CN108430723B

CN108430723B - 具有凹形底部和可变厚度的预型件

Info

Publication number: CN108430723B
Application number: CN201680073715.7A
Authority: CN
Inventors: C·布内尔
Original assignee: Sidel SpA
Current assignee: Sidel SpA
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2016-11-17
Publication date: 2020-08-11
Anticipated expiration: 2036-11-17
Also published as: FR3045434A1; EP3389970B1; WO2017103361A1; MX2018006701A; CA3005808C; EP3389970A1; US10882216B2; FR3045434B1; CA3005808A1; CN108430723A; US20180361624A1

Abstract

本发明涉及一种用于塑性材料制的容器的预型件(1)，其具有：‑围绕一中央轴线(X)回转对称的主体(3)，‑开口的颈部，其从主体的上端部开始接续主体(3)延伸，以及‑底部(7)，其从主体的下端部(8)开始封闭主体(3)，底部(7)围绕中央轴线(X)回转对称并且具有中央凹部(9)和围绕该凹部(9)凸起的凸缘(10)，底部(7)具有从外表面(17)开始测得的厚度E，底部的厚度随着分别应用于底部的三个部分的三种不同标准的变化而变化，所述三个部分即一个中央部分[0；S₁]、一个中间部分[S₁；S₂]和一个周边部分[S₂；L]。

Description

具有凹形底部和可变厚度的预型件

技术领域

本发明涉及由热塑性材料尤其是聚对苯二甲酸乙酯材料(PET)制的预型件来制造容器。

更准确地说，本发明涉及一种在具有容器型腔的模型内通过吹制或者拉伸吹制成型容器的预型件。

背景技术

容器通常具有一个侧壁、一个颈部和一个底部，所述侧壁一般回转对称，沿一条中央轴线延伸，所述颈部接续侧壁延伸，容器用于由该颈部进行灌装和排空，所述底部由主体的下端部起横向延伸，容器用于由该底部放置在平表面上。

预型件通常具有一个主体、一个开口的颈部以及一个底部，所述主体具有基本上呈圆柱形的形状(用于形成容器的侧壁)，所述开口的颈部从主体的上端部开始接续主体延伸，由一个凸缘分开(在容器成型过程中，颈部保持不变)，所述底部在主体的下端部(用于形成容器的底部)封闭主体。

不管待成型容器的底部形状如何，大部分预型件的底部呈凸形、半球形或者一般来说向外呈鼓形，例如参见欧洲专利申请EP2697024(Sidel)或者其美国同族专利申请US2014/030461。然而，在大多数情况下，容器具有凹入底部。因此，应当指出，在成型过程中，底部的材料必须从凸起型面翻转，以采用凹入型面。这种翻转在材料中产生应力，其可产生显微裂纹。当容器受压时，这种显微裂纹会扩大。应当指出，在某些应用中甚至会发生破裂的情况(这通常是某些具有花瓣状底部的容器的情况，其配有交替布置的凸起支脚和中空凹下部分，用于碳酸气饮料)。因为寻求节省材料，减少污染物排放，要求减轻预型件的重量(从而减小厚度)，裂纹(和破裂)产生的危险在市场上有加剧的趋势。由于提高生产进度(每小时每个机器数万个成品容器)，导致缩短容器的单个制造周期的时间，也会加剧这种危险。由此引起容器与模型接触时间缩短，因此，容器冷却不良。

另外，某些塑性材料(尤其是PET的情况，非常普遍用于制造容器)具有形状记忆作用，即在从稳定的初始形状开始塑性变形(如果是PET制的预型件的情况则为玻璃化)之后，这些塑性材料随时间而产生内应力，该内应力将塑性材料拉向其初始形状。

在容器的情况下，这种记忆作用会在容器的底部上产生非所需变形，容器的底部因此变得不稳定并且其机械强度减小，同时安全距离减小(即底部中心与由其限定的放置平面之间轴向测得的距离)。

首先，可能设计只要使预型件的底部凹入就行，如美国专利申请US2013/0244050(Husky)中所述。

如果这种形状可有效缓解记忆作用，那么，相反，应该注意到，可惜其不足以解决细微得显不出的裂纹的问题。特别是，同样由具有凹形底部的预型件获得，花瓣状底部往往会出现产生裂纹现象，尤其是在支脚的内边缘上，在与底部的中央拱顶的接合部处。另外，应当指出，这可部分地说明这种现象，该接合部也在材料较具延伸性的区域(支脚)与材料比较无定形的区域(中央)之间，在分子水平上形成限制。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提出一种预型件，其几何形状可减小裂纹产生的风险。

为此，首先，本发明提出一种用于塑性材料制的容器的预型件，其具有：

-围绕一中央轴线回转对称的主体，

-开口的颈部，其从主体的上端部开始接续主体延伸，以及

-底部，其从主体的下端部开始封闭主体，底部围绕中央轴线回转对称并且具有中央凹部和围绕该凹部凸起的凸缘，底部具有从外表面开始测得的变化的厚度E，

所述预型件是这样的，在通过中央轴线的整个剖切平面上，底部的厚度E符合下述几何规则(R4.1)、(R4.2)和(R4.3)，已知：

S从代替原点的中央轴线开始在外表面上测得的曲线横坐标；

L从中央轴线开始直至主体的下端部在外表面上测得的底部的总曲线半长度；

S₁曲线横坐标S的一个数值，例如0.2·L≤S₁≤0.3·L；

S₂曲线横坐标S的一个数值，例如0.4·L≤S₂≤0.6·L；

E₀预型件在主体的下端部处的厚度；

[0；S₁]底部的中央部分，该中央部分由在原点与S₁之间的曲线横坐标S限定；

[S₁；S₂]底部的中间部分，该中间部分由在S₁与S₂之间的曲线横坐标S限定；

[S₂；L]底部的周边部分，该周边部分由在S₂与L之间的曲线横坐标S限定；

(R4.1)在底部的中央部分[0；S₁]中，预型件的厚度E是这样的：

0.65·E₀≤E≤0.95·E₀；

(R4.2)在底部的中间部分[S₁；S₂]中，预型件的厚度E严格小于其在中央部分的任意点的数值；

(R4.3)在底部的周边部分[S₂；L]中，预型件的厚度E递增。

事实证明，在由这种预型件成型具有花瓣状底部的容器时，裂纹现象的产生显著减少，尤其是在支脚的内边缘上，在与底部的中央拱顶的接合部处。

单独地或组合地，可设置多个附加技术特征：

-在底部的中央部分[0；S₁]中，预型件的厚度E是这样的：

0.70·E₀≤E≤0.80·E₀

其中，优选地：

E≌0.75·E₀

-在底部的中间部分[S₁；S₂]中，预型件的厚度E是这样的；

E≌0.70·E₀

-预型件还符合以下几何规则(R1)：

0.2·D≤d≤0.5·D (R1)

其中，优选地：

d≌0.35·D

其中：

d是由凸缘限定的底部的一端部处的直径；

D是主体在与底部的接合部处测得的外径；

-预型件还符合以下几何规则(R2)：

0.02·D≤h≤0.08·D (R2)

其中，优选地：

h≌0.05·D

其中，h是底部的中心与由凸缘限定的端部之间测得的安全距离；

-预型件还符合以下几何规则(R3)：

4°≤A≤38° (R3)

其中，优选地：

30°≤A≤35°

其中，A是预型件的外表面上在中央凹部与凸缘之间的接合部处的一个弯曲点，切线与垂直于中央轴线的整个横向平面形成的角度。

其次，本发明提出一种用于成型如上所述的预型件的模型，该模型具有：

-模型主体，模型主体的侧壁具有预型件的主体的外表面的型腔，模型主体的模底具有预型件的底部的外表面的型腔；

-核心部，其具有预型件的内表面的型腔。

附图说明

通过阅读下面参照附图对一实施方式进行的说明，本发明的其他目的和优点将显示出来，附图如下：

-图1是根据第一实施方式的容器预型件的剖面图；

-图2是根据第二实施方式的容器预型件的剖面图；

-图3是根据第三实施方式的容器预型件的剖面图；

-图4是图1的预型件根据框IV的细部图；

-图5是图2的预型件根据框V的细部图；

-图6是图3的预型件根据框VI的细部图；

-图7是可使图3和6的预型件成型的模型的剖面图；

-图8是容器的底部的剖面图，底部具有花瓣状形状，由如在图1至6中所示的预型件、特别是由从图3和6所示的预型件成型。

具体实施方式

图1、2和3每个均示出一个由塑性材料例如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成的预型件1，容器2(如图8所示)由该预型件通过吹制或者拉伸吹制而成。首先，每个预型件1具有一个主体3，主体围绕一条中央轴线X回转对称地延伸。根据一个适于大多数应用的有利的实施方式，主体3呈圆柱形。

预型件1的主体3用于成型容器2(部分地示于图8)的主体4和凸肩(未示出)。

其次，每个预型件1具有一个开口的颈部5，该颈部由主体的上端部开始接续主体3延伸。颈部5具有其最终形状，在容器2的整个成型过程中和使用期限始终保持这种形状。

有利地，颈部5由一个径向凸起的凸缘6与主体3分开，在输送、预型件1加热、或者容器2成型、然后分别是容器灌装、封装和贴标签的各种操作期间，预型件1(然后是容器2)通过所述凸缘进行悬置(或者更通常地说是保持)。

第三，每个预型件1具有一个底部7，该底部从主体的下端部8开始封闭主体3，即底部7的材料从主体3(圆柱形)的下端部8开始延伸，以径向接合中央轴线X，从而与颈部5相对地封闭预型件1。底部7围绕中央轴线X回转对称，即其在整个纵向剖切平面(换句话说，通过中央轴线X，相应于在图1至6上的薄片的平面)上不变。

下文中，术语“凹入”和“凸起”应参照预型件1的内部空间加以理解。换句话说，一个区域如果其凹面朝向预型件1的外部，则称为凹入，反之，如果其凸面朝向预型件1的外部，则称为凸起。

如图1至6所示，底部7的截面在整个纵向剖切平面上具有圆弧的W形状。

更准确地说，底部7具有一个中央凹部9和一个围绕该凹部9凸起的凸缘10，该凸缘10在一个垂直于中央轴线X的横向端部平面T上，限定预型件1的一个环形端部11。

该形状用于有利于容器2的具有一个凹入的中央拱顶13和一个凸起的周边支座14的底部12的成型。通常，如图8所示，待成型容器2的底部12尤其可为花瓣状，具有交替布置(当围绕中央轴线呈角度地布置时)的凸起支脚15和基本上呈半球形的凹谷16，支脚15朝中央方向连接于中央拱顶13。

预型件1具有一个外表面17和一个内表面18。底部7具有在整个纵向剖切平面上从外表面17测得的标记为E的厚度。换句话说，在外表面17的任意点，底部(或者更通常地回说是预型件，颈部除外)的厚度E是该点至内表面18的最短距离，或者，以该点为圆心、在该点处与内表面18相切的圆的半径。

在凹部9及围绕其的凸缘10之间的接合部处，底部7在其外表面17上，在整个纵向剖且平面上，具有一个弯曲点PI。

为了确定底部尺寸的需要，标示如下：

D主体3在与底部7的接合部处测得的外径(换句话说，底部7的总直径)；

d由凸缘10限定的端部11的直径；

h底部7的安全距离，即分开底部7的中心点与横向平面T的轴向测得的距离；

A在预型件1的外表面17上，在弯曲点PI，切线与横向平面T(或者与垂直于中央轴线X的任何其他平面)形成的角度；

S在整个纵向剖切平面上从代替原点的中央轴线X开始在外表面17上测得的底部7的曲线横坐标；

L在整个纵向剖切平面上从中央轴线X直至主体3的下端部11在外表面17上测得的底部7的总曲线半长度；

S₁曲线横坐标S的一个数值，例如0.2·L≤S₁≤0.3·L；

S₂曲线横坐标S的一个数值，例如0.4·L≤S2≤0.6·L；

E₀预型件1在主体3的下端部的厚度，或者换句话说，在底部7与主体3的接合部处的厚度。

另外，为了确定底部3尺寸的需要，在底部上区分为三个同心区域，即：

-一个中央部分，其由原点(S＝0)与S₁之间的曲线横坐标S限定，因此标示为[0；S₁]；该中央部分由阴影线图案示于图4、5和6；

-一个中间部分，其由S₁和S₂之间的曲线横坐标S限定，因此标示为[S₁；S₂]；该中间部分由正方形图案示于图4、5和6；

-一个周边部分，其由S₂和L之间的曲线横坐标S限定，因此标示为[S₂；L]；该周边部分由蜂窝状图案示于图4、5和6。

在第一实施方式中，如图4所示，S₁约为底部7的总曲线半长度L的20％，而S₂约为底部的总曲线半长度的40％。

在第二实施方式中，如图5所示，S₁约为底部7的总曲线半长度L的30％，而S₂约为底部的总曲线半长度的50％。

在第三实施方式中，如图6所示，S₁约为底部7的总曲线半长度L的25％，而S₂约为底部的总曲线半长度的50％。

为了确定底部7的尺寸，使用四个几何规则：一个标记为R1的直径规则、一个标记为R2的安全距离规则、一个标记为R3的角度规则和一个标记为R4的厚度规则，应当指出，其目的是不仅在容器2的底部12成型时，尤其是在底部为花瓣状时，而且也在容器2的吹制流体排出、而容器2由于为了提高生产进度与其模型壁接触时间短而仍然很热时，最小化裂纹现象的发生(和扩大)。

如果前三个规则R1、R2和R3为任选，则前三个规则是有利的，因为它们有助于达到目的。相反，第四规则R4必不可少，主要有助于其进行实施。

根据第一规则R1，端部11的直径d与底部7的总直径D有关，在0.2(20％)至0.5(50％)之间的比率中，比例关系为：

0.2·D≤d≤0.5·D (R1)

该第一规则R1的下限，即d≌0.2·D，由图4所示的第一实施方式示出。

该第一规则R1的上限，即d≌0.5·D，由图5所示的第二实施方式示出。

该第一规则R1的中间值，d≌0.35·D，由图6所示的第三实施方式示出。

根据第二规则R2，底部7的安全距离h与底部7的总直径D有关，在0.02(2％)至0.08(8％)之间的比率中，比例关系为：

0.02·D≤h≤0.08·D (R2)

在第一实施方式中，如图4所示，安全距离h约为底部7的总直径D的3％，即：

h≌0.03·D

在第二实施方式中，如图5所示，安全距离h约为底部7的总直径D的7％，即：

h≌0.07·D

在第三实施方式中，如图6所示，安全距离h约为底部7的总直径D的5％，即：

h≌0.05·D

根据第三规则R3，在弯曲点PI的切线与横向平面T的角度A在4°至38°之间：

4°≤A≤38° (R3)

但是，有利地，角度A在30°至35°之间：

30°≤A≤35°

在第一实施方式中，如图4所示，角度A约为32°：

A≌32°

在第二实施方式中，如图5所示，角度A约为30°：

A≌30°

在第三实施方式中，如图6所示，角度A约为29°：

A≌29°

根据第四规则R4，依据三个标准，即应用于中央部分[0；S₁]的第一标准(R4.1)、应用于中间部分[S₁；S₂]的第二标准(R4.2)和应用于周边部分[S₂；L]的第三标准(R4.3)，底部7的厚度E随着原点(S＝0)和与主体的接合部处(S＝L)之间的曲线横坐标S的变化而变化。

根据第一标准(R4.1)，在底部7的中央部分[0；S₁]，预型件1的厚度E为预型件1在主体3的下端部8处的厚度E₀的65％至95％之间：

0.65·E₀≤E≤0.95·E₀ (R4.1)

优选地，在底部7的中央部分[0；S₁]，预型件1的厚度E甚至在预型件1在主体3的下端部8处的厚度E₀的70％至80％之间：

0.70·E₀≤E≤0.8·E₀ (R4.1)

根据图4、5和6所示的一优选实施方式，在底部7的中央部分[0；S₁]，预型件1的厚度E是预型件1在主体3的下端部8处的厚度E₀的一个递减精调函数，依据以下关系：

E＝K1·E₀－K2·S

其中，K1和K2是严格为正的常数实数。

在第一实施方式中，如图4所示，K1约为0.56，K2约为0.011，以致在底部7的中央部分[0；S₁]，预型件1的厚度E根据以下精调函数从中央开始略微递减：

E＝0.56·E₀－0.011·S

在这种情况下，鉴于系数K2微小，可以忽略这个变量，在底部7的中央部分[0；S₁]，考虑与厚度E₀成正比的近似不变的厚度E：

E≌0.56·E₀

在第二实施方式中，如图5所示，K1约为0.8，K2约为0.043，以致在底部7的中央部分[0；S₁]，预型件1的厚度E根据以下精调函数从中心开始略微递减：

E＝0.8·E₀－0.043·S

也在这种情况下，鉴于系数K2微小，可以忽略这个变量，在底部7的中央部分[0；S₁]，考虑与厚度E₀成正比的近似不变的厚度E：

E≌0.8·E₀

在第三实施方式中，如图6所示，K1约为0.75，K2约为0.026，以致在底部7的中央部分[0；S₁]，预型件1的厚度E根据以下精调函数从中心开始略微递减：

E＝0.75·Ε₀－0.026·S

仍在这种情况下，鉴于系数K2微小，可以忽略这个变量，在底部7的中央部分[0；S₁]，考虑与厚度E₀成正比的近似不变的厚度E：

E≌0.75·E₀

根据第二标准(R4.2)，在底部的中间部分[S₁；S₂]，预型件1的厚度E严格小于其在中央部分[0；S₁]的任何点的数值。

此外，在中间部分[S₁；S₂]，厚度E优选基本上不变，完全在厚度E₀的50％至75％之间：

0.5·E₀≤E≤0.75·E₀

在第一实施方式中，如图4所示，厚度E在中间部分[S₁；S₂]约为厚度E₀的54％：

E≌0.54·E₀

在第二实施方式中，如图5所示，厚度E在中间部分[S₁；S₂]约为厚度E₀的72％：

E≌0.72·E₀

在第三实施方式中，如图6所示，厚度E在中间部分[S₁；S₂]约为E₀的70％：

E≌0.70·E₀

根据第三标准(R4.3)，在底部7的周边部分[S₂；L]，预型件1的厚度E递增，直至在主体3的下端部8处达到数值E₀。

用于花瓣状底部(如图8所示的底部12)的成型进行的试验表明，第四规则R4的应用(有利地结合前三个规则R1、R2、R3中一个或另一个或者结合所有这些规则)，可以最小化在支脚15的内边缘19上在与中央拱顶13的接合部处裂纹现象的产生。

较为详细的分析表明，与在其上在该接合部处发现易于(完全可能)产生裂纹的材料凸缘的公知花瓣状底部不同，利用如上所述的预型件1特别是根据图6所示的第三实施方式的预型件1制成的花瓣状底部12的厚度，从中央拱顶13开始连续递减，直至支脚15，在支脚的内边缘上没有前述凸缘。据估计，是这种连续递减最小化裂纹现象的产生。

图7部分地示出一个用于如上所述的预型件1成型的模型20。更准确地说，所示的模型20有利地设计成可通过简单注塑塑性材料(通常是PET)，制造图3和6所示的预型件1。

这种模型20一方面具有一个模型主体21，该主体的侧壁22具有预型件1在主体3处的外表面17的型腔，该主体的模底23具有预型件1在底部7处的外表面17的型腔，这种模型另一方面具有一个核心部24，该核心部具有预型件1的内表面18的型腔。

模型主体21和模底23是固定的，而核心部24相对于该模型主体和模底平移活动，以使预型件1一旦成型就卸载和排出。

如图7所示，侧壁22和模底23在其周边上配有导槽25，该导槽与外壳(未示出)一起成型制冷剂(例如水)的流动管道，制冷剂用于确保在预型件成型之后由外表面17立即冷却所述预型件1。

也如图7所示，核心部24设有一个中空外壳体26和一个中央注入器27，所述中空外壳体具有预型件1的内表面18的型腔，所述中央注入器也是中空的，在下端部设有凹槽28。

制冷剂(例如水)输入到注入器27中，流经凹槽28，在注入器27与外壳26之间流动，以将外壳的温度调节到适当数值，从而确保在预型件成型之后立即由其内表面18冷却所述预型件1。

材料(例如PET)通过一个注塑装置(未示出)通过在模底23中心钻出的一个孔29以熔融形式输入。

在实施变型中，可以考虑用简单注塑以外的其他技术，尤其是用注塑压缩技术，成型预型件1。

Claims

1.一种用于塑性材料制的容器的预型件(1)，其具有：

-围绕一中央轴线(X)回转对称的主体(3)，

-开口的颈部(5)，其从主体的上端部开始接续主体(3)延伸，以及

-底部(7)，其从主体的下端部(8)开始封闭主体(3)，底部(7)围绕中央轴线(X)回转对称并且具有中央凹部(9)和围绕该中央凹部(9)凸起的凸缘(10)，底部(7)具有从外表面(17)开始测得的变化的厚度E，

所述预型件(1)的特征在于，在通过中央轴线(X)的整个剖切平面上，底部(7)的厚度E符合下述几何规则(R4.1)、(R4.2)和(R4.3)，已知：

S从充当原点的中央轴线(X)开始在外表面(17)上测得的曲线横坐标；

L从中央轴线(X)开始直至主体(3)的下端部(8)在外表面(17)上测得的底部(7)的总曲线半长度；

S₁曲线横坐标S的一个数值，使得0.2·L≤S₁≤0.3·L；

S₂曲线横坐标S的一个数值，使得0.4·L≤S₂≤0.6·L；

E₀预型件(1)在主体(3)的下端部(8)处的厚度；

[0；S₁]底部(7)的中央部分，该中央部分由在原点与S₁之间的曲线横坐标限定；

[S₁；S₂]底部(7)的中间部分，该中间部分由在S₁与S₂之间的曲线横坐标限定；

[S₂；L]底部(7)的周边部分，该周边部分由在S₂与L之间的曲线横坐标限定；

(R4.1)在底部(7)的中央部分[0；S₁]中，预型件(1)的厚度E是这样的：

0.65·E₀≤E≤0.95·E₀；

(R4.2)在底部(7)的中间部分[S₁；S₂]中，预型件(1)的厚度E严格小于其在中央部分[0；S₁]的任意点的数值；

(R4.3)在底部的周边部分[S₂；L]中，预型件(1)的厚度E递增。

2.根据权利要求1所述的预型件(1)，其特征在于，在底部(7)的中央部分[0；S₁]中，预型件(1)的厚度E是这样的：

0.70·E₀≤E≤0.80·E₀。

3.根据权利要求2所述的预型件(1)，其特征在于，在底部(7)的中央部分[0；S₁]中，预型件(1)的厚度E是这样的：

E≌0.75·E₀。

4.根据权利要求3所述的预型件(1)，其特征在于，在底部(7)的中间部分[S₁；S₂]中，预型件(1)的厚度E是这样的：

E≌0.70·E₀。

5.根据前述权利要求中任一项所述的预型件(1)，其特征在于，所述预型件还符合以下几何规则(R1)：

0.2·D≤d≤0.5·D(R1)

其中：

d是由凸缘(10)限定的底部(7)的一端部(11)处的直径；

D是主体(3)在与底部(7)的接合部处测得的外径。

6.根据权利要求5所述的预型件(1)，其特征在于：

d≌0.35·D。

7.根据权利要求1所述的预型件(1)，其特征在于，所述预型件还符合以下几何规则(R2)：

0.02·D≤h≤0.08·D(R2)

其中，h是底部(7)在底部(7)的中心与由凸缘(10)限定的一个端部(11)之间测得的安全距离。

8.根据权利要求7所述的预型件(1)，其特征在于：

h≌0.05·D。

9.根据权利要求1所述的预型件(1)，其特征在于，所述预型件还符合以下几何规则(R3)：

4°≤A≤38°(R3)

其中，A是在预型件(1)的外表面(17)上在中央凹部(9)与凸缘(10)之间的接合部处的一个弯曲点(PI)处的切线与垂直于中央轴线(X)的任何横向平面形成的角度。

10.根据权利要求9所述的预型件，其特征在于：

30°≤A≤35°。

11.一种用于成型根据前述权利要求中任一项所述的预型件(1)的模型(20)，其特征在于，所述模型具有：

-模型主体(21)，模型主体的侧壁(22)具有预型件(1)的主体(3)的外表面的型腔，模型主体的模底(23)具有预型件(1)的底部(7)的外表面的型腔；

-核心部(24)，其具有预型件(1)的内表面(18)的型腔。