生产多层物品的方法

专利名称：生产多层物品的方法
技术领域：
本发明涉及一种通过压缩成型由熔融树脂组成的多层物料来生产多层物品 的方法。
背景技术：
专利文件JP4169207描述了 一种用于生产多层物品的方法，该方法是通itt 才莫具中压缩一个物料来进行的，该物料的各个层被定位成与压缩轴成直角。图1 显示了该日本专利中描述的方法。才封居这一方法，由几个层形成一组硬币形状的 物料1放置在一个模具5中。位于多层结构中心的层2具有减小的渗透性。专利
品，并将层2的端部10圈闭在物品内部。为了圈闭层2的端部，专利文件JP4169207 提出了在高于层3和4熔点并低于层2熔点的温度下压缩物料。专利文件 JP4169207通过实施例描述了一个由用聚乙烯制成的层3和4以及用聚,制成 的层2所构成的物料。专利文件JP4169207中描述的方法具有一些缺点。根据专 利文件JP4169207，中间层2在成型时是固态的，因为成型温度低于所述层的熔 点。其结果是，在成型时层2只经受到了很小的变形或根本没有变形。专利文件 JP4169207中描述的方法就》M^使功能层2延伸到该物品的端部。这种方法还需 要生产、加热一个很薄厚度的平板物料，并将其传送ii^才錄5的腔8中。生产
法难以用^高生产率下制造物品。
图2所示的专利US4904512描述了 一种通过压缩成型多层物术+生产出的多层 物品。该专利提出了使用一个包括完全圈闭在树脂层3和4之间的功能层2的圆 柱状物料1 。层2的端部10依靠挤出的方法被圈闭在该物料中，并允许间断的提供该功能层。然而，专利US4904512中并没有描#才莫具5中压缩物料l。例如， 该物料的尺寸以及它是如何定位^jM莫具5的腔8内并没有提到。该发明的描述就 物^HM可被压缩并没有提及。但是，已知该专利中所描述的物品并已知它力求获 得被压縮材料的对称流动，其结果是，压缩必须在平行于4齐出轴的方向上进行。
然而，专利US4904512中所描述的解决方案碰到了一些困难。如专利 US4904512中所描述的，用于功能树脂的具有切断阀机构的共挤出装置控制所述 功能树脂间歇流动。然而，切断阀机构复杂并昂贵，且在高生产率下没有对间歇 流动提供足够的精确控制。第二个不足在于难以生产含有两种以上树脂的物料。 总的来说，功能层没有自然的附着在形成该物品的树脂上。这种不足可能导致各 层之间的粘附不好并导致产生有缺陷的物品。
最后，此处的第三个不足之处在于难以对连续制造大量物品进行优化自动化。
这是因为一旦物料被产生出来，它并不能一离开挤出器就立即^^缩。最低 限度的，物料需要转移相当长的距离或旋转90°，因此需要更复杂的装置并减缓 了物品生产ii^。
通过挤出多层物料，将其传i^'J才M"腔内，然后在熔融状态下压缩，以形成 该物品来方便的完成高生产率下压缩成型多层热塾性树脂物品。现有技术中描述 的这一工艺，包括通过沿着其对称轴压缩定位于模具中心的物料来制造物品，如 塞子或杯子。这种配置能够在压縮时获得轴对称流动，并最终获得功能层在该物 品内的轴对称分布。
然而，当物料被沿着该挤出轴压缩时，至少^it到两个主要困难功能层在 物品中心的不连勢性，以及物品中过多的功能材料。
当物料中含有少量的功能材料以便经济的生产多层物品时，会遇到第一个困 难。那么功能材料在物料中形成平行于挤出轴的薄薄的一层。功能树脂从物料的 中间部分缺失，从而也就从物品的中间部分缺失。
第二个困难是在如专利US4904512中提出的将功能材料定^MM勿料中心时 遇到的。然而，为了将功能层分布至物品边缘，就必须大幅增加物料中功能树脂 的量，以便功能树脂形成一个具有足够大半径的圓柱。虽然就形成的物品而言，当各层与压缩轴成直角定位时，沿着与物料对称轴 一致的方向压缩证明了是令人满意的，但是，不可能获得高的生产速度，尤其是 因为这一物料不能挤出。
因此，有必要ULh述问题。当涉及具有与挤出方向一致的对称轴的物料时， 感觉这种需要尤其强烈。
发明目的
本发明可以通过压缩成型来生产多层物品，而不会遇到上述问题。本发明是 在与挤出方向相交的方向上压缩物料，以在高生产率下生产多层物品。

发明内容
本发明是一种通过压缩成型熔融的多层树脂物料来制造合成树脂多层物品
的方法，该物料至少包括一个功能层，在压缩时物料的每一层都处于熔融状态；该方法在于至少通过一个才M4^齐出树脂，定期切割该挤出物以便获得物料，然 后以熔融状态将该物料沉积^ftt腔内；因此该方法在物料内部限定了 一个挤出
方向并平行与该挤出方向设置该功能层；该方法的特4球于物料沿着与挤出方向 相交的压缩轴进行压缩，从而将相对于压缩轴的不对称性引ASJ各层流体中。
本发明还在于一个通过压缩成型生产的多层物品，其中各层的分布不对称。 本发明还涉及一种上文中定义的熔融树脂物料。
本发明最后涉及一种执行上述方法的设备，该设备包括用于在挤出方向上挤 出多层物料的装置，以及用于在与该挤出方向相交的方向上压缩所述物料的装置。
本发明能够产生具有不对称层分布的不对称几何形状物品。能够获得具有覆 盖整个物品表面的功能层的多层物品，如塞子或盖帽。
本发明还能够生产不对称几何形状的物品，如椭圓形几何形状的塞子。
最后指出，就根据本发明的大多数物品来说，其中有些部分的层凄魄出了最 初存在于物料中的层数。通过与现有技术进行比较，根据本发明的方法的新颖'l"錄于通过挤出来生产 多层物料，及其在与各层相交的方向上的压缩。正如先前所解释的，联合执行这 两个操作导致物料被沿着不是所述物料对称轴的轴线压缩。由此产生的多层流体 并没有在现有技术中描述，且该多层物品也没有在现有技术中描迷。专利文件
JP4169207和US4904512没有描述相对于压缩轴不对称的物料，它们也没有描述 没有对称轴的流动，也没有描述多层结构没有对称轴的轴对称物品。
才艮据本发明提出的方法与本领域技术人员的常识背道而驰，本领域技术人员 的常识是压缩相对于压缩轴对称的物料，以获得各个方向的均匀流，并最终获得 一个对称轴也是其多层结构对称轴的物品。
发明的详细描述
在本发明的描述中使用以下术语
-物料的长、宽、高物料的高度定义为其压缩方向，其长度定义为4齐出方向， 以及它的宽度。物料的高度和宽度取决于挤出才tt;物料的长度取决于挤出的条 状物如何被切断。当物料为圓柱形时，高度和宽yl^相同的。
-垂直4由压缩4由16。
-功能层功能层厚度小，并赋予物品特殊的4生质。例如，功能层可能是隔离层。
在下文中，本发明将通过下面附图所示的一些实施例的详细描述更好地理解。


图1和图2描述了现有技术中提出的通it^ftt中压缩物料来生产物品的解 决方案。
图3至6显示了在一个才莫具5中压缩共挤出物料l，其功能层2垂直于压缩 平面并显露在物津+的表面。得到的物品9的特点是层2的折层11。
图7显示了功能层2本身可能由几个层构成。图8是沿轴线15挤出的物料的一个实施例，并且其相对于压缩轴16并没有 对称性。
图9显示了沿轴16压缩图8中所示物料1后得到的多层物品。虽然它具有 贯穿该物品分布的功能层2，但物品9具有不对称多层结构。
图10显示了沿轴15挤出的圓柱形多层物料1。除了在其两端10"卜，物料 1包括一个被圈闭在物料内部的功能层2。
图11显示了沿轴16压缩图10中所示物料1后得到的多层物品。虽然功能层 2均匀的穿过该物品g,但物品9具有不对称多层结构。
图12至]5显示了制造多层物品的方法。
图12示意性的描绘了挤出多层条状物21。
图13显示了切割该条状物以形成多层物料1。
图14显示了^K^5的腔8内定位物料1。
图15显示了物品9的制造以及物品中各层的分布。
图16和17显示了物品的几4可形;R^物品9中功能层2的端部10的位置的 影响。
图18和19显示了一个实施例，其中层2的端部10被圈闭在物料1及物品9中。
图2,0至23显示了物料1在模具5的腔8内偏离中心定位的影响。
图24和25显示了没有对称轴的物品的生产。
图26和27显示了在相对挤出轴15倾斜的方向Ji/i缩物料。
图26显示了才錄中物料的定位。
图27显示了压缩后^寻到的物品。
图28至30显示了一种在将物料定位^^tt中之前使其变形的方法。
图28显示了沿轴15挤出的物料。
图29显示了沿着压缩轴16使物料变形。图30显示了在模具腔中定位该预变形的物料。 M实施方式
图3描述了包含一个被圈闭在两个树脂层3和4之间的功能层2的共挤出物 料1的剖^L图。层2的端部10位于物料的表面或位于所述表面附近。功能层2 不^^位在物料高度的中间，所述物料高度被认为是沿着压缩轴。挤出轴位于水 平面上。物料1在模具5的腔8中被压缩，该模具至少包括一个定形腔6和一个 沖头7,冲头7的相对运动关闭该一tt并压缩物料1。物料1 ^/￡缩的方向与构 成物料l的层成直角。
图4描述了压缩图3中显示的物料所产生的物品9的剖4见图。与现有技科目 反，发现物品9中各层的堆叠不同于物料1中各层的堆叠。与所有的期望相反， 发现功能层2形成了一个折层11 ，并且层2的端部10位于物料的表面12或所述 表面的附近。这样形成的物品9至少局部具有超过最初物料中层数的层数。同时 i^现物料中层的位置预先决定了所述层2的端部10将会位于物品的哪层上。 如果层2位于物料较低的部分，则层2的端部10将会位于物品的底面12上。图 4还显示了层2已经延伸至物品9的端部，层2的折层11位于径向最远点。发现 层2的折层11径向越过的距离取决于层2在物料中的位置以及物料和物品各自的 大小。对于同样的物料和物品几何形状，层2距离物料底面越近，折层ll的径向 延伸躲J、。
在该压缩方法过程中流体的理论分析有助于了解物品9中折层11的形成。在 压缩方法的开始，层2的端部10位于流体的延伸前端，那是一种被称为"喷泉效 应"的特殊流体的位置。延伸前沿上的每个点从该流体中心朝着壁移动。这种现象 类似于垂直喷水口中看到的现象；在喷水口端部水^/人喻嘴中心向周边移动。在 这个实施例中，在压缩物料的一个准确时刻，端部10在材料的前端流动，因此， 端部10被喷^^文应携带着朝才莫具的底壁移动。A/Jl—时刻起，物料压缩持续进 行并且折层11作为下一个进程的结M步形成。流体中每个点(不处于延伸前端) 以不同于与其临近的点的i4^移动。这是因为壁附近的流速比流体中心部分的流 速低。这种现象类似于河流的流动，河岸附近的水流iiyl较低(甚至为零)而在 河流中央的水流i4^最高。因jt化这个实施例中，端部10以比其上部材料较低的i4A移动。ii^的这种差异具有在层2中产生折层11的作用。还必须指出，折 层11的端部以高于层2的端部10的速度在流体中传送。
图5和图6显示了压缩物料的第二个实施例，其中各层定位成与压缩轴成直角。
图5显示了包括两个圈闭在树脂层3 、 4和14之间的功能层2和20的物料。 层3和4分別形成所述物料的底部和顶部表面，并且构成中间层的层14位于层2 和20之间。层2和20的端部10位于物料1的侧表面或位于所述表面附近。如 图5中显示的，功能4对脂层2位于物料较低部分，而功能层20位于上面部分。 物料1定^^f莫具5的腔8内，模具5由一个定形腔6和一个沖头7构成，沖头 7的相对移动压缩该物料并关闭所ii才莫具5的腔。压缩方向与形成物丰+的^^层成 直角。
图6描述了在才莫具5中压缩图5中所示物料1所产生的物品9。物品9的层 数至少局部超过物料中层数。功能层2和20形成了折层11，因此物品局部具有7 或9层而物^H义由5层构成。功能层2的两端位于物品9的底面12上，而功能 层20的端部10位于所述物品的顶面上。层2和20的两端可能位于物品9的表 面上或位于所i^4面附近。图5和图6说明了物料内层的位置对物品内端部10 位置的影响。由于材料移动前端的"喷泉流动"，层2和20的端部靠近物品9的表 面。折层ll的形^A该厚度内部力fLi4分布的结果在才镇壁附近，力fui4为零，而 在中间平面附近，流速最高。因itti斤层ll的端部以大于层2的端部10的ii^t流 动。
图7描述了包括一个圈闭在树脂层3和4之间的功能层2的物料1。为了不 使本发明的描述过于复杂，所描述的层数故意较少。但是，本领域技术人员知道， 将不同性质的热塑性树脂结合在^一般需要使用粘合剂层在界面上将各层粘 合。如图7所示并通过实施例，功負tg2本身可以设计成由砵給剂层2b和2c以 及功能层2a构成的多层结构。
与通过压缩成型制造多层物品的现有技7M目悖，本发明提出了压缩与压缩轴
不对称的物料。这样产生了一个物品，其中各层的分布没有对称轴。
图8和9描述了压缩相对于压缩轴不对称的物料以及获得的多层物品。图8显示了物料1在截面A和B上的附图。物料1由一个圈闭在4对脂层3 和4之间的功能层2构成。这种物料l优选通过挤出一个条状物来获得，该条状 物的横截面对应于物料l的A线视图。在A线视图中，可以看到，物料的侧壁 17上没有出现层2的端部10。物料l的挤出方向由轴15指示。B线视图描述了 物料l的第二个剖视图。在这个视图中，功能层2的端部10位于物料侧壁17的 表面。物料l的几何形状由高度33、 t^变31和长度32来限定。为了生产轴对称 物品，人们发现，宽度31和长度32的比例接近1是有利的。同样的，人们发现 物料的高度33和宽度31的比值优选在0.5至2之间。然而，对于特殊物品，如 预成型件，高度33和宽度31的比值必须超过2。图8所示物料1的压缩轴平行 于轴16。
图9描述了^M莫具5中压缩图8中所示物料1获得的物品9。物品9的几何 形状显示了 一个对称轴，它也是物料的压缩轴。物品9的特征在于它的多层结构 没有对称轴。A线视图显示了该物品的第一个横截面。功能层2圈闭于层3和4 之间，层3和4分别构成了物品9的底面12和顶面13。功能层2的端部10没有 位于物品的侧壁17上，这意味着所述端部没有被位于材料前端的"喷泉流动"带 走。B线视图显示了所述物品9的第二个横截面。在这个视图中，功能层2在其 端部形成了一个折层ll。功能层2的端部10在底面12上可见。折层ll构成了 功能层2离物品9对称轴最远的部分。压缩过程的流体分析表明，折层ll是由材 料前端的"喷泉流动"以及^J4分布图所产生的，';产Lii分布图的特4球于才錄壁处 的it;l为零，且压缩中间平面的i4^最大。功能层2没有位于物品的侧面17上。 功負fe层2形成了 一个没有对称轴的复杂几何形状。通常希望功能层2位于物品边 缘。人们发现，尽管功能层2被分布成没有对称轴，但是所述层径向延伸远至接 近侧壁17的距离并延伸跨过整个物品的边缘。层2的径向端和物品侧壁17之间 的距离只是稍稍有所改变。结果发现，流动的长度越长，层2的径向端和物品侧 壁17之间的距离改变越小。
图10和11描述了压缩相对于压缩轴不对称的物料的第二个实施例以及获得 的多层物品。
图10描绘了圓柱几何形状物料1剖面A和B的视图。物料1沿着轴15挤出 并沿着轴16压缩。在物料1中，各层定位成与压缩轴成直角。物料1具有一个
ii对称轴是挤出轴15,但不同于专利US 4904512中教导的，物料l在与所述物料 的对称轴成直角的方向上被压缩。物料l由一个圈闭于层3和14之间的功能层2 构成，层3和14分别构成了外层和中间层。A线视图以与挤出轴15成直角显示 了物料l的横截面。图10A线视图中所见的物料1的横截面砂于应于挤出的圓柱 形条状物的横截面。功能层2以挤出轴为中心形成了一个圓筒形封套。图10中B
位于物料1的侧面17上。当挤出条状物被切断时形^4面17。由于物料1形成 一个旋转的圓柱形，因此其高度33等于它的宽度31。在制造轴对称物品过程中， 如图11中所示的那些物品，发现功能层2延伸的速率在所有方向上均不相等。为 了获得功能层在整个物品中的均匀分布，需^f尤化物料的几何形状以及功能层2 的径向位置。因此，尽管长度与直径比等于1的物料不一定会导致整个物品中功 能层2的最佳分布，^^目同体积不同几何形状的物料可^Jf]来形成多层物品。令 人吃惊的是，夕卜形比例不是l的物料往往导致整个物品中功能层2的更均匀分布。 例如，图11中显示物料长度与物料直径比等于1.5产生了整个物品中功能层2的 最佳分布。在高生产率下制造物品中圓柱形物料有许多优势。正如我们稍后将在 本发明的描述中进^^释的，物料是被快传送移到才錄腔内的。鉴于这种传狄 生的逸复，因此并不总是很容易的精确控制物料^^莫具腔内的位置。图10中显 示的圓柱形物料具有一个对称轴，这允许物料在该轴周围旋转而不会改变成型的 物品。
图11显示了具有一个对称轴并JIit:ii^^tt腔内压缩图10中所示物料l获 得的物品9。 A线视图显示了穿过该物品的第一个截面。轴线15和16允许物品 相对于物料^f^py空内的初始位置进行定位。轴16表示压缩方向并且物料沿着 轴15挤出。A线视图显示了在压缩过程中功能层2是如何形成的。层2在位于 构成物品端部的侧面17附近形成了一个折层11。 B线视图以平行于挤出轴15和 压缩轴16的截平面描绘了物品9。在B线视图中可以看到，层2的端部10分别 在所述物品9的底面和顶面12和13上可见。层2形成了几个折层11,它们位于 构成物品9端部的侧面17附近。从5层的物料1开始，获得了局部包括9层的 物品9。 A线视图和B线视图显示了本发明产生的功能层2的复杂分布，并JJi 并不是现有技术中教导的特征。获得图4、 6、 9和11中所述物品的方法是一种以高生产率生产多层物品的经 济型方法。这种方法涉及三个主要步骤，其中包括挤出多层物料，传送并^ftt
腔内定位所述物料，从而各层垂直于压缩方向，^通ii^^iy空内压缩该物料 来成型多层物品。
如果多层结构没有对称轴，则该方法^f吏功能层2通过实际物品很好的分布。
该方法可以通过调整物料的几何形状以适应物品的几何形状来产生没有对 称轴的物品。
图12和13中显示的该方法的第一步是挤出一个多层条状物21并均匀的切 割它以形成物料。连续挤出多层条状物可以实现非常高的生产逸变。然而，不连 续的挤出条状物或只是它的一些层可能是有利的。不连续挤出条状物可用于使切 割该条状物变得更加容易。不连续挤出一些层可以有可能生产更复杂的物料，其 中 一些层是完全^皮圈闭的甚至包括它们的端部。
还可以挤出其中具有一个孔的物料。
图12显示了挤出圓柱形条状物21，它正离开由一个冲模23和一个共挤出单 元22构成的共挤出头。共挤出单元22可以形成多层结构，而沖模23卩艮定条状 物的几何形状。元件22和23描绘的非常示意性，因此这些元件并没有被准确的 描述。用于制造管、剖面或多层板的共挤出头被广泛的在现有技术中描述。共挤 出头与几个挤出才M目连，挤出机向挤出头提供形成各层的熔融状态的树脂。条状 物21由一组熔融状态的树脂层3、 2和14构成。挤出温度取决于被挤出树脂的 寸 。 一般情况下，这一温度范围为100。C至300。C之间。
图13显示条状物21的切割24，以形成物料l。 J贿技术中已经描述了很多 用于切割物料的设备。我们以举例的方式提到旋^i殳备，其中刀具可独立于该设 备或包含在该i殳备中，用于传送物料。 一些刀具包括两个刀片的相对运动，它以 剪刀的方式切断物津牛。其他设备包括开闭器，它的关闭运动切割条状物或管21。
图14描述了物料1在一个成型装置的腔8内的定位，该成型装置包括由一 个成形腔6和一个沖头7构成的才莫具5，冲头7的相对运动压缩物料并形成该物 品。物料1在腔8内定位的方i(^^压缩方向16垂直于各层。物料传送i^v4錄 的方式没有显示出。传送装置可用于将物料定向并将其放置在腔内。其他方法包
13括将挤出物料直接沉积在4tt腔内。将物料传送it^才錄腔是一项必须^ki4完成 的才剁乍，以防止物料冷却从而当压缩时出现温度不均匀。
图15描述了在4莫具5中压缩物料1所得到的物品9的剖视图。模具5通常 包括一个冷却回路来固化该熔融法并使物品充分冷却，使它能够从模具中释放出 来。才tt温度通常调节到温度范围为0。C至60。C之间。
本方法中的一个重要因素是优化物料的几何形状，以适应物品的几何形状。 为了生产具有一个对称轴的物品如塞子、杯子或盖帽，物料长度32和宽度31的 比值并不一定等于l。对于图10所示物料来说，所述比例通常不是l,但对于图 8所示物料来说，所述比例优选接近l。物料的长度32由挤出才;Ulr出速率和切割 频率限定；物料的宽度31和高度33由模具23的几何形状限定。对物料中各层 的位置进行优化，以取得理想的功能层2的分布。高度33与宽度31的比值与物 品的几何形状尤其相关，该比值通常介于0.2和5之间，并优选0.5至2之间。为 了在非常高的生产ii^下更容易地处理物料，通常使用高宽比接近1。
本发明中描述的方法可以产生具有孔或没有孔的物品，但所述方法特别有利 于以高生产率生产没有孔的多层包装部件。这些部件可能是塑料塞子、杯子或者 盖帽。多层结构是有利的，因为它们可以改善所述物品的隔离性能。通常需要改 善这些物品对氧气、二氧^/友或香气的不渗透性。本发明可以在不降低产率也不 产生废弃物的情况下进行这种改进。但是，在某些应用中需凌-避免功能层2和包 装的产品之间的接触。此时应当防止层2的端部位于物品与所述产品相接触的表 面上。
在下文中列出了控制功能层2的端部IO在物品中位置的方法。
第一个方法是在物料内部提供一个层的位置，使功能层2的两端不位于物品 与产品相接触的表面上。图9显示了一个实施例，其中功能层2的端部10没有 位于物品与包装的产品相4妄触的顶面13上。将功能层2的端部10圈闭在物料内 部产生了层2完全不在其表面上的物品。将端部10圈闭在物料内部可以通过间 歇性挤出层2来实罗该在切割和传送物料时进行。
图16和17显示了包装9的生产，其中功能层2位于与包装的产品接触的顶 面13附近，并且其中功能层2的端部10不出现在所i^顶面13上。图16描述了由一个圈闭在树脂层3和4之间的功能层2构成的物料1 。层2的端部10位于所 述物料的侧面17上。物料1定位^ftt 5的腔8内。图17描绘了通it^缩图16 中所示物料1获得的物品。物品9包括构成包装内表面的顶面13，所述表面13 与包装的产品4妄触。功能层2位于物品9的顶面13附近，^旦不在所述表面13上。 功能层2的端部10出现在构成包^卜表面的表面12上。端部10不出梦冰包装 内表面上取决于层2在物料中的位置以及物品的几何形状。
另一种避免包装的产品与功能层2端4財妻触的方法是改变熔融树脂与模具壁 之间的接触类型。尤其利于^t具的一卩分具有滑动式接触而在模具中相对的部 分具有粘附式接触。例如，可以在沖头7和熔禹;^f脂之间使用滑动式接触并在成 形腔6和熔融树脂之间使用粘附式接触。通过改变模具壁和熔禹財对脂之间的接触， 可以改变功能层端部的位置。接触的类型取决于制成^Jl表面的材料以及所迷模 具的表面光洁度。
当以高生产率生产物品时，并不总是很容易的确保物料的正确定位。的确在 传iilil定位于才tt腔内时可能发生物料的自身旋转，这将导itA缩时功能层2没 有被适当的定位。例如，物料旋转可能导致功能层2平行于压缩轴定位，而垂直 定4立是理想的。为了it^这种困难，可以通过相对其长度和宽度减少其高度来改 变物料的几何形状。然而，当以高生产率生产多层物品时，并不总是可以处理高 度耷交4豆的物津+。
图18提出了一种特别优选的物料，因为它的旋转对获得的多层物品没有任 何影响。A线浮见图显示了与才齐出轴15成直角的一黄截面。物津+1^4黄截面为正方 形的柱体，并包括一个被圈闭在构成物料表面的树脂层3和构成中间部分的层14 之间的层2。 B线视图在由挤出轴15和压缩轴16构成的平面上描述了该物料。 功能层2圈闭了层14并且它的端部不出现在物料表面。宽度31、长度32和高度 33相等，因此物料l形成了接近立方体或球体的几何形状。制造物料l需要不连 续^4t层14和2。
图19描绘了通过^f莫具中压缩物料1得到的物品。层2完全没有出现在物 品的表面上。获得的物品并不依赖于物料在才tt腔内的角坐标。
确定物料在才tt腔内的中心是通:ito缩成型来生产多层物品的一个关魄与、， 因为如果物料没有正确的在才錄腔内定心，则流动是径向不均匀的并且功能层贯穿物品的分布是不佳的。然而，对于某些物品来说，1甜隔离物是不需要贯穿整 个物品的。例如一个塞子，通常的情况是在侧壁中不需要隔离物，该塞子中至少
需要存在隔离层。已经发现，适当的物料能够确保即使物料^cpy空内是偏心的， 功能层也能出现在塞子的端壁上。
在压缩时，各层之间的粘度比在流动中起到很大的作用，并因》b!于获得的物
品的多层结构具有很大的作用。^^层之间的粘度差可以改变功能层2的端部10 在物品中的位置。尤其是，各层之间的粘度差用于将层2的端部10圈闭在物品 内部，从而^^2完全没有出现在所述物品的表面上。例如，可以伊述具有更粘 的功能层2。第二个实施例是具有一个流动性更好的树脂位于功能层附近，并且 由于它的粘度低，因jtb^它流动时将功能层2的端部圈闭M。人们发现，各层 之间的粘度比大于5更容易将层2的端部10圈闭在物品内。在本发明的精神范 围内，可以改变多个层的粘度，以{更将层2的端部圈闭在物品内。
为了完全圈闭层2，并非总是能够改变各层的相对粘度。各层之间粘度差过 大可能导致挤出、切割或者传送以及物料在才 腔内定位的困难。因jt^是出了将 层2的端部10圈闭在物料中的另一种方法。有两种方法可以^]务层2的端部IO完 全圏闭在物料内第一个方法包括间歇性的挤出层2,而其他层不间断的挤出。 第二种方法在于在切割或传送物料的时候将层2的端部圈闭。
图20至23显示了物料1在才莫具5的腔8内偏心定位对生产塞子的影响。
图20显示了物料1 ^ftt 5的腔8内偏心的第一个实施例，该才镇5由一 个成形腔6和一个冲头7组成。功能层2在物料中的位置^皮优化了 ，因itb^压缩 成型^^,之后所述层2至少位于构成塞子端壁的部分。找到了 一个层2在物料1 中的位置，其允许物料1随机的定^^所述才錄5的腔8内。根据物品的几何形 状优化物料的几何形状。
图21描述了通过压缩在模具5的腔8内偏心定位的物料1获得的塞子9。功 能层2只是部分出现在所tt子9的侧壁28中，但功能层2层贯穿分布在所述 塞子的端壁27上。
图22显示了没有位于才錄5腔8中心的物料l的第二个实施例。
图23描述了通ii^型图22中显示的物料1获得的塞子9。功能层2至少位于构成塞子9端壁的部分27中。侧壁28只有部分是多层的。
上述实施例非常有利于以高生产率生产塞子。没有必刻务物料在才tt腔内准 确定位，物料可以随机的定位在所i^空内。本发明的这个方面是特别有利的，因 为它只需要对现有设备进行很d 、的改进，并可以在相对于生产单层塞子不斷^ 产率的情况下生产多层塞子。
本发明的最后一个主要益处是可以生产不具有对称轴的多层物品，例如椭圆 形的塞子。
本发明的这个方面由图24和25显示，它们描绘了用长度与宽度比值大于1 的物冲转'j造具有椭圓几何形状的塞子。
图24显示了物料1 ^^IV 5的腔8内的定位。A线视图描述了与挤出方向 5成直角的物料的横截面。B线视图描述了包^4勿料轴线15和压缩轴16的平面 上该物料的第二横截面。从A线视图和B线视图可以看出，物料的长度32大于 所述物料的宽度31，并且同样的，腔的长度29大于所iiM的宽度28。对物料的 几何形状进行了优化，从而功能层通过所述物品的分布将会是正确的。在某些情 况下，这是在物料长度32与宽度31的比基本等于腔的长度29与宽度28的比的 情况下得到的。
图25描述了通过压缩图24中显示的物料1获得的塞子9。剖面A和B的视 图显示了在对称4黄断塞子9的两个垂直平面上各层的分布。可以看出，功能层2 正确的贯穿整个物品分布。
图26至30显示了本发明的其他形式,物料的压缩轴16相对4齐出轴15倾斜。
图26描绘了包括一个圈闭于两个树脂层3和14之间的功能层2的4^齐出物 料1的剖视图。物料1定位在一个成型设备的腔8内，该成型设备包括一个至少 由一个成形腔6和一个沖头7构成的模具，冲头7的相对运动压缩物料并形成物 品。物料1定位^^莫具中的方式，使得压缩轴与物料挤出轴成一定的角度。压缩 轴并不垂直于挤出轴。
图27描绘了通过/f^莫具5中压缩物料1获得的物品9的剖视图。值得注意 的是层2在物品中心的重叠。
沿着相对于挤出轴倾斜的轴线压縮物料有时是4艮难实现的，因为如图26所示物料在倾斜位置是不稳定的。为了解决这个难题， 一种方法是在将物料定^^
才tt腔内之前使其变形。图28至30显示了这种方法的示意图。
图28显示了沿轴15挤出的多层物料1的剖视图。物料1包括一个圈闭于两 个树脂层3和14之间的功能层2。
图29显示了在定位于模具中之前物料1的变形。这种变形可以通过在适当 的工R间压缩、剪切或4立长该物料来实现。图29显示了通过沿轴16压缩的物 料1的变形。优选在物料被切割时或物料被传送ieMtt腔时进行变形。如图29 所示物料的变形^f吏物料^f錄腔内更容易定位。
图30显示了压縮步骤之前位于才莫具5的腔8内的物料1 。该物料是非常稳定 的，使得该压缩方法更可靠且可重复性好。
本发明范围内使用的树脂对应于常用的热塑性塑料，尤其是那些包装领域中 ^f錢的。提到的能够^^]的功能性树脂中可以由乙烯/乙烯醇(EVOH)聚^4勿、 ^&^口尼&MDX6、丙烯腈/丙烯酸甲酯(BAREXTM)共聚物、含氟聚合物如 聚偏氟乙烯制成。我们也^是到一些能够用于构成物品结构的层的一对脂聚乙烯 (PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚鹏(PA)、聚酯(PET)。这个清单 并非穷举。
压缩成型方法包括向才M"腔提供熔融状态的多M成树脂物料，通itt该模 具腔内压缩成型所述物料形成物品并冷却该物品然后将其A^莫具中释放出来。
根据本发明的该设备至少包括用于共挤出多层物料的装置，用于将该多层物 料传送iiX—个压缩模具的装置以及用于压缩该物料以形成物品的装置。
本发明可以生产具有非常薄的功能层的物品，该功能层可能不到物品体积的5%。
上文所述生产多层物品的方法尤其利于生产物品，如塞子、盖子、盖帽以及 罐状物。这种方法还可以方便的用来生产硬币形状的预成型件，随后这些硬币被 用于热成型或者与鼓风相结合的热成型以形成多层物品。
权利要求
1、通过压缩成型熔融多层树脂物料(1)来制造合成树脂多层物品(9)的方法，该物料至少包括一个功能层(2、20)，在压缩时物料的每一层都处于熔融状态；该方法包括至少通过模具共挤出的树脂，周期性切割该挤出物以便获得物料(1)，然后以熔融状态将该物料(1)沉积在一个模具腔内；因此该方法在物料内部限定了一个挤出方向并平行于该挤出方向设置功能层(2、20)；该方法的特征在于物料沿着与挤出方向相交的压缩轴(16)进行压缩，从而将相对于压缩轴(16)的不对称性引入到各层流体中。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中在与主轴相交成直角的方向上压缩所 述物料。
3、 根据权利要求2所述的方法，其中物料是长方体形的。
4、 根据权利要求2所述的方法，其中^^]横截面为圓形的物料。
5、 根据权利要求4所述的方法，物料是圓柱形的，其各层设置成与挤出方 向同轴。
6、 根据权利要求5所述的方法，其中<狄一种物料，该物料具有一个围绕 所述主轴形成一^^套的功能层。
7、 根据权利要求l所述的方法，其中在与挤出方向相交成锐角或钝角的方 向上压缩所述物料。
8、 根据前面^—权利要求所述的方法，其中物料偏离中心沉积^4tt中。
9、 采用前面任一权利要求限定的方法压缩成型物料(1 )获得的合成树脂多 层物品(9)，所述物品(9)的特征在于其各层的不对称分布。
10、 根据前面权利要求所述的多层物品，其特44于至少在局部，物品的层 凄^i过形成它的物料的层数。
11、 根据权利要求9或IO所述的多层物品，其特征在于其外观是对称的， 并且它是由长度与宽度不相等的物料获得的。
12、 根据权利要求9至11中任一权利要求所述的多层物品，所述物品(9)包括一个中间部分和一个功能性部分，其特征在于它包括至少覆盖所述中间部分 和所述功能法部分的多层结构。
13、 根据权利要求1至8中任一权利要求所述方法中4細的熔融多层树脂物 料(1 ),该物料至少包括一个熔融状态的功能层。
14、 根据前面权利要求所述的物料，其长度与宽度不相等。
15、 根据权利要求13或14所述的物料，其中功能层(2、 20)和至少一个 其他层之间的粘度比小于等于1/5或大于等于5。
16、 根据权利要求13至15中任一权利要求所述的物料，其包括两个平行面， 并且包括至少 一个倾斜的定位在所述平行面之间的功能层。
17、 用于执行权利要求l至7中任一权利要求所述方法的设备，该设备包括 用于在挤出方向(15)上挤出多层物料的装置以及用于在与该挤出方向(15)相 交的方向(16)上压缩所述物料(1 )的装置。
全文摘要
本发明涉及一种通过压缩成型熔融的多层树脂物料(1)来制造合成树脂多层物品(9)的方法，该物料至少包括一个功能层(2、20)，在压缩时物料的每一层都处于熔融状态；该方法在于至少通过一个模具共挤出树脂，定期切割该挤出物以便获得物料(1)，然后以熔融状态将该物料(1)沉积在一个模具的腔内；因此该方法在物料内部限定了一个挤出方向并平行与该挤出方向设置该功能层(2、20)；该方法的特征在于物料沿着与挤出方向相交的压缩轴(16)进行压缩，从而将相对于压缩轴(16)的不对称性引入到各层流体中。本发明还涉及用上述方法获得的物品，该方法范围内使用的物料以及用于执行所述方法的设备。
文档编号B29C43/20GK101588905SQ200880003306
公开日2009年11月25日 申请日期2008年1月29日 优先权日2007年2月7日
发明者J·托马塞 申请人:艾萨帕克控股公司