ЗАГОТОВКА, А ТАКЖЕ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАСТИКОВЫХ БУТЫЛОК
PREFORM AND METHOD OF PRODUCING PLASTIC BOTTLES

Изобретение относится к заготовке (Preform) для пластиковой бутылки, в частности для изготовляемых способом выдувного формования с вытяжкой ПЭТ-бутылок (ПЭТ - полиэтилентерафталат), согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Изобретение относится также к способу изготовления пластиковой бутылки из заготовки в процессе формования выдуванием с вытяжкой согласно ограничительной части независимого пункта формулы изобретения, относящегося к способу.
Используемые в прошлом емкости из белой или цветной жести, из стекла или также из керамики все больше и больше заменяются емкостями из пластика. В частности, для упаковки сыпучих веществ, например чистящих средств, средств по уходу за телом, косметики, средств по уходу за автомобилем и т.д., используют главным образом пластиковые емкости. Небольшой вес и более низкая стоимость играют, очевидно, не последнюю роль в этом замещении. Использование пригодных для переработки пластиковых материалов и в целом более благоприятный общий энергобаланс при их изготовлении также способствуют все более широкому признанию пластиковых емкостей, в частности пластиковых бутылок, у потребителей.
Чаще всего используемые пластиковые бутылки состоят из полиэтилентерефталата, то есть ПЭТ, или из его слегка модифицированных сополиэфиров, и изготовлены, большей частью, так называемым способом инжекционного выдувания в форму. В этом способе речь идет о комбинировании инжекционного литья под давлением и формования выдуванием. При этом вначале в процессе литья под давлением в литьевой форме изготовляют заготовку. В последнее время для изготовления заготовки также стал предлагаться способ формования выдавливанием или истечением. Заготовка имеет по существу удлиненное цилиндрическое тело, на одном продольном конце которого выполнено дно. Опорное кольцо отделяет тело от горлового участка с выливным отверстием. Этот горловой участок обычно уже имеет форму будущего горлышка бутылки. С наружной стороны этого горлового участка в большинстве случаев уже выполнены также резьбовые или аналогичные участки для наложения запорной части. После своего изготовления литьем под давление заготовку удаляют из литьевой формы, при необходимости доводят до кондиции и помещают в выдувную форму выдувной формовочной машины, в которой ее, наконец, избыточным давлением выдувают на желательную форму и дополнительно растягивают растяжным дорном. Уже известен также способ инжекционно-выдувного формования, в котором выдувной процесс следует непосредственно после отливки заготовки. При этом заготовка остается на литьевом дорне, и часть литьевой формы образует участок выдувной формы.
В способе формования выдуванием с вытяжкой чистого ПЭТ и его слегка модифицированных сополиэфиров, прежде всего с изофталевой кислотой, установлены определенные коэффициенты вытягивания, при этом расчетные параметры заготовки обычно устанавливают, исходя из коэффициента продольного вытягивания от 2 до 4 и коэффициента вытягивания по диаметру от 2 до 5. Общий коэффициент вытягивания, который определяют как произведение обоих коэффициентов вытягивания, составляет при этом, как правило, от 6 до 14. Переход между невытянутым горлышком и вытянутым телом бутылки представляет, как известно, слабое место, так как материал здесь растягивается плохо. Часто в этой зоне, которую называют также переходной областью заготовки, происходит перерасход материала за счет излишнего накопления материала, что с точки зрения материальных затрат крайне нежелательно. Плохо растянутый материл в переходной области заготовки часто отличается также более низкой стойкостью к температуре и растяжению/сжатию. Это может привести, в частности при повышенных температурах, к кривым или раздутым горлышкам и к тому подобным проблемам. Особенно эта проблема распространяется на пластиковые бутылки для напитков, которые находятся под внутренним давлением азота или двуокиси углерода. Но это относится также к пластиковым бутылкам, используемым для аэрозолей, если эти пластиковые бутылки при использовании находятся под внутренним давлением азота, двуокиси углерода, пропана, бутана, FCKW, FKW или смесей указанных газов. Проблемы могут возникнуть, прежде всего, в пластиковых бутылках с объемом наполнения примерно от 50 мл до примерно 660 мл и с внутренним давлением от 0,5 бар до примерно 5 бар и температурах от 15°С до примерно 35°С.
Поэтому задача предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы заготовку для изготовления пластиковых бутылок, в частности ПЭТ-бутылок, способом формования выдуванием с вытяжкой усовершенствовать таким образом, что это позволит устранить описанные проблемы. Учитывая ограниченность ресурсов и возросшие экологические требования, должны быть предотвращены перерасходы материалов, вызванные локальными накоплениями материала. Должны быть устранены слабые места в зоне переходной области заготовки. Требуется создать заготовку, которая может быть обработана в известных установках для выдувного формования с вытяжкой. Готовые, полученные выдуванием с вытяжкой, пластиковые бутылки могут быть использованы в обычных наполнительных установках. Требуется обеспечить соблюдение заданных параметров механической прочности и тепловой стабильности изготовленных таким образом пластиковых бутылок. Должно быть возможным серийное изготовление заготовки способом литья под давлением или также способом штамповки выдавливанием.
Эти отчасти противоречивые задачи решаются за счет заготовки для изготовляемых способом формования выдуванием с вытяжкой пластиковых бутылок, в частности ПЭТ-бутылок, которая содержит приведенные в отличительной части пункта 1 формулы изобретения признаки. Усовершенствования и/или преимущественные варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения. Задачи решаются также за счет способа изготовления пластиковой бутылки из заготовки способом формования выдуванием с вытяжкой, который содержит этапы, приведенные в отличительной части независимого пункта формулы изобретения, относящегося к способу.
Благодаря изобретению создана заготовка для изготовления пластиковых бутылок, в частности ПЭТ-бутылок, которая имеет жесткое, по существу, удлиненное тело, которое на одном продольном конце имеет дно. На своем противоположном продольном конце тело заготовки примыкает к снабженному выливным отверстием горловому участку, который отделен от тела радиально выступающим, фланцеобразным опорным кольцом, а ниже опорного кольца имеет переходную область, образованную между невытягиваемым горловым участком и вытягиваемым телом заготовки. Заготовка имеет измеряемый на переходе между телом и дном наружный диаметр от 17,4 мм до 21,4 мм и толщину стенки от 3,4 мм до 4,4 мм. Далее, заготовка имеет в переходной области толщину стенки от 1,4 мм до 2,2 мм. Наружный диаметр в переходной области заготовки рассчитан таким образом, что при помещенной в выдувную форму заготовке он имеет зазор относительно стенки выдувной формы, составляющий от 1,2 мм до 3 мм.
Комбинация признаков согласно изобретению обеспечивает оптимальное продольное вытягивание переходной области заготовки. Переходная область заготовки приходит в соприкосновение со стенкой выдувной формы лишь после того, как она (переходная область) в достаточной степени растянута. Таким образом, можно избежать нежелательных накоплений материала в переходной области заготовки. Если переходная область заготовки приходит в соприкосновение со стенкой выдувной формы слишком рано, то она охлаждается, пластик затвердевает и не может больше растягиваться в этой зоне. Благодаря оптимальному вытягиванию заготовки в зоне переходной области пластиковый материал имеет требуемую стойкость к температуре и растягивающей/сжимающей нагрузке. Комбинация признаков согласно изобретению обеспечивает суммарные коэффициенты вытягивания между 8 и 16, что предоставляет изготовителю большую свободу в плане формообразования для пластиковых бутылок.
С учетом того, что используемые пластики в результате вытягивания частично очень сильно изменяют свои физические свойства, заготовка выполнена с коэффициентом продольного вытягивания от 2 до 5. Эти коэффициенты продольного вытягивания позволяют получить оптимальные свойства используемых пластиков.
Для изготовления используемых для напитков пластиковых бутылок заготовка имеет преимущественно в переходной области наружный диаметр от 24,2 мм до 25,2 мм. Заготовки для использования в аэрозольной промышленности имеют преимущественно в переходной области наружный диаметр от 27,7 мм до 28,7 мм. При больших наружных диаметрах или меньших толщинах стенки в переходной области заготовка касается стенки выдувной формы слишком рано, и пластик больше не может растягиваться в достаточной степени. При слишком малых наружных диаметрах в зоне переходной области заготовки возникает опасность того, что заготовка в этом месте не может быть раздута в достаточной степени. Это может привести к проблемам в системах, которые расположены после установки для выдувного формования с вытяжкой.
В качестве материалов для заготовки очень предпочтительными являются ПЭТ или его сополиэфиры, в частности с изофталевой кислотой, с учетом их механических, тепловых и химических свойств.
Пластиковые бутылки, изготовленные в процессе формования с вытяжкой из заготовки согласно изобретению, также на переходе между горлышком и корпусом бутылки не имеют слабых мест. Устраняются нежелательные скопления материала вследствие недостаточного вытягивания. Бутылки обладают также на переходе достаточной тепловой стойкостью и стойкостью к растяжению/сжатию. Устранена проблема кривых или раздутых горлышек.
В способе согласно изобретению для изготовления пластиковой бутылки в процессе выдувного формования с вытяжкой заготовку с жестким, по существу, удлиненным телом, которое на одном своем продольном конце имеет дно, а на своем противоположном продольном конце примыкает к снабженному выливным отверстием горловому участку, отделенному от тела радиально выступающим, фланцеобразным опорным кольцом, и ниже опорного кольца переходную область, образованную между невытягиваемым горловым участком и вытягиваемым телом заготовки, помещают в выдувную форму и там вытягивают растяжной оправкой и избыточным давлением раздувают согласно формующей полости выдувной формы и готовую пластиковую бутылку вынимают их формы. Заготовку помещают в выдувную форму таким образом, что переходная область заготовки имеет относительно стенки выдувной формы зазор от 1,2 мм до 3 мм. На первом этапе способа переходную область заготовки вытягивают растяжной оправкой, при этом переходная область заготовки не приходит в соприкосновение со стенкой выдувной формы. И только на следующем этапе способа тело заготовки вытягивается относительно своей длины и своего диаметра.
Реализация способа согласно изобретению позволяет оптимально вытянуть переходную область заготовки, что устраняет скопления материала. В равной мере исключаются слабые места изготовленной выдуванием с вытяжкой бутылки на переходе от горлышка к телу бутылки. При этом переходную область заготовки вначале вытягивают, причем предварительное выдувное давление не приводит переходную область заготовки в соприкосновение со стенкой выдувной формы, заготовка полностью сохраняет свою способность к деформации. Исключается частичное затвердевание материала заготовки в зоне соприкосновения с более холодной стенкой выдувной формы. При этом обеспечивается оптимальное вытягивание переходной области заготовки за счет зазора между ней и стенкой выдувной формы и механического доведения заготовки до нужных размеров.
Этап вытягивания переходной области заготовки осуществляется при обычных скоростях вытягивания в течение первых 200 мс выдувного формования с вытяжкой.
Для достижения желательного суммарного вытягивания и, следовательно, желательных свойств используемого пластика заготовку подвергают обработке давлению в выдувной форме с коэффициентом продольного вытягивания от 2 до 5.
Преимущественно в выдувную форму помещают заготовку, имеющую в зоне перехода между телом и дном наружный диаметр от 17,4 мм до 21,4 мм и толщину стенки от 3,4 мм до 4,4 мм, а в зоне переходной области толщину стенки от 1,4 мм до 2,2 мм. При более или также менее толстой стенке тела заготовки при продольном вытягивании растяжной оправкой тело заготовки развивает недостаточное растягивающее усилие, чтобы оттянуть достаточное количество материала из переходной области заготовки. При этом растягивающее усилие тела заготовки пропорционально вытягиваемому поперечному сечению, которое определяют толщина стенки и наружный диаметр тела заготовки. При меньшем наружном диаметре растягивающее усилие уменьшается ниже требуемой величины. При большем наружном диаметре растягивающее усилие возрастает. Это может привести к излишнему вытягиванию переходной области заготовки и к нежелательному изменению цвета, большей частью в белесый.
При изготовлении пластиковых бутылок, используемых для напитков, помещенная в выдувную форму заготовка имеет преимущественно в переходной области наружный диаметр от 24,2 мм до 25,2 мм. При изготовлении пластиковых бутылок, используемых в аэрозольной промышленности, в выдувную форму помещают заготовки, наружный диаметр которых в переходной области составляет от 24,2 мм до 25,2 мм. При большем наружном диаметре заготовка касается стенки выдувной формы слишком рано. Пластиковый материал остывает и больше не может вытягиваться в желательном объеме. Если наружный диаметр слишком мал, возникает опасность того, что заготовка в зоне переходной области не может быть раздута в достаточной степени, и появляются проблемы с соблюдением заданных размеров пластиковой бутылки, изготовленной выдувным формованием с вытяжкой.
Другие преимущества и признаки становятся очевидными из нижеследующего описания примера осуществления изобретения со ссылкой на чертежи, на которых без учета масштаба показаны:
Фиг.1 - осевой разрез заготовки и
Фиг.2 - изображение с осевым разрезом помещенной в выдувную форму заготовки с фиг.1.
Пример исполнения заготовки согласно изобретению обозначен в целом на фиг.1 позицией 1. Обычно заготовка 1 изготовлена из ПЭТ или его сополиэфиров, в частности с изофталевой кислотой. Заготовка 1 имеет жесткое, по существу, удлиненное тело 2, на одном продольном конце которого находится дно 5. На своем противоположном продольном конце корпус 2 заготовки 1 граничит со снабженным выливным отверстием 6 горловым участком 3, который отделен от тела 2 радиально выступающим, фланцеобразным опорным кольцом 4. Из соображений большей обзорности на изображении не показаны резьбовые или аналогичные участки, выполненные на горловом участке 3 заготовки 1. Ниже опорного кольца 4 заготовка имеет переходную область А. Переходная область А находится на наружной стороне заготовки, на 5 мм ниже опорного кольца 4 и кольцеобразно опоясывает заготовку 1. Заготовка 1 имеет измеряемый на переходе между телом 1 и дном 5 наружный диаметр s, составляющий от 17,4 до 21,4 мм. Толщина его стенки на переходе составляет от 3,4 мм до 4,4 мм. В переходной области А заготовка имеет толщину стенки от 1,4 мм до 2,2 мм. Наружный диаметр а в переходной области А заготовки 1 для изготовления бутылок для напитков составляет от 24,2 мм до 25,2 мм. Для пластиковых бутылок, изготовляемых для аэрозольной промышленности, наружный диаметр а заготовки 1 составляет в переходной области А от 27,7 мм до 28,7 мм.
Заготовка 1 согласно изобретению допускает общие коэффициенты вытягивания от 8 до 16. При этом общий коэффициент вытягивания определяют как произведение коэффициента продольного вытягивания и коэффициента вытягивания по диаметру. Согласно определению коэффициент продольного вытягивания получают как отношение длины выполненной формованием с вытяжкой бутылки к длине заготовки. Длину бутылки принимают за развернутую длину от опорного кольца до дна бутылки. Длину заготовки, ввиду ее более толстой стенки, определяют как среднюю развернутую длину от опорного кольца до дна заготовки. Коэффициент вытягивания по диаметру получают как отношение наружного диаметра бутылки к наружному диаметру заготовки. При этом наружным диаметром заготовки считается, ввиду относительно толстой стенки заготовки, средний наружный диаметр в зоне перехода между телом 2 заготовки 1 и дном 5 заготовки 1. Наружным диаметром бутылки считается ее максимальный наружный диаметр. Заготовка 1 согласно изобретению выполнена для получения коэффициентов продольного вытягивания от 2 до 5.
На фиг.2 показана помещенная в выдувную форму 10 заготовка 1. При этом одними и теми же позициями обозначены одинаковые элементы заготовки 1. Выдувная форма 10 состоит, например, из двух половинок, стенки 12 которых в сомкнутом положении ограничивают формующую полость 11. Тело 2 заготовки 1 заходит внутрь в выдувную формующую полость 11. При этом заготовка 1 упирается опорным кольцом 4 в верхнюю сторону 13 выдувной формы 10. Заготовка 1 помещена в выдувную форму 10 таким образом, что переходная область А заготовки имеет относительно стенки 12 выдувной формы обозначенный позицией d зазор, который составляет от 1,2 мм до 3 мм.
Зазор между переходной областью А заготовки и стенкой 12 выдувной формы обеспечивает в соединении с наружным диаметром s заготовки и толщинами b, t стенки в переходной области А заготовки и в зоне перехода от тела 2 ко дну 5 заготовки 1 оптимальное растяжение (вытягивание) заготовки в переходной области А. При этом при выдувном формовании с вытяжкой при обычных скоростях подачи растяжной оправки в течение первых примерно 200 мс сначала растягивается переходная область А заготовки без ее соприкосновения со стенкой 12 выдувной формы. Размеры заготовки 1 обеспечивают при продольном вытягивании достаточно большое растягивающее усилие на переходную область А заготовки, позволяющее оттянуть оттуда достаточное количество материала. За счет предусмотренных согласно изобретению размеров заготовки 1 продольное вытягивание и растяжение по диаметру (диаметральное вытягивание) тела 2 заготовки 1 осуществляются непосредственно вслед за продольным вытягиванием переходной области А заготовки. И лишь в процессе этого следующего этапа способа, во время которого заготовка 1 полностью выдувается выдувным давлением, переходная область А заготовки приходит в соприкосновение со стеной 12 выдувной формы, где эта область настолько охлаждается, что пластик затвердевает. Наконец, изготовленную выдувным формованием с вытяжкой бутылку вынимают из формы.
Заготовка согласно изобретению и реализация способа согласно изобретению в процессе выдувного формования с вытяжкой обеспечивают оптимальное продольное вытягивание переходной области заготовки. Переходная область заготовки приходит в соприкосновение со стенкой выдувной формы лишь после того, как она в достаточной степени вытянута. Таким образом можно избежать нежелательных накапливаний материала в переходной области заготовки. Благодаря оптимальному вытягиванию заготовки в переходной области пластик имеет требуемую стойкость относительно температурной и растягивающей/сжимающей нагрузки. Сочетание признаков и/или реализация способа согласно изобретению обеспечивают общие коэффициенты вытягивания между 8 и 16, что предоставляет изготовителю большие степени свободы в плане формообразования для пластиковой бутылки.