專利名稱：用于通過拉伸吹塑來成型容器的方法以及由此成型的容器的制作方法
用于通過拉伸吹塑來成型容器的方法 以及由此成型的容器
消費品例如飲料、食品、洗滌和家用清潔產(chǎn)品、洗發(fā)劑和其它個人 護(hù)理產(chǎn)品典型地包裝在各種形式的容器例如瓶子中。瓶子要求具有某種 程度的機械屬性以防止在運輸和使用期間損壞，并且瓶子也向消費者提 供一定程度的美感作用。在這種情況下，透明而光潔的容器常常受到消 費者的青睞。
瓶子也可要求具有非對稱橫截面。非對稱部件例如一體式柄部可要 求通過移動模段而進(jìn)行二次拉伸。
1989年12月20日公布的EP-A-0 346 518公開了一種用于生產(chǎn)帶有 一體式柄部的非對稱瓶子的注射拉伸吹塑工藝。然而，該工藝要求預(yù)成
型件材料一經(jīng)與吹塑的內(nèi)壁接觸就冷卻至低于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫 度。
然而，該工藝導(dǎo)致材料一經(jīng)與模壁接觸就完全冷固，從而限制了此 點之后的進(jìn)一步拉伸或變形。在高度非對稱容器(包括帶有通過移動模 插件而生產(chǎn)的柄部的那些)的生產(chǎn)期間，有必要使預(yù)成型件在與模壁初 始接觸之后能夠繼續(xù)拉伸，以便完全填充最大拉伸的腔體區(qū)域。這種二 次拉伸在上述專利中是沒有的。
發(fā)明概述
在本發(fā)明的方法中，容器通過拉伸和吹塑模具腔體內(nèi)的預(yù)成型件而 成型，該方法包括以下步驟
(i) 將預(yù)成型件引入模具腔體中并且用拉伸桿拉伸預(yù)成型件；
(ii) 增加預(yù)成型件內(nèi)的壓力，以便在吹塑步驟中使預(yù)成型件在模 具腔體內(nèi)膨脹；
(iii) 在模具腔體內(nèi)具有至少一個向內(nèi)移動的模段，以使膨脹著的 預(yù)成型件被向內(nèi)移動的模段變形；
其中預(yù)成型件材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)比模具腔體壁的溫度低 至少l(TC。
步驟(i)和(ii)可以按任何次序進(jìn)行或同時進(jìn)行。
本發(fā)明還提供了包括由熱塑性聚烯烴構(gòu)成的壁的拉伸吹塑容器。該
熱塑性聚烯烴具有小于3(TC，優(yōu)選小于15。C,并且更優(yōu)選小于5。C的玻 璃化轉(zhuǎn)變溫度，特征在于所述容器具有至少1.5的非對稱度。
優(yōu)選地，本發(fā)明的方法使用由熱塑性聚烯烴，例如聚乙烯(PE)和 聚丙烯(PP)構(gòu)成的預(yù)成型件。特別優(yōu)選的預(yù)成型件材料為具有介于0 。C和-25。C之間的Tg的無規(guī)共聚物聚丙烯。這允許使用從高度冷卻(2 。C至3°C)至加熱(85°C)的標(biāo)準(zhǔn)模條件的全范圍，而仍然允許材料冷 卻并固化，但在與模壁接觸之后保持在其Tg以上以便進(jìn)一步拉伸。
在一個最優(yōu)選的實施方案中，預(yù)成型件材料也不顯示拉伸硬化行 為，從而還允許向吹塑的不同區(qū)域的非對稱分布。
發(fā)明詳述
本文所謂"拉伸吹塑"是指一種方法，其中預(yù)成型坯通過擠壓、注 射或壓縮模塑法制造，并且在被插進(jìn)吹塑并被成型為最終容器之前被冷 卻至吹塑溫度、冷卻至室溫并再加熱、或者兩者的組合。本文所謂"拉 伸吹塑容器"是指通過上述方法制成的容器。
生產(chǎn)預(yù)成型件的最常見方法為注模法。因此，此方法稱為"注射拉 伸吹塑法"或"ISBM"。按常規(guī)，高透明性的光潔容器由聚對苯二曱酸 乙二醇酯(PET)通過注射拉伸吹塑法制成。然而，將ISBM用于聚丙 烯所制成的容器與由相同材料構(gòu)成的擠壓吹塑容器相比具有大大改善 的硬度、跌落強度、壓縮強度、光澤度和透明性。
本文所謂"玻璃化轉(zhuǎn)變溫度"或"Tg"是指一種溫度點。在該溫度 點上，聚合物的非晶形區(qū)從脆性的、玻璃樣狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z狀的、柔韌 的形式。
本文所謂"橫截面的非對稱性"是根據(jù)瓶子的橫截面來定義的，其 中當(dāng)瓶子定向為其站立位置時，大致平行于所限定的瓶子基座的橫截面 在位于瓶子基座之上的至少某個高度處為非對稱的。典型地，瓶子具有 大致垂直于瓶子基座的主軸線，并且橫截面為處于垂直于主軸線的平面 中的瓶子的輪廓。橫截面的非對稱度定義為在此橫截面內(nèi)預(yù)成型件材料 由于拉伸至其成品上的最終位置而移動的最大距離和最小距離之間的 比率。優(yōu)選地，非對稱度為至少1.5。
由熱塑性聚烯烴(包括聚乙烯和聚丙烯)制成的容器按常規(guī)由擠壓 吹塑法制造。在這種方法中，熔融聚乙烯型坯和聚丙烯型坯被吹塑成外 模的形狀。這些熱塑性材料的流動特性是這樣的該材料可圍繞模具腔 體內(nèi)的固定插件流動并且形成一體式柄部。然而，通過擠壓吹塑聚乙烯 而制成的容器顯示具有低透明性，而聚丙烯容器顯示低透明性或中等透 明性和通常低的沖擊強度。
對于PET來講抑制材料的均勻分布的高度顯著的因素為玻璃化轉(zhuǎn) 變溫度(Tg) 。 PET的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為約7(TC至75i:,而PVC的玻 璃化轉(zhuǎn)變溫度稍高于8(TC，此溫度低于其典型的吹塑溫度(大約IO(TC 至ll(TC )但高于吹塑將被典型地保持的溫度(通常為5。C至25°C )。 這些溫度意味著材料一經(jīng)與模壁接觸就將幾乎立即降至其Tg以下，從而 完全地冷固而不能進(jìn)一步流動。在接觸之后確實會發(fā)生 一些有限的拉伸 (這常?？赏ㄟ^表面上的非常小的平行劃痕而看出)，但這大約只有幾 mm，不會更大。當(dāng)吹塑高度非對稱容器時這種冷固是不利的，因為在 高拉伸(主軸線)之前與低拉伸區(qū)域(次軸線)接觸是不可避免的，并 且理想的情況是材料在此初始接觸之后將被顯著地進(jìn)一步重新分布。在 生產(chǎn)一體式柄部的情形中，材料通過移動模段而分布，并且接觸后的材 料的拉伸和流動至關(guān)重要，因而使得PET成為非理想材料。
例如PET或PVC之類的材料通常不適合于用在本發(fā)明的方法中， 因為它們的TgS高，這將要求使用極熱的模具。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是 模具腔體壁的溫度小于60°C。
如果對稱預(yù)成型件被生產(chǎn)出并且隨后被均勻地通體加熱，則非對稱 最終瓶子設(shè)計將導(dǎo)致高度不均勻的壁厚度，因為預(yù)成型件要求在一些方 向上比在其它方向上拉伸更多。這些薄壁部分將造成最終瓶子的大大減 小的壓縮和沖擊強度。
一個已被廣泛實踐的用于PET 子的解決辦法是引入預(yù)成型件的 選擇性再加熱。此方法要求材料顯示具有應(yīng)變硬化行為。顯示應(yīng)變硬化 的材料在特定溫度時的某個應(yīng)變之后顯示具有急劇增加的抗拉模量。此 增加是由于定向晶化的緣故，并且在PET中尤其明顯。結(jié)果是，當(dāng)預(yù)成 型件沒有在設(shè)定的內(nèi)部壓力下被吹塑(沒有模約束它)時，預(yù)成型件將 在硬化前膨脹某個特定的量而停止在其被稱為天然拉伸比率的拉伸程
2到其壁變得太薄而破i，因為它不具有天然拉伸比率。'大部分聚合材
料在僅由于分子取向的緣故而產(chǎn)生應(yīng)變之后將顯示模量的增加，并且對 于某些預(yù)成型件的幾何形狀和壓力，可在某個時候確定天然拉伸值。然 而，這不旨在與真實的應(yīng)變硬化相混淆，并且所得的無吹塑結(jié)果變得更 加不穩(wěn)、定。
在優(yōu)選的加熱期間，在吹塑過程中將經(jīng)歷較小拉伸的預(yù)成型件的區(qū) 域比將經(jīng)歷更大拉伸的那些區(qū)域加熱更多。所得的這些區(qū)域中的溫度增 加會減小拉伸材料所要求的力，并且也增加其天然拉伸比率。因此材料 在吹塑壓力下拉伸得更快且更多，從而拉薄這些部分中的壁并向較高拉 伸區(qū)域重新分布材料。所得子具有貫穿其周邊的更均勻的壁厚度。
選擇性再加熱依賴于PET的拉伸硬化行為、以及其天然拉伸比率隨 溫度的變化。此特性在方法穩(wěn)定性中是個很大的優(yōu)點，但用于ISBM的 許多其它材料(例如聚丙烯)卻不顯示具有這樣的特性。結(jié)果是，在ISBM 中使用PP只限于大致圓柱形的容器，并且雖然作過早期嘗試以將選擇 性加熱用于均聚物PP,但此做法并沒有被商業(yè)化，因為拉伸硬化的缺乏 使此方法效率低下且不穩(wěn)定。由于缺乏用于材料PP的非對稱分布的可 行方法，因此設(shè)計趨于具有小于1.5的非對稱性/縱橫比，因為更高比率 的子導(dǎo)致非理想的壁厚度分布。
然而，當(dāng)要求具有非常高非對稱性的子(例如帶有一體式柄部的 那些)時，由于非常特定的區(qū)域比其它靠近的區(qū)域要顯著地拉伸更多， 這時PET所顯示具有的天然拉伸比率的優(yōu)點變成了缺點。可通過選擇性 加熱實現(xiàn)的拉伸比率的變化不足以實現(xiàn)所要求的拉伸的非對稱性，因而 材料將或者"鎖住，，而不能填充腔體、顯示具有拉伸混濁、或者破裂。
使用低壓力預(yù)吹塑隨后以較高壓力"完成"吹塑的兩階段吹塑方法 對于此二次重新分布也是至關(guān)重要的，在涉及移動模段的方法情形中更 是如此。初始預(yù)吹塑壓力將允許預(yù)成型件顯著地膨脹，通常膨脹至吹成 體積的80%至90%,但不能填滿高拉伸區(qū)(拐角等)。結(jié)果是，在這些 區(qū)中將發(fā)生最小固化，并且在模的移動期間在最終用高壓力吹塑填充腔 體之前可容易地實現(xiàn)進(jìn)一步的拉伸。相反，在單一階段方法中，材料將 分布到模的所有部分并冷固，從而極大地減少了二次拉伸。同樣地，在 單 一 階段吹塑期間，模段配合預(yù)成型件的膨脹中的某個點而作的計時移 動極端不可靠。
特別優(yōu)選的本發(fā)明的方法包括兩個步驟第一吹塑步驟和優(yōu)選地緊
接其后的第二吹塑步驟。在第一吹塑步驟中，模具腔體內(nèi)的向內(nèi)移動的 夾具部分地夾持并熔合膨脹著的預(yù)成型件。具的向內(nèi)運動在第一吹塑步
驟之內(nèi)完成。在第一吹塑步驟期間施加在預(yù)成型件內(nèi)的壓力為O.lMPa (1巴)至lMPa ( 10巴)，優(yōu)選地為0.3MPa ( 3巴)至0.8MPa ( 8巴)。 此后，在第二吹塑步驟中增加施加在預(yù)成型件內(nèi)的壓力。在第二吹塑步 驟中，壓力大于lMPa ( 10巴)，優(yōu)選地最大壓力為1.2MPa ( 12巴) 至2MPa ( 20巴)。
然后將容器從模具中彈出。如果需要，可使用下列方法進(jìn)行附加焊 接步驟直接加熱、間接紅外線、超聲焊接、激光焊接(例如C02、 Nd: YAG或高功率二極管激光)、超聲、紡絲、射頻或任何其它標(biāo)準(zhǔn)方法， 包括為了高效率而要求使用添加劑或填充劑的那些。隨后通過多種下列 可能的技術(shù)移除焊接部分包括機械沖壓、激光切割或熱沖壓，這些技 術(shù)可相對于焊接過程或者按順序進(jìn)行、平行進(jìn)行、或者作為焊接過程的 一部分。
在本發(fā)明的第 一 實施方案中，預(yù)成型件材料在材料接觸模壁之后被 重新分布。
在本發(fā)明的可供選擇的實施方案中，材料的重新分布由反向選擇性 加熱和/或由非對稱預(yù)成型件輔助。
1) 反向選擇性加熱標(biāo)準(zhǔn)選擇性加熱涉及對應(yīng)于較低拉伸的區(qū)域 中的預(yù)成型件溫度的增加。對于在與模壁接觸之后將被重新分布的低Tg 材料，此過程應(yīng)當(dāng)被反向，即降低較低拉伸區(qū)的溫度。不受理論的約束， 此過程可能由表面效應(yīng)造成。在吹塑溫度時，低Tg烯烴例如PP非常接 近于它們的熔融溫度，并且預(yù)成型件的表面柔軟、稍微發(fā)粘，因此容易 被變形。在低壓力預(yù)吹塑期間，溫度的稍微降低將減小此效應(yīng)，從而使 表面與模壁的接觸變得較不緊密。這使得材料更容易地滑過表面，并且 進(jìn)一步使材料能夠從這些區(qū)域向較高拉伸區(qū)域分布。此滑動效應(yīng)可因使 用增滑劑(例如Teflon )涂敷模的對應(yīng)表面而得到進(jìn)一步的增強。要 求產(chǎn)生此效應(yīng)的預(yù)成型件區(qū)域之間的溫度差小于10°C，優(yōu)選介于0.5。C 至2。C之間。
2) 非對稱預(yù)成型件雖然選擇性加熱的使用更為廣泛，但將橢圓 形預(yù)成型件用于ISBM模塑的做法沿用已久。對于帶有溫度調(diào)節(jié)(而非 選擇性加熱能力)的單步驟方法，非對稱預(yù)成型件用于對應(yīng)于較高拉伸
區(qū)域的較薄部分，因為這些部分將比較厚部分冷卻更迅速，從而給予與 選擇性加熱同等的效應(yīng)(雖然對應(yīng)的重量較高)。然而對于標(biāo)準(zhǔn)選擇性 加熱技術(shù)所不能適用的非拉伸硬化材料，預(yù)成型件用橢圓芯部分產(chǎn)生對 應(yīng)于較高拉伸區(qū)域的較厚部分是極其有利的。
權(quán)利要求
1.一種用于通過拉伸和吹塑模具腔體內(nèi)的預(yù)成型件來成型容器的方法，所述方法包括以下步驟(i)將預(yù)成型件引入模具腔體，并且用拉伸桿拉伸所述預(yù)成型件；(ii)增加預(yù)成型件內(nèi)的壓力，以便在吹塑步驟中使所述預(yù)成型件在模具腔體內(nèi)膨脹；(iii)在所述模具腔體內(nèi)至少一個向內(nèi)移動的模段，以使所述膨脹著的預(yù)成型件被向內(nèi)移動的模段變形；特征在于所述預(yù)成型件材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)比所述模具腔體壁的溫度低至少10℃。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)成型件材料為具有小于 30°C,優(yōu)選小于15。C，并且更優(yōu)選小于5。C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的 熱塑性聚烯烴。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述預(yù)成型件材料為選自聚乙 烯、聚丙烯或它們的共聚物的熱塑性聚烯烴。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述預(yù)成型件材料為具有介于O 。C和-25。C之間的Tg的包含聚丙烯的無規(guī)共聚物。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述模具腔體壁的溫度小于60。C。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)成型件的一個部分處的溫 度不同于所述預(yù)成型件的至少另一個部分處的溫度，所述溫度差為0.5 。C至10°C。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中將經(jīng)歷較大拉伸的預(yù)成型件的部 分處的溫度高于將經(jīng)歷較低拉伸的預(yù)成型件的部分處的溫度。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中用增滑劑涂敷預(yù)成型件將在其中 經(jīng)歷較低拉伸的模的表面。
9. 如權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其中所述預(yù)成型件為非 對稱的。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述預(yù)成型件的內(nèi)部、中空的 橫截面為非圓形，優(yōu)選為橢圓形。
11. 如權(quán)利要求1至10中任一項所述的方法，其中所述容器具有至 少1.5，優(yōu)選至少2的非對稱度。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述容器包括用于抓持的柄部。
13. —種包括由熱塑性聚烯烴構(gòu)成的壁的拉伸吹塑容器，所述熱塑 性聚烯烴具有小于30°C，優(yōu)選小于15。C，并且更優(yōu)選小于5。C的玻璃化 轉(zhuǎn)變溫度，特征在于所述容器具有至少1.5的非對稱度。
14. 如權(quán)利要求13所述的容器，其中所述熱塑性聚烯烴選自聚乙 烯、聚丙烯或它們的共聚物。
15. 如權(quán)利要求14所述的容器，其中所述熱塑性聚烯烴為具有介于 CTC和-25。C之間的Tg的包含聚丙烯的無規(guī)共聚物。
16. 如權(quán)利要求13至15中任一項所述的容器，其中所述容器還包 括柄部。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于通過拉伸和吹塑模具腔體內(nèi)的預(yù)成型件來成型容器的方法。所述方法包括以下步驟(i)將預(yù)成型件引入模具腔體中并且用拉伸桿拉伸預(yù)成型件；(ii)增加預(yù)成型件內(nèi)的壓力，以便在吹塑步驟中使預(yù)成型件在模具腔體內(nèi)膨脹；(iii)在模具腔體內(nèi)具有至少一個向內(nèi)移動的模段，以使膨脹著的預(yù)成型件被向內(nèi)移動的模段變形；其中預(yù)成型件材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(T_g)比模具腔體壁的溫度低至少10℃。本發(fā)明還涉及包括由熱塑性聚烯烴構(gòu)成的壁的拉伸吹塑容器。該熱塑性聚烯烴具有小于30℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，并且其中容器具有至少1.5的非對稱度。
文檔編號B29C49/06GK101115606SQ200680004158
公開日2008年1月30日 申請日期2006年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月4日
發(fā)明者P·J·-F·埃泰斯, W·J·康諾利 申請人:寶潔公司