DE3587947T2

DE3587947T2 - Mehrschichtiger Vorformling mit innerer Sperrschicht.

Info

Publication number: DE3587947T2
Application number: DE3587947T
Authority: DE
Inventors: Suppayan M Krishankumar; Thomas E Nahill
Original assignee: Graham Packaging Pet Technologies Inc
Current assignee: Graham Packaging Pet Technologies Inc
Priority date: 1984-02-17
Filing date: 1985-02-11
Publication date: 1995-04-20
Anticipated expiration: 2005-02-12
Also published as: DE3587947D1; AU3639984A; ATE114268T1; JPH0785894B2; JPS60189407A; EP0392571A2; CA1232214A; ATE70490T1; AU573661B2; JPH0442967B2; EP0392571A3; US4609516A; EP0153120A3; EP0153120B1; US4710118A; DE3584898D1; JPH079488A; EP0392571B1; US4781954A; MX169495B

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein neue und nützliche Verbesserungen an Vorformlingen, die durch Spritzgießen von thermoplastischen Stoffen gebildet werden und die bei der Bildung von blasgeformten Erzeugnissen eingesetzt werden.
Diese Erfindung betrifft vor allem die Bildung eines Vorformlings aus einem thermoplastischen Material, in das eine Schicht aus einem Sperrmaterial einbezogen ist.
Gegenwärtig werden mehrschichtige Behälter kommerziell unter Anwendung der folgenden Bearbeitungsverfahren hergestellt:
a. Coextrusionsblasformen,
b. Coextrusionsstreckblasformen,
c. Schlauchcoextrusions- und Wiedererhitzungs-Streckblasformen,
d. Sequentielles Spritzgießen von Vorformlingen in mehrstufigen Spritzformen und Streckblasformen.
Von den oben aufgeführten Verfahren ist das Verfahren "d" das einzige, das fertige, kalte, mehrschichtige Vorformlinge ergibt. Aber auch dieses Verfahren ist nicht für die Herstellung von mehrschichtigen Vorformlingen geeignet, bei denen eine der Schichten eine Stärke zwischen 0,076 mm (0,003 Zoll) und 0,38 mm (0,015 Zoll) hat.
Es wurde ein Verfahren zur Bildung eines Vorformlings durch Spritzgießen entwickelt, bei welchem in den Vorformling eine mittlere Schicht aus Sperrmaterial einbezogen wird. Dieses Verfahren wird in der GB- Patentanmeldung Nr. 2091629A offengelegt. Aufgrund der Kosten des Sperrmaterials ist jedoch die Stärke der Sperrschicht, die nach dieser Patentanmeldung möglich ist, zu groß, um kommerziell realisierbar zu sein.
Sperrstoffe, die für die Verwendung bei der Herstellung von Behältern geeignet sind, haben im Vergleich zu thermoplastischen Stoffen, die für die Verwendung bei der Herstellung von Behältern geeignet sind, eine um 2 bis 3 Größenordnungen höhere Gassperre und sind um das vier- bis achtfache teurer. Die Stärke der Sperrschicht, die bei der Mehrzahl der Anwendungen für die Wandstärke von Verpackungen erforderlich ist, liegt in der Größenordnung von 0,0127 mm (0,0005 Zoll) bis 0,38 mm (0,015 Zoll). Wenn man eine 10fache Verringerung der Gesamtstärke während der biaxialen Ausrichtung beim Blasformen eines Vorformlings annimmt, würde das umgerechnet Werte von 0,127 mm (0,005 Zoll) bis 0,38 mm (0,015 Zoll) für die Stärke der Schicht des Sperrmaterials in der Wand eines mehrschichtigen Vorformlings ergeben.
US-A-3 976 226 legt eine Vorrichtung für die Herstellung von Erzeugnissen, die aus einer Vielzahl von Schichten aus wenigstens drei verschiedenen Materialien, die übereinander angeordnet sind, bestehen, durch Spritzgießen offen, bei welcher eine abgemessene Menge eines ersten Stoffs zur Bildung der Haut des Erzeugnisses, eine abgemessene Menge eines zweiten Stoffs zur Bildung der Zwischenschicht und eine abgemessene Menge eines dritten Stoffs zur Bildung des Körpers des Erzeugnisses gespritzt werden. Die Stoffe werden koaxial in die Form eingeführt, um auf diese Weise eine gleichmäßige Verteilung zu erreichen. Die Spritzgußvorrichtung schließt eine Spritzdüse mit einem einzigen Austrittskanal, der sich auf der Seite der Form öffnet, und wenigstens drei koaxiale Kammern ein, die jeweils mit einem gesonderten Versorgungskreis für jeden der zu spritzenden Stoffe verbunden sind.
In jüngster Zeit wurde von anderer Seite, siehe US-A-4 554 190, ein aus fünf Schichten bestehender rohrförmiger Vorformling entwickelt, der als extrudiertes Rohr hergestellt wird. Dieser Vorformling hat eine Sperrschicht, die dünn ist, die aber nicht direkt an die Thermoplast-Harze gebunden ist, welche die Primärschichten des Vorformlings bilden. Das Herstellungsverfahren für einen solchen mehrschichten Vorformling ist, wenn die Stoffe der beiden Schichten nicht auch normalerweise durch Wärme miteinander verbunden werden können, der Diffusionsverbindung einer Sperrschicht mit einer herkömmlichen Thermoplast-Harzschicht durch Druckanwendung insofern nicht förderlich, als die Komponenten eines solchen rohrförmigen Vorformlings bei einem niedrigen Druck in der Größenordnung von 16 MPa (2000 Pounds/Zoll²) bis 40 MPa (5000 Pounds/Zoll²) extrudiert werden, und der Druck, sobald das Rohr den Extruderkopf verläßt, aufgehoben wird, und die Komponenten, die zu diesem Zeitpunkt alle heiß sind, beim Abkühlen schrumpfen und zum Separieren neigen.
Daher sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren für die Herstellung eines Vorformlings für ein blasgeformtes Element vor, welches die Schritte der Bildung im Spritzgießverfahren in einer Spritzgußform von folgenden Elementen aufweist:
(a) eines ersten Thermoplast-Harzes zur Bildung der im Querschnitt inneren und äußeren Schichten eines rohrförmigen Körpers eines Vorformlings;
(b) eines Gassperrmaterials zur Bildung von sehr dünnen inneren und äußeren Schichten des Sperrmaterials im Anschluß an die und zwischen den genannten inneren und äußeren ersten Schichten, und
(c) eines zweiten Thermoplast-Harzes, das eine Kernschicht zwischen den Sperrmaterial-Schichten bildet, wobei die Sperrmaterial-Schichten keine Wärmebindungen mit den inneren und äußeren ersten Schichten und der genannten Kernschicht haben;
und bei dem alle diese Schichten einem sehr hohen Druck, zwischen 103 MPa (15 000 Pounds/Zoll²) und 120 MPa (17 000 Pounds/Zoll²) in der Form ausgesetzt sind, um die Sperrmaterial-Schicht fest zwischen die jeweils angrenzende Kernschicht und die innere und äußere erste Schicht zu pressen, um zwischen jeder der Sperrschichten und der Kernschicht und der jeweils entsprechenden inneren und äußeren ersten Schicht Kompressions- Diffusionsbindungen herzustellen;
und bei dem während der Abkühlung und Abbindung des Vorformlings ein hoher Druck aufrechterhalten wird, um ein Separieren zwischen den Schichten aufgrund von Schrumpfen zu verhindern.
Der vorliegenden Erfindung entsprechend, wird das Form- Füllungsphänomen genutzt, das
1. die Schichtenströmung,
2. die Entwicklung von Dehnungs- und Scherfeldern in der vorrückenden Front der Schmelze zwischen zwei kalten parallelen Wänden,
3. die Bildung von ausgerichteten, verfestigten Schichten auf der kalten Wand und den Tunnelfluß des Schmelzgutes zwischen den verfestigten Schichten umfaßt.
Ein weiteres Merkmal der bevorzugten Form dieser Erfindung sind die Möglichkeit, zwei sehr dünne Sperrschichten anstelle von einer starken Schicht zu schaffen, sowie die sich daraus ergebenden Vorteile.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend weiter anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten ZEICHNUNGEN beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch den Hohlraum einer Spritzgußform ist und die Art und Weise zeigt, auf die das Material in den Hohlraum gelenkt wird, um einen Vorformling nach der Erfindung zu bilden,
Fig. 2 eine vergrößerte schematische Teilansicht ist, welche die Art und Weise, auf die eine erste Menge des thermoplastischen Harzes in den Boden des Form-Hohlraums gespritzt wird, und die resultierende Abkühlung beim Kontakt mit den kalten Wandflächen zeigt,
Fig. 3 eine ähnliche schematische Schnittansicht wie Fig. 2 ist und das Einspritzen des Sperrmaterials in den Boden des Form-Hohlraums und den resultierenden Tunnelfluß sowohl der ersten Menge des thermoplastischen Harzes als auch des Sperrmaterials zeigt,
Fig. 4 eine ähnliche schematische Teil-Schnittansicht wie Fig. 2 und 3 ist und den vorrückenden Fluß einer zweiten Menge des thermoplastischen Harzes in den und durch die Schichten des ersten thermoplastischen Harzes und des Sperrmaterials zeigt,
Fig. 5 eine in Radialrichtung ausgeführte, vergrößerte Teil- Schnittansicht ist, die den Fluß des thermoplastischen Materials, das die ersten Schichten des mehrschichtigen Vorformlings bildet, zeigt,
Fig. 6 ein Diagramm ist, welches das Einspritzen der Stoffe in den Form-Hohlraum im Verhältnis zur Zeit zeigt,
Fig. 7 ein weiteres Diagramm ist, welches den Druck innerhalb des Form-Hohlraumes im Verhältnis zur Zeit zeigt,
Fig. 8 eine in Radialrichtung ausgeführte, vergrößerte Schnittansicht durch das Halsende eines Vorformlings nach der vorliegenden Erfindung zur Herstellung einer blasgeformten Flasche ist und eine Anordnung der Material schichten innerhalb des Vorformlings zeigt,
Fig. 9 eine ähnliche Teil-Schnittansicht wie Fig. 8 ist, die aber ein anderes Verhältnis der Materialschichten im Bereich des Halses zeigt,
Fig. 10 eine weitere ähnliche vergrößerte Teil-Schnittansicht wie Fig. 8 ist und eine weitere Anordnung der Materialschichten innerhalb des Vorformlings zeigt,
Fig. 11 eine ähnliche vergrößerte Teil-Schnittansicht wie Fig. 8 ist, aber durch einen geringfügig anderen Typ von Vorformling, und die Anordnung der Schichten in diesem zeigt,
Fig. 12 eine weitere ähnliche vergrößerte Teil-Schnittansicht wie Fig. 8 ist, aber bezogen auf einen Vorformling des in Fig. 11 gezeigten Typs, und noch eine andere Anordnung der Materialschichten zeigt,
Fig. 13 ein Längsschnitt durch ein Zwischenprodukt bei der Herstellung unter Verwendung eines Vorformlings ist, wie er in Fig. 11 und 12 gezeigt wird,
Fig. 14 eine in Radialrichtung ausgeführte, vergrößerte Teil- Schnittansicht auf der Linie 14-14 von Fig. 13 ist und die Anordnung der Materialschichten innerhalb des Produktes zeigt,
Fig. 15 eine ähnliche vergrößerte Teil-Schnittansicht wie Fig. 14 ist und eine davon verschiedene Anordnung der Materialschichten zeigt,
Fig. 16 ein Längsschnitt durch eine Flasche oder ein ähnliches Behältnis ist, die unter Verwendung eines der Vorformlinge von Fig. 8 bis 10 hergestellt wurden,
Fig. 17 eine in Radialrichtung ausgeführte, vergrößerte Teil- Schnittansicht auf der Linie 17-17 von Fig. 16 ist und das Verhältnis der Materialschichten in der fertigen Flasche zeigt.
Es wird nun detailliert auf die Zeichnungen Bezug genommen und dabei festgestellt, daß in Fig. 1 eine herkömmliche Spritzgußform gezeigt wird, die allgemein mit der Zahl 20 bezeichnet wird. Es gilt als vereinbart, daß dies insofern eine schematische Darstellung ist, als eine herkömmliche Spritzgußform zur Herstellung eines Vorformlings zahlreiche Hohlräume einschließt, beispielsweise sechzehn oder mehr, die in Reihen und Kolonnen angeordnet sind. Eine solche Spritzgußform ist in der Regel eine solide Konstruktion, und jede Spritzgußform schließt einen Form-Hohlraum 22 ein.
Außerdem schließt jede Gußform einen Halsring 24 ein, der eine Verlängerung des Form-Hohlraums 22 bildet und den Halsabschluß darstellt. Der Halsring 24 kann in zweiteiliger Bauweise ausgeführt sein. Außerdem ist jede Gußform 20 mit einem Kern 26 versehen.
Man kann feststellen, daß der Halsring 24 in Verbindung mit dem Kern 26 den Bereich abschließt, den man als das obere Ende des Form-Hohlraums 22 bezeichnen könnte, während das untere Ende des Form-Hohlraums mit einer Öffnung 28 versehen ist, die in abgedichteter Weise die Düse eines Extruders aufnehmen kann.
Die Düse des Extruders wird nicht direkt in die Öffnung 28 eingesetzt, vielmehr wird in die Öffnung in abgedichteter Weise ein düsenartiges Endstück eines Drehventil-Elements 32 eingesetzt. Das Ventil- Element 32 wird in abgedichteter Weise in einem Ventilblock 34 angebracht, in dem ein erster Durchgang 36 gebildet wird, der die herkömmliche Düse 40 eines Spritzkopfes aufnimmt. Der Durchgang 36 öffnet sich radial hin zum Drehventil-Element 32. Das Drehventil-Element 32 hat eine Durchführung 42, die an einem Ende in einem allgemein radial verlaufenden Durchgang 44 endet, der mit dem Durchgang 36 ausgerichtet werden kann. Dem Ventilblock 34 ist auch ein zweiter Materialgeber 16 zugeordnet, der in seiner einfachsten Form einen Abgabekolben 48 einschließen kann und der einen Durchgang 50 hat, der sich von diesem zum Ventilblock 34 öffnet. Der Ventilblock 34 hat einen Radialdurchgang 52, der in Axialrichtung mit dem Durchgang 50 ausgerichtet und mit diesem in Verbindung ist. Der Durchgang 52 endet am Ventil-Element 32. Das Ventil-Element 32 hat einen weiteren Durchgang 54, der allgemein radial vom Durchgang 42 ausgeht und über den Umfang so räumlich getrennt zum Durchgang 44 angeordnet ist, daß der Durchgang 54 in Umfangsrichtung vom Durchgang 52 räumlich getrennt ist, wenn der Durchgang 44 mit dem Durchgang 36 ausgerichtet ist. Durch Drehen des Ventil-Elementes 32 kann der Durchgang 44 aus der Verbindung mit dem Durchgang 35 bewegt und der Durchgang 54 mit dem Durchgang 52 in Verbindung gebracht werden. Auf diese Weise kann Material selektiv entweder vom Spritzkopf oder vom Materialgeber 46 zugeführt werden.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist das Material, das durch den Spritzkopf zugeführt wird, ein geeignetes thermoplastisches Harz in Form einer heißen Schmelze. Bei diesem Harz kann es sich um solche Stoffe wie PET, PP, PE, PVC und PC handeln. Das Sperrmaterial, das über den Materialgeber 46 zugeführt wird, kann jedes bekannte herkömmliche Sperrmaterial sein, einschließlich beispielsweise EVAL, EVOH, PVOH und ähnlicher, oder ein Sperrmaterial, wie es möglicherweise in der Zukunft noch entwickelt werden wird.
Im Zusammenhang mit dem Vorstehenden ist zu beachten, daß das Material EVAL Sperreigenschaften in der Größenordnung vom einhundertfachen der von PET hat; die Sperreigenschaften von EVOH liegen in der Größenordnung des ein- bis zweihundertfachen der von PET, und PVOH hat Sperreigenschaften, die das zweitausendfache von PET in der Größenordnung betragen. Demzufolge ist nur eine sehr dünne Schicht dieser Sperrstoffe erforderlich, und vom kommerziellen Standpunkt ist es außerordentlich erstrebenswert, diese Schichten sehr dünn zu halten, da die Sperrstoffe viel teurer als geeignete Thermoplast-Harze, einschließlich PET, sind.
Es gilt auch als vereinbart, daß die äußeren Schichten aus Thermoplast-Harz eine ausreichende Stärke haben müssen, um die Sperrschicht zu schützen. Andererseits muß bei Flaschen für Getränke oder andere Erzeugnisse, die CO&sub2; enthalten, die innerste Schicht des Thermoplast- Materials, d. h., die Schicht, die das Innere des Behältnisses bildet, verhältnismäßig dünn sein, damit sie kein CO&sub2; absorbiert.
Unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Forderungen wird die Art und Weise der Herstellung eines mehrschichtigen Vorformlings nach der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
Es wird zuerst auf Fig. 2 Bezug genommen und festgestellt, daß eine im voraus bestimmte, begrenzte Menge eines ersten Thermoplast-Harzes 56 in den Boden des Form-Hohlraums 22 gespritzt wird, und während dieses durch den Form-Hohlraum fließt, erfolgt aufgrund der relativ niedrigen Temperatur der Gußform 20, einschließlich des Kerns 26, ein Verfestigen des Thermoplast-Harzes 56 sowohl außerhalb als auch innerhalb des Form- Hohlraums 22, um die innere und äußere Schicht 58, 60 des ersten Thermoplast-Harzes zu bilden.
Es wird hier besonders auf Fig. 5 verwiesen, aus der hervorgeht, daß das Thermoplast-Harz 56 eine Schichtenströmung aufweist, wobei die Geschwindigkeit des vorrückenden Thermoplast-Harzes in der Mitte am größten ist und angrenzend an die Form-Komponenten gegen Null geht. Die Geschwindigkeit des vorrückenden Thermoplast-Harzes 56 wird allgemein durch die schematische Pfeildarstellung 62 angezeigt. Es gilt als vereinbart, daß der Fluß des Thermoplast-Harzes 56, wenn sich das Thermoplast-Harz unter der Wirkung des Kontaktes mit den Form-Komponenten verfestigt, an den Wänden des Form-Hohlraumes 22 unterbrochen wird und zwischen den Schichten 58, 60 eine Tunnelfluß-Wirkung auftritt. Aufgrund der verhältnismäßig kühlen Luft innerhalb des Form-Hohlraums 22 tritt außerdem eine leichte Abkühlung der vorrückenden Front des Thermoplast-Harzes 56 auf, wobei diese front mit der Zahl 64 bezeichnet wird.
Es gilt als vereinbart, daß die Stärke der Schichten 58, 60 variiert wird in Abhängigkeit von solchen Faktoren wie:
1. Materialeigenschaften (viskoelastische und thermische),
2. Abmessungen des Form-Hohlraums,
3. Spritzgeschwindigkeit (Druck).
Es gilt als vereinbart, daß eine genaue Menge des ersten Thermoplast- Harzes 56 über eine ausgewählte Zeitspanne, wie das schematisch in Fig. 5 gezeigt wird, und bei niedrigem Druck, wie das in Fig. 7 angegeben wird, in den Form-Hohlraum 22 gespritzt wird. Die Menge des Thermoplast-Harzes, die in den Form-Hohlraum gespritzt wird, kann mittels einer Reihe herkömmlicher Verfahren kontrolliert werden. Grundsätzlich erfolgt das Einspritzen des Thermoplast-Harzes durch den Axialvorschub der Förderschnecke eines Spritzkopfes, und es kann ein geeigneter Anschlag vorgesehen werden, um das Vorrücken der Förderschnecke zu begrenzen. Außerdem erfolgt eine zeitlich abgestufte Drehung des Ventil-Elementes 32, um den Durchgang 44 aus der Ausrichtung mit dem Durchgang 36 zu bewegen, und folglich kann die Menge des Thermoplast-Harzes, die in den Form- Hohlraum 22 gespritzt wird, durch die zeitliche Steuerung der Betätigung des Ventil-Elementes 32 kontrolliert werden.
Wie schematisch in Fig. 6 gezeigt wird, wird dann das Sperrmaterial, das durch die Zahl 66 bezeichnet ist und als nächstes in den Form-Hohlraum gespritzt wird, in einem leicht überlagerten Verhältnis zum Thermoplast- Harz 56 in den Form-Hohlraum eingeführt. Es gilt als vereinbart, daß der Mechanismus der Einspeisung des Sperrmaterials 66, der schematisch in Fig. 1 gezeigt wird, in einem Stoß erfolgen kann, um die genaue Menge des erforderlichen Sperrmaterials einzuspritzen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 7 kann festgestellt werden, daß das Sperrmaterial 66 in den Form-Hohlraum mit einem Druck eingespritzt wird, der nur geringfügig höher als der Druck des Thermoplast-Harzes 56 liegt, wobei, wie unter 67 gezeigt wird, ein sehr geringer Druckabfall zwischen der Beendigung des Einspritzens des Thermoplast-Harzes 56 und dem Beginn des Einspritzens des Sperrmaterials 66 auftritt. Die Überlagerung beim Einspritzen dient dazu, den Druckabfall minimal zu halten.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird nun gezeigt, daß das Sperrmaterial 66 einen Tunnelfluß durch den Hohlraum aufweist, der durch die Schichten 58, 60 gebildet wird, und daß gleichzeitig das vorher eingespritzte Thermoplast-Material 56 weiter vorrückt. Normalerweise hat das Sperrmaterial eine niedrigere Schmelztemperatur als das Thermoplast-Harz 56, und daher ist die Kühlwirkung der Thermoplast-Harzschichten 58, 60 auf das Sperrmaterial 66 nicht so groß wie die der Form-Oberflächen auf das Thermoplast-Material 56. So tritt zwar eine Verfestigung des Sperrmaterials 66 ein, wenn dieses mit den verfestigten Schichten 58, 60 in Kontakt kommt, und es werden innere und äußere verfestigte Schichten 68, 70 des Sperrmaterials gebildet, aber diese Schichten sind entscheidend dünner als die Schichten 58, 60. Beispielsweise haben die Schichten 58, 60 eine Stärke zwischen 0,254 mm (0,010 Zoll) und 1,02 mm (0,040 Zoll),, während die Schichten 68, 70 des Sperrmaterials eine Stärke von nur 0,762 mm (0,003 Zoll) haben.
Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel für den Mechanismus der Zuführung des Thermoplast- Harzes wird eine zusätzliche Menge des gleichen Thermoplast-Harzes, das durch die Zahl 56 bezeichnet wurde, in den Form-Hohlraum gespritzt. Diese zusätzliche Menge an Thermoplast-Harz wird allgemein mit der Zahl 72 bezeichnet. Während das Thermoplast-Harz 72 innerhalb der Grenzen der Schichten 68, 70 des Sperrmaterials vorrückt, schmilzt es das Sperrmaterial wieder und rückt zusammen mit der Schmelze des Sperrmaterials 66 durch den Tunnel vor, der durch die Schichten 68, 70 gebildet wird, wodurch sich die Stärke der Schichten 68, 70 verringert. Wie aus Fig. 4 deutlich wird, schiebt das vorrückende Thermoplast-Harz 72 das Sperrmaterial 66 vorwärts, welches wiederum das Thermoplast-Harz 56 weiter vorrücken läßt.
Wie weiter unter Bezugnahme auf Fig. 4 deutlich wird, schmilzt die vorrückende große Menge des Thermoplast-Harzes 72 beim Zusammentreffen mit den Schichten 58, 68 am Ende des Kerns 26 Abschnitte der verfestigten Schichten 58, 68 und schiebt diese vorwärts, was zur Folge hat, daß sich am äußersten Ende des Kerns 26 möglicherweise ein Abschnitt sowohl ohne die Schicht 58 als auch ohne die Schicht 68 befindet.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird nun gezeigt, daß das Thermoplast- Harz 72 in einem leicht überlagerten Verhältnis zum Sperrmaterial 66 vorrückt. Es gilt als vereinbart, daß nach Abschluß des Einspritzens des Sperrmaterials 66 das Ventil-Element 32 in eine Position gedreht wird, in der es das Thermoplast-Harz 72 aufnehmen kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Ventil-Element 32 in seine Ausgangsstellung zurückgeführt, da das Thermoplast-Harz 72 von derselben Versorgungsquelle wie das Thermoplast-Harz 56 zugeführt wird.
Unter Bezugnahme auf das Diagramm in Fig. 7 kann festgestellt werden, daß das Thermoplast-Harz 72 zuerst mit einem gegenüber dem Druck beim Einspritzen des Sperrmaterials 66 allmählich ansteigenden Druck gespritzt wird, wobei ein anfänglicher leichter Druckabfall auftritt, wie das unter 74 gezeigt wird. Wenn dann der Hohlraum 22 gefüllt ist, gibt es einen Druckschub, gezeigt bei 76, gefolgt von einer Halteperiode 78, während der der Druck des heißen Schmelzgutes, das in den Form-Hohlraum gespritzt wurde, allmählich abnimmt, während sich das Thermoplast-Material 72 allmählich verfestigt.
Die Menge der Thermoplast-Harzes 56 und des Sperrmaterials 66, die in den Form-Hohlraum 22 gespritzt wird, ist in Abhängigkeit von der Verwendung des Vorformlings, der auf die oben beschriebene Art und Weise hergestellt wird, unterschiedlich. Außerdem ist die Form des Vorformlings an dessen vorderem Ende unterschiedlich.
In den Fig. 8, 9 und 10 werden Vorformlinge gezeigt, die besonders geeignet sind, um in ihrer Gesamtheit beim Blasformen von Flaschen und ähnlichen Behältern eingesetzt zu werden, bei denen durch Schraubgewinde ein Verschluß von geringem Durchmesser aufgebracht wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird ein Abschnitt eines Vorformlings als Teil eines Vorformlings gezeigt, der durch die Zahl 80 bezeichnet wird und einen mehrschichtigen Körper 82 einschließt, der in einem Hals endet, der durch die Zahl 84 bezeichnet wird. Das Halsende 84 schließt spritzgegossene Gewinde 86 und einen Absatz 88 ein, auf dem der Vorformling 80 während des Wiedererhitzens und Blasformens gehalten wird.
Beim Vorformling 80 ist die Menge der Thermoplast-Harzes 56, die in den Form-Hohlraum gespritzt wird, ausreichend, um die Schichten 58, 60 bis zum äußeren Ende des Vorformlings 80 führen und an dem äußeren Ende eine Stirnwand 59 bilden zu können. Weiter reicht die Menge des Sperrmaterials, die in den Form-Hohlraum gespritzt wird, aus, um die Schichten 68, 70 bis zu einem Punkt am äußeren Ende des Vorformlings zu führen und im Anschluß an die Stirnwand 59 eine Stirnwand 69 zu bilden. Das Thermoplast-Harz 72 reicht ebenfalls bis zu einem Punkt im Anschluß an das äußere Ende der Vorform 80, soweit das durch die Stirnwand 69 zugelassen wird.
In Fig. 9 wird ein Vorformling 90 gezeigt, der die gleiche Konfiguration wie der Vorformling 80 hat. Während die Menge des Thermoplast-Harzes 56, die in den Form-Hohlraum geleitet wird, ausreicht, um die Schichten 58, 60 bis zum äußeren Ende des Vorformlings, einschließlich dessen Halsende 92, zu führen und eine Stirnwand zu bilden, wird dagegen die Menge des Sperrmaterials 66, die in den Form-Hohlraum gespritzt wird, so gewählt, daß die Schichten 68, 70 innerhalb des Vorformlings kurz vor dem Halsende 92 in dem Abschnitt der resultierenden Flasche enden, die den Absatz der Flasche bildet, wie das noch ausführlicher zu beschreiben ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 10 wird ein Vorformling 94 gezeigt, der ebenfalls von gleicher Konfiguration wie der Vorformling 80 ist. Die Menge des Thermoplast-Harzes 56, die in den Form-Hohlraum eingeführt wird, reicht jedoch nur aus, um die Schichten 58, 60 bis zu einem Punkt in der Nähe des Halsendes 96 des Vorformlings 94 zu führen. Folglich wird der Teil des Halsendes des Vorformlings 94 nur durch das Thermoplast-Harz 72 gebildet. Außerdem wird die Menge des Sperrmaterials 66, die in den Vorformling gespritzt wird, so gewählt, daß die Schichten 68, 70 innerhalb des Vorformlings kurz vor dem Ende der Schichten 58, 60 enden.
In den Fig. 11 und 12 werden Vorformlinge zur Herstellung von Behältnissen und ähnlichen anderen Erzeugnissen als Flaschen und Behältnisse mit einem Halsende mit kleinem Durchmesser gezeigt. In jeder der Fig. 11 und 12 wird nur der Abschnitt des äußeren Endes eines solchen Vorformlings im Schnitt in Radialrichtung gezeigt.
Unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 11 wird ein Vorformling 98 gezeigt, der einen offenen Endabschnitt 100 hat, der einen Stützflansch oder -wulst 102 aufweist. Da der Endabschnitt 100, wie unten noch im Detail beschrieben wird, nur dazu dient, den Vorformling 98 beim Blasformen in eine rohrförmige Form zu halten, ist es nicht notwendig, daß das Sperrmaterial 66 bis in den Endabschnitt 100 reicht. Daher wird in den Form-Hohlraum des Vorformlings 98 nur so viel Sperrmaterial eingespritzt, daß die Schichten 68, 70 bis an die Grenze zum Endabschnitt 100 geführt werden können. Auf gleiche Weise ist die Menge des Thermoplast-Harzes 56, die in den Form-Hohlraum gespritzt wird, nur ausreichend, um die Schichten 58, 60 allgemein bis in den Bereich des Endabschnitts 100 zu führen. Folglich wird der Endabschnitt 100 gänzlich aus dem Thermoplast-Harz 72 gebildet.
In Fig. 12 wird ein anderer Vorformling 104 gezeigt, der mit dem Vorformling 98 identisch ist und einen Endabschnitt 106 und einen Flansch oder Wulst 108 einschließt, bei dem aber der Endabschnitt 106 gänzlich durch das Thermoplast-Harz 56 gebildet wird und die Schichten, die durch die Harze 66 und 72 gebildet werden, in einem verhältnismäßig großen räumlichen Verhältnis vor dem Endabschnitt 106 enden. Der Vorformling 104 ist vorteilhaft für die Herstellung eines Behälters oder eines ähnlichen rohrförmigen Körpers, wenn der Fertigungsvorgang ein Zwischenprodukt einschließt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 13 kann festgestellt werden, daß hier ein Zwischenprodukt der Fertigung gezeigt wird, das mit der Zahl 110 bezeichnet wird und das aus einem Vorformling wie dem Vorformling 98 oder dem Vorformling 104 blasgeformt wurde. Dieses Zwischenprodukt schließt einen Basisabschnitt 112 in Form eines Behälters ein. Der Basisabschnitt 112 schließt einen rohrförmigen Körper 114 mit einem integralen Boden 116 ein und endet in einem Abschnitt 118 zur Aufnahme eines Verschlusses. Der gezeigte Abschnitt 118 zur Aufnahme eines Verschlusses hat die Form eines Flanschs, der mit einem herkömmlichen Metallverschluß zum Eingriff gebracht werden kann und Teil eines herkömmlichen Doppelsaums ist, mit dem der Metallverschluß (nicht gezeigt) am Basisabschnitt 112 befestigt wird, der, wenn er vom Rest des Zwischenproduktes 110 getrennt wird, ein Behälter wird.
Auch wenn das nicht so dargestellt ist, kann das Zwischenprodukt 110 einen Abschnitt 118 zur Aufnahme eines Verschlusses in Form eines Halsendes haben, der mit einem Gewinde versehen oder anderweitig modifiziert sein kann, um einen Verschluß aufzunehmen. Es gilt hier als vereinbart, daß das Zwischenprodukt 110 mit Ausnahme der Tatsache, daß es aus einem mehrschichtigen Vorformling hergestellt wurde, nach dem bekannten technischen Stand vor dieser Erfindung hergestellt wurde.
Man kann feststellen, daß das Zwischenprodukt auch einen oberen blasgeformten Abschnitt 120 aufweist, der in einem Endabschnitt 122 endet, der den Endabschnitten 100, 106 des Vorformlings 98, 104 entspricht.
Unter Bezugnahme auf Fig. 14 wird ein Zwischenprodukt gezeigt, das aus einem solchen Vorformling wie dem Vorformling 104 von Fig. 12 hergestellt wurde. Es gilt als vereinbart, daß der obere Abschnitt 120 vom Basisabschnitt 112 durch einen Schneidvorgang, beispielsweise einen Schmelzschneidvorgang, unter Entfernung eines Abschnitts 124 getrennt wird. Man kann feststellen, daß in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Schichten 68, 70 in dem Abschnitt 118 zur Aufnahme eines Verschlusses enden und daß die Schicht, die durch das Thermoplast-Material 72 gebildet wird, gänzlich innerhalb des Basisabschnitts 112 endet. Folglich bestehen alle Abschnitte des Zwischenprodukts 110, die vom Basisabschnitt 112 abgetrennt werden müssen, nur aus dem Thermoplast-Harz 56 und können wiederaufbereitet und wiederverwendet werden.
Wie unter Bezugnahme auf Fig. 15 gezeigt wird, kann es andererseits Situationen geben, in denen es wünschenswert ist, daß die Schichten 68, 70 des Sperrmaterials über den Abschnitt 118 zur Aufnahme eines Verschlusses hinaus bis in den oberen Abschnitt 120 reichen. Folglich reichen die Schichten 68, 70 des Sperrmaterials, wenn der Basisabschnitt 112 vom Rest des Zwischenproduktes 110 getrennt wird, über die Schnittkante des Basisabschnitts 112 hinaus in den oberen Abschnitt 120. Auf die gleiche Art und Weise reichen auch die Schichten 58, 60 des ersten Thermoplast-Harzes bis in den oberen Abschnitt 120 hinein. Wenn also der Basisabschnitt 112 vom Rest des Zwischenproduktes 110 durch die Entfernung des Materials im Abschnitt 126 getrennt wird, kann das in Fig. 15 gezeigte Zwischenprodukt 110, beispielsweise aus dem Vorformling von Fig. 11, hergestellt werden. Wenn der Schneidvorgang ein Wärmeschmelzvorgang ist, können die geschnittenen Schichten am Ende des Basisabschnitts 120 miteinander verschmolzen werden.
In Fig. 16 wird eine herkömmliche Flasche gezeigt, die aus einem der Vorformlinge von Fig. 8, 9 und 10 hergestellt werden kann. Die Flasche wird allgemein mit der Zahl 128 bezeichnet und hat einen rohrförmigen Körper 130 mit einem integralen Boden 132. Der Körper 130 ist an seinem oberen Ende durch einen Absatz 134 mit einem Halsende 136 verbunden.
Es gilt als vereinbart, daß das Halsende 136 mit dem Halsende des entsprechenden Vorformlings identisch ist, aus dem die Flasche 128 blasgeformt wurde. Außerdem kann man feststellen, daß sich das Ende der Schichten 68, 70 des Sperrmaterials am äußersten Ende des Halsendes 136 befinden kann, wenn der Vorformling von Fig. 8 verwendet wurde. Wird dagegen der Vorformling aus Fig. 9 verwendet, enden die Schichten 68, 70 des Sperrmaterials im Absatz 134 am Halsende 136. Schließlich enden bei Verwendung des Vorformlings aus Fig. 10 sowohl die Schichten 68, 70 des Sperrmaterials als auch die Schichten 58, 60 des ersten Thermoplast-Harzes im Absatz 134 am Halsende 136.
Unter besonderer Bezugnahme auf die Flasche 128 gilt als vereinbart, daß beim normalen Blasformen einer solchen Flasche der Körperabschnitt 130 sehr dünn ist, da seine Stärke auf ein Zehntel oder weniger verringert wurde, so daß das Material, das den Körper 130 bildet, eine positive und angestrebte biaxiale Ausrichtung hat. Dagegen ist das Material der Flasche 128 im Absatz 134 unmittelbar am Halsende 136 nur geringfügig in seiner Stärke reduziert, während die Stärke des Materials im Halsende 136 überhaupt nicht verringert wurde. Folglich kann das Sperrmaterial 66 vorteilhaft im Absatz 134 enden, wie das oben beschrieben wurde.
Es wird hier auch unterstrichen, daß der mittlere Teil des Bodens 132 eine größere Stärke als der Körper 130 aufweist, und daher ist das Fehlen des Sperrmaterials im Mittelteil des Bodens 132 keine Materiallücke.
Abschließend wird auf Fig. 17 Bezug genommen, die einen in Radialrichtung geführten Querschnitt des Körpers 130 darstellt und die inneren und äußeren Schichten 58, 60 des ersten Thermoplast-Materials 56, die inneren und äußeren Schichten 68, 70 des Sperrmaterials 66 und einen Mittelkern des anderen Thermoplast-Materials 72 zeigt. Da eine Verringerung der Stärke des mehrschichtigen Vorformlings in der Größenordnung des Zehnfachen erfolgt, liegt die Stärke der Schichten 58, 60 in der Flasche 128 in der Größenordnung von 0,0252 mm (0,001 Zoll) bis zu 0,1 mm (0,004 Zoll), während die Stärke der Sperrmaterial-Schichten 68, 70 in der Größenordnung von 0,0076 mm (0,0003 Zoll) liegt. Die Stärke der Schicht 58 reicht aus, um die Sperrschicht 68 gegenüber dem Inhalt der Flasche 128, einschließlich des verfügbaren CO&sub2;, zu schützen.
Außerdem wurde festgestellt, daß bei der Herstellung des blasgeformten Erzeugnisses eine positive Delamination der Schichten des Sperrmaterials vom Rest des blasgeformten Erzeugnisses auftritt, wenn das Sperrmaterial 66 nicht die Eigenschaften aufweist, die dessen Wärmebindung an das Thermoplast-Harz ermöglichen, und wenn die Schichten 68, 70 verhältnismäßig stark sind, wie das nach den bekannten Verfahren erforderlich ist. Dagegen konnte festgestellt werden, daß die bisher sehr ausgeprägte Delamination nicht auftritt, wenn die Schichten des Sperrmaterials im Vorformling sehr dünn sind, wie das oben beschrieben wurde. Ein herkömmlicher Versuch zur Delamination ist das Quetschen des Körpers eines blasgeformten Erzeugnisses, und wenn eine solche Delamination auftritt, dann entsteht ein quietschendes Geräusch. Wenn die Sperrmaterial- Schichten bereits zu Beginn sehr dünn sind, entsteht bei den blasgeformten Erzeugnissen, die unter Verwendung eines solchen Vorformlings hergestellt wurden, kein derartiges quietschendes Geräusch, und es gibt keine Anzeichen für eine vollständige Delamination.
Wie schematisch in Fig. 7 gezeigt wird, sind die Sperrschichten 68, 70 beim Einführen der verschiedenen Materialien in den Form-Hohlraum 22 nach einem herkömmlichen Spritzgießverfahren nicht nur sehr dünn und damit verhältnismäßig inkompressibel, sondern sie werden auch zwischen dem Kern 72 und den Schichten 58, 60 bei einem sehr hohen Druck in der Größenordnung von 103 MPa (15 000 Pounds/Zoll²) bis 120 MPa (17 000 Pounds/Zoll²) eingeklemmt. Daher tritt, auch wenn die Sperrschichten 68, 70 möglicherweise nicht durch Wärmebindung an die Thermoplast-Harzschichten 58, 60 und den Kern 72 gebunden werden können, eine beachtliche Diffusionsbindung auf, die bei den hohen Formungstemperaturen und -drücken zwischen diesen Schichten wirksam wird. Außerdem wird, wie ebenfalls in Fig. 7 gezeigt wird, nach Abschluß des Spritzgießvorgangs der hohe Druck auf die vorher in den Form-Hohlraum gespritzten Materialien und damit zwischen den Schichten beibehalten, während das Material der Schichten schrumpft, wodurch jeder Tendenz des Separierens aufgrund eines relativen Schrumpfens entgegengewirkt wird.
Da die Stärke der Sperrschichten 68, 70 nur 0,076 mm (0,003 Zoll) zu betragen braucht, ist es offensichtlich, daß diese aufgrund der geringen Stärke verhältnismäßig inkompressibel sind. Außerdem wird der Vorformling, wie vorstehend offengelegt wurde, zumindest im Körperabschnitt des resultierenden blasgeformten Hohlkörpers um das Zehnfache gestreckt, wodurch die Stärke der Sperrschichten 68, 70 auf 0,0076 mm (0,0003 Zoll) verringert wird, was dazu führt, daß die resultierenden Sperrschichten außerordentlich dünn und damit für alle praktischen Zwecke inkompressibel sind. Das praktische Ergebnis daraus ist, daß in dem resultierenden blasgeformten Hohlkörper die Sperrschichten 68, 70 eine Druckbindung mit den Thermoplast-Harzschichten 58, 60 und dem Kern 72 aufweisen.
Obwohl spezielle Materialien als vorteilhaft anwendbar beschrieben wurden, gilt es als vereinbart, daß die Möglichkeit, Sperrmaterialien einzusetzen, die zu diesem Zeitpunkt noch nicht kommerziell verfügbar sind, definitiv gegeben ist durch die Möglichkeit, die Stärke der Sperrmaterial- Schichten in dem blasgeformten Erzeugnis, mit denen die gewünschten Sperreigenschaften erzielt werden sollen, ohne den Einsatz übermäßiger Mengen des teuren Materials, dessen Einsatz sich andernfalls verbieten würde, zu erreichen.
Obwohl nur verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im besonderen dargestellt und beschrieben wurden, gilt es als vereinbart, daß die Material schichten innerhalb der Vorformlinge entsprechend der gewünschten Verwendung der Vorformlinge und der resultierenden blasgeformten Erzeugnisse variiert werden können.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings für ein blasgeformtes Element (110), welches die Schritte der Bildung durch Spritzformen in einer Spritzgußform von folgenden Elementen aufweist:

a) eines ersten Thermoplast-Harzes zur Bildung von im Querschnitt inneren und äußeren ersten Schichten (58, 60) eines rohrförmigen Körpers eines Vorformlings;

b) eines Gassperrmaterials zur Bildung von sehr dünnen inneren und äußeren Schichten (68, 70) des Sperrmaterials im Anschluß an die und zwischen den genannten inneren und äußeren ersten Schichten (58, 60); und

c) eines zweiten Thermoplast-Harzes, das eine Kernschicht (72) zwischen den Sperrmaterial-Schichten (68, 70) bildet,, wobei die Sperrmaterial-Schichten frei von Wärmebindungen mit den inneren und äußeren ersten Schichten (58, 60) und der Kernschicht (72) sind;

und bei dem alle Schichten einem sehr hohen Druck zwischen 103 · 10&sup6; Pa (15 000 Pounds/Zoll²) und 120 · 10&sup6; Pa (17 000 Pounds/Zoll²) in der Form ausgesetzt sind, um die Sperrmaterial-Schicht (68, 70) fest zwischen die jeweils angrenzenden der Kernschicht (72) und der inneren und äußeren ersten Schichten (58, 60) zu pressen, um Kompressions-Diffusionsbindungen zwischen jeder der Sperrschichten (68, 70) und der Kernschicht (72) und der jeweils entsprechenden der inneren und äußeren ersten Schichten (58, 60) zu bilden;

und bei dem ein hoher Druck beibehalten wird, während die Vorformlinge abkühlen und abbinden, um das Separieren zwischen den Schichten (58, 60, 68, 70, 72) aufgrund von Schrumpfen zu verhindern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Stärke jeder der Sperrschichten (68, 70) in dem Vorformling (80) in der Größenordnung von 0,076 mm (0,003 Zoll) liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das außerdem den Schritt des Blasformens des Vorformlings zu einem Hohlkörper umfaßt, während die Schichten biaxial gestreckt und die Stärke der Schichten verringert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Stärke jeder der Sperrschichten (68, 70) in dem Hohlkörper (110) in der Größenordnung von 0,0076 mm (0,0003 Zoll) liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das thermoplastische Material aus der Gruppe ausgewählt wird, die PET, PP, PE, PVC und PC umfaßt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Sperrmaterial aus der Gruppe ausgewählt wird, die EVAL, EVOH und PVOH umfaßt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das erste und das zweite Thermoplast-Harz das gleiche Harz sind.