CN107538719B - 以高拉伸速度通过拉伸吹制制造容器的制造方法 - Google Patents

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Abstract

从塑料制的预型件(3)出发通过拉伸吹制在成型装置(7)内制造容器(2)的制造方法，成型装置包括：‑模型(8)，设有侧壁(11)和模型底部(13)，侧壁和模型底部联合地具有容器(2)型腔；以及‑相对模型(8)在高位与低位之间平移活动安装的拉伸杆(17)，该制造方法包括：‑预吹制阶段，在该预吹制阶段，将具有预吹制压力(PP)的流体注入到预型件(3)中，并使拉伸杆(17)从它的高位向它的底位移动，并且最大移动速度大于或等于2.5m/s。

Description

以高拉伸速度通过拉伸吹制制造容器的制造方法
技术领域
本发明涉及从塑料如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制的预型件出发通过拉伸吹制制造容器。
背景技术
这里涉及预型件或已经经过预成型作业的中间容器，预型件包括整体为旋转柱形的主体，构成要形成的容器瓶口的颈部，和与颈部相反封闭主体的底部。
传统的制造技术在于，使预先加热到高于材料的玻璃体过渡温度的预型件进入到模型中，模型带有形成容器型腔的空腔的壁，并且通过颈部将带压流体如气体(一般为空气)注入到预型件中，使材料贴靠模型壁。成型一般包括预吹制阶段，在该阶段，以比较低的预吹制压力(一般低于或等于15bars)注入流体，还包括在预吹制阶段后的吹制阶段，在吹制阶段，将流体以高于预吹制压力的高吹制压力注入流体(一般大于或等于25bars)。
在压力作用下，通过加热变软的材料形成气泡，气泡膨胀并同时沿与模型主轴线平行的轴向和与模型的轴垂直的径向发展。
为了避免容器的任何偏心(这样可以保证构成预型件的材料良好地分布在最终容器中)，通过可在模型中轴向移动的杆用力使预型件轴向拉伸，该杆包括推动预型件底部直到贴靠带有容器底部型腔的模型底部的远端。
已知通过磁性装置控制拉伸杆的运动，见国际申请WO2012/156614(SidelParticipations)。
例如国际申请WO2008/081107(Sidel Participacions)已经表明，容器的良好成型建立在各参数之间的精确平衡上，其中包括预型件加热温度、拉伸速度、注入预型件中的流体压力、和相继控制预吹制和吹制的时刻。
新的环境标准的应用促使容器制造设备的开发商降低他们的能量消耗。制造商必须加倍机敏，以提出可以降低能耗，同时保证生产的容器质量，以满足消费者的期望。
发明内容
本发明的目的是从这些意义出发提出可以在能耗方面有明显好处、同时保证容器质量的方法。
为此，提出从塑料制的预型件出发通过拉伸吹制在成型装置内制造容器的制造方法，成型装置包括：
-模型，设有侧壁和模型底部，侧壁和模型底部联合地具有容器型腔；以及
-相对模型在高位与低位之间平移活动安装的拉伸杆，在高位，拉伸杆从模型底部移开，在低位，拉伸杆在模型底部附近；
该制造方法包括：
-预吹制阶段，在该预吹制阶段，将具有预吹制压力的流体注入到预型件中，并使拉伸杆从它的高位向它的底位移动，最大移动速度大于或等于2.5m/s；
-吹制阶段，在该吹制阶段，将具有吹制压力的流体注入到预型件中，吹制压力大于预吹制压力，吹制压力小于或等于20bars。
可以单独或综合具有各种补充特征。如此：
-可以在预吹制阶段的大部分过程中保持最大速度；
-杆的最大移动速度最好约为3m/s。
附图说明
通过下面参照以下附图对一实施例的描述，本发明的其它目标和优点将更加清楚，附图中：
-图1是表示容器成型装置的剖面透视图；
-图2是图1成型装置沿方框II的放大剖面透视图；
-图3是图2成型装置的正面剖视图；
-图4、图5、图6是表示从预型件形成容器的正面剖视细节图；
-图7是表示在整个成型周期内预型件内的压力随时间变化的曲线图。
具体实施方式
图1、图2、图3部分地表示通过拉伸吹制毛坯，例如塑料(如PET)制的预型件3，制造容器2的机器1，预型件3包括基本柱形的主体4、形状为最终形状的颈部5、和与颈部5相对封闭主体4的半球形底部6。
实际上，机器1装有一系列通过拉伸吹制的单个的成型装置7，它们安装在被带动围绕中心轴转动的循环输送装置上(未出示)。每个如图1-3所示的成型装置7包括模型8、拉伸装置9、和安装在模型8之上的注入单元10。
例如模型8是文件夹型，并且包括两个围绕共同合页铰链连接的半模，并且两个半模打开，以允许相继排出形成的容器2和使在加热装置中(通常叫做炉子)已经预先加热的待成型的预型件3进入。
模型8包括壁11，壁11限定具有容器2的型腔的空腔12，空腔12围绕纵向主轴线X基本转动对称，并且在下部具有开口，模型底部13安装在开口中，模型底部13和壁11一起使容器2的型腔完整。
拉伸装置9包括固定在机器1的循环输送装置上的支架14，支架14与模型8垂直相对地垂直延伸，拉伸装置9还包括活动装备15，活动装备15包括携带拉伸杆17的滑架16。滑架16在下列位置之间滑动安装在与支架14固连在一起的轨道18上：
-高位(图2)，在该位置，拉伸杆17从模型8完全出离，拉伸杆17的下自由端19在该形态中离开模型8的距离大于颈部5的高度，以允许排除形成的容器2和使待吹制的预型件3进入；
-低位(图6)，在该位置，拉伸杆17被接纳在模型8中，直接在模型底部13附近，导致容器2材料呈夹层结构地被夹在拉伸杆17的下自由端19与模型底部13之间。
拉伸装置9另外装有控制滑架16移动的电磁控制装置20，该电磁控制装置包括：
-一对马达21，这里是电磁型马达，并且由两个电磁铁构成，每个电磁铁固定在支架14的侧壁上；
-位于滑架16上的一对磁轨道22，每个磁轨道22由一系列交替磁极的永磁体构成，这些永磁体相对布置并距每个马达21很小距离；
-控制单元23(图5示意表示)与马达21电连接，并被编程用于向马达输送控制电信号。
注入单元10与模型8垂直相对，注入单元10的作用是在预先被加热并通过颈部9被悬挂在模型8中的预型件3中注入带压流体，尤其是气体如空气，用于使材料贴靠模型8的壁11并使其符合容器2的型腔。
注入单元10首先包括注入块24，注入块24被固定在与模型垂直相对的循环传输装置上并且限定与主轴线X共线的流体管道25。流体管道25的作用是将注入的流体引到预型件3中，以形成容器2，并且可以使拉伸杆17自由滑动。
根据图中所示实施例，注入块24包括用刚性材料形成并设有至少一供给孔27的外壳26，供给孔27：
-通过预吹制管28与具有预吹制压力PP的流体源29(一般为空气)连接，预吹制压力PP比较低(在5和15bars之间)(下面该源29将叫做预吹制源29)；
-以及，通过吹制管30与具有吹制压力PS的流体源31(一般为空气)连接，吹制压力PS比较高，并且无论情况如何都高于预吹制压力PP(下面该源31将叫做吹制源31)。吹制压力PS一般约为25至40bars，但下面将解释怎样能够降低吹制压力而又不牺牲容器2的质量。
根据一优选实施例，预吹制管28和吹制管30每个包括分别与控制单元23连接的电动阀32、33，以使控制单元23控制开放和关闭，以便依次使预吹制源29和吹制源31与可以转换成容器2的预型件3的内部连通。
注入单元10其次包括带有空心管的活动装备34，空心管也叫做钟形管，它安装在外壳26上并且与管道25流体连通。活动装备34与装载的空心管35一起相对模型8在高位与低位(图3)之间平移安装，在高位，空心管35与模型8分离，以便可以排出已经形成的容器2和使预型件3进入，在低位，空心管35与模型8密封接触，以便可以从预型件3形成容器2。
容器2的制造如下进行。
首先，在第一阶段，被预先加热到高于材料的玻璃状转化温度(在PET的情况下大约为80℃)的一温度的预型件3被引入到模型8中。当预型件3就位时，将模型8关闭，然后，控制单元23控制滑架16(并因此控制拉伸杆17)从它的高位向出发位置的移动，在该出发位置，拉伸杆17的自由端19与预型件3的底部6接触(图4)。
然后，在叫做预吹制的第二阶段，从控制单元23开始，控制电动阀32开放，将具有预吹制压力PP的流体(一般为空气)从预吹制源29注入到预型件3中。
同时，拉伸杆17在控制单元23的控制下，从它的出发位置向它的低位移动。
在预吹制阶段，记作VE的拉伸杆17的移动速度被调节，使拉伸杆17的自由端19与预型件3的底部6之间保持接触。
在预吹制阶段结束时(图6)：
-容器2还未完全形成，由于压力不够，一些区域始终未与壁11接触；
-拉伸杆17在它的低位使预型件3的底部6局部贴靠模型底部13。换句话说，底部6呈夹层结构地被夹在拉伸杆17的自由端19与模型底部13之间。
继而是叫做吹制的第三阶段，在该阶段，从控制单元23开始，控制电动阀33开放，将具有吹制压力PS的流体(一般为空气)从吹制源31注入到预型件3中。
则吹制压力PS使预型件3的材料紧密贴靠模型8的壁11，使预型件贴靠型腔，则形成容器2，同时容器在接触时被冷却(并凝固)。
然后在吹制阶段后是叫做排气的第四阶段，在该阶段，如此形成的容器2的内体积通过连通环境大气(一般为大气压)进行排气。则容器2的内压下降，直至渐渐达到大气压。然后，滑架16(和拉伸杆17)重新上升到高位，模型8被打开，并排出成型的容器2，以便可以重复周期。
包括拉伸的预吹制阶段持续时间约为(或小于)200ms。
吹制阶段的持续时间约为700ms到1s。
至于除气阶段，它的持续时间约为400至500ms。
从预型件3进入模型8到形成的容器2从模型8排出之间容器2的形成周期总计约为(或小于)1.8秒。
试验表明，可以通过降低吹制压力PS，同时增加拉伸速度VE明显节约能量，而不牺牲容器2的质量。
更确切地说，已经发现，通过相结合：
-使吹制压力PS小于或等于20bars；以及
-拉伸速度VE至少暂时为大于或等于2.5m/s的最大值。
可以通过预先加热到更低的温度正确地形成容器2，这样可以减少炉子处的能耗。
拉伸速度VE的增加理论上会使材料的厚度大大变薄，因此使容器2变弱。然而令人惊奇的是并没有这样。合理的解释是迅速拉伸预型件3导致分子级甚至在材料内通过摩擦加热，这补偿了加热温度的降低，并因此成型的质量至少可以和平常一样，因为该材料的自加热有利于材料更好地贴靠壁11。
在预吹制阶段：
-首先是加速阶段，拉伸杆从对应于停止在高位的零速度过渡到标称速度；
-第二是稳定阶段，在该阶段，拉伸杆17的移动速度基本恒定在它的标称速度；
-第三是减速阶段，在该阶段，拉伸杆17的移动速度从标称速度降低到对应于与模型底部13接触停止的零速度。
根据一推荐实施例，标称值相当于拉伸杆17在整个稳定阶段达到的最大值。该稳定阶段最好延伸在预吹制阶段的大部分期间。换句话说，在预吹制阶段的大部分期间保持最大速度。
另外有利的是，拉伸杆17甚至在靠近预型件3的底部6之前到达该稳定阶段。换句话说，拉伸杆17甚至在与预型件3的底部6接触前达到它的最大速度。
这样可以加速预吹制阶段，因此实现节省吹制时间的好处，有益于产出的容器2的质量。
在图7画出两个图形：
-细的混合线，是标称压力曲线，对应于通常的加热温度，通常的拉伸速度VE(约为2m/s)、以及约为30bars的吹制压力PS0；
-连续的粗线，压力曲线，对应于高的拉伸速度(这里为3m/s)和比较小的吹制压力PS(这里20bars)。
在预吹制电动阀32打开与吹制电动阀33打开之间测量的预吹持续时间，对于标称压力曲线(细混合线)记为T0，对于相应于高拉伸速度的压力曲线(连续粗线)记为T1。
另外，拉伸杆17达到它的低位时刻与预吹制结束时的时间间隔，对于标称压力曲线(混合细线)记作T2，对于相应于高拉伸速度的压力曲线(连续粗线)记作T3。
在两种情况下，时间间隔T2和T3对应于预型件3在预吹制压力的作用下径向膨胀。下面，将时间间隔T2和T3叫做“径向膨胀时间”。
在图7的细节框里看到，预吹制持续时间T0和T1相同，但径向膨胀时间T2、T3不同。更确切地说，在与高拉伸速度对应的压力曲线上测量的径向膨胀时间T3大于在与通常拉伸速度对应的压力曲线上测量的径向膨胀时间：
T3>T2
在图7所示例子中，膨胀时间T3甚至大约为膨胀时间T2的两倍：
T3≌2T2
正是拉伸速度的增加致使的径向膨胀时间延长允许另外使预型件3在预吹制结束时更好地贴靠型腔，并允许低的吹制压力，以便得到相同或更好的容器质量。
通过使用增加拉伸速度的另一选择，可以减小预吹制的整个持续时间，同时保证径向膨胀的时间(在这种情况下T3≌T2)。这样实现的时间节省可以增加吹制的持续时间。
在所有情况下，容器2与壁11的接触时间大于拉伸速度高的情况，因为材料更早与壁12接触并保持接触更长时间。
由于快速拉伸以及预吹制和吹制时间的优化结合并伴随预型件3的自热，得到质量与普通拉伸速度得到的容器的质量相等或更好的容器2；另外减小吹制压力，并且必要时加热较少，导致节约大量能量。

Claims (4)

1.从塑料制的预型件(3)出发通过拉伸吹制在成型装置(7)内制造容器(2)的制造方法，成型装置包括：
-模型(8)，设有侧壁(11)和模型底部(13)，侧壁和模型底部联合地具有容器(2)型腔；以及
-相对模型(8)在高位与低位之间平移活动安装的拉伸杆(17)，在高位，拉伸杆(17)从模型底部(13)移开，在低位，拉伸杆(17)在模型底部(13)附近；
该制造方法包括：
-预吹制阶段，在该预吹制阶段，将具有预吹制压力(PP)的流体注入到预型件(3)中，并使拉伸杆(17)从它的高位向它的底位移动，并且拉伸杆(17)使预型件(3)的底部(6)局部贴靠模型底部(13)；
-吹制阶段，在该吹制阶段，将具有吹制压力(PS)的流体注入到预型件(3)中，吹制压力大于预吹制压力(PP)；
该制造方法的特征在于：
-在预吹制阶段时，拉伸杆(17)的最大移动速度大于或等于2.5m/s并且预吹制压力(PP)在5至15bar之间；
-在吹制阶段时，拉伸杆(17)的移动速度为零并且吹制压力(PS)小于或等于20bar。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，预吹制阶段的大部分期间是一稳定阶段，稳定阶段期间保持最大移动速度。
3.如权利要求1或权利要求2所述的制造方法，其特征在于，拉伸杆(17)的最大移动速度约为3m/s。
4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，吹制压力(PS)约为20bar。
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