JPH08503431A - 吹込成形されたプラスティック製品の製造法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は吹込形成されたプラスティック製品を製造する方法に関する。使用される吹込剤は窒素のような不活性気体であり、それは吹込成形用金型中の変形可能なプレフォーム（７）中にフィードされ、そのことによりそれを膨張させ、次いでそれを内側から冷却する。本発明によると、吹込剤として導入される窒素は実質的に、そして好ましくは排他的に温かい乾燥した窒素であり、この窒素は膨張されたプレフォーム（７）の内部冷却の間に以前に蒸発したものであり、ブローマンドレル（５）および吹込成形用金型（６）は後者が開放されているときに温かい乾燥した窒素でフラッシュされる。内部冷却は膨張プロセスよりも高いインレット圧力で行われる。本発明は本方法を実施するための装置にも関する。

Description

【発明の詳細な説明】 吹込成形されたプラスティック製品の製造法および装置 本発明は、請求の範囲１の序文に記載の吹込成形されたプラスティック製品を 製造する方法および請求の範囲１０の序文に記載の吹込成形されたプラスティッ ク製品を製造するための装置に関する。 吹込成形されたプラスティック製品は、例えば、液体石鹸のような非常に様々 な種類のものを包装する材料のための包装産業において使用される。このような 吹込成形品は種々の方法および装置により製造される。 例えば、独国特許出願公告第DE18 16 771 B2号によると、吹込成形品のプラス ティック材料は高温プレフォームの形で、即ち、パリソンで膨張され、その後、 単に吹込成形用金型を冷却し、そして、このようにして、金型または成形型を冷 却することにより結晶化される。極端に薄肉の吹込成形品の製造においては、「 ラムエアー法」として知られているこの方法は今日にも未だに非常に有効である 。厚肉の成形品には、この方法は長いサイクル時間のために不利である。更に、 吹込成形用金型が室内空気より冷たくなると、室内空気の湿分が吹込成形用金型 の内部輪郭上に付着して、そのため、次の吹込プロセスにおいて、得られる吹込 成形品が低下した表面品質を有する（ミカン肌）危険がある。 独国特許第DE21 60 854 C3号により、方法は熱可塑性プラスティック中空体を 吹込成形用金型内で冷却することが知られており、ここで、空気および水からな る冷却剤が冷却され、そして高圧下で吹込成形用金型中の仕上がり成形された吹 込成形品中に注入される吹込法により製造される。吹込成形品において、冷却剤 の突然の断熱膨張が起こり、吹込成形品の壁上に付着する氷の微結晶が形成し、 それを冷却する。しかし、冷却剤として水が使用されるときにはブローマンドレ ルの領域内または吹込成形用金型内氷の結晶が形成する危険が更にある。本公報 による方法または装置において上記の欠点が非常に起こりやすいことが容易に評 価されるであろう。ここで、また、サイクル時間および吹込成形品の品質は信頼 できるものにならない。 独国特許第DE22 23 580 C3号により、吹込成形品を製造するために窒素または アルゴンが使用される方法が知られている。 請求の範囲１および１０の序文において認識されるように、独国特許出願公告 第DE24 42 254 B2号による更なる方法において、圧縮ガスは時々窒素またはアル ゴンの吹込ガスと混合され、そして最終の吹込圧力に達する前に、圧縮ガスの更 なる供給が止められる。冷却は液体窒素により行われる。 これらの方法の両方は、外部冷却、即ち、吹込成形用金型の冷却を提案してい る。 独国特許出願公告第DE26 36 262 B2号による方法およひ装置において、手順は 、吹込成形品を膨張させるように二酸化炭素がフィーダー導管により吹込成形品 に導入されるような手順である。更なるフィーダー導管を通って、冷却剤は吹込 成形用金型内のキャビティー中に導入され、膨張した吹込成形品のプラスティッ ク材料が結晶化して、そしてこのように冷却されて凝固する。長いサイクル時間 、湿分が付着する危険および既に上記で示した付随する欠点は、このように、こ こにも存在する。 独国特許第DE28 17 472 C2号により、吹込成形品を膨張させ、そして冷空気お よび水の混合物の手段により内部から冷却する方法は知られており、また、上記 に既に記載の問題をもたらす。 独国特許第33 37 651 C2号による装置は、吹込成形用金型として、 比較的に小さな質量の２つの吹込成形用金型部分を含み、前記吹込成形用金型部 分は、より大きな質量の熱金型部分により包囲されうる。吹込成形用金型部分内 にあるプラスティック吹込成形品を膨張させるとすぐに、熱金型部分を用意し、 そして吹込成形用金型部分の外部から設置して吹込成形用金型部分およびその中 のプレフォームまたはパリソンを冷却し、そしてその材料を結晶化させる。この システムの装置は比較的に高価であるが、冷却温度は充分に低いレベルに調節さ れえない。 独国特許出願公開第37 28 208 A1号により、冷却剤が吹込成形品に注入される 前にプレフォームが最初に膨張させられる、水か冷却剤として提案されているプ ラスティック吹込成形品の更なる製造法が知られている。独国特許出願公開第37 28 208 A1号にに開示の方法は他の従来技術と同一の欠点を多少は有する。 上記に記載の従来技術および特に内部冷却システムは再現性のある製品をもた らさない。これとは別に、それらの方法は着氷のために技術的に弱く、コスト有 効性がなく、そしてさもなければ更なる欠点により阻害される。 旧来のラムエアー法は現在非常によく使用されており、冷却された金型または 冷却された吹込成形用金型にそれぞれ通した吹込成形品の続いて行う冷却は、ま た、冷却温度に関してあらゆる場合にその制限があり、それは、さもなければ、 冷却時に許容されないような金型上での結露効果が起こるからである。 本発明の目的は、上記に議論したような従来技術の欠点を少なくとも実質的に 排除する方法および装置を規定することであり、詳細には、方法および装置は、 より短いサイクル時間、および、より速いサイクルで製造された吹込成形品の向 上されそして信頼される再現性のある品質を可能にするように規定されるべきで ある。 この目的は請求の範囲１に示す特徴を有する方法および請求の範囲１０に示す 特徴を有する装置により達成される。 方法およびその態様の有利な変形は従属請求の範囲により開示される。 金型の内部冷却のために液体窒素を使用すること、；冷却のために使用された 液体の乾燥した窒素から生じた、温かい乾燥した窒素により、次の吹込成形品お よび／またはプレフォーム（パリソン）を膨張させるために、および、ブローマ ンドレルおよび／または吹込成形用金型をフラッシングするために、蒸発した窒 素を多段階で使用することにより、非常に短いサイクル時間が達成され、それは 、既知のシステムのサイクル時間と比較して半分以下に低下される。 本発明による方法の手段により、室内空気の湿分の冷たい金型への結露（ミカ ン肌）は、冷却された成形型または冷却された吹込成形用金型の金型の排他的な 冷却を伴う旧来のラムエアー法と比較して信頼できるように防ぐことができる。 更に、既知の旧来のラムエアー法に課された冷却温度に関する制限は本発明によ る方法には適用されない。 元々乾燥した液化窒素から生じる気体の乾燥したそして温かい窒素を使用する ことにより、プレフォームの膨張の間の着氷の危険は従来技術に比較して避けら れ、このため、膨張の間の着氷からの保護の信頼性が確保される。 吹込成形用金型が開放されるときにも（パリソンまたはプレフォームの導入、 成形品の取り出し）-160℃にまで冷却されうるブローマンドレルを着氷から防ぐ ために、ブローマンドレルは、本発明により、室内空気に対するバッファーとし て作用する乾燥した温かい気体の窒素により全ての面でフラッシュされる。この ようにして、ブローマンドレル上での氷の形成は吹込成形プロセスのこの段階で も信頼できるように防がれる。 有利には、吹込成形品の内部冷却の間に蒸発する乾燥した液体窒素は吹込成形 品から圧力制御されて吐出し、再加熱され、中間貯蔵手段の中に保存され、そし てその後吹込のために使用され、一次にブローマンドレルおよび吹込成形用金型 をフラッシュするために使用され、そして、このように、二次的な気体成分とし ても使用される。このシステムは効率を上げるだけでなく、サイクル時間を低下 させ、更にコスト効率をも更に追加する。それは、以前に液体であった蒸発した 乾燥した窒素を多段階で利用できるからである。 主要な利点は、熱交換器の手段により、特に、一方で他の目的の冷却能力を提 供するように、そして、他方で圧力制御し、且つ、吹込ガスまたはフラッシング ガスが最適のパラメーターを有して供給されることを確保するように、再循環空 気熱交換器により内部冷却の間に蒸発した液体窒素を再加熱することができるこ とからももたらされる。有利に、水冷式プレート型またはシェルアンドチューブ 型熱交換器も熱交換器として使用される。 もし、それが成形品を内部から冷却する目的で到達する前に液体窒素がフェー ズセパレーターを通過するならば、内部冷却のために排他的に液体窒素がプレフ ォームに入り、このようにして、プロセスパラメーターの向上した再現性が確保 される。この配置で、フェーズセパレーター中で分離された気体窒素は吹込また はフラッシングのための第二工程で、特にそれが再加熱されて使用されうる。そ の後、貯蔵は中間貯蔵手段または以前に液体であった蒸発した乾燥窒素のための 中間貯蔵手段において行われうる。 内部冷却および吹込の差圧は約０．５〜１０バール（５０ｋＰａ〜１０００ｋ Ｐａ）に調節されるならば、成形材料の冷却または凝固の間の成形品の収縮は減 じられ、且つ、成形品の冷却の効率は成 形型および／または吹込成形用金型を冷却することにより向上されうる。高い内 部圧力のために、成形品の冷却は金型により補助される。本発明による高熱量内 部冷却との組み合わせでの金型による成形品の向上した効率は、実質的により短 いサイクル時間で製造された均一に冷却された成形品の質および量に関する利点 の組み合わせを生じる。 既に示したように、ブローマンドレルおよび／またはニードルを全ての面に対 して、並びに、必要ならば開放された吹込用金型を乾燥した温かい気体窒素によ りフラッシングすることにより、室内空気からの対応する部品への、特に開放さ れた吹込用金型の冷たい内部輪郭上への結露は防がれ、それにより、製造された 吹込成形品の表面品質およびサイクル時間は少なくとも平均的に向上されうる。 更に、結果的な結露バリアーの理由から、金型冷却においてより低い冷却温度を 使用することも可能である。 更に、膨張されたプレフォームの液体の乾燥した窒素による内部冷却のために 、主要な用途においてラムエアー法で一般的であるようにはブローマンドレルを 水冷する必要がない。 運転パラメーター、例えば、窒素圧力、フラッシング時間およびこれによるガ ス通過量、チラー能力等を有利に設定することにより、本発明による方法および ／または本発明による装置は押出吹込機の溶融押出機のパラメーターに対して少 なくとも広い範囲にわたって調節されうる。 蒸発した、以前に液体であった乾燥した窒素の中間貯蔵手段を使用することに より、本発明の装置は、その吹込およびフラッシングガスとしての使用に、少な くとも部分的に、既に記載したような利点を提供する。 本発明は、本発明による更なる特徴または利点を開示している添 付の図面を参照して次の説明でより詳細に議論されるであろう。 ここで、 図１は本発明による装置を示す線図である。 図２は図１におけるＸの詳細を示す吹込成形用金型のアッパーセクションおよび ブローマンドレルの断面図である。 図１において、本発明により配置された装置は、液体窒素（LIN）用タンク１ を有することを示し、それは導管、好ましくは真空断熱された導管２を通してフ ェーズセパレ一タ−３に連結される。フェーズセパレーター３において、液体の 乾燥窒素は存在するあらゆる気体成分から分離される。これらの気体成分はバル ブRVを通してフェーズセパレーター３から吐出されうる。フェーズセパレーター ３は吹込装置５、６、７上に都合良く配置され、好ましくはブローマンドレル５ （図２の11、12、13、14）へ向かう導管の最も高い点に位置する。 フェーズセパレーター３からの液体窒素は好ましくは短くそして良好に断熱さ れた導管４および制御可能な計量バルブMV2を通してブローマンドレル５に導入 され、そしてその後、既に部分的または完全に膨張されたプレフォーム（パリソ ン）中に導入されて、それを内部から冷却して、成形品７を構成するプラスティ ック材料の結晶化を起こさせる。プレフォーム自体は、プレフォームが溶融押出 機から押出しされた後に高温条件で吹込成形用金型６中に導入され、ブローマン ドレル５上に置かれる。吹込成形用金型６は、高温プレフォームが吹込成形金型 ６の部品により包囲された空間内のブローマンドレル上に置かれるとすぐに閉止 された金型を形成するように合わされる、少なくとも２個の部品または部分から なる。 プレフォームを膨張させるための乾燥した温かい窒素は、プレフォームが吹込 成形用金型の内壁に接触するまで、プレフォームを膨 張させるようにブローマンドレル５またはフィーダー導管11（図２参照）を通し て外側導管13においてプレフォームと繋がれる。吹込圧力はバルブ手段MV1およ びDMV3によりそれぞれ制御され、吹込圧の正確な測定または制御のために測定点 は導管内および／またはブローマンドレル５自体の中に位置することができる。 ブローマンドレル５は導管（波形で示す）を通して中間貯蔵手段８に連結され ており、その中に、以前に乾燥した液体であって、膨張されたプレフォーム７の 内部冷却により現に蒸発した窒素は導入され、そして中間的に貯蔵される。中間 貯蔵手段８の上流において、熱交換器９が設置されており、それは、吹込成形用 金型が開放されている間には気体窒素を調節し、それは必要ならば、吹込および ／またはフラッシング手順に必要な吹込ガスまたはフラッシングガスに望まれる 温度にまで冷却されることもできる。 中間貯蔵手段８はプラントネットワークおよびブローマンドレル５（それぞれ 11、12、13、14）の両方に連結される。成形品の冷却時に以前に蒸発した液体の 乾燥した窒素ほどは多くの乾燥した温かい窒素がフラッシング手順および／また は吹込手順に必要とされないならば、窒素は中間貯蔵手段８からプラントネット ワークへ別の用途のためにフィードされてよい。さもなければ、窒素は吹込また はフラッシングいずれかの用途のために中間貯蔵手段８からブローマンドレルへ 向けられる。気体の乾燥した窒素はプラントネットワークから加えられてもよい 。 以前に乾燥した液体であって、吹込されたプレフォームの内部冷却により現に 蒸発してそして加熱された窒素は熱交換器または再循環空気蒸発器９を通って中 間貯蔵手段８に繋がっている。中間貯蔵手段８から、好ましくは８バール（800k Pa）の圧力を有する吹込ガスは密閉金型６中にプレフォームを膨張させるように 充分に供給され、 そのため、それは吹込成形用金型６の内壁と接触するようになる。 吹込成形用金型６が開放されている間に、大気圧より約100mmWC高い圧力を有 する気体窒素の流れは、DMV2およびMV4により提供される更なる圧力低下を経て ブローマンドレルを通して通過し、同時に開放された吹込成形用金型６をもブロ ーすることができる。これは室内空気の結露を防ぐ。 成形品７の製造において、以前に生じた吹込成形品７の内部冷却から生じた乾 燥した温かい窒素は中間貯蔵手段８から供給され、そしてバルブMVIおよびブロ ーマンドレル５を通して、密閉した吹込成形用金型６にある高温ブレフォーム中 に導入される。このように、プレフォームは最終の圧力に達するまで、または膨 張されたプレフォームの壁が吹込成形用金型６の内壁に接触するまで制御された 圧力により膨張される。 次いで、液体窒素はバルブＭＶ２およびブローマンドレル５を通して膨張され たプレフォーム中に導入され、そして膨張されたプレフォームの壁の材料は結晶 化し、即ち、硬化する。以前に液体であって、現に蒸発した気体の窒素は、そこ で、熱交換器９を通して中間貯蔵手段８に導入され、ここで、それは続く吹込お よび／フラッシング操作のために使用される。 現に仕上がった吹込成形品７が一旦、凝固すると、吹込成形用金型６は開放さ れ、そして吹込成形品７がブローマンドレル５から取り出される。吹込成形用金 型６か開放されている間に、中間貯蔵手段８から供給された乾燥した温かい窒素 はブローマンドレル５を通して吹き込まれる。この窒素流は吹込成形用金型６の 内壁へも向かっており、そして着氷および／または室内湿分がブローマンドレル ５上および開放した吹込成形用金型６上に結露することを防ぐ。 図２において、図１に示したブローマンドレルが描かれている。 これは、それぞれ液体窒素用供給導管12および内部導管14を特徴とし、液体の乾 燥した窒素の供給の流れはバルブMV2を通して制御される。吹込および／または フラッシング用の乾燥した気体の温かい窒素は導管11および13を通して供給され うる。内部冷却により生じた、そして導管11および14からの以前に乾燥した液体 であった窒素から生じた気体の窒素は導管10および11を通して吹込成形品７から 供給され、そして中間貯蔵手段８に導入されうる。（図１参照）。 成形品の取り出しの目的で吹込成形用金型が開放される前に、成形品７はバル ブMV3が開放されることにより圧抜きされる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ａ）吹込成形用金型中にあるプレフォームまたはパリソン中に吹込剤とし て窒素を導入すること、 ｂ）高温状態で成形可能なプレフォームをブローマンドレルにより膨張させるこ と、および、 ｃ）膨張したプレフォームを内部から液体窒素により冷却すること、の特徴を有 する吹込成形プラスティック製品を製造する方法であって、 ｄ）吹込剤として導入される窒素か、実質的に、好ましくは排他的に乾燥した温 かい窒素であって、膨張したプレフォーム（７）の内部冷却の間に前もって蒸発 した窒素からなること、 ｅ）吹込成形用金型（６）が開放されている間に前記の温かい乾燥した窒素を通 して、および／または包囲してブローマンドレル（５；１１、１２、１３、１４ ）および／または吹込成形用金型（６）をフラッシュすること、および、 ｆ）膨張したプレフォーム（７）の内部冷却の間にインレット圧力が高温プレフ ォームの膨張の間よりも高く設定されていること、 を特徴とする方法。 ２．前記成形品（７）の内部冷却の間に蒸発する乾燥した液体窒素が前記成形 品（７）から圧力調節されて吐出することを特徴とする請求の範囲ｌ記載の方法 。 ３．プレフォームの膨張のために窒素が再加熱され、中間容器（８）中に保存 され、そして次に膨張のために使用されるか、または、前記マンドレル（Ｘ；１ １、１２、１３、１４）および／または前記吹込成形用金型（６）を通して、お よび／または包囲してフラッシュするために減圧されることを特徴とする請求の 範囲１または２のいずれか１項に記載の方法。 ４．内部冷却の間に蒸発した液体窒素が熱交換器の手段、特に再循環空気熱交 換器の手段により再加熱されることを特徴とする請求の範囲３記載の方法。 ５．内部冷却の間に蒸発した液体窒素が水冷式プレート型熱交換器またはシェ ルアンドチューブ型熱交換器の手段により再加熱されることを特徴とする請求の 範囲１〜３のいずれかに記載の方法。 ６．フェーズセパレーター（３）において、気体窒素が前記成形品（７）の内 部冷却のために使用される液体窒素から分離されることを特徴とする請求の範囲 １〜５のいずれかに記載の方法。 ７．前記フェーズセパレーター（３）により分離された気体窒素か再加熱され 、そして中間的に貯蔵される（８）ことを特徴とする請求の範囲６記載の方法。 ８．成形品（７）の内部冷却のためのインレット圧力とプレフォームの膨張の ためのインレット圧力の差圧が約０．５〜１０バール（５０ｋＰａ〜１０００ｋ Ｐａ）であることを特徴とする請求の範囲１〜７のいずれか１項に記載の方法。 ９．プロセス変数、例えば、窒素圧力、フラッシング時間、気体通過量または 冷却能力等がそれぞれの成形品（７）のプラスティック材料用の、上流に配置さ れた溶融押出機に適応される請求の範囲１〜８のいずれかに記載の方法。 １０．ａ）冷却剤貯蔵手段および／または冷却剤発生手段、 ｂ）吹込成形用金型、 ｃ）前記貯蔵手段および／または前記冷却剤発生手段と連結されたブローマンド レル、 ｄ）前記吹込成形用金型中にある膨張したプレフォームから蒸発した冷却剤を取 り出す導管、および、 ｅ）吹込ガス手段により高温プレフォームを膨張させるための前記 ブローマンドレルに連結された導管、 の特徴を有する吹込成形プラスティック製品を製造する装置であって、 ｆ）内部冷却の間に蒸発した気体の中間貯蔵のための中間貯蔵手段（８）が、蒸 発した気体（１０）を取り出すための前記導管に連結されていること、 ｇ）中間貯蔵手段（８）が前記気体および／または前記吹込ガスを供給するため の前記導管（１１）に連結されていること、 を特徴とする装置。 １１．前記中間貯蔵手段（８）の上流および／または下流に、熱交換器（９） 、特に再循環空気蒸発器または水冷式プレート型熱交換器若しくはシェルアンド チューブ型熱交換器が蒸発した窒素の再加熱のために設置されていることを特徴 とする請求の範囲１０記載の方法。 １２．前記冷却剤貯蔵手段（１）および／または前記冷却剤発生手段とブロー マンドレル（５）との間にフェーズセパレーター（３）が設置されていることを 特徴とする請求の範囲１１または１２のいずれかに記載の装置。 １３．前記フェーズセパレーターが前記中間所蔵手段および／または前記熱交 換器（９）に導管により連結されていることを特徴とする請求の範囲１２記載の 方法。 １４．吹込剤のインレット圧力よりも高い冷却剤のインレット圧力を設定する ために制御手段および／またはバルブが提供されていることを特徴とする請求の 範囲１０〜１３のいずれか１項に記載の方法。