专利名称：具有多层材料管头的管子及制造方法
技术领域：
本发明领域本发明涉及塑料管领域，特别是具有阻挡性能的管子领域，典型的为牙膏管。
现有技术通过申请人的欧洲专利EP-B-0524897可了解一种管子的制造方法，其中，特别为了改善管子管头的阻挡效果，首先通过热成形另外制备一个PE/Adh/EVOH/Adh/PE五层的多层材料的单独零件或插入件，其中“PE”指聚乙烯层，“EVOH”指具有阻挡效果的乙烯-乙烯醇共聚材料层，“Adh”指粘结层，用于保证PE和EVOH两层之间的粘结。
最后，将这两个分别制造好的管子裙部以及所述插入件放在复制模工具的冲模上，然后用复制模成形PE的管头，以获得如图1所示的管子。
通过文献AU-0545604和EP-A-0130239还可了解管子的其它制造方法，包括采用插入件，典型的是采用PBT(聚丁烯对苯二甲酸盐)的插入件，通过复制模单独制造。
最后，通过文献BE-A-666719可了解一种管子，其管头包括一个用弧状铝薄片形成的截锥形插入件，作为阻挡材料。
存在的问题由于采用另外制造的插入件，所以现有技术的已知管子存在的问题有不同的种类-一方面，另外制造的插入件，特别是如文献EP-B-0524897描述的五层插入件，构成一道附加工序，在一体的但不含插入件的管子成本上增加了制造成本，还没考虑插入件本身的组装成本和增加组装机器的复杂性。
-另一方面，插入件构成阻挡材料，并且因此具有PE的不同性质。由于它们是另外制造的，所以它们在管子重量上占有不可忽视的比例，并且插入件的材料，特别是PBT不溶于PE，后者是构成管子的典型材料，这就提出了管子构成材料的回收问题。
-最后，插入件经常存在阻挡的问题，或者由于阻挡材料固有的阻挡特性不足，或者是由于管裙和管头连接区的环形带太宽了。
根据本发明的管头和管子可同时解决上述所有问题。
本发明概述根据本发明的第一个目的，用于与管裙组装以形成管子的塑料管头包括一个管颈，带有螺纹以及一个肩部，肩部包括一个与所述管裙连接的环形部分，其特征在于(a)所述管头通过共注成形，并包括多层材料，多层材料包括一个里层，一个外层，采用结构材料，典型的为聚烯烃，并且至少有一个热塑阻挡材料的内层。
(b)所述内层、包括所述管头的端部都被所述里层和外层覆盖，所述里层和外层典型地为聚烯烃，在端部合并成一层，所述内层的各端与所述管头对应端之间的距离“e”和“e’”在0.02毫米至5毫米之间，并且最好小于3毫米，从而使所述阻挡材料的内层尽可能向高度延伸，同时其端部通过所述里层和外层的结合而被覆盖或封住。
本发明相当于彻底改变了所述管头的设计，在该意义上，一方面所述内层B被结构材料A，典型的为聚烯烃，但也可以是其它可挤压材料如PET或PA完全浸没和覆盖，而不会出现使用现有技术的插入件情况下的材料流的不连续或中断，并且在该意义上，另一方面，所述内层可按需向最接近所述管头的方向尽可能地延伸，唯一的限制是该层不与外部接触，并且要被结构材料A覆盖。
由于没有插入件，也没有附加的零件，所以根据本发明的管子在成本方面、在管头和管裙材料的兼容性方面，并且因此在回收方面，都具有许多重要的优点，因为典型情况下插入件采用PBT，这是唯一在管裙中没有的材料，并且还要使管头的性能适应需求，因为管内装的制剂对管头密封性的要求并不都是一样的，因此可以调节阻挡层的性能及其厚度，由此获得不仅适应需求，而且成本低的管子。
所述阻挡层可由一层或至少部分覆盖的几层构成。
图1a和1b为根据现有技术的具有插入件4的管头2的轴向剖视图。该管头包括一个带有螺纹201的管颈20和与管裙3连接的肩部21。
图1a示出在复制模制站出口处的管头2，在管裙3上管头2有一个注入头26。
图1b对应于图1a的管头2，在去掉了注入头26后，并且形成管口200。
在图1b中示出了管裙3的剖面放大图，典型地包括一个阻挡材料B层(30)，被采用结构材料A的外层31和里层32覆盖。
图2a和2b类似于图1a和1b，并对应于本发明。构成管头2的材料包括一个采用阻挡材料B的内层25，其外部被外层23覆盖，内部被里层24覆盖，里、外层采用结构材料A。
在图2b上，标出了里层24两端与管头两端之间的距离，用“e”和“e’”标示。
图3为有垂直对称轴10的共注喷嘴5的垂直剖视图，示出了中心管50，用于注入材料A的外部环形管52，用于注入阻挡材料B的中间环形管51以及一个共用出口53。
图4为一台共注装置的垂直剖视示意图。该装置包括一个喷嘴5，一方面由材料A的注入装置提供材料A典型情况为PE，该材料A的注入装置包括其上游的带有阀或关闭阀635的供料管633，由挤压机63提供材料A、并有一个止回阀门631的计量活塞632，而另一方面由阻挡材料B的注入装置提供阻挡材料B，该注入装置包括一个供料管643，它带有阀或关闭阀644，并在上游有一台阻挡材料B的挤压机64。
喷嘴5在其共用出口53上有一个封闭件65，并到外口66处结束，外口66与管头2的注入成形工具配合。喷嘴可包括一个轴向堵塞装置(未示出)，典型情况为滑阀，可封住材料A、材料B的输出，或同时封住材料A和B的输出。
模制工具典型地包括一个阴模61、一个冲模60，冲模上放上管子的裙部3，阴模和冲模之间的空间构成腔67，在该腔内通过共注形成管头2。活塞62可以足够的压力将整个冲模和阴模压紧在外口66上，以便注塑管头2。
在该图中，用于同时制造几个管头的材料A和材料B的分配机构未示出。
图5至6示出了根据本发明的另一种方法和装置。
图5为结构材料A(图的左半部分)和阻挡材料B(图的右半部分)的共注装置的轴向剖视原理图。在该图上示出了用于同时给六个腔67供料的材料A的分配装置630和材料B的分配装置640。材料A的供料线路包括一个注入活塞632和一个止回阀门631，后者可按要求的流量和压力给材料A的共注头6供料。
该装置包括一个滑阀65，通过滑块650的侧向位移形成四个位置，或者由喷嘴5的出口53提供多层材料A和B，或者由材料A的侧道634提供单一材料A，并且或者通向腔67，或通向排放口68。
滑块650的横向剖视图示于图5和图5b，纵向剖视图示于图5a，图中示出四个位置-位置1滑阀充满，任何入口53、634和任何通向腔67或排放口68的出口都未接通。
-位置2材料A的入口634与腔67接通，经过出口53的多层材料A和B的入口被封住，-位置3经过喷嘴5的出口53进入的多层材料A和B与腔67接通，材料A634的入口被封上；-位置4经过喷嘴5的出口53进入的多层材料A和B与排放口68接通，该位置典型情况下不在生产环节中应用，而在装置停止情况下，生产过程重新启动前使用。
图6为材料A(630)和材料B(640)分配机构的立体图，分配机构分别由材料A(63)和材料B(64)的挤压机供料，并给六个共注头6供料，每一个共注头包括一个喷嘴5和一个侧道634，构成滑阀65的两个入口。该图未示出材料A的六个注入活塞632。该图示出了滑阀65的配置，每一个都有两个“输入”或供料口53和634，以及两个“输出”，66通向腔67，而68通向排放口，这些“输入”和这些“输出”在垂直于滑阀65轴线平面构成一个十字。
图7为有六个喷嘴5的管子制造单元的俯视示意图。
图7a示出了管裙3的剖视图，而图7b示出了共注后输出的管子，其管头对应于图2a。
图8以示意方式示出了注入周期的过程，整个周期为T0+T’，通过阀635进行的结构材料A(典型情况为PE类聚烯烃)的注入时间从T=0至T=T0，而通过阀或滑阀645进行的阻挡材料B的注入时间从T=t开始，至T=T0-t’结束，时间T’为稳定时间。
当采用的装置包括这种用1至4标注的四位置滑块时，在示有“P650”的轴线上示出了滑块650的位置，如图5a和5b所说明的。
本发明的详细说明在根据本发明的管子1的管头2上，里层24和外层23可采用相同的聚烯烃，最好在聚乙烯或PE中选择，并且阻挡材料可在可挤压的已知阻挡材料中选择，并且最好在聚乙烯醇或EVOH中选择，但正如已经指出的，本发明并不局限于特定材料，只是这些材料必须可以挤压或共挤压。此外，根据本发明，作为结构材料，还可以将材料A用于外层23，并将与前者不同的材料A’用于内层25。
最好，多层材料为“A/B/A”三层结构，其中A和B分别指结构材料层，即里层24和外层23，典型情况为聚烯烃，最好为PE，和阻挡材料层，即内层25，典型情况为EVOH，阻挡材料层B的平均厚度在0.02和0.5毫米之间，并且最好平均厚度为0.04-0.2毫米，三层结构的总厚度典型情况为1.2毫米。
根据本发明，发现没有必要在结构材料层A和阻挡材料层B之间插入粘结层，尽管材料A和B彼此之间可能不粘合，如同PE和EVOH的情况一样。
此外，B层可以用几个厚度薄的B层来取代，它们全部或部分地被可能加入的A层覆盖。
正如已指出的，鉴于装入的制剂的性质，阻挡材料层的总厚度可根据要求的性能水平而调整。
本发明的另一个目的在于管子1，它包括一个根据本发明的管头2。
最好，管裙和管头的组合，通过将管头共注在事先成形的管裙上形成。
事实上，尽管管头可以这样制造，然后装在管裙上，但最好如图4所示地进行，即通过在管裙上注塑形成管头，将管头的成形和将管头和裙部组合起来合并成一道工序，管裙可以另外制造。
本发明的另一个目的在于本发明的多层管头的制造方法，在该方法中a)在由阴模61和冲模60配合形成的腔67中，并借助于被提供结构材料A和阻挡材料B的共注头6，在T=T0的时间内共同注入结构材料A流，并且从时间T=t至时间T=T0-t’，注入对应于内层25的阻挡材料流，时间t和t’的选择应尽可能小，从而在去掉注入头26后，管头2中阻挡材料的内层25的端部250、251能被里层和外层24、23的结构材料A完全封住，端部250、251通过厚度至少为20微米的结构材料A与外界隔离。
b)在至少等于T0的附加时间T’内继续注入结构材料A，以使注入的结构材料稳定。
典型情况T0可从0.1秒至1秒-T0+T’可从1秒至3秒-t可从0.01 T0至0.5T0-t’可从0.01 T0至0.65T0图3、4、5、5a、5b和8有助于更好地理解本方法。
在图8中清楚地看到，阻挡材料B的注入在结构材料A后开始，并在材料A前结束。
这样，很清楚，有了本发明的装置，在管头的整个生产周期T中，可同时解决每一种注入材料的引入，并且可控制“e”和“e’”的距离。
另一方面，这些方法还可按要求调整阻挡材料层B的厚度，特别是通过调节共注喷嘴5内阻挡材料B和材料A的相对流量。
本发明的另一个目的是根据本发明的具有管头2的管子的制造方法。
根据第一种方式，可以通过一切已知方式，典型的是通过一切接合形式，将根据本发明的管头装在管裙上。但是，最好如图4所示，通过将管头共注在管裙上把管头和管裙组合在一起。
使用本发明方法的制造单元示于图7。在该生产方法中，一个有垂直转轴77的转盘或循环输送装置76，被分成P个扇形71、72、73、74，P典型的情况等于8，用等于360°/P的角距作旋转标度，使每一个扇形依序至少面对三个固定站，这三个站相对转轴角度错开，第一个站71，在转盘的扇形区装载管裙，然后是第二个站72，在管裙上共注和复制成形管头，而第三个站74是从转盘上卸下管子。一个扇形区面对每一个固定站的停留时间等于T0+T’之和，最好是从1秒至3秒，而两个固定站之间的时间间隔特别由这两个固定站之间的错开角度确定。
在图7示出了一种情况，其中P等于8，共注站72和卸载站74之间错开一个α角，典型情况等于180°，从而使管子在共注站和卸载站之间的冷却时间基本等于(T0+T’)(P/360°)α。
实施例所有的图，除图1a和1b外，都与本发明有关。
根据实施例获得的管头见图2a和2b。
至于这些管头的尺寸，则为牙膏管头的标准尺寸，管头高为20毫米，管子直径为35毫米。
至于材料的性质，将PE作为结构材料A，将EVOH作为阻挡材料。
肩部21处多层材料的厚度典型的为1.2毫米，而PE层23、24和阻挡材料层25的厚度中，外层PE(23)为1毫米，内层EVOH(25)为0.05毫米，里层PE(24)为0.15毫米。
获得的管头的“e”和“e’”的间距等于2毫米。
为了制造这些管头，采用了共注喷嘴5，如图5所示。
这种喷嘴5由管道633提供PE，由管道634提供EVOH，并且包括管道的调节和开/关装置。
由于PE的量大大高于EVOH，所以在每一个喷嘴5上都接上一个计量活塞633，它可以在腔内注入精确数量的PE，一个止回阀门631阻止PE的任何排出。该计量活塞633在换管子的隐蔽时间内被装满。
喷嘴5有一个出口53，当由冲模60和阴模61配合形成的腔67没有通过活塞62压紧外口66以便共注PE和EVOH时，被滑阀65自动关闭。
根据图5至图6所示的本发明的变型，喷嘴5仅用于共同注入材料A和B，材料A的单独注入则通过不经由喷嘴5的专用管634进行，一种形式的注入过渡到另一种形式通过滑阈65进行，它具有一个侧向位移的四位置滑块650，如图5、5a、5b和6说明的那样。
管头2的生产周期流程见图8。
周期T0+T’的时间从1秒至3秒，典型的接近2秒。
为了保证生产效率，并且如图6的立体图所示，用于实施本发明方法的生产线的共注站包括六个平行的喷嘴5，由供料管道或槽633提供材料A，由管道643提供材料B。图6的共注头6，除了通过管道633直接给喷嘴5供应材料A外，还通过侧管643供应材料A。
在后一种情况下，共注装置包括一个平行的材料供应，并且，其中采用了一个四位置滑块650的滑阀65，在图8的“P650”线上示出了两个生产周期过程中的运行，每一个的时间为T0+T’。
时间T0包括周期变换，滑阀处于“1”位，在该位置没有任何的材料流，该周期变换对应于用空腔取代满腔，并且其进行时间典型情况小于0.1T0。
至于工业生产线，则以俯视图形式示于图7。它包括一个围绕垂直轴77的循环输送装置76或转盘，分成八个扇形区，它们依序经过第一个管裙3的供料站71，然后经过第二个共注站72，第二个站与第一个站相差90°角(360°×2/8)，然后经过第三个卸载站74，该站位于第一个站的270°角处，从而使管子管头在循环输送装置上的冷却时间等于4.(T+T’)。
该线的生产效率约为每小时一万个管子，基本等于6×3600/(T0+T’)，其中T0+T’接近2秒。
本发明的优点本发明为现有技术带来有利的替代方案。事实上，正如已经指出的，本发明可避免使用由特定材料另外制造的起到阻挡材料作用的插入件。
因此本发明可解决所有与插入件有关的问题，不管是材料的兼容性和管子的回收，还是插入件的长度及其在整个管头高度的阻挡作用，乃至根据内容物和使用条件的阻挡水平的匹配，或者最后的管子成本。
事实上，鉴于所需求的阻挡水平，本发明可获得尽可能薄的和所需的EVOH层，而一个插入件，尤其考虑到其另外的制造及处理，必须具有一定的强度以及最小厚度。
因此本发明提供了一个总体上的方法，使管子的制造者能符合大部分的、尤其与管子材料及回收有关的法律或法规。
标记清单管子 1 管子的对称轴10管子的管头2 管颈20管200 螺纹201上边缘202 肩部21与管裙的连接区22外层23里层 24内层(阻挡层)25B层的上端部 250 B层的下端部 251“注入头” 26管裙3阻挡材料层30外层31内层 32现有技术的插入件4共注喷嘴 5 中心管(材料A) 50中间环形管道(B) 51外部环形管道(A) 52共用出口/管53共注头 6冲模 60阴模 61小活塞 62材料A的挤压螺杆63材料A的分配装置630 止回阀门 631注入活塞 632 供料管(A) 633侧管(A)634 阀(A) 635材料B的挤压螺杆64材料B的分配装置640供料管(B) 643 阀(B) 644四位置滑阀 65活动滑块 650环形口 66冲模头和阴模间的腔 67排放口 68管子制造单元 7提供管裙 70供料站 71共注站 72冷却站 73卸载站 74管子输送 75转盘或循环输送装置 76转盘垂直轴 7权利要求
1．塑料管子的管头(2)，用于装在管裙(3)上以形成管子(1)，它包括一个管颈(20)，带有螺纹以及一个肩部(21)，它包括一个与所述管裙连接的环形部分(22)，其特征在于(a)所述管头(2)通过共注成形，并且包括一个热塑多层材料，多层材料包括一个里层(24)，一个外层(23)，采用结构材料A，以及至少一个阻挡材料B的内层(25)；(b)所述内层(25)包括所述管头的端部都被所述里层(24)和外层(23)覆盖，所述里层和外层在端部合并成一层，所述内层的各端(250,251)与所述管头对应端之间的“e”和“e”的距离在0.02毫米和5毫米之间，从而使所述采用阻挡材料的内层(25)在尽可能的高度上延伸，同时其端部通过所述里层(24)和外层(23)的接合而被覆盖或封住。
2．根据权利要求1的管头，其中，所述里层和外层采用相同的阻挡材料A，典型情况为从PE和PP中选择的聚烯烃。
3．根据权利要求2的管头，其中，所述阻挡材料B典型地从聚乙烯醇或EVOH中选择。
4．根据权利要求3的管头，其中，所述多层材料具有一个至少为“A/B/A”的三层结构，其中A和B分别指结构材料层，典型情况为PE，以及阻挡材料层，典型情况为EVOH，阻挡材料层的平均厚度为0.02和0.5毫米之间。
5．管子，它包括权利要求1至4之一的管头。
6．根据权利要求5的管子，其中，所述管裙和所述管头的组装通过将所述管头(2)共注在预先成形的所述管裙(3)上形成。
7．根据权利要求1至4任意一条的管子管头(2)的制造方法，其中，(a)在阴模(61)和冲模(60)配合形成的腔(67)中，借助于提供有结构材料A(典型的为聚烯烃)和阻挡材料B的共注头(6)，在T=T0的时间内共注结构材料流，并且从时间T=t至时间T=T0-t’内注入对应于所述阻挡材料内层的阻挡材料流，时间t和t’的选择应尽可能小，从而在取消注入头(26)后，使所述多层管头的所述阻挡材料层B的端部(250,251)完全被所述里层和外层的所述结构材料A封住，这些端部通过厚度至少为20微米的所述结构材料A与外界隔开，(b)典型地，在至少等于T0的附加时间T’内继续注入所述结构材料，以使注入的结构材料量稳定。
8．根据权利要求7的制造方法，其中-T0从0.1秒至1秒，-T0+T’从1秒至3秒，-t从0.01 T0至0.1 T0，-t’从0.02 T0至0.2 T0。
9．管子(1)的制造方法，其中，根据权利要求7或8，典型地通过接合在管裙(3)上装上管头(2)。
10．根据权利要求9的方法，其中，通过在所述管裙(3)上共注所述管头(2)将所述管头(2)和所述管裙(3)装在一起。
11．根据权利要求7至10之一的方法，其中，通过n个共注头(6)同时制造n个管子管头(2)，典型情况的n为2到16之间，共注头由材料A的挤压机(63)和有n个支路的分配装置(630)提供结构材料A，并由材料B的挤压机(64)和有n个支路的分配装置(640)提供阻挡材料B。
12．根据权利要求10或11的制造方法，其中，带有垂直转轴(77)的转盘或循环输送装置(76)，被划分成P个扇形(71,72,73,74),P典型的情况等于8，并用等于360°/P的角距进行旋转标度，使每一个扇形依次对准至少三个固定站，固定站相对于所述转轴角度错开，其第一个站(71)在转盘的所述扇形区装上管裙，第二个站(72)在所述管裙上共注和复制模成形所述管头，第三个站(74)将管子从所述转盘上卸下，一个扇形区在每一个固定站前停留的时间等于T0+T’之和，最好为1秒至3秒，而两个固定站之间的时间间隔特别由这两个固定站之间的错开角度确定。
13．根据权利要求12的方法，其中，P等于4，共注站(72)和卸载站(74)错开α角，典型的情况等于180°，以使共注站和卸载站之间管子的冷却时间基本等于(T0+T’)(P/360°)α。
14．制造管子管头或管子的装置，它通过实施权利要求7至13之一的共注方法，根据要同时在1至n个相应的腔(67)内共注的管子头(2)的数量n，它包括1至n个共注头(6)，在该装置中(a)每一个共注头(6)都提供有结构材料A和阻挡材料B，(b)每一个头都有一个环形口(66)，通向所述腔(67)，它可由管道(634)提供材料A，或由提供有材料A和B的共注喷嘴(5)的口(53)提供材料A/B/A的环形流，(c)每一个头包括一个装置以保证在预先确定的制造周期时间内，按程序在所述腔(67)内注入材料A或所述A/B/A流。
15．根据权利要求14的装置，其中，所述保证所述注入程序的所述装置典型地为一滑阀(65)。
16．根据权利要求15的装置，其中，所述滑块有四个位置1关闭出口(53)和管道(634)没有任何材料流出；2使管道(634)和腔(67)相通在腔(67)中注入材料A；3使出口(53)和腔(67)相通注入多层材料A/B/A的环形流；4使出口(53)与外部相通出口(53)可能的排放。
全文摘要
塑料管子的管头(2),用于装在管裙(3)上以形成管子(1),它包括一个管颈(20)和一个肩部(21),其特征在于,(a)所述管头(2)包括一个多层材料,它包括一个里层(24)和一个外层(23),采用结构材料A,典型情况为聚烯烃,以及一个热塑阻挡材料B的内层(25);(b)所述内层(25)包括所述管头的端部(250,251)都被所述里层(24)和外层(23)覆盖,所述里层和外层在所述管头的端部处合并成一层材料A,所述内层的各端与所述管头对应端之间的距离“e”和“e’”在0.02毫米和5毫米之间。
文档编号B29L23/20GK1324318SQ99812349
公开日2001年11月28日 申请日期1999年10月18日 优先权日1998年10月19日
发明者让－保罗·莫苏尼, 米歇尔·博斯哈德, 罗杰·拉帕吕 申请人:塞巴尔股份有限公司