专利名称：注射拉伸吹塑成型聚乙烯的方法
技术领域：
本发明涉及一种注射拉伸吹塑成型聚乙烯为中空成型产品，例如薄壁容器的方法。
在注射拉伸吹塑成型方法中包括将熔融树脂注射至一注射模具中成型一料坯，在一吹塑模中将该料坯拉伸吹塑成型的一中空成型产品例如容器，已经知道可以成型几乎所有的热塑性树脂为中空薄壁产品。然而，目前仅限于聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯、聚碳酸酯、氯乙烯等，将吹塑成型方法应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连续成型方法，包括这样一种方法，它包含从注射模具剥离注射成型的料坯，此时该料坯仍是热的，在其完全冷却和固化之前，调整热料坯的温度并在一吹塑模具中拉伸吹塑此已调节的料坯为一中空成型制品;另一种省略了调整料坯温度的立即拉伸吹塑成型的方法如日本专利公开公报4-214322所揭示。
在两种注射拉伸吹塑成型方法中，都要使用一注射模来成型一料坯，该模具包括成型料坯外壁的阴模和成型料坯内壁的阳模，以及成型料坯口部的唇模。从阴模底部注射熔融树脂，用熔融树脂填充阴模和阳模之间的型腔空间，该阳模通过穿入阴模的开口以及闭合的唇模而嵌入阴模。
为了从注射模中剥离注射成型的料坯，可将阳模和唇模向上移动，或将阳模向上运动阴模向下移动，该料坯被剥离后将其传送至吹塑模内同时使料坯的口颈部分夹持在唇模上。
为什么要将料坯从阳模脱下剥离的原因是当料坯因冷却收缩而紧紧地包在阳模上时，用拉伸棒沿轴向拉伸料坯非常困难，因此要用唇模将料坯从阴模和阳模上脱下，该唇模还作为传送元件，送至吹塑模内。
通常，当从注射模剥离注射成型的产品时，从阳模上取下注射成型的产品要比从阴模取下更为困难。这是因为冷却阳模上的注射成型产品会因收缩而使成型产品的外壁表面与阴模表面分开，同时由于成型产品相对地收缩到阳模面上则内壁紧紧与阳模接触。
可进行拉伸吹塑成型的柔软态热料坯的强度仅足以维持由料坯的内外表面形成的面皮层构成的料坯形状，该强度不同于普通注射成型产品的强度(普通注射成型产品通过完全冷却和固化在整体上具有刚性)因此当借助唇模夹持的已冷却并固化的料坯开口部分取下阳模时，除非具有足够的所需用来分离料坯内壁的表皮层与阳模表面的紧密接触的强度，否则在与阳模紧密接触的情况下，料坯从阴模上剥离下来，并受到处于固定状态的唇模挤压，就会好像波纹管收缩而变形，从而失去了料坯的形状。
因此，在一种注射拉伸吹塑成型方法中，就要计划在把料坯冷却至一温度时剥离该料坯，以使料坯表面的表皮层足够硬能够经受阳模的抽出力同时还要使拉伸吹塑成型成为可能。尽管冷却温度要随着所需料坯的厚度和形状变化，然而在宽口容器料坯的情况下，该料坯的吹胀比不要太大，阴模和阳模的拔模斜度可设定得大一些料坯内部因收缩而出现的接触力可由拔模斜度而减轻，因此可在高温剥离，同时因冷却而造成的收缩减少，由于它们的叠加作用，此剥离要比窄口容器料坯情况下容易一些。
然而，在窄口容器(例如瓶子)料坯情况下，其装置小，尺寸长，所需吹胀比大，阳模和阴模的拔模的斜度受到限制，长度越长其限制越严格。因此从注射模剥离料坯就需要将料坯冷却至既能剥离又能随后拉伸吹塑成型的适合温度。此适合的温度，在正常温度下，对于聚对苯二甲酸乙二酯的情况是60至70℃，对于聚丙烯的情况是90至100℃，在这些温度范围内，可以进行剥离和拉伸吹塑成型。
然而，对于聚乙烯的情况，其与聚对苯二甲酸乙二酯和聚丙烯相比具有极佳的热传导性和高的成型收缩性，当冷却至抽出温度时，所形成的表皮层比需要的厚，内部高温区域变窄，因此若把该料坯立即送入吹塑模进行拉伸吹塑成型加工，借助气体压力不能充分膨胀。此外，在估计可进行拉伸吹塑成型的温度，料坯还仍与阳模保持紧密接触，因此在这种状态下抽出阳模时，料坯就被极端变形。
因此，对于聚乙烯料坯要比聚对苯二甲酸乙二酯或类似物的情况下更难设定能剥离和随后拉伸吹塑成型的合适温度，使用至今已用的剥离手段来进行拉伸吹塑成型即使对于宽口容器的情况也是极其困难的。
也可考虑对料坯剥离后再加热并使之达到适于成型的温度来进行拉伸吹塑成型，但这需要经验，时间及能量，并且很可能出现温度不均匀，因此如果采用温度调节，聚乙烯的注射拉伸吹塑成型就要陷入许多技术困难之中。
关于聚乙烯，且不说剥离，就是拉伸吹塑成型料坯的温度也处于困难之中。在吹塑成型方法中，用于吹塑成型聚乙烯的树脂温度是175至200℃。在注射拉伸吹塑成型方法中，此树脂温度就是料坯的成型温度，而冷却料坯(以便自支承)的温度却大大低于此树脂温度。
当拉伸吹塑成型高温剥离的料坯使之成为容器例如瓶子时，在由料坯的内热而升高的料坯表面温度达到峰值温度之前，聚乙烯的表面温度达到峰值温度的时间要早于聚对苯二甲酸乙二酯的情况，因此拉伸吹塑成型聚乙烯与聚对苯二甲酸乙二酯相比要更困难一些，在接近峰值温度很难获得壁厚分布优良的成型产品。
作为拉伸吹塑成型的困难，可这样预测，由于聚乙烯的热传导性高于聚对苯二甲酸乙二酯和聚丙烯的热传导性，因此在剥离后料坯内热传送至料坯表面就相对快一些，有助于拉伸吹塑成型的内部高温部分所占的体积变小的更早，因此拉伸吹塑成型所需要内热量就趋于不足。因此，即使在比窄口容器更易于剥离的宽口容器情况下，就拉伸吹塑成型温度而论，也不能得到良好的成型产品除非在限定的时间内(限定的温度内)完成拉伸吹塑成型。
取决于料坯的壁厚，形状或成型条件，峰值温度的影响稍有不同，不据此进行拉伸吹塑成型就不能得到较好的产品，因此在聚乙烯的情况下，就需要比聚对苯二甲酸乙二酯情况下更严格的成型操作。
为了介决聚乙烯的注射拉伸吹塑成型方法中的这些问题，于是产生了本发明，本发明的一个目的是提供一种新方法，它能在既适于剥离料坯又适于随后拉伸吹塑成型的料坯表面温度剥离料坯，通过使用压缩气体预先分离阳模和料坯表面，随后在适合于聚乙烯的特定温度范围进行拉伸吹塑成型。
为实现该目的，本发明提供一种聚乙烯的注射拉伸吹塑成型方法，它包括以下步骤用熔融聚乙烯填充到由阴模、阳模和唇模组成的注射模内从而注射成型一预定的料坯;
从注射模的阴模和阳模剥离料坯同时使料坯的开口部分夹持在唇模上，将料坯传送至吹模内，并且拉伸吹塑成型此料坯为一中空薄壁产品，其特征在于该方法进一步包括以下步骤在从注射模具剥离料坯以前将气体强迫压入阳模和料坯之间的范围，以便把料坯的内壁与阳模隔开;
在料坯内面还未完全冷却且仍为高温时从注射模剥离料坯，剥离后的料坯表面温度正好是80至90℃，且料坯的表面温度在由料坯的内热升高达到120℃以前，在此时间间隔内拉伸吹塑成型该料坯。
在成型料坯时熔融聚乙烯的温度要求为200℃或更高(注射螺筒前部的温度)。将此熔融聚乙烯注射填充到由设定为90至105℃温度的阴模和设定为大约80℃温度的阳模组成的注射模型腔内，成型为一带底的如所规定的料坯。
当注射填充熔融的聚乙烯完成之时，注射压力变为第二压力。它低于填充转换至注射保压步骤所需的初级压力，该步骤之后为冷却步骤。作为用作分离的气体，从经济和操作的观点空气是最优选的，但是惰性气体例如氮气也可以被使用。同时，如果正好在完成注射填充之后开始供压(即进入气体)，则它对料坯的形状无影响，但最好是在完成注射保压之后立即开始供压，如果正好在完成注射填充之前开始供压，由于供气压力使内压升高就会出现填充阻力，不能施加特定量的熔融树脂，因此不能得到预定形状的料坯。
为了进入气体，可从阳模的根部或前端将气体吹入阳模和料坯的间隔，进气位置可依料坯的长度或厚度来选择，对于长料坯，希望从前端进气。此外，因为进气的目的是在阳模和料坯的内壁之间分隔开，因此进入的气体要在该间隔保持一特定的时间，使料坯内面脱离开阳模表面，并将料坯冷却至一适宜剥离的温度。进气(吹气)时间要求至少一秒钟，进气(吹气)压力在6至15kg/cm2范围，优选大约9kg/cm2。
料坯在上述温度范围被剥离，拉伸吹塑成型可在料坯表面温度高于其在剥离时的温度20至30度的温度范围进行。如果表面温度是100℃或更低，则此温度太低了，不能实现气体压力的完全拉伸，成型极其困难。温度高于30℃或更多，则太接近峰值温度，温度升高缓慢，对于料坯该温度状态大概会产生结晶。因此，如果料坯剥离后的表面温度超过120℃，就很难使拉伸吹塑成型的成型制品具有良好的壁厚分布。
因此，拉伸吹塑成型的最优选温度是高于料坯剥离时表面温度大约25℃左右，从时间的观点看，是在剥离后4至7秒的范围。由内热升高的料坯峰值温度根据料坯的壁厚会稍高或稍低，但到达峰值温度的时间不会明显变化。
因此，通过壁厚分布的变化来调节内热，由此根据料坯的吹胀比而产生伸长，当得到良好壁厚分布的容器等物时，除了极端的壁厚差别情况以外，拉伸吹塑成型总是能够在剥离后的特定时间间隔之内在大体上良好的温度范围内进行。
在拉伸吹塑成型时的气体吹塑压力希望在初级和第二步骤是可变化的，第二步骤的压力应设定为初级压力的两倍或更高的压力。拉伸可设为在垂直方向以大约两倍，横向以大约三倍进行。
在此方法中，当剥离聚乙烯料坯时，强迫将气体压入阳模和料坯内壁之间的间隔，并随着料坯内面被分离而进行冷却，因此料坯内面的冷却受阳模和料坯内壁之间间隔内存在的气体的抑制，所形成的料坯内表皮层要比料坯内表皮层紧密接触的情况薄，料坯内面的收缩也要比那部分小，接触也被减轻。
相反，在料坯的外面，由进入的气体将该表面压到型腔侧壁上因而易于冷却，因冷却收缩而分离受到阻止，表皮层的快速形成维持了料坯的形状，其后就能以适宜拉伸吹塑成型的表面温度剥离料坯。此外因为是快速冷却，于是，结晶极小。
此外，在由于料坯内热而升高表面温度的过程中，结晶因内热而受到抑制，其增长是缓慢的，拉伸不被结晶中断，拉伸吹塑成型即使在聚乙烯的情况下也可顺利进行，并可得到良好壁厚分布的成型制品例如容器。
例1树脂材料聚乙烯(HIZEX 5300B，由Mitsui Petrochemicals Co.制造)成型的制品牛奶瓶(500cc)尺寸总高165mm，口部内径32mm，
瓶颈以下长度147.5mm，瓶体部分外径73mm，瓶体部分壁厚0.5mm，重量32克料坯尺寸 总高137.5mm，开口部分内径32mm，瓶颈以下长度120mm，瓶体部分壁厚3mm，上部瓶体部分外径34.68mm，下部瓶体部分外径31.62mm，拔模斜度0.766度。
料坯成型条件注射螺筒温度喷嘴175℃前部215℃中部215℃后部185℃注射模温度(设定值)阴模上部10℃腔部95℃下部10℃阳模80℃注射压力(保压)42kg/cm2
保压时间6.5秒冷却时间1.8秒进入的(吹入)气体空气进入的(吹入)压力9kg/cm2进气时刻正好在完成保压之后进气(吹气)时间1.8秒剥离温度80至90℃(料坯表面温度)拉伸吹塑成型条件模具温度(设定温度)60℃拉伸吹塑温度105至115℃(料坯表面温度)吹塑压力(拉伸)初级压力 4至5kg/cm2二级压力 12kg/cm2从剥离至拉伸吹塑成型的时间间隔6秒拉伸系数垂直(轴向)1.2倍横向(径向)2.2倍结果得到一奶白色壁厚分布均匀的聚乙烯牛奶瓶且在拉伸区域无壁厚偏差。当容积充满并从2米高度下落时，未发现破裂。
例2树脂材料聚乙烯(HIZEX 5100B，由Mitsui Petrochemicals Co.制造)成型的产品窄口圆直瓶(120cc)
尺寸总高度126.7mm，瓶颈以下长度114.7mm，瓶口部分内径17.14mm，瓶体部分外径45.5mm，瓶体部分壁厚0.5mm，重量15.4克料坯尺寸总高度107.0mm，瓶口部分内径17.14mm瓶颈以下长度95mm瓶体部分壁厚3.2mm瓶体上部外径22.03mm，瓶体下端外径18.71mm，拔模斜度1.0度料坯成型条件注射螺筒温度喷嘴175℃前部210℃中部210℃尾部195℃注射模温度(设定值)阴模上部10℃腔部102℃下部10℃
阳模80℃注射压力(保压)40kg/cm2保压时间5.45秒冷却时间4.25秒进入的(吹入)气体空气进气(吹气)压力9kg/cm2进气时刻正好在完成保压之后，进气(吹气)时间4.25秒剥离温度80至90℃(料坯表面温度)拉伸吹塑成型条件模具温度(设定温度)60℃拉伸吹塑温度105至115℃(料坯表面温度)吹气压力(拉伸)初级压力5kg/cm2，二级压力12kg/cm2从剥离直至拉伸吹塑成型的时间间隔6秒拉伸系数垂直(轴向)1.16倍横向(径向)2.2倍结果得到一奶白色壁厚均匀分布的圆直聚乙烯瓶且在拉伸区域无壁厚偏差。当容积充满并从2米高度落下时，未发现破裂。
这些实施例用注射拉伸吹塑成型机来实施，该机型号为BS-0207，由A.K.TECHNICAL LABORATORY，INC制造。另外，注射拉伸吹塑成型方法与日本公开特许公报No.4-214322所揭示的方法一致。
根据本发明，至今被认为极其困难的薄壁体聚乙烯成型产品例如容器可用拉伸吹塑成型方法容易地成型，而且一次可以生产多个成型制品。此外，由于能以薄壁进行吹塑，因此要比吹塑成型方法更经济，跌落强度是足够的，因此它的工业应用价值是无限的。
权利要求
1.一种注射拉伸吹塑成型聚乙烯的方法，该方法包括以下步骤用熔融的聚乙烯充入由阴模、阳模和唇模组成的注射模具内注射成型一预定的料坯，从注射模的阴模和阳模剥离料坯，同时由唇模夹持料坯的开口部分，传送料坯至吹塑模内，并且拉伸吹塑成型此料坯为一中空薄壁产品，其特征是该方法进一步包括以下步骤在从注射模剥离料坯之前强迫将一种气体送入阳模和料坯之间的间隔内，以便从阳模分离料坯的内壁，从注射模剥离料坯此时料坯内部还未完全冷却仍处在高温，料坯在刚剥离后的表面温度是80至90℃，且通过料坯的内热升温料坯的表面温度，在该温度到达120℃以前的时间间隔内拉伸吹塑成型该料坯。
2.根据权利要求1的注射拉伸吹塑成型聚乙烯方法，进一步的特征在于进入气体是在正好完成熔融的聚乙烯的注射填充之后开始的。
全文摘要
能在适于聚乙烯的温度范围内拉伸吹塑成型的方法，它首先注射成型一预定的料坯，在从注射模剥离料坯之前，将气体强迫压入阳模和料坯的间隔内，以便从阳模上分隔开料坯的内壁。在料坯内部仍处于高温的同时，于料坯在刚好剥离后在80至90℃的表面温度的温度范围进行剥离。通过料坯的内热升高料坯的表面温度，在其达到120℃之前的时间间隔内进行拉伸吹塑成型。
文档编号B29C45/73GK1112482SQ9411869
公开日1995年11月29日 申请日期1994年10月22日 优先权日1993年10月22日
发明者中岛恒, 甲田英明 申请人:株式会社青木固研究所