SE467615B - Saett och anordning foer framstaellning av behaallare av termoplast - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 467 615 _ Som redan kortfattat angivits ovan medför den mono- och/eller biaxiella orienteringen av termoplastmaterialet att materialet erhåller de eftersträvade goda hållfasthetsegenskaperna varmed i första hand avses förmåga att utan väsentlig formförändring motstå ökat inre tryck i de delar av behållaren vari ingår orienterat material. Vid framställningen av behållaren utgår man som regel från ett ämne av i huvudsak amorft material, vilket ämne expanderas i sam- band med behållarens framställning. Vid expansionen reduceras materia- lets tjocklek samtidigt som materialet orienteras. Vanligen expande- ras endast materialet i behållarkroppens väggar, varvid som regel materialet ges en biaxiell orientering. I vissa tillämpningar expande- ras/orienteras dock även materialet i behållarens mynningsdel. Där- emot expanderas/orienteras i de flesta tillämpningar icke materialet i behållarens bottendel, åtminstone inte i bottendelens centrala område.

Som regel kristalliseras de icke orienterade materialpartierna termiskt för att öka formstabiliteten såväl vid låga temperaturer som vid förhöjda temperaturer. I vissa tillämpningar utsätts i samband med den termiska kristallisationen de icke orienterade materialpar- tierna för yttre tryckkrafter. som regel mekaniska sådana, för att styra kristallisationshastigheten. Därvid väljs som regel en kom- bination av tryckkrafter och temperaturer medförande att material- tjockleken undergår en viss reduktion åtminstone en reduktion av minst 1 Z. Härigenom säkerställs vid termisk kristallisation genom anliggning mot mekaniska organ även god kontakt mellan de mekaniska organen och det för kristallisation avsedda materialet. Den genom den termiska kristallisationen erhållna, ökade kristalliniteten i kombina- tion med materialtjockleken medför de eftersträvade hållfasthetsegen- skaperna och den eftersträvade termostabiliteten för behållaren även i de icke expanderade/orienterade materialområdena.

De partier i behållaren som består av orienterat material har en tendens att krympa vid förhöjd temperatur. Detta är naturligtvis till stor nackdel när behållarna används för förvaring av livsmedel, 10 .15 20 25 30 467 61.5 eftersom behållarna i samband med fyllningen och/eller vid den efter- följande hanteringen utsätts för relativt höga temperaturer, dvs temperaturer som i vissa tillämpningar närmar sig 150°C.

Föreliggande uppfinning anvisar ett sätt och en anordning för fram- ställning av behållare av termoplastmaterial där de ovan angivna behoven tillgodoses och där de angivna problemen är undanröjda.

Den eftersträvade effekten uppnås genom den teknik som anges i de kännetecknande delarna av de oberoende kraven.

Den enligt uppfinningen genom uppvärmning orsakade reduktionen av förformens omkrets medför utlösning av de spänningar som byggts in i materialet i samband med materialets orientering. Vid förnyad uppvärm- ning till en temperatur motsvarande eller något understigande materia- lets temperatur i samband med utlösningen av spänningarna, uppvisar materialet ej någon tendens till att krympa, varför behållaren bibe- håller sin form även i de partier som består av orienterat material.

I de beroende kraven anges ändamålsenliga utföringsformer av uppfin- ningen.

Enligt uppfinningen förflyttas i en föredragen utföringsform förfor- men genom en passage bildad av ett mekaniskt organ som uppvärmer plastmaterialet och utnyttjar materialets krympning och formbarhet vid den förhöjda temperaturen för att vid reduktionen av behållar- kroppens omkrets åstadkomma i huvudsak plana sidoytor hos behållar- kroppen. Genom att enligt uppfinningen passagen har en mindre omkrets än behållarkroppens yttre omkrets. bringas samtliga de delar av behål- larkroppen vilka skall undergå omkretsreduktion till säker anliggning mot det mekaniska organet och därmed uppvärms dessa delar till den önskade förhöjda temperaturen. Denna bestäms av temperaturen hos det mekaniska organets anliggnings-/formningsytor. Det är också uppenbart att på grund av att det orienterade materialet är relativt tunt. materialet antar den förhöjda temperaturen redan efter en kort tids anliggning. 10 15 20 25 30 467 615 Uppfinningen beskrivs närmare i anslutning till ett antal figurer vilka visar i fig la-c axiella tvärsnitt av en första utföringsform av en anordning för framställning av en behållare från en förform. fig 2 ett tvärsnitt enligt II-II i fig lc. fig 3 ett axiellt tvärsnitt motsvarande tvärsnittetlfig la för en alternativ utföringsform.

I fig la återfinns en förform 20 av termoplastmaterial med en mynningsdel 21. och en mellan mynningsdelen och bottendelen belägen förformskropp 22 samt en tillsluten bottendel 23. Mynningdelen har en mynningskant 25. vilken i den i figuren visade utföringsformen för förformen avgränsar en utåtriktad fläns 27 hos mynningsdelen. För- formens centrumaxel har hänvisningsbeteckningen 26. Förformskroppen 22 har en yttre i huvudsak cylindrisk begränsning 24 vilken till alla delar är belägen längre från centrumaxeln 26 än någon del av mynnings- delen.

Fig lb visar förformen under omformning till en i fig lc visad behållare 10. Behållaren 10 har en mynningsdel 11. en behållarkropp 12 och en tillsluten bottendel 13. Mynningsdelen innefattar en myn- ningskant 15 vilken i den i fig lc visade utföringsformen avgränsar en utåtriktad fläns 17 hos mynningsdelen. Behållarens centrumaxel har hänvisningsbeteckningen 16 och behållarkroppens 12 yttre begränsning hänvisningsbeteckningen 14. Behållarkroppens tvärsnitt är i den visade utföringsformen i huvudsak kvadratisk men det är för fack- mannen uppenbart att uppfinningen är tillämpbar för framställning av en behållare med godtyckligt tvärsnitt såsom cirkulärt, elliptiskt, månghörnigt etc och även av utföringsformer där delar av tvärsnittets begränsning är krökt för att i vissa tillämpningar bilda övergångar mellan intill varandra belägna sidoytor hos behållaren. .fu v 10 15 20 25 30 35 t. 467 615 I figurerna la-c visas även ett mekaniskt formningsorgan 30 vilket innefattar en formningsdel 33 vilken bildar en central passage 31 med ett i den visade utföringsformen i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt (jfr fig 2). Kanaler 60 för värmebärande medium, företrädesvis vätska, är anordnade i formningsdelen 33. Formningsdelen är anordnad med en inmatningsdel 32 och en utmatningsdel 34 där begreppen inmat- ningsdel och utmatningsdel är relaterade till den ordning i vilken förformen förflyttas relativt passagen under förformens omformning till behållaren (jfr beskrivningen nedan). Inmatningsdelen innefattar en instyrningsyta 35 och en kontaktyta 36 för förvärmning av material i förformen. I formningsdelen 33 ingår en formningsyta 37, en efter- behandlingsyta 38 och en kontaktyta 39 för kylning av den formade behållaren. Det är för fackmannen uppenbart att i en föredragen utföringsform det mekaniska formningsorganet är anordnat med termiska isoleringar vilka avskiljer partier hos formningsorganet vilka av värmebärande medium inställs till olika temperaturer.

I det mekaniska formningsorganet ingår även ett pressorgan 40 vilket genom relativ förflyttning i förhållande till formningsdelen 33 förflyttas till ett läge inuti passagen 3l och/eller genom denna och därifrån tillbaka till utgångsläget. Pressorganet är anordnat med en pressdel 41 och i den visade utföringsformen med en stång 43 för anslutning till ett i figurerna ej visat drivorgan. Pressdelen har en mot förformens och därmed behållarens mynningsdel anpassad form för att som regel i huvudsak tätande anligga mot mynningsdelen under omformningen av förformen till behållaren. Under omformningsförloppet förbinder i vissa utföringsformer en kanal 42 för tryckmedium behållarens inre med en tryckkälla (ej visad i figurerna). I vissa tillämpningar ingår i det mekaniska formningsorganet 30 även en stödhylsa 70 anordnad i anslutning till formningsdelens 33 inmat- ningsdel 32. Stödhylsan har en inre form och omkrets svarande mot tvärsnittet för förformskroppen för att vid förformens förflyttning in i och genom formningsdelen 33 utifrån uppstödja förformen.

Av det i fig 2 visade tvärsnittet framgår att formningsdelen 33 bildar i den visade utföringsformen en passage med ett i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt. I övergången mellan intill varandra belägna sidoytor 14 hos passagens inre begränsning är hörnen avrundade för 10 15 20 25 30 35 467 615 e att bilda krökta anli99"l"$ytor 64. I figuren är med streckade linjer 65a, b markerat förformskroppens tvärsnitt och med heldragna linjer 66 markerat behållarkroppens tvärsnitt. Den streckade linjen 65a markerar en förform vars tvärsnitt i huvudsak överensstämmer med en cirkelperiferi hos vilken de krökta anliggningsytorna 64 hos hörnen utgör delar medan den streckade linjen 65b markerar en förform med större tvärsnitt.

I den i fig 3 visade utföringsformen är formningsdelen 33 anordnad med separata och med varandra förbundna organ vilka bildar dels formningsdelens inmatningsdel 32, dels en mellandel 63 som innefattar formningsdelens formningsyta 37 och efterbehandlingsyta 38, dels utmatningsdelen 34 med sin kontaktyta 39 för kylning av materialet i den formade behållaren. En beläggning eller ett skikt 50a-c. som utgörs av material med god värmeledningsförmåga och med låg friktion t ex koppar eller en kopparlegering, är som regel anordnad på insidan av formningsdelen 33. Beläggningen eller skiktet bildar som regel samtliga ytor mot vilka förformen anligger när den tryckes genom passagen 31. dvs instyrningsytan 35, kontaktytan 36 för förvärmning, formningsytan 37, efterbehandlingsytan 38 och kontaktytan 39 för kylning. Samtliga ovan angivna separata delar är anordnade med kanaler 60 för värmebärande medium. En termisk isolering 61 anordnas i vissa utföringsformer mellan inmatningsdelen 32 och mellandelen 63 och i vissa utföringsformer anordnas även en termisk isolering 62 mellan mellandelen 63 och utmatningsdelen 34. Det är uppenbart att i vissa utföringsformer bildar kanalerna för värmebärande medium slutna system för resp del vilket möjliggör inställning av resp dels tempera- tur till ett i förväg bestämt värde. Ãtminstone utmatningsdelen inställs till en från övriga delar avvikande temperatur och som regel lägre temperatur. Normalt har inmatningsdelen 32 en lägre temperatur än mellandelen 63.

Vid användning av anordningen enligt någon av de i figurerna visade utföringsformerna placeras förformen 20 relativt det mekaniska formningsorganet 30 i ett läge där förformens bottendel 23 befinner sig i området för formningsorganets inmatningsdel 32. Genom relativ förflyttning av förformen och formningsdelen 33 förs bottendelen till .Wi -f 4.; 10 15 20 25 30 35 467 615 aniiggning mot inmatningsdeiens instyrningsyta 35. därefter ti11 kontakt mot kontaktytan 36 för förvämning av materiaï i förformen, därefter tiïi kontakt med formningsytan 37 för omformning av för- formen ti11 en form (skepnad) motsvarande behåïiarens och passerar därifrån vidare förbi efterbehandïingsytan 38 för ev kompietterande utiösning av i piastmateriaïet inbyggda spänningar samt därefter under fortsatt anïiggning mot formningsdeien förbi kontaktytan 39 för kyining för att efter avsiutad förfiyttning genom passagen 31 iämna det mekaniska formningsorganets 30 formningsdei 33.

Förformens förfïyttning genom passagen 31 och den i samband med förfiyttningen åstadkomna omformningen av förformen tili behåiïaren kräver att förformen av yttre krafter trycks genom passagen. Detta uppnås därigenom att pressorganet 40 under aniiggning mot förformens mynningsdei förfïyttas mot formningsdeïen 33 och genom passagen 31 och därvid trycker för förformen genom denna. Härigenom säkerstäiis att förformen bringas tiiï anïiggning mot formningsdeiens 33 varma formningsyta 37 i a11a de materiaiområden hos förformen vi1ka omfor- mas under förfiyttningen genom formningsdeïens passage 31. Det är uppenbart att förformen under omformningen utsätts för axieïit rik- tade krafter av en storïek som kan medföra att förformen deformeras därigenom att dess vägg veckas. I tiïiämpningar där sådan risk före- iigger trycksätts som regei behåiïarens inre med hjäïp av tryckmedium som tiiiförs via kanaien 42, varjämte som regeï stödhyïsan 70 är anordnad för att genom sin yttre uppstödjande verkan bidra ti11 att risken för veckbiidning minimeras. I utföringsformer där den i fig 3 visade utföringsformen används biidar som regeï inmatningsdeien 32 ett uppstödjande organ motsvarande stödhyïsan 70. Förformens förfiytt- ning anpassas mot den tid som erfordras för uppvärmningen av p1ast~ materiaï så att detta senast i samband med förformens omformning når en för omformningen lämpad temperatur. Denna temperatur överstiger materiaiets gïasomvandiingstemperatur (Tg).

Hastigheten hos förformens förfiyttning genom passagen anpassas efter materiaïegenskaperna hos termpiastmateriaiet och tiii yttemperaturen hos formningsdeiens kontaktytor för att materiaiet under varje skede av förfïyttningen ska11 genom energiutbyte med formningsdeien 33 anta 10 15 20 25 30 35 467 615 en för varje behandlingssteg lämpad temperatur. Det är väsentligt att alla de delar av behållarkroppen som undergår omformning uppnår minst den i förväg bestämda minimitemperaturen för utlösning av de vid orienteringen och omformningen inbyggda spänningarna innan de når fram till kylytan 39.

I en föredragen tillämpning av uppfinningen där den i fig 3 visade utformningen av formningsdelen 33 används, är hastigheten lägre under inledningsskedet (förtempereringen) av förformens förflyttning än under dess efterföljande förflyttning. Den axiella längden hos inmat- ningsdelen 32 och därmed längden i axelriktningen för kontaktytan 36 för förvämning är i en föredragen utföringsform så vald att den i huvudsak motsvarar den axiella längden hos behållarkroppens i huvud- sak cylindriska del. Den lägre förflyttningshastigheten för förformen relativt formningsdelen under den första delen av förflyttningen genom passagen väljs som regel när inmtningsdelens axiella längd är relativt kort. Härigenom säkerställs att materialet i alla de delar av förformen som skall undergå omformning uppvärms till så hög tempe- ratur att den eftersträvade utlösningen av i materialet inbyggda spänningar erhålls.

I vissa tillämpningar är kontaktytans 36 axiella längd större än för- formskroppens axiell längd. Detta kombineras som regel med att för- flyttningshastigheten för förformen ej ändras vid förflyttningen ge- nom formningsdelens 33 passage 31. I andra tillämpningar varierar tem- peraturen hos inmatningsdelen så att den företrädesvis är högst när- -mast mellandelen 63. Genom att anpassa förflyttningshastighet och yt- temperaturer hos formningsdelen 33 mot varandra och mot materialtjock leken hos de materialpartier som temperaturkonditioneras. uppnås den eftersträvade effekten innebärande omformning av förformen, uppvärm- ning för utlösning av inre spänningar och kylning i samband med utmat ning av den bildade behållaren. Dimensionerna hos passagens inre be- gränsning och den maximala temperatur till vilken materialet uppvärms är anpassade mot varandra för att under omformningen förformskroppens omkrets resp behållarkroppens omkrets skall svara mot passagens inre omkrets. I vissa tillämpningar är förflyttningshastigheten för behål- laren reducerad under passagen av kontaktytan 39 för kylning. “'11 5.? 10 15 20 25 30 467 615 Såsom redan angivits har vid omformningen plastmaterialet en tempera- tur överstigande materialets Tg. För att uppnå detta har i en före- dragen tillämpning det mekaniska formningsorganet en temperatur över- stigande plastmaterialets Tg med minst 20°C, företrädesvis med , minst 40°C och som regel med minst 60°C.

Som exempel på använda temperaturer vid omformning av en förform av PET anges för anliggningsytorna hos mellandelen 63 minst l20°C. företrädesvis minst l40°C och i vissa högtemperaturtillämpningar minst 160°C. Praktiskt har det visat sig möjligt att för omformning av förformen av PET använda temperaturer ända upp i området 180-200°C. Den använda temperaturen är alltid högre som regel minst 5°C högre än den högsta temperaturen materialet inställdes till i samband med att det undergick det eller de formningsförlopp vid vilka det amorfa ämnet expanderades till förformen. Temperaturen hos inmat- ningsdelen 32 är minst 10-15°C lägre än hos mellandelen 63 medan temperaturen hos utmatningsdelen som regel understiger materialets glasomvandlingstemperatur (Tg).

Den ovan beskrivna tekniken anvisar en pålitlig och säker teknik för att genom anliggning mot mekaniskt formningsorgan omforma en förform till en behållare under reduktion av förformens omkrets och utlösning av i förformen inbyggda spänningar. Härigenom uppnås den eftersträ- vade temperaturstabiliteten hos behållaren, en temperaturstabilitet som vid varje tillfälle anpassas mot den maximala temperatur termo- plastmaterialet i behållaren förväntas anta vid behållarens framtida användning. Vidare utnyttjas den förhöjda temperaturen i samband med omformningen av förformen till behållaren för två olika ändamål, nämligen dels för att mjukgöra materialet och därigenom möjliggöra en bestående och i tiden stabil omformning, dels för att utlösa i materialet inbyggda spänningar och därmed säkerställa att behållaren ej krymper vid uppvärmning.

Ovanstående detaljbeskrivning har endast refererat till ett begränsat antal utföringsformer av uppfinningen. men det inses lätt av fack- mannen att uppfinningen inrymmer ett stort antal utföringsformer inom ramen för de efterföljande patentkraven.

Claims (10)

10 15 20 25 30 467 615 /0

PATENTKRAV

Sätt för framstä11ning av en behå11are (10) av termoplastmateriaï med en mynningsdeï (11), en behåïïarkropp (12), en bottendeï (13) från en förform (20) med en mynningsdeï (21), en bottendei (23) och en förformskropp (22), där förformen bildats genom expansion i axie11 och/e11er radieïl riktning av ett ihåïigt ämne av ursprung- 1igen i huvudsak amorft materia), k ä n n e t e c k n a t därav, att för biïdandet av behå11aren förformens omkrets reduceras genom uppvärmning av materia) i förformskroppen (22), att materialet uppvärms genom anïiggning mot ett mekaniskt organ (33) med förhöjd temperatur och att vid uppvärmningen minst ett materiaïparti hos förformskroppen förfïyttas i riktning mot förformens centrumaxe1 (26) för biïdande av en yttre begränsningsyta (14) hos behålïaren med materiaïpartier vars avstånd ti11 behåïïarens centrumaxei (16) är mindre än motsvarande materiaïpartiers avstånd ti11 förformens centrumaxeï (26).

Sätt för framstäïïning av en behåïïare enïigt krav 1, k ä n n e - t e c k n a t därav, att sagda minst en begränsningsyta (14) vid omformningen ges en i huvudsak p1an form.

Sätt för framstä11ning av en behåïïare enïigt krav 1 e11er 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att det mekaniska organet (33) har en temperatur överstigande pïastmateriaïets g1asomvand1ings- temperatur.

Sätt för framstäïïning av en behåïïare enïigt något av krav 1-3, k ä n n e t e c k n a t därav, att vid an1iggningen mot det mekaniska organet (33) p1astmateria1et uppvärms ti1) så hög temperatur att pïastmateriaïet krymper i omkretsriktningen. 10 15 20 25 30 35

SI

8. l/ Sätt för framställning av en behållare enligt krav 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att det mekaniska formnings- organet (30) har en temperatur överstigande plastmaterialets glasomvandlingstemperatur med minst 2000, företrädesvis med minst 4000 och som regel med minst 6006. Sätt för framställning av en behållare enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t därav, att plastmaterialet vid anliggningen mot det mekaniska organet (33) uppvärms till en temperatur överstigande den maximala temperatur sagda material inställdes till innan det undergick det eller de behandlingssteg vid vilka det i huvudsak amorfa ämnet omformades till förformen. Sätt för framställning av en behållare enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t därav, att förformen för bildandet av behållaren (10) förflyttas genom en av det mekaniska organet helt eller delvis begränsad passage (31) och att i det mekaniska organet ingår minst en mekanisk formningsyta (37) som vid förfor- mens förflyttning genom passagen förskjuter mot formningsytan anliggande material mot passagens centrumaxel. Anordning för framställning enligt sättet i krav 1 av en behålla- re (10) av termoplastmaterial med en mynningsdel (11), en behål- larkropp (12) och en bottendel (13) från en förform (20) med en mynningsdel (21), en bottendel (23) och en förformskropp (22), där förformen som regel bildats genom expansion i axiell och/eller radiell riktning av ett ihåligt ämne av ursprungligen i huvudsak amorft material och där i anordningen ingår ett meka- niskt formningsorgan (30) vilket under förformens omformning till behållaren anligger mot material i förformen, k ä n n e t e c k - n a d därav, att i det mekaniska formningsorganet (30) ingår en med kanaler för värmebärande medium anordnad formningsdel (33) med en formningsyta (37) anordnad för att under energiutbyte med material i förformen förflytta genom materialets uppvärmning krympt material mot förformens centrumaxel. 10 (467 sis m

9. Anordning enïigt krav 8, k ä n n e t e c k n a d därav, att i formningsdeïen (33) ingår en inmatningsdeï (32) för temperaturkon- ditionering av förformen (20) och att inmatningsdeien föïjs av en melïandeï (63) viiken är anordnad med formningsytan (37).

10. Anordning eniigt krav 9, k ä n n e t e c k n a d därav, att i me11ande1en (63) ingår en efterbehand1ingsyta (38) för ev komp1etterande utiösning av i pïastmateriaiet inbyggda spänningar och/e11er att me11ande1en föïjs av en utmatningsdeï (34) med en kontaktyta (39) för kyïning av den formade behållaren (10). flfi)