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Dokumentenidentifikation DE69606819T2 17.08.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0767046
Titel Verfahren zum Streckblasformen
Anmelder A.K. Technical Laboratory, Inc., Nagano, JP
Erfinder Takeuchi, Setsuyuki, Hanishina-gun, Nagano-ken, JP;
Ibe, Nobukuni, Hanishina-gun, Nagano-ken, JP
Vertreter Glawe, Delfs, Moll & Partner, Patentanwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69606819
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, IT, LI, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 24.09.1996
EP-Aktenzeichen 961153244
EP-Offenlegungsdatum 09.04.1997
EP date of grant 01.03.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.08.2000
IPC-Hauptklasse B29C 49/64

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft ein Formverfahren zur kontinuierlichen Durchführung von Spritzgießformen eines aus einem synthetischen Harz gebildeten Vorformlings und Streckblasformen zu einem geformten Hohlkörper, dessen Hauptteil, so wie ein Körperteil, ultradünn ist.

Eines der typischerweise als Spritzgieß-Streckblasformen bezeichneten Formverfahren ist ein Formverfahren, bei dem ein durch Spritzgießen geformter Vorformling an einem Mündungsbereich desselben mit einer Lippenformhälfte gehalten und sofort zu einer Blasformhälfte übertragen wird, um das Streckblasformen durchzuführen.

Ein Formverfahren des 3 Stationen umfassenden Typs, das in der offengelegten Japanischen Patenveröffentlichung Nr. 4-214322 oder der Europäischen Patentveröffentlichung Nr. 454997A1 beschrieben ist, umfaßt das Spritzen eines geschmolzenen Harzes in eine Spritzgießkavität zum Bilden eines gewünschten Vorformlings, die Freigabe des Vorformlings von der Spritzgießformhälfte, wobei ein Mündungsbereich desselben mit einer Lippenformhälfte gehalten wird, während er sich in einem Zustand befindet, in dem eine infolge schneller Kühlung auf der Oberfläche des Vorformlings erzeugte Hautschicht es ermöglicht, die Formhaltigkeit aufrechtzuerhalten, und, in einem hohen Temperaturzustand, in dem die innere Abkühlung noch nicht abgeschlossen ist, das Übertragen desselben von der Spritzgießformhälfte zu der Blasformhälfte unter Verwendung der Lippenformhälfte in ihrer momentanen Form, und Streckblasformen desselben zu ei nem dünnen geformten Hohlkörper während einer Zeitspanne, bevor die Oberflächentemperatur des Vorformlings, die aufgrund seiner eigenen inneren Wärme ansteigt, eine Spitzentemperatur erreicht.

Dieses Formverfahren ist bemerkenswert effektiv zum Streckblasformen eines geformten Gegenstands, so wie einer Flasche, mit einem Körperteil, der eine durchschnittliche Dicke von 0,2-0,35 mm aufweist, es wird jedoch als problematisch beim Streckblasformen eines ultradünnen geformten Gegenstands mit einem 0,15 mm oder dünneren Körperteil bei einem höheren Streckverhältnis angesehen.

Ein dicker und kurzer Vorformling wird für das Streckblasformen eines geformten Gegenstands verwendet, der ein hohes Ausdehnungsverhältnis erfordert. Bei Polyethylenterephthalat oder dergleichen dauert es jedoch eine gewisse Zeit, den Vorformling durch die Spritzgießformhälfte abzukühlen, wenn der Vorformling eine größere Dicke aufweist, und es erfolgt Kristallisierung des Vorformlings, was eine und Weißtrübung verursacht. Bei einer Kaltrohlingtechnik, bei der ein auf Raumtemperatur abgekühlter Vorformling erneut erhitzt wird für das Streckblasformen, oder einer Temperatursteuertechnik, in der ein Vorformling bei einer hohen Temperatur weiter erhitzt wird, um die Temperatur desselben vor dem Streckblasformen zu steuern, verursacht diese Kristallisierung kein besonderes Problem, weil unmittelbar vor dem Streckblasen eine Erhitzungsbehandlung erfolgt, so daß die Dicke bis zu 4,0 mm bestimmt werden kann. Bei einem Verfahren, in dem der bei einer hohen Temperatur von der Formhälfte freigegebene Vorformling unmittelbar dem Streckblasformen ausgesetzt wird, ist die Dicke aufgrund des großen Einflusses der Kristallisierung auf 3,0 mm begrenzt. Es ist deshalb äußerst schwierig, das Streckverhältnis für einen dicken kurzen Vorformling zu vergrößern.

Weiter ist bei dem Verfahren, bei dem der bei einer hohen Temperatur von der Formhälfte freigegebene Vorformling sofort Streckblasformen ausgesetzt wird, die Formtemperatur niedriger als diejenige in den Formverfahren, die die Kaltrohlingtechnik oder Temperatursteuertechnik verwenden, weil das Streckblasformen durchgeführt wird, während die Oberflächentemperatur des Vorformlings durch seine eigene innere Wärme über die Glasübergangstemperatur (Tg) hinaus erhöht wird, und gerade wenn der Vorformling streckblasgeformt wird, die Temperatur des Vorformlings aufgrund der Vergrößerung des Oberflächeninhalts als ein Ergebnis von Streckausdehnung schnell abnimmt. Dementsprechend besteht die Tendenz, daß Dickenabweichungen oder Rißbildung verursacht werden, wodurch ein schlechte Form gebildet wird, wenn das Streckverhältnis derart ist, daß die Temperatur in der letzten Phase der Streckausdehnung bedeutend niedriger als die Glasübergangstemperatur ist.

Diese Formtemperatur kann 95ºC oder mehr betragen, indem die Kühlzeit zum Steuern der Oberflächentemperatur unmittelbar nach Freigabe von der Formhälfte auf 70ºC oder höher verringert wird. Nichtsdestoweniger erreicht die Spitzentemperatur nicht 100ºC. Die innere Wärmemenge bei 100ºC oder niedriger ist unzureichend und ist nicht genug, um den Vorformling um das 13-fache oder mehr zu strecken und auszudehnen.

Es wird bei dem Streckblasformen in Betracht gezogen, daß die Dicke des Hauptteils beispielsweise einer Flasche mittels Erhöhung des Streckverhältnisses abhängig von der Dicke und der Temperatur des Spritzgießvorformlings verkleinert werden kann. Diese Verkleinerung der Dicke ist sehr nützlich für Materialeinsparungen und Verringerung von Abfällen, und die Auswirkungen hiervon sind umfassend sowohl im ökonomischen als auch sozialen Bereich. Die Dickenverkleinerung verschlechtert beträchtlich eine Knickfestigkeit und folglich besteht eine Begrenzung der Verwendung als ein einzelner Körper, es kann jedoch eine Entwicklung als ein neuer Verpackungsbehälter kombiniert mit einem Papierbehälter oder dergleichen erfolgen. Andererseits ist es in dem Formverfahren, bei dem der Spritzgießvorformling unmittelbar dem Streckblasformen ausgesetzt wird, aufgrund der Kombination mit der oben aufgeführten Begrenzung hinsichtlich der Dicke des Vorformlings und der Formtemperatur schwierig, das Streckverhältnis zum Bilden einer Flasche zu erhöhen, die einen ultradünnen Hauptteil aufweisen soll.

Deshalb besteht eine Aufgabe dieser Erfindung in der Schaffung eines neuen Verfahrens für Spritzgieß-Streckblasformen, das die Herstellung geformter Hohlkörper mit einer so ultradünnen Dicke ermöglicht, das sie gefaltet werden können, ohne die Dicke des Vorformlings über die von konventionellen zu vergrößern, und zwar auch bei Verfahren, bei denen der bei einer hohen Temperatur von der Formhälfte freigegebene Vorformling unmittelbar dem Streckblasformen ausgesetzt wird.

Es ist festgestellt worden, daß die Dicke für möglichst einfaches manuelles Falten 0,15 mm oder kleiner bei den geformten Hohlkörpern so wie Flaschen ist, deren Formmaterial Polyethylenterephthalat darstellt, und daß das Formen der oben genannten ultradünnen Flasche durchgeführt werden kann, wenn die Oberflächentemperatur des Vorformlings während des Streckblasformens 105ºC oder höher für Polyethylenterephthalat sogar bei dem Vorformling ist, der bei einer hohen Temperatur von der Formhälfte freigegeben wird und eine begrenzte Dicke aufweist. Es ist jedoch auch entdeckt worden, daß nicht alles in dem hohen Temperaturbereich von 105ºC oder höher möglich ist und daß dies nur unter speziellen Bedingungen möglich ist.

In dieser Erfindung bedeutet "ultradünn" eine Dicke von 0,15 mm oder kleiner im Vergleich mit der Dicke (etwa 0,25- 0,35 mm) eines Körperteils im Handel erhältlicher PET = Flaschen dar.

Deshalb besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines Verfahrens zum Spritzgieß-Streckblasformen mit den Schritten: Spritzen eines geschmolzenen Harzes in eine Spritzgießkavität, die begrenzt ist von einer Spritzgießformhälfte, einer Lippenformhälfte und einem Spritzgießkern zur Bildung eines gewünschten Vorformlings; Ausbildung einer festen Hautschicht auf einer Außenfläche des Vorformlings, ohne die Dicke desselben zu vergrößern, mittels zwangsweiser Verringerung einer Kühlzeit für den Vorformling; Freigabe desselben von der Spritzgießformhälfte, wobei ein Mündungsbereich mit der Lippenformhälfte gehalten wird, während die Hautschicht die Formhaltigkeit des Vorformlings aufrechterhält und das Innere sich in einem hohen Temperaturzustand befindet; Übertragen desselben zu einer Blasform; und Streckblasformen desselben zu einem geformten Hohlkörper, dessen Hauptteil ultradünn zu dem Zeitpunkt ist, wenn eine Oberflächentemperatur des Vorformlings, die aufgrund seiner eigenen inneren Wärme ansteigt, beträchtlich höher als eine Glasübergangstemperatur (Tg) ist und erwartet wird, daß sie eine Spitzentemperatur erreicht.

Insbesondere wird das Streckblasformen zu dem Zeitpunkt durchgeführt, wenn die Oberflächentemperatur des Vorformlings, die aufgrund seiner eigenen inneren Wärme ansteigt, wenigsten 20ºC höher oder mehr als seine Glasübergangstemperatur ist.

Darüber hinaus ist die Erfindung darauf gerichtet, ein Gas eines gewünschten Drucks in den Spalt zwischen dem Vorformling in geschmolzenem Zustand und einem Spritzgießkern einzupressen, nachdem der geschmolzene Harz vollständig in die Spritzgießkavität eingespritzt worden ist, um die Innenfläche des Vorformlings von der Oberfläche des Spritzgießkerns durch Verwendung von Gasdruck desselben derart zu trennen, daß der Vorformling zur zwangsweisen schnellen Kühlung der Außenfläche des Vorformlings gegen eine Oberfläche der Spritzgießformhälfte gepreßt wird.

Weiter besteht die Erfindung darin, daß Freigabe des aus Polyethylenterephthalat gebildeten Vorformlings von der Spritzgießformhälfte in einem Temperaturbereich durchgeführt wird, in dem die Oberflächentemperatur des Vorformlings unmittelbar nach der Freigabe von der Formhälfte im Bereich von 70ºC beträgt, wobei der Vorformling zu dem geformten Hohlkörper streckblasgeformt wird, dessen Hauptteil ultradünn mit einer Dicke von 0,07-0,15 mm zu dem Zeitpunkt ist, wenn das Erreichen einer Spitzentemperatur erwartet wird, während eine Oberflächentemperatur des Vorformlings, die aufgrund seiner eigenen inneren Wärme ansteigt, in einem hohen Temperaturbereich von 105ºC oder höher liegt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Graphik, die die Änderung der Temperatur der Außenfläche mit der Zeit nach Freigabe von der Formhälfte bei einer hohen Temperatur eines Vorformlings anzeigt, der unter Verwendung von Polyethylenterephthalat spritzgießgeformt ist; und

Fig. 2 ist eine Ansicht zur Beschreibung eines Vorformlings und einer Flasche, die streckblasgeformt ist.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Zuerst wird die Temperatur einer Spritzgießformhälfte so eingestellt, daß die Temperatur eines oberen Teils derselben die niedrigste ist und die Temperatur eines unteren Teils derselben niedriger als diejenige eines mittleren Teils derselben ist. Die Spritzgießformhälfte in diesem gesteuerten und festen Zustand und eine Lippenformhälfte sind geschlossen. Weiter wird ein Spritzgießkern, dessen Tempe ratur etwas höher als diejenige der Spritzgießformhälfte eingestellt wird, in die Spritzgießformhälfte von oberhalb der Lippenformhälfte eingeführt, um eine Spritzgießakavität zu bilden.

Nach Schließen der Form wird Polyethylenterephthalat im geschmolzenen Zustand in die oben genannte, auf 13-17ºC gekühlte Spritzgießkavität durch den Boden derselben aus einer Düse eingespritzt, um einen Vorformling mit einer Form eines einen Boden aufweisenden Zylinders auszubilden, wobei der zu streckende Teil, mit Ausnahme des Halsteils und des Bodenteils, eine Dicke von durchschnittlich 2,5-3,0 mm aufweist und der zu streckende Teil eine Höhe im Bereich von 90 mm hat. Druckluft wird bei einem Druck im Bereich von 8 kg/cm² durch die Spitze oder von der Seite des Halses des Spritzgießkerns unmittelbar nach Abschluß des Spritzgießfüllens und Beginn der Verweilzeit oder während der Verweilzeit eingepreßt.

Bei dem Vorformling in der Spritzgießformhälfte unmittelbar nach Beginn der Verweilzeit erfolgt zuerst die Kühlung des dünnen Halsteils und des Bodenteils aufgrund der Kombination mit der Dicke. Die Innen- und Außenflächen, die die Oberfläche der Spritzgießformhälfte und die Oberfläche des Spritzgießkerns berühren, beginnen aufgrund der Kühlung bereits eine Hautschicht zu bilden. Der innere Teil befindet sich noch in einem hohen Temperaturzustand und in einem geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Zustand. Dementsprechend befindet sich der Vorformling vollständig in einem weichen Zustand und ist nicht fertiggestellt, um externem Druck standzuhalten. Die Luft tritt daher in einen Spalt zwischen dem Vorformling entlang des Spritzgießkerns ein und drückt den Vorformling zur Seite.

Als Ergebnis wird die Innenfläche von dem Halsteil zum Bodenteil des Vorformlings, die gekühlt und verfestigt werden, von der Oberfläche des Spritzgießkerns getrennt, wo eine Trennung erzeugt wird. Darüber hinaus wird der Vorformling aufgrund des Drucks der in den Spalt zwischen dem Spritzgießkern und dem Vorformling eingepreßten Luft gegen die Oberfläche der Spritzgießformhälfte gedrückt. Die Luft in dem Spalt liegt als eine Trennschicht vor, bis die Zufuhr derselben beendet wird. Hierdurch wird die Innenfläche des Vorformlings von der Oberfläche des Spritzgießkerns getrennt und die Außenfläche des Vorformlings in engem Kontakt mit der Oberfläche der Spritzgießformhälfte gehalten, was einen Gegensatz zum typischen Spritzgießformen darstellt. Deshalb erfolgt die Kühlung der Außenfläche zwangsweise und eine gewünschte Hautschicht wird in einer Kühlzeit von innerhalb 3 Sekunden, jedoch abhängig von der Dicke, ausgebildet.

Die auf der Außenfläche des Vorformlings durch diese zwangsweise Kühlung ausgebildete Hautschicht wird fest. Bei der kontinuierlichen Kühlung erstreckt sich die Hautschicht zu dem inneren Teil des Vorformlings, um die Dicke zu vergrößern und die Menge innerer Wärme zu verkleinern. In dieser Hinsicht wird das Einpressen von Luft beendet und der Vorformling wird von der Form freigegeben, wenn die Hautschicht auf der Außenfläche den Zustand zum Halten der Form des Vorformlings erreicht. Diese Freigabe von der Form wird daher zum gleichen Zeit durchgeführt, wenn die Kühlung beendet wird. Darüber hinaus geht die Freigabe von der Form dem Ausstoßen des Spritzgießkerns voraus. Anschließend wird dieses durchgeführt, indem der Vorformling aus der Spritzgießformhälfte mittels der oben genannten Lippenformhälfte ausgestoßen wird, die zum Bilden des Halsteils des Vorformlings verwendet wird.

Obwohl die Oberflächentemperatur des Vorformlings unmittelbar nach Freigabe von der Form gleich oder niedriger als die Glasübergangstemperatur (im Bereich von 70ºC) ist, weil er durch die schnelle Kühlung fest geformt wird, steigt die Oberflächentemperatur in einer kurzen Zeit wie in Fig. 1 gezeigt an, weil die innere Temperatur desselben hoch ist. Der Vorformling wird zu der Blasform übertragen, wobei der Halsteil durch die Lippenformhälfte gehalten wird, bevor die Spitzentemperatur erreicht ist. Der Vorformling wird in einer axialen Richtung unter Verwendung einer Streckstange gestreckt und Luftblasen wird durchgeführt, um 14-fach oder mehr zu strecken und auszudehnen, zu dem Zeitpunkt wenn erwartet wird, daß die Spitzentemperatur (109ºC) des Vorformlings erreicht ist.

Der Beginn dieser Streckausdehnung wird in einem Zustand durchgeführt, in dem der innere Teil bei einer hohen Temperatur durch die Hautschichten auf den Innen- und Außenflächen eingeschlossen ist, und keine molekulare Ausrichtung wird in diesem Stadium erwartet. Der Oberflächeninhalt nimmt zu und die Dicke wird als Begleiterscheinung der Streckausdehnung verringert, so daß die Temperatur des Vorformlings sich der Glasübergangstemperatur annähert, weil er im Verlauf des Streckausdehnung, wie vorhergehend erörtert, schnell gekühlt wird. Als Ergebnis wird die Streckausdehnung in dem letzten Stadium nahe einem Glasübergangstemperaturbereich durchgeführt, und folglich ist er vollkommen molekular ausgerichtet, selbst wenn die Temperatur zu Beginn des Formvorgangs so hoch wie 105ºC oder höher ist. Darüber hinaus nimmt das Strecken seinen Verlauf von dort, wo die Temperatur niedrig ist, bis dorthin, wo sie hoch für Polyethylenterephthalat ist, sogar bei einem nur geringen Temgeraturunterschied. Deshalb wird er gestreckt und ausgedehnt, ohne selbst bei einer hohen Streckausdehnungsvergrößerung Dickenabweichung zu verursachen. Ein Vorformling 1 wird auf diese Weise zu einer stabilen und ultradünnen Flasche 2 mit einer Dicke im Bereich von 0,13 mm wie in Fig. 2 gezeigt ausgebildet.

Diese Flasche 2 wird so ausgebildet, daß die Dicke des Bodenteils dünn ist, jedoch nicht so dünn wie die des Körperteils, so daß sie unter Ausnahme des Halsteils einfach zu einer flachen Form verformt werden kann und einfach in eine Ausgangsform zurückgeführt werden kann, wenn Luft hinein geblasen wird. Darüber hinaus kann sie einfach gefaltet oder aufgerollt werden, so daß sie für Transport in eine kompakte Form gefaltet werden kann.

[Ausführungsform]

Formmaterial: Polyethylenterephthalat (Produktnr. 9921 W erhältlich von Eastman Kodak Company)

Vorformlinggröße:

1. Höhe (mm): Halsteil 10,8

Gestreckter Teil 88,0

2. Außendurchmesser von Flachquerschnitt (mm):

Halsteil 19,0

Gestreckter Teil 18,9

3. Dicke (mm): Halsteil 1,0

Gestreckter Teil 2,5

4. Dickenbereich von zu streckendem Teil (mm):

2,6 (Halsteilseite) bis 1,8 (Bodenseite)

Produktgröße

1. Volumen: 1028 cm³

2. Form: Rechteckige Flasche

3. Höhe (mm): Halsteil 16,0

Körperteil 251,5

4. Außendurchmesser von Flachquerschnitt (mm):

Halsteil 19,0

Körperteil 70 (Ecke)

5. Dicke (mm): Halsteil 1,0

Körperteil 0,13

6. Streckverhältnis (axiale Richtung): 2,86 Mal

Flächenverhältnis: 19,2 Mal

Formbedingungen für Vorformling

Spritzgehäusetemperatur (Durchschnitt): 280ºC

Temperatur von Formhälfte (gemessener Wert): Kavität 16,8ºC

Kern 17,5ºC

Spritzgießfüllzeit: 3,3 Sek.

Luftdruck bei Freigabe von Formhälfte: 8 kg/cm²

Kühlzeit (nach Verweilzeit): 2,4 Sek.

Bedingungen für Streckblasformen

Vorformlingtemperatur bei Freigabe von Formhälfte: 68ºC

Spitzentemperatur: 109ºC

Spitzenzeit (nach Freigabe von Formhälfte): 5 Sek.

Vorformlingtemperatur bei Streckblasen: 109ºC

Zeit von Freigabe von Formhälfte zu Streckblasen: 5 Sek.

Blasluftdruck (kg/cm²): Primärdruck 5,

Sekundärdruck 26

Blasformtemperatur: Gewöhnliche Temperatur


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Spritzgieß-Streckblasformen mit den Schritten:

Spritzen von geschmolzenem Polyethylenterephthalatharz in eine Spritzgießkavität, die begrenzt ist von einer Spritzgießformhälfte, einer Lippenformhälfte und einem Spritzgießkern, zur Bildung eines gewünschten Vorformlings;

Einpressen von Gas unter Druck in den Spalt zwischen dem Vorformling in geschmolzenem Zustand und dem Spritzgießkern unmittelbar nach Beginn der Verweilzeit zum Trennen der Innenfläche des Vorformlings von der Oberfläche des Spritzgießkerns und zum Pressen des Vorformlings gegen eine Oberfläche der Spritzgießformhälfte zur zwangsweisen schnellen Kühlung der Außenfläche des Vorformlings und der Ausbildung einer festen Hautschicht auf einer Außenfläche des Vorformlings;

Freigabe des Vorformlings von der Spritzgießformhälfte und dem Spritzgießkern in einem Temperaturbereich, in dem die Oberflächentemperatur des Vorformlings unmittelbar nach der Freigabe von der Formhälfte im Bereich von 70ºC ist, wobei ein Mündungsbereich des Vorformlings von der Lippenformhälfte gehalten wird, während die Hautschicht des Vorformlings die Formhaltigkeit des Vorformlings aufrechterhält und das Innere des Vorformlings im halbgeschmolzenen Zustand ist;

Übertragen des Vorformlings zu einer Blasform; und

Blasstreckformen des Vorformlings zu einem geformten Hohlkörper, dessen Hauptteil ultradünn mit einer Wanddicke von 0,07 bis 0,015 cm ist, in dem Zeitpunkt, wenn die Oberflächentemperatur des Vorformlings, die durch die innere Wärme ansteigt, in einem hohen Temperaturbereich von 105ºC oder mehr ist und vor dem Erreichen einer Spitzentemperatur an der Außenfläche des Vorformlings steht.

2. Verfahren zum Spritzgieß-Streckblasformen nach Anspruch 1, bei dem das Ausdehnungsverhältnis des Streckblasformens mindestens 14 beträgt.







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