PL186333B1

PL186333B1 - Wielowarstwowa kształtka wstępna z tworzywa sztucznego

Info

Publication number: PL186333B1
Application number: PL98336899A
Authority: PL
Inventors: William A. Slat
Original assignee: Plastipak Packaging
Priority date: 1997-05-22
Filing date: 1998-05-11
Publication date: 2003-12-31
Also published as: CA2288742C; US6217959B1; NO995680L; MXPA99010539A; US6214281B1; HUP0004246A3; NO317686B1; WO1998052729A1; PL336899A1; JP2001526598A; HUP0004246A2; JP3922727B2; BR9809145A; NZ500545A; HU224876B1; EP1035957A1; AU7478898A; NO995680D0; CA2288742A1; AU744427B2

Abstract

1. Wielowarstwowa ksztaltka wstepna z two- rzywa sztucznego do wytwarzania pojemnika ksztaltowanego przez rozdmuchiwanie, zawierajaca wewnetrzna wkladke z tworzywa sztucznego, po- siadajaca dolna czesc z cylindryczna scianka i górna czesc z cylindryczna scianka wykonana integralnie i odchodzaca do góry od wymienionej dolnej czesci oraz uksztaltowana zewnetrzna warstwe zasadniczo sasiadujaca z wewnetrzna wkladka z tworzywa sztucznego, przy czym ksztaltka wstepna ma za- mkniete dno i otwarta szyjke, znam ienna tym, ze co najmniej czesc górnej czesci (12) wewnetrznej wkladki (10) z tworzywa sztucznego jest skrystali- zowana 21. Wielowarstwowa ksztaltka wstepna z tworzywa sztucznego do wytwarzania pojemnika ksztaltowanego przez rozdmuchiwanie, zawierajaca wewnetrzna wkladke z tworzywa sztucznego posia- dajaca korpus z cylindryczna scianka, zawierajacy odsadzeniowa czesc w ksztalcie scietego stozka z cylindryczna scianka, przebiegajaca do góry od wymienionego korpusu oraz górna czesc z cylin- dryczna scianka, odchodzaca do góry od wymienio- nej odsadzeniowej czesci, oraz uksztaltowana ze- wnetrzna warstwe zasadniczo ............................. FIG.1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest wielowarstwowa kształtka wstępna z tworzywa sztucznego o polepszonych właściwościach fizycznych.

Tworzywa sztuczne są szeroko stosowane w dziedzinie pojemników na produkty spozywcze, napoje, kosmetyki oraz są wykorzystywane również w innych zastosowaniach. Żywice poliestrowe, takie jak politereftalany etylenowe (PET), stały się bardzo popularne, ponieważ mogą być one rozdmuchiwane w cienkościenne pojemniki o doskonałych właściwościach fizycznych i parametrach.

Konwencjonalne rozdmuchiwanie pojemników z tworzyw sztucznych obejmuje dwa etapy. W pierwszym etapie lub fazie wytwarza się wyrób pośredni lub kształtkę wstępną. Druga faza obejmuje dwuosiowe orientowanie kształtki wstępnej do końcowego wyrobu, przez proces zwany zwykle rozdmuchiwaniem lub rozdmuchiwaniem rozciągającym. Wiele właściwości tworzywa sztucznego najlepiej realizuje się po zorientowaniu i rozdmuchaniu dwuosiowym pojemnika. Dość często podczas takiej obróbki część szyjkową kształtki wstępnej wykorzystuje się jako część służącą do mocowania formy służącej do rozdmuchiwania, a gotowy lub gwintowany obszar kształtki wstępnej nie jest specjalnie podgrzewany. Ponadto, ponieważ ten segment kształtki wstępnej nie jest całkowicie zorientowany, nie będzie on miał wszystkich korzystnych właściwości wynikających ze sposobu kształtowania przez rozdmuchiwanie dwuosiowe. Przykładowo pojemniki PET, w których obszar szyjkowy nie został poddany, albo nie został pełniej poddany orientowaniu, często wykazuje zmniejszoną odporność cieplną na odkształcenie.

Podczas gdy poprzednio wspomniany proces dwufazowy jest często wykorzystywany do wytwarzania dużych ilości pojemników do wielu różnych zastosowań, w pewnej liczbie specjalnych zastosowań, zawartość wyrobu musi być wprowadzana przy podwyższonych

186 333 temperaturach, aby zapewnić właściwą sterylizację. Przykładowo napoje, które są pasteryzowane, takie jak niektóre napoje europejskie, są butelkowane w zakresie temperatury 64-77°C (148-170°F). Napoje, które zawierają sok owocowy, są zwykle nalewane na gorąco w zakresie temperatur 77-85°C (170-185°F). Ponadto niektóre napoje owocowe itp. wymagają nawet wyższych temperatur napełniania, to znaczy 88-93°C (190-200°F) i więcej, by uzyskać odpowiedni poziom oczyszczenia.

Zwiększone temperatury napełniania stanowią wyzwanie w dziedzinie konstruowania pojemników z tworzywa sztucznego, ponieważ, jak wiadomo materiały termoplastyczne zwiększają swą plastyczność wraz ze wzrostem temperatury i ze wzrostem czasu. Wystawienie pojemnika na działanie zawartości przy wyższych temperaturach napełniania może spowodować, że części wyrobu zmiękną i odkształcą się, co utrudni utrzymanie integralności strukturalnej pojemnika. Jest to słuszne zwłaszcza jeśli chodzi o dłuższe okresy czasu i/lub kiedy temperatura produktu nalewanego na gorąco przewyższa temperaturę przechodzenia tworzywa sztucznego w stan szklisty, to znaczy temperaturę, przy której tworzywo sztuczne przechodzi ze stanu stałego w miękki stan półpłynny. Dla informacji, temperatura przejścia w stan szklisty (Tg) lub temperatura mięknięcia PET wynosi w przybliżeniu 77°C (170°F).

Kiedy temperatura napełniania zbliża się do lub przewyższa temperaturę przejścia polimeru w stan szklisty, producenci pojemników często stosują dodatkowe sposoby kondycjonowania termicznego, aby pomóc w uniknięciu skurczu cieplnego i wynikowego odkształcenia. W wielu zastosowaniach konieczne staje się usztywnienie określonych części pojemnika, aby uniknąć nieakceptowalnego stopnia odkształcenia. Jest to szczególnie słuszne dla obszaru szyjki, kiedy nalewa się gorący produkt o temperaturze 85-93°C (185-200°F) lub wyższej, albo kiedy formuje się zamknięcie albo występ zakończenia szyjkowego, w celu stosowania środków zamykających dla zamknięcia pojemnika.

W przypadku pojemników z PET niezróżnicowana obróbka cieplna całego pojemnika spowodowałaby wzrost kryształów sferolitycznych w niezorientowanych cząsteczkowo częściach pojemnika. Wynikowy pojemnik miałby nieprzezroczyste, kruche części i byłby niepożądany w handlu. Kontrolowanie procesu krystalizacji jest zatem podstawowym zagadnieniem przy określaniu właściwości fizycznych pojemnika.

Struktura molekularna ma silny wpływ na właściwości polimerów i zasadniczo określa je. Na ogół polimery są klasyfikowane jako krystaliczne (w rzeczywistości semikrystaliczne) albo bezpostaciowe. Uporządkowany, trójwymiarowy układ cząsteczek powoduje krystaliczność. Warto zauważyć, że polimery niezmiennie zawierają pewną część materiału amorficznego, to znaczy bezpostaciowego i nie posiadającego wewnętrznego szkieletu lub struktury. Polimery jako takie mają różne stopnie krystalizacji.

Procent krystalizacji materiału poliestrowego można wyznaczyć według następującego wzoru:

% krystalizacji = (d_s - da) / (d_c - dą) x 100, gdzie: ds = gęstość próbki w g/cm³ da - gęstość amorficznej folii przy 0% krystalizacji (dla PET, 1,333 g/cm³) oraz dc = gęstość kryształu obliczona z parametrów jednostkowej komórki (dla PET, 1,455 g/cm3).

Pomiary gęstości dla powyższego wzoru wykonuje się metodą gradientu gęstości, opisaną przez podane normy, zwłaszcza ASTM 1.505.

Stopień lub procent krystalizacji ma znaczny wpływ na właściwości danego materiału poliestrowego. Ponadto zwiększony stopień krystalizacji podwyższa temperaturę topnienia, zwiększa gęstość i ogólnie polepsza właściwości mechaniczne. Krystalizacja polimerów masowych, takich jak PET, charakteryzuje się powstawaniem dużych agregatów krystalicznych lub sferolitów. Jednakże zwiększony stopień krystalizacji zwykle zmniejsza również odporność na uderzenia, rozpuszczalność i przejrzystość optyczną. Ponieważ łańcuchy cząstek są tylko częściowo uporządkowane, większość krystalicznych tworzyw sztucznych nie jest przezroczysta w stanie stałym. Takie struktury krystaliczne wewnątrz polimerów powodują roz186 333 praszanie światła i nadają polietylenowi i polipropylenowi mleczny wygląd. Natomiast polimery są przezroczyste, jeżeli uniknie się ich krystalizacji w zwiększonym stopniu.

Stopień krystaliczności uzyskiwany w wyrobie obrabianym cieplnie jest głównie funkcją obróbki cieplnej. Przez strategiczne sterowanie i kierowanie stopniem krystalizacji w różnych częściach wyrobu z tworzywa sztucznego można lepiej dopasować właściwości fizyczne do danego zadania. Zależnie od użytego materiału i żądanego stopnia krystalizacji temperatury obróbki cieplnej mogą zmieniać się od górnego końca orientacyjnego zakresu temperatury do ponad 232,2°C (450°F). Gdy lepkość istotna poliestru wzrasta, temperatura potrzebna do osiągnięcia określonego procentu krystalizacji będzie również rosnąć. Czasy obróbki cieplnej dla danej wkładki mogą zmieniać się od sekundy lub dwóch do kilku minut.

Stan techniki opisuje stosowanie w praktyce obróbki cieplnej do utwardzania części szyjkowej kształtek wstępnych i/lub pojemników. Zasadniczo obróbka cieplna ma na celu spowodowanie krystalizacji w części szyjkowej kształtki wstępnej lub pojemnika, aby zwiększyć odporność cieplną na odkształcenia. Główną wadą takich sposobów jest to, ze zwykle potrzeba wiele czasu na wystarczającą obróbkę cieplną grubości części szyjkowej, która jest jedną z najgrubszych części kształtki wstępnej. Ponieważ proces ten może być kosztowny i czasochłonny, istnieje zapotrzebowanie na rozwinięcie sposobów polepszania właściwości górnej lub szyjkowej części kształtek wstępnych i wynikowych pojemników w przemysłowo bardziej wydajny sposób.

Oprócz procesów obróbki cieplnej producenci pojemników z tworzywa sztucznego często usiłują wykorzystać wiele warstw z tworzywa sztucznego. Takie pojemniki wielowarstwowe, to znaczy pojemniki posiadające wiele warstw w całym wyrobie lub w jego częściach, często okazują się bardziej pożądane niz ich odpowiedniki jednowarstwowe w wielu zastosowaniach z napełnianiem na gorąco. Jest tak często dlatego, ze poszczególne warstwy struktury wielowarstwowej mogą zapewniać niezależne zalety, a warstwy te można wybrać spośród różnych materiałów, by lepiej optymalizować właściwości funkcjonalne. Pojemniki wielowarstwowe mają coraz większą rolę w produkcji pojemników z tworzywa sztucznego i są powszechnie znane fachowcom.

Dlatego przez zastosowanie procesów, które wykorzystują zarówno strukturę wielowarstwową jak i ograniczoną i kontrolowaną krystalizację fachowiec może najlepiej dostosować fizyczną strukturę pojemnika do spełnienia wymagań danego zastosowania.

Zarówno publikacja WO 97/02939, jak i opis patentowy US 4.818.575, opisują wielowarstwowe kształtki wstępne z tworzywa sztucznego, przeznaczone do wytwarzania pojemników metodą rozdmuchiwania. Publikacja WO 97/02939 przedstawia wkładkę z wewnętrzną tuleją odporną na wysokie temperatury, umieszczoną w zakończeniu szyjki. Wewnętrzna tuleja zawiera zakończeniową część rozciągającą się zasadniczo na długości gwintowanej części szyjki pojemnika i ma wygięty kołnierz, tworzący górną część uszczelniającą. Natomiast opis patentowy US 4.818.575 przedstawia naczynie wykorzystujące wielowarstwową wkładkę wstępną, zawierającą wejściową część szyjkową, część gwintowa, pierścień oporowy oraz część cylindryczną z dnem.

Celem wynalazku jest opracowanie wielowarstwowej kształtki wstępnej, której część szyjkowa ma zwiększoną wytrzymałość mechaniczną i odporność termiczną oraz zapewnia wystarczającą twardość i która umożliwia większą wydajność wytwarzania. Innym celem wynalazku jest opracowanie wielowarstwowej kształtki wstępnej, która pozwala na wykonanie pojemnika o zmniejszonym pogorszeniu właściwości fizycznych części szyjkowej i o lepszym dostosowaniu do zastosowań specjalnych. Jeszcze innym celem wynalazku jest opracowanie wielowarstwowej kształtki wstępnej i wykonanego z niej pojemnika, który może wytrzymać napełnianie przy wyższych temperaturach bez nadmiernego odkształcenia i może lepiej przyjmować elementy zamykające.

Zgodnie z wynalazkiem, wielowarstwowa kształtka wstępna z tworzywa sztucznego do wytwarzania pojemnika kształtowanego przez rozdmuchiwanie, zawierająca wewnętrzną wkładkę z tworzywa sztucznego, posiadającą dolną część z cylindryczną ścianką i górną część z cylindryczną ścianką wykonaną integralnie i odchodzącą do góry od wymienionej dolnej części oraz ukształtowaną zewnętrzną warstwę zasadniczo sąsiadującą z wewnętrzną

186 333 wkładką z tworzywa sztucznego, ma zamknięte dno i otwartą szyjkę. Rozwiązanie charakteryzuje się tym, ze co najmniej część górnej części wewnętrznej wkładki z tworzywa sztucznego jest skrystalizowana.

Korzystnym jest, że wewnętrzna wkładka z tworzywa sztucznego jest rozdmuchaną wytłoczką albo jest kształtowana wtryskowo, względnie jest kształtowana cieplnie. Zewnętrzna warstwa jest warstwą ukształtowaną przez wtrysk albo ukształtowaną przez prasowanie tłoczne, zaś większość górnej części wewnętrznej wkładki z tworzywa sztucznego jest w stanie obrobionym cieplnie i jest w stanie skrystalizowanym. Górna część wewnętrznej wkładki z tworzywa sztucznego ma więcej niż 20% całego pola powierzchni zewnętrznej wewnętrznej wkładki z tworzywa sztucznego w stanie skrystalizowanym. Ukształtowana warstwa zewnętrzna ma górną część odpowiadającą górnej części wewnętrznej wkładki i usytuowaną przy niej, przy czym wymieniona górna część warstwy zewnętrznej zawiera środki do przyjęcia zamknięcia, przy czym środki te stanowią część gwintowaną. Długość skrystalizowanej górnej części wewnętrznej wkładki z tworzywa sztucznego w przybliżeniu odpowiada długości ukształtowanej warstwy zewnętrznej posiadającej środki do przyjęcia zamknięcia. Wewnętrzna wkładka z tworzywa sztucznego jest wykonana zasadniczo z politereftalanu etylenu albo z mieszanki tworzyw sztucznych, przy czym co najmniej jedno z tworzyw sztucznych stanowiących tę mieszankę jest politereftalanem etylenu. Wewnętrzna wkładka z tworzywa sztucznego może być również wykonana z tworzywa sztucznego o własnościach barierowych. Wewnętrzna wkładka z tworzywa sztucznego jest wielowarstwowa, zaś co najmniej jedna warstwa wewnętrznej wkładki z tworzywa sztucznego jest tworzywem sztucznym o własnościach barierowych, przy czym materiał ten jest wybrany z grupy złozonej z alkoholu etylenowinylowego (EVOH), polinaftalanu etylenowego (PEN) lub ich kombinacji. Kształtowana zewnętrzna warstwa może być wykonana z odzyskanego z odpadów tworzywa sztucznego. Przynajmniej część ukształtowanej zewnętrznej warstwy jest w stanie obrobionym cieplnie, przy czym może być ona utwardzona ponadto w pomocniczym konwencjonalnym procesie utwardzania cieplnego.

Zgodnie z odmianą wynalazku, wielowarstwowa kształtka wstępna z tworzywa sztucznego do wytwarzania pojemnika kształtowanego przez rozdmuchiwanie, zawierająca wewnętrzną wkładkę z tworzywa sztucznego posiadającą korpus z cylindryczną ścianką, zawierający odsadzeniową część w kształcie ściętego stożka z cylindryczną ścianką, przebiegającą do góry od wymienionego korpusu oraz górną część z cylindryczną ścianką, odchodzącą do góry od wymienionej odsadzeniowej części, oraz ukształtowaną zewnętrzną warstwę zasadniczo sąsiadującą z wewnętrzną wkładką z tworzywa sztucznego, ma zamknięte dno i otwartą szyjkę. Rozwiązanie charakteryzuje się tym, że co najmniej, część górnej części jest skrystalizowana.

Korzystnym jest, że większość pola powierzchni zewnętrznej górnej części wewnętrznej wkładki z tworzywa sztucznego jest w stanie obrobionym cieplnie i jest w stanie skrystalizowanym. Również jest korzystnym, gdy górna część wewnętrznej wkładki z tworzywa sztucznego ma więcej niż 20% całkowitego pola powierzchni zewnętrznej wewnętrznej wkładki z tworzywa sztucznego w stanie obrobionym cieplnie i w stanie skrystalizowanym albo gdy przynajmniej część odsadzeniowej części jest w stanie skrystalizowanym.

Ścianki skrystalizowanej wewnętrznej wkładki mają znacznie mniejszą grubość niż ścianki kształtki wstępnej, zatem proces krystalizacji zajmuje odpowiednio mniej czasu niż byłoby potrzeba do skrystalizowania całej, znacznie grubszej kształtki wstępnej. Ponadto skrystalizowane wewnętrzne wkładki mogą być kształtowane i przechowywane do czasu ich użycia w dalszej obróbce.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 jest przekrojem jednowarstwowej wkładki z tworzywa sztucznego, fig. 2 - przekrojem innej jednowarstwowej wkładki z tworzywa sztucznego, która lepiej nadaje się na pojemniki mające szerszy otwór, fig. 3 - przekrojem wielowarstwowej wkładki z tworzywa sztucznego, fig. 4 - przekrojem innej wielowarstwowej wkładki z tworzywa sztucznego, posiadającej stożkowe odsądzenie oraz utworzoną górną część, fig. 5 - przekrojem górnego końca kształtki wstępnej poddanej procesowi obróbki cieplnej, fig. 6 - widokiem z przodu jedne186 333 go możliwego sposobu manipulowania wewnętrznymi wkładkami z tworzywa sztucznego i obróbki cieplnej, fig. 7 - przekrojem kształtki wstępnej, w którym część wkładki została poddana procesowi obróbki cieplnej, a warstwa zewnętrzna, zawierająca część gwintowaną, została uformowana na tej wkładce, fig. 8 - widokiem przedstawiającym proces rozdmuchiwania kształtki wstępnej w pojemnik, fig. 9 - widokiem pojemnika wykonanego przy wykorzystaniu kształtki wstępnej według wynalazku, zaś fig. 10 - widokiem innego rodzaju pojemnika, posiadającego szerszy otwór, wykonanego przy wykorzystaniu kształtki wstępnej według wynalazku.

Figura 1 przedstawia w widoku z boku jedno lub wielowarstwowa wewnętrzną wkładkę 10 zawierającą ponadto górną część 12 i dolną część 14, których długości mogą być regulowane tak, aby spełnić potrzeby danego zastosowania. W większości zastosowań długość górnej części 12 powinna być w przybliżeniu długością gwintowanej części kształtki wstępnej, która będzie ostatecznie użyta do ukształtowania pożądanego gotowego wyrobu. Sama wkładka 10 może być ukształtowana z dowolnej liczby materiałów poliestrowych, takich jak PET, naftalen polietylenowy (PEN), alkohol etylowinylowy (EVOH) i/lub różne ich mieszanki. Jednakże w większości przypadków, zwłaszcza takich, w których gotowy wyrób będzie mieścił zawartość przeznaczoną do spożycia przez ludzi, wkładka 10 będzie ukształtowana z pierwotnego PET lub jakiejś innej żywicy zatwierdzonej przez FDA.

Wkładka 10 może być wykonana przez wytłaczanie, takie jak przedstawiono w opisie patentowym US 5.464.106, przez formowanie cieplne, takie jak zostało opisane w opisie patentowym US 5.443.766, przez kształtowanie wtryskowe, przez prasowanie lub w dowolnym innym konwencjonalnym procesie. Jednakże w przypadku większości pojemników korzystnym sposobem wytwarzania jest wytłaczanie, by utworzyć cienkościenną wkładkę 10 o grubości ścianki kontrolowanej wzdłuż jej długości.

Na fig. 2 przedstawiono inne wykonanie wkładki jednowarstwowej. Wkładka lOa o szerokiej gardzieli ma większą średnicę gardzieli lub otworu w porównaniu do średnicy gotowego wyrobu niz ma to miejsce w przypadku wkładki 10 z fig. 1. Jednakże szerokogardzielowa wkładka lOa jest korzystnie kształtowana raczej przez formowanie cieplne, wtrysk lub prasowanie tłoczne, a nie przez wytłaczanie.

Na fig. 3 pokazano wielowarstwową wkładkę lOb, która jest złozona z wewnętrznej warstwy 30 i zewnętrznej warstwy 40. Przy wytwarzaniu pojemników przeznaczonych do trzymania zawartości do spożycia przez człowieka wewnętrzna warstwa 30 jest wykonana z materiału poliestrowego, który jest dopuszczony do takiego celu. Zewnętrzna warstwa zwykle nie będzie się stykać z zawartością i zwykle może być wykonana z tańszych żywic poliestrowych. W praktyce wielowarstwowa wkładka lOb nie jest ograniczona tylko do warstwy wewnętrznej i zewnętrznej i może być złożona z dowolnej liczby wielu warstw w przekrojach całej jej długości lub jej części. Ponieważ często pożądane jest wykonanie cienkiej warstwy wewnętrznej lub barierowej, wkładka lOb będzie korzystnie formowana przez proces wytłaczania lub współwytłaczania. Jednakże formowanie wtryskowe, prasowanie lub inne znane procesy można stosować w różnych połączeniach, by wytwarzać podobną strukturę wielowarstwową.

Inny przykład wielowarstwowej wkładki lOc pokazano na fig. 4. Wielowarstwowa wkładka lOc na tym rysunku zawiera wiele warstw, posiadających dolną zamkniętą część 50, boczną ściankową część 52, zwęzającą się, cylindryczną, ściankowo ukształtowaną odsadzeniową część 54 oraz górną część 56 usytuowaną powyżej tej odsadzeniowej części 54. Dopóki wkładka lOc może być prawidłowo transportowana na kołkach rdzeniowych lub innych elementach manipulowania, dokładny kształt i zbiezność odsadzeniowej części 54 nie są krytyczne.

Aby zwiększyć kontrolowaną krystalizację, czasami po utworzeniu wkładek 10 (takich jak pokazane na fig. 1-4) stosuje się środki do grzania i krystalizowania co najmniej części wkładek 10. Krystalizacja wymienionych części wkładki 10 może być powodowana przez grzanie w piecu ze źródłem lub generatorem ciepła, takim jak grzejnik podczerwieni lub zespół grzejników, przez stosowanie technik grzania wysoką częstotliwością lub przez dowolny

186 333 inny znany proces. Przykładowo krystalizacja wymienionej obrobionej cieplnie górnej części 12 wkładki 10 z PET będzie korzystnie wynosiła 5-50%, a korzystniej 20-45%.

Figura 5 przedstawia jedną postać środków grzejnych 60 używanych do krystalizowania części górnej części 12 zasadniczo prostościennej, jednowarstwowej wkładki 10. W przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 5 grzejnik 72 zawierający cewkę indukcyjną umieszczony jest w ściance ramy (nie pokazano) w taki sposób, że ciepło promieniowania koncentruje się dokładnie na żądanej górnej części 12 wkładki 10. Jak pokazano dokładniej na fig. 6, operacja ta może odbywać się, gdy wkładki są transportowane do następnego stanowiska i są obracane poprzez jeden lub więcej zespołów grzejników 72. W przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 5 wkładki 10 będą transportowane szeregowo we wgłębieniach 74 lub kieszeniach, które przykrywają dolną część 14 wkładek i pozostawiają żądaną górną część 12 wkładek 10 odsłoniętą do obróbki cieplnej i krystalizacji, gdy wkładki są obracane ze stałą prędkością i transportowane poprzez jeden lub więcej grzejników 72, które mogą być usytuowane na jednej lub na obu stronach układu 76 transportowania wkładek.

Temperatury grzania górnej części 12 wkładek 10 będą normalnie określone lub nastawnie programowane albo kontrolowane na podstawie grubości, konturu itp. kondycjonowanej wkładki 10. Ponadto przez wirowanie lub obracanie wkładek 10 poprzez grzejniki 72 bardziej równomierny rozkład cieplny może być powodowany na żądanej części wkładki 10. Przy grzaniu do wystarczającej temperatury przez wystarczający czas żądana część wkładki 10 zostanie skrystalizowana i może przyjmować mlecznobiały wygląd nieprzezroczysty. Oczywiście każda z wkładek na fig. 1 -4 może być tak obrabiana.

Ponieważ górna część 12 wkładki 10 może podlegać odkształceniu na skutek skurczu termicznego przy obróbce cieplnej, przy pewnych zastosowaniach można stosować dodatkowe techniki w celu zmniejszenia stopnia odkształcenia cieplnego i lepszego utrzymywania stabilności cieplnej. Przykładowo jeden z takich sposobów polega na wprowadzeniu kołka (nie pokazano) lub podobnego urządzenia mocującego w otwartą część górnej części 12 wkładki, aby uniemożliwić skierowane do wewnątrz odkształcenie podczas obróbki cieplnej. Kołek taki lub inne urządzenie mocujące może korzystnie mieć kształt cylindryczny nieco mniejszy niż otwór otwartej górnej części 12 wkładki 10 przed obróbką cieplną jak również stożkową końcówkę ułatwiającą wyjęcie z wkładki 10.

Wynalazek nie ogranicza się jednak do opisanych powyżej środków grzania i manipulowania i można stosować dowolne konwencjonalne środki do działania lub kierowania wystarczającej ilości ciepła do żądanej części wkładki 10, aby specjalnie krystalizować i obrabiać termicznie żądany segment wkładki 10. Ponieważ ścianki wkładki 10 obrabianej cieplnie mają znacznie mniejszą grubość niż ścianki kształtki wstępnej, czyli grubość wynoszącą około jedną piątą tej grubości lub nawet mniej, proces obróbki cieplnej zajmować będzie odpowiednio mniej czasu niz byłoby potrzeba do obróbki grubszej kształtki wstępnej, przez co zwiększa się sprawność procesu. Ponadto obrabiane cieplnie wkładki 10 mogą być kształtowane i składowane do czasu, gdy będą potrzebne do dalszej obróbki.

Nawiążemy teraz do fig. 7. Po przeprowadzeniu wystarczającej obróbki cieplnej i krystalizacji żądanych części wkładki 10 lub dowolnych wkładek z fig. 1-4 wokół wkładki 10 kształtuje się zewnętrzną warstwę 80 z termoplastycznego poliestru, aby utworzyć wielowarstwową kształtkę wstępną 90. W kształtce wstępnej 90, pokazanej na fig. 7, skrystalizowany segment wkładki 10 jest oznaczony przez 84. Chociaż różne procesy formowania, łącznie z prasowaniem tłocznym, mogą być stosowane do kształtowania zewnętrznej warstwy 80, korzystnym sposobem jest formowanie wtryskowe. Skrystalizowaną wkładkę 10 umieszcza się we wnęce konwencjonalnej formy wtryskowej i następnie zewnętrzną warstwę 80 kształtuje się przez wtrysk wokół wkładki 10, by utworzyć kształtkę wstępną 90. Dodatkowo w większości zastosowań zewnętrzna warstwa 80 kształtki wstępnej 90 zawiera środki do mocowania urządzenia zamykającego. Najczęściej gwint 86 jest kształtowany wtryskowo w główce zewnętrznej warstwy 80 kształtki wstępnej 90 i jest przeznaczony do przyjęcia nakręcanej przykrywki. Chociaż nie jest to wymagane, dla pewnych zastosowań górny dozujący koniec 88 kształtki wstępnej 90 może dodatkowo być poddany pomocniczej obróbce cieplnej lub procesowi termoutwardzania, by spowodować zesztywnienie zewnętrznej formowanej

186 333 warstwy przy wewnętrznej wkładce z tworzywa sztucznego. Taka pomocnicza obróbka cieplna może być realizowana dowolnym z kilku konwencjonalnych sposobów utwardzania szyjki kształtki wstępnej, które są znane.

Przy konfiguracji przedstawionej przez niniejszy wynalazek wielowarstwowa kształtka wstępna 90 może być wykonana tak, aby posiadała zalety związane z różnymi warstwami i materiałami posiadającymi różne poziomy krystalizacji na różnych częściach swych pionowych długości. Przykładowo górna część l2 wkładki 10, taka jak odpowiadająca i sąsiadująca z względnie niezorientowaną częścią uformowanej zewnętrznej warstwy 80, może być obrabiana cieplnie według potrzeby w celu spowodowania określonego stopnia krystalizacji, przez co uzyskuje się pewne charakterystyczne właściwości, takie jak zwiększona stabilność cieplna i lepsze właściwości mechaniczne. Równocześnie odpowiednia część uformowanej zewnętrznej warstwy 80 kształtki wstępnej 90, która nie jest bezpośrednio obrabiana cieplnie w celu spowodowania lub zwiększenia stopnia krystalizacji, będzie zapewniać inne pożądane właściwości fizyczne, takie jak większa odporność na uderzenia i lepsza przejrzystość optyczna.

Gdy wielowarstwowa kształtka wstępna 90 jest juz wykonana i jest doprowadzona do odpowiedniego profilu temperatury, jeśli trzeba przez podgrzanie, kształtkę wstępną 90 można umieścić w formie 100 do rozdmuchiwania, pokazanej na fig. 8. W formie 100 kształtka wstępna 90 jest trzymana pewnie przez sprzężenie formy z przynajmniej częścią górnego końca 88 kształtki wstępnej 86. Po prawidłowym umieszczeniu, urządzenie 102 do rozdmuchiwania zostaje wykorzystane do rozdmuchania kształtki wstępnej 90 do końcowego kształtu pojemnika. Część kształtki wstępnej 90 mocowana przez formę, zawierająca odpowiednie części wewnętrznej wkładki 10 z tworzywa sztucznego, które zostały obrobione cieplnie, oraz ukształtowana zewnętrzna warstwa 80 nie będą doznawać pełnej orientacji dwuosiowej nadawanej przez proces rozdmuchiwania. Takie części odpowiednich warstw będą zatem miały nieco odmienne właściwości fizyczne niz części tych samych warstw, które były unieruchomione podczas procesu rozdmuchiwania.

W przypadku pojemnika 110 z PET gęstość nie unieruchomionego, zorientowanego dwuosiowo (tylko krystalizacja naprężeniowa), przezroczystego obszaru będzie zasadniczo mniejsza niż 1,36 g/cm³. Przykładowo zatem zorientowane obszary przezroczyste będą charakteryzowały się krystalicznością poniżej 22%, natomiast obszary skrystalizowane będą charakteryzowały się krystalicznością powyżej 30%.

Po ukształtowaniu pojemnika z kształtki wstępnej 90 formę 100 do rozdmuchiwania otwiera się i wyjmuje się kompletny pojemnik 110. Figury 9 i 10 przedstawiają dwa typy pojemników, oznaczonych odpowiednio przez llOa i 11 Ob, które mogą być wytwarzane z zastosowaniem zasad przedmiotowego wynalazku. Jednakże można rozważać nieskończoną liczbę wzorów.

Rozwiązania zamieszczone w niniejszym opisie stanowią jedynie przykłady wykonania wynalazku, nie ograniczające przedmiotowego zakresu ochrony wynikającego z załączonych zastrzeżeń patentowych.

186 333

110a &

aj.¹ -^1; ilil
i; Ί	III 1	¹ ł
	w

Ob f

I I

I I I i i

I ¹ , I i > i ; , i , /J,

186 333

Fir-1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Wielowarstwowa kształtka wstępna z tworzywa sztucznego do wytwarzania pojemnika kształtowanego przez rozdmuchiwanie, zawierająca wewnętrzną wkładkę z tworzywa sztucznego, posiadającą dolną część z cylindryczną ścianką i górną część z cylindryczną ścianką wykonaną integralnie i odchodzącą do góry od wymienionej dolnej części oraz ukształtowaną zewnętrzną warstwę zasadniczo sąsiadującą z wewnętrzną wkładką z tworzywa sztucznego, przy czym kształtka wstępna ma zamknięte dno i otwartą szyjkę, znamienna tym, że co najmniej część górnej części (12) wewnętrznej wkładki (10) z tworzywa sztucznego jest skrystalizowana.
2. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 1, znamienna tym, ze wewnętrzna wkładka (10) z tworzywa sztucznego jest rozdmuchaną wytłoczką.
3. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 1, znamienna tym, że wewnętrzna wkładka (10) z tworzywa sztucznego jest kształtowaną wtryskowo wypraską.
4. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 1, znamienna tym, że wewnętrzna wkładka (10) z tworzywa sztucznego jest ukształtowana cieplnie.
5. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 1, znamienna tym, że zewnętrzna warstwa (80) jest warstwą ukształtowaną przez wtrysk albo ukształtowaną przez prasowanie tłoczne.
6. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 1, znamienna tym, ze większość górnej części (12) wewnętrznej wkładki (10) z tworzywa sztucznego jest w stanie obrobionym cieplnie i jest w stanie skrystalizowanym.
7. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 1, znamienna tym, że górna część (12) wewnętrznej wkładki (10) z tworzywa sztucznego ma więcej niż 20% całego pola powierzchni zewnętrznej wewnętrznej wkładki (10) z tworzywa sztucznego w stanie skrystalizowanym.
8. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 1, znamienna tym, że ukształtowana zewnętrzna warstwa (80) ma górną część odpowiadającą górnej części (12) wewnętrznej wkładki i usytuowaną przy niej, przy czym wymieniona górna część zewnętrznej warstwy (80) zawiera środki (86) do przyjęcia zamknięcia.
9. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 8, znamienna tym, ze środki (86) do przyjęcia zamknięcia stanowią część gwintowaną.
10. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 8, znamienna tym, że długość skrystalizowanej górnej części (12) wewnętrznej wkładki z tworzywa sztucznego w przybliżeniu odpowiada długości ukształtowanej zewnętrznej warstwy (80) posiadającej środki (86) do przyjęcia zamknięcia.
11. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 1, znamienna tym, że wewnętrzna wkładka (10) z tworzywa sztucznego jest wykonana zasadniczo z politereftalanu etylenu.
12. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 1, znamienna tym, że wewnętrzna wkładka (10) jest wykonana z mieszanki tworzyw sztucznych.
13. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 12, znamienna tym, ze co najmniej jedno z wymienionych tworzyw sztucznych jest politereftalanem etylenu.
14. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 1, znamienna tym, ze wewnętrzna wkładka (10) z tworzywa sztucznego jest wykonana z tworzywa sztucznego o własnościach barierowych.
15. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 1, znamienna tym, że wewnętrzna wkładka (10) z tworzywa sztucznego jest wielowarstwowa.
16. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 15, znamienna tym, że co najmniej jedna warstwa (30) wewnętrznej wkładki (10) z tworzywa sztucznego jest tworzywem sztucznym o własnościach barierowych.

186 333
17. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 16, znamienna tym, że tworzywo o własnościach barierowych jest wybrane z grupy złozonej z alkoholu etylenowinylowego (EVOH), polinaftalanu etylenowego (PEN) lub ich kombinacji.
18. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 1, znamienna tym, ze kształtowana zewnętrzna warstwa (80) jest wykonana z odzyskanego z odpadów tworzywa sztucznego.
19. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 1, znamienna tym, że przynajmniej część ukształtowanej zewnętrznej warstwy (80) jest w stanie obrobionym cieplnie.
20. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 19, znamienna tym, że zewnętrzna warstwa (80) jest utwardzona ponadto w pomocniczym konwencjonalnym procesie utwardzania cieplnego.
21. Wielowarstwowa kształtka wstępna z tworzywa sztucznego do wytwarzania pojemnika kształtowanego przez rozdmuchiwanie, zawierająca wewnętrzną wkładkę z tworzywa sztucznego posiadającą korpus z cylindryczną ścianką zawierający odsadzeniową część w kształcie ściętego stożka z cylindryczną ścianką przebiegającą do góry od wymienionego korpusu oraz górną część z cylindryczną ścianką, odchodzącą do góry od wymienionej odsadzeniowej części, oraz ukształtowaną zewnętrzną warstwę zasadniczo sąsiadującą z wewnętrzną wkładką z tworzywa sztucznego, przy czym kształtka wstępna ma zamknięte dno i otwartą szyjkę, znamienna tym, że co najmniej część górnej części (56) jest skrystalizowana.
22. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 21, znamienna tym, że większość pola powierzchni zewnętrznej górnej części (56) wewnętrznej wkładki (lOc) z tworzywa sztucznego jest w stanie obrobionym cieplnie i jest w stanie skrystalizowanym.
23. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 21, znamienna tym, ze górna część (56) wewnętrznej wkładki (lOc) z tworzywa sztucznego ma więcej niz 20% całkowitego pola powierzchni zewnętrznej wewnętrznej wkładki (lOc) z tworzywa sztucznego w stanie obrobionym cieplnie i w stanie skrystalizowanym.
24. Wielowarstwowa kształtka według zastrz. 21, znamienna tym, ze przynajmniej część odsadzeniowej części (54) jest w stanie skrystalizowanym.