專利名稱：熱裝容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能裝滿熱液體的塑料材料容器。
象能裝熱飲料，如熱果汁的瓶子這樣的容器有很多優(yōu)點，因為液體的熱量既能使其本身消毒又能對瓶子消毒。但是，也存在缺點，即熱量可能使保持在瓶子中的應(yīng)力被消除，結(jié)果造成瓶子扭曲變形。例如PET(聚對苯二甲酸乙二醇脂)瓶子通常只能在最高到達60℃的情況下保持熱穩(wěn)定。
對瓶子進行消毒的方法如下液體的碳酸化，該法僅適用于軟飲料而不適用于非碳酸化的飲料；γ輻射法，該法成本很高；添加臭氧，對于包含有機物質(zhì)的飲料這是不可能的；添加防腐劑，但是防腐劑往往有毒；玻璃瓶子的熱裝，典型地在85℃-92℃之間。
PP(聚丙環(huán))耐熱，但是通常不適用于食品，因為這種材料具有嘴能感覺到的口味且不透明。PET是食品級(food grade)材料，它獲得了食品醫(yī)藥管理局(美國)(FDA)的認可。PET透明度很高，既無嘴能感覺到的口味又無氣味，但是不耐熱，至少在普通的瓶子的形式的情況下不耐熱。
為了提高PET的耐熱性，已經(jīng)作出了許多努力。主要如下添加PEN(聚萘二甲酸乙二醇脂)。這種聚合物很昂貴且難于加工，具有很小的加工范圍。而且，它儲存壽命較短。
消除由于吹制瓶子而包含在聚合物中的應(yīng)力的附加加工。該法通常包括吹制超過尺寸的瓶子，對瓶子加熱使其收縮，以及然后再將瓶子吹制成最終尺寸。但此法效率低，需要使用兩套模具，且需要足夠的用來制造超過最終尺寸的瓶子的大量的聚合物。而且，在收縮步驟中需要輻射熱。
本發(fā)明的目的是提供改進的熱裝(hot-fill)瓶以及類似的容器。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種成型塑料材料容器的本體的方法，包括下列步驟在把成型的成品形狀給予容器本體的模具中將加熱的注射成型的型坯吹塑成成型的成品形狀，吹塑容器后，保持吹成的容器本體與在高溫下的模具接觸持續(xù)經(jīng)過第一時間段，以使內(nèi)部的吹塑應(yīng)力得到松弛，降低模具溫度，并且保持容器本體與在低溫下的模具同樣地接觸持續(xù)經(jīng)過第二時間段，以在容器本體的固化溫度以下使其冷卻，而無容器的內(nèi)部應(yīng)力，從模具中取出容器。
“固化溫度”指的是這樣的溫度，在該溫度處或在該溫度以下容器在環(huán)境溫度中保持其成型的成品形狀。
理想的是，在該第一時間段的過程中，高壓、方便地吹塑壓力被保持在容器內(nèi)。
優(yōu)選地，在該第二時間段的過程中，在保持容器與模具接觸的情況下使容器的內(nèi)部冷卻。方便地，在該第二時間段的過程中，通過在容器本體內(nèi)環(huán)流的冷卻壓力空氣來實現(xiàn)這種內(nèi)部冷卻。
優(yōu)選地，該容器是PET材料制成。
優(yōu)選地，模具以及與模具接觸的容器所保持處于的高溫是130℃±30℃。而且，該步驟優(yōu)選地被保持持續(xù)5±2秒。
優(yōu)選地，模具以及與模具接觸的容器所保持處于的低溫是90℃±30℃。而且，該步驟優(yōu)選地被保持持續(xù)6±2秒。
通常，模具的溫度將從高溫降低降低到低溫，降低的幅度在40和50攝氏度之間。
在優(yōu)選的實施例中，通過使水通過在模具中的冷卻通道實現(xiàn)在兩個時間段之間的溫度的降低。此后，使空氣通過模具中的冷卻通道以在冷卻時間段中的其余時間保持模具的溫度。在模具冷卻時間段，容器的內(nèi)部被在容器中的環(huán)流的冷空氣冷卻，盡管該空氣仍然被保持在壓力下。
優(yōu)選的，在該冷卻的第二時間段，使冷卻空氣通過容器。在該循環(huán)的末尾，模具通過電阻加熱器被再次加熱到高溫。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種塑料材料容器，該容器基本上無內(nèi)部成型應(yīng)力，以此該容器適于熱裝(hot-filling)，該容器是用本發(fā)明第一方面的方法形成的。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種在本發(fā)明的第二方面的容器的本體的成型和處理方法中使用的模具，該模具具有吹塑型腔；用于水和空氣環(huán)流的多個冷卻通道；用于加熱流體的環(huán)流和/或電阻加熱器的模具中的多個加熱通道；能在吹塑型腔閉合前被布置在容器的頸部中以吹塑該容器的吹塑棒(blowing pin)；以及從該吹塑棒中穿過以對型坯進行拉伸的拉伸棒(stretch pin)。
優(yōu)選地，拉伸棒具有多個用于該容器的內(nèi)部冷卻的小的空氣環(huán)流孔。
冷卻水通道最好適于在每個模塑循環(huán)過程中在水環(huán)流之后接著進行空氣環(huán)流。
加熱裝置可以被構(gòu)造成多個加熱通道的形狀。
設(shè)想出加熱通道可以適于象油這樣的加熱流體的環(huán)流，在優(yōu)選的實施例中，這些加熱通道適于容納多個電阻加熱器。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面的內(nèi)容，提供一種對塑料材料容器的內(nèi)部頸部進行處理的方法，該處理包括下列的步驟將容器的型坯的頸部組裝到一個外部支承件上；對于第一時間段，將加熱棒用于頸部的內(nèi)側(cè)；對于第二時間段，將冷卻棒用于頸部的內(nèi)側(cè)；從該外部支承件上取下該頸部型坯。
通常，內(nèi)部頸部的加熱和冷卻將使其內(nèi)部頸部材料結(jié)晶化從而使其變得熱穩(wěn)定。
當(dāng)在容器的吹塑中常見的生產(chǎn)線中模制型坯時，該外部支承件可以由用于模制型坯的頸部的模具型腔的一部分構(gòu)成?；蛘?，頸部支承件將被制成與頸部互補的形狀，以緊密地支承該頸部。在優(yōu)選的實施例中，該支承件是徑向地分開的且該支承件本身被一個頸狀板(neck plate)從外部支承。
為幫助理解本發(fā)明，現(xiàn)在將結(jié)合附圖通過舉例的方式描述本發(fā)明的一個具體的實施例，圖中

圖1是裝滿熱液體的熱裝瓶的側(cè)視圖；圖2、3和4是根據(jù)本發(fā)明形成的熱裝瓶的一組側(cè)視圖；圖5和6是更詳細的側(cè)面和平面的橫截面圖，表示用于成型瓶子的模具中的溫度控制通道；圖7和8是型坯頸部內(nèi)側(cè)的熱處理模具的側(cè)視圖；以及圖9是更大的比例的與圖4很相似的圖。
首先參見圖1，圖中示出一個瓶子2形式的熱裝容器1，瓶子2具有頸部3和本體4。圖1表示出瓶子裝滿接近沸點的熱的水基液體5。該液體足夠熱，典型地是95℃，以對瓶子的內(nèi)部進行基本上的消毒。如果瓶子是按常規(guī)地用PET材料制成，在該溫度處，由于對瓶子進行拉伸和吹塑產(chǎn)生的存在于瓶子中的任何實質(zhì)上的應(yīng)力都易于使瓶子收縮到更小的尺寸。收縮的范圍和位置無法預(yù)測。本發(fā)明考慮的就涉及消除這些應(yīng)力。
圖2示出一個在頸部支承件12中的型坯11，該頸部支承件組裝到用于生產(chǎn)具有成型的最終形狀的本發(fā)明的瓶子的吹塑模具型腔14的口部13上。型坯是熱的，典型的是160℃左右—該溫度可以通過下面的方法實現(xiàn)或者在該型坯被注射成型之后緊接著立刻就將其組裝到吹塑模具型腔上，或者對型坯進行再次加熱，見下面—吹塑模具型腔大約為130℃±30℃。通過帶有一組小孔的拉伸棒15并施加內(nèi)部氣體壓力，型坯被拉伸并被吹塑到其成型的最終形狀，見圖3。吹塑后，保持瓶子中的氣體G的壓力能保持瓶子的本體5與吹塑模具型腔接觸并將其溫度升高到型腔的溫度。為了加速加熱，可以用圍繞拉伸棒周圍流入容器并從拉伸棒中流出的熱空氣使瓶子中的氣體6能被環(huán)流，拉伸棒配有一組小孔15A。瓶子的本體被保持在高溫持續(xù)經(jīng)過足夠的時間以松弛因為拉伸而產(chǎn)生的任何應(yīng)力。據(jù)預(yù)計，在100℃和160℃之間的溫度范圍并保持該本體在該溫度條件下持續(xù)經(jīng)過3到7秒對應(yīng)力松弛是有效的。
在該溫度下打開模具而取出瓶子將使得瓶子太熱以致不能保持其成型的最終形狀。因此，模具被冷卻到60℃和120℃之間持續(xù)經(jīng)過8秒，見圖4。在該時間段的過程中，冷卻空氣被環(huán)流進入容器并通過在拉伸棒中的小孔出來，而在容器中壓力被保持。這樣使容器固化—而不會引起應(yīng)力—以便可以將其從模具中取出。制成的瓶子在裝滿接近沸點即92到98℃的水時是熱穩(wěn)定的。
為了對模具進行快速加熱和冷卻，模具配設(shè)有兩組通道16、17。前者容納電阻加熱器18；而后者與水和空氣供應(yīng)管線19、20連接。
打開模具后，加熱器18被打開以快速地把模具加熱到高溫。型坯在其頸部處被組裝到模具的口部內(nèi)，支承件12鄰接在重新閉合的模具中的座12。型坯被拉伸和吹塑。模具被恒溫地控制在高溫，在該第一時間段的末尾，加熱器被關(guān)閉。通過操縱聯(lián)動閥22，冷卻水立刻流過冷卻通道17以將溫度降到低溫，從而充分固化容器本體。為了防止溫度降低得太多，考慮到需要在下一個循環(huán)重新對其加熱，在冷卻時間段閥門被操縱以用在通道17中的空氣環(huán)流取代水環(huán)流。同時，冷卻空氣在壓力下在瓶子的內(nèi)部環(huán)流以對本體的內(nèi)部進行冷卻。
現(xiàn)在看圖7和8，所示的模具在臺51內(nèi)容納一個型坯11，臺51帶有用于在對型坯進行拉伸和吹塑之前對其進行預(yù)加熱的加熱器52。型坯的頸部被保持在徑向地分開的支承件53內(nèi)，支承件53位于外部保持環(huán)54內(nèi)。為了以與瓶子的本體相同的方式對內(nèi)部頸部進行熱處理，首先，加熱棒55被插入到頸部，以升高其溫度到約120℃到160℃的范圍—如圖7所示—以松弛內(nèi)部應(yīng)力。在該第一時間段之后，加熱棒被取出并把冷卻棒56插入以冷卻該頸部到約60℃到100℃—如圖8所示。
一旦冷卻棒被取出，現(xiàn)在，被預(yù)加熱的型坯帶著支承件53被移動到模具14以進行拉伸吹塑和熱處理。一旦支承件53被放置在吹塑模具的口部處，吹塑棒65被插入到瓶子的頸部內(nèi)。然后，拉伸棒15穿過吹塑棒，如圖9所示，該圖基本上示出與圖4相同的圖，但是更詳細。這樣，如上所述瓶子就形成了。
權(quán)利要求
1.一種成型塑料材料容器的方法，包括下列步驟在一個將成型的最終形狀給予容器本體的模具內(nèi)，將被加熱的注射成型的型坯吹塑成成型的最終形狀，吹塑后，保持被吹塑的容器與在高溫下的模具接觸持續(xù)第一時間段以使內(nèi)部吹塑應(yīng)力松弛，降低模具溫度，并保持被吹塑的容器與在低溫下的模具同樣地接觸持續(xù)續(xù)第二時間，以便在其固化溫度以下對其進行冷卻，而無容器的內(nèi)部應(yīng)力。從模具中取出容器。
2.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于在第一時間段的過程中容器內(nèi)保持高壓。
3.如權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于在第二時間段的過程中容器內(nèi)保持高壓。
4.如權(quán)利要求1、2或3的方法，其特征在于在第二時間段的過程中當(dāng)容器被保持與模具接觸時，容器的內(nèi)部被冷卻。
5.如權(quán)利要求4的方法，其特征在于在第二時間段的過程中冷卻是通過在容器內(nèi)環(huán)流的冷卻壓力空氣來進行的。
6.如權(quán)利要求2到5之一的方法，其特征在于高壓是型坯被吹塑所處在的壓力。
7.如前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于容器的材料是PET材料，容器被保持處于的高溫是130℃±30℃。
8.如權(quán)利要求7的方法，其特征在于高溫被保持持續(xù)5±2秒的第一時間段。
9.如前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于容器的材料是PET材料，模具被冷卻達到的低溫是90℃±30℃。
10.如權(quán)利要求9的方法，其特征在于低溫被保持持續(xù)6±2秒的第二時間段。
11.如前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于模具的溫度從高溫被降到低溫，降低的幅度在40和50攝氏度之間。
12.如前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于包括使水流過模具中的冷卻通道的步驟以實現(xiàn)在兩個時間段之間的溫度降低。
13.如權(quán)利要求12的方法，其特征在于在使水從模具中流過以降低其溫度后，使空氣從模具中流過以保持其溫度直到冷卻時間段的末尾。
14.如前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于在第二冷卻時間段以后，模具通過電阻加熱器被再加熱到高溫。
15.一種塑料材料容器，容器基本上無內(nèi)部成型應(yīng)力，以此其適用于熱裝，而該容器是用權(quán)利要求1到14之一所述的方法制成的。
16.一種在如權(quán)利要求15所述的容器本體的處理和成型的方法中使用的模具，該模具具有吹塑型腔；用于水和空氣環(huán)流的多個冷卻通道；用于加熱流體的環(huán)流和/或用于電阻加熱器的在模具中的多個加熱通道；能在型腔被閉合以前布置在容器的頸部以吹塑容器的吹塑棒；以及從吹塑棒中穿過以拉伸型坯的拉伸棒。
17.如權(quán)利要求16到20之一所述的模具，其特征在于拉伸棒具有用于容器內(nèi)部冷卻的多個小的空氣環(huán)流孔。
18.如權(quán)利要求16或17所述的模具，其特征在于冷卻水通道最好適于在每一個模制循環(huán)過程中在水環(huán)流之后接著進行空氣的環(huán)流。
19.如權(quán)利要求16、17或18所述的模具，其特征在于加熱裝置構(gòu)成為多個加熱通道的形狀。
20.如權(quán)利要求19所述的模具，其特征在于加熱通道適于象油這樣的加熱流體的環(huán)流。
21.如權(quán)利要求19所述的模具，其特征在于加熱通道適于容納多個電阻加熱器。
22.一種對塑料材料容器的頸部進行處理的方法，該處理包括下列步驟將容器的型坯的頸部組裝到外部支承件上；對于第一時間段將加熱棒用于頸部的內(nèi)部；對于第二時間段將冷卻棒用于頸部的內(nèi)部；從外部支承件中取出頸部型坯。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于容器的頸部被與型坯上的其他的隨后的操作分開地處理。
24.如權(quán)利要求22或23所述的方法，其特征在于該型坯在容器的吹塑中常見的生產(chǎn)線上被模制的，將頸部組裝到外部支承件上的步驟是型坯的模制中的一個步驟，外部支承件構(gòu)成用于型坯的模制的模具型腔的一部分。
全文摘要
一種PET熱裝瓶(2)具有一個頸部(3)和一個本體(4)。其在型腔(14)中被拉伸并被吹塑，而內(nèi)部壓力保持本體緊貼型腔。在第一時間段的過程中，型腔被加熱到100℃到160℃持續(xù)3到7秒以松弛在本體中的應(yīng)力。在第二時間段的過程中，型腔被冷卻到60℃到120℃持續(xù)4到8秒。這使容器固化—而不引起應(yīng)力—以致容器可以被從模具中取出來。制成的瓶子在裝滿接近其沸點即92℃到98℃的水時是熱穩(wěn)定的。為了快速加熱和冷卻模具型腔，模具配設(shè)有兩組通道(16、17)。前者容納電阻加熱器(18)，而后者與水和空氣供應(yīng)管線(19、20)連接。
文檔編號B29C35/04GK1434762SQ00819158
公開日2003年8月6日 申請日期2000年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月25日
發(fā)明者錢德拉·利曼賈亞 申請人:錢德拉·利曼賈亞