专利名称：注射成型聚对苯二甲酸乙二酯的方法
技术领域：
本发明涉及将非结晶或结晶聚对苯二甲酸乙二酯注射成型至所希望的成型形状(例如型坯)的方法，该方法省去了预干燥。
由乙二醇与对苯二酸或对邻苯二甲酸二甲酯的本体聚合剂得的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)颗粒是非结晶的透明材料。水份含量未达到平衡的PET具有进一步吸水的特性，这样当PET在吸水条件熔融时，就会发生水解造成PET不能熔融。
非结晶PET颗粒当加热至高于其玻璃化转变温度(Tg)时，变得稍软而具有粘性，该粘性使得PET颗粒难于进入螺杆，由此成型时不能供料。另一方面，对于结晶的PET颗粒，甚至在高于其Tg的温度，它也不软化，而保持一定的硬度，并且没有粘性。
这样，材料制造商需将未结晶PET颗粒在150至160℃的温度干燥，以制造去湿和结晶的PET颗粒，并将其作为市售成型材料销售。但这都造成普通的市售PET比未结晶的PET更贵。由于某些材料制造商销售的未结晶PET在使用之前已由成型品制造商干燥，以达到去湿和结晶，因此，在此所说的结晶PET是指干燥的市售品，而未结晶PET是指未干燥品。在成型中，使用PET甚至结晶PET作为原料的产品在自然状态具有吸水的特性，并且其吸水含量达到的程度随着它用作成型材料之前的控制条件而变化，因此通常在成型马上开始之间都对PET进行初步的干燥。
初步干燥在150℃的温度用约四小时完成。增加每小时材料的用量以改进成型周期效率及考虑到甚至对于长时间操作防止供料短缺都得在注射成型机上安装干燥这不可避免地增大了尺寸并使所需用来干燥的功率消耗趋向增加、问题在于在成型操作之前需要花费大量的时间进行预备工作，并且失灵的干燥机严重影响成型操作。
此外也可设计省略初步干燥的注射成型装置。作为这种成型装置，有已知的排气成型机，其中在加热机筒中的注射螺杆被分成第一段和第二段。第一段熔融树脂中的水份含量通过在两段之间设置的排气口排到外面。
在这种已知的排气式成型机中，第一段的供料段螺槽(从设置料斗的后端通向前端的计量段)是以深螺槽形式的。从料斗供入的潮湿树脂材料颗粒在由螺杆旋转连续供料是由于绝热和压缩而熔融，然后该螺槽通过浅螺槽的计量通向第二段。
第二段的螺槽是深槽形的，由此当熔融树脂伎输至该螺槽时，熔融树脂的压力由于螺杆槽深的迅速增加而降低，以便使树脂中的水份含量挥发。包裹在树脂中的水份含量由螺杆的旋转而被分离。这些水份然后被吸出，并由真空泵通过排气口排出。以这种方式排出其水份的熔融树脂通过螺杆的旋转供入第二段前端的计量段，然后送至螺杆前端的储料位置，这一点与具有普通机构的注塑成型机类似，这些储存的熔融树脂在螺杆旋转停止后由注射螺杆的向前运动而注射导入模腔。
尽管，通常使用这种排气式注射装置时允许材料具有大量的吸收水份而不同初步干燥去成型，但这不是对所有树脂都适用，对于PET特别是非结晶的，在供料段内，颗粒的软化和压缩造成它被堆积，由此料斗内的PET不能进入该段，螺杆的吃料变得非常困难，以致材料不能被供入。结果使用这种普通的排气式注射机在没有必要的初步干燥时完成注射成型是相当困难的。
本发明设计用来解决上述普通PET注射成型问题。本发明的目的是提供一种注射成型PET的方法，通过该方法尽管使用排气式注射装置作为不要初步干燥的装置，但该装置也不会出现很差的螺杆吃料情况，即使成型材料是未结晶或结晶PET也能在任何时间将一定量的材料供入，以注射成型所希望的透明成型形式，例如型坯，并用该型坯制造低成本的薄壁容器。
根据上述目的本发明使用了一种排气式注射装置，其中注射螺杆包括第一段和第二段，并装在具有排气口的加热机筒中，可在其中转动和移动，将供入排气式注射装置第一段供料区内的树脂材料的供料速率限制为材料树脂不会由于压缩而积压，即使在到达供料区前端的压缩段之前材料树脂软化成弹性体状态也是如此。这种限制可通过使供料区后端(第一段的料斗口设置于此)接收段的螺槽横截面小于供料段的螺槽截面，在这种条件下，将没有初干燥的用于生产未结晶或结晶的聚对苯二甲酸乙二酯装在料斗中作为欲塑化和注塑的树脂材料。
尽管优造上述接收段11的螺槽横截面设置为不大于供料区螺槽横截面的3/4，但是过小的如此设置的横截面将造成供料速率过小，并且材料的计量时间比所需的长，因此最好后者占前者的2/3至1/2。为了较快的供应PET，在到压缩区中间的位置螺杆都是双螺纹的，然后从压缩区到计量区是单螺纹的，以便将螺距设置为较大的值，由此使能熔融树脂能足够的松驰，以改进位于第二段排气口的排气效果。
此外，成型以下面这种方式进行加热机筒第二段的加热温度设置为低于第一段加热温度的数值，由此防止了由于熔融树脂的过热而出现乙醛。
从上述加热机筒中除去树脂中的水份可由真空泵装置在减压下的抽吸完成，这种排气即使在注射操作过程中也未中断。注射时，所设置的减压值低于塑化时的值，由此防止了由于注射螺杆的向前运动而造成的排气口冒料。注射成型的型坯立即或稍迟转送至吹塑模，在那里它可被拉伸吹塑成型为包装容器(例如薄壁瓶)。
附图显示了可以进行本发明注射成型方法的排气式注射装置的例子，其中
图1是根据本发明的排气式注射装置的纵切面和侧视示意图。
图2是图1排气式注射装置所提供的螺杆放大侧视图，其中其前端省略了。
图中，标号1是指注射螺杆，它可旋转并可移动地插在加热机筒2中，注射螺杆1具有这样的形状即其具有深螺槽和浅螺槽部分的两个螺纹相互连接形成一个单螺纹，该螺杆还具有这样的设计即位于加热机筒2后部的螺杆部分10是第一段(10)，同时位于其前部的螺杆20是第二段(20)。
上述的加热机筒(2)包括位于壁上的排气口，并且第二段20的后部们于此处，该开口由真空泵(省略其视图)封住并与其连接，在第一段10所处的后壁部分开有一个供料口4，安装着用于PET颗粒(此后简称作树脂)的料斗5，在加热机筒2和喷咀6的外围，装有带式加热器(图中省略)，以加热由螺杆转动从上述供料口4送来的树脂。
上述的排气口3和供料口4都具有与其面对的螺杆螺距基本上相等的开口宽度。
图2显示了上述注射螺杆1的设计，其中第一段10与第二段20在整个长度L上的比为约6∶4，因而第二段20稍短于第一段10。第一段10分成四段接收区11，供料区12，压缩区13和计量区14(从后端起)，而第二段20分成三个区，供料区21、压缩区22和计量区23(从后端起)。
在第一段10和第二段20，螺杆是以双螺纹形式，直到压缩区13和22的中间位置(除去计量段14和23)，由此由螺杆旋转造成的向压缩区13和22供入的材料树脂完成得尽可能快，而在计量段14和23，螺杆是单螺纹的，以加宽螺距，从而尽可能减少熔融树脂的不均匀性。
在第一段10，接收区11的螺距P1小于供料区12的螺距P2，而计量段14的螺距P3是上述螺距P2的两倍，第二段20的供料区21和计量区23的螺距与第一段10的螺距近似。
第一段10的螺槽深度以供料区12的螺槽深度计算出的尺寸设置。为了限制供料区12的供料速率，上述接收区11的螺槽深度是这样的浅深度，即相对于上述螺距P1处的螺槽横截面积为供料区12螺槽横截面积的2/3，而计量段14的螺槽深度为比接收区11更浅的深度，以便由螺杆旋转松驰熔融树脂。
第二段20供料区21的螺槽深度设置为最深，以便由迅速的减压将熔融树脂中的水份挥发掉同时计量区23的螺槽深度设置为比第一段10的计量区14深的值，由此通过螺杆的旋转比较容易供应熔融树脂。
为了使用具有上述安排的排气式注射装置用未结晶PET注射成型模制品(例如型坯)，首先，相应于第二段20的加热机筒2的温度设置为270℃，相应于第一段10的加热机筒2的温度设置为280℃，将未干燥未结晶的PET作为成型材料装于上述料斗5中，然后使注射螺杆1以高速(100rpm)旋转，由真空泵将开口3的气压降至约-730mmHg柱。
料斗5中的PET由于螺杆的旋转供入接收区11。从接收区11至供料区12的PET供料速率被限制到占供料区12的螺槽横截面2/3的值，其中横截面是由上述螺槽横截面设定所确定的，由此供料区12的PET不会过量积存。这样即使PET软化成弹性体状态，这些颗粒也不会因为压缩而相互结块，并且在树脂达到压缩区13之前不会积存。
在供料区12软化的PET通过压缩区13的倾斜表面被压缩，以使它熔融、松驰并暂时塑化，由此PET供入温度设置值低于第一段10的第二段20，供料区21的螺槽是深槽式的，由此熔融树脂的压力减小，使得PET内的水份被挥发，包裹在熔融PET内的水份通过螺杆的旋转而脱出，这些水份然后由真空泵通过排气口3吸出排掉，以此方式除去水份的熔融PET通过螺杆的旋转供到第二段20的计量段23，并进一步塑化，然后以类似普通机构的注射成型机的方式供至螺杆前端的位置储存。当熔融PET供料时，注射螺杆1向后移动，并在计量了注射所需量的所希望位置停止。计量之后，熔融树脂被注射，并由注射螺杆1的向前运动装入模具。然后排气口3的气压改变至约-650mmHg柱，并在注射操作期间由真空泵保持此值。该气压可通过阀操作将外界空气放入抽吸管线而容易地控制。
如此注射成型的型坯是透明的，类似于在注射成型之前进行初步干燥的情况，并且没有由于水解造成的混浊，存在的乙醛在允许的范围之内。
下面说明了本发明的排气式注射装置的一个例子注射螺杆(双螺纹)螺杆长度(L): 1670mm螺杆外径(D): 64mm螺杆的L/D: 26第一段 (长度) (较小螺杆直径) (螺距)螺杆 998mm接收区 128mm 52.0mm 32.0mm供料区 646mm 45.0mm 38.5mm压缩区 64mm计量区 160mm 57.2mm 77.0mm第二段 (长度) (较小螺杆直径) (螺距)螺杆 672mm供料区 448mm 43.2mm 38.5mm压缩区 64mm计量区 160mm 56.0mm 77.0mm螺杆转速100rpm注射行程120rpm当PET是结晶的时候，则在供料区12软化得更慢，送至压缩区13则比未结晶的PET快，由此往往趋向于扩大不均匀熔融。但是这个问题可通过将压缩区13的长度设置到稍长于上述值解决。
使用上述排气式注射装置允许将注射成型型坯成型为薄壁包装容器，例如由已知的拉伸吹塑成型的瓶。这种已知的拉伸吹塑成型大致分成所谓的两步式成型方法(在这种方法中，型坯的注射成型和将型坯拉伸吹塑成型为容器是分开进行的)和所谓的一步式成型方法(在这种方法中，从型坯的注射成型到将型坯拉伸吹塑成型为容器是连续完成的)，在这两种方法中，用省略了初步干燥的注射成型生产的PET型坯可成型为像干燥后注射成型PET型坯一样的薄壁容器。
下面所示这种情况下的成型条件夹住注射成型型坯的颈部至它的形状可被保持的极限位置，从型腔和型芯中放开该型坯，当型坯的表面温度由于内部潜热而升高时，将其转去吹塑成型、并被立即拉伸吹塑成型为薄壁容器材料树脂UNIPET RY523(由Unipet Co.，Ltd制造)成型的形状扁瓶尺寸总高250mm，口内径23.5mm，瓶颈以下长度230mm，瓶体外径90×50mm，瓶体壁厚0.4mm重量36g型坯尺寸总高142mm，口内径23.5mm，瓶颈以下长度230mm，瓶体壁厚2.9mm，瓶体上部外径28mm瓶下端外径24mm，锥度2/122。
型坯成型条件注射机筒温度第一段前285℃，中285℃，后280℃第二段前270℃，后270℃
喷咀温度270℃注射模具温度(设定值)模具型腔15℃模具芯15℃注射压力(保压)75kg/cm2保压时间6.0秒冷却时间2.8秒离模温度60至70℃(型坯表面温度)拉伸吹塑成型条件模具温度(设定值)20℃拉伸吹塑温度88℃(型坯表面温度)吹塑压力(拉伸)20kg/cm2吹塑时间2.0秒拉伸百分比纵向(轴向)190%侧向(径向)360×200%正如上面所述的，根据本发明，使用该排气式注射装置可进行未结晶PET和结晶PET的注射成型，而不用初步干燥，由此可得到稍有水解成型制品。所得的成型制品由于过热产生的乙醛较小，因此可以使用商业价值较低的未结晶PET作为成型材料，由此可降低材料费用，而对结晶PET可节省初步干燥所需的运行费用，因此使用这些PET作为原料的包装容器的价格可以被降低。本发明的进一步优点在于注射成型本身不需复杂的操作，并可用普通成型技术完成，由此在工业领域具有非常高的使用价值。
权利要求
1.将未干燥的聚对苯二甲酸乙二酯作为原料的注射成型方法，其特征在于使用一种排气式注射成型装置，在这种装置中，包括第一段和第二段的注射螺杆可旋转地并可移动地安装在具有排气口的加热机筒中，将材料树脂供入排气式注射装置第一段供料区的供料速率以这样的方式限制材料树脂不会由于压缩而积压，即使该材料树脂在到达供料区前面的压缩区之前被软化也是如此；这种限制通过使供料区后端处的接收区(在此设置了第一段料斗口)的螺槽横截面小于供料区螺槽横截面而实现，在这种条件下，省去了初步干燥的未结晶聚对苯二甲酸乙二酯作为原料树脂装在料斗中以塑化并注射。
2.根据权利要求1的注射成型聚对苯二甲酸乙二酯的方法，其中上述接收区螺槽的横截面积不大于供料区螺槽横截面的3/4，螺纹以双螺纹形式直至压缩区的一半位置，然后从压缩区至计量区是单螺纹，以便将螺距设置到较大的值，这样可使熔融树脂具有足够的松驰，以改进在第二段排气口处的排气效果。
3.如权利要求1的注射成型聚对苯二甲酸乙二酯的方法，其中从加热的机筒中除去树脂中的水份是由真空泵在减压下通过抽吸完成的，这种排除甚至在注射操作过程中也不中断，注射时的减压设置至为低于塑化时的值，由此防止了由于注射螺杆向前运动而造成的排气口冒料。
4.如权利要求1的注射成型聚对苯二甲酸乙二酯的方法，其中加热机筒第二段侧的加热温度设置为低于第一段侧的加热温度值，由此防止了熔融PET的过热。
5.如权利要求1的注射成型聚对苯二甲酸乙二酯的方法，其中成型材料是省略了初步干燥的结晶聚对苯二甲酸乙二酯。
6.如权利要求1的注射成型聚对苯二甲酸乙二酯的方法，其中成型制品是由拉伸吹塑成型的薄壁包装容器的型坯。
全文摘要
使用排气式注射装置注射成型省略了初步干燥的聚对苯二甲酸乙二酯的方法，其中该装置不扩大差的螺杆吃料，甚至在成型材料是未干燥的未结晶或结晶的PET时，也能在任何时候供入定量的材料，以注射成型所希望的透明成型制品，例如型坯，利用该型坯可低成本地生产薄壁容器。
文档编号B29C45/60GK1098356SQ9410693
公开日1995年2月8日 申请日期1994年4月28日 优先权日1993年4月30日
发明者甲田英明, 中岛恒 申请人:株式会社青木固研究所