專利名稱：具有熱絕熱的熱成形模具及相關方法
具有熱絕熱的熱成形模具及相關方法本發(fā)明涉及熱成形模具領域。更具體地，本發(fā)明涉及到食品工業(yè)中采用的熱成形模具，用來制造塑料罐并在罐 周圍沉積裝飾。這些模具通常是其中形成用于熱成形罐的單元的板的形式。該罐是例如酸奶罐， 熱熔到該罐的裝飾通常由熱粘紙制成。為了通過熱成形制造塑料罐，裝飾抵著其周壁布置在模具中，然后將形式為預熱 板的塑料導入模具中，接下來通過吹氣而壓靠于模具壁。用于形成罐的塑料的溫度高于模具的溫度。因此，塑料經(jīng)與模具的接觸而冷卻并 固化此即熱成形操作。在熱成形過程中，從導入到模具的塑料傳遞到模具的熱被用作將裝飾熱熔到塑料 罐上。因此該模具必須足夠冷，使得通過吹氣壓到模具中的塑料材料固化從而形成食品 罐。該模具必須還保持足夠熱，以確保裝飾熱熔到罐上。因此，為了保持模具的溫度，使其既能熱成形食品罐又能將裝飾熱熔到罐上，當前 的模具提供流體循環(huán)通道以調(diào)整溫度。具體地，如果模具太熱，則塑料罐的成形將不會令人滿意。另外，如果模具太冷，則 裝飾的熱熔會不夠，尤其是在其本身上的裝飾的重疊區(qū)域。這是因為裝飾具有大于模具單元周長的長度，使得一旦放置在模具中，裝飾就在 其本身上具有重疊的區(qū)域。用于保持允許熱成形的條件的溫度調(diào)整并不很難獲得。這里的目標是去除通過塑 料材料導入模具中的熱。否則，在熱成形操作期間，熱會在模具中累積，造成不再能確保良 好的罐熱成形條件的風險。為此，已有的模具提供用于輸送冷卻流體的通道。通過這些通道獲得的溫度調(diào)整必須還能有效熱熔食品罐上的裝飾。該設計能使基本上整個罐子外周上裝飾的熱熔是令人滿意的。但是，在裝飾的重疊區(qū)域并非如此。這是因為在重疊區(qū)域中裝飾的厚度加倍，在裝 飾和/或食品罐上的裝飾的兩個厚度之間經(jīng)常地觀察到熔合瑕疵。因此本發(fā)明的目標是提供一種模具，使其可減少重疊區(qū)域中，裝飾的兩個厚度之 間和/或裝飾與食品罐之間的熔合瑕疵。為此，本發(fā)明提供一種用于熱成形具有裝飾的食品罐的模具，該模具是板的形式， 其厚度上形成用于熱成形罐的至少一個單元，其特征在于該模具包括吸熱系數(shù)小于該模具 的元件，該元件布置在所述單元的周壁的至少一部分上并沿所述壁的高度延伸，所述部分 用于與所述裝飾的重疊區(qū)域接觸。該模具還單獨或聯(lián)合地具有以下特征的至少一個-它包括用于插入所述元件的隔間；-所述隔間開到所述模具的上表面上；
-所述隔間在所述單元的周壁的整個高度上延伸；-所述元件是抵著所述模具的周壁布置的片； -所述元件被選擇為由以下任意一種材料制成陶瓷、熱穩(wěn)定塑料材料、毛氈、氟 聚合物樹脂、含微珠的環(huán)氧樹脂、合成樹脂、聚醚醚酮(PEEK)或聚甲醛；-所述元件是可移除；-它包括多個單元，每個單元均具有擁有選定吸熱系數(shù)的至少一個元件；-它包括用于冷卻所述模具的裝置，從而將模具保持在低于或等于熱成形所述罐 的閾值溫度T
threshold°為實現(xiàn)這些目標，熱成形具有裝飾的食品罐的方法，包括以下步驟組成-將預熱的塑料材料導入所述單元中；-通過吹氣將所述塑料材料壓靠于所述單元的壁，其特征在于在這些步驟之前，包括將預成形的裝飾沉積在根據(jù)本發(fā)明的模具的單 元中的步驟，使得所述裝飾的重疊區(qū)域與所述元件接觸。通過閱讀以下參照附圖給出的說明，將會更好的理解本發(fā)明，并且其它目標、優(yōu)點 和特征會變得更加明顯，其中

圖1表示具有多個食品罐模具單元的常規(guī)的金屬模具；圖2表示根據(jù)本發(fā)明的模具，分別由圖2(a)、2(b)和2 (c)表示在三個獨立的視圖中。圖1表示已知的模具10。該模具10用金屬材料，例如鋁制造。模具10包括多個單元11，每個單元均用于形 成食品罐。它還包括冷卻裝置，由其入口 E和其出口 S表示。該冷卻裝置具有通道，通道布置 在模具10的厚度中并傳輸冷卻流體從而保持單元中的恒溫。該溫度被選擇為不僅低到足以使得導入模具中的熱塑料的冷卻使其能形成食品 罐，而且高到足以使裝飾可結合到該食品罐。接下來的圖2以三個不同的視圖表示根據(jù)本發(fā)明的模具1，即圖2(a)中的平面視 圖，圖2(b)中的沿圖2(a)中表示的模具的寬度方向上取的剖面A-A中的視圖，及圖2(c) 中的沿圖2(a)中表示的模具的長度方向上取的部分剖面B-B中的視圖。該模具1包括多個單元2，每個單元均用于形成食品罐。在本例中，提供兩個四單 元的行。當然也可提供其它結構，甚至可設想只有一個單元的模具。具體地，它應與圖1所 示的模具的整體外觀相應。模具1是板的形式。在其厚度中形成用于熱成形罐的單元2。在模具的至少一個單元2中，還提供元件3，其吸熱系數(shù)(effusivity)既小于模具 1的吸熱系數(shù)，又大于用于形成罐的材料的吸熱系數(shù)。元件3的一個表面31與單元2的周壁21重合。材料的吸熱系數(shù)E由以下關系定義E = yfpcX ( Ri )其中P是材料的密度(kg · m_3)c是材料的具體熱容量(J · kg"1 · Γ1)
λ是材料的熱導率(W · πΓ1 · Γ1)如果在溫度T1下吸熱系數(shù)為E1的模具1突然與用于在單元2中形成罐的材料接 觸，所述材料在溫度T2CT2 > T1),并具有吸熱系數(shù)E2，則在模具1與塑料材料之間的界面上 的平衡溫度Τε 可由如下關系式近似定義
E1T^E2T2 實際上，關系式(R2)對于沒有接觸阻抗的平面接觸表面來說是精確的。導致關系式(R2)的工作原理卻可適當?shù)貞糜诒厩闆r。該平衡溫度、必須低于用于執(zhí)行熱成形罐的操作的閾值溫度TthMsh。ld。模具1性質(zhì)上為金屬性的，因此具有高吸熱系數(shù)。例如，鋼的吸熱系數(shù)為大約 14000(SI單元)。相反，用于形成罐的材料(所述材料例如是塑料)的吸熱系數(shù)E2與金屬 相比非常低，一般大約小30倍。模具的溫度是例如約為30°C，并低于用于熱成形食品罐的溫度Tthresh。ld。另外，經(jīng) 預熱塑料的溫度T2處于120°C到150°C之間，優(yōu)選大約為135°C。因此，當用于形成食品罐的材料與模具1接觸時，平衡溫度Trai非常接近于模具的 溫度T1。模具1包括冷卻裝置，由其入口 E和其出口 S表示，具有布置在模具的體中的通 道，從而便于排出由塑料材料在連續(xù)的熱成形操作期間中導入的熱，并根據(jù)當前模具中存 在的管道的方式排熱。作為一個變形，可設想模具1不具有用于冷卻模具的管道。在這種情況下，為了防 止在后續(xù)的熱成形操作期間模具溫度過度升高，模具1的尺寸可設置為使得與周圍介質(zhì)具 有大的接觸面積。也可采用用于在其使用期間在模具表面上生成強制氣流的裝置。根據(jù)本發(fā)明的模具設計相對簡單，它不提供用于保持足夠的溫度從而將裝飾熱熔 到食品罐上的具體的通道網(wǎng)，尤其是在裝飾厚度加倍的裝飾的重疊區(qū)域。實際上，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，該功能由吸熱系數(shù)E'工小于模具1的吸熱系數(shù)E1, 艮口，E' iCEiO^)的元件3來進行。還假設對于形成元件3的材料的吸熱系數(shù)E'工同樣 大于塑料材料的吸熱系數(shù)E2。當啟動機器以執(zhí)行熱成形/熱熔操作時，模具1的金屬部分的溫度T1及元件3的 溫度r i是相同的，即T1 = τ' 10由于關系式R3，應用關系式R2導致T' e(1 > Teq的關系；其中T' e(1是塑料材料和 元件3之間界面上的平衡溫度。因此可理解通過吹氣而引入并壓到模具單元中的塑料材料當與模具接觸時會經(jīng) 歷不同的溫度。更精確地，作為選作形成元件3的材料的功能，在熱成形期間，用作形成罐的塑料 材料與元件3之間的界面上的平衡溫度T' μ可保持在比閾值溫度T' thresh。ld高的值，高于 該閾值溫度T' thMsh。ld，裝飾熱熔到罐上會具有良好的質(zhì)量。還可假設元件3的吸熱系數(shù)E'工大于模具中成形的塑料材料的吸熱系數(shù)E2。因此可理解，模具單元中成形的塑料材料與兩種類型的材料接觸，一方面是可被 稱作模具的“傳導”部分的模具的金屬部分，另一方面是可被稱作模具“絕熱”部分的元件30元件3具有覆蓋裝飾的重疊區(qū)域的最小寬度，在現(xiàn)有技術中裝飾結合所遇到的問題出現(xiàn)在裝飾加倍厚度處。但是元件3可延伸超過該最小寬度，從而覆蓋模具單元的周壁的較大部分。但是， 在這種情況下，必須考慮形成元件3的材料能保持有效地熱成形罐。元件3必須也符合和制造食品容器有關的需求和標準。滿足上述準則的材料可例如由陶瓷、熱穩(wěn)定塑料材料、毛氈、含氟聚合物樹脂、填 充有微珠的環(huán)氧樹脂(在這種情況下，這些微珠可例如由玻璃或聚四氟乙烯(特氟龍 )制 成)、合成樹脂、聚醚醚酮(PEEK)或聚甲醛(POM)制成。通過在模具的體中循環(huán)流體而帶來的模具冷卻可使其允許模具1的金屬部分和 元件3的溫度在熱成形/熱熔合食品罐的后續(xù)操作過程中保持為大致相似且大致恒定的值。盡管是可選地，但還可進一步假設形成元件3的材料具有高體積熱容P c和低熱 導率λ，使得元件3的溫度T'工在熱成形操作過程中不管模具體內(nèi)流體循環(huán)帶來的冷卻 而增加。在這種情況下，可理解元件3的溫度T'工偏離模具的金屬部分的溫度1\。這是因 為這種材料具有高的熱容以存熱。因此，這在每個熱成形操作中促進平衡溫度T' eq的提高，給出相對值T' threshold 更寬的安全余量。為了實現(xiàn)其功能，元件3可設置成多種形式。本說明書提供以下的一些由非限制性實施例給出的示例性的實施方式。本發(fā)明的優(yōu)選實施方式已在例如圖2中示出，其中提供安放在模具壁中的插入物 3。為此，模具1具有用于插入所述元件3的隔間4。該隔間4開到單元2的周壁21 上。這樣，該插入物具有開口到單元2的周壁21上的面，該面31因而能夠與單元2的周壁 21重合。隔間4可根據(jù)所需應用設置為多種形式。例如，如果待熱熔到罐上的裝飾具有與罐一致的高度，則隔間4可在單元2的周壁 21的整個高度上延伸。在這種情況下，隔間4也開口到模具的上表面上。這種隔間4在圖 2中示出。作為變形，如果用于熱熔到罐上的裝飾具有嚴格小于罐高的高度，則隔間4可在 嚴格小于單元2的周壁21高度的高度上延伸。應理解元件3可具有作為裝飾高度的函數(shù)的可變高度。元件3可只在重疊區(qū)域的一部分高度上覆蓋該裝飾的重疊區(qū)域。有利地，元件3 的高度具有用于在裝飾的整個高度覆蓋該裝飾的重疊區(qū)域的最小值。元件3可具有嚴格小于或等于隔間高度的高度。有利地，元件3的高度與隔間4 的高度一致，如圖2所示。在另一實施方式中，元件3設想為抵著模具的周壁21布置的片的形式。片3也可具有覆蓋裝飾的重疊區(qū)域的最小寬度。但是，片3可延伸超過該最小寬度，以覆蓋模具單元周壁的更大部分。但是，在這種情況下，必須注意形成元件3的材料能 保持罐的有效的熱成形。另外，片3可具有作為裝飾高度函數(shù)的可變高度。如此片3可只在重疊區(qū)域的一 部分高度上覆蓋裝飾的該重疊區(qū)域。在有利的情況下，片3的高度具有在裝飾的整個高度 上覆蓋該裝飾的重疊區(qū)域的最小值。根據(jù)本實施方式，在模具壁上不必具有隔間。
片3相對單元的尺寸具有較小的厚度，使其可與單元2的周壁21融合而不影響可 由單元2熱成形的罐的尺寸。與類型無關，所設想的元件3是可移除的。這具有保持相同的模具1的同時能夠 改變元件3的優(yōu)勢?？紤]裝飾的重疊區(qū)域的形狀，可理解與所設想的實施方式無關，元件3沿單元2的 周壁21的高度延伸。例如，第一實施方式可參照圖2。實際上，裝飾的重疊區(qū)域通常大于其寬度。因此本發(fā)明得益于與形成模具1的金屬的“傳導”質(zhì)量有關的特定材料的“絕熱” 質(zhì)量，從而既執(zhí)行熱成形，又具有裝飾的高質(zhì)量熱熔，尤其是在裝飾的重疊區(qū)域。因此該模具在其結構、制造和使用方面大大簡化。然后，根據(jù)本發(fā)明的模具可執(zhí)行具有裝飾的食品罐的熱成形方法，該方法包括以 下步驟-將預成形的裝飾布置在如上所述模具1的單元2中，使得裝飾的重疊區(qū)域與元件 3接觸；-將預熱的塑料材料導入到單元內(nèi)；-通過吹氣將塑料材料壓靠至單元壁。裝飾的預成形在使可卷繞裝飾從而使其為大致圓柱形的設備(未示出)中進行， 圓柱形的直徑略小于模具單元的直徑，使裝飾可插入其中。如上所述，該裝飾具有大于單元 周長的長度，這解釋了為何在其本身上具有裝飾重疊區(qū)域。
權利要求
用于熱成形具有裝飾的食品罐的模具(1)，所述模具是板的形式，在所述模具的厚度上形成有用于熱成形罐的至少一個單元(2)，其特征在于所述模具包括吸熱系數(shù)小于該模具的吸熱系數(shù)的元件(3)，所述元件(3)布置在所述單元的周壁(21)的至少一部分上并沿所述壁(21)的高度延伸，所述部分用于與所述裝飾的重疊區(qū)域接觸。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于熱成形食品罐的模具，其中設置用于插入所述元件的隔 間(4)。
3.根據(jù)前述權利要求中任意一項所述的用于熱成形食品罐的模具，其中所述隔間(4) 開到所述模具的上表面(10)上。
4.根據(jù)權利要求2和3中的一項所述的用于熱成形食品罐的模具，其中所述隔間(4) 在所述單元的所述周壁(21)的整個高度上延伸。
5.根據(jù)權利要求1所述的用于熱成形食品罐的模具，其中所述元件(3)是抵著所述模 具的所述周壁(21)布置的片。
6.根據(jù)前述權利要求中任意一項所述的用于熱成形食品罐的模具，其中所述元件(3) 被選擇為由以下任意一種材料制成陶瓷、熱穩(wěn)定塑料材料、毛氈、含氟聚合物樹脂、含微珠 的環(huán)氧樹脂、合成樹脂、聚醚醚酮或聚甲醛。
7.根據(jù)前述權利要求中任意一項所述的用于熱成形食品罐的模具，其中所述元件(3) 是可移除的。
8.根據(jù)前述權利要求中任意一項所述的用于熱成形食品罐的模具，其中提供多個單元 (2)，每個單元均具有擁有選定吸熱系數(shù)的至少一個元件(3)。
9.根據(jù)前述權利要求中任意一項所述的用于熱成形食品罐的模具，其中提供用于冷卻 所述模具的裝置，從而將所述模具保持在低于或等于熱成形所述罐的閾值溫度(Tthrestold)。
10.熱成形具有裝飾的食品罐的方法，包括以下步驟-將預熱的塑料材料導入所述單元中；-通過吹氣將所述塑料材料壓靠于所述單元的壁，其特征在于在這些步驟之前，所述方法包括將預成形的裝飾沉積在根據(jù)前述任意一項 權利要求所述的模具(1)的單元(2)中的步驟，使得所述裝飾的重疊區(qū)域與所述元件(3) 接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于熱成形具有裝飾的食品罐的模具及相關方法，該模具(1)是板的形式，其厚度上形成有用于熱成形罐的至少一個單元(2)，其特征在于該模具包括吸熱系數(shù)小于該模具的吸熱系數(shù)的元件(3)，該元件(3)布置在所述單元的周壁(21)的至少一部分上，所述部分用于與所述裝飾的重疊區(qū)域接觸。
文檔編號B29C51/12GK101837636SQ20101013876
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月19日 優(yōu)先權日2009年3月20日
發(fā)明者保羅·勒洛伊 申請人:A.R.C.I.L.公司