CN1407935A - 合成树脂制双轴延伸吹塑成形轻量瓶体容器及其制造方法 - Google Patents

合成树脂制双轴延伸吹塑成形轻量瓶体容器及其制造方法 Download PDF

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Abstract

提供一种可减少合成树脂原料的使用量、并可增大压曲强度的双轴延伸吹塑成型轻量瓶体容器及其制造方法。将包含通过筒状壁的横截面积不同部分间的连接部处的拐点的至少1个横截面的壁形成相对于被延伸吹塑部分的平均壁厚为109％以上的厚度。将踵部14、24、34与底部15、25、35的连接部、收腰部16、26、凹肋27、37、39、凸出部28部分形成厚壁。

Description

合成树脂制双轴延伸吹塑成形轻量瓶体容器及其制造方法
技术领域
本发明涉及合成树脂制双轴延伸吹塑成形轻量瓶体容器及其制造方法。
背景技术
目前，合成树脂制瓶体已被广泛地应用于饮料用容器及其它多种领域，但为了实现资源的有效利用、制造成本的降低、瓶体废弃时的垃圾量减少等目标，正在通过减小合成树脂制瓶体容器的壁厚以减少合成树脂原料的使用量。
然而，当将壁薄的充填有内容液的容器采用托盘层叠等方式叠放时，将要叠放的瓶体的重量(包括内容液)压向位于下面的容器，叠放后，位于叠放上面的瓶体(包括内容液)的重量也压向位于下层的容器。即，虽然位于下面的容器承受的是来自上面的容器轴方向的力，但此时应力集中于拐点。例如，在图9所示的躯干部中央具有缩径的收腰部46的横截面大致为四边形的瓶体的场合，虽然该收腰部具有拐点464、465、466、467，又在踵部44与底部45之间具有拐点443、444、445，但一旦从上方沿轴向施力，则因从上面来的推压力，在这些拐点处沿周向朝径向外方的分力也会起作用而引起压曲变形，有时会出现收腰部、底部及其周边破裂的问题。
本发明内容
为防止这种瓶体压曲变形而破裂，本发明的目的在于提供一种可减少合成树脂原料的使用量、并通过将包含这些拐点的壁形成厚壁来增大强度、从而增大压曲强度的瓶体容器的制造方法，从而提高拐点处的压曲强度。
根椐本发明，它是一种合成树脂制双轴延伸吹塑成形轻量瓶体容器，主要特征在于，将包含通过筒状壁的横截面积不同部分间的连接部处的拐点的至少1个横截面的壁相对于被延伸吹塑部分的平均壁厚形成109％以上的厚度。
较佳为从包含通过所述拐点的至少1个横截面的壁至延伸吹塑的其它部分的壁，壁厚平缓地变化。
较佳为所述轻量瓶体容器由瓶口部、肩部、躯干部、踵部和底部构成，所述筒状壁的横截面积不同部分间的连接部为踵部与底部接地面的连接部。最好是将所述底部接地面整个壁厚形成所述平均壁厚的至少109％的厚度。
又，所述筒状壁的横截面积不同部分间的连接部也可为所述肩部与所述躯干部间的连接部。
在所述躯干部上形成有收腰部，所述躯干部由位于该收腰部上部的上半躯干部和位于该收腰部下部的下半躯干部构成的容器的场合，所述筒状壁的横截面积不同部分间的连接部为该上半躯干部与该收腰部间的连接部以及该下半躯干部与该收腰部间的连接部。
又，从本发明的另一观点出发，提供一种对预塑形坯进行加热、通过双轴延伸吹塑成形来制造双轴延伸吹塑成形轻量瓶体容器的方法，其特征在于，在预塑形坯加热时，使筒状壁的横截面积不同部分间的连接部上的与至少1个拐点对应的预塑形坯的部分比延伸吹塑成形的其它预塑形坯部分的加热程度小，因此减小加热程度小的部分的延伸强度；在双轴延伸吹塑成形时，将通过包含该拐点的壁的厚度形成与延伸吹塑成形的其它预塑形坯部分相比至少为109％的厚度。
较佳为，对预塑形坯进行加热，采用初次吹塑金属模对预塑形坯进行初次双轴延伸吹塑成形，形成初次中间成形品，对所述初次中间成形品加热，使其强制性收缩而成形为二次中间成形品，通过对该二次中间成形品进行二次双轴延伸吹塑成形，以形成双轴延伸吹塑成形轻量瓶体容器。
附图的简单说明
图1为本发明第1实施形态中的瓶体容器的局部剖面正面图。
图2为图1所示的瓶体容器的平面图。
图3为图1所示的瓶体容器的底面图。
图4为本发明第2实施形态中的瓶体容器的局部剖面正面图。
图5为图4所示的瓶体容器的平面图。
图6为本发明第3实施形态中的瓶体容器的局部剖面正面图。
图7为图6所示的瓶体容器的平面图。
图8为本发明的表示预塑形坯加热方法的局部剖面正面图。
图9为采用传统技术的瓶体容器的局部剖面正面图。
具体实施方式
图1～图3表示本发明第1实施形态的瓶体容器。
图1～图3所示的瓶体容器1由瓶口部11、从瓶口部下端向下方延伸的肩部12、从肩部下端下垂的躯干部13、从该躯干部13下端向瓶体容器轴向下方延伸的踵部14、形成瓶体容器地面的底部15构成。躯干部13具有大致四边形(去角后形成的八角形)的横截面，由宽度广的面板部131及配置在面板部间的宽度狭的对角柱部132构成(图2、图3)。又，躯干部13由后述的收腰部16分割为上半躯干部133和下半躯干部134，面板部131截断为上部面板部135和下部面板部136，对角柱部132截断为上部对角柱部137和下部对角柱部138。在上部面板部135和下部面板部136上分别形成有吸收瓶体内减压用的面板139。
在躯干部13的轴向大致中央部形成有被缩径并向内方凹陷的收腰部16。该收腰部16由从上部面板部135及上部对角柱部137的下端延伸的上部壁161、从上部壁161的下端下垂的垂直壁162、以及从垂直壁162的下端向外方下方延伸并与下部面板部136及下部对角柱部138的上端连接的下部壁163构成。
收腰部16的垂直壁162的横截面积比上半躯干部133和下半躯干部134的横截面积小。
在该收腰部16中，从瓶体容器上方沿轴向施力时容易产生压曲变形。在收腰部16中，上半躯干部133与上部壁161之间具有拐点164，上部壁161与垂直壁162之间具有拐点165，垂直壁162与下部壁163之间具有拐点166，并且，在下部壁163与下半躯干部134之间具有拐点167。即，本发明中拐点的含义是由瓶体容器的横截面积变化所引起的、瓶体容器的纵截面上出现的拐点。从瓶体容器上方沿轴向施力时，由于作用在这些拐点处的力会产生轴向和与轴呈直角方向的分力，故容易产生压曲变形。
因此，若将与横截面积大的上半躯干部133、横截面积小的收腰部16的垂直壁162、横截面积大的下半躯干部134的连接部处的拐点164、165、166、167处的壁厚形成为大于延伸吹塑的其它部分的平均壁厚，就可增大收腰部16处的压曲强度。
本发明人通过实验确认，若将瓶体壁厚的厚度至少形成延伸吹塑部分的平均壁厚的109％的厚度，则瓶体的强度非常大。因此，将所述拐点164、165、166、167处的壁规定为至少为延伸吹塑部分的平均壁厚的109％的厚度。若未满109％，则不能获得充分的强度。平均壁厚的上限不作特别限定，但考虑到使用树脂量多以及延伸强度变小而产生泛白，故以250％以内为宜。
本发明的瓶体容器由双轴延伸吹塑成形制造。因此，在将拐点加工成厚壁时，壁厚不能形成台阶状差异，壁厚在整个拐点的周边平缓变化，例如，在拐点164处，壁厚从上半躯干部133至拐点164的壁厚无台阶状变化，形成图1所示的平缓变化的形态。另外，在图1(以及图4、图6)的剖面部分对壁厚作了强调性的描画。
因邻近的拐点(如164和165)靠得很近，通过使壁厚变化形成如上所述的平缓的形态而使拐点与拐点之间的壁厚与拐点处的壁厚实质性相同。因此，瓶体容器的壁厚如图1所示，从上半躯干部133开始平缓地增厚，壁厚在拐点164处为109％以上，从拐点164至拐点167壁厚大体相同(壁厚109％)，从拐点167至下半躯干部134平缓地减小壁厚。
踵部14连续于下半躯干部134，踵部14的横截面积与下半躯干部134的横截面积相比为相同或较小。
底部15具有接地壁151，形成瓶体容器的底部接地面。底部15的横截面积(图3中的点划线所示)比踵部14的横截面积小。
在踵部14与底部15之间，踵部14与底部15的连接部是向下方逐渐缩径的曲面状，在底部15朝向踵部14开始弯曲的部位具有拐点143，在踵部14朝向接地壁141开始弯曲的部位具有拐点144，在拐点143与拐点144的大致中间处具有拐点145。
即使在踵部14和底部15上，在从瓶体容器上方沿轴向施力时，所述拐点143、144、145处也容易产生压曲变形。这是因为从瓶体容器上方施加于垂直壁即踵部14的力在拐点143、144、145处会产生轴向和与轴呈直角方向的分力而容易产生压曲变形的缘故。
因此，为了提高踵部14和底部15的压曲强度，只要将认为会产生分力的部位即包括拐点143、144、145的壁(接地壁周边)相对于延伸吹塑部分的平均壁厚至少形成109％的厚度即可。
在本发明中，不仅是从踵部14开始至位于与底部15的连接部的拐点143、144、145，而且也可将底部15的整个接地壁151(即整个底部接地面)形成厚壁。因此可增大整个底部15的强度。
另外，在图1～图3所示的瓶体容器1中，作为「筒状壁的横截面积不同部分间的连接部处的拐点」，还有肩部12与上半躯干部133之间的拐点121以及比肩部12的轴向中央稍许下方的拐点122，也可将这些拐点形成厚壁。但是在图1～图3所示结构的瓶体容器1中，因主要是可通过收腰部16和底部15的附近的弹性变形来吸收从上方的外力，故在图1～图3所示结构的瓶体容器中也可不必将拐点121、122形成厚壁。在本发明中，应根椐瓶体容器的具体结构及其强度来判定是否要形成厚壁。
从上方的推压力作为一种朝轴向直角方向的分力作用于在整个周向形成的拐点，换言之，主要是作用于形成将瓶体容器的轴向作为轴的筒状的凹凸部分处的拐点，特别是在图1～图3所示的瓶体容器1中，因对角柱部作为梁而起作用，在未沿全周形成的面板部139的周缘处存在的拐点上几乎不承受力。因此不必将面板部139的周边形成厚壁。
另外，筒状壁并不一定意味着是圆形的横截面，也包含象图1～图3所示的瓶体容器那样的大致四边形或其它多边形的横截面。
图4～图5表示本发明第2实施形态的瓶体容器。图4～图5所示的瓶体容器2由瓶口部21、肩部22、躯干部23、踵部24和底部25构成。图4～图5的瓶体容器2与图1～图3所示的瓶体容器不同，具有大致呈圆形的横截面形状、在躯干部23的下端与踵部14之间形成有凹肋27，又，凸出部28连续于收腰部26的下面。
在躯干部23的轴向大致中央部形成有收腰部26和凸出部28，躯干部23分割为上半躯干部233和下半躯干部234，在下半躯干部234上形成有吸收瓶体内减压用的面板239。
收腰部26由从上半躯干部233的下端向内方下方延伸的上部壁261、从上部壁261的下端下垂的垂直壁262、以及从垂直壁262的下端向外方下方延伸并与凸出部28的上端连接的下部壁263构成。凸出部28由从所述收腰部26的下部壁263下端下垂的垂直壁281和从垂直壁281的下端向内方下方延伸并与下半躯干部234连续的下部壁282构成。收腰部26和凸出部28具有拐点264、265、266、267、283、284。
在第2实施形态中，将通过这些拐点264、265、265、267、283、284的横截面的壁形成相对于延伸吹塑成形的部分的平均壁厚为109％以上的厚度。由于相邻的拐点靠得很近，因此从拐点264至拐点284的壁厚大致相等，这与第1实施形态相同。
与第1实施形态相同，图4和图5所示的瓶体容器2在踵部24与底部25之间的连接部处具有拐点243、244、244，将通过这些拐点的横截面的壁形成相对于延伸吹塑成形的部分的平均壁厚为109％以上的厚度。从拐点243至拐点245的壁厚大致相等，这与第1实施形态相同。
又，与第1实施形态相同，底部25的整个接地壁251(即整个底部接地面)形成相对于延伸吹塑成形的部分的平均壁厚为109％以上的厚度，以增大整个接地面的强度。
又，与第1实施形态不同，在瓶体容器2上的躯干部23的下端与踵部24之间形成有凹肋27。该凹肋27相对于下半躯干部234和踵部24缩径而具有拐点271、272、273、274，将通过这些拐点的横截面的壁形成相对于延伸吹塑成形的部分的平均壁厚为109％以上的厚度。从拐点271至拐点274的壁厚大致相等。
采用这种结构，可强化瓶体容器2的收腰部26、凹肋27以及从踵部24至整个底部25部分，获得压曲强度大的瓶体容器。
除上述之外，第2实施形态与第1实施形态相同，故省略其说明。
图6～图7表示本发明的第3实施形态。图6～图7所示的瓶体容器3由瓶口部31、肩部32、躯干部33、踵部34和底部35构成，具有大致呈圆形的横截面。在躯干部33上形成有从躯干部上端附近沿轴向延伸至躯干部下端附近的、吸收瓶体内减压用的面板339。在第3实施形态的瓶体3上的躯干部33未形成有收腰部。
与第1实施形态和第2实施形态相同，瓶体容器3在踵部34与底部35之间的连接部处具有拐点343、344、345。又，在瓶体容器3中，与第2实施形态的瓶体2一样，在躯干部33与踵部34之间形成有凹肋37，并具有拐点371、372、373、374。将通过这些拐点的横截面的壁形成相对于延伸吹塑成形的部分的平均壁厚为109％以上的厚度。
并且，瓶体容器3在肩部32与躯干部33之间也形成有凹肋39。凹肋39具有拐点391、392、393、394，并将通过这些拐点的横截面的壁形成相对于延伸吹塑成形的部分的平均壁厚为109％以上的厚度。
从拐点343至345、从拐点371至374、以及从拐点391至394的壁厚大致相等，这与第1实施形态和第1实施形态相同。
除上述之外，第3实施形态与上述第1实施形态及第2实施形态相同，故省略其说明。
上述第1～第3实施形态中的各容器是通过由聚对苯二甲酸乙二酯构成的预塑形坯的双轴延伸吹塑成形而制成。但本发明不限定于聚对苯二甲酸乙二酯制容器，也可使用其它合成树脂。
为了只使拐点形成局部性的厚壁，只需在最终瓶体容器中拐点处形成部分的预塑形坯的加热程度小于其它部分即可。因此，加热程度小的部分的延伸强度就小，并可形成厚壁。
除了上述的预塑形坯的加热方法之外，还可采用传统的合成树脂制瓶体容器的制造方法，可通过通常的双轴延伸吹塑成形以及以下所示的二阶段的双轴延伸吹塑成形而形成。
下面，参照图8和图1说明由二阶段的延伸吹塑成形来制造图1～图3所示的容器的实施形态。首先，准备好聚对苯二甲酸乙二酯制的有底筒状的预塑形坯P。
该预塑形坯的加热温度以可体现延伸效果的70～130℃为宜，最好是90～120℃。在图示的实施例中，划分出了由加热器(未图示)加热的部分，通过使各区域的预塑形坯的加热程度不同，减小瓶体容器上与应厚壁部分相对应的部分的加热程度。
对经如此加热的预塑形坯进行初次双轴延伸吹塑成形，形成初次中间成形品。初次双轴延伸吹塑成形用的初次金属模的温度以50～230℃为宜，最好是70～180℃。从预塑形坯至初次中间成形品的延伸面积倍率以预塑形坯为基准以4～22倍为宜，最好是6～15倍，以充分延伸，提高树脂密度，提高瓶体容器的耐热性。初次中间成形品成形为大于最终成形的瓶体容器。在该初次中间成形品中与瓶体容器中形成厚壁的部分(在图1的瓶体容器中指从拐点164至收腰部16以及从拐点143至拐点145的部分)相对应的部分的壁形成厚壁。
将如此获得的初次中间成形品经加热处理使其热收缩而制成二次中间成形品。刚加热后的温度以110～255℃为宜，最好是130～200℃。通过该加热使初次中间成形品强制性收缩，在初次双轴延伸吹塑成形时将初次中间成形品中产生的残留应力释放。在该加热处理工序中，虽然初次中间成形品进行热收缩，但由于瓶体容器中与形成厚壁部分相对应的部分在初次中间成形品中为厚壁，因此二次中间成形品中的对应部分与其它延伸部分相比壁厚形态不会改变。
通过对该二次中间成形品的二次双轴延伸吹塑成形，最终制成瓶体容器。二次双轴延伸吹塑成形用的二次金属模的温度以60～170℃为宜，最好是80～150℃。从二次中间成形品至最终瓶体容器的延伸面积倍率比从预塑形坯至初次中间成形品的延伸面积倍率小。因此，由二次双轴延伸吹塑成形产生的残留应力小于由初次中间成形品中产生的残留应力。
如此获得的瓶体容器是一种具有树脂密度1.380～1.395g/cm3的高耐热性的容器，又，在图1的瓶体容器上，从拐点164至拐点167的收腰部16以及从拐点143至拐点145的部分相对于延伸吹塑的部分的平均壁厚至少具有109％以上的厚度，增大了压曲强度。
上述实施形态是通过改变预塑形坯的加热程度来使壁厚变化的，但也可将瓶体容器中与形成厚壁部分相对应的部分的预塑成形坯形成厚壁，通过通常的吹塑成形将其形成瓶体容器，又，也可将预塑形坯的加热程度变化和预塑形坯的壁厚调整两者并用进行成形。
实施例
为了制造图1所示的双轴延伸吹塑成形轻量瓶体容器，准备好聚对苯二甲酸乙二酯制的预塑形坯。
对该预塑形坯进行加热。在此场合，由加热器划分出预塑形坯加热部分。图8中，将预塑形坯划分为7个区域，从瓶口部分开始划分为第1区域、第2区域～第7区域，相对于加热器输出的整体平均，将最终瓶体容器的与收腰部16相对应的部分即第3区域减去25％(即输出75％)，将从拐点143与内侧的底部中央相对应的部分即第6区域减去17％(即输出83％)。如上所述，在90～120℃范围内对预塑形坯进行加热。
采用加热至150℃的初次金属模，通过对经如此加热的预塑形坯进行双轴延伸吹塑成形而获得初次中间品。将该初次中间品加热至160℃，经收缩后获得二次中间品。采用加热至95℃的二次金属模对该二次中间品进行压曲变形，获得内容积500ml的最终瓶体。
在测定所获得瓶体容器的壁厚时，延伸吹塑成形的部分的平均壁厚为0.330mm、收腰部16的壁厚为0.359mm(即109％)、踵部14与底部15的连接部的壁厚为0.363mm(即110％)。该瓶体容器的压曲强度为324N。
另外，在该实施例中，相对于延伸吹塑部分的平均壁厚，收腰部16的壁厚为109％，踵部14与底部15的连接部为110％，但壁厚的程度是根椐有无收腰部、有无肋等瓶体容器的力学性构造的不同而不同，本发明不对这些数值作出限定。
比较例
为了作出比较，在预塑形坯的加热方面，除了将第3区域和第6区域的加热器的输出降低之外，采用与上述实施例相同的方法制造瓶体容器。所获得的瓶体容器的壁厚相对于延伸吹塑部分的平均壁厚在收腰部16为105％，在踵部与底部的连接部为107％，该瓶体容器的压曲强度约为255N。
另外，相对于实施例与比较例的壁厚不同，实施例与比较例的压曲强度的不同要大一些，这是因为考虑到压曲强度与壁厚的平方大致成正比的缘故。
采用本发明，由于将包含通过筒状壁的横截面积不同部分间的连接部处的拐点的至少1个横截面的壁形成相对于延伸吹塑部分的平均壁厚为109％以上的厚度，因此可增大压曲强度，即使在这些拐点处沿与瓶体容器轴向垂直方向产生分力也不会产生压曲变形，又由于在延伸吹塑的其它部分形成薄壁，因此还可减少合成树脂的使用量。
若将包含踵部与接地壁的连接部处的拐点的壁(即接地壁周边部)形成相对于延伸吹塑部分的平均壁厚为109％以上的厚度，则可增大接地壁周边部的压曲强度。
若整个接地壁的壁厚形成相对于延伸吹塑部分的平均壁厚为109％以上的厚度，则可增大整个接地壁的压曲强度。
若将包含肩部与躯干部的连接部处的拐点的壁(即接地壁周边部)形成相对于延伸吹塑部分的平均壁厚为109％以上的厚度，则可增大肩部与躯干部的连接部的压曲强度。
若将包含上半躯干部与收腰部之间的连接部以及下半躯干部与收腰部之间的连接部处的拐点的壁(即收腰部)形成相对于延伸吹塑部分的平均壁厚为109％以上的厚度，则可增大收腰部的压曲强度。
采用本发明的另一观点，通过改变预塑形坯的加热程度，可容易地获得上述的压曲强度大的瓶体容器，又，除预塑形坯的加热工序外均与传统技术相同，故可容易地获得上述的瓶体容器。
在此场合，在通过二阶段的双轴延伸吹塑成形对容器进行成形时，由于通过加热处理使初次双轴延伸吹塑成形中的内部残留应力释放，故可容易地获得高耐热性的瓶体容器。

Claims (8)

1.一种合成树脂制双轴延伸吹塑成形轻量瓶体容器，其特征在于，将包含通过筒状壁的横截面积不同部分间的连接部处的拐点的至少1个横截面的壁相对于被延伸吹塑部分的平均壁厚形成109％以上的厚度。
2.如权利要求1所述的双轴延伸吹塑成形轻量瓶体容器，其特征在于，从包含通过所述拐点的至少1个横截面的壁至延伸吹塑的其它部分的壁，壁厚平缓地变化。
3.如权利要求1或2所述的双轴延伸吹塑成形轻量瓶体容器，其特征在于，所述轻量瓶体容器由瓶口部、肩部、躯干部、踵部和底部构成，
所述筒状壁的横截面积不同部分间的连接部为踵部与底部接地面的连接部。
4.如权利要求3所述的双轴延伸吹塑成形轻量瓶体容器，其特征在于，将所述底部接地面整个壁厚形成所述平均壁厚的至少109％的厚度。
5.如权利要求3所述的双轴延伸吹塑成形轻量瓶体容器，其特征在于，所述筒状壁的横截面积不同部分间的连接部为所述肩部与所述躯干部间的连接部。
6.如权利要求3所述的双轴延伸吹塑成形轻量瓶体容器，其特征在于，
在所述躯干部上形成有收腰部，
所述躯干部由位于该收腰部上部的上半躯干部和位于该收腰部下部的下半躯干部构成，
所述筒状壁的横截面积不同部分间的连接部为该上半躯干部与该收腰部间的连接部以及该下半躯干部与该收腰部间的连接部。
7.一种双轴延伸吹塑成形轻量瓶体容器的制造方法，它是一种通过预塑形坯加热来制造双轴延伸吹塑成形轻量瓶体容器的方法，其特征在于，在预塑形坯加热时，使筒状壁的横截面积不同部分间的连接部上的与至少1个拐点对应的预塑形坯的部分比延伸吹塑成形的其它预塑形坯部分的加热程度小，因此减小加热程度小的部分的延伸强度，在双轴延伸吹塑成形时，将通过包含该拐点的壁的厚度形成与延伸吹塑成形的其它预塑形坯部分相比至少为109％的厚度。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，
对预塑形坯进行加热，
采用初次吹塑金属模对预塑形坯进行初次双轴延伸吹塑成形，形成初次中间成形品，
对所述初次中间成形品加热，使其强制性收缩而成形为二次中间成形品，
通过对该二次中间成形品进行二次双轴延伸吹塑成形，以形成双轴延伸吹塑成形轻量瓶体容器。
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