CS630390A3 - Polyester container for hot liquids - Google Patents

Description

1 <?

Vynález se obecně týká polyesterové nádoby, zejména ná-doby z polyetylentereftalátu (PET), která má dno provedenotak, aby ji bylo možné naplnit horkou kapalinou, aniž by došlo k deformaci.

Typické obaly z PET se tváří procesem, u kterého se pro-táhlý dutý předlisek, vyrobený lisováním vstřikem nebo jinýmprocesem, ohřeje a roztáhne do tvaru vnitřního povrchu formy,tedy vytvoří se polotuhý, tenkostěnný obal. Poněvadž tento obalje vystavován různým tlakům a silám jak při výrobě, tak při uži-tí, jak bude vysvětleno v následujícím, musí být konstruovántak, ahy na tyto fyzikální vlivy mohl reagovat a přitom si udr-žel předem zvolené a požadované provedení. Náhodné nebo asymetrieké zkroucení nebo deformace vytváří esteticky i obchodně nepři-jatelný výrobek, který je nutno vyřadit. V průběhu procesu výroby nádoby z PET lisofoukáním, dochá-zí k roztahování předlisku a jeho nafukování, přičemž se mate-riál roztahuje jak v axiálním, tak radiálním směru. Tento způsobtváření je jako takový běžně znám jako dvouosé prodlužování,které však v materiálu vytváří smršťující pnutí. Pokud se totopnutí neuvolní nebo fyzikálně nezadrží, způsobují smršťovánívýrobku a jeho deformaci ve směrech primárního prodloužení.

Vliv takovéhoto nerelaxovaného smršťujícího pnutí je zej-ména výrazný v určitých stadiích výrobního postupu. První se vyskytuje okamžitě po vylisování výrobku. V tomto stadiu zvý-šená teplota materiálu nádoby způsobí, že výrobek je podstatněméně tuhý, než finální výrobek. Lze proto také očekávat, žesmršťující pnutí bude mít v této fázi mnohem větší účinek,přičemž "paměť" PLT bude mít sklon k navrácení do původníhotvaru předlisku.

Další fází výroby, v průběhu které se výrazně uplatní smršťující pnutí, je takzvané plnění nádoby "za horka", kdy se donádoby plní nápoj nebo výrobek o zvýšené teplotě. Zvýšenáteplota nalévaného nápoje přivádí do struktury nádoby dalšímechanická pnutí. Bezprostředně po naplnění horké kapalinysníží její teplota tuhost nádoby z PET, která je tím vystavenamožnosti působení nerelaxovaných smršťujících pnutí. snést

Kromě výrobního procesu, musí obal vnitřní tlakové změnya přitom zachovat požadovaný tvar. Například v průběhu chladnu-tí kapaliny dochází ke zmenšování jejího objemu a v důsledkutoho se uvnitř obalu vytváří podtlak. Při užití musí obal odo-lávat deformacím, způsobovaným nenadálým zvýšením vnitřního tlaku, který se vytváří při manipulaci nebo při pádu. V plastikářském průmyslu je známé, že PLT ve spodní stěněnádoby není z hlediska molekulární orientace zcela konsistent-ní v celém průřezu spodku. Spodní stěna bude tvořena amorfníoblastí ve středu dna, kde PkT bude podstatně tlustší a nebu-de vytažený a dvojose orientovaný procesem lisofoukání, a 3 hotnogeně orientovanou oblastí, ve které bude PET roztažen advojose orientován a která sousedí s hranou, spojující dno sboční stěnou nádoby. Obě tyto oblasti odolávají smršťujícímpnutím^ středová amorfní oblast v důsledku větší tloušťky ahomogenně orientovaná oblast v důsledku své dvojosé orientace.Mezi amorfní a homogenní oblastí se však vyskytuje přechodová oblast, která však není ani dostatečně tlustá ani dostatečněorientovaná, a není tedy odolná vůči působení smršťujícíchpnutí. Dále je znám způsob přetvařování a orientování části tétopřechodové oblasti ve dně vytvářením paprskových polí z troj-úhelníkovitých pyramidových úseků, jejichž spodní povrch jedostatečně roztažený a orientovaný. U tohoto známého uspořá-dání však zůstává značná část přechodové oblasti neorientovanoua neodolnou vůči smršťujícím pnutím. Nádoba z PET podle vynálezu je opatřena zdokonalenou kon-strukcí dna, která zachovává strukturní tuhost a odolnost vůčináhodným deformacím a smršťování v důsledku dříve popsanýchmechanických a tepelných namáhání. Dociluje se toho spirálovitýmuspořádáním pole vyztužujících reliéfů, žeber nebo jinýchstrukturních přerušení,v přechodové oblasti mezi amorfním PETa homogenně orientovanou částí dna.

Další přínosy a výhody budou odbonníkovi v oboru patrné z následujícího popisu přednostního vytvoření tohoto vynálezu «i

! - 4 - s odvoláním na připojené výkresy.

Obr. 1 znázorňuje bokorys nádoby, která má konstrukci dna» provedenou podle vynálezu, přičemž spodní část je znázorněna v lomeném řezu, obr. 2 znázorňuje v řezu lisofoukací formu svnitřní dutinou, ve které jsou přerušovanými čarami vyznačenyfáze axiálního prodlužování předlisku, ze kterého se nádobavytváří, obr. 3 je pohled zdola na dno nádoby vytvořené podlevynálezu, obr. 4 znázorňuje zvětšený řez dnem nádoby, vedenýpřímkou 4-4 v obr. 3 a obr. 5 znázorňuje řez 5-5 vyznačenýv obr. 3·

Obr. 1 na připojeném výkresu znázorňuje příklad nádobyz ΡΕΪ, označené jako 10. Nádoba 10 je obecně tvořena hrdlem 14s uzávěrem, boční stěnou 12 a dnem lč. Soční stěna 12 můžebýt provedena v celé řadě tvarů za účelem docílení patřičnéhoestetického účinku, identifikace výrobku a konstrukčních cha-rakteristik. Hrdlo l4 je uspořádáno pro nasazení závitovéhouzávěru (není znázorněn) a je tvořeno tuhým kroužkem, kterýsnese mechanické zátěže, způsobované . takovýmito uzávěry. Dnol6 má obvodový nosný prstenec 18, který definuje opěrnou rovi-nu 20, a vydutou část 22 směřující nahoru do dutiny 11 tělesanádoby 10 a zakončenou kotoučem 24 umístěným ve středu. Vydutáčást 22 může mít tvar kulovitý, parabolický, kuželový, zkosenýnebo podobně tvarovaný. Provedení dna ló, které tvoří podsta-tu vynálezu bude popsáno podrobněji v následujícím. V průběhu výroby nádoby 10 se do vnitřku lisofoukacíformy 28 umístí předlisek 26, který má tvar podobný laborator-ní zkumavce. Lisofoukací forma 28 sestává z pravé poloviny 30,z levé poloviny 32 a ze spodku 34. Po vložení, do formy 28,se předlisek 26 ohřeje a pomocí plunžru 36 se roztáhne vaxiálním směru. Při axiálním protahování se předlisek 26 takérozpíná tlakovým rozdílem vyvozeným přes otvor 38 plunžru >6· Předlisek se roztahuje tak,aby tvarově odpovídal vnitřnímu po-vrchu formy 28. V průběhu tohoto rozpínání, dochází v obalu 10ke kombinovanému radiálnímu a axiálnímu prodlužování. Jak jižbylo uvedeno dříve, nedostatečné roztažení vyvolává ve finálnímvýrobku smršťující pnutí.

Tato smršťující pnutí se stávají závažnými ve směru kpřechodové oblasti 40, nalézající se mezi středovým kotoučem24 a homogenně orientovanou částí 42 v blízkosti obvodovéhoprstence 18. Materiál přechodové oblasti 4θ začne být prota-hován více než středový kotouč 24. Přesto je však PET tetopřechodové oblasti 40 nedostatečně roztažen a orientován, aje tedy obzvláště náchylný k náhodným vydutím způsobovanýmrůznými tepelnými a mechanickými namáháními.

Levá polovina 32 i pravá polovina 30 formy je opatřenaochlazovacími průchody 44 pro řízení teploty vlastní formy 28.Možností volby různých teplot uvnitř formy 28 lze dosahovatrůzných materiálových charakteristik v určených oblastech -0- nádoby 10. Používání tohoto typu formy je známé a zde se uvádípouze jako odvolávka. ňešení, popisovaná ve stavu techniky setýkají nádob, které jsou přetvařovány a poté vytvarovány dotvaru s větším objemem, který umožňuje návrat nádoby do pů-vodního tvaru působením "paměti” PLT při smršťování chladnoucínaplněné horké kapaliny. Nádoba 10 podle vynálezu může být ta-ké vyrobena touto technologií.

Dno ló nádoby podle vynálezu se nejlépe popíše podle obr. 3, 4 a 5· Střed vyduté části 22 je definován tlustým středo-vým kotoučem 24, jak již bylo uvedeno dříve, ňada spirálovýchžeber 46, které mají počátek ve středovém kotouči 24 procházívydutou částí 22 svinutou nebo spirálovou dráhou. Při průmětudo roviny by bylo možné žebra 46 popsat různými matematickýmikřivkami včetně, ale nikoliv výlučně, evolventv, Archimedovvspirály, parabolické spirály nebo logaritmické spirály. Archi-rpedovu spirálu lze definovat jako rovinnou křivku, vytvořenoupohybem bodu směrem k nebo od pevného bodu konstantní rychlostí,přičemž poloměrový vektor přibližujícího nebo vzdalujícího sebodu se otáčí konstantní rychlostí. V příkladu provedení je znázorněno osm žeber, a to proto,že tento počet žeber 46 vyžaduje takové mezery mezi sousednímižebry 46, které se blíží šířce žebra, takže vydutá část 22dna 26 je zcela vyplněna polem žeber 46. Lze použít většího nebo menšího počtu žeber, pokua i er o vyviní vvdutou část itaztíc- zcero 4u probilia obloukoví to kolem středového kotouče24 s rostoucí vzdáleností od něho a obecně klesá podél vydu-to části 22 dokud nezanikne ve výztužné obrubě 48. Tato prsten—covita výztužná obruba 48 definuje plochu spojující obvodovýnosný kroužek 18 s vydutou částí 22.

Jak je znázorněno na obr. 4, má každé žebro 46 průřez,který se obecně podobá podkově 50. toto podkova 56 je umístě-na tak, aby spojovací oblouková část 52 směřovala do dutiny11 tělesa nádoby 10. Každé žebro 46 tedy také směřuje do duti-ny 11 . Každé žebro 46 vylučuje přítomnost ostych rohu a tím V , , , f zabraňuje vzniku dalších koncentraci napětí.

Mezi sousedními žebry 46 se nalézá spirálový přechod 54♦Každý přechod p4 , podobně jako každé žebro 46, začíná vestředovém kotouči 24 a prochází směrem ven a dolů podéltrojrozměrné křivky dokud neskončí v prstencovité výztužnéobrubě 48 v blízkosti obvodového nosného kroužku 18. Při průmětu do roviny by zakřivení těchto přechodů 54 bylo opět možno matematicky interpretovat různými křivkami včetněevolventy, Archimedovv spirály, parabolické spirály nebo lo-garitmické spirály. Spirálovité uspořádání dna 16 poskytujecelou řadu výhod a přínosů. Průřez tvaru podkovy 50 spirálovýchžeber 46 zgjištuje strukturální tuhost a vyztužení celého dnaló jak před rozměrovými změnami způsobenými nerelaxovanými pnu-tími, jestliže má PET vvšsí teplotu, tak rozměrovými změnami, ;ň· -.V;;.. způsobovanými zvýšenými vnitřními tlaky. Potřebné vyztužení je provedeno v přechodové oblasti 40 vyduté' části 22, spirálovážebra 46 vsak pokračují rovněž do homogenně orientované oblasti42, a zajišťují tak další vyztužení. Spirálovitý charakter dnaló nádoby 10 podle vynálezu umožňuje výrazné zmenšení přechodo-vé oblasti 40 při dalším zvětšení celkové plochy hontgonně orien-tovaného PET v oblasti 42. U nádob vyráběných dosavadní technologií lisofoukáním seoblast předlisku, která se stane dnem nádoby, roztahuje jednak radiálně a jednak axiálně dolů od středového kotouče podél vypuk-lé části vytvořené ve spodku formy. Při vyfukování do tohototvaru schopnost dvouosého orientování PET je omezena. U řešení podle vynálezu je ohřátý předlisek 26 vyfukovándo tvaru spirál ve spodku 34 formy, přičemž je PET nucen vytaho-vat se podél křivek jak žeber tak přechodů mezi nimi. Zakřiveníspirál umožňují, aby se větší množství PET podílelo na vytvá-ření vyduté části 22 dna ló, dostatečně se roztáhlo a homogen-ně se orientovalo. Neuvolněná smršťující pnutí ve dně 16 ná-doby 10 jsou tedy, při vystavení nádoby 10 působení zvýšenéteploty během její výroby nebo během plnění horkou kapalinou,regulována jak spirálovými žebry 46 tak ^DXirálovými přechody JA· hešení podle vynálezu se liší od dnešní technologie lisofou- kání tím, že není zapotřebí řady nedeformovaných a nedostatečně vytažených radiálních úseků jako prvků, přenášejících namáhánídna 16. Spirálová žebra 46 a spirálové přechody 5^ způsobujívětší roztažení materiálu, Kromě toho spirálová žebra 46 zajišťují potřebnou schopnost přenášení zátěže. Podkovovitýtvar 50 žeber 46 zajišťuje vyztužení dna 16 zejména kolem středo-vého kotouče 24, čímž ja zajištěno, že nádoba 10 snese zvýšenévnitřní namáhání způsobené manipulací nebo náhlým pádem. Vý-sledkem je snížení celkového množství nedostatečně orientovanéhomateriálu PET, aniž by došlo k ovlivnění strukturní tuhosti dna 1ó. Třebaže výše uvedený popis představuje přednostní vytvoře-ní vynálezu, je zřejmé, že vynález lze modifikovat a vytvářetjeho varianty, aniž by došlo k odchýlení od celkového rozsahu a přesného smyslu předmětu vynálezu.

Claims (4)

10 C5 A. PATENTOVÉ NÁROKY Ό. 05 Ά

1. Polyesterová nádoba na horké kapaliny, vytvořenápřednostně z polyethylentereftalátu lisofoukáním a uzpůsobenápro plnění kapalinami o teplotách převyšujících pokojovou teplotu, sestávající z horní části opatřené utěsnitelným uzávěrem,boční stěny a dna tvořícího s boční stěnou jeden celek, vyzna-čující se tím, že dno (l6) nádoby (ΐθ) je tvořeno obvodovým nosnýtn prstencem (l8), spojeným se spodním koncem boční stěny (12)a soustředným s boční stěnou (l2), a vydutou částí (22), spo-jenou v jeden celek s nosným prstencem (18) a sestávající sestředového kotouče (24) soustředného s boční stěnou (12) a zmezikružné stěny, tvořené přechodovou oblastí (4θ) a homogenněorientovanou vnější částí (42), umístěné mezi středovým kotou-čem (24) a nosným prstencem (18) a za účelem odolnosti vůčideformaci vlivem přítomnosti nerelaxovaných smršťujících napětíkterá jsou důsledkem procesu lisofoukání a tepelného účinku připlnění nádoby (lo) kapalinou o zvýšené teplotě, opatřené příčněodsazenými spirálovými žebry (46), tvořenými svislými výztuž-nými stěnami a spojovací obloukovou částí (52) a rozmístěnýmipaprskovitě kolem středového kotouče (24), přičemž vzdálenostsvislých výztužných stěn jednotlivých žeber (46) od obvodu středového kotouče se směrem od středového kotouče (24) k nosnémuprstenci (l8) plynule zvětšuje.

2. Nádoba podle bodu 1, vyznačující se tím, že mezikružnéstěna vyduté části (22) dna (ló) má na svém vnějším okraji 11 výztužnou obrubu (48), jíž je spojena s obvodovým nosným prstencem (18).

3. Nádoba podle bodu 1, vyznačující se tím, že žebra (46)jsou na mezikružné stěně vyduté části (22) dna (l6) uspořádá-na v rovnoměrných obvodových vzdálenostech.

4. Nádoba podle bodu 1, vyznačující se tím, že žebra (46)jsou odolná vůči napětím přítomným ve vyduté části (22) dna(l6) zmenšením plochy,ve které se tato napětí mohou vytvářet. 17. I2.199O Zástupce;

663 01 BRNO í i i I •1 í t, i