專利名稱：生產(chǎn)多層物品的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過壓縮成型由熔融樹脂組成的多層物料來生產(chǎn)多層物品 的方法。
背景技術(shù)：
專利文件JP4169207描述了 一種用于生產(chǎn)多層物品的方法，該方法是通itt 才莫具中壓縮一個(gè)物料來進(jìn)行的，該物料的各個(gè)層被定位成與壓縮軸成直角。圖1 顯示了該日本專利中描述的方法。才封居這一方法，由幾個(gè)層形成一組硬幣形狀的 物料1放置在一個(gè)模具5中。位于多層結(jié)構(gòu)中心的層2具有減小的滲透性。專利
品，并將層2的端部10圈閉在物品內(nèi)部。為了圈閉層2的端部，專利文件JP4169207 提出了在高于層3和4熔點(diǎn)并低于層2熔點(diǎn)的溫度下壓縮物料。專利文件 JP4169207通過實(shí)施例描述了一個(gè)由用聚乙烯制成的層3和4以及用聚,制成 的層2所構(gòu)成的物料。專利文件JP4169207中描述的方法具有一些缺點(diǎn)。根據(jù)專 利文件JP4169207，中間層2在成型時(shí)是固態(tài)的，因?yàn)槌尚蜏囟鹊陀谒鰧拥娜?點(diǎn)。其結(jié)果是，在成型時(shí)層2只經(jīng)受到了很小的變形或根本沒有變形。專利文件 JP4169207中描述的方法就》M^使功能層2延伸到該物品的端部。這種方法還需 要生產(chǎn)、加熱一個(gè)很薄厚度的平板物料，并將其傳送ii^才錄5的腔8中。生產(chǎn)
法難以用^高生產(chǎn)率下制造物品。
圖2所示的專利US4904512描述了 一種通過壓縮成型多層物術(shù)+生產(chǎn)出的多層 物品。該專利提出了使用一個(gè)包括完全圈閉在樹脂層3和4之間的功能層2的圓 柱狀物料1 。層2的端部10依靠擠出的方法被圈閉在該物料中，并允許間斷的提供該功能層。然而，專利US4904512中并沒有描#才莫具5中壓縮物料l。例如， 該物料的尺寸以及它是如何定位^jM莫具5的腔8內(nèi)并沒有提到。該發(fā)明的描述就 物^HM可被壓縮并沒有提及。但是，已知該專利中所描述的物品并已知它力求獲 得被壓縮材料的對(duì)稱流動(dòng)，其結(jié)果是，壓縮必須在平行于4齊出軸的方向上進(jìn)行。
然而，專利US4904512中所描述的解決方案碰到了一些困難。如專利 US4904512中所描述的，用于功能樹脂的具有切斷閥機(jī)構(gòu)的共擠出裝置控制所述 功能樹脂間歇流動(dòng)。然而，切斷閥機(jī)構(gòu)復(fù)雜并昂貴，且在高生產(chǎn)率下沒有對(duì)間歇 流動(dòng)提供足夠的精確控制。第二個(gè)不足在于難以生產(chǎn)含有兩種以上樹脂的物料。 總的來說，功能層沒有自然的附著在形成該物品的樹脂上。這種不足可能導(dǎo)致各 層之間的粘附不好并導(dǎo)致產(chǎn)生有缺陷的物品。
最后，此處的第三個(gè)不足之處在于難以對(duì)連續(xù)制造大量物品進(jìn)行優(yōu)化自動(dòng)化。
這是因?yàn)橐坏┪锪媳划a(chǎn)生出來，它并不能一離開擠出器就立即^^縮。最低 限度的，物料需要轉(zhuǎn)移相當(dāng)長(zhǎng)的距離或旋轉(zhuǎn)90°，因此需要更復(fù)雜的裝置并減緩 了物品生產(chǎn)ii^。
通過擠出多層物料，將其傳i^'J才M"腔內(nèi)，然后在熔融狀態(tài)下壓縮，以形成 該物品來方便的完成高生產(chǎn)率下壓縮成型多層熱塾性樹脂物品?，F(xiàn)有技術(shù)中描述 的這一工藝，包括通過沿著其對(duì)稱軸壓縮定位于模具中心的物料來制造物品，如 塞子或杯子。這種配置能夠在壓縮時(shí)獲得軸對(duì)稱流動(dòng)，并最終獲得功能層在該物 品內(nèi)的軸對(duì)稱分布。
然而，當(dāng)物料被沿著該擠出軸壓縮時(shí)，至少^it到兩個(gè)主要困難功能層在 物品中心的不連勢(shì)性，以及物品中過多的功能材料。
當(dāng)物料中含有少量的功能材料以便經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)多層物品時(shí)，會(huì)遇到第一個(gè)困 難。那么功能材料在物料中形成平行于擠出軸的薄薄的一層。功能樹脂從物料的 中間部分缺失，從而也就從物品的中間部分缺失。
第二個(gè)困難是在如專利US4904512中提出的將功能材料定^MM勿料中心時(shí) 遇到的。然而，為了將功能層分布至物品邊緣，就必須大幅增加物料中功能樹脂 的量，以便功能樹脂形成一個(gè)具有足夠大半徑的圓柱。雖然就形成的物品而言，當(dāng)各層與壓縮軸成直角定位時(shí)，沿著與物料對(duì)稱軸 一致的方向壓縮證明了是令人滿意的，但是，不可能獲得高的生產(chǎn)速度，尤其是 因?yàn)檫@一物料不能擠出。
因此，有必要ULh述問題。當(dāng)涉及具有與擠出方向一致的對(duì)稱軸的物料時(shí)， 感覺這種需要尤其強(qiáng)烈。
發(fā)明目的
本發(fā)明可以通過壓縮成型來生產(chǎn)多層物品，而不會(huì)遇到上述問題。本發(fā)明是 在與擠出方向相交的方向上壓縮物料，以在高生產(chǎn)率下生產(chǎn)多層物品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種通過壓縮成型熔融的多層樹脂物料來制造合成樹脂多層物品
的方法，該物料至少包括一個(gè)功能層，在壓縮時(shí)物料的每一層都處于熔融狀態(tài)；該方法在于至少通過一個(gè)才M4^齊出樹脂，定期切割該擠出物以便獲得物料，然 后以熔融狀態(tài)將該物料沉積^ftt腔內(nèi)；因此該方法在物料內(nèi)部限定了 一個(gè)擠出
方向并平行與該擠出方向設(shè)置該功能層；該方法的特4球于物料沿著與擠出方向 相交的壓縮軸進(jìn)行壓縮，從而將相對(duì)于壓縮軸的不對(duì)稱性引ASJ各層流體中。
本發(fā)明還在于一個(gè)通過壓縮成型生產(chǎn)的多層物品，其中各層的分布不對(duì)稱。 本發(fā)明還涉及一種上文中定義的熔融樹脂物料。
本發(fā)明最后涉及一種執(zhí)行上述方法的設(shè)備，該設(shè)備包括用于在擠出方向上擠 出多層物料的裝置，以及用于在與該擠出方向相交的方向上壓縮所述物料的裝置。
本發(fā)明能夠產(chǎn)生具有不對(duì)稱層分布的不對(duì)稱幾何形狀物品。能夠獲得具有覆 蓋整個(gè)物品表面的功能層的多層物品，如塞子或蓋帽。
本發(fā)明還能夠生產(chǎn)不對(duì)稱幾何形狀的物品，如橢圓形幾何形狀的塞子。
最后指出，就根據(jù)本發(fā)明的大多數(shù)物品來說，其中有些部分的層凄魄出了最 初存在于物料中的層數(shù)。通過與現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行比較，根據(jù)本發(fā)明的方法的新穎'l"錄于通過擠出來生產(chǎn) 多層物料，及其在與各層相交的方向上的壓縮。正如先前所解釋的，聯(lián)合執(zhí)行這 兩個(gè)操作導(dǎo)致物料被沿著不是所述物料對(duì)稱軸的軸線壓縮。由此產(chǎn)生的多層流體 并沒有在現(xiàn)有技術(shù)中描述，且該多層物品也沒有在現(xiàn)有技術(shù)中描迷。專利文件
JP4169207和US4904512沒有描述相對(duì)于壓縮軸不對(duì)稱的物料，它們也沒有描述 沒有對(duì)稱軸的流動(dòng)，也沒有描述多層結(jié)構(gòu)沒有對(duì)稱軸的軸對(duì)稱物品。
才艮據(jù)本發(fā)明提出的方法與本領(lǐng)域技術(shù)人員的常識(shí)背道而馳，本領(lǐng)域技術(shù)人員 的常識(shí)是壓縮相對(duì)于壓縮軸對(duì)稱的物料，以獲得各個(gè)方向的均勻流，并最終獲得 一個(gè)對(duì)稱軸也是其多層結(jié)構(gòu)對(duì)稱軸的物品。
發(fā)明的詳細(xì)描述
在本發(fā)明的描述中使用以下術(shù)語
-物料的長(zhǎng)、寬、高物料的高度定義為其壓縮方向，其長(zhǎng)度定義為4齊出方向， 以及它的寬度。物料的高度和寬度取決于擠出才tt;物料的長(zhǎng)度取決于擠出的條 狀物如何被切斷。當(dāng)物料為圓柱形時(shí)，高度和寬yl^相同的。
-垂直4由壓縮4由16。
-功能層功能層厚度小，并賦予物品特殊的4生質(zhì)。例如，功能層可能是隔離層。
在下文中，本發(fā)明將通過下面附圖所示的一些實(shí)施例的詳細(xì)描述更好地理解。


圖1和圖2描述了現(xiàn)有技術(shù)中提出的通it^ftt中壓縮物料來生產(chǎn)物品的解 決方案。
圖3至6顯示了在一個(gè)才莫具5中壓縮共擠出物料l，其功能層2垂直于壓縮 平面并顯露在物津+的表面。得到的物品9的特點(diǎn)是層2的折層11。
圖7顯示了功能層2本身可能由幾個(gè)層構(gòu)成。圖8是沿軸線15擠出的物料的一個(gè)實(shí)施例，并且其相對(duì)于壓縮軸16并沒有 對(duì)稱性。
圖9顯示了沿軸16壓縮圖8中所示物料1后得到的多層物品。雖然它具有 貫穿該物品分布的功能層2，但物品9具有不對(duì)稱多層結(jié)構(gòu)。
圖10顯示了沿軸15擠出的圓柱形多層物料1。除了在其兩端10"卜，物料 1包括一個(gè)被圈閉在物料內(nèi)部的功能層2。
圖11顯示了沿軸16壓縮圖10中所示物料1后得到的多層物品。雖然功能層 2均勻的穿過該物品g,但物品9具有不對(duì)稱多層結(jié)構(gòu)。
圖12至]5顯示了制造多層物品的方法。
圖12示意性的描繪了擠出多層條狀物21。
圖13顯示了切割該條狀物以形成多層物料1。
圖14顯示了^K^5的腔8內(nèi)定位物料1。
圖15顯示了物品9的制造以及物品中各層的分布。
圖16和17顯示了物品的幾4可形;R^物品9中功能層2的端部10的位置的 影響。
圖18和19顯示了一個(gè)實(shí)施例，其中層2的端部10被圈閉在物料1及物品9中。
圖2,0至23顯示了物料1在模具5的腔8內(nèi)偏離中心定位的影響。
圖24和25顯示了沒有對(duì)稱軸的物品的生產(chǎn)。
圖26和27顯示了在相對(duì)擠出軸15傾斜的方向Ji/i縮物料。
圖26顯示了才錄中物料的定位。
圖27顯示了壓縮后^尋到的物品。
圖28至30顯示了一種在將物料定位^^tt中之前使其變形的方法。
圖28顯示了沿軸15擠出的物料。
圖29顯示了沿著壓縮軸16使物料變形。圖30顯示了在模具腔中定位該預(yù)變形的物料。 M實(shí)施方式
圖3描述了包含一個(gè)被圈閉在兩個(gè)樹脂層3和4之間的功能層2的共擠出物 料1的剖^L圖。層2的端部10位于物料的表面或位于所述表面附近。功能層2 不^^位在物料高度的中間，所述物料高度被認(rèn)為是沿著壓縮軸。擠出軸位于水 平面上。物料1在模具5的腔8中被壓縮，該模具至少包括一個(gè)定形腔6和一個(gè) 沖頭7,沖頭7的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)閉該一tt并壓縮物料1。物料1 ^/￡縮的方向與構(gòu) 成物料l的層成直角。
圖4描述了壓縮圖3中顯示的物料所產(chǎn)生的物品9的剖4見圖。與現(xiàn)有技科目 反，發(fā)現(xiàn)物品9中各層的堆疊不同于物料1中各層的堆疊。與所有的期望相反， 發(fā)現(xiàn)功能層2形成了一個(gè)折層11 ，并且層2的端部10位于物料的表面12或所述 表面的附近。這樣形成的物品9至少局部具有超過最初物料中層數(shù)的層數(shù)。同時(shí) i^現(xiàn)物料中層的位置預(yù)先決定了所述層2的端部10將會(huì)位于物品的哪層上。 如果層2位于物料較低的部分，則層2的端部10將會(huì)位于物品的底面12上。圖 4還顯示了層2已經(jīng)延伸至物品9的端部，層2的折層11位于徑向最遠(yuǎn)點(diǎn)。發(fā)現(xiàn) 層2的折層11徑向越過的距離取決于層2在物料中的位置以及物料和物品各自的 大小。對(duì)于同樣的物料和物品幾何形狀，層2距離物料底面越近，折層ll的徑向 延伸躲J、。
在該壓縮方法過程中流體的理論分析有助于了解物品9中折層11的形成。在 壓縮方法的開始，層2的端部10位于流體的延伸前端，那是一種被稱為"噴泉效 應(yīng)"的特殊流體的位置。延伸前沿上的每個(gè)點(diǎn)從該流體中心朝著壁移動(dòng)。這種現(xiàn)象 類似于垂直噴水口中看到的現(xiàn)象；在噴水口端部水^/人喻嘴中心向周邊移動(dòng)。在 這個(gè)實(shí)施例中，在壓縮物料的一個(gè)準(zhǔn)確時(shí)刻，端部10在材料的前端流動(dòng)，因此， 端部10被噴^^文應(yīng)攜帶著朝才莫具的底壁移動(dòng)。A/Jl—時(shí)刻起，物料壓縮持續(xù)進(jìn) 行并且折層11作為下一個(gè)進(jìn)程的結(jié)M步形成。流體中每個(gè)點(diǎn)(不處于延伸前端) 以不同于與其臨近的點(diǎn)的i4^移動(dòng)。這是因?yàn)楸诟浇牧魉俦攘黧w中心部分的流 速低。這種現(xiàn)象類似于河流的流動(dòng)，河岸附近的水流iiyl較低(甚至為零)而在 河流中央的水流i4^最高。因jt化這個(gè)實(shí)施例中，端部10以比其上部材料較低的i4A移動(dòng)。ii^的這種差異具有在層2中產(chǎn)生折層11的作用。還必須指出，折 層11的端部以高于層2的端部10的速度在流體中傳送。
圖5和圖6顯示了壓縮物料的第二個(gè)實(shí)施例，其中各層定位成與壓縮軸成直角。
圖5顯示了包括兩個(gè)圈閉在樹脂層3 、 4和14之間的功能層2和20的物料。 層3和4分別形成所述物料的底部和頂部表面，并且構(gòu)成中間層的層14位于層2 和20之間。層2和20的端部10位于物料1的側(cè)表面或位于所述表面附近。如 圖5中顯示的，功能4對(duì)脂層2位于物料較低部分，而功能層20位于上面部分。 物料1定^^f莫具5的腔8內(nèi)，模具5由一個(gè)定形腔6和一個(gè)沖頭7構(gòu)成，沖頭 7的相對(duì)移動(dòng)壓縮該物料并關(guān)閉所ii才莫具5的腔。壓縮方向與形成物豐+的^^層成 直角。
圖6描述了在才莫具5中壓縮圖5中所示物料1所產(chǎn)生的物品9。物品9的層 數(shù)至少局部超過物料中層數(shù)。功能層2和20形成了折層11，因此物品局部具有7 或9層而物^H義由5層構(gòu)成。功能層2的兩端位于物品9的底面12上，而功能 層20的端部10位于所述物品的頂面上。層2和20的兩端可能位于物品9的表 面上或位于所i^4面附近。圖5和圖6說明了物料內(nèi)層的位置對(duì)物品內(nèi)端部10 位置的影響。由于材料移動(dòng)前端的"噴泉流動(dòng)"，層2和20的端部靠近物品9的表 面。折層ll的形^A該厚度內(nèi)部力fLi4分布的結(jié)果在才鎮(zhèn)壁附近，力fui4為零，而 在中間平面附近，流速最高。因itti斤層ll的端部以大于層2的端部10的ii^t流 動(dòng)。
圖7描述了包括一個(gè)圈閉在樹脂層3和4之間的功能層2的物料1。為了不 使本發(fā)明的描述過于復(fù)雜，所描述的層數(shù)故意較少。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員知道， 將不同性質(zhì)的熱塑性樹脂結(jié)合在^一般需要使用粘合劑層在界面上將各層粘 合。如圖7所示并通過實(shí)施例，功負(fù)tg2本身可以設(shè)計(jì)成由砵給劑層2b和2c以 及功能層2a構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)。
與通過壓縮成型制造多層物品的現(xiàn)有技7M目悖，本發(fā)明提出了壓縮與壓縮軸
不對(duì)稱的物料。這樣產(chǎn)生了一個(gè)物品，其中各層的分布沒有對(duì)稱軸。
圖8和9描述了壓縮相對(duì)于壓縮軸不對(duì)稱的物料以及獲得的多層物品。圖8顯示了物料1在截面A和B上的附圖。物料1由一個(gè)圈閉在4對(duì)脂層3 和4之間的功能層2構(gòu)成。這種物料l優(yōu)選通過擠出一個(gè)條狀物來獲得，該條狀 物的橫截面對(duì)應(yīng)于物料l的A線視圖。在A線視圖中，可以看到，物料的側(cè)壁 17上沒有出現(xiàn)層2的端部10。物料l的擠出方向由軸15指示。B線視圖描述了 物料l的第二個(gè)剖視圖。在這個(gè)視圖中，功能層2的端部10位于物料側(cè)壁17的 表面。物料l的幾何形狀由高度33、 t^變31和長(zhǎng)度32來限定。為了生產(chǎn)軸對(duì)稱 物品，人們發(fā)現(xiàn)，寬度31和長(zhǎng)度32的比例接近1是有利的。同樣的，人們發(fā)現(xiàn) 物料的高度33和寬度31的比值優(yōu)選在0.5至2之間。然而，對(duì)于特殊物品，如 預(yù)成型件，高度33和寬度31的比值必須超過2。圖8所示物料1的壓縮軸平行 于軸16。
圖9描述了^M莫具5中壓縮圖8中所示物料1獲得的物品9。物品9的幾何 形狀顯示了 一個(gè)對(duì)稱軸，它也是物料的壓縮軸。物品9的特征在于它的多層結(jié)構(gòu) 沒有對(duì)稱軸。A線視圖顯示了該物品的第一個(gè)橫截面。功能層2圈閉于層3和4 之間，層3和4分別構(gòu)成了物品9的底面12和頂面13。功能層2的端部10沒有 位于物品的側(cè)壁17上，這意味著所述端部沒有被位于材料前端的"噴泉流動(dòng)"帶 走。B線視圖顯示了所述物品9的第二個(gè)橫截面。在這個(gè)視圖中，功能層2在其 端部形成了一個(gè)折層ll。功能層2的端部10在底面12上可見。折層ll構(gòu)成了 功能層2離物品9對(duì)稱軸最遠(yuǎn)的部分。壓縮過程的流體分析表明，折層ll是由材 料前端的"噴泉流動(dòng)"以及^J4分布圖所產(chǎn)生的，';產(chǎn)Lii分布圖的特4球于才錄壁處 的it;l為零，且壓縮中間平面的i4^最大。功能層2沒有位于物品的側(cè)面17上。 功負(fù)fe層2形成了 一個(gè)沒有對(duì)稱軸的復(fù)雜幾何形狀。通常希望功能層2位于物品邊 緣。人們發(fā)現(xiàn)，盡管功能層2被分布成沒有對(duì)稱軸，但是所述層徑向延伸遠(yuǎn)至接 近側(cè)壁17的距離并延伸跨過整個(gè)物品的邊緣。層2的徑向端和物品側(cè)壁17之間 的距離只是稍稍有所改變。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，流動(dòng)的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，層2的徑向端和物品側(cè) 壁17之間的距離改變?cè)叫　?br> 圖10和11描述了壓縮相對(duì)于壓縮軸不對(duì)稱的物料的第二個(gè)實(shí)施例以及獲得 的多層物品。
圖10描繪了圓柱幾何形狀物料1剖面A和B的視圖。物料1沿著軸15擠出 并沿著軸16壓縮。在物料1中，各層定位成與壓縮軸成直角。物料1具有一個(gè)
ii對(duì)稱軸是擠出軸15,但不同于專利US 4904512中教導(dǎo)的，物料l在與所述物料 的對(duì)稱軸成直角的方向上被壓縮。物料l由一個(gè)圈閉于層3和14之間的功能層2 構(gòu)成，層3和14分別構(gòu)成了外層和中間層。A線視圖以與擠出軸15成直角顯示 了物料l的橫截面。圖10A線視圖中所見的物料1的橫截面砂于應(yīng)于擠出的圓柱 形條狀物的橫截面。功能層2以擠出軸為中心形成了一個(gè)圓筒形封套。圖10中B
位于物料1的側(cè)面17上。當(dāng)擠出條狀物被切斷時(shí)形^4面17。由于物料1形成 一個(gè)旋轉(zhuǎn)的圓柱形，因此其高度33等于它的寬度31。在制造軸對(duì)稱物品過程中， 如圖11中所示的那些物品，發(fā)現(xiàn)功能層2延伸的速率在所有方向上均不相等。為 了獲得功能層在整個(gè)物品中的均勻分布，需^f尤化物料的幾何形狀以及功能層2 的徑向位置。因此，盡管長(zhǎng)度與直徑比等于1的物料不一定會(huì)導(dǎo)致整個(gè)物品中功 能層2的最佳分布，^^目同體積不同幾何形狀的物料可^Jf]來形成多層物品。令 人吃驚的是，夕卜形比例不是l的物料往往導(dǎo)致整個(gè)物品中功能層2的更均勻分布。 例如，圖11中顯示物料長(zhǎng)度與物料直徑比等于1.5產(chǎn)生了整個(gè)物品中功能層2的 最佳分布。在高生產(chǎn)率下制造物品中圓柱形物料有許多優(yōu)勢(shì)。正如我們稍后將在 本發(fā)明的描述中進(jìn)^^釋的，物料是被快傳送移到才錄腔內(nèi)的。鑒于這種傳狄 生的逸復(fù)，因此并不總是很容易的精確控制物料^^莫具腔內(nèi)的位置。圖10中顯 示的圓柱形物料具有一個(gè)對(duì)稱軸，這允許物料在該軸周圍旋轉(zhuǎn)而不會(huì)改變成型的 物品。
圖11顯示了具有一個(gè)對(duì)稱軸并JIit:ii^^tt腔內(nèi)壓縮圖10中所示物料l獲 得的物品9。 A線視圖顯示了穿過該物品的第一個(gè)截面。軸線15和16允許物品 相對(duì)于物料^f^py空內(nèi)的初始位置進(jìn)行定位。軸16表示壓縮方向并且物料沿著 軸15擠出。A線視圖顯示了在壓縮過程中功能層2是如何形成的。層2在位于 構(gòu)成物品端部的側(cè)面17附近形成了一個(gè)折層11。 B線視圖以平行于擠出軸15和 壓縮軸16的截平面描繪了物品9。在B線視圖中可以看到，層2的端部10分別 在所述物品9的底面和頂面12和13上可見。層2形成了幾個(gè)折層11,它們位于 構(gòu)成物品9端部的側(cè)面17附近。從5層的物料1開始，獲得了局部包括9層的 物品9。 A線視圖和B線視圖顯示了本發(fā)明產(chǎn)生的功能層2的復(fù)雜分布，并JJi 并不是現(xiàn)有技術(shù)中教導(dǎo)的特征。獲得圖4、 6、 9和11中所述物品的方法是一種以高生產(chǎn)率生產(chǎn)多層物品的經(jīng) 濟(jì)型方法。這種方法涉及三個(gè)主要步驟，其中包括擠出多層物料，傳送并^ftt
腔內(nèi)定位所述物料，從而各層垂直于壓縮方向，^通ii^^iy空內(nèi)壓縮該物料 來成型多層物品。
如果多層結(jié)構(gòu)沒有對(duì)稱軸，則該方法^f吏功能層2通過實(shí)際物品很好的分布。
該方法可以通過調(diào)整物料的幾何形狀以適應(yīng)物品的幾何形狀來產(chǎn)生沒有對(duì) 稱軸的物品。
圖12和13中顯示的該方法的第一步是擠出一個(gè)多層條狀物21并均勻的切 割它以形成物料。連續(xù)擠出多層條狀物可以實(shí)現(xiàn)非常高的生產(chǎn)逸變。然而，不連 續(xù)的擠出條狀物或只是它的一些層可能是有利的。不連續(xù)擠出條狀物可用于使切 割該條狀物變得更加容易。不連續(xù)擠出一些層可以有可能生產(chǎn)更復(fù)雜的物料，其 中 一些層是完全^皮圈閉的甚至包括它們的端部。
還可以擠出其中具有一個(gè)孔的物料。
圖12顯示了擠出圓柱形條狀物21，它正離開由一個(gè)沖模23和一個(gè)共擠出單 元22構(gòu)成的共擠出頭。共擠出單元22可以形成多層結(jié)構(gòu)，而沖模23卩艮定條狀 物的幾何形狀。元件22和23描繪的非常示意性，因此這些元件并沒有被準(zhǔn)確的 描述。用于制造管、剖面或多層板的共擠出頭被廣泛的在現(xiàn)有技術(shù)中描述。共擠 出頭與幾個(gè)擠出才M目連，擠出機(jī)向擠出頭提供形成各層的熔融狀態(tài)的樹脂。條狀 物21由一組熔融狀態(tài)的樹脂層3、 2和14構(gòu)成。擠出溫度取決于被擠出樹脂的 寸 。 一般情況下，這一溫度范圍為100。C至300。C之間。
圖13顯示條狀物21的切割24，以形成物料l。 J賄技術(shù)中已經(jīng)描述了很多 用于切割物料的設(shè)備。我們以舉例的方式提到旋^i殳備，其中刀具可獨(dú)立于該設(shè) 備或包含在該i殳備中，用于傳送物料。 一些刀具包括兩個(gè)刀片的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它以 剪刀的方式切斷物津牛。其他設(shè)備包括開閉器，它的關(guān)閉運(yùn)動(dòng)切割條狀物或管21。
圖14描述了物料1在一個(gè)成型裝置的腔8內(nèi)的定位，該成型裝置包括由一 個(gè)成形腔6和一個(gè)沖頭7構(gòu)成的才莫具5，沖頭7的相對(duì)運(yùn)動(dòng)壓縮物料并形成該物 品。物料1在腔8內(nèi)定位的方i(^^壓縮方向16垂直于各層。物料傳送i^v4錄 的方式?jīng)]有顯示出。傳送裝置可用于將物料定向并將其放置在腔內(nèi)。其他方法包
13括將擠出物料直接沉積在4tt腔內(nèi)。將物料傳送it^才錄腔是一項(xiàng)必須^ki4完成 的才剁乍，以防止物料冷卻從而當(dāng)壓縮時(shí)出現(xiàn)溫度不均勻。
圖15描述了在4莫具5中壓縮物料1所得到的物品9的剖視圖。模具5通常 包括一個(gè)冷卻回路來固化該熔融法并使物品充分冷卻，使它能夠從模具中釋放出 來。才tt溫度通常調(diào)節(jié)到溫度范圍為0。C至60。C之間。
本方法中的一個(gè)重要因素是優(yōu)化物料的幾何形狀，以適應(yīng)物品的幾何形狀。 為了生產(chǎn)具有一個(gè)對(duì)稱軸的物品如塞子、杯子或蓋帽，物料長(zhǎng)度32和寬度31的 比值并不一定等于l。對(duì)于圖10所示物料來說，所述比例通常不是l,但對(duì)于圖 8所示物料來說，所述比例優(yōu)選接近l。物料的長(zhǎng)度32由擠出才;Ulr出速率和切割 頻率限定；物料的寬度31和高度33由模具23的幾何形狀限定。對(duì)物料中各層 的位置進(jìn)行優(yōu)化，以取得理想的功能層2的分布。高度33與寬度31的比值與物 品的幾何形狀尤其相關(guān)，該比值通常介于0.2和5之間，并優(yōu)選0.5至2之間。為 了在非常高的生產(chǎn)ii^下更容易地處理物料，通常使用高寬比接近1。
本發(fā)明中描述的方法可以產(chǎn)生具有孔或沒有孔的物品，但所述方法特別有利 于以高生產(chǎn)率生產(chǎn)沒有孔的多層包裝部件。這些部件可能是塑料塞子、杯子或者 蓋帽。多層結(jié)構(gòu)是有利的，因?yàn)樗鼈兛梢愿纳扑鑫锲返母綦x性能。通常需要改 善這些物品對(duì)氧氣、二氧^/友或香氣的不滲透性。本發(fā)明可以在不降低產(chǎn)率也不 產(chǎn)生廢棄物的情況下進(jìn)行這種改進(jìn)。但是，在某些應(yīng)用中需凌-避免功能層2和包 裝的產(chǎn)品之間的接觸。此時(shí)應(yīng)當(dāng)防止層2的端部位于物品與所述產(chǎn)品相接觸的表 面上。
在下文中列出了控制功能層2的端部IO在物品中位置的方法。
第一個(gè)方法是在物料內(nèi)部提供一個(gè)層的位置，使功能層2的兩端不位于物品 與產(chǎn)品相接觸的表面上。圖9顯示了一個(gè)實(shí)施例，其中功能層2的端部10沒有 位于物品與包裝的產(chǎn)品相4妄觸的頂面13上。將功能層2的端部10圈閉在物料內(nèi) 部產(chǎn)生了層2完全不在其表面上的物品。將端部10圈閉在物料內(nèi)部可以通過間 歇性擠出層2來實(shí)羅該在切割和傳送物料時(shí)進(jìn)行。
圖16和17顯示了包裝9的生產(chǎn)，其中功能層2位于與包裝的產(chǎn)品接觸的頂 面13附近，并且其中功能層2的端部10不出現(xiàn)在所i^頂面13上。圖16描述了由一個(gè)圈閉在樹脂層3和4之間的功能層2構(gòu)成的物料1 。層2的端部10位于所 述物料的側(cè)面17上。物料1定位^ftt 5的腔8內(nèi)。圖17描繪了通it^縮圖16 中所示物料1獲得的物品。物品9包括構(gòu)成包裝內(nèi)表面的頂面13，所述表面13 與包裝的產(chǎn)品4妄觸。功能層2位于物品9的頂面13附近，^旦不在所述表面13上。 功能層2的端部10出現(xiàn)在構(gòu)成包^卜表面的表面12上。端部10不出夢(mèng)冰包裝 內(nèi)表面上取決于層2在物料中的位置以及物品的幾何形狀。
另一種避免包裝的產(chǎn)品與功能層2端4財(cái)妻觸的方法是改變?nèi)廴跇渲c模具壁 之間的接觸類型。尤其利于^t具的一卩分具有滑動(dòng)式接觸而在模具中相對(duì)的部 分具有粘附式接觸。例如，可以在沖頭7和熔禹;^f脂之間使用滑動(dòng)式接觸并在成 形腔6和熔融樹脂之間使用粘附式接觸。通過改變模具壁和熔禹財(cái)對(duì)脂之間的接觸， 可以改變功能層端部的位置。接觸的類型取決于制成^Jl表面的材料以及所迷模 具的表面光潔度。
當(dāng)以高生產(chǎn)率生產(chǎn)物品時(shí)，并不總是很容易的確保物料的正確定位。的確在 傳iilil定位于才tt腔內(nèi)時(shí)可能發(fā)生物料的自身旋轉(zhuǎn)，這將導(dǎo)itA縮時(shí)功能層2沒 有被適當(dāng)?shù)亩ㄎ?。例如，物料旋轉(zhuǎn)可能導(dǎo)致功能層2平行于壓縮軸定位，而垂直 定4立是理想的。為了it^這種困難，可以通過相對(duì)其長(zhǎng)度和寬度減少其高度來改 變物料的幾何形狀。然而，當(dāng)以高生產(chǎn)率生產(chǎn)多層物品時(shí)，并不總是可以處理高 度耷交4豆的物津+。
圖18提出了一種特別優(yōu)選的物料，因?yàn)樗男D(zhuǎn)對(duì)獲得的多層物品沒有任 何影響。A線浮見圖顯示了與才齊出軸15成直角的一黃截面。物津+1^4黃截面為正方 形的柱體，并包括一個(gè)被圈閉在構(gòu)成物料表面的樹脂層3和構(gòu)成中間部分的層14 之間的層2。 B線視圖在由擠出軸15和壓縮軸16構(gòu)成的平面上描述了該物料。 功能層2圈閉了層14并且它的端部不出現(xiàn)在物料表面。寬度31、長(zhǎng)度32和高度 33相等，因此物料l形成了接近立方體或球體的幾何形狀。制造物料l需要不連 續(xù)^4t層14和2。
圖19描繪了通過^f莫具中壓縮物料1得到的物品。層2完全沒有出現(xiàn)在物 品的表面上。獲得的物品并不依賴于物料在才tt腔內(nèi)的角坐標(biāo)。
確定物料在才tt腔內(nèi)的中心是通:ito縮成型來生產(chǎn)多層物品的一個(gè)關(guān)魄與、， 因?yàn)槿绻锪蠜]有正確的在才錄腔內(nèi)定心，則流動(dòng)是徑向不均勻的并且功能層貫穿物品的分布是不佳的。然而，對(duì)于某些物品來說，1甜隔離物是不需要貫穿整 個(gè)物品的。例如一個(gè)塞子，通常的情況是在側(cè)壁中不需要隔離物，該塞子中至少
需要存在隔離層。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)奈锪夏軌虼_保即使物料^cpy空內(nèi)是偏心的， 功能層也能出現(xiàn)在塞子的端壁上。
在壓縮時(shí)，各層之間的粘度比在流動(dòng)中起到很大的作用，并因》b!于獲得的物
品的多層結(jié)構(gòu)具有很大的作用。^^層之間的粘度差可以改變功能層2的端部10 在物品中的位置。尤其是，各層之間的粘度差用于將層2的端部10圈閉在物品 內(nèi)部，從而^^2完全沒有出現(xiàn)在所述物品的表面上。例如，可以伊述具有更粘 的功能層2。第二個(gè)實(shí)施例是具有一個(gè)流動(dòng)性更好的樹脂位于功能層附近，并且 由于它的粘度低，因jtb^它流動(dòng)時(shí)將功能層2的端部圈閉M。人們發(fā)現(xiàn)，各層 之間的粘度比大于5更容易將層2的端部10圈閉在物品內(nèi)。在本發(fā)明的精神范 圍內(nèi)，可以改變多個(gè)層的粘度，以{更將層2的端部圈閉在物品內(nèi)。
為了完全圈閉層2，并非總是能夠改變各層的相對(duì)粘度。各層之間粘度差過 大可能導(dǎo)致擠出、切割或者傳送以及物料在才 腔內(nèi)定位的困難。因jt^是出了將 層2的端部10圈閉在物料中的另一種方法。有兩種方法可以^]務(wù)層2的端部IO完 全圏閉在物料內(nèi)第一個(gè)方法包括間歇性的擠出層2,而其他層不間斷的擠出。 第二種方法在于在切割或傳送物料的時(shí)候?qū)?的端部圈閉。
圖20至23顯示了物料1在才莫具5的腔8內(nèi)偏心定位對(duì)生產(chǎn)塞子的影響。
圖20顯示了物料1 ^ftt 5的腔8內(nèi)偏心的第一個(gè)實(shí)施例，該才鎮(zhèn)5由一 個(gè)成形腔6和一個(gè)沖頭7組成。功能層2在物料中的位置^皮優(yōu)化了 ，因itb^壓縮 成型^^,之后所述層2至少位于構(gòu)成塞子端壁的部分。找到了 一個(gè)層2在物料1 中的位置，其允許物料1隨機(jī)的定^^所述才錄5的腔8內(nèi)。根據(jù)物品的幾何形 狀優(yōu)化物料的幾何形狀。
圖21描述了通過壓縮在模具5的腔8內(nèi)偏心定位的物料1獲得的塞子9。功 能層2只是部分出現(xiàn)在所tt子9的側(cè)壁28中，但功能層2層貫穿分布在所述 塞子的端壁27上。
圖22顯示了沒有位于才錄5腔8中心的物料l的第二個(gè)實(shí)施例。
圖23描述了通ii^型圖22中顯示的物料1獲得的塞子9。功能層2至少位于構(gòu)成塞子9端壁的部分27中。側(cè)壁28只有部分是多層的。
上述實(shí)施例非常有利于以高生產(chǎn)率生產(chǎn)塞子。沒有必刻務(wù)物料在才tt腔內(nèi)準(zhǔn) 確定位，物料可以隨機(jī)的定位在所i^空內(nèi)。本發(fā)明的這個(gè)方面是特別有利的，因 為它只需要對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行很d 、的改進(jìn)，并可以在相對(duì)于生產(chǎn)單層塞子不斷^ 產(chǎn)率的情況下生產(chǎn)多層塞子。
本發(fā)明的最后一個(gè)主要益處是可以生產(chǎn)不具有對(duì)稱軸的多層物品，例如橢圓 形的塞子。
本發(fā)明的這個(gè)方面由圖24和25顯示，它們描繪了用長(zhǎng)度與寬度比值大于1 的物沖轉(zhuǎn)'j造具有橢圓幾何形狀的塞子。
圖24顯示了物料1 ^^IV 5的腔8內(nèi)的定位。A線視圖描述了與擠出方向 5成直角的物料的橫截面。B線視圖描述了包^4勿料軸線15和壓縮軸16的平面 上該物料的第二橫截面。從A線視圖和B線視圖可以看出，物料的長(zhǎng)度32大于 所述物料的寬度31，并且同樣的，腔的長(zhǎng)度29大于所iiM的寬度28。對(duì)物料的 幾何形狀進(jìn)行了優(yōu)化，從而功能層通過所述物品的分布將會(huì)是正確的。在某些情 況下，這是在物料長(zhǎng)度32與寬度31的比基本等于腔的長(zhǎng)度29與寬度28的比的 情況下得到的。
圖25描述了通過壓縮圖24中顯示的物料1獲得的塞子9。剖面A和B的視 圖顯示了在對(duì)稱4黃斷塞子9的兩個(gè)垂直平面上各層的分布?？梢钥闯觯δ軐? 正確的貫穿整個(gè)物品分布。
圖26至30顯示了本發(fā)明的其他形式,物料的壓縮軸16相對(duì)4齊出軸15傾斜。
圖26描繪了包括一個(gè)圈閉于兩個(gè)樹脂層3和14之間的功能層2的4^齊出物 料1的剖視圖。物料1定位在一個(gè)成型設(shè)備的腔8內(nèi)，該成型設(shè)備包括一個(gè)至少 由一個(gè)成形腔6和一個(gè)沖頭7構(gòu)成的模具，沖頭7的相對(duì)運(yùn)動(dòng)壓縮物料并形成物 品。物料1定位^^莫具中的方式，使得壓縮軸與物料擠出軸成一定的角度。壓縮 軸并不垂直于擠出軸。
圖27描繪了通過/f^莫具5中壓縮物料1獲得的物品9的剖視圖。值得注意 的是層2在物品中心的重疊。
沿著相對(duì)于擠出軸傾斜的軸線壓縮物料有時(shí)是4艮難實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)槿鐖D26所示物料在傾斜位置是不穩(wěn)定的。為了解決這個(gè)難題， 一種方法是在將物料定^^
才tt腔內(nèi)之前使其變形。圖28至30顯示了這種方法的示意圖。
圖28顯示了沿軸15擠出的多層物料1的剖視圖。物料1包括一個(gè)圈閉于兩 個(gè)樹脂層3和14之間的功能層2。
圖29顯示了在定位于模具中之前物料1的變形。這種變形可以通過在適當(dāng) 的工R間壓縮、剪切或4立長(zhǎng)該物料來實(shí)現(xiàn)。圖29顯示了通過沿軸16壓縮的物 料1的變形。優(yōu)選在物料被切割時(shí)或物料被傳送ieMtt腔時(shí)進(jìn)行變形。如圖29 所示物料的變形^f吏物料^f錄腔內(nèi)更容易定位。
圖30顯示了壓縮步驟之前位于才莫具5的腔8內(nèi)的物料1 。該物料是非常穩(wěn)定 的，使得該壓縮方法更可靠且可重復(fù)性好。
本發(fā)明范圍內(nèi)使用的樹脂對(duì)應(yīng)于常用的熱塑性塑料，尤其是那些包裝領(lǐng)域中 ^f錢的。提到的能夠^^]的功能性樹脂中可以由乙烯/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。我們也^是到一些能夠用于構(gòu)成物品結(jié)構(gòu)的層的一對(duì)脂聚乙烯 (PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚鵬(PA)、聚酯(PET)。這個(gè)清單 并非窮舉。
壓縮成型方法包括向才M"腔提供熔融狀態(tài)的多M成樹脂物料，通itt該模 具腔內(nèi)壓縮成型所述物料形成物品并冷卻該物品然后將其A^莫具中釋放出來。
根據(jù)本發(fā)明的該設(shè)備至少包括用于共擠出多層物料的裝置，用于將該多層物 料傳送iiX—個(gè)壓縮模具的裝置以及用于壓縮該物料以形成物品的裝置。
本發(fā)明可以生產(chǎn)具有非常薄的功能層的物品，該功能層可能不到物品體積的5%。
上文所述生產(chǎn)多層物品的方法尤其利于生產(chǎn)物品，如塞子、蓋子、蓋帽以及 罐狀物。這種方法還可以方便的用來生產(chǎn)硬幣形狀的預(yù)成型件，隨后這些硬幣被 用于熱成型或者與鼓風(fēng)相結(jié)合的熱成型以形成多層物品。
權(quán)利要求
1、通過壓縮成型熔融多層樹脂物料(1)來制造合成樹脂多層物品(9)的方法，該物料至少包括一個(gè)功能層(2、20)，在壓縮時(shí)物料的每一層都處于熔融狀態(tài)；該方法包括至少通過模具共擠出的樹脂，周期性切割該擠出物以便獲得物料(1)，然后以熔融狀態(tài)將該物料(1)沉積在一個(gè)模具腔內(nèi)；因此該方法在物料內(nèi)部限定了一個(gè)擠出方向并平行于該擠出方向設(shè)置功能層(2、20)；該方法的特征在于物料沿著與擠出方向相交的壓縮軸(16)進(jìn)行壓縮，從而將相對(duì)于壓縮軸(16)的不對(duì)稱性引入到各層流體中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在與主軸相交成直角的方向上壓縮所 述物料。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中物料是長(zhǎng)方體形的。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中^^]橫截面為圓形的物料。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，物料是圓柱形的，其各層設(shè)置成與擠出方 向同軸。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中<狄一種物料，該物料具有一個(gè)圍繞 所述主軸形成一^^套的功能層。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中在與擠出方向相交成銳角或鈍角的方 向上壓縮所述物料。
8、 根據(jù)前面^—權(quán)利要求所述的方法，其中物料偏離中心沉積^4tt中。
9、 采用前面任一權(quán)利要求限定的方法壓縮成型物料(1 )獲得的合成樹脂多 層物品(9)，所述物品(9)的特征在于其各層的不對(duì)稱分布。
10、 根據(jù)前面權(quán)利要求所述的多層物品，其特44于至少在局部，物品的層 凄^i過形成它的物料的層數(shù)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9或IO所述的多層物品，其特征在于其外觀是對(duì)稱的， 并且它是由長(zhǎng)度與寬度不相等的物料獲得的。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一權(quán)利要求所述的多層物品，所述物品(9)包括一個(gè)中間部分和一個(gè)功能性部分，其特征在于它包括至少覆蓋所述中間部分 和所述功能法部分的多層結(jié)構(gòu)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一權(quán)利要求所述方法中4細(xì)的熔融多層樹脂物 料(1 ),該物料至少包括一個(gè)熔融狀態(tài)的功能層。
14、 根據(jù)前面權(quán)利要求所述的物料，其長(zhǎng)度與寬度不相等。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的物料，其中功能層(2、 20)和至少一個(gè) 其他層之間的粘度比小于等于1/5或大于等于5。
16、 根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一權(quán)利要求所述的物料，其包括兩個(gè)平行面， 并且包括至少 一個(gè)傾斜的定位在所述平行面之間的功能層。
17、 用于執(zhí)行權(quán)利要求l至7中任一權(quán)利要求所述方法的設(shè)備，該設(shè)備包括 用于在擠出方向(15)上擠出多層物料的裝置以及用于在與該擠出方向(15)相 交的方向(16)上壓縮所述物料(1 )的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過壓縮成型熔融的多層樹脂物料(1)來制造合成樹脂多層物品(9)的方法，該物料至少包括一個(gè)功能層(2、20)，在壓縮時(shí)物料的每一層都處于熔融狀態(tài)；該方法在于至少通過一個(gè)模具共擠出樹脂，定期切割該擠出物以便獲得物料(1)，然后以熔融狀態(tài)將該物料(1)沉積在一個(gè)模具的腔內(nèi)；因此該方法在物料內(nèi)部限定了一個(gè)擠出方向并平行與該擠出方向設(shè)置該功能層(2、20)；該方法的特征在于物料沿著與擠出方向相交的壓縮軸(16)進(jìn)行壓縮，從而將相對(duì)于壓縮軸(16)的不對(duì)稱性引入到各層流體中。本發(fā)明還涉及用上述方法獲得的物品，該方法范圍內(nèi)使用的物料以及用于執(zhí)行所述方法的設(shè)備。
文檔編號(hào)B29C43/20GK101588905SQ200880003306
公開日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2008年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月7日
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