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Dokumentenidentifikation DE69605628T2 31.05.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0765725
Titel Verfahren zum Spritzgiessen von Polyethylenterephthalat
Anmelder A.K. Technical Laboratory, Inc., Nagano, JP
Erfinder Koda, Hideaki, Ueda-shi, Nagano-ken, JP;
Nakajima, Hisashi, Hanishina-gun, Nagano-ken, JP
Vertreter Glawe, Delfs, Moll & Partner, Patentanwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69605628
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, IT, LI, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 25.09.1996
EP-Aktenzeichen 961154077
EP-Offenlegungsdatum 02.04.1997
EP date of grant 15.12.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.05.2000
IPC-Hauptklasse B29C 45/00
IPC-Nebenklasse B29C 45/60   B29C 45/63   

Beschreibung[de]
Verfahren zum Spritzgießen von Polyethylenterephthalat HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen einer Vorform für anschließendes Streckblasformen einer dünnwandigen Flasche, eines weithalsigen Behälters und dergleichen unter Verwendung von amorphem Polyethylen-Terephthalat als Spritzgießmaterial.

2. Stand der Technik

Polyethylen-Terephthalat (PET), das durch Schmelzpolymerisieren von Ethylenglycol und Terephthalsäure oder Dimethylterephthalat erzeugt wird, ist amorph (nicht kristallisiert) und durchsichtig. Da PET keinen Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt erreicht, ist es feuchtigkeitsabsorbierend und wird im geschmolzenen Zustand unter Absorption von Feuchtigkeit hydrolysiert, wodurch sein Schmelzen unmöglich gemacht wird.

Wenn Granulatmaterial aus amorphem PET (im folgenden als A- PET" bezeichnet) über seine Glasübergangstemperatur (Tg) erhitzt wird, wird es erweicht und nimmt Schmelzbindungseigenschaft an. Aufgrund der Schmelzbindungseigenschaft des Granulatmaterials ist es schwierig, es während des Spritzgießens einer Vorform in eine Schnecke einzubringen. Im Gegensatz dazu wird kristallisiertes PET (im folgenden als "C-PET" bezeichnet) bei einer Temperatur oberhalb seiner Tg nicht erweicht, behält seine Härte und unterliegt keiner Schmelzbindung.

Da C-PET durch Festphasenpolymerisation von A-PET bei einer hohen Temperatur erhalten wird, ist es teurer als A-PET. Es hat jedoch einen höheren IV (intrinsic viscosity, innere Viskosität)-Wert als A-PET, ist einfach zu plastifizieren, und erzeugt weniger Acetaldehyd als A-PET. Deshalb findet es breite Verwendung als ein Spritzgießmaterial zum Erzeugen von Behältern und dergleichen durch Streckblasformen.

Daher haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung ein Spritzgießverfahren erfunden, wie in der Europäischen Patentveröffentlichung Nr. 0623446A1 oder der Japanischen Patentanmeldung Nr. 6-99163 beschrieben, das in der Lage ist, bei niedrigen Kosten beinahe den gleichen spritzgegossenen Artikel zu erhalten, als wenn C-PET als Spritzgießmaterial verwendet wird, jedoch unter Verwendung von A-PET, das preisgünstiger als C-PET ist, als ein Spritzgießmaterial, wobei eine Spritzgießmaschine vom Entgasungstyp verwendet wird.

Dieses Spritzgießverfahren hat das Ziel, die Menge des Granulatspritzgießmaterials zu begrenzen, die einer Zuführzone einer Spritzgießmaschine vom Entgasungstyp zuzuführen ist, um sicherzustellen, daß das Granulatmaterial nicht durch Kompression stagniert. Dieses Verfahren ermöglicht das Spritzgießen einer Vorform unter Verwendung von A-PET, welches schwierig zu spritzgießen ist.

Der obige Effekt kann jedoch nicht erhalten werden, wenn der IV-Wert des als Spritzgießmaterial verwendeten A-PET niedrig ist, was zu schwierigem Kneten während Plastifizierung führt, die Dichte einer spritzgegossenen Vorform nachteilig beeinflußt, und einen spritzgegossenen Artikel mit einer uneinheitlichen Dicke nach Streckblasformen ergibt, welcher seinerseits nicht stabil genug ist. Diese Probleme sind durch A-PET mit einem hohen IV-Wert (z. B. 0,72) gelöst worden, welches auf dem Markt als ein Material für Streckblasformen von A-PETs erhältlich ist. Ein solches PET mit einem hohen IV-Wert ist jedoch teuer und ergibt Probleme im Vergleich zu C-Pet, wenn es einer Schnecke zugeführt oder plastifiziert wird, und seine Verwendung ist folglich schwierig.

Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, ein weiteres Polyethylen-Terephthalat-Spritzgießverfahren zu schaffen, das den IV-Wert des Spritzgießmaterials in der Plastifizierungsstufe erhöht, wenn preisgünstiges A-PET mit einem niedrigen IV-Wert als Spritzgießmaterial verwendet wird, und dadurch die Schwierigkeit des Spritzgießens einer Vorform aufgrund seines niedrigen IV-Werts überwunden wird, und die Probleme seiner physikalischen Eigenschaften gelöst werden.

US-A-4,670,203 offenbart ein Verfahren zum Herstellen gegossener Produkte durch Spritzgießen eines Materials, das als Grundbestandteile Neu- und/oder Abfallpolyethylen- Terephthalat (PET) mit durchschnittlichem Molekulargewicht von mehr als 10000 enthält, dem ein anderes Polymer, wie Nylon, und/oder anorganische Füllstoffe hinzugefügt werden können. Das in diesem Verfahren verwendete PET ist amorphes PET und wird deshalb einen niedrigen inneren Viskositätswert haben, wenn nicht ein teuerer Typ von amorphem PET mit einem hohen Molekulargewicht verwendet wird. Dementsprechend löst dieses Verfahren des Standes der Technik die oben genannten Probleme nicht.

Zusammenfassung der Erfindung

Zum Erreichen des oben genannten Ziels schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Spritzgießen einer Vorform eines dünnwandigen Behälters, wie einer Flasche, unter Verwendung von PET als Spritzgießmaterial und einer Spritzgießmaschine vom Entgasungstyp gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren das Zufügen einer erforderlichen Menge von C-PET zu A-PET, Plastifizieren der Materialmischung zum Erhöhen des IV-Werts des Spritzgießmaterials auf einen Wert, der höher als der IV-Wert von A-PET ist, und unmittelbar anschließendes Spritzgießen der Vorform umfaßt.

Das obigen C-PET kann vor Ort gemischt werden, und sein Mischverhältnis hängt von den IV-Werten von verwendetem A- PET und C-PET ab. Wenn preisgünstiges A-PET als Spritzgießmaterial verwendet wird, muß vermieden werden, daß die Menge von C-PET größer als die Menge von A-PET ist. A-PET kann feuchtigkeitsabsorbierend sein, C-PET wird einer Spritzgießmaschine vom Entgasungstyp als ein Material zugeführt, das ohne Trocknung gemischt wird, und eine Vorform wird spritzgegossen.

In der vorliegenden Erfindung weist die Spritzgießmaschine vom Entgasungstyp eine Spritzschnecke auf, die aus einer ersten und einer zweiten Stufe besteht, welche in einem mit einer Entgasung versehenen Heizzylinder angebracht sind, so daß sie gedreht und vorwärts und zurück bewegt werden kann, und die Menge eines der Zuführzone der ersten Stufe der Spritzgießmaschine vom Entgasungstyp zuzuführenden Granulatmaterials begrenzt wird. Das Granulatmaterial stockt durch Kompression nicht, selbst wenn es zu einem elastischen Zustand erweicht wird, bevor es die der Zuführzone folgende Kompressionszone erreicht.

Die Mischung aus A-PET und C-PET, die in der Zuführzone erweicht wird, wird durch eine konisch zulaufende Oberfläche der Kompressionszone zusammengedrückt, in geschmolzenem Zustand gestreckt, primär geknetet und der zweiten Stufe zugeführt, wo ein durch Schmelzen und Wassergehalt desselben erzeugter flüchtiger Bestandteil angesaugt und an einer Entgasungsöffnung durch eine Vakuumpumpe entfernt wird. Bei diesem Knetvorgang wird der IV-Wert des Spritzgießmaterials durch Mischen mit C-PET, das einen höheren IV-Wert als denjenigen von A-PET aufweist, höher als der IV-Wert von A-PET insgesamt, und das Kneten wird dadurch vollständig durchgeführt.

Obwohl die oben genannte Entgasung Vakuumsaugen ohne jegliche Unterbrechung sogar zum Zeitpunkt des Einspritzens fortsetzt, wird ein verringerter Druck während des Einspritzens angewendet, der kleiner als während der Plastifizierung ist, um zu verhindern, daß das geschmolzene Spritzgießmaterial während der Vorwärtsbewegung der Spritzschnecke durch die Entgasungsöffnung überläuft. Das geschmolzene Material, daß in der zweiten Stufe weiter plastifiziert worden ist, wird am vorderen Teil der Schnecke dosiert und durch die Vorwärtsbewegung der Spritzschnecke in eine Form gespritzt, um eine Vorform zu werden. Die Vorform wird zu einer Blasform übertragen und sofort oder später durch Streckblasen zu einem dünnwandigen Behälter, wie einer Flasche, geformt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische vertikale Seitenansicht einer Spritzgießmaschine vom Entgasungstyp, die für das Spritzgießverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

In der Figur stellt Bezugsziffer 1 eine Spritzschnecke dar, die in einen Heizzylinder 2 in einer solchen Weise eingeführt wird, daß sie gedreht und vorwärts und zurück bewegt werden kann. Diese Spritzschnecke 1 ist eine Kombination aus zwei Schnecken, die jeweils tiefe Gangteile und flache Gangteile aufweisen: eine in einem hinteren Teil des Heizzylinders 2 und als die erste Stufe ausgeführte Schnecke 10 und eine Schnecke 20, die in einem vorderen Teil angeordnet und als die zweite Stufe vorgesehen ist.

Der Heizzylinder 2 ist mit einer Entgasungsöffnung 3 in einem Wandteil desselben versehen, wo der hintere Teil der zweiten Stufe 20 angeordnet ist, und die Öffnung ist hermetisch abgedichtet und mit einer (nicht gezeigten) Vakuumpumpe verbunden. Eine Zuführöffnung 4 ist in einem hinteren Wandteil des Heizzylinders 2 vorgesehen, wo sich der hintere Teil der ersten Stufe 10 befindet, und ein Trichter 5 ist an der Öffnung 4 befestigt. Nicht in der Figur gezeigt sind Bandheizeinrichtungen, die zum Erhitzen des von der oben genannten Zuführöffnung 4 durch die Drehung der Schnecke zugeführten Spritzgießmaterials am äußeren Umfang des Heizzylinders 2 und einer Düse 6 vorgesehen sind.

Zum Spritzgießen der Vorform unter Verwendung dieser Spritzgießmaschine vom Entgasungstyp wird die Temperatur eines der ersten Stufe 10 entsprechenden Teils des Heizzylinders 2 bei 280ºC eingestellt und die Temperatur eines der zweiten Stufe 20 entsprechenden Teils des Heizzylinders 2 wird bei 270ºC eingestellt. Das durch Mischen von nicht getrocknetem A-PET und einer erforderlichen Menge von granuliertem C-PET erhaltene Spritzgießmaterial wird in den oben genannten Trichter 5 gegeben und die Spritzschnecke 1 wird mit hoher Geschwindigkeit gedreht (100 U/min). An der Entgasungsöffnung 3 wird durch die Vakuumpumpe ein Unterdruck von -730 mmHg erzeugt.

Das Spritzgießmaterial in dem oben genannten Trichter 5 wird der Zuführzone der ersten Stufe 10 durch die Drehung der Spritzschnecke 1 zugeführt, wobei die Menge seiner Zufuhr begrenzt ist. Die Begrenzung der Zuführmenge wird durchgeführt, indem die Querschnittfläche des Schneckengangs im hinteren Teil der Zuführzone auf 2/3 derjenigen des Schneckengangs im vorderen Teil der Zuführzone verkleinert wird, wodurch die übermäßige Vorrückung des Granulatmaterials im vorderen Teil der Zuführzone verhindert wird, um sicherzustellen, daß das Granulatmaterial nicht verfestigt und durch Kompression stockt, selbst wenn es durch Erhitzen in einen elastischen Zustand erweicht wird, bevor des die Kompressionszone erreicht.

Die Granulatmaterialien von A-PET und C-PET, die in der Zuführzone erweicht werden, werden durch eine konisch zulaufende Oberfläche der Kompressionszone zusammengedrückt, geschmolzen und gezogen, um miteinander zu verschmelzen, und der gesamte IV-Wert der Materialien wird aufgrund des IV- Werts von C-PET auf einen Wert erhöht, der höher als derjenige von A-PET ist, im Vergleich zu dem Fall, wo nur A-PET als ein Spritzgießmaterial verwendet wird. Dadurch wird A- PET, welches aufgrund seines niedrigen IV-Werts kaum geknetet wird, vollständig geknetet und die Plastifizierung findet statt.

Dieses geschmolzene Material wird der zweiten Stufe 20 zugeführt, die auf eine niedrigere Temperatur als derjenigen der ersten Stufe 10 eingestellt ist. Da der Schneckengang der Zuführzone dieser Stufe tief ausgebildet ist, wird der Druck des geschmolzenen Materials verringert, der flüchtige Anteil und der Wasseranteil des Harzes werden verdampft, der durch das geschmolzene Material eingeschlossene flüchtige Anteil und der Wasseranteil werden weiter durch die Drehung der Schraube getrennt, durch die Vakuumpumpe angesaugt und aus der Entgasungsöffnung 3 abgeführt. Das ge schmolzene Material, aus dem der flüchtige Anteil und der Wasseranteil entfernt worden sind, wird durch die Drehung der Schnecke der Dosierzone der zweiten Stufe 20 zugeführt, dort weiter plastifiziert und, wie in der normal strukturierten Spritzgießmaschine, zu dem vorderen Teil der Schraube überführt.

Gemeinsam mit der Überführung des geschmolzenen Materials bewegt sich die Spritzschnecke 1 rückwärts, ihre Drehung hält an einer vorbestimmten Position an, und das Dosieren des Materials wird so abgeschlossen. Das dosierte geschmolzene Material wird durch Spritzgießen in eine Form zum Spritzgießen einer Vorform durch die Vorwärtsbewegung der Spritzschnecke gefüllt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ansaugen der Entgasungsöffnung 3 durch die Vakuumpumpe auf -650 mmHg geändert, um Ansaugen während des Spritzgießens fortzusetzen. Dieses Ansaugen kann einfach durch Einbringen der Außenluft in eine Saugleitung durch Ventilbetrieb gesteuert werden.

Das Mischverhältnis von A-PET und C-PET und ein einfacher durchschnittlicher IV-Wert sind unten gezeigt.

VERWENDETE MATERIALIEN

A-PET IV-Wert: 0,63 J005 von Mitsui PET Resin Co.

C-PET IV-Wert.: 0,79 J125 von Mitsui PET Resin Co.

C-PET IV-Wert: 0,85 J135 von Mitsui PET Resin Co.

MISCHVERHÄLTNIS (1)
MISCHVERHÄLTNIS (2)

Beispiel

Kunststoff-Material: A-PET J005/C-PET J125

Mischverhältnis: 7 : 3, IV-Wert: 0,678

Spritzgegossener Gegenstand: flache Flasche

Abmessung: Gesamthöhe: 250 mm, Durchmesser von Mundstück: 23,5 mm, Länge unter Hals: 230 mm, Außendurchmesser von Rumpfteil: 90 · 50 mm, Dicke von Rumpfteil: 0,4 mm, Gewicht 36 g

Vorform

Abmessung: Gesamthöhe: 142 mm, Innendurchmesser von Mundstück: 23,5 mm, Länge unter Hals: 122 mm, Dicke von Rumpfteil: 2,9 mm, Außendurchmesser von oberem Rumpfteil: 28 mm; Außendurchmesser von unterem Ende des Rumpfteils: 24 mm, Konizität: 2/122

Vorformspritzgießbedingungen Temperatureinstellung am Heizzylinder

erste Stufe: vorderer Teil: 285ºC, Zwischenteil: 285ºC, hinterer Endteil: 280ºC

zweite Stufe: vorderer Teil 270ºC, hinterer Teil: 270ºC

Düsentemperatur: 270ºC

Temperatur der Spritzgießform (eingestellte Temperatur)

Formkavität: 15ºC

Formkavität: 15ºC

Spritzgießdruck (Verweilzeit): 75 kg/cm²

Fülldauer: 6,0 Sekunden

Kühlzeit: 2,8 Sekunden

Freigabetemperatur: 60 bis 70ºC (Vorformoberflächen-temperatur)

Bedingungen beim Streckblasformen

Formtemperatur (eingestellte Temperatur): 20Cº

Streckblastemperatur: 86ºC (Vorformoberflächentemperatur)

Blasdruck (Streckung): 20 kg/cm²

Blaszeit: 2,0 Sekunden

Streckverhältnisse

Längsrichtung (axiale Richtung): 1,9-fach

Querrichtung (radiale Richtung): 3,6 · 2-fach

Ergebnisse

Die aus der Spritzgießform entnommene Vorform war nach vollständiger Abkühlung durchsichtig, frei von Verformung und hatte eine einheitliche Dichte. Wenn eine Vielzahl von Vorformen gleichzeitig spritzgegossen wurden, gab es keine Unterschiede zwischen ihnen, und gute Produkte wurden erhalten. Durch Streckblasformen erhaltene gegossene Gegenstände waren durchsichtig, wiesen keine Ungleichmäßigkeiten hinsichtlich ihrer Dicke auf und waren vergleichbar mit C- PET-Produkten.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Spritzgießen einer Vorform unter Verwendung von amorphem Polyethylen-Terephtalat als Spritzgießmaterial und einer Spritzgießmaschine (1, 2) vom Entgasungstyp (3), wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Zufügen einer erforderlichen Menge von kristallisiertem Polyethylen-Terephtalat zu dem amorphen Polyethylen-Terephalat;

Plastifizieren der erhaltenen Materialmischung zum Erhalt eines plastifizierten Spritzgießmaterials mit einem erhöhten inneren Viskositätswert, der höher ist als der innere Viskositätswert des amorphen Polyethylen-Terephtalats;

und unmittelbar anschließendes Spritzgießen des plastifizierten Spritzgießmaterials zum Erhalt der Vorform.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Spritzgießmaschine vom Entgasungstyp einen Heizzylinder (2), eine an dem Heizzylinder (2) vorgesehene Entgasungsöffnung (3) und eine Spritzschnecke (1) aufweist, die aus einer ersten Stufe (10) und einer zweiten Stufe (20) besteht und drehbar und bewegbar in dem Heizzylinder (2) angeordnet ist, und wobei die Menge eines Granulatmaterials, das einer Zuführzone der ersten Stufe (10) der Spritzgießmaschine vom Entgasungstyp zuzuführen ist, so begrenzt wird, daß das Granulatmaterial nicht durch Kompression zum Stillstand kommt, auch wenn es zu einem plastifiziertem Zustand erweicht wird, bevor es die auf die Zuführzone der ersten Stufe folgende Kompressionszone der ersten Stufe erreicht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Zuführmenge begrenzt ist durch Reduzierung der Querschnittfläche des Schneckengangs im hinteren Bereich der Zuführzone auf 2/3 derjenigen des Schneckengangs im vorderen Bereich der Zuführzone.







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