CN108778663B - 形成制品的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了由包含聚合物和发泡剂的熔融塑料组合物形成制品的方法。该方法包括将该熔融塑料组合物注入模具中，使得该塑料组合物形成与模具的第一形成腔室表面相邻和接触的第一实心表层，和与模具的第二形成腔室表面相邻和接触的第二实心表层，和在限定腔室环形横截面的模具腔室至少一部分的周边区域中的第一和第二实心表层之间的熔融塑料组合物凝固之前，打开该模具。

Description

形成制品的方法
本发明涉及形成用于食物的发泡塑料制品例如杯子或者容器。
在包装工业中，常用类型的一次性杯子(例如外卖咖啡杯)是纸杯，其具有塑料材料例如低密度聚乙烯(LDPE)的内衬。因为这些杯子是由两种不同的材料制成的，它们的分离会是困难和/或昂贵的，因此它们的回收利用会证明是一种挑战。此外，因为在杯子一侧上存在接缝(这里纸材料结合在一起)，因此当杯子倾斜用于消费其中的所述饮料时(特别是当杯子用于与盖子相连，该盖子具有饮料从中穿过用于消费的接口)，液体会从杯子边缘处的结合区域泄漏。
工业上已经进行了努力来提供一次性聚丙烯杯子。例如US-A-2014/0166738公开了由多孔聚合物材料例如聚丙烯制成的坯料，该坯料然后可以形成杯子。但是US-A-2014/0166738的杯子中仍然存在接缝，并且最终的杯子必须通过折叠所述坯料和将其不同的边缘密封在一起来制造。此外，在常规注塑中，需要厚壁来在杯子中产生一些绝热。典型地，多孔结构提供了绝热，并且将发泡剂加入该热塑性聚合物中来产生发泡结构，来进一步改进绝热性，和降低发泡壁的密度。但是，对于给定的壁厚度，通过发泡能够实现的最大密度降低是30wt％，基于壁中热塑性聚合物的重量。
本发明的目标至少部分地在于克服现有的一次性容器的问题。具体地，本领域需要这样的容器，其是可容易回收利用的。还令人期望的是减少用于制造每个容器的材料的量，而仍然提供具有良好绝热性和所需劲度(stiffness)水平的容器。
在第一方面，本发明提供一种形成制品的方法，该方法包括：
(a)提供具有外部件和内部件的模具，该外部件具有第一形成腔室表面和该内部件具有第二形成腔室表面；
(b)闭合该模具，由此在该第一和第二形成腔室表面之间限定腔室，其中该腔室的至少一个区域限定该腔室的外和内周边边缘之间的腔室的环形横截面，该第一形成腔室表面是使得该第一形成腔室表面和该第二形成腔室表面之间的距离围绕该区域的至少部分周边在第一距离和第二距离之间交替，该第一距离大于该第二距离；
(c)将包含聚合物和发泡剂的熔融塑料组合物注入该腔室中；
(d)使得该塑料组合物在所述至少一个区域中形成第一实心表层和第二实心表层，该第一实心表层与该第一形成腔室表面相邻和接触，和具有第一周边长度，该第二实心表层与该第二形成腔室表面相邻和接触，和具有第二周边长度，其中该塑料组合物在第一和第二实心表层之间保持熔融，来分别形成：其中该第一形成腔室表面和该第二形成腔室表面之间的距离在该第一距离和第二距离之间交替，交替该塑料组合物的第一和第二厚度，第一和第二厚度每个包含第一和第二表层以及位于它们之间的熔融塑料组合物；
(e)在该第一和第二实心表层之间的塑料组合物凝固之前，打开该模具，因此使得该第一和第二实心表层之间的塑料组合物，和处于该塑料组合物的交替的第一和第二厚度的熔融塑料组合物，通过发泡而膨胀，其中所述打开包括除去该模具的该外部件，以使得该第一实心表层不再接触该第一形成腔室表面，而该第二实心表层保持与该第二形成腔室表面接触。
该第二实心表层可以保持与第二形成腔室表面接触，直到该第一和第二实心表层之间的塑料组合物完全膨胀。
该第一和第二距离和相应的第一和第二厚度配置来围绕注塑的组合物周边提供交替的峰和沟，或者脊和谷系列。这些值可以是恒定值或者可选择地该第一和第二距离和厚度都可以独立地围绕所述周边变化。在本发明的一些实施方案中，该第一和第二距离和厚度围绕所述周边是恒定值。在本发明的其他实施方案中，该第二距离/厚度围绕所述周边是恒定值，并且该第一距离/厚度围绕所述周边是变化的。在本发明的其他实施方案中，该第一距离/厚度围绕所述周边是恒定值，和该第二距离/厚度围绕所述周边是变化的。在本发明的其他实施方案中，该第二距离/厚度围绕所述周边是恒定值，和该第一距离/厚度围绕所述周边在两个不同的第一值之间交替变化。在本发明的其他实施方案中，该第一和第二距离/厚度围绕所述周边都是独立变化的。
在第二方面，本发明提供一种用作饮料杯子或者用作容器的中空制品，该中空制品具有限定中心中空腔室的环形侧壁和底壁，该侧壁的顶部边缘和该侧壁的底端，其中该环形侧壁包含塑料材料，该塑料材料由内和外表层以及处于它们中间的膨胀的多孔泡沫层的夹层结构构成，其中该膨胀的多孔泡沫层包含环形阵列的增强区域，其沿着该侧壁在该顶部边缘和该底端之间的方向上纵向延伸，该增强区域是通过沿着该侧壁在该顶部边缘和该底端之间的方向上纵向延伸的环形阵列的间隔区域来相互隔开的，来围绕该环形侧壁提供交替的增强区域和间隔区域，其中该增强区域包含膨胀的第一密度多孔泡沫和该间隔区域包含膨胀的第二密度多孔泡沫，其中该第一密度高于该第二密度。
每个方面优选的特征是在各自从属权利要求中定义的。
本发明的优点是通过其方法形成的容器容易回收利用和再使用，其在材料中不具有这样的接合，即，在其中会发生其上所含的液体泄漏过其中，其具有所需的劲度水平，以及还具有良好的绝热性。此外，本发明允许使用较少的材料来制造每个容器(因此降低了制造成本)。
使用本发明，可以实现在处于它的未发泡状态的热塑性树脂的密度和杯子中的热塑性材料的密度之间200％的密度下降，后者包括膨胀的多孔泡沫区域和未发泡的区域。
本发明至少部分地基于本发明人这样的发现，即，提供第一形成腔室表面，其是使得该第一形成腔室表面和该第二形成腔室表面之间的距离在第一距离和第二距离(该第一距离大于该第二距离)之间交替，这允许减少用于形成制品的材料的量，并且还因此减少了制品的重量。具体地，在第一方面，本发明人已经发现第一实心表层(在打开模具之前形成)可以在打开模具时(模具是在第一和第二表层之间的熔融塑料组合物凝固之前打开的)通过发泡所述熔融塑料组合物来“吹大”。最终制品的第一和第二实心表层之间的距离可以围绕最终制品的周边是基本上恒定的。因此，本发明的方法使用了较少的材料，但是提供这样的最终产品，其外观类似于在模具中的该第一形成腔室表面和第二形成腔室表面之间的距离保持恒定，而非在第一和第二距离之间交替所获得的产品。
在第二方面，本发明人已经发现当形成最终容器时(其中一些区域包含膨胀的塑料组合物和一些区域包含未膨胀的塑料组合物)，提供第一形成腔室表面，其是使得该第一形成腔室表面和该第二形成腔室表面之间的距离围绕该区域周边的至少一个第一部分在第一距离和第二距离之间交替(该第一部分是这样的区域，其当打开模具时膨胀)，这使得可以减少用于形成制品的材料的量，并且因此减少了制品的重量。具体地，该第一部分中的第一实心表层(在打开模具之前形成)可以通过在第一部分中的第一和第二表层之间发泡所述熔融塑料组合物而“吹大”，以使得该第一表层是最终制品中第一部分中的凸面。因此，本发明的方法使用了较少的材料，但是提供这样的最终产品，其外观类似于在模具中的该第一形成腔室表面和第二形成腔室表面之间的距离保持恒定，而非在第一和第二距离之间交替所获得的产品。
本发明人还已经发现通过本发明的方法生产的制品还具有用于这样的制品所需的劲度水平，虽然其中所用材料量减少。还已经发现在多孔发泡塑料组合物，典型地是热塑性材料例如聚烯烃，典型地是聚丙烯缓慢冷却时，由于它的绝热性，所述塑料组合物的结晶度会增加，这又会增加多孔发泡塑料组合物的刚度。第一和第二表层之间的熔融塑料组合物通过发泡而膨胀还提供了具有良好绝热性的制品。
同样，因为整个容器可以由单层的可回收利用材料制成(即，没有需要分离的不同材料的层)，因此所述容器与通常使用的塑料衬里的纸杯相比更容易回收利用。虽然在制造过程中将标签或者外涂层(膜片或者膜套)增加到所述容器，但是这也可以是与形成容器本身相同的材料。例如该聚合物和膜片可以都由聚丙烯形成。
此外，在所述制品是在本发明方法中注塑时，在制品中不存在这样的接合，其中所含液体会通过其发生泄漏。
本发明的实施方案现在将仅仅经由实施例，参考附图来描述，其中：
图1是制品的横截面，其显示了在本发明第一方面的方法的不同阶段的制品外观；
图2A显示了当制品仍然处于模具中时，在本发明第一方面的方法的一种实施方案的步骤(d)结束时穿过制品一部分的横截面；
图2B显示了图2A所示的横截面，其显示了当制品仍然处于模具中时，在未膨胀制品的不同区域处熔融塑料组合物的密度；
图3显示了在步骤(e)中打开模具后，穿过整个膨胀制品的横截面；
图4A和4B显示了在生产图3所示制品的膨胀方法中，不同位置处泡沫的密度；
图5显示了图3所示制品中熔融塑料组合物的膨胀；
图6显示了在本发明第二方面的方法的一种实施方案的步骤(d)结束时穿过制品一部分的横截面，其中该图的左手侧显示了仍然处于模具中的制品，和该图的右手侧显示了当它已经膨胀和从模具中除去后的制品；
图7显示了在本发明第二方面的步骤(d)结束时，当制品仍然处于模具中时，制品的两个第一部分116和三个第二部分118；
图8显示了在本发明第二方面的方法的一种实施方案的步骤(d)结束时，当制品仍然处于模具中时，穿过制品的一部分的横截面；
图9是根据本发明另一实施方案的方法所形成的用于杯子的注塑的预成形体的侧视图；
图10是穿过图9的注塑的预成形体的侧壁的横截面图；
图11是图9的注塑的预成型体的底部的底视图；
图12是通过图9的注塑的预成形体的膨胀所形成的杯子的侧视图；
图13是穿过图12的杯子侧壁的横截面；
图14是穿过图12的杯子的横向横截面的顶视图。
参见图1，显示了制品2(例如咖啡杯)的横截面，其显示了在本发明第一方面方法的不同阶段的制品外观。具体地，图1的左手侧显示了在本发明第一方面的方法的步骤(d)结束时，当制品仍然处于模具中时，第一实心表层4，第二实心表层6和处于该第一和第二实心表层4，6之间的熔融塑料组合物8。图1显示了一种实施方案，其中该模具的外部件12的第一形成腔室表面包含波纹，在第一形成腔室表面中的波纹具有正弦波形式的峰和沟(要注意的是第一形成腔室表面中的沟导致在其中模塑的制品中形成相应的峰，反之亦然)。该正弦波可以具有在峰和沟的形状和形态方面多种不同的构造。
所述波纹可以例如是U-形或者V-形和/或对于任何形状的峰和沟，该波纹可以具有可重复的或者规则的序列的峰和沟或者不可重复的或者无规的序列的峰和沟。
典型地，所述峰和沟具有某些程度的曲率，具有大半径曲率。还显示了该模具的内部件14，其是模具芯。在这种实施方案中，第一距离D1和第二距离D2(二者都是垂直于该第二形成腔室表面的切线来测量的)每个围绕模具腔室的该区域周边(其限定腔室的外和内周边边缘之间的腔室的环形横截面)保持恒定。第一距离D1是该第二形成腔室表面和第一形成腔室表面中的沟最低点之间的距离，第二距离D2是该第二形成腔室表面和第一形成腔室表面中的峰最高点之间的距离。
如上文所解释的，第一和第二距离D1，D2配置来围绕注塑的组合物周边提供交替的峰和沟，或者脊和谷系列。这些值可以是恒定值或者可选择地该第一和第二距离D1，D2都围绕所述周边独立变化。在本发明的一些实施方案中，第一和第二距离D1，D2围绕所述周边是恒定值。在本发明的其他实施方案中，第二距离D2围绕所述周边是恒定值，和第一距离D1围绕所述周边是变化的。在本发明的其他实施方案中，第一距离D1围绕所述周边是恒定值，和第二距离D2围绕所述周边是变化的。在本发明的其他实施方案中，第二距离D2围绕所述周边是恒定值，和第一距离D1围绕所述周边在两个不同的第一值之间交替变化。在本发明的其他实施方案中，第一和第二距离D1，D2二者围绕所述周边是独立变化的。
图1的右手侧显示了第一实心表层4，第二实心表层6和在该第一和第二实心表层4，6之间的塑料组合物，该塑料组合物10已经通过发泡而膨胀和凝固。在图1的右手侧，模具的外部件12已经从制品上除去，并且该制品保持在内部件14或者芯上。如可见的，所述膨胀导致在第一实心表层4中形成这样的区域，其中所述距离是第二距离D2，其“吹大”以使得最终制品的第一和第二实心表层4，6之间的距离围绕所述制品周边是基本上恒定的(例如与第一和第二表层之间的平均距离相比，在高达(±)正负2％范围变化)。
在本发明第一和第二方面二者的方法的步骤(d)结束时，所述区域(其中该第一和第二形成腔室表面之间的距离是第一距离D1(下文称作“脊”))将存储潜热，并且将比其中该第一和第二形成腔室表面之间的距离是第二距离D2的那些区域(下文称作“谷”)更热。该脊充当了注塑方法的填充阶段过程中的流动促进剂，即本发明第一和第二方面的方法中的步骤(b)。在注入的材料采用最小阻力的路径时，所述脊将是制品中的最热部分。这种存储的潜热使得第一实心表层4在打开模具时通过发泡剂释放的气体的压力而变形。这种压力用于牵引第一实心表层4远离第二实心表层6。这首先发生在脊处(即制品的最热部分)，并且第一表层4的压力是在这些脊的成角度的部分的区域处被牵引远离(脊的最高点D1的任一侧)，然后用于在相邻谷的区域牵引第一表层4远离第二表层6。这种效果(称作“楔效应(wedge effect)”)在下面更详细地讨论。
图2A显示了当制品仍然处于模具中时，本发明第一方面的方法的一种实施方案的步骤(d)结束时穿过制品一部分的横截面。如图1那样，显示了第一实心表层4，第二实心表层6和该第一和第二实心表层4，6之间的熔融塑料组合物8。在这种实施方案中，模具的外部件12的第一形成腔室表面同样包含波纹，该波纹具有峰和沟。但是，与图1所示实施方案相反，该第一距离D1围绕模具腔室的该区域周边(其限定腔室的外和内周边边缘之间的腔室的环形横截面)是变化的。具体地，第一距离D1是在所述模具腔室的每第四个沟处处于最大值D1(最大)(D1(max))，和第一距离在第一距离处于最大值的两个沟之间的中间的每个沟处达到最小值D1(最小)(D1(min))。同样，要注意的是模具的第一形成腔室表面的沟导致在其中模塑的制品中形成相应的峰，反之亦然。在图2A所示的实施方案中，第二距离D2围绕模具腔室的该区域的周边保持恒定。
图2B显示了图2A所示的横截面，其显示了在未膨胀的制品内不同区域处的熔融塑料组合物8的密度。从这个图中可见，熔融塑料组合物8的密度(在它通过发泡在第一和第二实心表层之间膨胀之前)是从其中模具的该第一和第二形成腔室表面之间的距离是第二距离D2的那些区域中的较高密度变化到其中该第一和第二形成腔室表面之间的距离是第一距离D1的那些区域的较低密度，较低密度区域20是通过开放泡孔22表示的，其代表了脊30的外部件28中存在膨胀的多孔泡沫24。在该第一和第二实心表层4，6本身中和在小厚度区域32例如谷34中，除了脊30的外部件28之外，熔融塑料组合物8的密度是非常高的，具有最小的发泡或者没有发泡。
在图2B所示的横截面中，虽然所述制品处于模具中，但是脊(其中第一距离是D1(最小))将开始冷却和在打开模具时凝固。脊(其中第一距离表示为“D1(中间)(D1(int))”(D1(中间)是D1(最小)和D1(最大)之间的值))将比其中第一距离是D1(最大)的脊更快地冷却。其中第一距离是D1(最大)的脊因此将保持最热，并且将是打开模具时制品中最热的区域。类似于上述的讨论，这允许第一实心表层4在打开模具时在具有第一距离D1(最大)的脊处通过发泡剂释放的气体的压力而变形。这种压力作用于整个外实心表层4上，内实心表层6是通过模具芯14来支撑的。
该压力作用来推动第一外实心表层4远离第二内实心表层6。该第一和第二表层4，6的推离是处于谷区域，其已经保持了高浓度的发泡剂。该第一外实心表层4可以在其中存在来自于剩余发泡剂(其在注塑模具中未膨胀)的足够的压力的脊附近进一步被推离第二内实心表层6。
图3显示了完全膨胀的制品，其中第一外实心表层4”已经被沿着脊(其可以具有第一距离D1(最大)，D1(最小)和D1(中间))和这些脊之间的具有第二距离D2(其对于所述谷可以是相同或者变化的)的谷二者的区域推离第二内实心表层6。
膨胀的多孔泡沫的密度低于熔融未膨胀的塑料组合物的密度。如图4A所示，在注塑制品的脊30中，一些泡孔空隙22是通过发泡剂在大厚度区域膨胀来形成的，而在注塑制品的谷34中，在小厚度区域中发泡剂基本上未膨胀。如图4B所示，在打开模具后，气体压力保持均匀分布几秒，保持靠着外表层4”的力，和因此在注塑制品的脊30中，泡孔空隙22倾向于通过大厚度区域的残留发泡剂的进一步膨胀来增大和/或合并，而在注塑制品的谷34中，发泡剂的膨胀是在小厚度区域32开始的。
结果是如图4B所示，在最终的膨胀制品40中，存在着周边交替的低密度区域42和高密度区域44。低密度区域42对应于脊30的位置，并且与相对大尺寸的泡孔空隙46有关，而高密度区域44对应于谷34的位置，并且与相对小尺寸的泡孔空隙48有关。平均泡孔尺寸是小的，并且泡孔尺寸在高密度区域44中是基本上均匀的，来提供基本上均匀的泡沫结构，而在低密度区域42中平均泡孔尺寸是较大的，并且泡孔尺寸是不太均匀的，来提供不太均匀的泡沫结构。在图4B中，可以看到泡沫密度在表层处是较高的，和在环形横截面中心处是较低的。图4B也显示了交替的高和低密度泡沫，其与脊中的低密度和谷区域中的高密度有关。
图5显示了当脊具有不同的高度时，在注塑后较厚的脊50可以具有较大数目的泡孔空隙52和/或大于较薄脊54中的泡孔空隙56的泡孔空隙52。在谷58附近，存在着高浓度的发泡剂，例如在溶液中的CO2。通过打开模具，由此将注塑制品留在芯上，谷58上的外表层4作为高发泡剂浓度的结果快速膨胀，例如引起CO2从溶液中出来和形成气体。将第一和第二表层4，6保持在一起的张力因此随着泡沫密度的降低而降低，其是泡孔空隙形成的结果，以及从熔融塑料组合物中的发泡剂释放的气体的压力施加到表层上的结果。所述两个表层然后通过气体施加的压力而推离，并且这种压力以及区域D处较低密度的塑料组合物(其降低了该塑料组合物在这个位置约束第一和第二表层的能力)因此使得该第一和第二表层也在谷(区域D)处推离和形成完全膨胀的制品。
在本发明第二方面，第一形成腔室表面是使得该第一形成腔室表面和该第二形成腔室表面之间的距离围绕该区域周边的至少一个第一部分在第一距离和第二距离之间交替，该第一距离大于该第二距离；和每个第一部分位于该区域周边的一对第二部分之间，其中在第二部分中，第一形成腔室表面和该第二形成腔室表面之间的距离是第三距离，该第三距离小于该第二距离。在步骤(d)中，使得第一和第二实心表层之间的塑料组合物在所述第二部分中凝固，而第一和第二实心表层之间的塑料组合物在所述至少一个第一部分中保持熔融。在步骤(e)中，然后打开模具，然后将所述至少一个第一部分中的该第一和第二实心表层之间的该塑料组合物通过发泡来膨胀。该发泡是打开模具时压力下降的结果，并且引起发泡剂例如CO2从溶液中出来，这产生了发泡剂提供的气体的膨胀。如上所述，打开模具包含除去模具的外部件，以使得该第一实心表层不再接触该第一形成腔室表面，而该第二实心表层保持与该第二形成腔室表面接触。
图6显示了穿过制品102(例如咖啡杯)一部分的横截面，其显示了在本发明第二方面的方法的不同阶段所述制品的外观。图6的左手侧显示了在该区域周边的第一部分116中的第一实心表层104，第二实心表层106，在第一和第二实心表层104，106之间的熔融塑料组合物108，和在本发明第一方面的方法的步骤(d)结束时，在制品仍然处于模具中时，在该区域周边的第二部分118中的第一和第二实心表层104，106之间的凝固120塑料组合物。图6显示了一种实施方案，其中该模具的外部件112的第一形成腔室表面包含波纹，该波纹具有正弦波形式的峰和沟。还显示了该模具的内部件114。在这种实施方案中，第一距离D101和第二距离D102围绕所述模具腔室的该区域周边(其限定所述腔室的外和内周边边缘之间的腔室的环形横截面)保持恒定。在第二部分118中，第三距离显示为D103。第一形成腔室表面和该第二形成腔室表面之间的距离是垂直于该第二形成腔室表面的切线来测量的。
图6的右手侧显示了第一部分中的第一实心表层104，第二实心表层106和在该第一和第二实心表层104，106之间的塑料组合物，该塑料组合物110已经通过发泡膨胀并且凝固。在图6的右手侧中，所述制品已经从模具中除去。如可见的，该膨胀已经导致第一实心表层104中形成的谷，其“吹大”，以使得第一实心表层104是最终制品的第一部分116的凸面。
在本发明第二方面的方法的步骤(d)结束时，其中该第一和第二形成腔室表面之间的距离是第一距离D1的区域(下文称作“脊”)将存储潜热，并且将比其中该第一和第二形成腔室表面之间的距离是第二距离D2的那些区域(下文称作“谷”)更热，如上面参考本发明的第一方面所讨论的。
图7显示了在本发明第二方面的步骤(d)结束时，当制品仍然处于模具中时，制品的两个第一部分116和三个第二部分118。距离D101，D102和D103可以在这个图中更清楚地看到。在这种实施方案中，第一距离D101围绕该区域周边的第一部分116变化。
图8显示了本发明第二方面的方法的一种实施方案的步骤(d)结束时，当制品仍然处于模具中时，穿过所述制品一部分的横截面。如图6那样，显示了第一实心表层104，第二实心表层106和在第一部分的该第一和第二实心表层104，106之间的熔融塑料组合物108，以及在第二部分118的第一和第二实心表层104，106之间的凝固塑料组合物120。在这种实施方案中，模具的外部件112的第一形成腔室表面同样包含在第一部分中的波纹，该波纹具有峰和沟。但是，与图6所示的实施方案相反，第一距离D101是围绕模具腔室的该区域周边的第一部分(其限定所述腔室的外和内周边边缘之间的腔室的环形横截面)变化。具体地，第一距离D101是在与第二部分118相邻的第一形成腔室表面的沟处处于最大值D101(最大)，并且第一距离是在第一距离处于最大值D101(最大)的第一形成腔室表面的沟之间的中间的成对沟处达到最小值D101(最小)。同样，要注意的是该模具的第一形成腔室表面中的沟导致在其中模塑的制品中形成相应的峰，反之亦然。在图8所示的实施方案中，第二距离D102围绕所述模具腔室的该区域周边保持恒定。
本发明第一方面的步骤(e)中的膨胀机理，如上面涉及图2A，2B，3，4A，4B和5所讨论的，也可应用于本发明第二方面的步骤(e)中的膨胀机理。
在本发明第一和第二方面二者中，所述谷最小厚度的限度(即，D2的最小值，其仍然允许第一和第二表层在该谷处在打开模具后被分开)是通过第一和第二实心表层4，6之间的张力和膨胀泡沫结构中的气体压力(其分离了凝固的表面表层)来控制的。影响张力的参数是：
1.熔融塑料组合物的温度。
2.发泡剂百分比(其典型的是吸热发泡剂，但是可以是放热的)/或物理气体的百分比和类型。
3.在步骤(b)时注入模具的速度。
4.注入压力(更高的压力保持更多的气体在溶液中和减少了注入过程中过早的发泡)。
5.冷却时间。
6.模具温度。
7.泡沫中的泡孔尺寸。
8.熔融塑料组合物中存在的添加剂。
对于上面每个点1-8可以选择的参数的非限定性例子在下面给出。这个例子纯粹是具体实施方案的示例，并非限制整个本发明。
1.聚丙烯的熔融温度是165℃。但是，化学吸热发泡剂通常需要更高的温度来活化所述反应。同样，熔融塑料组合物的温度越高，第二距离D2可以越小。对于其中聚合物是聚丙烯的组合物来说，250℃-285℃的熔融温度可以用于使得第二距离D2最小化。当使用物理气体而非化学发泡剂时，250℃-285℃的相同温度范围也可以用于使得第二距离D2最小化。
2.所述发泡剂可以是化学发泡剂或者物理发泡剂或者化学和/或物理发泡剂的任意混合物。例如该发泡剂可以是化学发泡剂的混合物，例如吸热和放热化学发泡剂的组合，或者化学和物理发泡剂的组合，例如其中该化学发泡剂有助于成核气体，形成物理发泡剂。可选择地，该发泡剂可以是物理气体的混合物，例如CO2和N2的混合物，非必要地进一步与化学发泡剂组合。用于本发明的化学发泡剂优选在2-6重量％浓度时是50-60wt％活性水平试剂，基于熔融塑料组合物的重量，或者相当量的物理气体例如CO2或者N2(在2重量％浓度时60wt％活性水平试剂将在熔融塑料组合物中产生1.2wt％气体，所以物理气体的量可以是1-2wt％)。物理气体例如氮气可以在0.1-10wt％范围的任何wt％时容易地和廉价地加入)，例如6wt％；更高浓度的物理气体倾向于逐渐增加靠着所述表层向外的发泡剂的力。
3.非常快的注入速度是优选的，例如需要50克/秒/腔室的注入速率来确保小于0.5秒的填充时间；如果填充时间长于此，则它将允许增加凝固的表层厚度，因此降低了步骤(d)结束时第一和第二实心表层4，6之间的熔融塑料组合物层的厚度，和降低了膨胀效果。
4.在步骤(e)的打开模具之前模具中的冷却时间也应当最小化：但是，这受限于在打开模具前，降低注塑机的锁模力所花费的时间。典型地降低锁模力所花费的时间是0.2-0.5秒；除非使用了其他特定机构，否则这种参数定义了在模瓣(mould halves)可以开始移动离开之前的最小时间，其允许该第一和第二表层开始彼此远离移动。
5.模具温度影响实心表层厚度。为了减慢聚丙烯杯子类型产品的表层凝固速度，该模具的内部件优选处于40℃-70℃。过高的温度将引起第二实心表层变形，这会是不期望的。该模具的外部件优选处于50℃-120℃来保持第一表层足够软来变形。
6.在膨胀泡沫中泡孔尺寸优选最大化：细泡孔结构具有更大的熔体强度，其防止了表层分离。当该熔融塑料组合物的压力由于它流入膨胀的低压相邻区域而减少时，泡孔尺寸增加。较大泡孔具有较薄的表层和所以较低的熔体强度。该第一和第二表层中的泡孔尺寸应当是0-100μm(微米)，和所述表层之间的膨胀的组合物中的泡孔尺寸将是50-250μm或者100-500μm或者250-1000μm，或者在第一和第二表层之间存在空隙。
7.添加剂可以用于进一步影响第二距离D2的最小值。例如白垩(碳酸钙)将比聚丙烯更长时间保持热，和因此包括它将有助于减慢所述表层凝固。云母由于它的尖锐边缘小片，将防止气泡形成，由此通过产生空隙而破坏了所述表层之间的粘附性。
如上所述，典型地用于注塑中间制品中的峰和沟的正弦构造具有光滑的曲率。在可选择的构造中，所述峰和/或沟可以具有较小(shallow)的角度例如形成“V”形，和小半径曲率；但是这样的小半径将倾向于阻止“拉”出和在杯子壁中留下垂直脊。
在一些实施方案中，可以期望的是具有一系列脊，其在杯壁上垂直向上延伸，并且这可以避免所述外表层的任何拉伸。这可以通过减少发泡剂％和/或增加冷却时间来实现，其将倾向于降低发泡的效果，和由此实现部分地发泡的杯子，并且所述谷不完全吹大到峰的高度。
在本发明第一和第二方面的一些实施方案中，在步骤(e)中，与步骤(d)结束时第一周边长度相比，第一周边长度保持基本上恒定。在一些实施方案中，与步骤(d)结束时的第二周边长度相比，第二周边长度保持基本上恒定。在一些实施方案中，与步骤(d)结束时的第一和第二周边长度相比，第一和第二周边长度都保持基本上恒定。在本文上下文中用“基本上恒定”表示与步骤(d)结束时的周边长度相比，具体的周边长度增加高达2％。
在该第一和第二方面的其他实施方案中，与步骤(d)结束时的第一周边长度相比，在步骤(e)中，第一周边长度增加高达20％，高达10％或者高达5％。在某些实施方案中，与步骤(d)结束时的第一周边长度相比，第一周边长度增加12-20％，非必要地8-15％；可选择地与步骤(d)结束时的第一周边长度相比，增加3-10％或者1-5％。
在本发明第一或第二方面的一些实施方案中，图案可以在所述方法过程中浮雕(emboss)到制品的第一实心表层中，和/或外套管(其可以是装饰性的)可以在所述方法过程中在制品的外表面(即，第一实心表层)上形成。该图案和/或装饰可以例如是公司标识。在这样的实施方案中，步骤(e)进一步包含在除去模具的外部件之外，在第一和第二表层之间的塑料组合物(在第二方面在所述至少一个第一部分中)完全膨胀之前将制品插入第二模具中，并且将制品保持在第二模具中，直到该第一和第二表层之间的塑料组合物已经凝固(在第二方面中是在所述至少一个第一部分中)。在第一方面，当该第一和第二表层之间的该塑料组合物完全膨胀时，所述制品的该第一实心表层接触该第二模具的表面。在第二方面，当所述至少一个第一部分中的第一和第二表层之间的塑料组合物完全膨胀时，在所述至少一个第一部分中该制品的第一实心表层接触第二模具表面。
当期望将三维图案浮雕到制品外表面中时，该第二模具的表面可以包含三维图案。这种图案然后当它在第一和第二实心表层之间的塑料组合物膨胀而被驱使接触第二模具表面时被赋予第一实心表层。当该塑料组合物包含聚丙烯时，第二模具典型地将加热到80-150℃的温度来使得外实心表层通过浮雕而变形。
当期望在制品外表面上包括标签时，则在将该制品插入该第二模具之前，该第二模具的至少部分的表面可以被膜片覆盖。如果期望的是用套管覆盖制品的外表面，则该膜片可以覆盖该第二模具的至少部分表面的整个周边。例如在最终的制品中，所述套管可以在制品仅仅一部分的高度上覆盖制品的整个周边(例如在制品高度的中点周围的套管材料的宽带)，或者可以在制品整个高度上覆盖制品的整个周边(除了边缘区域)。在本发明的第一方面，制品的至少部分的第一实心表层将通过第一和第二实心表层之间的塑料组合物的膨胀而被驱使接触膜片。在本发明的第二方面，制品的至少部分的第一实心表层将通过第一和第二实心表层之间的塑料组合物的膨胀而被驱使接触所述至少一个第一部分中的膜片。该第一实心表层还可以接触所述至少一个第二部分中的膜片。在两个方面中，制品的外表面(第一实心表层)通过制品的第一和第二表层之间的塑料组合物的膨胀而被驱使与之接触来结合到膜片上。同样，该第二模具的表面可以包括三维图案，如上所述。该膜片可以包含塑料和/或纸。但是，聚丙烯(例如取向的聚丙烯)是优选的，因为它是与回收利用相容的。发泡塑料(例如聚丙烯)也可以用作所述膜片，来为制品提供增加的绝缘和来提供更有触觉的表面来抓握制品。标签可以典型地置于模具腔室中和驱使与注入的塑料一起进入波纹，并且该标签然后将符合所述外表层的轮廓。
在其中在该第一和第二表层之间的塑料组合物完全膨胀之前，将制品插入第二模具的那些实施方案中，所述制品的第二表层保持与初始模具的第二形成腔室表面接触，并且移动该第二模具，来置于制品的第一表层上。该第二模具可以通过机器人装置例如机器臂来移动。当该第一和第二表层之间的该塑料组合物完全膨胀和第一实心表层与第二模具表面(或者膜片，其覆盖了第二模具的至少部分的表面)接触时，所述制品然后可以从初始模具的第二形成腔室表面释放和保持在该第二模具中。该第二模具然后可以通过机器人装置移动来获取所述制品来进行堆叠。
在本发明上述任一方面的任何实施方案中，所述塑料组合物的聚合物可以包含聚烯烃或者多种聚烯烃的共混物，非必要地聚乙烯或者聚丙烯；或者聚酯，非必要地聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚对苯二甲酸丁二醇酯；或者聚乳酸。在一种实施方案中，该聚合物包含聚丙烯。特别优选的是熔体流动指数(MFI)是10-120的聚丙烯。该聚合物的熔体流动指数可以根据ASTM D1238测量。
发泡剂(其可以用于本发明上述任一方面的任何实施方案中)包括化学发泡剂(其在所述方法的条件下分解，因此释放气体进入熔融塑料组合物，该气体可以随后在塑料组合物上释放压力时例如在打开模具时膨胀，这引起该塑料组合物发泡和膨胀)。这样的化学发泡剂的例子包括
Figure BDA0001789117970000161
(来自于Clariant)和
Figure BDA0001789117970000162
(来自于Trexel)。该发泡剂典型地是吸热的，但是也可以使用放热发泡剂。可选择地，该发泡剂可以是溶解在熔融塑料组合物中的气体形式的物理发泡剂。这样的气体可以包含例如二氧化碳或者氮气。该气体可以非必要地进一步包括香味组合物(即香水)，其在膨胀后保持存在于聚合物材料中，来增强消费者的体验。该发泡剂可以是化学发泡剂或者物理发泡剂或者化学和/或物理发泡剂的任意混合物。例如该发泡剂可以是化学发泡剂的混合物，例如吸热和放热化学发泡剂的组合，或者化学和物理发泡剂的组合，例如其中该化学发泡剂有助于成核气体，形成物理发泡剂。可选择地，该发泡剂可以是物理气体的混合物，例如CO2和N2的混合物，非必要地进一步与化学发泡剂组合。
当使用二氧化碳作为发泡剂时，CO2气体是通过注塑机的挤出机中的发泡剂来产生的，并且CO2气体然后在注入阶段进入溶液中(典型地300-500bar)，这归因于施加到所述材料上的相对高的压力大于驱使CO2进入熔融热塑性树脂例如聚丙烯内的溶液中所需的压力(典型地小于100bar)。当氮气用作发泡剂时，该氮气不进入熔融聚丙烯内的溶液中，因为氮气需要超过3000bar来驱使它进入熔融聚丙烯中的部分溶液中。
在本发明第一和第二方面的一些实施方案中，该熔融塑料组合物包括填料。填料可以用于增加制品强度，增加它的导热性，或者升高制品的热畸变温度。在某些实施方案中，该填料是白垩或者碳酸钙。
在本发明的第一和第二方面，所述制品可以是杯子或者容器，例如咖啡杯或者适于微波温汤的容器。该制品可以是一次性的。
根据本发明生产的另一实施方案的中空容器进一步在下面参考图9-14来描述。在这种实施方案中，咖啡杯，即适于保持热饮料例如咖啡的杯子是根据本发明制造的。在这种实施方案中，该咖啡杯子的容量是16液盎司。但是，该中空容器可以使用或者成形和尺寸化来进一步使用，作为用于食物的容器。
初始时根据本发明，如图9-11所示，杯子状预成形体200是由包含发泡剂的热塑性树脂的注塑的，在这个例子中是聚丙烯和二氧化碳(CO2)发泡剂。在预成形体200中，该聚丙烯包括未发泡区域，在其中二氧化碳(CO2)气体在注塑方法后处于聚丙烯中的溶液中，和膨胀的多孔发泡区域(其中二氧化碳(CO2)气体已经在注塑方法过程中从聚丙烯中的溶液中出来)，并且由此形成多孔泡沫区域。但是，可以使用任何其他合适的发泡剂和热塑性树脂组合。作为热塑性树脂在注塑模具的低压区域中局部膨胀的结果，该发泡剂在预成形体中形成发泡区域。
将杯子状预成形体200注塑来具有环形腿部202，其包含未发泡的热塑性树脂。上面所述环形腿部202是圆形底壁204，如图11中详细所示。
环形侧壁206远离环形腿部202和圆形底壁204向上延伸，来终止于环形顶部边缘208。
杯子状预成形体200具有高度135mm，顶部边缘直径90mm和底部直径55mm。环形腿部202的高度是大约2mm。杯子状预成形体200的热塑性材料具有未膨胀的体积(即，在进一步膨胀来形成最终的杯子之前，该注塑预成形体的材料体积)是26cm3。杯子状预成形体200的热塑性材料的平均模塑密度是0.9g/cm3和重量是24g。环形侧壁206的平均长度L/厚度T之比是180:1，其中L是侧壁206沿着侧壁206的高度的长度和T是侧壁厚度。可以使用小于180:1的较低的L/T比。但是，较低的L/T比意味着对于给定杯子高度来说较高的壁厚度和倾向于增加杯子的重量和降低填充压力，这允许发泡剂在注入过程中从溶液中出来。
如图9所示，环形侧壁206包含多个纵向脊210，其从环形侧壁206的外表面211径向向外延伸。纵向脊210包含交替的厚或者大的脊212和薄或者小的脊214。图10是穿过环形侧壁206的放大的横截面。厚脊212和薄脊214包含多孔发泡热塑性材料，并且在纵向脊210之间是谷216，其包含未发泡的热塑性材料。谷216在围绕环形侧壁206的周边方向上的宽度是0.3-1.0mm，来在膨胀的区域(即脊210)之间提供未膨胀的区域(即，谷216)。未发泡的热塑性材料的谷216围绕环形侧壁206的周边方向上的典型的宽度是大约1mm。
在注塑方法过程中，在纵向脊210的位置中，所述热塑性材料已经经历了减压，作为模具腔室的相应的厚区域的结果，其使得发泡剂能够从溶液中出来和形成气体，来在注塑模具中形成膨胀的多孔泡沫。相反，在注塑方法过程中，在纵向脊210之间的谷216的位置中，热塑性材料已经经历了高压，作为模具腔室的相应的薄区域的结果，其防止了发泡剂从溶液中出来，由此防止热塑性材料在注塑模具中膨胀。
类似地，环形顶部边缘208是由注塑模具中的膨胀的多孔泡沫形成的，并且环形顶部边缘208和纵向脊210和谷216上端之间的环形过渡区218是由未膨胀的热塑性材料形成的，因为环形顶部边缘208是相对厚的，而环形过渡区218是相对薄的。另外，相对薄的环形腿部202是由未膨胀的热塑性材料形成的。
图11显示了圆形底壁204。底壁204具有中心闸门220，其包含注入点用于注塑。中心闸门220被第一环形厚段222包围。在所示的实施方案中(其中存在着五个初级流动引导器224，但是可以提供任何合适的数目)多个初级流动引导器224从第一环形厚段222径向向外延伸。初级流动引导器224终止于第二环形厚段226。在所示的实施方案中(其中存在着40个次级流动引导器228，但是可以提供任何合适的数目)多个次级流动引导器228从第二环形厚段226径向向外延伸。该次级流动引导器228每个终止于各自薄脊214的下端。次级流动引导器228的数目对应于薄脊214的数目，以及还对应于厚脊212的数目，其是在相邻薄脊214之间分别交替布置的。
第一环形厚段222，初级流动引导器224，第二环形厚段226和次级流动引导器228具有一定厚度，以使得如上面用于纵向脊210所解释的，这些元件由在注塑模具中的膨胀的多孔泡沫构成。典型地，这些元件的厚度是0.5-1.0mm，例如大约0.6mm。相反，在初级流动引导器224之间存在着第一段230和在次级流动引导器228之间存在着第二段232，其具有一定厚度，以使得如上面用于谷216所解释的，这些元件由未膨胀的热塑性材料构成。典型地，这些元件的厚度是0.2mm到小于0.5mm，例如大约0.3mm。
选择第一环形厚段222，初级流动引导器224，第二环形厚段226和次级流动引导器228的尺寸，即厚度和宽度(分别垂直和平行于圆形底壁204的平面)，以使得在注塑过程中，该热塑性材料可以容易地远离中心闸门220流动，来允许容易地材料流动，来降低填充压力和帮助快速注入。第一环形厚段222，初级流动引导器224，第二环形厚段226和次级流动引导器228的厚度是通过注塑来设定的，并且所形成的膨胀的多孔泡沫的厚度小于环形腿部202的高度(典型地2mm)。这确保了所形成的杯子可以稳固地置于围绕环形腿部202周边的平坦表面上，并且圆形底壁204中的膨胀的多孔泡沫区域不在环形腿部202的底部边缘下延伸，和由此阻止了杯子在平坦表面上稳固和可靠地放置。
在图9-11的照片中，未膨胀的区域对于裸眼表现为半透明的，因为发泡剂(在这种实施方案中是CO2气体)保持在溶液中。但是如果将颜料引入热塑性材料中，未膨胀的区域典型地表现为不透明的，具有颜色一致(a solid colour)。该发泡区域典型地表现为具有彩色蜡笔颜色，这归因于膨胀的多孔泡沫所产生的白色背景。在图9-11中，应当注意的是泡孔尺寸小于0.5微米是裸眼不可见的。
如上文所述，注塑在预成形体200的外和内表面244，246处形成外和内实心表层240，242，但是模具中的冷却时间是最小化的，以使得熔融热塑性树脂保持在外和内实心表层240，242之间。在注塑后，打开模具和在内和外表层240，242之间的热塑性树脂凝固之前，将预成形体200从外模塑元件除去，如上文所述。从外模塑元件除去预成形体200降低了预成形体200的外表面244上的压力，其允许热塑性材料的未膨胀区域中的发泡剂从溶液中出来和形成气体，来在注塑模具之外形成膨胀的多孔泡沫。
在一种可选择的实施方案中，全部纵向脊210具有相同的尺寸。在另一可选择的实施方案中，纵向脊210和谷216可以具有独立变化的尺寸。
所形成的杯子结构显示在图12-14中。杯子250是用作饮料杯子的中空制品和具有环形侧壁256和底壁204，其限定中心中空腔室270。杯子250具有侧壁256的顶部边缘208(包含膨胀的多孔泡沫)和侧壁256的底端272。侧壁256是整体环形模塑的，和最优选环形侧壁2567，底壁204，顶部边缘208和底端272是整体环形模塑的。该中空制品包含单个塑料材料，非必要地是热塑性的。典型地，该中空制品是饮料杯或者食物容器，其包含单一可回收利用热塑性材料，非必要地其中该热塑性材料是聚合物，其包含聚烯烃或者多种聚烯烃的共混物，进一步非必要地聚乙烯或者聚丙烯；或者聚酯，进一步非必要地聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚对苯二甲酸丁二醇酯；或者聚乳酸。优选该中空制品是咖啡杯，其在高达至少75℃的温度是热稳定的。
环形侧壁256包含塑料材料，其包含内和外表层254，252和处于其之间的膨胀的多孔泡沫层257的夹层结构。顶部边缘208是通过塑料材料的环形环218(其是未膨胀的)来与夹层结构的上边缘分开的。膨胀的多孔泡沫层257包含增强区域258的环形阵列，其沿着侧壁256在顶部边缘208和底端272之间的方向上纵向延伸。增强区域258是通过环形阵列的间隔区域260来相互隔开的，其沿着侧壁256在顶部边缘208和底端272之间的方向上纵向延伸，来在环形侧壁256周围提供交替的增强区域258和间隔区域260。增强区域258包含第一密度的膨胀的多孔泡沫，和间隔区域260包含第二密度的膨胀的多孔泡沫，其中该第一密度高于该第二密度。增强区域258中的膨胀的多孔泡沫典型地具有比间隔区域260中的膨胀的多孔泡沫更低的泡孔空隙浓度(concentration of cellular voids)；和/或具有比间隔区域260中的膨胀的多孔泡沫更均匀的泡孔空隙的尺寸分布；和/或具有比间隔区域260中的膨胀的多孔泡沫更小的泡孔空隙的平均尺寸。
在所形成的杯子250中，低密度膨胀泡沫已经保持在大和小脊212，214中，其存在于预成形体200中。预成形体200的谷216从谷底膨胀(通过谷216的外实心表层240限定)到高于相邻大和小脊212，214的位置。但是，令人惊讶地，在大和小脊212之间产生了更高密度的泡沫，其据信具有高密度，因为在谷216中在预成形过程中没有发生泡沫膨胀。
在预成形体的圆形底壁204中，所述结构基本上保持在最终的杯子底部中，虽然在前面的未膨胀区域可以存在一些小的膨胀。在环形顶部边缘208和纵向脊210和谷216上端之间的环形过渡区218保持由杯子250中的未膨胀的热塑性材料构成。
具体如图13所示，所形成的杯子具有用于侧壁256的稍有起伏的外周边表面252和基本上光滑的内周边表面254。侧壁256包含膨胀的多孔泡沫257。外周边表面252在预成形体200的谷216位置处具有稍微更高的表面。但是，可以控制发泡剂浓度、冷却时间和从注塑模具除去时的预成形体温度的优化，来实现基本上光滑的外周边表面252。
还如上面参考图5所述，泡沫密度围绕侧壁256周边变化，在相对高密度区域258之间交替，其构成增强区域258，这对应于预成形体200的谷216的位置，和相对低密度区域260，其构成间隔区域260，这对应于预成形体200的纵向脊210的位置。环形侧壁256周围的交替的增强区域258和间隔区域260提供了每个增强区域258位于相对的间隔区域260之间，和每个间隔区域260位于相对的增强区域258之间。
低密度区域260包含第一低密度区域260a(对应于预成形体200的大纵向脊212的位置)和第二低密度区域260b(对应于预成形体200的小纵向脊214的位置)，并且第二低密度区域260b中的泡沫密度稍高于第一低密度区域260a，但是在每种情况中，泡沫密度低于相对高密度区域258，其对应于谷216的位置。在其中纵向脊210具有相同尺寸的可选择的实施方案中，低密度区域260具有相同尺寸和性能，并且与高密度区域258交替。
间隔区域260包含第一和第二间隔区域260a，260b，第一间隔区域260a在环形侧壁256周围的周边方向上的宽度大于第二间隔区域260b。该第一和第二间隔区域260a，260b包含膨胀的多孔泡沫，和第一间隔区域260a的膨胀的多孔泡沫的密度低于第二间隔区域260b的膨胀的多孔泡沫。该第一和第二间隔区域260a，260b在环形侧壁256周围交替。环形侧壁周围交替的增强区域258和第一和第二间隔区域260a，260b提供了重复序列的增强区域258，第一间隔区域260a，增强区域258和第二间隔区域260b。
增强区域258围绕该环形侧壁的周边方向上的宽度是0.5-3mm，非必要地0.75-2mm。间隔区域260围绕该环形侧壁的周边方向上的宽度是0.5-10mm，非必要地0.5-4mm，进一步非必要地0.75-3mm。该侧壁的厚度是0.5-4mm，非必要地1-3mm。
如上所述，在预成形体的圆形底壁204中，所述结构基本上保持在最终的杯子底部，虽然会存在前面未膨胀的区域的一些小的膨胀。所以在中空制品或者杯子250中，底壁204包含中心闸门区域280，包围着闸门区域280的膨胀的多孔泡沫的第一环形环282，和朝着侧壁256径向向外延伸的膨胀的多孔泡沫的个第一径向元件284。第一径向元件284是通过未膨胀的塑料材料的第一段286互相隔开的。底壁204进一步包含膨胀的多孔泡沫的第二环形环288，其包围和连接到多个第一径向元件284的径向外端290，和膨胀的多孔泡沫的多个第二径向元件292，其朝着侧壁256向外径向延伸。第二径向元件292是通过未膨胀的塑料材料的第二段294来互相隔开的。膨胀的多孔泡沫的多个第二径向元件294的径向外端296连接到侧壁256，特别是连接到各自的间隔区域260，典型的第一间隔区域260a，其处于侧壁256中。
底壁204中的未膨胀的塑料材料典型的厚度是0.25-0.75mm，非必要地0.25-0.5mm。底壁204中的塑料材料的膨胀的多孔泡沫典型的厚度是0.5-1.75mm，非必要地0.5-1.25mm。
中空制品250进一步包含至少一个腿部298，其从侧壁256的底端272向下延伸，并且限定至少一个下表面300，其位置低于底壁204的底部表面302。优选，该至少一个腿部298包含单个环形腿部298，其具有单个环形下表面300和包含未膨胀的塑料材料，其是与侧壁256和底壁204整体模塑的，并且高度是1.5-4mm，非必要地1.75-3mm。
围绕杯子250的交替的和重复的泡沫密度显示在图13和14中。当在纵向上装载时，所形成的围绕杯子周边的交替的高/低密度膨胀的多孔泡沫区域的泡沫结构提供了杯子的高装载容量；换言之，所述杯子对于沿着杯子纵轴施加的力所产生的压裂具有高的阻力。交替的高/低密度膨胀的多孔泡沫区域沿着侧壁纵向延伸，以使得高密度区域258构成纵向增强脊，其被纵向低密度泡沫区域260a，260b所隔开。这种纵向压裂强度基本上是具有相应厚度、但是围绕杯子周边具有恒定泡沫密度的泡沫侧壁的两倍。该杯子也具有非常高的挠曲劲度和在侧壁中的非常高的环形劲度(hoop stiffness)，这是用与相应的结构性能的未发泡的热塑性材料的杯子侧壁相比明显减少的热塑性材料的质量来实现的。简言之，本发明的发泡杯子可以在杯子中使用最小量的热塑性材料为侧壁提供高的结构强度，其可以由单一热塑性材料形成。
使用本发明的优选的实施方案形成的杯子的刚度远优于目前市场上的任何其他有限使用的杯子。该杯子典型地包含热塑性聚合物，其在发泡和未发泡部分二者中可以具有高结晶度，和因此高的热稳定性。本发明优选的杯子因此是洗碗机安全的和微波安全的，并且会表现出无限的再使用。
本发明可以提供高强度的中空制品，其具有高的体积重量比。例如中心中空腔室体积cm3与中空制品质量g之比是2-3。
所示实施方案的杯子250的热塑性材料的膨胀体积(即，最终杯子的材料体积)是55.6cm3，并且与预成形体(其未膨胀体积是26cm3)相比，这表示了杯子和预成形体之间大约110％的膨胀率，这是由于以下原因而发生在注塑模具之外：谷216的周边向外的明显膨胀，和纵向脊210降低的周边向外膨胀来形成杯子250的发泡侧壁256。
典型地，从中间体的预成形的杯子到最终的完全膨胀的杯子的体积变化是大约2.1:1，但是这种比率可以通过设计和加工控制来容易地在1.5:1-3:1变化。
在图9-14所示的实施方案中，典型地形成了咖啡杯。但是，可以使用本发明来产生具有低到大约10mm的高度的中空容器，例如形成托盘，或者宽口容器例如盆，例如用于热或者冷食物原料的盆，例如外卖食物，速冻食物或者即食食物。
对于所示实施方案的不同的改变将对本领域技术人员是显而易见的，并且他们旨在包括在本发明的范围内。

Claims (50)

1.形成制品的方法，该方法包括：
(a)提供具有外部件和内部件的模具，该外部件具有第一形成腔室表面和该内部件具有第二形成腔室表面；
(b)闭合该模具，由此在该第一和第二形成腔室表面之间限定腔室，其中该腔室的至少一个区域限定该腔室的外和内周边边缘之间的腔室的环形横截面，该第一形成腔室表面是使得该第一形成腔室表面和该第二形成腔室表面之间的距离围绕该区域的至少部分周边在第一距离和第二距离之间交替，该第一距离大于该第二距离；
(c)将包含聚合物和发泡剂的熔融塑料组合物注入该腔室中；
(d)使得该塑料组合物在所述至少一个区域中形成第一实心表层和第二实心表层，该第一实心表层与该第一形成腔室表面相邻和接触，和具有第一周边长度，该第二实心表层与该第二形成腔室表面相邻和接触，和具有第二周边长度，其中该塑料组合物在该第一和第二实心表层之间保持熔融来分别形成：其中该第一形成腔室表面和该第二形成腔室表面之间的距离在该第一距离和第二距离之间交替，交替该塑料组合物的第一和第二厚度，第一和第二厚度每个包含第一和第二实心表层以及位于它们之间的熔融塑料组合物；
(e)在该第一和第二实心表层之间的塑料组合物凝固之前，打开该模具，因此使得该第一和第二实心表层之间的塑料组合物，和处于该塑料组合物的交替的第一和第二厚度的熔融塑料组合物，通过发泡而膨胀，其中所述打开包括除去该模具的该外部件，以使得该第一实心表层不再接触该第一形成腔室表面，而该第二实心表层保持与该第二形成腔室表面接触。
2.权利要求1的方法，其中该第二实心表层保持与该第二形成腔室表面接触，直到第一和第二实心表层之间的塑料组合物完全膨胀。
3.权利要求1的方法，其中步骤(e)进一步包括在除去该模具的该外部件之后，在该第一和第二实心表层之间的该塑料组合物完全膨胀之前，将该制品插入第二模具中，和将该制品保持在第二模具中，直到该第一和第二实心表层之间的该塑料组合物凝固，其中当该第一和第二实心表层之间的该塑料组合物完全膨胀时，该制品的该第一实心表层接触该第二模具的表面。
4.权利要求3的方法，其进一步包括在将该制品插入该第二模具之前，用膜片覆盖该第二模具的至少部分的表面；
其中当该第一和第二实心表层之间的该塑料组合物完全膨胀时，该制品的至少部分的该第一实心表层接触该膜片。
5.权利要求1的方法，其中该第一形成腔室表面包含波纹，该波纹具有峰和沟，其中(i)该波纹是U-形或者V-形的，和/或(ii)该波纹具有可重复的或者规则的序列的峰和沟，或者不可重复的或者无规的序列的峰和沟。
6.权利要求1的方法，其中在步骤(b)中，每个第一部分位于该区域周边的一对第二部分之间，在其第二部分中，该第一形成腔室表面和该第二形成腔室表面之间的距离是第三距离，其小于该第二距离；步骤(d)还使得第一和第二实心表层之间的塑料组合物在所述第二部分中凝固，同时第一和第二实心表层之间的塑料组合物在所述至少一个第一部分中保持熔融；和在步骤(e)中，在所述至少一个第一部分中的该第一和第二实心表层之间的该塑料组合物凝固之前打开模具，因此使得所述至少一个第一部分中的该第一和第二实心表层之间的该塑料组合物通过发泡而膨胀。
7.权利要求6的方法，其中该第二实心表层保持与该第二形成腔室表面接触，直到所述至少一个第一部分中的该第一和第二实心表层之间的该塑料组合物完全膨胀。
8.权利要求6的方法，其中围绕该区域周边的所述至少一个第一部分，该第一形成腔室表面包含波纹，该波纹具有峰和沟，其中(i)该波纹是U-形或者V-形的，和/或(ii)该波纹具有可重复的或者规则的序列的峰和沟，或者不可重复的或者无规的序列的峰和沟。
9.权利要求6的方法，其中步骤(e)进一步包括在除去该模具的该外部件之后，在该至少一个第一部分中的该第一和第二实心表层之间的该塑料组合物完全膨胀之前，将该制品插入第二模具中，和将该制品保持在该第二模具中，直到所述至少一个第一部分中的该第一和第二实心表层之间的该塑料组合物凝固，
其中当所述至少一个第一部分中的该第一和第二实心表层之间的该塑料组合物完全膨胀时，在所述至少一个第一部分中该制品的该第一实心表层与该第二模具的表面接触。
10.权利要求9的方法，其进一步包括在将所述制品插入该第二模具之前，用膜片覆盖该第二模具的至少部分的表面，
其中当该第一和第二实心表层之间的该塑料组合物完全膨胀时，在所述至少一个第一部分中该制品的至少部分的第一实心表层与所述膜片接触。
11.权利要求3，权利要求9或者权利要求10的方法，其中该第二模具的表面包含三维图案，其施加到该第一实心表层上。
12.权利要求4或者权利要求10的方法，其中所述膜片覆盖该第二模具至少部分表面的整个周边。
13.权利要求4或者权利要求10的方法，其中该膜片是聚丙烯膜片。
14.权利要求13的方法，其中该聚丙烯是双轴取向的聚丙烯。
15.权利要求4或者权利要求10的方法，其中该膜片是发泡膜片。
16.权利要求1的方法，其中该聚合物包含聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、或者聚乳酸。
17.权利要求16的方法，其中聚合物包含熔体流动指数是10-120的聚丙烯。
18.权利要求1的方法，其中该发泡剂是化学发泡剂。
19.权利要求1的方法，其中该发泡剂是溶解在该熔融塑料组合物中的气体，其中该气体包含二氧化碳或者氮气。
20.权利要求1的方法，其中该熔融塑料组合物进一步包含填料。
21.权利要求20的方法，其中该填料包含碳酸钙或者白垩。
22.权利要求1的方法，其中该制品是杯子或者容器。
23.用作饮料杯子或者用作容器的中空制品，该中空制品具有限定中心中空腔室的环形侧壁和底壁、该侧壁的顶部边缘和该侧壁的底端，其中该环形侧壁具有光滑的内周边表面，其中该环形侧壁包含塑料材料，该塑料材料由内和外表层以及处于它们中间的膨胀的多孔泡沫层的夹层结构构成，其中该膨胀的多孔泡沫层包含环形阵列的增强区域，其沿着该侧壁在该顶部边缘和该底端之间的方向上纵向延伸，该增强区域是通过沿着该侧壁在该顶部边缘和该底端之间的方向上纵向延伸的环形阵列的间隔区域来相互隔开的，来围绕该环形侧壁提供交替的增强区域和间隔区域，其中该增强区域包含膨胀的第一密度多孔泡沫和该间隔区域包含膨胀的第二密度多孔泡沫，其中该第一密度高于该第二密度，特征在于该增强区域中的第一密度的该膨胀的多孔泡沫具有比该间隔区域中的第二密度的该膨胀的多孔泡沫更均匀的泡孔空隙的尺寸分布和更小的泡孔空隙平均尺寸，其中该环形侧壁具有外周边表面，该外周边表面是光滑的，或者是起伏的，在该增强区域具有更高的表面。
24.根据权利要求23的中空制品，其中该增强区域中的该膨胀的多孔泡沫具有比该间隔区域中的该膨胀的多孔泡沫更低的泡孔空隙浓度。
25.根据权利要求23的中空制品，其中围绕该环形侧壁的交替的增强区域和间隔区域提供了每个增强区域位于相对的间隔区域之间，和每个间隔区域位于相对的增强区域之间。
26.根据权利要求23的中空制品，其中该间隔区域包含第一和第二间隔区域，在围绕该环形侧壁的周边方向上，该第一间隔区域具有比该第二间隔区域更大的宽度。
27.根据权利要求26的中空制品，其中该第一和第二间隔区域包含膨胀的多孔泡沫，和该第一间隔区域的膨胀的多孔泡沫具有比该第二间隔区域的膨胀的多孔泡沫更低的密度。
28.根据权利要求26的中空制品，其中该第一和第二间隔区域围绕该环形侧壁交替。
29.根据权利要求28的中空制品，其中围绕该环形侧壁交替的增强区域和第一和第二间隔区域提供了增强区域、第一间隔区域、增强区域和第二间隔区域的重复序列。
30.根据权利要求23的中空制品，其中在围绕该环形侧壁的周边方向上，该增强区域的宽度是0.5-3mm。
31.根据权利要求23的中空制品，其中围绕该环形侧壁的周边方向上，该间隔区域的宽度是0.5-10mm。
32.根据权利要求23的中空制品，其中该侧壁的厚度是0.5-4mm。
33.根据权利要求23的中空制品，其中该侧壁是整体环形模塑的。
34.根据权利要求33的中空制品，其中该环形侧壁、底壁、顶部边缘和底端是整体环形模塑的。
35.根据权利要求23的中空制品，其中该中空制品由单一塑料材料构成，该塑料材料是热塑性材料。
36.根据权利要求23的中空制品，其中该顶部边缘包含膨胀的多孔泡沫的环形环。
37.根据权利要求36的中空制品，其中该顶部边缘是通过未膨胀的塑料材料的环形环来与该夹层结构的上边缘隔开的。
38.根据权利要求23的中空制品，其中该底壁包含中心闸门区域、包围着该闸门区域的膨胀的多孔泡沫的第一环形环、和朝着侧壁径向向外延伸的膨胀的多孔泡沫的多个第一径向元件，该第一径向元件是通过未膨胀的塑料材料的第一段来相互隔开的。
39.根据权利要求38的中空制品，其中该底壁进一步包含膨胀的多孔泡沫的第二环形环，其包围着和连接到该多个第一径向元件的径向外端上，和朝着侧壁径向向外延伸的膨胀的多孔泡沫的多个第二径向元件，该第二径向元件是通过未膨胀的塑料材料的第二段来相互隔开的，该膨胀的多孔泡沫的该多个第二径向元件的径向外端连接到侧壁上。
40.根据权利要求39的中空制品，其中膨胀的多孔泡沫的该多个第二径向元件每个的径向外端连接到侧壁中的各自间隔区域上。
41.根据权利要求38的中空制品，其中该底壁中的未膨胀的塑料材料的厚度是0.25-0.75mm。
42.根据权利要求38的中空制品，其中该底壁中的该塑料材料的膨胀的多孔泡沫的厚度是0.5-1.75mm。
43.根据权利要求23的中空制品，其进一步包含至少一个腿部，其从侧壁底端向下延伸和限定至少一个下表面，该下表面的位置低于该底壁的底部表面。
44.根据权利要求43的中空制品，其中该至少一个腿部包含单个环形腿部，该环形腿部具有单个环形下表面。
45.根据权利要求43的中空制品，其中该至少一个腿部包含未膨胀的塑料材料。
46.根据权利要求43的中空制品，其中该至少一个腿部是与该侧壁和该底壁整体模塑的。
47.根据权利要求43的中空制品，其中该至少一个腿部的高度是1.5-4mm。
48.根据权利要求23的中空制品，其是饮料杯子或者食物容器，其由单一可回收利用热塑性材料构成，其中该热塑性材料是聚合物，该聚合物包含聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、或者聚乳酸。
49.根据权利要求23的中空制品，其是咖啡杯，其在高达至少75℃的温度是热稳定的。
50.根据权利要求23的中空制品，其中该中心中空腔室的体积与该中空制品的质量之比是2-3，其中该中心中空腔室的体积以cm3计，和该中空制品的质量以g计。
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