专利名称：共注射模制中的改进的制作方法
技术领域：
本发明涉及注射模制的进步，且尤其涉及用于将复杂几何形状的物品共注射模制的方法和设备。
背景技术：
在先前提出了将饮料制备成分密封于个别不透空气的包装中。例如，包含研磨咖啡的盒或胶囊已知用于某些咖啡制备机中，其通常被称作“浓咖啡”机。在使用这些制备机来生产咖啡时，咖啡盒放置于冲泡腔室中且热水以相对高的压力通过该盒，从而从研磨咖啡提取芳香咖啡组分来产生咖啡饮料。在EP-A-1440903中描述了一种盒，其由高密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯或这些材料中的两种或更多种的层压件形成。盒具有用于将水引入到盒内的入口和用于从所 述饮料成分产生的饮料的出口。盒包括外构件、插入于外构件中的内构件和在饮料流动路径中的孔口，该流动路径将入口连接到出口，用于产生饮料射流。该盒产生饮料射流，其可用于例如通过将空气夹带到饮料射流内以在所分配的饮料中产生许多小气泡来改变所分配的饮料的外观和特征。许多饮料成分(特别是咖啡)的品质当向空气暴露时开始变质，例如由于脂肪酸氧化和形成饮料香味的挥发油的蒸发。这导致咖啡具有陈味。为了维持饮料成分的品质和给予盒合理的保存期，因此重要的是防止空气和湿气进入。因此，虽然在盒制造中所用的材料通常不能渗透液体，但为了保护它们防止空气渗透，这样的盒常常包装于不能渗透空气的二次包装中，诸如塑料包裹物或金属化箔。用于这样的包装的合适材料为例如聚酰胺涂层的纤维素膜，乙烯-乙烯醇聚合物(EVOH)或其它乙烯醇聚合物(PVOH)。但使用二次包装具有以下缺点，在其打开之后，盒易于使得空气进入，这造成产品变味。此外，非常需要减少所用的包装量，在减少需要丢弃的废品产生方面和降低包装成本方面。而且，单独地包装每个盒既不具有经济效益也不环保。存在多种现有技术容器和包装，特别地用于不能渗透气体和水的食品。例如，US-B-5, 819，507描述了一种用于液体食品的包装容器，其由多层树脂片材(诸如聚丙烯和乙烯-乙烯醇聚合物，聚苯乙烯和乙烯-乙烯醇聚合物、聚乙烯和聚苯乙烯)形成。该片材通过共挤融合或吹膜融合变形为圆柱形容器而形成，圆柱形容器粘结到单独形成的套筒或发泡聚丙烯或刚度大于树脂片材的另一材料。如在US-B-6, 387，423中所述的那样，可由例如聚丙烯和乙烯-乙烯醇聚合物来预成型复合片材，且食品包裹于片材中并且热密封。虽然上述包装材料特别适合于保护包含于上文所述的盒中的饮料成分，但由于其复杂形状，盒的构成零件的形成增加了关于可如何使用这些材料的限制。前述盒被设计成合并了不能与由片材形成的部分在一起的许多特点。因此需要保持在EP-A-1440903中所描述的盒的目前的一般构造，同时使得它们基本上不能渗透气体和水。
这样的盒方便地通过注射模制工艺而形成，注射模制为用于制造塑料物品和很多种应用的部件的最常见的方法之一。尽管工具较为昂贵，但每个零件的成本较低且该工艺特别适合于需要高公差的零件的准确大量生产。为了使得盒的外构件具有充分的强度和刚度来维持其形状且在使用中不变形且能注射模制，必需使用合适的聚合物，诸如聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯。但是，虽然这些材料不能渗透液体，它们并未充分地不透气且需要包括不透气的屏障层，诸如乙烯-乙烯醇(EVOH)聚合物。虽然能使用加热成形和其它工艺来形成不同材料的多层层压件，但这些选择迄今对于注射模制而言是略微受限的。共注射模制为其中诸如聚合物的两种不同材料在注射模制期间形成为片层结构的工艺。这产生皮和内芯的夹层构造。但是，直到近来，所用聚合物必需是兼容的使得它们在相同温度熔融且粘结在一起。如果这些层并未粘结在一起，那么由于差别收缩，夹层倾向于分层，即，这些层在物理上是分开的。
但随着共注射技术近来的进步，变得能模制使用夹层的多层聚合物物品，夹层包括由内层和外层封闭的芯，其中用于芯和内层/外层的材料不同。这意味着芯可由不透气的材料(诸如EVQH)形成，而内层/外层可由更具有成本效益的材料(诸如聚乙烯、聚丙烯等)形成。在W0-A-02/081172中描述了共注射模制多层聚合物物品的方法。注射模制的缺点之一在于待模制的部件(和因此注射模本身)必须被谨慎地设计为确保模可被适当地填充，成品零件能被提取且避免大量其它问题，诸如扭曲、应力破坏和开裂。对于具有复杂几何形状的物品(如这些盒构成零件所需)，和对于刚度以及不能渗透性的要求，迄今这还不能实现。但是，盒构成零件的设计的复杂性带来共注射模制中的另一重大挑战，共注射模制目前通常仅用于制造具有简单轴向对称形状的物品，诸如杯和桶。更复杂物品的结构(诸如前述盒构成零件中不对称且具有肋状物且部段变化的结构)，在注射过程中造成塑料流动中的湍流，且破坏维持持续芯层所需的层流。这导致不受控制的层结构，而这会有损芯层的均匀性。因此所得到的模制物品具有不能依靠其发挥预期作用的结构和层厚度，在芯层预期为屏障层或均匀彩色层的情况下这是特别不利的。这也可在密封到共注射零件的面时造成问题。内部材料能靠近该零件的外侧使得任何补充密封或焊接工艺的物理强度不足以用于其作用。EP-A-0735943通过设计模腔使得其中的流动路径全都具有基本上相同的液压阻力来解决共注射模制具有复杂形状的物品的问题。此外，选择注射点且控制注射温度、压力和流率使得注射材料的不同流动在预定点在一定流体条件下彼此汇合。
发明内容
本公开内容的目的在于进一步改进用于共注射模制具有复杂形状的多层物品的方法和设备。本公开内容因此提供一种形成多层注射模制的物品的方法，该物品包括第一材料的外皮和由外皮封装的第二材料的中央芯，该方法包括以下步骤
将第一材料和第二材料以单个流注射到注射模腔内，且第二材料包在第一材料内；
利用在模腔内的流动路径来控制该流的流动使得第一材料与第二材料都存在于模腔的至少一个第一区域中且仅第一材料存在于模腔的至少一个第二区域中，流动路径包括在第一模腔区域中的至少一个主流动路径，主流动路径分成至少两个次流动路径；
其中在第一模腔区域中的次流动路径中第一个的阻力相对于在第二模腔区域中的两个次流动路径中第二个的阻力减小。优选地，第一材料基本上不能渗透液体。优选地，第二材料基本上为防气体的。优选地，第一材料和第二材料为不同的聚合材料。优选地，通过使得次流动路径的以下要素中的一个或多个相对于彼此改变 来使得次流动路径中的第一个的阻力相对于次流动路径中的第二个的阻力减小次流动路径的截面积；次流动路径的长度；在主流动路径与第一次流动路径而非第二次流动路径之间的圆角；在主流动路径与次流动路径中的一个或二个之间的角度。优选地，次流动路径中的一个或多个变成主流动路径，该主流动路径进一步分开以形成另外的次流动路径。优选地，主流动路径分成多个次流动路径。根据第二方面，提供用于形成多层注射模制物品的设备，该物品包括第一材料的外皮和由外皮封装的第二材料的中央芯，该设备包括
注射模，其具有限定模制物品的形状的腔；
用于将第一材料与第二材料作为单个流共注射到腔内的装置，其中第二材料由第一材料包住；
所述模腔包括流动路径来控制材料的流动使得第一材料与第二材料都存在于模腔的至少一个第一区域中且仅第一材料存在于模腔的至少一个第二区域中；
流动路径包括在第一模腔区域中的至少一个主流动路径，该主流动路径分成至少两个次流动路径；其中次流动路径之一在第一模腔区域中且相对于在第二模腔区域中的次流动路径中的另一个的阻力具有更低的阻力。优选地，通过使得次流动路径的以下要素中的一个或多个相对于彼此改变来使得次流动路径中的第一个的阻力相对于次流动路径中的第二个的阻力减小次流动路径的截面积；次流动路径的长度；在主流动路径与第一次流动路径而非第二次流动路径之间的圆角；在主流动路径与次流动路径中的一个或二个之间的角度。优选地，次流动路径中的一个或多个变成主流动路径，主流动路径进一步分开以形成另外的次流动路径。优选地，主流动路径分成多个次流动路径。本公开内容还扩展到一种食品或饮料盒，其包括由根据本发明的方法形成的外构件和在密封区密封到外构件的密封构件。因此，本公开内容允许共注射模制比之前可能的更复杂几何形状的多层物品，其中层的存在被谨慎地计划和控制。该方法不同于现有技术方法，现有技术方法集中在通过控制注射工艺参数(诸如压力、温度等)来控制在单个流中注射材料的流量。另外，通过利用不同液压阻力的流动路径来确定芯和皮材料流向何处和仅皮材料流向何处来控制流动。
现将参考附图仅以举例说明的方式描述实施例，在附图中
图I为在EP-A-1440903中所描述的类型的现有技术饮料盒的平面 图2为图I的盒的侧视截面 图3为图I的盒的外构件的侧视截面 图4为图3的外构件的细节的侧视截面图，其示出了向内定向的圆柱形延伸部；
图5为图3的外构件的细节的侧视截面图，其示出了槽；
图6为从图3的外构件上方观察的透视图；
图7为从处于倒置方位的图3的外构件上方观察的透视 图8为从图3的外构件上方观察的平面 图9为该盒的内构件的截面 图9a为图9的内构件的细节的截面图，其示出了孔口 ；
图10为图9的内构件上方的透视 图11为从处于倒置方位的图9的内构件上方观察的透视 图12为图9的内构件的另一截面 图12a为图9的内构件的另一细节的截面图，其示出了空气入口 ；图13为盒的另一形式的侧视截面 图14为简单共注射模制主体的侧视截面图；该主体呈类似于在图I和图2中所示的盒的外构件的形式；
图15为用于制造图14的模制主体的共注射工艺的示意图示；
图16a至图16d为示出了两种共注射材料到复杂部件的分叉部段的层流的分解的示意图；且
图17a至图17c为示出了两种共注射材料到复杂部件的分叉部段的控制流动的示意图。
具体实施例方式通过使用本公开内容的方法和设备来产生饮料制备盒的外构件，可使该盒基本上不透气体和液体。作为背景，将首先描述现有技术饮料制备盒来说明构成零件且特别是外构件的几何形状的复杂性。但应当指出的是这只是可用于形成具有复杂几何形状的任何模制物品的一个应用。如图I至图13所示，现有技术饮料制备盒100通常包括外构件102 (模制物品)、内构件103和层压件105。外构件102、内构件103和层压件105组装形成盒100，盒100具有内部106，其用于包含一种或多种饮料成分；入口 107 ;出口 108 ;以及，饮料流动路径，其将入口连结到出口 108且其通过内部106。入口 107和出口 108最初由层压件105密封且在使用中通过刺穿或切割层压件105而打开。饮料流动路径由在外构件102、内构件103与层压件105之间的空间相互关系限定，如下文所讨论的那样。其它部件可任选地包括于盒100中，诸如过滤件104，如在下文中进一步描述的那样。所图示的盒100特别地被设计用于分配浓咖啡型产品，诸如焙烤和研磨的咖啡，其中需要产生克丽玛(crema)。但是，其可用于其它产品，诸如巧克力、咖啡、茶、甜味剂、补品、调味剂、酒精饮料、调味乳、果汁、带肉果汁、酱和甜品。如从图7可看出的那样，盒100的总形状大体上为圆形或圆盘形，且盒100的直径显著大于其高度。主轴线X穿过外构件的中心，如图3所示。通常，外构件102的总直径为74.5 mm ±6mm且总高度为16 mm ±3mm。通常，当组装时盒100的体积为30. 2 ml ±20%。外构件102通常包括碗形壳110，其具有弯曲环形壁113、闭合顶部111和开口底部112。外构件102的直径在顶部111小于在底部112的直径，这由于环形壁113从闭合顶部111到开口底部112的扩口造成。环形壁113和闭合底部112 —起限定具有内部134的容器。中空的向内定向的圆柱形延伸部118设于闭合顶部111中且以主轴线X为中心。如在图8中更清楚地示出的那样，圆柱形延伸部118包括台阶形轮廓，其具有第一部分119、第二部分120和第三部分121。第一部分119为正圆柱形。第二部分120为截头圆锥形状且向内呈锥形。第三部分121为另一正圆柱形且由下面131闭合。第一部分119、第二部分 120和第三部分121的直径逐渐减小使得圆柱形延伸部118的直径从顶部111到圆柱形延伸部118的闭合下面131减小。大体上水平的肩部132形成于圆柱形延伸部118上在第二部分120与第三部分121之间的接合部。向外延伸的肩部133朝向底部112形成于外构件102中。向外延伸的肩部133形成与环形壁113同轴的副壁115以限定环形轨道，环形轨道在副壁115与环形壁113之间形成歧管116。歧管116绕外构件102的圆周延伸。一系列槽117设于环形壁113中与歧管116齐平以提供在歧管116与外构件102的内部134之间的气体和液体连通。如图5所示，槽117包括在环形壁113中的竖直狭缝。提供在二十与四十个之间的槽。在图示实施例中，三十七个槽117绕歧管116的圆周大体上等距隔开。槽117的长度优选地在I. 4mm与I. 8mm之间。通常，每个槽117的长度为I. 6mm,占外构件102的总高度的10%。每个槽117的宽度在O. 25mm与O. 35mm之间。通常，每个槽117的宽度为O. 3mm。槽117的宽度充分较窄以在储存或使用期间防止饮料成分从那里通过到歧管116内。入口腔室126在外构件102的外围形成于外构件102中。如图7所示，设有圆柱形壁127，其限定在外构件102的内部134内的入口腔室126且将入口腔室126与外构件102的内部134隔开。圆柱形壁127具有闭合上面128和开口下端129，闭合上面128形成于垂直于主轴线X的平面上，开口下端129与外构件102的底部12共面。入口腔室26经由两个槽130与歧管116连通，如图3所示。备选地，在可使用一个与四个之间的槽来在歧管116与入口腔室126之间连通。向外延伸的肩部133的下端具备向外延伸的凸缘135，向外延伸的凸缘135垂直于主轴线X延伸。通常，凸缘135具有在2mm与4mm之间的宽度。凸缘135的一部分被扩大以形成把手124，可用把手124来握持外构件102。把手124具备上翻的边沿125以改进抓握。如图9至图13所示，内构件103包括环形框架141和向下延伸的圆柱形漏斗140。主轴线X穿过内构件103的中心，如图9所示，
如在图10和图11中最佳地示出，环形框架141包括由十个等距隔开径向辐条接合的外边沿151和内轮毂152。内轮毂152与圆柱形漏斗140 —体且从圆柱形漏斗140延伸。过滤孔口 155形成于环形框架141中在径向辐条153之间。过滤件104安置于环形框架141上以便覆盖过滤孔口 155。过滤件104优选地由具有高湿强度的材料制成，例如聚酯的非编织纤维材料。可使用的其它材料包括不透水的纤维素材料，诸如包括编织纸纤维的纤维素材料。编织纸纤维可与聚丙烯、聚氯乙烯和/或聚乙烯的纤维掺混。将这些塑料材料合并到纤维素材料内使得纤维素材料可热密封。过滤件104也可用可热和/或压力活化的材料处理或涂布使得其能以此方式密封到环形框架141上。如在图9的截面轮廓中所示，内轮毂152位于比外边沿151更低的位置，导致环形框架141具有倾斜下轮廓。每个辐条153的上表面具备直立腹板154，直立腹板154将环形框架141上方的空隙空间分成多个通道157。每个通道157在一侧由腹板154界定且在下面上由过滤件104界定。通道157从外边沿151向下朝向由腹板154的内末端限定的开口 156处的圆柱形漏斗140延伸且向该圆柱形漏斗140打开。圆柱形漏斗140包括包围内排放喷口 143的外管142。外管142形成圆柱形漏斗 140的外部。排放喷口 143在排放喷口 143的上端通过环形凸缘147接合到外管142。排放喷口 143包括在上端的入口 145和下端的出口 144，入口 145与通道157的开口 156连通，制备的饮料通过出口 144排放到杯子或其它容器内。排放喷口 143的轮廓包括台阶形轮廓，其具有靠近管143上端的独特的犬腿形状(dog-leg) 166。如图9所示，排放喷口 143具备隔壁165，隔壁165从出口 144向上延伸排放喷口143的部分。隔壁165帮助防止饮料在其离开排放喷口 143时喷洒和/或喷溅。设有从将外管142接合到排放喷口 143的环形凸缘147直立的边沿167。边沿167包围到排放喷口 143的入口 145且限定在边沿167与外管142的上部之间的环形沟槽169。边沿167具备向内定向的肩部168。绕边沿167圆周的一点设有孔口 170，孔口 170呈从边沿167的上边缘延伸到肩部168高度略下方的点的槽的形式，如在图9和图9a中最清楚地示出。槽具有O. 64mm的宽度。空气入口 171设于与孔口 170在周向对准的环形凸缘147中，如在图16和图16a中所示。空气入口 171包括穿过凸缘147的孔口，以便提供在外管142与排放喷口 143之间在凸缘147上方的点与凸缘147下方的空隙空间之间的连通。优选地且如图所示，空气入口 171包括上截头圆锥部分173和下圆柱形部分172。空气入口 171通常由诸如销的模具形成。空气入口 171的锥形轮廓允许模具更容易从模制部件移除。在空气入口 171附近的外管142壁被成形为形成斜槽，斜槽从空气入口 171通往排放喷口 143的入口 145。如在图16a中所示，侧倾肩部174形成于空气入口 171与斜槽之间以确保从槽170发出的饮料射流并不立即弄脏(foul)在空气入口 171紧邻处凸缘147的上表面。内构件103可由高密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯或这些材料中两个或两个以上的层压件形成为单个一体件。内构件103优选地使用注射模制而制成。备选地，内构件103可由可生物降解的聚合物而制成。合适材料的示例包括可降解的聚乙烯、可降解的聚酰胺酯、聚乳酸、淀粉基聚合物、纤维素衍生物和多肽。层压件105可渗透气体和水的且优选地由两层形成，第一层为铝且第二层为流延聚丙烯(cast polypropylene)。招层的厚度在O. 02mm与O. 07mm之间。流延聚丙烯层的厚度在O. 025与O. 065之间。在一实施例中，铝层为O. 06mm且聚丙烯层为O. 025mm厚。此层压件105为特别有利的，因为其在组装期间具有较高的抗卷曲性。因此，层压件105可预先切割为正确的大小和形状且随后转移到生产线上的组装站，而不会经历扭曲。因此，层压件108特别适合于焊接。也可使用其它层压材料，包括聚乙烯/铝/聚丙烯，聚乙烯/乙烯-乙烯醇聚合物/聚丙烯，聚丙烯/金属化/聚乙烯和铝/聚丙烯层压件。可使用成卷的层压件坯料而不是模切坯料。盒100的组装涉及以下步骤
a)将内构件103插入于外构件102内；
b)将过滤件104切割为特定形状且放置到内构件103上以便在圆柱形漏斗140上接纳且搁置于环形框架141上；
c)内构件103、外构件102和过滤件104通过超声焊接而接合；
d)盒100被填充一种或多种饮料成分；
e)层压件105被固结到外构件102上。将在下文中详细讨论这些步骤。外构件103被定向为开口底部112向上。内构件103然后被插入到外构件102内，且外边沿151由于松动配合而接纳于盒100顶部111处的轴向延伸部114中。外构件102的圆柱形延伸部118同时接纳于内构件103的圆柱形漏斗140的上部中。 圆柱形延伸部118的第三部分121安放于支承边沿167内。在第二部分120与第三部分121之间的圆柱形延伸部118的肩部132承靠在内构件103的支承边沿167的上边缘上。因此，接口区形成于内构件103与外构件102之间，包括在圆柱形延伸部118与支承边沿167之间的面密封，其绕盒100的几乎整个圆周延伸。在圆柱形延伸部118与支承边沿167之间的密封并非不透流体的，因为在支承边沿167中的槽170延伸穿过支承边沿167且向下到肩部168略下方的点。因此，在圆柱形延伸部118与支承边沿167之间的接口配合将槽170转变为孔口，该孔口提供在环形沟槽169与排放喷口 143之间的气体和液体连通。孔口通常为O. 64mm宽乘O. 69謹长。然后将过滤件104置于内构件103上使得过滤材料接触环形边沿151。然后使用超声焊接工艺来将过滤件104接合到内构件103且同时在相同的工艺步骤中将内构件103接合到外构件102。内构件103和过滤件104绕外边沿151焊接。内构件103和外构件102通过绕外边沿151以及腹板154的上边缘的焊线而接合。如在图2中最清楚地示出的那样，外构件102和内构件103当接合在一起时限定在内部106中在环形凸缘141下方和圆锥形漏斗140外部的空隙空间，其形成过滤腔室。过滤腔室160和环形框架141上方的通道157由滤纸104分开。过滤腔室160包含一种或多种饮料成分200。一种或多种饮料成分200装填到过滤腔室160内。对于浓咖啡型饮料，成分通常为焙烤和研磨的咖啡。饮料成分在过滤腔室130中的装填密度可根据需要而不同。通常，对于过滤的咖啡产品而言，过滤腔室在厚度通常为5至14_的过滤床中包含5. O与10. 2克之间的焙烤和研磨咖啡。然后通过在层压件105的外围形成焊接161以将层压件105接合到向外延伸的凸缘135的下表面上而将层压件105固结到外构件102上。焊接161延伸以抵靠入口腔室126的圆柱形壁127的下边缘密封层压件105。另外，焊接162形成于层压件105与圆柱形漏斗140的外管142的下边缘之间。层压件105形成过滤腔室160的下壁且也密封入口腔室126和圆柱形漏斗140。但是，在分配之前，在层压件105与排放喷口 143的下边缘之间存在小间隙163。可使用多种焊接方法，诸如热和超声焊接，取决于层压件105的材料特征。有利地，内构件103跨在外构件102与层压件105之间。内构件103由相对刚性的材料(诸如聚丙烯)形成。照此，内构件103形成承载构件，其用于在压缩盒100时保持层压件105与外构件102间隔开。优选地，盒100在使用中经受在130N与280N之间的压缩荷载。压缩力用于防止在内部加压下盒损坏且也用于将内构件103与外构件102挤压在一起。这确保了在盒100中的通路和孔口的内部尺寸是固定的且不能在盒100受压期间改变。在使用中，在压力下的水通过入口 107进入盒100内到入口腔室126内。从那里，水被导向通过槽117流动且绕歧管116通过多个槽117进入到盒100的过滤腔室160内。水被迫在径向向内通过过滤腔室160且与包含于其中的饮料成分200混合。同时迫使水向上经过饮料成分200。水经过饮料成分200所形成的饮料通过过滤件104和过滤孔口 155 到位于环形框架141上方的通道157内。在径向通道157中的饮料沿着形成于腹板154之间的通道157向下流动且通过开口 156并进入到圆柱形漏斗140的环形沟槽169内。自环形沟槽169，由于在过滤腔室160和通道157中收集的饮料背压，饮料在压力下被迫通过孔口 128。因此，饮料被迫作为射流通过孔口且进入到由排放喷口 143的上端所形成的膨胀腔室内。如图8所示，饮料射流直接在空气入口 171上方传递。饮料通过孔口的限制部造成饮料压力减小。随着饮料进入到排放喷口 143，饮料压力仍相对较低。因此，在空气向上抽吸经过空气入口 171时，空气以许多小气泡的形式夹带到饮料流内，从孔口发出的饮料射流被向下引入到出口 144，在出口中，将饮料排放到诸如杯子的容器内，在杯子中气泡形成所需克丽玛。因此，孔口和空气入口 171 —起形成喷射器，其用于将空气夹带到饮料内。进入喷射器内的饮料流动应保持尽可能平稳以减小压力损失。但应当指出的是在高压状态，这种空气排出机构是禁用的。过滤件104到辐条153的密封和边沿151与外构件102的焊接确保了不存在短路且所有饮料必须通过过滤件104。上文所述的盒100的第一构造作为“喷射器”型盒的示例给出。但是，本公开内容同样应用于如下文所述的“非喷射器”型盒。图13示出了饮料盒100的第二构造。在第一实施例与第二实施例之间相似的部件用相似的附图标记来标注。盒100的第二构造的部件和功能中的许多与第一构造相同。但是，从图13可看出盒100具有比图9所示的盒100更大的总高度。外构件102更高且因此限定更大的空隙空间，其中能储存更大量的饮料成分200。因此盒100的第二构造适合于分配更大量饮料。外构件102和盒100的直径与第一构造中相同。通常，盒100的储存体积在组装时为50至58ml ±20%。如同第一构造，外构件102的上表面具备凹口，凹口具有位于其底部的夹持表面118。在表面118a与层压件105的底侧之间的分隔D与第一构造相同。因此，细长凹口朝向层压件105延伸该距离的大约60%。这有利地允许简化夹持布置如下文所述那样使用。在此构造中，不存在喷射器171。如图14和图15所示，可通过共注射用于形成外皮210的皮材料222 (诸如聚丙烯)和用于形成完全被外皮210包封的不间断中央芯211的芯材料223 (诸如EV0H)来生产简单对称模制物品。
使用在图15中示意性地示出的共注射工艺来实现这个目的。简言之，该工艺利用注射设备，其包括两个注射单元220a、220b，每个注射单元包括热管筒(heated barrel)221a、221b，两种材料的颗粒222、223分别进给到热管筒221a、221b内。皮材料222进给到一个管筒221a且芯材料223进给到另一管筒221b。来自每个管筒221a、221b的塑料熔融流被迫通过歧管，歧管将它们输入到在一个或多个注射站的单个注射喷嘴224a、224b，注射站中的每一个包括用于导向两种材料流动的机构针。该设备控制材料222、223的单独流的组合以实现通过歧管进入到模具内的皮-芯-皮流动顺序。在所得到的单个流中，第二材料223由第一材料222包住。模具(或模)通常由硬化或预硬化钢制成，且包括板，这些板在注射过程中锁定在一起且充分打开以释放模制的物品。沟槽形成于模具歧管内以将熔融材料222、223从管筒输送到注射端口以到达模腔，模腔被成形为形成所需物品。模具必须被设计为允许注射的材料222/223完全填充腔，且允许喷出完成的物品。如从图I至图13将了解的那样，外构件102和因此模腔的设计既不简单也不对称。特别地，形成与环形壁113同轴的副壁115的向外延伸的肩部133提供了几何复杂性，·其引起共注射两种材料222、233的问题。这在图16a至图16d中示出，图16a至图16d为示出了沿着主流动路径230流动的皮材料222和芯材料223的组合流，主流动路径230分支为次流动路径231a和231b，其中所有流动路径230、231a和231b具有恒定截面积且并无圆角。流沿着次流动路径231a和231b均匀地分流，因为次流动路径231a和231b具有相等的阻力。但是，芯材料233在分流之后被偏压到皮222的外部而不是保持在该流的中央。在该部分的此区域中，流动并非层流的且由于分叉造成的湍流使得层结构降级，可能会造成内部材料污染部件表面或者变得不受保护。这意味着在芯材料223为屏障材料的情况下，其不能充分地受到皮材料222保护且有损环形壁113的不渗透性。如果破坏造成芯材料223折叠，导致层数增加，则也可损坏部件的强度。在外构件102的示例中，肩部133和副壁115提供用于凸缘135的加强，因此不能如图14所示的简化设计中那样简单地排除。在本公开内容中，通过在模腔中提供流动路径来控制材料流222、223的流动，这确保了芯材料223能随着皮材料22流到需要其存在于成品的相对应部分(形成于模腔的第一区域中的部分)的腔的区域，以牺牲不需要它的其它区域(形成于模腔的第二区域中的区域)为代价。而且，优选地从试图附连到其它部件时其可能变为弱点的部分的区域排除芯材料223。在芯材料可能充当污染物时可发生这种情况，其中，其在接触表面暴露，或者导致层厚度较薄使得其不能提供所需的强度。在盒外构件102的本示例中，凸缘135的外端并非必需完全不能渗透，因为其并不形成用于饮料成分的封闭物的部分，因此其在第二模腔区域中形成。另一方面，环形壁113和副壁115形成饮料成分封闭物的部分，因此必需为完全不能渗透的且因此由第一模腔区域形成。因此，为屏障材料的芯材料223无需一直延伸到凸缘135的端部，但其需要沿着壁113、115完全延伸。这可通过在第一模腔区域和第二模腔区域内提供流动路径来实现，第一模腔区域和第二模腔区域在单个流动路径分开处相对于彼此具有较高阻力和较低阻力。这参考图17a至图17c来解释。在此情况下，存在单个主流动路径230，其分叉以形成两个次流动路径231a和231b。修改次流动路径231b之一的设计以通过相对于另一次流动路径231a减小在该路径内的流动阻力而促进沿着该路径的优先流动。材料流222/223将倾向于选择最小阻力的路线且因此将沿着次流动路径231b流动来填充该腔的部分，之后，其将遵循另一次流动路径231a。因此，主流动路径230和一个次流动路径231b位于第一模腔区域中且基本上填充了两种材料222/223，且芯材料223的前端终止于流动路径231b的端部。因此，并无芯材料223进入到位于第二模腔区域中的另一次流动路径 231a，因此仅皮材料存在于该部分的该部段中。净效果为能排除在一个路径231a中的芯材料223同时确保在另一路径231b中的其完整性。这能以多种方式实现，诸如包括圆角，增加的截面积，改变流动路径的长度(这影响到背压)，和相对于主流动路径改变次流动路径中的一个或两个的角度。具有有利黏度的材料的选择甚至能选为影响到该材料的最小阻力的路径以得到所需流动状态。尽管仅一简单示例被示出具有单个主流动路径230，主流动路径230被分成两个次流动路径231a和231b，但许多模制物品显著更加复杂。例如，主流动路径可分成多于两 个次流动路径，在此情况下，这些之一将被设计成具有比其它更低的阻力。并不终止的次流动路径可被认为是主流动路径，其同样被分成两个或更多的另外的次路径。虽然参考芯材料223为屏障材料描述了本公开内容，当然，其可为非屏障材料(诸如彩色层)，需要其存在于成品的特定部分中且其可在其它部分缺失。
权利要求
1.一种形成多层注射模制物品的方法，所述物品包括第一材料的外皮和由所述外皮封装的第二材料的中央芯，所述方法包括以下步骤 将所述第一材料和所述第二材料以单个流注射到注射模腔内，所述第二材料包在所述第一材料内； 利用在所述模具腔内的流动路径来控制所述流的流动，使得所述第一材料与第二材料都存在于所述模腔的至少一个第一区域中且仅所述第一材料存在于所述模腔的至少一个第二区域中，所述流动路径包括在所述第一模腔区域中的至少一个主流动路径，所述主流动路径分成至少两个次流动路径； 其中，在所述第一模腔区域中的所述次流动路径中第一个的阻力相对于在所述第二模腔区域中的所述两个次流动路径中的第二个的阻力减小。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一材料基本上不能渗透液体。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于所述第二材料基本上为防气体的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一材料和第二材料为不同的聚合材料。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过使得所述次流动路径的以下要素中的一个或多个相对于彼此改变来使得所述次流动路径中的第一个的阻力相对于所述次流动路径中的第二个的阻力减小 所述次流动路径的截面积； 所述次流动路径的长度； 在所述主流动路径与所述第一次流动路径而非所述第二次流动路径之间的圆角； 在所述主流动路径与所述次流动路径中的一个或二个之间的角度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述次流动路径中的一个或多个变成主流动路径，所述主流动路径进一步分开以形成另外的次流动路径。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述主流动路径分成多个次流动路径。
8.一种用于形成多层注射模制物品的设备，所述物品包括第一材料的外皮和由所述外皮封装的第二材料的中央芯，所述设备包括 注射模，其具有限定所述模制物品的形状的腔； 用于将所述第一材料与第二材料作为单个流共注射到所述腔内的装置，所述第二材料由所述第一材料包住； 所述模腔包括流动路径来控制所述材料的流动，使得所述第一材料与第二材料都存在于所述模腔的至少一个第一区域中且仅所述第一材料存在于所述模腔的至少一个第二区域中； 所述流动路径包括在所述第一模腔区域中的至少一个主流动路径，所述主流动路径分成至少两个次流动路径；其中所述次流动路径之一在所述第一模腔区域中且相对于在所述第二模腔区域中的所述次流动路径中的另一个的阻力具有更低的阻力。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，通过使得所述次流动路径的以下要素中的一个或多个相对于彼此改变来使得所述次流动路径中的第一个的阻力相对于所述次流动路径中的第二个的阻力减小所述次流动路径的截面积； 所述次流动路径的长度； 在所述主流动路径与所述第一次流动路径而非所述第二次流动路径之间的圆角； 在所述主流动路径与所述次流动路径中的一个或二个之间的角度。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的设备，其特征在于，所述次流动路径中的一个或多个变成主流动路径，所述主流动路径进一步分开以形成另外的次流动路径。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的设备，其特征在于，所述主流动路径分成多个次流动路径。
12.—种食品或饮料盒，其包括由根据权利要求I至7中任一项所述的方法形成的外构件和在密封区密封到所述外构件的密封构件。
13.根据权利要求12所述的食品或饮料盒，其特征在于，所述芯材料不存在于所述密封区中。
全文摘要
本发明涉及注射模制的进步且尤其涉及用于将复杂非对称几何形状的物品共注射模制的方法和设备。该方法形成多层注射模制物品，其包括第一材料的外皮和由外皮封装的第二材料的中央芯。第一材料和第二材料以单个流注射到注射模腔内，且第二材料包在第一材料内。利用在模腔内的流动路径来控制该流的流动，使得第一材料与第二材料都存在于模腔的至少一个第一区域中且仅第一材料存在于模腔的至少一个第二区域中。流动路径包括在第一模腔区域中的至少一个主流动路径，其分成至少两个次流动路径。在至少一个第一模腔区域中的次流动路径中第一个的阻力相对于在至少第二模腔区域中的两个次流动路径中第二个的阻力减小。
文档编号B29C45/16GK102883863SQ201180024279
公开日2013年1月16日 申请日期2011年3月14日 优先权日2010年3月15日
发明者G.约克, E.沙布丁 申请人:卡夫食品研发公司