专利名称：托盘的制作方法
技术领域：
该发明涉及从增强的回收聚合物制造结构性产物如托盘。特别地，本发明涉及增
强热塑性材料的托盘和制备托盘的方法。
背景技术：
在世界范围内使用大量的托盘以用于运输和储存货物。这些托盘在历史上由木材 制成，且目前使用的大部分托盘仍由木材制成，但是因许多原因而希望减少木制托盘的使 用。采购木制托盘的成本在历史上认为是低的，但是每个使用循环的成本高，因为这些托盘 的寿命周期短且它们通常不能维修。当木制托盘(或木制托盘部件)变得多余时，它们不 能回收，而仅仅进行简单堆积或燃烧。因此，除了成本因素之外，当丢弃托盘时，使用木制托 盘在造成木材来源紧张和污染方面对环境造成沉重负担。 可以利用由聚合物材料制成的托盘，但是在历史上其不能与木制托盘的采购价格 进行竞争并因此未在商业中获得更多青睐。造成高成本的原因很多，但是这些因素包括材 料成本高；材料的强度不足，需要使用过量的材料；昂贵的制造技术等。 在制造消费品时，使用大量的聚合物，所述消费品可以回收，但没有回收。结果是 在使用化石燃料制造材料时给环境造成沉重负担、以及在垃圾填埋地点丢弃或燃烧所述产 品时造成污染等。所述消费品包括由PET和高密度聚乙烯(HDPE)制成的瓶子，所述瓶子通 常不能回收，因为以使得消费者在商业上可接受的方式回收它们的成本太高。这通常包括 为了回收所述瓶子的材料，收集、分类、洗涤所述瓶子以用于重新使用的大量工作，或者收 集、分类、除去不同类型的聚合物、除去瓶子的印刷部分等大量工作。 本发明致力于通过从具有最佳机械性能的复合材料、优选从回收的聚合物以商业 上有益的方式来制造托盘，从而解决使用木制托盘和聚合物容器的废弃物对环境的影响。
发明概述 根据本发明的一个方面，提供了热塑性材料托盘，所述托盘包括板面(deck)、位于 所述板面下方且隔开的相框(picture frame)、和在所述板面和所述相框之间延伸的相互 连接的块状体，其中利用纤维来增强所述热塑性材料且所述托盘是整体成型体并在单一步 骤中通过注射成型制成。还将所述相框称作"底部板面"。 所述板面位于所使用托盘的顶部且在下文中将其称作"顶部板面"，但是为了清楚 的目的，在本文中单词"顶部"并不代表限制性解释。术语"相框"和"相互连接的块状体" 符合它们的普通含义，如同在塑料托盘领域中的技术人员所使用的，但是可分别与本领域 技术人员也使用的术语"十字架(crucifix)"和"脚"互换。 热塑性材料可包括至少一种聚烯烃和/或至少一种聚酯，且所述聚烯烃和/或聚 酯可以是回收的或重新研磨的热塑性材料。所述热塑性材料任选地还可包括抗冲改性剂和 /或阻燃剂。 所述托盘可以为重型托盘。 所述托盘可以具有布置在所述顶板面或底板面表面上的单一注射点，且所述注射 点可与相互连接的块状体中的一个对准。所述注射点的直径大于10mm，优选大于30mm，更优选大于50mm。 当所述热塑性材料包括聚烯烃时，玻璃纤维的平均长度为至少10mm。
热塑性材料的玻璃纤维含量为5 45wt% 。特别地，当基础聚合物为聚烯烃时，所 述热塑性材料的玻璃纤维含量为30wt% 45wt^，且当所述基础聚合物为聚酯如PET时， 所述玻璃纤维的含量为10wt% 30wt%。 术语"基础聚合物"是指构成所述托盘中热塑性材料主体的热塑性材料，但是也可 包括其他聚合物、优选相容性聚合物和/或具有其他内含物或添加剂如相容性添加剂(也 称作增塑剂)、化学粘合添加剂、UV和冲击改性剂、橡胶如EVA EPDM或其他丁腈橡胶、颜料、 功能高分子或活性聚合物，所述功能高分子或活性聚合物通常指因向聚合物混合物中添加 马来酸酐或其他酐组合物而增强的聚合物，和/或其他类似物。 所述托盘的重量小于30kg，即使其为重型托盘。特别地，当基础聚合物为聚烯烃 时，所述托盘的重量小于20kg，且当所述基础聚合物为聚酯时，所述托盘的重量小于22kg， 所述聚烯烃和/或聚酯可包括回收的材料。 根据本发明的另一方面，提供了制备托盘的方法，所述托盘包含板面(12)、在所述 板面下方且隔开的相框(30)、以及在所述板面和所述相框之间延伸的相互连接的块状体 (24、26、28)，所述方法包括
熔化热塑性材料； 将所述热塑性材料与增强纤维结合；禾口 将所述热塑性材料注入模腔内而模制所述托盘； 其中所述托盘是整体成型体且通过在单一步骤中注射成型而制成。 优选通过单一注射点将利用纤维增强的热塑性材料注入模腔内，且在将所述具有
增强纤维的热塑性材料注入所述模腔之前封闭所述模腔。 所述方法可包括将所述热塑性材料和纤维混合，并将所述混合的材料导入注射装
置以将其直接注入注射装置的模腔内，而不使用造粒步骤。优选连续进行所述热塑性材料
和纤维复合的步骤，且可以在所述混配机中将添加剂加入所述热塑性材料中。 所述方法包括通过添加增容剂而使热塑性材料具备增容性、通过向所述热塑性材
料中添加添加剂以提高其冲击强度而赋予托盘冲击性能、将所述热塑性材料化学结合到所
述纤维、和/或向所述热塑性材料内添加熔融聚合物如接枝聚合物或功能高分子，例如通
过侧臂进料挤出机挤入到双螺旋挤出机，在所述双螺旋挤出机中熔化所述热塑性材料。 附图简述 为了更好地理解本发明，并显示如何实现本发明，现在将参考附图通过非限制性 实施例对本发明进行描述，其中
图1为根据本发明的托盘的顶部三维视图；
图2为图1的托盘的底部视图；
图3为图1的托盘的底部三维视图； 图4为如图1中所示托盘的简解，但将肋状表面表示为实心表面(solid surface); 图5为图1托盘的顶部平面解，显示了隐藏的细节；
图6为图1托盘的侧视 图7为图1托盘在VII-VII处取的截面端视图；
图8为图7托盘板面中塞紧的孔的详细截面图；
图9为图7托盘的标签腔的详细截面图；禾口
图10为图1托盘的中心相互连接块状体的细节图。
附图详述 聚酯、尤其是PET的一个主要用途是制造用于在全球大量销售的饮料如软饮料、 水和啤酒的瓶子。出于环境原因并为了保持材料成本下降，优选用于制备这种瓶子的PET 可以多次重复使用，从而最小化日常生产所使用的昂贵的新材料。 目前，大的饮料供应商通常将它们的消费者用后的PET瓶洗涤几次，然后将它们 造粒成为薄片并出售给纺织工业。然而，饮料供应商通常仅使用PET瓶的未印刷部分，典型 地为其颈部、顶部和底部，而在造粒之前必须将印刷部分切除，因为油墨会堵塞纺织工业中 所使用的设备，例如在制造纱线或PET纤维期间所使用的纺丝泵的过滤器(填充砂)。
PET具有许多潜在的缺点，使得购买回收的PET以利用转换器来制造结构性元件 不受欢迎。PET是吸湿性的；结果是在将其向混配机或混配机内部进料时，在配制阶段需要 对回收的PET薄片进行干燥，干燥至湿度水平低于50ppm，且在注射模制复合小球之前需要 再次干燥。在这一点上，为了转换器能够成功地处理PET，需要彻底了解所述材料。将PET 压縮成型也是困难的，因为其具有如此低的粘度而象水一样流动，使得自动机械难以选择 材料并将其放入压縮模具中，同样，转换器需要了解粘度改性剂。PET还易于脱色，并会在氧 化时变黄，尤其是将其以其熔融状态暴露于大气中的氧时。 为了获得制造托盘用的热塑性材料的成本经济的来源，在本发明中主张使用这样 的系统，由此通过使用沉积系统，饮料工业能够回收大量的PET饮料瓶、板条箱、糖浆瓶等。 这还将减少实际上丢弃的这些对环境有害的物品的数量。目前，当饮料供应者制造饮料瓶 时，仅能够使用最多30X的回收PET，其余的由新的PET构成。因此，目前，其余的回收的 PET都作为废弃物。 代替成为饮料业难题的PET瓶浪费，能够将这些回收的PET制品材料提供给托盘
制造商来制造托盘以供饮料工业使用，并且向所述工业提供托盘能够用于补偿提供PET原
材料的工业。然而，由PET、尤其是由回收的PET生产托盘造成许多问题，包括利用如上所述
的PET材料的困难，以及在制造托盘中既节省成本又具有足够强度的问题。 根据本发明的某些实施方案，按如上所述，将得自于饮料工业的PET制品以它
们所有的形式来使用，包括瓶盖、直接印刷在瓶上的油墨和/或纸质标签、显窃启边缘
(tamper-evident skirts)等，将所述PET制品造粒并混合，但不分类、过滤、洗涤等。将所
述粒料优选与聚烯烃一起进料至连续混配机、优选双螺杆混配机中，并与添加剂如抗冲改
性剂、增容剂、阻燃剂等结合，同时进行复合。 在该实施例中，描述了以PET和聚烯烃的组合的形式来使用聚合物。然而，在本发 明的其他实施方案中，能够将其他聚酯与聚烯烃结合或代替使用聚酯和聚烯烃的共混物， 能够省略所述聚酯。用于各种情况下的材料可以是新材料或回收的材料，并且本文中所述 的与PET瓶相关的优点同样适用于由聚酯和/或聚烯烃制备的其他产品。此外，尽管使用 聚烯烃和/或聚酯的共混物通常是有利的，但是也可使用单一的聚烯烃或单一的聚酯。为 了简明起见，在下述实例中仅参考PET，但是这仅是非限制性实施例，这同样适用于聚酯和合。 本发明PET在结构性元件的制造中以如下的托盘形式使用，即所述托盘的尺寸远 大于纺织纱等的直径，意味着不需要对PET进行过滤且因此不需要分离或丢弃PET瓶的油 墨印刷部分。因此，能够将整个PET瓶用作托盘制造的材料来源，对PET瓶进行造粒或成为 薄片，且能够直接供应至混配机，并在此直接成为热塑性产品而不需要通过任何的过滤网 更换器/过滤器。 优选在螺杆的下游，向混配机供应玻璃纤维(或其他合适纤维)，从而限制纤维在 螺杆的高剪切环境下发生断裂。熔融的PET和纤维由此形成复合材料，其中PET为基体。优 选通过机械结合将玻璃结合到PET基体，但是通过施加或接枝到纤维的偶联剂的作用来增 强所述结合，这使得基体与纤维进行化学结合。将玻璃纤维作为连续粗纱或作为短切纤维 供应至混配机，且所述玻璃纤维具有不同或相同的长度。 优选地，所述玻璃纤维的平均长度基本上长于10mm且所述组合物的玻璃纤维含 量为15% 30%。如果聚合物基体主要由聚烯烃如HDPE构成，则该百分比能够升高至 30% 45%。 在本发明的方法中，通过将在混配机中制备的复合材料直接供应至模具以通过注 射成型来制备托盘，能够大大地克服PET的缺点。这并不意味着不存在贮存或计量腔或收 集器，而是"直接"指没有任何与将组合物进料至模具无关的中间处理步骤，即，将聚合物保 持在熔化状态下且未进行造粒。在本文中，也将这种直接法称作"在单一步骤中成型"，所述 方法具有许多优点，包括防止聚合物降解、水气累积、节省能量需求(由于材料不需要再次 熔化)、保持了纤维长度等。 当借助于大直径、优选直径数量级为50mm 100mm的单一注射点向模腔内供应组 合物时，所述模具已经封闭。优选所述注射点位于托盘板面的中心点处并与托盘的中心相 互连接块状体对准。这有助于熔融组合物在模具中即使在低注射压力下的快速分布。此外， 使用单一注射点防止了焊接线的形成，所述焊接线通常在常规的注射成型塑料托盘中在从 多个注射点将材料供应至模具内的交汇处形成。 在附图中显示了利用所述方法制造的本发明托盘的实施例，通常通过参考数字10 来表示所述托盘。所述托盘10为由上述复合材料进行注射成型而得到的整体成型体，包括 大量相互连接的薄壁或肋条20以用于限定它们之间的孔或凹口 22，而不是实心结构。这有 助于将托盘10的重量保持为最小，并由此节省了材料成本并使得托盘操作起来更经济，同 时保持了其强度。然而，为了说明下述特征，将图3中所示的托盘10表示为图4中的实心 托盘，假设为肋条20之间的凹口 22被填充时所呈现的状况。各个肋条20之间的间隔小于 27mm，结果使得托盘10在许多方面的作用非常类似，因为如果其为例如图4中所示的实心 结构，则其在相邻的肋条20之间具有窄的间隔，使得将其放置在支持表面上时压力沿托盘 10的下侧分布，在下面将对此进行更深一步的讨论。 托盘10具有通常为平的上板面12，具有很多孔14以减轻重量，且所述托盘通过相 互连接的块状体或脚在九个位置处从板面连续向下延伸。所述相互连接的块状体包括四个 角落块状体24、中心块状体26和四个中间-侧面块状体28，在各对角之间的中间。在连接 的块状体的下端，托盘包括十字形或相框30，所述十字形或相框30包括桁条18，桁条18在 相邻的互联块状体之间延伸，沿托盘下侧边缘并与穿过其下侧，在两个相对的中间-侧面
7块状体28和中心块状体26之间。 在托盘10下侧边缘周围延伸的各个桁条18的截面图呈锥形，在其外边缘处(即 边缘处)的厚度为约9 12mm，且在其内边缘处的厚度为约12 20mm。所述桁条18的不 对称或锥形轮廓具有如下结果，在叉车的叉进入托盘的入口点处所述桁条薄得多，而在叉 离开相框30的出口处较厚。桁条18在进入点处的薄轮廓使得叉能够容易地进入所述托盘， 同时从相框30的厚出口 (即在相框的内边缘)为叉车操作者提供触觉反馈，当叉的端部通 过相框的出口时，操作者能够感觉对所述叉车的控制。 各桁条18的宽度均超过100mm，类似地，在孔14的区域之间延伸的部分板面 12 (即从上面看为实心的部分)在板面中形成桁条32，所述桁条32也具有超过100mm的宽 度。桁条18、32的宽度为托盘10提供结构强度和负载分配，这通过各个桁条下侧上的肋条 20来增强。在托盘10的边缘周围，对上部桁条32中的肋条20进行斜切，这种斜切使其具 有与如上所述下部桁条18的锥形轮廓相同的功能。 相框30的结合的底部区域，即包括下部桁条18的下侧和相互连接的块状体24、 26、28，占托盘10超过55%的面积。这与肋条20窄间隔的功能一起，使得如果将托盘支持 在下面的表面上则可用于非常广面积的负载分配。较大面积是指保持低的装载压力，且当 将负载的托盘堆叠在彼此顶部上且在下部的托盘上装载的货物必须承受上部托盘及其负 载的重量时，这是非常重要的，这借助于下部托盘负载上的上部托盘相框的界面实现。
参考上述事实，借助于单一的大注射点向模腔内注射聚合物和纤维材料来制备托 盘10。托盘10的注射点16位于板面12的中间且与中心相互连接的块状体26对准，从而 有助于熔融组合物在模具中的快速分布。通过中心相互连接的块状体26内部模腔内的圆 筒形通道、以及遍布托盘10的肋条20能够进一步提高熔融组合物的分布。
中心相互连接的块状体26在所有侧面上呈锥形，且在相互连接的块状体内的圆 筒形通道内凝固的材料形成管结构34，其与肋条20—起赋予块状体基本的结构强度。中心 相互连接的块状体26的锥形的结果为无意撞到块状体的叉车的叉头发生偏斜且块状体的 结构强度使其具有足够的弹性，不会因叉子的叉头和冲击之后的反冲而容易地造成损伤。
如图7中所最佳显示的，板面12中的某些孔呈圆形且所述某些孔能够容纳不同材 料的塞子36，所述塞子36通常优选与板面齐平，且所述材料为例如防止负载在板面上滑动 的防滑材料或有助于鉴别不同托盘的不同颜色的材料。 托盘10限定了四个圆筒形的腔38，在四个角落相互连接的块状体24的各个中有 一个腔38，且所述各个腔在板面12中具有能够塞紧的开口，优选为不漏水的方式。意欲使 腔38携带能够用于识别托盘的识别标签如RFID标签，但同样适于携带任意的其他识别设 备，如仍在开发的识别和跟踪技术。在本发明优选实施方案中，使用特殊塞40，所述特殊塞 延伸至腔38内并被构造为借助于0型圈水密性密封腔且携带RFID标签。携带RFID标签 而不是固定到托盘10上的腔38的优选构型使得它们在将来可以利用其他跟踪/识别设备 来替换或补充。此外，在角落相互连接的块状体26中安装FRID标签使得它们被牢固结构 包围，其中如果托盘10在粗鲁操作期间托盘受到破坏，则所述标签不易被移动。
所述托盘10可以是轻、中或重型托盘，且重量小于30kg。事实上，托盘10的重量 小于25kg且在聚合物主要由聚烯烃构成的实施方案中，所述托盘的重量小于20kg。托盘 10的低质量具有材料成本低的优点，但是除此之外，其使得用一台挤出机能够注射成型多于一个的托盘，由此提高了生产效率。 此外，尽管事实上托盘10的结构强度与更高的常规托盘的结构强度相同，但是托 盘10的高度小于目前市场上的任意其他托盘高度约20%。 所述托盘10的热塑性材料的弹性模量超过5000Mpa，屈服拉伸强度至少为60Mpa、 且室温下的缺口冲击强度(notched izod impactstrength)超过200J/m。
与木制托盘的成本相比，托盘10的成本是非常有利的，尤其是如果期望托盘10的 使用周期明显长于木制托盘的使用周期时，且托盘io将不需要任何维护，使用起来简单且 可直至其不能再用，此时将其以与PET瓶相同的方式造粒，以用于制造新托盘10。
权利要求
热塑性材料托盘(10)，所述托盘包括板面(12)、位于所述板面下方并隔开的相框(30)和在所述板面和所述相框之间延伸的相互连接块状体(24、26、28)，其特征在于，利用纤维来增强所述热塑性材料，所述托盘(10)为整体成型体并在单一步骤中通过注射成型来制备所述托盘(10)。
2. 如权利要求l所述的托盘(IO)，其特征在于，所述热塑性材料包括至少一种聚烯烃。
3. 如权利要求1或权利要求2中所述的托盘(10)，其特征在于，所述热塑性材料包括 至少一种聚酯。
4. 如前述权利要求中任一项所述的托盘(IO)，其特征在于，所述热塑性材料包括回收 的热塑性材料。
5. 如前述权利要求中任一项所述的托盘(IO)，其特征在于，所述托盘具有单一注射点 (16)。
6. 如权利要求5中所述的托盘(IO)，其特征在于，将所述注射点(16)设置在所述板面 (12)的表面上。
7. 如权利要求5中所述的托盘(IO)，其特征在于，将所述注射点(16)设置在所述相框 (30)上。
8. 如权利要求5 7中任一项所述的托盘(IO)，其特征在于，使所述注射点(16)与所 述相互连接的块状体(26)中的一个对准。
9. 如权利要求5 8中任一项所述的托盘(IO)，其特征在于，所述注射点(16)的直径 大于10mm。
10. 如权利要求9中所述的托盘(IO)，其特征在于，所述注射点(16)的直径大于30mm。
11. 如权利要求10中所述的托盘(IO)，其特征在于，所述注射点(16)的直径大于 50mm。
12. 如前述权利要求中任一项所述的托盘(IO)，其特征在于，当所述热塑性材料包括 聚烯烃时，所述纤维的平均长度超过10mm。
13. 如前述权利要求中任一项所述的托盘(IO)，其特征在于，所述热塑性材料的纤维 含量为5wt% 45wt%。
14. 如权利要求13中所述的托盘(IO)，其特征在于，所述热塑性材料基本上由至少一 种聚烯烃构成且所述热塑性材料的纤维含量为20wt% 45wt%。
15. 如权利要求13中所述的托盘(IO)，其特征在于，所述热塑性材料包括基本量的至 少一种聚酯，且所述纤维的含量为5wt% 30wt%。
16. 如前述权利要求中任一项所述的托盘(IO)，其特征在于，所述托盘的重量小于 30kg。
17. 如权利要求16中所述的托盘(IO)，其特征在于，所述热塑性材料基本上由至少一 种聚烯烃构成且所述托盘的重量小于20kg。
18. 如权利要求17中所述的托盘(IO)，其特征在于，所述热塑性材料包括回收的聚烯烃。
19. 如权利要求16中所述的托盘(IO)，其特征在于，所述热塑性材料包括基本量的至 少一种聚酯且所述托盘的重量为小于22kg。
20. 如权利要求19中所述的托盘(IO)，其特征在于，所述热塑性材料包括回收的聚酯。
21. 制备托盘(10)的方法，所述托盘包括板面(12)、位于所述板面下方且隔开的相 框(30)、和在所述板面和所述相框之间延伸的相互连接的块状体(24、26、28)，所述方法包 括熔化热塑性材料；将所述热塑性材料与增强纤维结合在一起；禾口 通过将所述热塑性材料注入模腔内而模制所述托盘；其特征在于，所述托盘(10)为整体成型体且通过在单一步骤中的注射成型制成。
22. 如权利要求21所述的方法，其特征在于，通过单一注射点(16)将利用增强纤维增 强的所述热塑性材料注入所述模腔内。
23. 如权利要求21或权利要求22中所述的方法，其特征在于，在将含增强纤维的所述 热塑性材料注入所述模腔之前，封闭所述模腔。
24. 如权利要求21 23中任一项所述的方法，其特征在于，将所述热塑性材料和纤维 混合并将所述混合的材料导入注射装置以将其直接注入注射装置的所述模腔内，而不使用 造粒步骤。
25. 如权利要求24中所述的方法，其特征在于，所述热塑性材料和纤维混合的步骤是 连续进行的。
26. 如前述权利要求21 25中任一项所述的方法，其特征在于，向所述热塑性材料中 添加增容剂。
27. 如权利要求21 26中任一项所述的方法，其特征在于，向所述热塑性材料中添加 添加剂以提高其冲击强度。
28. 如权利要求21 27中任一项所述的方法，其特征在于，将所述热塑性材料化学结 合到所述纤维。
29. 如权利要求21 28中任一项所述的方法，其特征在于，向所述热塑性材料中添加 熔融聚合物。
30. 如权利要求1 20中任一项所述的托盘(10)，其特征在于，通过权利要求21 29 中任一项所述的方法来制备所述托盘。
全文摘要
本发明提供了热塑性材料托盘(10)、以及制备所述托盘的方法。所述托盘(10)包括板面(12)、位于所述板面下方而隔开的相框(30)、和在所述板面和所述相框之间延伸的相互连接的块状体(24、26、28)，利用纤维对制备所述托盘(10)的热塑性材料进行增强。所述托盘(10)为整体成型体且通过在单一步骤中的注射成型而制成。制备所述托盘(10)的方法包括将所述热塑性材料和纤维进行混合、并将所述混合的材料导入注射装置以将其直接注入所述注射装置的模腔内，而不使用造粒步骤。
文档编号B65D19/00GK101765546SQ200880024128
公开日2010年6月30日 申请日期2008年7月14日 优先权日2007年7月12日
发明者彼得·沃特·迪图瓦 申请人:罗姆德公司