容器及其制造方法
【专利说明】容器及其制造方法
[0001 ]优先权要求
[0002] 本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求2013年8月30日提交的美国临时申请序列号 61/872,260、2013年8月30日提交的美国临时申请序列号61/872,368、以及2013年8月30日 提交的美国临时申请序列号61 /872，183的优先权，其中每一个通过引用明确地结合在此。
【背景技术】
[0003] 本披露涉及容器，并且具体地说涉及由聚合物材料制成的容器。更具体地，本披露 涉及使用吹塑工艺制成的容器。
【发明内容】
[0004] 根据本披露，容器被形成为包括内部区域，所述内部区域被适配成在其中储存产 品。所述容器是使用容器模制工艺制造的，其中挤出且随后吹塑聚合物材料的管。
[0005] 在说明性实施例中，容器模制工艺用于从多层管形成多层容器。所述容器模制工 艺包括挤出操作、吹塑操作、以及修整操作。在挤出操作过程中，共挤出系统共挤出多层管， 所述多层管包含内层、与所述内层间隔开的外层、以及位于所述内层与所述外层之间的芯 层。所述芯层是由相对低密度的绝热多孔非芳香族聚合物材料制成的。在吹塑操作过程中， 多层管位于模具中并且将加压气体栗送到在所述多层管中形成的空间中以便使所述多层 管膨胀且呈现所述模具的形状，这样使得器皿形成。在修整操作过程中，从所述器皿除去过 量材料以便形成多层容器。
[0006] 在说明性实施例中，多层容器包括内层、与所述内层间隔开的外层、以及位于所述 内层与所述外层之间的压缩芯层。所述压缩芯层由相对低密度的绝热多孔非芳香族聚合物 材料制成，所述聚合物材料已在吹塑操作过程中压缩。因此，多层容器具有相对低的密度， 同时使堆叠强度、刚性和顶部负载性能最大化。多层容器的低密度还使用于形成所述多层 容器的聚合物材料的量最小化。
[0007] 在考虑对如目前认为的执行本披露的最佳模式进行举例说明的说明性实施例后， 本披露的另外的特征将对本领域技术人员变得清楚。
【附图说明】
[0008] 详细的说明具体地涉及附图，在所述附图中：
[0009] 图1是根据本披露的容器模制工艺的图解和透视图，示出了所述容器模制工艺包 括挤出操作，其中从共挤出系统中挤出多层管；闭合操作，其中使模具围绕所述多层管闭 合;插入操作，其中将吹针插入到在所述多层管中形成的管空间中，同时将真空施加到所述 模具上;栗送操作，其中将加压气体栗送到管空间中；膨胀操作，其中所述加压气体使所述 多层管抵靠所述模具的内表面膨胀;打开操作，其中打开所述模具并且释放器皿；以及修整 操作，其中从所述器皿修整过量材料以便形成如图13中所示的根据本披露的多层容器； [0010]图2是图2的容器模制工艺的图解视图，示出了所述容器模制工艺包括一系列操 作，所述操作产生多层管且形成多层容器；
[0011] 图3是用于制造多层管的共挤出系统的透视和图解视图，示出了所述共挤出系统 包括外层挤出机，所述外层挤出机被配置成接收外层配制品并且提供外层型坯；内层挤出 机，所述内层挤出机被配置成接收内层配制品并且提供内层型坯;芯层挤出机，所述芯层挤 出机被配置成接收芯层配制品并且提供芯层型坯；以及共挤出模，所述共挤出模联接到所 述挤出机中的每个上以便接收相关型坯并且被配置成挤出所述内层型坯、芯层型坯以及外 层型坯以便形成多层管；
[0012] 图4是从共挤出系统的共挤出模下方取得的局部透视图，示出了所述共挤出模包 括环形孔口，所述环形孔口被配置成挤出多层管；
[0013] 图5是类似于图4的在多层管的共挤出已经开始之后的视图，其中多层管的部分已 剖开以便展现内层是与外层间隔开的且芯层位于内层与外层之间；
[0014] 图6是图1的放大局部透视图，示出了在闭合操作之前，多层管位于两个模具半部 之间且联接到模具上的真空源被关闭，这样使得当所述模具处于闭合位置中时大气压存在 于在所述两个模具半部之间形成的模具空腔中；
[0015] 图7是图1的放大局部透视图，示出了在闭合操作之后，真空源被开启并且模具空 腔内部的压力降低以便在所述模具空腔中形成真空，所述真空使在吹制操作和膨胀操作过 程中芯层中的孔结构的损失最小化；
[0016]图8A是沿图7的线8A-8A取得的截面视图，所述视图示出在吹制操作之前，多层管 具有外管表面，所述外管表面形成预成形半径;并且模具的内表面具有相对更大的模具半 径；
[00Π ]图8B是类似于图8A的沿图1的线8B-8B取得的视图，示出了所述多层管已经膨胀以 便在膨胀操作完成之后接合模具的内表面，并且器皿包括外容器表面，所述外容器表面形 成约等于模具半径的相对更大的容器半径；
[0018] 图9是类似于图7的视图，示出了在插入操作之后的模具和多层管，在所述插入操 作中将吹针插入穿过模具且进入多层管的管空间中；并且加压气体源被关闭，这样使得所 述空间中的压力是约大气压；
[0019] 图10是沿图9的线10-10取得的截面视图，示出了在吹制操作之前，多层管的芯层 包括填充有气体的多个膨胀的孔，所述孔使所述芯层的密度最小化，这样使得多层容器的 密度也最小化；
[0020] 图11是类似于图9的视图，示出了在膨胀操作过程中的模具和多层管，其中加压气 体源已被开启，从而使管空间中的压力增加至所述高于大气压，这样使得多层管朝 向模具的内表面向外膨胀；
[0021] 图12是类似于图10的沿图11的线12-12取得的视图，示出了在膨胀操作过程中，所 述多个膨胀的孔在芯层中保持完整，这样使得器皿的密度最小化；
[0022] 图13是在修整操作已完成之后，从图1和图2的容器模制工艺形成的多层容器的透 视图；
[0023] 图14是沿图13的线14-14取得的截面视图，示出了所述多层容器包括侧壁，所述侧 壁包括内层、与所述内层间隔开的外层、以及位于所述内层与所述外层之间的压缩芯层，并 且示出了所述膨胀的孔中的一些已经沿所述内层和外层塌缩，以便使所述压缩芯层具有比 多形管的芯层相对更大的密度；
[0024] 图15是联接到经历顶部负载测试的顶部负载测试装置上的图13的多层容器的局 部透视图；
[0025] 图16是联接到经历刚性测试的刚性测试装置上的图13的多层容器的照片；
[0026] 图17是示出了部件(从左上角开始顺时针)石托、平台、悬架支架、以及悬架隔离件 的未组装的密度测定设备的透视图。
【具体实施方式】
[0027] 在图1中示出且在图13中示出根据本披露的多层容器10。多层容器10是由如在图1 中示出且在图2中示出的根据本披露的容器模制工艺100形成的。容器模制工艺100以挤出 102多层管12开始，所述多层管包括由相对低密度的绝热多孔非芳香族聚合物材料制成的 芯层12B。容器模制工艺100通过模制多层管12进行至多层容器10,这可以使多层管12的芯 层12B压缩并且形成包括在多层容器10中的压缩芯层10B。由于压缩芯层10B是由相对低密 度的绝热多孔非芳香族聚合物材料制成的，所以多层容器10的密度被最小化，同时多层容 器10的堆叠强度、刚性和顶部负载性能被最大化。
[0028] 容器模制工艺100以挤出操作102开始，其中从共挤出系统16挤出多层管12,如在 图1中所示且在图3中所示。容器模制工艺100随后进行至闭合操作104,其中使模具18围绕 多层管12闭合，如图1中所示。容器模制工艺随后移到插入操作106,其中将吹针20插入到在 多层管12中形成的管空间22中，同时将来自真空源24的真空施加到模具18上。容器模制工 艺100随后进行至栗送操作108,其中将加压气体26栗送到管空间22中，如图1中所示。容器 模制工艺100随后移到同时操作，所述同时操作包括真空处理操作109,其中将真空施加到 模具18上;和膨胀操作110,其中加压气体26使多层管12抵靠模具18的内表面28膨胀且形成 器皿30。随后发生打开操作112,其中模具18打开以便展现器皿30。接下来，发生去除操作 114,其中将器皿30与模具18分离并且从吹针20释放。容器模制工艺100随后以修整操作116 结束，其中从多层容器10修整过量材料62、64以便形成多层容器10,如在图1中所示且在图 13中所示。
[0029] 多层容器10是在容器模制工艺100过程中使用多层管12制造的，如图1中所示。在 容器模制工艺1〇〇的挤出操作102过程中提供多层管12。使用共挤出系统16进行挤出操作 102,如图3中所示。挤出操作102包括准备阶段102A，其中将不同材料配制品提供至共挤出 系统16;挤出阶段102B，其中所述不同材料配制品通过共挤出系统16进行加工以便提供相 关型坯；以及共挤出阶段102C，其中将所述不同型坯挤出以便提供多层管12,如图1中所述 且图3中所示。关于涉及挤出操作的披露内容，特此参考2013年8月30日提交且标题为多层 管及其制造方法(MULTI-LAYER TUBE AND PROCESS FOR MAKING THE SAME)的美国临时申 请序列号61/872,260和2014年9月2日提交且标题为多层管及其制造方法的美国申请序列 号_，所述申请特此以其全部内容结合。
[0030] 对共挤出系统16进行挤出操作102，所述共挤出系统包括内层挤出机32、外层挤出 机34、芯层挤出机36、以及共挤出模38,如图3中所示。内层挤出机32接收相对高密度聚合物 材料的内层配制品40并且加工内层配制品40以便将内层型坯42提供至共挤出模38,如图3 中所示。外层挤出机34接收相对高密度聚合物材料的外层配制品44并且加工外层配制品44 以便将外层型坯46提供至共挤出模38,如图3中所示。芯层挤出机36接收相对低密度的绝热 多孔非芳香族聚合物材料的芯层配制品48并且加工芯层配制品48以便将芯层型坯50提供 至共挤出模38,如图3中所示。共挤出模38接收不同型坯42、46、50并且通过环形孔口 39挤出 多层管12,如在图1和图3中所示且在图4和图5中所示。
[0031]虽然挤出操作102被示出形成具有三层的多层管12,但是可以在所述挤出操作过 程中形成任何数目的层。另外的层可以包括相对低密度层、粘结层、热塑性聚氨酯(TPU)、其 他烯烃、其组合，或任何其他适合的替代物和组合。
[0032] 一旦挤出操作102完成并且提供多层管12,容器模制工艺100就进行至使用模制系 统52形成多层容器10,如图1中所示。模制系统52包括例如，模具18,所述模具被形成为包括 由模具18的内表面28限定的模具空腔54;真空系统56,所述真空系统被配置为在多层容器 10的模制过程中将真空压力提供至模具空腔54;吹制系统58,所述吹制系统被配置成将加 压气体26提供至管空间22;以及修整系统60,所述修整系统被配置成从器皿30除去过量材 料62、64,如图1中所示。
[0033]在多层管12已经形成之后，容器模制工艺100进行至闭合操作104,如图1和图2中 所示。包括在模具18中的第一模具半部18A和第二模具半部18B以打开位置开始，其中模具 半部18A、18B彼此间隔开，如图1中所示。在闭合操作104过程中，模具半部18A、18B朝向彼此 移动以便实现闭合位置，在闭合位置中多层管12位于在所述模具半部之间形成的模具空腔 54中。在闭合操作104过程中，包括在真空系统56中的真空源66保持关闭并且模具空腔54中 的压力保持在约大气压下，如通过模具空腔压力计68所测量，如图1中所示。
[0034] -旦模具18处于闭合位置，容器模制工艺100就进行至插入操作106,如图1和图2 中所示。在插入操作106过程中，模具18移动远离共挤出模38并且与包括在吹制系统58中的 吹针20对准。吹针20随后向下移动穿过模具18到包括在多层管12中的管空间22中，如图1和 图2中所示。同时，开启真空源66,从而使模具空腔54中的压力降低至P真空，所述P*s在大气压 以下。在约5mmHg至约25mmHg范围内的压力下施加真空。在另一个实例中，在约20mmHg的压 力下施加真空。因此，P真空大于所施加的真空且小于大气压。P真空可以在约5英寸Hg至约20 英寸Hg的范围内。在另一个实例中，P真空在约10英寸Hg至约20英寸Hg的范围内。在再又另一 个实例中，P截是约10英寸Hg。
[0035] 由于吹针20被插入到管空间22中，由包括在吹制系统58中的加压气体26的源70提 供的加压气体(例如，空气)可以被传送到管空间22中以便在随后操作中膨胀一定大小的多 层管12。然而，在插入操作106过程中，加压气体26的源70被关闭并且管空间22中的压力通 过管压力计72被测量为在约大气压⑶沾)下。加压气体可以是例如，标准空气、氮、二氧化 碳、其组合，或任何其他适合的替代物。
[0036]在吹针20已被插入到管空间22中之后，容器模制工艺100就进行至栗送操作108， 如图1和图2中所示。在栗送操作108过程中，开启加压气体26的源70并且管空间22内部的压 力增加至相对更高的压力(P_j)。在一个实例中，P吹制在约30镑/平方英寸与约120镑/平方 英寸的范围内。在另一个实例中，PDjiN在约10镑/平方英寸至约130镑/平方英寸的范围内。在 又另一个实例中，P_j在约35镑/平方英寸至约45镑/平方英寸的范围内。在再又另一个实例 中，P_j是约40镑/平方英寸。
[0037]在另一个说明性实例中，加压气体26的源70可以被配置成将一定温度下的加压气 体26递送至管空间22。在一个实例中，所述温度在约35华氏度至约75华氏度的范围内。在另 一个实例中，所述温度在约40华氏度至约70华氏度的范围内。在又另一个实例中，所述温度 在约50华氏度至约75华氏度的范围内。在另一个实例中，所述温度是约室温。在另一个实例 中，所述温度是约40华氏度。在再又另一个实例中，所述温度是约50华氏度。
[0038]在加压气体26已开始通过吹针20进入管空间22之后，容器模制工艺100进行至真 空操作109和膨胀操作110两者，如图1和图2中所示。在真空操作109过程中，将真空施加至 模具空腔54。同时，真空操作109正在进行，膨胀操作110开始。在膨胀操作110过程中，加压 气体26继续流动通过吹针20,从而使多层管12膨胀，并且接合模具18的内表面28且填充模 具空腔54,如图1和图11中所示。一旦多层管12具有与模具空腔54基本上相同的形状，膨胀 操作110就完成。在膨胀操作110正在进行同时，真空源66保持开启，并且模具空腔54中的压 力保持在大气压以下以便使包括在多层管12的芯层12B中的膨胀孔69的塌缩和损坏，如图 12中所示。
[0039]栗送操作108、真空操作和膨胀操作110使多层管12从如图8A和图9中所示的膨胀 前形状膨胀至图1和图8B中所示的膨胀后形状，所述膨胀后形状基本上类似于器皿30的形 状。多层管12的外管表面76具有预成形半径78,如图8A中所示。模具18的内表面28具有相对 更大的模具半径80,如图8A中所示。如所示，例如，在图8B中，器皿30具有外容器表面82,所 述外容器表面具有相对更大的容器半径84。在膨胀操作110完成之后，相对更大的容器半径 84约等于相对更大的模具半径80。
[0040] 通过将模具半径80除以预成半径78来计算模具18与多层管12的吹胀比。在一个实 例中，吹胀比在约100%至约300%的范围内。在另一个实例中，吹胀比在约150%至约200% 的范围内。在再又另一个实例中，吹胀比是约200%。可以对吹胀比进行调整以便适合容器 的不同大小。
[0041] 在膨胀操作110完成之后，器皿30形成。器皿30包括多层容器10以及联接到多层容 器10的上端上的过量材料62和联接到多层容器10的下端上的过量材料64。容器模制工艺 100随后进行至打开操作112,如图1和图2中所示。在打开操作112过程中，加压气体26的源 70被关闭并且模具18从闭合位置移动到打开位置，如图1中所示。器皿30随后准备好从模具 18去除且同时保持联接到吹针20上，如图1中所示。
[0042]容器模制工艺100随后进行至去除操作114,其中将器皿30与模具18分离并且从吹 针20释放。在一个实例中，加压气体26的源70暂时开启，从而将器皿30从吹针20上吹脱。 [0043] 一旦器皿30与模具18和吹针20分离，容器模制工艺100就进行至修整操作116。在 修整操作116过程中，使用一个或多个刀具86或刀片切割过量材料62、64以便提供多层容器 10,如图1中所示。
[0044]模制系统52与连续挤出工艺如挤出操作102配合使用。如图1中所示，模制系统52 可以是穿梭吹塑机器。在此实例中，模具18以打开位置开始并且在轨道上朝向共挤出模38 移动以便将多层管12定位在模具半部18A、18B之间。模具18随后移动到闭合位置。模具18随 后滑动远离共挤出模18,同时挤出另一个多层管12。同时，进行插入操作106、栗送操作108、 以及膨胀操作110。随后进行打开操作112和去除操作114,所述操作使器皿30从模具18中喷 射出。模具18现在处于打开位置中，准备好朝向共挤出模30滑回并且再次开始所述工艺。一 个示例性模制机器52是可从宾夕法尼亚州约克(York, Pennsylvania)的格雷厄姆工程公司 (Graham Engineering Corporation)获得的穿梭吹塑机器。在穿梭吹塑机器的另一个实例 中，多于一个模具可以用于使循环时间最小化并且增加共挤出系统16的挤出速率。
[0045] 在另一个实例中，模制机器52可以是旋转吹塑模制机器。在此实例中，挤出连续多 层管并且包括在旋转吹塑机器中的一系列模具相对于所述多层管旋转。随着模具接近形成 多层管10的共挤出模38,所述模具开始从打开安排移动到闭合安排，从而将多层管10的一 部分捕获在于模具中形成的模具空腔中。随着所述模具移动远离形成多层管的共挤出模， 加压气体被注射在管空间中，从而使多层容器膨胀。所述模具随后从闭合位置移动到打开 位置，在所述打开位置中器皿30从模具空腔中喷射出。旋转挤出吹塑机器的一个实例可从 北卡罗来纳州威尔明顿(Wilmington,North Carolina)的威尔明顿机械公司（Wilmington Machinery)获得。
[0046] 容器模制工艺100具有被定义为在闭合操作104与打开操作112之间的时间量的循 环时间。无论模制机器52是穿梭吹塑机器还是旋转挤出吹塑机器，此循环时间均以相同方 式定义。包括由相对低密度的绝热多孔非芳香族聚合物材料制成的芯层12B的多层容器可 以具有减少的循环时间，这是由于由使用芯层12B产生的容器的质量降低。
[0047] 在一个实例中，穿梭吹塑机器上的容器模制工艺100和多层容器10的循环时间在 比缺乏由相对低密度的绝热多孔非芳香族聚合物材料制成的层的模制操作和容器快约5% 至约40%的范围内。然而，据信当使用旋转挤出吹塑机器时，也发生类似的循环时间改进。 在另一个实例中，循环时间可以在比缺乏由相对低密度的绝热多孔非芳香族聚合物材料制 成的层的模制操作和容器快约5%至约30%的范围内。容器模制工艺100和多层容器10的循 环时间是约16秒