DE60023883T2

DE60023883T2 - Vorrichtung und verfahren zum spritzen von vorformlingen

Info

Publication number: DE60023883T2
Application number: DE2000623883
Authority: DE
Inventors: A. Gerald HUTCHINSON; A. Robert LEE
Original assignee: Advanced Plastics Technologies Ltd
Current assignee: Advanced Plastics Technologies Ltd
Priority date: 1999-04-21
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2020-04-11
Also published as: CN1613643A; AU2004231238A1; CN1367731A; JP2002542068A; US6352426B1; RU2312798C2; EP1185407B1; HK1049467B; AU2004231238B2; US20100109206A1; US6939591B2; CA2367430A1; RU2251484C2; AU4226100A; DE60023883D1; MXPA01010561A; US7261551B2; ES2253218T3; EP1671776A1; US20080029929A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zur Herzustellung von mit einer Sperrschicht versehenen Polyestern, vorzugsweise von mit einer Sperrschicht versehenem Polyethylenterephthalat (PET) und auf hieraus hergestellte Gegenstände. Vorzugsweise nimmt das mit einer Sperrschicht versehene PET die Gestalt von Vorformen an, welche mindestens eine Schicht eines Sperrschichtmaterials aufweisen sowie aus denselben durch Blasformverfahren hergestellte Flaschen.
Die Verwendung von Kunststoffbehältern als Ersatz für Glas- oder Metallbehälter für die Verpackung von Getränken ist immer beliebter geworden. Die Vorteile von Kunststoffverpackungen sind ein leichteres Gewicht, verminderter Bruch im Vergleich zu Glas und potentiell niedrigere Kosten. Der heutzutage am weit verbreitetest eingesetzte Kunststoff zur Herstellung von Getränkebehältern ist PET. Unbehandeltes PET ist von der FDA zur Anwendung im Kontakt mit den Lebensmitteln anerkannt worden. Aus PET hergestellte Behälter sind durchsichtig, dünnwandig, leichtgewichtig und sie besitzen die Fähigkeit ihre Form dadurch beizubehalten, dass sie den an den Wänden des Behälters durch den unter Druck stehenden Inhalt ausgeübten Kräften standhalten, wie zum Beispiel bei den kohlensäurehaltigen Getränken. PET-Harze sind ebenfalls ziemlich preiswert und einfach zu verarbeiten.
Trotz dieser Vorteile und der weit verbreiteten Anwendung desselben, liegt eine ernsthafte Schwachstelle im Hinblick auf die Anwendung von PET bei der Dünnwandigkeit der Behälter für Getränke: bei der Durchlässigkeit für Gase, wie zum Beispiel für Kohlendioxid und Sauerstoff. Diese Probleme sind von besonderer Bedeutung, wenn die Flasche klein ist. In einer kleinen Flasche ist das Verhältnis der Oberfläche zum Volumen groß, was es dem hierin befindlichen Gas ermöglicht, über eine große Fläche durch die Wände der Flasche hindurch zu diffundieren. Die Permeabilität der PET-Flaschen hat zur Folge, dass Soft Drinks durch den Austritt von Kohlendioxid einfach "flach" werden, ebenso verhält es sich mit Getränken, deren Geschmack durch das Eindringen von Sauerstoff verdorben wird. Infolge dieser Probleme sind die PET-Flaschen nicht für sämtliche, von der Industrie gewünschte Anwendungen geeignet, und für viele der bestehenden Anwendungen ist die Lagerfähigkeit der in PET-Flaschen verpackten Getränke kürzer als erwünscht.
Das U.S. Patent Nr. 5.464.106 von Slat, et al., beschreibt Flaschen, die durch das Blasformverfahren, ausgehend von solchen eine Sperrschicht aufweisenden Vorformen, gebildet worden sind. Die veröffentlichten Sperrmaterialien sind Polyethylennaphthalat, Saran, Copolymere von Ethylenvinylalkohol oder Copolymere aus Acrylnitril. Bei der Technologie gemäß Slat werden das Sperrmaterial und das Material, das die innere Wand der Vorform bilden soll, zusammen in Form eines Schlauches extrudiert. Dieser Schlauch wird anschließend in Längen zerschnitten, welche der Längsausdehnung der Vorform entsprechen, und derselbe wird anschließend ins Innere einer Form gelegt, worin die äußere Schicht oder Lage der Vorform über den Schlauch eingespritzt wird, um die fertige Vorform zu bilden. Die Vorform kann anschließend dem Blasformen unterzogen werden, um eine Flasche zu bilden. Die Schwachstellen dieses Verfahrens bestehen darin, dass die meisten veröffentlichten Sperrmaterialien nicht gut an dem PET haften, und dass das Verfahren selbst ziemlich platzaufwendig ist.
Eine Gruppe von Materialien mit guten Sperrschichteigenschaften besteht aus jenen, welche im dem U.S. Patent Nr. 4.578.295 von Jabarin veröffentlicht worden sind. Solche Sperrmaterialien umfassen Copolymere von Terephthalsäure. und Isophthalsäure mit Ethylenglycol und mit wenigsten einem Diol. Diese Materialart ist im Handel erhältlich als B-010 von Mitsui Petrochemical Ind. Ltd. (Japan). Diese Sperrmaterialien sind mit Polyethylenterephthalat vermischbar und sie bilden Mischungen von 80–90% PET und 10–20% Copolyester, aus welchem Sperrbehälter geformt werden. Die aus diesen Mischungen hergestellten Behälter stellen eine ungefähr 20–40% bessere Gassperre gegen den CO₂-Durchlass dar als PET allein. Trotzdem einige behauptet haben, dass dieses Polyester an dem PET haftet ohne aufzublättern, wurden die einzigen veröffentlichten Vorformen oder Behälter mit Mischungen aus diesen Materialien hergestellt.
Eine andere Materialiengruppe, die Polyamin-Polyepoxide, wurde für den Gebrauch als Gassperrbeschichtung vorgeschlagen. Diese Materialien können verwendet werden, um eine Sperrbeschichtung auf Polypropylen oder auf mit PET behandelten Oberflächen zu bilden, so wie dies in dem U.S. Patent Nr. 5.489.455 von Nugent, Jr. et al. beschrieben worden ist. Gewöhnlich liegen diese Materialien vor als eine Lösung oder als eine Zusammensetzung, die auf Wasser basiert und durch Wärme aushärtbar ist, und sie werden üblicherweise auf einen Behälter als Schicht drauf gespritzt und anschließend unter Hitze ausgehärtet, um die endgültige Sperrschicht zu bilden. Da es sich hierbei um durch die Wärme aushärtende Materialien handelt, sind diese Materialien nicht für den Gebrauch als Beschichtungen von Vorformen leitfähig, denn wenn die Schicht einmal bis ausgehärtet ist, dann kann sie nicht mehr durch Aufheizen aufgeweicht werden und sie kann demzufolge nicht mehr durch Blasverfahren geformt werden, im Gegensatz zu den thermoplastischen Materialien, die nach ihrem Auftragen zu irgendwelcher Zeit wieder aufgeweicht werden können.
Eine andere Art von Sperrbeschichtung, nämlich jene die in dem U.S. Patent Nr. 5.472.753 von Farha veröffentlicht worden ist, beruht auf dem Gebrauch eines Copolyesters, um die Haftung zwischen dem PET und dem Sperrmaterial zu bewerkstelligen. Farha beschreibt zwei Arten von Laminaten, ein dreischichtiges und ein zweischichtiges Laminat. In dem dreischichtigen Laminat, wird ein amorphes, thermoplastisches Copolyester angeordnet zwischen der Sperrschicht aus phenoxyähnlichem Thermokunststoff und der Schicht aus PET, um als Verbundschicht zwischen den inneren und den äußeren Schichten zu dienen. Im zweischichtigen Laminat wird der phenoxyähnliche Thermokunststoff zuerst mit einem amorphen, thermoplastischen Copolyester gemischt und anschließend wird diese Mischung auf den PET aufgetragen, um eine Sperre zu bilden. Diese Laminate werden entweder durch Extrusion oder durch Spritzgießen hergestellt, wobei es einer jeden Schicht ermöglicht wird abzukühlen, bevor die nächste Materialschicht eingespritzt wird.
Die PCT Anmeldung Nummer PCT/US95/17011, von Collette et al., welche am 4. Juli 1996 veröffentlicht worden ist, beschreibt ein Verfahren, um die mehrschichtigen Vorformen zu kühlen. Die veröffentlichte Vorrichtung umfasst einen multiple Flächen aufweisenden Drehturm, bei welchem eine jede Fläche eine regelmäßige Anordnung von Kernen trägt. Diese Kerne werden in entsprechende Formhohlräume eingeführt. Multiple Gießströme werden zusammen gebracht und gemeinsam in einen jeden Hohlraum hinein gespritzt, um auf einem jeden Kern eine mehrschichtige Vorform zu bilden. Nachdem die Vorform eingespritzt ist, werden die Kerne von den Hohlräumen entfernt und der Turm wird gedreht, um so den Formhohlräumen einen neuen Satz von Kernen zu präsentieren. Die eben eingespritzten Vorformen bleiben auf den Kernen und kühlen ab, während Vorformen an einer anderen regelmäßigen Anordnung von Kernen gebildet werden. Die Nachteile der Anmeldung von Collette erstrecken sich darauf, dass das gemeinsame Einspritzen zu Vorformen führt, welche nicht zusammenhängend sind und unvorhersehbare Beschichtungen aufweisen. Auf diese Weise würde die Verteilung von Sperrmaterialien in einer solchen Vorform unvorhersehbar sein und sie würde zu einer Vorform führen, welche unzuverlässige Sperreigenschaften besitzt.
Da PET-Behälter durch Spritzgießen unter Anwendung von nur einer einzigen PET-Einspritzung hergestellt werden können, ist die Herstellung verhältnismäßig einfach und die Dauer für den Herstellungszyklus ist kurz. Auf diese Weise sind die PET-Behälter preiswert. Selbst wenn bekannte Sperrmaterialien mit PET verbunden werden können, um einen abdichtbaren Behälter mit zuverlässigen Sperreigenschaften zu schaffen, so sind Verfahren und Geräte zum Herstellen von solchen Behältern im Rahmen einer konkurrenzfähigen Zyklusdauer und von konkurrenzfähigen Kosten nicht angesprochen worden. Nun ist aber die Dauer des Herstellungszyklus besonders wichtig, da eine kürzere Zyklusdauer es dem Hersteller ermöglicht, eine bessere Ausnützung seiner Kapitalanlage zu erlangen. Aus diesem Grunde gestattet eine kürzere Zyklusdauer einen höheren Ausstoß und niedrigere Herstellungskosten für die Behälter. Eine Kosten sparende Herstellung wäre notwendig, um eine gesunde Variante zu den einschichtigen PET Behältern zu entwickeln.
Somit bleibt die Notwendigkeit bestehen für eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von mit einer Sperrschicht versehenen PET-Vorformen und Behältern, welche preisgünstig, kosmetisch ansprechend und einfach herzustellen sind und welche gute Sperreigenschaften und gute physikalische Eigenschaften aufweisen, was aber unerfüllt bleibt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Form für Spritzgießvorformen, welche einen Satz von Dornen und mindestens einen ersten Satz von Hohlräumen aufweist, wobei ein jeder Dorn eine Wand und ein Rohr zur Versorgung mit einem Kühlmittel aufweist, welches innerhalb des Dorns angeordnet ist, um ein zirkulierendes Kühlmittel an das untere Ende des Dorns zu liefern, wobei ein jeder der Hohlräume des ersten Satzes einen Einlauf zum Einspritzen einer Plastikschmelze aufweist, und wobei mindestens ein Teilstück des Hohlraumes und/oder des Dorns ein Material mit hoher Wärmeübertragung enthält.
Vorteilhafterweise weist die Form gemäß der Erfindung weiterhin einen zweiten Satz von Hohlräumen auf, wobei ein jeder der Hohlräume des zweiten Satzes einen Einlauf zum Einspritzen einer Plastikschmelze aufweist, wobei mindestens ein Teilstück des Hohlraumes ein Material mit hoher Wärmeübertragung enthält, wobei mindestens ein Teilstück von einem oder von mehreren der Hohlräume ein Material mit hoher Wärmeübertragung enthält oder wobei mindestens ein Teilstück der Dorne ein Material mit hoher Wärmeübertragung enthält.
In der Form gemäß der Erfindung weist die Fläche des Einlaufs eines jeden Hohlraumes einen Einsatz aus einem Material mit hoher Wärmeübertragung auf, und das untere Ende eines jeden Dornes enthält ein Material mit hoher Wärmeübertragung.
Vorzugsweise ist in der Form gemäß der Erfindung ein erster leerer Raum zwischen einem jeden Dorn und einem jeden Hohlraum des ersten Satzes definiert und es ist ein jeder Hohlraum des ersten Satzes in der Größe so zugeschnitten und so angepasst, dass der leere Raum in der Nähe eines Einlaufs des Hohlraumes dünner ist als entlang einem Körper des Hohlraumes, und es ist ein zweiter Hohlraum zwischen einem jeden Dorn und einem jeden Hohlraum des zweiten Satzes definiert, und es ist ein jeder Hohlraum des zweiten Satzes in der Größe und der Form so zugeschnitten und so geformt, dass der leere Raum in der Nähe eines Einlaufs des Hohlraumes größer ist als entlang einem Körper des Hohlraumes.
Vorzugsweise umfasst die Form ferner ein Lufteinblassystem, bei welchem das Lufteinblassystem umfasst: eine Luftdruckquelle, eine Einkerbung, welche eine Öffnung in einen jeden Hohlraum hinein bildet, und eine Luftleitung welche einen Durchgang zwischen der Luftquelle und der Öffnung bildet, sowie mindestens ein Ventil, welches sich zwischen der Luftquelle und der Öffnung befindet.
Vorzugsweise ist die Wand des Dorns ungefähr 2,54 bis 7,62 mm (1.1 bis 0,3 Zoll) dick und weist eine im Wesentlichen eine gleichmäßige Dicke auf.
In der Form gemäß der Erfindung weisen die Dorne und ein erster Satz von Hohlräumen getrennte Kühlsysteme auf und die Dorne sind auf einem rotierenden Drehtisch befestigt.
Vorzugsweise wird eine gehärtete Oberflächenschicht mit einer Dicke zwischen annähernd 0,025 mm und 0,127 mm (0.001 und 0.005 Zoll) über das Material mit hoher Wärmeübertragung hinweg gebildet, und das Schichtmaterial wird aus der Gruppe gewählt, welche Titannitrid und hartes Chrom umfasst, und die Hohlraumstücke sind der Länge nach aufgeraut durch ein Aufraumittel mit einem Körnungsdurchmesser zwischen etwa 400–700.
Ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spritzgießen von mehrschichtigen Vorformen, welche aufweist: die Form gemäß der Erfindung, den ersten Satz von Hohlräumen in Verbindung mit einer ersten Schmelzquelle und den zweiten Satz von Hohlräumen in Verbindung mit einer zweiten Schmelzquelle, einen in mindestens zwei Stationen unterteilten Drehtisch, wobei mindestens ein Dorn auf einer jeden Station angeordnet ist, wobei der Drehtisch angepasst ist, um eine jede Station in eine erste Position zu drehen, in welcher ein Dorn an der Station mit einem Hohlraum in dem ersten Satz in Interaktion tritt, um eine erste Vorformschicht zu bilden, und alsdann in eine zweite Position zu drehen, in welcher der Dorn, der die erste Vorformschicht auf sich trägt, mit einem Hohlraum in dem zweiten Satz in Interaktion tritt, um eine zweite Vorformschicht zu bilden, womit eine mehrschichtige Vorform hergestellt wird und worin der Drehtisch vorzugsweise an mindestens eine Kühlposition heran gedreht wird, an welcher die mehrschichtige Vorform auf dem Dorn verbleibt, um abzukühlen, und linear beweglich ist, um so die Dorne mit den Formhohlräumen in Eingriff zu bringen.
Vorzugsweise ist ein jeder Abschnitt des Drehtisches unabhängig linear beweglich.
Des Weiteren weist die Vorrichtung gemäß der Erfindung auch eine Ausstoßvorrichtung zum Entfernen der geformten Vorform von einem jeden Dorn auf.
Ein letzter Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen einer mehrschichtigen Vorform, welches die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst:
ein Bereitstellen der Vorrichtung gemäß der Erfindung;
ein Drehen des Drehtisches, so dass eine erste Station, welche zwei oder mehrere Dorne aufweist, mit einem ersten Satz von Hohlräumen ausgerichtet wird;
ein Ineinandergreifen der Dorne der ersten Station mit den Hohlräumen des ersten Satzes und ein Einspritzen einer Schmelze eines ersten Materials, um eine erste Vorformschicht auf einem jeden Dorn herzustellen;
ein Kühlen der ersten Vorformschicht in dem ersten Hohlraum der Form, so dass eine Außenschicht auf mindestens einer Oberfläche der ersten Vorformschicht gebildet wird;
ein Loslösen des Eingriffs der Dorne von dem ersten Satz der Hohlräume, während die erste Vorformschicht auf einem jeden Dorn gehalten wird;
ein Drehen des Drehtisches derart, dass die erste Station mit einem zweiten Satz von Hohlräumen ausgerichtet wird;
ein Ineinandergreifen der Dorne der ersten Station mit den Hohlräumen des zweiten Satzes und ein Einspritzen einer Schmelze eines zweiten Materials, um eine zweite Vorformschicht oben auf der ersten Vorformschicht zu bilden, wodurch eine mehrschichtige Vorform auf einem jeden Dorn gebildet wird;
ein Kühlen der mehrschichtigen Vorform in dem zweiten Formhohlraum, so dass eine Außenschicht auf mindestens einer Oberfläche der mehrschichtigen Vorform gebildet wird; und
ein Loslösen des Eingriffs der Dorne von dem zweiten Satz der Hohlräume, während die mehrschichtige Vorform auf einem jeden Dorn gehalten wird.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren des Weiteren den Schritt des Rotierens des Drehtisches in eine dritte Position, in welcher die Dorne nicht mit Hohlräumen ausgerichtet sind und es auf diese Weise den mehrschichtigen Vorformen ermöglicht wird über den Dornen abzukühlen, und das Verfahren umfasst des Weiteren ein Entfernen der mehrschichtigen Vorformen von den Dornen.
Vorzugsweise werden bei dem Verfahren zum Spritzgießen einer mehrschichtigen Vorform gemäß der Erfindung die mehrschichtigen Vorformen unter Verwendung eines Roboters entfernt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen aus PET, welche auf ihren Oberflächen mit einer oder mit mehreren dünnen Schichten aus einem thermoplastischen Material mit guten Gassperreigenschaften beschichtet sind. Vorzugsweise liegen die Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung in der Form von Vorformen und Behältern vor.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine mit einer Sperrschicht beschichtete Vorform geliefert, welche eine Schicht aus Polyester und eine Sperrschicht aus einem Sperrmaterial umfasst, wobei die Schicht aus Polyester dünner an der Endkappe ist als in dem Wandteil und die Sperrschicht dicker an der Endkappe ist als in dem Wandteil.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus einem mit einer Sperrschicht versehenen Polyester geliefert. Ein Gegenstand aus Polyester mit mindestens einer inneren Oberfläche und einer äußeren Oberfläche wird geformt durch Einspritzen von geschmolzenem Polyester durch einen ersten Einlauf hinein in den Raum, welcher definiert wird durch eine erste Formhälfte und eine Formkernhälfte, wobei die erste Formhälfte und die Formkernhälfte durch eine zirkulierende Flüssigkeit gekühlt werden und die erste Formhälfte im Kontakt steht mit der äußeren Oberfläche aus Polyester und die Formkernhälfte im Kontakt steht mit der inneren Oberfläche des Polyesters. Demzufolge wird es dem geschmolzenen Polyester ermöglicht, mit den Formhälften in Berührung zu bleiben, bis sich eine Außenhaut an den inneren und äußeren Oberflächen aus Polyester gebildet hat, welche einen Kern aus geschmolzenem Polyester umgibt. Die erste Formhälfte wird alsdann von dem Gegenstand aus Polyester entfernt und die Außenhaut an der äußeren Oberfläche des Polyesters wird durch die von dem Kern aus geschmolzenem Polyester ausgehende Wärmeübertragung erweicht, während die innere Oberfläche des Polyesters durch die ständige Berührung mit der Formkernhälfte gekühlt wird. Der Gegenstand aus Polyester, noch immer auf der Formkernhälfte, wird dann in eine zweite Formhälfte geführt, in welcher die zweite Formhälfte durch die zirkulierende Flüssigkeit gekühlt wird. Bei dem Beschichtungsschritt wird die Sperrmaterial enthaltende Sperrschicht auf die äußere Oberfläche des Polyesters aufgebracht durch Einspritzen von geschmolzenem Sperrmaterial durch einen zweiten Einlass hinein in den Raum, welcher definiert ist durch die zweite Formhälfte und die äußere Oberfläche des Polyesters, um so den mit einer Sperrschicht versehenen Gegenstand aus Polyester zu bilden. Die zweite Formhälfte wird anschließend von dem mit einer Sperrschicht versehenen Gegenstand entfernt, und dann wird der mit einer Sperrschicht versehene Gegenstand von der Formkernhälfte entfernt. Die Sperrmaterialien, die bei dem Verfahren gebraucht werden, umfassen Sperrmaterialien aus Copolyester, phenoxyähnliche Thermoplaste, Polyamide, Polyethylennaphthalat, Polyethylennaphthalat-Copolymere, Mischungen aus Polyethylennaphthalat/Polyethylenterephthalat und aus Verbindungen derselben.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren geliefert zur Herstellung und zum Beschichten von Vorformen. Das Verfahren beginnt mit dem Schließen einer Form, welche eine stationäre Hälfte und eine bewegliche Hälfte umfasst, wobei die stationäre Formhälfte mindestens einen Vorformformungshohlraum und einen Vorformbeschichtungshohlraum umfasst und wobei die bewegliche Formhälfte eine drehbare Platte aufweist, auf welcher eine Anzahl von Dornen montiert ist, welche die gleich ist wie die Summe der Anzahl an Vorformformungshohlräumen und an Vorformbeschichtungshohlräumen. Die übrigen Schritte erstrecken sich auf: ein Einspritzen eines ersten Materials in den durch einen Dorn und einen Vorformformungshohlraum definierten Raum, um eine Vorform zu bilden, welche eine innere Oberfläche und eine äußere Oberfläche besitzt; ein Öffnen der Form; ein Drehen der drehbaren Platte; ein Schließen der Form; ein Einspritzen eines zweiten Materials in den durch die äußere Oberfläche der Vorform und den Vorformbeschichtungshohlraum definierten Raum, um so eine beschichtete Vorform zu bilden; ein Öffnen der Form, ein Entnehmen der beschichteten Vorform.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführung, welche Merkmale gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, wird eine Vorrichtung für das Spritzgießen von mehrschichtigen Vorformen geliefert. Die Vorrichtung umfasst erste und zweite Formhohlräume, welche mit jeweiligen ersten und zweiten Schmelzquellen in Verbindung stehen. Ein Drehtisch wird geliefert und er ist unterteilt in eine Vielzahl von Stationen mit mindestens einem Formenkern auf einer jeden Station. Der Drehtisch ist ausgebildet, um eine jede der Stationen in eine erste Position zu drehen, an welcher ein Kern auf der Station mit dem ersten Formhohlraum in Interaktion tritt, um eine erste Vorformschicht zu bilden, anschließend in eine zweite Position, an welcher der Kern mit dem zweiten Formhohlraum in Interaktion tritt, um eine zweite Vorformschicht zu bilden. Schlussendlich ist der Drehtisch des Weiteren ausgebildet, um die Station zu mindestens einer Abkühlposition zu drehen, wo die geformte Vorform zum Abkühlen auf dem Kern bleibt.
Entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführung, welche Merkmale entsprechend der vorliegenden Erfindung aufweist, wird eine Formvorrichtung zum Formen von mehrschichtigen Vorformen geliefert. Die Formvorrichtung besitzt einen ersten Formkörper, welcher ausgelegt ist, um rundum einen Formkern angepasst zu werden und um dazwischen einen ersten Schichthohlraum zu definieren, eine erste Einlassfläche und er steht mit einer ersten Schmelzquelle in Verbindung. Ein zweiter Formkörper ist ausgelegt, um rundum eine erste Vorformschicht angepasst zu werden, welche auf dem Formkern angeordnet ist, um dazwischen einen zweiten Schichthohlraum zu definieren, er besitzt eine zweite Einlassfläche, und er steht mit einer zweiten Schmelzquelle in Verbindung. Mindestens eine der Einlassflächen besitzt darin eingefügte Metalleinlagen aus Ampcoloy.
Entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführung, welche Merkmale entsprechend der vorliegenden Erfindung aufweist, wird eine Formvorrichtung zum Formen von mehrschichtigen Vorformen geliefert. Die Formvorrichtung besitzt einen ersten Formkörper, welcher ausgelegt ist, um rundum einen Formkern angepasst zu werden, um dazwischen einen ersten Schichthohlraum zu definieren. Der erste Schichthohlraum besitzt ein unteres Ende und einen Hauptkörper. Der erste Formkörper steht mit einer ersten Schmelzquelle in Verbindung und er weist eine erste Einlassfläche neben der Basis am Ende des ersten Schichthohlraums auf. Eine Wandstärke des Hohlraums am Ende der Basis ist geringer als die Wandstärke des Hauptkörpers des Hohlraums. Die Formvorrichtung besitzt ebenfalls einen zweiten Formkörper, der ausgelegt ist, um rundum eine erste Vorformschicht angepasst zu werden, welche auf dem Formkern angebracht ist, welcher dazwischen einen zweiten Schichthohlraum bildet. Der zweite Formkörper steht mit einer zweiten Schmelzquelle in Verbindung und weist eine zweite Einlassfläche auf.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführung, welche Merkmale entsprechend der vorliegenden Erfindung aufweist, wird eine Formvorrichtung zum Formen von mehrschichtigen Vorformen geliefert. Die Form besitzt einen Dorn und erste und zweite Hohlräume. Der Dorn ist hohl und weist eine im Wesentlichen gleichmäßige Wandstärke auf. Ein Kühlmittelzufuhrrohr ist zentral in dem hohlen Dorn angebracht, um Kühlmittel direkt an ein unteres Ende des Dornes zu liefern. Der erste Hohlraum besitzt einen Einlass zum Einspritzen von flüssigem Kunststoff. Eine Einlassfläche des Hohlraums besitzt einen Einsatz aus einem Material, das höhere Wärmedurchgangseigenschaften aufweist als der größte Teil des Hohlraumes.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung, welche Merkmale entsprechend der vorliegenden Erfindung aufweist, wird ein Verfahren zur Verbesserung der Leistung des Spritzgießens geliefert. Das Verfahren umfasst das Anbringen einer Öffnung in einer Wand eines Formhohlraums. Die Öffnung ist so dimensioniert und angepasst, dass geschmolzener Kunststoff im Wesentlichen nicht in diese Öffnung eindringen wird. Ein Verbindungsweg wird gebildet und er verbindet die Öffnung mit einer Druckluftquelle. Das Verfahren sieht des Weiteren das Anbringen eines Schiebers zwischen der Öffnung und der Druckluftquelle vor.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung, welche Merkmale entsprechend der vorliegenden Erfindung aufweist, wird ein Verfahren für das Spritzgießen und das Kühlen einer mehrschichtigen Vorform geliefert. Das Verfahren beinhaltet die nachstehenden Schritte: ein Bereitstellen eines Formkernes, welcher auf einem Drehtisch angebracht ist und welcher ein internes Kühlsystem besitzt, ein Drehen des Drehtisches, so dass der Kern mit einem ersten Formhohlraum ausgerichtet ist, ein Einführen des Kernes in den ersten Formhohlraum und ein Einspritzen einer Schmelze, um eine erste Schicht der Vorform herzustellen. Die erste Vorformschicht wird zum Abkühlen im Innern des Formhohlraums gehalten bis sich auf der Schichtoberfläche eine Außenschicht gebildet hat, aber das Inneres der Schicht bleibt im Wesentlichen in dem geschmolzenen Zustand. Anschließend wird der Kern von dem ersten Formhohlraum entfernt, während die geformte Vorformschicht auf dem Kern zurückgehalten wird, und der Drehtisch wird gedreht, derart dass der Kern mit einem zweiten Formhohlraum ausgerichtet wird. Der Kern wird in Eingriff mit dem zweiten Formhohlraum gebracht und es wird eine Schmelze eingespritzt, um eine zweite Vorformschicht über der ersten Vorformschicht zu bilden. Der Kern wird von dem zweiten Formhohlraum entfernt, während die geformte Vorform auf dem Kern zurückgehalten wird, und der Drehtisch wird gedreht, derart dass der Kern und die Vorform sich in einer Kühlposition befinden, während die Vorform auf dem Kern abkühlt. Die Vorform wird schließlich von dem Kern entfernt.
Entsprechend einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Laminat geliefert, welches mindestens eine Schicht aus Polyethylenterephthalat enthält, welche direkt auf mindestens einer Schicht aus Sperrmaterial anhaftet. Das Polyethylenterephthalat hat einen Isophthalsäuregehalt von mindestens ungefähr 2 Gew.-%. Benützte Sperrmaterialien können sein; Sperrmaterialien aus Copolyester, phenoxyähnliche Thermoplaste, Polyamide, Polyethylennaphthalat, Copolymere aus Polyethylennaphthalat, Mischungen aus Polyethylennaphthalat/Polyethylenterephthalat und Verbindungen derselben. In bevorzugten Ausführungen wird das Laminat in der Form von Vorformen und Behältern geliefert.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorform geliefert, welche mindestens zwei Schichten enthält, wobei die erste Schicht an der Endkappe dünner ist als an dem Wandteil und wobei die zweite Schicht an der Endkappe dicker ist als an dem Wandteil. Die erste Schicht enthält Polyethylenterephthalat mit einem Isophthalsäuregehalt von mindestens ungefähr 2 Gew.-% und die zweite Schicht enthält ein Sperrmaterial. Benützte Sperrmaterialien können sein; Sperrmaterialien aus Copolyester, phenoxyähnliche Thermoplaste, Polyamide, Polyethylennaphthalat, Copolymere aus Polyethylennaphthalat, Mischungen aus Polyethylennaphthalat/Polyethylenterephthalat und Verbindungen derselben.
Mit dem Zweck eine Zusammenfassung der Erfindung und der erreichten Vorteile gegenüber dem Stand der Technik zu liefern, wurden weiter oben verschiedene Ziele und Vorteile der Erfindung beschrieben. Selbstverständlich muss verstanden werden, dass nicht notwendigerweise alle diese Ziele oder Vorteile gemäß irgendeiner besonderen Ausführung der Erfindung erreicht werden. So zum Beispiel werden diejenigen, die sich in dieser Technik auskennen, zur Kenntnis nehmen, dass die Erfindung in einer Art und Weise verkörpert oder ausgeführt werden kann, die einen Vorteil oder eine Gruppe von Vorteilen erreicht oder optimiert, so wie dies hierin gelehrt wird, ohne notwendigerweise andere Ziele oder Vorteile zu erreichen, so wie dies hierin gelehrt oder angedeutet worden sein kann.
Alle diese Ausführungen sind dazu bestimmt, innerhalb des Bereiches der hierin veröffentlichten Erfindung zu liegen. Diese und andere Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden ohne weiteres offenbar werden für diejenigen, die sich in dieser Technik auskennen, durch die nun folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungen mit Bezugnahme auf die angefügten Figuren, wobei die Erfindung nicht auf irgendeine oder mehrere der besonders bevorzugten Ausführungen zu begrenzen ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine unbeschichtete Vorform, so wie sie als Anfangsmaterial für Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung gebraucht wird.
2 ist ein Querschnitt durch eine bevorzugte unbeschichtete Vorform von derjenigen Art, welche entsprechend einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einer Sperrschicht versehen ist.
3 ist ein Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführung einer mit einer Sperrschicht versehenen Vorform gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Querschnitt durch eine weitere bevorzugte Ausführung einer mit einer Sperrschicht versehenen Vorform einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
4A ist eine Vergrößerung eines Schnittes durch einen Wandteil einer Vorform, so etwa wie diejenige, die durch ein LIM-Überspritzverfahren hergestellt worden ist. Nicht alle Vorformen von der Art nach 4, hergestellt gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, werden diese Art von Schichtanordnung besitzen.
5 ist ein Querschnitt durch eine andere Ausführung einer mit einer Sperrschicht versehenen Vorform einer Ausführung gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Querschnitt durch eine bevorzugte Vorform in dem Hohlraum einer Blasformvorrichtung von einem Typus, welche benützt werden könnte, um einen mit einer Sperrschicht versehenen, bevorzugten Behälter einer Ausführung gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen.
7 ist eine bevorzugte Ausführung eines mit einer Sperrschicht versehenen Behälters gemäß der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführung eines mit einer Sperrschicht versehenen Behälters, welcher Eigenschaften gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.
9 ist ein Querschnitt durch eine Spritzgießform von einem Typ, welche benutzt werden könnte, um eine bevorzugte mit einer Sperrschicht versehenen Vorform gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen.
10 und 11 sind zwei Hälften einer Formmaschine, um mit einer Sperrschicht versehene Vorformen herzustellen.
12 und 13 sind zwei Hälften einer Formmaschine, um achtundvierzig doppelschichtige Vorformen herzustellen.
14 ist eine perspektivische Ansicht einer Form mit Dornen, welche sich teilweise innerhalb der Hohlräume befinden.
15 ist eine perspektivische Ansicht einer Form mit Dornen, welche vollständig aus den Formhohlräumen herausgezogen sind, dies vor der Drehung.
16 ist eine dreischichtige Ausführung einer Vorform.
17 ist eine Vorderansicht einer bevorzugten Ausführung einer Vorrichtung zur Herstellung von Vorformen gemäß der vorliegenden Erfindung.
18 ist ein Querschnitt durch die Vorrichtung nach der 17, aufgenommen entlang den Linien 18-18.
19 ist ein Diagramm, welches die relativen Stellungen der Stationen der Vorrichtung nach der 17 während eines Herstellungszyklus zeigt.
20 ist eine Vorderansicht einer weiteren bevorzugten Ausführung einer Vorrichtung zur Herstellung von Vorformen gemäß der vorliegenden Erfindung.
21 ist eine Nahaufnahme einer Station und eines Stellantriebes der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
22 ist eine Vorderansicht einer weiteren bevorzugten Ausführung einer Vorrichtung zur Herstellung von Vorformen gemäß der vorliegenden Erfindung.
23 ist eine Vorderansicht der Vorrichtung nach der 22 in einer geschlossenen Stellung.
24 ist ein Diagramm, welches die relativen Stellungen der Stationen der Vorrichtung nach der 22 während eines Herstellungszyklus zeigt.
25 ist ein Schema eines lamellaren Spritzgießformsystems (LIM).
26 ist ein Querschnitt einer Spritzgießform eines Typs, welcher zur Herstellung einer bevorzugten Vorform gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt werden könnte.
27 ist ein Querschnitt einer Form nach der 26, aufgenommen entlang den Linien 27-27.
28 ist eine aufgeschnittene Nahaufnahme der durch die Linie 28 definierten Fläche nach der 26.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
A. Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Verfahren und auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffartikeln mit Beschichtungen, welche eine oder mehrere Schichten eines thermoplastischen Materials mit guten Gassperreigenschaften umfassen. So wie dies zurzeit betrachtet wird, ist eine Ausführung eines mit einer Sperrschicht versehenen Artikels eine Flasche von der Art wie sie für Getränke benützt wird. Wahlweise könnten Ausführungen von mit einer Sperrschicht versehenen Artikeln gemäß der vorliegenden Erfindung die Form von Krügen, Bechern, Schalen oder Flaschen zur Aufbewahrung von flüssigen Lebensmitteln annehmen. Jedoch, der Einfachheit halber, werden diese Ausführungen hierin in erster Linie beschrieben im Zusammenhang mit Getränkeflaschen und mit den Vorformen, aus welchen sie im Blasverfahren hergestellt werden.
Des Weiteren wird die Erfindung hierin gezielt beschrieben im Zusammenhang mit Polyethylenterephthalat (PET), jedoch ist sie ebenfalls für viele andere Thermoplaste der Art der Polyester einsetzbar. Beispiele von solchen anderen Materialien erstrecken sich auf 2,6- und 1,5 Naphthalat von Polyethylen (PEN), PETG, Polytetramethylen, 1,2-Dioxybenzoat und auf Copolymere von Ethylenterephthalat und Ethylenisophthalat.
In besonders bevorzugten Ausführungen wird "hohes IPA PET" als das Polyester verwendet, welches mit einer Sperrschicht versehen wird. So wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck "hohes IPA PET" auf solches PET, welchem während der Herstellung IPA hinzugefügt worden ist, um ein Copolymer zu bilden, in welchem der IPA-Gehalt mehr als annähernd 2 Gew.-% betragen kann, vorzugsweise 2–10 Gew.-% IPA; stärker bevorzugt sind 3–8%, am meisten bevorzugt sind annähernd 4–5 Gew.-% IPA. Der am weitesten bevorzugte Bereich basiert auf den laufenden FDA-Bestimmungen, welche nicht gestatten, dass PET-Materialien, welche einen IPA-Anteil von mehr als 5% beinhalten, mit Lebensmittel oder Getränken in Berührung kommen sollen. Falls solche Bestimmungen keine Bedenken auslösen, so wird ein IPA-Gehalt von 5–10% bevorzugt. So wie hierin benützt erstreckt sich "PET" auf "hohes IPA PET".
Das hohe IPA PET (mehr als 2 Gew.-%) wird vorgezogen, weil der Erfinder erstaunlicherweise entdeckt hat, dass der Gebrauch von hohem IPA PET bei den Verfahren zur Herstellung von Sperrvorformen und Behältern eine bessere Haftung der Zwischenlagen verschafft, wie dies bei denjenigen Laminaten der Fall ist, welche PET enthalten aber ohne IPA oder mit nur wenig IPA. Zusätzlich ist herausgefunden worden, dass sich die Haftung der Zwischenlagen verbessert, wenn der IPA Gehalt ansteigt. Die Eingliederung von höheren Mengen an IPA in das PET führt zu einer Verminderung der Kristallisationsrate des Materials mit hohem IPA PET im Vergleich zu dem PET-Homopolymer, oder zu dem PET, welches niedrigere Mengen an IPA aufweist. Die Abnahme der Kristallisationsrate gestattet eine Herstellung von PET-Schichten (hergestellt aus hohem IPA PET), welche ein niedrigeres Niveau an Kristallinität aufweisen, als dasjenige das mit niedrigem IPA PET oder mit PET-Homopolymer erreicht wird, wenn dieselben durch ähnliche Verfahren zu Sperrvorformen verarbeitet werden. Die niedrigere Kristallinität des hohen IPA PET ist wichtig zur Reduzierung der Kristallinität auf der Oberfläche des PET, das heißt, die Zwischenfläche zwischen dem PET und dem Sperrmaterial. Eine niedrigere Kristallinität ermöglicht eine bessere Haftung zwischen den Schichten und sie liefert zudem durchsichtigere Behälter im Anschluss an das Blasformverfahren der Vorform.
Vorzugsweise weisen die Vorformen oder Behälter die Sperrbeschichtung auf ihren äußeren Oberflächen oder innerhalb der Wand des Behälters auf. Im Gegensatz zu dem Verfahren von Slat, wo mehrschichtige Vorformen hergestellt werden, in welchen die Schichten ohne weiteres getrennt sind, haftet bei den Ausführungen gemäß der vorliegenden Erfindung das thermoplastische Sperrmaterial direkt und stark an der PET-Oberfläche und es ist ohne weiteres hiervon zu trennen. Die Haftung zwischen den Schichten ergibt sich ohne den Gebrauch von irgendwelchen zusätzlichen Materialien, wie zum Beispiel von Klebstoff oder von einer Bindeschicht. Die beschichteten Vorformen werden verarbeitet, vorzugsweise durch Dehnungsblasverfahren, um Flaschen unter Verwendung von Verfahren und Bedingungen zu produzieren, welche ähnlich sind wie diejenigen, welche für unbeschichtete PET-Vorformen benützt werden. Die sich ergebenden Behälter sind stark, widerstandsfähig gegen Kriechen und kosmetisch anziehend, auch haben sie gute Gassperreigenschaften.
Eine oder mehrere Schichten von Sperrmaterialien werden bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet. So wie dieselben hierin gebraucht werden, beziehen sich die Ausdrücke "Sperrmaterial", "Sperrharz" und ähnliche, auf solche Materialien die, falls sie zum Formen von Gegenständen verwendet werden, vorzugsweise ähnlich physikalische Schlüsseleigenschaften besitzen wie PET, gut an dem PET haften und eine niedrigere Durchlässigkeit für Sauerstoff und Kohlendioxid aufweisen als PET.
Wenn bis einmal ein gutes Sperrmaterial ausgewählt worden ist, dann werden eine Vorrichtung und ein Verfahren benötigt, um einen Behälter, der das Sperrmaterial benützt, kostengünstig herzustellen. Ein wichtiges Verfahren und eine dazugehörige Vorrichtung implizieren die Verwendung einer Spritzgießvorrichtung in Zusammenarbeit mit einer Form, welche einen Dorn oder einen Kern sowie einen Hohlraum aufweist. Eine erste Schicht einer Vorform wird zwischen dem Dorn und einem ersten Formhohlraum gebildet, wenn ein geschmolzener Polyester hierin eingespritzt wird. Die erste Schicht bleibt auf dem Dorn, wenn der Dorn aus dem Hohlraum herausgezogen wird, bewegt wird und in einen zweiten Formhohlraum eingeführt wird. Eine zweite Schicht des Materials, vorzugsweise eine Sperrschicht oder eine Sperrmaterial enthaltende Schicht, wird alsdann über die bestehende erste Vorformschicht eingespritzt. Der Dorn und die begleitende Vorform werden dann aus dem zweiten Hohlraum herausgezogen und ein Roboter entfernt die Vorform von dem Dorn. Während der Roboter die Vorform abkühlt, steht der Dorn für einen weiteren Formzyklus zur Verfügung.
Bei einer anderen Ausführung behält die Vorrichtung die Vorform, nach dem Entfernen aus dem zweiten Formhohlraum, auf dem Dorn und schaltet aber den Dorn aus dem Wege der Formhohlräume, um so die neue Vorform abzukühlen. Während dieser Zeit treten andere Dorne der Vorrichtung in die Wechselbeziehung mit den Formhohlräumen, um Vorformschichten zu bilden. Nachdem die Vorform genügend abgekühlt ist, wird sie von dem Dorn entfernt mit Hilfe eines Roboters oder einer anderen Einrichtung und der Dorn steht zur Verfügung, um den Vorgang von neuem zu beginnen. Dieses Verfahren und diese Vorrichtung gestatten ein Abkühlen der Vorformen auf dem Dorn, ohne die Zyklusdauer wesentlich zu verlängern.
Eine Anzahl von Sperrmaterialien, welche die erforderte niedrige Durchlässigkeit für Gase besitzen, wie zum Beispiel für Sauerstoff und Kohlendioxid, sind bei den Ausführungen gemäß der vorliegenden Erfindung von Nutzen, wobei die Auswahl des Sperrmaterials teilweise von dem Modus oder der Anwendung abhängt, so wie dies nachstehend beschrieben wird. Bevorzugte Sperrmaterialien zur Verwendung bei den Sperrbeschichtungen fallen in zwei Hauptkategorien: (1) Copolyester von Terephthalsäure, Isophthalsäure und mindestens einem Diol, welche im Vergleich zu PET gute Sperreigenschaften aufweisen, so wie jene welche in dem U.S. Patent Nr. 4.578.295 von Jabarin offenbart werden und welche im Handel als B-010 (Mitsui Petrochemical Ind. Ltd., Japan) erhältlich sind; und (2) hydroxyfunktionale Poly(amidether), so wie jene welche in den U.S. Patenten Nr. 5.089.588 und 5.143.998 beschrieben werden, Poly(hydroxyamidether), so wie jene welche in dem U.S. Patent Nr. 5.134.218 beschrieben werden, Polyether, so wie jene welche in den U.S. Patenten Nr. 5.115.075 und 5.218.075 beschrieben werden, hydroxyfunktionale Polyether, so wie jene welche in dem U.S. Patent Nr. 5.164.472 beschrieben werden, hydroxyfunktionale Poly(ethersulfonamide), so wie jene welche in dem U.S. Patent Nr. 5.149.768 beschrieben werden, Poly(hydroxyesterether), so wie jene welche in dem U.S. Patent Nr. 5.171.820 beschrieben werden, Polymere von Hydroxyphenoxyether, so wie jene welche in dem U.S. Patent Nr. 5.814.373 beschrieben werden und Poly(hydroxyaminether) ("PHAE"), so wie jene welche in dem U.S. Patent Nr. 5.275.853 beschrieben werden. Die Sperrmaterialien, so wie sie vorher unter (1) beschrieben worden sind, werden hierin durch den Ausdruck "Copolyester Sperrmaterialien" bezeichnet. Die in den Patenten unter (2) beschriebenen Verbindungen werden insgesamt in eine Kategorie eingestuft und es wird hierin durch den Ausdruck "phenoxyartige Thermoplast" Materialien auf dieselben verwiesen. Sämtliche als Hinweis in diesem Paragraphen angeführten Patente werden hiermit in ihrer Gesamtheit durch diesen Hinweis in diese Veröffentlichung mit einbezogen.
Bevorzugte Copolyester Sperrmaterialien werden eine Genehmigung der FDA erhalten. Die FDA-Genehmigung gestattet die Verwendung dieser Materialien in Behältern, wo sie mit Getränken oder ähnlichen Produkten in Berührung kommen, welche für den menschlichen Konsum bestimmt sind. Nach Kenntnis des Erfinders hat am Tage dieser Offenbarung keine der phenoxyartigen Thermoplaste eine Genehmigung durch die FDA erhalten. Deshalb werden diese Materialien vorzugsweise in mehrschichtigen Behältern an solchen Stellen verwendet, welche nicht direkt mit den Inhalten in Berührung kommen, falls die Inhalte zum Verzehr bestimmt sind.
Bei der Ausführung von bevorzugten Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zum Erzeugen von solchen mit einer Sperrschicht versehenen Vorformen und Flaschen, wird eine anfängliche Vorform mit mindestens einer zusätzlichen Schicht eines Materials beschichtet, welches Sperrmaterial enthält, Polyester wie zum Beispiel PET, gebrauchtes oder wieder verwendetes PET (kollektiv als wieder verwendetes PET bezeichnet), und/oder kompatible thermoplastische Materialien. Eine Beschichtungsschicht kann ein einzelnes Material enthalten, eine Mischung oder einen Verschnitt von Materialien (heterogen oder homogen), eine verflochtene Matrix aus zwei oder mehr Materialien, oder eine Vielzahl von Mikroschichten (Lamellen), welche mindestens zwei verschiedene Materialien aufweisen. In einer Ausführung umfasst die Ausgangsvorform eine Vielzahl von Mikroschichten, so wie dieselben unter Zuhilfenahme eines lamellaren Spritzgießverfahren zubereitet werden können. Ausgangsvorformen umfassen Polyester, und es wird besonders bevorzugt wenn die Ausgangsvorformen unbehandelte Materialien enthalten, welche von der FDA genehmigt sind, um mit Lebensmittel in Berührung gebracht zu werden dürfen.
Deshalb können die Vorformen und Behälter nach den Ausführungen gemäß der vorliegenden Erfindung aus mehreren Ausführungen bestehen, zum Beispiel: unbehandeltes PET mit einer Schicht aus Sperrmaterial; unbehandeltes PET, mit einer Schicht eines Materials beschichtet, welches abwechselnd Mikroschichten aus Sperrmaterialien und wieder verwendetem PET umfasst; unbehandeltes PET, mit einer Sperrschicht beschichtet, welche ihrerseits mit einer Schicht aus wieder verwendetem PET beschichtet ist; Mikroschichten von unbehandeltem PET und einem Sperrmaterial, welches mit einer Schicht von wieder verwendetem PET beschichtet ist; oder unbehandeltes PET, welches mit wieder verwendetem PET beschichtet ist, welche anschließend mit Sperrmaterial beschichtet wird. In jedem Falle muss mindestens eine Schicht mindestens ein Sperrmaterial enthalten.
So wie dies vorher beschrieben worden ist, sind bevorzugte Sperrmaterialien zur Verwendung im Einklang mit der vorliegenden Erfindung Copolyester Sperrmaterialien und phenoxyartige Thermoplaste. Andere Sperrmaterialien, welche ähnliche Eigenschaften aufweisen, können anstelle dieser Sperrmaterialien verwendet werden. So zum Beispiel kann das Sperrmaterial die Form von anderen thermoplastischen Polymeren annehmen, wie zum Beispiel von Acrylharzen, einschließlich der Polyacrylnitril-Polymere, Acrylnitril-Styrol-Copolymere, Polyamide, des Polyethylennaphthalats (PEN), der PEN-Copolymere und der PET/PEN Mischungen. Bevorzugte Sperrmaterialien im Einklang mit den Ausführungen gemäß der vorliegenden Erfindung weisen Durchlässigkeiten für Sauerstoff und Kohlendioxid auf, welche weniger als ein Drittel derjenigen von Polyethylenterephthalat ausmachen. Zum Beispiel zeigt das Copolyester Sperrmaterial von der Art, welche in dem vorher erwähnten Patent von Jabarin offengelegt worden ist, eine Durchlässigkeit für Sauerstoff von 11 cc mil/100 in² Tag und eine Durchlässigkeit für Kohlendioxid von 2 cc mil/100 in² Tag auf. Für verschiedene PHAE's ist die Permeabilität für Sauerstoff weniger als 1 cc mil/100 in² Tag und die Permeabilität für Kohlendioxid beträgt 3,9 cc mil/100 in² Tag. Die entsprechende CO₂-Permeabilität von Polyethylenterephthalat, sowohl in der unbehandelten Form als auch in der wieder verwendeten Form, beträgt etwa 12–20 cc mil/in² Tag.
Die Verfahren nach Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung liefern eine Beschichtung, welche an einer Vorform angeordnet wird, welche später zu einer Flasche geblasen wird. Solche Verfahren sind einem Anordnen von Beschichtungen an den Flaschen selbst vorzuziehen. Vorformen sind kleiner in der Größe und von einer regelmäßigeren Form als die hieraus geblasenen Behälter, was es einfacher macht, eine glatte und regelmäßige Beschichtung zu erlangen. Des Weiteren können Flaschen und Behälter, welche verschieden in Größe und Form sind, ausgehend von Vorformen mit einer ähnlichen Größe und Form hergestellt werden. Aus diesem Grunde können dieselbe Vorrichtung und dasselbe Verfahren zum Herstellen von Vorformen verwendet werden, um hieraus mehrere verschiedene Arten von Behältern zu formen. Das Blasformen kann gleich nach dem Formen stattfinden, oder es können Vorformen hergestellt und gelagert werden für eine spätere Blasformung. Falls die Vorformen vor der Blasformung gelagert werden, so gestatten es die kleineren Abmessungen, mit weniger Lagerplatz auszukommen.
Wenn es auch vorzuziehen ist, Behälter aus beschichteten Vorformen herzustellen, im Gegensatz zu der Beschichtung der Behälter selbst, so wurde dies üblicherweise jedoch nicht angewandt, und zwar wegen der Schwierigkeiten betreffend die Herstellung von Behältern ausgehend von beschichteten oder mehrschichtigen Vorformen. Ein Schritt, aus welchem sich die größten Schwierigkeiten ergeben, liegt bei dem Blasformvorgang, um den Behälter aus einer Vorform heraus zu erzeugen. Während dieses Vorgangs können sich Fehler ergeben, wie zum Beispiel ein Abblättern der Schichten, eine Riss- oder Mikrorissbildung der Beschichtung, eine ungleichmäßige Schichtdicke und eine uneinheitliche Beschichtung oder leere Räume. Diese Schwierigkeiten können überwunden werden durch die Anwendung von geeigneten Sperrmaterialien und durch die Beschichtung der Vorformen in einer Weise, die eine gute Haftung zwischen den Schichten gestattet.
Demnach bezieht sich ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung auf die Auswahl eines geeigneten Sperrmaterials. Wenn ein geeignetes Sperrmaterial verwendet wird, so haftet die Schicht direkt an der Vorform, dies ohne irgendein nennenswertes Abblättern und wird fortfahren mit dem Haften, während die Vorform zu einer Flasche geblasen wird und auch im Nachhinein. Die Verwendung eines geeigneten Sperrmaterials hilft ebenfalls den Einfluss von kosmetischen und strukturellen Fehlern zu mindern, welche durch das Blasformen entstehen können, so wie dies oben beschrieben worden ist.
Es soll Kenntnis davon genommen werden, dass obschon der größte Teil der Diskussionen, Zeichnungen und Beispiele zur Herstellung von beschichteten Vorformen sich mit zweischichtigen Vorformen beschäftigt, es aber durch eine solche Diskussion nicht beabsichtigt, die Erfindung allein auf zweischichtige Artikel zu begrenzen. Die zweischichtigen mit einer Sperrschicht versehenen Behälter und Vorformen gemäß der vorliegenden Erfindung sind geeignet für viele Verwendungen und sie tragen wegen der Einsparung an Materialien und Verfahrensschritten zu der Kosteneinsparung bei. Trotzdem, unter verschiedenen Umständen und für einige Anwendungen, können Vorformen aus mehr als zwei Schichten wünschenswert sein. Die Verwendung von drei oder mehr Schichten gestattet die Eingliederung von Materialien, wie zum Beispiel von wieder verwendetem PET, welches üblicherweise weniger teuer als unbehandeltes PET oder die bevorzugten Sperrmaterialien ist. Somit wird es als Teil der vorliegenden Erfindung betrachtet, dass sämtliche geeigneten Verfahren zur Herstellung von mit einer Sperrschicht versehenen Vorformen, welche hierin offenbart werden, und sämtliche anderen geeigneten Verfahren zur Herstellung von solchen Vorformen, verwendet werden können, entweder allein oder in Verbindung zur Herstellung von mit einer Sperrschicht versehenen Vorformen und Behältern, welche zwei oder mehr Schichten umfassen.
B. Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Mit Bezugnahme auf 1 wird eine bevorzugte unbeschichtete Vorform 30 dargestellt. Die Vorform wird vorzugsweise aus einem durch die FDA genehmigten Material hergestellt, so zum Beispiel aus unbehandeltem PET und sie kann irgendeine der weit gefächerten Vielfalt an Formen und Größen annehmen. Die in 1 gezeigte Vorform ist von derjenigen Art, welche eine Flasche für ein mit Kohlensäure versetztes Getränk von 16 oz. Bildet und welche eine Sperre für Sauerstoff und für Kohlendioxid erfordert, jedoch werden es diejenigen, die sich in dieser Technik auskennen, verstanden haben, dass andere Konfigurationen der Vorform verwendet werden können, abhängig von der gewünschten Konfiguration, den gewünschten Eigenschaften und den Verwendungen des fertigen Artikels. Die unbeschichtete Vorform 30 könnte durch Spritzgießen hergestellt werden, so wie dies in der Technik bekannt ist oder durch die hierin veröffentlichten Verfahren.
Mit Bezugnahme auf 2 wird ein Querschnitt durch die bevorzugte unbeschichtete Vorform der 1 gezeigt. Die unbeschichtete Vorform 30 besitzt einen Halsteil 32 und einen Körperteil 34. Der Halsteil beginnt an der Öffnung 36 zum Inneren der Vorform 30 hin und er erstreckt sich bis hin zu inklusive dem Stützring 38. Der Halsteil 32 ist des Weiteren charakterisiert durch das Vorhandensein eines Gewindes 40, welches einen Weg liefert zum Festschrauben einer Kapsel für die aus der Vorform 30 angefertigte Flasche. Der Körperteil 34 besitzt eine verlängerte und zylindrisch geformte Struktur, welche sich ab dem Halsteil 32 nach unten erstreckt und welche in der abgerundeten Endkappe 42 gipfelt. Die Wandstärke der Vorform 44 wird abhängen von der gesamten Länge der Vorform 30 und der Wandstärke und der gesamten Länge des resultierenden Behälters.
Mit Bezugnahme auf 3 wird ein Querschnitt durch eine Art einer mit einer Sperrschicht versehenen Vorform 50 im Einklang mit der vorliegenden Erfindung offenbart. Die mit einer Sperrschicht versehene Vorform 50 hat einen Halsteil 32 und einen Körperteil 34, wie bei der unbeschichteten Vorform 30 in den 1 und 2. Die Schicht bzw. Lage der Sperrschicht 52 ist rundum die gesamte Oberfläche des Körperteiles 34 angeordnet und sie endet an dem untersten Teil des Stützringes 38. Eine Lage der Sperrschicht 52 in der durch die 3 gezeigten Ausführung erstreckt sich weder bis in den Halsteil 32, noch ist sie an der inneren Oberfläche 54 der Vorform vorhanden, welche vorzugsweise aus einem von der FDA bewilligten Material, wie zum Beispiel aus PET, hergestellt wird. Die Lage der Sperrschicht 52 kann entweder aus einem einzelnen Material oder aus mehreren Mikroschichten aus mindestens zwei Materialien bestehen. Die gesamte Wandstärke 56 der Vorform ist die gleiche wie die Wandstärke der Ausgangsvorform plus die Dicke 58 der Sperrschicht, und sie ist abhängig von der gesamten Größe und der gewünschten Schichtdicke des resultierenden Behälters. Als Beispiel kann die Wandstärke des untersten Teiles der Vorform 3,2 Millimeter betragen; die Wand des Halsendes eine Querschnittsabmessung von annähernd 3 Millimeter aufweisen; und das hierauf angebrachte Sperrmaterial hat eine Dicke von annähernd 0,3 Millimeter.
Mit Bezugnahme auf 4 wird eine bevorzugte Ausführung einer beschichteten Vorform 60 im Querschnitt gezeigt. Der primäre Unterschied zwischen der beschichteten Vorform 60 und der beschichteten Vorform 50 nach der 3 ist die relative Dicke der beiden Schichten in dem Bereich der Endkappe 42. In der beschichteten Vorform 50 ist die Sperrschicht 52 allgemein dünner als die Dicke der Ausgangsform über den gesamten Körperteil der Vorform hinweg. In der beschichteten Vorform 60 hingegen ist die Lage der Sperrschicht 52 dicker bei 62 in der Nähe der Endkappe 42 als sie es bei 64 in dem Wandteil 66 ist, und umgekehrt, die Dicke der inneren Polyesterschicht ist größer an 68 in dem Wandteil 66 als sie es bei 70 ist, in der Gegend der Endkappe 42. Dieses Muster der Vorform ist besonders nützlich, wenn die Sperrschicht in einem Überformungsverfahren auf die Ausgangsvorform aufgetragen wird, um die beschichtete Vorform herzustellen, so wie dies nachstehend beschrieben wird, wobei das Muster verschiedene Vorteile bietet, einschließlich desjenigen der reduzierten Formzyklusdauer. Diese Vorteile werden nachstehend mehr im Detail erörtert. Die Lage der Sperrschicht 52 kann homogen sein oder sie kann eine Vielzahl an Mikroschichten aufweisen.
4A ist eine Vergrößerung eines Wandquerschnittes der Vorform, welche die Aufmachung der Schichten in einer LIM-Übereinspritzungs-Ausführung der Vorform zeigt. Das LIM-Verfahren wird nachstehend mehr im Detail erörtert. Die Schicht 72 ist die innere Schicht der Vorform und 74 ist die äußere Schicht der Vorform. Die äußere Schicht 74 umfasst eine Vielzahl von Mikroschichten aus Material, so wie es hergestellt wird wenn ein LIM-Verfahren verwendet wird. Nicht alle Vorformen der 4A werden von diesem Typ sein.
Mit Bezugnahme auf 5 wird eine weitere Ausführung einer beschichteten Vorform 76 im Querschnitt gezeigt. Der primäre Unterschied zwischen der beschichteten Vorform 76 und den beschichteten Vorformen 50 und 60 in den jeweiligen 3 und 4 besteht darin, dass die Lage der Sperrschicht 52 sowohl an dem Halsteil 32 angebracht ist als auch an dem Körperteil 34.
Die Sperrvorformen und die Behälter können Schichten aufweisen, welche eine breite Auswahl an relativen Dicken haben. Angesichts der vorliegenden Enthüllung kann die Dicke einer gegebenen Schicht oder der gesamten Vorform oder des gesamten Behälters, entweder an einem bestimmten Punkt oder über den gesamten Behälter hinweg so gewählt werden, dass sie an einen Beschichtungsprozess oder an einen bestimmten Endgebrauch für den Behälter angepasst ist. Des Weiteren, so wie oben mit Hinsicht auf die Lage der Sperrbeschichtung in 3 erläutert, können die Lage der Sperrschicht in der Vorform und die hierin offenbarten Behälterausführungen ein einzelnes Material beinhalten oder mehrere Mikrolagen von zwei oder mehr Materialien.
Nachdem eine mit einer Sperrschicht versehene Vorform, so wie jene in der 3 gezeigte Vorform, mit Hilfe eines Verfahrens und einer Vorrichtung zubereitet worden ist, wie jene welche vorher im Detail erläutert wurden, wird die Vorform dann einem Dehnungsblasformverfahren unterworfen. Mit Bezug auf 6 wird in diesem Verfahren eine mit einer Sperrschicht versehene Vorform 50 in eine Form 80 hinein gebracht, welche einen der gewünschten Form des Behälters entsprechenden Hohlraum aufweist. Die mit einer Sperrschicht versehene Vorform wird dann aufgeheizt und gedehnt durch Strecken und durch Luft, welche in das Innere der Vorform 50 gepresst wird, um den Hohlraum innerhalb der Form 80 zu füllen und so einen mit einer Sperrschicht versehenen Behälter 82 herzustellen. Das Blasformverfahren ist üblicherweise auf den Körperteil 34 der Vorform beschränkt, während der Halsteil 32, die Verschraubung, der Pilferring und der Stützring die Originalkonfiguration, so wie in der Vorform, beibehalten.
Mit Bezugnahme auf die 7 wird eine Ausführung eines mit einer Sperrschicht versehenen Behälters 82 im Einklang mit der vorliegenden Erfindung enthüllt, so wie jener, der durch Blasformverfahren einer mit einer Sperrschicht versehenen Vorform 50 in der 3 hergestellt worden ist. Der Behälter 82 besitzt einen Halsteil 32 und einen Körperteil 34, entsprechend den Hals- und Körperteilen der mit einer Sperrschicht versehenen Vorform 50 nach der 3. Der Halsteil 32 ist des Weiteren charakterisiert durch das Vorhandensein des Gewindes 40, welches einen Weg zum Festschrauben einer Kapsel auf dem Behälter liefert.
Wenn der mit einer Sperrschicht versehene Behälter 82 im Querschnitt angeschaut wird, so wie in der 8, dann kann der Aufbau gesehen werden. Die Sperrschicht 84 überzieht das Äußere des gesamten Körperteils 34 des Behälters 82, und sie hört genau unterhalb des Stützringes 38 auf. Die innere Oberfläche des Behälters, welcher aus einem von der FDA bewilligten Material hergestellt ist, vorzugsweise aus PET, bleibt unbeschichtet, so dass nur die innere Oberfläche 86 mit Getränken oder Lebensmitteln in Berührung kommt. Bei einer bevorzugten Ausführung, welche als Behälter für ein Getränk mit Kohlensäure verwendet wird, beträgt die Dicke 87 der Sperrschicht 0,020–0,060 Zoll, aber stärker bevorzugt sind 0,030–0,040 Zoll; die Dicke 88 der PET-Schicht ist vorzugsweise 0,080–0,160 Zoll, aber stärker bevorzugt sind 0,100–0,140 Zoll; und die gesamte Dicke 90 des mit einer Sperrschicht versehenen Behälters 82 ist vorzugsweise 0,140–0,180 Zoll, stärker bevorzugt sind 0,150–0,170 Zoll. Vorzugsweise und durchschnittlich wird die Wandstärke 90 des Behälters 82 größtenteils in ihrer Stärke hergeleitet aus der inneren PET Schicht.
9 veranschaulicht einen bevorzugten Typ einer Form, die bei Verfahren verwendet wird, welche die Überformung benützen. Die Form beinhaltet zwei Hälften, eine Hohlraumhälfte 92 und eine Dornhälfte 94. Die Hohlraumhälfte 92 umfasst einen Hohlraum, in welchen eine unbeschichtete Vorform untergebracht ist. Die Vorform wird in dieser Stellung gehalten zwischen der Dornhälfte 94, welche Druck auf das obere Ende der Vorform ausübt und der Fugenleiste 96 der Hohlraumhälfte 92, auf welcher der Stützring 38 ruht. Der Halsteil 32 der Vorform ist auf diese Weise gegen den Körperteil der Vorform abgedichtet. Innerhalb der Vorform befindet sich der Dorn 98. So wie sich die Vorform auf die Form abstützt, ist der Körperteil der Vorform vollständig durch einen leeren Raum 100 umgeben. Die Vorform, so positioniert, verhält sich wie ein innerer Gesenkdorn in dem nachfolgenden Einspritzvorgang, in welchem die Schmelze des Überformmaterials durch den Einlass 102 in den leeren Raum 100 eingespritzt wird, um die Beschichtung zu bilden. Die Schmelze, so wie auch die unbeschichtete Vorform, werden durch eine sich in den Kanälen 104 und 106 der zwei Hälften der Form befindliche Flüssigkeit gekühlt. Vorzugsweise ist der Kreislauf in den Kanälen 104 vollständig getrennt von dem Kreislauf in den Kanälen 106.
Die 10 und 11 sind schematische Darstellungen eines Teiles des bevorzugten Typs der Vorrichtung zur Herstellung von beschichteten Vorformen im Einklang mit der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung ist ein Spritzgießsystem, welches ausgelegt ist um eine oder mehrere unbeschichtete Vorformen herzustellen und anschließend die frisch hergestellten Vorformen durch Übergießen eines Sperrmaterials zu beschichten. Die 10 und 11 veranschaulichen die beiden Hälften des Formteiles der Vorrichtung, welche sich in der Formungsmaschine gegenüberstehen. Die Ausrichtungszapfen 110 in der 10 passen in ihre entsprechenden Sitze 112 in der anderen Hälfte der Form.
Die in 11 dargestellte Formhälfte besitzt mehrere Paare von Formhohlräumen, wobei jeder Hohlraum ähnlich ist wie der in 9 dargestellte Formhohlraum. Die Formhohlräume sind von zwei Typen: erste Einspritz-Vorformformungshohlräume 114 und zweite Einspritz-Vorformbeschichtungshohlräume 120. Die beiden Typen von Hohlräumen sind zahlenmäßig gleich und sie sind vorzugsweise so angeordnet, dass sämtliche Hohlräume eines Typs sich auf derselben Seite des Einspritzblocks 124 befinden, wie wenn sie durch die Gerade zwischen den Sitzen der Ausrichtungszapfen 112 halbiert wären. Auf diese Weise ist ein jeder Einspritz-Vorformformungshohlraum 114 um 180° von dem entsprechenden Vorformbeschichtungshohlraum 120 entfernt.
Die in 10 dargestellte Formhälfte besitzt mehrere Dorne 98, einen für jeden Formhohlraum (114 und 120). Wenn die beiden Hälften, welche in den 10 und 11 dargestellt sind, zusammengefügt werden, so passt ein Dorn 98 in das Innere eines jeden Hohlraums und er dient als die Form für das Innere der Vorform für die Vorformformungshohlräume 114 und als Zentriervorrichtung für die unbeschichteten Vorformen in den Vorformbeschichtungshohlräumen 120. Die Dorne 98 sind auf einem Drehtisch 130 montiert, welcher 180° um sein Zentrum dreht, so dass ein Dorn 98, welcher ursprünglich mit einem Vorformformungshohlraum 114 ausgerichtet war, nach der Drehung mit einem Vorformbeschichtungshohlraum 120 ausgerichtet sein wird, und umgekehrt. So wie dies nachstehend mit weiterreichenden Details beschrieben werden soll, gestattet es diese Art von Aufbau in einem Zweischrittverfahren unter Verwendung desselben Vorrichtungsteils eine Vorform zu formen und anschließend zu beschichten.
Es sei bemerkt, dass die Zeichnungen in den 10 und 11 bloß erläuternd werden. Zum Beispiel zeigen die Zeichnungen eine Vorrichtung, welche drei Formhohlräume 114 und drei Beschichtungshohlräume 120 aufweist (eine 3/3 Hohlraum Vorrichtung). Jedoch kann die Vorrichtung gleich welche Anzahl an Hohlräumen aufweisen, solange es eine gleich große Anzahlen an Formhohlräumen und an Beschichtungshohlräumen gibt, zum Beispiel 12/12, 24/24, 48/48, und ähnliche. Die Hohlräume können in irgendeiner passenden Art und Weise angebracht sein, so wie dies jemand der sich in der Technik auskennt auch feststellen wird. Diese und weitere kleinere Veränderungen sind als Teil dieser Erfindung zu betrachten.
Die beiden in den 12 und 13 gezeigten Formhälften veranschaulichen eine Ausführung einer Form einer 48/48 Hohlraummaschine, so wie dies in den 10 und 11 erörtert worden ist.
Mit Bezugnahme auf 14 wird eine perspektivische Ansicht einer Form von dem Typ eines Überformungsverfahrens (Einspritzen-Übereinspritzen) gezeigt, in welcher die Dorne 98 teilweise in den Hohlräumen 114 und 120 untergebracht sind. Der Pfeil zeigt die Bewegung der beweglichen Formhälfte 142, auf welcher die Dorne 98 sich abstützen, während die Form sich schließt.
Die 15 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Form von dem Typ, wie er in einem Überformungsverfahren verwendet wird, bei welchem die Dorne 98 vollständig aus den Hohlräumen 114 und 120 heraus gezogen sind. Der Pfeil deutet an, dass der Drehtisch 130 sich um 180° dreht, um die Dorne 98 von einem Hohlraum zu dem nächsten zu bewegen. Auf der feststehenden Hälfte 144 ist die Kühlung für den Vorformhohlraum 114 getrennt von der Kühlung für den Vorformbeschichtungshohlraums 120. Diese beiden sind getrennt von der Kühlung für die Dorne 98 auf der beweglichen Hälfte.
Mit Bezug auf die 16 wird eine bevorzugte Dreischichtenvorform 132 gezeigt. Diese Ausführung einer beschichteten Vorform wird vorzugsweise hergestellt durch das Anordnen von zwei Beschichtungsschichten 134 und 136 auf einer Vorform 30, so wie jene, welche in der 1 gezeigt wird.
Die 17 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Maschine 150, welche bei einem Überformungsverfahren gebraucht werden könnte. Ein erster und ein zweiter Injektor 152, 154 sind auf dem Oberteil der Maschine 150 angebracht, um einen Schmelzstrom zu den ersten und zu den zweiten Formhohlräumen 156 und 158 zu liefern. Die 18 zeigt einen Teil eines Drehtisches 160 der Ausführung gemäß der 17. Vier Stationen, von A bis D etikettiert, besitzen eine jede einen hierauf geformten Dorn 98A–D und sind auf dem Drehtisch 160 angeordnet, grob gesehen um eine Drehung von 90° voneinander getrennt. Ein Stellantrieb 162, zum Beispiel ein Hydraulikzylinder, hebt den Drehtisch 160 an, so dass die Dorne 98 von zwei Stationen gleichzeitig in die ersten und in die zweiten Formhohlräume 156 und 158 eingeführt werden. Die Dorne 98 an den anderen Stationen bleiben frei von irgendwelchen Formhohlräumen. Nachdem der Drehtisch 160 gesenkt worden ist, so dass die Dorne 98 aus den Hohlräumen heraus gezogen werden, dreht er sich dann um 90°. Auf diese Weise wird der Dorn 98, welcher soeben aus dem ersten Hohlraum 156 entfernt worden ist, in Stellung gebracht, um in den zweiten Formhohlraum 158 eingeführt zu werden, und der Dorn, welcher soeben aus dem zweiten Formhohlraum entfernt worden ist, wird frei von den Hohlräumen bewegt. Eine jede der Stationen läuft zyklisch der Reihe nach durch die ersten und durch die zweiten Formhohlräume 156, 158, dies aufgrund einer Serie von aufeinander folgenden 90° Drehungen. Die 19 verfolgt die Stellungen der Stationen relativ zu einander während eines jeden Schritts bei einem Herstellungszyklus.
Die 20 und 21 zeigen eine weitere Ausführung einer Vorrichtung 170 gemäß der vorliegenden Erfindung, welche in manchen Hinsichten ähnlich ist wie diejenige nach den 17 und 18. Jedoch wird in dieser Ausführung, anstatt dass der gesamte Drehtisch 160 mit Hilfe eines hydraulischen Gliedes angehoben wird, eine jede Station des Drehtisches 160 individuell durch ein Stellglied 172 gesteuert, und individuell in den Eingriff und aus dem Eingriff mit einem jeweiligen Formhohlraum bewegt. Diese Anordnung gestattet eine vergrößerte Flexibilität der Vorrichtung 170. Zum Beispiel zeigt die 20, dass ein Dorn 98 innerhalb des zweiten Hohlraumes 158 gehalten werden kann, nachdem ein Dorn 98 in dem ersten Hohlraum 156 hieraus entfernt worden ist. Auf diese Weise kann die Haltezeit zwischen einem jeden der Formhohlräume die eine unabhängig von der anderen optimiert werden.
Mit der nächsten Bezugnahme auf die 22–23 wird eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführung der Vorrichtung 250 gezeigt, welche zur Überformung von mehrschichtigen Vorformen benützt werden kann. Bei dieser Ausführung besitzt ein Drehtisch 260 eine Station (AA–DD), welche an einer jeden der vier Seiten gebildet wird. Die Formdorne 98 oder Kerne sind an einer jeden der Stationen angeordnet, so wie bei den vorhergehenden Ausführungen. Erste und zweite Formhohlräume 259, 258 stehen in Verbindung mit entsprechenden ersten und zweiten Einspritzvorrichtungen 252, 254, welche jeweilige Schmelzströme von PET und von Sperrmaterial liefern. Der erste Formhohlraum 256 ist mit der ersten Einspritzvorrichtung 252 verbunden und bleibt stationär; die zweite Einspritzvorrichtung 254 ist vertikal nach oben orientiert und bleibt ebenfalls stationär. Der Drehtisch 260 wird von einem Sockelglied 264 getragen, welches in horizontaler Richtung entlang den Bahnen 266 beweglich ist, welche das Sockelglied 264 tragen. Der zweite Formhohlraum 258 mit dem Drehtisch 260 über Stellglieder 268 ist verbunden, und er bewegt sich ebenfalls in horizontaler Richtung mit dem Drehtisch 260. Die Stellglieder 268 ziehen den zweiten Formhohlraum 258 in Eingriff mit einem Dorn 98B, welcher auf dem Drehtisch 260 angeordnet ist, um so die Form zu schließen. Nachdem der zweite Hohlraum 258 mit dem entsprechenden Dorn in Eingriff kommt, bewegt sich als nächstes der Drehtisch 260 in horizontaler Richtung, um einen Dorn mit dem ersten Formhohlraum 256 in Eingriff zu bringen. Mit beiden Formhohlräumen im Eingriff mit Dornen, ist die Form nun vollständig geschlossen, so wie in der 23 gezeigt wird. Auch wird die zweite Einspritzvorrichtung mit dem zweiten Formhohlraum 258, in Verbindung gebracht so dass die zweite Einspritzvorrichtung 254 einen Schmelzstrom von Sperrmaterial hierin liefern kann.
Wenn die Einspritzung beendet ist, wird die Form geöffnet. Dies wird durch den Drehtisch 260 erledigt, welcher sich zuerst in horizontaler Lage bewegt, um den Dorn von dem ersten Hohlraum 256 zu entkoppeln, dann erfolgt ein Hochziehen der zweiten Form aus der Verbindung mit dem Drehtisch 260. Anschließend dreht der Drehtisch 260 um 90°, und die Schließung der Form und das Einspritzen von Material werden wiederholt. Vorformen, in welche eingespritzt wurde, und welche auf den Dornen 98 angebracht sind, die nicht mit Formhohlräumen in Verbindung stehen, kühlen auf dem zugeordneten Dorn während dem Rest des Zyklus ab. Die Vorformen werden ausgestoßen, bevor der zugeordnete Dorn wiederum mit dem ersten Formhohlraum 256 in Verbindung gebracht wird. Die 24 zeichnet die Positionen der Stationen während eines jeden Schritts des Herstellungszyklus relativ zueinander auf.
Mit Bezugnahme auf die 25 wird ein Schema einer Vorrichtung gezeigt, welche verwendet werden kann, um einen Schmelzstrom herzustellen, welcher mehrfache Mikroschichten oder Lamellen umfasst, in einem lamellaren Einspritzverfahren (LIM), so wie nachstehend in weiterreichenden Details beschrieben.
Mit weiterer Bezugnahme auf die 26 wird eine bevorzugte Ausführung des Formdornes 298 und des zugeordneten Hohlraumes 300 gezeigt. Kühlrohre 302 sind in einer spiralförmigen Art und Weise geformt, genau unterhalb der Oberfläche 304 des Formhohlraumes 300. Eine Einlassfläche 306 des Hohlraumes 300 wird neben dem Einlass 308 definiert und eine Einlage 310 eines Materials mit äußerst hohen Wärmeleitfähigkeiten wird in dem Hohlraum bei der Einlassfläche 306 angebracht. Auf diese Weise wird das Ende der Fläche/Basis des Einlasses 314 der beeinspritzten Vorform besonders schnell abgekühlt.
Der Dorn 298 ist hohl und besitzt eine Wand 320 mit üblicherweise gleichmäßiger Wanddicke. Eine Rührwerkskühlanlage 330 ist innerhalb des hohlen Dornes 298 angeordnet und umfasst ein Kernrohr 332, welches sich zentral innerhalb des Dornes 298 befindet, und welches eine gekühlte Kühlflüssigkeit C direkt an die Endkappe 322 des Dornes 298 liefert. Die Kühlflüssigkeit C findet ihren Weg am Dorn von der Endkappe 322 hoch und tritt durch eine Austrittsleitung 334 aus. Das Kernrohr wird in seiner Lage gehalten durch Rippen, welche sich zwischen dem Rohr und der Dornwand 320 erstrecken.
Ebenfalls mit Bezugnahme auf die 27 und 28 wird eine Vorrichtung 340 zur Einführung von Luft gezeigt, welche bei einer Fuge 342 zwischen den Gliedern des Formhohlraumes 300 gebildet wird. Eine Kerbe 344 wird um den Umfang des Hohlraumes 300 herum gebildet. Die Kerbe 344 ist ausreichend klein, so dass während des Einspritzens der Schmelze praktisch kein geschmolzener Kunststoff eindringen wird. Eine Luftleitung 350 verbindet die Kerbe 344 mit einer Druckluftquelle und ein Ventil steuert die Luftzufuhr zu der Kerbe 344. Während der Schmelzeinspritzung ist der Schieber geschlossen. Wenn die Einspritzung beendet ist, wird der Schieber geöffnet und Druckluft A wird an die Kerbe 344 geliefert, um das Vakuum zu brechen, welches sich zwischen der beeinspritzten Vorform und der Hohlraumwand 304 gebildet haben könnte.
Das bevorzugte Verfahren und die bevorzugte Vorrichtung zur Herstellung von mit einer Sperrschicht versehenen Vorformen wird nachstehend bis in weiterreichende Details erläutert werden. Da die Verfahren und die Vorrichtungen vor allem bevorzugt werden für die Herstellung von mit einer Sperrschicht versehenen Flaschen, welche verschiedene bevorzugte Materialien enthalten, daher werden die physikalischen Eigenschaften, Kennzeichnungen, Vorbereitungen und Verbesserungen der bevorzugten Materialien vor den bevorzugten Verfahren und Vorrichtungen erörtert.
C. Physikalische Eigenschaften der bevorzugten Sperrmaterialien
Bevorzugte im Einklang mit der vorliegenden Erfindung stehende Sperrmaterialien zeigen mehrere physikalische Eigenschaften, welche es den mit einer Sperrschicht versehenen Flaschen und Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglichen, die Bearbeitung und die physikalischen Belastungen auf eine Art und Weise auszuhalten, welche gleich oder besser ist als jene von unbeschichteten PET Gegenständen, zusätzlich zu der Herstellung von Gegenständen, welche kosmetisch attraktiv sind und welche hervorragende Sperreigenschaften besitzen.
Die Verbundwirkung ist die Verbindung oder die Zusammenhaftung von zwei Oberflächen. Die wirkliche zwischenflächige Verbundwirkung ist eine Erscheinung, welche auf mikroskopischem Niveau vorkommt. Sie beruht auf molekularen Interaktionen und hängt ab von der chemischen Haftung, den van der Waals Kräften und weiteren intermolekularen Anziehungskräften auf dem molekularen Niveau.
Eine gute Verbundwirkung zwischen der Sperrschicht und der PET-Schicht ist vor allem wichtig, falls der Gegenstand eine Sperrflasche ist, welche durch Blasformung aus einer Vorform hergestellt worden ist. Falls die Materialien gut zusammen haften, dann werden sie als eine einzige Einheit wirken, wenn sie einem Blasformverfahren unterworfen werden und wenn sie den Belastungen ausgesetzt werden, welche in der Form eines Behälters vorherrschen. Dort wo die Verbundwirkung mangelhaft ist, ergibt sich eine Delamination, sei es über die Zeit oder unter physikalischer Belastung, wie zum Beispiel einem Zusammendrücken oder einem Schubsen des Behälters während des Transports. Eine Delamination ist nicht nur unattraktiv, sondern sie kann auch ein Beweis für eine mangelhafte strukturelle Gestaltung des Behälters sein. Des Weiteren bedeutet eine gute Verbundwirkung, dass die Schichten in einem engen Kontakt bleiben, wenn der Behälter während des Formverfahrens gedehnt wird und sich wie eine Einheit verhält. Wenn die beiden Materialien sich in dieser Weise verhalten, ist es weniger wahrscheinlich, dass leere Räume in der Beschichtung vorkommen, was wiederum eine Möglichkeit ergibt, eine dünnere Schicht aufzubringen. Die Sperrmaterialien haften vorzugsweise auf ausreichende Weise an dem PET, so dass die Sperrschicht nicht einfach bei 22°C von dem PET abgezogen werden kann.
Aus diesem Grunde, teilweise wegen der direkten Verbundwirkung der Sperrschicht auf dem PET, unterscheidet sich die vorliegende Erfindung von jener, welche von Farha in dem U.S. Patent Nr. 5.472.753 bekannt gegeben worden ist. Von Farha wurde weder bekannt gemacht, noch wurde die Anregung hierzu gemacht, dass der phenoxyartige Thermoplast sich direkt mit dem PET verbinden könnte oder sollte, ohne mit dem Copolyester vermischt zu werden, oder das Copolyester als eine Verbindungsschicht zu verwenden, oder dass ein Copolyester selbst als Sperrmaterial benützt werden könnte.
Die Glasübergangstemperatur (T_g) wird als jene Temperatur definiert, wo ein nicht kristallisierbares Polymer der Umwandlung von einem Zustand eines Weichgummis zu einem harten elastischen Polymerglas unterzogen wird. In einem Bereich der Temperaturen über seiner T_g wird ein Material genügend weich, was ermöglicht, dass es ohne weiteres fließt wenn es einer äußeren Kraft oder einem äußeren Druck ausgesetzt wird, jedoch wird es nicht so weich, dass seine Viskosität so niedrig sein wird, dass es sich mehr als eine Flüssigkeit als wie ein biegsamer Festkörper verhält. Der Temperaturbereich über T_g ist der bevorzugte Temperaturbereich, um ein Blasformverfahren durchzuführen, da das Material genügend weich ist, um unter der Kraft der Luft, welche in die Vorform eingeblasen wird, sich der Form anzupassen, jedoch wird es nicht so weich, dass es abreißt oder unbeständig in der Beschaffenheit wird. Aus diesem Grunde, wenn Materialien ähnliche Glasübergangstemperaturen besitzen, dann werden sie ebenfalls bevorzugte Blastemperaturbereiche besitzen, was es erlaubt, Materialien zusammen zu verarbeiten, ohne die Leistung eines jeden der Materialien zu kompromittieren.
Bei dem Blasformverfahren zur Herstellung einer Flasche ausgehend von einer Vorform, so wie dies nach dem Stande der Technik bekannt ist, wird die Vorform auf eine Temperatur erhitzt, welche leicht über der T_g des Vorformmaterials liegt, so dass die Luft die in das Innere der Vorform eingepresst wird, in der Lage sein wird, die Vorform zu füllen, in welche sie eingeführt worden ist. Falls die Vorform nicht genügend erhitzt würde und falls eine Temperatur unter der T_g benützt würde, würde das Vorformmaterial zu hart werden, um ordentlich zu fließen, und es würde leicht zerspringen, reißen oder sich nicht ausdehnen, um die Vorform zu füllen. Andersrum, falls die Vorform auf eine weit über der T_g liegende Temperatur erhitzt würde, würde das Material wahrscheinlich so weich werden, dass es seine Form nicht halten könnte und unpassend verarbeitet werden würde.
Falls ein Beschichtungsmaterial eine T_g aufweist, welche ähnlich ist wie diejenige des PET, dann wird es einen Blastemperaturbereich besitzen ähnlich wie derjenige des PET. Auf diese Weise, falls eine PET-Vorform mit solch einem Sperrmaterial beschichtet ist, kann eine Blastemperatur gewählt werden, welche es gestattet, beide Materialien innerhalb ihrer bevorzugten Blastemperaturbereiche zu verarbeiten. Falls die Sperrschicht eine T_g haben sollte, welche verschieden von derjenigen des PET ist, dann wäre es schwierig, wenn nicht unmöglich, eine Blastemperatur zu wählen, welche zu beiden Materialien passen würde. Wenn die Sperrmaterialien eine T_g haben, welche derjenigen des PET ähnlich ist, dann verhält sich die beschichtete Vorform während des Blasformens als ob sie aus einem einzigen Material bestehen würde, welches sich glatt ausdehnen und einen kosmetisch anziehenden Behälter schaffen wird, mit einer gleichmäßigen Wanddicke und einer einheitlichen Beschichtung des Sperrmaterials überall dort wo es angebracht worden ist.
Die Glasübergangstemperatur von PET befindet sich in einem Fenster von annähernd 75–85°C, abhängig davon, wie das PET vorher verarbeitet worden ist. Die T_g für bevorzugte Sperrmaterialien gemäß den Ausführungen der vorliegenden Erfindungen liegt vorzugsweise bei 55 bis 140°C, stärker bevorzugt bei 90 bis 110°C.
Ein weiterer Faktor, welcher einen Einfluss auf die Leistung von Sperrvorformen während des Blasformens besitzt, ist der Zustand des Materials. Die bevorzugten Sperrmaterialien der bevorzugten Ausführungen gemäß der vorliegenden Erfindung sind eher amorph als kristallin. Dies kommt daher, weil Materialien in einem amorphen Zustand leichter durch ein Blasformverfahren zu Flaschenformen und zu Behälterformen verarbeitet werden können als Materialien in einem kristallinen Zustand. PET kann in beiden, dem amorphen und dem kristallinen Zustand bestehen. Jedoch wird es bei Ausführungen der vorliegenden Erfindung aufs höchste bevorzugt, die Kristallinität des PET zu minimieren und den amorphen Zustand zu maximieren, um einen semi-kristallinen Zustand zu schaffen, welcher unter anderen bei der zwischenschichtlichen Verbundwirkung und bei dem Blasformvorgang behilflich ist. Ein aus einer PET-Schmelze hergestellter PET-Gegenstand, wie zum Beispiel bei dem Spritzgießen, kann in einen semi-kristallinen Zustand überführt werden, und zwar durch ein schnelles Abkühlen der Schmelze, schnell genug, um den kristallinen Prozess abzuschrecken und das PET ist einem hauptsächlich amorphen Zustand einzufrieren. Zusätzlich wird die Anwendung von "high IPA PET", so wie dasselbe vorher hierin beschrieben worden ist, ein einfacheres Abschrecken des Kristallisationsprozesses gestatten, da es mit einer niedrigeren Geschwindigkeit kristallisiert als das homopolmere PET.
Die Strukturviskosität und der Schmelzindex sind zwei Eigenschaften, welche mit dem Molekulargewicht des Polymers im Zusammenhang stehen. Diese Eigenschaften werden eine Angabe darüber machen, wie das Material sich unter verschiedenen Prozessbedingungen verhält, so wie zum Beispiel bei dem Verfahren durch Spritzgießen und durch Blasformen.
Die zur Verwendung bei den Gegenständen und bei den Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmten Sperrmaterialien haben vorzugsweise eine Strukturviskosität von 0,70–0,90 dl/g, stärker bevorzugt sind 0,74–0,87 dl/g, am stärksten bevorzugt sind 0,84–0,85 dl/g und einen Schmelzindex von vorzugsweise 5–30, stärker bevorzugt sind 7–12, am stärksten bevorzugt ist 10.
Sperrmaterialien von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung haben vorzugsweise eine Zugfestigkeit und einen Kriechwiderstand ähnlich wie PET. Eine Ähnlichkeit bei diesen physikalischen Eigenschaften ermöglicht der Sperrbeschichtung, sich stärker zu verhalten als nur als Gassperre. Ein Sperrmaterial, welches physikalische Eigenschaften besitzt, welche ähnlich sind wie diejenigen von PET, verhält sich wie ein Bauelement des Behälters und es ermöglicht dem Sperrmaterial einen Teil des Polyethylenterephthalats in dem Behälter zu verdrängen ohne die Leistung des Behälters zu opfern. Die Verdrängung von PET ermöglicht es dem mit einer Sperrschicht versehenen Behälter eine physikalische Leistung und Eigenschaften zu besitzen, welche ähnlich sind wie diejenigen ihrer unbeschichteten Gegenstücke ohne eine nennenswerte Veränderung bei Gewicht oder Größe. Dieselbe ermöglicht es ebenfalls irgendwelchen sich aus einem Zusatz von Sperrmaterial ergebenden Zusatzkosten durch eine Verminderung der dem PET zugeschriebenen Kosten pro Behälter ausgeglichen zu werden.
Eine Ähnlichkeit der Zugfestigkeit zwischen dem PET und den Sperrschichtmaterialien hilft dem Behälter eine strukturelle Intaktheit zu besitzen. Dies ist vor Allem wichtig, wenn ein wenig PET durch das Sperrmaterial verdrängt worden ist. Sperrbeschichtete Flaschen und Behälter, welche Merkmale im Einklang mit der vorliegenden Erfindung besitzen, können denselben physikalischen Kräften widerstehen wie ein unbeschichteter Behälter, und sie ermöglichen es zum Beispiel, dass ein mit einer Sperrschicht versehener Behälter in einer üblichen Art und Weise transportiert und behandelt werden kann, genauso wie ein unbeschichteter Behälter behandelt werden kann. Falls das Sperrschichtmaterial eine Zugfestigkeit haben sollte, welche wesentlich unter derjenigen von PET liegt, dann würde ein Behälter, bei dem ein wenig von dem PET durch Sperrmaterial verdrängt worden ist, wahrscheinlich nicht fähig sein, denselben Kräften zu widerstehen wie ein unbeschichteter Behälter.
Eine Ähnlichkeit bei dem Kriechwiderstand zwischen dem PET und den Sperrschichtmaterialien hilft dem Behälter seine Form zu behalten. Der Kriechwiderstand bezieht sich auf die Fähigkeit eines Materials, sich einer Änderung seiner Form durch eine angebrachte Kraft zu widersetzen. Zum Beispiel muss eine mit einer Flüssigkeit gefüllte Flasche, welche Kohlendioxid enthält, fähig sein dem Druck, der durch das aufgelöste Gas nach außen erzeugt wird, zu widerstehen und seine ursprüngliche Form zu bewahren. Falls das Sperrschichtmaterial einen wesentlich niedrigeren Kriechwiderstand als das PET in einem Behälter haben sollte, dann würde der resultierende Behälter sich über die Zeit hinweg verformen können, wodurch die Haltbarkeit des Produktes vermindert werden würde.
Für Anwendungen, bei welchen eine optische Klarheit von Bedeutung ist, haben die bevorzugten Sperrmaterialien einen Brechungsindex, welcher ähnlich ist wie derjenige des PET. Wenn der Brechungsindex des PET und des Sperrschichtmaterials zu einander ähnlich sind, dann sind die Vorformen und, was wahrscheinlich wichtiger ist, die hieraus geblasenen Behälter, optisch klar und aus diesem Grunde auch kosmetisch anziehend im Hinblick auf eine Verwendung als ein Getränkebehälter, wo die Klarheit der Flasche oft gewünscht ist. Falls jedoch die beiden Materialien wesentlich unähnliche Brechungsindizes in dem Moment besitzen, wo sie miteinander in Berührung gebracht werden, dann wird die sich ergebende Kombination visuelle Verzerrungen aufweisen und könnte wolkig oder undurchsichtig sein, abhängig von dem Grad des Unterschiedes zwischen den Brechungsindizes der Materialien.
Das Polyethylenterephthalat hat einen Brechungsindex für sichtbares Licht innerhalb eines Bereiches von ungefähr 1,40 bis 1,75, abhängig von seiner physikalischen Beschaffenheit. Wenn es zu einer Vorformen verarbeitet wird, so liegt der Brechungsindex vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 1,55 bis 1,75, stärker bevorzugt ist der Bereich von 1,55–1,65. Nachdem die Vorform zu einer Flasche verarbeitet worden ist, kann die Wand des Endproduktes charakterisiert werden als ein zweiachsig ausgerichteter Film, da dieselbe während des Blasformvorganges sowohl Umfangsspannungen als auch Axialspannungen ausgesetzt ist. Durch Blasformung hergestelltes PET zeigt üblicherweise einen Brechungsindex innerhalb eines Bereiches von annähernd 1,40 bis 1,75, üblicherweise von ungefähr 1,55 bis 1,75, abhängig von dem Streckgrad, der während des Blasformvorgang impliziert war. Für relativ niedrige Streckgrade von ungefähr 6:1 würde sich der Brechungsindex in der Nähe des unteren Endes befinden, wohingegen für hohe Streckgrade, von ungefähr 10:1, der Brechungsindex sich in der Nähe des oberen Endes des vorher erwähnten Bereiches befinden würde. Es wird ersichtlich, dass die hierin erwähnten Streckgrade zweiachsige Streckgrade sind und dass dieselben herrühren von dem Produkt der Umfangsspannungsrate und der Axialspannungsrate und dieselben mit einschließen. So ist zum Beispiel der Streckfaktor annähernd 8,75 (2,5·3,5) bei einem Blasformverfahren, bei welchem die endgültige Vorform um einen Faktor von 2,5 in der axialen Richtung und um einen Faktor von 3,5 diametral dazu vergrößert worden ist.
Bei Verwendung der Bezeichnung n_i, um den Brechungsindex von PET anzugeben, und der Bezeichnung n_o, um den Brechungsindex des Sperrmaterials zu kennzeichnen, liegt das Verhältnis zwischen den Werten n_i und n_o vorzugsweise bei 0,8–1,3, stärker bevorzugt sind 1,0–1,2, am stärksten bevorzugt sind 1,0–1,1. So wie dies von denjenigen erkannt wird, die sich in dieser Technik auskennen, wird für das Verhältnis n_i/n_o = 1 die Verziehung auf Grund des Brechungsindex minimal sein, da beide Indizes gleich sind. Da das Verhältnis sich jedoch progressiv von eins weg verändert, nimmt die Verziehung progressiv zu.
D. Bevorzugte Sperrbeschichtungsmaterialien und ihre Zubereitung
Die bevorzugten Sperrschichtmaterialien zur Anwendung bei Gegenständen und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten phenoxyartige thermoplastische Materialien, Copolyester von Terephthalsäure, Isophthalsäure und mindestens einem Diol mit guten Sperreigenschaften im Vergleich zu PET (Copolyester-Sperrmaterialien), Polyamiden, PEN, PEN-Copolymeren, PEN/PET-Mischungen sowie Verbindungen derselben. Vorzugsweise gehören die als Sperrmaterial im Rahmen dieser Erfindung verwendeten phenoxyartigen Thermoplaste zu einer von den folgenden Arten:

(1) Hydroxyfunktionale Poly(amidether), die Wiederholungseinheiten aufweisen, welche dargestellt sind durch irgendeine der Formeln Ia, Ib oder Ic:
(2) Poly(hydroxyamidether), die Wiederholungseinheiten aufweisen, welche unabhängig dargestellt sind durch irgendeine der Formeln IIa, IIb, IIc:
(3) Amid- und Hydroxymethyl-funktionalisierte Polyether, die Wiederholungseinheiten aufweisen, welche durch die Formel III dargestellt sind:
(4) Hydroxyfunktionale Polyether, die Wiederholungseinheiten aufweisen, welche durch die Formel IV dargestellt sind:
(5) Hydroxyfunktionale Poly(ethersulfonamide), die Wiederholungseinheiten aufweisen, welche durch die Formel Va oder Vb dargestellt sind:
(6) Poly(hydroxyesterether), die Wiederholungseinheiten aufweisen, welche durch die Formel VI dargestellt sind:
(7) Hydroxy-Phenoxyether-Polymere, die Wiederholungsgruppen aufweisen, welche durch die Formel VII dargestellt sind:
und
(8) Poly(hydroxyaminether), die Wiederholungseinheiten aufweisen, welche durch die Formel VIII dargestellt sind:
in welchen ein jedes Ar individuell eine zweiwertige aromatische Hälfte darstellt, eine substituierte zweiwertige aromatische Hälfte oder eine heteroaromatische Hälfte, oder eine Kombination von verschiedenen zweiwertigen aromatischen Hälften, substituierten aromatischen Hälften oder heteroaromatischen Hälften; R ist individuell Wasserstoff oder eine einwertige Hydrocarbylhälfte; jedes Ar₁ ist eine zweiwertige aromatische Hälfte oder eine Kombination von zweiwertigen aromatischen Hälften, welche Amid- oder Hydroxymethyl-Gruppen tragen; jedes Ar₂ ist das gleiche wie oder verschieden von Ar und ist individuell eine zweiwertige aromatische Hälfte, eine substituierte aromatische Hälfte oder eine heteroaromatische Hälfte, oder eine Kombination von verschiedenen zweiwertigen aromatischen Hälften, substituierten aromatischen Hälften oder heteroaromatischen Hälften; R₁ ist individuell eine vorherrschende Hydrocarbylenhälfte, wie zum Beispiel eine zweiwertige aromatische Hälfte, eine substituierte zweiwertige aromatische Hälfte, eine zweiwertige heteroaromatische Hälfte, eine zweiwertige Alkylenhälfte, eine zweiwertige substituierte Alkylenhälfte oder eine zweiwertige Heteroalkylenhälfte oder eine Kombination von solchen Hälften; R₂ ist individuell eine einwertige Hydrocarbylhälfte; A ist eine Aminhälfte oder eine Kombination von verschiedenen Aminhälften, X ist ein Amin, ein Arylendioxy, ein Arylendisulfonamido- oder eine Arylendicarboxy-hälfte oder eine Kombination von solchen Hälften; und Ar₃ ist eine "Cardo" Hälfte, welche durch irgendeine der folgenden Formeln dargestellt ist:
in welchen Y nichts darstellt, eine kovalente Bindung, oder eine Verbindungsgruppe, wobei annehmbare Verbindungsgruppen sich zum Beispiel erstrecken auf ein Sauerstoffatom, ein Schwefelatom, ein Carbonylatom, eine Sulfonylgruppe oder eine Methylengruppe oder eine ähnliche Verbindungsgruppe; n eine ganze Zahl von ungefähr 10 bis ungefähr 1000 ist; x für 0,01 bis 1,0 und y für 0 bis 0,5 stehen.

Der Ausdruck "vorherrschend Hydrocarbylen" steht für ein zweiwertiges Radikal, das vorherrschend aus Kohlenwasserstoff besteht, welches jedoch wahlweise eine kleine Menge einer heteroaromatischen Hälfte enthält, wie zum Beispiel Sauerstoff, Schwefel, Imino, Sulfonyl, Sulfoxyl und dergleichen.
Die hydroxyfunktionalen Poly(amidether), dargestellt durch die Formel I, werden vorzugsweise zubereitet durch die Kontaktreaktion eines N,N'-bis(Hydroxyphenylamido)alkans oder -arens mit einem Diglycidylether, so wie dies in den U.S. Patenten Nr. 5.089.588 und 5.143.998 beschrieben worden ist.
Die Poly(hydroxyamidether), dargestellt durch die Formel II, werden hergestellt durch die Kontaktreaktion eines bis(Hydroxyphenylamido)alkans oder -arens oder einer Kombination von zwei oder von mehr von diesen Verbindungen, wie zum Beispiel N,N-bis(3-Hydroxyphenyl)adipamid oder N,N-bis(3-Hydroxyphenyl)glutaramid, mit einem Epihalohydrin, so wie in dem U.S. Patent Nr. 5.134.218 beschrieben.
Die amid- und hydroxymethyl-funktionalisierten Polyether, durch die Formel III dargestellt, können zum Beispiel dadurch zubereitet werden, dass die Diglycidylether zur Reaktion gebracht werden, wie zum Beispiel Diglycidylether von Bisphenol A mit einem Dihydrophenol bzw. einem zweiwertigen Phenol, welches aufweist; anhängendes Amido, N-substituiertes Amido und/oder Hydroalkylhälften, wie zum Beispiel 2,2-bis(4-Hydroxyphenyl)acetamid und 3,5-Dihydroxybenzamid. Diese Polyether und ihre Zubereitung werden in den U.S. Patenten Nr. 5.115.075 und 5.218.075 beschrieben.
Die hydroxyfunktionalen Polyether, dargestellt durch die Formel IV, können zum Beispiel dadurch zubereitet werden, dass es einem Diglycidylether oder einer Kombination von Diglycidylether ermöglicht wird zur Reaktion zu kommen mit einem Dihydrophenol oder einer Kombination von Dihydrophenolen, unter Verwendung eines in dem U.S. Patent Nr. 5.164.472 beschriebenen Verfahrens. Wahlweise werden die hydroxyfunktionalen Polyether dadurch erzielt, dass ein Dihydrophenol oder eine Kombination von Dihydrophenolen zur Reaktion gebracht wird mit einem Epihalohydrin über das Verfahren, das von Reinking, Barnabeo und Hale in "The Journal of Applied Polymer Science, Vol. 7, S. 2135 (1963)" beschrieben worden ist.
Die hydroxyfunktionalen Poly(ethersulfonamide), in der Formel V dargestellt, werden zum Beispiel zubereitet durch Polymerisierung eines N,N-Dialkyl- oder N,N-Diaryldisulfonamids mit einem Diglycidylether, so wie in dem U.S. Patent Nr. 5.149.768 beschrieben.
Die Poly(hydroxyesterether), dargestellt durch die Formel VI, werden dadurch zubereitet, dass Diglycidylether von aliphatischen oder aromatischen Disäuren, wie zum Beispiel Diglycidylterephthalat oder Diglycidylether von Dihydrophenolen zur Reaktion gebracht werden mit aliphatischen oder aromatischen Disäuren wie zum Beispiel Adipinsäure oder Isophthalsäure. Diese Polyester werden beschrieben in U.S. Patent Nr. 5.171.820.
Die Polymere aus Hydroxyphenoxyether, durch die Formel VII dargestellt, werden zum Beispiel zubereitet durch die Kontaktreaktion von mindestens einem dinukleophilen Monomer mit mindestens einem Diglycidylether eines Carbobisphenols, wie zum Beispiel 9,9-bis(Hydroxyphenyl)fluoren, Phenolphthalein oder Phenolphthalimidin oder ein substituiertes Carbobisphenol, wie zum Beispiel ein substituierter Bis(Hydroxyphenyl)fluoren, ein substituiertes Phenolphthalein oder ein substituierter Phenolphthalimidin unter Bedingungen, die ausreichen, um die nukleophilen Hälften des dinukleophilen Monomers mit Epoxyhälften zur Reaktion zu bringen, um ein Polymerhauptgerüst zu bilden, welches anhängende Hydroxyhälften und Ether-, Imin-, Amin-, Sulfonamid- oder Ester-verbindungen enthalten. Diese Polymere aus Hydroxyphenoxyether werden in dem U.S. Patent Nr. 5.184.373 beschrieben.
Die Poly(hydroxyaminoether) ("PHAE" oder Polyetheramine), dargestellt in der Formel VIII, werden dadurch zubereitet, dass ein oder mehrere Diglycidylether eines zweiwertigen Dihydrophenols in Berührung gebracht wird mit einem Amin, welches zwei Aminwasserstoffe aufweist, dies unter Bedingungen, die ausreichend sind, um die Aminhälften zur Reaktion zu bringen Epoxyhälften und ein Polymerhauptgerüst zu bilden, welches Aminverbindungen, Etherverbindungen und hängende Hydroxylhälften aufweist. Diese Verbindungen werden beschrieben in dem U.S. Patent Nr. 5.275.853.
Phenoxyartige Thermoplaste der Formeln I–VIII können gekauft werden bei Dow Chemical Company (Midland, Michigan, U.S.A.).
Die phenoxyartigen Thermoplaste, welche im Handel bei Phenoxy Associates, Inc. gekauft werden können, sind geeignet zum Gebrauch im Rahmen der vorliegenden Erfindung. Diese Polymere von Hydroxyphenoxyether sind die Produkte aus der Kondensationsreaktion von einem zweiwertigen polynuklearen Phenol, wie zum Beispiel Bisphenol A, und einem Epihalohydrin und sie besitzen Wiederholungseinheiten, wie sie in der Formel IV dargestellt werden, in welcher Ar eine Isopropylidendiphenylhälfte darstellt. Das Verfahren, um diese zuzubereiten, wird in dem U.S. Patent Nr. 3.305.528 beschrieben, welches durch diese Referenznahme in seiner Gesamtheit mit hierin einbezogen wird.
Die am meisten bevorzugten phenoxyartigen Thermoplaste sind die Poly(hydroxyaminether) ("PHAE") und sie werden in der Formel VIII dargestellt. Ein Beispiel ist dasjenige, das von der Dow Chemical Company als XU19040.00L verkauft wird.
Beispiele von bevorzugten Sperrmaterialien mit Copolyester und ein Verfahren für ihre Herstellung werden in dem U.S. Patent Nr. 4.578.295 von Jabarin beschrieben. Sie werden üblicherweise zubereitet durch Aufheizen einer Mischung von mindestens einem Reaktanden, welcher ausgewählt wird unter Isophthalsäure, Terephthalsäure und deren C₁- bis C₄-Alkylester mit 1,3 bis(2-Hydroxyethoxy)benzol und Ethylenglycol. Wahlweise kann die Mischung weiterhin umfassen einen oder mehrere esterbildende Dihydroxy-Kohlenwasserstoffe und/oder bis(4-β-Hydroxyethoxyphenyl)sulfon. Besonders bevorzugte Copolyester-Sperrmaterialien sind erhältlich als B-010, B-030 und andere Produkte dieser Familie bei Mitsui Petrochemical Ind. Ltd. (Japan).
Beispiele von bevorzugten Polyamid-Sperrmaterialien umfassen das MXD-6 von Mitsubishi Gas Chemical (Japan). Weitere bevorzugte Polyamid-Sperrmaterialien sind Polyamide, welche vorzugsweise 1–10% Polyester enthalten, stärker bevorzugt ist 1–2 Gew.-% Polyester, wobei der Polyester vorzugsweise PET ist, stärker bevorzugt ist ein hohes IPA PET. Diese Materialien werden hergestellt durch die Zugabe des Polyesters zu der Polyamid-Polykondensationsmischung. "Polyamide", so wie hierin benützt, soll sich ebenfalls auf jene Polyamide erstrecken, die PET oder andere Polyester enthalten.
Weitere bevorzugte Sperrmaterialien umfassen Polyethylennaphthalat (PEN), PEN-Copolyester sowie Mischungen von PET/PEN. PEN-Materialien können bei der Shell Chemical Company gekauft werden.
E. Zubereitung der Polyester
Polyester und Verfahren zu ihrer Zubereitung (einschließlich der spezifischen Monomere, die zu ihrer Bildung angewendet werden, der Proportionen, der Polymerisationstemperaturen, der Katalysatoren und weiterer Bedingungen) sind bestens auf diesem Gebiet bekannt und es wird für die Zwecke dieser Erfindung hierauf verwiesen. Für die Zwecke der Erläuterung, aber nicht der Begrenzung, wird besonders verwiesen auf die "Seiten 1–62 aus dem Volumen 12 der Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, 1988 Revision, John Wiley & Sons."
Typischerweise werden Polyester hergeleitet aus der Reaktion einer zwei- oder mehrwertigen Karbonsäure mit einem zwei- oder mehrwertigen Alkohol. Annehmbare zwei- oder mehrwertige Karbonsäuren beinhalten mehrwertige Karbonsäuren und die Ester sowie die Anhydride solcher Säuren sowie Mischungen derselben. Typische Karbonsäuren beinhalten Phthalsäure, Isophthalsäure, Adipinazelainsäure, Terephthalsäure, Oxalsäure, Malonsäure, Succinsäure, Glutarsäure, Sebacinsäure und dergleichen. Zweiwertige Karbonsäuren werden bevorzugt. Terephthalsäure wird im Allgemeinen am meisten verwendet und sie wird bevorzugt für die Zubereitung von Polyesterfilmen. α,β-ungesättigte, zwei- und mehrwertige Karbonsäuren (einschließlich der Ester oder Anhydride von solchen Säuren sowie Mischungen derselben) können verwendet werden als einen teilweisen Ersatz für die gesättigten Karbonkomponenten. Repräsentative α,β-ungesättigte, zwei- und mehrwertige Karbonsäuren enthalten Maleinsäure, Fumarsäure, Aconitsäure, Itaconsäure, Mesaconsäure, Citraconsäure, Monochlormaleinsäure und dergleichen.
Typische zwei- oder mehrwertige Polyalkohole, welche für die Zubereitung von Polyestern verwendet werden, sind jene Alkohole, die mindestens zwei Hydroxygruppen aufweisen, obschon ebenfalls geringere Mengen an Alkohol verwendet werden können, welche mehr oder auch weniger Hydroxygruppen haben. Dihydroxyalkohole werden bevorzugt. Herkömmlicherweise angewendete Dihydroxyalkohole bei der Zubereitung von Polyestern umfassen Diethylenglycol; Dipropylenglycol; Ethylenglycol; 1,2-Propylenglycol; 1,4-Butandiol; 1,4-Pentandiol; 1,5-Hexandiol; 1,4-Cyclohexandimethanol und ähnliche, wobei 1,2-Propylenglycol bevorzugt wird. Mischungen von Alkoholen können ebenfalls verwendet werden. Die zwei- oder mehrwertigen Alkoholkomponenten des Polyesters sind üblicherweise stöchiometrisch oder leicht im Überschuss im Vergleich zu der Säure. Der Überschuss der zwei- oder mehrwertigen Alkoholkomponenten wird selten annähernd 20 bis 25 Mol-% überschreiten und er liegt üblicherweise zwischen annähernd 2 und annähernd 10 Mol-%.
Der Polyester wird allgemein zubereitet durch Aufheizen einer Mischung von den zwei- oder mehrwertigem Alkohol und von der zwei- oder mehrwertigen Karbonkomponente in ihren eigenen molaren Verhältnissen bei hohen Temperaturen, üblicherweise zwischen ungefähr 100°C und 250°C, über längere Zeitspannen hinweg, üblicherweise in einem Bereich zwischen 5 und 15 Stunden. Polymerisationsverzögerer, wie zum Beispiel Terephthalsäure und Ethylenglycol können in vorteilhafter Weise verwendet werden.
PET, der bevorzugte Polyester, welcher üblicherweise hergestellt wird über die Kondensation von Terephthalsäure und Ethylenglycol, kann gekauft werden bei Dow Chemical Company (Midland, Michigan) und bei Allied Signal Inc. (Baton Rouge, LA) sowie vielen anderen.
Vorzugsweise ist das verwendete PET jenes, bei welchem Isophthalsäure (IPA) hinzugefügt worden ist im Verlauf der Zubereitung von PET, um ein Copolymer zu bilden. Die Menge an zugefügter IPA beträgt vorzugsweise 2–10 Gew.-%, stärker bevorzugt sind 3–8 Gew.-%, am meisten bevorzugt sind 4–5 Gew.-%. Der am meisten bevorzugte Bereich basiert auf den augenblicklichen FDA Bestimmungen, welche augenblicklich keine PET-Materialien gestatten, welchen einen IPA-Gehalt von mehr als 5% aufweisen, und welche in Berührung mit Lebensmitteln oder Getränken kommen. Ein hohes IPA PET (PET, welches mehr als annähernd 2 Gew.-% IPA aufweist) kann, so wie oben erläutert, hergestellt werden, oder aber es kann von einer gewissen Anzahl von Herstellern bezogen werden, so zum Beispiel erhält man PET mit 4,8% IPA bei SKF (Italien) und 10% IPA PET bei INCA (Dow Europe).
Zusätzlich, falls ein Polyamid als Sperrmaterial gewählt wird, ist es vorteilhaft, ein Polyester zu wählen, das Polyamid enthält. Solche polyamidhaltigen Polyester werden gebildet durch Hinzufügen von Polyamid zu der Polyester-Polykondensationsmischung. Die Menge an Polyamid im Polyester beträgt vorzugsweise 1–10 Gew.-%, stärker bevorzugt sind 1–2 Gew.-%. Der verwendete Polyester besteht vorzugsweise aus PET, stärker bevorzugt ist hohes IPA PET.
F. Materialien zur Steigerung der Sperreigenschaften der Sperrharze
Die vorher offen gelegten Sperrmaterialien können in Verbindung mit anderen Materialien verwendet werden, welche die Sperreigenschaften steigern. Allgemein gesprochen, eine Ursache für die Diffusion von Gasen durch ein Material hindurch liegt bei dem Bestehen von Lücken oder Löchern in dem Material auf dem molekularen Niveau, durch welche das Gas hindurch passieren kann. Das Vorhandensein von intermolekularen Kräften in einem Material, wie zum Beispiel die Bindung von Wasserstoff, gestattet eine Kohäsion zwischen den Ketten in der Matrix, welche diese Lücken schließt und von der Diffusion von Gasen abhält. Man könnte ebenfalls die Fähigkeit zum Gassperren bei guten Sperrmaterialien durch das Hinzufügen eines zusätzlichen Moleküls oder einer zusätzlichen Substanz vergrößern, welche aus solchen intermolekularen Kräften einen Nutzen ziehen und als eine Brücke zwischen den Polymerketten in der Matrix wirken und somit behilflich sind die Löcher in der Matrix zu schließen und die Diffusion von Gas zu vermindern.
Derivate von dem Diolresorzinol (m-Dihydroxybenzol), wenn sie mit anderen Monomeren bei der Herstellung von PHAE, PET, Copolyester-Sperrmaterialien und von weiteren Sperrmaterialien zur Reaktion gebracht werden, ergeben üblicherweise ein Material, das bessere Sperreigenschaften aufweist als das gleiche Material, wenn dasselbe kein Resorcinolderivat enthält. Zum Beispiel kann Resorcinol-Diglycidylether in PHAE verwendet werden und Hydroxyethylether-Resorcinol kann in PET und in anderen Polyestern sowie in Copolyester-Sperrmaterialien verwendet werden.
Eine Messung der Wirksamkeit einer Sperrung ist die Auswirkung, welche dieselbe auf die Haltbarkeit des Materials besitzt. Die Lagerungshaltbarkeit eines Softdrinks mit Kohlensäure in einer 32 oz PET Flasche ohne Sperrbeschichtung beträgt ungefähr 12–16 Wochen. Die Lagerungshaltbarkeit ist definiert als die Zeit, nach welcher weniger als 85% des ursprünglichen Gehaltes an Kohlendioxid in der Flasche zurück bleiben. Flaschen, die mit PHAE beschichtet sind, unter Anwendung eines Einspritzungs-Übereinspritzungs-Verfahrens, wie dies nachstehend beschrieben wird, haben gezeigt, dass sie 2 bis 3 Mal längere Lagerungszeiten aufzuweisen als jene mit nur PET. Falls jedoch PHAE mit Resorcinol-Diglycidylether verwendet wird, dann kann die Haltbarkeit 4 bis 5 Mal verlängert werden, im Vergleich zu bloßem PET.
Ein anderer Weg zur Steigerung der Sperreigenschaften eines Materials ist das Hinzufügen einer Substanz, welche die Löcher in der Polymermatrix "verschließt", und auf diese Weise das Gas davon abhält, durch die Matrix durchzudringen. Wahlweise könnte eine Substanz dabei helfen, einen windungsreichen Weg für die Gasmoleküle zu schaffen während sie durch das Material hindurch dringen. Eine solche Substanz, auf welche hierin Bezug genommen wird mit dem Ausdruck "Nanopartikel" oder "Nanopartikelmaterial" besteht in winzigen Materialpartikeln, welche die Sperreigenschaften eines Materials durch verbessern, dass sie einen mehr oder weniger gewundenen Weg für die Wanderung von Sauerstoff und Kohlendioxid schaffen. Ein bevorzugter Typ eines Nanopartikelmaterials ist ein mikropartikulares Produkt auf Tonbasis, das bei Southern Clay Products erhältlich ist.
G. Zubereitung von Gegenständen mit Sperrschichten
Wenn ein passendes Material einmal bis ausgewählt worden ist, dann muss die beschichtete Vorform in einer Weise gestaltet werden, welche eine Haftung zwischen den beiden Materialien fördert. Im Allgemeinen steigt die Haftung zwischen den Sperrschichtmaterialien und PET in dem Maße wie die Oberflächentemperatur ansteigt. Aus diesem Grunde ist es vorzuziehen, die Beschichtung an gewärmten Vorformen vorzunehmen, selbst wenn die bevorzugten Sperrmaterialien bei der Umgebungstemperatur an dem PET haften.
Es gibt eine Anzahl von Verfahren zur Herstellung einer beschichteten PET Vorform im Einklang mit der vorliegenden Erfindung. Bevorzugte Verfahren bestehen in einer Beschichtung durch Eintauchen, einer Beschichtung durch Aufsprühen, im Flammspritzen, einer Beschichtung durch Eintauchen in ein Wirbelbett und einer Beschichtung durch elektrostatisches Aufsprühen von Pulvern. Ein anderes bevorzugtes Verfahren, das lamellare Spritzgießverfahren, wird später noch mehr im Detail erläutert. Jedes einzelne der oben erwähnten Verfahren wurde eingereicht und beschrieben in meiner ebenfalls anhängigen Patentanmeldung U.S. Serial No. 09/147.971, eingereicht am 19. Oktober 1998 mit dem Titel „BARRIER-COATED POLYESTER", welches durch diese Referenznahme in seiner Gesamtheit mit hierin einbezogen wird.
Auf ein besonders bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Vorform aus PET wird hierin allgemein Bezug genommen als Überformung und manchmal als Einspritzen-Übereinspritzen ("IOI" = Injection-Over-Injection). Der Name bezieht sich auf ein Verfahren, bei welchem von dem Spritzgießen Gebrauch gemacht wird, um eine oder mehrere Schichten von Sperrmaterial über eine bestehende Vorform einzuspritzen, welche ihrerseits vorzugsweise durch Spritzgießen hergestellt worden ist. Die Ausdrücke "Übereinspritzen" und "Überformung" werden hierin verwendet, um ein Beschichtungsverfahren zu beschreiben, mit Hilfe dessen eine Schicht eines Materials, welches vorzugsweise aus Sperrmaterial besteht, über eine bestehende Vorform eingespritzt wird. Bei einer besonders bevorzugten Ausführung wird das Übereinspritzverfahren ausgeführt während die darunter liegende Vorform noch nicht vollständig abgekühlt worden ist. Eine Übereinspritzung kann verwendet werden, um eine oder mehrere zusätzlicher Schichten von Materialien, wie zum Beispiel solche mit Sperrmaterial, wieder verwendetem PET oder anderen Stoffen, über eine bereits beschichtete oder eine unbeschichtete Vorform aufgebracht werden.
Die Überformung wird vollzogen unter Verwendung eines Spritzgießverfahrens mit Einsatz von Einrichtungen, welche ähnlich sind wie denjenigen, die verwendet werden um die unbeschichtete Vorform selbst herzustellen. Eine bevorzugte Form für die Überformung, mit einer sich vor Ort befindlichen unbeschichteten Vorform, wird in der 9 gezeigt. Die Form umfasst zwei Hälften, eine Hohlraumhälfte 92 und eine Dornhälfte 94 und sie wird in der 9 in dem geschlossenen Zustand vor der Übereinspritzung. gezeigt Die Hohlraumhälfte 92 weist einen Hohlraum auf, in welchem die unbeschichtete Vorform untergebracht ist. Der Stützring 98 der Vorform stützt sich auf der Fugenleiste 98 ab und wird in dieser Stellung gehalten durch die Dornhälfte 94, welche einen Druck auf den Stützring 38 ausübt, und auf diese Weise die Halsgegend gegenüber der Körpergegend der Vorform abdichtet. Die Hohlraumhälfte 92 trägt darin eine Vielzahl von Rohren oder Kanälen 104, welche eine Flüssigkeit befördern. Bevorzugt zirkuliert die Flüssigkeit in den Kanälen längs eines Weges, auf welchem die Flüssigkeit durch einen Einlass in die Hohlraumhälfte 92 hinein, durch die Kanäle 104 und durch einen Auslass aus der Hohlraumhälfte 92 heraus, durch einen Kühler oder durch eine andere Kühlvorrichtung, und dann wieder zurück zum Einlass gelangt. Die umlaufende Flüssigkeit dient zum Kühlen der Form, welche ihrerseits die Kunststoffschmelze kühlt, welche in die Form eingespritzt wird, um die beschichtete Vorform zu bilden.
Die Dornhälfte 94 der Form enthält einen Dorn 98. Der Dorn 98, auch manchmal Kern genannt, ragt aus der Dornhälfte 94 der Form heraus und besetzt den zentralen Hohlraum der Vorform. Zusätzlich zur Aushilfe bei dem Zentrieren der Vorform in der Form, kühlt der Dorn 98 das Innere der Vorform ab. Die Kühlung erfolgt durch die Zirkulation einer Flüssigkeit durch Kanäle 106 in der Dornhälfte 94 der Form, am wichtigsten die Länge des Dorns 98 selbst nach. Die Kanäle 106 der Dornhälfte 94 verhalten sich in einer Weise, welche ähnlich ist wie jene der Kanäle 104 in der Hohlraumhälfte 92, derart dass sie den Teil des Weges schaffen, durch welchen die Kühlflüssigkeit fließt und welcher im Innern der Formhälfte liegt.
Während die Vorform in dem Formhohlraum sitzt, ist der Körperteil der Vorform innerhalb des Hohlraumes zentriert und vollständig umgeben von einem leeren Raum 100. Die Vorform, welche auf diese Weise positioniert ist, verhält sich wie ein innerer Gesenkdorn bei dem nachfolgenden Einspritzvorgang. Die Schmelze des Überformungsmaterials, welches vorzugsweise ein Sperrmaterial enthält, wird alsdann in den Formhohlraum eingeführt, dies mit Hilfe des Injektors via den Einlass 102, und sie fließt um die Vorform herum und umgibt vorzugsweise mindestens die Körperpartie 34 der Vorform. Im Anschluss an die Übereinspritzung wird die überformte Schicht die annähernde Größe und Form des leeren Raumes 100 einnehmen.
Um das Überformungsverfahren auszuführen, wird die anfängliche Vorform, welche beschichtet werden soll, vorzugsweise bis auf eine Temperatur über ihrer T_g erhitzt. Im Falle von PET beträgt diese Temperatur vorzugsweise 100 bis 200°C, stärker bevorzugt sind 180–225°C. Falls eine Temperatur an oder über der Kristallisationstemperatur für PET verwendet wird, welche annähernd 120°C beträgt, dann sollte Vorsicht walten bei dem Abkühlen des PET in der Vorform. Die Kühlung soll ausreichend sein, um die Kristallisation von dem PET in der Vorform zu minimieren, derart dass das PET in dem bevorzugten semi-kristallinen Zustand vorliegt. Wahlweise kann die verwendete ursprüngliche Vorform eine solche sein, welche vor kurzem spritzgegossen worden ist und noch nicht vollständig abgekühlt ist, so dass sie sich auf einer hohen Temperatur befindet, so wie man dies für das Überformungsverfahren bevorzugt.
Das Beschichtungsmaterial wird erhitzt, um eine Schmelze mit einer solchen Viskosität zu bilden, welche mit der Verwendung in einer Spritzgießvorrichtung vereinbar ist. Die Temperatur hierzu, die Einspritztemperatur, wird zwischen den einzelnen Materialien variieren, da die Schmelzbereiche bei den Polymeren und die Viskositäten in den Schmelzen variieren können auf Grund ihrer Geschichte, ihrer chemischen Eigenschaften, Molekulargewichte, Verzweigungsgrade und weitere Eigenschaften eines Materials. Für die vorher offenbarten bevorzugten Sperrmaterialien, liegt die Einspritztemperatur vorzugsweise in dem Bereich von annähernd 180–325°C, stärker bevorzugt sind 200 bis 275°C. Zum Beispiel, für das Copolyester-Sperrmaterial B-010 liegt die bevorzugte Temperatur um 210°C, wo hingegen die bevorzugte Temperatur für PHAE XU-19040.00L im Bereich 160–260°C liegt, und stärker zu bevorzugen sind annähernd 200–280°C. Am meisten vorzuziehen ist die Einspritztemperatur für PHAE von annähernd 190–230°C. Falls wieder verwendetes PET gebraucht wird, so liegt die bevorzugte Einspritztemperatur vorzugsweise zwischen 250–300°C. Das Beschichtungsmaterial wird anschließend in einer solchen Menge in die Form eingespritzt, welche genügt, um den leeren Raum 100 zu füllen. Falls das Beschichtungsmaterial auch Sperrmaterial enthält, dann ist die Beschichtungsschicht eine Sperrschicht.
Die beschichtete Vorform wird vorzugsweise auf mindestens einen solchen Punkt abgekühlt, wo sie aus der Form heraus bewegt werden kann, oder ohne beschädigt zu werden gehandhabt werden kann, und sie wird von der Form dorthin entfernt wo sie weiter abkühlen kann. Falls PET verwendet wird und falls die Vorform auf eine Temperatur bei oder über der Kristallisationstemperatur für PET erhitzt worden ist, dann soll die Abkühlung ziemlich schnell vor sich gehen und genügend sein, um sicher zu stellen, dass das PET sich primär in dem semi-kristallinen Zustand befindet, wenn die Vorform vollständig abgekühlt ist. Als eine Folge aus diesem Verfahren ergibt sich eine starke und wirksame Bindung zwischen der ursprünglichen Vorform und dem nachträglich angebrachten Beschichtungsmaterial.
Das Überformen kann ebenfalls verwendet werden, um beschichtete Vorformen mit drei oder mehr Schichten bzw. Lagen herzustellen. In der 16 wird eine dreischichtige Ausführung einer Vorform 132 im Einklang mit der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die hierin gezeigte Vorform weist zwei Beschichtungslagen auf, eine mittlere Schicht 134 und eine äußere Schicht 136. Die relative Dicke der in der 16 gezeigten Schichten kann variiert werden, um sich einer bestimmten Kombination von Schichtmaterialien anzupassen, oder eine Herstellung von Flaschen mit verschiedenen Größen zu erlauben. So wie von jenen, die sich auf diesem Gebiet der Technik auskennen, verstanden werden wird, würde ein Verfahren verfolgt werden, was analog zu jenem vorher veröffentlichten ist, ausgenommen, dass die ursprüngliche Vorform eine solche sein würde, welche bereits beschichtet wurde, ebenso wie gemäß einem der Verfahren zur Herstellung von Vorformen, welche hierin beschrieben werden, einschließlich das Überformen.
1. Erstes bevorzugtes Verfahren und Vorrichtung zum Überformen
Eine erste bevorzugte Vorrichtung, um das Überformungsverfahren durchzuführen, beruht auf der Anwendung einer 330-330-200 Maschine von Engel (Österreich). Der bevorzugte Formabschnitt in der Maschine wird schematisch in den 10–15 gezeigt und beinhaltet eine bewegliche Hälfte 142 und eine feststehende Hälfte 144. Beide Hälften sind vorzugsweise aus Hartmetall hergestellt. Die feststehende Hälfte 144 umfasst mindestens zwei Formbereiche 146, 148, in welchen ein jeder Formbereich N (N > 0) identische Formhohlräume 114, 120 aufweist, einen Einlass und einen Auslass für die Kühlflüssigkeit, Kanäle, welche die Zirkulation der Kühlflüssigkeit innerhalb des Formbereiches ermöglichen, eine Einspritzvorrichtung und warme Rinnen zum Leiten des geschmolzenen Materials von der Einspritzvorrichtung zu dem Einlass eines jeden Formhohlraumes. Da jeder Formbereich eine verschiedene Vorformschicht bildet und da jede Vorformschicht vorzugsweise aus einem verschiedenen Material gebildet ist, wird ein jeder Formbereiche einzeln gesteuert, um sich den möglichen verschiedenen Bedingungen anzupassen, welche für ein jedes Material und für eine jede Schicht erforderlich sind. Die einem speziellen Formbereiche zugeordnete Einspritzvorrichtung spritzt ein geschmolzenes Material, bei einer an dieses spezielle Material angepassten Temperatur, durch die warmen Rinnen und Einlässe des Formbereichs in die Formhohlräume hinein. Der eigene Einlass und der eigene Auslass für die Kühlflüssigkeit in dem Formbereich gestattet eine Änderung der Temperatur des Formbereichs, um sich der Beschaffenheit des einzelnen, in den Formbereich eingespritzten Materials anzupassen. Folglich kann ein jeder der Formbereiche verschiedene Bedingungen aufweisen bezüglich Einspritztemperatur, Formtemperatur, Druck, Einspritzvolumen, Kühlflüssigkeitstemperatur, usw., um sich dem Material und den Verfahrensanforderungen einer speziellen Vorformschicht anzupassen.
Die bewegliche Hälfte 142 der Form weist einen Drehtisch 130 und eine Vielzahl von Kernen oder Dornen 98 auf. Die Ausrichtungsstifte führen die bewegliche Hälfte 142, um dieselbe gleitend in einer bevorzugten horizontalen Richtung zu bewegen, hin zu oder weg von der stationären Hälfte 144. Der Drehtisch kann im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn rotieren und er ist auf der beweglichen Hälfte 142 montiert. Die Vielzahl der Dorne 98 ist auf dem Drehtisch 130 befestigt. Diese Dorne 98 dienen sowohl als Formungsform für das Innere der Vorform als auch als Träger und Kühleinrichtung der Vorform während des Formungsvorgangs. Die Kühlvorrichtung in den Dornen ist getrennt von dem Kühlsystem in den Formbereichen.
Die Formtemperatur oder die Kühlung für die Form wird mit Hilfe der zirkulierenden Flüssigkeit geregelt. Es gibt eine getrennte Zirkulation der Kühlflüssigkeit für die bewegliche Hälfte 142 und einen solchen für einen jeden einzelnen der Formbereiche 146, 148 der stationären Hälfte 144. Aus diesem Grunde gibt es in einer Form, welche zwei Formbereiche in der stationären Hälfte aufweist, eine getrennte Kühlung für einen jeden der zwei Formbereiche plus eine getrennte Kühlung für die bewegliche Hälfte 142 der Form. Auf ähnliche Weise gibt es in einer Form, welche drei Formbereiche aufweist, in der stationären Hälfte vier getrennte Aufbauten für die Zirkulationen der Kühlflüssigkeit: einen für einen jeden der einzelnen Formbereiche, für ein Gesamtanzahl von drei, plus einen für die bewegliche Hälfte 142. Ein jeder Aufbau für die Zirkulation der Kühlflüssigkeit arbeitet auf ähnliche Weise. Die Flüssigkeit tritt in die Form ein, fließt durch ein Netzwerk von innen liegenden Kanälen oder Rohren, so wie für die 9 erläutert, und tritt dann durch einen Ausgang wieder aus. Von dem Ausgang weg fließt die Flüssigkeit durch eine Pumpe, welche die Flüssigkeit in Bewegung hält, und durch ein Kühlsystem, welches die Flüssigkeit innerhalb eines gewünschten Temperaturbereiches hält, bevor sie wiederum zurück in die Form fließt.
In einer bevorzugten Ausführung werden die Dorne und die Hohlräume aus einem Material hergestellt, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie zum Beispiel Beryllium, welches mit einem Hartmetall beschichtet wird, wie zum Beispiel Zinn oder Chrom. Die Hartbeschichtung verhindert einerseits eine Direktberührung des Berylliums mit der Vorform, und sie dient andrerseits dazu, einen Auslöser für den Auswurf darzustellen und eine harte Oberfläche für eine lange Lebensdauer zu liefern. Die hohe Wärmeleitfähigkeit gestattet eine wirksamere Kühlung und sie trägt daher zu der Verwirklichung einer kürzeren Zyklusdauer bei. Das Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit kann über die gesamte Fläche eines jeden Dornes und/oder Hohlraumes angeordnet sein, oder es kann sich auf nur einem Teil desselben befinden. Vorzugsweise enthalten mindestens die Spitzen der Dorne ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Ein weiteres, sogar stärker zu bevorzugendes Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit ist Ampcoloy, das im Handel von der Undenholm Inc. Bezogen werden kann.
Die Anzahl der Dorne ist die gleiche wie die Anzahl der Hohlräume, und die Anordnung der Dorne 98 auf der beweglichen Hälfte 142 spiegelt die Anordnung der Hohlräume 114, 120 auf der feststehenden Hälfte wieder. Um die Form zu schließen, bewegt sich die bewegliche Hälfte 142 zu der stationären Hälfte 144 hin, womit sich die Dorne 98 mit den Hohlräumen 114, 120 paaren. Um die Form zu öffnen, bewegt sich die bewegliche Hälfte 142 weg von der stationären Hälfte 144, so dass die Dorne 98 klar aus dem Block an der stationären Hälfte 144 entfernt sind. Nachdem die Dorne 98 vollständig aus den Formteilen 146, 148 herausgezogen worden sind, dreht der Drehtisch 130 der beweglichen Hälfte 142 die Dorne 98 in eine fluchtende Anordnung mit einem anderen Formbereich. Auf diese Weise dreht sich die bewegliche Hälfte um 360°/(Anzahl der Formbereiche auf der stationären Hälfte) Grad, anschließend an einen jeden Rückzug der Dorne aus der stationären Hälfte. Wenn die Maschine arbeitet, dann werden während der Schritte des Rückzuges und der Drehung Vorformen an einigen oder an sämtlichen Dornen vorhanden sein.
Die Größe der Hohlräume in einem gegebenen Formteil 146, 148 wird identisch sein; jedoch wird die Größe der Hohlräume zwischen den Formbereichen verschieden sein. Die Hohlräume, in welchen die unbeschichteten Vorformen zuerst geformt werden, die Vorformformungshohlräume 114 sind dimensionsmäßig am kleinsten. Die Größe der Hohlräume 120 in dem Formbereich 148, in welchem der erste Beschichtungsschritt ausgeführt wird, sind größer als die Formungshohlräume der Vorform 114, um so die unbeschichtete Vorform aufzunehmen und noch zusätzlich Platz zu schaffen für das einzuspritzende Beschichtungsmaterial, zur Bildung der darüber geformten Beschichtung. Die Hohlräume in einem jedem nachfolgenden Formbereiche, worin zusätzliche Überformungsschritte ablaufen, werden immer größer in ihrer Ausdehnung, um die Vorform aufzunehmen, während sie mit einem jeden Beschichtungsschritt größer wird.
Nachdem ein Satz von Vorformen bis zur Vollendung geformt und überformt worden ist, wirft eine Reihe von Auswurfvorrichtungen die fertigen Vorformen 98 von den Dornen 98 herab. Die Auswurfvorrichtungen für die Dorne arbeiten unabhängig voneinander, oder mindestens gibt es eine einzelne Auswurfvorrichtung für einen Satz von Dornen, in gleicher Anzahl und mit gleicher Konfiguration wie in einem einzelnen Formbereich, so dass nur die fertig gestellten Vorformen ausgeworfen werden. Unbeschichtete oder unvollständig beschichtete Vorformen verbleiben auf den Dornen, so dass sie in dem Zyklus bis zu dem nächsten Formbereich weiter verbleiben können. Der Auswurf kann die Vorformen veranlassen, sich vollständig von den Dornen zu trennen und in einen Behälter oder auf ein Transportband zu fallen. Wahlweise können die Vorformen nach dem Auswurf auf den Dornen bleiben, wobei nachher ein Roboterarm oder eine andere derartige Vorrichtung die Vorform oder die Gruppe von Vorformen ergreift, um sie in einen Behälter, auf ein Transportband oder auf einen anderen gewünschten Platz zu entfernen.
Die 10 und 11 zeigen ein Schema für eine Ausführung der oben beschriebenen Vorrichtung. 11 ist die feststehende Hälfte 144 der Form. Bei dieser Ausführung besitzt der Block 124 zwei Formteile, wobei ein Formbereich 146 einen Satz mit drei Vorformformungs(bzw. gieß)hohlräumen 114 und der andere Formbereich 148 einen Satz mit drei Vorformbeschichtungshohlräumen 120 umfasst. Ein jeder der drei Vorformbeschichtungshohlräume 120 ist vorzugsweise gleich wie der in 9 gezeigte und oben erläuterte. Ein jeder der drei Vorformgießhohlräumen 114 ist vorzugsweise insofern ähnlich wie derjenige der in 9 gezeigt wird, als das Material in einen Raum eingespritzt wird, welcher begrenzt wird durch den Dorn 98 (obschon ohne eine sich bereits darauf befindliche Vorform) und die Wand der Form, welche mit Hilfe der Flüssigkeit gekühlt wird, welche in den Kanälen innerhalb des Formblockes zirkuliert. Folglich ergibt ein vollständiger Produktionszyklus mit dieser Vorrichtung drei zweischichtige Vorformen. Falls mehr als drei Vorformen pro Zyklus erwünscht sind, so kann die feststehende Hälfte neu konfiguriert werden, um mehr Hohlräume in einem jeden der Formbereiche aufzunehmen. Ein Beispiel hiervon kann in der 13 gesehen werden, in welcher eine feststehende Hälfte einer Form gezeigt wird, welche zwei Formteile bzw. Formbereiche enthält, wobei der eine 146 achtundvierzig Vorformformungshohlräume 114 umfasst und der andere 148 achtundvierzig Vorformbeschichtungshohlräume 120 aufweist. Falls eine dreischichtige oder mehrschichtige Vorform erwünscht ist, so kann die feststehende Hälfte 144 neu konfiguriert werden, um zusätzliche Formteile aufzunehmen, eine für eine jede Vorformschicht.
10 veranschaulicht die bewegliche Hälfte 142 der Form. Die bewegliche Hälfte umfasst sechs identische Dorne 98, welche auf dem Drehtisch 130 montiert sind. Ein jeder der Dorne 98 entspricht einem Hohlraum auf der feststehenden Hälfte 144 der Form. Die bewegliche Hälfte umfasst des weiteren Ausrichtungszapfen 110, welche den Sitzen 112 in der feststehenden Hälfte 144 entsprechen. Wenn die bewegliche Hälfte 142 der Form sich bewegt, um die Form zu schließen, dann werden die Ausrichtungszapfen 110 mit ihren entsprechenden Sitzen 112 gepaart, so dass die Formhohlräume 114 und die Beschichtungshohlräume 120 sich mit den Dornen 98 ausrichten. Nach der Ausrichtung und der Schließung ist die Hälfte der Dorne 98 mit den Vorformformungshohlräumen 114 zentriert und die andere Hälfte der Dorne 98 ist mit den Vorformbeschichtungshohlräumen 120 zentriert.
Die Konfigurationen der Hohlräume, der Dorne und der Ausrichtungszapfen sowie der Sitze müssen für alle genügend Symmetrie aufweisen, so dass nachdem die Form getrennt wurde und um die passende Anzahl von Graden gedreht hat, sämtliche Dorne mit Hohlräumen fluchten und sämtliche Ausrichtungszapfen mit den Sitzen fluchten. Des Weiteren muss ein jeder Dorn sich in einem Hohlraum in einem Formbereich befinden, der verschiedenen ist von demjenigen, wo er sich vor der Drehung befunden hat, um einen reibungslosen Ablauf des Verfahrens des Formens und des Überformens zu gewährleisten, und zwar in einer identischen Weise für eine jede Vorform, die in der Vorrichtung hergestellt wird.
Zwei Ansichten der beiden Formhälften werden zusammen in den 14 und 15 gezeigt. In der 14 bewegt sich die bewegliche Hälfte 142 hin zu der stationären Hälfte 144, so wie durch den Pfeil angedeutet. Zwei Dorne 98, auf dem Drehtisch 130 montiert, beginnen in die Hohlräume einzudringen, wobei einer in den Formgebungshohlraum 114 eindringt und der andere in den Beschichtungshohlraum 120 eindringt, welcher im Block 124 montiert ist. In der 15 sind die Dorne 98 vollständig aus den Hohlräumen auf der feststehenden Seite zurückgezogen. Der Vorformformungshohlraum 114 besitzt einen Kühlkreislauf, der von dem Kühlkreislauf des Vorformbeschichtungshohlraumes 120 getrennt ist, welcher den anderen Formbereich 148 umfasst. Die beiden Dorne 98 werden durch ein einzelnes System gekühlt, welches sämtliche Dornen miteinander verbindet. Der Pfeil in der 15 zeigt die Drehung des Drehtisches 130 an. Der Drehtisch 130 könnte ebenfalls im Uhrzeigersinn drehen. Nicht gezeigt werden beschichtete und unbeschichtete Vorformen, welche auf den Dornen sein würden, falls sich die Vorrichtung in Betrieb befinden würde. Die Ausrichtungszapfen und die Sitze wurden der Klarheit wegen ebenfalls weggelassen.
Das Arbeiten der Überformungsvorrichtung wird erläutert werden unter Bezugnahme auf die bevorzugte Vorrichtung mit zwei Formbereichen, zum Herstellen eine zweischichtigen Vorform. Die Form wird geschlossen durch die Bewegung der beweglichen Hälfte 142 zu der stationären Hälfte 144 hin, bis sich dieselben berühren. Eine erste Einspritzvorrichtung spritzt die Schmelze eines ersten Materials in den ersten Formteil 146 hinein, durch die warmen Rinnen und in den Vorformgießhohlräume 114 via deren respektive Einlässe, um die unbeschichteten Vorformen zu bilden, wobei eine jede derselben die innere Schicht einer beschichteten Vorform sein wird. Das erste Material füllt den leeren Raum zwischen den Vorformgießhohlräumen 114 und den Dornen 98. Gleichzeitig spritzt eine zweite Einspritzvorrichtung die Schmelze eines zweiten Materials in den zweiten Formteil 148 der stationären Hälfte 144 hinein, durch die warmen Rinnen und in einen jeden Vorformbeschichtungshohlraum 120 durch ihre respektiven Einlässe hinein, so dass das zweite Material den leeren Raum füllt (100 in der 9) zwischen der Wand des Beschichtungshohlraums 120 und der unbeschichteten Vorform, welche auf dem hierin befindlichen Dorn 98 montiert ist.
Während dieses gesamten Vorganges fließt Kühlflüssigkeit durch die drei getrennten Bereiche, welche dem Formteil 146 der Vorformformungshohlräumen 114, dem Formteil 148 der Vorformbeschichtungshohlräumen 120 und der beweglichen Hälfte 142 der Form jeweils entsprechen. Auf diese Weise werden die Schmelzen und Vorformen in der Mitte durch die Zirkulation in der beweglichen Hälfte gekühlt, welche sowohl durch das Innere der Dorne als auch an die Außenseite geht, sowie durch die Zirkulation in einem jeden der Hohlräume. Die Betriebsparameter der Kühlflüssigkeit in dem ersten Formteil 146, welcher die Vorformformungshohlräume 114 umfasst, werden einzeln geregelt von den Betriebsparametern der Kühlflüssigkeit in dem zweiten Formteil 148, welcher die Beschichtungshohlräume umfasst, um den verschiedenen Materialcharakteristiken der Vorform und der Beschichtung Rechnung zu tragen. Diese sind ihrerseits getrennt von jenen der beweglichen Hälfte 142 der Form, was eine konstante Kühlung für das Innere der Vorform über den gesamten Zyklus hinweg liefert, ob die Form offen oder geschlossen ist.
Dann gleitet die bewegliche Hälfte zurück, um die beiden Formhälften zu trennen und die Form zu öffnen, bis dass alle Dorne 98, welche Vorformen darauf tragen, vollständig aus den Vorformformungshohlräumen 114 und den Vorformbeschichtungshohlräumen 120 zurückgezogen worden sind. Die Auswurfvorrichtungen werfen die beschichteten fertigen Vorformen von den Dornen 98 herab, welche gerade aus den Vorformbeschichtungshohlräumen entfernt worden sind. Wie vorher erörtert, kann der Auswurf die Vorformen veranlassen, sich vollständig von den Dornen zu trennen und in einen Behälter oder auf ein Transportband zu fallen, oder, falls die Vorformen nach dem Auswurf auf den Dornen verbleiben, könnte ein Roboterarm oder eine andere Vorrichtung die Vorform oder Gruppe von Vorformen ergreifen zur Wegnahme in einen Behälter, auf ein Transportband oder an einen anderen gewünschten Platz. Der Drehtisch dreht sich alsdann um 180°, so dass ein jeder Dorn 98, der noch eine unbeschichtete Vorform darauf trägt, über einen Vorformbeschichtungshohlraum 120 gestellt wird, und ein jeder Dorn, von welchem eine beschichtete Vorform gerade ausgeworfen worden ist, über einen Vorformformungshohlraum 114 gestellt wird. Die Drehung des Drehtisches 130 kann so schnell vor sich gehen wie 0,3 Sekunden. Durch die Verwendung der Ausrichtungsstifte 110 richten sich die Formhälften wieder aus und schließen sich, und die erste Einspritzvorrichtung spritzt das erste Material in den Vorformhohlraum 114 hinein, während die zweite Einspritzvorrichtung das Sperrmaterial in den Vorformbeschichtungshohlraum 120 hinein spritzt.
Ein Herstellungszyklus mit Schließen der Form, Einspritzen der Schmelzen, Öffnen der Form, Auswerfen der fertigen Sperrvorformen, Drehen des Drehtisches und Schließen der Form wird wiederholt, so dass Vorformen kontinuierlich geformt und überformt werden.
Wenn die Vorrichtung zum ersten Mal mit Laufen beginnt, dann werden während des ersten Zyklus, noch keine Vorformen hinein gegeben in die Vorformbeschichtungshohlräume 120. Aus diesem Grunde soll das Bedienungspersonal entweder die zweite Einspritzvorrichtung daran hindern, das zweite Material in den zweiten Formbereich einzuspritzen während der ersten Einspritzung, oder dasselbe sollte es dem zweiten Material ermöglichen eingespritzt und ausgeworfen zu werden, und es sollte alsdann die resultierende einschichtige Vorform entfernt werden, da diese nur aus dem zweiten Material besteht. Nach diesem Startschritt kann das Bedienpersonal den Betrieb entweder von Hand regeln oder die gewünschten Parameter programmieren, so dass der Prozess automatisch abläuft.
Zweischichtige Vorformen können unter Verwendung der ersten bevorzugten Überformungsvorrichtung hergestellt werden, so wie oben beschrieben. In einer bevorzugten Ausführung umfasst die zweischichtige Vorform eine innere Schicht, welche Polyester enthält und eine äußere Schicht, welche Sperrmaterial enthält. In besonders bevorzugten Ausführungen enthält die innere Schicht unbehandeltes PET. Die nun folgende Beschreibung ist ausgerichtet auf die besonders bevorzugten Ausführungen von zweischichtigen Vorformen, welche eine innere Schicht aus unbehandeltem PET enthalten. Die Beschreibung ist ausgerichtet auf die Beschreibung der Bildung eines einzelnen Satzes von beschichteten Vorformen 60 von der Art wie sie in der 4 gesehen werden kann, das bedeutet man verfolgt einen Satz von Vorformen durch den Prozess der Formung, der Überformung und des Auswurfs, anstatt das Betreiben der Vorrichtung als ein Ganzes zu beschreiben. Der beschriebene Prozess ist auf Vorformen ausgerichtet, welche eine gesamte Dicke in dem Wandteil aufweisen von annähernd 3 mm, bestehend aus ungefähr 2 mm an unbehandeltem PET und ungefähr 1 mm an Sperrmaterial. Die Dicke der beiden Schichten wird sich in anderen Teilen der Vorform 60 ändern, so wie dies in der 4 gezeigt wird.
Für einen jenen, der sich in dieser Technik auskennt, wird es offenbar sein, dass einige der nachstehend detaillierten Parameter verändern werden, falls andere Ausführungen von Vorformen verwendet werden. Zum Beispiel wird die Zeitdauer, während welcher die Form geschlossen bleibt, je nach der Wandstärke der Vorformen variieren. Angesichts der nachstehenden Offenbarung für diese bevorzugte Ausführung und des Restes der hierin gegebenen Enthüllung, wird es jedoch für einen jeden, der sich in dieser Technik auskennt, im Bereich des möglichen liegen, adäquate Parameter für weitere Ausführungen von Vorformen zu bestimmen.
Die oben beschriebene Vorrichtung ist so ausgelegt, dass die Einspritzvorrichtung, welche den Formbereich 146 beschickt, welcher die Vorformformungshohlräume 114 enthält, mit unbehandeltem PET gespeist wird, und dass die Einspritzvorrichtung, welche den Formteil 148 beschickt, welcher die Vorformbeschickungshohlräume 120 enthält, mit einem Sperrmaterial gespeist wird. Beide Formhälften werden durch eine zirkulierende Flüssigkeit gekühlt, vorzugsweise durch Wasser, auf eine Temperatur von vorzugsweise 0–30°C, stärker bevorzugt sind 10–15°C.
Die bewegliche Hälfte 142 der Form wird derart bewegt, dass die Form sich schließt. Eine Schmelze eines unbehandelten PET wird durch die Rückseite des Blocks 124 und in jeden Vorformformungshohlraum 114 hinein eingespritzt, um eine unbeschichtete Vorform 30 zu bilden, welche die innere Schicht der beschichteten Vorform wird. Die Einspritztemperatur der PET Schmelze liegt vorzugsweise bei 250 bis 320°C, stärker bevorzugt sind 255 bis 280°C. Die Form bleibt während vorzugsweise 3 bis 10 Sekunden geschlossen, stärker bevorzugt sind 4 bis 6 Sekunden, während welcher der PET-Schmelzstrom eingespritzt wird und anschließend durch die in der Form zirkulierende Kühlflüssigkeit abgekühlt wird. Während dieser Zeit beginnen die Oberflächen der Vorformen, welche mit den Oberflächen der Vorformformungshohlräume 114 oder der Dorne 98 in Berührung stehen, eine Haut zu bilden, während die Kerne der Vorformen in dem geschmolzenen und unbefestigten Zustand bleiben.
Die bewegliche Hälfte 142 der Form wird alsdann bewegt, so dass die beiden Hälften der Form zu dem Punkt oder jenseits des Punktes getrennt werden, wo die frisch geformten Vorformen, welche auf den Dornen 98 verbleiben, von der stationären Seite 144 der Form gelöst sind. Das Innere der Vorformen, in Berührung mit dem Dorn 98, wird weiterhin gekühlt. Die Kühlung geht vorzugsweise auf eine solche Weise vor sich, welche die Wärme schnell entfernt, so dass die Kristallisation des PET minimiert wird und das PET sich in einem semi-kristallinen Zustand befindet. Das gekühlte Wasser, welches durch die Form zirkuliert, so wie oben beschrieben, soll in genügender Menge zur Verfügung stehen, um diese Aufgabe zu erfüllen.
Während das Innere der Vorform abkühlt, beginnt die Temperatur der Außenwand der Vorform zu steigen, da sie Wärme von dem geschmolzenen Kern der Vorform absorbiert. Das Erwärmen beginnt die Haut auf der Außenseite der frisch geformten Vorform zu erweichen. Wenn auch die Haut, welche gekühlt wurde, während sie in dem Formhohlraum 114 war, an Temperatur zunimmt und aufzuweichen beginnt, wenn sie aus dem Hohlraum entfernt wird, dann ist die Aufweichung der Haut das Resultat einer bedeutenden Wärmeabsorption aus dem geschmolzenen Kern. Auf diese Weise beschleunigt die ursprüngliche Bildung und das spätere Aufweichen der Haut die gesamte Kühlung der geschmolzenen Vorform und hilft die Kristallisation während dem Abkühlen zu vermeiden.
Wenn die Dorne 98 gegenüber der stationären Seite 144 der Form frei sind, dann dreht der Drehtisch 130 um 180°, so dass ein jeder Dorn 98, welcher eine geformte Vorform darauf trägt, über einen Vorformbeschichtungshohlraum 120 gestellt wird. So aufgestellt, wird ein jeder der Dorne 98, welcher keine geformte Vorformen darauf trägt, über einen Vorformformungshohlraum 114 gestellt. Die Form wird erneut geschlossen. Vorzugsweise beträgt die Zeit zwischen der Entfernung aus dem Vorformformungshohlraum 114 und der Einführung in den Vorformbeschichtungshohlraum 120 zwischen 1 bis 10 Sekunden, stärker bevorzugt man zwischen 1 bis 3 Sekunden.
Wenn die geformten Vorformen zuallererst hinein in die Vorformbeschichtungshohlräume 120 gestellt werden, dann stehen die Außenwände der Vorformen nicht in Berührung mit einer Formfläche. Auf diese Weise bleibt die Außenhaut noch weich und warm, so wie oben beschrieben, da die Kühlung durch Kontakt nur von der Innenseite des Dornes her erfolgt. Die hohe Temperatur der Außenwand der unbeschichteten Vorform (welche die innere Schicht der beschichteten Vorform bildet) hilft, die Haftung zwischen dem PET und den Sperrschichten in der fertigen sperrbeschichteten Vorform zu fördern. Es wird behauptet, dass die Oberflächen der Materialien reaktiver sind, wenn sie heiß sind, und auf diese Weise werden die chemischen Interaktionen zwischen dem Sperrmaterial und dem unbehandelten PET durch die hohen Temperaturen verbessert. Sperrmaterial wird eine Vorform beschichten und an der Vorform mit einer kalten Oberfläche haften bleiben, und auf diese Weise kann der Vorgang unter Verwendung einer ursprünglich kalten Vorform ausgeführt werden, aber die Haftung ist bedeutend besser, wenn das Überformen bei einer hohen Temperatur vorgenommen wird, so wie dies sofort nach dem Formen der unbeschichteten Vorform geschieht.
Ein zweiter Einspritzvorgang folgt dann, bei welchem eine Schmelze eines Sperrmaterials in einen jeden Vorformbeschichtungshohlraum 120 eingespritzt wird, um die Vorformen zu beschichten. Die Temperatur der Schmelze des Sperrmaterials beträgt vorzugsweise 160 bis 300°C. Der genaue Temperaturbereich für irgendein einzelnes Sperrmaterial hängt ab von den spezifischen Eigenschaften dieses Sperrmaterials, aber es liegt in der Fähigkeit eines jeden, der sich in dieser Technik auskennt, einen geeigneten Bereich durch Routineversuche auf der Basis der hierin gegebenen Erläuterungen zu bestimmen. Zum Beispiel, falls das PHAE Sperrmaterial XU19040.00L verwendet wird, beträgt die Temperatur der Schmelze (Einspritztemperatur) vorzugsweise 160 bis 260°C, stärker bevorzugt sind 200 bis 240°C, am meisten bevorzugt sind 220 bis 230°C. Falls das Copolyester Sperrmaterial B-010 verwendet wird, ist die Einspritztemperatur vorzugsweise 160 bis 260°C, stärker bevorzugt sind 190 bis 250°C. Während derselben Zeit, wo der Satz der Vorformen mit Sperrmaterial in den Vorformbeschichtungshohlräumen 120 überformt wird, wird ein anderer Satz von unbeschichteten Vorformen in den Vorformformungshohlräumen 114 geformt, so wie oben beschrieben.
Die beiden Hälften der Form werden wieder getrennt, vorzugsweise 3 bis 10 Sekunden, stärker bevorzugt sind 4 bis 6 Sekunden, nach dem Beginn des Einspritzschrittes. Die Vorformen, welche gerade eben mit Sperrmaterial in den Vorformbeschichtungshohlräumen 120 beschichtet worden sind, werden von ihren Dornen 98 abgeworfen. Die unbeschichteten Vorformen, welche eben erst in den Vorformgießhohlräumen 114 geformt worden sind, verbleiben auf ihren Dornen 98. Der Drehtisch wird anschließend um 180° gedreht, so dass ein jeder Dorn, welcher darauf eine unbeschichtete Vorform trägt, über einen Beschichtungshohlraum 120 gestellt wird, und ein jeder Dorn 98, von welchem eine beschichtete Vorform eben erst entfernt worden ist, wird über einen Formhohlraum 114 gestellt.
Der Zyklus zum Schließen der Form, Einspritzen der Materialien, Öffnen der Form, Auswerfen der fertigen sperrbeschichteten Vorformen, Drehen des Drehtisches und Schließen der Form wird wiederholt, so dass Vorformen kontinuierlich geformt und überformt werden. Jene, die sich in dieser Technik auskennen, werden verstehen, dass eine trockene Zykluszeit der Vorrichtung die Dauer für den gesamten Herstellungszyklus zum Formen einer vollständigen Vorform verlängern kann.
Einer der vielen Vorteile des hierin veröffentlichten Verfahrens besteht darin, dass die Zykluszeiten des Verfahrens vergleichbar sind mit denjenigen eines normalen Verfahrens zum Herstellen von unbeschichteten Vorformen; das bedeutet, dass das Formen und Beschichten der Vorformen durch dieses Verfahren in einer Zeitspanne geschieht, welche ähnlich ist wie diejenige, welche erforderlich ist, um unbeschichtetes PET-Vorformen von einer ähnlichen Größe durch normale Verfahren herzustellen, welche bei der Herstellung von Vorformen laufend verwendet werden. Aus diesem Grunde können sperrbeschichtete PET-Vorformen anstatt von unbeschichteten Vorformen hergestellt werden, dies ohne eine wesentliche Änderung in dem Ausstoß und der Kapazität der Herstellung.
Falls eine PET-Schmelze langsam abkühlt, wird das PET eine kristalline Form annehmen. Da aber kristalline Polymere nicht so gut geblasen werden können wie amorphe Polymere, würde von einer kristallinen PET-Vorform nicht erwartet, dass sie sich so gut beim Formen von Behältern verhält wie dies der vorliegenden Erfindung entsprechen würde. Falls jedoch das PET abgekühlt wird mit einer Geschwindigkeit, welche schneller verläuft als die Geschwindigkeit der Kristallbildung, so wie hierin beschrieben, dann wird die Kristallisation minimiert und das PET wird eine semi-kristalline Form annehmen. Die amorphe Form ist ideal für das Blasverfahren. Aus diesem Grunde ist ein ausreichendes Abkühlen des PET entscheidend bei dem Formen von Vorformen, welche sich so verhalten wird wie dies während der Verarbeitung erwünscht ist.
Die Geschwindigkeit, mit welcher eine PET-Schicht in einer Form abkühlt, so wie hierin beschrieben, ist proportional sowohl zu der Dicke der PET-Schicht, als auch zu der Temperatur der Kühlflächen, mit welchen sie in Berührung steht. Falls der Formtemperaturfaktor konstant gehalten wird, kühlt eine dicke PET-Lage langsamer ab als eine dünne Lage. Dies ist darauf zurückzuführen, weil es für die Wärme eine längere Zeit braucht, um von dem inneren Teil einer dicken PET-Schicht zu der Außenoberfläche des PET zu fließen, welche in Berührung mit den Kühlflächen der Form steht, als dies der Fall sein würde für eine dünne PET-Schicht, und zwar wegen der längeren Strecke, welche die Wärme in einer dickeren Schicht durchlaufen muss. Aus diesem Grunde muss eine Vorform, welche eine dickere PET-Schicht besitzt, eine längere Zeit mit den Kühlflächen der Form in Berührung stehen, als dies bei einer Vorform, welche eine dünnere PET-Schicht hat, der Fall sein wird. Mit anderen Worten, falls alle Bedingungen gleich sind, nimmt es mehr Zeit in Anspruch, eine Vorform zu formen, welche eine dicke Wand aus PET besitzt, als es Zeit in Anspruch nimmt, eine Vorform zu formen, welche eine dünne Wand aus PET besitzt.
Die unbeschichteten Vorformen dieser Erfindung, einschließlich jener, welche durch die erste Einspritzung in der oben angeführten Vorrichtung hergestellt werden, sind vorzugsweise dünner als eine herkömmliche PET-Vorform für eine gegebene Behälterabmessung. Dies, weil bei der Herstellung der sperrbeschichteten (d.h. mit einer Sperrschicht versehene) Vorformen, eine Menge an PET, welches sich in einer herkömmlicher PET-Vorform befinden würde, von einer ähnlichen Menge eines der bevorzugten Sperrmaterialien verdrängt werden kann. Dies kann erreicht werden, weil die bevorzugten Sperrmaterialien physikalische Eigenschaften besitzen, welche ähnlich sind wie diejenigen von PET, so wie oben beschrieben. Auf diese Weise, wenn die Sperrmaterialien eine annähernd gleiche Menge an PET in den Wänden einer Vorform oder eines Behälters verdrängen, dann wird es keinen wesentlichen Unterschied in der physikalische Leistung des Behälters geben. Da die bevorzugten unbeschichteten Vorformen, welche die innere Schicht der sperrbeschichteten Vorformen bilden, dünnwandig sind, können sie früher von der Form entfernt werden, als ihre dickwandigen herkömmlichen Gegenstücke. Zum Beispiel kann eine unbeschichtete Vorform von der Form vorzugsweise nach 4–6 Sekunden ohne Kristallisation entfernt werden, im Vergleich zu ungefähr 12–24 Sekunden für eine herkömmliche PET Vorform, welche eine Gesamtwandstärke von ungefähr 3 mm hat. Alles in allem, es ist die Zeitdauer zur Herstellung einer sperrbeschichteten Vorform gleich oder leicht größer (bis zu 30%) als die benötigte Zeit, um eine einschichtige PET-Vorform mit derselben Gesamtdicke herzustellen.
Zusätzlich, da die bevorzugten Sperrmaterialien amorph sind, verlangen sie nicht die gleiche Behandlung wie das PET. Aus diesem Grunde wird die Zykluszeit für ein Form-Überformungsverfahren, so wie oben beschrieben, gewöhnlich durch die Abkühldauer vorgegeben, welche vom PET verlangt wird. Bei dem oben beschriebenen Verfahren können sperrbeschichtete Vorformen in ungefähr der gleichen Zeit hergestellt werden wie es in Anspruch nimmt, um eine unbeschichtete herkömmliche Vorform herzustellen.
Der Vorteil, der sich durch eine dünnere Vorform ergibt, kann einen Schritt weiter genommen werden, falls eine Vorform, welche mit dem Verfahren hergestellt wird, von dem in der 4 dargestellten Typ ist. Bei dieser Ausführung einer beschichteten Vorform ist die Wandstärke bei 70 in der Mitte der Fläche der Endkappe 42 auf vorzugsweise 1/3 der gesamten Wandstärke vermindert. Auf dem Weg von der Mitte der Endkappe heraus bis zu dem Ende des Radius der Endkappe, nimmt die Wandstärke allmählich auf vorzugshalber ungefähr 2/3 der gesamten Wandstärke zu, so wie bei der Referenznummer 68 in dem Wandteil 66. Die Wandstärke kann konstant bleiben, oder sie kann, so wie in der 4 dargestellt, übergehen zu einer niedrigeren Dicke vor dem Tragring 38. Die Dicke der verschiedenen Teile der Vorform können variiert werden, aber in allen Fällen müssen das PET und die Sperrschichtwandstärke über der kritischen Schmelzfließviskosität für gleich welche gegebene Vorformauslegung bleiben.
Die Verwendung von Vorformen 60 gemäß dem Design in der 4 ermöglicht noch schnellere Zykluszeiten als jene, die gebraucht werden, um Vorformen des Typs nach der 3 herzustellen. So wie vorher erwähnt, ist eines der größten Hindernisse für kurze Zykluszeiten ja die von dem PET benötigte Zeitdauer, um nach dem Einspritzen in der Form abzukühlen. Falls eine Vorform, welche PET enthält, nicht genügend abgekühlt ist, ehe sie von dem Dorn abgeworfen ist, wird sie im Wesentlichen kristallin werden und sie wird höchstwahrscheinlich Schwierigkeiten während des Blasvorgangs bereiten. Des Weiteren, falls die PET-Schicht nicht genügend abgekühlt ist, bevor der Überformungsvorgang vorgenommen wird, wird die Kraft des Sperrmaterials, welches in die Form eintritt, etwas von dem PET neben der Einlassfläche wegspülen. Das Design der Vorform in der 4 passt auf beide Probleme auf, indem die PET-Schicht am dünnsten gestaltet wird in der Mitte der Gegend der Endkappe 42, dort wo sich der Einlass in die Form befindet. Der dünne Einlassteil ermöglicht ein schnelleres Abkühlen der Einlassfläche, so dass die unbeschichtete PET-Lage nach einer relativ kurzen Zeit aus der Form entfernt werden kann, während die Kristallisation des Einlasses und das Wegspülen des PET während der zweiten Einspritzung oder der Überformungsphase noch vermieden wird.
Die physikalischen Eigenschaften der bevorzugten Sperrmaterialien helfen, dass dieser Typ des Vorformdesigns funktioniert. Durch die Ähnlichkeit der physikalischen Eigenschaften, können Behälter hergestellt werden, welche Wandteile haben, die primär Sperrmaterial sind, ohne die Leistung des Behälters zu opfern. Falls das verwendete Sperrmaterial dem PET nicht ähnlich sein sollte, so würde ein Behälter, welcher eine variable Wandzusammensetzung wie in der 4 besitzt, gerne Schwachpunkte oder andere Fehlen aufweisen, welche die Leistung des Behälters beeinflussen könnten.
2. Zweites bevorzugte Verfahren und Vorrichtung zum Überformen
Eine zweite bevorzugte Maschine 150 zum Durchführen des Überformungsverfahrens ist besonders geeignet, zum Anpassen der Eigenschaften der inneren PET-Schicht der Vorform und der äußeren Sperrmaterialschicht. So wie vorher besprochen, ist das Sperrmaterial gewöhnlich amorph und es wird zu einem semi-kristallinen Zustand abkühlen, ungeachtet der Kühlgeschwindigkeit. PET wird jedoch abkühlen und im Wesentlichen kristallin sein, es sei denn er wird sehr schnell abgekühlt. Falls PET jedoch schnell abgekühlt wird, minimiert sich die Kristallisation und das PET wird größtenteils amorph und gut geeignet für das Blasformen sein. Da die innere Schicht der bevorzugten Vorform aus PET geformt wird und die äußere Schicht aus Sperrmaterial besteht, ist es äußerst wichtig, die innere Schicht der Vorform schnell zu kühlen, um die Kristallisation des PET zu vermeiden. Aus diesem Grunde hält die zweite bevorzugte Vorrichtung die fertig gestellte Vorform während einer gewissen Zeit auf einem Kühldorn 98, anschließend an das Entfernen von dem Formbeschichtungshohlraum 158. Auf diese Weise fährt des Dorns 98 fort, Wärme aus der inneren Schicht der Vorform heraus zu ziehen, während die Vorformformungshohlräume 156, 158 zur Verfügung stehen, um weitere Vorformen zu formen.
17 zeigt die zweite Ausführung einer Vorrichtung zur Überformung. Die Bunker 176, 178 füttern Einspritzvorrichtungen 152, 154, welche das PET und die Sperrmaterialien aufheizen und Schmelzströme liefern, welche jeweils in den Vorformhohlraum 156 und in den Beschichtungshohlraum 158 eingespritzt werden. So wie vorher in der ersten bevorzugten Ausführung besprochen wurde, ist die Form in eine feststehende Hälfte 180 und in eine bewegliche Hälfte 182 geteilt. Die feststehende Hälfte hat mindestens zwei Formhohlraumteile 184, 186, wobei ein jeder mindestens einen identischen Formhohlraum enthält. Der erste feststehende Formteil 184 hat mindestens einen Vorformformungshohlraum 156, welcher hierin ausgebildet ist und der zweite feststehende Formteil 186 hat mindestens einen Vorformbeschichtungshohlraum 158, welcher hierin ausgebildet ist.
Die Form der vorliegenden Ausführung zeigt ebenfalls weitere Gesichtspunkte, welche oben bereits besprochen wurden. Zum Beispiel umfasst das Formkühlsystem Kühlrohre mit Einlass- und Auslassöffnungen, um kontinuierlich gekühlte Kühlflüssigkeit durch die Elemente der Form umlaufen zu lassen; heiße Rinnen überführen geschmolzenen Kunststoff von einer Einspritzvorrichtung in einen leeren Raum zwischen einem Dorn, gepaart mit einem Formhohlraum, um eine Vorformschicht zu bilden; die Formhälften sind aus Hartmetall konstruiert; Ausrichtungsstifte und ihre entsprechenden Sitze sind behilflich bei dem Ausrichten der beweglichen Hälfte und der feststehenden Hälfte. Einige von diesen Formbauelementen sind im Handel bei Husky Injection Molding Systems, Ltd. erhältlich.
Ein weiterer Hinweis auf die 18, zeigt dass die bewegliche Hälfte 182 der Form einen Drehtisch 160 aufweist, welcher in vorzugsweise vier Stationen (A, B, C, D) eingeteilt ist, wobei eine jede von der nächsten um eine Drehung von 90° getrennt ist. Bei der veranschaulichten Ausführung hat jede Station einen hierauf befestigten einzelnen Dorn 98, welcher dem in einer jeden Station geformten einzelnen Hohlraum 180 entspricht. Jedoch, genauso wie in der ersten, oben besprochenen, bevorzugten Ausführung kann die Anzahl der Dorne pro Station angepasst werden, um die Produktivität der Maschine zu steigern, so lange wie auch die Anzahl der Hohlräume pro Formteil entsprechend erhöht wird. Folglich, obschon die veranschaulichte Ausführung nur einen Dorn pro Station zeigt, welcher während eines jeden Herstellungszyklus nur eine einzelne Vorform pro Station herstellen würde, könnte die Vorrichtung zum Beispiel drei, acht, oder selbst achtundvierzig Dorne pro Station und Hohlräume pro Formteil aufweisen.
Obschon sämtliche Dorne 98 im Wesentlichen identisch sind, werden sie hierin beschrieben und benannt, so wie sie mit der respektiven Station, auf welcher sie sich befinden, in Verbindung stehen. Aus diesem Grunde wird der Dorn 98, welcher sich auf der Station A befindet, mit 98A benannt, der Dorn, welcher sich auf der Station B befindet, mit 98B, u. s. w. So wie oben, dienen die Dorne 98A–D als Formformen für das Innere der Vorform. Sie dienen ebenfalls als ein Träger und ein Kühlsystem für die Vorform während des Formvorganges.
Die vorliegende Maschine 150 ist ausgelegt, um annähernd die gleichen oben besprochenen Einspritzzeiten, Materialien und Temperaturen zu benützen. Jedoch ist die Ausrichtung der Vorrichtung und der Formen auf dem Drehtisch 160 so angepasst, dass sowohl das Abkühlen als auch die Produktivität durch die Vorrichtung optimiert werden. Ein bevorzugtes Verfahren zur Anwendung dieser Vorrichtung, um eine zweischichtige Vorform zu überformen, besonders eine zweischichtige Vorform mit einem als Außenschicht geformten Sperrmaterial, wird nachstehend beschrieben. Um den Betrieb dieser Vorrichtung zu veranschaulichen, wird die Formung einer Vorform beschrieben, indem ein vollständiger Herstellungszyklus auf der Station A verfolgt wird. Es ist selbstverständlich, dass die Stationen B–D ebenfalls Vorformen herstellen, gleichzeitig mit des Station A. 19 ist ein Diagramm, welches die relativen Tätigkeiten einer jeden der Stationen an einem jeden einzelnen Punkt des Herstellungszyklus zeigt.
Beim Aufstarten eines Zyklus ist der Dorn 98A an der Station A unbehindert und ausgerichtet auf den Vorformformungshohlraum 156 des ersten Teiles 184 der feststehenden Form 180. Ein Stellantrieb 162, vorzugsweise ein hydraulischer Zylinder, hebt den Drehtisch 160, so dass der Dorn 98A in den Formhohlraum 156 eingeführt wird. Der freie Raum zwischen dem Dorn 98A sowie dem Hohlraum 156 wird anschließend mit einer PET-Schmelze gefüllt und es wird in der Form während einer kurzen Zeit eine Abkühlung ermöglicht, dabei es kommt zu der Entwickelung einer Kühlhaut auf der geformten Vorform, so wie dies vorher erläutert worden ist. Der Drehtisch 160 wird dann gesenkt und auf diese Weise wird der Dorn 98A aus dem Formhohlraum 156 heraus gezogen. Die soeben eingespritzte Vorform verbleibt auf dem Dorn 98A. Sobald die Dorne 98 aus den Hohlräumen entfernt sind, wird der Drehtisch 160 um 90° gedreht, derart dass der Dorn 98A direkt ausgerichtet wird auf den Beschichtungshohlraum 158 des zweiten feststehenden Formteils 186. Der Drehtisch 160 wird anschließend wieder angehoben, worauf der Dorn 98A und die zugeordnete Vorform in den Beschichtungshohlraum 186 eingeführt werden. Eine Schmelze mit Sperrmaterial wird eingespritzt, um die Vorform zu beschichten und es wird eine kurzzeitige Abkühlung ermöglicht. Der Drehtisch 160 wird erneut gesenkt und die vollständig eingespritzte Vorform bleibt auf dem Dorn 98A. Der Drehtisch 160 wird um 90° gedreht, jedoch ist der Dorn 98A nicht länger auf irgendeinen Formhohlraum ausgerichtet. Stattdessen wird der Dorn im Freien gelassen und das Kühlsystem innerhalb des Dornes 98A fährt weiter, die Vorform schnell von der inneren Seite her abzukühlen. Wahlweise kann der Dorn 98A auch mit einem Kühlsystem 163 ausgerichtet sein, welches zum Beispiel Luft- oder Wasser-Rohre 165 enthält, welche ausgelegt sind zum Aufnehmen des Dorn 98A und der begleitenden Vorform und zum Abkühlen der Vorform von der Außenwand her. Inzwischen treten die Dorne 98B und 98C der Stationen B und C in Interaktion mit den jeweiligen Beschichtungs- und Form-Hohlräumen 156, 158. Wenn die Einspritzungen beendet sind, dreht sich der Drehtisch wiederum um 90°. Wiederum ist der Dorn 98A nicht mit irgendeinem Formhohlraum ausgerichtet und der Abkühlvorgang geht weiter. Während dieser Zeit stehen die Dorne 98C und 98D der Stationen C und D in Interaktion mit den jeweiligen Beschichtungs- und Formhohlräumen 156, 158. Die abkühlende Vorform wird als nächstes von dem Dorn 98A durch eine Auswurfvorrichtung abgeworfen und wird mit Hilfe eines Gerätes entfernt, wie zum Beispiel mit einem ein Roboter. Der Roboter legt die fertige Vorform auf ein Transportband, in einen Behälter oder dergleichen. Da die Vorform jetzt ausgeworfen ist, ist der Dorn 98A wieder unbehindert. Sobald die Stationen C und D ihre Interaktionen mit den Formhohlräumen beendet haben, dreht der Drehtisch wieder um 90° und die Station A und der Dorn 98A sind wiederum auf den Vorformformungshohlraum 156 ausgerichtet. Auf diese Weise beginnt der Zyklus von neuem.
Die oben angeführte Maschine 150 kann angepasst werden, um eine Vorrichtung 170 mit verbesserter Vielseitigkeit zu schaffen. Die nächste Bezugnahme auf die 20 und 21 zeigt, anstatt dass der gesamte Drehtisch 160 mit Hilfe eines einzelnen hydraulischen Stellantriebs angehoben und gesenkt wird, könnte eine jede Station des Drehtisches 160 mit ihrem eigenen zugeordneten Stellantrieb 172 verbunden sein. Auf diese Weise kann eine jede Station unabhängig am Ermöglichen einer Optimierung des Prozesses für das Überformungsverfahren arbeiten. Zum Beispiel, je nach dem eingespritzten Material, kann es vorteilhafter sein, das frisch eingespritzte Material in einem Hohlraum für eine längere oder kürzere Zeit zu kühlen, wie dies der Fall bei einem anderen Material ist, welches in einen anderen Hohlraum eingespritzt worden ist. Zugeordnete hydraulische Stellantriebe 172 ermöglichen es, dass die Stationen unabhängig bewegt werden können hinein in und heraus aus dem Eingriff mit dem entsprechenden Formhohlraum 156, 158.
Obschon die oben beschriebene Vorrichtung im Zusammenhang mit einer zweischichtigen Vorform erörtert wurde, wird es ersichtlich werden, dass die enthüllten Prinzipien der Konstruktion und des Verfahrens auch angepasst werden können zum Herstellen von Vorformen, welche zahlreiche Schichten umfassen. Zum Beispiel könnten zusätzliche Stationen auf dem Drehtisch und zusätzliche Einspritzvorrichtungen und zugeordnete Beschichtungshohlräume vorgesehen werden, welche an der Vorrichtung angebracht sind, um Einspritzmöglichkeiten für zusätzliche Schichten zu liefern.
3. Drittes bevorzugtes Verfahren und Vorrichtung für die Überformung
Die 22–24 veranschaulichen ein drittes bevorzugtes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung 250 zum Überformen, welche das Prinzip anwendet, dass frisch eingespritzte Vorformen auf dem Kern zu halten, um das Abkühlen der inneren Schicht der Vorformen zu beschleunigen. Während die Vorformen auf diese Weise abkühlen, treten andere Dorne mit Hohlräumen in Interaktion, um weitere Vorformen zu bilden. Die abgekühlte Vorform wird von dem Dorn ausgeworfen, auf welchem sie geformt worden ist, gerade bevor der Dorn wiederum verwendet wird, um noch eine weitere Vorform zu formen.
Die Vorrichtung 250 enthält einen feststehenden ersten Formhohlraum 256, welcher über die warmen Rinnen mit einer Einspritzvorrichtung 252 verbunden ist, welche eine PET-Schmelze liefert. Eine zweite Einspritzvorrichtung 254 ist angepasst, um einen Schmelzstrom eines Sperrmaterials zu liefern, und sie ist vertikal und horizontal ausgerichtet, angrenzend an den ersten Hohlraum. Ein Drehtisch 260 ist auf einem Tragelement 264 montiert, welcher auf Bahnen 266 gleitend angeordnet ist und es wird dem Drehtisch 260 und sämtlichen hiermit verbundenen Teile ermöglicht, sich horizontal auf den Bahnen 266 hin und zurück zu bewegen. Der Drehtisch 260 ist über eine vertikale Ebene drehbar. Entlang den peripheren Kanten des Drehtisches befinden sich Stationen (AA, BB, CC, DD), ähnlich wie jene, welche oben erläutert worden sind. Dorne 98AA–98DD sind auf den jeweiligen Stationen AA–DD angeordnet. Ein zweiter Formhohlraum 258 ist über dem Drehtisch 260 angeordnet und hiermit verbunden. Der Formhohlraum 258 ist mit Hilfe von Stellantrieben 268 beweglich, wie zum Beispiel über hydraulische Zylinder oder dergleichen, hinein in oder heraus aus dem Eingriff mit einem Dorn 98, welcher auf der zugeordneten Station angeordnet ist. Der zweite Formhohlraum 258 bewegt sich ebenfalls horizontal mit der Drehtischvorrichtung. Die Stationen des Drehtisches und die Formhohlräume besitzen alle Kühlsysteme, warme Rinnensysteme, Ausrichtungssysteme und dergleichen, so wie oben besprochen.
22 zeigt die vorliegende Vorrichtung 250 in einer offenen Stellung mit keiner der Formen im Eingriff. 23 zeigt die Vorrichtung 250 in einer geschlossenen Stellung, wobei die Dorne sich im Eingriff befinden mit den entsprechenden Hohlräumen. Die 23 zeigt ebenfalls den zweiten Formhohlraum 258 in einer geschlossenen Stellung, um einen Schmelzstrom von einer zweiten Einspritzvorrichtung 254 zu empfangen. Um sich von der offenen Stellung in die geschlossene Stellung zu bewegen, wird der zweite Formhohlraum 258 zuerst zum Drehtisch 260 hin und in Eingriff mit dem entsprechenden Dorn 98 gezogen. Die Gesamtheit des Drehtisches bewegt sich dann horizontal entlang den Bahnen, um den ersten Hohlraum 256 in Eingriff mit dem entsprechenden Dorn 98 zu bringen. Wenn der Eingriff beendet ist, dann steht der zweite Formhohlraum 258 mit der zweiten Schmelzquelle 254 in Verbindung.
Ein Verfahren zur Bildung einer zweischichtigen überformten Vorform wird nachstehend beschrieben. Jedoch, so wie vorher, wird ein einzelner Dorn 98AA über einen Herstellungszyklus hinweg verfolgt werden. Es wird angenommen werden, dass die anderen Dorne 98BB–DD zur gleichen Zeit in anderen Schritten des Zyklus im Gebrauch sind. Die 24 zeigt ein Diagramm, welches die Etappen darstellt, welche eine jede Station und ein jeder Dorn abschließen werden, wenn eine Vorform unter Verwendung dieser Vorrichtung geformt wird und dabei werden die relativen Positionen einer jeden Station während dem Herstellungszyklus gezeigt.
Beim Auf starten eines Zyklus befindet sich die Vorrichtung in einer offenen Stellung und der Dorn 98AA ist unbehindert durch irgendwelche Vorform. Er ist so orientiert, dass er horizontal übersteht und dass er auf den ersten Formhohlraum 256 ausgerichtet ist. Zur gleichen Zeit ist der Dorn 98DD, welcher eine einzelne bereits hierauf angebrachte PET-Vorform aufweist, vertikal orientiert und er ist auf den zweiten Formhohlraum 258 ausgerichtet. Um die Formen zu schließen, wird der erste Formhohlraum 258 zuerst in Eingriff mit dem Dorn 98DD gezogen, und die Gesamtheit des Drehtisches wird horizontal entlang den Bahnen 266 bewegt, so dass der Dorn 98AA mit dem ersten Formhohlraum 256 in Eingriff kommt und die zweite Einspritzvorrichtung wird mit dem zweiten Formhohlraum 258 in Verbindung gebracht. Die erste Einspritzvorrichtung 252 spritzt dann einen Schmelzstrom von PET in den ersten Formhohlraum 256 hinein, um den leeren Raum zwischen dem Dorn 98AA und dem ersten Formhohlraum 256 zu füllen. Zur gleichen Zeit spritzt die zweite Einspritzvorrichtung 254 einen Schmelzstrom von Sperrmaterial in den leeren Raum zwischen dem zweiten Hohlraum 258 und der PET-Schicht, welche auf dem Dorn 98DD aufgebracht wurde. Nach einer kurzen Abkühlzeit, während welcher sich eine Haut auf der soeben eingespritzten PET Vorform gebildet hat, wird der Drehtisch 260 horizontal entlang den Bahnen bewegt, um den Dorn 98AA aus dem Eingriff mit dem ersten Hohlraum 256 heraus zu ziehen. So wie vorher verbleibt die eben erst eingespritzte Vorform auf dem Dorn 98AA. Der zweite Formhohlraum 258 wird dann von dem Dorn 98DD weggezogen und der drehbare Drehtisch 260 wird um 90° gedreht, derart dass der Dorn 98AA nun mit dem zweiten Formhohlraum 258 ausgerichtet ist, und der Dorn 98BB nun mit dem ersten Formhohlraum 256 ausgerichtet ist. Die Form wird geschlossen, so wie vorher, und eine Schicht von Sperrmaterial wird auf die PET-Vorform auf dem Dorn 98AA eingespritzt, während eine PET-Vorform auf dem Dorn 98BB geformt wird. Nach einer kurzen Abkühlzeit wird die Form wieder geöffnet, so wie vorher, und der Drehtisch 260 wird um 90° gedreht. Der Dorn 98AA ist jetzt frei von irgendeinem Formhohlraum und die neu geformte, auf dem Dorn 98AA angebrachte Vorform wird während dieser Zeit abgekühlt. Zur gleichen Zeit stehen die Dorne 98BB und 98CC mit den geformten Hohlräumen in Verbindung. Nachdem die Einspritzungen, welche die Dorne 98BB und 98CC beanspruchen, beendet sind, wird der Drehtisch 260 wieder um 90° gedreht. Der Dorn 98AA wird wieder in einer Kühlposition gehalten, von der Ausrichtung mit irgendeinem Formhohlraum weg. Zur gleichen Zeit verbinden sich die 98CC und 98DD mit den Formhohlräumen und erhalten eingespritzte Schichten hierauf. Die nun abgekühlte Vorform wird von dem Dorn 98AA ausgeworfen auf ein Transportband oder in einen Behälter unter dem Drehtisch 260 und der Drehtisch 260 wird wieder um 90° gedreht. Der Dorn 98AA ist wieder unbehindert, ausgerichtet mit dem ersten Formhohlraum 256, und bereit einen weiteren Herstellungszyklus zu starten.
Obschon die vorher beschriebene Vorrichtung 250 erörtert wurde im Zusammenhang mit der Formung einer zweischichtigen Vorform, so ist es selbstverständlich, dass die veröffentlichten Prinzipien der Konstruktion und des Verfahrens auf die Formung von Vorformen ausgedehnt werden können, welche zahlreiche Schichten aufweisen. Zum Beispiel könnten zusätzliche Stationen auf dem Drehtisch angebracht werden und zusätzliche Einspritzvorrichtungen und zugeordnete Beschichtungshohlräume könnten auf der Vorrichtung angebracht werden, um das Einspritzen von zusätzlichen Schichten zu gestatten.
4. Lamellares Spritzgießen
Eine Sperrschicht oder eine Sperrvorform kann ebenfalls hergestellt werden mit Hilfe eines Verfahrens, lamellares Spritzgießen (LIM) genannt. Das Wesen von dem LIM Verfahren besteht in der Schaffung eines Schmelzstromes, welcher aus einer Vielzahl von dünnen Schichten besteht. Bei dieser Anwendung wird es vorgezogen, dass der LIM-Schmelzstrom aus abwechselnden Schichten von PET und Sperrmaterial besteht. Das LIM-Verfahren kann im Zusammenhang mit der oben beschriebenen bevorzugten Vorrichtung für die Überformung angewendet werden, um eine Schicht von mehrfachen, dünnen Schichten zu überformen.
Ein Verfahren für das lamellare Spritzgießen wird unter Anwendung eines Verfahrens ausgeführt, welches ähnlich ist mit demjenigen, das erörtert worden ist in mehreren Patenten von Schrenk, die U.S. Patente Nr. 5.202.074, 5.540.878, und 5.628.950, deren Enthüllungen durch diese Referenznahme in ihrer Gesamtheit mit hierin einbezogen werden, obschon die Anwendung sowohl dieses Verfahrens als auch diejenige von anderen Verfahren, welche ähnliche lamellare Schmelzströme erzielen, als ein Teil der vorliegenden Erfindung betrachtet werden. Unter Bezugnahme auf die 25 wird das Schema eines LIM-Systems 270 gezeigt. Das System in der 25 zeigt ein System für zwei Materialien, aber es ist wohl verstanden, dass ein System für drei oder für mehr Materialien in ähnlicher Weise angewendet werden könnte. Die zwei Materialien, welche die Schichten bilden sollen, von welchen mindestens eines vorzugsweise ein Sperrharz ist, werden in getrennte Bunker 272 und 275 getan, welche zwei jeweilige getrennte Zylinder 276 und 278 speisen. Die Materialien werden co-extrudiert unter Geschwindigkeiten, welche festgelegt werden zum Erzielen der gewünschten relativen Mengen eines jeden Materials, zum Formen eines lamellaren Schmelzstromes, welcher aus einer Schicht von einem jeden Zylinder besteht.
Die Fördermenge des lamellaren Schmelzstromes von den kombinierten Zylindern wird dann auf ein eine Schicht bildendes System 280 angewendet. In dem Schicht bildenden System 280 wird der zweischichtige Schmelzstrom vervielfacht in einen mehrschichtigen Schmelzstrom durch die Wiederholung einer Reihe von Aktionen, so wie verfahren werden würde, um einen Blätterteig herzustellen, welcher eine gewisse Anzahl von Lagen aufweist. Zuerst wird ein Teil des Schmelzstromes in zwei Teile geteilt, senkrecht zu der Schnittstelle der zwei Schichten. Dann werden die zwei Teile flach gepresst, so dass ein jeder der zwei Teile ungefähr so lang ist wie der ursprüngliche Querschnitt vor der Halbierung bei dem ersten Schritt, aber nur halb so dick wie der ursprüngliche Querschnitt. Die beiden Teile werden wiederum zu einem einzigen Teil zusammengefügt, welches ähnliche Abmessungen hat wie der ursprüngliche Querschnitt, aber welches vier Schichten aufweist durch Stapeln eines Teiles über den anderen Teil, so dass die Unterschichten der zwei Materialien parallel zueinander liegen. Diese drei Schritte des Teilens, Abflachens und Zusammenfügens des Schmelzstromes können mehrere Male durchgeführt werden, um noch dünnere Schichten herzustellen. Der Schmelzstrom kann vervielfacht werden durch das Durchführen eines Teilens, Abflachens und Zusammenfügens, dies eine gewisse Anzahl von Malen, um einen einzelnen Schmelzstrom zu erstellen, welcher aus einer Vielzahl von Unterschichten der Bestandteilmaterialien besteht. In diesen zwei Materialausführungen wird die Zusammensetzung der Schichten zwischen den beiden Materialien abwechseln. Der Ausstoß des Systems der Lagenherstellung geht durch einen Hals 282 und wird zur Bildung einer Vorform oder einer Beschichtung in die Form eingespritzt.
Ein System zum Erzeugen eines lamellaren Schmelzstroms, so wie jenes nach der 25, kann angewendet werden an Stelle von dem einem oder von den beiden Einspritzvorrichtungen in dem Überformungsverfahren sowie in der Vorrichtung, wie sie oben beschrieben worden ist. Wahlweise könnte eine Sperrvorform gebildet werden unter Verwendung einer einzelnen Einspritzung eines LIM-Schmelzstromes, falls der Schmelzstrom ein Sperrmaterial enthält. Falls eine Vorform ausschließlich aus einem LIM-Schmelzstrom hergestellt wurde oder aber mit einer inneren Schicht hergestellt wurde, welche aus einem LIM-Schmelzstrom herrührt, und falls der hieraus hergestellte Behälter mit Lebensmittel in Berührung kommen soll, dann wird es vorgezogen, dass sämtliche Materialien aus dem LIM-Schmelzstrom die FDA-Genehmigung besitzen sollten.
In einer bevorzugten Ausführung wird eine Vorform vom Typ der 4 hergestellt unter Anwendung eines Einspritz-über-Einspritz Verfahrens, in welchem ein lamellarer Schmelzstrom in einen Sperrbeschichtungshohlraum eingespritzt wird. Ein solches Verfahren, bei welchem eine Vorform mit einem lamellaren Schmelzstrom überformt wird, kann LIM-Über-Einspritzen genannt werden. Bei einem LIM-Über-Einspritzverfahren zur Schaffung einer Vorform, aus welcher eine Getränkeflasche durch Blasen hergestellt wird, besteht die erste oder innere Schicht 72 vorzugsweise aus unbehandeltem PET, und der Schmelzstrom besteht vorzugsweise aus einem Sperrmaterial, wie zum Beispiel PHAE und wieder verwendetes PET. Wieder verwendetes PET wird in der äußeren Schicht 74 verwendet, da es nicht mit Lebensmitteln in Berührung kommt und billiger ist bei der Verwendung zur Herstellung des Großteils eines Behälters als dies der Fall ist für unbehandeltes PET oder für die meisten Sperrmaterialien.
4A zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Wandsektion 3 einer Vorform von dem Typ nach 4, welche durch ein LIM-Über-Einspritzverfahren hergestellt wurde. Die innere Schicht 72 ist ein einzelnes Material, jedoch umfasst die äußere Schicht eine Vielzahl von Mikroschichten, welche durch das LIM-Verfahren geformt worden sind.
Ein vorbildliches Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorform stellt sich wie folgt dar. Wieder verwendetes Polyethylenterephthalat wird über einen Einlauftrichter 272 in einen ersten Zylinder 276 eingeführt, während gleichzeitig ein Sperrmaterial über einen zweiten Einlauftrichter 274 zu einem zweiten Zylinder 278 geführt wird. Die beiden Materialien werden gemeinsam extrudiert in solchen Verhältnissen dass es zur Lieferung eines zweischichtigen lamellaren Schmelzstromes kommt, welcher vorzugsweise 60–95 Gew.-% an wieder verwendetem Polyethylenterephthalat und vorzugsweise 5–70 Gew.-% an Sperrmaterial umfasst. Der lamellare Schmelzstrom wird dem Schichterzeugungssystem 280 zugeführt, in welchem der lamellare Schmelzstrom, welcher die beiden Materialien beinhaltet, geformt wird durch Teilen, Abflachen und Zusammenfügen des Schmelzstromes, vorzugsweise mindestens zwei Mal. Der lamellare Schmelzstrom tritt bei 282 aus und wird alsdann in eine Form eingespritzt, so wie die Form, die im Einzelnen in der 9 dargestellt wird. Vorzugsweise wird der lamellare Schmelzstrom eingespritzt in die Vorformbeschichtungshohlräume 120 in einer Überformungseinrichtung, wie zum Beispiel jene in den 10 und 11, und zwar über eine Vorform, um eine durch LIM-Über-Einspritzen beschichtete Vorform zu bilden, welche ein Sperrmaterial umfasst, welches aus wechselnden Mikrolagen von Sperrmaterial und von wieder verwendetem PET besteht.
In einem weiteren, vorbildlichen Verfahren wird unbehandeltes PET über einen Einlauftrichter 272 in einen ersten Zylinder 276 geführt, während gleichzeitig B-010 über einen zweiten Einlauftrichter 274 in einen zweiten Zylinder 278 geführt wird. Die beiden Polymere werden gemeinsam extrudiert in solchen Verhältnissen dass es zur Lieferung eines Schmelzstromes kommt, welcher vorzugsweise 60–95 Gew.-% an unbehandeltem Polyethylenterephthalat und vorzugsweise 5–40 Gew.-% an B-010 enthält. Der zweischichtige Schmelzstrom wird einem Schichterzeugungssystem 280 zugeführt, in welchem der lamellare Schmelzstrom, welcher die beiden Materialien enthält, gebildet wird durch Teilen, Abflachen und Zusammenfügen des Schmelzstromes, vorzugsweise mindestens zwei Mal. Der lamellare Schmelzstrom tritt bei 282 aus und wird alsdann in die Vorformformungshohlräume 156, 256 eingespritzt, dies bei gleich welcher der oben beschriebenen Übergießmaschinen 150, 250. Die ursprüngliche LIM-Vorform wird alsdann überspritzt mit dem wieder verwendeten PET in den Vorformbeschichtungshohlräumen 158, 258, um eine Vorform mit einer inneren Schicht herzustellen, bestehend aus wechselnden Mikrolagen von Sperrmaterial und von unbehandeltem PET, und aus einer äußeren Schicht mit wieder verwendetem PET. Ein solches Verfahren könnte Einspritzen-Über-LIM benannt werden.
In einer mehrschichtigen Vorform, bei Ausführungen zum LIM-Über-Einspritzen oder zum Einspritzen-Über-LIM, kann das lamellare Einspritzsystem mit Vorteil angewendet werden, um eine Vielzahl von wechselnden und wiederholten Unterlagen zu liefern, vorzugsweise aus PET und einem Sperrmaterial bestehend. Die vielfachen Lagen dieser Ausführungen gemäß der Erfindung bieten einen weiteren Schutz gegen eine vorzeitige Diffusion der Gase durch die Seitenwand des Getränkebehälters oder eines anderen Lebensmittelbehälters.
H. Verbesserung der Leistung der Form
So wie oben besprochen, besitzen die Formhälften ein umfassendes Kühlsystem durch die gesamte Form hindurch, um Wärme abzuführen und um auf diese Weise die Eigenschaften der Wärmeabsorption der Form zu erhöhen. Mit der nächsten Bezugnahme auf die 28, welche einen Querschnitt durch einen Formdorn 298 und einen Hohlraum 300 darstellt, welche Merkmale entsprechend der vorliegenden Erfindung vorzeigen, kann das Formkühlsystem im Zusammenhang mit den Formhohlräumen dadurch optimiert werden, dass die Kühlrohre 302 in einer Spirale um den Formhohlraum 300 herum und knapp unter der Oberfläche 304 angeordnet werden. Die schnelle Abkühlung, welche durch ein solches Kühlsystem ermöglicht wird, ist hilfreich beim Vermeiden der Kristallisation der PET-Schicht während des Abkühlens. Des Weiteren verkürzt das schnelle Abkühlen die Zykluszeit bei der Herstellung, indem es ein schnelles Entfernen der eingespritzten Vorformen aus den Formhohlräumen ermöglicht, so dass der Formhohlraum wieder schnellstens verwendet werden kann.
So wie oben besprochen, ist die Einlassfläche 306 des Formhohlraumes Dreh- und Angelpunkt zur Bestimmung der Zykluszeit. Der freie Raum neben dem Einlass 308, welcher das unterste Ende 304 der geformten Vorform ausmacht, erhält den letzten Anteil des Schmelzstromes, welcher in den Formhohlraum 300 eingespritzt werden soll. Somit ist dieser Teil der letzte, der mit dem Abkühlen beginnt. Falls die PET-Schicht nicht genügend abgekühlt worden ist, bevor der Überformungsvorgang stattfindet, dann kann die Kraft der Sperrmaterialschmelze, welche in die Form hinein kommt, ein wenig von dem PET neben der Einlassfläche 306 wegwaschen. Um das Abkühlen in der Einlassfläche des Formhohlraumes, im Hinblick auf die Verkürzung der Zykluszeit, zu beschleunigen können in dem Hohlraum an der Einlassfläche 306 Einlagen 310 aus einem Material mit einer äußerst hohen Wärmeleitfähigkeit angebracht werden, wie zum Beispiel Ampcoloy. Diese Ampcoloy-Einlagen 310 werden Wärme auf eine besonders schnelle Weise entziehen. Um die Einlagen 310 aus Ampcoloy zu verbessern und zu schützen, wird eine dünne Schicht aus Titannitrid oder aus Hartchrom auf die Oberfläche 312 des Ampcoloy aufgetragen, um so zu einer harten Oberfläche zu gelangen. Eine solche aufgetragene Oberfläche wäre vorzugsweise zwischen 0.001 und 0.01 Zoll dick, aber am meisten wäre eine annähernd 0.002 Zoll Dicke Oberfläche vorzuziehen.
So wie vorher besprochen, ist der Dorn 298 besonders wichtig bei dem Abkühlvorgang, da er die innere PET-Schicht direkt kühlt. Um den Kühleffekt des Dornes 298 auf der inneren Oberfläche der Vorform zu erhöhen und besonders um den Kühleffekt des Dornes 298 an der Einlassfläche/Dornwand 314 der Vorform zu erhöhen, ist der Dorn vorzugsweise überwiegend hohl, und hat eine verhältnismäßig dünne gleichmäßige Wand 320, so wie dies in der 26 gezeigt wird. Vorzugsweise liegt die bevorzugte Dicke zwischen 2,5 und 7,56 mm (0.1 Zoll und 0.3 Zoll) und am meisten vorzuziehen sind annähernd 5 mm (0.2 Zoll). Es ist besonders wichtig, dass die Wand 320 an ihrem unteren Ende 322 des Dornes 298 nicht dicker ist als der Rest der Dornwand 320, weil die dünne Wand behilflich ist, Wärme schnell von der geschmolzenen Einlassfläche 314 der eingespritzten Vorform zu entfernen.
Um die Kühlfähigkeit des Dornes weitgehender zu erhöhen, kann Kühlwasser durch eine Rührwerkseinrichtung 330 zugeführt werden. Ein Kernrohr 332 ist zentral in dem Dorn 298 angeordnet und liefert gekühlte Flüssigkeit C an denselben in dem unteren Ende 322. Da das untere Ende 322 der erste Punkt des Dornes 298 ist, welcher von der Kühlflüssigkeit C berührt wird, ist die Kühlflüssigkeit an dieser Stelle am kältesten und am wirksamsten. Auf diese Weise wird die Einlassfläche 314 der eingespritzten Vorform mit einer schnelleren Geschwindigkeit angekühlt als der Rest der Vorform. Kühlflüssigkeit, welche am unteren Ende 322 in den Dorn eingespritzt wurde, bewegt sich entlang der Länge des Dornes 298 und tritt an einer Austrittslinie 334 aus. Eine Vielzahl von Rippen 336 ist spiralförmig um den Kern 332 herum angeordnet, um die Kühlflüssigkeit entlang der Wand des Dornes zu leiten.
Eine weitere Art und Weise, um die Kühlung der Einlassfläche der Vorform zu erhöhen, wurde vorher besprochen und sie bezieht sich auf das Formen des Formhohlraumes in solcher Weise, dass die innere PET-Schicht an der Einlassfläche dünner ist als an dem Rest der eingespritzten Vorform, so wie dies in der 4 gezeigt wird. Die dünne Einlassfläche kühlt somit schnell ab, in einen im Wesentlichen festen Zustand, und sie kann schnell aus dem ersten Formhohlraum entfernt werden, in den zweiten Formhohlraum eingeführt werden, und sie kann eine Schicht des Sperrmaterials hierüber eingespritzt bekommen, ohne ein Wegwaschen des PET zu verursachen.
Infolge der fortdauernden Anstrengung, die Zykluszeit herabzusetzen, werden eingespritzte Vorformen so schnell als möglich aus den Formhohlräumen entfernt. Jedoch kann angenommen werden, dass das frisch eingespritzte Material nicht notwendigerweise bereits vollständig fest geworden ist, wenn die eingespritzte Vorform aus dem Formhohlraum entfernt wird. Dies hat mögliche Probleme zur Folge bei der Entnahme der Vorform aus dem Hohlraum 300. Reibung oder sogar ein Vakuum zwischen dem heißen, verformbaren Kunststoff und der Oberfläche des Formhohlraumes 304 kann einen Widerstand verursachen, was eine Beschädigung der eingespritzten Vorform zur Folge hat, wenn der Versuch angestellt wird, sie aus dem Formhohlraum 300 zu entfernen.
Typischerweise werden die Oberflächen der Form poliert und äußerst glatt gemacht, um eine glatte Oberfläche für die eingespritzten Teile zu erhalten. Jedoch neigen polierte Oberflächen dazu, entlang diesen Oberflächen eine Oberflächenspannung zu erzeugen. Diese Oberflächenspannung kann eine Reibung zwischen der Form und der eingespritzten Vorform erzeugen, was eine Beschädigung der eingespritzten Vorform während ihrer Entfernung aus der Form zur Folge haben kann. Um die Oberflächenspannung herabzusetzen, werden die Oberflächen der Form vorzugsweise mit einer sehr feinen Schleifvorrichtung behandelt, um die Oberfläche der Form leicht aufzurauen. Vorzugsweise hat das Aufraupapier einen Körnungsdurchmesser zwischen etwa 400 und 700. Stärker bevorzugt ist ein Aufraupapier mit einem Körnungsdurchmesser von 600. Auch wird die Form vorzugsweise nur in der Längsrichtung aufgeraut, was weiterhin die Entnahme der eingespritzten Vorform aus der Form erleichtert.
Während der Einspritzung wird die Luft durch den eingespritzten Schmelzstrom aus dem Formhohlraum 300 heraus gepresst. Als Folge hieraus kann sich zwischen der eingespritzten Vorform und der Wand des Formhohlraumes 304 ein Vakuum entwickeln. Wenn die eingespritzte Vorform aus dem Hohlraum 300 entfernt wird, dann kann das Vakuum sich der Entfernung widersetzen und als Folge eine Beschädigung der noch nicht völlig ausgehärteten Vorform zur Folge haben. Um das Vakuum zu vereiteln, kann ein Lufteinblassystem 340 angewendet werden. Es wird weiter Beziehung auf die 27 und 28 genommen, wo eine Ausführung eines Lufteinblassystems 340 gezeigt wird. An der Dichtung 342 der getrennten Elemente des Formhohlraumes 300, wird vorzugsweise rundum den Umfang eine Nut 344 angebracht und dieselbe öffnet sich in den Formhohlraum 300 hinein. Die Nut 344 wird vorzugsweise gebildet durch eine Stufe 342 von etwa 0,05 und 0,127 mm (0.002 Zoll und 0.005 Zoll), am meisten bevorzugt man annähernd 0,076 mm (0.003 Zoll) für die Tiefe. Wegen ihrer kleinen Abmessung wird die Nut 344 sich während der Einspritzung nicht mit Kunststoff füllen, aber sie ermöglicht es der Luft A in den Formhohlraum 300 eingeführt zu werden, um das Vakuum während des Entfernens der eingespritzten Vorform aus dem Formhohlraum 300 zu brechen. Eine Luftleitung 350 verbindet die Nut 344 mit einer Druckluftquelle und ein Ventil (nicht gezeigt) steuert die Zufuhr der Luft A. Während der Einspritzung ist das Ventil geschlossen, so dass die Schmelze den Formhohlraum 300 ohne Luftwiderstand füllt. Wenn die Einspritzung beendet ist, öffnet das Ventil sich und es wird der Nut 344 eine Luftversorgung zugeführt, und zwar unter einem Druck zwischen annähernd 51707 Pa und 1034214 Pa (75 psi und 150 psi), am stärksten bevorzugt man annähernd 68948 Pa (100 psi). Die Luftzufuhr bricht jedes Vakuum, welches sich zwischen der eingespritzten Vorform und dem Formhohlraum bilden könnte, wodurch Hilfe geleistet wird zum Entfernen der Vorform. Obwohl die Zeichnungen nur eine einzige Nut 344 für die Luftzufuhr zu dem Formhohlraum 300 zeigen, kann gleich welche Anzahl von Nuten zum Einsatz kommen und zwar in einer Auswahl von Formen, welche von der Größe und der Gestalt der Form abhängig sind.
Während die oben beschriebenen Verbesserungen bei der Leistung der Form spezifisch auf das hierin beschriebenen Verfahren und die entsprechende Vorrichtung ausgerichtet sind, so ist es für jene, die sich in dieser Technik auskennen, leicht ersichtlich, dass diese Verbesserungen ebenfalls zur Anwendung gelangen können bei vielen verschiedenen Typen von Spritzgießverfahren für Kunststoff und auch bei ihren zugeordneten Vorrichtungen. Zum Beispiel kann die Anwendung von Ampcoloy in einer Form die Wärmeabfuhr beschleunigen und die Zykluszeit wesentlich herabsetzen, dies für die verschiedensten Formtypen und Schmelzmaterialien. Ebenso können das Aufrauen der Formoberflächen und die Anwendung von Pressluftsystemen das Entfernen von Teilen leichter gestalten, dies erneut für die verschiedensten Formtypen und Schmelzmaterialien.
I. Bildung von Bevorzugten Behältern durch Blasverfahren
Die sperrbeschichteten (d.h. mit einer Sperrschicht versehenen) Behälter werden vorzugsweise durch Blasen der sperrbeschichteten Vorformen hergestellt, und deren Erzeugung ist oben dargestellt worden. Die sperrbeschichteten Vorformen können unter Anwendung von Verfahren und Bedingungen geblasen werden, welche sehr ähnlich sind, wenn nicht sogar identisch sind mit jenen, mit Hilfe derer unbeschichtete Vorformen aus PET zu Behältern geblasen werden. Solche Verfahren und Bedingungen zum Blasen von einschichtigen Vorformen aus PET zu Flaschen sind jenen, die sich in dieser Technik auskennen, bestens bekannt und können angewendet oder angepasst werden, falls dies notwendig ist.
Im Allgemeinen wird in solch einem Verfahren die Vorform auf eine Temperatur von vorzugsweise 80 bis 120°C aufgeheizt, stärker bevorzugt sind 100 bis 105°C, und es wird eine kurze Zeit zur Ausgleichung bewilligt. Nach dem Einstellen des Gleichgewichts, wird sie gedehnt auf eine Länge, welche annähernd der Länge des Endbehälters gleichkommt. Nach der Dehnung wird Pressluft in die Vorform eingepresst und sie bewirkt, dass die Wände der Vorform derart gedehnt werden, dass sie hinein in die Form passt, in welcher sie liegt, und auf diese Weise wird der Behälter erstellt.
J. Prüfen der Laminatflaschen
Es wurden einige Flaschen aus dem Überformungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt, welche unterschiedliche Mengen von IPA im PET besaßen, und PHAE als Sperrmaterial verwenden. Prüfflaschen wurden ebenfalls hergestellt aus PET, welcher kein IPA hierin enthielt.
Die Prüfflaschen wurden hergestellt durch Blasen von Vorformen, welche durch das oben beschriebene Überformungsverfahren hergestellt wurden. Ein Aufpralltest wurde anschließend an den Flaschen vorgenommen, wobei die Seitenwand (Körperteil) einer jeden Flasche von einer Schlagkraft getroffen wurde. Die Flaschen wurden dann auf Zeichen von physikalischen Beschädigungen untersucht, am wichtigsten die Delamination des Laminatmaterials in den Seitenwänden der Flasche.
Es wurde herausgefunden, dass die Flaschen, welche innere PET-Schichten haben, die höhere Stufen an IPA enthalten, weniger Delamination erfahren, wenn sie dem Schlagtest unterworfen werden als Laminate, welche niedrigere Stufen an IPA enthalten, und dass sie sich noch besser verhalten als jene Flaschen, welche aus PET hergestellt wurden, die überhaupt kein IPA enthielten. Auf diese Weise wurde gezeigt, dass eine bessere Haftung zwischen den Schichten des Laminats erzielt wird, wenn IPA-PET bei der Herstellung von Laminaten mit Phenoxy-Materialien verwendet wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung beschrieben wurde unter Bezugnahme auf verschiedene bevorzugte Ausführungen, und auf verschiedene vorbildliche Verfahren, so muss verstanden werden, dass der Rahmen der Erfindung hierdurch nicht eingegrenzt wird. Stattdessen ist es die Absicht des Anmelders, dass der Rahmen der Erfindung allein durch die Berücksichtigung der beigefügten Ansprüche begrenzt werden kann, und dass Änderungen bei den Verfahren und bei den Materialien, welche hierin enthüllt wurden, und welche ersichtlich sind für jene, die sich in dieser Technik auskennen, ebenfalls in den Rahmen der Ansprüche des Anmelders fallen.

Claims

Form für Spritzgießvorformen, welche aufweist: einen Satz von Dornen (98, 298) und mindestens einen ersten Satz von Hohlräumen (300), wobei ein jeder Dorn (98, 298) eine Wand (320, 314) und ein Rohr zur Versorgung mit einem Kühlmittel aufweist, welche innerhalb des Dorns (98, 298) angeordnet sind, um ein zirkulierendes Kühlmittel an das untere Ende (322) des Dorns (98, 298) zu liefern, und wobei ein jeder der Hohlräume (114, 120, 156, 158, 256, 258, 300) des ersten Satzes einen Einlauf (102, 308) zum Einspritzen einer Plastikschmelze aufweist, wobei mindestens ein Teilstück des Hohlraumes (114, 120, 156, 158, 256, 300) und/oder des Dornes (98, 298) ein Material mit hoher Wärmeübertragung enthält.
Form gemäß Anspruch 1, welche weiterhin einen zweiten Satz von Hohlräumen (114, 120, 156, 158, 256, 258, 300) aufweist, wobei ein jeder Hohlraum des zweiten Satzes einen Einlauf (102, 308) zum Einspritzen einer Plastikschmelze aufweist, wobei mindestens ein Teilstück des Hohlraumes (258) ein Material mit hoher Wärmeübertragung enthält.
Form gemäß Anspruch 1 oder 2, bei welcher mindestens ein Teilstück von einem oder von mehreren der Hohlräume (114, 120, 156, 158, 256, 258, 300) ein Material mit hoher Wärmeübertragung enthält.
Form gemäß Anspruch 1 oder 2, bei welcher mindestens ein Teilstück der Dorne (98, 298) ein Material mit hoher Wärmeübertragung enthält.
Form gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des Einlaufs (308) eines jeden Hohlraumes (114, 120, 156, 158, 256, 258, 300) einen Einsatz (310) aus einem Material mit hoher Wärmeübertragung aufweist.
Form gemäß Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Ende (322) eines jeden Dornes (98, 298) ein Material mit hoher Wärmeübertragung enthält.
Form gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster leerer Raum (100) zwischen einem jeden Dorn (98, 298) und einem jeden Hohlraum (114, 120, 156, 158, 256, 258, 300) des ersten Satzes definiert ist, und dass ein jeder Hohlraum des ersten Satzes in der Größe so zugeschnitten und angepasst ist, dass der leere Raum (100) in der Nähe eines Einlaufs des Hohlraumes (114, 120, 156, 158, 256, 258, 300) dünner ist als entlang einem Körper des Hohlraumes (114, 120, 156, 158, 256, 258, 300).
Form gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter leerer Raum (100) zwischen einem jeden Dorn (98, 298) und einem jeden Hohlraum (114, 120, 156, 158, 256, 258, 300) des zweiten Satzes definiert ist, und dass ein jeder Hohlraum (114, 120, 156, 158, 256, 258, 300) des zweiten Satzes in der Größe so zugeschnitten und so angepasst ist, dass der leere Raum (100) in der Nähe eines Einlaufs des Hohlraumes (114, 120, 156, 158, 256, 258, 300) größer ist als entlang einem Körper des Hohlraumes (114, 120, 156, 158, 256, 258, 300).
Form gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, welche weiterhin ein Lufteinspritzsystem (340) aufweist, bei welchem das Lufteinspritzsystem umfasst; eine Luftdruckquelle, eine Einkerbung (344), welche eine Öffnung in einen jeden Hohlraum (114, 120, 156, 158, 256, 258, 300) bildet, und eine Luftleitung (350), welche einen Durchgang zwischen der Luftquelle und der Öffnung bildet, sowie mindestens ein Ventil, welches sich zwischen der Luftquelle und der Öffnung befindet.
Form gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (320) des Dornes (98, 298) ungefähr 0,1 bis 0,3 Zoll dick ist.
Form gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des Dornes (98, 298) eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke aufweist.
Form gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dorne (98, 298) und ein erster Satz von Hohlräumen (114, 120, 156, 158, 256, 258, 300) getrennte Kühlsysteme aufweisen.
Form gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dorne (98, 298) auf einem rotierenden Drehtisch (130, 160, 260) befestigt sind.
Form gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine gehärtete Oberflächenschicht mit einer Dicke zwischen etwa 0,001 und 0,005 Zoll über das Material mit hoher Wärmeübertragung hinweg gebildet wird, und dass dieses Schichtmaterial aus der Gruppe gewählt wird, welche Titannitrid und hartes Chrom umfasst.
Form gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstücke der Hohlräume (114, 120, 156, 158, 256, 258, 300) der Länge nach aufgeraut sind durch ein Aufraumittel mit einem Körnungsdurchmesser zwischen etwa 400–700.
Gerät zum Spritzgießen von mehrschichtigen Vorformen, welches aufweist: eine Form gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 15, wobei der erste Satz von Hohlräumen (114, 120, 156, 158, 256, 300) in Verbindung steht mit einer ersten Schmelzquelle und der zweite Satz von Hohlräumen (114, 120, 156, 158, 258, 300) in Verbindung steht mit einer zweiten Schmelzquelle; einem Drehtisch (130, 160, 260), welcher in mindestens zwei Stationen unterteilt ist, wobei mindestens ein Dorn (98, 298) auf einer jeden Station angeordnet ist; wobei der Drehtisch (130, 160, 260) angepasst ist, um eine jede Station in eine erste Position zu drehen, in welcher ein Dorn (98, 298) an der Station mit einem Hohlraum (114, 120, 156, 158, 256, 300) in dem ersten Satz in Wechselwirkung tritt, um eine erste Vorformschicht zu bilden, und alsdann in eine zweite Position zu drehen, in welcher der Dorn (98, 298), der die erste Vorformschicht auf sich trägt, mit einem Hohlraum (114, 120, 156, 158, 258, 300) in dem zweiten Satz in Wechselwirkung tritt, um eine zweite Vorformschicht zu bilden, womit eine mehrschichtige Vorform hergestellt wird.
Gerät gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehtisch (130, 160, 260) an mindestens eine Kühlposition heran dreht, an welcher die mehrschichtige Vorform auf dem Dorn (98, 298) verbleibt, um abzukühlen.
Gerät gemäß Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehtisch (130, 160, 260) linear beweglich ist, so dass die Dorne (98, 298) in Eingriff mit den Hohlräumen (114, 120, 156, 158, 256, 258, 300) in der Form gebracht werden.
Gerät gemäß Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeder Abschnitt des Drehtisches (130, 160, 260) unabhängig linear beweglich ist.
Gerät gemäß Anspruch 16 oder 17, welches weiterhin eine Ausstoßvorrichtung zum Entfernen der gegossenen Vorform von einem jeden Dorn (98, 298) aufweist.
Verfahren zum Spritzgießen einer mehrschichtigen Vorform, welches die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst: ein Bereitstellen eines Geräts gemäß Anspruch 16; ein Drehen des Drehtisches (130, 160, 260), so dass eine erste Station, welche zwei oder mehrere Dorne (98, 298) aufweist, mit einem ersten Satz von Hohlräumen (114, 120, 156, 158, 256, 300) ausgerichtet wird; ein Ausrichten der Dorne (98, 298) der ersten Station in Eingriff mit den Hohlräumen (114, 120, 156, 158, 256, 300) des ersten Satzes, und ein Einspritzen einer Schmelze eines ersten Materials, um eine erste Vorformschicht auf einem jeden Dorn (98, 298) herzustellen; ein Kühlen der ersten Vorformschicht in dem ersten Hohlraum der Form, so dass eine Außenschicht auf mindestens einer Oberfläche der ersten Vorformschicht gebildet wird; ein Lösen des Eingriffs der Dorne (98, 298) von dem ersten Satz der Hohlräume (114, 120, 156, 158, 256, 300), während die erste Vorformschicht auf einem jeden Dorn gehalten wird; ein Drehen des Drehtisches (130, 160, 260), derart dass die erste Station mit einem zweiten Satz von Hohlräumen (114, 120, 156, 158, 258, 300) ausgerichtet wird; ein Ausrichten der Dorne (98, 298) der ersten Station in Eingriff mit den Hohlräumen (114, 120, 156, 158, 258, 300) des zweiten Satzes, und ein Einspritzen einer Schmelze eines zweiten Materials, um eine zweite Vorformschicht oben auf der ersten Vorformschicht zu bilden, wodurch eine mehrschichtige Vorform auf einem jeden Dorn (98, 298) gebildet wird; ein Kühlen der mehrschichtigen Vorform in dem zweiten Hohlraum (114, 120, 156, 158, 258, 300) der Form, so dass eine Außenschicht auf mindestens einer Oberfläche der mehrschichtigen Vorform gebildet wird; und ein Lösen des Eingriffs der Dorne (98, 298) von dem zweiten Satz der Hohlräume (114, 120, 156, 158, 258, 300), während die mehrschichtige Vorform auf einem jeden Dorn (98, 298) gehalten wird.
Verfahren zum Spritzgießen einer mehrschichtigen Vorform gemäß Anspruch 21, welches weiterhin ein Drehen des Drehtisches (130, 160, 260) in eine dritte Position umfasst, in welcher die Dorne (98, 298) nicht mit Hohlräumen ausgerichtet sind und es auf diese Weise den mehrschichtigen Vorformen ermöglicht wird über den Dornen (98, 298) abzukühlen.
Verfahren zum Spritzgießen einer mehrschichtigen Vorform gemäß Anspruch 21 oder 22, welches weiterhin ein Entfernen der mehrschichtigen Vorformen von den Dornen (98, 298) umfasst.
Verfahren zum Spritzgießen einer mehrschichtigen Vorform gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrschichtigen Vorformen unter Verwendung eines Roboters entfernt werden.