專(zhuān)利名稱(chēng)：熱塑性片材的成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及這樣一種通用技術(shù)，即將熱塑性塑料擠塑成片材，然后將該熱的塑料片材直接送往成型，做成象食品容器之類(lèi)的空心物體。
這種工藝一般需要有一種將熱塑性塑料擠塑成片材的設(shè)備、一組溫度得到控制的混合輥以控制擠塑料片的厚度和將其總的溫度降低到所要求的成型溫度、一種將熔融的而且往往是下垂的料片送入成型機(jī)的裝置和一種在成品成型和穩(wěn)定后從料片上修整出成品的裝置。
可以擠塑成片材并可用于本發(fā)明的方法的材料一般包括幾乎所有已知的熱塑性塑料和它們的各種組合，這種組合可以是共混或用多臺(tái)擠塑機(jī)同時(shí)擠塑并送入單一的模頭中而形成一些離散層。
在本發(fā)明的應(yīng)用中，我們尤其感興趣的(但不是唯一感興趣的)是那些熔融后象粘流體而不象橡膠狀膜片的材料。一般，結(jié)晶聚烯烴如高密度聚乙烯和聚丙烯都具有明確的熔點(diǎn)且其熔體流變情況與高粘流體相似。這類(lèi)材料主要靠粘性阻力承受壓力，因此當(dāng)片材沒(méi)有得到完全支承而懸掛時(shí)便會(huì)下垂和蠕變。象聚氯乙烯和聚苯乙烯之類(lèi)的材料當(dāng)其處于熔融態(tài)時(shí)具有內(nèi)聚彈性，這使它們能比較容易地被送入熱成型設(shè)備，因此它們已成為傳統(tǒng)的優(yōu)先選用于熱成型的材料。
但是近來(lái)不透氧度高的聚合物如乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)和聚偏二氯乙烯(PVDC)等的出現(xiàn)導(dǎo)致一種新的食品包裝方法，該方法與包裝金屬罐頭食品相似，將食品包裝和密封在一塑料包裝袋中并在溫度高達(dá)140℃的蒸汽罐中消毒。聚丙烯是少數(shù)幾種易于獲得的、具有足以經(jīng)受蒸汽消毒的較高耐溫性的樹(shù)脂之一。它經(jīng)常通過(guò)共擠塑的方法與一層上述不透氧度高的塑料結(jié)合以制造用于非滲透性好的塑料包裝的基材。
其它制造方法，如注塑，不適合于多層空心容器的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，因此較為成熟的熱成型技術(shù)目前正經(jīng)受著發(fā)展變化，旨在獲得可以進(jìn)行蒸汽消毒的、以聚丙烯為基礎(chǔ)的、非滲透性好的容器的經(jīng)濟(jì)的熱成型方法。
我們發(fā)現(xiàn)，要重新加熱預(yù)擠塑聚丙烯片材并然后加以熱成型是困難的。該材料的溫度達(dá)到其結(jié)晶熔點(diǎn)以后其熔體立即下垂，這樣就非常難于用已知的方法(如紅外輻射)加熱面積大小適當(dāng)?shù)膽覓炱暮蛯⑦@種下垂的熔融材料片材送入具有通常工業(yè)用尺寸和產(chǎn)量的熱成型機(jī)。目前熱成型工序的很多操作人員發(fā)現(xiàn)，在剛剛低于聚丙烯的結(jié)晶熔點(diǎn)的溫度下使聚丙烯成型往往能獲得比較好的結(jié)果。這種所謂固相成型通常會(huì)在制成的容器的壁內(nèi)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，當(dāng)這種應(yīng)力在消毒過(guò)程中消除時(shí)會(huì)造成難看的變形。固相成型的還有一個(gè)問(wèn)題是常用的EVOH和PVDC樹(shù)脂的熔點(diǎn)比聚丙烯的高，這種材料的薄不滲透層在聚丙烯固相成型溫度下成型時(shí)較易于受到破壞。
因此，我們已發(fā)展了一種工藝和方法，利用該工藝和方法可將處于所謂熔融相的聚丙烯傳送和成型。將熔融物直接擠塑進(jìn)入成型工序，這就克服了將預(yù)先制成的聚丙烯片材重新加熱的許多困難，而且還帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)性，如節(jié)省重新加熱預(yù)先制成的片材料所需的能耗。
有兩種成型機(jī)或熱成型機(jī)可用于這種擠塑進(jìn)料工藝連續(xù)式和間歇式熱成型機(jī)。典型的連續(xù)式熱成型機(jī)如Kurz在美國(guó)專(zhuān)利第4，235，579號(hào)中所描述，是利用與連續(xù)送入的熔融片材差不多是同步運(yùn)動(dòng)的成型工具工作的。在這種成型機(jī)中，解決熔融料片的傳送問(wèn)題的方法往往是使運(yùn)動(dòng)著的成型工具的運(yùn)動(dòng)速度大于熔融料片離開(kāi)回火輥的速度從而在料片中產(chǎn)生較為恒定的張力。這種方法在Fleckonoe-Beown的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第762，069中有所描述，在這里作為參考并入本發(fā)明。
間歇式成型機(jī)要求一段一段地供入料片。用直接擠塑進(jìn)料法為這種成型機(jī)供料時(shí)，由于料片是連續(xù)擠塑的，而間歇地供入成型機(jī)的卻是這種連續(xù)產(chǎn)生一段一段的料片，這就在二者之間造成滯后現(xiàn)象，因此必須提供補(bǔ)償這種滯后的裝置。
Thiel在美國(guó)專(zhuān)利第4，105，386號(hào)中介紹用回火輥在擠塑料片上形成冷卻的支承層，并用一可移動(dòng)的補(bǔ)償或“浮動(dòng)”輥，通過(guò)其移動(dòng)來(lái)儲(chǔ)存間歇進(jìn)料之間料片的多余長(zhǎng)度。
還有許多其它熱塑性塑料也象聚烯烴那樣具有流體熔融物，如聚對(duì)苯二甲酸亞烷酯、聚碳酸酯和聚酰胺。這些材料都具有成型零件所需要的性能，但大家都知道，如果沒(méi)有某種支承其柔軟、下垂的熔融片材的裝置，要將其送入熱成型機(jī)即使不是不可能也是很困難的。過(guò)去人們?cè)鴩L試用從動(dòng)傳送帶來(lái)支承并傳送這些材料以將其加入熱成型機(jī)，但失敗了，因?yàn)檫@些材料的流體熔融物會(huì)自然而然地使傳送帶材料濕潤(rùn)并粘附在其上。
用傳送帶支承熔融塑料擠出物的原理并不是新的，這在Loosen的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)第0，226，748號(hào)和Asano的美國(guó)專(zhuān)利第4，459，093號(hào)中均有描述，在這里作為參考并入本發(fā)明。該先有技術(shù)并未論述如何解決流體熔融材料對(duì)傳送帶的粘結(jié)問(wèn)題。
但先有技術(shù)中還公開(kāi)了其它方法，包括使整個(gè)擠塑機(jī)朝著成型位置移動(dòng)和離開(kāi)成型位置移動(dòng)(Asano的美國(guó)專(zhuān)利第4，150，930號(hào))，同時(shí)采用一同步的延伸托架，該托架的兩側(cè)有鏈條和夾具，夾住并支承熔融的片材的兩邊并將其送入成型位置。但是要使比較大而重的擠塑機(jī)很快地移動(dòng)，以跟上每分鐘一般能工作10-20個(gè)沖程的熱成型機(jī)，在機(jī)械方面顯然是很困難的。另一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是，當(dāng)流體熔融物片材懸掛在縱向邊緣的支承夾具之間時(shí)其橫向的支承不足。
最后，在Keifer的聯(lián)邦德國(guó)專(zhuān)利第2，634，976號(hào)中描述了另一種方法，該方法是將熔融料片的懸鏈線支承在兩個(gè)從動(dòng)輥之間，該兩從動(dòng)輥開(kāi)始時(shí)相隔一定的距離，然后使其靠近以在兩個(gè)輥之間形成受熱下垂片材。這樣就可消除兩次進(jìn)料之間材料的過(guò)長(zhǎng)，同時(shí)也保證不會(huì)由于在兩次進(jìn)料之間保持不動(dòng)的熔融片材與下游的輥的經(jīng)常接觸而出現(xiàn)冷卻材料區(qū)。但這種方法還是不能為柔軟的流體熔融材料片料(如熔融的聚烯烴)提供足夠的支承。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種可以支承和輸送熔融片材形式的流體熔融材料的裝置，利用這種裝可將這種材料直接由擠塑機(jī)送入連續(xù)工作或間歇工作的成型機(jī)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的的是提供一種能使上述流體熔融材料片材在送入成型部位之前達(dá)到最佳成型溫度狀態(tài)的裝置。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是實(shí)現(xiàn)流體熔融片材的這種溫度調(diào)節(jié)、支承和傳送，以使作用在該流體熔融物內(nèi)的任何張力或應(yīng)力降低到最低程度或進(jìn)行控制，從而使由該熔融物成型而得的零件(不管每一零件在成型時(shí)所供入的任何特別的單段片材上所占的位置如何)都具有基本上是均勻的厚度和一致的性能。
本發(fā)明的再另一個(gè)目的是提供一種能使?fàn)顟B(tài)調(diào)節(jié)裝置和傳送裝置適用于使不同種類(lèi)的熔融材料片材和不同厚度的片材回火和進(jìn)料并將經(jīng)過(guò)回火的熔融片材送入連續(xù)式或間歇式成型機(jī)的方法。
因此，本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種熱成型空心物體的方法，包括將一種熱塑性塑料料片直接擠塑到一組溫度得到控制的回火輥中;使料片通過(guò)所述的回火輥以使料片的上、下表面層得到冷卻而在料片的上、下表面層之間的內(nèi)部則仍保持熔融狀態(tài);將部分冷卻的料片供給到一傳送裝置上并將該料片傳送到熱成型機(jī)的入口處。該方法的特點(diǎn)在于可使料片在其與傳送裝置接觸的表面層被料片熔融的內(nèi)部重新加熱到可以進(jìn)行熱成型的溫度(但低于會(huì)使料片粘附在傳送裝置上的溫度)之前一直留在傳送裝置上。
本發(fā)明的另一方面是提供用于將熱塑性塑料片材由擠塑機(jī)供給熱成型機(jī)的設(shè)備，該設(shè)備包括一組溫度得到控制的回火輥，用以接受來(lái)自擠塑機(jī)的熔融熱塑性塑料料片;用以接受來(lái)自回火輥的已經(jīng)過(guò)回火的料片并將該料片傳送到熱成型機(jī)入口的裝置。該設(shè)備的特點(diǎn)在于回火輥與傳送裝置的相對(duì)位置以及料片所接觸的傳送裝置的長(zhǎng)度是可以調(diào)節(jié)的，從而可以控制與傳送裝置接觸的料片表面的溫度，使料片進(jìn)入熱成型機(jī)時(shí)其溫度已達(dá)到可以進(jìn)行熱成型的溫度，但低于會(huì)使料片粘附在傳送裝置上的溫度。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作簡(jiǎn)要的描述。


圖1所示為本發(fā)明應(yīng)用于連續(xù)式熱成型機(jī)的一個(gè)實(shí)施方案，其中流體熔融片材1由一擠塑模頭擠出后在回火輥2與3之間通過(guò)，該兩個(gè)回火輥在4的位置壓軋片材，控制其厚度。然后靠一可調(diào)節(jié)的回火輥6使該材料保持與回火輥3接觸，回火輥6可根據(jù)所加工的材料的種類(lèi)和厚度以及所采用的加工條件而移動(dòng)到很多位置上，如移動(dòng)到6′處。
通過(guò)一個(gè)可變導(dǎo)向輥8(圖上也示出了其另一位置8′)將此時(shí)下表面已凝結(jié)成固態(tài)的片材7引導(dǎo)到移動(dòng)著的傳送帶10上。傳送帶10個(gè)由一溫度受控制的輥9傳動(dòng)的，輥9起到控制傳送帶10的溫度的作用。
然后在來(lái)自片材內(nèi)部的殘留熱的流動(dòng)使片材的下表面再熔化之前使基本上是流體熔融物的片材在位置11處脫離傳送帶，這樣可避免其粘附在傳送帶10上。
接著，該材料進(jìn)入一連續(xù)式成型機(jī)，圖中的成型機(jī)15是該類(lèi)成型機(jī)的一種具體體現(xiàn)，它包含許多相對(duì)的成對(duì)的移動(dòng)著的陽(yáng)模13與陰模12，將熔融片材成型做成制品14。
圖2所示為本發(fā)明的另一具體體現(xiàn)，圖中支承料片的傳送裝置能?chē)@處于料片片材平面內(nèi)的一個(gè)可動(dòng)的支點(diǎn)而轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖3所示為圖1所示的輥的另一種配置情況。
圖4所示為本發(fā)明的更為詳細(xì)的情況，圖中的一擠塑機(jī)連續(xù)地?cái)D出的流體熔融片材在受到溫度調(diào)節(jié)和支承的情況下傳送入一間歇地工作的成型機(jī)。
圖5所示為熔融片材在通過(guò)本發(fā)明的狀態(tài)調(diào)節(jié)和進(jìn)料過(guò)程中各階段時(shí)典型的內(nèi)部溫度分布情況。
圖6所示為本發(fā)明的另一具體體現(xiàn)，其傳送裝置適合于為具有水平方向移動(dòng)的成型工具的成型機(jī)送料。
圖7所示為本發(fā)明的另一具體體現(xiàn)，其傳送裝置適用于將材料留在傳送帶上，直至成型工具打開(kāi)并能接受進(jìn)料時(shí)為止。
圖8所示為本發(fā)明的又一種具體體現(xiàn)，能將材料儲(chǔ)存在傳送帶內(nèi)通過(guò)使拖出輥(pull-offroll)27停止轉(zhuǎn)動(dòng)而形成的一掛環(huán)中，并能使浮動(dòng)儲(chǔ)料輥25通過(guò)從動(dòng)輥9將多余的傳送帶長(zhǎng)度供給傳送裝置的頂部。
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。
在圖1中，流體熔融物片材或料片1由模頭連續(xù)直接地?cái)D入不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)著的輥2和輥3之間的輥隙4中。流體熔融物的厚度雖然主要取決于擠塑模頭的模唇之間的已調(diào)好的?？陂g隙，但也取決于輥2和輥3的旋轉(zhuǎn)表面速度與熔融物擠出時(shí)的線速度的相對(duì)關(guān)系和輥2與輥3之間的輥隙4。一般宜將輥的速度調(diào)到使輥隙4有熔融物滿(mǎn)出的程度。這樣即使當(dāng)擠塑機(jī)擠出材料的速率有少許波動(dòng)時(shí)也能保證從輥隙4出來(lái)的料片具有恒定的厚度。
因此對(duì)一定的片材厚度和擠出速率來(lái)說(shuō)，一般有一最佳的輥運(yùn)轉(zhuǎn)速度。要想控制料片的溫度就必須變換輥的溫度或改變料片與輥接觸的長(zhǎng)度。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，單單通過(guò)改變輥的溫度不足以控制料片的溫度，特別是對(duì)較厚的料片來(lái)說(shuō)更是這樣。對(duì)于要在一定的溫度下送往下面的成型工序的料片來(lái)說(shuō)，其控制要求比一般將熔融物擠入一個(gè)輥組以制造片材時(shí)的要求高得多。因此，我們?cè)黾恿艘粋€(gè)可調(diào)節(jié)輥6，它可提升或圍繞輥3而旋轉(zhuǎn)，從而控制圍繞輥3和輥6的包角。
輥3的主要目的是幫助將片材的平均溫度降低到其最佳成型溫度。料片與輥3的接觸要首先保證有足夠的時(shí)間使料片內(nèi)的殘留熱量能將料片的上表面重新加熱并使上表面的任何可能已凝結(jié)的材料軟化。
象聚丙烯一類(lèi)的結(jié)晶聚合物受到冷卻時(shí)并不會(huì)立即形成結(jié)晶固體，受熱超過(guò)其結(jié)晶熔點(diǎn)時(shí)也不會(huì)立即喪失其全部結(jié)晶度，指出這一點(diǎn)是很重要的。因此，凝結(jié)成固體和重新熔融成液體的說(shuō)法是不夠準(zhǔn)確的，而應(yīng)理解本發(fā)明的工藝是使料片的下表面冷卻到這樣的溫度，在該溫度下料片的下表面變得很硬或很粘稠，以致不能潤(rùn)濕傳送帶材料并粘附在其上。
控制包角和控制輥3和輥6的溫度還帶來(lái)另一個(gè)意想不到的好處，那就是能控制塑料料片厚度方向的溫度分布。塑料的熱導(dǎo)率一般約為金屬的八百分之一。因此，與輥接觸的塑料片材的芯部溫度大大高于表面溫度，我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于厚度超過(guò)3mm的片材來(lái)說(shuō)，當(dāng)其與輥停止接觸后還需要有幾秒鐘的時(shí)間才能使熱從中心流向片材外面以消除該溫度差。
輥6就是這樣以顯著地降低料片的表面溫度，使料片的下表面激冷并凝結(jié)，但降低料片內(nèi)的平均溫度的效果則較差。因此，就整個(gè)料片來(lái)說(shuō)，它還是處于可成型的狀態(tài)。
然后使料片從輥6經(jīng)過(guò)一可變從動(dòng)導(dǎo)向輥8到從動(dòng)傳送帶10上。輥8的表面速度一般與輥6同步，傳送帶的速度亦然。通過(guò)使輥6和輥8逐漸比輥3轉(zhuǎn)得快一些的方法能使料片受到一定程度的拉伸。
我們發(fā)現(xiàn)，如果使片材與傳送帶接觸的時(shí)間少于料片內(nèi)部熔融物的熱量從內(nèi)部流到料片的較冷、較硬的下表面并重新加熱該下表面使其足以流動(dòng)并潤(rùn)濕和粘附在傳送帶材料上所需的時(shí)間，便能防止熱的料片粘附在傳送帶上。傳送帶材料10的平均溫度可通過(guò)溫度受控制的輥9來(lái)調(diào)節(jié)，以進(jìn)一步放慢或加快下表面的重新加熱速度。
我們還發(fā)現(xiàn)，較冷的下表面的重新加熱宜在材料進(jìn)入成型部位之前便基本完成，以獲得均勻的、沒(méi)有應(yīng)力的成型件。
對(duì)制造傳送帶的材料的要求并不十分嚴(yán)格、聚四氟乙烯涂覆的玻璃纖維織物和聚氨酯彈性體涂覆的布都已成功地用作傳送帶材料。
最好用較薄的材料(厚度最好小于0.5mm)制作軟傳送帶，以使傳送帶的儲(chǔ)熱量不大。
傳送帶材料可采取連續(xù)的片材、一組帶材、稀織片材或打孔的片材。但最好使傳送帶與熱的料片均勻接觸以使料片內(nèi)的溫度保持均勻。
在本具體方案中，連續(xù)式熱成型機(jī)15具有多組相對(duì)的、移動(dòng)的陰模12和陽(yáng)模13，它們?cè)诹掀撾x傳送帶裝置在輥16處的出口端后的一定距離處一起夾在熱的料片上。
陰模12宜配置在成型機(jī)15的上環(huán)路，以使片材從其與傳送帶接觸而可能帶來(lái)的任何痕跡(這種痕跡會(huì)在整個(gè)成型工序中繼續(xù)存在)朝著容器的內(nèi)部，這樣痕跡一般可被容器內(nèi)所盛裝的東西遮掩。
調(diào)節(jié)相對(duì)的多組陰陽(yáng)模的線速度使其與傳送帶的速度成同步關(guān)系，一般略大于傳送帶速度。
成型機(jī)中制得的最終零件14的重量可通過(guò)少許調(diào)節(jié)成型機(jī)速度與整個(gè)流程的其余部分的相對(duì)關(guān)系而進(jìn)行微調(diào)。
為了更好地說(shuō)明本發(fā)明的方法是如何用于各種不同類(lèi)型和厚度的材料的，請(qǐng)參照?qǐng)D5，該圖大約地表示了5mm厚的聚丙烯料片在其從模頭到成型機(jī)的加工過(guò)程中其內(nèi)部溫度分布的情況。
圖5A表示料片剛從擠塑模頭出來(lái)時(shí)沿其上表面到下表面的厚度方向的溫度分布情況。在圖1中這是用1標(biāo)記的位置。從圖5A可看出，在擠塑溫度230℃下，所示的沿料片厚度方向的溫度是均勻的。
圖5B所示的料片狀況代表圖1中的點(diǎn)5。這里我們可以看到，料片的上表面已冷卻到輥3的表面溫度90℃，而下表面則已冷卻到220℃。
圖5C表示在圖1的7的位置上的料片的狀況。這里料片的上表面已被來(lái)自料片的中心部分(這時(shí)該中心部分的溫度為200℃，低于230℃的擠塑溫度)的熱流重新加熱。在該例中這時(shí)片材的下表面的溫度為輥6的表面溫度90℃。
圖5D表示在圖1的點(diǎn)10的位置上的料片的大致情況。這里，由于輥8的冷卻效應(yīng)，上表面溫度已控制到結(jié)晶熔點(diǎn)(155℃左右)以下。下表面的溫度由于來(lái)自料片中心部分的熱流的作用也已上升至140℃左右。
使料片支承在傳送帶上時(shí)將其表面重新加熱，這就使料片回到正確的平均成型溫度但料片成型時(shí)的溫度分布仍與圖5E相似。在接近這些表面溫度的情況下，材料的流動(dòng)程度又大到足以潤(rùn)濕傳送帶并粘附在其上的程度，因此很重要的一點(diǎn)是要調(diào)節(jié)傳送帶與料片接觸的長(zhǎng)度(在傳送帶速度恒定的情況下也就是調(diào)節(jié)了時(shí)間)。圖1通過(guò)虛線輪廓線表示的可變導(dǎo)輥8′的第二種位置表示這種調(diào)節(jié)情況。如果不用導(dǎo)輥，只要調(diào)節(jié)輥6′與傳送輥9的相對(duì)位置就夠了，使料片從輥6′掛下并與傳送帶接觸，接觸處與傳送裝置出口端處的輥16之間的距離與使用導(dǎo)輥時(shí)相同。
一般，采用的輥徑可有很大的變化，但取決于要加工的料片的線速度。同樣也取決于要加工的料片寬度和厚度，以及擠塑產(chǎn)量、成型機(jī)的大小和冷卻能力。
本發(fā)明的方法的還有一個(gè)重要的特點(diǎn)是便于調(diào)節(jié)該工藝過(guò)程，使其在一定的加工速率下能加工很大厚度范圍的料片，一般厚度為1～8毫米。
再參照?qǐng)D1，圖中所示的輥6的位置適合于加工5mm厚的料片，輥6移到6′的位置便可加工2.5mm厚的片材。這時(shí)料片與輥3和輥6′接觸的長(zhǎng)度不到原來(lái)的二分之一。而且，當(dāng)擠塑工序按接近恒定的質(zhì)量流速擠出材料時(shí)，2.5mm厚片材的擠出線速度一般為5mm片材的兩倍。因此，熔融物由模頭擠出的速度的加快和接觸長(zhǎng)度的減少，使2.5mm片材與輥的接觸時(shí)間約為5mm片材與輥的接觸時(shí)間的四分之一。這種與輥接觸時(shí)間的減少又會(huì)導(dǎo)致片材內(nèi)的溫度分布與圖5B所示的在圖1的5′位置處的圖5C所示的在圖1的7′位置處的溫度分布相似。
然后減少2.5mm厚料片與傳送裝置的接觸長(zhǎng)度，這也是重要的，為的是使料片與傳送帶的接觸時(shí)間按縮短與輥接觸時(shí)間的同樣比例縮短。因此將輥8移到8′的新位置。對(duì)厚度小于2.5mm的材料來(lái)說(shuō)，調(diào)節(jié)輥6′還要進(jìn)一步向下圍繞輥5朝著輥2移動(dòng)。在這種情況下，傳送輥9也必須降低以適用輥6位置的降低。通過(guò)這樣的調(diào)整就能任意對(duì)很多不同類(lèi)型和厚度的材料進(jìn)行回火輥處理和輸送。
J.Polman在“熱傳導(dǎo)”(第6版McGraw-HillBookCompany)一書(shū)的第4.3節(jié)中導(dǎo)出了適用于半無(wú)限固體的非穩(wěn)定態(tài)熱傳導(dǎo)公式(即忽略在大氣中的熱損失)，即T ( t ) = ( TE- TR) e r f ［ST4α t］ + TR]]>式中T(t)＝片材中點(diǎn)處在t時(shí)間的溫度(℃)TE＝擠塑片材的溫度(℃)TR＝輥組的溫度ST＝料片厚度(m)x＝K/ρC其中K＝熱導(dǎo)率(w/M.℃)ρ＝密度(kg/m)C＝比熱(kJ/kg.℃)對(duì)于聚丙烯來(lái)說(shuō)x＝1×10-7msec，但取決于溫度erf＝高斯誤差函數(shù)根據(jù)該分式能確定各種原材料所需要的與輥接觸停留時(shí)間和傳送裝置長(zhǎng)度的近似值。對(duì)大多數(shù)塑料來(lái)說(shuō)，其密度，熱導(dǎo)率和比熱等性能一般均隨溫度而變化。
為了進(jìn)一步說(shuō)明以上圖1的兩種情況，下面兩個(gè)實(shí)例分別評(píng)定了5mm厚和2.5mm厚的聚丙烯料片需要在輥3上停留的相對(duì)輥接觸時(shí)間。
實(shí)例15毫米料片，直徑為500的輥，圍繞輥的色角為180℃，料片速度為5m/min。
T(t)＝擠塑片材的中點(diǎn)的溫度(預(yù)期與輥3接觸后為200℃左右)T(E)＝擠塑片材的溫度＝230℃T(R)＝輥的表面溫度＝90℃＝與該輥接觸的料片材料表面溫度ST＝料片厚度＝5mm＝0.005mx＝1×10-7t＝輥接觸時(shí)間＝9.5sec(輥的直徑為500mm，料片移動(dòng)速度為5m/min，包角為180°)S T4α t=0.00549.5×10-7= 1.28]]>e r f ［ST4α t］ = 0.93]]>T(t)＝(230-90)×0.93+90＝220.2℃實(shí)例22.5mm料片，一直徑為500mm的輥，圍繞輥的包角為100°，料片速度為10m/min。
T(t)＝擠塑片材的中點(diǎn)的溫度
(預(yù)期與輥3接觸后為220℃左右)T＝擠塑片材的溫度＝230℃T＝輥的表面溫度＝90℃S＝料片厚度＝2.5mm＝0.005mx＝1×10-7t＝輥接觸時(shí)間(sec)＝ (0.5×π×60)/(10×3.6) ＝2.62secST4α t=0.002542.6×10-7= 1.22]]>e r f ［ST4α t］ = 0.916]]>T(t)＝(230-90)x0.916+90＝218.2℃這進(jìn)一步證明了圖1中所用的例子，即當(dāng)片材的厚度減少一半時(shí)，為了獲得接近圖5B所示的料片內(nèi)部溫度分布情況，在輥上停留的時(shí)間要減少到1/3-1/4。
本發(fā)明的第二種具體方案如圖2所示。在該具體方案中，料片11連續(xù)地脫離傳送裝置并垂直地進(jìn)入一組固定的相對(duì)的模具17和18之間。該組模具并不在料片進(jìn)料的方向移動(dòng)。圖中所示模具17是其打開(kāi)時(shí)的情況，模中有一成型制品19，處于部分地拔出的位置。片材21的畫(huà)有陰影線的部分表示通過(guò)其前面與模具的接觸已凝結(jié)的片料。
過(guò)了短時(shí)間后，模具移動(dòng)到其完全打開(kāi)位置17′，傳送裝置末端16下降到16′的位置。此時(shí)片材上的點(diǎn)11處于11′的位置，模具17開(kāi)始其閉合和夾緊的動(dòng)作以將熔融的料片夾住并成型下一個(gè)零件。
輥的可調(diào)節(jié)的回火作用和傳送帶的支承作用與圖1相同，但傳送帶圍繞支點(diǎn)20轉(zhuǎn)動(dòng)，支點(diǎn)20約位于片材平面內(nèi)片材脫離導(dǎo)輥8后第一次接觸傳送帶的表面的位置。這樣，傳送裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)作用除了使料片彎曲與傳送裝置轉(zhuǎn)動(dòng)相同的角度外，并不會(huì)對(duì)料片產(chǎn)生大的干擾。
當(dāng)傳送帶與其所支承的料片一起連續(xù)移動(dòng)時(shí)，這種彎曲作用并不會(huì)簡(jiǎn)單地發(fā)生料片的局部彎曲，并不會(huì)顯著地改變料片的移動(dòng)長(zhǎng)度或以任何方式使料片變形而影響料片的厚度、溫度分布、傳送速率或可成型性。
移動(dòng)的傳送裝置能按照確定的時(shí)間將新的材料送到間歇操作的熱成型模具17和18之間，在本具體方案中該模具并不在料片移動(dòng)的方向移動(dòng)。
因此，可通過(guò)以與料片被傳送到傳送帶上的相同速率將傳送裝置16′的末端提到16的位置，以在成型操作周期之間積累連續(xù)進(jìn)料的料片。
圖3與圖2相似，但輥6′和8′的位置有變化，輥6′和8′的配置應(yīng)使熱的料片與輥的接觸時(shí)間減少?gòu)亩估鋮s時(shí)間減少。支點(diǎn)20雖然仍留在片材的平面內(nèi)，但已沿傳送裝置移到點(diǎn)20′。因此，熔融片材在移動(dòng)的傳送裝置上的支承長(zhǎng)度減少了，但仍保持傳送裝置在樞軸上轉(zhuǎn)動(dòng)的作用以便在11的位置上將片材送到11′中。
為了更好地了解本發(fā)明的方法是如何適應(yīng)間隙式熱成型工藝的，讓我們現(xiàn)在參照?qǐng)D4。
在圖4A中，陰模17處于完全縮回的位置，頂桿12在陰模的敞口處處于其伸展的位置，以保證將已成型的容器14完全推出模具開(kāi)口。擠塑到模具17的上部的片材也處于固體狀態(tài)。由前一個(gè)成型周期加進(jìn)來(lái)的冷片材推出到模具17的底部的下面，通過(guò)兩組相對(duì)的多對(duì)從動(dòng)夾輥26或其它牽引裝置，這些裝置的配置要能夾住片材的外邊但仍不阻礙成型制品14以后移動(dòng)的通道。
在圖4A所示的周期中此時(shí)輥26保持不動(dòng)，它們從模具17的下面支承擠塑到模具17上部的凝結(jié)的片材的全部重量。與此同時(shí)，傳送裝置正圍繞支點(diǎn)20轉(zhuǎn)動(dòng)，以使傳送輥16按與料片11從傳送裝置末端卸下的速率相同的速度向上移動(dòng)。因此，垂直地懸掛在片材的凝結(jié)部分與傳送輥16之間那部分熱的可成型的片材既沒(méi)有受到很大的拉伸也沒(méi)有受到壓縮。
此外，要注意，即冷卻輥與傳送裝置的配置排列應(yīng)使片材離開(kāi)傳送裝置時(shí)的狀態(tài)是其在傳送裝置上的較冷、較硬的下表面層沒(méi)有重新加熱到圖1和有關(guān)的描述中所說(shuō)明的程度，以使這較硬的表面層還會(huì)在位于輥16和固體片材(在與模具17上部水平對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)處開(kāi)始)的熱的片材的垂直懸掛部分內(nèi)重新加熱。
事實(shí)上，這種較硬的表面層在其離開(kāi)傳送裝置在輥16處的出口點(diǎn)之后還會(huì)成比例地重新加熱，直至其到達(dá)與冷片材接合處時(shí)為止。我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)意想不到的好處，即上述較硬表面層的硬度的漸進(jìn)性能較大程度地減少在最靠近傳送輥的出口點(diǎn)的料片區(qū)的料片垂直下垂的自然傾向。由于掛在該區(qū)域下面的料片的重量而造成的這種傾向基本上被表面層厚度的逐漸減小所平衡，使懸掛的料片仍具有較均勻的厚度。然后可通過(guò)稍微增加輥16提升的垂直速度，使其超過(guò)料片離開(kāi)傳送裝置末端時(shí)的速度，而調(diào)節(jié)任何累積的總下垂度。
在圖4B中，傳送裝置圍繞支點(diǎn)20以快于料片傳送的速度向下轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)旋轉(zhuǎn)著的夾輥26的表面速度與傳動(dòng)輥16被傳送裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)作用下降的速度相適應(yīng)，致使下降到模具17和18之間的那部分料片既沒(méi)有受到大大拉伸也沒(méi)有受到壓縮。該對(duì)夾輥16也可如圖所示作側(cè)向移動(dòng)，以與傳送置在樞軸上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)傳送輥16的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的任何側(cè)向分力相當(dāng)。
這樣制成品14也已移到下面，在制品周?chē)灰欢ǜ街破飞系牧掀墓腆w部分也是這樣。
還要指出，在該工序和以后的工序中，輥16的旋轉(zhuǎn)速度均保持恒定。
在圖4C中，傳送裝置又以樞為中心而向上旋轉(zhuǎn)，其速度與料片離開(kāi)傳送輥16的速度相同。模具處于閉合和夾緊的狀態(tài)，陽(yáng)模拉坯工具23已插入熱的料片中以幫助成型新的制品。
在典型的熱成熱型過(guò)程中，在總周期的大部分時(shí)間中，一般占70%以上的周期時(shí)間，都處于這種夾緊的狀態(tài)。
在圖4D中，所示的傳送裝置仍在以樞為中心而向上旋轉(zhuǎn)到其最高的位置，模具將要打開(kāi)。打開(kāi)模具后該周期便告完成，然后如圖4A所示再開(kāi)始另一周期。
為了進(jìn)一步了解本發(fā)明的方法如何能通過(guò)簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同溫度、材料、厚度和移動(dòng)速度以將料片供入間歇式熱成型機(jī)，圖3示出可調(diào)輥6在新的6′位置，導(dǎo)輥8在新的8′位置。支點(diǎn)20也已移到新的20′位置，并仍處于片材的平面內(nèi)，片材離開(kāi)導(dǎo)輥8′后，首先接觸傳送帶10。
這種構(gòu)形一般用于加工厚度為2-3mm的聚丙烯料片，而圖2中輥6的位置一般是用于加工厚度為4-5mm的聚丙烯料片。
最好輥6的角位置可調(diào)至任何位置，即從與輥3垂直的位置、其最高位置、經(jīng)過(guò)約135°下來(lái)到輥6的表面接近于接觸輥2的表面處。
同樣，片材離開(kāi)輥6并送到傳送帶上的那個(gè)點(diǎn)，也是確定支點(diǎn)20的位置的點(diǎn)，最好在傳送裝置的長(zhǎng)度的2/3左右這樣的距離范圍(用傳送輥9與傳送輥16的中心距離表示)內(nèi)是可調(diào)的。此外，最好(但不是必需的)輥6和8以及傳送裝置支點(diǎn)20所有這些可調(diào)的位置都可用一種能保持它們之間事先要求的幾何關(guān)系的機(jī)構(gòu)連結(jié)起來(lái)。能達(dá)到這一目的的許多適合的機(jī)構(gòu)和裝置對(duì)于熟悉本技術(shù)的專(zhuān)業(yè)人員來(lái)說(shuō)是是顯而易見(jiàn)的，我們不想通過(guò)限定任一種形式的這類(lèi)機(jī)構(gòu)而使本發(fā)明受限制。
從圖3可以清楚地看到，有可能調(diào)節(jié)支點(diǎn)20的位置而不必將傳送裝置的旋轉(zhuǎn)度限制在使傳送輥16出口端移動(dòng)的垂直距離相反地減少的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的范圍并不限于圖2和3中所描述的將支點(diǎn)20改變到20′的位置以適應(yīng)較薄的料片的方法。例如，要得到同樣的結(jié)果，也可將傳送輥9與導(dǎo)輥8′放在一起，但把傳送輥16移到更靠近傳送輥9的位置以縮短料片在傳送裝置上的接觸距離。
本發(fā)明的方法的另一種變化如圖6所示，在該變化中傳送裝置的長(zhǎng)度是可延長(zhǎng)的，以支承料片，使其進(jìn)入兩對(duì)可移動(dòng)的相對(duì)的模具17和18之間的間隙。圖6中料片用與上述圖1-4所述的相同方法通過(guò)可調(diào)輥(未畫(huà)出對(duì)料片進(jìn)行回火，并通過(guò)一可變導(dǎo)輥8將料片送上移動(dòng)著的傳送帶10。在該例中，表示厚度為1.5mm的料片以6m/min的恒速被送到傳送裝置上。傳送帶具有一溫度受控制的、恒定速度的傳動(dòng)輥9，可在水平方向移動(dòng)的輥16和可在垂直方向移動(dòng)的引出輥25。圖6A示出下模28處于完全打開(kāi)的最低位置，而上模27已下降到熱的料片上以與其嚙合。接著要通過(guò)抽真空使料片粘著在上模27的表面上。在將上模下降到料片上和抽真空時(shí)，上模和傳送模16都要在材料的流動(dòng)方向以6m/min的速度移動(dòng)，并要互相對(duì)準(zhǔn)。
在圖6B中，所示的上模和下模已夾在一起，且互相對(duì)準(zhǔn)地以6米/分的速度在材料流動(dòng)的方向移動(dòng)。在模具閉合前將傳送輥16從模具之間抽出，將抽真空后已夾緊部分的料片留在模具中，粘著在上模上。為了抽出傳送帶而又不損壞料片，很重要的一點(diǎn)是要利用本發(fā)明的料片狀態(tài)調(diào)節(jié)方法避免料片粘附在傳送帶上。
為了適應(yīng)輥9和16之間的距離已縮短的情況并保持傳送帶10中張力，使可移動(dòng)的輥25在輥16向后運(yùn)動(dòng)的同時(shí)下降。輥16在完成其較為迅速的向后運(yùn)動(dòng)后，立即以6m/min的速度開(kāi)始其向前運(yùn)動(dòng)，以保持直接在其上方的傳送帶的相對(duì)速度為零。然后輥16向前運(yùn)動(dòng)到夾緊的模具的后面，在產(chǎn)品進(jìn)行成型和冷卻時(shí)支承基本上所有熱的料片，僅已在模具之間夾緊的熱料片除外。
在圖6C中可看到一種使模具分離和使成型好的零件頂出的裝置。下模28從其夾緊的位置下降并轉(zhuǎn)換位置或向后運(yùn)動(dòng)到其在圖6A中所占的起始位置后面的位置。然后在上?；氐狡鋱D6A所示的起始位置之前用頂桿將制成零件從上模中推出。
本發(fā)明方法的另一種變化如圖7所示，其中料片又是按照前面所述方法先在一組可調(diào)回火輥的周?chē)M(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)并以恒定的速率通過(guò)導(dǎo)輥8被送到移動(dòng)著的傳送帶上。溫度受控制的從動(dòng)輥9的旋轉(zhuǎn)表面速度與輥8的相同，但輥16的速度是可變的，以便在制品19成型過(guò)程中當(dāng)模具17和18在材料進(jìn)料方向沒(méi)有運(yùn)動(dòng)。當(dāng)成型周期完成后，模具17和18縮回到其完全打開(kāi)的位置，然后以大于輥9的速度的較快的表面速度驅(qū)動(dòng)輥16，將新的熱材料11供入模具之間以開(kāi)始下一成型周期。在成型周期內(nèi)當(dāng)輥J6不動(dòng)時(shí)提升24，使傳送帶上部的長(zhǎng)度增加提升輥24是以變化速度被向上提升以保持傳送帶的上表面受到張力，以使不斷移動(dòng)著的傳送帶的上表面的長(zhǎng)度增加的速率與材料磅到傳送帶上表面上的速率一樣。
還提供了可變的從動(dòng)夾輥26，以支承凝結(jié)的材料和制成品的重量，其詳細(xì)情況與參照?qǐng)D4所描述的方法相同。
然后用可移動(dòng)的輥25使傳送帶上表面部分發(fā)生周期性伸長(zhǎng)和縮短。
圖8所示為又一種變化，其中傳送帶上表面的長(zhǎng)度增加了，以接受在模具17和18的周期性操作之間不斷供入的進(jìn)料。在這種情況下，輥17的速度是變化的，以便在模具17和18處于完全打開(kāi)的狀態(tài)時(shí)驅(qū)動(dòng)傳送帶并使傳送帶所支承的料片從輥16上通過(guò)。在這種情況下，調(diào)節(jié)所需的傳送帶上表面的總長(zhǎng)度的方法是在從動(dòng)輥27不動(dòng)時(shí)讓傳送帶與料片材料的重量一起下垂。
在所有的其它方面圖7和8所示的方法在操作上是相同的。
圖7和8中所述的方法與圖4所述的方法相比具有一定的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，這對(duì)本專(zhuān)業(yè)的熟練技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是除了在開(kāi)模之間加入下一部分熔融物的較短時(shí)間外，料片是完全得到支承的，這樣就可減少圖4的方法中垂直懸掛的未支承的料片由于下垂而受到延伸的傾向。一個(gè)缺點(diǎn)是圖7和8的方法(以及圖6的方法)都要求材料與傳送帶有較長(zhǎng)時(shí)間的接觸，如果要避免料片粘附在傳送帶上還需要使料片的下表面受到更多的激冷。還有一點(diǎn)也是很明顯的，那就是在圖7和8的方法中在傳送裝置末端的輥16上保持穩(wěn)態(tài)那部分料片材料由于有輥16存在而將經(jīng)受不同的熱環(huán)境。這會(huì)導(dǎo)致料片內(nèi)形成一些窄帶，其可成型性與料片的其余部分是不同的。這些窄帶不能用作任何制成品的一部分，僅能夾在制成品區(qū)域外的模具中。這會(huì)使可用的料片減少和使“壓料框邊角料增加，這是從事熱成型工作的人都知道的。壓料框邊角料的增加會(huì)減少了成型設(shè)備的產(chǎn)量。
權(quán)利要求
1.一種熱成型空心物體的方法，包括將熱塑性塑料料片直接擠塑到一組溫度得到控制的回火輥中；使料片通過(guò)所述的回火輥以冷卻料片的上下表面層，同時(shí)又保持上，下表面層之間的料片內(nèi)部處于熔融狀態(tài)；將已部分冷卻有料片送到一傳送裝置上；以及將料片送到熱成型機(jī)的入口處。該方法的特征在于料片在其與傳送裝置接觸的表面層被其內(nèi)部的熔融物重新加熱到可以進(jìn)行熱成型的溫度(但低于會(huì)使料片粘附在傳送裝置上的溫度)之前可一直留在傳送裝置上。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中料片是以連續(xù)的長(zhǎng)度從擠塑機(jī)加入熱成型機(jī)的。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其中料片表面層的重新加熱是通過(guò)調(diào)節(jié)表面層所接觸的傳送裝置的長(zhǎng)度而進(jìn)行控制的。
4.權(quán)利要求3所述的方法，其中傳送裝置的溫度是控制的以幫助控制表面層的重新加熱。
5.權(quán)利要求3或4所述的方法，其中料片與回火輥的接觸長(zhǎng)度是進(jìn)行調(diào)節(jié)的，以幫助控制料片的溫度。
6.權(quán)利要求1所述的方法，其中料片是從傳送裝置水平地送入具有垂直相對(duì)的模具的熱成型機(jī)的入口中的。
7.權(quán)利要求1所述的方法，其中料片是從傳送裝置垂直地送入具有水平相對(duì)的模具的熱成型機(jī)的入口中的。
8.權(quán)利要求7所述的方法，其中在傳送裝置與模具之間料片除了受其自身結(jié)構(gòu)支承外是沒(méi)有被支承的，但離開(kāi)模具后是受支承的。
9.用于將熱塑性塑料片材由擠塑機(jī)送到熱成型機(jī)的設(shè)備，包括一組溫度得到控制和回火輥以接受來(lái)自擠塑機(jī)的熔融熱塑性塑料料;接受來(lái)自回火輥的已經(jīng)回火的料片并將該料片傳送到熱成型機(jī)的入口處的傳送裝置，該設(shè)備的特征在于回火輥和傳送裝置的對(duì)位置以及料片所接觸的傳送裝置的長(zhǎng)度是可調(diào)節(jié)的，從而使與傳送裝置接觸的料片表面的溫度可以控制，以使料片在達(dá)到可熱成型溫度但低于會(huì)使料片粘附在傳送裝置上的溫度的情況下進(jìn)入熱成型機(jī)。
10.權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中傳送裝置包括一從動(dòng)傳送帶。
11.權(quán)利要求9或10所述的設(shè)備，其中傳送裝置是支在樞軸上的，以使其出口端可朝著熱成型機(jī)入口的方向或離開(kāi)熱成型機(jī)入口的方向運(yùn)動(dòng)。
12.權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中傳送裝置是繞著一個(gè)支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的，該支點(diǎn)基本上在當(dāng)料片與傳送裝置接觸時(shí)的料片平面內(nèi)。
13.權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述的支點(diǎn)的位置是可調(diào)的。
14.權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中料片所接觸的傳送裝置的長(zhǎng)度是可調(diào)的，以保持一部分連續(xù)地?cái)D塑的料片并將所保持的部分間歇地送入熱成型機(jī)中。
15.權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中傳送裝置與熱成型機(jī)入口的相對(duì)位置使料片能水平地送入熱成型機(jī)，而且熱成型機(jī)的模具是可移動(dòng)的以使傳送裝置可以進(jìn)出。
16.權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中傳送裝置與熱成型機(jī)入口的相對(duì)位置使料片能垂直地送入熱成型機(jī)。
17.權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中提供了支承裝置，以支承離開(kāi)熱成型機(jī)的產(chǎn)品，但沒(méi)有提供用以支承傳送裝置與熱成型機(jī)之間的料片的支承裝置。
全文摘要
一種熱塑性擠塑料片直接擠入一組回火輥，其上下表面均受到冷卻，但其內(nèi)部則仍保持熔融狀態(tài)。將該部分料片冷卻的送到一傳送裝置上，并由傳送裝置將該料片送往熱成型機(jī)。料片在其與傳送裝置接觸的表面層重新加熱到可以進(jìn)行熱成型的溫度(但低于會(huì)使料片粘附在傳送裝置上的溫度)之后才脫離傳送裝置。用于將擠塑出來(lái)的熱塑性塑料料片送往熱成型機(jī)的設(shè)備包括一組回火輥和傳送裝置，它們之間的相對(duì)位置是可以調(diào)節(jié)的，從而可控制料片與之接觸的傳送裝置的長(zhǎng)度。
文檔編號(hào)B29C47/08GK1041129SQ8810672
公開(kāi)日1990年4月11日 申請(qǐng)日期1988年9月16日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月16日
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