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Dokumentenidentifikation DE69120863T2 12.12.1996
EP-Veröffentlichungsnummer 0454997
Titel Verfahren zum Spritz-Streck-Blasformen
Anmelder A.K. Technical Laboratory, Inc., Nagano, JP
Erfinder Takeuchi, Setsuyuki, Hanishina-gun Nagano-ken, JP
Vertreter Twelmeier und Kollegen, 75172 Pforzheim
DE-Aktenzeichen 69120863
Vertragsstaaten CH, DE, ES, FR, GB, IT, LI, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 28.03.1991
EP-Aktenzeichen 911049526
EP-Offenlegungsdatum 06.11.1991
EP date of grant 17.07.1996
Veröffentlichungstag der Übersetzung europäischer Ansprüche 03.03.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.12.1996
IPC-Hauptklasse B29C 49/06
IPC-Nebenklasse B29C 49/64   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein Formverfahren, um nach einem Spritzgießen eines aus einem Kunstharz bestehenden Vorformlings ohne Unterbrechung ein Streckblasformen zu einem dünnwandigen hohlen Formgegenstand durchzuführen.

Stand der Technik

Als eines von Formverfahren, die im allgemeinen als Spritzgieß-Streckblasformen bezeichnet werden, gibt es ein 3- Stationen-Formverfahren, bei welchem ein Mundstück eines spritzgegossenen Vorformlings von einer lippenartig ausgebildeten Form festgehalten wird und der Vorformling sofort zum Streckblasformen zu einer Blasform überführt wird.

Bei einem Formverfahren eines 3-Stationen-Systems, das in der Japanischen Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. 63-296921 offenbart ist, wird das Streckblasformen durchgeführt, nachdem eine Innen- und Außentemperatur eines bei einer hohen Temperatur freigegebenen Vorformlings durch eine innere Wärme des Vorformlings selbst gleichförmig gemacht worden sind, um eine Temperaturdifferenz dazwischen zu beseitigen.

Eine technische Idee zuin Freigeben eines Vorformlings bei einer hohen Temperatur ist bereits bei einem Formverfahren eines 4-Stationen-Systems offenbart.

Dieses Formverfahren umfaßt: Freigeben eines aus spritzgegossenem Polyethylenterephthalat bestehenden Vorformlings in einem Temperaturbereich, in welchem die Form bei einer hohen Temperatur bewahrt bleibt, Ausgleichen einer Temperaturdifferenz zwischen einer inneren und einer äußeren Oberfläche und einem inneren Mittelteil in derselben Querschnittsebene des Vorformlings, und anschließendes Einstellen der Temperatur des Vorformlings auf eine hohe Temperatur von über 95ºC durch eine äußere Energie, um das Blasformen zu vollziehen.

Beim 3-Stationen-System, dessen Formgebungschritte drei Schritte umfassen, nämlich "Spritzgießen eines Vorformlings - Streckblasformen - Entnahme eines Formgegenstandes", ist ein unmittelbar vor dem Streckblasformen durchzuführender Schritt eines Einstellens einer Temperatur nicht notwendig, der beim 4-Stationen-System unvermeidbar ist, welches vier Schritte erforderlich macht, nämlich "Spritzgießen eines Vorformlings - Temperatureinstellung - Streckblasformen - Entnahme eines Formgegenstandes".

Daher können eine Temperatureinstellvorrichtung für einen Vorformling und andere Zusatzvorrichtungen, die bei dem 4- Stationen-System verwendet werden, weggelassen werden, und zusätzlich liegt ein konstruktiver Vorteil darin, daß die Anzahl der Halsformen, die auch als Überführungselement für einen Vorformling dienen, um eine verringert wird. Außerdem gibt es insofern einen wirtschaftlichen Vorteil, als auch die Zeit für einen Formgebungszyklus verkürzt und die Maschinenkosten verringert werden.

Jedoch besteht die Tendenz, daß unter Verwendung des 3- Stationen-Systems geformte Formgegenstände auf Weithalsbehälter eingeschränkt werden. Dies erfolgt wegen der Tatsache, daß eine Öffnung eines Vorformlings so groß ist, daß es keine technische Schwierigkeit beinhaltet, eine Formschräge oder Verjüngung einer Spritzgießform, einen Kern und dergleichen zu gestalten, und eine Freigabe bei einer hohen Temperatur erfolgt mühelos.

Beim Formen von Enghalsbehältern, wie beispielsweise Flaschen, die eine äußerst kleine Öffnung eines Vorformlings und einen langen gestreckten Teil aufweisen und eine starke Vergrößerung beim Strecken erforderlich machen, ist im Hinblick auf die Schwierigkeit einer Temperatursteuerung eines Vorformlings und die Formschrägenbegrenzung das 4-Stationen-System verwendet worden, welches in der Lage ist, die Temperatur unmittelbar vor dem Blasformen zu steuern.

Die Schwierigkeit einer Temperatursteuerung eines Vorformlings beim 3-Stationen-System besteht darin, daß es keine Mittel gibt, um einen Zustand zu erfassen, in dem eine Oberflächenschicht durch innere Wärme erwärmt ist und die Temperatur des Vorformlings gleichförmig wird.

Daher wird der Streckblaszeitpunkt festgelegt, indem man aus einer nach der Freigabe verstrichenen Zeit eine grobe Abschätzung vornimmt und zu diesem Zeitpunkt einen Versuch wiederholt. Es erfordert Erfahrung und Zeit, um den Versuch durchzuführen. In dem Fall, wo Harz als Material Polypropylen ist, kommt es häufig vor, daß die Formgebungsbedingungen je nach Herstellungscharge etwas abweichen. Daher müssen die Bedingungen nach Bedarf eingestellt werden, womit ein Verlust von Produkten unvermeidlich zunimmt.

Ein Verfahren, das nur einige der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 enthaltenen Merkmale aufweist, ist in der US-A-2,331,702 offenbart. Gemäß dem besagten Verfahren kann ein spritzgegossener dünnwandiger Vorformling äußerlich erwärmt werden, bevor er blasgeformt wird, um sein Blasformvermögen zu verbessern. Die äußerliche Erwärmung führt zu einer gleichmäßigen Temperaturverteilung des Vorformlings und erfordert eine bestimmte Heizeinrichtung, welche das Verfahren verteuert.

Die JP-A-63 296 921 offenbart, die Temperaturverteilung über die Wandstärke eines Vorformlings dadurch auszugleichen, daß eine Wärmeübertragung der innerhalb der Wand des Vorformlings enthaltenen Wärme zu deren Oberfläche benutzt wird, wobei man den Vorformling unverändert läßt und einen Ausgleich der Temperaturverteilung zuläßt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung ist ins Auge gefaßt worden, um die Aufgabe der mit dem 3-Stationen-System verbundenen Hochtemperatur-Freigabe beim Formen zu lösen. Ein Ziel dieser Erfindung ist es, ein neues Spritzgieß-Streckblasformverfahren bereitzustellen, welches trotz der Tatsache, daß ein aus einem kristallinen Harz bestehender Vorformling bei einer hohen Temperatur freigegeben wird, Enghals-Kunstharzbehälter, wie beispielsweise Flaschen ähnlich wie im Fall von Weithalsbehältern formen kann, ohne daß es hinsichtlich der Form, einer Formschräge, einer Wandstärkenverteilung und dergleichen eines Vorformlings Einschränkungen unterworfen ist.

Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, ein neues Spritzgieß-Streckblasformverfahren bereitzustellen, das mit drei Stationen flaschenartige Behälter formen kann, welche geringere Spannungen und Beanspruchungen aufweisen, die zum Auftreten neigen, wenn ein Vorformling mit einer niedrigen Temperatur streckblasgeformt wird, welche zum Zeitpunkt einer Befüllung bei einer hohen Temperatur kaum einer durch die Spannungen und Beanspruchung verursachten Schrumpfverformung ausgesetzt sind, und welche transparent und hinsichtlich der Wandstärkenverteilung regelmäßig sind.

Es ist ein anderes Ziel dieser Erfindung, ein neues Spritzgieß-Streckblasformverfahren bereitzustellen, welches die Temperatureinstellung verschiedener Teile eines Vorformlings zum Zeitpunkt des Spritzgießens durchführen kann, wodurch das Streckblasformen im Vergleich zum Stand der Technik erheblich verkürzt werden kann, um eine Produktionsmenge pro Stunde zu vergrößern.

Gemäß einem ersten Merkmal dieser Erfindung zum Erreichen der vorgenannten Ziele wird bei einem Einspritzen und Einfüllen von geschmolzenem Harz in eine Spritzgießform, um es wie erforderlich zu einem Vorformling zu formen, einem Festhalten eines Mundstücks des Vorformlings durch eine lippenartig ausgebildete Form, um den Vorformling von der Spritzgießform in eine Blasform zu überführen, und einem Streckblasformen des Vorformlings in einen dünnwandigen hohlen Formgegenstand die Freigabe des besagten Vorformlings aus der Spritzgießform während des Zustandes durchgeführt, in dem seine Gestalt durch eine Hautschicht aufrechterhalten werden kann, die in der Oberfläche durch ein rasches Abkühlen erzeugt wird, sowie des Zustandes, in dem eine innere Abkühlung noch nicht beendet und die Temperatur hoch ist, und das Streckblasformen des Vorformlings wird innerhalb einer Zeitspanne durchgeführt, bis eine Oberflächentemperatur des Vorformlings, die wegen seiner eigenen Innentemperatur ansteigt, einen Spitzenwert erreicht.

Gemäß einem zweiten Merkmal dieser Erfindung wird die Freigabe eines aus Polyethylenterephthalat hergestellten Vorformlings aus einer Spritzgießform in dem Temperaturbereich durchgeführt, in dem die Oberflächentemperatur unmittelbar nach der Freigabe bei Raumtemperatur oberhalb 60ºC jedoch unterhalb 70ºC liegt, und das Streckblasformen wird innerhalb einer Zeitspanne durchgeführt, bis die Oberflächentemperatur des Vorformlings eine in einem Temperaturbereich oberhalb 80ºC jedoch unterhalb 95ºC liegende Temperaturspitze erreicht.

Gemäß einem dritten Merkmal dieser Erfindung wird die Freigabe eines aus Polypropylen hergestellten Vorformlings aus einer Spritzgießform in dem Temperaturbereich durchgeführt, in dem die Oberflächentemperatur unmittelbar nach der Freigabe bei Raumtemperatur oberhalb 90ºC jedoch unterhalb 100ºC liegt, und das Streckblasformen wird innerhalb einer Zeitspanne durchgeführt, bis die Oberflächentemperatur des Vorformlings eine in einem Temperaturbereich oberhalb 100ºC jedoch unterhalb 122ºC liegende Temperaturspitze erreicht. Ein Vorformling, der als kristallines Harz aus einem anderen als den vorgenannten Harzen aus einem thermoplastischen Kunstharz, wie beispielsweise Polyethylen, Polycarbonat, usw. hergestellt wird, kann durch ähnliche Mittel streckgeformt werden.

Gemäß einem vierten Merkmal dieser Erfindung wird die innere Wärme aus unterschiedlichen Teilen eines gestreckten Teils eines Vorformlings durch eine auf einer vorbestimmten Temperatur gehaltene Temperatur einer Form und durch eine planmäßig eingestellte Wandstärkenverteilung des Vorformlings gesteuert, und ein Streckzustand eines gestreckten Teils wird durch eine Differenz der Wärmemenge gesteuert, welche sich mit der Wandstärke ändert, um es dadurch unnötig zu machen, die Temperatur nach der Freigabe einzustellen.

Ein durch Streckblasformen gemäß dieser Erfindung erhaltener flaschenartiger Behälter weist weniger Spannungen und Beanspruchungen auf, die zum Auftreten neigen, wenn ein Vorformling mit einer niedrigen Temperatur streckblasgeformt wird. Dementsprechend treten durch die Spannungen und Beanspruchungen verursachte Schrumpfungen und Verformungen während einer Hochtemperaturbefüllung kaum auf. Aus Polyethylenterephthalat hergestellte Behälter weisen eine größere Wärmebeständigkeit auf.

Da ein Vorformling gestreckt wird, wenn sich sein Inneres in einem halbgeschmolzenen Zustand befindet, tritt kaum eine Beeinträchtigung durch die Temperaturungleichheit auf. Da das Formen beendet ist, bevor das Innere eines Vorformlings kristallisiert ist, kann man einen dünnwandigen Behälter erhalten, der transparent und ohne eine einseitige Wandstärke ist.

Da durch ein rasches Abkühlen eine Hautschicht gebildet wird, kann außerdem eine Freigabe selbst dann vorgenommen werden, wenn das Innere eines Vorformlings weich ist. Selbst ein flaschenartiger Enghalsbehälter, der bei einer geeigneten Temperatur nur schwer zu entnehmen war, und bei dem hinsichtlich einer Formschräge eines Vorformlings eine Temperatur eingestellt werden mußte, kann ähnlich wie im Fall eines Weithalsbehälters selbst in einem 3-Stationen-System mühelos geformt werden.

Außerdem ist die zum Streckblasformen erforderliche Zeit im Vergleich mit dem Stand der Technik ziemlich kurz, womit ein Formgebungszyklus schneller gemacht und eine Produktionsmenge pro Stunde vergrößert wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

FIG. 1 ist eine Schnittansicht eines Hochtemperatur- Vorformlings.

FIG. 2 ist eine grafische Darstellung, die eine Veränderung eines durch Spritzgießen eines kristallinen Harzes erhaltenen Hochtemperatur-Vorformlings mit dem Zeitablauf zeigt.

FIG.3 ist eine grafische Darstellung, die eine Veränderung der Oberflächentemperatur eines durch Spritzgießen eines Polyethylenterephthalats erhaltenen Hochtemperatur- Vorformlings der Probe Nr. 1 mit dem Zeitablauf zeigt.

FIG. 4 ist eine grafische Darstellung, die eine Veränderung der Oberflächentemperatur eines durch Spritzgießen eines Polyethylenterephthalats erhaltenen Hochtemperatur- Vorformlings der Probe Nr. 2 mit dem Zeitablauf zeigt.

FIG. 5 ist eine grafische Darstellung, die eine Veränderung der Oberflächentemperatur eines durch Spritzgießen eines Polyethylenterephthalats erhaltenen Hochtemperatur- Vorformlings der Probe Nr. 3 mit dem Zeitablauf zeigt.

FIG. 6 ist eine grafische Darstellung, die eine Veränderung der Oberflächentemperatur mit dem Zeitablauf zeigt, wenn ein aus Polyethylenterephthalat hergestellter Vorformling streckblasgeformt wird.

FIG. 7 ist eine grafische Darstellung, die eine Veränderung der Oberflächentemperatur eines durch Spritzgießen eines Polypropylens erhaltenen Hochtemperatur-Vorformlings der Probe Nr. 4 mit dem Zeitablauf zeigt.

FIG. 8 ist eine grafische Darstellung, die eine Veränderung der Oberflächentemperatur mit dem Zeitablauf zeigt, wenn ein aus Polypropylen hergestellter Vorformling streckblasgeformt wird.

FIG. 9 ist eine grafische Darstellung, die eine Veränderung der Oberflächentemperatur mit dem Zeitablauf zeigt, wenn zwei Vorformlinge, deren Wandstärke unterschiedlich ist, streckblasgeformt werden.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Geschmolzenes Harz wird in eine Form eingespritzt und eingefüllt, um einen Vorformling 11 mit einer in FIG. 1 dargestellten Schnittkonstruktion zu formen, und der Vorformling wird aus einer Spritzgießform freigegeben, während eine Temperatur aufrechterhalten wird, die so hoch wie möglich ist. Wenn man den Vorformling bei Raumtemperatur unverändert läßt, verändert sich die Oberflächentemperatur des Vorformlings, wie in FIG. 2 dargestellt.

Die Veränderung der Oberflächentemperatur mit dem Zeitablauf weist in einem gewissen Maß Unterschiede hinsichtlich der Zeit bis zum Erreichen einer Temperaturspitze auf, jedoch zeigen die meisten zum Formen von Behältern verwendeten thermoplastischen Harze einen ähnlichen Fortgang. Ein Anstieg der anfänglichen Oberflächentemperatur wird durch die Tatsache hervorgerufen, daß bei einem bei einer hohen Temperatur freigegebenen Vorformling die im Kontakt mit der Oberfläche eines Hohlraums einer Form oder mit einem Kern befindliche Oberfläche eines Vorformlings durch Kühlen der Form verfestigt wird, um eine Hautschicht zu bilden, daß jedoch eine innere Abkühlung noch nicht beendet ist, und die Temperatur hoch ist und sich das Material in einem halbgeschmolzenen Zustand befindet und die Kühlung durch die Freigabe unterbrochen wird, nach welcher die Hautschicht von innen her erwärmt wird.

Selbstverständlich ist in einem derartigen Zustand die Temperatur des Vorformlings mit Ausnahme eines zum Zeitpunkt der Freigabe vollständig abgekühlten und verfestigten Mundstücks nicht gleichförmig. Wenn ein Streckblasformen in einem Zustand stattfindet, in dem eine Temperaturdifferenz zwischen einem inneren und einem äußeren Teilbereich eines Vorformlings vorhanden ist, tritt infolge einer Kristallisation oder infolge von Mikrorissen eine weiße Trübung auf. Deshalb wird die Temperatur des Vorformlings beim vorgenannten herkömmlichen Verfahren vor dem Streckblasen gleichförmig gemacht.

Gemäß den vom jetzigen Erfinder durchgeführten Untersuchungen ist die weiße Trübung eines geformten Gegenstandes beim Streckblasformen häufig eher eine Folge der Temperatur des Streckblasformens als einer Temperaturdifferenz zwischen einem inneren und einem äußeren Teilbereich.

Gemäß bisher durchgeführten Versuchen besteht im Fall von Polyethylenterephthalat die Tendenz zum Auftreten der weißen Trübung, wenn die Oberflächentemperatur eines Vorformlings weniger als 80ºC beträgt. Man hat auch gefunden, daß Mikrorisse kaum auftreten, wenn die Oberflächentemperatur eines Vorformlings unmittelbar nach der Freigabe 80ºC oder mehr beträgt und das Streckblasen nach Ablauf einer sehr kurzen Zeitspanne stattfindet.

Man hat jedoch auch gefunden, daß selbst in einem derartigen Fall bei einem spritzgegossenen Gegenstand die Tendenz zum Auftreten der weißen Trübung besteht, wenn die Abkühlzeit lang ist und die Temperatur unmittelbar nach der Freigabe weniger als 60ºC beträgt, und zwar selbst dann, wenn die Temperatur beim Streckblasformen 80ºC oder mehr beträgt.

Im Fall von Polyethylenterephthalat beträgt die Spitzentemperatur häufig 95ºC oder mehr, wenn die Abkühlzeit kurz eingestellt ist, und die Oberflächentemperatur unmittelbar nach der Freigabe so eingestellt ist, daß sie 70ºC oder mehr beträgt. Beim Formen unter einer derart eingestellten Bedingung, wie beschrieben, besteht die Tendenz zum Auftreten einer einseitigen Wandstärke und die Steifigkeit geht verloren.

Dementsprechend ist die Abkühlzeit eines Vorformlings in einer Spritzgießform innerhalb eines gewissen vorbestimmten Zeitraums beschränkt. Jedoch ist die Abkühlung selbst im Fall desselben Harzes entsprechend den Wandstärken unterschiedlich und ist weiter entsprechend den Temperaturen des dafür zu verwendenden Kühlwassers unterschiedlich. Ein zulässiger Bereich beträgt im Fall von Polyethylenterephthalat mit derselben Wandstärke mehr oder weniger eine Sekunde. Es ist möglich, innerhalb des vorgenannten zulässigen Bereichs unmittelbar nach der Freigabe eine Oberflächentemperatur zu erhalten, die ein Formen eines Enghalsbehälters gestattet, welcher transparent ist und wohlgeordnet geformt ist.

Im Hinblick auf einen aus Polypropylen hergestellten Vorformling steigt entsprechend die Oberflächentemperatur von einer Temperatur zum Zeitpunkt der Freigabe bei Raumtemperatur schnell an und erreicht eine Spitze, nach der die Spitzentemperatur über einen langen Zeitraum aufrechterhalten wird und allmählich absinkt.

Der Zeitpunkt, in welchem die Temperatur des ganzen Vorformlings aufgrund der inneren Temperatur gleichförmig gemacht wird, ist aus der Veränderung der Oberflächentemperatur mit dem Zeitablauf unklar. Jedoch wird beim herkömmlichen Streckblasformen eines Hochtemperatur- Weithalsvorformlings das Streckblasformen etwa 17 Sekunden nach der Freigabe durchgeführt. Daher wurden die Versuche zum Streckblasformen um die Diagonale herum unternommen, wobei eine derartige Zeit, wie beschrieben, als Standard verwendet wurde. Bei einem Vorformling für einen Weithalsbehälter war es möglich, in etwa 17 Sekunden einen dünnwandigen Weithalsbehälter zu formen, dessen Körperteil transparent ist.

Jedoch treten im Fall eines Vorformlings für einen Enghalsbehälter, dessen Vergrößerung beim Strecken stärker als im Fall eines Weithalsbehälters ist, selbst bei denjenigen, deren Formschräge so groß ist, daß sie mühelos freigegeben werden, häufig einseitige Wandstärken und eine fehlerhafte Formgebung eines Bodens auf, wodurch es mißlingt, einen geformten Gegenstand bereitzustellen.

Jedoch kann selbst im Fall von Polypropylen ein Enghalsbehälter geformt werden, wenn die Oberflächentemperatur unmittelbar nach der Freigabe 90ºC oder mehr beträgt, und die Temperatur beim Streckblasformen 110ºC oder mehr beträgt. Der zulassige Bereich der Abkühlzeit bei derselben Wandstärke betrug mehr oder weniger 3 Sekunden.

Aus einem Versuch zum Streckblasformen ist ersichtlich, daß dann, wenn das Streckblasformen nach dem Ablauf einer gegebenen Zeitspanne durchgeführt wird, mit dem Zweck, eine Temperatur eines Vorformlings nach der Freigabe gleichförmig zu machen, der Vorformling einer allmählichen Abkühlung unterliegt, und daher die Tendenz zum Auftreten einer durch Kristallisation hervorgerufenen Weißfärbung besteht. Natürlich wird es schwierig, einen Enghalsbehälter zu formen.

Dementsprechend wird die Schwierigkeit oder Leichtigkeit des Streckblasformens eines bei einer hohen Temperatur freigegebenen Vorformlings nicht nur durch eine Temperaturungleichheit beeinflußt, sondern auch stark durch eine Zusammensetzung eines Hochtemperatur-Vorformlings beeinflußt, welche sich mit dem Zeitablauf, dem Zeitpunkt des Streckblasens, usw. verändert.

Der Hochtemperatur-Vorformling 11 nach der Freigabe weist unmittelbar nachdem er aus der Spritzgießform freigegeben worden ist eine niedrige Oberflächentemperatur auf, wie man in FIG. 1 sehen kann, und daher bildet seine Oberfläche eine Hautschicht 12, die eine Härte besitzt. Jedoch sind die Bildungsbedingungen der Hautschicht 12 entsprechend der Abkühlgeschwindigkeit unterschiedlich.

Bei der Hochtemperatur-Freigabe ist ein Mittelteil nicht abgekühlt, und das Harz 13 im Inneren weist bei einer hohen Temperatur bis zu einem gewissen Grad eine Fließfähigkeit auf. Ein Herabziehen wird durch die Hautschicht 12 der Oberfläche verhindert, und selbst nach einer Freigabe wird die Form des Vorformlings 11 aufrechterhalten.

Mit Ablauf der Zeit wird die Innentemperatur nach außen zu freigesetzt, und gleichzeitig wird die Hautschicht 12, welche die Oberfläche bildet, von innen her erwärmt. Daher steigt die Oberflächentemperatur steil an, und die Hautschicht 12 wird erweicht, während die Innentemperatur sinkt. Daher wird der fließende Teil in Richtung des Mittelteils verkleinert.

Die Hautschicht 12, deren Oberflächentemperatur eine Spitze erreicht, ist dünn, bis zu einem Grad, welcher eine Haut bildet, und ihr Inneres befindet sich in einem halb ausgehärteten Zustand.

Nach der Spitze sinkt die Oberflächentemperatur mit dem Zeitablauflangsam ab. Hinsichtlich des ganzen Vorformlings wird die Temperatur gleichförmig, und gleichzeitig schreitet die Kristallisation voran.

Bis die Oberflächentemperatur beim Hochtemperatur-Vorformling eine Spitze erreicht, wird selbst dann, wenn die Oberfläche verfestigt wird, um die Hautschicht 12 zu bilden, die Hautschicht 12 in der Nähe der Spitzentemperatur erweicht, welches der Zustand ist, in dem ein Strecken erfolgen kann.

Ein dickwandiger Teil, der eine hohe innere Wärme der Hautschicht 12 aufweist, wird als erstes durch von innen aufgenommene Wärme erweicht. Zwischen einem dickwandigen Teil und einem dünnwandigen Teil besteht eine Temperaturdifferenz, bis eine gewissen Zeit verstrichen ist, nachdem die Oberflächentemperatur die Spitze erreicht hat, und die vorgenannte Differenz ist besonders vor der Spitze ersichtlich.

Wenn das Streckblasformen in einem solchen Zustand stattfindet, wie er beschrieben wurde, wird die Hautschicht auf der Seite des dickwandigen Teils, wo viel Wärme vorhanden ist, das heißt auf der Seite, auf welcher die Oberflächentemperatur hoch ist, zuerst in dem Zustand gestreckt, in dem das innere Harz in einem erweichtem Zustand umschlossen ist.

Natürlich nimmt die Größe der Oberfläche infolge der Streckung zu, und infolgedessen wird die abstrahlende Oberfläche groß und die Temperatur sinkt, so daß eine Temperaturdifferenz gegenüber der dünnwandigen Seite beseitigt wird. Außerdem steigt die Temperatur auf der dünnwandigen Seite im Verhältnis an, und anschließend geht eine Streckung des dünnwandigen Teils vor. Eine derartige wechselseitige Streckung erfolgt wiederholt über einen äußerst kurzen Zeitraum, und die Innentemperatur mit einer großen Wärmemenge während dieses Zeitraums sinkt auf eine zum Strecken geeignete Temperatur. Und das innere Harz 13, das bis dahin gestreckt wurde, während es von der Hautschicht 12 begleitet wurde, wird entsprechend der Hautschicht 12 auf halben Weg dünn gestreckt, wodurch ein geformter Gegenstand mit einer gleichförmigen Wandstärkenverteilung gebildet wird.

Dementsprechend wird beim Spritzgießen des Vorformlings 11 zuerst der Betrag der Streckung von verschiedenen Teilen des Vorformlings 11 im Voraus aus der Form eines Behälters 14, der ein geformter Gegenstand sein soll, in die Überlegungen einbezogen, wodurch die Wandstärkenverteilung der verschiedenen Teilbereiche planmäßig eingestellt wird, während die Temperatur der Spritzgießform konstant gehalten wird und eine Abkühlung des durch Einspritzen und Einfüllen in den Hohlraum geformten Vorformlings 11 in einem beliebigen Teilbereich vorzugsweise gleichförmig erfolgt.

Bei dem durch rasches Abkühlen mit der Hautschicht 12 gebildeten Hochtemperatur-Vorformling 11 wurde das beste Ergebnis dadurch erreicht, daß eine Formgebung zu der Zeit erfolgt, bevor die Oberflächentemperatur die Spitze erreicht. Zu dem Zeitpunkt, an dem sie die Spitze erreicht zu haben schien, bestand die Tendenz zum Auftreten einer einseitigen Wandstärke, wodurch es mißlang, ein gutes Ergebnis zu erzielen.

Wenn das Streckblasformen stattfindet, betrug die Oberflächentemperatur 80ºC oder mehr und 110ºC oder mehr bei Polyethylenterephthalat bzw. bei Polypropylen, und die Zeitspanne nach der Freigabe betrug mehr oder weniger 8 Sekunden und mehr oder weniger 14 Sekunden beim ersteren bzw. beim letzteren.

Jedoch ist aus den vorangehenden Versuchen ersichtlich, daß das bessere Ergebnis nicht erzielt werden kann, wenn nicht durch rasche Abkühlung die Hautschicht 12 gebildet wird. Dies scheint die Folge eines Unterschieds eines Kristallzustandes zu sein, der durch die Abkühlung in der Hautschicht 12 erzeugt wird. Ein Kristall bildet infolge einer raschen Abkühlung einen kleinen Kristall. Im Fall einer allmählichen Abkühlung wächst ein Kristall stark, und der gegenseitige Zusammenhalt von Kristallen ist schwächer als bei den kleinen Kristallen.

Bevorzugter wird das Streckblasformen in dem Temperaturbereich durchgeführt, der sich an Wandstärken eines beliebigen Teils des Vorformlings 11 anpassen läßt.

Wenn ein Wandstärkenunterschied 0,25 mm oder so beträgt, gibt es gemäß dem Versuch des jetzigen Erfinders am zweckmäßigsten keinen großen Unterschied bei der Temperaturspitze und der Zeit bis zum Erreichen der Spitze, selbst wenn unmittelbar nach der Freigabe eine Oberflächentemperaturdifferenz vorhanden ist. Außerdem bringt es keine großen technischen Schwierigkeiten mit sich, den Temperaturbereich zeitmäßig so herauszugreifen, daß das Streckblasformen für beide ermöglicht wird.

In dem Fall, wo die Wärmemenge von verschiedenen Teilen in der Spritzgießform mit einem aus der Form eines geformten Gegenstandes heraus planmäßig vorgesehenen Wandstärkenunterschied als Mittel zum Steuern eines Streckgrades von verschiedenen Teilen des Vorformlings gesteuert wird, ist der Wandstärkenunterschied sehr gering und liegt einschließlich des Wandstärkenunterschieds im Fall eines flachen Behälters, dessen Streckgrad zwischen seitlichen und in Längsrichtung angeordneten Teilen desselben ziemlich unterschiedlich ist, zumeist innerhalb der zulässigen Zeitspanne.

Dementsprechend bringt es nicht viele technische Schwierigkeiten mit sich, daß die innere Wärme von verschiedenen Teilbereichen des gestreckten Teils des Vorformlings durch die auf einer konstanten Temperatur gehaltene Temperatur der Form und die planmäßig eingestellte Wandstärkenverteilung des Vorformlings gesteuert wird, und daß der Streckzustand des gestreckten Teils durch die Differenz der Wärmemenge gesteuert wird, die entsprechend der Wandstärke unterschiedlich ist.

Ausführungsform 1

Geschmolzenes Polyethylenterephthalat-Harz wurde in eine Spritzgießform eingespritzt und eingefüllt, um durch rasches Abkühlen einen Enghals-Vorformling 11 zu formen, wie in FIG. 1 dargestellt.

Drei Beispiele von Vorformlingen mit unterschiedlicher Wandstärke wurden spritzgegossen, wobei die Abkühlzeit von Probe zu Probe verändert wurde, und die Veränderung der Oberflächentemperatur mit dem Zeitablauf wurde gemessen.

Der Vorformling wird für einen Ein-Liter-Behälter vorbereitet, dessen Gesamtlänge 124 mm beträgt. Die Temperaturen des Vorformlings wurden an drei Stellen gemessen, nämlich 30 mm, 60 mm und 100 mm aufwärts vom Boden, und die gemessenen Temperaturen waren ein Durchschnittswert.

Als Temperaturmeßeinheit wurde ein digitales Strahlungsthermometer IR-AHOT (von K.K.Chino hergestellt) verwendet.

Die Spritzgießbedingungen sind wie folgt:

Materialgewicht 33 g

Spritztemperatur 275ºC

Formtemperatur 13ºC

Formschräge 1,5º

Einspritz- und Einfüllzeit 5,3 s

Anmerkung: Die Formtemperatur bedeutet eine Kühlwassertemperatur einer Hohlraumform und eines Formkerns.

Die FIGUREN 3 bis 5 zeigen die Veränderung der Oberflächentemperaturen der folgenden Proben mit dem Zeitablauf (Durchschnittswert) bei Raumtemperatur (22ºC), von denen Hauptpunkte so sind, wie in Tabelle 1 unten angegeben.

TABELLE 1
Temperatur des Vorformlings (ºC) Wandstärke des Vorformlings (mm) Abkühlzeit (s) 1 s nach Freigabe Spitze Spitzenzeit (s) Probe Nr.

Die Abkühlzeit ist die Zeitspanne nach dem Ablauf der Einspritz- und Einfüllzeit.

Bei den oben beschriebenen Proben wurde das Streckblasformen unter einem Blasluftdruck von 14 kg/cm² durchgeführt, um einen flaschenartigen Behälter 14 zu formen, wie durch die unterbrochene Linie in FIG. 1 angezeigt. Man hat gefunden, daß das beste Ergebnis erzielt wurde, wenn das Streckblasformen innerhalb des in FIG. 6 dargestellten Zeitraums durchgeführt wurde, das heißt, innerhalb des Zeitraums t zwischen dem Zeitpunkt t&sub1;, bevor die Oberflächentemperatur die Spitze erreicht, und dem Zeitpunkt t&sub2;, in dem sie die Spitze erreicht zu haben schien. Jedoch wurden im Fall eines Vorformlings, dessen Oberflächentemperatur unmittelbar nach der Freigabe bei Raumtemperatur außerhalb des Bereichs von 60ºC bis 70ºC liegt, oder bei einem Vorformling, dessen Oberflächentemperatur zum Zeitpunkt des Streckblasformens außerhalb des Temperaturbereichs von 80ºC bis 95ºC liegt, keine zufriedenstellend geformten Gegenstände erzielt, wie unten in Tabelle 2 dargestellt.

TABELLE 2
Wandstärke des Vorformlings (mm) Temperatur 1 s nach Freigabe Temperatur beim Streckblasformen Laufzeit (s) Geformter Zustand von Formgegenständen. Wandstärke des Körperteils: 0,3 mm Probe Nr. schlecht, fehlende Steifigkeit, einseitige Wandstärke gut schlecht, weiße Trübung, starke einseitige Wandstärke

In Tabelle 2 ist die Laufzeit die Zeit von der Freigabe eines Vorformlings bis zum Beginn des Streckblasformens. Die durch Formen einiger Proben im Bereich von mehr oder weniger einer Sekunde auf die Laufzeit erzielten Ergebnisse wurden im geformten Zustand dargestellt.

Ausführungsform 2

Geschmolzenes Polypropylen-Harz wurde in eine Spritzgießform eingespritzt und eingefüllt, um ähnlich wie im Fall der Ausführungsform 1 durch rasches Abkühlen einen Enghals- Vorformling 11 zu formen, wie in FIG. 1 dargestellt.

Acht Vorformlinge mit derselben Wandstärke wurden unter Veränderung der Abkühlzeit spritzgegossen, und die Veränderung ihrer Oberflächentemperaturen mit dem Zeitablauf bei Raumtemperatur wurde gemessen.

Die Spritzgießbedingungen sind wie folgt:

Materialgewicht 40 g

Spritztemperatur 240ºC

Formtemperatur 13ºC

Formschräge 3,0º

Einspritz- und Einfüllzeit 6,0 s

FIG. 7 zeigt die Veränderung der Oberflächentemperaturen der folgenden Proben mit dem Zeitablauf (Durchschnittswert) bei Raumtemperatur (22ºC), von denen Hauptpunkte so sind, wie in Tabelle 3 unten angegeben.

TABELLE 3
Temperatur des Vorformlings (ºC) Wandstärke des Vorformlings (mm) Abkühlzeit (s) 1 s nach Freigabe Spitze Spitzenzeit (s) Probe Nr. 4

Bei der oben beschriebenen Probe Nr. 4 wurde das Streckblasformen unter einem Blasluftdruck von 12 kg/cm² innerhalb des in FIG. 6 dargestellten Zeitraums ähnlich wie im Fall des Polyethylenterephthalats durchgeführt, um einen flaschenartigen Behälter 14 zu formen, wie durch die unterbrochene Linie in FIG. 1 angezeigt. Man hat gefunden, daß das beste Ergebnis erzielt wurde, wenn das Streckblasformen innerhalb des in FIG. 8 dargestellten Zeitraums durchgeführt wurde, das heißt, innerhalb des Zeitraums t zwischen dem Zeitpunkt t&sub1;, bevor die Oberflächentemperatur die Spitze erreicht, und dem Zeitpunkt t&sub2;, in dem sie die Spitze erreicht zu haben schien.

Jedoch wurden im Fall eines Vorformlings, dessen Oberflächentemperatur unmittelbar nach der Freigabe bei Raumtemperatur außerhalb des Bereichs von 90ºC bis 100ºC liegt, oder bei einem Vorformling, dessen Oberflächentemperatur zum Zeitpunkt des Streckblasformens außerhalb des Temperaturbereichs von unterhalb 110ºC oder oberhalb 123ºC liegt, keine zufriedenstellenden Ergebnisse erzielt, wie unten in Tabelle 4 dargestellt.

TABELLE 4
Wandstärke des Vorformlings (mm) Temperatur 1 s nach Freigabe Temperatur beim Streckblasformen Laufzeit (s) Geformter Zustand von Formgegenständen. Wandstärke des Körperteils: 0,5 mm Probe Nr. 4 schlecht, große einseitige Wandstärke, geplatzt gut

Aus den FIGUREN 3 bis 5, welche die Veränderung mit dem Zeitablauf zeigen, ist ersichtlich, daß es beim Spritzgießen des Vorformlings 11 einen zulässigen Bereich der Abkühlzeit gibt. Wenn man die zulässige Zeit unter denjenigen mit unterschiedlicher Wandstärke vergleicht, ist es auch ersichtlich, daß es eine aneinander angepaßte Abkühlzeit gibt.

FIG. 9 ist eine grafische Darstellung, welche zwei aneinander angepaßte Abkühlzeiten hinsichtlich der Proben Nr. 1 und 2 aus Tabelle 1 auswählt, um in diesem Fall die Veränderung der Oberflächentemperaturen mit dem Zeitablauf darzustellen. Eine Temperaturdifferenz Δt im zulässigen Zeitraum des Streckblasformens eines Teilbereichs D1 mit dicker Wandstärke und eines Teilbereichs D2 mit dünner Wandstärke betrug 2,5ºC bis 3,0ºC.

Das Streckblasformen wurde für einen Enghalsbehälter aus einem Vorformling durchgeführt, bei dem die Wandstärkenverteilung planmäßig verändert wurde.

Ausführungsform 3

Ein in FIG. 1 dargestellter Vorformling 11, dessen Wandstärke von seinem oberen Teil in Richtung seines Bodens dünner wird, so daß man eine unterschiedliche Wandstärkenverteilung des gesamten Körpers erhält, wurde aus Polyethylenterephthalat spritzgegossen, und ein Ein-Liter-Behälter 14 wurde aus dem Vorformling streckblasgeformt.

Beim Spritzgießen wurde die Wandstärke des Teilbereichs D1 des Vorformlings 11 von 3,05 mm planmäßig gegenüber der Wandstärke des Teilbereichs D2 von 2,80 mm verändert. Außerdem wurde für beide eine an die Wandstärken angepaßte Abkühlzeit unter den Proben Nr. 1 und 2 in Tabelle 1 ausgewählt, so daß die Oberflächentemperatur des Vorformlings unmittelbar nach der Freigabe im Bereich von 60ºC bis 70ºC liegt.

Spritzgießbedingungen:

Materialgewicht 33 g

Spritztemperatur 275ºC

Formtemperatur (Kühlwasser) 13ºC

Formschräge 1,5º

Einspritz- und Einfüllzeit 5,3 s

Beispiel 1:

Abkühlzeit (1) 4,1 s

Oberflächentemperatur (D1)

unmittelbar nach der Freigabe 63,8ºC

beim Blasformen 85,7ºC

Oberflächentemperatur (D2)

unmittelbar nach der Freigabe 68,0ºC

beim Blasformen 86,0ºC

Beispiel 2:

Abkühlzeit (2) 4,5 s

Oberflächentemperatur (D1)

unmittelbar nach der Freigabe 62,4ºC

beim Blasformen 82,5ºC

Oberflächentemperatur (D2)

unmittelbar nach der Freigabe 67,0ºC

beim Blasformen 82,6ºC

Laufzeit (nach der Freigabe) 7,5 s

Blasluftdruck 14 kg/cm²

In den Beispielen 1 und 2 war der geformte Zustand des streckblasgeformten Behälters 14 gut. Die Durchsichtigkeit des Behälters ist ausgezeichnet, eine einseitige Wandstärke desselben wurde kaum festgestellt, und die Wandstärke (0,3 mm) des Körperteils war gleichförmig.

Aus dem vorangehenden ist klar, daß das beste Formverfahren für das 3-Stationen-System darin besteht, die Wandstärken verschiedener Teilbereiche von gestreckten Teilen eines Vorformlings entsprechend einem Streckzustand einzustellen und einen Streckzustand eines gestreckten Teils aus einer Differenz der Wärmemenge zu steuern, die entsprechend der Wandstärke unterschiedlich ist, mit anderen Worten, das Streckblasformen in dem Zustand auszuführen, in dem die Temperatur des Vorformlings als Ganzes ungleich ist. Eine Einstellung einer Wandstärke kann mühelos durch Abschleifen eines Formkerns oder durch Aufbringen eines Auftrags mittels Galvanisieren oder dergleichen erfolgen, und ein feiner Wandstärkenunterschied kann ebenfalls vorgesehen werden.


Anspruch[de]

1. Spritzgieß-Streckblasformverfahren, umfassend die Schritte:

Einspritzen und Einfüllen von geschmolzenem Harz in eine Spritzgießform, um es zu einem Vorformling (11) zu formen, wobei die besagte Spritzgießform eine lippenartig ausgebildtete Form umfaßt, die ein Mundstück des besagten Vorformlings (11) festhält,

rasches Abkühlen des Vorformlings (11) in der Spritzgießform auf einen Zustand, in dem die Gestalt des Vorformlings (11) durch eine Hautschicht (12) aufrechterhalten werden kann, welche durch das besagte Abkühlen auf der Oberfläche des Vorformlings (11) erzeugt wird, und in dem die Temperatur im Harz (13) innerhalb der Haut noch hoch ist,

Freigeben des Vorformlings (11) aus der Spritzgießform während des besagten Zustands, während der Vorformling (11) in der besagten lippenartig ausgebildeten Form festgehalten wird,

Überführen des Vorformlings (11) aus der besagten Spritzgießform in eine Blasform, während er in der besagten lippenartig ausgebildeten Form festgehalten wird,

und Blasformen eines dünnwandigen hohlen Gegenstandes (14) aus dem besagten Vorformling (11) in der besagten Blasform,

dadurch gekennzeichnet, daß der besagte hohle Gegenstand (14) nach der Freigabe des Vorformlings (11) aus der Spritzgießform innerhalb einer Zeitspanne streckblasgeformt wird, bis die Oberflächentemperatur des Vorformlings (11), welche als Reaktion auf den Wärmeübergang vom Harz (13) innerhalb der Haut (12) zur Oberfläche des Vorformlings (11) ansteigt, eine Temperaturspitze erreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Formen eines hohlen Gegenstandes aus Polyethylenterephthalat, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformling (11) bis zu einem solchen Ausmaß abgekühlt wird, daß die Oberflächentemperatur des Vorformlings (11) unmittelbar nach der Freigabe des Vorformlings (11) aus der Spritzgießform in Luft mit Raumtemperatur oberhalb 60ºC jedoch unterhalb 70ºC liegt, und daß das Streckblasformen innerhalb einer Zeitspanne durchgeführt wird, bis die Oberflächentemperatur des Vorformlings (11) eine Temperaturspitze oberhalb 80ºC jedoch unterhalb 95ºC erreicht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 zum Formen eines hohlen Gegenstandes aus Polypropylen, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformling (11) bis zu einem solchen Ausmaß abgekühlt wird, daß die Oberflächentemperatur des Vorformlings (11) unmittelbar nach der Freigabe des Vorformlings (11) aus der Spritzgießform in Luft mit Raumtemperatur oberhalb 90ºC jedoch unterhalb 100ºC liegt, und daß das Streckblasformen innerhalb einer Zeitspanne durchgeführt wird, bis die Oberflächentemperatur des Vorformlings (11) eine Temperaturspitze oberhalb 100ºC jedoch unterhalb 122ºC erreicht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die zum Formen des Vorformlings (11) verwendeten Harze kristalline Harze, wie beispielsweise Polyethylen und Polycarbonat umfassen.

5. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem der Streckgrad eines gestreckten Teils des hohlen Gegenstandes (14) durch Steuerung der im entsprechenden Teil des Vorformlings (11) enthaltenen Wärmemenge gesteuert wird, und die besagte Wärmemenge durch planmäßige Einstellung der Wandstärke des entsprechenden Teils des Vorformlings (11) gesteuert wird, während die Temperatur der Spritzgießform bei einem vorbestimmten Wert aufrechterhalten wird.

6. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3 und 5, bei welchem die Abkühlzeit so gewählt wird, daß für beliebige im Vorformling (11) vorhandene Wandstärken die Oberflächentemperatur nach der Freigabe des Vorformlings (11) ein Streckblasformen des hohlen Gegenstandes (14) zuläßt, wie in Anspruch 1 definiert.

7. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3 und 5 und 6, bei welchem der Streckgrad von verschiedenen Teilen des hohlen Gegenstandes (14) durch planmäßige Einstellung der Wandstärke in jeweils entsprechenden Teilen des spritzgegossenen Vorformlings (11) eingestellt wird.







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