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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem ein einspritzgeformter
Vorformling zu einer Blasform transferiert wird und zu einem dünnwandigen
hohlen geformten Artikel, wie einer Flasche oder einem weithalsigen
Behälter
und ähnlichem
streckblasgeformt wird.
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Ein
Einspritz-Streckblasformen ist bekannt, wobei Materialgranulate
wie Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP), Polykarbonat
(PC), Polyethylen (PE) und ähnliches
durch eine Einspritzvorrichtung zum Schmelzen gebracht und in eine
Kavität
einer Einspritzform eingespritzt und gefüllt werden, und ein Vorformling
mit geschlossenem Ende, bei dem ein Körperbereich und ein Halsbereich
integral durch die Einspritzform geformt werden, zu einer Blasform
transferiert wird, indem er aus der Form in einem Hochtemperaturzustand
entnommen wird und der Vorformling in der Blasform mittels Verlängerung
eines Streckstabs und Einblasen von Luft zu einem Verpackungsbehälter, wie
einer Flasche mit einem dünnwandigen
Körperbereich oder
einem weithalsigen Behälter
oder ähnlichem
umgeformt wird.
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Als
Einspritz-Streckblasformverfahren wurde ein Verfahren, bei dem ein
Vorformling aus der Einspritzhohlform und einem Einspritzkern entnommen
wird und zur Blasform transferiert wird, während ein Halsbereich des Vorformlings
durch eine Halsform gehalten wird (USP 5364585), und, mit dem Ziel,
die Einspritzformzeit zu verkürzen,
ein Verfahren, bei dem der Vorformling aus der Einspritzhohlform
entnommen wird, während er
durch den Einspritzkern und die Halsform gehalten wird und ein Kühlen des
Vorformlings gleichzeitig mit dem Transfer zur Blasformseite fortgesetzt
wird (USP 5589130) offenbart.
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Das
oben erwähnte
herkömmliche
Verfahren, bei dem ein einspritzgeformter Vorformling unmittelbar, während er
in einem Hochtemperaturzustand ist, streckblasgeformt wird, wird
als Heißextrudatverfahren
(hot parison method) oder Einstufenverfahren bezeichnet, im Gegensatz
zum Kaltextrudatverfahren (cold parison method), bei dem ein einspritzgeformter
fester Vorformling auf die Formtemperatur beim Streckblasformen
aufgeheizt wird. Da im Falle des Kaltextrudatverfahrens ein Körperbereich
und ein unterer Bereich außer
einem Halsbereich durch Erhitzen mittels einer externen Heizung
aufgebracht werden, ist der Unterschied von hohen und niedrigen
Temperaturen im Wandbereich während
des Streckblasformens klein und es entsteht kein großer Unterschied
im Grad der durch das Strecken erzeugten molekularen Orientierung,
so dass eine Flasche erzeugt werden kann, die eine hohe Spitzenlast
besitzt.
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Da
der Vorformling im Falle der Heißextrudatmethode unmittelbar
nach dem Einspritzformen im Hochtemperaturzustand ist, liegt die
Temperaturverteilung in einem Querschnitt der Körperwand in einer „Bergform" vor, wobei die Temperatur
des zentralen Bereichs, verglichen mit den gekühlten Innen- und Außenseiten,
hoch und der Temperaturunterschied groß ist. Die Temperaturdifferenz
wird durch die Möglichkeit
des Streckblasformens klein, wird jedoch nicht vollständig beseitigt.
Die Temperaturdifferenz stellt, als Ergebnis des Unterschieds im
Grad der Orientierung der molekularen Orientierung durch das Strecken,
den Einfluss auf die Druckfestigkeit dar, so dass es als undurchführbar angesehen
wird, eine so hohe Spitzenlast wie beim Kaltextrudatverfahren bereitzustellen.
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Als
ein Mittel, die Kühlzeit
nach dem Einspritzen zu verkürzen,
wird im Falle des herkömmlichen
Verfahrens vorgesehen, dass der Vorformling zusammen mit dem Einspritzkern
aus der Einspritzhohlform entnommen und eine Kernkühlung auch
nach der Entformung fortgesetzt wird, wobei durch das Kühlen der
Innenseite durch den Einspritzkern die Temperaturdifferenz auf den
Innen- und Außenseiten
auftritt, so dass sich die Temperaturverteilung von einer „Bergform" hin zu einer „Hangform" des Temperaturgradienten
mit niedriger Temperatur an der Innenseite ändert. Aber zusammen mit der
Kühlzeit
wird auch die Temperaturdifferenz zwischen den Innen- und Außenseiten
groß,
der Temperaturgradient ist steil und da ebenfalls die Oberflächenschicht
der Innenseite dick ausgebildet ist, ist das Streckblasformen bei
einer Temperaturverteilung mit einem steilen Temperaturgradienten
schwierig, so dass eine Flasche mit einem guten Formungszustand
nicht erhalten werden kann.
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Da
es bei der Temperaturverteilung der „Hangform", bei der in Richtung der Innenseite
der Körperwand
eine niedrigere Temperatur herrscht, keine herausragend hohe Temperatur
wie bei der „Bergform" gibt, ist eine Ausbildung
von mehreren Schichten, die beim Strecken aufgrund des Unterschieds
im Orientierungsgrad erzeugt werden, schwierig. Entsprechend werden
die Temperaturen der Innen- und Außenseiten durch Maßnahmen,
die eine Temperaturverteilung in Form eines mäßigen Gradienten herbeiführen, einander
angenähert.
Dann besitzt das Streckblasformen eine Temperaturverteilung ähnlich der
des Kaltextrudatverfahrens, so dass im Hinblick auf das Heißextrudatverfahren
eine Flasche mit einer hohen Spitzenlast geformt werden kann.
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Was
Polyethylenterephthalat als Materialgranulat betrifft, werden mehr
Verbessrungen als zuvor erreicht und das Material, welches das Phänomen des
Weißwerdens
des Vorformlings auch bei äußeren Oberflächentemperaturen
von 100°C
oder mehr nicht erzeugt, wird so bereitgestellt, dass dementsprechend
das Streckblasformen bei einer höheren
Temperatur als der Formtemperatur, die bei dem konventionellen Verfahren
beschrieben ist, durchgeführt
werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Demgemäß haben
die Erfinder ein neues Verfahren entdeckt, bei dem, wenn die Temperatur
des einspritzgeformten Vorformlings an der äußeren Oberflächentemperatur
100°C oder
mehr beträgt,
die Temperatur an der Innenseite des durch den Einspritzkern gekühlten Vorformlings
durch ein Ansteigen der Temperatur durch die Wärme des inneren Bereichs infolge
einer Wärmedissipation
in die Jähe
des Temperaturabfalls der Außenseite
gelangen kann und die Temperatur des Vorformlings auch für eine längere Zeitdauer
in der Temperaturregion einer Streckblasformtemperatur gehalten
werden kann.
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Entsprechend
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neues Verfahren
bereitzustellen, bei dem die Temperaturverteilung der Innenseite
der Körperwand
des einspritzgeformten Vorformlings von der „Bergform" hin zu einer hangförmigen Temperaturverteilung
mit einem gemäßigten Gradienten
nicht durch die externe Aufbringung von Wärme, sondern durch den Vorformling
selbst geändert
wird, so dass es möglich
ist, mit dem Heißextrudatverfahren
eine Flasche herzustellen, bei der die Spitzenlast durch das Streckblasformen
verbessert wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Einspritzstreckblasformen,
das die folgenden Schritte umfasst:
Einspritzen und Einfüllen eines
geschmolzenen Materialgranulats in eine Kavität, die durch eine Einspritzhohlform,
eine Halsform und einen Einspritzkern gebildet ist;
Formen
eines Vorformlings mit geschlossenem Ende, der einen Körperbereich
integral mit einem Halsbereich besitzt, durch schnelles Abkühlen der
Schmelze in der Kavität
durch sowohl die Einspritzhohlform als auch durch den Einspritzkern;
Entformen
des Vorformlings aus der Einspritzhohlform zusammen mit dem Einspritzkern,
während
der Körperbereich
und ein unterer Bereich in einem Hochtemperaturzustand sind;
Fortsetzen
des Kühlens
der Innenseite des Vorformlings durch besagten Einspritzkern, wobei
gleichzeitig der Vorformling mit dem Einspritzkern transferiert
wird;
Beenden des Kühlens
der Innenseite des Vorformlings durch Entformen des Einspritzkerns
nach einem Transferhalt;
Halten des Vorformlings am Halsbereich
nach Entformen des Einspritzkerns und Abwarten einer Haltezeit als eine
Temperaturausgleichszeit des Vorformlings bis die Temperatur der äußeren Oberfläche besagten
Vorformlings nach Überschreiten
der Spitzentemperatur auf die vorbestimmte Streckblasformtemperatur
abfällt;
und
Streckblasformen des Vorformlings im Bereich der Formtemperatur
zu einem dünnwandigen
hohlen geformten Artikel.
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Weiterhin
beinhaltet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Einspritzstreckblasformen,
das folgende Schritte umfasst:
Einspritzen und Füllen von
geschmolzenem Polyethylenterephthalat in die Kavität, die durch
die Einspritzhohlform, Halsform und Einspritzkern gebildet ist;
Formen
eines Vorformlings mit Beschlossenem Ende, der einen Körperbereich
integral mit einem Halsbereich mit einer Dicke des Körperbereichs
von 3 mm bis 5 mm besitzt, durch schnelles Kühlen der Schmelze für zwei Sekunden
bis zehn Sekunden in der Kavität,
die sowohl durch die Einspritzhohlform als auch durch den Einspritzkern
auf eine Temperatur von 3°C
bis 20°C
gebracht ist;
Entformen des Vorformlings aus der Einspritzhohlform
zusammen mit dem Einspritzkern, während der Körperbereich und ein unterer
Bereich im Hochtemperaturzustand sind;
Fortsetzen des Kühlens der
Innenseite des Vorformlings durch besagten Einspritzkern für vier Sekunden
bis 14 Sekunden, abhängig
von der Dicke des Körperbereichs,
wobei gleichzeitig der Vorformling mit dem Einspritzkern transferiert
wird;
Beenden des Kühlens
der Innenseite des Vorformlings durch Entformen des Vorformlings
vom Einspritzkern;
Haften des Vorformlings am Halsbereich nach
dem Entformen des Einspritzkerns und Abwarten einer Haltezeit als
Temperaturausgleichszeit des Vorformlings bis die Temperatur der äußeren Oberfläche besagten
Vorformlings nach Durchlaufen der Spitzentemperatur auf die vorbestimmte
Streckblasformtemperatur von zwischen 133°C bis 100°C abfällt; und
Streckblasformen
des Vorformlings im Bereich der Formtemperatur zu einem dünnwandigen,
hohlen geformten Artikel mit einer Dicke t' des Körperbereichs, die 0,28 mm bis
0,33 mm beträgt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1A ist ein Abbildung, die einen Einspritzprozeß des Formverfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt,
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1B ist eine Abbildung, die einen inneren
Kühlprozess
des Formverfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt,
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2A ist eine Abbildung, die einen Temperaturausgleichsprozess
des Formverfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt,
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2B ist eine Abbildung, die einen Streckblasformprozess
des Formverfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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3 ist
eine Vorderansicht einer Flasche, die für eine Spitzenlast ausgelegt
ist,
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4 ist
ein Graph, der eine äußere Oberflächentemperatur
nach einer Hohlformentnahme eines Vorformlings mit einer Dicke t
des Körperbereiches
von t=3 mm zusammen mit einem Vergleichsbeispiel zeigt.
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5 ist
ein Graph, der eine äußere Oberflächentemperatur
nach einer Hohlformentnahme eines Vorformlings mit einer Dicke t
des Körperbereiches
von t=4 mm zusammen mit einem Vergleichsbeispiel zeigt.
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6 ist
ein Graph, der eine äußere Oberflächentemperatur
nach einer Hohlformentnahme eines Vorformlings mit einer Dicke t
des Körperbereichs
von t=5 mm zusammen mit einem Vergleichsbeispiel zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Die 1A, 1B, 2A und 2B stellen
ein Beispiel einer Formvorrichtung dar, die für das Streckblasformverfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird.
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Eine
Einspritzhohlform 1 formt die Außenseite eines Vorformlings 10 mit
geschlossenem Ende und hat einen Kühlkanal im Innenbereich und
eine Einspritzdüse
in einem unteren Bereich. An einer offenen Oberkantenseite der Einspritzhohlform 1 sind
an der Unterseite einer Basisplatte 4 Halsformen 3 vorgesehen,
die einen Halsbereich des Vorformlings 10 ausbilden und
nach rechts und links öffen-
und schließbar
sind.
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Ein
Einspritzkern 15 formt die Innenseite des Vorformlings 10 und
ist nach unten gerichtet an die Unterseite eines Spannblocks 6 angesetzt,
der im oberen Bereich der Einspritzhohlform 1 auf- und
abbeweglich vorgesehen ist. Ein Kühlkanal ist im Innenbereich
des Einspritzkerns vorgesehen. Der Spannblock 6 befindet sich
an einer Transferplatte, die sich auf- und abbeweglich um 180 Grad
hin- und herbewegt und in den Zeichnungen nicht gezeigt ist. Durch
die Transferplatte bewegt sich der Einspritzkern 5 zusammen
mit dem Spannblock 6 abwärts, um durch die Halsformen 3 von
einem Lochbereich 4a, der in die Basisplatte 4 gebohrt
ist, in die Einspritzhohlform eingeführt zu werden, und eine Kavität 7,
zwischen deren Kavitätenseiten
der Vorformling 10 mit geschlossenem Ende einspritzgeformt
wird, wird ausgebildet.
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Eine
Blasform 8 zum Formen einer Flasche wird durch ein Paar
von geteilten Hohlformen ausgebildet, die nach rechts und links öffen- und
schließbar
sind und eine untere Form 11 ist im Zentrum des unteren
Bereichs einer Blaskavität 9 vorgesehen.
Die Umgebung der Öffnung
der Oberseite ist als ein konkaver Punkt ausgebildet, in dem Halterungen 12 zum
Halten des Halsteils des Vorformlings 10 angebracht sind.
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Auswerfplatten 13 wirken
mittels eines Paars von in den Zeichnungen nicht dargestellten Plattenkörpern, die
sich nach rechts und links öffnen
und schließen,
mit einer Halterung für
den Vorformling 10 zusammen, die von einer Halteposition
des Vorformlings 10 zu dem zentralen oberen Bereich der
Blasform 8 hin und her transferierbar ist und ebenfalls
in vertikaler Richtung zur Blasform 8 beweglich ist. An
der Unterseite der Lochbereiche 14, die in die aneinanderstoßenden Kanten
des Plattenkörpers
gebohrt sind, sind die oben erwähnten
Halterungen 12 separat an einem Paar von Plattenkörpern vorgesehen.
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Ein
Blaskern 15 ist an einem vertikal beweglichen Block 16 vorgesehen,
der am oberen Bereich des Lochbereich der Auswerfplatten 13 nach
unten gerichtet vorgesehen ist.
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Im
Zentrum des inneren Bereichs ist ein auf- und abbeweglicher Streckstab 17 eingeführt und
im Randbereich des Streckstabs 17 ist eine Lücke für den Luftstrom
vorgesehen. Es ist vorgesehen, dass sich der Streckstab 17 zusammen
mit dem Blaskern 15 vertikal bewegt und nachdem der Blaskern 15 danach
in der Innenseite des Halsbereichs des Vorformlings 10 befestigt
ist, dieser sieh unabhängig
in Richtung der Formseite der oben erwähnten unteren Form 11 erstreckt.
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Nun
soll ein Formprozess von Polyethylenterephthalat (PET) als Formgranulat
als ein Beispiel erklärt werden.
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Wie
in 1A gezeigt, wird zunächst geschmolzenes
Polyethylenterephthalat (254°C)
von der Einspritzdüse 2 in
die durch Formschluss gebildete Kavität 7 eingespritzt und
eingefüllt
und die Schmelze 10a, die in der Kavität 7 erzeugt wird,
wird sowohl durch die Einspritzhohlform 1 als auch durch
den Einspritzkern 5, die auf eine Temperatur von 3°C bis 20°C gebracht
sind, schnell abgekühlt.
Die Kühltemperatur
von 3°C
ist die untere Grenztemperatur im Falle eines Beschleunigens der
Abkühlrate
und 20°C
ist die obere Grenztemperatur, die eingestellt wird, wenn die Temperatur
oder Feuchtigkeit der Formumgebung hoch sind. Die eingestellte Temperatur
ist im allgemeinen 15°C ± 3°C.
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Da
die Dicke des Halsbereichs des Vorformlings 10 dünner als
die des Körperbereichs
ist, wird hinsichtlich der Halsformen 3 durch den Wärmetransfer,
der erzeugt wird, während
die Halsformen 3 mit der Einspritzhohlform 1 aufgrund
des Formschlusses in Kontakt sind, der Halsbereich durch Kühlen bis
zur Formentnahme verfestigt, so dass eine Kühleinrichtung nicht vorgesehen
ist.
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Aus
der Schmelze 10a wird der Vorformling 10 durch
schnelles Abkühlen
(im weiteren Einspritzkühlen genannt)
sowohl durch die Kühlung
durch die Einspritzhohlform 1 (im weiteren Außenseitenkühlung genannt) als
auch durch das Kühlen
durch den Einspritzkern 5 (im weiteren Innenseitenkühlung genannt),
ausgebildet. Die Einspritzkühlzeit
ist – abhängig von
der Dicke des Körperbereichs – unter schiedlich,
ist aber auf die Zeitspanne begrenzt, während der die Kühlung im
Inneren der Körperwand
unvollständig
in einem Hochtemperaturzustand ist und die Formentnahme aus der
Einspritzhohlform 1 zusammen mit dem anhaltenden Einspritzkern 5 möglich ist.
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Die
Einspritzkühlzeit
beträgt
vorzugsweise im Falle einer durchschnittlichen Dicke des Körperbereiches
t=3 mm (im weiteren t=3 genannt) 2 Sekunden bis 5 Sekunden, im Falle
von t=4 mm (im weiteren t=4 genannt) 5 Sekunden bis 8 Sekunden,
im Falle von t=5 mm (im weiteren t=5 genannt) 6 Sekunden bis 10
Sekunden ab dem Zeitpunkt, ab dem die Wärme des Innenbereichs sichergestellt
ist. Wenn das Einspritzkühlen länger als
die oben genannte Zeit durchgeführt
wird, nimmt der Bereich der Oberflächenschicht der Außenseite infolge
Kühlens
zu, der Hochtemperaturbereich des Innenbereichs wird schmal und
das Erweichen der inneren und äußeren Oberflächenschicht
durch Wärme
des Innenbereichs ist nach der Formentnahme aus der Kavität schwierig
durchzuführen,
so dass vor dem Streckblasformen die Steuerung der Heiztemperatur
des gesamten Vorformlings durch die Hitze eines äußeren Bereichs erforderlich
ist.
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Wie
in 1B gezeigt, wird nach der oben
erwähnten
Einspritzkühlzeit
das Entformen des Halsbereichs durch Öffnen der Halsformen 3 nach
rechts und links durchgeführt.
Dann wird der Spannblock 6 nach oben bewegt und der Einspritzkern 5 entformt
(im weiteren Hohlformentnahme genannt), um ihn zusammen mit dem
Vorformling 10 aus der Einspritzhohlform 1 herauszuziehen.
Die äußere Oberflächentemperatur
des Vorformlings 10 beträgt nach der Formentnahme (nach
ungefähr
2 Sekunden) vorzugsweise 105°C
bis 120°C im
Falle von t=3, 91°C
bis 96°C
im Falle von t=4 und 88°C
bis 97°C
im Falle von t=5.
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Während der
Hohlformentnahme haftet, auch wenn die an der Außenseite des Vorformlings 10 erzeugte
Oberflächenschichtdicke
in der Umgebung des Einspritzkerns 5 dünn ist, der Vorformling 10 infolge
des Schrumpfens der Innenseite des Vorformlings durch schnelles
Abkühlen
an dem Einspritzkern 5 und umgibt so den Einspritzkern 5 fest.
Der Vorformling 10 wird zusammen mit dem Einspritzkern 5 von
der Einspritzhohlform 1 entformt, so dass die Form des
Vorformlings 10 nicht derart ausgebildet ist, dass sie
durch die Hohlformentnahme beeinträchtigt wird. Nach der Entformung
wird der Vorformling 10 zusammen mit dem Einspritzkern 5 durch
eine 180 Grad-Drehung der Transferplatte, die in den Zeichnungen
nicht gezeigt ist, zur Halteposition transferiert, die gegenüber der
Einspritzhohlform 1 angeordnet ist.
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Durch
diese Hohlformentnahme endet eine Kühlung des Vorformlings 10 von
der Außenseite
her, die Oberflächenschicht
an der äußeren Oberfläche, die
der Atmosphäre
ausgesetzt ist, verschwindet durch Wärmedissipation und die äußere Oberflächentemperatur
steigt auf die Spitzentemperatur. Da andererseits der Vorformling 10 für eine bestimmte
Zeit am Einspritzkern 5 haftet, bis er vom Einspritzkern
entformt wird (im Folgenden Kernformentnahme genannt), wird der
Vorformling 10 von der Einspritzung an kontinuierlich durch die
Innenseite gekühlt.
Entsprechend ändert
sich die Temperaturverteilung im Inneren der Wand des Körperbereichs
des Vorformlings 10 von der „Bergform", bei der die Mitte infolge der Kühlung von
beiden Seiten bei der Hohlformentnahme hoch ist, zu einer „Hangform" des Temperaturgradienten,
die hoch an der Außenseite und
niedrig an der Innenseite ist.
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Die
Kühlzeit
der Innenseite wird vorzugsweise entsprechend der oben genannten
Einspritzkühlzeit
im Bereich von beispielsweise vorzugsweise 4 Sekunden bis 8 Sekunden
für die
Körperdicke
t=3, 6 Sekunden bis 8 Sekunden für
t=4, 8 Sekunden bis 12 Sekunden für t=5 gewählt. Wenn die Kühlung der
Innenseite länger
als die oben genannte Zeit durchgeführt wird, die so gewählt ist,
um die Einspritzkühlzeit
zu erreichen, schreitet der Abkühlprozess
von der Innenseite tief zum inneren Bereich vor, so dass insgesamt
die Superkühlung durchgeführt wird.
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Um
ein Beispiel zu geben, beträgt
im Falle von t=4 und 5 Sekunden Einspritzkühlzeit die Querschnittstemperatur
der Körperwand
des Vorformlings nach unge fähr
3 Sekunden nach der Formentnahme 130,51°C an der Außenseite, 143,71°C in der
Mitte und 132,25°C
an der Innenseite, so dass die Temperaturverteilung im Inneren der
Körperwand
die „Bergform" mit dem hohen Zentrum
zeigt. Dann, wenn das Kühlen
der Innenseite durch den Einspritzkern 5 für 10 Sekunden
andauert, fällt
die Querschnittstemperatur nach der Formentnahme auf 116,02°C an der
Außenseite,
111,96°C
in der Mitte und 89,20°C
an der Innenseite, so dass die Temperaturverteilung an der Innenseite
der Körperwand
eine „Hangform" mit steilem Gradienten
darstellt, wobei die Innenseitentemperatur extrem niedrig ist und
die Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenseiten 26,82°C beträgt. Die
Temperaturdifferenz zwischen der Innen und den Außenseiten
ist durch den Anstieg der Temperatur der Innenseitentemperatur durch
die Hitze des Innenbereichs und die Wärmedissipation der äußeren Oberfläche klein über der
Zeit. Die dick erzeugte Oberflächenschicht
der Innenseite erweicht sich, die gesamte Temperatur des Vorformlings
fällt jedoch
so tief, dass ein Wiederaufheizen vor dem Streckblasformen erforderlich
ist.
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Da
die Innenseite des Vorformlings 10 in einem Superkühlzustand
ist, tritt, auch wenn die Abkühlzeit der
Innenseite innerhalb des oben erwähnten bestimmten Bereichs ist,
eine ungleichförmige
Dicke auf, wenn das Streckblasformen unmittelbar nach der Kernformentnahme
durchgeführt
wird, und eine Flasche, die eine gleichförmige Dickenverteilung hat,
kann nicht geformt werden. Dann, nach Ablauf der Kühlzeit der
Innenseite, werden die Auswerfplatten 13 zu der Halteposition
des Vorformlings 10 bewegt und der Vorformling 10 wird zwischen
den Halterungen 12 am Halsbereich gehalten. Nach dem Hasten
bewegt sich die Auswerfplatte aufwärts und der Einspritzkern 5 wird
aus dem Vorformling 10 herausgezogen und durch die Formentnahme
wird das Kühlen
beendet. Nachdem die Kernformentnahme beendet ist, wird der hohle
Vorformling 10 durch die Auswerfplatten 13 zum
oberen zentralen Bereich der Blasform 8 transportiert und
an dieser Position der Temperaturausgleich des Vorformlings als
der dem Streckblasformen voranschreitende Prozess durchgeführt.
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Bei
dem Temperaturausgleichsprozeß bleibt
der Vorformling 10 in hohlem Zustand, bis die äußere Oberflächentemperatur
des Vorformlings 10 von der Spitzentemperatur (121°C bis 135°C im Falle
von t=3, 111°C
bis 125°C
im Falle von t=4, 125°C
bis 135°C
im Falle von t=5) auf den Temperaturbereich (123°C bis 118°C im Falle von t=3, 124°C bis 107°C im Falle
von t=4. 134°C
bis 129°C
im Falle von t=5), fällt
bei dem es möglich
ist, das Streckblasformen derart durchzuführen, dass eine Verbesserung
der Spitzenlast möglich
ist.
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Da
aufgrund der im inneren Bereich des Vorformlings 10 verbleibenden
Wärme die
Temperaturausgleichszeit die Zeit ist, während der die durch Kontakt
mit dem Einspritzkern 5 verursachte dicke Oberflächenschicht
der Innenseite aufgeheizt und erweicht wird, und gleichzeitig die
Temperatur der Innenseite steigt, wird mit der Zeit der Innenseite
Wärme durch
die Wärme
des inneren Teils zugeführt
und die durch den Kontakt mit dem Einspritzkern 5 verursachte
dick ausgebildete Oberflächenschicht
zum Erweichen gebracht. Ebenfalls tendiert in dem hohlen Vorformling,
dessen Halsbereich kaum geöffnet
ist, die dissipierte Wärme
von der Oberfläche
der Innenseite dazu, innen zu bleiben. Durch die Wärmeakkulumation
im Inneren des Vorformlings wird der Wärmeeintrag der Oberflächenschicht
effizient durchgeführt,
so dass im Verlauf der Zeit, bis die Temperatur der äußeren Oberfläche nach Überschreiten
der Spitze die Streckblasformtemperatur erreicht, die Temperaturdifferenz
des Gradienten in der Körperwand
durch den Anstieg der Temperatur der Innenseite und den Abfall der
Temperatur der Außenseite
klein wird, einen mäßigen Gradienten
aufweist und der Temperaturgradient als Ganzes homogen wird. Es
ist überflüssig zu
sagen, dass der Zeitunterschied bis zum Erreichen der Streckblasformtemperatur
von den ausgewählten
Bedingungen von Temperatur und Zeit abhängt.
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Die
Zeit, während
derer die Temperatur der äußeren Oberfläche im Bereich
der Streckblasformtemperatur gehalten wird, ist länger verglichen
mit der Zeit, in der die Temperatur von der Spitzentemperatur auf
den Bereich der Streckblasformtemperatur abfällt. in einem solchen Bereich
der Formtemperatur ist es möglich, das
Streckblasformen ohne eine von der Hohlformentnahme zu laufen beginnende
zeitliche Begrenzung durchzuführen.
Hinsichtlich der Produktivität
des Formzyklusses ist jedoch eine kürzere Zeit vorzuziehen.
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Da
der Bereich der Formtemperatur durch das Verstreichen der Zeit seit
der Hohlformentnahme bestimmt ist, ist die Temperaturausgleichszeit
die verbleibende Zeit, wenn die Zeit von Hohlformentnahme bis zum
Streckblasformen von der inneren Abkühlzeit für jeden Vorformling abgezogen
wird.
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Wenn
die Temperaturausgleichszeit beendet ist, bewegen sich wie in 2B gezeigt die Auswerfplatten 13 nach
unten zu der Position an der Oberseite der Form und der oben befindliche
Blaskern 15 bewegt sich, vor oder nachdem sich die Blasform 8 schließt, zusammen
mit dem vertikal beweglichen Block 16 ebenfalls nach unten.
Der Streckstab 17 wird in den Vorformling 10 und
die Halsformen 3 eingeführt
und die Blasform 8 und der Blaskern 15 führen den
Formschluss durch.
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Nachdem
dies geschehen ist, wird der Vorformling durch eine Verlängerung
in der Vertikalausdehnung des Streckstabes 17 und Einblasen
von Luft aus dem Blaskern 15 in die Kavitätenoberfläche der
Blaskavität 9 ausgedehnt
und zu einer Flasche mit einer dünnen
Dicke t' des Körperbereichs
(0,25 mm bis 3,5 mm) geformt. Auf eine detaillierte Form des Körperbereichs
der Flasche 20 wird in 2A und 2B verzichtet. Jedoch wird eine Flasche
wie in 3 gezeigt, die an sechs Stellen des Körperbereichs 21 elliptische,
konkave, sich in Längsrichtung
erstreckende Vertiefungen aufweist, als Getränkeflasche verwendet.
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Wenn
die Flasche 20, die eine solche Form besitzt, durch den
oben genannten Prozess geformt und anschließend ihre Spitzenlast vermessen
wird, ergeben sich hohe Werte wie zwischen 172 und 185 N bei einer Dicke
t' des Körperbereichs
des Vorformlings 10 von t=3, 281 bis 310 N bei t=4 und
283 bis 325 bei t=5. Es wird vermutet, dass die Verbesserung der
Spitzenlasten darauf beruht, dass sich durch eine Fortführung der Kühlung der
Innenseite durch den Einspritzkern 5 die Temperaturverteilung
von der Bergform zu „Hangform" des Temperaturgradienten
mit einer niedrigen Temperatur an der Innenseite ändert. Der
Temperaturgradient entsteht allmählich
durch die Temperaturausgleichszeit nach der Kernformentnahme. Die
Temperaturdifferenz in der Wand des Körpers ist ebenfalls klein,
so dass der Unterschied im Orientierungsgrad abhängig von der Temperatur klein
wird und die Ausbildung von mehreren Schichten (Innenseite, mittlerer
Bereich, Außenseite) der
Körperwand,
die bei einer Temperaturverteilung in „Bergform" leicht erzeugt wird, nicht auftritt.
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Hinsichtlich
der 500ml-Getränkeflasche
mit den oben erwähnten
Vertiefungen wird die auf dem Gewicht der Flasche (Gewicht des Vorformlings)
basierende Spitzenlast vorzugsweise mit 170 N oder mehr bei einer
Körperbereichsdicke
des Vorformlings von t=3, mit 280 N oder mehr bei t=4 und t=5 angegeben,
so dass die Spitzenlast, die die bevorzugten Werte noch überschreitet,
abgeschätzt
werden kann. Folglich kann auch durch das Streckblasformen nach
dem Heißextrudatverfahren
durch das Kühlen
der Innenseite durch den Einspritzkern und die Wahl einer anschließenden Temperaturausgleichzeit
die dünnwandige
PET-Flasche, die hinsichtlich
der Spitzenlast verbessert ist, erhalten werden.
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Beispiele
werden im Folgenden erklärt.
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Beispiel:
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Vorformling:
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- Formmaterial: Polyethylenterephthalat (PET),
hergestellt
von Eastman Chemical Company (9921W):
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Abmessungen:
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- Öffnungsdurchmesser: ⌀ 21 mm
- Dicke (t): drei Proben: 3 mm, 4 mm, 5 mm
- Körperdurchmesser
(mittlerer Bereich): ⌀ 23,1
mm
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Formbedingung 1: (Einspritzformen
des Vorformlings)
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- Temperatur der Heizform 270°C
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Einspritzzeit
| t=3
mm | 6
Sekunden |
| t=4
mm | 10
Sekunden |
| t=5
mm | 13
Sekunden |
-
- Einspritzformtemperatur, Einspritzkerntemperatur (Chiller)
15°C
-
Abkühl- und
Ausgleichzeit (Sekunden)
-
Formbedingung 2: (Streckblasformen)
-
Formtemperatur
(Temperatur der äußeren Oberfläche) Atmosphärentemperatur
beträgt
22°C.
| t=3mm | 120°C bis 100°C |
| t=4mm | 120°C bis 100°C |
| t=5mm | 133°C bis 115°C |
| Druck
der eingeblasenen Luft | 2,2
Mpa |
| Streckverhältnis (vertikal) | 2,5
(t=3 mm, t=4 mm)
3,0 (t=5 mm) |
| Streckverhältnis (horizontal) | 2,98 |
- Geformter Artikel: Getränkeflasche 500 ml (Körperbereich
sechsseitig mit Vertiefungen, vergleiche 4)
Abmessungen: | Öffnungsdurchmesser | ⌀ 21 mm |
| Körperdurchmesser
(Maximum) | ⌀ 68,9
mm |
| Durchschnittliche
Dicke | t'=0,28 mm (für t=3 mm)
t'=0,32 mm (für t=4 mm)
t'=0,33 mm (für t=5 mm) |
- Verwendete Formmaschine: AOKI-100LL-20
- Temperaturmessinstrument: Infrarotthermograph TVS-2000MK2 (hergestellt
von Nippon Avionic Co., Ltd.)
- Spitzenlastmessinstrument: Zug-Druck-Testinstrument TCM-200
(hergestellt von Minebea Co., Ltd.)
-
4 zeigt
die Temperatur der äußeren Oberfläche nach
der Hohlformentnahme des einspritzgeformten Vorformlings (t=3 mm)
unter der Formbedingung 1 und die Spitzenlast der erhaltenen Flasche,
die aus dem Vorformling durch Streckblasformen im Bereich der Formtemperatur
(120°C bis
100°C) unter
der Formbedingung 2 durch Streckblasformen geformt wurde, in fünf Beispielen,
wobei sich A1, A2, A3, A4 und A5 hinsichtlich der Kühlzeit (Sekunden)
und Temperaturausgleichszeit (Sekunden) bei einer Einspritzzeit
von 8 Sekunden unterscheiden, zusammen mit einem Vergleichsbeispiel
A0. Hier ist die Temperaturausgleichszeit von A0 die Zeit von der
Hohlformentnahme bis zum Formen (hinsichtlich der Zeit).
-
-
5 zeigt
die Temperatur der äußeren Oberfläche nach
der Hohlformentnahme des einspritzgeformten Vorformlings (t=4 mm)
unter der Formbedingung 1 und die Spitzenlast der erhaltenen Flasche,
die aus dem Vorformling im Bereich der Formtemperatur (120°C bis 100°C) unter
der Formbedingung 2 durch Streckblasformen geformt wurde, in fünf Beispielen,
wobei sich B1, B2, B3, B4 und B5 hinsichtlich Kühlzeit und Temperaturausgleichszeit
(Sekunden) bei der Einspritzzeit von 10 Sekunden unterscheiden,
zusammen mit Vergleichsbeispiel B0 als das herkömmliche Verfahren, bei dem
die Innenseitenkühlung
durch den Einspritzkern nicht durchgeführt wird. Hier ist die Temperaturausgleichszeit
von B0 die Zeit von der Hohlformentnahme bis zum Formen.
-
-
6 zeigt
die Temperatur der äußeren Oberfläche nach
der Hohlformentnahme des einspritzgeformten Vorformlings (t=5 mm)
unter der Formbedingung 1 und die Spitzenlast der erhaltenen Flasche,
die aus dem Vorformling im Bereich der Formtemperatur (125°C bis 115°C) unter
der Formbedingung 2 durch Streckblasformen geformt wurde, in drei
Beispielen, wobei C1, C2 und C3 sich in der Kühlzeit und der Temperaturausgleichszeit
(Sekunden) unterscheiden, bei der Einspritzzeit von 13 Sekunden,
zusammen mit Vergleichsbeispiel C0 als das herkömmliche Verfahren, bei dem
die Innenseitenkühlung
durch den Einspritzkern nicht durchgeführt wird. Hier ist die Temperaturausgleichszeit
von C0 die Zeit von der Hohlformentnahme bis zum Formen.
-
-
In 4 bis 6 ist
es offensichtlich, dass allgemein je höher die Ausgleichszeit ist,
die Spitzenlast höher
ist. Dies wird dadurch verursacht, dass die Temperaturdifferenz
zwischen den Innen- und Außenseiten klein
gemacht wird, um sich Äquivalenz über der
Zeit anzunähern.
Es wird ebenfalls kein Unterschied im Streckgrad gemacht, so dass
die Körperwand
aus einer einzigen Schicht zusammengesetzt ist.
-
Im
Fall der Vergleichsbeispiele A0, B0, C0 jedoch, bei denen die Innenseitenkühlung nicht
durchgeführt
wird, werden die Spitzenlasten nicht verbessert, auch wenn das Streckblasformen
nach der Spitzentemperatur im Bereich der Form temperatur durchgeführt wird.
In der Temperaturverteilung nach der Hohlformentnahme ist in den
Vergleichsbeispielen der zentrale Bereich die Bergform mit der hohen
Temperatur. Und sogar wenn die Temperatur der äußeren Oberfläche auf
den Bereich der Formtemperatur abfällt, ist die Temperaturverteilung
dieselbe wie bei der Bergform. Der Orientierungsgrad der molekularen
Orientierung durch das Strecken ist niedrig, wenn die Temperatur
steigt, so dass durch den Unterschied der Orienterungsgrade die
Wand des Körpers
so hergestellt wird, dass sie aus drei Schichten geformt ist (Innenseite,
Zentrale Seite, Außenseite)
obwohl dies so nicht feststellbar ist. Es wird vermutet, dass dies
die Druckfestigkeit beeinflusst.
-
-
In
Tabelle 1 ist die Formbedingung von jedem der oben erwähnten Beispiele,
sowie die Spitzentemperatur und Zeit, Formzeit seit der Hohlformentnahme,
Formtemperatur, Spitzenlast und ähnlichem
aufgelistet, wobei die Zeit seit der Formentnahme als die Zeit beschrieben
ist, während
der der Vorformling zusammen mit dem Einspritzkern aus der Hohlform
gezogen wird bis das Streckblasformen gestartet wird (Abkühlzeit der
Innenseite + Temperaturausgleichszeit). Aus der Tabelle wird offensichtlich,
dass, auch wenn die Dicke des Körpers
des Vorformlings sich verändert,
wenn die Temperatur der äußeren Oberfläche dabei
ist, nach der maximalen Spitze wieder abzufallen, die Spitzenlast
höher als
170 N bei t=3 mm, 280 N bei t=4 mm, t=5 mm angenommen ist, was als
der oben angegebene Standardwert betrachtet wird.
-
-
Es
ist offensichtlich, dass der Vergleich des herkömmlichen Verfahrens im Vergleichbeispiel
in Tabelle 2 gezeigt ist. Beim herkömmlichen Verfahren, das durch
das Streckblasformen bei der Formtemperatur durchgeführt wird,
bevor die Oberflächentemperatur
die Spitzentemperatur erreicht, sind die Spitzenlasten 161 N bei t=3
mm, 278 N bei t=4 mm und 270 N bei t=5 mm. Folglich ist die vorliegende
Erfindung hinsichtlich des Gesichtspunkts der Verbesserung der Spitzenlast
bei einer Flasche mit einem dünnen
Körperbereich äußerst nützlich für das Streckblasformen
mit dem Heißextrudatverfahren.
-
Hinsichtlich
der oben erwähnten
Beispiele, bei denen Polyethylenterephthalat als Basisgranulat verwendet
wird, ist die vorliegende Erfindung auf thermoplastische Granulate
wie Polyethylennaphtalat, Polykarbonat, Polypropylen, Polyethylen
und ähnliche
anwendbar, die es ermöglichen,
nach dem Heißextrudatverfahren
streckblaszuformen. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht auf
Polyethylenterephthalat als Basisgranulat beschränkt und da die vorliegende
Erfindung auch auf eine Weithalsflasche als hohlen geformten Artikel anwendbar
ist, ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf eine Flasche beschränkt.