CN1201007A - 制造绝热的人造树脂器具的方法 - Google Patents

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Abstract

通过将外壳部件(3)安装在内壳部件(2)上同时在其间留有的空隙部分(4)而装配成双壁结构。通过将壳部件(2,3)的外缘(2a,3a)粘合而将壳(2,3)连接起来。将空气或者具有比空气低的热传导率的气体经气体入口(3b)注入空隙部分(4)中使它达到某一压力。然后将气体入口(3b)的外缘部分(z)熔合密封,从而制造出绝热器具。

Description

制造绝热的人造树脂器具的方法
本发明通常涉及制造具有含隔离空间的双壁结构的绝热器具的方法，特别涉及用一低热传导率的气体填充隔离空间并将气体密封地封闭在其中的方法。器具是典型的容器，可以是保温杯、热水瓶容器、冷藏盒、热水瓶午餐容器还有与此类使用有关的保温盖。
该申请基于日本的专利申请Hei 9-117310，在此引入其内容作为参考。
参见图6将说明制造保温杯的惯用方法，该图示出了一种双壁结构的容器的实例。由人造树脂材料制成的保温杯101具有双壁结构，并通过将碗形内壳部件102放在尺寸稍大的另一碗形外壳部件103的内部制造该杯，这样在其中就提供了一空隙部分104，然后将内、外壳部件102，103的各自的凸缘部分102a，103a在他们的口外缘连接起来。用下面的方法可将空隙部分104制造成绝热层108，首先通过已装在外壳部件103上的气体入口103b排空空隙部分104，然后用空气和至少一种具有低热传导率的气体如氪、氙和氩来填充空隙104，最后用密封板109封闭开口103b从而在那里提供密封空间。在内壳部件102的面对空隙部分104的内表面装备有辐射屏蔽材料，该辐射屏蔽材料由金属薄片或由铝、铜或其它金属物质构成的金属板制成。
但是，在具有这种设计的绝热容器中，必须以一种方式完成密封以防止低热传导率气体从空隙部分104泄漏。因而，依靠一粘合剂将密封板109固定到气体入口103b的密封方法要求密封板109与气体入口103b适当地协调，这要求一精确生产操作的所有方面的精密管理，从匹配各部分的形状和尺寸，到控制所使用的粘性材料的合适数量及它的均匀。进一步难以从接合处的外观判断与密封板109粘接连接所获得的入口103b的封闭质量，并且在一些情况中，仅在容器已投入使用之后才发现密封不合适。另外的困难是在超过时间后可能发生绝热的退化，因为由于诸如粘性材料不均匀的涂敷和接合处的老化的问题所导致的隔离气体从空隙部分104中泄漏。
另外，这种绝热容器由聚丙烯或聚乙烯树脂制成，由于他们的良好的抗潮湿性和抗热性以及低的材料花费，这两者都是最佳应用。人造树脂材料的这些优点被典型的粘性材料的讨厌的粘合特性抵消了，这样使用密封板109密封就成为麻烦的操作。
本发明的一个目的是提供一个方法，用该方法能可靠地制造形成具有双壁结构的器具的绝热的人造树脂的绝热层。具体地讲，本发明提供一密封气体入口的方法，目的是在双壁结构所构成的空隙部分中建立绝热层，该气体入口以一个直接的方式提供，以便在确保开口可靠密封的同时简化和减少在管理工作中的努力。另外的目的是降低生产费用并开发一种可应用于不同类型的热塑性人造树脂的灵活方法。
已经实现了制造绝热器具的方法的目的，该方法包括如下步骤：将外壳部件装配在内壳部件上，该外壳部件呈凹形并由人造树脂制成，该内壳部件有相似但稍小的凹形并由人造树脂制成，这样在外壳部件和内壳部件间提供空隙部分；通过将外壳部件的开口与内壳部件的开口在口外缘连接在而制造一整体粘合单元的双壁结构；将空气或具有比空气低的热传导率的气体物质通过装备在外壳部件或内壳部件之一上的气体入口注入空隙部分；通过在围绕气体入口熔化外缘部分而熔合密封气体入口。
根据本方法，因为通过熔化围绕气体入口构成壳部件的人造树脂材料而完成密封，所以开口封闭的很紧，因此提供器具的可靠密封，从而隔离形成在双壁结构间的隔离层。
而且，消除了惯用密封方法所存在的如密封板和粘合剂之类的有问题的方面，从而使生产费用降低。并且，消除了在传统的密封方法中要求的对生产工作的具体而专业的注意，比如各部分的精确位置、各部分与洞的匹配和兼容、适合树脂的粘合剂的选择、对人造树脂的质量的关注、粘合剂的均匀涂敷，而在此仅例举了少数。非常明显在本方法中开发出的简单途径提高了制造可靠密封的效率。
另外，已消除了对粘性材料随时间老化的行为和由此结果造成的器具中的绝热损失的关注，从而可确保产品地长时间的服务寿命。
而且，因为提供密封的本方法依赖于围绕气体入口的材料的熔合密封，该气体入口由与壳人造树脂材料相同的人造树脂材料制成，本方法可适用各种类型的人造树脂，包括已知很难做粘合材料的聚丙烯和聚乙烯。
图1是模塑成双壁结构的人造树脂的碗形绝热容器的横截面图，用于说明本发明的方法的实例。
图2是用本发明的方法所使用的充气装置的实例的示意图。
图3是适用于本发明的方法的气体入口的实例的部分横截面图。
图4A是气体入口的另一实例的部分横截面图，该气体入口适用于制造由双层人造树脂材料模塑成的双壁结构容器的方法。
图4B&4C是用来密封图4A中的气体入口的加工步骤的示意图。
图5是做成双壁结构的人造树脂保温盖的横截面图。
图6是传统方法的横截面图，该方法将人造树脂模塑成双壁结构的绝热容器。
制造绝热容器的本方法特别之处在于应用特殊的熔合密封方法。通过熔化构成围绕气体入口的壁部件的材料得到该密封，该气体入口可以装在内壳部件或外壳部件的任一个上。装配壳部件，有一隔开的空隙部分，使他们在他们的口外缘接合，其后用低的热传导率的气体填满充隙部分。参考图1-5将说明本发明。
图1是盘或碗形绝热容器1的横截面图。绝热容器1是这样制造的，首先在内壳部件2的外表面(凸面)上安装上如铝或铜片这样的辐射屏蔽7，通过匹配他们的凸缘将内壳部件2置于外壳部件3内并在他们之间提供空隙部分。外壳部件3的内表面(凹面)，如果需要，也可装备类似的辐射屏蔽7，比如铝或铜片。然后，通过振动焊接等将内壳部件2和外壳部件3的各自的开口部分5，6的外缘2a，3a接合起来，形成双壁结构的盘形容器10。
接着，在外壳部件3的底部3c制造气体入口3b。气体入口3b的直径在0.1～3.0mm范围之间，最好在1.0～2.0mm之间。开口直径的尺寸由对气体排泄和气体填充的方便及开口熔合封闭的可靠性的实际要求的考虑来决定。更确切地讲，洞的直径小于0.1mm是不理想的，因为在空隙部分4的气体排泄和气体填充步骤期间，会遇到较高程度的液体阻力，从而导致工作时间延长和生产效率变低。当开口直径大于3.0mm时，存在这样的危险，即为得到完全的洞密封而使围绕开口的材料过度消耗，从而使围绕气体入口3b的壳材料可能变薄和破损。
接着，将低热传导率气体经气体入口3b注入到空隙部分4中。该操作由图2中所示的进气装置21来完成。
具体来讲，进气装置21由真空泵22、低热传导率气体的贮箱23和用来连接到被注入的容器的轮缘形的气体入口接头25来构成。气体入口接头25经管24与真空泵22和贮箱23相通，并且在它的底面装有填密环26。
低热传导率气体可以包括至少包含比空气的热传导率低的氪、氙和氩气体之一的气体。盘形容器10置于倒转位置以便使底面3c面朝上，气体入口接头25在它的与外壳部件3的底面3c接触的底面装有填密环26。接着，通过启动真空泵22排空空隙部分4，而产生低于10Torr的真空，然后通过用从贮箱23经管24和气体入口接头25提供的气体填充而给空隙部分4加压到比大气压稍高的约1.1×105Pa。接着拆下气体入口接头25，并用这些已知的加热方法如热阻加热、振动焊接、超声波焊接、高频感应加热、气灯或激光加热将围绕气体入口3b的材料加热从而密封气体入口3b。
在本发明中，因为围绕外壳部件3的气体入口3b的人造树脂材料是熔合焊接而密封，所以通过将围绕气体入口3b的外缘部分z的壳厚度制成稍厚于壳的其它部分的平均厚度就可确保恰当的密封，因此就可避免这些问题，如变薄和由人造树脂材料的局部熔化造成的熔穿。
在上述实施例中，气体入口3b装备在外壳部件3上，但是本发明并不仅限于这种途径，显然开口也可装备在内壳部件2上，同样，开口3b的位置并不仅限于底面3c，这样任何其它位置也是很可能的。而且，在上述实施例中，气体入口3b在内、外壳部件2，3连接后制成，但是也允许在部件2，3连接前将开口预制在内或外壳部件2，3上，或者可以在内、外壳部件2，3的模塑步骤期间形成想要形状的开口。
应注意到，除非另作说明，上面所描述的实施例的所有方面均可适用另一个将在下面提出的具有不同的气体入口结构的容器。
图3是另一个气体入口结构的实施例的横截面图，下面将结合图1中所示的碗形绝热容器的给出说明。与图1中相同的部分将给出相同的参考号数，并省略他们的说明。
本实施例的容器10具有双壁结构并且由人造树脂制成的碗形内壳部件2而构成，该内壳部件连接到另一个人造树脂制成的碗形外壳部件3上同时在他们之间留有的空隙部分4。为将低热传导率气体注入空隙部分4，例如，可将气体入口3b装备在外壳部件3的底面3c上。在外壳部件3的外表面上，提供从气体入口3b的外缘部分延伸出来的突出部分31，并在突出部分31中提供与气体入口3b连通的气体通道31a。
通过将进气装置21的气体入口接头25与具有气体入口3b的外壳部件3的底面3c对接而将气体注入空隙部分4中，然后排空空隙部分4并注入低热传导率气体直到压力为1.1×105Pa为止。在这步后，使用与参考图2所说明的相似的加热技术，熔合突出部分31以封闭气体通道31a，由此封闭到气体通道31a的气体入口3b。应注意到最好在将外壳部件3模塑成碗形时，将突出部分31与外壳部件3整体形成，以获得可靠的密封。
根据本实施例的方法，通过熔合从外壳部件3延伸出来的突出部分31，封住与气体入口3b连通的气体通道31a，完成对气体入口的密封。因而，虽然操作温度高到足以熔化与外壳同种类型的人造树脂材料，但是壳本身并不直接受高温的影响从而没有损坏壳本身的危险。另外，因为被熔化的部分从壳部件突出出来，所以可以容易而可靠地直接进行熔化操作。如果有没有足够的人造树脂材料用来熔合，那么就可用一小片与壳人造树脂相同的材料补充在突出部分31的顶端，然后与突出部分31一起熔化而进行密封。
通过在外壳部件3的底面3c上围绕突出部分31的基部的外缘提供凹槽部分32，可以对本实施例进行进一步增强。这是合乎要求的，因为，在封闭气体入口3b时，由突出部分31加热形成的熔化了的材料可能然后流入槽部分32中填满凹陷处。通过这样做，不仅气体入口3b安全密封，而且突出部分31由于通过滴进槽部分32的凹陷处而消失。因此，不仅改善了外观而且，因为不再有突出物，不需要做无谓的隐藏。这样的安排进一步的优点是，因为通过消除可能影响装载填的突出处，所以减少了对密封的可能的破坏。
下一个实施例涉及由两类人造树脂材料层制成的容器的使用，该两类人造树脂材料具有不同的功能特性比如抗潮湿性或气障特性。例如，图1所示的容器10的内和外壳部件2，3的壳部件可以由两种不同的人造树脂组成的双层材料制成。参考图4将说明本实施例，并且如同前面的实施例，那些同图1，2相似的部分用同样的参考号数表示，并且省略他们的说明。
图4是由内壳部件42和外壳部件43构成的双壁容器的气体入口部分41的横截面图，其中通过将具有不同功能特性的两种人造树脂层压成所谓的双层材料来制造每个部件。更具体地说，对内壳部件42来讲，面向空隙部分4的内表面42x和面向大气的外表面42y，而对外壳部件43来讲，面向空隙部分4的内表面43x和面向大气的外表面43y，分别由具有不同功能特性的人造树脂制成。呈现良好的气障特性的人造树脂材料用于制造内和外壳部件42，43的面向空隙部分4的内表面42x，43x，以防止填充在空隙部分4的低热传导率气体泄漏。对外部变量如热或潮湿呈现良好的抵抗特性的人造树脂材料用于制造面向大气的外表面42y，43y。
呈现良好气障特性的人造树脂材料的一些实例是按照ASTMD 1434-58选出的那些，该ASTMD 1434-58对如氧气(O2)、氮气(N2)和二氧化碳(CO2)这样的气体具有少于1g/m2/24 hr/atm的透气性因素的。具体地讲，聚脂如聚乙烯远苯二甲酸脂(polyethylene telephthalate)、聚远苯二甲酸丁二醇酯(polybutylene telephthalate)或聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、乙烯乙烯醇(ethylenevinyl alcohol)、polyacryronytryl、聚乙烯醇都是这种人造树脂材料的一些实例。
抵抗热和潮湿的人造树脂材料是按照具有超过100℃的变形的温度的ASTM D 648选择出来的那些和按照具有少于50g/m2/24 hr的透湿性的JISZ0208选择出来的那些。一些实例是聚丙烯和抗热及潮湿的聚碳酸脂。这里，按照JIS Z0208的透湿性是在40℃的温度下在24小时中经过边界面的湿气的数量，其中样本材料用作边界面，并且一边的空气维持在90％的湿度而另一边的空气通过使用吸湿剂的方法将它维持在干燥状况下。
将由双层材料组成的内壳部件42和外壳部件43连接成整体双壁容器，该容器各自的具有良好气障特性的人造树脂面制成的内表面42x和43x面向空隙部分4。为了在空隙部分4中产生绝热层8，将与空隙部分4相通的气体入口43b形成在外壳部件43(或内壳部件42)上，并且使用如图2所示的进气装置21，将低热传导率气体注入空隙部分4中而达到某个压力，然后，加热熔化围绕气体入口43b的区域以熔合气体入口43b，从而封住容器。
如图4B所示，最好在气体入口43b的面向大气的外表面43y上提供突出部分45，这样突出部分45的气体通道45a就与气体入口43b相通。通过提供这样的突出部分45，就可以在用低热传导率气体填充空隙部分4之后，通过加热熔化突出部分45而封住气体入口43b，因而用熔化了的人造树脂密封气体通道45a从而封住气体入口43b。这个过程不仅简化了密封工作而且，因为壳部件没有直接受热，所以就没有使壳材料变薄或破坏壳的完整的危险，因此能够产生可靠的密封。而且，最好通过用双层材料注模来制造突出部分45(具有与气体入口43b相通的气体通道45a)，这样面向气体通道45a的表面由具有良好气障特性的人造树脂制成，而面向大气的表面由具有良好抗湿特性的人造树脂制成。
当通过熔化由这种双层材料制成的突出部分45而密封气体通道45a时，最好每种人造树脂分别完成熔合过程，这样来熔化同类人造树脂，因为，当同时熔化双层材料时，不同的树脂彼此熔合而可能导致制造可靠密封中产生问题。这个过程可如下完成。首先，如图4B所示，将直径与气体通道45a的直径相同的电熨斗h沿它的内表面插入气体通道45a中而熔化所面向的表面，所述内表面是具有良好气障特性的层，于是由于熔合而密封了气体通道45a。接着是图4C所说明的步骤，于是其内直径与突出部分45的外直径相似的电熨斗H就可经过突出部分45的外表面与抗湿层接触，于是包含抗湿人造树脂的人造树脂就可以熔化而流进前面的已熔化了的气障人造树脂的顶部。
通过采取这样的密封过程，产生了可靠的密封，因为同类人造树脂熔化在一起，于是熔合面就很完好。另外，因为由双层材料形成密封部分，该双层材料由气障人造树脂和抗湿人造树脂以与内和外壳部件42，43相同的方式构成，所以就同样地保持了容器的绝热特性。
而且，最好围绕突出部分45的基部沿气体入口43b的外部区域形成凹槽46。通过这样做，在密封气体入口43b的过程中，突出部分45面向大气的人造树脂材料可以被熔化而填满槽46。该过程用来填充槽以增加其厚度，并且提供光滑的壳表面，给密封部分的富有美感的外观。
虽然上述实施例是根据碗或盘形容器而说明的，但是本发明不仅限于那些所给出的具体实例。显然其它绝热双壁容器可以包括保温杯、冷藏盒、热水瓶容器、热水瓶午餐容器。另外，如图5所示，保温盖51也可以作成双壁结构，用于保热和保冷的热水瓶。
图5所示的保温盖51由内壳部件52作为底面，外壳部件53作为顶面，同时其间留有空隙部分4而构成。内外壳部件52，53的外缘部分52a，53a连接在一起而形成双壁结构，然后将低热传导率气体经气体入口53b注入空隙部分4中，然后封住气体入口53b。
在该实施例中，气体入口53b装备在外壳部件53上，但是本发明并不仅限于这种安排，显然开口53b能够同样有效地装备在内壳部件52上。气体入口53b的位置也不仅限于本实施例中所示的位置，其它位置也可能很合适。而且，气体入口53b可以在内外壳部件52，53连接在一起之前形成，或者它可以在连接后由钻孔提供，或者可以在制造连同突出部分55和附随的气体入口53b一起的内或外壳部件52，53的注模过程中形成。
实例
下面将要介绍用图3中所示的人造树脂制造碗形双壁容器结构的制造过程的实际例子。
制造内外壳部件2，3的材料是聚碳酸脂和聚脂树脂的混合物。通过注模成为在合适的碗形来生产每个部件。制作外壳部件3的底面3c所用的模型以制造气体入口3b和突出部分31，该突出部分具有与气体入口3b相通的气体通道31a，及围绕突出部分31基部的外缘的槽32。气体入口3b的直径是1.2mm，气体通道31a的直径是1.2mm。
接着，将作为辐射屏蔽的铝片7与内、外壳部件2，3的内表面(面向空隙部分4)接合，并且将部件2，3装配成其间有空隙部分4的容器形状。用振动焊接将各个壳部件2，3的开口部分5，6的外缘2a，3a连接起来，从而制造出双壁容器10，该双壁容器由内壳部件2和外壳部件3整体接合而成。
接着，将底面3c面向上放置双壁容器10，并且使用图2所示的气体排泄和气体填充装置21，用真空泵22经气体入口3b(装备在外壳部件3的底面3c上)和突出部分31的气体通道31a排空空隙部分4使其压力小于10Torr。然后，用氪气填充空隙部分4使其压力达到约1.05×105Pa。
接着，移走进气装置21，然后放置加热到约300～400℃温度的电熨斗与突出部分31接触来熔化突出部分31，由此熔合气体通道31a同时突出部分31的已熔化了的材料填到通道32，从而造成密封。
这样制造出的密封的外表是十分紧凑均匀的熔合的，于是气体入口3b的最初的位置完全不可见。
因此，已证明本发明的熔合密封方法已能够消除粘合剂密封方法所必须的麻烦要求，比如在粘合剂接合前各部分的位置，对粘合剂的恰当选择和粘合剂的均匀涂敷。熔合密封的方法不仅是有效的而且更为方便并且能够制造可靠良好的密封。

Claims (10)

1.一种制造双壁绝热器具的方法，该器具包括外壳部件(3)和内壳部件(2)，该方法包括如下步聚：
将外壳部件(3)装配在内壳部件(2)上，该外壳部件具有凹形并且由人造树脂制成，该内壳部件具有相似但稍小的凹形并且由上述人造树脂制成，以便在上述外壳部件(3)和上述内壳部件(2)之间提供空隙部分(4)；
通过将上述外壳部件(3)的开口与上述内壳部件(2)的开口在口外缘(2a，3a)处连接而制成整体接合单元的双壁结构；
将空气或气体物质经装备在上述外壳部件(3)或上述内壳部件(2)的其中之一上的气体入口(3b)注入上述空隙部分(4)，该气体物质具有比空气低的热传导率；然后
通过熔化围绕上述气体入口(3b)的外缘部分(z)而熔合密封上述气体入口(3b)。
2.根据权利要求1的所述方法，其特征在于在制造双壁结构之前，在上述外壳部件(3)或内壳部件(2)的其中之一上形成上述气体入口(3b)。
3.根据权利要求1的所述方法，其特征在于在制造双壁结构的同时或之后，在上述外壳部件(3)或内壳部件(2)的其中之一上形成上述气体入口(3b)。
4.根据权利要求1至3的其中之一的所述方法，其特征在于上述外缘部分(z)具有的外壳厚度比大外壳厚度厚。
5.根据权利要求1至3的其中之一的所述方法，其特征在于装备在上述外壳部件(3)或内壳部件(2)的其中之一之上的气体入口(3b)被从上述外缘部分伸展出来的突出部分(31)环绕，该突出部分设置在一个不是面向上述空隙部分(4)的表面上，该空隙部分介于上述外壳部件(3)和上述内壳部件(2)之间。
6.根据权利要求5的所述方法，其特征在于上述突出部分(31)具有绕上述突出部分(31)的基部形成的凹槽(32)。
7.根据权利要求1至6的其中之一的所述方法，其特征在于上述外壳部件(3)由具有不同功能特性的两种人造树脂(43x，43y)的双层材料(43)构成，同时上述内壳部件(2)由具有不同功能特性的两种人造树脂(42x，42y)的双层材料(42)构成。
8.根据权利要求7的所述方法，其特征在于上述具有不同功能特性的两种人造树脂是抗潮湿人造树脂和气障人造树脂。
9.根据权利要求1的所述方法，其特征在于上述器具是容器(1)。
10.根据权利要求1的所述方法，其特征在于上述器具是容器的盖(51)。
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