專利名稱：由聚酯樹脂制成的容器,其制造方法及實現(xiàn)該方法的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由聚合材料尤其是聚酯制成的容器的制造領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及由聚酯優(yōu)選地是聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)制成的瓶的制造領(lǐng)域，該瓶容納液體優(yōu)選地是水并尤其為礦泉水。
本發(fā)明的主題是聚酯容器，以及該容器的通過將處于壓力下的液體注入預(yù)型件的制造方法。本發(fā)明的主題還是用于實現(xiàn)此方法的設(shè)備。
背景技術(shù)：
多年來，已通過使用壓縮空氣吹塑或拉伸吹塑PET預(yù)型件來制造市場上常見的PET瓶。
預(yù)型件的形式通常為在其一端封閉而在其相對端開口的圓柱形管。預(yù)型件的打開的頂部對應(yīng)于容器的頸部。在用預(yù)型件制造容器的傳統(tǒng)方法中，預(yù)型件自上而下滑動到連續(xù)輸送鏈的圓柱銷上，該輸送鏈繼而傳送預(yù)型件通過一爐，以便為隨后的拉伸吹塑步驟調(diào)節(jié)塑料的溫度，該爐主要由在每一側(cè)以輻射加熱裝置為邊界的直的部分形成。
接下來，取出熱的預(yù)型件并將其轉(zhuǎn)移到吹塑機的模具內(nèi)。由例如機械手執(zhí)行的轉(zhuǎn)移運動與吹塑機的運動一致，該吹塑機的形式通常為圍繞其垂直軸線連續(xù)旋轉(zhuǎn)并在其周邊承載一系列相同的模具的旋轉(zhuǎn)圓盤傳送帶。因此，就在模具打開而前一個形成的容器已被取出之后，將預(yù)型件被放置在模具內(nèi)。
預(yù)型件被預(yù)先加熱從而在模具內(nèi)保持在高于PET玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(大約100℃)的溫度下，以便允許通過拉伸吹塑成形。考慮到在加熱和吹塑之間的(時間)長度上發(fā)生的冷卻，預(yù)型件在加熱步驟結(jié)束時的溫度稍高于吹塑機的模具內(nèi)所需的溫度。由于旋轉(zhuǎn)運動以及同時存在多個模具，所以這種吹塑機可以以非常高的速度生產(chǎn)容器，該速度為每小時數(shù)萬個單元的量級即大約每個模具每小時(生產(chǎn))1000到2000個瓶。
拉伸吹塑是通過使用金屬桿拉伸并通過注入從3到40巴(3×105Pa到4×106Pa)的壓力的空氣來執(zhí)行的。
通過噴嘴注入空氣，該噴嘴的端部被引入預(yù)型件的頂部的開口。通過注入加壓空氣制造的瓶對于給定的重量和給定類型的材料具有令人比較滿意的壽命。但是，PET的固有性質(zhì)和特性意味著可通過修改容器制造方法而期望獲得更好的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提出一種改進的用預(yù)型件制造聚酯容器的方法。
另一個目的是能夠可選地將容器填充步驟集成在容器制造方法內(nèi)。已對現(xiàn)有技術(shù)進行開發(fā)，其中使用隨后將填充容器的液體拉伸-吹塑該容器。Komatsu Ltd申請的專利JP 63249616涉及這種開發(fā)。使用的材料為聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。專利FR 1430316也涉及這種填充系統(tǒng)，但是在此情況下使用聚四氟乙烯。已知的文獻均不涉及使用聚酯的填充方法。在上述材料內(nèi)，不存在將在拉伸操作期間結(jié)晶的聚酯的特異性。所有上述材料都是無定形的和/或半結(jié)晶質(zhì)的，并且在拉伸操作中保持其無定形和/或半結(jié)晶質(zhì)。
本發(fā)明涉及一種用聚酯樹脂制成的容器，該容器可通過包括如下步驟的方法獲得將形式為在頸部具有開口的基本為圓柱形管的預(yù)型件加熱到高于所述聚酯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度，將所述預(yù)型件引入模具，使用拉伸桿拉伸所述預(yù)型件，并通過所述預(yù)型件的開口引入不可壓縮流體以便形成所述容器。
當(dāng)然，本發(fā)明還涉及容器-內(nèi)容組件，該組件可通過現(xiàn)有領(lǐng)域內(nèi)已知的任何封閉裝置封閉。獲得的容器的聚酯的結(jié)晶度在25％和50％之間。本發(fā)明的目的是獲得可能地最高的結(jié)晶度，因為高結(jié)晶度意味著容器具有更好的機械強度。在不希望被一種科學(xué)理論束縛的情況下，已知聚酯預(yù)型件是無定形的，且拉伸會導(dǎo)致結(jié)晶并且同時會導(dǎo)致放熱反應(yīng)。生熱對于結(jié)晶度的提高有害。根據(jù)本發(fā)明，因此使用拉伸桿執(zhí)行第一拉伸操作，從而導(dǎo)致結(jié)晶和生熱，并在此特定時刻引入不可壓縮流體，該流體將非?？焖俚匚债a(chǎn)生的熱并從而可使最終容器內(nèi)獲得的結(jié)晶度的平衡水平提高，(提高后的平衡水平)優(yōu)選地在30％和50％之間。
使用以下方法在Lloyd-Davenport密度柱(density column)上測量結(jié)晶度。該柱裝有具有密度梯度的鹽(硝酸鈣)溶液。使用具有在1.335和1.455之間的已知密度的球校準該柱。接下來，將根據(jù)本發(fā)明的容器的小工件浸入該柱，一定時間之后，它們穩(wěn)定在柱內(nèi)的對應(yīng)于一定密度的一定高度處。在23℃下執(zhí)行測量。下面針對ρc為1.455的查找表給出了結(jié)晶度。因此在該表內(nèi)僅應(yīng)考慮右手側(cè)部分的結(jié)晶度。
本發(fā)明還涉及一種用預(yù)型件制造由聚酯樹脂制成的容器的方法，該預(yù)型件的形式為優(yōu)選地在頸部具有開口的基本為圓柱形的管，所述方法包括將所述預(yù)型件加熱到高于所述聚酯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度的步驟，將所述預(yù)型件引入模具的步驟，使用拉伸桿拉伸所述預(yù)型件的步驟，和在(模具的)腔內(nèi)執(zhí)行的膨脹步驟，其特征在于，在所述膨脹步驟期間，通過所述預(yù)型件的開口引入不可壓縮流體以便形成所述容器。
通過此方法獲得的容器的特性比使用通過氣態(tài)流體膨脹的傳統(tǒng)拉伸-吹塑方法獲得的容器好得多。具體地，已發(fā)現(xiàn)對于給定重量和給定類型的材料所述容器具有較長的壽命。根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的容器的結(jié)晶度即結(jié)晶相的質(zhì)量與聚合物的總質(zhì)量的比率尤其非常高。
例如，在PET瓶的情況下，根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的瓶的結(jié)晶度水平在30％和50％之間，對于相同重量和相同類型的PET，這使得該瓶的壽命比目前獲得的瓶的壽命長，目前獲得的瓶的結(jié)晶度水平在25％和30％之間。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述不可壓縮流體是在壓力(例如大約為40巴)下以一定的受控速率和一定的受控壓力(受控量)注入的液體，該液體優(yōu)選地是將形成的所述最終容器內(nèi)容納的液體。用于拉伸預(yù)型件的拉伸桿的速度在1m/s和2m/s之間。結(jié)果，該容器的材料在模具內(nèi)具有相同的位移速度。
因此，用于制造容器的液體可以是將被包裝的液體例如水并尤其是礦泉水，從而可免除隨后的填充步驟。因此制造容器的步驟和填充這些容器的步驟可集成為一個和相同的步驟。此解決方法當(dāng)然具有很大的經(jīng)濟利益，并限制了對空容器的污染尤其是細菌污染的危險。
有利地，當(dāng)將形成的所述容器是PET瓶時，在所述加熱步驟期間將所述預(yù)型件加熱到高于所述PET的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的通常在大約75℃到85℃之間的溫度，并且在所述膨脹步驟期間，所述不可壓縮流體的溫度在10℃和90℃之間。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，所述不可壓縮流體的溫度在15℃和30℃之間。這意味著在室溫下將流體引入熱的預(yù)型件中。
預(yù)型件引入其中的模具的溫度至少為60℃。優(yōu)選地，模具的溫度在15℃和20℃之間。
根據(jù)另一個方面，本發(fā)明還提供了一種用于實現(xiàn)已限定的方法的設(shè)備，所述設(shè)備的特征在于其主要包括-包括用于供給不可壓縮流體的口的雙缸系統(tǒng)；以及-預(yù)型件安置在其中的具有開口的模具，所述雙缸系統(tǒng)安置在所述模具上方以便在拉伸-填充時使其口與預(yù)型件的開口連接。
根據(jù)本發(fā)明，雙缸系統(tǒng)包括-用于將所述系統(tǒng)連接到預(yù)型件的開口的第一活塞；-用于用不可壓縮流體填充預(yù)型件并與第一活塞同軸的第二活塞，這兩個活塞被其各自室內(nèi)的空氣驅(qū)動；以及-與第一和第二活塞同軸的拉伸桿。
根據(jù)本發(fā)明的方法可使用為此目的特別構(gòu)造的并具有上述各元件的裝置來實現(xiàn)。
有利地，不可壓縮的流體的供給連接到提供液體-尤其是用于填充將形成的容器的液體-的管路的供給。
隨后，如上所述，用于制造容器的液體是將被包裝的液體，這樣使得可免除附加的填充設(shè)備。因此用于制造容器和填充這些容器的設(shè)備集成到一個和相同的設(shè)備內(nèi)。


從下文結(jié)合附圖對作為非限制性示例的優(yōu)選實施例的說明中可更清楚地理解本發(fā)明，在該附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備在拉伸-膨脹-填充之前的示意性橫截面視圖；以及圖2是相同的設(shè)備在拉伸-膨脹-填充期間的示意性橫截面視圖。
具體實施例方式
文中作為示例給出的實施例涉及用于用熱的預(yù)型件制造PET水瓶的方法。正如附圖中可以看到的一樣，預(yù)型件的形式為在其下端封閉的圓柱形管。該預(yù)型件的打開的頂端對應(yīng)于瓶的頸部，即在此情況下為蓋子旋擰在其上的頸部。
通過對制造PET礦泉水瓶的裝置-例如在本文導(dǎo)言部分所述的裝置-進行修改而實現(xiàn)所述方法。
根據(jù)本發(fā)明，在膨脹步驟期間，通過預(yù)型件的開口注入不可壓縮的流體而不是加壓空氣。有利地使用瓶必須容納的液體作為用于形成該瓶的不可壓縮的流體，以便消除隨后的填充步驟。
正如在附圖中可以看到的一樣，為了實現(xiàn)本發(fā)明，對PET瓶制造裝置進行修改。
附圖示意性地示出模具1，該模具容納預(yù)型件2的體部。預(yù)型件的頸部3突出到模具外部。與模具1相聯(lián)的雙缸系統(tǒng)4設(shè)計成安置在所述模具上方以便在拉伸-膨脹-填充時連接到預(yù)型件2的開口3上。雙缸系統(tǒng)包括具有第一活塞6和第二活塞7的體部5。第一活塞6具有安置在室9內(nèi)的彈簧8和室10。第二活塞7具有室11和室12。在整個系統(tǒng)中都設(shè)有密封件13，所有密封件用相同標號指示。各個活塞室連接到壓縮空氣系統(tǒng)或連接到大氣壓力。管路14供給不可壓縮流體17即用于填充預(yù)型件的水?；钊?允許雙缸系統(tǒng)連接到預(yù)型件的頸部3，而活塞7允許不可壓縮流體進入所述預(yù)型件。最后，設(shè)有與第一和第二活塞同軸的拉伸桿15。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的操作如下。首先，必須將預(yù)型件加熱到高得足以承受拉伸的溫度。然后，將熱的預(yù)型件引入模具1并且循環(huán)開始。一開始，用壓力為10巴左右的空氣給活塞6的室10加壓，從而彈簧8被壓縮。為了允許雙缸系統(tǒng)4下降，使室10處于大氣壓力，這使得活塞6降低并從而將口壓靠在預(yù)型件2的開口3上。接下來，將拉伸桿15降低到預(yù)型件內(nèi)以便執(zhí)行垂直拉伸操作。然后是允許水流入預(yù)型件的時間?；钊?的室11處于大約10巴的壓力下，而室12處于大氣壓力。然后充分地將室12內(nèi)的壓力升高到大約為10巴并抽空室11，以便活塞7離開口16的底座并允許水流入預(yù)型件，這樣產(chǎn)生水平拉伸。如上所述，拉伸產(chǎn)生熱，該熱量被不可壓縮液體吸收，從而使得最終的容器具有比傳統(tǒng)拉伸吹塑機(所生產(chǎn)的容器)高的結(jié)晶度。接下來，循環(huán)從新的預(yù)型件重新開始。當(dāng)然，可使用傳統(tǒng)的模塑機，其中將設(shè)置新的拉伸填充頭。
整個系統(tǒng)由伺服控制機構(gòu)控制，該伺服控制機構(gòu)由瓶制造裝置的中央伺服控制單元或自動控制器(未示出)操作，從而注水設(shè)備的操作與成形(吹塑)機的操作一致，并且更一般地與整個瓶制造裝置的操作一致。與成形或吹塑機的操作一致的注水設(shè)備的操作在注入循環(huán)內(nèi)執(zhí)行，該注入循環(huán)的持續(xù)時間比模具圍繞成形機的軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)循環(huán)的持續(xù)時間短。
通過預(yù)定的拉伸速度、高于所用聚酯玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的預(yù)型件溫度、以及大于所用材料冷卻速率的快速注入速度，可以使該方法最優(yōu)。因此，另一個優(yōu)點是非常短的循環(huán)時間，不可壓縮流體的注入時間遠小于1秒，優(yōu)選地在0.02秒和0.5秒之間并且更優(yōu)選地在0.1秒和0.2秒之間。不可壓縮流體的壓力大于1巴，優(yōu)選地在1巴和10巴之間。
為了去除回路內(nèi)包含的任何氣泡，還提供清除循環(huán)。經(jīng)由自動控制器限定初始循環(huán)。
根據(jù)希望生產(chǎn)的瓶而產(chǎn)生的技術(shù)限制，水的溫度可在10℃和90℃之間。具體地，壓力必須高得足以使預(yù)型件變形，并且低溫需要較高的壓力。但是，當(dāng)技術(shù)限制允許時，液體溫度有利地為15℃。
有利地，為了使預(yù)型件2的頸部3在膨脹循環(huán)期間沒有變形的危險，使用不可滲透和/或冷的部件將所述頸部與液體隔開。
通過此方法獲得的容器的特性比使用通過氣態(tài)流體吹塑的傳統(tǒng)膨脹方法獲得的容器具有好得多的特性。具體地，對于給定重量和給定類型的材料該容器具有較長的壽命。根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的容器的結(jié)晶度即結(jié)晶相的質(zhì)量與聚合物的總質(zhì)量的比率尤其非常高。通過使用快速膨脹速度，可實現(xiàn)非常高的拉伸率以及非常高的誘導(dǎo)結(jié)晶。
例如，在用水溫在85℃到95℃的范圍內(nèi)而壓力在2巴到3巴(2×105Pa到3×105Pa)的范圍內(nèi)的水進行生產(chǎn)PET容器的試驗的情況下，根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的容器的結(jié)晶度可能高達50％。為了獲得這些結(jié)晶度，結(jié)合所有非無定形相即結(jié)晶相和中間相。
當(dāng)然，本發(fā)明并不局限于所述以及附圖內(nèi)所示的實施例。尤其從不同元件的結(jié)構(gòu)或技術(shù)等同物的代替的觀點來看，可進行變型而不會脫離本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種由聚酯樹脂制成的容器，該容器可通過包括如下步驟的方法獲得將形式為在頸部具有開口的基本為圓柱形管的預(yù)型件加熱到高于所述聚酯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度，將所述預(yù)型件引入模具，使用拉伸桿拉伸所述預(yù)型件，并通過所述預(yù)型件的開口引入不可壓縮流體以便形成所述容器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容器，其特征在于，該容器的結(jié)晶度在25％和50％之間。
3.一種用預(yù)型件制造由聚酯樹脂制成的容器的方法，該預(yù)型件的形式為優(yōu)選地在頸部具有開口的基本為圓柱形的管，所述方法包括將所述預(yù)型件加熱到高于所述聚酯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度的步驟，將所述預(yù)型件引入模具的步驟，使用拉伸桿拉伸所述預(yù)型件的步驟，和在模具的腔內(nèi)執(zhí)行的膨脹步驟，其特征在于，在所述膨脹步驟期間，通過所述預(yù)型件的開口引入不可壓縮流體以便形成所述容器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述不可壓縮流體是在壓力下以一定的受控速率和一定的受控壓力注入的液體。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，注入的液體對應(yīng)于將容納在容器內(nèi)的液體。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項所述的方法，其特征在于，用于拉伸預(yù)型件的拉伸桿的速度在1m/s和2m/s之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述待形成的容器是PET瓶時，在所述加熱步驟期間將所述預(yù)型件加熱到高于所述PET的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的通常在大約75℃到85℃之間的溫度，并且在所述膨脹步驟期間，所述不可壓縮流體的溫度在10℃和90℃之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述不可壓縮流體的溫度為大約15℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至8中任一項所述的方法，其特征在于，不可壓縮流體的注入時間遠小于1秒，優(yōu)選地在0.02秒和0.5秒之間并且更優(yōu)選地在0.1秒和0.2秒之間。
10.一種用于實現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求3至9中任一項所述的方法的設(shè)備，該設(shè)備的特征在于其主要包括-包括用于供給不可壓縮流體的口的雙缸系統(tǒng)；以及-預(yù)型件安置在其中的具有開口的模具，所述雙缸系統(tǒng)安置在所述模具上方以便在拉伸-填充時使其口與預(yù)型件的開口連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其特征在于，該雙缸系統(tǒng)包括-用于將所述系統(tǒng)連接到預(yù)型件的開口的第一活塞；-用于用不可壓縮流體填充預(yù)型件并與第一活塞同軸的第二活塞，這兩個活塞被其各自室內(nèi)的空氣驅(qū)動；以及-與第一和第二活塞同軸的拉伸桿。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的設(shè)備，其特征在于，不可壓縮的流體的供給連接到提供液體尤其是用于填充將形成的容器的液體的管路的供給。
全文摘要
本發(fā)明涉及由聚酯樹脂制成的容器，其制造方法及實現(xiàn)該方法的設(shè)備。本發(fā)明的主題是一種用聚酯樹脂制成的容器，該容器可通過這樣的方法獲得，該方法包括將形式為在頸部具有開口(3)的基本為圓柱形管的預(yù)型件(2)加熱到高于所述聚酯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度，將所述預(yù)型件引入模具(1)，使用拉伸桿(15)拉伸所述預(yù)型件，并通過所述預(yù)型件的開口引入不可壓縮流體(17)以便形成所述容器。本發(fā)明還涉及制造該容器的方法和設(shè)備。
文檔編號B29C49/12GK1894084SQ200480037275
公開日2007年1月10日 申請日期2004年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月6日
發(fā)明者G·德尼, A·孔塔爾 申請人:雀巢水業(yè)管理技術(shù)公司