CN102481718B - 用于制备具有整体模塑柄部的拉伸吹塑容器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制备具有一体式柄部的容器的方法，所述方法包括以下步骤：a)在模腔(2)中提供预成型件(1)；b)拉伸吹塑预成型件(1)以形成半成品容器(3)；c)施加一个或多个向内移动的模塞(5)以形成一个或多个凹形抓握区域，同时保持在半成品容器(3)内的压力高于1巴，并且同时保持在半成品容器的抓握区域中的材料的温度为低于玻璃化转变温度Tg的温度；d)释放在容器内的过度压力，优选地在从容器内抽出模塞(5)之前释放；以及e)从模腔(2，4)中顶出成品容器(6)。

Description

用于制备具有整体模塑柄部的拉伸吹塑容器的方法
发明领域
本发明涉及用于制备拉伸吹塑容器的方法，所述容器具有整体模塑柄部，优选地有具备良好人体工程学的柄部。
发明背景
通过拉伸吹塑法来形成一体式柄部是人们高度期望的，并且该领域包含了许多解决这些固有问题的尝试，但这些尝试尚未被证明是成功的。整体模塑柄部一般比单独(例如夹合)的柄部要廉价。以前公开的用于提供一体式柄部的方法通常要在瓶体中形成一对相对的凹陷或腔体，所述凹陷或腔体构成柄部的结构基础。然后可将这些凹陷焊接在一起，并且可移除由焊接所包围的中心部分以便形成完全空档，手指和/或拇指可通过所述空档而插入(“贯通”柄部)，或作为另外一种选择，可使所述凹陷简单地形成抓握部。如果所形成的抓握部足够宽且深使得手可在抓握部上握合而指尖不触碰凹槽的底部，则人体工程学研究已表明所得抓握部的功能与贯通柄部的功能一样好。
实现该目的的一种方法公开于EP0346518B1中，其为包括以下的的方法：作为第一步骤，在模腔中吹塑预成型件；然后作为第二步骤，在预成型件膨胀至基本上填充吹模的内腔之后且在预成型件冷却至低于树脂的玻璃化转变点的温度之前，在吹模内的一对相对的活动突出构件之间按压并保持所拉伸的预成型件的某个区域。
此类方法的第一个问题是，拉伸吹塑步骤和柄部拉伸步骤必须紧接着进行，否则温度就会降至玻璃化转变温度以下。保持温度会消耗大量能量，因而费用昂贵。
本发明的目的是提供创造深凹形抓握部的方法，所述抓握部提供人体工程学的柄部。
本领域需要以下方法，所述方法耗用较少的密集型能源，并且其中拉伸吹塑步骤和柄部拉伸步骤可为去耦的。希望具有更广的操作温度范围而不必保持特定的高温。因此，第二步骤可在远离第一步骤的位置执行。还需要所述材料在柄部拉伸期间耐受高应力以防止材料损坏。
发明概述
本发明涉及用于制备具有一体式柄部的容器的方法，所述方法包括以下步骤：
a)在模腔(2)中提供预成型件(1)；
b)拉伸吹塑预成型件(1)以形成半成品容器(3)；
c)施加一个或多个向内移动的模塞(5)以形成一个或多个凹形抓握区域，同时保持在半成品容器(3)内的压力高于1巴，并且同时保持在半成品容器的抓握区域中的材料的温度为低于玻璃化转变温度Tg的温度；
d)释放在容器内的过度压力，优选地在从容器内抽出模塞(5)之前释放；以及
e)从模腔(2，4)中顶出成品容器(6)。
附图简述
图1A至D图解示出了根据本发明的方法的步骤。
图2示出了根据DIN33402测量的抓握部直径。
图3示出了根据本发明制备的具有一体式柄部的瓶子的透视图。
发明详述
所谓“拉伸吹塑”在本文中是指一种方法，其中将预成型件加热至高于它们的玻璃化转变温度，然后使用高压空气在模具中吹制它们以形成中空体诸如容器或瓶子。作为所述方法的一部分，通常用芯棒来拉伸预成型件。
所谓“预成型件”在本文中是指在膨胀而形成成品物件之前所制备的模塑型件。预成型件必须要略小于成品。预成型件一般在超过熔融温度的高温下通过例如注射模塑法来制备。
所谓“深拉伸”在本文中是指材料被塑性变形，其中材料流出片材的平面和厚度外。
术语“深抓握部”在本文中用来表示一种实心柄部，即一种如下的抓握部件，其允许使用者的拇指和手指包裹在柄部周围，但不允许手指从后面完全穿过柄部。“贯通”型柄部可通过如下方式来获得：切除在柄部和容器主体之间形成的材料纤维网的一部分或全部。虽然深抓握部是优选的，但深抓握部柄部和贯通柄部(从其中切除了纤维网)均在本发明的范围内。
所谓“双轴取向”在本文中是指在导致分子重新取向的条件下在两个方向上拉伸塑料或其他制品的方法。
预成型件由塑性树脂材料制成。可用于本发明的塑性树脂材料可为聚烯烃、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚乳酸(PLA)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。在一个实施方案中，塑性树脂材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。尤其优选的为具有低特性粘度(IV)的聚对苯二甲酸乙二醇酯。在一个实施方案中，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯具有小于0.8dL/g的IV。
玻璃化转变温度和熔融温度可方便地参考ASTM D3418来测量。
深拉伸为金属片成形行业中的一种成形方法。通过冲杆的机械作用将金属片坯料径向地拉伸到成型模中。材料可成形性的一个指标是极限拉伸比，其被定义为可被安全地拉伸成杯件而无凸缘的最大坯料直径与冲杆直径的比率。液体机械深拉伸是一种非常规的深拉伸方法，其中模头被液压反压力替代。
深拉伸方法也可用于各种由热塑性塑料制成的产品并且在行业中很受青睐，因为所述方法能够产生高的制造速率并且能够生成定向机械特性。在深拉伸期间，材料被塑性变形，其中材料流出片材的平面和厚度外。在本领域中，将所述片材加热至高于材料的Tg的温度以便减小流动应力并最小化在深拉伸期间所产生的内部应力。双轴取向为在导致分子重新取向的条件下在两个方向上拉伸塑料或其他制品的方法。本领域认为，在深拉伸过程中使用较低温度意味着所述塑料的脆性过大并将导致材料损坏。然而，已令人惊讶地发现，材料在较低温度下的双轴取向改善了可拉伸性，因为在深拉伸期间材料在其损坏之前可耐受更高的应力。
当热塑性材料被变形时，分子将趋于在应力方向上自身对齐，这称作分子取向。在再加热拉伸吹塑过程中(其中预成型件被变形为容器)，材料在两个方向上被变形：被拉伸杆轴向拉伸，并且被吹塑压力径向拉伸。结果是材料的双轴取向。分子取向导致机械特性的各向异性；不断增加的取向会增加机械特性比如堆积体积模量。
当半成品容器的材料被双轴取向时，执行柄部拉伸步骤。这有利地允许材料在柄部拉伸过程中耐受更高的应力。
现在将参照附图更详述地说明本发明。
参照图1可很好地理解本发明的方法。图1以图解的形式示出了以下步骤：
a)在模腔(2)中提供预成型件(1)，图1A；
b)拉伸吹塑预成型件(1)以形成半成品容器(3)，图1B；任选地将半成品容器转移到单独的深拉伸腔体(4)中，并且任选地再加热半成品容器，图1C；
c)施加一个或多个向内移动的模塞(5)以形成一个或多个凹形抓握区域，同时保持在半成品容器(3)内的压力高于1巴，并且同时保持在半成品容器的抓握区域中的材料的温度为低于玻璃化转变温度Tg的温度，图1C；
d)释放在容器内的过度压力，优选地在从容器内抽出模塞(5)之前释放；以及
e)从模腔(2，4)中顶出成品容器(6)，图1D。
图1A所示的步骤可通过注射拉伸吹塑或再加热拉伸吹塑来进行，其中在后者中注射和拉伸吹塑在两个单独机器上进行。优选地，预成型件为聚对苯二甲酸乙二醇酯预成型件。
图1B所示的步骤示出了分别从吹腔中选择提供深拉伸腔体。如果在吹制步骤和/或转移至深拉伸腔体期间抓握区域冷却得太多，则在该转移期间可再加热所述容器。
在一种变型中，如果图1A和图1C中的步骤在相同的腔体中发生，则可消除图1B中所示的步骤。这具有如下优点，介于吹塑和深拉伸之间的时间被最小化，并且容器上的容限(具体地讲，围绕深抓握部的容限)会更紧密，因为不存在容器与模塞的相对运动。整合在一个腔体中会使得吹模的构造复杂化，因为吹模需要具有一个或多个活动模塞，吹模机需要适于控制深拉伸步骤，并且总循环时间会随着模塞加入到吹制循环中的运动而增加。
在图1C所示的步骤中，半成品容器的抓握区域中的材料被保持在低于玻璃化转变温度Tg的温度。PET的玻璃化转变温度为81℃。在另一个实施方案中，半成品容器的抓握区域中的材料被保持在玻璃化转变温度Tg和6℃之间的温度。在另一个实施方案中，半成品容器的抓握区域中的材料被保持在玻璃化转变温度Tg和15℃之间的温度。在另一个实施方案中，半成品容器的抓握区域中的材料被保持在玻璃化转变温度Tg和21℃之间的温度。抓握区域中的材料的形状可为基本上平坦的或平面的，换句话讲其符合半成品容器的侧部轮廓。在另一个实施方案中，抓握区域中的材料的形状为凸形的。换句话讲，一个或多个抓握区域与半成品容器的侧部轮廓相比为凸形的。在另一个实施方案中，抓握区域中的材料的形状为凹形的。换句话讲，一个或多个抓握区域与半成品容器的侧部轮廓相比为凹形的。
半成品容器中的抓握部的表面积可等于最终容器中的深抓握部的表面积。在另一个实施方案中，半成品容器中的抓握部的表面积小于最终容器中的深抓握部的表面积。这在深拉伸期间导致附加表面拉伸并且产生附加分子取向。这也可改善最终抓握部分的美观性。
此外，在图1C所示的步骤中，对瓶子进行增压以使瓶子在腔体中能够处于正位置，并且将模塞助压的活塞挤入到抓握区域中以深拉伸所期望的深抓握部凹槽。当凸形模塞完全接合时，将约1巴至约20巴的过压施加在容器内以便有效地用作常规气胀/模塞助压的深拉伸方法的凹模部分。瓶内压力执行不同的功能。首先，其将瓶子按压到冷却深拉伸腔体中，所述腔体在吹制之后用作辅助冷却循环。已表明其在防止最终容器中的侧片和基座变形方面非常重要，具体地讲如果利用的是热吹塑时情况就是如此。有时候需要高于5巴的压力以避免瓶子变形。已表明更高的压力有益于避免抓握部分附近的局部变形，所述局部变形是由抓握部邻近部分中的径向张力和切向压缩应力引起的。最后，瓶内压力也用作凹液压模，所述凹液压模使热塑性塑料适形于活塞的金属表皮。这也确保了容器的非深抓握部分在凸形模塞深拉伸深抓握部分时不变形。在凸形模塞被完全接合之后，塑料即适形于模塞，并且获得最终深抓握部几何形状。
在图1D所示的步骤中，优选地首先释放压力，然后回缩模塞助压的活塞，并且顶出瓶子。
图1B至1D所示深抓握部成形方法的优选特征如下：
1.深抓握部在材料双轴取向之后形成；
2.形成深抓握部的模塞为最终深抓握部的相同凸形；和/或
3.容器在阻止机械变形的温度(低于Tg)下顶出，并且材料结晶成最终期望的形状。
在第2)条中，已发现不具备最终深抓握部的凸形的模塞在深抓握部中导致非期望的褶皱和折叠，所述褶皱和折叠对美观和性能具有负面影响。
下表按温度、期望的分子取向状态和期望的深抓握部几何形状捕获了尤其优选的方法设定值。
在深拉伸模塞中包括通气孔可为有利的，所述通气孔被设计成类似于常规用于吹模的通气孔。当材料被深拉伸以形成凹形抓握区域时，材料的表面将紧密地适形于深拉伸模塞的外部轮廓，并且在气胀和模塞之间的空气可通过通气孔逸出。此外，当深拉伸模塞在容器即将顶出之前被抽出时，通气孔还防止在凹形抓握区域和模塞之间形成真空，所述真空可导致深抓握部畸变。
深抓握部应当以符合人体工程学的方式来成型以帮助消费者抓牢容器并从容器中倒出产品。人体测量研究表明，对于年龄为20-59的女性来讲，当环绕某个圆锥时，由拇指和食指形成的圆的最小抓握部直径(根据DIN33402)为34mm，这对应于107mm的内周长。因此，深抓握部应当提供至少该量的可抓握的展开长度以确保人体工程学功能等同于贯通柄部的人体工程学功能。
图2示出了抓握部直径d，该直径d被定义为当环绕某个圆锥时由拇指和手指形成的圆的最小直径(根据DIN 33402)。
图3为成品容器图，所述成品容器图具有关键的深抓握部功能尺寸：深抓握部掌托x，7；深抓握部指托y，8；深抓握部凹槽深度z，9。
深抓握部应当优选地尽可能的深，原则限制是瓶子的占有面积，但优选地不小于生成107mm的展开长度所要求的值。因而在如图3所示的对称深抓握部设计的情形中，x+2y+2z应当优选地不小于107mm。每个深抓握部凹槽的深度(z)应当优选地大于20mm(即z＞20mm)。在一个优选的实施方案中，深抓握部由两个相对的凹形抓握区域形成，所述区域的相应的基座相互接触。
深抓握部的掌托(x)应当优选地足够大以便瓶子可被直观地顶靠手掌放置，并且将手展开得足够宽以致手指不触碰到深抓握部凹槽的底部。人体工程学研究已发现，大于30mm的掌托宽度(即x＞30mm)为与贯通柄部的情况等同地提供舒适的抓握所需的最小值。
相对的深抓握部半部不需要在深度和形状方面为对称的，因为所述不对称性可改善容器的人体工程学性能。
当凹形抓握区域的相应的基座相互接触时，也可有利地提供用于使相对的凹形抓握区域彼此互锁的装置以便在抓握时基本上消除任何相对运动。一种此类装置的一个实例为“桩-销”，其中两个凹形抓握区域交会在一起。在深绘图步骤期间，桩-销是对齐且互锁的。这避免了焊接相对的凹形抓握区域的必要性。此类焊接是不可取的，因为它们具有容易损坏，尤其是在跌落载荷下容易损坏的弱点。
实施例
在65℃的模具温度下拉伸吹塑了标准PET树脂(Equipolymer C88，IV＝0.76dl/g)预成型件。通过在相同机器内直接转移瓶子将容器从吹腔转移到深拉伸腔体中。半成品容器中的抓握区域为“平坦的”并且被保持在介于40℃和60℃之间的温度。将半成品容器在深拉伸腔体中增压至20巴，并且使用步进电动机控制的活塞来深拉伸柄部。活塞匹配于最终抓握部形状。将活塞和深拉伸腔体冷却至6℃。使容器通气，然后当抓握部分达到室温(21℃)时使容器顶出。
半成品容器中的抓握部分的厚度高于0.7mm，并且容易获得20mm的抓握部深度。获得了1000个瓶子/小时/模具的制造速度。
半成品容器上的抓握部分中的局部拉伸比在轴向上介于3和3.5之间，并且在环向上为3。将抓握部分深拉伸，从而主要将环向拉伸从半成品的3x增加至5x。
应当了解，本文所公开的量纲和值不旨在严格限于所引用的精确值。相反，除非另外指明，每个这样的量纲旨在表示所引用数值和围绕那个数值的功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。

Claims (11)

1.一种制备具有一体式柄部的容器的方法，所述方法包括以下步骤：
a)    在模腔（2）中提供预成型件（1）；
b)   拉伸吹塑所述预成型件（1）以形成半成品容器（3），并将该半成品容器（3）转移到单独的深拉伸腔体（4）中；
c)    施加一个或多个向内移动的模塞（5）以形成一个或多个凹形抓握区域，同时保持在半成品容器（3）内的压力高于1巴，并且同时保持在半成品容器的抓握区域中的材料的温度为低于玻璃化转变温度Tg的温度；
d)   释放在容器内的过度压力；以及
e)    从深拉伸腔体（4）中顶出成品容器（6）。
2.如权利要求1所述的方法，其中在步骤c）中，在所述半成品容器的抓握区域中的材料的温度被保持在介于玻璃化转变温度Tg和6℃之间的温度。
3.如任一项前述权利要求所述的方法，其中所述预成型件为聚对苯二甲酸乙二醇酯预成型件。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述聚对苯二甲酸乙二醇酯的玻璃化转变温度Tg为81℃。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中在整个步骤c）中，在所述半成品容器的抓握区域中的材料为双轴取向的。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中步骤b）在模腔（2）中执行，并且其中步骤c）在所述单独的深拉伸腔体（4）中执行。
7.如权利要求1或2所述的方法，其中所述模塞（5）的外部轮廓对应于所述凹形抓握区域的内部轮廓。
8.如权利要求1或2所述的方法，其中提供了用于使相对的凹形抓握区域彼此互锁的装置以便在抓握时基本上消除任何相对运动。
9.如权利要求1或2所述的方法，其中所述成品容器的抓握区域包括深抓握部掌托x，（7）；深抓握部指托y，（8）；深抓握部凹槽深度z，（9）。
10.如权利要求9所述的方法，其中x + 2y + 2z之和大于107mm，或所述深抓握部凹槽（9）的深度大于20mm（z > 20mm）。
11.如权利要求1所述的方法，其中在容器内的过度压力在从容器内抽出模塞（5）之前释放。
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