專利名稱：注射拉伸吹塑成型聚乙烯的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種注射拉伸吹塑成型聚乙烯為中空成型產品，例如薄壁容器的方法。
在注射拉伸吹塑成型方法中包括將熔融樹脂注射至一注射模具中成型一料坯，在一吹塑模中將該料坯拉伸吹塑成型的一中空成型產品例如容器，已經知道可以成型幾乎所有的熱塑性樹脂為中空薄壁產品。然而，目前僅限于聚對苯二甲酸乙二酯、聚丙烯、聚碳酸酯、氯乙烯等，將吹塑成型方法應用于聚乙烯以成型中空成型制品是非常需要的。
已知的由注射成型料坯拉伸吹塑成型中空成型制品的連續(xù)成型方法，包括這樣一種方法，它包含從注射模具剝離注射成型的料坯，此時該料坯仍是熱的，在其完全冷卻和固化之前，調整熱料坯的溫度并在一吹塑模具中拉伸吹塑此已調節(jié)的料坯為一中空成型制品;另一種省略了調整料坯溫度的立即拉伸吹塑成型的方法如日本專利公開公報4-214322所揭示。
在兩種注射拉伸吹塑成型方法中，都要使用一注射模來成型一料坯，該模具包括成型料坯外壁的陰模和成型料坯內壁的陽模，以及成型料坯口部的唇模。從陰模底部注射熔融樹脂，用熔融樹脂填充陰模和陽模之間的型腔空間，該陽模通過穿入陰模的開口以及閉合的唇模而嵌入陰模。
為了從注射模中剝離注射成型的料坯，可將陽模和唇模向上移動，或將陽模向上運動陰模向下移動，該料坯被剝離后將其傳送至吹塑模內同時使料坯的口頸部分夾持在唇模上。
為什么要將料坯從陽模脫下剝離的原因是當料坯因冷卻收縮而緊緊地包在陽模上時，用拉伸棒沿軸向拉伸料坯非常困難，因此要用唇模將料坯從陰模和陽模上脫下，該唇模還作為傳送元件，送至吹塑模內。
通常，當從注射模剝離注射成型的產品時，從陽模上取下注射成型的產品要比從陰模取下更為困難。這是因為冷卻陽模上的注射成型產品會因收縮而使成型產品的外壁表面與陰模表面分開，同時由于成型產品相對地收縮到陽模面上則內壁緊緊與陽模接觸。
可進行拉伸吹塑成型的柔軟態(tài)熱料坯的強度僅足以維持由料坯的內外表面形成的面皮層構成的料坯形狀，該強度不同于普通注射成型產品的強度(普通注射成型產品通過完全冷卻和固化在整體上具有剛性)因此當借助唇模夾持的已冷卻并固化的料坯開口部分取下陽模時，除非具有足夠的所需用來分離料坯內壁的表皮層與陽模表面的緊密接觸的強度，否則在與陽模緊密接觸的情況下，料坯從陰模上剝離下來，并受到處于固定狀態(tài)的唇模擠壓，就會好像波紋管收縮而變形，從而失去了料坯的形狀。
因此，在一種注射拉伸吹塑成型方法中，就要計劃在把料坯冷卻至一溫度時剝離該料坯，以使料坯表面的表皮層足夠硬能夠經受陽模的抽出力同時還要使拉伸吹塑成型成為可能。盡管冷卻溫度要隨著所需料坯的厚度和形狀變化，然而在寬口容器料坯的情況下，該料坯的吹脹比不要太大，陰模和陽模的拔模斜度可設定得大一些料坯內部因收縮而出現的接觸力可由拔模斜度而減輕，因此可在高溫剝離，同時因冷卻而造成的收縮減少，由于它們的疊加作用，此剝離要比窄口容器料坯情況下容易一些。
然而，在窄口容器(例如瓶子)料坯情況下，其裝置小，尺寸長，所需吹脹比大，陽模和陰模的拔模的斜度受到限制，長度越長其限制越嚴格。因此從注射模剝離料坯就需要將料坯冷卻至既能剝離又能隨后拉伸吹塑成型的適合溫度。此適合的溫度，在正常溫度下，對于聚對苯二甲酸乙二酯的情況是60至70℃，對于聚丙烯的情況是90至100℃，在這些溫度范圍內，可以進行剝離和拉伸吹塑成型。
然而，對于聚乙烯的情況，其與聚對苯二甲酸乙二酯和聚丙烯相比具有極佳的熱傳導性和高的成型收縮性，當冷卻至抽出溫度時，所形成的表皮層比需要的厚，內部高溫區(qū)域變窄，因此若把該料坯立即送入吹塑模進行拉伸吹塑成型加工，借助氣體壓力不能充分膨脹。此外，在估計可進行拉伸吹塑成型的溫度，料坯還仍與陽模保持緊密接觸，因此在這種狀態(tài)下抽出陽模時，料坯就被極端變形。
因此，對于聚乙烯料坯要比聚對苯二甲酸乙二酯或類似物的情況下更難設定能剝離和隨后拉伸吹塑成型的合適溫度，使用至今已用的剝離手段來進行拉伸吹塑成型即使對于寬口容器的情況也是極其困難的。
也可考慮對料坯剝離后再加熱并使之達到適于成型的溫度來進行拉伸吹塑成型，但這需要經驗，時間及能量，并且很可能出現溫度不均勻，因此如果采用溫度調節(jié)，聚乙烯的注射拉伸吹塑成型就要陷入許多技術困難之中。
關于聚乙烯，且不說剝離，就是拉伸吹塑成型料坯的溫度也處于困難之中。在吹塑成型方法中，用于吹塑成型聚乙烯的樹脂溫度是175至200℃。在注射拉伸吹塑成型方法中，此樹脂溫度就是料坯的成型溫度，而冷卻料坯(以便自支承)的溫度卻大大低于此樹脂溫度。
當拉伸吹塑成型高溫剝離的料坯使之成為容器例如瓶子時，在由料坯的內熱而升高的料坯表面溫度達到峰值溫度之前，聚乙烯的表面溫度達到峰值溫度的時間要早于聚對苯二甲酸乙二酯的情況，因此拉伸吹塑成型聚乙烯與聚對苯二甲酸乙二酯相比要更困難一些，在接近峰值溫度很難獲得壁厚分布優(yōu)良的成型產品。
作為拉伸吹塑成型的困難，可這樣預測，由于聚乙烯的熱傳導性高于聚對苯二甲酸乙二酯和聚丙烯的熱傳導性，因此在剝離后料坯內熱傳送至料坯表面就相對快一些，有助于拉伸吹塑成型的內部高溫部分所占的體積變小的更早，因此拉伸吹塑成型所需要內熱量就趨于不足。因此，即使在比窄口容器更易于剝離的寬口容器情況下，就拉伸吹塑成型溫度而論，也不能得到良好的成型產品除非在限定的時間內(限定的溫度內)完成拉伸吹塑成型。
取決于料坯的壁厚，形狀或成型條件，峰值溫度的影響稍有不同，不據此進行拉伸吹塑成型就不能得到較好的產品，因此在聚乙烯的情況下，就需要比聚對苯二甲酸乙二酯情況下更嚴格的成型操作。
為了介決聚乙烯的注射拉伸吹塑成型方法中的這些問題，于是產生了本發(fā)明，本發(fā)明的一個目的是提供一種新方法，它能在既適于剝離料坯又適于隨后拉伸吹塑成型的料坯表面溫度剝離料坯，通過使用壓縮氣體預先分離陽模和料坯表面，隨后在適合于聚乙烯的特定溫度范圍進行拉伸吹塑成型。
為實現該目的，本發(fā)明提供一種聚乙烯的注射拉伸吹塑成型方法，它包括以下步驟用熔融聚乙烯填充到由陰模、陽模和唇模組成的注射模內從而注射成型一預定的料坯;
從注射模的陰模和陽模剝離料坯同時使料坯的開口部分夾持在唇模上，將料坯傳送至吹模內，并且拉伸吹塑成型此料坯為一中空薄壁產品，其特征在于該方法進一步包括以下步驟在從注射模具剝離料坯以前將氣體強迫壓入陽模和料坯之間的范圍，以便把料坯的內壁與陽模隔開;
在料坯內面還未完全冷卻且仍為高溫時從注射模剝離料坯，剝離后的料坯表面溫度正好是80至90℃，且料坯的表面溫度在由料坯的內熱升高達到120℃以前，在此時間間隔內拉伸吹塑成型該料坯。
在成型料坯時熔融聚乙烯的溫度要求為200℃或更高(注射螺筒前部的溫度)。將此熔融聚乙烯注射填充到由設定為90至105℃溫度的陰模和設定為大約80℃溫度的陽模組成的注射模型腔內，成型為一帶底的如所規(guī)定的料坯。
當注射填充熔融的聚乙烯完成之時，注射壓力變?yōu)榈诙毫ΑＫ陀谔畛滢D換至注射保壓步驟所需的初級壓力，該步驟之后為冷卻步驟。作為用作分離的氣體，從經濟和操作的觀點空氣是最優(yōu)選的，但是惰性氣體例如氮氣也可以被使用。同時，如果正好在完成注射填充之后開始供壓(即進入氣體)，則它對料坯的形狀無影響，但最好是在完成注射保壓之后立即開始供壓，如果正好在完成注射填充之前開始供壓，由于供氣壓力使內壓升高就會出現填充阻力，不能施加特定量的熔融樹脂，因此不能得到預定形狀的料坯。
為了進入氣體，可從陽模的根部或前端將氣體吹入陽模和料坯的間隔，進氣位置可依料坯的長度或厚度來選擇，對于長料坯，希望從前端進氣。此外，因為進氣的目的是在陽模和料坯的內壁之間分隔開，因此進入的氣體要在該間隔保持一特定的時間，使料坯內面脫離開陽模表面，并將料坯冷卻至一適宜剝離的溫度。進氣(吹氣)時間要求至少一秒鐘，進氣(吹氣)壓力在6至15kg/cm2范圍，優(yōu)選大約9kg/cm2。
料坯在上述溫度范圍被剝離，拉伸吹塑成型可在料坯表面溫度高于其在剝離時的溫度20至30度的溫度范圍進行。如果表面溫度是100℃或更低，則此溫度太低了，不能實現氣體壓力的完全拉伸，成型極其困難。溫度高于30℃或更多，則太接近峰值溫度，溫度升高緩慢，對于料坯該溫度狀態(tài)大概會產生結晶。因此，如果料坯剝離后的表面溫度超過120℃，就很難使拉伸吹塑成型的成型制品具有良好的壁厚分布。
因此，拉伸吹塑成型的最優(yōu)選溫度是高于料坯剝離時表面溫度大約25℃左右，從時間的觀點看，是在剝離后4至7秒的范圍。由內熱升高的料坯峰值溫度根據料坯的壁厚會稍高或稍低，但到達峰值溫度的時間不會明顯變化。
因此，通過壁厚分布的變化來調節(jié)內熱，由此根據料坯的吹脹比而產生伸長，當得到良好壁厚分布的容器等物時，除了極端的壁厚差別情況以外，拉伸吹塑成型總是能夠在剝離后的特定時間間隔之內在大體上良好的溫度范圍內進行。
在拉伸吹塑成型時的氣體吹塑壓力希望在初級和第二步驟是可變化的，第二步驟的壓力應設定為初級壓力的兩倍或更高的壓力。拉伸可設為在垂直方向以大約兩倍，橫向以大約三倍進行。
在此方法中，當剝離聚乙烯料坯時，強迫將氣體壓入陽模和料坯內壁之間的間隔，并隨著料坯內面被分離而進行冷卻，因此料坯內面的冷卻受陽模和料坯內壁之間間隔內存在的氣體的抑制，所形成的料坯內表皮層要比料坯內表皮層緊密接觸的情況薄，料坯內面的收縮也要比那部分小，接觸也被減輕。
相反，在料坯的外面，由進入的氣體將該表面壓到型腔側壁上因而易于冷卻，因冷卻收縮而分離受到阻止，表皮層的快速形成維持了料坯的形狀，其后就能以適宜拉伸吹塑成型的表面溫度剝離料坯。此外因為是快速冷卻，于是，結晶極小。
此外，在由于料坯內熱而升高表面溫度的過程中，結晶因內熱而受到抑制，其增長是緩慢的，拉伸不被結晶中斷，拉伸吹塑成型即使在聚乙烯的情況下也可順利進行，并可得到良好壁厚分布的成型制品例如容器。
例1樹脂材料聚乙烯(HIZEX 5300B，由Mitsui Petrochemicals Co.制造)成型的制品牛奶瓶(500cc)尺寸總高165mm，口部內徑32mm，
瓶頸以下長度147.5mm，瓶體部分外徑73mm，瓶體部分壁厚0.5mm，重量32克料坯尺寸 總高137.5mm，開口部分內徑32mm，瓶頸以下長度120mm，瓶體部分壁厚3mm，上部瓶體部分外徑34.68mm，下部瓶體部分外徑31.62mm，拔模斜度0.766度。
料坯成型條件注射螺筒溫度噴嘴175℃前部215℃中部215℃后部185℃注射模溫度(設定值)陰模上部10℃腔部95℃下部10℃陽模80℃注射壓力(保壓)42kg/cm2
保壓時間6.5秒冷卻時間1.8秒進入的(吹入)氣體空氣進入的(吹入)壓力9kg/cm2進氣時刻正好在完成保壓之后進氣(吹氣)時間1.8秒剝離溫度80至90℃(料坯表面溫度)拉伸吹塑成型條件模具溫度(設定溫度)60℃拉伸吹塑溫度105至115℃(料坯表面溫度)吹塑壓力(拉伸)初級壓力 4至5kg/cm2二級壓力 12kg/cm2從剝離至拉伸吹塑成型的時間間隔6秒拉伸系數垂直(軸向)1.2倍橫向(徑向)2.2倍結果得到一奶白色壁厚分布均勻的聚乙烯牛奶瓶且在拉伸區(qū)域無壁厚偏差。當容積充滿并從2米高度下落時，未發(fā)現破裂。
例2樹脂材料聚乙烯(HIZEX 5100B，由Mitsui Petrochemicals Co.制造)成型的產品窄口圓直瓶(120cc)
尺寸總高度126.7mm，瓶頸以下長度114.7mm，瓶口部分內徑17.14mm，瓶體部分外徑45.5mm，瓶體部分壁厚0.5mm，重量15.4克料坯尺寸總高度107.0mm，瓶口部分內徑17.14mm瓶頸以下長度95mm瓶體部分壁厚3.2mm瓶體上部外徑22.03mm，瓶體下端外徑18.71mm，拔模斜度1.0度料坯成型條件注射螺筒溫度噴嘴175℃前部210℃中部210℃尾部195℃注射模溫度(設定值)陰模上部10℃腔部102℃下部10℃
陽模80℃注射壓力(保壓)40kg/cm2保壓時間5.45秒冷卻時間4.25秒進入的(吹入)氣體空氣進氣(吹氣)壓力9kg/cm2進氣時刻正好在完成保壓之后，進氣(吹氣)時間4.25秒剝離溫度80至90℃(料坯表面溫度)拉伸吹塑成型條件模具溫度(設定溫度)60℃拉伸吹塑溫度105至115℃(料坯表面溫度)吹氣壓力(拉伸)初級壓力5kg/cm2，二級壓力12kg/cm2從剝離直至拉伸吹塑成型的時間間隔6秒拉伸系數垂直(軸向)1.16倍橫向(徑向)2.2倍結果得到一奶白色壁厚均勻分布的圓直聚乙烯瓶且在拉伸區(qū)域無壁厚偏差。當容積充滿并從2米高度落下時，未發(fā)現破裂。
這些實施例用注射拉伸吹塑成型機來實施，該機型號為BS-0207，由A.K.TECHNICAL LABORATORY，INC制造。另外，注射拉伸吹塑成型方法與日本公開特許公報No.4-214322所揭示的方法一致。
根據本發(fā)明，至今被認為極其困難的薄壁體聚乙烯成型產品例如容器可用拉伸吹塑成型方法容易地成型，而且一次可以生產多個成型制品。此外，由于能以薄壁進行吹塑，因此要比吹塑成型方法更經濟，跌落強度是足夠的，因此它的工業(yè)應用價值是無限的。
權利要求
1.一種注射拉伸吹塑成型聚乙烯的方法，該方法包括以下步驟用熔融的聚乙烯充入由陰模、陽模和唇模組成的注射模具內注射成型一預定的料坯，從注射模的陰模和陽模剝離料坯，同時由唇模夾持料坯的開口部分，傳送料坯至吹塑模內，并且拉伸吹塑成型此料坯為一中空薄壁產品，其特征是該方法進一步包括以下步驟在從注射模剝離料坯之前強迫將一種氣體送入陽模和料坯之間的間隔內，以便從陽模分離料坯的內壁，從注射模剝離料坯此時料坯內部還未完全冷卻仍處在高溫，料坯在剛剝離后的表面溫度是80至90℃，且通過料坯的內熱升溫料坯的表面溫度，在該溫度到達120℃以前的時間間隔內拉伸吹塑成型該料坯。
2.根據權利要求1的注射拉伸吹塑成型聚乙烯方法，進一步的特征在于進入氣體是在正好完成熔融的聚乙烯的注射填充之后開始的。
全文摘要
能在適于聚乙烯的溫度范圍內拉伸吹塑成型的方法，它首先注射成型一預定的料坯，在從注射模剝離料坯之前，將氣體強迫壓入陽模和料坯的間隔內，以便從陽模上分隔開料坯的內壁。在料坯內部仍處于高溫的同時，于料坯在剛好剝離后在80至90℃的表面溫度的溫度范圍進行剝離。通過料坯的內熱升高料坯的表面溫度，在其達到120℃之前的時間間隔內進行拉伸吹塑成型。
文檔編號B29C45/73GK1112482SQ9411869
公開日1995年11月29日 申請日期1994年10月22日 優(yōu)先權日1993年10月22日
發(fā)明者中島恒, 甲田英明 申請人:株式會社青木固研究所