TWI424916B - 厚殼高密度聚乙烯容器製造方法 - Google Patents

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厚殼高密度聚乙烯容器製造方法
本發明係與儲存容器有關，並且特別地，關於一種製造具有厚殼高密度聚乙烯(High Density Polyethylene,HDPE)容器之方法。
當塑膠工業尚未蓬勃發展前，機械材料大多仰賴金屬原料，例如銅、鋁或鐵等材料，但由於金屬材料具有昂貴、易鏽且易腐蝕等缺點，導致金屬容器的使用範圍受到侷限。相對於金屬容器，塑膠容器由於具有耐腐蝕、防鏽且價格低廉等優點，使得塑膠容器無論在日常生活或工業領域的運用皆逐漸取代金屬容器，尤其是聚乙烯(Polyethylene,PE)材料製作之容器。
一般來說，聚乙烯樹脂可分為兩類，一類為低密度聚乙烯(Low Density Polyethylene,LDPE)樹脂，密度介於0.91~0.93g/cm3 ，另一類為高密度聚乙烯(HDPE)樹脂，密度介於0.931~0.97g/cm3 。高密度聚乙烯樹脂以聚乙烯單體加壓擠出而成，無任何添加劑，非常安定，正常下可使用50年以上，且完全無毒性，又具高韌性，可耐強震，密度比水輕，使用溫度範圍大等優點不勝枚舉。
聚乙烯容器亦是目前廣為使用之商品之一，常見的低密度聚乙烯容器的製作方式大多係以旋轉成型(rotation mold)的方法對低密度聚乙烯材料進行加工而得。然而，由於低密度聚乙烯材料的密度低且滲透性高，一旦低密度聚乙烯容器所儲存的氣體分子較小，即相當容易洩漏至容器之外，導致低密度聚乙烯容器無法有效儲存小分子之壓縮氣體或需抽真空之密閉容器。
若採用高密度聚乙烯容器取代低密度聚乙烯容器雖能夠改善上述問題，但若高密度聚乙烯容器係以押出吹製成型法(extrusion blow molding)或射出吹製成型法(injection blow molding)製造，其外壁結構通常較薄。當該薄殼容器內填充滿氣體時，容器可能會因為內部與外部壓力差過大導致容器破裂造成氣體外洩之危險，所以以往透過押出吹製成型法或射出吹製成型法所生產的薄殼高密度聚乙烯容器亦不適合用來儲存各類壓縮氣體或需抽真空之密閉容器。
此外，由於旋轉成型法並無法大量生產容器，且該方法製作之容器外貌較為單調，尺寸精密度也不高，所以一般會改用押出吹製成型法或射出吹製成型法來製作薄殼容器。需注意的是，傳統上若欲採用押出吹製成型法或射出吹製成型法製作高密度聚乙烯容器，必須使用黏度較高且分子量較大的聚乙烯材料，一般而言都採用熔融指數(Melt Index,MI)<1的聚乙烯材料；倘若採用射出吹製成型法製作高密度聚乙烯容器，傳統上採用黏度較低且分子量較小，而熔融指數＞30的聚乙烯材料，且上述兩法只能製作薄殼容器。
至於緻密性高、韌性好、耐疲勞性佳且機械強度高的厚殼高密度聚乙烯容器，尤其是具有金屬埋入之厚殼高密度聚乙烯容器，以儲存具有腐蝕性或毒性之壓縮氣體或需抽真空之密閉容器，目前相關文件仍未涉及。
因此，本發明之一範疇在於提供一種用以儲存之厚殼高密度聚乙烯容器的製造方法，以解決上述之技術問題。
本發明之一範疇在於提供一種厚殼高密度聚乙烯容器的製造方法，並且本發明藉由同一種高密度聚乙烯材料製作厚殼高密度聚乙烯容器，故可有效避免容器成型時發生不均勻收縮之情況。
根據一具體實施例，本發明之厚殼高密度聚乙烯容器的製造方法包含下列步驟：首先，執行步驟(a)透過一第一成型方式對一高密度聚乙烯材料進行加工以產生一腔體。接著，執行步驟(b)透過一第二成型方式對該高密度聚乙烯材料進行加工以產生一第一端蓋及一第二端蓋。最後，執行步驟(c)透過熱融對接之方式將該腔體與該第一端蓋及該第二端蓋彼此接合以形成該厚殼高密度聚乙烯容器。
綜上所述，本發明提供之厚殼高密度聚乙烯容器的製造方法係藉由押出成型與射出成型方法產生具有厚殼高密度聚乙烯容器之各個部位，最後以熱融對接方式形成該容器。由於使用同一種的聚乙烯材料進行加工，因此，在熱融接合各個部位時，可以避免不同材質造成收縮不均的現象發生，故可大幅簡化傳統的製造流程。再者，本發明之製造方法可使用較小熔融指數的高密度聚乙烯材料，所以能夠製造出緻密性高、韌性好、耐疲勞性佳且機械強度高的厚殼高密度聚乙烯容器，以儲存具有腐蝕性或毒性之壓縮氣體或需抽真空之密閉容器。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
本發明提供一種厚殼高密度聚乙烯容器的製造方法。
一般來說，高密度聚乙烯樹脂係屬於熱塑性高分子材料，而熱塑性高分子材料在固化(consolidation)製程中，僅會產生物理性變化無需進行任何化學反應。更精確而言，可藉由加熱及加壓方式，使得熱塑性高分子材料熔融並且固化形成一物體。再者，由於該物體形成方式並未涉及化學性變化，所以可再次對該物體加熱或冷卻使得物體的高分子材料軟化或固化，而回收再利用並不會損壞原來高分子材料之性質。
請一併參見圖一與圖二，圖一係繪示根據本發明之一具體實施例之厚殼高密度聚乙烯容器的製造方法的流程圖，而圖二係繪示根據本發明之一具體實施例之厚殼高密度聚乙烯容器的示意圖。
如圖所示，首先，該方法執行步驟S20，透過一第一成型方式對一高密度聚乙烯材料進行加工以產生一腔體40。於實際應用中，該第一成型方式可以是押出成型(extrusion)製程。
需要注意的是，押出成型製程屬於連續性的製程，一般而言，在押出成型製程中所選用之聚乙烯材料的熔融指數值較小，表示材料黏度較大且分子重量較大。這類材料形成的製品，其具有緻密性較高、韌性好、耐疲勞性好且機械強度較高的優點，使腔體40的外壁結構更佳。
再者，腔體40使用熔融指數MI<1的高密度聚乙烯材料，經過押出成型製程可輕易的產生具有一厚度D1 的腔體40，使得腔體40的外壁結構能夠更為堅固，而厚度D1 並非一定值。
接著，該方法執行步驟S22，透過一第二成型方式對該高密度聚乙烯材料進行加工以產生一第一端蓋42及一第二端蓋44。於實際應用中，該第二成型方式是一射出成型(injection)製程。其中，第一端蓋42具有一厚度D2 ，且第二端蓋44亦具有一厚度D3 ，而厚度D2 及D3 亦並非一定值。
在此，第一端蓋42及第二端蓋44藉由本發明所述之射出成型製程時，僅需注意調整其成型的溫度、壓力與模具設計，使用熔融指數MI<1的高密度聚乙烯材料，仍為可行，以解決習知射出成型技術中，聚乙烯材料的熔融指數(MI)需要大於30。
需要特別說明的是，通常押出成型之製程中所採用的聚乙烯材料的熔融指數將會受到較大的限制，而射出成型製程使用之聚乙烯材料的熔融指數所受到的限制相對較少。換言之，押出成型製程中所採用的聚乙烯材料通常在射出成型製程中仍可使用。
形成上述現象的主要原因在於，當考慮成型的問題時，由於射出成型製程是在模內完成；但押出成型則是須經過模頭整形後，在模外冷卻成型，也就是說，聚乙烯材料在還沒完全冷卻的情況下已與模頭分離。進一步說，若聚乙烯材料的熔融流動指數太高，將導致製品與模頭分離後至冷卻期間容易產生變形。因此，射出成型用料上可選擇具有較高熔融流動指數的聚乙烯材料，以利進行大件、薄殼及複雜外型工件的加工，相反地，押出成型則需要具有較低熔融流動指數的聚乙烯材料。
於實際應用中，步驟S20及S22為不同設備製程，因此，上述的兩個步驟並無固定優先順序，可由使用者需求任意調整執行順序。但厚度D1 、D2 及D3 之各自厚度未必相同，於此實施例中，厚度D1 、D2 及D3 可定義為3mm至60mm之間，但不以此範圍為限。
於製程中僅需留意腔體40與第一端蓋42及第二端蓋44以熱融對接法接合段之厚度相近即可。
在製作第一端蓋42前，應先備妥金屬接頭420，以執行步驟S220，於該第一端蓋42之一位置嵌合金屬接頭420。於實際應用中，金屬接頭420係配合射出成型方式嵌合於第一端蓋42，金屬接頭420用以填充壓力氣體或抽真空。
實際上，金屬接頭420的數量並不以一個為限，並且分布位置亦不以軸心為限。進一步而言，金屬接頭420也可以嵌合在第二端蓋44，不以第一端蓋42為限，應視使用者需求而定。
最後，該方法執行步驟S24，透過熱融對接之方式將該腔體40、該第一端蓋42及該第二端蓋44彼此接合後，經過冷卻後即形成可用以儲存壓縮氣體或需抽真空之密閉厚殼高密度聚乙烯容器。。
於實際應用中，該腔體40、該第一端蓋42及該第二端蓋44係各自成型再彼此接合後以形成具有厚殼高密度聚乙烯容器。
請參見圖三，圖三係繪示根據本發明之另一具體實施例之厚殼高密度聚乙烯容器的示意圖。如圖所示，該厚殼高密度聚乙烯容器包含一腔體60、一第一端蓋62及一第二端蓋64。
腔體60如前一個實施例所述以押出成型製程加工產生，於此不再贅述。但需要特別說明的是，於實際應用中，腔體60仍具有一厚度D1 但腔體60的外型可以是各種形狀，例如圓筒狀或方桶狀等外貌，並不以圖中所繪為限。
第一端蓋62及第二端蓋64亦如前一個實施例所述之以射出成型方法製程加工，其中，金屬接頭620於射出成型法中一併形成於第一端蓋62，因此加工過程也不再贅述。於此實施例中，第一端蓋62與第二端蓋64仍分別具有一厚度(D2 及D3 )，但第一端蓋62與第二端蓋64的外貌相異。其中，該厚度D1 、D2 及D3 亦可根據上述實施例之範圍定義，但仍不以此所述範圍為限。
於此實施例中，將第二端蓋64加工成如圖三所示之形狀，使第二端蓋64底部平坦，但實際上不以此為限，換言之，第二端蓋64也可以是凹陷形狀或其他形狀。
需特別說明的是，本實施例之腔體60、第一端蓋62及第二端蓋64之外貌可以是各種形狀但其外形仍需相近。
最後，該方法執行步驟S24，透過熱融對接之方式將該腔體40、該第一端蓋42及該第二端蓋44各自成型、彼此接合，再形成一體，形成具有厚殼高密度聚乙烯容器。
相較於先前技術，根據本發明之厚殼高密度聚乙烯容器的製造方法係透過押出成型及射出成型等方法分別產生具有厚度的高密度聚乙烯容器之各個部位，各自成型、彼此接合，最後再以熱融對接方式形成一體地形成該容器。由於使用同一種的聚乙烯材料進行加工，因此，在熱融接合各個部位時，可以避免不同材質造成收縮不均的現象發生，故可大幅簡化傳統的製造流程。
此外，由於本發明之製造方法可以使用具有較小熔融指數的高密度聚乙烯材料，所以能夠製造出緻密性高、韌性好、耐疲勞性佳且機械強度高的厚殼高密度聚乙烯容器，以儲存具有腐蝕性或毒性之壓縮氣體或需抽真空之密閉容器。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
S20~S24．．．流程步驟
40、60．．．腔體
42、62．．．第一端蓋
44、64．．．第二端蓋
420、620．．．金屬接頭
D1 ~D3 ．．．厚度
圖一係繪示根據本發明之一具體實施例之厚殼高密度聚乙烯容器的製造方法的流程圖。
圖二係繪示根據本發明之一具體實施例之厚殼高密度聚乙烯容器的分解示意圖。
圖三係繪示根據本發明之另一具體實施例之厚殼高密度聚乙烯容器的分解示意圖。
S20~S24．．．流程步驟

Claims (9)

  1. 一種一厚殼高密度聚乙烯容器的製造方法，包含下列步驟：(a)透過一第一成型方式對一高密度聚乙烯材料進行加工以產生一腔體；(b)透過一第二成型方式對該高密度聚乙烯材料進行加工以產生一第一端蓋及一第二端蓋；以及(c)透過熱融對接之方式將該腔體、該第一端蓋及該第二端蓋彼此接合以形成該厚殼高密度聚乙烯容器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該第一成型方式係一押出成型製程。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該第二成型方式係一射出成型製程。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該高密度聚乙烯材料之熔融指數係可小於1。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中於步驟(c)中，該腔體與該第一端蓋及該第二端蓋係各自成型、彼此接合，再形成一體，以形成該厚殼高密度聚乙烯容器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該腔體、該第一端蓋及該第二端蓋之外形相近。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中步驟(b)包含 下列子步驟：於該第一端蓋之一位置嵌合一金屬接頭。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之製造方法，其中該金屬接頭係用以填充一壓縮氣體、或用來抽真空。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該厚殼高密度聚乙烯容器係用以儲存該壓縮氣體或需抽真空之密閉容器。
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