TWI759549B - 用於製備複合壓力容器的襯裡的方法及設備 - Google Patents

Abstract

本案揭示一種吹模容器方法及設備，其中該方法包括以下步驟：a)從一擠壓頭擠壓出一管狀中空細長型坯，其中該型坯包括一自由端；b)閉合型坯周圍的模製設備，其中模製設備包括模腔及至少一個孔，其中該至少一個孔從閉合的模製設備的外部提供進入模腔的開口，其中型坯的多餘部分佈置在該至少一個孔的內部，其中型坯的自由端在與該至少一個孔相對的模製設備中保持定位；c)藉由在型坯的多餘部分的外側上施加維持力，將型坯的多餘部分在該至少一個孔內保持定位；d)切割在閉合的模製設備外部的型坯，從而為型坯提供與該至少一個孔相鄰的開口端；e)在型坯的開口端內佈置吹針，使得開口端被吹針閉合；f)將加壓氣體從該吹針吹入該型坯，從而於該模腔內形成一吹模容器。

Description

用於製備複合壓力容器的襯裡的方法及設備

本發明涉及用於製備複合壓力容器的襯裡的一種新方法及設備，尤其本發明涉及一種用於在襯裡的開口周圍的區域中製備不具有捏縮(pinch)線的襯裡的方法及設備。

常見類型的複合壓力容器包括內部流體密封襯裡，至少一個連接至其上的凸起部，用於安裝閥、安全裝置或用於填充或排空容器的類似連接裝置。凸起部圍繞襯裡中的開口佈置，使得安裝在凸起部中的連接裝置連接至襯裡的內部容積。在襯裡的外側，佈置一個或更多個加強層，以使容器具有於所需壓力下儲存流體的必要強度。該等類型的容器例如在WO00/66939及WO98/34063中揭露，其中加強層包括樹脂塗覆的纖維。

習知技術

製備壓力容器襯裡的一種已知方法為吹模。傳統吹模方法在本領域中為習知技術。形成中空或部分中空製品的材料以型坯(parison)的形式提供。將吹針插入型坯中，該型坯佈置於模腔中。藉由吹針將加壓氣體送入型坯，迫使型坯膨脹至到達模腔壁為止。

對於通常瓶形狀容器的吹模成形，該容器具有細長形狀並且在其一端設置有用於填充及排出的開口，型坯通常具有在兩端開口的管的形式。該型坯佈置在吹針上，並且模腔圍繞型坯閉合，使得型坯在其兩端藉由模腔的閉合而氣密地密封。型坯因而被壓擠(squeeze)或捏縮(pinch)且沿著模腔的閉合邊緣焊接。在模製過程完成之後，吹模物件的此區域將在模製物件中產生所謂的捏縮線。與遠離捏縮線的區域相比，如材料厚度的材料特性將在捏縮線區域中變化。此不均勻的厚度可能影響容器在壓力下儲存流體的可靠性。再者，在開口周圍的區域中的捏縮線使得模製物件的外表面不均勻且不光滑，通常在捏縮線的端部處具有凹痕。

當用於複合壓力容器的吹模襯裡時，凸起部通常圍繞餘留在襯裡中的開口佈置，開口中插入吹針，該開口為襯裡的內部容積的入口/出口，從而亦為容器的內部容積。在一些實施例中，襯裡配置有超過一個開口，舉例而言，圓柱形襯裡可於每個端部處具有開口並且於每個開口處佈置有凸起部。凸起部藉由焊接、膠合或其他手段固定在襯裡上，並固定於包括捏縮線的區域中。捏縮線的不均勻性使凸起部難以固定至上，並且為了使凸起部的安裝更有效，希望在圍繞開口處提供更光滑的外表面。

在傳統方法中，在模製期間位於模腔外部的型坯的其餘部分在單獨的步驟中從模製的襯裡移除。被移除的部分稱為廢料。

對於由均相聚合物製備的襯裡，廢料可被碾磨再循環利用作為聚合物原料的一部分而饋進至形成型坯的擠壓機中。當由不同聚合物材料的共擠壓層的型坯製備襯裡時，廢料將是不均勻的，並且因為必須控制層中由再循環利用的廢料的成份以使該層具有預期的效能，可供共擠壓層之一者的再循環利用的廢料量是有限的。

根據WO2016/059036中已知一種製備無捏縮線襯裡的一種方法，其中避免捏縮線的問題及與之相關的問題係藉由避免於模腔內/藉著模腔捏縮用於吹模的型坯來解決，而是藉由獨立的檔門(shutter)進行型坯外部的捏縮。

藉由迫使檔門元件朝向彼此來執行捏縮，因此施加壓力至型坯的外部，類似於習知技術，其中因模腔的閉合而藉由模腔元件與佈置在其間的型坯一起受力(forced together)而向型坯外部提供壓力。

US5,217,729揭露了一種用於塑料瓶的模具，其具有空氣通道，用於在型坯膨脹時降壓腔體中的空氣。在吹模過程中，在模具與瓶子表面之間幾乎沒有空氣滯留而產生高光澤的瓶子。

本發明旨在於提供製備襯裡的一種新的替代方法，該襯裡至少在圍繞最終襯裡的至少一個開口的區域中為不具有捏縮線的。

本發明旨在於提供一種將型坯在閉合模具內保持定位(in place)的替代方式，而不會顯著影響型坯材料的分佈。

本發明亦旨在於提供適用於型坯連續擠壓的一種方法及設備。

進一步目的為提供一種方法，該方法較佳地可更快地進行及/或致使形成的廢料量的減少。

本發明進一步旨在限制進行吹模的設備中的移動元件的數量。

本發明的另一個目的為提供有能力並且適於製備由包括兩個或更多個共擠壓聚合物層的共擠壓模型坯製成的襯裡的一種方法及設備。

現今已發現，可避免在吹模過程中捏縮型坯，從而避免在開口周圍的區域中形成捏縮線。

本發明提供一種吹模容器的方法，其中該方法包括以下步驟：a)從擠壓頭部擠壓出管狀中空細長形型坯，其中型坯包括一個自由端；b)閉合型坯周圍的模製設備，其中模製設備包括模腔及至少一個孔，其中該至少一個孔從閉合的模製設備的外部提供進入模腔的開口，其中型坯的多餘部分佈置在該至少一個孔的內部，其中型坯的自由端在與該至少一個孔相對的模製設備中保持定位； c)藉由在型坯的多餘部分的外側上施加維持力，將型坯的多餘部分在該至少一個孔內保持定位；d)切割在閉合的模製設備外部的型坯，從而為型坯提供與該至少一個孔相鄰的開口端；e)在型坯的開口端內佈置吹針，使得開口端被吹針閉合；f)將加壓氣體從吹針吹入型坯，從而於模腔內形成吹模容器。

本發明的解決方案包括提供具有孔/開口的模腔，該孔/開口適於產生不具有捏縮線的容器部分。此可藉由以下方式取得：該至少一個孔的周長大於或等於型坯的多餘部分的周長。或者，模製設備可包括引導件，引導件在閉合模製設備時壓縮(compress)型坯，但不捏縮型坯，以便獲得不具有捏縮線的吹模容器。因此，型坯可佈置在腔體中而不被捏縮。

在管形型坯已佈置於模腔中後，管形型坯於開口中保持定位並且可能藉由提供維持力的維持器略微膨脹，如至少於開口中提供至模製件中的真空。

將堵塞管形型坯的開口端的吹氣銷佈置於開口管內，並且將加壓氣體由吹管吹入型坯中，使其膨脹並根據模腔成形。

在一個態樣中，取得步驟c)中的維持力的方法為：-對型坯外側的孔施加真空，或 -藉由向多餘部分發送加壓氣體脈衝，從而使多餘部分膨脹以膨脹並黏附至孔的表面上，或-藉由型坯抓取器抓住型坯多餘部分的至少部分外側，或-若型坯的至少一部分為磁性的，藉由鄰進孔設置的磁鐵。

在一個態樣中，維持力致使型坯在多餘部分中的直徑增加，從而使型坯與孔的表面的至少一部分緊密接觸。

當使用真空時，在型坯上提供吸力。加壓氣體脈衝可從擠壓頭，自佈置在擠壓頭中心的氣體出口排出。在一個態樣中，相同的氣體出口可用於預吹模型坯，如下所述。氣體脈衝佈置成藉由氣體衝擊的吹氣力迫使型坯的多餘部分與孔的表面接觸。

如本文中所用，型坯抓取器為抓住型坯的多餘部分的至少一部分的機械裝置，抓取器可包括一個或更多個夾具、鑷子、銷或類似的器械，其在型坏被切割後且直到吹針佈置在孔內前，將型坯保持在適當位置(in position)。

在本發明方法的另一個態樣中，該方法進一步包括，作為步驟e)的一部分，以在吹針上的圓形的狹縮表面將型坯捏縮在孔內。該捏縮動作將有助於在後續步驟中將多餘的廢料部分與吹模容器分離。

在該方法的另一個態樣中，型坯的自由端在步驟a)的期間為閉合的，並且該方法進一步包括將來自擠壓頭的支撐空氣供應至型坯的中空內部，從而提供預吹模型坯。舉例而言，為型坯提供閉合的自由端可藉由使用切割器設計來達成，以在切口的一側上提供開放的型坯，在切口的另一側上提供閉合的型坯。支撐力可用於預吹製型坯並確保型坯保持中空。此態樣的使用將取決於所用材料、擠壓溫度及待模製容器的尺寸。

根據本發明的方法的另一態樣中，該方法進一步包括：g)移除吹針，從而將多餘部分的至少一部分與吹模容器分離，h)並且開啟模製設備。

在一個態樣中，由於步驟e)進一步態樣中的捏縮動作，移除吹針及開啟模製設備致使多餘部分的至少一部分從吹模容器移除。作為自動化步驟的一部分，將多餘部分形式的廢料從容器中移除，這減少並可能消除對於單獨廢料去除步驟的需求。所取得的不具有捏縮線的容器可直接繼續至下一個處理步驟。若容器是用於複合壓力容器的襯裡，則下一步驟可將凸起部固定至吹模容器的開口。

在該方法的另一個態樣中，連續擠壓出型坯，並且其中步驟d)提供具有從擠壓頭延伸的自由端的新型坯，並且其中步驟d)之後的方法進一步包括以下步驟：

d')藉由使模製設備及/或擠壓頭相對於彼此移動，使模製設備和擠壓頭彼此遠離。

擠壓過程的控制及限制廢料/廢料的量態樣中，使用連續擠壓針對工作週期提供了關於方法效率的重要優點。連續擠壓提供了製程穩定性。

在另一態樣中，步驟a)及b)係部分同時或同時進行。當模製設備圍繞型坯閉合時，擠壓繼續進行。預吹亦可以與步驟a)及b)部分同時或同時進行。

在該方法的另一個態樣中，型坯的自由端在與至少一個孔相對的模製設備中以以下方式保持定位

i)藉由閉合模製設備以捏縮自由端，或

ii)閉合模製設備之後，藉由外部擋門捏縮自由端，或

iii)用第二孔圍繞自由端並在自由端的開口端內設置銷，使得開口端由銷閉合。

在實施例 i)中，當藉由閉合模製設備捏縮時，自由端可為閉合的或開啟的。

在實施例ii)中，所採用的如EP3206854中揭露的或類似地揭露的外部檔門。當型坯被外部擋門夾住時，型坯的自由端可為閉合或開啟的。若捏縮區域形成所成形之容器的一部分，則容器將於容器的該部分中具有捏縮線。

在實施例iii)中，型坯的自由端佈置在與至少一個孔相對設置的第二孔內。此實施例特別適用於製造圓柱形的容器，在容器每個端部具有開口並適於在每個端部安裝凸起部。較佳地，第二孔的直徑等於或大於型坯的直徑，以避免當模製設備圍繞型坯閉合時捏縮型坯。用於閉合型坯的開口自由端的銷可在被迫進入開口時，迫使型坯向外朝向第二孔的壁。在一個態樣中，銷可以是如WO2014/124909中所述的可膨脹吹氣銷。在實施例iii)中，在包括第二開口的容器的部分中沒有形成捏縮線。

在進一步態樣中，銷為第二吹針，並且該方法包括作為步驟e)的一部分將加壓氣體吹過第二吹針之步驟。根據此態樣，加壓氣體從兩端吹入型坯。

熟知此項技術領域者亦將理解，在一個實施例中，用於執行吹模的所有加壓氣體係由第二孔內的銷提供。

在本發明的一實施例中，容器是用於複合壓力容器的襯裡。

型坯可由任何類型的可擠壓及可吹模材料製成。在本發明的一個態樣中，型坯包括熱塑性材料。型坯可僅由一種材料製成，但本發明的另一個優點為型坯可由兩種或更多種共擠壓材料製成。較佳地，所述材料之一為熱塑性材料。當使用共擠壓的型坯時，將獲取多層容器。

本文所用的該術語「部分同時」描述了以下情況：其中方法步驟在時間上部分地重疊，使得在一個時間點同時執行兩個或更多個步驟，而在另一個時間點，可僅執行一個方法步驟。舉例而言，型坯的擠壓可為連續的，而其他步驟以一定的間隔進行，該等間隔將與擠壓重疊但僅部分或彼此不完全重疊。

本發明進一步提供用於吹模的設備，包括：-用於擠壓出管狀中空細長型坯的擠壓頭；-可逆式可閉合模製設備，包括模腔和至少一個孔，其中該少一個孔從閉合模製設備外部提供進入模腔的開口，其中該至少一個孔的圓周大於或等於可從擠壓頭提供至型坯的圓周，或模製設備包括一個或更多個引導件，被佈置成壓縮型坯以配合(fit)在孔內，其中所述引導件建構成獲取不具有捏縮線的型坯；-用於在型坯上提供維持力的維持器，該維持器佈置在孔內；-適於切割從擠壓頭擠壓出的型坯的切割器；及-吹針，適於插入孔內並包括用於將加壓氣體提供至模腔中的氣體供應導管。

在設備的另一個態樣中，切割器適於提供從擠壓頭延伸的閉合型坯端部及與該至少一個孔相鄰的開口型坯端部。在根據態樣的一個實施例中，該設備包括支撐空氣供應源，用於將來自擠壓頭的支撐空氣供應至型坯的中空內部。

在設備的另一個態樣中，吹針包括圓形的狹縮表面，圓形的狹縮表面適於將型坯夾緊在孔的表面上。藉 由提供圓形的狹縮表面，設備適於在開啟模製設備時協助從吹模容器中分離多餘的廢料，以將模製部分脫釋(release)。

在設備的又一個態樣中，模製設備及擠壓頭相對於彼此可移動地佈置。這允許以帶有一個或更多個用於接收及吹模根據本發明的連續型坯的模具部分的模製設備，用於連續擠壓。

在設備的進一步態樣中，維持器包括用於供應真空至形胚的外部表面的真空供應源或：-擠壓頭中心的氣體出口，適於將加壓氣體脈衝送入多餘部分，從而使多餘部分膨脹，從而膨脹並黏附至孔的表面上，或-型坯抓取器，抓住型坯多餘部分的至少部分外側，或-與孔相鄰設置的磁鐵。

在設備的又另一個態樣中，模製設備及吹針佈置成相對於彼此移動，並且圓形的狹縮表面及孔適於將型坯捏縮至一長度(extend)，使得該移動致使沿著所述捏縮切割模製容器。

包括切割器的擠壓頭對於熱塑性擠壓領域的技術者而言為眾所周知的。在設備中，切割器佈置成切割並在端部上提供保持連接至擠壓頭的閉合端，並且型坯端部上的開口端不再連接至擠壓頭。舉例而言，在Geoff A.Giles，David R.Bain，2001，第35與36頁中「用Plastics Packaging for the Consumer Market)」文中探討了不同類型的切割器。

根據本發明的方法及設備亦可以應用於生產包括EP1725799中所揭露的用於避免積聚靜電壓力等特徵的壓力容器襯裡。

附圖說明將參考附圖來描述本發明，附圖示出了本發明的一個實施例。選擇圖的順序以說明在執行該方法期間的階段。

圖1圖解了擠壓頭10，由此處擠壓出型坯20。型坯的自由端22為閉合的。在圖2中，擠壓進一步進行，並且從擠壓頭向型坯提供了支撐空氣，該型坯具有預吹模部分24。支撐空氣用於輔助維持中空型坯並限制型坯坍塌的風險。添加支撐空氣的需求將取決於擠壓材料的性質及待生產的容器的軸向長度。對軸向長度低於40厘米的短容器而言，可能不需要支撐空氣，而對較大的容器而言，可能有利於控制型坯的形狀。

圖3圖解了界定模腔31的部分的模製設備30的一半。孔32佈置於頂部，並且於孔的入口處設置有半圓形的狹縮表面33。在與模腔相對的孔的一側上佈置有維持器38。在所示實施例中，維持器包括真空開口39。該實施例中的模製設備包括兩個相似的半部，這兩個半部接合以形成具有孔的模腔，該孔具有圓形的狹縮表面，其中孔與模腔相接(meet)。

圖4和5圖解了將型坯20擠壓進入模製設備中，其中在圖5中圖解了預吹模的型坯。

圖6圖解了在該實施例中預吹模的型坯24周圍的閉合模製設備時的情況。閉合的自由端22恰好位於 模腔外部，並將捏縮在模製設備的兩半部之間。該圖示出了型坯佈置在孔內的多餘部分25。

為了說明的目的，圖7僅示出了閉合模製設備的一部分。在圖7中，維持器38已經被接合，這致使型坯的多餘部分25的直徑略微增加，並且佈置於擠壓頭中的切割器已經被啟動以分離型坯。從而形成型坯的開口端26。擠壓頭10相對於模製設備30的移動已經開始。

為了說明的目的，圖8僅示出了閉合模製設備的一部分。在圖8中，吹針40已進入型坯的開口中。圖8亦圖解了相對端的一個實施例，其中型坯的端部122已經通過模製設備的閉合而被捏縮。加壓空氣從吹針40吹入型坯的中空內部，直到變成圖9圖解的情況，示出了模製設備30及所成形容器50的剖視圖。容器50形成帶有藉由模腔界定的外表面。吹針的尖端42在插入多餘部分並進入模腔時係可見。

圖10與11類似於圖1與2，兩者在皆帶有開口自由端23的型坯和凸起。

10:擠壓頭

20:型胚

22:自由端

23:自由端

24:預吹模部分

25:多餘部分

26:型胚的開口端

30:模製設備

31:模腔

32:孔

33:狹縮表面

38:維持器

39:真空開口

40:吹針

42:吹針的尖端

50:容器

122:型胚的端部

本發明將參考其中附圖說明進一步詳細描述

圖1為擠壓頭的示意圖。

圖2示出了擠壓過程中的預吹模型坯。

圖3示出了具有維持器的模製設備的實施例。

圖4示出了將型坯擠壓進入模製設備中。

圖5圖解了模製設備內的預吹模型坯。

圖6圖解了模製設備內一完成擠壓型坯。

圖7圖解了切割後的型坯由維持器保持在適當位置。

圖8圖解了插入型坯中的吹針。

圖9圖解了吹模完成後的情況。

圖10圖解了帶有帶開口自由端的型坯的擠壓頭。

圖11示出了帶有無預吹模的型坯的擠壓頭。

在附圖中，為了說明的目的，已移除了模製設備的部分。

10:擠壓頭

25:多餘部分

26:型胚的開口端

30:模製設備

33:狹縮表面

38:維持器

Claims (17)

1. 一種吹模容器的方法，其中該方法包括以下步驟：a)從一擠壓頭擠壓出一管狀中空細長型坯，其中該型坯包括一自由端；b)閉合該型坯周圍的一模製設備，其中該模製設備包括一模腔及至少一個孔，該至少一個孔具有一狹縮表面位於該孔的入口處，其中該至少一個孔從該閉合的模製設備的外部提供進入該模腔的一開口，其中該型坯的一多餘部分佈置在該至少一個孔的內部，其中該型坯的一自由端在與至少一個孔相對的該模製設備中保持定位；c)藉由在型坯的多餘部分的外側上施加維持力，將型坯的該多餘部分在該至少一個孔內保持定位；d)切割在閉合的模製設備外部的型坯，從而為型坯提供與該至少一個孔相鄰的開口端；e)在型坯的開口端內佈置吹針，使得開口端被吹針閉合；f)將加壓氣體從該吹針吹入該型坯，從而於該模腔內形成一吹模容器。
2. 根據請求項1所述之方法，其中步驟c)中的 該維持力係藉由以下方式取得：對該型坯之該外側的該孔施加一真空，或藉由向該多餘部分發送一加壓氣體脈衝，從而使該多餘部分膨脹以膨脹並黏附至該孔的一表面上，或藉由一型坯抓取器抓住該型坯的該多餘部分的該外側，或若該型坯的至少一部分為磁性，藉由鄰近該孔設置的一磁鐵。
3. 根據請求項1或2所述之方法，其中該方法進一步包括，作為步驟e)的一部分，以該吹針上之一圓形的狹縮表面，將該型坯捏縮在該孔內。
4. 根據請求項1或2所述之方法，其中該型坯的該自由端在步驟a)的期間為閉合的，並且該方法進一步包括以下步驟：將來自該擠壓頭的支撐空氣供應至該型坯的該中空內部，從而提供一預吹模的型坯。
5. 根據請求項1或2所述之方法，進一步包括以下步驟：g)移除該吹針，從而將該多餘部分的至少一部分與該吹模容器分離，h)及開啟該模製設備。
6. 根據請求項1或2所述之方法，其中該型坯係連續擠壓，並且其中步驟d)提供具有從該擠壓頭延 伸的一自由端的一新型坯，並且其中該方法在步驟d)之後進一步包括以下步驟：d')藉由使模製設備及/或擠壓頭相對於彼此移動，使模製設備和擠壓頭彼此遠離。
7. 根據請求項1或2所述之方法，其中該步驟a)及b)部分同時或同時進行。
8. 根據請求項1或2所述之方法，其中該型坯的該自由端在與該至少一個孔相對的該模製設備中係用以下方式保持定位i)藉由閉合該模製設備以捏縮該自由端，或ii)閉合該模製設備之後，藉由一外部擋門捏縮該自由端，或iii)用一第二孔圍繞該自由端並在該自由端的該開口端內設置一銷，使得該開口端由該銷閉合。
9. 根據請求項8所述之方法，其中該銷為一第二吹針，並且其中該方法包括作為步驟e)的一部分，將加壓氣體吹過該第二吹針之步驟。
10. 根據請求項1或2所述之方法，其中該型坯由一種或更多種熱塑性材料製成。
11. 一種用於吹模的設備，包括：一擠壓頭，用於擠壓出一管狀中空細長型坯；一可逆式可閉合模製設備，包括一模腔和至少一個孔， 該至少一個孔具有一狹縮表面位於該孔的入口處，其中該至少一個孔從該閉合模製設備外部提供進入該模腔的一開口，其中該至少一個孔的該圓周大於或等於可從該擠壓頭提供至該型坯的一圓周；一維持器，用於在該型坯上提供一維持力，該維持器佈置在該孔內；一切割器，適於切割從該擠壓頭擠壓出的一型坯；及一吹針，適於插入該孔內並包括用於將加壓氣體提供至該模腔中的一氣體供應導管。
12. 根據請求項11所述之設備，其中該切割器適於提供從該擠壓頭延伸的一閉合型坯端部及與該至少一個孔相鄰的一開口型坯端部。
13. 根據請求項12所述之設備，包括一支撐空氣供應源，用於將來自該擠壓頭的支撐空氣供應至該型坯的該中空內部。
14. 根據請求項11、12或13所述之設備，其中該吹針包括一圓形的狹縮表面，該圓形的狹縮表面適於將該一型坯捏縮緊靠該孔的一表面。
15. 根據請求項11或12所述之設備，其中該模製設備及該擠壓頭相對於彼此可移動地設置。
16. 根據請求項11或12所述之設備，其中該 維持器包括一真空供應源，用於供應一真空至一形胚的一外部表面或該擠壓頭中心的一氣體出口，適於將一加壓氣體脈衝送入該多餘部分，從而使該多餘部分膨脹，從而膨脹並黏附至該孔的表面上，或一型坯抓取器，抓住該型坯之該外側的該多餘部分的至少部分，或與該孔相鄰佈置的一磁鐵。
17. 根據請求項11或12所述之設備，其中該模製設備及該吹針佈置成相對於彼此移動，並且該圓形的狹縮表面及該孔適於將該型坯捏縮至一長度，使得該移動致使沿著所述捏縮線切割該模製容器。

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