur von 240ºC gefordert. Der geformte Gegenstand wird in der Form durch das Vakuum gehalten und die ersten und zweiten Oberflächen des geformten Gegenstandes werden bei der Kristallisierungstemperatur gehalten, bis der Kristallisierungsgrad der geformten Lage 50% erreicht. In diesem Beispiel beträgt die zum Erreichen von 50% benötigte Zeit 45 Sekunden.
Die Formstabilität des Waschbeckens wurde untersucht, indem das Waschbecken einem herkömmlichen Test, ähnlich dem, welchem der Duschboden unterworfen war, unterworfen wird. Das Waschbecken wurde 1000 Zyklen von abwechselndem Füllen und Entleeren des Waschbeckens mit heißem Wasser bei 100ºC und kaltem Wasser bei Raumtemperatur unterworfen. Während und nach dem Test hat sich das Waschbecken als vollständig formstabil erwiesen. Das Waschbecken wurde dann einem weiteren Test unterworfen, um die Formstabilität des Waschbeckens zu untersuchen, indem das Waschbecken einer Temperatur von 160ºC für eine kontinuierliche Zeitdauer von 1 Stunde unterworfen wird Das Waschbecken erwies sich als vollständig formstabil.
Während die Vorrichtung beschrieben wurde, eine Vakuumform zu umfassen, wird in bestimmten Fällen in Betracht gezogen, daß die Vorrichtung mit anderen Formen versehen sein kann. Beispielsweise wird in Betracht gezogen, daß in bestimmten Fällen eine Form vom Druck- bzw. Pressentyp verwendet würde, wenn die PET-Lage auf die Formungsoberfläche der Form durch positiven Druck anstelle von Vakuum aufgeformt werden würde. Solche Formvorrichtungen werden dem Fachmann bekannt sein. Es ist nicht erforderlich zu erwähnen, daß andere Mittel zum Erwärmen der Form neben erwärmtem Öl verwendet werden können, beispielsweise können elektrisch betriebene Kassettenheizer oder dergleichen verwendet werden können.
Es wird auch verstanden werden, daß andere geeignete Wärmequellen neben Heizstrahlern verwendet werden können, und in bestimmten Fällen wird tatsächlich in Betracht gezogen, daß der zweite Heizstrahler eingespart werden kann und die erste Oberfläche der PET-Lage auf die Vorformtemperatur durch Wärmeübertragung von der Form gebracht würde.
Es wird natürlich von den Fachleuten verstanden werden, daß das Verfahren der Erfindung und die Vorrichtung gemäß der Erfindung für weitere Abwandlungen von PET-Material verwendet werden kann. Die Temperaturen, welchen das PET-Material unterworfen werden würde, kann in diesem Fall abhängig von der Glas/Gummi-Übergangstemperatur und der Schmelztemperatur der PET-Lage variieren. Beispiele von Abwandlungen von PET-Lagenmaterial bzw. -Flächengebilde, das unter Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung warmgeformt werden kann, sind die folgenden:
(a) alle kristallisierbaren Homopolymere von PET,
(b) alle kristallisierbaren Copolymere von PET,
(c) alle kristallisierbaren Verbindungen von PET,
(d) andere Abwandlungen von PET-Material.

Claims

1. Verfahren zum Formen eines Gegenstands (2) aus einer Lage (3) aus PET-Material, die ein Paar entgegengesetzter erster (4) und zweiter (5) Oberflächen definiert, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt, die PET-Lage (3) zu erwärmen, so daß die ersten (4) und zweiten (5) Oberflächen der PET-Lage (3) bei einer Vorformtemperatur im Bereich zwischen der Glas/Gummi- Übergangstemperatur und der Schmelztemperatur der PET-Lage sind, die erwärmte PET-Lage (3) an eine erwärmte Form (6) anzuformen, wobei die erste Oberfläche (4) der PET-Lage in Kontakt mit der Form (6) ist, die geformte Lage (3) in der Form (6) zu halten und die geformte Lage (3) wärmezubehandeln, während sie in der Form (6) gehalten wird, um das Ausmaß der Kristallisation der geformten PET-Lage (3) zu erhöhen, dadurch gekennzeichnet, daß die geformte PET-Lage wärmebehandelt wird, indem die Temperatur der ersten Oberfläche (4) auf einer Kristallisierungstemperatur im Bereich zwischen der Glas/Gummi-Übergangstemperatur und der Schmelztemperatur der PET-Lage (3) gehalten wird durch Wärmeübertragung von der Form (6) und indem die Temperatur der zweiten Oberfläche (5) auf einer Kristallisierungstemperatur, die im wesentlichen gleich der Temperatur der ersten Oberfläche (4) ist, gehalten wird, während die geformte Lage (3) in der Form (6) gehalten wird, durch Wärmeübertragung von einer ersten Wärmequelle (19), die nicht identisch mit der Form (6) ist, und die geformte PET-Lage (3) aus der Form (6) herausgenommen wird, wenn das Ausmaß der Kristallisation der geformten PET-Lage 25 % oder mehr erreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wärmequelle (19) auf der Seite der zweiten Oberfläche (5) der PET-Lage vorgesehen wird, während die geformte PET-Lage (3) in der Form (6) gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallisierungstemperatur, bei der die ersten und zweiten Oberflächen (4; 5) der PET-Lage (3) gehalten werden, während die geformte PET-Lage (3) in der Form (6) gehalten wird, im Bereich von 80ºC bis 250ºC liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallisierungstemperatur im Bereich von 120ºC bis 210ºC liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallisierungstemperatur im Bereich von 140ºC bis 180ºC liegt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die geformte PET-Lage (3) aus der Form (6) herausgenommen wird, wenn das Ausmaß der Kristallisation der geformte PET-Lage (3) im Bereich von 25 % bis 50 % liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die geformte PET-Lage (3) aus der Form (6) herausgenommen wird, wenn das Ausmaß der Kristallisation der geformte PET-Lage (3) größer als 35 % ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die PET-Lage (3) eine extrudierte Lage mit einer Dicke über 1 mm ist.

9. Vorrichtung zum Formen eines Gegenstands (2) aus einer Lage (3) aus PET-Material, die ein Paar entgegengesetzter erster und zweiter Oberflächen (4; 5) definiert, wobei die Vorrichtung (1) eine Form (6) zum In-Eingriff-Kommen mit der ersten Oberfläche (4) der PET-Lage (3), um die PET-Lage (3) zu formen, ein Mittel (12) zum Erwärmen der Form (6), eine erste Wärmequelle (19), die in einem Abstand von der Form (6) vorgesehen ist, zum Erwärmen der zweiten Oberfläche (5) der PET-Lage (3), während die geformte PET-Lage (3) in der Form (6) ist, und ein Stützmittel (14) umfaßt, um die PET-Lage (3) zwischen der Form (6) und der ersten Wärmequelle (19) zu stützen.

10. Gegenstand (2), gebildet aus einer Lage (3) aus PET-Material nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.