CN105658389B - 由塑性材料制成的用于容器的预成型件 - Google Patents

Abstract

一种用于吹塑预定容积不大于75cl且具有15g的最大材料重量的PET瓶的预成型件，其在颈环(9)以下的部分以角度α倾斜，角度α比通常的最大为17°的角更不明显，其允许制成具有薄于1.9mm的壁厚t₂和预成型件本体的较细的内径的预成型件，以便允许从较大的预成型件开始的较低的拉伸比以获得预定容积的最终瓶子。

Description

由塑性材料制成的用于容器的预成型件

技术领域

本发明涉及一种由塑性材料比如PET或其他合适的材料制成的预成型件，例如以用于通过吹塑成型制成小尺寸饮料容器。

背景技术

基于成本效益原因，PET容器生产商遵循的原则是在保持容器本身技术特征的同时尽可能减轻重量且因此减少所用树脂的量。自然地，为了这样做，越来越轻的预成型件(中间的半成品)被制成，其重量必须对应于最终吹制成的容器的质量。

设计者特别注意小尺寸的容器(即尺寸小的容器)的性能，例如小于1升的容积的瓶子，特别是容积在25cl到100cl即0.25升(L)到1升的瓶子，其代表饮料市场的很大一部分。特别是添加或不添加氮、不包含CO₂以及具有成品空容器的最终重量在6g至15g之间的这种尺寸的水瓶，该水瓶显示难以满足的挑战，其具有很少的热塑性材料，该热塑性材料必须被拉伸至其结构强度极限以符合形成容器的不同区域。在设计这类容器时，一个不可或缺的优选条件由作为整体的此类吹塑容器的技术性能构成，其具有非常薄的本体壁，这些性能包括例如：在添加氮的情况下的轴向承载强度、爆破强度，以及径向方向的变形强度。

为了以少量的热塑性材料实现足够的设计性能，最终容器和其所有细节的合适的绘图以及容器从其吹塑的初始预成型件的仔细设计是必要的，其必须保证在吹塑时塑性材料的正确分布。很显然，预成型件的设计对于最终容器的正确结果也是基本的，特别是对于小尺寸瓶子，这是由于少量的材料必须在预成型件中分布以满足不同区域中材料的特定拉伸限制。如果不这么做，会导致容器的差的质量或材料的大量浪费。这意味着，对于小尺寸瓶子，即具有小于100cl的容积且重量小于16g的瓶子，终端产品的质量对于预成型件的设计参数或参数的组合高度敏感，例如壁厚的分布、特定段的轴向长度以及壁的特殊部分的锥角。对于此类容器，即使是这些参数的小变化也是决定性的。此外，这些参数显著影响制造成本，特别是有关吹塑过程的制造成本。

众所周知，在PET制造技术中，对于最终吹塑的容器的技术性能，必须首先重视待吹塑的预成型件和最终吹塑的容器的几何尺寸之间的精确理想的尺寸比。特别是，以下尺寸比禁止被超过：

-轴向拉伸比(ASR)从3到3.4(包括极限值)；

-环向拉伸比(HSR)从3.8到4.4(包括极限值)；

-总的拉伸比(TSR)从11.4到15.0(包括极限值)，其中，TSR＝ASR×HSR。

因此，为了生产具有50cl或75cl或类似容积的容器，对于没有二氧化碳的水，且因此非常薄的瓶壁足以承受瓶子所受到的压力，并且相对于其他热塑性材料，利用待拉伸的PET瓶的性能达到非常薄的厚度，每个瓶所需要的PET的量大约是6-10g。受到如此少量的PET的限制，考虑颈部的尺寸是在已经处于注塑或注塑压缩模制的时间的最终容器的尺寸，并且颈部不包括在吹制过程中本体的剩余部分的拉伸中，必要的是，要制成的预成型件必须具有非常小而短的具有窄的直径的本体，这是因为使用少量的材料；此外，上述的拉伸比需要重视，材料趋向于在这些范围的极端区域中工作，存在在该产品中出现不同类型缺陷的较大风险，比如过度拉伸(其导致最终产品不透明)、差的材料分布(特别是颈环以下以及瓶底中部中的区域中的不希望的树脂增厚)、以及吹制预成型件的能量消耗的增加。

进一步，由于可用材料的量较少而导致的预成型件本体直径的减少使得拉伸-吹塑变得困难，这是因为吹塑杆不可减至超出给定的直径以保证其足够的刚性。事实上，如果杆的外径和预成型件的内径之间的差异太小，预成型件的表面可粘到杆，从而导致成品的废弃。

预成型件的在颈环以下的壁应该更薄，以便不减少内径，材料的量是相等的，但是该解决方案由于当前的机械和模具而具有技术限制，当前的机械和模具一般不允许注塑具有小于2mm的本体壁厚的预成型件。

事实上，传统的PET注塑技术允许获得下列预成型件尺寸比(极限值)：

a)当L<100mm时，L/t<45，

b)当L大于或等于100mm时，L/t<50，

其中L为预成型件的总长，单位为mm，且t为预成型件的厚度，单位为mm。

尝试通过注塑获得预成型件的小于2mm的壁厚是特别困难的，原因在于在注塑模具腔内引起的且与PET本身的流动相对的大的摩擦力。

为了在给定限制内克服这些摩擦力，该过程中的一些典型参数必须调整，并且通常：

-在给定限制内提高熔化的PET的温度来降低粘度。然而，作为缺点，这意味着塑性材料的更大衰退，产生乙醛，产生乙醛会导致装在瓶中的水口感变差；较长的冷却时间，冷却时间较长增加了时间周期以及降低了生产效率；形成毛刺和使模缝线显著的更大趋势；

-增加注塑压力，但是这从机械角度意味着起作用的所有力的增加，包括压床闭合力，导致的结果是，模具和机械两者的磨损及故障的增加。从产品的角度来说，存在形成毛刺和使模缝线显著的趋势的增加。最后，从化工的角度来看，会产生显著的非常不希望的乙醛形成物的增加，这些乙醛的存在同样将在最终容器中发现。

在此类行业中，持续寻求容器生产周期的较好的能量平衡是非常重要的，但是用这些小尺寸的预成型件加工使需要在从预成型件到最终容器的过程中以更高的拉伸比加工，并且意味着较高的能量消耗。

因此，感到需要制造新型预成型件，其允许克服上述缺点。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种由塑性材料制成的预成型件，用以通过吹塑或拉伸吹塑制成容器，尤其是小尺寸PET瓶，该预成型件具有诸如以较低的整体能量使用确保高品质容器的最佳吹塑的几何结构。

本发明另一非常重要的目的是，获得一种预成型件，其通过注塑压缩模具而不是注塑模具以用于制造的最优方式来制成更轻。

本发明因此通过制成由PET制成的预成型件来达到上述目的，该预成型件适合于通过拉伸吹塑操作生产具有不高于1l的最终容积且重量小于16g的瓶，所述预成型件界定纵向轴线并在其第一端处设置有圆柱形颈，其按顺序界定下述部分：

-螺纹端部分，其用于旋拧盖，

-颈环，其在所述螺纹端部分下方，

-第一圆柱形连接段，其具有第一预定外径和具有厚度t₁的壁，所述厚度t₁大体上等于吹塑瓶在同一区域内的厚度，

-预成型件本体，其意图在吹塑操作之前被加热，依次界定如下部分：

-第二连接段，其具有相对于所述纵向轴线以第一角度成锥形的外壁和相对于所述纵向轴线以第二角度成锥形的内壁，且所述第二连接段具有在所述纵向轴线上投影的预定长度H₃，

圆柱形段，其具有第二外径和第二预定厚度t₂，所述第二外径小于所述第一外径，且所述第二预定厚度t₂大于所述第一厚度t₁，

底部，其封闭所述预成型件的第二端，

其特征在于，

-所述第二厚度t₂不厚于1.9mm，

-所述第一角度为6°至17°,

-所述第二角度为9°至21°,

-所述长度H₃为10mm至20mm。

有利地，且相对于现有的预成型件，由特殊尺寸参数的创新组合确定的本发明的预成型件的几何结构允许获得：

-最终容器的总重量进一步减少，对于瓶子减少5克到10克，其在已知的技术中重10g到20g，同时维持等于现有技术的机械特性的足够的机械特性；

-更宽的吹塑工艺窗口，即更宽的参数变化范围，以在较少影响最佳设计过程变化的情况下获得好的瓶子结果；

-降低了拉伸杆和预成型件本体的内侧之间干涉或接触的风险；

-提高了模具机的效率，这是因为预成型件在吹塑模制之前必须采用的较低的温度；

-通过很大程度上减少珍珠色和模缝线而获得更好的最终容器质量；

-用于生产容器的较低的能量消耗。

下面描述了本发明的优选方案。

在一个实施方案中，第二厚度t₂为从1.2mm至1.9mm，第一角度(α)为从6°至13.5°，第二角度(β)为从9°至16°，所述长度H₃为从14mm至20mm。

在一个实施方案中，第二厚度t₂为从1.4mm至1.7mm，第一角度(α)为从6°至10°，第二角度(β)为从9°至13°，所述长度H₃为从14mm至18.5mm。

在一个实施方案中，预成型件具有从5g至10g的总重量。

附图说明

本发明进一步的特征及优点将根据由塑性材料制成的参考附图通过非限制性示例示出的预成型件的优选的但非唯一的实施方案的详细描述变得更明显，其中：

图1是本发明的预成型件的侧视图；

图2是图1的预成型件的横断面图；

图3是图2的截面中的一部分的放大图；

在附图中，相同的附图标记表示相同元件。

具体实施方式

参考附图示出了由热塑性材料制成的整体用参考标号1表示的预成型件的第一实施方案。以下涉及到“向上”和“向下”以及“上部的”和“下部的”均只是相对附图中所示的预成型件的布置而言，只是为了更好地理解本发明而非限制本发明。

预成型件1例如由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或具有与PET相似的特征的任何其他适当的热塑性材料制成，该预成型件1界定了纵向轴线X且包括颈2，所述颈2在顶部以管状圆柱形部分3结束，该管状圆柱形部分3适合于被螺纹封闭盖密封，该螺纹封闭盖如通常已知的由封闭盖本身和防篡改环组成，此环通过一系列预切连接点与盖连接。这些点的作用是确保盖的完全密封以及瓶盖没有可能的篡改。

圆柱形管状段3包括螺纹盖旋拧在其上的螺纹端部分8及环形脊或颈环9，该环形脊或颈环9也是本领域技术人员已知的，其具有确保保持及搁置以用于以适当的装置(比如夹持器，其自身为本领域技术人员所熟知)操作的功能。颈环9还成形为能够在纵向导向部上滑动，当瓶子在容器生产系统的下游前进时，此纵向导向件在两侧上支撑瓶子的颈部以用于支撑和保持住瓶子。

螺纹端部分8的螺纹以距颈2的开口端的预定距离开始，以便允许将颈的末端边缘插入到设置在封闭盖中的环形座中，以确保流体排放或引入时的最佳密封。

圆柱形部分10布置在颈环9之下，其作用是为了与吹塑模具的上部部分中的厚度相匹配，以及与环形脊9协作而留下间隙以允许瓶子也在纵向前进和传送导向件上滑动，该导向件可位于容器制造系统的在吹塑之后的下游。

更具体地，该圆柱形部分10被包括在颈环9和连接区段11的平面之间，该连接区段11具有过渡段5，该过渡段5大体上为截头锥形。

在颈环9的下面和连接区段11的平面之间所测量的圆柱形部分10的高度比吹塑模具的上壁的厚度以及系统中的传送导向件的厚度都大。圆柱形部分10的内径d₁小于或等于螺纹端部分8的内径d₂。

颈2、颈环9以及圆柱形部分10均为预成型件的部分，其呈现对应于最终瓶子的尺寸的其最终尺寸，该最终瓶子已经在预成型件注塑模具的出口且在吹塑过程中不改变其尺寸和其形状。以这种方式，当圆柱形段10的在连接区段11的平面附近的下部被加热且软化时，操作预成型件的可能性也得到保证。

在圆柱形段10的区域中，预成型件具有位于本体与颈环9的上部之间的边界区域，该本体必须加热到允许容器的吹塑的设计温度，颈环9的上部处的温度保持近似等于环境温度。在吹塑操作中，圆柱形部分10以下的预成型件本体受高压空气的影响而变形，高压空气可达到近似40巴，其使预成型件的本体变形，大体上从线11开始到预成型件的下端，因而使预成型件的本体4的壁长而细，直到形成容器或瓶子的形状。在该吹塑操作中，该圆柱形段10保证热量不以大量的方式传递到颈环和颈，该颈环和颈必须保持尽可能刚性且必须允许预成型件的壁与吹塑模具的上壁贴合，该吹塑模具的上壁在颈环下方包封该预成型件，使其执行铰链状移动，该移动从图1到图3中所示的位置到达瓶子的最终形状，其中本体4的区域膨胀至比颈2的直径大得多的直径。

圆柱形部分10的壁厚既不大量减少也不大量伸长，这是因为致力于阻止这种圆柱形部分的温度上升超过预定水平，在该预定水平，颈的刚度会受到危害。特别是，连接区段11位于环形线上，此环形线作为管状圆柱形段3的下端和过渡段5的界限，具有外径(d₁+2t₁)，此处t₁为圆柱形部分10的厚度，其显然通过固定t2、α角和β角以及H₃的值来几何上确定。所述过渡段5向下延伸，其中内径和外径分别相对于环形部分10的内径d₁以及外径(d₁+2t₁)减少。在过渡段5的下端，该过渡段5具有内径d₄以及外径d₅。

如上所述，对于小尺寸的瓶子，为了获得高品质的成品即瓶子，预成型件设计参数的慎重选择是重要的。有利地，现在将参照图3中的横截面描述预成型件必须具有以便保证最佳吹塑的特征：

-界定在包含轴线X的截面平面上在过渡段5的外表面21和环形部分10的外表面的延伸部20之间的角度α为6°至17°，

-界定在所述截面平面上的在过渡段5的内表面22和环形部分10的外表面的延伸部20之间的角度β为9°至21°，

-过渡段5沿轴线X的长度H₃被包括在10mm和20mm之间。

甚至更有利的是，预成型件具有以下大小：

第二厚度t₂为1.2mm至1.9mm，第一角度(α)为6°至13.5°，第二角度(β)为9°至16°，长度H₃为14mm至20mm。

甚至更有利的是，预成型件具有以下大小：第二厚度t₂为1.4mm至1.7mm，第一角度(α)为6°至10°，第二角度(β)为9°至13°，长度H₃为14mm至18.5mm。

尤其是对于小尺寸的瓶子，这两个角度α和β以及长度H₃的特别选择被发现是有好处的，这是因为其允许以更好的材料分布获得更有效的加热。事实上，这些角度比预成型件的对称轴线X更少倾斜，加热灯(未显示，但为本领域技术人员熟知)在颈环9下方的区域中沿预成型件1的侧面布置，该加热灯比现有技术的预成型件更靠近预成型件的表面，现有技术的预成型件代替地具有在颈环下方更成锥形并且因此更远离灯的本体部分。否则，为了获得预成型件的加热(其使本体达到相同的温度)，加热灯的功率将需要增加，造成更大的能量浪费。因此，本发明中在预成型件本体的颈环5以下的区域的选择的形状允许减少加热灯的功率，特别是最靠近颈环的灯的功率，减少了将多余热量传递到圆柱形区域10和颈环9的风险，该圆柱形区域10和颈环9必须保持尽可能刚性。事实上已经发现，利用本发明所选择的本体的区域5的锥形，在预成型件1的加热操作中，可以节约20％的能量节省。

另外的优点是，预成型件本体4的厚度t₂小于或等于1.9mm，优选为1.4mm至1.9mm。厚度t₂的选择已经发现是有利的，因为它保证拉伸比在要求的范围内。

更具体地，预成型件本体4被包括在颈环9的远端处的在连接段5终止处的线和颈环9的近端处的在底部6终止处的线之间。预成型件本体4的壁厚t₂不变且特别是与在颈环9的远端处的在向下成锥形的连接段5的端部处的厚度相比为最大壁厚。

预成型件1的小于1.9mm的壁厚(其允许使以上描述的尺寸用于预成型件本体的其他部分(利用常规的注塑模具难以实现))现在通过注塑压缩系统以及注塑模具来实现，该注塑模具例如使用已知的ALD技术被涂覆有一层或多层纳米合金层，这减少了PET粘到模具壁，且因此允许达到这些壁厚值。

沿轴线X测量的预成型件1的本体4的底部6的长度H₄必要地源于预制成型件所用的材料的量，预制成型件所用材料的量依次又必要地根据必需获得的成品容器的设计界定。底部6的区域中的厚度优选等于厚度t₂，而内径d₅和外径d₅+2t₂被选择，内径d₅略小于过渡段5的下端的内径d₄，外径d₅+2t₂略小于过渡段5的下端的外径d₅。

选择根据本发明的预成型件还保证了在吹塑循环中的能源节约，理由如这里所述。通过加工预成型件使其具有较大的本体尺寸、长度和直径，材料重量是相等的，允许以较小的拉伸比吹塑，同时保持在前述的对于PET可行的范围内。较小的拉伸比允许预成型件本体壁更快达到吹塑模具的内壁，减少材料冷却及增强稳定性。因此最终瓶子的壁更薄，所用加热能在快速冷却的区域中(即在浇口区中或瓶子模具底部中央的区域中，这些区域在现有技术的瓶子中通常呈现不必要的PET积聚)也相等。这个优点可导致用较少的材料获得同尺寸且具有同样结构特性的产品，对应于可达10％的材料节约。如果有必要，通过考虑最终容器的结构特征的稍微衰退来甚至节约材料的多于30％是可能的。以低拉伸比和较薄的预成型件壁加工还意味着在第二吹塑阶段使用较低的压力，在根据本发明的预成型件的情况下，其不是26巴到32巴，而是16巴到20巴。

更多大功率灯的使用将倾向于加热圆柱形部分10的离颈环9最远的区域，从而在颈环下方形成一个区域，在该区域中材料较凉，并且因此存在材料的更大的停滞，其转变成也在瓶子的肩部中的沿模具壁的材料的更坏的分布。太多的材料停留在颈环以下的区域中导致以下缺点：更少的材料沿瓶子模具底部轮廓分布，使其太薄且不十分适合于独自承担瓶子的重量，更不适合于承担在各种水平上堆积的瓶子的重量。相反，较小功率加热灯在圆柱形部分10的区域中的使用还具有如下优点：此区域被更好地加热，从而实现连接区段11的平面的区域中的更好的塑性，改善吹塑效果并且还在瓶子的最远离颈布置的区域中获得更好的材料分布。

节能的又一贡献是拉伸杆插入较大直径的预成型件本体内，并且因此降低了以可能的粘结与预成型件的内壁产生干涉(其增加了废品率)的风险。

Claims (2)

1.一种预成型件，其由塑性材料制成，用于通过拉伸吹塑操作生产具有小于1L的容积且重量小于16g的PET瓶，所述预成型件界定纵向轴线(X)并在其第一端处设置有圆柱形颈(3)，且按顺序界定下述部分：

-螺纹端部分(8)，其用于旋拧盖，

-颈环(9)，其在所述螺纹端部分(8)下方，

-第一圆柱形连接段(10)，其具有第一外径和具有第一厚度(t₁)的壁，所述第一厚度(t₁)大体上等于所述PET瓶在同一区域内的厚度，

-预成型件本体，其意图在所述拉伸吹塑操作之前被加热，依次界定如下部分：

-第二连接段(5)，其具有相对于所述纵向轴线(X)以第一角度(α)成锥形的外壁(21)和相对于所述纵向轴线(X)以第二角度(β)成锥形的内壁(22)，且所述第二连接段(5)具有在所述纵向轴线(X)上的预定长度(H₃)，

圆柱形段(4)，其具有第二外径和第二厚度(t₂)，所述第二外径小于所述第一外径，且所述第二厚度(t₂)大于所述第一厚度(t₁)，

底部(6)，其封闭所述预成型件的第二端，

其中，所述第一角度(α)为从6°至10°，

其特征在于，

-所述第二厚度(t₂)为从1.4mm至1.7mm，

-所述第二角度(β)为从9°至13°,

-所述预定长度(H₃)为从14mm至18.5mm。

2.根据权利要求1所述的预成型件，其具有从5g至10g的总重量。