CN103052479B - 用于大体积容器的塑料预制件以及用于其制造的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可吹塑成型的大容积容器的塑料预制件（型坯）（1）、尤其是容积为至少5升、优选至少10升的容器的塑料预制件，该塑料预制件具有封闭区域和可吹塑成型的空心体区域。为了减少周期时间，根据本发明建议：型坯、至少其可吹塑成型的空心体区域由多个层（1a、1b、1c）组成，每个层的厚度为至少2mm、优选至少3mm，并且各个层（1a、1b、1c）具有基本上相同的层厚。通过这种方式，可以以多组分注塑技术借助转盘或转位板技术同时在多个注塑站中制造不同层，使得在每个注射后形成一个完成的厚壁的型坯（1）。本发明还涉及一种用于制造塑料预制件（1）的方法以及一种注塑机。

Description

用于大体积容器的塑料预制件以及用于其制造的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于可吹塑成型的大容积容器的塑料预制件(型坯)、尤其是容积为至少3升或者说至少1加仑、优选至少15升或者说至少5加仑的容器的塑料预制件，该塑料预制件具有封闭区域和可吹塑成型的空心体区域。尤其是本发明涉及一种用于5加仑水瓶的厚壁塑料预制件(型坯)或类似的厚壁塑料预制件。本发明也可设置用于在吹塑成型状态中体积更大的容器。此外，本发明还涉及用于制造根据本发明的塑料预制件的方法以及注塑机。
背景技术
已知在制造塑料容器时，首先在第一步骤中借助注塑过程制造塑料预制件(又称为型坯)，并且在下一步骤中在吹塑成型机中将塑料预制件吹塑成型为成品的塑料容器。注塑和吹塑成型的方法步骤可集成于一个机器中。在此情况下人们称其为单级的注射拉伸吹塑成型。但尤其是为了以高产量效率进行生产优选使用二级过程，其中，在注塑机中制造塑料预制件(型坯)，并且在随后的时刻将这些塑料预制件在单独的吹塑成型机上吹塑成型为成品的塑料容器。在此情况下人们称其为两级的注射拉伸吹塑成型。
由US6352426B1已知，借助具有转盘技术的多组分注塑机制造多层PET型坯，在第一步骤中制造本来的PET型坯，接着以一个或多个阻隔层覆盖该PET型坯。最终型坯的壁厚主要由在第一步骤中制造的PET型坯的壁厚决定。阻隔层的层厚仅为最初制造的PET型坯层厚的一小部分。
EP0688651A1公开了型坯的制造，该型坯包括第一材料的第一层和第二材料的第二层。在此同样采用具有转盘技术的多组分注塑机。该文献中并未提及有关所用材料和层厚的进一步的细节。
WO03/055663A1公开了型坯的制造，其中，两个模具半体可横向于型坯纵轴线打开和闭合，使得在两个模具半体闭合的状态中形成用于型坯的型腔。
此外已知对于拉伸吹塑成型大容积塑料容器专门所需的尺寸非常大的型坯。例如已知用于制造5加仑水容器的厚壁PET型坯。这种PET型坯具有约400g-750g的质量、约8至10mm壁厚和约400mm长度。
与此相反，用于常见的商业上可购买到的容积为1-2升的饮料瓶的型坯具有明显较小的尺寸。
发明内容
从上述现有技术出发，本发明所基于的目的是提供一种塑料预制件、即型坯，其专门适于制造大容积的塑料容器，并且可以以相对较短的周期时间来制造。此外本发明的目的还在于提供一种用于制造这种塑料预制件的方法和装置。
通过使塑料预制件、至少塑料预制件的可吹塑成型的空心体区域由多个层组成，各个层(1a、1b、1c…)的层厚(d1、d2、d3…)仅在考虑各个层(1a、1b、1c…)的冷却率的情况下相互稍有不同，以便对于每个层得到用于其制造或成型基本上相同的周期时间，可借助多组分注塑技术以相对较短的周期时间制造厚壁塑料预制件。以下面的例子来说明这点。假设厚壁型坯在空心体区域中的壁厚为9mm。在具有的型腔的模具中制造该厚壁型坯的周期时间为约120秒。如相同的型坯由三个层厚基本上相同的层构成，则周期时间可减少到约20秒，因为每个层仅约3mm厚。各个层厚仅仅稍有不同，这由各个层的冷却率所决定。
因此，本发明优选的对象是层厚至少约为8-10mm的厚壁型坯，各个层的厚度至少为2mm、优选至少为3mm。特别优选本发明涉及一种质量至少为300g、尤其是至少为400g的塑料预制件。在此可以是用于5加仑水容器的塑料预制件。但原则上也可考虑用于其它大容积容器的厚壁型坯。其它大容积容器例如可设置和用于填装酒或化妆品。原则上这种大容积容器也可用于所有类型的液体和必要时膏状材料。本发明的重要思想因此在于，将厚壁型坯假想地分为多个层并且在多组分注塑工艺中为每个层设置一个注塑步骤。各个层(1a、1b、1c…)的层厚(d1、d2、d3…)仅在考虑相应层(1a、1b、1c…)的冷却率的情况下稍有不同，以便对于每个层得到用于其制造或成型基本上相同的周期时间。因此可同时在不同型腔中制造不同层并注射或成型到相应在上一步骤中成型的层上，并且每个层所需时间基本上相同。
根据完成的塑料容器的要求，在最简单的情况下，各层可由相同的塑料材料M制成。如需要，则也可为各个层设置不同的材料。例如最内侧层可由新材料Mn制成并且其它层可由再生材料Mr制成。通过这种方式只需相对少的新材料Mn量，其与塑料容器的内装物接触，并且对于其它层可使用廉价的再生材料Mr。
厚壁塑料预制件越厚、即壁厚约大，则越有利的是使该塑料预制件由三个或更多层组成。各个层厚可在考虑所用塑料材料的冷却率和导热率的情况下稍有差别，以便对于每个层的制造和成型形成相同的周期时间。尤其是上述差别不超过20％、优选不超过10％，优选下述关系应适用于由内向外接连的各个层的层厚d1、d2、d3、d4等：d1>d2≥d3≥d4…。此处的构思在于，第一内侧层从内侧和外侧被主动冷却，也就是说该最先被注射的塑料材料在内侧和外侧与受冷却的模具直接接触。与之不同的是，在接下来的层中仅外侧冷却直接所用于新鲜的塑料材料中，而内侧冷却则须穿过在先制造的层起作用。为了优化周期时间，可在这样的范围内考虑该效果，即层厚从内到外并不在数字上完全相同，而是可如上所述稍有不同。
一种适合的用于制造根据本发明的塑料预制件(型坯)的注塑机至少包括一个塑化和注塑单元和一个装有转盘或转位板的合模单元。在此给模具的部分配设转盘或转位板，所述部分可与模具的其它部分组合到一起并形成不同形状和大小的型腔。借助转盘(4)或转位板能够使多个站运转，在不同站中可相应于塑料预制件各个待制造的层形成不同形状和大小的型腔。所述不同形状和大小的型腔构造用于成型塑料预制件的层厚基本上相同的不同层。此外，设置一个塑化和注塑单元用于同时填充至少两个、优选至少三个形状和大小不同的型腔。在此使用一个熔体分配系统，其设置在塑化和注塑单元和上述型腔之间。通过这种方式可借助一个和同一塑化和注塑单元同时制造型坯的多个层。这明显减少了周期时间，因为现在可在每个注塑步骤之后将一个完成的厚壁型坯抛出或取下。
必要时可附加设置另一塑化和注塑单元用于制造塑料预制件的一个或多个层。尤其是该附加的塑化和注塑单元可设置用于制造最内侧层。在此情况下，熔体分配系统将设置在第一塑化和注塑单元和用于其它层的型腔之间。通过这种方式对于最内侧层可使用新材料Mn并且对于其它层可使用再生材料Mr。在需要时也可为附加的塑化和注塑单元设置一个熔体分配系统，以便能够同时制造型坯的多个不同的层。
附图说明
下面参考附图1至4借助实施例详细说明本发明。
具体实施方式
图1示意性示出厚壁的型坯1的空心体区域的横截面，该型坯例如可以具有d＝9mm的壁厚。这是用于制造5加仑水容器的型坯的常见壁厚。根据本发明，假设将型坯1分为壁厚基本上相等d1＝d2＝d3的多个层1a、1b、1c，如图图2所示。当壁厚为d＝9mm时，则每个层为3mm厚。这种多层性可适用于整个型坯或仅适用于空心体区域。为了对于每个层得到用于其制造或成型基本上相同的周期时间，在层厚上存在略微的差异，通常层厚从内向外减小d1>d2>d3…。
图3和4示例性示出采用转盘技术的注塑机，其本身由多组分注塑已知，其中图3示出具有转盘4的活动的模具夹紧板3的俯视图并且图4示出侧视图。合模单元具有固定的模具夹紧板2、活动的模具夹紧板3以及在活动的模具夹紧板3上的转盘4。用于制造根据本发明的型坯1的模具包括设有四个型芯6a、6b、6c、6d的活动的模具半体5a和固定的模具半体5b。在固定的模具半体5b中设置三个不同的凹部7a、7b和7c以及一个用于冷却完成的型坯的站8。凹部7a和7c位于一个平面中并且因此在视向上前后设置。当型芯6a至6c伸入相配的凹部7a至7c并且模具5关闭时，用来相应于塑料型坯1的各个待制造的层形成三个不同的型腔或不同形状和大小的三个型腔。在站I中，在型芯6a和凹部7a之间形成用于型坯1的最内侧的第一层1a的型腔，在站II中，在型芯6b和凹部7b之间形成用于第二层1b的型腔并且在站III中，在型芯6c和凹部7c之间形成用于第三层1c的型腔。凹部7a至7c的直径逐渐地增大。由于伸入凹部中的型芯以及形成在型芯上的层，型腔从站I至站II从内向外“迁移(wandert)”。因此在不同的站I、II和II，相应于塑料型坯1各个待制造的层形成不同形状和大小的型腔，并且这些不同形状和大小的型腔构造用于成型各个层厚基本上相同的塑料型坯的不同层、即用于在站I中成型第一层(1a)、在站II中成型第二层(1b)并且在站III中成型第三层(1c)。带有完成注塑的塑料型坯1(该塑料型坯具有全部三个叠置并且相互紧靠注塑的层d1-d3)的型芯处于站IV中并且可在冷却站8中被冷却到适合的脱模温度上。
在将完成的型坯1从型芯6d上取下后，转盘可继续循环90°并且重新关闭模具。之后，现在自由的型芯6d位于凹部7a中、具有第一层1a的型芯6a位于凹部7b中、具有层1a+1b的型芯6b位于凹部7c中并且具有层1a+1b+1c的型芯6c位于冷却站8中。现在可借助在此仅示意示出的塑化和注塑单元9以及合适的熔体分配器10将塑料材料M重新注入站I、II和III中的型腔中并且同时填满这些型腔。在要求的冷却时间之后，可再次打开模具5，从型芯6c上取下完成的型坯1并且转盘再次继续循环90°。上述步骤被依次地重复，以致其上各自带有型坯1部分的型芯6a-6c分别继续循环90°，直到在站IV中能够取出一个完成的型坯1。通过以相同材料M同时填充站I、II和III中的型腔，可在每个注塑步骤之后、即在每个注射之后在站IV上取下由材料M制成的完成的厚壁型坯1。
在另一在此未示出的实施方式中，可设置一个附加的塑化和注塑单元，以便以第一种材料、例如新材料Mn来制造内侧的第一层1a。所述具有熔体分配器10的塑化和注塑单元9仅用于以另一种材料、例如再生材料Mr制造后续的层1b和1c。
代替在此所描述的转盘技术也可使用所谓的转位板技术(Indexplattentechnik)，以便相应于塑料型坯各个待制造的层形成不同形状和大小的型腔。图5示意性示出用于制造具有由相同材料M制成的三个层1a、1b和1c的PET型坯的转位板技术。具有四个臂12的转位板11可在两个模具夹紧板和一个模具之间围绕轴线A旋转。在四个站中依次形成型腔，所述型腔构造用于形成或成型相应的层。在站I中在臂上制造最内侧层、即第一层PET材料被注射到该臂或者说型芯上。在站II中，以第二层或者说第二层PET材料覆盖第一层并且在站III中添加第三层PET材料。在站IV中可冷却完成的厚壁型坯并且在下一循环中将其取下。各个站中的层厚仅稍有不同，即在考虑每个站I、II和III中的冷却率的情况下使各个层的制造和成型具有基本上相同的时间。因此，与图2所示相似，在制造过程结束时产生由一种并且同一材料制成的壁厚PET型坯(所谓的单相型坯)，其由多个层1a、1b和1c组成，其中各个层1a、1b和1c的层厚d1、d2和d3仅在考虑各个层的冷却率的情况下稍有不同，以便对于每个层1a、1b和1c得到用于其制造或成型基本上相同的周期时间。也可为各个层1a、1b、1c…设置不同的材料。图6示意性示出由三个层1a、1b和1c构成的厚壁型坯的制造，其中，在两个由PET材料制成的层1a和1c之间嵌入由具有阻隔特性的材料制成的层1b。与使用相同材料的情况相同，各个层厚d1、d2和d3也是相同的，但在此必须考虑具有阻隔特性的塑料材料的冷却率。在当前情况下同样适用的是，各个层1a、1b和1c的层厚d1、d2和d3仅在考虑各个层的冷却率的情况下稍有不同，以便对于每个层1a、1b和1c得到用于其制造或成型基本上相同的周期时间。
在本发明实施例中，厚壁的型坯被分为三个层，但也可分为两个或多于三个层。重要的仅仅是，使各个层的层厚这样相互协调一致，使得在每个站中具有基本上相同的周期时间。换句话说，以便对于每个层要得到用于其制造或成型基本上相同的周期时间。除了用于注入熔体的时间外，周期时间主要由各个层所需的冷却时间tkühl决定，直到模具能被打开并且继续循环。壁厚(在本发明中即为层厚)平方地计入冷却时间。下述公式适用于面状的物体：
面状的物体(壁厚s)：
S＝壁厚[mm]
aeff＝有效热传导[mm2/s]
TM＝坯料温度[℃]
Tw＝模具壁温度[℃]
TE＝脱模温度[℃]
最后要指出的是，关于层的数量，可设置匹配于具体情况的原则上没有上限的层数n。为了借助上述转盘或转位板技术进行制造，可设置相应数n+x，其中x应为用于冷却已完成的型坯的站的数量。在上述所描述的实施方式中n＝3并且x＝1。
最后，本发明不局限于使用特定材料。根据本发明的塑料预制件(型坯)可由不同材料和材料组合构成。尤其是可设置一个或多个阻隔层。例如制成的型坯可由下述材料构成(以从内到外的顺序)：PET、PA、EVOA、PET...。此外也可设置任意或适于相应应用目的的材料构成的再生材料。只需注意的是，使得对于各个层厚存在用于各个层厚的制造或成型基本上相同的时间，以便能够借助多组分成型技术同时制造各个层并且对于每次循环需要基本上相同的时间并且在任何站中都不存在不必要的“等候时间”，其不利地影响整个周期时间。
附图标记列表
1 型坯
1a 最内侧层
1b 中间层
1c 外层
2 固定的模具夹紧板
3 活动的模具夹紧板
4 转盘
5 模具
5a 活动的模具半体
5b 固定的模具半体
6a-6d 型芯
7a-7c 凹部
8 冷却站
9 塑化和注塑单元
10 熔体分配器
11 转位板
12 臂或型芯

Claims (24)

1.用于拉伸吹塑可吹塑成型的大容积的容器的塑料预制件(1)，该塑料预制件具有封闭区域和可吹塑成型的空心体区域，其特征在于，至少塑料预制件(1)的可吹塑成型的空心体区域由多个层组成，各个层的层厚在考虑各个层的冷却率的情况下相互稍有不同，以便对于每个层得到用于其制造或成型基本上相同的周期时间，其中，每个其他层成型到在上一步骤中形成的层上，各个层厚在考虑所用塑料材料M的冷却率和导热率的情况下相互稍有不同，下述关系应适用于由内向外接连的各个层的层厚：d1>d2≥d3≥d4…。
2.根据权利要求1的塑料预制件，其特征在于，所述容器是容积为至少3升的容器。
3.根据权利要求2的塑料预制件，其特征在于，所述容器是容积为至少15升的容器。
4.根据权利要求1的塑料预制件，其特征在于，每个层的厚度为至少2mm。
5.根据权利要求4的塑料预制件，其特征在于，每个层的厚度为至少3mm。
6.根据权利要求1或2的塑料预制件，其特征在于，各层由相同的塑料材料M制成。
7.根据权利要求1或2的塑料预制件，其特征在于，最内侧层由新材料(Mn)制成并且其它层由再生材料(Mr)制成。
8.根据权利要求1或2的塑料预制件，其特征在于，所述塑料预制件(1)由至少三个层组成。
9.根据权利要求1或2的塑料预制件，其特征在于，各个层厚在考虑所用塑料材料M的冷却率和导热率的情况下相互差值不超过20％。
10.根据权利要求9的塑料预制件，其特征在于，各个层厚在考虑所用塑料材料M的冷却率和导热率的情况下相互差值不超过10％。
11.根据权利要求1或2的塑料预制件，其特征在于，所述塑料预制件(1)具有至少300g的质量。
12.根据权利要求1或2的塑料预制件，其特征在于，所述塑料预制件(1)为1、3或5加仑水容器或更大容积的水容器的塑料预制件(1)。
13.用于制造根据权利要求1至12之一的塑料预制件(1)的方法，其中塑料材料M被熔化并且被注入模具中，其特征在于，至少对于塑料预制件(1)的空心体区域形成依次多个用于制造各个层的型腔，在每个型腔中形成一个层，首先形成用于制造第一层的第一型腔，该第一层形成塑料预制件的最内侧层，其中以熔化的塑料材料(M)填充这样形成的型腔并且形成第一内侧层，接着为每个其它层分别形成一个尺寸匹配的其它型腔并且以塑料材料(M)填充所述其它型腔，每个其它层成型到在上一步骤中形成的层上，并且在每个步骤中形成具有一个层厚的层，层厚在考虑各个层的冷却率的情况下相互稍有不同，以便对于每个层得到用于其制造或成型基本上相同的周期时间，各个层厚在考虑所用塑料材料M的冷却率和导热率的情况下相互稍有不同，下述关系应适用于由内向外接连的各个层的层厚：d1>d2≥d3≥d4…。
14.根据权利要求13的方法，其特征在于，所述各个层分别具有至少2mm厚度。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于，所述各个层分别具有至少3mm厚度。
16.根据权利要求13或14的方法，其特征在于，对于每个层使用相同的塑料材料M。
17.根据权利要求13或14的方法，其特征在于，对于最内侧层使用新材料(Mn)并且对于其它层使用再生材料(Mr)。
18.根据权利要求13或14的方法，其特征在于，制造至少三个层。
19.根据权利要求13或14的方法，其特征在于，对于每个层熔化这么多塑料材料M，使得每个层具有至少75g的质量。
20.根据权利要求19的方法，其特征在于，对于每个层熔化这么多塑料材料M，使得每个层具有至少100g的质量。
21.用于制造根据权利要求1至12之一的塑料预制件的注塑机，至少包括塑化和注塑单元(9)和装有转盘(4)或转位板的合模单元，模具(5)的多个部分配设有转盘(4)或转位板，配设有转盘或转位板的所述模具(5)的多个部分(5a)可与模具(5)的其它部分(5b)组合到一起并形成不同形状和大小的型腔，借助转盘(4)或转位板能够运转到多个站，在不同的站中能够根据塑料预制件的各个待制造的层形成不同形状和大小的型腔，其中首先可以形成用于制造第一层的第一型腔，该第一层形成塑料预制件的最内侧层，接着对于每个其它层分别形成一个尺寸匹配的其它型腔并且所述其它型腔能够用塑料材料(M)填充，使得每个其它层能够成形到在上一个步骤中形成的层上，所述不同形状和大小的型腔构造用于成型塑料预制件(1)的层厚仅稍有不同的不同层，在每个型腔中可形成具有一个层厚的层，层厚在考虑各个层的冷却率的情况下相互稍有不同，以便对于每个层得到用于其制造或成型基本上相同的周期时间，并且设置一个塑化和注塑单元(9)用于同时填充至少两个形状和大小相应不同的型腔，并且在塑化和注塑单元(9)和上述型腔之间设置熔体分配系统(10)，各个层厚在考虑所用塑料材料M的冷却率和导热率的情况下相互稍有不同，下述关系应适用于由内向外接连的各个层的层厚：d1>d2≥d3≥d4…。
22.根据权利要求21的注塑机，其特征在于，所述塑化和注塑单元(9)设置用于同时填充至少三个形状和大小相应不同的型腔。
23.根据权利要求21或22的注塑机，其特征在于，设置另一塑化和注塑单元用于制造塑料预制件的一个或多个层。
24.根据权利要求23的注塑机，其特征在于，所述另一塑化和注塑单元设置用于制造塑料预制件的最内侧层。
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