具有加強的熱特性的pet容器及其制造工藝的制作方法
【專利摘要】一種吹塑成型PET容器，該吹塑成型PET容器包括如下的壁，該壁具有在約1.370g/cc和1.385g/cc之間的密度、從約18%至約25%的熱誘導(dǎo)結(jié)晶度和從約55%至約75%的應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶度，其中，PET容器在填充有從約100℃至約132℃的溫度的液體時或者在經(jīng)歷巴氏殺菌或蒸餾過程時不會經(jīng)歷大于3%的容積變化。
【專利說明】具有加強的熱特性的PET容器及其制造工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有加強的熱特性的塑料容器，該加強的熱特性允許塑料容器在其內(nèi)容物是流體、膏、固體或其組合的應(yīng)用中使用，且該內(nèi)容物包括被加熱直到流體或油的沸點的水或水基溶液或者被加熱直到250 °?的油基的配方。本發(fā)明還涉及具有加強的熱特性的容器，該加強的熱特性允許所述容器在最高為270 °?的溫度下、在所填充的容器暴露于消毒、巴氏殺菌或蒸餾過程的應(yīng)用中使用。本發(fā)明還涉及制造導(dǎo)致加強的熱特性的這種塑料容器的工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]在本領(lǐng)域中用于形成PET容器的吹塑成型工藝是眾所周知的。PET塑料容器已經(jīng)替代或提供對用于許多應(yīng)用的玻璃容器的替換物。然而，必須使用巴氏殺菌或蒸餾來處理的食物產(chǎn)品在塑料容器中幾乎是不可用的。通常，巴氏殺菌和蒸餾方法用于對固體或半固體產(chǎn)品例如腌菜和泡菜消毒。該產(chǎn)品可以與液體在低于82°C (180 T )的溫度時被一起包裝到容器中，然后被密封且被封蓋，或者該產(chǎn)品可以被放置在然后被以可以之前已經(jīng)被加熱的液體填充的容器中，隨后，密封和封蓋的容器的整個內(nèi)容物被加熱到較高溫度。如此處所使用，“高溫”巴氏殺菌和蒸餾為產(chǎn)品被暴露于大于約80°C溫度的消毒過程。
[0003] 通過包括將被填充的容器加熱到特定溫度，通常高于93°C (200 T )巴氏殺菌和蒸餾與熱填充處理不同，直到被填充的容器的內(nèi)容物達到特定溫度例如80°C (175T)預(yù)定的時間長度。也就是說，熱填充的容器的外部溫度可以高于93 °C，使得固體或半固體產(chǎn)品的內(nèi)部溫度達到大約80°C。蒸餾過程也涉及對容器施加過壓。這種處理的嚴(yán)苛對于塑料容器包括設(shè)計成用于熱填充處理中的容器的使用提供顯著挑戰(zhàn)。例如，在蒸餾過程期間，當(dāng)塑料容器經(jīng)受相對高的溫度和壓力時，塑料容器的形狀會變形。在冷卻時，塑料容器通常保持該扭曲形狀或至少不能回復(fù)到它的蒸餾前的形狀。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)提高PET容器的熱特性的努力已經(jīng)集中在增大PET的結(jié)晶度水平。PET是可結(jié)晶的聚合物，這意味著它的結(jié)晶度能夠通過由PET形成產(chǎn)品的過程來操縱。這些嘗試對形成能夠承受直到97°C (207 T )但不會超過太多的溫度的PET容器是成功的。
[0005]PET形態(tài)學(xué)的兩相模式闡明PET分子能夠在兩個相中存在:非晶相和晶質(zhì)相。非晶相已經(jīng)被在與無序的零星的或無序的形成類似的分子水平上描述。在固態(tài)中，屬于非晶相的分子運動被限制于非常短的范圍的振動和旋轉(zhuǎn)，該分子運動的特征還在于，在傳送不同能量之后實現(xiàn)變形變換所需的能量水平。在熔融態(tài)中，存在由繞化學(xué)鍵旋轉(zhuǎn)引起的顯著的擺動。在晶質(zhì)相中，聚合物鏈?zhǔn)棺陨聿贾贸删哂休^大的容量、能量的有序排列。PET分子的結(jié)晶部分可以在一個方向筆直地延伸，然后來回地折疊許多次以形成折疊結(jié)構(gòu)。許多這種折疊結(jié)構(gòu)可以堆疊以形成已知為片晶的較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。進一步結(jié)晶，片晶可以形成具有更大得多的能量容量的小球，但是以完全不透光為代價。
[0006]已經(jīng)建議PET的三相模式來解釋在兩相模式中觀察到的缺陷。三相模式包括(I)晶質(zhì)相、(2)剛性非晶相和(3)可動的非晶相。描述三相模式的一個文獻是在2009年在e-polymers, org 公布的 Maria Cristina Righetti 和 Maria Laura Di Lorenzo 的“聚(對苯二甲酸乙二醇酯)中的剛性非晶級份的玻璃化和去玻璃化”，其全部公開內(nèi)容通過引用并入本文。
[0007]用于增大PET的結(jié)晶分?jǐn)?shù)的三種通常已知的方法包括靜止結(jié)晶、應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶和該兩種結(jié)晶的組合。靜止結(jié)晶需要以非常緩慢的加熱速率將非晶PET產(chǎn)品暴露于PET的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(70°C或158 T)以上的熱，以造成聚合物鏈的可動性，這允許聚合物鏈重組成結(jié)晶形態(tài)。這也被稱為“冷結(jié)晶”。應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶需要PET的在正確的熱和延伸比率下的拉伸以將PET分子取向為有組織的基質(zhì)。應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶的示例是當(dāng)預(yù)制件(測試管形狀的產(chǎn)品)被吹塑到較大體積的模具中以使預(yù)制件在單個方向或多個方向上拉伸。具有應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶度的產(chǎn)品可以被在稱為熱定形或熱退火的過程中暴露到熱，以形成應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)晶度的松弛，從而提高最終產(chǎn)品的熱特性?，F(xiàn)有技術(shù)公開了聚合物鏈的取向產(chǎn)生如下的狀況，在該狀況下，結(jié)晶形成在應(yīng)用熱能時是動力學(xué)有利的。該陳述僅能夠應(yīng)用于如下的情形，在該情形中，被加熱的產(chǎn)品例如由于熱誘導(dǎo)的片晶和小球的發(fā)展而損失加熱的產(chǎn)品的透明度。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)嘗試加強PET容器的熱性能已經(jīng)集中在增大PET的結(jié)晶度水平。PET是可以結(jié)晶的聚合物，這意味著它的結(jié)晶度可以通過由PET形成產(chǎn)品的過程來操縱。這些努力已經(jīng)成功地到形成能夠承受直到97°C (207 T )但不超出很多的溫度的PET容器的程度。以下概述了這種嘗試。
[0009]Jabarin 的美國專利 4，476，170,4, 512，948,4, 522，779,4, 535，025,4, 603，066、4，713，270,4, 839，127和4，891，178 (以下稱為“Jabarin專利”)公開了用于形成PET容器的單個模具系統(tǒng)。Jabarin專利公開了使用直到250°C (482 T )的模具溫度以形成具有直到60%的結(jié)晶度的容器。在不使容器收縮的情況下將完成的容器從該模具移除需要將模具的溫度降低到容器是自支持的且能夠被移除的點或者當(dāng)移除容器時對容器施加內(nèi)壓直到容器冷卻到容器是自支持的溫度。然而，這些技術(shù)中的技術(shù)是商業(yè)上不可行的，這是因為第一個技術(shù)會需要非常長的循環(huán)時間，第二個技術(shù)會在商業(yè)應(yīng)用中難以控制。
[0010]美國專利5，562，960和5，501, 590公開了稱為雙吹塑系統(tǒng)的用于形成PET容器的兩模具系統(tǒng)。這些專利需要在具有比完成的容器大的體積的第一模具中形成中間產(chǎn)品，將中間產(chǎn)品輸送通過收縮爐以使中間產(chǎn)品結(jié)晶，然后將中間產(chǎn)品放置在將中間產(chǎn)品吹塑成完成的產(chǎn)品的第二模具中。已經(jīng)報告由該方法形成的容器有40%-50%的結(jié)晶度。
[0011]美國專利6，485，669,6, 485，670,6, 514，451,6, 749，415 和 6，767，197 (以下稱為“Boyd專利”)和Boyd論文公開了在吹塑成型工藝期間的冷卻的最小量和在脫模時較高的溫度造成完成的產(chǎn)品的較高的熱特性。Boyd專利公開了將加熱空氣、熱空氣退火或?qū)⒓訜岬目諝夂图訜岬牧黧w的組合吹送到吹塑模具中的產(chǎn)品的內(nèi)表面上，以提高已完成的產(chǎn)品的熱特性。
[0012]用于形成PET的商業(yè)技術(shù)利用帶螺紋的和無螺紋的預(yù)制件。預(yù)制件基本是非晶的，并且具有小于約5%的結(jié)晶度。在將帶螺紋的預(yù)制件吹塑成型成膨脹的產(chǎn)品時，在已完成的產(chǎn)品中，螺紋會具有與預(yù)制件基本相同的尺寸，因此，如果有任何應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶度的話，將具有較少的結(jié)晶度。這種瓶頸易于在熱填充條件下軟化和變形。因此，必須對瓶頸部分造成一定量的結(jié)晶以加強熱性能而不會使瓶頸收縮且不會使瓶頸變白。美國專利7，033，656公開了一種用于使瓶頸部分結(jié)晶的方法，使得一個表面被遍及它的長度上結(jié)晶，而另一個表面包括基本未結(jié)晶的區(qū)域，其中該瓶頸的中部中的結(jié)晶在所述表面之間漸變。
[0013]美國專利4，233，022公開了一種用于由帶螺紋的預(yù)制件形成PET容器的設(shè)備。該專利闡明了由于在不希望熱定形這些區(qū)域的吹塑成型期間容器的瓶頸和瓶跟的低取向，這是因為容器會由于產(chǎn)生球狀晶體而在這些區(qū)域中產(chǎn)生變白。因此，該專利公開了一種吹塑站，該吹塑站選擇性地加熱容器的應(yīng)變?nèi)∠虻亩尾⒗鋮s容器的具有較少或沒有應(yīng)變?nèi)∠虻牟糠帧?br> [0014]美國專利6，841，117公開了一種用于由無螺紋的預(yù)制件吹塑成型容器的方法。該方法包括在具有希望尺寸的螺紋的加熱模具中吹塑成型預(yù)加熱的無螺紋的預(yù)制件的步驟，以形成具有螺紋的中間容器。中間容器具有在從中間容器切割以形成最終容器的螺紋瓶頸上方的鶴嘴鋤部分。瓶頸會具有25%的期望的結(jié)晶度以為熱填充應(yīng)用提供足夠的熱特性。更具體地，預(yù)制件被預(yù)加熱到108°C的溫度，然后設(shè)置在維持在從138°C至約143°C的溫度的成型腔內(nèi)。成型腔的形成容器的底部的部分被維持在49°C至約54°C。在模具被閉合之后，預(yù)制件被以40bar的空氣壓力吹塑1.5秒至3秒。拉伸冷卻桿在從約20°C至約40°C的溫度下在容器的內(nèi)部在吹塑螺紋的區(qū)域中吹送循環(huán)的冷卻氣體。在低于約80°C時從模具移除容器。
[0015]盡管這些進展，但是對于在被填充的容器暴露于消毒、巴氏殺菌或蒸餾過程的應(yīng)用中需要最高達270 T溫度的應(yīng)用，包裝工業(yè)仍必須轉(zhuǎn)向金屬容器或玻璃容器。因此，存在如下需要:提供能夠承受與巴氏殺菌和蒸餾處理相關(guān)的這種極端條件的PET塑料容器，以便利用能夠通過制造和回收來實現(xiàn)的成本節(jié)約。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]在一個方面，本發(fā)明提供了一種用于形成具有加強的熱特性的吹塑成型PET塑料容器的工藝，該工藝包括在集成的系統(tǒng)上進行的如下步驟:將熔融的PET樹脂注入到注射成型腔以形成預(yù)制件；在預(yù)制件在從約75°C至約130°C的溫度時移除預(yù)制件；以一速率將預(yù)制件輸送到至少一個調(diào)節(jié)站使得預(yù)制件的表面溫度不下降超過5°C ;通過選擇性地加熱選自預(yù)制件的由頸形成部分、筒形成部分、基部形成部分和瓶跟形成部分組成的組的至少一部分來調(diào)節(jié)預(yù)制件，以限定調(diào)節(jié)的預(yù)制件；以一速率將調(diào)節(jié)的預(yù)制件輸送到吹塑成型站，使得預(yù)制件的表面溫度不下降超過5°C ;將被調(diào)節(jié)的預(yù)制件插入具有限定吹塑腔的壁的吹塑模具中，該吹塑腔限定了已完成的產(chǎn)品的形狀，其中，模具具有沿模具的軸線的至少三個溫度區(qū)域，所有該溫度區(qū)域在PET的玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上；通過包括以下步驟的拉伸吹塑成型工藝將預(yù)制件吹塑成完成的PET容器:1.將細(xì)長的拉伸吹塑桿插入被調(diào)節(jié)的預(yù)制件中以與調(diào)節(jié)的預(yù)制件的底部接觸，從而提供向下的壓力以將調(diào)節(jié)的預(yù)制件拉伸到模具的基部；
i1.在從約IOOpsi至約200psi的壓力下將低壓空氣同時注入到調(diào)節(jié)的預(yù)制件中以形成預(yù)吹塑的預(yù)制件；以及ii1.緊接在ii之后，將在從約400psi至600psi的壓力下的高壓空氣注入到預(yù)吹塑的預(yù)制件以使預(yù)吹塑的預(yù)制件抵靠模具壁膨脹從而形成完成的容器；將完成的容器在模具中保持從約2秒至約20秒的時間；將完成的容器從模具分離，其中，完成的容器的溫度為從約80°C至約125°C ;以及使完成的容器冷卻到環(huán)境溫度。
[0017]另一方面，本發(fā)明提供一種用于形成具有加強的熱特性的吹塑成型PET塑料容器的工藝，該工藝包括在集成的系統(tǒng)上進行的如下步驟:將熔融的PET樹脂注入到注射成型腔中以形成預(yù)制件；在預(yù)制件在從約75°C至約130°C的溫度時移除預(yù)制件；以一速率將預(yù)制件輸送到至少一個調(diào)節(jié)站使得預(yù)制件的表面溫度不下降超過5°C ;通過選擇性地加熱選自預(yù)制件的由頸形成部分、筒形成部分、基部形成部分和瓶跟形成部分組成的組的至少一部分來調(diào)節(jié)預(yù)制件，以限定調(diào)節(jié)的預(yù)制件；以一速率將調(diào)節(jié)的預(yù)制件輸送到第一吹塑成型站使得預(yù)制件的表面溫度不下降超過5°C ;將調(diào)節(jié)的預(yù)制件插入具有限定吹塑腔的壁的第一吹塑模具中，該吹塑腔限定了已完成的產(chǎn)品的形狀和第一容積，其中，第一模具具有沿第一模具的軸線的至少三個溫度區(qū)域，所有該溫度區(qū)域在PET的玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上；通過包括以下步驟的拉伸吹塑成型工藝將預(yù)制件吹塑成完成的PET容器:i)將細(xì)長的拉伸吹塑桿插入調(diào)節(jié)的預(yù)制件中以與調(diào)節(jié)的預(yù)制件的底部接觸，從而提供向下的壓力以將調(diào)節(jié)的預(yù)制件拉伸到第一模具的基部；ii)在從約IOOpsi至約200psi的壓力下將低壓空氣同時地注入到調(diào)節(jié)的預(yù)制件中以形成預(yù)吹塑的預(yù)制件；以及iii)緊接在ii之后，將在從約400psi至600psi的壓力下的高壓空氣注入到預(yù)吹塑的預(yù)制件中以使預(yù)吹塑的預(yù)制件抵靠第一模具壁膨脹從而形成中間容器；iv)將中間容器保持在模具中保持約2秒至約20秒的時間；V)將中間容器從模具分離，其中，完成的容器的溫度為從約80°C至約125°C ;vi)將中間容器輸送到具有限定吹塑腔的壁的第二模具，該吹塑腔限定了已完成的產(chǎn)品的形狀和第二容積，其中，第二模具具有沿第二模具的軸線的至少三個溫度區(qū)域，所有該溫度區(qū)域在PET的玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上，且其中第二容積與第一容積相同；vii)將細(xì)長的拉伸吹塑桿插入中間容器中以與中間容器的底部接觸，從而提供向下的壓力以將中間容器拉伸到第一模具的基部，并將在從約400psi至600psi的壓力下的高壓空氣注入到中間容器中，以使中間容器抵靠第二模具的壁膨脹，從而形成完成的容器；viii)將冷卻流體引導(dǎo)到完成的容器的內(nèi)表面；ix)將完成的容器從第二模具分離，其中，完成的容器在從約80°C至約170°C的溫度下；以及X)使完成的容器冷卻至環(huán)境溫度。
[0018]又一方面，本發(fā)明提供一種吹塑成型PET容器，該吹塑成型PET容器包括壁，該壁具有在約1.370g/cc和1.385g/cc之間的密度、從約18%至約25%的熱誘導(dǎo)結(jié)晶度和從約55%至約75%的應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶度，其中，PET容器在填充有從約100°C至約132°C的溫度的液體時不會經(jīng)歷大于約3%的體積的變化。這種容器呈現(xiàn)極好的透明度。
[0019]又一方面，本發(fā)明提供一種吹塑成型PET容器，該吹塑成型PET容器包括壁，與通過常規(guī)方法轉(zhuǎn)變?yōu)槿萜鞯南嗤木酆衔锝M成相比，該壁具有減小約24%的從環(huán)境流體吸收水分的容量和具有沿容器的壁測量的改進的拉伸特性，當(dāng)填充有從100°C至約132°C的溫度的液體時，該容器不會經(jīng)歷大于約3%的體積的變化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]如在附圖中所示，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的以下的更具體描述，本發(fā)明的前述和其它特征和優(yōu)點會顯而易見，其中，相同的附圖標(biāo)記通常表示完全相同的功能上類似的和/或結(jié)構(gòu)上類似的元件。
[0021]圖1是根據(jù)本發(fā)明的罐式PET容器的透視圖；
[0022]圖2是示出了覆蓋在用于本發(fā)明的壇式容器的成型腔上的預(yù)制件的側(cè)視正視圖；
[0023]圖3是具有六個溫度控制區(qū)域的成型腔的側(cè)視圖；
[0024]圖4是具有向所形成的容器的內(nèi)表面提供循環(huán)空氣的吹塑桿的吹塑成型站的橫截面的側(cè)視圖；
[0025]圖5是用于具有變化的結(jié)晶度的容器的容積變化與熱填充溫度之間關(guān)系的曲線圖；
[0026]圖6至圖10分別示出了 PET容器樣品3-A、樣品3-B、樣品3-C、樣品1-A和樣品1-B的、溫度調(diào)節(jié)示差掃描量熱法(differential scanning calorimetry)數(shù)據(jù)的結(jié)果的曲線圖；
[0027]圖11示出了形成根據(jù)本發(fā)明的容器的肩部和瓶跟部的PET材料的常規(guī)DSC熱譜曲線；
[0028]圖12示出了形成根據(jù)本發(fā)明的容器的筒部的PET材料的常規(guī)DSC熱譜曲線；
[0029]圖13是用于本發(fā)明的容器樣品的調(diào)節(jié)的DSC熱譜曲線；
[0030]圖14至圖18分別不出了用于樣品1-A、樣品1-B、樣品3-A、樣品3-B和樣品3-C的X射線衍射圖案；
[0031]圖19為了清晰起見、示出了用于測試的樣品的和豎直地相互間隔的X射線衍射圖案的一部分；并且
[0032]圖20是示出與現(xiàn)有技術(shù)的熱定形PET容器相比、根據(jù)本發(fā)明制成的PET容器的、抗拉強度與伸長率特性之間關(guān)系的示意圖。
【具體實施方式】
[0033]以下詳細(xì)論述本發(fā)明的實施例。在描述的實施例中，為了清楚而使用特定的術(shù)語。然而，本發(fā)明不是旨在被限制于所選擇的特定的術(shù)語。盡管論述了特定示例性實施例，但是應(yīng)該理解，這僅為了說明的目的而做出?，F(xiàn)有技術(shù)中的一般技術(shù)人員會認(rèn)識到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以使用其它部件和構(gòu)造。本文引用的所有文獻通過引用并入本文,如同每個文獻已經(jīng)被單獨并入。
[0034]本發(fā)明提供了一種由聚酯樹脂制成的容器，該聚酯樹脂例如是聚(乙烯)對苯二酸鹽(PET)，并且該容器具有加強的熱特性，同時仍提供具有高透明度的容器。合適的聚酯樹脂例如包括:聚(乙烯)鄰苯二甲酸鹽的均聚物、聚(乙烯)對苯二酸鹽、聚(乙烯)間苯二甲酸、聚萘二甲酸乙二醇酯(乙)和聚(二亞甲基)對苯二酸鹽、聚對苯二甲酸乙二醇酯(丁)的共聚物。在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的容器含有PET。優(yōu)選地，PET具有從約0.72dL/g至約0.86dL/g的固有粘度。合適的PET樹脂包括瓶級PET樹脂，例如，由Eastman ChemicalCompany出售的PARASTAR?樹脂和由M&G Polymers出售的CLEAR TUF?樹脂中的任一種。
[0035]本發(fā)明的PET容器可以具有任何幾何結(jié)構(gòu)、形狀或尺寸。例如，根據(jù)本發(fā)明的PET容器可以是圓形、橢圓形、多邊形或不規(guī)則形狀的。合適的容器可以為壇式的、罐式的、玻璃水瓶的、寬嘴的以及本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何其它類型的容器。容器的合適特征可以包括壓力吸收特征、夾持加強特征、肩部、緩沖器、瓶頸、凸邊、直立環(huán)、頸和本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的其它特征。圖1和圖2中示出了根據(jù)本發(fā)明的容器的形狀的示例。圖1示出了本發(fā)明的塑料(即PET)罐10形式的優(yōu)選容器，該容器具有大致圓筒形側(cè)壁12、底部14、以及被凸緣部分18圍繞的敞口頂部16。圖2示出了用于本發(fā)明另一個實施例的包括壁和預(yù)制件22的成型腔20。由成型腔20的壁限定的容器包括錐形頂部24、瓶頸部26、肩部28、第一緩沖器部30、側(cè)壁或筒形部32、底部34和第二緩沖器部36。[0036]本發(fā)明的工藝
[0037]本發(fā)明的工藝提供了一種用于生產(chǎn)具有出乎意料地優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的熱定形容器的熱特性的PET容器的工藝。
[0038]本發(fā)明提供一種用于形成吹塑成型PET塑料容器的工藝，該吹塑成型PET塑料容器具有加強的熱特性，該工藝包括在集成的系統(tǒng)上進行的如下步驟:將熔融的PET樹脂注入到注射成型腔中，以形成預(yù)制件；在預(yù)制件處于約75°C至約130°C的溫度下時，移除該預(yù)制件；以使得該預(yù)制件的表面溫度不下降超過5°C的速率將該預(yù)制件輸送到至少一個調(diào)節(jié)站；通過選擇性地加熱該預(yù)制件的、由頸形成部分、筒形成部分、基部形成部分和瓶跟形成部分組成的組中選出的至少一部分來調(diào)節(jié)該預(yù)制件，以形成被調(diào)節(jié)的預(yù)制件；以使得預(yù)制件的表面溫度不下降超過5°C的速率將所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件輸送到吹塑成型站；通過選擇性地加熱預(yù)制件的選自由頸形成部分、筒形成部分、基部形成部分和瓶跟形成部分組成的組的至少一部分來調(diào)節(jié)預(yù)制件，以限定調(diào)節(jié)的預(yù)制件；將所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件以使得預(yù)制件的表面的溫度不下降超過5°C的速率輸送到吹塑成型站；將調(diào)節(jié)的預(yù)制件插入到吹塑模具中，該吹塑模具具有限定吹塑腔的壁，該吹塑腔限定了已完成的產(chǎn)品的形狀，其中，該模具具有沿模具的軸線的至少三個溫度區(qū)域，所有這些溫度區(qū)域都在PET的玻璃轉(zhuǎn)變溫度之上；通過包括以下步驟的拉伸吹塑成型工藝將所述預(yù)制件吹塑成已完成的PET容器:1.將細(xì)長的拉伸吹塑桿插入到所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件中以接觸所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件的底部，從而提供向下的壓力以將所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件拉伸到模具的基部同時，在約IOOpsi至約200psi的壓力下將低壓空氣注入到所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件中，以形成預(yù)吹塑的預(yù)制件；以及
ii1.緊接著步驟ii之后，把處于400psi至約600psi壓力下的高壓空氣注入到所述預(yù)吹塑的預(yù)制件中，以使該預(yù)吹塑的預(yù)制件膨脹而抵靠模具的壁，從而形成已完成的容器；將已完成的容器在模具中保持約2秒至約20秒的時間；將所述已完成的容器與模具分離，其中，所述已完成的容器的溫度為約80°C至約125°C ;以及，使所述已完成的容器冷卻到環(huán)境溫度。
[0039]在另一個實施例中，本發(fā)明提供了一種用于形成具有加強的熱特性的吹塑成型PET塑料容器的工藝，該工藝包括在集成的系統(tǒng)上進行的如下步驟:將熔融的PET樹脂注入到注射成型腔中，以形成預(yù)制件；在該預(yù)制件處于約75°C至約130°C的溫度下時，移除該預(yù)制件；以使得預(yù)制件的表面溫度不下降超過5°C的速率將預(yù)制件輸送到至少一個調(diào)節(jié)站；通過選擇性地加熱預(yù)制件的從由頸形成部分、筒形成部分、基部形成部分和瓶跟形成部分組成的組中選出的至少一部分來調(diào)節(jié)該預(yù)制件，以形成被調(diào)節(jié)的預(yù)制件；以使得預(yù)制件的表面溫度不下降超過5°C的速率將所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件輸送到第一吹塑成型站；將所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件插入到第一吹塑模具中，該第一吹塑模具具有限定吹塑腔的壁，該吹塑腔限定了已完成的產(chǎn)品的形狀和第一容積，其中，第一模具具有沿第一模具的軸線的至少三個溫度區(qū)域，所有這些溫度區(qū)域都在PET的玻璃轉(zhuǎn)變溫度之上；通過包括以下步驟的拉伸吹塑成型工藝將該預(yù)制件吹塑成已完成的PET容器:i)將細(xì)長的拉伸吹塑桿插入到所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件中以接觸所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件的底部，從而提供向下的壓力以將所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件拉伸到第一模具的基部；ii)同時，在約IOOpsi至約200psi的壓力下將低壓空氣注入到所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件中，以形成預(yù)吹塑的預(yù)制件；并且iii)，緊接著步驟ii之后，把處于約400psi至約600psi的壓力下的高壓空氣注入到預(yù)吹塑的預(yù)制件中，以使該預(yù)吹塑的預(yù)制件膨脹而抵靠第一模具的壁，從而形成中間容器；iv)將該中間容器在模具中保持約2秒至約20秒的時間；v)將中間容器與模具分離，其中，所述已完成的該容器的溫度為大約80°C至約125°C;vi)將該中間容器輸送到第二模具，第二模具具有限定吹塑腔的壁，該吹塑腔限定了已完成的產(chǎn)品的形狀和第二容積，其中，第二模具具有沿第二模具的軸線的至少三個溫度區(qū)域，所有這些溫度區(qū)域都在PET的玻璃轉(zhuǎn)變溫度之上，并且其中，第二容積與第一容積相同；vii)將細(xì)長的拉伸吹塑桿插入到中間容器中以接觸該中間容器的底部，從而提供向下壓力以將中間容器拉伸到第一模具的基部，并且把處于約400psi至約600psi壓力下的高壓空氣注入到中間容器中以使中間容器膨脹而抵靠第二模具的壁，從而形成已完成的容器將冷卻流體引導(dǎo)到所述已完成的容器的內(nèi)表面；ix)將所述已完成的容器與第二模具分離，其中，所述已完成的容器處在約80°C至約170°C的溫度下；以及X)，使所述已完成的容器冷卻至環(huán)境溫度。
[0040]本發(fā)明的工藝包括將熔融的PET樹脂注入到具有腔的模具中的步驟以形成預(yù)制件?？梢圆捎萌魏巫⒛C械，該注模機械配備有注入柱塞或螺釘、往復(fù)擠出單元或連續(xù)地操作的擠壓單元，并且通過例如噴嘴、閥、注料口或澆口將聚合物注入到注入模具中。然后，PET流入注射成型腔中，在該注射成型腔中，PET被凝固成預(yù)制件產(chǎn)品，用于根據(jù)本發(fā)明的拉伸吹塑成型。
[0041]在本發(fā)明的優(yōu)選形式中，容器被在集成的平臺上注模，在該優(yōu)選形式中，本文描述的所有模制和調(diào)節(jié)工藝步驟被沒有間斷地成一直線地引導(dǎo)。如本文使用的，術(shù)語“集成的系統(tǒng)”表示本發(fā)明的PET容器由如下的機械制成的系統(tǒng)，該機械在同一平臺上具有用于制造預(yù)制件的注入模制站和用于將預(yù)制件吹塑為已完成的產(chǎn)品的至少一個吹塑成型站。因此，在這種集成的系統(tǒng)中，預(yù)制件通過常規(guī)注模制成，然后，在仍舊是熱時，被在同一平臺上成一直線地傳送到吹塑站。在集成的系統(tǒng)中，預(yù)制件不如對于非集成的平臺通常需要地必須從環(huán)境溫度再加熱到優(yōu)選的取向溫度。因此，與形成、被冷卻并然后被再加熱到期望的取向溫度且因此具有多個熱歷程的預(yù)制件不同，集成的系統(tǒng)的預(yù)制件通常會具有單個的熱歷程。
[0042]通常，在集成的平臺上制成并被處理的預(yù)制件具有穿過壁的最小熱梯度，且優(yōu)選地還具有沿預(yù)制件本體的熱梯度。這些熱梯度有助于實現(xiàn)已完成的產(chǎn)品的期望部分的受控制的優(yōu)選取向，該優(yōu)選取向轉(zhuǎn)變成完成的容器的改進的耐熱特性。
[0043]本發(fā)明的采用集成的平臺的實施例還具有預(yù)制件由于該預(yù)制件沒有被暴露到環(huán)境條件任何可感知的時間量而具有低的水分含量的優(yōu)點。這有助于防止PET的水解，否則該PET的水解可能捕獲聚合物鏈并釋放鄰苯二甲酸。在優(yōu)選實施例中，預(yù)制件從當(dāng)它被注模時到它被吹塑成容器時維持小于30ppm的水分含量。
[0044]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的預(yù)制件的示例性實施例，其中，預(yù)制件22包括多個不同的區(qū)域，每個區(qū)域均與最終完成的產(chǎn)品的不同區(qū)對應(yīng)。在圖2中示出的實施例中，該預(yù)制件包括六個不同區(qū)域。區(qū)域51是瓶頸形成區(qū)域，區(qū)域52是肩部形成區(qū)域，區(qū)域53是筒形成區(qū)域，區(qū)域54是瓶跟形成區(qū)域，區(qū)域55為基部形成區(qū)域。預(yù)制件22是非晶的，這是因為PET聚合物鏈通常不形成片晶、小球或任何其它已知的分子組織，因此，如果任何結(jié)晶區(qū)域存在的話，則PET聚合物鏈不具有大量的結(jié)晶區(qū)域。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的預(yù)制件被設(shè)計為使得預(yù)制件與所完成的容器的厚度比率是重要的特征。如本文使用的，術(shù)語“厚度比率”被定義為:預(yù)制件的負(fù)責(zé)形成容器的對應(yīng)部分的區(qū)域中的厚度與容器的由預(yù)制件的該部分對應(yīng)地形成的區(qū)域中的厚度之比。優(yōu)選地，該厚度比率處于約2.0至約7.5之間的范圍內(nèi)。在一些實施例中，該厚度比率處于約3.5至約7.0之間的范圍內(nèi)。在其它實施例中，該厚度比率在約4.0至約6.0之間的范圍內(nèi)。盡管該厚度比率取決于容器的設(shè)計幾何形狀并從容器的一個段到另一個段而不同，但厚度比率也在很大程度上取決于預(yù)期的應(yīng)用。例如，對于熱填充應(yīng)用，優(yōu)選地，該比率在2.8和約6.4之間。對于會采用熱填充和巴氏殺菌操作兩者的應(yīng)用，例如，該比率在約3.1和約4.7之間的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在約3.6和約4.9之間的范圍內(nèi)，甚至更優(yōu)選地在約3.9和約5.2之間的范圍內(nèi)。在一個優(yōu)選實施例中，例如，熱定形容器的肩部和上部的厚度比率在約3.2和約3.8之間，更優(yōu)選在約3.4和約4.2之間，最優(yōu)選在約3.8和約4.6之間；優(yōu)選地，在筒的中部測量的、容器的筒部的厚度比率在約3.6和約4.3之間，更優(yōu)選在約3.8和約4.5之間，最優(yōu)選在約4.0和約4.8之間；并且優(yōu)選地，基部的厚度比率在約2.2和約2.5之間，更優(yōu)選在約2.4和約2.8之間，最優(yōu)選在約2.7和約3.0之間。
[0046]預(yù)制件與所完成的容器的密度比率也是本發(fā)明的重要特征。如本文使用的，術(shù)語“密度比率”被定義為:所完成的產(chǎn)品的密度與非晶預(yù)制件的密度之比。在本發(fā)明的一些實施例中，優(yōu)選地，該密度比率在約1.025和約1.049之間的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的其它實施例中，優(yōu)選地，該密度比率在約1.035和約1.049之間的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的又一些實施例中，優(yōu)選地，該密度比率大于約1.049。通常，密度比率越大，由所產(chǎn)生的容器呈現(xiàn)的耐熱性被加強得越大。
[0047]根據(jù)本發(fā)明，通常，預(yù)制件的平均環(huán)向比率和平均軸向拉伸比率對于環(huán)向在約3.0至約4.0變化，并且對于軸向在約1.1至約1.5變化。然而，如本領(lǐng)域中的一般技術(shù)人員所理解的，這些值是平均值，且基于容器的尺寸和幾何形狀是區(qū)域相關(guān)的。
[0048]本發(fā)明的工藝還包括:當(dāng)預(yù)制件仍舊是熱的且具有穿過并沿著預(yù)制件的壁的熱梯度的同時，移除模制的預(yù)制件；并且將熱的預(yù)制件運輸?shù)街辽僖粋€調(diào)節(jié)站，優(yōu)選地在完成注模之后10秒內(nèi)，將熱的預(yù)制件運輸?shù)街辽僖粋€調(diào)節(jié)站的步驟。優(yōu)選地，在預(yù)制件被從注模站移除時預(yù)制件的溫度為從約75°c至約130°C，更優(yōu)選是從約80°C至約110°C，更優(yōu)選地多是從約90°C至約105°C，最優(yōu)選是約100°C。
[0049]在本發(fā)明的采用了集成的系統(tǒng)的優(yōu)選實施例中，預(yù)制件優(yōu)選地呈現(xiàn)穿過它的壁的溫度梯度，在該實施例中，通常，預(yù)制件在壁的外部比在壁的內(nèi)部熱，且穿過壁的熱梯度通常不超出5°C。
[0050]在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，當(dāng)預(yù)制件被從注模站傳輸?shù)酱邓艹尚驼镜耐瑫r，通過進一步改進預(yù)制件的選擇部分的溫度來“調(diào)節(jié)”預(yù)制件。這種溫度改進可以在包括加熱或冷卻元件的至少一個調(diào)節(jié)站處發(fā)生。在優(yōu)選實施例中，通過加熱或冷卻預(yù)制件的特定區(qū)域(即，部分)來進一步改進預(yù)制件的溫度。例如，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，預(yù)制件的頸形成區(qū)域、筒形成區(qū)域、瓶跟形成區(qū)域和基部形成區(qū)域中的至少一個被進一步加熱以實現(xiàn)在特定區(qū)域中高達約20°C的溫度梯度，更優(yōu)選高達約30°C，最優(yōu)選高達約40°C。旨在不被任何特定理論界定，認(rèn)為這種選擇性調(diào)節(jié)促進預(yù)制件在吹塑成型工藝期間的優(yōu)選取向。用于調(diào)節(jié)步驟的熱可以通過本領(lǐng)域中的一般技術(shù)人員已知的任何方式來施加，諸如，例如由加熱搶產(chǎn)生的熱空氣、紅外線加熱器或這兩者的組合。用于調(diào)節(jié)步驟的優(yōu)選方法是采用熱風(fēng)器或一系列熱風(fēng)器。在其它實施例中，調(diào)節(jié)步驟采用紅外線加熱器或一系列紅外線加熱器。[0051]可選地，本發(fā)明的工藝包括以下步驟:在第一調(diào)節(jié)步驟已經(jīng)完成之后將預(yù)制件傳輸?shù)降诙{(diào)節(jié)站，優(yōu)選在約10秒的時間內(nèi)傳輸?shù)降诙{(diào)節(jié)站。當(dāng)采用時，優(yōu)選地，第二調(diào)節(jié)步驟加熱和/或冷卻該預(yù)制件的頸形成區(qū)域、筒形成區(qū)域和瓶跟形成區(qū)域中的至少一個，以確保穿過預(yù)制件壁的溫度梯度與如上文針對第一調(diào)節(jié)步驟描述的一樣。
[0052]如上所述，采用與一個、兩個或更多個調(diào)節(jié)步驟無關(guān)，本發(fā)明的工藝進一步包括將調(diào)節(jié)的預(yù)制件輸送到吹塑成型站的步驟，優(yōu)選地在完成最終調(diào)節(jié)之后約10秒內(nèi)將調(diào)節(jié)的預(yù)制件輸送到吹塑成型站，以通過本發(fā)明的吹塑成型工藝將預(yù)制件膨脹成容器。本發(fā)明的吹塑成型工藝包括將預(yù)制件插入吹塑模具、鎖定吹塑模具二分件并將空氣吹送到預(yù)制件中的步驟，以將PET沿著雙軸拉伸成由模具限定的容器形狀?，F(xiàn)將描述該工藝的兩個實施例。第一實施例為單個吹塑站工藝，第二實施例為雙吹塑站工藝，其中，每個吹塑站均包括吹塑模具。
[0053]單吹塑樽具實施例
[0054]在本發(fā)明的單吹塑模具實施例中，單個熱歷程預(yù)制件22 (圖2)被布置在單個吹塑站的吹塑成型腔20內(nèi)，其中，模具的溫度高于PET的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(“Tg”)。優(yōu)選地，模具的溫度在約73°C和約250°C之間，更優(yōu)選在從約150°C至約240°C之間，進一步更優(yōu)選在從約160°C至約230°C之間，最優(yōu)選在從約160°C至約200°C之間。該吹塑模具的壁限定了具有一定容積的吹塑腔，用于從注模站接收PET預(yù)制件并將預(yù)制件吹塑成抵靠吹塑腔壁的、膨脹的PET產(chǎn)品。
[0055]在圖3示出的優(yōu)選實施例中，模具具有沿該模具的軸向尺寸的、超過兩個的熱控制區(qū)域，在該優(yōu)選實施例中，每個區(qū)域的溫度可以被獨立地設(shè)定并控制在以上設(shè)定的范圍內(nèi)。圖3示出了具有六個區(qū)域的多區(qū)域吹塑成型腔的一個示例，在較薄的壁段中比在較厚的壁段中維持更高的溫度。例如，用于形成錐形頂部61的區(qū)域I通常被維持在約73°C至約120°C的范圍內(nèi)，與瓶頸62對應(yīng)的區(qū)域2通常被維持在約160°C至約240°C的范圍內(nèi)，分別與肩部64及瓶跟48對應(yīng)的區(qū)域3和區(qū)域5通常被維持在約150°C至約230°C的范圍內(nèi)，與筒部46對應(yīng)的區(qū)域4通常被維持在約190°C至約250°C的范圍內(nèi)，與底部50對應(yīng)的區(qū)域6通常被維持在約100°C至約230°C的范圍內(nèi)。盡管圖3的成型腔示出了六個溫度控制區(qū)域，但是本發(fā)明考慮提供包括從三個至八個或更多個分離的溫度控制區(qū)域的較小或較大數(shù)目的區(qū)域。
[0056]圖2中示出的模具具有靜止的(S卩，固定的)底部。在本發(fā)明的某些實施例中，諸如在圖3中示出的實施例中，例如，模具具有安裝成用于沿腔的軸線從腔的外部的第一位置向在軸向上向內(nèi)的第二位置往復(fù)平移運動的底部50。應(yīng)該理解，底部50不必安裝成用于運動，而是可以固定在模制位置中的適當(dāng)位置中。底部50可以是整體結(jié)構(gòu)或者它可以具有多于一個的部分，例如銷和套筒組件。仍舊參考圖3，底部50包括用于形成容器底部的模制表面50A和可選地以任何形式諸如通常在轉(zhuǎn)讓的同時待審的美國專利申請12/709，302(美國公布N0.2011/0204067)中公開的那些形式的壓力吸收面板，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。
[0057]—旦將其置于模具中，就采用拉伸吹塑成型工藝以形成本發(fā)明的容器。在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的拉伸吹塑成型工藝包括緊接著是吹塑步驟的預(yù)吹塑步驟。
[0058]在預(yù)吹塑過程期間，將細(xì)長的桿插入到被加熱的預(yù)制件的成型腔中，并且該細(xì)長的桿將加壓空氣的“噴流”以約IOOpsi至約200psi (優(yōu)選是約150psi)的較低壓力吹送到預(yù)制件中。在該預(yù)吹塑過程中，優(yōu)選地，在所述桿提供向下的壓力的同時添加空氣，從而在低的空氣壓力下將預(yù)制件拉伸到模具的基部并向外拉伸。緊接在預(yù)吹塑過程之后，處于約400psi至約600psi下的高壓力空氣通過所述桿被注入到容器中，以將預(yù)制件的外表面擠壓成與成型腔的內(nèi)表面接觸，從而形成容器。
[0059]在采用單個吹塑成型站的實施例中，優(yōu)選地，容器會在模具中保持約2秒至約20秒的時間，更優(yōu)選是約2秒至約15秒的時間，更優(yōu)選是約2秒至約12秒的時間，更優(yōu)選是約4秒至約12秒的時間，最優(yōu)選是約6秒至約12秒的時間。
[0060]優(yōu)選地，在單個吹塑模具實施例中，當(dāng)PET容器與模具分離時，PET容器的溫度是約80°C至約170°C，更優(yōu)選是約100°C至約170°C。在該溫度范圍內(nèi)，容器會熱到足以繼續(xù)熱退火但是其剛性足以支撐它自身。
[0061]雙吹塑模具實施例
[0062]在本發(fā)明的另一實施例中，具有改進的熱特性的PET容器通過采用連續(xù)的兩個吹塑站的雙吹塑工藝來制造，其中每個吹塑站具有限定成型腔的模具壁。在描述該實施例中，所述模具將被稱為第一吹塑模具和第二吹塑模具。因此，在該實施例中，本發(fā)明提供一種用于吹塑成型PET容器的集成的系統(tǒng)，依次包括:注入模制站，該注入模制站用于形成PET預(yù)制件，其中，PET預(yù)制件中的每一個PET預(yù)制件由限定腔的側(cè)壁、端壁和敞開端限定；第一吹塑成型站，該第一吹塑成型站包括第一模具，該第一模具限定用于接收來自注模站的PET預(yù)制件的第一容積，且該第一吹塑成型站將預(yù)制件抵靠第一吹塑腔而吹塑成膨脹的PET產(chǎn)品，其中，第一模具的溫度高于PET的玻璃轉(zhuǎn)變溫度；第二吹塑成型站，該第二吹塑成型站包括第二模具，該第二模具限定具有與用于接收膨脹的PET產(chǎn)品的第一容積大致相同的第二容積的第二吹塑腔，且第二吹塑成型站將膨脹的PET產(chǎn)品抵靠第二吹塑腔吹塑以形成膨脹的PET產(chǎn)品，接著是冷卻PET產(chǎn)品；以及輸送器，該輸送器用于將PET預(yù)制件移動到第一吹塑成型站并將膨脹的PET產(chǎn)品移動到第二吹塑成型站，其中，第一模具和第二模具中的至少一個具有至少三個熱控制區(qū)域。
[0063]在該實施例中，第一吹塑模具可以是且優(yōu)選是與以上詳述的單個吹塑模具實施例相同的吹塑模具(具有或不具有圖3中所示的平移底部50)。第一吹塑模具限定第一吹塑腔，該第一吹塑腔具有用于從注模站接收PET預(yù)制件的第一容積，且第一吹塑模具將預(yù)制件抵靠第一吹塑腔吹塑成膨脹的PET產(chǎn)品。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，第一吹塑模具的操作(例如，溫度分布、熱區(qū)域、模具中的時間等)是如上所述的。然而，在該實施例中，在調(diào)節(jié)的預(yù)制件被吹塑到本發(fā)明的雙模具實施例的第一模具中以形成中間容器之后，然后，中間容器就被輸送到第二吹塑成型站，在該第二吹塑成型站處，中間容器被進一步吹塑成完成的容器。明顯地，在本發(fā)明的工藝中，第一吹塑模具和第二吹塑模具中的每一個具有大致相同大小和尺寸(即，腔容積)的吹塑腔。優(yōu)選地，第二吹塑成型腔具有與第一吹塑成型腔相同的容積。
[0064]一旦在第二模具中，中間容器會在第二模具中經(jīng)歷加熱區(qū)域，該加熱區(qū)域可以是且優(yōu)選是與用于第一吹塑模具的上述溫度區(qū)域相同的溫度區(qū)域(即，設(shè)定)。然后，中間容器被以另一個細(xì)長的桿拉伸，并經(jīng)受從400psi至600psi下的高壓空氣以被吹塑成與腔的內(nèi)壁表面接觸以形成產(chǎn)品容器。[0065]優(yōu)選地，產(chǎn)品容器會在第二模具中保持從約2秒至約20秒的時間，更優(yōu)選是從約2秒至約15秒的時間，更優(yōu)選是從約2秒至約12秒的時間，更優(yōu)選是從約4秒至約12秒的時間，最優(yōu)選是從約6秒至約12秒的時間。
[0066]在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，產(chǎn)品容器被在它從第二模具排出之前冷卻。為了冷卻產(chǎn)品容器，可以將冷卻流體引導(dǎo)到第二模具的側(cè)壁的內(nèi)表面和/或直接在產(chǎn)品容器中。冷卻流體可以是液體或氣體，但更優(yōu)選地是氣體。合適的氣體包括空氣、氮氣和本領(lǐng)域中的一般技術(shù)人員已知的其它合適的氣體。在特別優(yōu)選的實施例中，本發(fā)明允許通過以比較薄的壁部分接收多的冷卻流體的較厚的壁部分引導(dǎo)冷卻流體的流來選擇性地冷卻新吹塑(即，加熱的)容器的內(nèi)表面的預(yù)定部分，這是由于容器具有沿著具有較薄壁部分和較厚壁部分的容器的軸向尺寸具有不同的厚度的側(cè)壁。例如，現(xiàn)在參考圖4，示出了本發(fā)明的優(yōu)選形式，在該優(yōu)選形式中，冷卻流體是空氣，且使用具有空氣孔42的吹塑桿40來將冷卻流體引導(dǎo)到產(chǎn)品容器的內(nèi)表面。優(yōu)選地，空氣在小于約50°C的溫度下，且更優(yōu)選是在20°C至約50°C的范圍內(nèi)和在從290psi至約580psi的壓力下進行從約2秒至約6秒的時間?？?2會具有變化的面積尺寸以對較厚的壁部提供較大量的冷卻空氣并對較薄的壁部分提供較少量的冷卻空氣。
[0067]在優(yōu)選實施例中，在優(yōu)選地從約80°C至約170°C、更優(yōu)選是從約100°C至約170°C的溫度下，將產(chǎn)品容器從第二模具中移除，在該優(yōu)選實施例中，產(chǎn)品容器是剛性的且自支撐的，但是具有足夠的熱能以繼續(xù)在模具的外部的退火過程。產(chǎn)生的容器會具有對于熱填充的、巴氏殺菌的且可蒸餾的應(yīng)用所需的增強的熱特性，且能夠承受直到約250 T的含量的溫度和直到約270 °F的包裝處理溫度。
[0068]本發(fā)明的工藝的亮點包括:具有在105°C和115°C之間的預(yù)制件梯度溫度的一步工藝；具有小于約3.5的環(huán)向拉伸比率和小于約1.7的軸向拉伸比率的容器；以及該工藝允許通過在離開熱吹塑模具時環(huán)境冷卻來繼續(xù)熱弛豫，即，沒有造成較高的收縮開始的不可逆應(yīng)力。
_9] 本發(fā)明的容器
[0070]本發(fā)明提供一種吹塑成型PET容器，該吹塑成型PET容器包括具有在約1.370g/cc和1.385g/cc之間的密度、從約18%至約25%的熱誘導(dǎo)結(jié)晶度和從約55%至約75%的應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶度的壁，其中，當(dāng)PET容器被填充有從約100°C至約132°C的溫度的液體時不會經(jīng)歷大于3%的容積變化。如表I中所示，通過常規(guī)的冷模制工藝生產(chǎn)的現(xiàn)有技術(shù)的PET容器的特征在于，大量的可動的非晶相和少量的熱誘導(dǎo)結(jié)晶度。相比之下，現(xiàn)有技術(shù)的熱定形容器通常呈現(xiàn)較大百分比的熱誘導(dǎo)結(jié)晶度，即，直到約35%，且仍舊與在冷模制容器中大約相同量的剛性非晶斷裂。然而，盡管通過本發(fā)明的工藝生產(chǎn)的容器通常具有大約相同少量的熱誘導(dǎo)結(jié)晶度和可動的非晶相，但是呈現(xiàn)高百分比的剛性非晶相，即約60%或更大。通過具有以緊密填充的大分子的存在為特征的較大百分比的剛性非晶相，且因此具有瓦解大分子形成需要的較少量的自由空間和較大的焓位置。
[0071]表I現(xiàn)有技術(shù)的PET容器對通過本發(fā)明工藝生產(chǎn)的PET容器的PET聚合物形態(tài)構(gòu)成的典型平均值和范圍
【權(quán)利要求】
1.一種用于形成吹塑成型PET塑料容器的工藝，所述吹塑成型PET塑料容器具有加強的熱特性，所述工藝包括在集成的系統(tǒng)上進行的如下步驟: 將熔融的PET樹脂注入到注射成型腔中，以形成預(yù)制件； 在所述預(yù)制件處于約75°C至約130°C的溫度下時，移除所述預(yù)制件； 以使得所述預(yù)制件的表面溫度不下降超過5°C的速率將所述預(yù)制件輸送到至少一個調(diào)節(jié)站; 通過選擇性地加熱所述預(yù)制件的、從由頸形成部分、筒形成部分、瓶跟形成部分和基部形成部分組成的組中選出的至少一部分來調(diào)節(jié)所述預(yù)制件，以形成被調(diào)節(jié)的預(yù)制件； 以使得所述預(yù)制件的表面溫度不下降超過5°C的速率將所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件輸送到吹塑成型站； 將所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件插入到吹塑模具中，所述吹塑模具具有限定吹塑腔的壁，所述吹塑腔限定了最終完成的產(chǎn)品的形狀，其中，所述模具具有沿所述模具的軸線的至少三個溫度區(qū)域，所有這些溫度區(qū)域都在PET的玻璃轉(zhuǎn)變溫度之上； 通過包括以下步驟的拉伸吹塑成型工藝將所述預(yù)制件吹塑成已完成的PET容器: i.將細(xì)長的拉伸吹塑桿插入到所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件中以接觸所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件的底部，從而提供向下的壓力以將所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件拉伸到所述模具的基部； ii.同時，在約IOOpsi至約200psi的壓力下將低壓空氣注入到所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件中，以形成預(yù)吹塑的預(yù)制件；以及 iii.緊接著步驟ii之后，把處于約400psi至600psi壓力下的高壓空氣注入到所述預(yù)吹塑的預(yù)制件中，以使所述預(yù)吹塑的預(yù)制件膨脹而抵靠所述模具的壁，從而形成所述已完成的容器； 將所述已完成的容器在所述模具中保持約2秒至約20秒的時間； 將所述已完成的容器與所述模具分離，其中，所述已完成的容器的溫度為約80°C至約170°C;以及 使所述已完成的容器冷卻到環(huán)境溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，所述PET樹脂具有約0.72dL/g至約0.86dL/g的固有粘度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，所述預(yù)制件被設(shè)計成使得:所述預(yù)制件與所述已完成的容器的厚度比率在約2.0至約7.5的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工藝，其中，所述厚度比率為約4.0至約6.0。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，所述預(yù)制件被設(shè)計成使得:在所述容器的肩部中，所述預(yù)制件相對于所述已完成的容器的厚度比率在約3.4至約4.2的范圍內(nèi)；在所述容器的筒部中，所述預(yù)制件相對于所述已完成的容器的厚度比率在約3.8至約4.5的范圍內(nèi)；而在所述容器的基部中，所述預(yù)制件相對于所述已完成的容器的厚度比率在約2.4至約2.8的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，所述預(yù)制件被設(shè)計成使得:所述已完成的容器相對于所述預(yù)制件的密度比率在約1.025至約1.049的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，所述密度比率大于約1.049。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，在所述預(yù)制件被從所述注射成型腔中移除時，所述預(yù)制件的溫度為約90°C至約105°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，在所述預(yù)制件被從所述注射成型腔中移除時，所述預(yù)制件具有從外表面到內(nèi)表面不超過5°C的溫度梯度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，在所述預(yù)制件被從所述注射成型腔中移除時，所述預(yù)制件的溫度為約80°C至約110°C。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，所述調(diào)節(jié)步驟包括:加熱所述預(yù)制件的、至少包括所述頸形成區(qū)域、筒形成區(qū)域、瓶跟形成區(qū)域和基部形成區(qū)域在內(nèi)的特定區(qū)，以在所述特定區(qū)中實現(xiàn)高達約20°c的溫度梯度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工藝，其中，所述調(diào)節(jié)步驟包括:加熱所述預(yù)制件的、至少包括所述頸形成區(qū)域、筒形成區(qū)域、瓶跟形成區(qū)域和基部形成區(qū)域在內(nèi)的特定區(qū)，以在所述特定區(qū)中實現(xiàn)高達約30°C的溫度梯度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的工藝，其中，所述調(diào)節(jié)步驟包括:加熱所述預(yù)制件的、至少包括所述頸形成區(qū)域、筒形成區(qū)域、瓶跟形成區(qū)域和基部形成區(qū)域在內(nèi)的特定區(qū)，以在所述特定區(qū)中實現(xiàn)高達約40°C的溫度梯度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，所述模具的溫度為約73°C至約250°C。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的工藝，其中，所述模具的溫度為約150°C至約240°C。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的工藝，其中，所述模具的溫度為約160°C至約230°C。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，所述模具的所述至少三個溫度區(qū)域包括:區(qū)域1，所述區(qū)域I對應(yīng)于所述模具的如下部分:該部分與處于約73°C至約120°C溫度下的所述已完成的容器的頂部部分相對應(yīng)；區(qū)域2，所述區(qū)域2對應(yīng)于所述模具的如下部分:該部分與處于約160°C至約240°C溫度下的所述已完成的容器的瓶頸部分相對應(yīng)；區(qū)域3和區(qū)域5，所述區(qū)域3和區(qū)域5對應(yīng)于所述模具的如下兩個部分:這兩個部分分別與處于約150°C至約230°C溫度下的所述已完成的容器的肩部和瓶跟部相對應(yīng)；區(qū)域4，所述區(qū)域4對應(yīng)于所述模具的如下部分:該部分與處于約190°C至約250°C溫度下的所述已完成的容器的筒部相對應(yīng)；以及區(qū)域6，所述區(qū)域6對應(yīng)于所述模具的如下部分:該部分與處于約100°C至約230°C溫度下的所述已完成的容器的底部相對應(yīng)。
18.權(quán)利要求1所述的工藝，其中，所述模具具有底部，所述底部被安裝成用于往復(fù)平移運動。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，將所述已完成的容器在所述模具中保持約2秒至約15秒的時間。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的工藝，其中，將所述已完成的容器在所述模具中保持約2秒至約12秒的時間。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的工藝，其中，將所述已完成的容器在所述模具中保持約6秒至約12秒的時間。
22.—種用于形成吹塑成型PET塑料容器的工藝，所述吹塑成型PET塑料容器具有加強的熱特性，所述工藝包括在集成的系統(tǒng)上進行的如下步驟: 將熔融的PET樹脂注入到注射成型腔中，以形成預(yù)制件； 在所述預(yù)制件處于約75°C至約130°C的溫度下時，移除所述預(yù)制件； 以使得所述預(yù)制件的表面溫度不下降超過5°C的速率將所述預(yù)制件輸送到至少一個調(diào)節(jié)站; 通過選擇性地加熱所述預(yù)制件的、從由頸形成部分、筒形成部分、瓶跟形成部分和基部形成部分組成的組中選出的至少一部分來調(diào)節(jié)所述預(yù)制件，以形成被調(diào)節(jié)的預(yù)制件； 以使得所述預(yù)制件的表面溫度不下降超過5°C的速率將所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件輸送到第一吹塑成型站； 將所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件插入到第一吹塑模具中，所述第一吹塑模具具有限定吹塑腔的壁，所述吹塑腔限定了最終完成的產(chǎn)品的形狀和第一容積，其中，所述第一模具具有沿所述第一模具的軸線的至少三個溫度區(qū)域，所有這些溫度區(qū)域都在PET的玻璃轉(zhuǎn)變溫度之上； 通過包括以下步驟的拉伸吹塑成型工藝將所述預(yù)制件吹塑成已完成的PET容器: `1.將細(xì)長的拉伸吹塑桿插入到所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件中以接觸所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件的底部，從而提供向下的壓力以將所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件拉伸到所述第一模具的基部； i1.同時，在約IOOpsi至約200psi的壓力下將低壓空氣注入到所述被調(diào)節(jié)的預(yù)制件中，以形成預(yù)吹塑的預(yù)制件；以及 ii1.緊接著步驟ii之后，把處于約400psi至600psi壓力下的高壓空氣注入到所述預(yù)吹塑的預(yù)制件中，以使所述預(yù)吹塑的預(yù)制件膨脹而抵靠所述第一模具的壁，從而形成中間容器； iv.將所述中間容器在所述模具中保持約2秒至約20秒的時間； V.將所述中間容器與所述模具分離，其中，所完成的該容器的溫度為大約80°C至約`125 0C ；` v1.將所述中間容器輸送到第二模具，所述第二模具具有限定吹塑腔的壁，所述吹塑腔限定了已完成的產(chǎn)品的形狀和第二容積，其中，所述第二模具具有沿所述第二模具的軸線的至少三個溫度區(qū)域，所有這些溫度區(qū)域都在PET的玻璃轉(zhuǎn)變溫度之上，并且其中，所述第二容積與所述第一容積相同； vi1.將細(xì)長的拉伸吹塑桿插入到所述中間容器中以接觸所述中間容器的底部，從而提供向下的壓力以將所述中間容器拉伸到所述第二模具的基部，并且，把處于約400psi至約600psi壓力下的高壓空氣注入到所述中間容器中以使所述中間容器膨脹而抵靠所述第二模具的壁，從而形成已完成的容器； vii1.將冷卻流體引導(dǎo)到所述已完成的容器的內(nèi)表面； ix.將所述已完成的容器與所述第二模具分離，其中，所述已完成的容器處在約80°C至約170°C的溫度下；以及 X.使所述已完成的容器冷卻到環(huán)境溫度。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的工藝，其中，所述PET樹脂具有約0.72dL/g至約0.86dL/g的固有粘度。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的工藝，其中，所述預(yù)制件被設(shè)計成使得:所述預(yù)制件與所述已完成的容器的厚度比率在約2.0至約7.5的范圍內(nèi)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的工藝，其中，所述厚度比率為約4.0至約6.0。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的工藝，其中，所述預(yù)制件被設(shè)計成使得:在所述容器的肩部中，所述預(yù)制件相對于所述已完成的容器的厚度比率在約3.4至約4.2的范圍內(nèi)；在所述容器的筒部中，所述預(yù)制件相對于所述已完成的容器的厚度比率在約3.8至約4.5的范圍內(nèi)；而在所述容器的基部中，所述預(yù)制件相對于所述已完成的容器的厚度比率在約2.4至約2.8的范圍內(nèi)。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的工藝，其中，所述預(yù)制件被設(shè)計成使得:所述已完成的容器相對于所述預(yù)制件的密度比率在約1.025至約1.049的范圍內(nèi)。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的工藝，其中，所述密度比率大于約1.049。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的工藝，其中，在所述預(yù)制件被從所述注射成型腔中移除時，所述預(yù)制件的溫度為約90°C至約105°C。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的工藝，其中，在所述預(yù)制件被從所述注射成型腔中移除時，所述預(yù)制件具有從外表面到內(nèi)表面不超過5°C的溫度梯度。
31.根據(jù)權(quán)利要求22所述的工藝，其中，在所述預(yù)制件被從所述注射成型腔中移除時，所述預(yù)制件的溫度為約80°C至約110°C。
32.根據(jù)權(quán)利要求22所述的工藝，其中，所述調(diào)節(jié)步驟包括:加熱所述預(yù)制件的、至少包括所述頸形成區(qū)域、筒形成區(qū)域、瓶跟形成區(qū)域和基部形成區(qū)域在內(nèi)的特定區(qū)，以在所述特定區(qū)中實現(xiàn)高達約20°C的溫度梯度。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的工藝，其中，所述調(diào)節(jié)步驟包括:加熱所述預(yù)制件的、至少包括所述頸形成區(qū)域、筒形成區(qū)域、瓶跟形成區(qū)域和基部形成區(qū)域在內(nèi)的特定區(qū)，以在所述特定區(qū)中實現(xiàn)高達約30°C的溫度梯度。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的工藝，其中，所述調(diào)節(jié)步驟包括:加熱所述預(yù)制件的、至少包括所述頸形成區(qū)域、筒形成區(qū)域、瓶跟形成區(qū)域和基部形成區(qū)域在內(nèi)的特定區(qū)，以在所述特定區(qū)中實現(xiàn)高達約40°C的溫度梯度。
35.根據(jù)權(quán)利要求22所述的工藝，其中，所述第一模具的溫度為約73°C至約250°C。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的工藝，其中，所述第一模具的溫度為約150°C至約240°C。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的工藝，其中，所述第一模具的溫度為約160°C至約230°C。
38.根據(jù)權(quán)利要求22所述的工藝，其中，所述第一模具的所述至少三個溫度區(qū)域包括:區(qū)域1，所述區(qū)域I對應(yīng)于所述模具的如下部分:該部分與處于約73°C至約120°C溫度下的所述已完成的容器的頂部部分相對應(yīng)；區(qū)域2，所述區(qū)域2對應(yīng)于所述模具的如下部分:該部分與處于約160°C至約240°C溫度下的所述已完成的容器的瓶頸部分相對應(yīng)；區(qū)域3和區(qū)域5，所述區(qū)域3和區(qū)域5對應(yīng)于所述模具的如下兩個部分:這兩個部分分別與處于約150°C至約230°C溫度下的所述已完成的容器的肩部和瓶跟部相對應(yīng)；區(qū)域4，所述區(qū)域4對應(yīng)于所述模具的如下部分:該部分與處于約190°C至約250°C溫度下的所述已完成的容器的筒部相對應(yīng)；以及區(qū)域6，所述區(qū)域6對應(yīng)于所述模具的如下部分:該部分與處于約100°C至約230°C溫度下的所述已完成的容器的底部相對應(yīng)。
39.根據(jù)權(quán)利要求22所述的工藝，其中，所述第一模具具有底部，所述底部被安裝成用于往復(fù)平移運動。
40.根據(jù)權(quán)利要求22所述的工藝，其中，將所述已完成的容器在所述第一模具中保持約2秒至約15秒的時間。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的工藝，其中，將所述已完成的容器在所述第一模具中保持約2秒至約12秒的時間。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的工藝，其中，將所述已完成的容器在所述第一模具中保持約6秒至約12秒的時間。
43.根據(jù)權(quán)利要求38所述的工藝，其中，所述第二模具的所述至少三個溫度區(qū)域包括:區(qū)域1，所述區(qū)域I對應(yīng)于所述模具的如下部分:該部分與處于約73°C至約120°C溫度下的所述已完成的容器的頂部部分相對應(yīng)；區(qū)域2，所述區(qū)域2對應(yīng)于所述模具的如下部分:該部分與處于約160°C至約240°C溫度下的所述已完成的容器的瓶頸部分相對應(yīng)；區(qū)域3和區(qū)域5，所述區(qū)域3和區(qū)域5對應(yīng)于所述模具的如下兩個部分:這兩個部分分別與處于約150°C至約230°C溫度下的所述已完成的容器的肩部和瓶跟部相對應(yīng)；區(qū)域4，所述區(qū)域4對應(yīng)于所述模具的如下部分:該部分與處于約190°C至約250°C溫度下的所述已完成的容器的筒部相對應(yīng)；以及區(qū)域6，所述區(qū)域6對應(yīng)于所述模具的如下部分:該部分與處于約100°C至約230°C溫度下的所述已完成的容器的底部相對應(yīng)。
44.根據(jù)權(quán)利要求22所述的工藝，其中，所述冷卻流體是空氣。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的工藝，其中，所述空氣處于為約20°C至約50°C的溫度下。
46.通過權(quán)利要求1中的工藝制成的PET容器。
47.通過權(quán)利要求22中的工藝制成的PET容器。
48.一種吹塑成型PET容器，所述吹塑成型PET容器包括如下的壁，所述壁具有在約1.370g/cc和1.385g/cc之間的密度、約18%至約25%的熱誘導(dǎo)結(jié)晶度、以及，約55%至約75%的應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶度，其中，所述PET容器在填充有約100 0C至約132 °C溫度的液體時不會產(chǎn)生大于3%的容積變化。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的PET容器，其中，所述壁的密度在約1.370g/cc和約1.375g/cc 之間ο
50.根據(jù)權(quán)利要求48所述的PET容器，其中，所述壁的密度大于約1.375g/cc。
51.根據(jù)權(quán)利要求48所述的PET容器，其中，在約96°C下暴露于100%RH時，所述壁的水分含量為約1780ppm至約1980ppm。
52.根據(jù)權(quán)利要求48所述的PET容器，其中，所述容器是光學(xué)透明的。
53.根據(jù)權(quán)利要求51所述的PET容器，其中，所述容器是光學(xué)透明的。
54.根據(jù)權(quán)利要求48所述的PET容器，其中，所述容積變化小于2%。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的PET容器，其中，所述容積變化小于1%。
56.根據(jù)權(quán)利要求48所述的PET容器，其中，在經(jīng)歷溫度調(diào)節(jié)示差掃描量熱法且被以5° /min的加熱速率在(TC至325°C的溫度范圍內(nèi)分析時，所述壁呈現(xiàn)第一吸熱玻璃轉(zhuǎn)變溫度和高于所述第一轉(zhuǎn)變溫度的第二吸熱玻璃轉(zhuǎn)變溫度。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的PET容器，其中，所述第二吸熱玻璃轉(zhuǎn)變溫度比所述第一吸熱玻璃轉(zhuǎn)變溫度高至少20°C。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的PET容器，其中，所述第二吸熱玻璃轉(zhuǎn)變溫度比所述第一吸熱玻璃轉(zhuǎn)變溫度高至少30°C。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的PET容器，其中，所述第二吸熱玻璃轉(zhuǎn)變溫度比所述第一吸熱玻璃轉(zhuǎn)變溫度高至少40°C。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的PET容器，其中，所述第二吸熱玻璃轉(zhuǎn)變溫度比所述第一吸熱玻璃轉(zhuǎn)變溫度高至少50°C。
61.根據(jù)權(quán)利要求56所述的PET容器，其中，所述第二吸熱玻璃轉(zhuǎn)變溫度具有大于約.0.5J/g 的焓。
62.根據(jù)權(quán)利要求61所述的PET容器，其中，所述第二吸熱玻璃轉(zhuǎn)變溫度具有大于約l.0J/g 的焓。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的PET容器，其中，所述第二吸熱玻璃轉(zhuǎn)變溫度具有大于約2.0J/g 的焓。
64.根據(jù)權(quán)利要求48所述的PET容器，其中，在暴露于環(huán)境條件下4天時，所述容器的壁具有約1850ppm至約1930ppm的水分含量。
【文檔編號】B29C49/42GK103648747SQ201180060857
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2010年12月17日
【發(fā)明者】克里·W·西爾韋斯, 馬克·D·施奈德, 謝爾蓋·B·波布羅夫, 塞繆爾·E·伊文斯 申請人:格萊漢姆包裝Lc公司