DE69621611T2

DE69621611T2 - Ausgussrisswiderstandfähiger nachfülldruckbehälter und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE69621611T2
Application number: DE69621611T
Authority: DE
Inventors: N. Collette; Steven Giguere; M. Krishnakumar
Original assignee: Graham Packaging Pet Technologies Inc; Continental PET Technologies Inc
Current assignee: Graham Packaging Pet Technologies Inc
Priority date: 1995-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 2003-02-20
Anticipated expiration: 2016-03-30
Also published as: MX9707317A; TW300866B; HU225712B1; EP0817716A2; ATE218430T1; AR001460A1; PT817716E; CO4520125A1; EP0817716B1; HUP9900347A3; AU5378496A; ES2177777T3; WO1996030191A3; HUP9900347A2; BR9607936A; PE24697A1; UY24197A1; DE817716T1; CR5296A; DE69621611D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf zurückgebbare und wiederbefüllbare Behälter für druckbeaufschlagte Anwendungen, wie wiederbefüllbare PET- Behälter für kohlensäurehaltige Getränke, und insbesondere auf solche Behälter, die eine Bodenstruktur mit einer gesteigerten Beständigkeit gegen inneres Boden- oder "Anguß"-Reißen haben.
Dem ersten kommerziell erfolgreichen wiederbefüllbaren PET-Behälter für kohlensäurehaltige Getränke, der von der Continental PET Technologies Inc. in den 80er Jahren entwickelt wurde, folgten Jahre gescheiterter Entwicklungsversuche durch andere. Die Anforderungen an einen solchen Behälter umfaßten eine Beständigkeit gegen:
- Ätzspannungsrisse (aufgrund wiederholter Anwendung von Ätzreinigungsmitteln bei angehobenen Temperaturen, gefolgt von wiederholter Anwendung angehobener Innendrücke beim Produktfüllen)
- Größenänderungen (aufgrund wechselnder Zyklen von Wärmeschrumpfung und Ausdehnung)
- Inversion des Bodens oder Kriechen
- Defekte durch Stoßen
- Ätzverkalkung.
Frühere Entwicklungsversuche haben zwar die eine oder andere Bedingung erfüllt, die anderen dafür umso weniger. Einwegbehälter waren insgesamt inakzeptabel. Darüber hinaus war eine technisch akzeptable Flaschengestaltung erforderlich, die zu einem Preis verkauft werden konnte, der mit wiederverwertbaren Glasbehältern mithalten konnte. War einmal ein akzeptabler wiederbefüllbarer Kunststoffbehälter gefunden, stellte er aufgrund seines leichten Gewichtes und seiner Bruchbeständigkeit schnell die Verkäufe von wiederverwertbaren Glasbehältern in den Schatten.
Verschiedene Ausführungsformen wiederbefüllbarer Vorformlings- und Behältergestaltungen der Continental PET sind in den US-A-4,725,464, 4,755,404, 5,066,528, 5,198,248 und vielen ausländischen Gegenstücken weltweit offenbart.
Bei einigen wiederbefüllbaren PET-Behältern hat sich ein zusätzliches Problem ergeben, insbesondere bei denjenigen, die in wärmerem Klima verwendet werden - nämlich ein Reißen um den Angußbereich der inneren Bodenfläche - im folgenden als "Angußriß" bezeichnet. Der "Anguß" ist ein verlängerter Anschnitt an der Spitze des Vorformlings; die Angußrisse sind im Behälter um diesen mittleren Anschnitt herum aufgetreten. Ein Angußreißen kann eine gründliche Reinigung des Behälters verhindern, und/oder die Risse können wachsen und zu Druckverlust und Leckage des Flascheninhaltes führen, d. h. zu einem vollständigen Versagen der Flasche. Ein Angußreißen ist auch deshalb nicht wünschenswert, da es zu einem Verkalken oder einer Trübung führt, die nicht ästhetisch ist und darüber hinaus einer Prüfung auf Verunreinigungen im Wege steht, d. h. der verkalkte oder getrübte Bereich wird von der Prüfeinrichtung als Verunreinigung erfaßt, was zur Zurückweisung der Flasche führt.
Alle kommerziell erhältlichen wiederbefüllbaren PET-Behälter für kohlensäurehaltige Getränke weisen eine Vertiefung der Innenfläche des Behälterbodens in der Mitte der Kuppel auf, bekannt als "Mulde". Viele kommerzielle Ausgestaltungen haben weiterhin einen äußeren Anguß (Vorsprung) an der Außenfläche der Spitze des Vorformlings und eine innere Delle (Vorsprung) an der Innenfläche der Vorformlingsspitze. Der Grund für die Mulde, den Anguß und die Delle bestehen darin, das Zentrieren des Vorformlings im Blasformboden sicherzustellen.
Ein genaues Zentrieren ist bei einer wiederbefüllbaren Flasche sehr wichtig, da es sicherstellt, daß der Standring- (Glocken-)Bereich des Behälterbodens in einer gleichförmigen Dicke geblasen wird. Ohne eine solche Gleichförmigkeit kommt es leicht zu einem Versagen des Bodens durch Kriechen oder Ätzspannungsrisse. Um somit das Zentrieren sicherzustellen, wird der äußere Vorformlingsanguß in einer Aufnahmeneinrichtung (Kammer) in der Mitte des Blasformbodens positioniert und eine dellenförmige Öffnung im Formboden, die die Aufnahmeeinrichtung umgibt, dient zum Führen des Angusses in die Aufnahmeeinrichtung. Die innere Vorformlingsdelle paßt in eine Aufnahmeeinrichtung an der Spitze der axialen Streckstange, um das Zentrieren des Vorformlings im Blasformboden weiter zu sichern. Darüber hinaus findet in den bekannten Prozessen ein behutsames Zusammendrücken (Kompression) des Vorformlingsendstückes gegen den Blasformboden statt, d. h. die Anwendung einer Kompressionskraft, um den Vorformling während des Blasens fest in seiner Position zu halten und auf diese Weise ein genaues Zentrieren sicherzustellen.
Während also das Vorformlingsendstück sorgfältig ausgestaltet wurde, um die Zentrierbedingungen zu erfüllen, ist nun ein Problem im Hinblick auf das Angußreißen aufgetreten, für das weder Quelle noch Lösung bekannt sind.
Die US-A-4,465,199 (Aoki) beschreibt eine Wegwerf- (für den einmaligen Gebrauch bestimmte) Flasche für kohlensäurehaltige Getränke. Diese Druckschrift richtet sich auf das Anheben der Stärke des Behälterbodens, indem ein Neigungswinkel zwischen dem Außenrand-Wandabschnitt und dem Innenrand- Wandabschnitt so genau wie möglich vorgesehen wird, so daß die Querschnittsform des Ringabschnittes, der den Boden berührt, nicht halbkreisförmig ist, und wobei die Wanddicke des Bodenwand-Abschnittes graduell dicker vom Außenrand-Wandabschnitt hin zum mittleren Bodenwand-Abschnitt gestaltet wird (Spalte 2, Zeile 45-65). Die in dieser Druckschrift beschriebenen Wanddicken des Bodenabschnittes eignen sich für Einwegbehälter, d. h. sie haben ungefähr die halbe Dicke eines typischen Wiederbefüllbehälters. Wie der Fachmann weiß, sind Wegwerf- (Einweg)-Behälter nicht beständig gegen die wechselnden heißen Laugenwasch- und Druckfüllvorgänge, denen ein wiederverwertbarer und wiederbefüllbarer Behälter ausgesetzt ist.
Die US-A-5,198,248 (Krishnakumar et al) beschreibt einen bekannten wiederverwertbaren und wiederbefüllbaren Behälter. In dieser Druckschrift wird eine verbessserte Vorformlingsausgestaltung beschrieben, wobei ein bodenbildender Abschnitt einen oberen verdickten Abschnitt RS umfaßt, der einen verdickten Standring (Glocke) des Behälterbodens bildet, und einen Abschnitt SU unterhalb des Abschnittes RS mit einer verringerten Dicke. Dieser Abchnitt SU mit geringerer Dicke bildet eine dünnere Kuppel im Behälterboden. Darüber hinaus beschreibt diese Druckschrift eine Blasform mit einem mittleren axialen Angußabschnitt 42, in den ein mittlerer Anguß des Vorformlings positioniert wird, und der von einem Abschnitt 44 umgeben ist, der sich graduell in die Vertiefung 42 neigt; das ist für ein verbessertes Zentrieren des Vorformlings vorgesehen, führt aber zur sich nach außen erstreckenden Mulde in der Außenfläche des Behälterbodens.
Die EP-A-00 421 23 von Henkel beschreibt einen Vorformling für einen Einwegbehälter mit einem inneren Vorsprung zur Berührung mit der Streckstange. Der Blasformboden hat im allgemeinen einen flachen Boden mit einem mittleren gerundeten Vorsprung und eine gerundete Vertiefung in der Mitte des Vorsprungs, auf der der Vorformlingsboden zentriert und durch die Streckstange gehalten wird. Dadurch werden ein komplementär geformter Vorsprung und eine Vertiefung im Behälterboden gebildet.
Die vorliegende Erfindung sieht einen wiederbefüllbaren Kunststoffbehälter für druckbeaufschlagte Anwendungen vor, der mindestens zehn Wiederbefüllzyklen, die eine Laugenwäsche bei einer Temperatur von mindestens 60ºC und ein darauf folgendes Befüllen mit einer druckbeaufschlagten Flüssigkeit bei 4.0 atm umfassen, ohne Rißdefekte überstehen kann, wobei der Behälter einen Körper mit einer im wesentlichen transparenten biaxial orientierten Seitenwand und einem Fuß umfaßt, wobei der Fuß einen Standring um einen kuppelförmigen Bereich mit Einstich herum umfaßt, dessen Kuppelmittelpunkt in der Nähe der Mittelachse des Behälters liegt, wobei der kuppelförmige Bereich und der Standring einen im wesentlichen amorphen Fußabschnitt bilden, der relativ zur Seitenwand verdickt ist, um Ätzspannungsrissen zu widerstehen, und wobei der kuppelförmige Bereich eine nach außen konkave Außenfläche aufweist, die von der Mittelachse abwärts zum Standring abfällt und sich an der Mittelachse ohne eine nach außen konvexe Krümmung fortsetzt, damit im Kuppelbereich des Behälters ein Angußreißen verhindert wird.
Die vorliegende Erfindung sieht weiterhin Verfahren zum Herstellen eines wiederbefüllbaren Kunststoffbehälters für druckbeaufschlagte Anwendungen vor, der mindestens 10 Wiederbefüllzyklen, die eine Laugenwäsche bei einer Temperatur von mindestens 60ºC und ein nachfolgendes Befüllen mit einer druckbeaufschlagten Flüssigkeit bei 4,0 atm umfassen, ohne Rißdefekte überstehen kann, wobei der Behälter eine im wesentlichen transparente, biaxial orientierte Seitenwand und einen Fuß umfaßt, wobei der Fuß einen Standring um einen kuppelförmigen Bereich mit Einstich herum umfaßt, dessen Kuppelmittelpunkt in der Nähe der Mittelachse des Behälters liegt, wobei der Behälter aus einem Vorformling streckblasgeformt wird, wobei:
der Formfuß eine kuppelförmige Oberfläche zum Formen des Behälterkuppelbereichs ohne eine Krümmung an der Mittelachse aufweist und wobei der kuppelförmige Bereich und der Standring einen im wesentlichen amorphen Fußabschnitt bilden, der relativ zur Seitenwand verdickt ist, um Ätzspannungsrissen zu widerstehen, und wobei der Vorformling axial mit einer Streckstange gestreckt wird, so daß die Spitze der Streckstange die Mitte eines kuppelbildenden Abschnittes des Vorformlings in Kontakt mit der Mitte des kuppelförmigen Hohlraumes hält, und wobei der umgebende kuppelbildende Abschnitt radial ohne Einschlüsse ausgedehnt wird, um die Bildung von Oberflächendefekten im kuppelförmigen Bereich zu vermeiden.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können einen Behälterboden (und ein Verfahren zum Herstellen desselben) vorsehen, wodurch die Beständigkeit gegen Spannungsrisse angehoben und gleichzeitig ein genaues Zentrieren des Vorformlings im Blasformboden ermöglicht wird. Insbesondere sind sowohl die Quelle des Spannungsriß-Problems als auch eine Lösung gefunden worden.
Es ist herausgefunden worden, daß die vorbekannten Verfahren zum Halten des Vorformlings im Blasformboden zu einem Einschluß des Materials neben dem Anguß führen. Während des Blasens wird das eingeschlossene Material gestreckt oder gegen die Formhohlraum gedrückt, wodurch physikalische Oberflächendefekte erzeugt werden, die während des Gebrauchs zu Mikrorissen in der Behälteroberfläche und gegebenenfalls zu sichtbaren Angußrissen führen. Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Vermeiden eines solchen Einschließens.
Die vorliegende Erfindung umfaßt verschiedene Ausgestaltungsänderungen am Vorformling und am Behälterboden, die einzeln oder in Kombination verwendet werden können, um das Angußriß-Problem zu verringern.
Eine erste Ausgestaltungsänderung ist die Beseitigung der Mulde in der Blasform und im Behälterboden. Das führt zu einer Beseitigung des Einschlußbereiches in früheren Bodenausgestaltungen. Insbesondere kann der Vorformling genau im Blasformboden zentriert werden, indem die Streckstangenspitze den Vorformling nur an der mittleren Vorformlingsspitze berührt, wodurch der Umgebungsbereich frei bleibt, um radial geblasen zu werden, so daß der umgebende Kuppelbereich des Behälterbodens geformt wird.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist eine minimale lichte Höhe für den Boden vorgesehen, d. h. die Höhe (vertikaler Abstand) von der Ebene des Standringes zum höchsten Punkt der Behälterkuppel (ohne eine axiale Angußausdehnung). Diese minimale lichte Höhe des Bodens kann definiert werden als ein Verhältnis der Kuppelhöhe (h) zum Standringdurchmesser (d) mindestens in der Größenordnung von 0,20 und insbesondere in der Größenordnung von 0,20 bis 0,35. Dieses Verhältnis h/d führt zu einer hinreichenden Bodenhöhe und einer Orientierung im Kuppelbereich, so daß eine Bodeninversion und/oder ein übermäßiges Kriechen verhindert werden.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist ein Wanddickenverhältnis für den Vorformlingsboden und/oder den Behälterboden definiert. Insbesondere liegt die Wanddicke des Vorformlings am mittleren kuppelbildenden Abschnitt ts im Vergleich zur Wanddicke des glockenbildenden Abschnittes tc in der Größenordnung von 0,50 bis 0,75 und vorzugsweise liegt ts /tc in der Größenordnung von 0,55 bis 0,70. Dies führt zu einem Anstieg der Dicke des Vorformlingsendstückes ohne innere Vertiefungen und äußere Angüsse im Vergleich zu bekannten Nachfüllvorformlingen und verringert ein Verbiegendes resultierenden Behälterbodens (was zu Angußrissen führen kann). Bei früheren Ausgestaltungen "biegt" (bewegt) sich der Boden (insbesondere die Kuppel) während der abwechselnden Schrumpfzyklen (verursacht durch heiße Ätzreinigungsmittel) und. Ausdehnungszyklen (verursacht durch innere Druckbeaufschlagung aufgrund der Befüllung mit dem Produkt) nach innen und nach außen. Dieses Verbiegen führt zum Anwachsen von Oberflächendefekten oder Rissen und kann schließlich zum Versagen der Flasche führen. Außerdem bleibt die verdickte Vorformlingsspitze während des Wiedererhitzens des Vorformlings (vor dem Streckblasformen) kühler und diese kühlere Spitze bewegt sich oder "schlüpft" weniger, wenn sie von der Spitze der axialen Streckstange in Position gehalten wird, um ein genaues Zentrieren sicherzustellen. Obwohl die Vorformlingsspitze verdickt ist, ist sie immer noch dünner als der glockenbildende Bereich des Vorformlingsbodens; der Grund besteht darin, daß ein kontinuierlich verdickter Vorformlingsboden zu übermäßig dicken Bereichen oder Klumpen in der Behälterkuppel führen kann, wobei diese Diskontinuitäten zu Spannungsrissen führen können.
Ein Wanddickenverhältnis des Behälterbodens wird auf gleiche Weise definiert - d. h. die Dicke Ts an der Mitte der Kuppel (ohne innere Vertiefungen oder äußere Angüsse) im Vergleich zur Dicke Tc des Standringes (Glocke). In einer besonderen Ausführungsform liegt dieses Dickenverhältnis Ts/Tc in der Größenordnung von 1,4 bis 1,9. In einer Ausführungsform erstreckt sich die Kuppelmitteldicke Ts bis zu ungefähr 20% des Behälterdurchmessers. Die resultierende Kuppel ist dick genug, um gegen ein Verbiegen beständig zu sein, während die mittlere Vorformlingsspitze nach dem Wiedererhitzen immer noch kühl genug ist, um ein genaues Zentrieren in der Blasform sicherzustellen.
In weiteren besonderen Ausführungsformen können dem Vorformling ein äußerer Eingußkanal und/oder eine innere Vertiefung hinzugefügt werden, um ein genaues Zentrieren des Vorformlings in der Blasform sicherzustellen. Diese und andere Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden nun genauer beschrieben unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Vorformlingsbodens nach dem Stand der Technik zum Blasformen eines wiederbefüllbaren Behälters;
Fig. 2 gleicht Fig. 1 und zeigt den aus dem Vorformling geblasenen Behälterboden;
Fig. 3 ist ein auseinandergezogener Querschnitt des Behälterbodens nach dem Stand der Technik aus Fig. 2 und zeigt weiterhin die Bewegung des Bodens aufgrund von thermischen Änderungen und Druckbeaufschlagung;
Fig. 4 ist eine Bodenansicht des Behälterbodens nach dem Stand der Technik aus Fig. 3 und zeigt radiale Angußrisse;
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines Vorformlingsbodens zur Verwendung in einem Verfahren nach dieser Erfindung in einem Blasformboden;
Fig. 6 gleicht Fig. 5, zeigt aber eine alternative Vorformlingsausführung mit einem äußeren Angußkanal;
Fig. 7 gleicht Fig. 6, zeigt aber eine weitere Vorformlingsausführung mit einem äußeren Angußkanal und einer inneren Vertiefung;
Fig. 8 ist ein Querschnitt einer Streckblasform-Vorrichtung und zeigt einen Vorformling und den resultierenden Behälter nach dieser Erfindung;
Fig. 9 ist ein Seitenaufriß und ein teilweiser Querschnitt eines Behälters mit einem Boden, der nach dieser Erfindung hergestellt wurde;
Fig. 10 ist ein Querschnitt des Vorformlingsbodens zur Verwendung in einem Verfahren nach dieser Erfindung im Vergleich zur Wanddicke eines Vorformlingsbodens nach dem Stand der Technik;
Fig. 11 ist ein Querschnitt eines Behälterbodens, der aus dem Vorformling nach Fig. 10 hergestellt wurde, und zeigt die minimale lichte Höhe des Bodens;
Fig. 12 ist ein auseinandergezogener Querschnitt des Angußabschnittes einer Spritzblasvorrichtung und zeigt die Materialströmung in der Form;
Fig. 13 ist ein Graph und zeigt die Orientierung über die Abschnittslinie A des Vorformlingsbodens aus Fig. 12 mit den Bereichen einer höheren Scherorientierung in den Innen- und Außenflächen des Vorformlings;
Fig. 14 gleicht Fig. 13, zeigt aber alternative Ausführungsformen, in denen sich der Bereich hoher Scherorientierung einwärts weg von der Außenfläche des Vorformlings bewegt; und
Fig. 15 ist ein Graph und zeigt eine modifizierte Flußrate in die Spritzform über der Zeit, um die Scherorientierung an der Oberfläche zu verringern.
Der Vorformling und Behälterboden nach dem Stand der Technik, wie in Fig. 1- 4 gezeigt, ist repräsentativ für den bekannten wiederbefüllbaren Behälter, wie er in der US-A-5,066,528 (Collette et al. erteilt am 19. November 1991) beschrieben ist.
Fig. 1 zeigt den unteren Abschnitt des vorbekannten Vorformlings 2, umfassend einen seitenwandbildenden Abschnitt 3, einen oberen glockenbildenden Abschnitt 4, der relativ zum seitenwandbildenden Abschnitt 3 verdickt ist, und einen unteren kuppelbildenden Abschnitt 5 mit einer verringerten Wanddicke im Vergleich zum oberen Abschnitt 4. Das Vorformlingsendstück umfaßt einen mittleren Angußbereich 6 mit einem äußeren Angußkanal 7 und einer inneren Vertiefung 8. Der Anguß 7 befindet sich in einer axial verlängerten Aufnahmevorrichtung 12 in der Mitte des Blasformbodens 10; nach innen konkave Oberflächen 14 auf jeder Seite der Aufnahmevorrichtung bilden eine Delle zum Führen des Angusses in die Aufnahmevorrichtung 12. Im Vorformling befindet sich eine Streckstange 16 zum axialen Ausdehnen des Vorformlings; die Streckstange hat eine Spitze 17 mit einer mittleren Aufnahmevorrichtung 20 zum Aufnehmen der Vorformlingsdelle 8 und abgerundete äußere Spitzenkanten 18, 19 zum Berühren des Vorformlingsendstückes an zwei Positionen, die von der Mitte des Endstückes beabstandet sind.
Wie weiter in Fig. 2 gezeigt, wird die vorbekannte Vorformlingsstruktur 2 ausgedehnt, um einen Boden 24 vom Champagnertyp zu formen, der einen Standring oder eine Glocke 26 umfaßt und innerhalb der Glocke einen kuppelförmigen Bereich 28 mit Einstich. In der Mitte des im wesentlichen halbkugelförmigen nach außen konkaven Kuppelbereiches 28 befindet sich ein axial verlängerter Anguß 7 (derselbe wie beim Vorformling) und der Anguß wird von einer nach außen konvexen Mulde 29 umgeben, die vom Muldenbereich 14 der Blasform geformt wird. Der Behälterboden umfaßt weiterhin eine nach außen konvexe Außenwand 27 zwischen dem Glockenbereich 26 und der Behälterseitenwand (nicht gezeigt).
Fig. 2 zeigt Berührungspunkte C1 und C2, die verwendet werden, um das Materialeinschlußproblem zu illustrieren, das in vorbekannten Ausgestaltungen zu Angußrissen führen kann. Insbesondere befindet sich der Berührungspunkt C1 dort, wo die Außerispitze 18 der Streckstange die Innenfläche des Vorformlings berührt und eine Druckkraft ausübt, um den Vorformling in der Blasform zu einem sicheren Zentrieren während des Blasformens zu halten. (Es ist zu beachten, daß die Druckkraft erzeugt wird, indem der unterste Punkt der Streckstange unterhalb der Position der inneren Vorformlingsfläche angesetzt wird.) Während des Blasformens wird das Material am Punkt C1 radial nach außen gestreckt und liegt danach am Punkt C2; während dieser radialen Ausdehnung wird die Innenfläche des Vorformlings-Berührungspunktes entlang der Fläche 18 gezogen, was zu Oberflächendefekten führen kann, die später zu Mikrorissen führen können, die sich zu Angußrissen entwickeln. Der Grund dafür, daß sich diese kleinen Oberflächendefekte ausdehnen und in große Angußrisse übergehen, ist in Fig. 3 gezeigt.
Fig. 3 zeigt das Verbiegen des vorbekannten wiederbefüllbaren Behälterbodens 24 während der Verwendung, was zur Ausdehnung der Angußrisse führt. Der ursprüngliche Behälterboden wird geformt, wie durch die gestrichelten Linien 24A gezeigt. Nach dem Befüllen mit einer druckbeaufschlagten Flüssigkeit bewegt sich der Boden aufgrund der hohen Innendruckbeaufschlagung nach außen und nimmt Position 24B ein. Nach einer Laugenwäsche (bei angehobener Temperatur) und vor dem Wiederbefüllen schrumpft der Boden und bewegt sich zurück nach oben in Position 24C. Es ist diese Laugenwäsche und das wiederholte Biegen nach innen und außen, insbesondere im mittleren Kuppelbereich des Bodens, was dazu führt, daß sich die Oberflächendefekte an den Innenwänden des Vorformlings neben dem Anguß ausdehnen und radiale Angußrisse 30 bilden, die in Fig. 4 gezeigt sind. Der Bereich der Angußrißentstehung 25 erstreckt sich um ungefähr 20% des Behälterdurchmessers um den Anguß herum. Wie in Fig. 4 gezeigt, erstreckt sich der Bereich der Rißentstehung in einer Flasche nach dem Stand der Technik mit einem Durchmesser von 95 mm und einem Anguß von 4 mm Durchmesser ungefähr auf 14-18 mm nach außen.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung und mehrere alternative Ausführungsformen werden nun beschrieben.
Nach der Erfindung, und wie in Fig. 5-7 gezeigt, wird ein modifizierter Blasformboden verwendet, der die Mulde neben der Angußaufnahmevorrichtung im vorbekannten Blasformboden beseitigt. Ein Vorformling 42 hat einen mittleren Spitzenabschnitt zum Bilden der Mitte der Behälterkuppel 43, wobei die Spitze 81 den mittleren Abschnitt 83 des Vorformlings berührt und ihn gegen den mittleren obersten Punkt 93 einer im wesentlichen halbkugelförmigen Kuppel 92 der äußeren Bodenform 90 hält. Der mittlere Berührungspunkt zwischen der Streckstange, dem Vorformling und der Blasform hält den Vorformlingsabschnitt 43 sicher in seiner Position für ein genaues Zentrieren (wobei dieser mittlere Vorformlingsabschnitt vorzugsweise verdickt ist, wie im folgenden beschrieben), und während der radialen Ausdehnung des Vorformlings findet im wesentlichen kein Materialeinschluß oder eine Beschädigung der Vorformlingsfläche aufgrund der Bewegung entlang der Streckstangenspitze statt, was im Stand der Technik zur Entstehung von Angußrissen führte.
Fig. 6 zeigt eine alternative Ausführungsform, in der der Vorformling 52 weiterhin einen äußeren Eingußkanal 54 am mittleren Abschnitt 53 aufweist. Es wird dieselbe Streckstange 80 verwendet und eine gleiche Bodenform 90', die in diesem Fall weiterhin eine axial verlängerte Aufnahmevorrichtung 93' (an der Mitte der Kuppel) zum Aufnehmen des Vorformlingsangusses 54 umfaßt. Die Hinzufügung des Angusses 54 und der Aufnahmevorrichtung 93' verbessert das Zentrieren des Vorformlings weiter, führt aber nicht zu einem Bereich, in dem ein Materialeinschluß und/oder eine Oberflächenmarkierung des Vorformlings stattfindet.
Fig. 7 zeigt einen weiteren alternativen Vorformling 62, in dem der mittlere Abschnitt 63 sowohl eine innere Delle 65, als auch einen äußeren Anguß 64 umfaßt. In diesem Fall wird eine modifizierte Streckstange 80' verwendet, die eine innere Aufnahmevorrichtung 81' zum Aufnehmen der Vorformlingsdelle 65 aufweist. Wie in Fig. 6 umfaßt der Außenblaßformboden 90' eine mittlere Angußaufnahmevorrichtung 93'. Die Verwendung sowohl der inneren Delle als auch des äußeren Angußes verbessert die Zentrierung weiter, ohne daß es zu einem Materialeinschluß oder Beschädigungen der Oberfläche kommt.
Fig. 8 zeigt eine Streckblasform-Vorrichtung 100 zum Ausdehnen eines Vorformlings in einen Behälter nach der vorliegenden Erfindung. Der resultierende Behälter ist Fig. 9 gezeigt. Ein Vorformling 110 aus Polyethylenterephthalat (PET) wird in eine Blasformvorrichtung 100 positioniert. Der Vorformling umfaßt ein offenes Oberende mit einem Halsabschluß 111 mit äußerem Gewinde und einem Rückhalteflansch 115. Unterhalb des Halsabschlußes ist ein Körpergewindeabschnitt vorgesehen, umfassend einen verjüngten schulterbildenden Abschnitt 113 mit anwachsender Wanddicke, der abwärts in einen im wesentlichen zylindrischen seitenwandbildenden Abschnitt 114 mit konstanter Wanddicke übergeht. Unterhalb 114 befindet sich ein bodenbildender Abschnitt, umfassend einen oberen verdickten Abschnitt 116 und einen unteren verjüngten Abschnitt 117 mit verringerter Wanddicke, umfassend ein Bodenendstück mit einem mittleren Angußbereich 112 mit einem äußeren Angußkanal 118 und einer inneren Delle 119 (wie in der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform).
Der Vorformling 110 ist spritzgeformt und im wesentlichen transparent und amorph. Er wird auf eine vorbestimmte Temperatur im Orientierungstemperaturbereich des Polymers erhitzt, die im allgemeinen bei 20-50ºC oberhalb der Einfriertemperatur liegt (TG für einen amorphen PET-Vorformling liegt ungefähr bei 76-80ºC und das obere Ende des Orientierungstemperaturbereiches wird für Wiederbefüllbehälter bevorzugt).
Wie in Fig. 8 gezeigt, liegt der Rückhalteflansch 115 zwischen einer Halsplatte 132 und einer Vertiefung in einem oberen Formteil 101 der Blasformvorrichtung. Die obere Form 101 und die untere Form 102 bilden zusammen eine Innenkammer 133, die die Ausmaße und Konturen des Endbehälters definiert. Die obere Form 101 umfaßt eine obere konische schulterdefinierende Wand 104 und eine zylindrische seitenwanddefinierende Wand 105. Die untere Form 102 umfaßt eine äußere bodenwanddefinierende Wand 106 und eine mittlere vertiefte kuppeldefinierende Wand 107 (d. h. ein Boden vom Champagnertyp). In der Mitte des Bodens ist eine Aufnahmevorrichtung 108 zum Aufnehmen des Vorformlingsangusses 118 geformt.
Der erhitzte Vorformling 110 wird axial durch die Streckstange 103 ausgedehnt, um den verlängerten Vorformling 110' zu formen. Die Spitze der Streckstange berührt die Delle 119' und den mittleren Angußbereich des Vorformlings, wobei der Vorformlingsanguß 118' in der Aufnahmevorrichtung 108 gehalten wird. Dadurch wird das Zentrieren des verlängerten Vorformlings in der Blasform unterstützt, was für eine gleichmäßige Orientierung und Ausdehnung um den gesamten Umfang des Behälters herum wichtig ist. Dann wird eine druckbeaufschlagte Flüssigkeit in den Vorformling eingespritzt (durch die Pfeile 130 angedeutet), um den Vorformling radial in einen Behälter auszudehnen, der die Form der Forminnenwände annimmt.
Der resultierende Behälter 120, wie er in Fig. 9 gezeigt ist, umfaßt ein offenes Oberende mit demselben unausgedehnten und im wesentlichen amorphen Halsabschluß 111 mit den äußeren Schraubgewinden und dem Rückhalteflansch 115 wie im Vorformling: Eine verjüngte Schulter 121 nimmt radial an Durchmesser abwärts zu einer Seitenwand 124 hin zu; die Schulter hat eine signifikante axiale und radiale Ausdehnung durchlaufen mit dem Resultat einer signifikanten spannungsinduzierten Kristallisation. Die Schulter 121 ist von der Seitenwand 124 durch einen vertieften Ring 122 getrennt. Die zylindrische Seitenwand 124 (definiert durch die Mittelachse des Behälters CL) ist der Abschnitt des Behälters mit dem größten Durchmesser und hat die größte axiale und radiale Ausdehnung durchlaufen; sie hat daher den höchsten Grad an mittlerer spannungsinduzierter Kristallirtität. Da der Vorformilingsboden relativ dicker ist als die Vorformlingsseitenwand, und aufgrund seiner halbkugelförmigen Form (was einen höheren Blasdruck erfordert) und wegen der im allgemeinen niedrigeren Temperatur nach dem Wiedererhitzen durchläuft der Boden nur eine relativ geringe axiale und radiale Ausdehnung. Es ist herausgefunden worden, daß ein verdickter im wesentlichen amorpher Behälterboden Beständigkeit gegen Spannungsrisse und Kriechen bei Wiederbefüllanwendungen aufweist. Der Champagnertyp-Boden 125 des Behälters 120 umfaßt eine Außenbodenwand 126, die an Durchmesser zum untersten Glockenbereich 127, auf dem der Behälter ruht, hin abnimmt. Radial innerhalb des Glockenbereiches befindet sich ein mittlerer vertiefter Kuppelbereich 128, umfassend die innere Delle 119 und den äußeren Anguß 118 (wie im Vorformling). Wie in Fig. 9 gezeigt, hat der Boden, der eine wesentlich geringere Ausdehnung als die Seitenwand und Schulter erfährt, eine größere Dicke, um die geringere Kristallinität des Bodens auszugleichen.
Fig. 10 zeigt in größerem Detail die neue bodenbildende Struktur des Vorformlings und vergleicht sie mit der bodenbildenden Struktur nach dem Stand der Technik. Der neue Vorformlingsboden umfaßt einen oberen verdickten glockenbildenden Bodenabschnitt 116 mit einer Wanddicke tc und einen unteren verjüngten kuppelbildenden Abschnitt 117 mit einer Wanddicke tsb in der Mitte des kuppelbildenden Bereiches 112 neben der mittleren Vorformlingsachse CL. Das Vorformlingsendstück umfaßt einen äußeren Angußkanal 118 und eine innere Delle 119, die nicht bei der Dicke tsb berücksichtigt sind. Die innere Fläche des Endstückes wird definiert durch einen Radius rib. Wie gezeigt, verringert der Endstückradius rib die Wanddicke im Endstück im Vergleich zum oberen dickeren Abschnitt 116. Im Gegensatz zu vorbekannten wiederbefüllbaren Vorformlingen, die durch Innenradien ria mit einer Dicke tsa definiert sind, hat die neue Ausgestaltung für wiederbefüllbare Vorformlinge ein dickeres Endstück. Wie vorher diskutiert, steigert dieser dickere Endstückspitzenbereich ein sicheres Zentrieren des Vorformlings in der Blasform.
Fig. 11 zeigt die neue Ausgestaltung des Behälterbodens. Der Behälterboden 125 umfaßt eine Außenwand 126, einen Standring im Glockenbereich 127 und einen mittleren Kuppelbereich 128 mit einem äußeren Anguß 129 und einer inneren Delle 131. Der mittlere Kuppelbereich bei 132 (neben der mittleren Behälterachse CL) hat eine Wanddicke Ts (ohne den äußeren Anguß 129 und die Innendelle 131). Die Wanddicke im Glockenbereich 127 ist definiert durch Tc. In der hier beschriebenen Ausführungsform liegt das Verhältnis der Wanddicke des mittleren Kuppelbereiches zur Wanddicke des Glockenbereiches, Ts/Tc, in der Größenordnung von 1,4 bis 1,7. Diese Wanddicke führt zu einer Verringerung des Verbiegens des Kuppelbereiches, um ein Angußreißen zu minimieren, und führt zu einem im wesentlichen dicken Angußbereich für ein adäquates Zentrieren. Das führt auch zu einer angemessenen Dicke des Glockenbereiches für eine Beständigkeit gegen Ätzspannungsrisse.
Weiterhin besteht ein minimales Verhältnis für die lichte Höhe des Bodens aus der Kuppelhöhe h (ohne den äußeren Anguß 129) zum Standringdurchmesser d, das mindestens in der Größenordnung von 0,20 liegt; vorzugsweise liegt das Verhältnis h/d in der Größenordnung von 0,20 bis 0,35 und noch besser bei 0,25 bis 0,30. Dieses Verhältnis stellt eine adäquate Beständigkeit (d. h. Bodenorientierung und Dicke) gegen Kriechen und Bodeninversion sicher.
Fig. 12 bis 15 zeigen ein modifiziertes Spritzformverfahren zum weiteren Minimieren des Angußreißens.
Die Vorformlingsspritzformeinheit umfaßt einen äußeren Formhohlraum 160 und einen Kern 146, zwischen denen eine Kammer 142 definiert wird. Das Bodenende der Form hat eine Öffnung 148, die abgedichtet ein düsenartiges Ende 150 eines Extruders aufnimmt. Eine vorgewählte Menge an Kunstharz wird in den Boden des Formhohlraums eingespritzt und, während es durch den Formhohlraum strömt, aufgrund der relativ niedrigen Temperaturen des Formhohlraumes 140 und des Kernes 146 entsteht eine parabelförmige Strömungsfront 178 und es kommt zu einer Verfestigung des Kunstharzes 176, um verfestigte Innen- und Außenschichten des Kunstharzes entlang der Formwände zu definieren. Bei hohen Strömungsraten führt ein hoher Grad an Scherung neben den inneren und äußeren Formwänden zu Scherorientierungsspitzen 181, 182 über die Vorformlingsdicke, wie in Fig. 13 gezeigt (in einer Querschnittslinie A für den verdickten oberen Abschnitt des Vorformlingsbodens aus Fig. 12). Im Endbereich B mit reduzierter Dicke, wie er in Fig. 12 gezeigt ist, wird durch die reduzierte Breite der Formkammer 142 sogar eine noch höhere Scherrate induziert. Das führt zu einem hohen Grad an Oberflächenorientierung neben der inneren Formwand, wie durch die Kurve C3 in Fig. 14 gezeigt. Um die geringere Dicke der Form am Endstück des Vorformlings auszugleichen (im Vergleich zum oberen bodenbildenden Abschnitt des Vorformlings), kann es bei bestimmten Ausführungsformen wünschenswert sein, die Eingangsflußrate des Kunstharzes in die Vorformlingsform zu verringern, um den Orientierungsgrad an der Oberfläche zu verringern; die Kurven C2 und C1 in Fig. 16 stellen progressiv geringere Grade an Oberflächenorientierung an Punkt B dar. Fig. 15 zeigt eine modifizierte Spritzflußrate über der Zeit; im Vergleich zu einer stetigen Flußrate von ungefähr 15 g/s im Stand der Technik hat die modifizierte Flußrate eine eingangs reduzierte Flußrate von ungefähr 10 g/s für eine beginnende Füllzeit für ein Viertel der Form und steigt dann auf einen höheren Grad von ungefähr 15 g/s für die restliche Zeit zum Füllen der Form. Diese modifizierte Einspritzrate verringert die Grade an radialer Flußorientierung an der Oberfläche des Endstückes, wodurch das Auftreten von radialen Angußrissen und die Ausdehnung entlang dieser radialen Strömungsorientierungslinien verringert wird.
Im folgenden ist ein besonderes Beispiel eines wiederbefüllbaren Behälters für kohlensäurehaltige Getränke angegeben, der nach der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist.

Beispiel

Es ist ein einschichtiger Vorformling aus einem Polyethylenterephthalat- Copolymer mit ungefähr 2% Copolymer vorgesehen, wie er unter dem Namen GY8006 der Goodyear Tire and Rubber Company, Akron, Ohio, USA vertrieben wird. Das Polymer hat eine Eigenviskosität von 0,80, gemessen in 60/40 Phenol-Tetracholorethan bei 25ºC. Der Vorformling hat eine Länge von ungefähr 125 mm, einen Außendurchmesser von ungefähr 30 mm und eine Wanddicke im zylindrischen seitenwandbildenden Abschnitt von ungefähr 5,9 mm. Der Vorformling ist im wesentlichen transparent und amorph mit einer prozentualen Trübung von weniger als 20%.
Der seitenwandbildende Abschnitt wird axial ungefähr um das 2,8-fache gedehnt und radial ungefähr um das 3,5-fache. Der Endbehälter wird in der Form bei ungefähr 40 atm für ungefähr 2,0 s gehalten, wonach der Druck abgelassen und der Behälter aus der Form ausgegeben wird.
In diesem besonderen Beispiel ist die Halsplatte kalt, d. h. sie hat eine Oberflächentemperatur von ungefähr 10ºC, während die obere Form warm ist und eine Oberflächentemperatur von ungefähr 88ºC hat und die untere Form eine Temperatur von ungefähr 10ºC. Kurz vor der axialen Ausdehnung hat der bodenbildende Abschnitt des Vorformlings eine mittlere Temperatur von ungefähr 117ºC.
Der Behälter hat eine zylindrische Seitenwand mit einer mittleren Kristallinität von ungefähr 18%. Der Endbehälter hat ein Volumen von 1,51, eine Höhe von ungefähr 330 mm, einen Außendurchmesser von ungefähr 95 mm und eine zylindrische Seitenwanddicke von ungefähr 0,47 mm.
Die relativen Vorformlings- und Behälterwanddicken sind:
tc = 7,0 mm ts = 4,75 mm
Tc = 2,4 mm Ts = 3,9 mm
und die Kuppelhöhe h beträgt 16,75 mm und der Durchmesser des Standringes beträgt 63,0 mm.
Die prozentuale Kristallinität wird gemäß ASTM 1505 wie folgt bestimmt:
%Kristallinität = [(ds - da)/(dc - da)] · 100
wobei ds = Probendichte in g/cm³, da = Dichte eines amorphen Films mit 0% Kristallintät (für PET 1,333 g/cm³), und dc = Dichte des aus Einheitszellen- Parametern berechneten Kristalls (für PET 1,455 g/cm³). Mit "mittlerer" Kristallinität ist eine Mittelung über den gesamten Bereich der jeweiligen Behälterteile gemeint, d. h. des zylindrischen Seitenwandabschnittes.
Falls gewünscht, kann die Kristallinität weiterhin angehoben werden durch ein Heißfixieren entsprechend bekannter Heißfixierverfahren. Für PET beträgt eine geeignete Heißfixiertemperatur ungefähr 200-250ºC über eine Zeitdauer von 10 s. Das Heißfixieren ist nicht erforderlich, kann jedoch bei gewissen Anwendungen wünschenswert sein.
Der Behälter dieser Erfindung ist insbesondere geeignet als wiederbefüllbarer Behälter für kohlensäurehaltige Getränke, der viele Wiederbefüllzyklen überstehen kann, wobei er seine ästhetischen und funktionalen Merkmale beibehält. Ein Testverfahren zum Simulieren eines solchen Zyklus ohne Rißdefekte und mit einer maximalen Volumenänderung von ±1,5% gestaltet sich wie folgt.
Jeder Behälter wird einer typischen kommerziellen Laugenwaschlösung ausgesetzt, die mit 3,5 Gewichts-% Natriumhyroxid und Leitungswasser angesetzt wird. Die Waschlösung wird bei der gewünschten Waschtemperatur, d. h. 60ºC, 65ºC usw. gehalten. Die Flaschen werden unverschlossen in die Wäsche für 15 Minuten eingetaucht, um die Zeit/Temperaturbedingungen eines herkömmlichen Flaschenwaschsystems zu simulieren. Nach dem Entfernen aus der Waschlösung werden die Flaschen in Leitungswasser gespült und dann mit einer kohlensäurehaltigen Wasserlösung bei 4,0 ± 0,2 atm gefüllt (um den Druck eines Behälters für kohlensäurehaltige nichtalkoholische Getränke zu simulieren), verschlossen und bei 38ºC in einem Konvektionsofen mit 5% relativer Luftfeuchtigkeit für 24 Stunden gelagert. Diese angehobene Ofentemperatur wird gewählt, um längere kommerzielle Lagerperioden bei niedrigeren Umgebungstemperaturen zu simulieren. Nach dem Entfernen aus dem Ofen werden die Behälter entleert und wieder demselben Wiederbefüllzyklus unterworfen, bis Defekte auftreten.
Ein Defekt ist definiert als irgendein Riß, der sich durch die Flaschenwand fortsetzt und zu Leckage und Druckverlust führt. Die Volumenänderung wird bestimmt, indem das Volumen an Flüssigkeit, das der Behälter bei Raumtemperatur hält, sowohl vor als auch nach dem Wiederbefüllzyklus verglichen wird.
Der Behälter kann vorzugsweise mindestens 10 Wiederbefüllzyklen überstehen und vorzugsweise 20 Wiederbefüllzyklen bei einer Waschtemperatur von mindestens 60ºC ohne Defekte und mit einer Gesamtvolumenänderung von nicht mehr als ±1,5%.
Zur Verwendung als wiederbefüllbarer Behälter bilden der Kuppel- und Glockenbereich einen verdickten Bodenabschnitt mit der ungefähr drei- bis vierfachen Dicke der zylindrischen Seitenwand und einer mittleren Kristallinität von nicht mehr als ungefähr 10%. Radial auswärts vom Glockenbereich befindet, sich ein dünnerer äußerer Bodenabschnitt mit einer Dicke von ungefähr 50 bis 70% des verdickten Bodenabschnittes und einer anwachsenden Kristallinität bis zu seinem Übergang in die Seitenwand. Die dünnere äußere Bodenwand führt zu einer verbesserten Stoßbeständigkeit. Der verdickte Kuppel- und Glockenbereich führt zu einer verbesserten Beständigkeit gegen Ätzrisse.
Ein bevorzugtes ebenes Streckverhältnis beträgt 8 bis 12 : 1 für eine zylindrische Seitenwand einer wiederbefüllbaren Getränkeflasche aus Polyester mit ungefähr 0,5 bis 2,0 Liter/Volumen und vorzugsweise ungefähr 9-11 : 1. Die Umfangsstreckung beträgt vorzugsweise 3-3,6 : 1 und die axiale Streckung 2,4-3 : 0. Das führt zu einer Behälterseitenwand der gewünschten Beständigkeit gegen Mißbrauch und einer Vorformlingsseitenwand mit der gewünschten visuellen Transparenz. Die Auswahl der Seitenwanddicke und des Streckverhältnisses richtet sich nach den Ausmaßen der besonderen Flasche, dem Innendruck (z. B. 2 atm für Bier, 4 atm für nichtalkoholische Getränke) und den Verfahrenseigenschaften des besonderen Materials (wie sie z. B. durch die Eigenviskosität bestimmt werden).
Der zylindrische Seitenwandabschnitt des Behälters, der am stärksten ausgedehnt wird, hat die höchste mittlere prozentuale Kristallinität, normalerweise ungefähr 15-25%. Die verjüngte Schulter, die ebenfalls wesentlich stärker als der Boden ausgedehnt wird, hat normalerweise eine mittlere prozentuale Kristallinität von 13-20%. Im Gegensatz dazu hat der wesentlich dickere und weniger geblasene Boden eine Kristallinität von ungefähr 0-10% im Kuppel- und Glockenbereich, wobei die Kristallinität im Außenboden nach oben zur Seitenwand hin zunimmt.
Der Halsabschluß wird nicht ausgedehnt und bleibt im wesentlichen amorph bei 0-2% Kristallinität.
Verschiedene Kristallinitätsgrade können durch eine Kombination von Ausdehnung (spannungsinduziert) und Heißfixieren (wärmeinduziert) erreicht werden.
Der Vorformling und die geblasenen Behälter sollten im wesentlichen transparent sein. Ein Maß für die Transparenz ist die prozentuale Trübung für durch die Wand (HT) übertragenes Licht, die durch die folgende Formel gegeben ist:
HT = [Yd ÷ [Yd + YS] · 100
wobei Yd das von der Probe übertragene Streulicht ist und YS das von der Probe reflektierte Licht. Die Übertragungswerte für das Streu- und das reflektierte Licht werden in Übereinstimmung mit dem ASTM-Verfahren D1003 gemessen unter Verwendung irgendeines Standard-Farbdifferenzmessers, wie das Modell D25D3 P der Hunterlab, Inc. Der Behälter dieser Erfindung sollte eine prozentuale Trübung (durch die Wand) von weniger als ungefähr 15%, vorzugsweise weniger als 10% und noch besser weniger als 5% aufweisen.
Verschiedene Polyesterpolymere liefern die gewünschte Klarheit und die physikalischen Eigenschaften, die notwendig sind zur Herstellung wiederbefüllbarer Kunststoffbehälter. Diese Polymere umfassen Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat (PEN), Acrylonitril, Polyacrylat und Polycarbonat. Von den kommerziell erhältlichen Polymeren liefert zur Zeit PET die beste Ausgewogenheit an Eigenschaften und das beste Kosten-/Nutzenverhältnis. PEN wird hergestellt durch die Reaktion von Dimethyl 2,6-Naphthalat mit Ethylenglykol und hat ein höheres TG und verbesserte Sperreigenschaften gegenüber PET.
Die in dieser Erfindung verwendeten thermoplastischen Polyestermaterialien basieren vorzugsweise auf Polyalkylen und insbesondere Polyethylenterephthalat (PET). PET-Polymere werden hergestellt, indem Terephthalsäure oder seine esterbildenden Derivate mit Ethylen polymerisiert werden. Das Polymer umfaßt sich wiederholende Einheiten von Ethylenterephthalat mit der Formel:
"PET", wie es hier verwendet wird, bedeutet ein PET-Homopolymer und PET- Copolymere von "Flaschenqualität", die geeignet sind zum Herstellen von Behältern, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. PET-Copolymere können daher einen kleineren Anteil, z. B. bis zu 10 Gewichts-%, von Monomereinheiten enthalten, die mit den Ethylenterephthalat-Einheiten kompatibel sind. Z. B. kann der Glykolanteil durch ein aliphatisches oder alizyklisches Glykol, wie Zyklohexandimethanol (CHDM) ersetzt werden. Der Dikarbonsäureanteil kann ersetzt werden durch eine aromatische Dikarbonsäure, wie Isophthalsäure (IPA).
Die Eigenviskosität (IV) beeinflußt die Verarbeitbarkeit des Polyesterkunstharzes. Polyethylenterephthalat mit einer Eigenviskosität von ungefähr 0,8 wird in der Industrie für kohlensäurehaltige nichtalkoholische Getränke umfangreich verwendet. Kunstharze für verschiedene Anwendungen können von ungefähr 0,55 bis ungefähr 1,04 variieren und insbesondere von 0,65 bis ungefähr 0,85. Die Eigenviskositätsmessungen können in Übereinstimmung mit dem Verfahren nach ASTM D-2857 unter Verwendung von 0,0050 ±0,0002 g/ml des Polymers in einer Lösung aus 0-Chlorophenol (Schmelzpunkt 0ºC) bei 30ºC gemacht werden. Die Eigenviskosität ist durch die folgende Formel gegeben:
IV = (ln(vSoln./VSol.))/C
wobei
VSoln. die Viskosität der Lösung in irgendwelchen Einheiten ist;
VSol die Viskosität des Lösungsmittels in denselben Einheiten; und
C die Konzentration in Gramm Polymer pro 100 ml Lösung.
Der im wesentlichen amorphe Vorformling sollte eine prozentuale Trübung von nicht mehr als ungefähr 20% haben, vorzugsweise von nicht mehr als 10% und noch besser von nicht mehr als ungefähr 5%. Der Vorformling kann eine oder mehrere Schichten haben und in Übereinstimmung mit den wohlbekannten Spritzformprozessen geformt werden, wie sie in der US-A-4,710,118 (Krishnakumar et al., erteilt am 1. Dezember 1987) beschrieben sind.
Ein mehrschichtiger Vorformling kann z. B. eine oder mehrere Sperrschichten für O&sub2;- und/oder CO&sub2; Retention aufweisen oder Schichten von wiederverwertetem oder gebrauchtem PET aus Kostenreduktionsgründen. Die Sperrschicht kann aus Ethylenvinylalkohol (EVOH) oder Polyethylennaphthalat (PEN) bestehen.
Ein anderer mehrschichtiger Vorformling, der in dieser Erfindung für eine verbesserte Seitenwandkristallinität verwendet werden kann, ist in der US-A- 5,728,347 (Collette et al.) beschrieben.
Wie dort beschrieben, hat der Vorformling eine Kernschicht aus einem ersten Copolymerpolyester und innere und äußere Schichten aus einem zweiten Polyester, wobei der zweite Polyester relativ weniger Copolymere und eine Kristallisationsrate aufweist, die mindestens um 20% höher liegt als diejenige des ersten Polyesters. Z. B. kann der erste Polyester ungefähr 4-6 Gewichts-% Copolymer haben und der zweite Polyester nicht mehr als 2% Copolymer. Die Kernschicht führt zu einer wärmeinduzierten Trübung während des Spritzformprozesses, und die Innen- und Außenschichten des Behälters haben einen erhöhten Grad an Kristallinität.
Andere Faktoren, die für die Herstellung von wiederbefüllbaren Polyester- Getränkeflaschen von Wichtigkeit sind, sind in den US-A-4,334,627 (Krishnakumar et al., erteilt am 15. Juni 1982), 4,725,464 (Collette, erteilt am 16. Februar 1988) und 5,066,528 (Krishnakumar et al., erteilt am 19. November 1991) beschrieben.
Die Materialien, die Wanddicken, die Vorformlings- und Flaschenkonturen können alle im Hinblick auf ein spezifisches Endprodukt variiert werden, wobei man sich immer noch im Rahmen dieser Erfindung bewegt. Der Behälter kann für druckbeaufschlagte oder nicht druckbeaufschlagte Getränke wie Bier, Saft und Milch oder für Nicht-Getränkeprodukte vorgesehen sein.
Die verbesserte Wärmebeständigkeit, wie sie diese Erfindung vorsieht, macht sie insbesondere geeignet für Heißfüllbehälter. Heißfüllbehälter müssen typischerweise angehobene Temperaturen in der Größenordnung von 82ºC-85ºC (180-185ºF) (die Produktfülltemperatur) und positive Innendrücke in der Größenordnung von 13,8 kN/m² -34,5 kN/m² (2-5 psi) (der Fülldruck) ohne eine wesentliche Deformation überstehen, d. h. bei einer Volumenänderung von nicht mehr als ungefähr ±1%. Andere Faktoren, die bei der Herstellung von Heißfüllbehälteren von Wichtigkeit sind, sind in der US-A-4,863,046 (Colette et al. erteilt am 5. September 1989) beschrieben. Die verbesserte Wärmebeständigkeitmcaht diese Erfindung auch brauchbar für Behälter, die einer Pasteurisierung unterworfen werden.
Obwohl hier also mehrere Ausführungsformen dieser Erfindung besonders dargestellt und beschrieben worden sind, ist klar, daß Abänderungen an den Vorformlings- und Behälterkonstruktionen wie auch an den Materialien und dem Verfahren zum Formen des Vorformlings und des Behälters vorgenommen werden können, ohne daß dabei der durch die beigefügten Ansprüche definierte Rahmen verlassen wird.

Claims

1. Wiederbefüllbarer Kunststoffbehälter (120) für druckbeaufschlagte Anwendungen, der mindestens zehn Wiederbefüllzyklen, die eine Laugenwäsche bei einer Temperatur von mindestens 60ºC und ein nachfolgendes Befüllen mit einer druckbeaufschlagten Flüssigkeit bei 4.0 atm umfassen, ohne Rißdefekte überstehen kann, wobei der Behälter einen Körper mit einer im wesentlichen transparenten biaxial orientierten Seitenwand (124) und einem Fuß (125) umfaßt, wobei der Fuß einen Standring (127) um einen kuppelförmigen Bereich (128) mit Einstich herum umfaßt, dessen Kuppelmittelpunkt in der Nähe der Mittelachse (CL) des Behälters liegt, wobei der kuppelförmige Bereich (128) und der Standring (127) einen im wesentlichen amorphen Fußabschnitt bilden, der relativ zur Seitenwand (124) verdickt ist, um Ätzspannungsrissen zu widerstehen, und wobei der kuppelförmige Bereich eine nach außen konkave Außenfläche aufweist, die von der Mittelachse (CL) abwärts zum Standring (127) abfällt und sich an der Mittelachse (CL) ohne eine nach außen konvexe Krümmung fortsetzt, damit im Kuppelbereich (128) des Behälters ein Angußreißen verhindert wird.

2. Behälter nach Anspruch 1, wobei an der Mittelachse des Fußes ein äußerer Eingußkanal (118) vorgesehen ist und wobei sich die Abwärtsneigung vom Eingußkanal (118) zum Standring (127) erstreckt.

3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Behälter einen Fußfreiraum aufweist, der definiert ist durch das Verhältnis der Kuppelhöhe (h) zum Standringdurchmesser (d) und sich mindestens in der Größenordnung von 0,20 bewegt.

4. Behälter nach Anspruch 3, wobei das Verhältnis h/d in der Größenordnung von 0,20 bis 0,35 liegt.

5. Behälter nach Anspruch 4, wobei das Verhältnis h/d in der Größenordnung von 0,25 bis 0,30 liegt.

6. Behälter nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Wanddicke des Kuppelbereiches dahingehend angepaßt ist, daß der Kuppelbereich (128) einem Verbiegen während der beim Wiederbefüllzyklus wechselweise angewandten Laugenwäschen bei erhöhter Temperatur und druckbeaufschlagten Befüllungsabschnitten widersteht.

7. Behälter nach Anspruch 6, wobei der Fuß eine Wanddicke aufweist, die durch das Verhältnis der Dicke des Kuppelmittelpunkts (Ts) zur Dicke des Standringes (Tc) definiert wird und in der Größenordnung von 1,4 bis 1,9 liegt.

8. Behälter nach Anspruch 7, wobei sich die Dicke (Ts) der Kuppelmitte bis zu ungefähr 20% des Behälterdurchmessers erstreckt.

9. Behälter nach einem der Ansprüche 1-8, wobei der Kuppelbereich (128) eine Innenfläche aufweist, die abwärts von der Mittelachse (CL) zum Standring (127) abfällt und sich bis an die Mittelachse (CL) ohne eine Krümmung fortsetzt.

10. Behälter nach Anspruch 9, wobei an der Mittelachse des Fußes eine Innenvertiefung (119) vorgesehen ist und wobei sich die Abwärtsneigung von der Vertiefung (119) bis zum Standring (127) erstreckt.

11. Behälter nach einem der Ansprüche 1-10, wobei der kuppelförmige Bereich (128) im wesentlichen halbkugelförmig ist.

12. Behälter nach einem der Ansprüche 1-11, wobei der Kunststoff ein Polyester ist.

13. Behälter nach Anspruch 12, wobei der Polyester im wesentlichen Polyethylenterephthalat (PET) ist.

14. Behälter nach einem der Ansprüche 1-13, wobei der kuppelförmige Bereich (128) und der Standfuß (127) einen verdickten Fußabschnitt formen, der eine mittlere Kristallinität hat, die nicht größer ist als ungefähr 10%, und wobei die Seitenwand (124) eine durchschnittliche prozentuale Kristallinität von ungefähr 15-25% hat.

15. Behälter nach Anspruch 1, wobei der Behälter (120) die bestimmten Wiederbefüll-Zyklen mit einer maximalen Volumenänderung von ungefähr ± 1,5% übersteht.

16. Behälter nach Anspruch 1, wobei der Behälter (120) ein Behälter für kohlensäurehaltige Getränke ist und mindestens 20 Wiederbefüllzyklen mit einer Laugenwäsche bei einer Temperatur von 60ºC und einem Wiederbefüllen bei einem Druck von 4,0 atm ohne Rißdefekte übersteht.

17. Behälter nach Anspruch 16, wobei der Behälter (120) die bestimmten Wiederbefüllzyklen mit einer maximalen Volumenänderung von ungefähr ±1,5% übersteht.

18. Behälter nach einem der Ansprüche 1-17, wobei der Behälter (120) eine Schicht aus einem Material umfaßt, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus einem Sperrschichteigenschaften aufweisenden, hochgradig wärmestabilen, wiederverwertetem PET, gebrauchtem PET und Polyethylennaphthalat (PEN) besteht.

19. Verfahren zum Herstellen eines wiederbefüllbaren Kunststoffbehälters (120) für druckbeaufschlagte Anwendungen, der mindestens 10 Wiederbefüllzyklen, die eine Laugenwäsche bei einer Temperatur von mindestens 60ºC und ein nachfolgendes Befüllen mit einer druckbeaufschlagten Flüssigkeit bei 4,0 atm umfassen, ohne Rißdefekte überstehen kann, wobei der Behälter eine im wesentlichen transparente, biaxial orientierte Seitenwand (124) und einen Fuß (125) umfaßt, wobei der Fuß einen Standring (127) um einen kuppelförmigen Bereich (128) mit Einstich herum umfaßt, dessen Kuppelmittelpunkt in der Nähe der Mittelachse (CL) des Behälters liegt, wobei der Behälter aus einem Vorformling (42, 52, 62) streckblasgeformt wird, wobei:

der Formfuß (90, 90') eine kuppelförmige Oberfläche (92, 92') zum Formen des Behälterkuppelbereichs (128) ohne eine Krümmung an der Mittelachse (CL) aufweist und wobei der kuppelförmige Bereich (128) und der Standring (127) einen im wesentlichen amorphen Fußabschnitt bilden, der relativ zur Seitenwand (124) verdickt ist, um Ätzspannungsrissen zu widerstehen, und wobei der Vorformling axial mit einer Streckstange (80) gestreckt wird, so daß die Spitze der Streckstange (81) die Mitte (112) eines kuppelbildenden Abschnittes (117) des Vorformlings in Kontakt mit der Mitte des kuppelförmigen Hohlraumes hält und wobei der umgebende kuppelbildende Abschnitt (117) radial ohne Einschlüsse ausgedehnt wird, um die Bildung von Oberflächendefekten im kuppelförmigen Bereich (128) zu vermeiden.

20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Formboden (90, 90') weiterhin eine Ringfläche umfaßt, die die kuppelförmige Fläche (92, 92') zum Bilden des Standringes (127) des Behälterfußes (125) umgibt und wobei der Formboden ein. Verhältnis von Kuppelhöhe (h) zu Standfußdurchmesser (d) in der Größenordnung von mindestens 0,20 hat.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Verhältnis h/d in der Größenordnung von 0,20 bis 0,35 liegt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Verhältnis h/d in der Größenordnung von 0,25 bis 0,30 liegt.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19-22, wobei der streckblasgeformte Behälter (120) ein Dickenverhältnis der Mittelkuppel Ts zum Standring Tc in der Größenordnung von 1,4-1,9 hat.

24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei sich die Dicke Ts der Kuppelmitte bis zu ungefähr 20% des Behälterdurchmessers erstreckt.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 19-24, wobei der Vorformling weiterhin mit einem äußerem Eingußkanal (54, 64, 118) versehen ist und der Formboden mit einem dementsprechenden Eingußkanalaufnehmer (93', 108) und wobei der Eingußkanal während des Streckblasformens im Eingußkanalaufnehmer angeordnet ist.

26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Vorformling weiterhin mit einer Innenvertiefung (65, 119) versehen ist und die Streckstangenspitze mit einem entsprechend geformten Vertiefungsaufnehmer (81') und wobei die Vertiefung während des Streckblasformens im Vertiefungsaufnehmer angeordnet ist.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 19-26, wobei die kuppelförmige Oberfläche (92, 92') im wesentlichen halbkugelförmig ist.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 19-27, wobei der Vorformling aus Polyester besteht.

29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei der Polyester im wesentlichen Polyethylenterephthalat ist.

30. Verfahren nach Anspruch 19, wobei:

der Vorformling eine Wanddicke hat, die definiert wird durch das Verhältnis der Dicke eines die Kuppelmitte bildenden Abschnittes (ts) zur Dicke eines den Standring bildenden Abschnittes (tc) und in der Größenordnung von 0,50 bis 0,75 liegt.

31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Verhältnis ts/tc in der Größenordnung von 0,5 bis 0,70 liegt.

32. Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, wobei der Vorformling weiterhin mindestens eine Innenvertiefung (65, 119) oder einen äußeren Eingußkanal (54, 64, 118) umfaßt.

33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei der Vorformling sowohl die Innenvertiefung (65, 119) als auch den äußeren Eingußkanal (54, 64, 118) umfaßt.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 30-33, wobei der Vorformling aus Polyester besteht.

35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei der Polyester im wesentlichen Polyethylenterephthalat ist.