CN103201175B - 用于形成容器的增加的压力的模制延迟 - Google Patents

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Abstract

一种流体形成容器的方法，包括将塑料预制坯定位在模具型腔中，其中，所述模具型腔限定出第一构造和第一容积。所述方法还包括在使所述塑料预制坯成为膨胀形状的第一流体压力下将流体注入塑料预制坯中。所述方法包括致动模具型腔进入第二构造和第二容积，其中，第二容积小于第一容积，从而导致塑料预制坯内的第二流体压力大于第一流体压力。

Description

用于形成容器的增加的压力的模制延迟
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年9月12日提交的美国实用新型申请No.13/230246的优先仅和于2010年9月13日提交的美国临时申请No.61/382123的权益。上述申请的整个公开内容作为引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及用于使用比如液体商品的商品来填充容器的模具。更确切地说，本公开涉及用于填充吹塑的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)容器的模具，以及使用该模具来增加用于形成容器的压力的方法。
背景技术
这部分提供了与本公开有关的、未必是现有技术的背景信息。
出于环境和其它方面的考虑，现今比以往更多地使用塑料容器、更确切地聚酯容器，最确切地聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)容器来包装以前以玻璃容器供给的多种商品。制造商和装填者以及消费者已经意识到，PET容器是轻质廉价的，并且是可大量再生利用和制造的。
吹塑成型的塑料容器在包装多种商品方面已变得司空见惯。PET是可结晶的聚合物，意味着其能以非晶态形式或半结晶形式获得。PET容器维持其材料完整性的能力涉及PET容器处于结晶形式的百分比，也称为PET容器的“结晶度”。以下方程式以体积分数定义出结晶度的百分比：
其中，ρ是PET材料的密度；ρa是纯非晶态PET材料的密度(1.333g/cc)；而ρc是纯晶态材料的密度(1.455g/cc)。
容器制造商使用机械处理和热处理来增加容器的PET聚合物结晶度。机械处理涉及使非晶态材料定向以获得应变硬化。该处理通常涉及沿纵轴拉伸注塑成型的PET预制坯，并使PET预制坯沿横轴或径向轴膨胀，以形成PET容器。该组合有助于制造商所定义的容器中分子结构的双轴取向。PET容器的制造商目前使用机械处理来生成在容器的侧壁中具有约20%的结晶度的PET容器。
热处理涉及加热材料(非晶态或半晶态)以促进晶体生长。对于非晶态材料，PET材料的热处理得到妨碍光透过的球状形态。换言之，得到的晶态材料是不透明的，因此基本上是不希望的。然而，在机械处理后使用，热处理会对于容器的具有双轴分子取向的那些部分而言导致较高的结晶度和优异的透明度。取向后的PET容器的热处理，亦称作热定型，通常包括将PET预制坯靠在加热至约250℉-350℉(约121℃-177℃)温度的模具上吹塑成型，并将吹塑的容器保持在加热的模具上约两(2)至五(5)秒。必须在约185℉(85℃)进行热填充的PET果汁瓶的制造商目前使用热定型来生成具有约为25%-35%范围内的整体结晶度的PET瓶。
发明内容
这部分提供了公开内容的一般概要，并不是对其全范围或所有特征的全面公开。
根据本公开的原理，提供了一种流体形成容器的方法。该方法包括将塑料预制坯定位在模具型腔中，其中，模具型腔限定出第一构造和第一容积。该方法还包括在使塑料预制坯成为膨胀形状的第一流体压力下将流体注入塑料预制坯内。该方法包括致动模具型腔进入第二构造和第二容积，其中，第二容积比第一容积小，从而导致塑料预制坯内的第二流体压力大于第一流体压力。
通过本文中提供的说明，适用范围的其它领域会变得明显。发明内容中的说明和特定示例仅用于说明之目的，并不意在限定本公开的范围。
附图说明
本文中描述的附图仅用于解释选定的实施例之目的，并不用于解释所有可能的实施方式，并且不意在限制本公开的范围。
图1是示出以常规方式形成的容器内的流体压力的压力与时间的关系的曲线图；以及
图2是示出根据本教导的原理形成的容器内的流体压力的压力与时间的关系的曲线图。
在附图的几个视图中，相应的标号代表相应的部件。
具体实施方式
现在参见附图更全面地描述示例性实施例。提供示例性实施例以便本公开充分地全面地将范围传达给本领域技术人员。阐明了许多特定细节，比如特定部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施例的充分理解。本领域技术人员应当明白的是：不需要采用特定细节；示例性实施例可体现为许多不同形式；以及不应被理解为限制本公开的范围。
本文中使用的术语仅用于描述特定示例性实施例的目的，并不意在限制。如本文中所使用的，单数形式“一个”可意在也包括复数形式，除非文中明确指出为另外的情况。术语“包括”及其变体是包含性的，并由此明确说明提及的特征、数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除额外的一个或多个其它特征、数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在。本文中描述的方法步骤、过程和操作不应理解为必需以讨论或说明的特定顺序要求它们的性能，除非明确地确定为性能的顺序。还应理解的是，可以使用额外或替代步骤。
当一元件或层被提及为“在…上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一元件或层时，其可以直接在…上、接合到、连接到或联接到另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当一元件被提及为“直接在…上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，不存在中间元件或层。其它用于描述元件之间关系的词语应当理解为类似的方式(例如，“介于…之间”与“直接介于…之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。如本文中所使用的，术语“和/或”包括相关所列物品的一个或多个的任何和所有组合。
尽管本文中可使用术语第一、第二、第三等来描述各元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语可仅用于区分一个元件、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分。比如在本文中使用的“第一”、“第二”和其它数值项的术语并不意味着次序或顺序，除非上下文中清楚说明为其它情况。因此，在不脱离示例性实施例的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以称为第二元件、部件、区域、层或部分。
为了便于说明，本文中可以使用空间相对术语，比如“内部”、“外部”、“在下方”、“在下面”、“下部”、“在上方”、“上部”等来描述附图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。空间相对术语可意在包含装置在使用中或操作中除了附图所示方位之外的不同方位。例如，如果附图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或特征下面或下方”的元件将取向为“在其它元件或特征之上”。因此，示例性术语“在下方”能够包含上方和下方的方位。装置可另外取向(旋转90度或其它方位)，相应地解释本文中使用的空间相对描述符。
本教导提供一种吹塑装置和使用该吹塑装置来增加用于形成容器的成型压力的方法。与常规模具和方法不同，本教导的吹塑设计和方法在形成的容器内提供增加的流体压力，以用于改进制造。
如本文中更详细所讨论的，可根据许多变型例中的任一来形成本教导的模具和随其形成的容器的形状。以非限制性示例来说，本公开的模具可构造成保持多个容器中的任何一个或多个，并可与比如饮料、食物的许多流体和商品，或者其它热填充型材料、冷填充材料、防腐剂、碳酸气或仅仅空气一起使用。
应当明白的是，模具的尺寸和确切形状取决于容器的尺寸和所需的操作参数。因此，应当认识到的是，目前所描述的设计中存在变型。根据一些实施例，还应当认识到的是，模具可包括与容器一起使用的各种特征，该容器具有真空吸收特征或区域，比如面板、肋、狭缝、凹陷等。
本教导涉及形成一体塑料(one-pieceplastic)的容器，这些塑料是例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、PP、聚乙烯或任何其它能够被注射吹塑成型的热塑性树脂。总体而言，在形成后，这些容器通常限定出一主体，其包括具有形成终止部(finish)的柱形侧壁的上部。与终止部一体形成并从其向下延伸的是肩部。肩部并入并在终止部和侧壁部之间提供过渡区。侧壁部从肩部向下延伸到具有基底的基部。在一些实施例中，上过渡部可限定在肩部和侧壁部之间的过渡区上。在一些实施例中，下过渡部可限定在基部和侧壁部之间的过渡区上。
示例性容器可还具有颈部。颈部可具有非常短的高度，即变成从终止部起的短延伸部，或者具有在终止部和肩部之间延伸的纵长高度。上部能够限定出一开口。尽管容器显示为饮用容器和食品容器，但是应当明白的是，可以根据本教导的原理制成具有比如侧壁和开口的不同形状的容器。
塑料容器的终止部可包括具有螺纹的螺纹区域、下密封脊(lowersealingridge)和支撑环。螺纹区域提供了类似于螺纹盖或帽(未示出)的连接方式。替代实施例可包括与塑料容器的终止部接合的其它适合的装置，比如压配合或卡扣帽，或者热感应密封件，或者例如其它闭合容器的装置。相应地，盖或帽(未示出)接合终止部以优选地提供塑料容器的气密密封。盖或帽(未示出)优选地由制盖工业常用的塑料或金属材料制成，该材料适于后续的热处理或经受填充容器的商品或过程所需的压力。
可根据本教导的原理形成容器。容器的预制坯形式包括支撑环，其可用于在制造过程的不同阶段支承或定向预制坯。例如，预制坯可由支撑环支承，支撑环可用于协助将预制坯定位在模具型腔中，或者一旦模制成，可使用支撑环来携带中间容器。起初，预制坯可放置在模具型腔中，使得支撑环占据在模具型腔的上端。总体而言，模具型腔具有与吹塑成的容器的期望外轮廓对应的内表面。更确切地说，本教导的模具型腔限定出主体形成区域、可选的污点(moil)形成区域和可选的开口形成区域。一旦形成得到的结构，下文中称为中间容器，可以切断和丢弃任何由污点形成区域产生的污点。应当明白的是，使用污点形成区域和/或开口形成区域在所有形成方法中并不是必需的。
在一个示例中，机器将被加热到约190℉至250℉(约88℃至121℃)(对于PET，其它范围适于所选材料的替代材料)之间温度的预制坯放置在模具型腔中。模具型腔可被加热到约250℉至350℉(约121℃至177℃)(或多或少取决于树脂、过程和所期望的最终产品)之间的温度。在一些实施例中，内拉伸杆设备将模具型腔内的受热预制坯拉伸或延伸至大约等于中间容器长度的长度，从而使聚酯材料分子取向为大体与容器的中心纵轴相对应的轴向方向。在拉伸杆使预制坯延伸的同时，压力在300PSI至600PSI(2.07MPa至4.14MPa)之间的流体协助沿轴向方向延伸预制坯以及沿圆周或环方向使预制坯膨胀，从而使材料大致符合模具型腔的形状，并进一步使材料分子取向为大体垂直于轴向方向的方向，从而在容器的大部分中确立聚酯材料的双轴分子取向。在从模具型腔中取出中间容器之前，加压空气使主要为双轴分子取向的聚酯材料保持在模具型腔上约一(1)至五(5)秒的时间。该过程已知为热定型，并得到适于填充高温产品的耐热容器。
在一些实施例中，可将受压液体注入预制坯中以使预制坯成为其最终形状。为了获得期望的最终形状，流体压力通常需要选择成足够高以使预制坯接触模具型腔的所有部分。常规地，取决于待形成的容器和期望形状的难度，增加的流体压力是必要的。然而，要获得这些增加的流体压力需要昂贵地改良泵和必要的机器。
然而，根据本教导的原理，经由所述模具的机械致动可获得增加的流体压力。即，根据本教导的原理，在液体填充和形成过程期间，模具的一部分，比如基部结构，可以缩回或延伸远离预制坯，以提供增加的内部模具型腔容积。当形成容器时，容器内的压力开始响应于形成流体的流体压力而累积。当容器的胀大过程接近结束时(由于水锤或液压冲击，有在压力峰值达到终点的可能)，可致动基部结构或其它模具部分，以减少模具型腔的容积，同时防止流体离开模具型腔。当模具从缩回位置移向压缩位置时，模具型腔的容积排放(即，减小)增加了模具型腔内的容器预制坏内的流体压力。如此，通过模具型腔的减小的容积排放，容器预制坏内的流体压力机械地增加，从而导致模具型腔的内部流体压力基本高于简单地通过流体泵送能力获得的流体压力。换句话说，根据本教导的原理，可以降低用于将流体泵送进模具型腔内的流体泵的尺寸和成本，而不会使流体形成压力减小。通过模具型腔的机械容积排放仍可获得这些流体形成压力。本教导节省了设备采购的成本，而不牺牲形成压力和能力。
从图1和2中可看出，采用本教导的原理产生增加的流体压力。以非限制性示例来说，可以看出，与不采用上推(push-up)或过打击(overstroke)技术的技术相比，根据本教导的最终流体压力(图2)大于约120psi。然而，应当注意的是，在一些实施例中，期望使完成流体注射和开始模具闭合之间的时间最小，通常由时间差A表示(图2)。在一些实施例中，已发现该时间差A可以小于约2秒，而在一些实施例中，如图2所示，该时间差可小于约0.3秒。在一些实施例中，可从水锤峰值的顶点到模具上推或过打击的顶点测量时间差A。
在一些实施例中，已发现为了在预制坯或容器内获得期望的增加的流体压力，基部结构的移动可从约10mm至约15mm。尽管对于各种容器设计而言，高于和低于所提及范围的移动范围的可接受的，用于示例性64盎司圆形容器的10mm至15mm范围已获得本教导的权益。在这一点上，基部结构的移动导致容积减少约0.14%。然而，该容积减少可在约0.1%至约5%的范围内变动。在许多情况下，移动距离和持续时间直接影响得到的容器的质量。在一些实施例中，在基部完全形成和冷却之前，或者形成为期望的形状之前，致动基部结构。当容器形成了多于90%而小于100%时，该致动发生。在一些实施例中，该操作导致约40巴的最终压力，或者导致在约20巴至约90巴的范围内的压力。从开始致动基部结构到完成，基部结构移动的持续时间可以在约0.02至0.2秒的范围内，或者特别地是约0.075秒。
在根据本教导的一些实施例中，流体形成容器的方法可包括：(a)将塑料预制坯定位在模具型腔中；(b)闭合并密封模具型腔(以及吹嘴)，使得模具型腔限定出第一构造和第一容积，模具型腔的基部处于第一位置；(c)在使塑料预制坯抵靠模具型腔成为膨胀形状的第一流体压力下将流体注入塑料预制坏内；以及(d)将模具型腔的基部移动至压缩位置，从而限定出模具型腔的第二构造和第二容积。第二容积小于第一容积，导致塑料预制坯内的第二流体压力大于第一流体压力。在一些实施例中，将模具型腔的基部移动至压缩位置的步骤包括将模具型腔的基部机械地移动至压缩位置，以从第一容积向第二容积改变模具型腔。在一些实施例中，继在使塑料预制坯抵靠模具型腔成为膨胀形状的第一流体压力下将流体注入塑料预制坏内的步骤之后，执行将模具型腔的基部移动至压缩位置的步骤。在一些实施例中，是在将流体注入塑料预制坯内之后的一预定的时间执行将模具型腔的基部移动至压缩位置的步骤。该预定的时间可以小于约2秒或甚至小于约0.3秒。在一些实施例中，第二容积可以比第一容积小约0.1%至5%。
提供实施例的前述说明仅用于说明和描述的目的。本文的具体实施方式部分并不意欲穷举或限定本发明。特定实施例的单独元件或特征通常不限制特定实施例，而在应用时，是可互换的，并可用在选定的实施例中，即使未明确显示或描述时也如此。同样也可以以许多方式变化。这样的变化不应被认为脱离本发明，所有这些变型例拟包含在本发明的范围内。

Claims (24)

1.一种流体形成容器的方法，所述方法包括：
将塑料预制坯定位在模具型腔中，所述模具型腔限定出第一构造和第一容积；
在使所述塑料预制坯成为膨胀形状的第一流体压力下将流体注入所述塑料预制坯内；以及
致动所述模具型腔进入第二构造和第二容积，所述第二容积小于所述第一容积，从而导致所述塑料预制坯内的第二流体压力大于所述第一流体压力，
其中，所注入的流体是液体，并且，所述方法包括在密封住所述液体不离开模具型腔的同时减少模具型腔的容积。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述致动所述模具型腔进入所述第二构造和所述第二容积包括将所述模具型腔的基部从缩回位置移动至压缩位置，以从所述第一容积向所述第二容积改变所述模具型腔，所述移动导致对所述塑料预制坯施加压缩力。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述致动所述模具型腔进入所述第二构造和所述第二容积包括密封所述模具型腔以总体上防止所述流体流出所述模具型腔，以及包括将所述模具型腔的基部从缩回位置移动至压缩位置以从所述第一容积向所述第二容积改变所述模具型腔。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述致动所述模具型腔进入所述第二构造和所述第二容积包括机械地致动所述模具型腔的基部进入压缩位置以从所述第一容积向所述第二容积改变所述模具型腔。
5.如权利要求1所述的方法，其中，继所述在使所述塑料预制坯成为所述膨胀形状的所述第一流体压力下将所述流体注入所述塑料预制坯内之后，执行所述致动所述模具型腔进入所述第二构造和所述第二容积。
6.如权利要求1所述的方法，其中，在所述将所述流体注入所述塑料预制坯内的步骤之后的一预定的时间执行所述致动所述模具型腔进入所述第二构造和所述第二容积，以达到预定的流体压力峰值。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述预定的时间小于2秒。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述预定的时间小于0.3秒。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二容积比所述第一容积小0.1％至5％。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述致动所述模具型腔进入所述第二构造和所述第二容积发生在0.02秒至0.2秒的持续时间内。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述致动所述模具型腔进入所述第二构造和所述第二容积发生在0.075秒的持续时间内。
12.如权利要求1所述的方法，其中，所述在使所述塑料预制坯成为所述膨胀形状的所述第一流体压力下将所述流体注入所述塑料预制坯中包括在使所述塑料预制坯成为这样的膨胀形状的所述第一流体压力下将所述流体注入所述塑料预制坯内，所述膨胀形状的容积小于所述模具型腔容积的99％。
13.如权利要求1所述的方法，其中，所述在使所述塑料预制坯成为所述膨胀形状的所述第一流体压力下将所述流体注入所述塑料预制坯中包括在使所述塑料预制坯成为这样的膨胀形状的所述第一流体压力下将所述流体注入所述塑料预制坯内，所述膨胀形状的容积大于所述模具型腔容积的90％而小于99％。
14.如权利要求1所述的方法，还包括闭合并密封所述模具型腔，使得所述模具型腔的基部处于第一位置，
其中，所述使所述塑料预制坯成为膨胀形状是抵靠着所述模具型腔向所述塑料预制坯施加压力；并且
所述致动所述模具型腔包括将所述模具型腔的所述基部移动至压缩位置，从而限定出所述模具型腔的第二构造和第二容积，所述第二容积小于所述第一容积，导致所述塑料预制坯内的第二流体压力大于所述第一流体压力。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述将所述模具型腔的所述基部移动至所述压缩位置包括将所述模具型腔的所述基部机械地移动至所述压缩位置，以从所述第一容积向所述第二容积改变所述模具型腔。
16.如权利要求14所述的方法，其中，继所述在使所述塑料预制坯抵靠所述模具型腔成为所述膨胀形状的所述第一流体压力下将所述流体注入所述塑料预制坯内之后，执行所述将所述模具型腔的所述基部移动至所述压缩位置。
17.如权利要求14所述的方法，其中，在所述将所述流体注入所述塑料预制坯内的步骤之后的一预定的时间执行所述将所述模具型腔的基部移动至所述压缩位置，以获得预定的流体压力峰值。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述预定的时间小于2秒。
19.如权利要求17所述的方法，其中，所述预定的时间小于0.3秒。
20.如权利要求14所述的方法，其中，所述第二容积比所述第一容积小0.1％至5％。
21.如权利要求14所述的方法，其中，所述将所述模具型腔的所述基部移动至所述压缩位置发生在0.02秒至0.2秒的持续时间内。
22.如权利要求14所述的方法，其中，所述将所述模具型腔的所述基部移动至所述压缩位置发生在0.075秒的持续时间内。
23.如权利要求14所述的方法，其中，所述在使所述塑料预制坯成为所述膨胀形状的所述第一流体压力下将所述流体注入所述塑料预制坯内包括在使所述塑料预制坯成为这样的膨胀形状的所述第一流体压力下将所述流体注入所述塑料预制坯内，所述膨胀形状的容积小于所述模具型腔容积的99％。
24.如权利要求14所述的方法，其中，所述在使所述塑料预制坯成为所述膨胀形状的所述第一流体压力下将所述流体注入所述塑料预制坯内包括在使所述塑料预制坯成为这样的膨胀形状的所述第一流体压力下将所述流体注入所述塑料预制坯内，所述膨胀形状的容积大于所述模具型腔容积的90％而小于99％。
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