共注射模制中的改进的制作方法
【专利说明】共注射模制中的改进
[0001]本申请是2011年3月14日提交的申请号为201180024279.1、发明名称为“共注射模制中的改进”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]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】
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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)。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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】
[0018]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。
[0019]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。
[0020]优选地，第一材料基本上不能渗透液体。
[0021]优选地，第二材料基本上为防气体的。
[0022]优选地，第一材料和第二材料为不同的聚合材料。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]优选地，主流动路径分成多个次流动路径。
[0026]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。
[0027]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。
[0028]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。
[0029]优选地，主流动路径分成多个次流动路径。
[0030]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。
[0031]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。
[0032]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。
【附图说明】
[0033]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1为在EP-A-1440903中所描述的类型的现有技术饮料盒的平面图；
图2为图1的盒的侧视截面图；
图3为图1的盒的