устройство и способ изготовления изделий из полиэфирной пластмассы с барьерным покрытием

Формула изобретения

1. Форма для инжекционно отформованных многослойных заготовок, содержащая набор оправок и по меньшей мере первый набор полостей, каждая оправка имеет стенку практически одинаковой толщины и трубку подачи охладителя, расположенную по центру внутри оправки для подачи циркулирующего охладителя прямо на базовый конец оправки, и каждая полость из первого набора имеет клапан для инжектирования расплавленного пластика, при этом по меньшей мере область, окружающая каждый клапан, содержит материал, имеющий более высокие свойства теплопередачи по сравнению с большей частью полости.

2. Форма по п.1, содержащая далее второй набор полостей, причем каждая полость из второго набора имеет клапан для инжектирования расплавленного пластика, при этом по меньшей мере область, окружающая каждый клапан, содержит материал, имеющий более высокие свойства теплопередачи по сравнению с большей частью полости.

3. Форма по п.1 или 2, отличающаяся тем, что базовый конец каждой оправки содержит материал, имеющий более высокие свойства теплопередачи по сравнению с большей частью оправки.

4. Форма по одному из пп.1, 2 или 3, отличающаяся тем, что между каждой оправкой и каждой полостью из первого набора определяется первое полое пространство и каждая полость из первого набора имеет размеры и адаптирована так, чтобы это полое пространство было тоньше около клапана полости, чем вдоль туловища полости.

5. Форма по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что между каждой оправкой и каждой полостью из второго набора определяется второе полое пространство и каждая полость из второго набора имеет размеры и адаптирована так, чтобы это полое пространство было больше около клапана полости, чем вдоль туловища полости.

6. Форма по любому из пп.1-5, содержащая далее систему инжекции воздуха, причем эта система инжекции воздуха содержит источник воздушного давления, отверстие в каждую полость и канал между источником воздуха и отверстием и по меньшей мере один клапан, расположенный между источником воздуха и отверстием.

7. Форма по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что стенка оправки имеет толщину 0,1-0,3 дюйма.

8. Форма по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что оправки и первый набор полостей имеют отдельные системы охлаждения.

9. Форма по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что оправки закреплены на вращающейся поворотной площадке.

10. Форма по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что отвержденный поверхностный слой, имеющий толщину 0,001-0,005 дюйма, формируется поверх материала, имеющего более высокую теплопроводность, а материал слоя выбирается из группы, содержащей нитрид титана и твердый хром.

11. Форма по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что части полостей продольно огрублены наждачной бумагой, имеющей зернистость 400-700.

12. Устройство инжекционного формования многослойных заготовок, содержащее форму по любому из пп.2-11, первый набор полостей соединен с первым источником расплава, а второй набор полостей соединен со вторым источником расплава; поворотную площадку, разделенную по меньшей мере на две станции, причем на каждой станции расположена по меньшей мере одна оправка; при этом поворотная площадка приспособлена поворачивать каждую станцию в первое положение, в котором оправка на станции взаимодействует с полостью из первого набора для формирования первого слоя заготовки, а затем во второе положение, в котором оправка, имеющая на себе первый слой заготовки, взаимодействует с полостью из второго набора для формирования второго слоя заготовки, тем самым формируя многослойную заготовку.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что поворотная площадка поворачивается по меньшей мере в одно положение охлаждения, в котором многослойная заготовка остается на оправке для охлаждения.

14. Устройство по п.12 или 13, отличающееся тем, что поворотная площадка способна двигаться в продольном направлении, чтобы сердечники входили в зацепление с полостями формы.

15. Устройство по п.12 или 13, отличающееся тем, что каждая часть поворотной площадки способна независимо двигаться в продольном направлении.

16. Устройство по п.12 или 13, содержащее далее выталкиватель для удаления отформованной заготовки с каждого сердечника.

17. Способ инжекционного формования многослойной заготовки, содержащий следующие операции: обеспечение устройства по п.12; вращение поворотной площадки так, чтобы первая станция, содержащая две или более оправки, выравнивалась с первым набором полостей; введение оправок первой станции в зацепление с полостями первого набора и инжектирование расплава первого материала для формирования первого слоя заготовки на каждой оправке; охлаждение первого слоя заготовки в первой полости формы так, что по меньшей мере на одной поверхности первого слоя заготовки формируется оболочка; вывод оправок из зацепления с первым набором полостей, оставляя первый слой заготовки на каждой оправке; вращение поворотной площадки таким образом, что первая станция выравнивается со вторым набором полостей; введение оправок первой станции в зацепление с полостями второго набора и инжектирование расплава второго материала для формирования второго слоя заготовки поверх первого слоя заготовки, тем самым формируя многослойную заготовку на каждой оправке; охлаждение многослойной заготовки во второй полости формы так, что по меньшей мере на одной поверхности многослойной заготовки формируется оболочка; и вывод оправок из зацепления со вторым набором полостей, оставляя многослойную заготовку на каждой оправке.

18. Способ инжекционного формования многослойной заготовки по п.17, содержащий далее вращение поворотной площадки в третье положение, в котором оправки не выровнены с полостями, тем самым позволяя многослойным заготовкам охлаждаться на оправках.

19. Способ инжекционного формования многослойной заготовки по п.17 или 18, содержащий далее удаление многослойных заготовок с оправок.

20. Способ инжекционного формования многослойной заготовки по п.19, отличающийся тем, что многослойные заготовки удаляются с помощью робота.

21. Тонкослойное изделие, содержащее по меньшей мере один слой из полиэтилен терефталата, напрямую сцепленного по меньшей мере с одним слоем барьерного материала, причем упомянутый барьерный материал выбирается из группы, состоящей из сополиэфирных барьерных материалов, термопластиков фенокси-типа, полиамидов, полиэтилен нафталата, сополимеров полиэтилен нафталата, смесей полиэтилен нафталат/полиэтилен терефталат и их сочетаний, и упомянутый полиэтилен терефталат имеет содержание изофталиевой кислоты по меньшей мере 2% по весу.

22. Тонкослойное изделие в виде заготовки, содержащей горловую часть и туловищную часть, в котором по меньшей мере упомянутая туловищная часть отличается тем, что она содержит по меньшей мере один слой, содержащий полиэтилен терефталат с содержанием изофталиевой кислоты по меньшей мере 2% по весу, и по меньшей мере один слой, содержащий барьерный материал, закрепленный прямо на ней, причем упомянутый барьерный материал выбирается из группы, состоящей из сополиэфирных барьерных материалов, термопластиков фенокси-типа, полиамидов, полиэтилен нафталата, сополимеров полиэтилен нафталата, смесей полиэтилен нафталат/полиэтилен терефталат и их сочетаний.

23. Тонкослойное изделие в виде заготовки по п.22, отличающееся тем, что слой полиэтилен терефталата тоньше в концевой крышке, чем в стеночной части, а барьерный слой толще в концевой крышке, чем в стеночной части.

24. Тонкослойное изделие в виде емкости, содержащей горловую часть и туловищную часть, в котором по меньшей мере упомянутая туловищная часть отличается тем, что она содержит по меньшей мере один слой, содержащий полиэтилен терефталат с содержанием изофталиевой кислоты по меньшей мере 2% по весу, и по меньшей мере один слой, содержащий барьерный материал, прикрепленный прямо на нее, упомянутый барьерный материал выбирается из группы, состоящей из сополиэфирных барьерных материалов, термопластиков фенокси-типа, полиамидов, полиэтилен нафталата, сополимеров полиэтилен нафталата, смесей полиэтилен нафталат/полиэтилен терефталат и их сочетаний.

25. Тонкослойное изделие по любому из пп.21-24, отличающееся тем, что содержание изофталиевой кислоты в полиэтилен терефталате составляет 2-10% по весу.

26. Тонкослойное изделие по любому из пп.21-24, отличающееся тем, что содержание изофталиевой кислоты в полиэтилен терефталате составляет 4-5% по весу.

27. Тонкослойное изделие по любому из пп.21-24, отличающееся тем, что барьерным материалом является поли(гидроксиамино эфир).

28. Тонкослойное изделие по любому из пп.21-24, отличающееся тем, что барьерным материалом является сополиэфирный барьерный материал.

29. Тонкослойное изделие по любому из пп.21-24, отличающееся тем, что барьерным материалом является полиамид, содержащий полиамид и 1-10% полиэтилен терефталата.

Описание изобретения к патенту

Существующий уровень техники

Данное изобретение относится к устройству и способу изготовления полиэфирных пластмасс с барьерным покрытием, предпочтительно из полиэтилен терефталата (ПЭТ) с барьерным покрытием, и изготовленных из него изделий. Предпочтительно ПЭТ с барьерным покрытием принимает форму заготовок, имеющих по меньшей мере один слой барьерного материала, и бутылок, изготавливаемых из них выдувным формованием.

Использование пластиковых емкостей в качестве замены стеклянных или металлических емкостей при упаковке напитков стало чрезвычайно популярно. Преимущества пластиковой упаковки включают в себя более легкий вес, уменьшенную ломкость по сравнению со стеклом и потенциально меньшую стоимость. Самым распространенным пластиком, используемым в изготовлении емкостей для напитков, в настоящее время является ПЭТ. Чистый ПЭТ был санкционирован FDA для использования в контакте с пищевыми продуктами. Емкости, изготовленные из ПЭТ, прозрачны, с тонкими стенками, легкие по весу и имеют способность поддерживать свою форму путем сопротивления усилию, приложенному на стенки емкости сжатым содержимым, таким как газированные напитки. Полимеры ПЭТ также очень недороги и легки для обработки.

Несмотря на эти преимущества и повсеместное использование, имеется и серьезная оборотная сторона в использовании ПЭТ в тонкостенных емкостях для напитков - проницаемость для газов, таких как двуокись углерода и кислород. Эти проблемы особенно важны, когда бутылка маленькая. В маленькой бутылке отношение площади поверхности к объему велико, что обеспечивает большую поверхность для проникновения содержащегося внутри газа через стенки бутылки. Проницаемость бутылок из ПЭТ отражается на безалкогольных напитках, которые становятся "выдохшимися" из-за выхода двуокиси углерода, равно как у напитков размывается запах из-за проникновения кислорода. Из-за этих проблем бутылки из ПЭТ непригодны для всех применений, требуемых в промышленности, и для многих существующих использований, а срок годности жидкостей, упакованных в бутылки из ПЭТ, короче желательного.

Патент США №5464106, выданный на имя Slat et al., описывает бутылки, сформированные путем выдувного формования заготовок с барьерным слоем. Рассмотренными барьерными материалами являются следующие: полиэтилен нафталат, саран, этилен винил сополимеры спирта или сополимеры акрилонитрила. В методе Slat барьерный материал и материал для формирования внутренней стенки заготовки совместно выдавливаются в форме трубы. Эта труба затем нарезается по длинам, соответствующим длине заготовки, а затем помещается внутрь формы, где внешний слой заготовки инжектируется по трубе для формирования конечной заготовки. Заготовка затем может быть сформована выдуванием для формирования бутылки. Недостатки этого способа заключаются в том, что большинство рассмотренных барьерных материалов не сцепляются с ПЭТ, а процесс сам по себе практически громоздок.

Семейство материалов с хорошими барьерными характеристиками рассмотрено в патенте США №4578295, выданном на имя Jabarin. Такие барьерные материалы включают в себя сополимеры терефталевой кислоты и изофталевой кислоты с этилен гликолем и по меньшей мере одним диолем. Такой тип материалов коммерчески доступен как В-010 от фирмы Mitsui Petrochemical Ind. Ltd. (Япония). Эти барьерные материалы легко смешиваются с полиэтилен терефталатом и образуют составы из 80-90% ПЭТ и 10-20% сополимера, из которого формируются емкости с барьерными покрытиями. Емкости, изготовленные из таких составов, являются на 20-40% лучшими барьерами от прохождения СОз, чем отдельно у ПЭТ. Хотя кто-то заявил, что этот полиэфир сцепляется с ПЭТ без отслаивания, только рассмотренные заготовки или емкости изготавливались из составов этих материалов.

Другая группа материалов, полиамин-полиэпоксиды, была предложена для использования в качестве барьерного покрытия от газа. Эти материалы могут быть использованы для формирования барьерного покрытия на полипропилене или поверхностно обработанном ПЭТ, как описано в патенте США №5489455, выданном на имя Nugent, Jr. et al. Эти материалы обычно поставляются как основанная на растворе или жидкости термоотверждающаяся смесь и обычно наносятся распылением на емкость, а затем термоотверждаются для формирования законченного барьерного покрытия. Будучи термоотверждающимися, эти материалы непригодны для использования в качестве покрытий заготовок, поскольку, когда покрытие один раз затвердело, оно не может больше быть размягчено нагреванием, а тем самым не может формоваться выдуванием, в противоположность термопластическим материалам, которые могут быть размягчены в любой момент после нанесения.

Другой тип барьерного покрытия, который раскрыт в патенте США №5472753, выданном на имя Farha, основывается на использовании сополимеров для осуществления склеивания между ПЭТ и барьерным материалом. Farha описывает два типа слоистых материалов, трехслойный и двухслойный. В трехслойном слоистом материале аморфный термопластический сополимер помещен между барьерным слоем термопластика фенокси-типа и слоем ПЭТ, чтобы служить скрепляющим слоем для скрепления внутреннего и внешнего слоев. В двухслойном слоистом материале термопластик фенокси-типа сначала смешивается с аморфным термопластичным полиэфиром, а затем этот состав наносится на ПЭТ для формирования барьера. Эти слоистые материалы изготовлены либо путем выдавливания, либо путем инжекционного формования, где каждый слой допустимо охлаждать до того, как инжектируется другой слой материала.

Заявка РСТ №PCT/US95/17011, поданная по имя Colette et al., опубликованная 6 июля 1996 г., описывает способ охлаждения многослойных заготовок. Рассмотренное устройство содержит вращающийся револьверный держатель, имеющий множество торцов, каждый из которых имеет наборы сердечников. Сердечники вводятся в соответствующие полости формы. Многочисленные потоки расплава поступают вместе и совместно вдуваются в каждую полость для формирования многослойной заготовки на каждом сердечнике. После инжектирования заготовки сердечники удаляются из полостей и револьверный держатель поворачивается, помещая новый набор сердечников в полости формы. Только что инжектированные полости остаются на сердечниках, охлаждаясь до тех пор, пока заготовки формируются на других наборах сердечников. Недостатки заявки Colette включают в себя то, что совместное инжектирование отражается на заготовках, которые становятся неустойчивыми и имеют непредсказуемое количество слоев. Таким образом, распределение барьерных материалов в такой заготовке будет непредсказуемо и выразится в том, что заготовка будет иметь ненадежные барьерные свойства.

Поскольку емкости из ПЭТ могут изготавливаться инжекционным формованием с использованием только одной инжекции ПЭТ, изготовление относительно просто и производственный цикл короткий по времени. Таким образом, емкости из ПЭТ недороги. Даже если известные барьерные материалы могут быть прикреплены к ПЭТ для создания продаваемой емкости с надежными барьерными свойствами, способы и устройство изготовления таких емкостей с конкурентоспособными производственным циклом и стоимостью еще не разработаны. Особенно важно время производственного цикла, поскольку более короткий цикл позволяет производителю более эффективно использовать его основное оборудование. Таким образом, более короткий цикл обеспечивает производство емкостей большего объема и менее дорогое. Рентабельное производство будет необходимо, чтобы разработать практически осуществимую альтернативу однослойным ПЭТ емкостям.

Таким образом, существует необходимость в устройстве и способе изготовления заготовок и емкостей из ПЭТ с барьерным покрытием, которые являются экономичными, внешне привлекательными, легкими в производстве и имеющими хорошие барьерные и физические характеристики.

Сущность изобретения

Данное изобретение относится к способам и устройству для изготовления изделий из ПЭТ, имеющих один или более тонких слоев термопластического материала с хорошими характеристиками барьера от газа, нанесенных по поверхностям изделий. Изделия по настоящему изобретению предпочтительно находятся в виде заготовок и емкостей.

В одном аспекте настоящего изобретения предложена заготовка с барьерным покрытием, содержащая полиэфирный слой и барьерный слой, содержащий барьерный материал, причем полиэфирный слой тоньше в концевой крышке, чем в стеночной части, а барьерный слой толще в концевой крышке, чем в стеночной части.

В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ изготовления изделия из полиэфира с барьерным покрытием. Полиэфирное изделие по меньшей мере с внутренней поверхностью и наружной поверхностью формируется путем инжектирования расплавленного полиэфира через первый клапан в пространство, определенное первой половиной формы и центральной половиной формы, где первая половина формы и центральная половина формы охлаждаются циркулирующей жидкостью, и первая половина формы контактирует с наружной поверхностью полиэфира, а центральная половина формы контактирует с внутренней поверхностью полиэфира. Вслед за этим расплавленный полиэфир оставляют в контакте с половинами формы до тех пор, пока не сформируется оболочка на наружной и внутренней поверхностях полиэфира, которые окружают сердечник расплавленного полиэфира. Первая половина формы затем удаляется от изделия из полиэфира и оболочка на наружной поверхности полиэфира размягчается передачей тепла от сердечника расплавленного полиэфира, тогда как внутренняя полиэфирная поверхность охлаждается продолжающимся контактом с центральной половиной формы. Изделие из полиэфира, находясь еще в центральной половине формы, затем помещается во вторую половину формы, причем вторая половина формы охлаждается циркулирующей жидкостью. В операции нанесения барьерный слой, содержащий барьерный материал, помещается на наружную поверхность полиэфира путем инжектирования расплавленного барьерного материала через второй клапан в пространство, определенное второй половиной формы, и на наружную поверхность полиэфира для формирования изделия из полиэфира с барьерным покрытием. Вторая половина формы затем удаляется от изделия с барьерным покрытием, а затем изделие с барьерным покрытием удаляется из центральной половины формы. Барьерные материалы, используемые в способе, предпочтительно содержат сополиэфирные барьерные материалы, термопластики фенокси-типа, полиамиды, полиэтилен нафталат, сополимеры полиэтилен нафталата, смеси полиэтилен нафталат/полиэтилен терефталат и их сочетания.

В следующем аспекте настоящего изобретения предложен способ изготовления и покрытия заготовок. Способ начинается путем закрывания формы, содержащей неподвижную половину и подвижную половину, причем неподвижная половина формы содержит по меньшей мере одну полость для формования заготовок и по меньшей мере одну полость для покрытия заготовок, а подвижная половина формы содержит поворотную площадку с установленными на ней некоторым числом оправок, равным сумме полостей формования заготовок и полостей покрытия заготовок. Остальные операции включают в себя: инжектирование первого материала в пространство, определенное оправкой и полостью формования заготовок для формирования заготовки с внутренней поверхностью и наружной поверхностью; открывание формы; вращение поворотной площадки; закрывание формы; инжектирование второго материала в пространство, определенное наружной поверхностью заготовки и полостью покрытия заготовки для формирования покрытой заготовки; открывание формы; удаление покрытой заготовки.

В соответствии с предпочтительным выполнением, имеющим признаки в соответствии с настоящим изобретением, предложено устройство формования многослойных заготовок инжектированием. Устройство содержит первую и вторую полости формования, связанные соответственно с первым и вторым источниками расплава. Предусмотрена поворотная площадка, разделенная на множество станций, причем на каждой станции расположен по меньшей мере один сердечник формы. Эта поворотная площадка приспособлена поворачивать каждую станцию к первому положению, в котором сердечник на станции взаимодействует с первой полостью формы для формирования первого слоя заголовки, затем ко второму положению, в котором сердечник взаимодействует со второй полостью формы для формирования второго слоя заголовки. Наконец, поворотная площадка приспособлена поворачивать станцию по меньшей мере к одному положению охлаждения, в котором отформованная заготовка остается на сердечнике для охлаждения.

В соответствии с другим предпочтительным выполнением, имеющим признаки в соответствии с настоящим изобретением, предложено устройство формования для формования многослойных заготовок инжектированием. Это устройство формования имеет первый корпус формы, который приспособлен для посадки на сердечник формы, чтобы определить между ними полость первого слоя, имеет область первого клапана и связан с первым источником расплава. Второй корпус формы, который приспособлен для посадки на первый слой заготовки, нанесенный на сердечник формы, чтобы определить между ними полость второго слоя, имеет область второго клапана и связан со вторым источником расплава. По меньшей мере одна из областей клапанов имеет металлические вставки из ampcoloy, расположенные внутри нее.

В соответствии с другим предпочтительным выполнением, имеющим признаки в соответствии с настоящим изобретением, предложено устройство формования для формования многослойных заготовок инжектированием. Устройство формования имеет первый корпус формы, который приспособлен для посадки на сердечник формы, определяя между ними полость первого слоя. Полость первого слоя имеет базовый конец и основной корпус. Первый корпус формы связан с первым источником расплава и имеет первую область клапана, смежную с базовым концом полости первого слоя. Толщина полости в базовом конце меньше, чем толщина основного корпуса полости. Устройство формования также имеет второй корпус формы, который приспособлен для посадки на первый слой заготовки, нанесенный на сердечник формы, определяя между ними полость второго слоя. Второй корпус формы связан со вторым источником расплава и имеет вторую область клапана.

В соответствии еще с одним предпочтительным выполнением, имеющим признаки в соответствии с настоящим изобретением, предложена форма для формования многослойных заготовок инжектированием. Форма имеет оправку и первую и вторую полости. Оправка полая и имеет стенку практически одинаковой толщины. Труба подачи охладителя расположена по центру полой оправки для подачи охладителя прямо на базовый конец этой оправки. Первая полость имеет клапан для инжектирования расплавленного пластика. Область клапана в полости имеет вставку материала с более высокими свойствами теплопередачи, чем большая часть полости.

В соответствии еще с одним предпочтительным выполнением, имеющим признаки в соответствии с настоящим изобретением, предложен способ улучшения характеристик инжекционного формования. Способ включает в себя формирование отверстия в стенке полости формы. Выбирается размер этого отверстия, и отверстие приспосабливается так, чтобы расплавленный пластик практически не входил в отверстие. Формируется проход, соединяющий отверстие с источником воздушного давления. Способ далее включает в себя обеспечение клапана между отверстием и источником воздушного давления.

В соответствии еще с одним предпочтительным выполнением, имеющим признаки в соответствии с настоящим изобретением, предложен способ инжекционного формования и охлаждения многослойной заготовки. Способ включает в себя следующие операции: обеспечение сердечника формы, расположенного на поворотной площадке и имеющего внутреннюю систему охлаждения; вращение поворотной площадки так, чтобы сердечник находился на одной линии с первой полостью формы; зацепление сердечника с первой полостью формы; и инжектирование расплава в форму для формирования первого слоя заготовки. Первый слой заготовки удерживается внутри полости формы для охлаждения до тех пор, пока не сформируется оболочка на поверхности этого слоя, но внутренняя часть слоя останется практически расплавленной. Сердечник затем удаляется из первой полости формы, при этом на сердечнике остается расплавленный слой заготовки, а поворотная площадка поворачивается так, чтобы сердечник находился на одной линии со второй полостью формы. Сердечник зацепляется со второй полостью формы, и инжектируется расплав для формирования второго слоя заготовки поверх первого слоя заготовки. Сердечник удаляется из второй полости формы, при этом на сердечнике остается расплавленная заготовка, а поворотная площадка поворачивается так, что сердечник и заготовка находятся в положении охлаждения, в процессе которой заготовка охлаждается на сердечнике. В конце концов заготовка удаляется с сердечника.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложено многослойное изделие, содержащее по меньшей мере один слой полиэтилен терефталата, непосредственно прикрепленного по меньшей мере к одному слою барьерного материала. Полиэтилен терефталат имеет содержание изофталиевой кислоты по меньшей мере 2% по весу. Используемые барьерные материалы включают в себя сополиэфирные барьерные материалы, термопластики фенокси-типа, полиамиды, полиэтилен нафталат, сополимеры полиэтилен нафталата, смеси полиэтилен нафталат-полиэтилен терефталат и их сочетания. В предпочтительных выполнениях многослойное изделие предусмотрено в форме заготовок и емкостей.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложена заготовка, содержащая по меньшей мере два слоя, причем первый слой тоньше в концевой крышке, чем в стеночной части, а второй слой толще в концевой крышке, чем в стеночной части. Первый слой содержит полиэтилен терефталат, имеющий содержание изофталиевой кислоты по меньшей мере 2% по весу, а второй слой содержит барьерный материал. Используемые барьерные материалы включают в себя сополиэфирные барьерные материалы, термопластики фенокси-типа, полиамиды, полиэтилен нафталат, сополимеры полиэтилен нафталата, смеси полиэтилен нафталат-полиэтилен терефталат и их сочетания.

В целях обобщения изобретения и преимуществ, достигнутых по сравнению с существующим уровнем техники, - далее раскрываются конкретные цели и преимущества изобретения. Разумеется, должно быть понятно, что не обязательно все такие объекты или преимущества могут быть достигнуты в соответствии с любым конкретным выполнением изобретения. Так, например, специалист поймет, что изобретение может быть воплощено или выполнено таким образом, которым достигаются или улучшаются одно преимущество или группа преимуществ, как они изложены здесь, без необходимости достигать другие цели или преимущества, как они могут быть изложены или предложены здесь.

Все эти выполнения рассматриваются как попадающие в объем изобретения, как он раскрыт далее. Эти и другие выполнения настоящего изобретения будут сразу понятны специалистам из нижеследующего подробного описания предпочтительных выполнений, имеющих ссылки на приложенные чертежи, причем изобретение не ограничивается каким бы то ни было раскрытым конкретным предпочтительным выполнением (или выполнениями).

Краткое описание чертежей

Фиг.1 является непокрытой заготовкой, используемой в качестве начального материала для выполнении настоящего изобретения.

Фиг.2 является поперечным сечением предпочтительной непокрытой заготовки того типа, который имеет барьерное покрытие в соответствии с выполнением настоящего изобретения.

Фиг.3 является поперечным сечением одного предпочтительного выполнения заготовки с барьерным покрытием по настоящему изобретению.

Фиг.4 является поперечным сечением другого предпочтительного выполнения заготовки с барьерным покрытием по выполнению настоящего изобретения.

Фиг.4А является увеличенным изображением части стенки заготовки, такой как изготовленная в процессе инжектирования при ТИФ. Не все заготовки типа, показанного на фиг 4, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, будут иметь этот тип расположения слоев.

Фиг.5 является поперечным сечением другого предпочтительного выполнения заготовки с барьерным покрытием по выполнению настоящего изобретения.

Фиг.6 является поперечным сечением предпочтительной заготовки в полости устройства выдувного формования того типа, которое может быть использовано для изготовления предпочтительной емкости с барьерным покрытием по выполнению настоящего изобретения.

Фиг.7 является одним предпочтительным выполнением емкости с барьерным покрытием по настоящему изобретению.

Фиг.8 является поперечным сечением одного предпочтительного выполнения емкости с барьерным покрытием, имеющего признаки в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.9 является поперечным сечением инжекционной формы того типа, который может быть использован для изготовления предпочтительной заготовки с барьерным покрытием в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.10 и 11 являются двумя половинами формовочной машины для изготовления заготовок с барьерным покрытием.

Фиг.12 и 13 являются двумя половинами формовочной машины для изготовления сорока восьми двухслойных заготовок.

Фиг.14 является видом в перспективе схематичного изображения формы с оправками, частично расположенными внутри полостей формования.

Фиг.15 является видом в перспективе формы с оправками, полностью выдвинутыми из полостей формования до вращения.

Фиг.16 является трехслойным выполнением заготовки.

Фиг.17 является видом спереди предпочтительного выполнения устройства изготовления заготовок в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.18 является поперечным сечением устройства по фиг.17, сделанным по линиям 18-18.

Фиг.19 является диаграммой, показывающей относительные положения станций в устройстве по фиг.17 в течение производственного цикла.

Фиг.20 является видом спереди другого предпочтительного выполнения устройства изготовления заготовок в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.21 является увеличенным видом станции и привода устройства по фиг.20.

Фиг.22 является видом спереди другого предпочтительного выполнения устройства изготовления заготовок в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.23 является видом спереди устройства по фиг.22 в закрытом положении.

Фиг.24 является диаграммой, показывающей относительные положения станций в устройстве по фиг.22 в течение производственного цикла.

Фиг.25 является схематичным изображением системы тонкослойного инжекционного формования (ТИФ).

Фиг.26 является поперечным сечением инжекционной формы того типа, который может быть использован для изготовления предпочтительной заготовки по настоящему изобретению.

Фиг.27 является поперечным сечением устройства по фиг.26, сделанным по линиям 27-27.

Фиг.28 является увеличенным видом в разрезе области на фиг.26, определяемой линией 28.

Подробное описание предпочтительных выполнении

А. Общее описание изобретения

Данное изобретение относится к способам и устройству для изготовления пластиковых изделий с покрытиями, содержащими один или более слоев термопластического материала с хорошими характеристиками барьера от газа. Как предполагается в настоящее время, одним из выполнений изделия с барьерным покрытием является бутылка того типа, которые используются для напитков. Альтернативно, выполнения изделий с барьерным покрытием по настоящему изобретению могут принимать формы банок, трубок, лотков или бутылок для хранения жидких пищевых продуктов. Однако, для простоты, эти выполнения будут описываться здесь в первую очередь в контексте бутылок для напитков и заготовок, из которых они изготавливаются посредством выдувного формования.

Кроме того, изобретение описано здесь конкретно в связи с полиэтилен терефталатом (ПЭТ), но применимо ко многим другим термопластикам полиэфирного типа. Примеры таких других материалов включают 2,6- и 1,5-нафталат (ПЭН), PETG, политетраметилен 1,2-диокси-бензоат и сополимеры этилен-терефталата и этилен изофталата.

В особенно предпочтительных выполнениях в качестве полиэфира, который покрывается барьерным покрытием, используется "ПЭТ с высоким содержанием ИФК (изофталиевой кислоты)". Как он используется здесь, термин "ПЭТ с высоким содержанием ИФК" относится к ПЭТ, в который ИФК была добавлена в процессе изготовления для формирования сополимера, в котором содержание ИФК составляет более 2% по весу, предпочтительно 2-10% ИФК по весу, более предпочтительно 3-8%, наиболее предпочтительно 4-5% ИФК по весу. Наиболее предпочтительный диапазон основан на существующих нормах FDA, которые не допускают, чтобы материалы из ПЭТ, имеющие составляющую ИФК более 5%, находились в контакте с едой или питьем. Если не учитывать эти нормы, предпочтительно содержание ИФК 5-10%. Как это используется здесь, "ПЭТ" включает в себя "ПЭТ с высоким содержанием ИФК".

ПЭТ с высоким содержанием ИФК (более 2% по весу) предпочтителен, поскольку изобретатель неожиданно обнаружил, что использование ПЭТ с высоким содержанием ИФК в процессах изготовления барьерных заготовок и емкостей обеспечивает более прочное скрепление между слоями, чем имеется в многослойных изделиях, содержащих ПЭТ без ИФК или с низким содержание ИФК. Дополнительно было обнаружено, что скрепление между слоями улучшается по мере того, как увеличивается составляющая ИФК. Внедрение больших количеств ИФК в ПЭТ выражается в уменьшении скорости кристаллизации материала из ПЭТ с высоким содержанием ИФК по сравнению с гомополимером ПЭТ или с ПЭТ, имеющим меньшие количества ИФК.

Уменьшение скорости кристаллизации обеспечивает получение слоев ПЭТ (изготовленных из ПЭТ с высоким содержанием ИФК), имеющих более низкий уровень кристалличности, чем тот, который достигается для ПЭТ с низким содержанием ИФК или гомополимера ПЭТ, когда из них аналогичными процедурами изготавливаются барьерные заготовки. Более низкая кристалличность ПЭТ с высоким содержанием ИФК важна для снижения кристалличности на поверхности ПЭТ, то есть на границе раздела между ПЭТ и барьерным материалом. Более низкая кристалличность обеспечивает более хорошее сцепление слоев, а также обеспечивает более прозрачную емкость, вырабатываемую из заготовки выдувным формованием.

Предпочтительно заготовки и емкости имеют барьерное покрытие, помещенное на их внешних поверхностях или внутри стенки емкости. В противоположность методу Slat, который производит многослойные заготовки, в которых слои разделены сразу, в выполнениях настоящего изобретения термопластический барьерный материал сцепляется прямо и крепко с поверхностью ПЭТ и не может быть легко отделен от нее. Сцепление между слоями происходит без использования каких-либо дополнительных материалов, таких как склеивающий материал или связующий слой. Покрытые заготовки обрабатываются предпочтительно путем вытягивающего выдувного формования для формирования бутылок с использованием способов и условий, аналогичных тем, которые используются для непокрытых заготовок из ПЭТ. Емкости в результате прочны, стойки к просачиванию и привлекательны внешне, а также имеют хорошие свойства барьера от газа.

Для выполнения настоящего изобретения используется один или более слоев барьерного материала. Как это использовано здесь, термины "барьерный материал", "барьерная смола" и аналогичные относятся к материалам, которые при использовании для формирования изделий имеют ключевые физические свойства, аналогичные ПЭТ, хорошо сцепляются с ПЭТ и имеют более низкую, чем ПЭТ, проницаемость для кислорода и двуокиси углерода.

Когда выбран подходящий барьерный материал, необходимы способ и устройство экономного изготовления емкости с использованием барьерного материала. Один важный способ и устройство включают в себя использование устройства инжекционного формования совместно с формой, имеющей оправку или сердечник и полость. Первый слой заготовки формуется между оправкой и первой полостью формы, когда в нее инжектируется расплавленный полиэфир. Первый слой остается на оправке, когда оправка вынимается из полости, перемещается и вводится во вторую полость формы. Второй слой материала, предпочтительно барьерный слой или слой, содержащий барьерный материал, затем инжектируется поверх существующего первого слоя заготовки. Оправка и сопровождающая заготовка удаляются затем из второй полости, и робот удаляет заготовку из оправки. Пока робот охлаждает отформованную заготовку, оправка доступна для другого цикла формования.

В другом выполнении устройство удерживает заготовку на оправке после удаления из второй полости формования и отводит заготовку с путей полостей формы для охлаждения новой заготовки. В это время другие оправки устройства взаимодействуют с полостями формы для формирования слоев заготовки. После того как заготовка практически остынет, она удаляется с оправки роботом или другим устройством, и оправка доступна для начала процесса заново. Этот способ и устройство позволяют заготовкам охлаждаться на оправке практически без увеличения рабочего цикла.

Некоторые барьерные материалы, имеющие необходимую низкую проницаемость для таких газов, как кислород и двуокись углерода, пригодны в выполнениях настоящего изобретения, причем выбор барьерного материала частично зависит от режима или применения, как описано ниже. Предпочтительные барьерные материалы для использования в барьерных покрытиях в настоящем изобретении попадают в две основные категории: (1) сополимеры терефталевой кислоты, изофталевой кислоты и по меньшей мере одного диола, имеющие хорошие барьерные свойства по сравнению с ПЭТ, такие, как раскрытые в патенте США №4578295, выданном на имя Jabarin, и которые являются коммерчески доступными как В-010 от фирмы Mitsui Petrochemical Ind. Ltd (Япония); и (2) гидрокси-функциональные поли(амид-эфиры), такие, как описанные в патентах США №5089588 и 5143998, поли(гидрокси амид эфиры), такие, как описанные в патенте США №5134218, полиэфиры, такие, как описанные в патентах США №5115075 и 5218075, гидрокси-функциональные полиэфиры, такие, как описанные в патенте США №5164472, гидрокси-функциональные поли(эфир сульфонамиды), такие, как описанные в патенте США №5149768, поли(гидрокси сложные и простые эфиры), такие, как описанные в патенте США №5171820, полимеры гидрокси-феноксиэфира, такие, как описанные в патенте США №5814373, и поли(гидроксиамино эфиры) ("ПГАЭ"), такие, как описанные в патенте США №5275853. Барьерные материалы, описанные выше в (1), здесь называются термином "сополиэфирные барьерные материалы". Смеси, описанные выше в патентах в (2), классифицируются совместно и здесь называются термином "термопластические материалы фенокси-типа". Все патенты, на которые есть ссылка в этом абзаце, включены во всей полноте в это описание посредством данной ссылки на них.

Предпочтительные сополиэфирные барьерные материалы будут иметь санкцию FDA. Санкция FDA позволяет использовать эти материалы в емкостях, где они находятся в контакте с напитками и т.п., которые предназначены для потребления человеком. Насколько известно изобретателю, ни один из термопластиков фенокси-типа не имеет санкции FDA на дату этого описания. Таким образом, эти материалы предпочтительно используются в многослойных емкостях в местах, которые напрямую не контактируют с содержимым, если содержимое съедобно.

Для осуществления предпочтительных способов по настоящему изобретению при формировании заготовок и бутылок с барьерным покрытием начальная заготовка покрывается по меньшей мере одним дополнительным слоем материала, содержащего барьерный материал, полиэфиры, такие как ПЭТ, использованный или переработанный ПЭТ (совместно переработанный ПЭТ) и/или другие совместимые термопластические материалы. Слой покрытия может содержать единичный материал, смесь или состав материалов (гетерогенный или гомогенный), переплетенную матрицу двух или более материалов или множество микрослоев (тонких слоев), содержащих по меньшей мере два различных материала. В одном выполнении начальная заготовка содержит множество таких микрослоев, которые могут быть приготовлены с помощью процесса инжекционного формования пластин. Начальные заготовки содержат полиэфир и особенно предпочтительно, чтобы начальные заготовки содержали чистые материалы, которые санкционированы FDA на нахождение в контакте с пищевыми продуктами.

Таким образом, заготовки и емкости по выполнениям настоящего изобретения могут существовать в нескольких выполнениях, таких как: чистый ПЭТ, покрытый слоем барьерного материала; чистый ПЭТ, покрытый слоем материала, содержащего чередующиеся микрослои барьерного материала и переработанного ПЭТ; чистый ПЭТ, покрытый барьерным слоем, который в свою очередь покрыт переработанным ПЭТ; микрослои чистого ПЭТ и барьерного материала, покрытые слоем переработанного ПЭТ; или чистый ПЭТ, покрытый переработанным ПЭТ, который затем покрыт барьерным материалом. В любом случае, по меньшей мере один слой должен содержать по меньшей мере один барьерный материал.

Как описано выше, предпочтительными барьерными материалами для использования в соответствии с настоящим изобретением являются сополиэфирные барьерные материалы и термопластики фенокси-типа. Вместо этих барьерных материалов могут быть использованы другие барьерные материалы, имеющие аналогичные свойства. Например, барьерный материал может принимать форму других термопластических полимеров, таких как акриловые смолы, в том числе полимеры полиакрилонитрилов, сополимеры акрилонитрил стиренов, полиамиды, полиэтилен нафталат (ПЭН), сополимеры ПЭН и смеси ПЭТ-ПЭН. Предпочтительные барьерные материалы в соответствии с выполнениями настоящего изобретения имеют проницаемость для кислорода и двуокиси углерода, которая меньше, чем треть проницаемости полиэтилен терефталата. Например, барьерные материалы из сополимеров того типа, который раскрыт в вышеупомянутом патенте, выданном на имя Jabarin, будут проявлять проницаемость для кислорода примерно 11 сс мил/100 кв. дюймов в день, а проницаемость для двуокиси углерода примерно 2 сс мил/100 кв. дюймов в день. Для определенных ПГАЭ проницаемость для кислорода меньше 1 сс мил/100 кв. дюймов в день, и проницаемость для двуокиси углерода равна 3,9 сс мил/100 кв. дюймов в день. Соответствующая проницаемость для СО₂ полиэтилен терефталата либо в переработанном, либо в чистом виде примерно равна 12-20 сс мил/100 кв. дюймов в день. Способы по выполнениям настоящего изобретения обеспечивают покрытие, подлежащее нанесению на заготовку, которая позже выдувается в бутылку. Такие способы предпочтительны для помещения покрытий на сами бутылки. Заготовки меньше по размеру и имеют более ровную форму, чем емкости, выдуваемые из них, что делает более простым получение ровного и постоянного покрытия. Кроме того, бутылки и емкости различных форм и размеров могут быть изготовлены из заготовок одинакового размера и формы. Таким образом, одно и то же оборудование и обработка могут быть использованы для выработки заготовок при формировании нескольких разных видов емкостей. Выдувное формование может иметь место сразу после формования, либо заготовки могут изготавливаться и храниться для последующего выдувного формования. Если заготовки хранятся перед выдувным формованием, их меньший размер позволяет им занимать меньше места при хранении.

Даже хотя предпочтительно формировать емкости из самих покрытых заготовок по сравнению с покрытыми емкостями, они обычно не используются из-за трудностей, имеющихся с изготовлением емкостей из покрытых или многослойных заготовок. Одна операция, где появляются наибольшие трудности, имеет место в процессе выдувного формования для формирования емкости из заготовки. Во время этого процесса могут появиться такие дефекты, как отслаивание слоев, разрушение или нарушение покрытия, неровная толщина покрытия, прерывистое покрытие или пустоты. Эти сложности могут быть преодолены путем использования подходящих барьерных материалов и покрытия заготовок таким образом, который обеспечивает хорошее сцепление между слоями.

Таким образом, одним аспектом настоящего изобретения является выбор подходящего барьерного материала. Когда используется подходящий барьерный материал, покрытие сцепляется прямо с заготовкой без какого-либо значительного отслаивания и будет оставаться приклеенным, когда заготовка после этого формуется выдуванием в бутылку. Использование подходящего барьерного материала также помогает уменьшить случайность внешних и структурных дефектов, которые могут получиться от отформованных выдуванием емкостей, как описано выше.

Следует отметить, что хотя большая часть обсуждения, чертежей и примеров изготовления покрытых заготовок относятся к заготовкам из двух слоев, такое обсуждение не предназначено для ограничения настоящего изобретения изделиями из двух слоев. Барьерные емкости и заготовки из двух слоев по настоящему изобретению пригодны для многих использований и эффективны по стоимости из-за экономии материалов и рабочих операций. Однако в некоторых обстоятельствах и для некоторых применений могут быть желательны заготовки, состоящие из более чем двух слоев. Использование трех и более слоев позволяет включать такие материалы, как переработанный ПЭТ, который обычно менее дорог, чем чистый ПЭТ или предпочтительные барьерные материалы. Таким образом, как часть настоящего изобретения предполагается, что все эти способы изготовления заготовок с барьерным покрытием по настоящему изобретению, которые раскрыты здесь, и все другие пригодные способы изготовления таких заготовок могут быть использованы либо поодиночке, либо в сочетании для изготовления заготовок и емкостей с барьерным покрытием и содержащих два или более слоев.

В. Подробное описание чертежей

На фиг.1 изображена предпочтительная непокрытая заготовка 30. Эта заготовка предпочтительно выполнена из санкционированного FDA материала, такого как чистый ПЭТ, и может иметь любые формы и размеры из множества форм и размеров. Заготовка, показанная на фиг.1, относится к тому типу заготовок, который формирует бутылку для газированных напитков на 16 унций, которая требует барьера для кислорода и двуокиси углерода, однако, как будет понятно специалисту, другие конфигурации заготовок могут быть использованы в зависимости от желательных конфигурации, характеристик и использования конечного изделия. Непокрытая заготовка 30 может быть изготовлена инжекционным формованием, как известно из уровня техники, или способами, раскрытыми здесь.

На фиг.2 изображено поперечное сечение предпочтительной непокрытой заготовки 30 по фиг.1. Непокрытая заготовка 30 имеет горловую часть 32 и туловищную часть 34. Горловая часть 32 начинается от отверстия 36 вовнутрь заготовки 30 и вытянута в направлении поддерживающего кольца 38. Горловая часть 32 далее характеризуется наличием резьбы 40, которая обеспечивает средство для закрепления крышки на бутылке, изготовленной из заготовки 30. Туловищная часть 34 удлинена и имеет цилиндрическую форму, вытянутую вниз от горловой части 32 и заканчивающуюся закругленной конечной крышкой 42. Толщина 44 заготовки будет зависеть от общей длины заготовки, толщины стенок и общего размера итоговой емкости.

На фиг.3 раскрыто поперечное сечение одного вида заготовки 50 с барьерным покрытием по настоящему изобретению. Заготовка 50 с барьерным покрытием имеет горловую часть 32 и туловищную часть 34, как и непокрытая заготовка 30 по фиг.1 и 2. Слой 52 барьерного покрытия нанесен на всю поверхность туловищной части 34, заканчиваясь снизу на поддерживающем кольце 38. Слой 52 барьерного покрытия в выполнении, показанном на чертеже, не вытянут до горловой части 32 и не присутствует на внутренней поверхности 54 заготовки, которая предпочтительно изготавливается из санкционированного FDA материала, такого как ПЭТ. Слой 52 барьерного покрытия может содержать либо единственный материал, либо несколько микрослоев по меньшей мере из двух материалов. Общая толщина 56 заготовки равна толщине начальной заготовки плюс толщина 58 барьерного слоя и зависит от общего размера и желательной толщины покрытия итоговой емкости. Например, стенка донной части заготовки может иметь толщину 3,2 мм; поперечное сечение стенки горлового окончания примерно 3 мм; а наложенный барьерный материал толщиной примерно 0,3 мм.

На фиг.4 в поперечном сечении показано предпочтительное выполнение заготовки 60 с покрытием. Первым отличием между заготовкой 60 с покрытием и заготовкой 50 с покрытием на фиг.3 является относительная толщина двух слоев в области концевой крышки 42. В заготовке 50 с покрытием на фиг.3 барьерный слой 52 обычно тоньше, чем толщина начальной заготовки по всей туловищной части заготовки. В заготовке 60 с покрытием, однако, слой 52 барьерного покрытия толще в точке 62 около концевой крышки 42, чем в точке 64 в стеночной части 66, и наоборот, толщина внутреннего полиэфирного слоя больше в точке 68 в стеночной части 66, чем в точке 70 в области концевой крышки 42. Эта конструкция заготовки особенно полезна, когда барьерное покрытие нанесено на начальную заготовку в процессе двойного формования для изготовления заготовки с покрытием, как описано ниже, где он представляет определенные преимущества, включая и тот факт, что он связан с сокращением времени цикла формования. Эти преимущества будут подробно обсуждены ниже. Слой 52 с барьерным покрытием может быть однородным или может содержать множество микрослоев.

Фиг.4А является увеличенным видом стеночной части заготовки, показывающим изготовление слоев в выполнении заготовки по процессу инжектирования при ТИФ. Процесс ТИФ будет подробно обсужден ниже. Слой 72 является внутренним слоем заготовки, а слой 74 является внешним слоем заготовки. Внешний слой 74 содержит множество микрослоев материала, что будет осуществляться, когда используется система ТИФ. Не все заготовки по фиг.4 будут относиться к этому типу.

На фиг.5 другое выполнение заготовки 76 с покрытием показано в поперечном сечении. Первым отличием между заготовкой 76 с покрытием и заготовками 50 и 60 с покрытием по фиг.3 и 4 соответственно является то, что слой 52 барьерного покрытия расположен в горловой части 32, а также и в туловищной части 34.

Заготовки и емкости с барьерами могут иметь слои, которые имеют широкий диапазон относительных толщин. Для настоящего описания толщина заданного слоя и всей заготовки или емкости - в заданной точке или по всей емкости - может выбираться для соответствия способу покрытия или конкретному конечному использованию емкости. Более того, как обсуждено выше по отношению к слою с барьерным покрытием по фиг.3, слой с барьерным покрытием в выполнениях заготовки и емкости, раскрытых здесь, может содержать единственный материал или несколько микрослоев из двух или более материалов.

После того как заготовка с барьерным покрытием, такая как изображена на фиг.3, подготовлена такими способом и устройством, как обсуждены в подробностях ниже, она подвергается процессу вытягиваемого выдувного формования. На фиг.6 в этом процессе заготовка 50 с барьерным покрытием помещается в форму 80 с полостью, соответствующей желательной форме емкости. Заготовка с барьерным покрытием затем нагревается и расширяется путем вытягивания и с помощью нагнетания воздуха внутрь заготовки 50 для заполнения полости внутри формы 80, создавая емкость 82 с барьерным покрытием. Операция выдувного формования обычно ограничена туловищной частью 34 заготовки с горловой частью 32, включающей резьбу, упорное кольцо и поддерживающее кольцо, удерживающее первоначальную конфигурацию как в заготовке.

На фиг.7 раскрыто выполнение емкости 82 с барьерным покрытием в соответствии с настоящим изобретением, аналогичной той, которая может быть изготовлена при выдувном формовании заготовки 50 с барьерным покрытием по фиг.3. Емкость 82 имеет горловую часть 32 и туловищную часть 34, соответствующие горловой и туловищной частям заготовки 50 с барьерным покрытием по фиг.3. Горловая часть 32 далее характеризуется наличием резьбы 40, которая обеспечивает средство закрепления крышки на емкости.

Когда емкость 82 с барьерным покрытием рассматривается в поперечном сечении, как на фиг.8, можно видеть структуру. Барьерное покрытие 84 покрывает наружную поверхность всей туловищной части 34 емкости 82, останавливаясь прямо под поддерживающим кольцом 38. Наружная поверхность 86 емкости, которая изготовлена из материала, санкционированного FDA, предпочтительно ПЭТ, остается непокрытой, так что только внутренняя поверхность 86 находится в контакте с напитками или пищевыми продуктами. В одном предпочтительном выполнении, которое используется как емкость для газированных напитков, толщина 87 барьерного покрытия предпочтительно составляет 0,020-0,060 дюйма, более предпочтительно 0,030-0,040 дюйма; толщина 88 слоя ПЭТ предпочтительно составляет 0,080-0,160 дюйма, более предпочтительно 0,100-0,140 дюйма; и общая толщина 90 стенки емкости 82 с барьерным покрытием предпочтительно составляет 0,140-0,180 дюйма, более предпочтительно 0,150-0,170 дюйма. Предпочтительно, в среднем, чтобы общая толщина 90 стенки емкости 82 получала большую часть своей толщины из внутреннего слоя ПЭТ.

Фиг.9 показывает предпочтительный вид формы для использования со способами, где осуществляется двойное формование. Форма содержит две половины: половину 92 полости и половину 94 оправки. Половина 92 полости содержит полость, в которой размещается заготовка без покрытия. Заготовка удерживается на месте между половиной 94 оправки, которая передает давление на верх заготовки, и выступом 96 половины 92 полости, на которой остается поддерживающее кольцо 38. Горловая часть 32 в заготовке, таким образом, герметично отделена от туловищной части заготовки. Внутри заготовки находится оправка 98. Когда заготовка находится в форме, туловищная часть заготовки полностью окружена полым пространством 100. Заготовка, расположенная таким образом, действует как внутренняя матричная оправка в последующей инжекционной процедуре, в которой расплав формуемого сверху материала инжектируется через клапан 102 в полое пространство 100 для формирования покрытия. Расплав, как и непокрытая заготовка, охлаждается жидкостью, циркулирующей по каналам 104 и 106 в двух половинах формы. Предпочтительно циркуляция в каналах 104 полностью отделена от циркуляции в каналах 106.

Фиг.10 и 11 являются схематическими изображениями части предпочтительного типа устройства для изготовления заготовок с покрытием в соответствии с настоящим изобретением. Это устройство представляет собой систему инжекционного формования, сконструированную для изготовления одной или более непокрытых заготовок и последующего покрытия только что изготовленных заготовок инжектированием барьерного материала поверх них. Фиг.10 и 11 показывают две половины формовой части устройства, которые будут находиться друг против друга в формовочной машине. Штифты 110 выравнивания на фиг.10 входят в их соответствующие приемники 112 на другой половине формы.

Половина формы, показанная на фиг.11, имеет несколько пар полостей формы, причем каждая полость одинакова с полостью формы, показанной на фиг.9. Полости формы имеются двух типов: первые инжекционные полости 114 формования заготовки и вторые инжекционные полости 120 покрытия заготовки. Два типа полостей равны по количеству и предпочтительно установлены так, что все полости одного типа находятся на одной стороне инжекционного блока 124, разделенного на две части прямой, проходящей между штифтами 112 выравнивания. Таким образом, каждая полость 114 формования заготовки находится в 180° от полости 120 покрытия заготовки.

Половина формы, показанная на фиг.10, имеет несколько оправок 98, по одной для каждой полости формы (114 и 120). Когда две половины, которые показаны на фиг.10 и 11, устанавливаются вместе, оправка 98 входит внутрь каждой полости и служит как форма для внутренней поверхности заготовки в полостях 114 формования заготовки и как устройство центровки для заготовок без покрытия в полостях 120 покрытия заготовки. Оправки 98 укреплены на поворотной площадке 130, которая поворачивается на 180° вокруг своего центра так, что оправка 98, первоначально расположенная над полостью 114 формования заготовки, будет, после вращения, расположена над полостью 120 покрытия заготовки, и наоборот. Как описано с большими подробностями ниже, такой тип установки позволяет заготовкам формоваться и затем покрываться в двухступенчатом процессе с использованием одного оборудования.

Следует отметить, что чертежи на фиг.10 и 11 являются всего лишь иллюстрациями. Например, эти чертежи показывают устройство с тремя полостями 114 формования и тремя полостями 120 покрытия (устройство с полостями 3/3). Однако устройства могут иметь любое количество полостей, если имеются равные количества полостей формования и покрытия, например, 12/12, 24/24, 48/48 и т.п. Полости могут быть упорядочены любым пригодным образом, что может быть определено специалистом. Эти и другие еще меньшие изменения рассматриваются как часть данного изобретения.

Две половины формы, показанные на фиг.12 и 13, показывают выполнение формы устройства, имеющего 48/48 полостей, как обсуждено для фиг.10 и 11.

На фиг.14 показан вид в перспективе формы того вида, который используется для процесса двойного формования (инжектирование поверх инжектирования), в котором оправки 98 частично расположены внутри полостей 114 и 120. Стрелки показывают движение подвижной половины 142 формы, на которой лежат оправки 98, когда форма закрыта.

Фиг.15 показывает вид в перспективе формы того вида, который используется в процессе двойного формования, где оправки 98 полностью выдвинуты из полостей 114 и 120. Стрелки показывают, что поворотная площадка 130 поворачивается на 180° для перемещения оправок 98 от одной полости к другой. На неподвижной половине 144 охлаждение полости 114 формования заготовки отделено от охлаждения полости 120 покрытия заготовки. Оба этих процесса отделены от охлаждения оправок 98 в подвижной половине.

На фиг.16 показана предпочтительная трехслойная заготовка 132 по настоящему изобретению. Это выполнение покрытой заготовки предпочтительно изготовлено путем нанесения двух покрывающих слоев 134 и 136 на такую заготовку 30, как показано на фиг.1.

Фиг.17 схематически показывает другое предпочтительное устройство 150, которое может быть использовано в процессе двойного формования. Первый и второй инжекторы 152, 154 расположены на верху устройства 150 для обеспечения потока расплава в первую и вторую полости 156, 158 формы. Фиг.18 показывает поворотную площадку 160, являющуюся частью выполнения по фиг.17. Четыре станции, обозначенные позициями от А до D, каждая из которых имеет оправку 98 A-D, сформированную на ней, расположены на поворотной площадке 160 с разнесением друг от друга приблизительно на 90°. Привод 162, такой как гидравлический цилиндр, поднимает площадку 160 так, что оправки 98 двух станций одновременно вводятся в первую и вторую полости 156, 158 формы. Оправки 98 на других станциях остаются свободными от каких-либо полостей формы. После этого площадка 160 опускается так, что оправки 98 удаляются из полостей, и затем поворачивается на 90°. Таким образом, оправка 98, которая только что была удалена из первой полости 156, помещается в такое положение, чтобы быть введенной во вторую полость 158 формы, а оправка, только что удаленная из второй полости 158, перемещается свободной от каких-либо полостей формы. Каждая из станций проходит в цикле через первую и вторую полости 156, 158 формы последовательными поворотами на 90°. Фиг.19 показывает положения станций друг относительно друга во время каждой операции производственного цикла.

Фиг.20 и 21 показывают другое выполнение устройства 170 по настоящему изобретению, во многом аналогичное показанному на фиг.17 и 18. Однако в этом выполнении вместо всей площадки 160, которую поднимает гидравлический элемент, каждая станция поворотной площадки 160 управляется приводом 172 по отдельности и независимо входит в зацепление и выходит из зацепления с соответствующей полостью формы. Такое расположение обеспечивает большую гибкость устройства 170. Например, фиг.20 показывает, что оправка 98 может удерживаться внутри второй полости 158 после того, как оправка 98 была удалена из первой полости 156. Таким образом, время удерживания между полостями формы может быть оптимизировано по отдельности.

Далее, на фиг.22-23 показан схематический вид другого предпочтительного устройства 250, которое может быть использовано для двойного формования многослойных заготовок. В этом выполнении вращающаяся поворотная площадка 260 имеет станции (AA-DD), образованные на каждой из четырех сторон. Оправки 98 формования или сердечники помещаются на каждой станции, как и в предыдущих выполнениях. Первая и вторая полости 256, 258 формы находятся в связи с соответствующими первым и вторым инжекционными устройствами 252, 254, которые подают соответственно потоки расплавленных ПЭТ и барьерного материала. Первая полость 256 формы соединена с первым инжекционным устройством 252 и остается неподвижной; второе инжекционное устройство 254 ориентировано вертикально сверху и также остается неподвижным. Поворотная площадка 260 поддерживается базовым элементом 264, который может перемещаться горизонтально по направляющим 266, которые поддерживают этот базовый элемент 264. Вторая полость 258 формы соединена приводами 268 с поворотной площадкой 260 и также перемещается горизонтально вместе с поворотной площадкой 260. Приводы 268 вводят вторую полость 258 формы в зацепление с оправкой 98В, расположенной на поворотной площадке 268, чтобы закрывать форму. После того как вторая полость 258 вошла в зацепление с соответствующей оправкой, поворотная площадка 260 далее перемещается горизонтально для зацепления оправки с первой полостью 256 формы. Когда обе полости вошли в зацепление с оправками, форма закрыта полностью, как показано на фиг.23. Кроме того, второе инжекционное устройство 254 связано со второй полостью 258 формы так, что второе инжекционное устройство 254 может обеспечить для него поток расплавленного барьерного материала.

Когда инжектирование заканчивается, форма открывается. Это достигается тем, что поворотная площадка 260 сначала перемещается горизонтально, чтобы вывести оправку из зацепления с первой полостью 256 формы, затем поднимает вторую форму и выводит ее из зацепления с поворотной площадкой 260. Поворотная площадка 260 затем поворачивается на 90°, и повторяются закрывание формы и инжектирование материала. Инжектированные заготовки, расположенные на оправках 98, не зацепленных с полостями формы, охлаждаются на соответствующей оправке до конца цикла. Заготовки извлекаются до того, как соответствующая оправка снова вводится в зацепление с первой полостью 256 формы. Фиг.24 показывает положения станций друг относительно друга во время каждой операции производственного цикла.

На фиг.25 показана схема устройства, которое может быть использовано для выработки потока расплава, содержащего множество микрослоев или тонких слоев в процессе тонкослойного инжекционного формования (ТИФ), как подробно описано ниже.

На фиг.26 показаны предпочтительное выполнение оправки 298 формы и соответствующей полости 300. Охлаждающие трубки 302 сформированы спиральным образом прямо под поверхностью 304 полости 300 формы. Область 308 клапана полости 300 определяется около клапана 308, а вставка 310 материала с исключительно высокими теплообменными свойствами помещается в полости в области 306 клапана. Таким образом, конец 314 базовой/клапанной области инжектированной заготовки охлаждается особенно быстро.

Оправка 298 полая и имеет стенку 320 в целом одинаковой толщины. Установка 330 охлаждения барботированием расположена внутри полой оправки 298 и содержит трубку 332 сердечника, расположенную по центру внутри полости 298, тем самым доставляя охладитель С прямо в базовый конец 322 оправки 298. Охладитель С работает в оправке по пути вверх по оправке от базового конца 298 и выходит через выходную линию 334. Трубка сердечника удерживается на месте ребрами 336, выступающими между трубкой и стенкой 320 оправки.

На фиг.27 и 28 показана система 340 подачи [воздуха], сформированная в точке 342 между элементами полости 300 формы. По окружности вокруг полости 300 формируется выемка 344. Эта выемка 344 достаточно мала, так что практически никакого расплавленного пластика не будет поступать во время инжектирования расплава. Воздуховод 350 соединяет выемку 344 с источником воздушного давления, и подачу воздуха в выемку 344 регулирует клапан. Во время инжектирования расплава клапан закрыт, когда инжектирование завершается, клапан открывается и сжатый воздух А подается в выемку 344 для устранения вакуума, который может образоваться между инжектированной заготовкой и стенкой 304 полости.

Предпочтительные способ и устройство изготовления заготовок с барьерным покрытием обсуждается дальше более подробно. Поскольку способы и устройства особенно предпочтительны для использования в формировании бутылок с барьерным покрытием, содержащих определенные предпочтительные материалы, физические характеристики, идентификация, приготовление и улучшение предпочтительных материалов обсуждается до описания предпочтительных способов и устройств для работы с этими материалами.

С. Физические характеристики предпочтительных барьерных материалов

Предпочтительные барьерные материалы в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно проявляют некоторые физические характеристики, которые дают бутылкам и изделиям с барьерным покрытием по настоящему изобретению возможность противостоять обработке и физическим усилиям так же или лучше, чем изделия из ПЭТ без покрытия, в дополнение к изготовлению изделий, которые внешне привлекательны и имеют великолепные барьерные свойства.

Сцепление является объединением или склеиванием вместе двух поверхностей. Действительное сцепление по границе раздела представляет собой явление, которое проявляется на микроскопическом уровне. Оно основано на молекулярных взаимодействиях и зависит от химических связей, ван-дер-ваальсовых сил и других межмолекулярных сил притяжения на молекулярном уровне.

Хорошее сцепление между барьерным слоем и слоем ПЭТ особенно важно, когда изделие представляет собой барьерную бутылку, изготовленную путем выдувного формования заготовки. Если материалы сцепляются хорошо, они будут действовать как один блок, когда они подвергаются процессу выдувного формования, а также когда они подвергаются давлениям, будучи сформированы в виде емкости. Когда сцепление слабое, отслаивание проявится либо через некоторое время, либо под физическим усилием, таким как сжатие емкости или толчки емкостей при транспортировке. Отслаивание не только непривлекательно с коммерческой точки зрения, это может быть показателем отсутствия структурной цельности емкости. Более того, хорошее сцепление означает, что слои будут находиться в близком контакте, когда емкость расширяется во время процесса формования, и будут двигаться как один блок. Когда два материала действуют таким образом, меньше всего можно ожидать, что в покрытии будут существовать пустоты, что позволяет тем самым наносить более тонкое покрытие. Барьерные материалы предпочтительно в достаточной степени сцепляются с ПЭТ для того, чтобы барьерный слой не смог легко отделиться от слоя ПЭТ при температуре 22°С.

Таким образом, частично способствуя непосредственному сцеплению барьерного слоя с ПЭТ, настоящее изобретение отличается от раскрытого Farha в патенте США №5472753. В этом патенте не раскрыто и не сделано предложения о том, что термопластик фенокси-типа может или должен быть прикреплен прямо к ПЭТ без смешивания с сополиэфиром или использования сополиэфира как крепящего слоя или что сополиэфир сам по себе мог бы использоваться как барьерный материал.

Температура стеклования (Тс) определяется как температура, при которой некристаллизуемый полимер претерпевает преобразование из состояния мягкой резины в состояние твердого эластичного полимерного стекла. В диапазоне температур, которые выше его Тс, материал станет достаточно мягким, чтобы позволить ему сразу течь, когда он подвергается наружной силе или давлению, но еще не таким мягким, что его вязкость будет так низка, что он будет действовать больше как жидкость, чем как податливый твердый материал. Диапазон температур выше Тс является предпочтительным диапазоном температур для выполнения процесса выдувного формования, так как материал практически мягок, чтобы течь под силой воздуха, вдуваемого в заготовку, и чтобы занять всю форму, но не настолько мягок, чтобы ломаться или становиться неровным по текстуре. Таким образом, когда материалы имеют одинаковые температуры стеклования, они будут иметь одинаковые предпочтительные диапазоны температур выдувания, что позволяет материалам обрабатываться вместе без того, чтобы жертвовать качеством какого-либо из материалов.

В процессе выдувного формования для производства бутылки из заготовки, как известно из уровня техники, заготовка нагревается до температуры, которая немного выше, чем Тс материала заготовки, так что когда вовнутрь заготовки нагнетается воздух, она будет способна течь, чтобы занять форму, в которой она размещена. Если заготовка не нагрета в достаточной степени и используется температура ниже, чем Тс, то материалу заготовки будет очень сложно течь должным образом, и он, вероятно, сломается, потрескается или не будет растягиваться, чтобы занять форму. Напротив, если заготовка нагрета до температуры, которая намного превышает Тс, материал, вероятно, станет настолько мягким, что он не сможет удержать свою форму и будет обрабатываться не должным образом.

Если материал барьерного покрытия имеет Тс, одинаковую с Тс ПЭТ, он будет иметь диапазон температур выдувания, одинаковый с ПЭТ. Таким образом, если заготовка из ПЭТ покрыта таким барьерным материалом, то температура выдувания может быть выбрана так, чтобы позволить обоим материалам обрабатываться внутри их предпочтительных диапазонов температур выдувания. Если барьерное покрытие должно иметь Тс, отличающуюся от ПЭТ, то будет сложно, если не невозможно, выбрать температуру выдувания, пригодную для обоих материалов. Когда материалы барьерного покрытия имеют Тс, одинаковую с ПЭТ, покрытая заготовка ведет себя в течение выдувного формования так, как если бы она была изготовлена из одного материала, вытягиваясь плавно и создавая внешне привлекательную емкость с ровной толщиной и однородным покрытием барьерным материалом там, где он нанесен.

Температура стеклования ПЭТ появляется в диапазоне 75-85°С, в зависимости от того, как ПЭТ был обработан перед этим. Тс для предпочтительных барьерных материалов по выполнениям настоящего изобретения предпочтительно 55-140°С, более предпочтительно 90-110°С.

Другим фактором, который имеет влияние на качество барьерных заготовок во время выдувного формирования, является состояние материала. Предпочтительные барьерные материалы по предпочтительным выполнениям настоящего изобретения являются аморфными, а не кристаллическими. Это потому, что материалам в аморфном состоянии легче сформироваться в бутылки и емкости с помощью процесса выдувного формования, чем материалам в кристаллическом состоянии. ПЭТ может существовать как в кристаллическом, так и в аморфном виде. Однако в выполнениях по настоящему изобретению крайне предпочтительно, чтобы кристалличность ПЭТ была минимизирована, а аморфное состояние усилено для создания полукристаллического состояния, которое, помимо прочего, способствует сцеплению между слоями и в процессе выдувного формования. Изделие из ПЭТ, сформированное из расплава ПЭТ, как при формовании инжектированием, может быть доведено до полукристаллической формы путем охлаждения расплава на высокой скорости, достаточно быстрой для того, чтобы остановить процесс кристаллизации и оставить ПЭТ в основном в аморфном состоянии. Дополнительно, использование "ПЭТ с высоким содержанием ИФК", как описано ранее, обеспечит более легкое подавление процесса кристаллизации, поскольку он кристаллизуется с более низкой скоростью, чем гомополимер ПЭТ

Внутренняя вязкость и индекс расплава являются двумя свойствами, которые связаны с молекулярным весом полимера. Эти свойства показывают, как материалы будут действовать при различных условиях обработки, таких как процессы инжекционного формования и выдувного формования.

Барьерные материалы для использования в изделиях и способах по настоящему изобретению имеют внутреннюю вязкость предпочтительно 0,70-0,90 дл/г, более предпочтительно 0,74-0,87 дл/г, наиболее предпочтительно 0,84-0,85 дл/г, и индекс расплава предпочтительно 5-30, более предпочтительно 7-12, наиболее предпочтительно. 10.

Барьерные материалы по настоящему изобретению предпочтительно имеют прочность на растяжение и сопротивление ползучести, одинаковые с ПЭТ. Одинаковость этих физических свойств позволяет барьерному покрытию действовать лучше, чем просто барьер для газа. Барьерное покрытие с физическими свойствами, одинаковыми с ПЭТ, действует как структурная составляющая емкости, что позволяет барьерному материалу заменить часть полиэтилен терефталата в емкости без того, чтобы жертвовать качеством емкости. Замещение ПЭТ позволяет итоговым емкостям с барьерным покрытием иметь физическое качество и характеристики, одинаковые с их непокрытыми частями без значительного изменения в весе и размере. Это также позволяет оплачивать любую дополнительную стоимость от добавления барьерного материала за счет уменьшения стоимости всей емкости, отнесенной к ПЭТ.

Одинаковость внутренней вязкости у ПЭТ и материалов барьерного покрытия помогают емкости иметь структурную целостность. Это особенно важно, если часть ПЭТ замещается барьерным материалом. Бутылки и емкости с барьерным покрытием, имеющие свойства в соответствии с настоящим изобретением, способны противостоять тем же физическим силам, что и емкости без покрытия, что позволяет, например, перевозить емкости с барьерным покрытием и обращаться с ними, как это принято для емкостей из ПЭТ без покрытия. Если бы материал барьерного покрытия имел прочность на разрыв существенно ниже, чем у ПЭТ, емкость, у которой часть ПЭТ замещена барьерным материалом, вероятно, не смогла бы противостоять тем же силам, что и непокрытая емкость.

Одинаковость в сопротивлении ползучести между ПЭТ и материалами барьерного покрытия помогает емкости поддерживать ее форму. Сопротивление ползучести относится к способности материала сопротивляться изменению в ответ на приложенное усилие. Например, бутылка, которая содержит газированную жидкость, должна быть способна сопротивляться давлению растворенного газа, толкающего наружу, и поддерживать свою начальную форму. Если бы материал барьерного покрытия имел существенно более низкое сопротивление ползучести, чем ПЭТ в емкости, то итоговая емкость, вероятно, деформировалась бы со временем, сокращая срок годности продукта.

Для применений, где важна оптическая прозрачность, предпочтительные барьерные материалы имеют показатель преломления, равный аналогичному показателю у ПЭТ. Когда коэффициенты преломления ПЭТ и материала барьерного покрытия одинаковы, заготовки и, вероятно - что более важно, - выдутые их них изделия оптически прозрачны, и, таким образом, внешне привлекательны для использования в качестве емкости для напитков, где часто желательна прозрачность бутылок. Однако, если два материала имеют существенно различающиеся коэффициенты преломления, когда они помещены в контакте друг с другом, результирующая комбинация будет иметь визуальные искажения и может быть замутненной или непрозрачной в зависимости от степени различия в коэффициентах преломления материалов.

Полиэтилен терефталат имеет коэффициент преломления для видимого света в диапазоне от 1,40 до 1,75 в зависимости от физической конфигурации. В случае изготовлении в виде заготовок коэффициент преломления предпочтительно находится в диапазоне от 1,55 до 1,75, более предпочтительно в диапазоне 1,55-1,65. После того как из заготовки изготовлена бутылка, стенки конечного продукта могут быть охарактеризованы как ориентированная по двум осям пленка, поскольку он подвержен одновременно окружному и осевому напряжениям в операции выдувного формования. Отформованный выдуванием полиэтилен терефталат в общем случае проявляет коэффициент преломления в диапазоне от 1,40 до 1,75, обычно от 1,55 до 1,75 в зависимости от коэффициента растяжения, вовлеченного в операцию выдувного формования. Для относительно низких коэффициентов растяжения, примерно 6:1, коэффициент преломления будет близок к нижнему пределу, тогда как для высоких коэффициентов растяжения, примерно 10:1, коэффициент преломления будет близок к верхнему пределу вышеупомянутого диапазона. Понятно, что коэффициенты растяжения, на которые здесь сделаны ссылки, являются двуосными коэффициентами растяжения, полученными из коэффициента растяжения по окружности и коэффициента осевого растяжения, и включают в себя их произведение. Например, в операции выдувного формования, в которой конечная заготовка увеличивается в 2,5 раза в осевом направлении и в 3,5 раза в диаметре, коэффициент растяжения будет около 8,75 (2,5×3,5).

При использовании обозначения n_i для обозначения коэффициента преломления ПЭТ и n₀ для обозначения коэффициента преломления для барьерного материала, отношение между значениями n₁ и n₀ предпочтительно составляет 0,8-1,3, более предпочтительно 1,0-1,2, наиболее предпочтительно 1,0-1,1. Как будет понятно специалистам, для отношения n_i/n₀=1 искажение из-за коэффициента преломления будет минимальным, поскольку два коэффициента идентичны. Если же, однако, это отношение постепенно отличается от единицы, то постепенно увеличивается и искажение.

D. Предпочтительные материалы барьерного покрытия и их приготовление

Предпочтительными материалами барьерного покрытия для использования в изделиях и способах по настоящему изобретению являются термопластические материалы фенокси-типа, сополиэфиры терефталевой кислоты и изофталевой кислоты и по меньшей мере одного диола, имеющие хорошие барьерные свойства по сравнению с ПЭТ (сополиэфирные барьерные материалы), полиамиды, ПЭН, сополимеры ПЭН, смеси ПЭН / ПЭТ и их сочетания. Предпочтительно, термопластики фенокси-типа, используемые в качестве барьерных материалов в настоящем изобретении, относятся к одному из следующих типов:

(1) гидрокси-функциональные поли(амидные эфиры) с повторяющимися блоками, представленные любой из формул la, Ib или 1с:

(2) поли(гидрокси амидные эфиры) с повторяющимися блоками, представленные независимо любой одной из формул IIа, IIb или IIс:

(3) амид- и гидроксиметил-функционализированные полиэфиры с повторяющимися блоками, представленные формулой III:

(4) гидрокси-функциональные полиэфиры с повторяющимися блоками, представленные формулой IV:

(5) гидрокси-функциональные поли(эфир сульфонамиды) с повторяющимися блоками, представленные формулами Va или Vb:

(6) поли(гидрокси сложные и простые эфиры) с повторяющимися блоками, представленные формулой VI:

(7) гидрокси-феноксиэфир полимеры с повторяющимися блоками, представленные формулой VII:

и

(8) поли(гидроксиамино эфиры) с повторяющимися блоками, представленные формулой V1I1:

где каждый Аr отдельно представляет двухвалентную ароматическую половину, замещенную двухвалентную ароматическую долю или гетероароматическую долю, или сочетание различных двухвалентных ароматических долей, замещенных ароматических долей или гетероароматических долей; R является отдельным кислородом или одновалентной гидрокарбиловой долей; каждый Аr₁ является двухвалентной ароматической долей или сочетанием двухвалентных ароматических долей, несущих амидные или гидроксиметильные группы; каждый Аr₂ такой же, как Аr, или отличается от Аr и отдельно является двухвалентной ароматической долей, замещенной ароматической долей или гетероароматической долей, или сочетанием различных двухвалентных ароматических долей, замещенных ароматических долей или гетероароматических долей; R₁ является отдельно преобладающе гидрокарбиленовой долей, такой как двухвалентная ароматическая доля, замещенная двухвалентная ароматическая доля, двухвалентная гетероароматическая доля, двухвалентная алкиленовая доля, двухвалентная замещенная алкиленовая доля или двухвалентная гетероалкиленовая доля или сочетание таких долей; R₂ является отдельно одновалентной гидрокарбиловой долей; А является аминовой долей или сочетанием различных аминных долей; Х является амином, арилендиокси-, арилендисульфонамид- или арилендикарбокси- долей или сочетанием таких долей; а Аr ₃ является "кардо" долей, представленной одной из формул

где Y является nil, ковалентной связью или связывающей группой, причем пригодные связывающие группы включают в себя, например, атом кислорода, атом серы, атом карбонила, группу сульфонила или группу метилена или аналогичное связывание; n является целым числом от 10 до 1000, х равен от 0,01 до 1,0, а у равен от 0 до 0,5.

Термин "преобладающе гидрокарбилен" означает двухвалентный радикал, который является преобладающе углеводородом, но который выборочно содержит небольшое количество гетероатомной доли, такой как кислород, сера, имино, сульфонил, сульфоксил и т.п.

Гидрокси-функциональные поли(амид эфиры), представленные формулой I, предпочтительно приготавливаются путем контакта N,N'-бис(гидроксифениламидо)алкан или арен с диглицидил эфиром, как описано в патентах США №5089588 и 5143998.

Поли(гидрокси амид эфиры), представленные формулой II, приготовлены путем контакта бис(гидроксифениламидо)алкан или арен или сочетанием двух или более таких соединений, таких как N,N’-бис(3-гидроксифенил) адипамид или N,N'-бис(3-гидроксифенил) глютарамид с эпихалогидрином, как описано в патенте США №5134218.

Амидо- и гидроксиметил-функционализированные полиэфиры, представленные формулой III, могут быть приготовлены, например, путем реагирования диглицидил эфиров, таких как диглицидил эфир бисфенола А, с дигидри-фенолами, имеющими висящие амидо-, N-замещенные амидо- и/или гидроксиалкиловые доли, такие как 2,2-бис(4-гидроксифенил)ацетамид и 3,5-дигидроксибензамид. Эти полиэфиры и их приготовление описаны в патентах США №5115075 и 5218075.

Гидрокси-функциональные полиэфиры, представленные формулой IV, могут быть приготовлены, например, путем разрешения каждому из диглицидил эфиров или сочетанию диглицидил эфиров вступать в реакцию с дигидрофенолом или сочетанием дигидрофенолов с помощью способа, описанного в патенте США №5164472. Альтернативно, гидрокси-функциональные полиэфиры получаются путем разрешения дигидрофенолу или сочетанию дигидрофенолов реагировать с эпигалогидрином с помощью способа, описанного в статье Reinking, Barnabeo and Hale в журнале "The Journal of Applied Polymer Science", Vol. 7, p. 2135 (1963).

Гидрокси-функциональные поли(эфир сульфонамиды), представленные формулой V, приготавливаются, например, путем полимеризации N,N'-диакила или N,N'-диарилдисульфонамида с диглицидил эфиром, как описано в патенте США №5149768.

Поли(гидрокси сложные и простые эфиры), представленные формулой VI, приготавливаются путем реагирования диглицидил эфиров алифатических или ароматических диацидов, таких как диглицидил терефталат, или диглицидил эфиров дигидрофенолов с алифатическими или ароматическими диацидами, такими как адипиковая кислота и изофталевая кислота. Эти полиэфиры описаны в патенте США №5171820.

Полимеры гидрокси-феноксиэфира, представленные формулой VII, приготавливаются, например, путем контактирования по меньшей мере одного динуклеофили- мономера по меньшей мере с одним диглицидил эфиром кардо бисфенола, такого как 9,9-бис(4-гидроксифенил)фторен, фенолфталеин или замещенный кардо бисфенол, такой как замещенный бис(гидроксифенил)фторен, замещенный фенолфталеин или замещенный фенолфталимидин при условиях, достаточных, чтобы заставить нуклеофили- доли динуклеофили- мономера вступать в реакцию с эпокси- долями для формирования основной цепи полимера, содержащей висящие гидрокси- доли и эфирные, имино-, амино-, сульфонамидо- или эфирные связи. Эти гидрокси-феноксиэфирные полимеры описаны в патенте США №5184373.

Поли(гидроксиамино) эфиры (ПГАЕ или полиэфирамины), представленные формулой VIII, приготавливаются путем контактирования одного или более диглицидил эфира дигидрофенола с амином, имеющим два аминовых кислорода при условиях, достаточных, чтобы заставить аминовые доли вступать в реакцию с эпокси- долями для формирования основной цепи полимера, содержащей аминовые связи, эфирные связи и висящие гидрокси- доли. Эти соединения описаны в патенте США №5275853.

Термопластики фенокси-типа по формулам I-VIII могут быть получены от фирмы Dow Chemical Company (Мидленд, штат Мичиган, США).

Термопластики фенокси-типа, коммерчески доступные от фирмы Phenoxi Associates, Inc., пригодны для использования в настоящем изобретении. Эти гидрокси-феноксиэфирные полимеры являются продуктами реакции конденсации дигидро- полинуклеарного фенола, такого как бисфенол А, и эпигалогидрина и имеют повторяющиеся блоки, представленные в формуле IV, где Аr является изопропилен дифенилен долей. Способ приготовления этого описан в патенте США №3305528, полностью включенном сюда посредством ссылки.

Наиболее предпочтительными термопластиками фенокси-типа являются поли(гидроамино эфиры) ("ПГАЭ"), представленные формулой VIII. Примером является продаваемый фирмой Dow Chemical Company XU19040.00L.

Примеры предпочтительных сополиэфирных барьерных материалов и способ их приготовления описаны в патенте США №4578295, выданном на имя Jabarin. Они в общем случае приготавливаются путем нагревания смеси по меньшей мере одного реагента, выбранного из изофталевой кислоты, терефталевой кислоты и их С₁-С₄ алкил эфиров с 1,3 бис(2-гидроксиэтокси)бензолом и этилен гликолем. Опционально смесь может далее содержать один или более эфир-формирующих дигидрокси углеводородов и/или бис(4--гидроксиэтоксифенил)сульфонов. Особенно предпочтительные сополиэфирные барьерные материалы доступны от фирмы Mitsui Petrochemical Ind. Ltd. (Япония) как В-010, В-030 и другие из этой серии.

Примеры предпочтительных полиамидных барьерных материалов включают в себя MXD-6 от фирмы Mitsubishi Gas Chemical (Япония). Другими предпочтительными полиамидными барьерными материалами являются полиамиды, содержащие предпочтительно 1-10% полиэфира, более предпочтительно 1-2% по весу полиэфира, где полиэфиром предпочтительно является ПЭТ, наиболее предпочтительно ПЭТ с высоким содержанием ИФК. Эти материалы изготавливаются путем добавления полиэфира в смесь поликонденсации полиамида. "Полиамид", как это используется здесь, должен включать в себя те полиамиды, которые содержат ПЭТ или другие полиэфиры.

Другие предпочтительные материалы включают в себя полиэтилен нафталат (ПЭН), сополимеры ПЭН и смеси ПЭТ / ПЭН. Материалы из ПЭН могут быть куплены у фирмы Shell Chemical Company.

Е. Приготовление полиэфиров

Полиэфиры и способы их приготовления (включая специальные мономеры, используемые в их формировании, их пропорции, температуры полимеризации, катализаторы и другие условия) хорошо известны в уровне техники, и ссылки на них даются здесь в целях данного изобретения. Для целей иллюстрации, но никак не ограничения, ссылки конкретно делаются на стр.1-62 тома 12 Энциклопедии полимерной науки и инженерии, издания 1988 года (Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, 1988 revision, издательство John Wiley & Sons).

Обычно полиэфиры получают из реакции ди- или поликарбоксил- кислоты с ди- или полигидри- спиртом. Пригодные ди- или поликарбоксил- кислоты включают поликарбоксил кислоты и эфиры и антидриды таких кислот и их смесь. Представительные карбоксил кислоты включают фталиковую, изофталевую, адипи ацелаиковую, терефталевую, оксаликовую, малониковую, сукциниковую, глютариковую, себацикную и т.п. Предпочтительны дикарбоксил составляющие. Терефталевая кислота является наиболее широко используемой и предпочтительной при приготовлении полиэфирных пленок. ,-ненасыщенные ди- и поликарбоксил кислоты (включая эфиры или антидриды таких кислот и их смесей) могут быть использованы как частичная замена насыщенным карбоксил составляющим. Представительные ,-ненасыщенные ди- и поликарбоксил- кислоты включают

малеиковую, фумариковую, аконитиковую, итакониковую, месакониковую, цитракониковую, монохлормалеиковую и т.п.

Обычные ди- и полигидри- спирты, используемые для приготовления полиэфира, являются теми спиртами, которые имеют по меньшей мере две гидрокси- группы, хотя могут быть использованы малые количества спирта, имеющего больше или меньше гидрокси- групп. Предпочтительны ди-гидрокси- спирты. Дигидрокси- спирты обычно используются для приготовления полиэфиров, включая диэтилен гликоль; дипропилен гликоль; этилен гликоль; 1,2-пропилен гликоль; 1,4-бутанедиол; 1,4-пентанедиол; 1,5-гексанедиол; 1,4-циклогександиметанол и т.п. с 1,2-пропилен гликолем как предпочтительным. Смеси спиртов также могут использоваться. Ди- или полигидри- спиртовая составляющая полиэфира обычно стехиометрична или слегка излишняя по отношению к кислоте. Излишек ди- или полигидри- спирта очень редко будет превышать 20-25 моль процентов и обычно находится в пределах от 2 до 10 моль процентов.

Полиэфир обычно приготавливается путем нагревания смеси ди- или полигидри- спирта с ди- или поликарбоксил составляющей в их должных молярных отношениях при повышенных температурах, обычно между 100°С и 250°С в течение протяженных периодов времени, обычно в диапазоне от 5 до 15 часов. Ингибиторы полимеризации, такие как t-бутилкатехол, могут быть успешно использованы.

ПЭТ, предпочтительный полиэфир, который обычно изготавливается путем конденсации терефталевой кислоты и этилен гликоля, может быть куплен, среди прочих, у фирмы Dow Chemical Company (Мидленд, Мичиган) и фирмы Allied Signal Inc. (Батон-Руж, Луизиана).

Предпочтительно используемым ПЭТ является тот, в котором изофталевая кислота (ИФК) добавляется в процессе изготовления ПЭТ для формирования сополимера. Количество добавляемой ИФК составляет предпочтительно 2-10% по весу, более предпочтительно 3-8% по весу, наиболее предпочтительно 4-5% по весу. Наиболее предпочтительный диапазон основан на нормах FDA, которые в настоящее время не допускают, чтобы материалы из ПЭТ, имеющие составляющую ИФК более 5%, находились в контакте с едой или питьем. ПЭТ с высоким содержанием ИФК (ПЭТ, содержащий более 2% по весу ИФК) может быть изготовлен, как описано выше, или куплен у различных производителей, например ПЭТ с 4,8% по весу ИФК может быть куплен у фирмы SKF (Италия), а ПЭТ с 10% по весу ИФК может быть куплен у фирмы INCA (отделение фирмы Dow в Европе).

Дополнительно, если в качестве барьерного материала выбран полиамид, предпочтительно использовать полиэфир, содержащий полиамид. Такие полиэфиры, содержащие полиамид, формируются путем добавления полиамида в смесь поликонденсации полиэфира. Количество полиамида в полиэфире предпочтительно составляет 1-10% по весу, более предпочтительно 1-2% по весу. Используемым полиэфиром предпочтительно является ПЭТ, наиболее предпочтительно ПЭТ с высоким содержанием ИФК.

F. Материалы для усиления барьерных свойств смол барьеров

Барьерные материалы, раскрытые выше, могут быть использованы в сочетании с другими материалами, которые усиливают барьерные свойства. Говоря в общем случае, одной причиной для диффузии газов через материал является существование разрывов или отверстий в материале на молекулярном уровне, через которые могут проходить молекулы газа. Наличие межмолекулярных сил в материале, таких как связь кислорода, допускает межцепочечные связи в матрице, которая закрывает эти разрывы и предотвращает диффузию газов. Также можно увеличить способность быть барьером для газа хороших барьерных материалов добавлением дополнительной молекулы или вещества, которое берет преимущества таких межмолекулярных связей и действует как мостик между полимерными цепочками в матрице, тем самым помогая закрыть отверстия в матрице и сократить диффузию газа.

Производные ресорцинола диола (m-дигидроксибензол) при вступлении в реакцию с другими мономерами при изготовлении ПГАЭ, ПЭТ и сополиэфирных барьерных материалов, и других барьерных материалов будут в общем случае приводить к материалу, который имеет более хорошие барьерные свойства, чем тот же материал, если он не содержит производной ресорцинола. Например, ресорцинол диглицидил эфир может быть использован в ПГАЭ, и гидроксиэтил эфир ресорцинол может быть использован в ПЭТ и других полиэфирах и сополиэфирных барьерных материалах.

Одной мерой эффективности барьера является его влияние на срок годности материала. Срок годности газированного безалкогольного напитка в ПЭТ бутылке без барьера на 32 унции составляет примерно 12-16 недель. Срок годности определяется как период времени, за который меньше чем 85% первоначальной двуокиси углерода остается в бутылке. Было обнаружено, что бутылки, покрытые ПГАЭ с использованием способа инжектирования поверх инжектирования, описанного ниже, имеют срок годности в 2-3 раза больше, чем при одном ПЭТ. Если, однако, используется ПГАЭ с ресорцинол диглицидил эфиром, срок годности может быть увеличен до 4-5 раз по сравнению с одним ПЭТ.

Другим путем усиления барьерных характеристик материала является добавление вещества, которое "затыкает" отверстия в полимерной матрице и тем самым предотвращает прохождение газов через матрицу. Альтернативно, вещество может помогать в создании более сложного пути для молекул газа при их проникновении через материал. Одно такое вещество, на которое здесь сделаны ссылки как на термин "Наночастицы" или "наночастичный материал", является мелкими частицами материалов, которые усиливают барьерные свойства материала путем создания более трудного пути для перемещающихся кислорода и двуокиси углерода. Одним предпочтительным типом наночастичного материала является микрочастичный основанный на глине продукт, доступный от фирмы Southern Clay Products.

G. Способы приготовления изделий с барьерными покрытиями

Когда выбран подходящий материал барьерного покрытия, заготовка с покрытием должна быть изготовлена так, чтобы обеспечить сцепление между двумя материалами. В общем случае сцепление между материалами барьерного покрытия и ПЭТ увеличивается по мере того, как увеличивается температура поверхности ПЭТ. Следовательно, предпочтительно выполнять покрытие на нагретых заготовках, хотя предпочтительные барьерные материалы будут сцепляться с ПЭТ при комнатной температуре.

Существует некоторое количество способов изготовления заготовок из ПЭТ с покрытием в соответствии с настоящим изобретением. Предпочтительные способы включают в себя покрытие погружением, покрытие распылением, распыление пламенем, погружение в ожиженное ложе и электростатическое распыление порошка. Другой предпочтительный способ, тонкослойное инжекционное формование, подробно обсужден ниже. Каждый из перечисленных выше способов был введен и описан в совместно поданной заявке на патент США №09/147971, поданной 19 октября 1998 г., под названием "полиэфир с барьерным покрытием", которая полностью включена сюда посредством ссылки.

Особенно предпочтительный способ изготовления заготовок из ПЭТ с покрытием именуется здесь в основном как двойное формование, а иногда как инжектирование поверх инжектирования ("ИПИ"). Название относится к процедуре, которая использует формование инжектированием для инжектирования одного или более слоев барьерного материала на существующую заготовку, которая сама предпочтительно изготовлена формованием инжектированием. Термины "двойное инжектирование" и "двойное формование" используются здесь для описания процесса покрытия, где слой материала, предпочтительно содержащий барьерный материал, инжектируется поверх существующей заготовки. В особенно предпочтительном выполнении, процесс двойного инжектирования выполняется до тех пор, пока основная заготовка не становится полностью охлажденной. Двойное инжектирование может быть использовано для помещения одного или более слоев материалов, таких как те, которые содержат барьерный материал, переработанный ПЭТ или другие материалы, поверх заготовки с покрытием или без покрытия.

Двойное формование проводится путем использования процесса инжекционного формования с помощью того же оборудования, которое было использовано для формирования самой заготовки без покрытия. Предпочтительная форма для двойного формования с заготовкой без покрытия на месте показана на фиг.9. Форма содержит две половины, половину 92 полости и половину 94 оправки и показана на фиг.9 в закрытом положении перед двойным инжектированием. Половина 92 полости содержит полость, в которой размещается заготовка без покрытия. Поддерживающее кольцо 38 заготовки лежит на выступе 96 и удерживается на месте половиной 94 оправки, которая передает давление на поддерживающее кольцо 38, тем самым герметично закрывая горловую часть от туловищной части заготовки. Половина 92 полости имеет множество труб или каналов 104, в которых удерживается жидкость. Предпочтительно жидкость в каналах циркулирует по пути, по которому жидкость проходит внутрь на вход половины 92 полости, через каналы 104, наружу из половины 92 полости через выход, через охладитель или другое средство охлаждения и затем обратно на вход. Циркулирующая жидкость служит для охлаждения формы, которая в свою очередь охлаждает расплав пластика, который инжектируется в форму для формирования заготовки с покрытием.

Половина 94 оправки формы содержит оправку 98. Оправка 98, иногда называемая сердечником, выступает из половины 94 оправки формы и занимает центральную полость заготовки. В дополнение к помощи в центровке заготовки в форме, оправка 98 охлаждает внутренность заготовки. Охлаждение происходит путем циркуляции жидкости через каналы 106 в половине 94 оправки формы и, что важнее всего, по длине самой оправки 98. Каналы 106 половины 94 оправки работают аналогично каналам 104 в половине 92 полости, в которой они создают часть пути, по которому проходит охлаждающая жидкость, лежащего внутри половины формы.

Когда заготовка находится в полости формы, туловищная часть заготовки отцентрирована внутри полости и полностью окружена полым пространством 100. Заготовка, расположенная таким образом, действует как внутренняя матричная оправка в последующей процедуре инжектирования. Расплав переформованного материала, предпочтительно содержащий барьерный материал, затем подается внутрь полости формы из инжектора через клапан 102 и обтекает вокруг заготовки, предпочтительно окружая по меньшей мере туловищную часть 34 заготовки. Вслед за двойным инжектированием формованный сверху слой будет иметь примерный размер и форму полого пространства 100.

Для проведения процедуры двойного формования начальная заготовка, подлежащая покрытию, предпочтительно нагревается до температуры, которая выше ее Тс. В случае с ПЭТ эта температура предпочтительно составляет 100-200°С, более предпочтительно 180-225°С. Если использована температура, равная или выше температуры кристаллизации для ПЭТ, которая составляет примерно 120°С, требуется осторожность с охлаждением ПЭТ в заготовке. Охлаждения должно быть достаточно, чтобы минимизировать кристаллизацию ПЭТ в заготовке, чтобы ПЭТ находился в предпочтительном полукристаллическом состоянии. Альтернативно, используемая начальная заготовка может быть той, которая только что была сформована инжектированием и еще не полностью охладилась, т.е. имеет повышенную температуру, что является предпочтительным для процесса двойного формования.

Материал покрытия нагревается для формирования расплава такой вязкости, которая сравнима с использованием устройства инжекционного формования. Температура для этого, т.е. температура инжектирования, будет различаться по материалам в зависимости от того, что диапазоны плавления в полимерах и вязкости расплавов могут различаться из-за истории, химической природы, молекулярного веса, степени ветвления и других характеристик материала. Для предпочтительных барьерных материалов, описанных выше, температура инжектирования предпочтительно находится в диапазоне 160-325°С, более предпочтительно 200-275°С. Например, для сополиэфирного барьерного материала В-010 предпочтительной температурой будет 210°С, тогда как для ПГАЭ XU-19040.00L предпочтительная температура составляет 160-260°С и более предпочтительно 200-280°С. Наиболее предпочтительно, когда температура инжектирования ПГАЭ равна 190-230°С. Если используется переработанный ПЭТ, температура инжектирования предпочтительно составляет 250-300°С. Материал покрытия затем инжектируется внутрь формы в объеме, достаточном для заполнения пустого пространства 100. Если материал покрытия содержит барьерный материал, покрывающий слой является барьерным слоем.

Покрытая заготовка предпочтительно охлаждается по меньшей мере в точке, где она может быть извлечена из формы или удерживаться без повреждения, и удаляется из формы, где может происходить дальнейшее охлаждение. Если используется ПЭТ и заготовка была нагрета до температуры около или выше температуры кристаллизации ПЭТ, охлаждение должно быть очень быстрым и достаточным, чтобы гарантировать, что ПЭТ изначально находится в полукристаллическом состоянии, когда заготовка полностью охлаждена. В результате этого процесса происходит сильное и эффективное связывание между начальной заготовкой и наложенным впоследствии материалом покрытия.

Двойное формование может также использоваться для создания покрытых заготовок с тремя или более слоями. На фиг.16 показано трехслойное выполнение заготовки 132 по настоящему изобретению. Показанная заготовка имеет два слоя покрытия, средний слой 134 и внешний слой 136. Относительная толщина слоев, показанных на фиг.16, может изменяться, чтобы подходить конкретному сочетанию материалов слоя или чтобы обеспечить изготовление бутылок различного размера. Как будет понятно специалистам, процедуре, аналогичной раскрытой выше, можно следовать за исключением того, что начальная заготовка будет уже покрыта одним из способов для изготовления заготовок с покрытием, описанных выше, включая двойное формование.

1. Первый предпочтительный способ и устройство двойного формования

Первое предпочтительное устройство для выполнения процесса двойного формования основано на использовании устройства 330-330-200 Энгеля (Австрия). Предпочтительная часть формы устройства показана схематически на фиг.10-15 и содержит неподвижную половину 142 и подвижную половину 144. Обе половины предпочтительно выполнены из твердого металла. Неподвижная половина 144 содержит по меньшей мере две части 146, 148 формы, где каждая часть формы содержит N (N>0) одинаковых полостей 114, 120 формы, вход и выход для охлаждающей жидкости, каналы, позволяющие охлаждающей жидкости циркулировать внутри части формы, устройство инжектирования и горячие желоба, ведущие расплавленный материал от устройства инжектирования к клапанам каждой полости формы. Поскольку каждая часть формы формирует отдельный слой заготовки и каждый слой заготовки предпочтительно выполнен из отличающегося материала, каждая часть формы управляется отдельно для приспособления к потенциально различным условиям, требуемым для каждого материала и слоя. Инжектор, связанный с конкретной частью формы, инжектирует расплавленный материал при температуре, подходящей для этого конкретного материала, через горячие желоба и клапаны этой секции формы и внутрь полостей формы. Собственные вход и выход части формы для охлаждающей жидкости позволяют изменять температуру этой части формы для приспособления характеристик конкретного материала, инжектированного в эту часть формы. Следовательно, каждая часть формы может иметь различные температуру инжекции, температуру формы, давление, объем инжекции, температуру охлаждающей жидкости и т.д. для приспособления к требованиям материала и работы конкретного слоя заготовки.

Подвижная половина 142 формы содержит поворотную площадку 130 и множество сердечников или оправок 98. Штифты выравнивания направляют подвижную половину 142 со скольжением для перемещения предпочтительно в горизонтальном направлении к неподвижной половине 144 или от нее. Поворотная площадка 130 может вращаться либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки и укреплена на подвижной половине 142. Множество оправок 98 прикреплено к поворотной площадке 130. Эти оправки 98 служат как формовочные формы для внутренней части заготовки, а также служат как несущее и охлаждающее средство для заготовки во время операции формования. Средство охлаждения в оправках отделено от средства охлаждения в частях формы.

Температура формы или охлаждение для формы управляется посредством циркулирующей жидкости. Существует отдельная циркуляция охлаждающей жидкости для подвижной половины 142 и для каждой из частей 146, 148 формы неподвижной половины 144. Следовательно, в форме, имеющей две части формы в неподвижной половине 114, имеется отдельное охлаждение для каждой из двух частей формы плюс отдельное охлаждение в подвижной части 142 формы. Аналогично, в форме, имеющей три части формы в неподвижной половине, имеется четыре отдельных набора циркуляции охлаждающей жидкости: по одной для каждой части формы, всего три, плюс одна для подвижной половины 142. Каждый набор циркуляции охлаждающей жидкости работает одинаковым образом. Жидкость поступает в форму, течет через сеть каналов или труб внутри, как обсуждено выше для фиг.9, а затем выходит через выход. Из выхода жидкость идет через насос, который поддерживает жидкость в движении, и охлаждающее средство для поддержания жидкости в пределах желательного диапазона температуры перед тем, как возвращаться обратно в форму.

В предпочтительном выполнении оправки и полости изготовлены из материала с высоким теплопереносом, такого как бериллий, который покрыт твердым металлом, таким как олово или хром. Твердое покрытие удерживает бериллий от прямого контакта с заготовкой, а также действует как выталкиватель для извлечения и обеспечивает твердую поверхность для большого срока службы. Материал с высоким теплопереносом позволяет проводить более эффективное охлаждение и таким образом помогает достичь меньших по времени циклов. Материал с высоким теплопереносом может быть расположен по всей области каждой оправки и/или полости или может быть только на их частях. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере концы оправок имели материал с высоким теплопереносом. Далее, наиболее предпочтительным материалом с высоким теплопереносом является ampcoloy, который коммерчески доступен от фирмы Uudenholm, Inc.

Количество оправок равно общему числу полостей, и расположение оправок 98 на подвижной половине 142 зеркально отражает расположение полостей 114, 120 на неподвижной половине 144. Для закрывания формы подвижная половина 142 двигается к неподвижной половине 144, так что оправки 98 входят в полости 114, 120. Для открывания формы подвижная половина 142 отодвигается от неподвижной половины 144 так, чтобы оправки 98 вышли из неподвижной половины 144. После того как оправки 98 полностью извлечены из частей 146, 148 формы, поворотная площадка 130 подвижной половины 142 вращает оправки 98 для выравнивания с другой частью формы. Таким образом, подвижная половина поворачивается на 360°/(число частей формы в неподвижной половине) градусов после каждого извлечения оправок из неподвижной половины. Когда устройство находится в работе, в процессе операций извлечения и вращения будут иметься заготовки на некоторых или на всех оправках.

Размер полостей в данной части 146, 148 формы будет идентичным, однако размер полостей будет отличаться по частям формы. Полости, в которых впервые формуются заготовки без покрытия, т.е. полости 114 формования заготовок, являются самыми маленькими по размеру. Размер полостей 120 в части 148 формы, в которых выполняется первая операция покрытия, больше, чем полости 114 формования заготовок, в целях приспособления к заготовке без покрытия и обеспечения пространства для покрывающего материала, подлежащего инжекции внутрь для формирования формованного сверху покрытия. Полости в каждой последующей части формы, где выполняются дополнительные операции двойного формования, будет значительно больше по размеру для приспособления заготовки, когда она становится больше с каждой операцией покрытия.

После того как набор заготовок сформован и отформован сверху до завершения, ряд выталкивателей выталкивает законченные заготовки с оправок 98. Выталкиватели для оправок работают независимо, или по меньшей мере есть один выталкиватель для набора оправок, равных по количеству и конфигурации с одной частью формы, так что выталкиваются только законченные заготовки. Непокрытые или не полностью покрытые заготовки остаются на оправках, так что они могут продолжать цикл для следующей части формы. Выталкивание может заставить заготовки полностью отделиться от оправок, чтобы упасть в корзину или на конвейер. Альтернативно, заготовки могут остаться на оправках после выталкивания, после чего манипулятор робота или другое такое устройство захватит заготовку или группу заготовок для удаления в корзину, на конвейер или другое желательное место.

Фиг.10 и 11 являются схематическими изображениями выполнения устройства, описанного выше. Фиг.11 является неподвижной половиной 144 формы. В этом выполнении блок 124 имеет две части формы, при этом одна часть 146 содержит набор из трех полостей 114 формования заготовки, и другая часть 148 содержит набор из трех полостей 120 покрытия заготовки. Каждая из полостей 120 покрытия заготовки предпочтительно одинакова с полостью, показанной на фиг.9, обсужденной выше. Каждая из полостей 114 формования заготовки предпочтительно одинакова с полостью, показанной на фиг.9, в том, что материал инжектируется в пространство, определенное оправкой 98 (хотя и без заготовки на ней) и стенкой формы, которая охлаждается жидкостью, циркулирующей через каналы внутри блока формы. Следовательно, один полный производственный цикл этого устройства будет давать три двухслойные заготовки. Если желательно больше, чем три заготовки за цикл, неподвижная половина может быть переконфигурирована для приспособления большего количества полостей в каждой части формы. Пример этого виден на фиг.13, где показана неподвижная половина формы, содержащая две части формы: одна часть 146 содержит 48 полостей 114 формования заготовки, и другая часть 148 содержит 48 полостей 120 покрытия заготовки. Если желательна заготовка в три или более слоев, неподвижная половина 144 может быть переконфигурирована для приспособления дополнительных частей формы, по одной части для каждого слоя заготовки.

Фиг.10 показывает подвижную половину 142 формы. Подвижная половина содержит шесть одинаковых оправок 98, закрепленных на поворотной площадке 130. Каждая оправка 98 соответствует полости в неподвижной половине 144 формы. Подвижная половина также содержит штифты 110 выравнивания, которые соответствуют приемникам 112 на неподвижной половине 144. Когда подвижная половина 142 формы передвигается, чтобы закрыть форму, штифты 110 выравнивания совпадают с их соответствующими приемниками 112, так что полости 114 формования и полости 120 покрытия выравниваются с оправками 98. После выравнивания и закрывания половина оправок 98 центруется внутри полостей 114 формования заготовок, а другая половина оправок 98 центруется внутри полостей 120 покрытия заготовок.

Конфигурация полостей, оправок и штифтов выравнивания и приемников должна иметь практически симметричный вид, так что после того, как форма отделяется и поворачивается на должное количество градусов, все оправки выстраиваются в линию с полостями и все штифты выравнивания выстраиваются в линию с приемниками. Более того, каждая оправка должна быть в полости в иной части формы, нежели она была до вращения, в целях достижения должного процесса формования и двойного формования одинаковым образом для каждой заготовки, изготовленной устройством.

Два вида двух половин формы совместно представлены на фиг.14 и 15. На фиг.14 подвижная половина 142 двигается к неподвижной половине 144, как отображено стрелкой. Две оправки 98, закрепленные на поворотной площадке 130, начинают входить в полости, одна входит в полость 114 формования, а другая входит в полость 120 покрытия, установленные на блоке 124. На фиг.15 оправки 98 полностью вынуты из полостей на неподвижной половине. Полость 114 формования заготовки имеет охлаждающую циркуляцию, которая отделена от охлаждающей циркуляции для полости 120 покрытия заготовок, которая составляет другую часть 148 формы. Две оправки 98 охлаждаются единственной системой, которая связывает все оправки вместе. Стрелка на фиг.15 показывает вращение поворотной площадки 130. Поворотная площадка также может вращаться против часовой стрелки. Не показаны покрытые и непокрытые заготовки, которые могут быть на оправках, если устройство находится в работе. Штифты выравнивания и приемники также убраны в целях ясности.

Работа устройства двойного формования будет обсуждаться ниже в терминах предпочтительного устройства из двух частей формы для изготовления двухслойной заготовки. Форма закрывается путем перемещения подвижной половины 142 по направлению к неподвижной половине 144 до момента контакта. Первое инжектирующее устройство инжектирует расплав первого материала в первую часть 146 формы через горячие желоба и в полости 114 формования заготовок через их соответствующие клапаны для формирования непокрытых заготовок, каждая из которых становится внутренним слоем покрытой заготовки. Первый материал заполняет пустоту между полостями 114 формования заготовок и оправками 98. Одновременно второе инжектирующее устройство инжектирует расплав второго материала во вторую часть 148 формы неподвижной половины 144 через горячие желоба и в каждую полость 120 покрытия заготовок через их соответствующие клапаны, так что второй материал заполняет пустоту (100 на фиг.9) между стенкой полости 120 покрытия заготовок и непокрытой заготовкой, установленной на оправке 98.

В течение всего процесса охлаждающая жидкость циркулирует через три отдельные области, соответствующие части 146 формы полостей 114 формования заготовок, части 148 формы полостей 120 покрытия заготовок и подвижной половины 142 формы соответственно. Таким образом, расплавы и заготовки охлаждаются в центре путем циркуляции в подвижной половине, которая проходит через внутреннюю часть оправок, а также снаружи путем циркуляции в каждой полости. Рабочие параметры охлаждающей жидкости в первой части 146 формы, содержащей полости 114 формования заготовок, управляются отдельно от рабочих параметров охлаждающей жидкости во второй части 148 формы, содержащей полости покрытия с учетом характеристик различных материалов заготовки и покрытия. В свою очередь все это отделено от подвижной половины 142 формы, которая обеспечивает постоянное охлаждение для внутренней части заготовки в течение всего цикла, открыта ли форма или закрыта.

Подвижная половина 142 затем сдвигается обратно для разделения двух половин формы и открывания формы до тех пор, пока все оправки 98, имеющие на себе заготовки, полностью не освободятся из полостей 114 формования заготовок и полостей 120 покрытия заготовок. Выталкиватели выталкивают покрытые законченные заготовки из оправок 98, которые только что были удалены из полостей покрытия заготовок. Как было обсуждено выше, выталкивание может заставить заготовки полностью отделиться от оправок и упасть в корзину или на конвейер или, если заготовки остались на оправках после выталкивания, то манипулятор робота или другое такое устройство может захватить заготовку или группу заготовок для удаления в корзину, на конвейер или другое желательное место. Поворотная площадка 130 затем поворачивается на 180°, так что каждая оправка 98, имеющая на себе непокрытую заготовку, располагается над полостью 120 покрытия заготовки, а каждая оправка, с которой покрытая заготовка была только что вытолкнута, располагается над полостью 114 формования заготовки. Вращение поворотной площадки 130 может происходить всего за 0,3 с. Используя штифты 110 выравнивания, половины формы снова выравниваются и закрываются, и первый инжектор инжектирует первый материал в полость 114 формования заготовки, тогда как второй инжектор инжектирует барьерный материал в полость 120 покрытия заготовки.

Цикл производства из закрывания формы, инжектирования расплавов, открывания формы, снятия законченных барьерных заготовок, вращения поворотной площадки и закрывания формы повторяется, так что заготовки непрерывно формуются дважды.

Когда устройство начинает работать первый раз, в течение начального цикла в полостях 120 покрытия заготовок еще нет заготовок. Следовательно, оператор должен либо предотвратить инжектирование второго материала вторым инжектором во вторую часть формы во время первого инжектирования, либо позволить инжектировать второй материал и вытолкнуть, а затем выбросить полученную однослойную заготовку, состоящую только из второго материала. После этой начальной операции оператор может либо управлять работой вручную, либо запрограммировать желательные параметры так, что процесс управляется автоматически.

Двухслойные заготовки могут быть выполнены с использованием первого предпочтительного устройство двойного формования, описанного выше. В одном предпочтительном выполнении двухслойная заготовка содержит внутренний слой, содержащий полиэфир, и внешний слой, содержащий барьерный материал. В особенно предпочтительных выполнениях внутренний слой содержит чистый ПЭТ. Нижеследующее описание направлено на особенно предпочтительные выполнения двухслойных заготовок, содержащих внутренний слой из чистого ПЭТ. Это описание направлено на описание формирования одного набора покрытых заготовок 60 того типа, который показан на фиг.4, т.е. на прохождение набора заготовок через процесс формования, двойного формования и извлечения, а не на описание работы устройства как целого. Описанный процесс направлен на заготовки, имеющие общую толщину в стеночной части 66 примерно 3 мм, состоящие из 2 мм чистого ПЭТ и примерно 1 мм барьерного материала. Толщина двух слоев будет изменяться в других частях заготовки 60, как показано на фиг.4.

Специалисту будет понятно, что некоторые параметры, описанные подробно ниже, будут отличаться, если используются другие выполнения заготовок. Например, время, в течение которого форма стоит закрытой, будет изменяться в зависимости от толщины стенок заготовок. Однако по данному ниже описанию для этого предпочтительного выполнения и напоминанию приведенного здесь описания специалист должен быть способен определить должные параметры для других выполнений заготовок.

Устройство, описанное выше, установлено так, что на инжектор, питающий часть 146 формы, содержащей полости 114 формования заготовок, подается чистый ПЭТ, а на инжектор, питающий часть 148 формы, содержащей полости 120 покрытия заготовок, подается барьерный материал. Обе половины формы охлаждаются циркулирующей жидкостью, предпочтительно водой, при температуре предпочтительно 0-30°С, более предпочтительно 10-15°С.

Подвижная половина 142 формы перемещается так, что форма закрывается. Расплав чистого ПЭТ инжектируется через заднюю часть блока 124 и в каждую полость 114 формования заготовок для формирования непокрытой заготовки 30, которая становится внутренним слоем покрытой заготовки. Температура инжекции расплава ПЭТ предпочтительно составляет 250-320°С, более предпочтительно 255-280°С. Форма удерживается закрытой предпочтительно от 3 до 10 секунд, более предпочтительно 4-6 секунд, пока инжектируется поток расплава ПЭТ, а затем охлаждается охладителем, циркулирующим в форме. В течение этого периода времени поверхности заготовок, которые находятся в контакте с поверхностями полостей 114 формования заготовок или оправок 98, начинают формировать оболочку, пока сердечники заготовок остаются расплавленными и незатвердевшими.

Подвижная половина 142 формы затем перемещается так, что две половины формы разделяются или проходят точку, где только что отформованные заготовки, которые остаются на оправках 98, свободны от неподвижной части 144 формы. Внутренняя часть заготовок в контакте с оправкой 98 продолжает охлаждаться. Охлаждение предпочтительно выполняется тем образом, который быстро уменьшает тепло, так что кристаллизация ПЭТ минимизируется и ПЭТ будет находиться в полукристаллическом состоянии. Охлажденной воды, циркулирующей через форму, как описано выше, должно быть достаточно для завершения этой задачи.

В то время как внутри заготовка охлаждается, температура наружной поверхности заготовки начинает расти, поскольку она собирает тепло от расплавленного сердечника заготовки. Это нагревание начинает размягчать оболочку на наружной поверхности только что отформованной заготовки. Хотя у оболочки, которая охлаждалась в полости 114 формы, увеличивается температура, и она начинает размягчаться, когда удаляется из полости, это размягчение оболочки является результатом значительного поглощения тепла от расплавленного сердечника. Таким образом, начальное формирование и последующее размягчение оболочки ускоряет общее охлаждение расплавленной заготовки и помогает избежать кристаллизации при охлаждении.

Когда оправки 98 свободны от неподвижной части 144 формы, поворотная площадка 130 затем поворачивается на 180°, так что каждая оправка 98, имеющая на себе отформованную заготовку, располагается над полостью 120 покрытия заготовки. Расположенная таким образом, каждая из оправок 98, которые не имеют на себе отформованных заготовок, расположена над полостью 114 формования заготовок. Затем форма снова закрывается. Предпочтительно период времени между извлечением из полости 114 формования заготовки для введения в полость 120 покрытия заготовки составляет от 1 до 10 секунд, более предпочтительно 1-3 секунды.

Когда отформованные заготовки первый раз помещаются в полости 120 покрытия заготовки, внешние поверхности заготовок не находятся в контакте с поверхностью формы. Таким образом, наружная оболочка все еще размягчается и нагревается, как описано выше, поскольку охлаждающий контакт есть только с оправкой внутри. Высокая температура наружной поверхности непокрытой заготовки (которая формирует внутренний слой покрытой заготовки) помогает обеспечить сцепление между ПЭТ и барьерными слоями в конечной заготовке с барьерным покрытием. Утверждается, что поверхности материалов более реактивны при высокой температуре, и таким образом химические взаимодействия между барьерным материалом и чистым ПЭТ будут усиливаться высокими температурами. Барьерный материал покроет и сцепится с заготовкой с холодной поверхностью, и таким образом операция может выполняться с использованием холодной начальной непокрытой заготовки, но сцепление явно лучше, когда процесс двойного формования выполняется при повышенной температуре, как это происходит сразу вслед за формованием непокрытой заготовки.

Затем следует операция второй инжекции, в которой расплав барьерного материала инжектируется в каждую полость 120 покрытия заготовки для покрытия заготовки. Температура расплава барьерного материала предпочтительно составляет 160-300°С. Точный диапазон температуры для каждого отдельного барьерного материала зависит от конкретных характеристик этого барьерного материала, но в способностях специалиста определить подходящий диапазон путем обычного эксперимента, выполненного по данному описанию. Например, если используется барьерный материал ПГАЭ XU19040.00L, то температура расплава (температура инжекции) предпочтительно 160-260°С, более предпочтительно 220-230°С. Если используется сополиэфирный барьерный материал В-010, температура инжекции предпочтительно 160-260°С, более предпочтительно 190-250°С. В течение того же периода времени, когда этот набор заготовок формуется сверху барьерным материалом в полостях 120 покрытия заготовки, другой набор непокрытых заготовок формуется в полостях 114 формования заготовки, как описано выше.

Две половины формы снова разделяются предпочтительно за 3-10 секунд, более предпочтительно за 4-6 секунд, затем следует начало операции инжектирования. Заготовки, которые только что получили барьерное покрытие в полостях 120 покрытия заготовки, снимаются с оправок 98. Непокрытые заготовки, которые только что отформованы в полостях 114 формования заготовки, остаются на своих оправках 98. Поворотная площадка 130 затем поворачивается на 180°, так что каждая оправка, имеющая на себе непокрытую заготовку, располагается над полостью 120 покрытия заготовки, а каждая оправка 98, с которой только что была снята покрытая заготовка, располагается над полостью 114 формования.

Цикл закрывания формы, инжекции материалов, открывания формы, снятия законченных барьерных заготовок, вращения поворотной площадки и закрывания формы повторяется, так что заготовки непрерывно формуются дважды. Специалист оценит, что время сухого цикла устройства может увеличить общее время производственного цикла по формованию законченной заготовки.

Одним из многих преимуществ использования процесса, раскрытого здесь, является то, что время циклов для процесса то же самое, что и для стандартного процесса производства непокрытых заготовок; формование и покрытие заготовок этим процессом выполняется за период времени, одинаковый с тем, который требуется для изготовления непокрытых заготовок из ПЭТ аналогичного размера стандартными способами, используемыми в настоящее время в производстве заготовок. Следовательно, можно изготовить заготовки из ПЭТ с барьерным покрытием вместо непокрытых заготовок из ПЭТ без существенного изменения в выходе и емкости продукции.

Если расплав ПЭТ охлаждается медленно, ПЭТ примет кристаллическую форму. Поскольку кристаллические полимеры не формуются выдуванием так же, как аморфные полимеры, от заготовки кристаллического ПЭТ нельзя ожидать того же выполнения формирования емкостей в соответствии с настоящим изобретением. Однако, если ПЭТ охлаждается на скорости быстрее, чем скорость формирования кристаллов, как описано здесь, кристаллизация будет минимизирована и ПЭТ примет полукристаллическую форму. Аморфная форма является идеальной для выдувного формования. Таким образом, достаточное охлаждение ПЭТ необходимо для формирования заготовок, которые будут работать так, как необходимо, при обработке.

Скорость, с которой слой из ПЭТ охлаждается в форме так, как описано выше, пропорциональна толщине слоя ПЭТ, так же как и температура охлаждающихся поверхностей, с которыми он находится в контакте. Если фактор температуры формы удерживать постоянным, толстый слой ПЭТ охлаждается медленнее, чем тонкий слой. Это происходит потому, что теплу требуется более длинный период времени, чтобы перейти от внутренней части толстого слоя ПЭТ к наружной поверхности ПЭТ, которая находится в контакте с охлаждающими поверхностями формы, чем у более тонкого слоя ПЭТ, из-за большего расстояния, которое должно пройти тепло в более толстом слое. Таким образом, заготовке, имеющей более толстый слой ПЭТ, необходимо находиться в контакте с охлаждающими поверхностями формы дольше по времени, чем заготовке, имеющей более тонкий слой ПЭТ. Другими словами, при прочих равных, требуется больше времени на формование заготовки с толстой стенкой ПЭТ, чем на формование заготовки с тонкой стенкой ПЭТ.

Непокрытые заготовки по этому изобретению, включая те, которые выполнены первым инжектированием вышеописанного устройства, предпочтительно тоньше, чем обычная заготовка ПЭТ для емкости данного размера. Это происходит потому, что при изготовлении заготовок с барьерным покрытием количество ПЭТ, которое должно быть в обычной заготовке ПЭТ, может быть заменено таким же количеством одного из предпочтительных барьерных материалов. Это может быть выполнено, поскольку предпочтительные барьерные материалы имеют физические свойства, аналогичны ПЭТ, как описано выше. Таким образом, когда барьерные материалы заменяют примерно равное количество ПЭТ в стенках заготовки или емкости, не будет значительной разницы в физических характеристиках емкости. Поскольку предпочтительные непокрытые заготовки, которые формируют внутренний слой заготовок с барьерным покрытием, являются тонкостенными, они могут быть удалены из формы быстрее, чем их обычные более толстостенные аналоги. Например, непокрытая заготовка может быть удалена из формы предпочтительно через 4-6 секунд без кристаллизации, по сравнению с 14-24 секундами для обычной ПЭТ заготовки, имеющей общую толщину стенок примерно 3 мм. В итоге, период времени для изготовления заготовки с барьерным покрытием равен или немного больше (до 30%) периода времени, требуемого для изготовления однослойной ПЭТ заготовки той же самой общей толщины.

Дополнительно, поскольку предпочтительные барьерные материалы аморфны, они не будут требовать того же типа обработки, что и ПЭТ. Таким образом, цикл для процесса формования/двойного формования, как описано ниже, обычно диктуется временем охлаждения, необходимым для ПЭТ. В вышеописанном способе заготовки с барьерным покрытием могут быть произведены примерно за то же время, которое требуется для изготовления непокрытой обычной заготовки.

По сравнению с преимуществом, полученным более тонкой заготовкой, можно сделать шаг вперед, если изготовленная в этом процессе заготовка будет того же типа, что и на фиг.4. В этом выполнении покрытой заготовки толщина стенки ПЭТ в точке 70 области на концевой крышке 42 уменьшается предпочтительно на 1/3 общей толщины стенки. При перемещении от центра концевой крышки к концу радиуса концевой крышки толщина постепенно увеличивается до предпочтительно 2/3 общей толщины стенки, как в позиции 68 на стеночной части 66. Толщина стенки может оставаться постоянной или может, как показано на фиг.4, переходить в меньшую толщину до поддерживающего кольца 38. Толщины различных частей заготовки могут меняться, но во всех случаях толщины стенки ПЭТ и барьерного слоя должны оставаться выше критической толщины потока расплава для любой заданной конструкции заготовки.

Использование заготовок 60 той же конструкции, что и на фиг.4, обеспечивает даже более быстрые циклы времени, чем используемые для производства заготовок 50 того же типа, что и на фиг.3. Как было упомянуто выше, одним из крупнейших барьеров на пути сокращения времени цикла является длительность периода времени, который необходим ПЭТ для охлаждения в форме с последующим инжектированием. Если заготовка, содержащая ПЭТ, не была достаточно охлаждена перед выталкиванием из оправки, она станет кристаллизованной и потенциально вызовет трудности в процессе выдувного формирования. Кроме того, если слой ПЭТ не был практически охлажден перед тем, как начался процесс двойного формования, сила барьерного материала, входящего в форму, смоет часть ПЭТ из области клапана. Конструкция заготовки по фиг.4 принимает во внимание обе проблемы путем изготовления слоя ПЭТ самым тонким в центре области 42 концевой крышки, что является местом, где в форме имеется клапан. Тонкие части клапана позволяют области клапана охлаждаться быстрее, так что непокрытый слой ПЭТ может быть удален из формы за относительно короткий промежуток времени, все еще избегая кристаллизации клапана и смывание ПЭТ в течение второго инжектирования или фазы двойного формования.

Физические характеристики предпочтительных барьерных материалов по настоящему изобретению помогают сделать этот тип конструкции заготовки работающим. Из-за сходства в физических свойствах, емкости со стеночными частями, которые являются первичным барьерным материалом, могут быть изготовлены без того, чтобы жертвовать характеристиками емкости. Если используемый барьерный материал не одинаков с ПЭТ, емкость с переменным составом стенок, как на фиг.4, будет иметь слабые точки или другие дефекты, которые могут повлиять на характеристики емкости.

2. Второй предпочтительный способ и устройство двойного формования

Второе предпочтительное устройство 150 для выполнения процесса двойного формования особенно пригодно для согласования свойств внутреннего слоя ПЭТ заготовки и внешнего слоя барьерного материала. Как было обсуждено выше, барьерный материал обычно аморфен и будет охлаждаться в полукристаллическое состояние независимо от скорости охлаждения. Однако ПЭТ будет охлаждаться, чтобы стать практически кристаллическим, если только он не охлаждается очень быстро. Однако, если ПЭТ охлаждается быстро, кристаллизация будет минимизирована и ПЭТ будет в основном аморфным и хорошо подходящим для выдувного формования. Поскольку внутренний слой предпочтительной заготовки формируется из ПЭТ, а внешний слой формируется из барьерного материала, самым важным является быстрое охлаждение внутреннего слоя заготовки, чтобы избежать кристаллизации ПЭТ. Таким образом, второе предпочтительное устройство удерживает законченную заготовку на охлаждающей оправке 98 в течение некоторого времени после удаления из полости 158 покрытия формы. Таким образом, оправка 98 продолжает извлекать тепло из внутреннего слоя заготовки, пока полости 156, 158 формования заготовки доступны для других заготовок.

Фиг.17 показывает второе выполнение устройства 150 двойного формования. Бункеры 176, 178 питают устройства 152, 154 инжектирования, которые нагревают ПЭТ и барьерные материалы и обеспечивают потоки расплава, инжектированные в полость 156 формования заготовки и полость 158 покрытия заготовки соответственно. Как и в первом предпочтительном выполнении, обсужденном выше, заготовка разделена на неподвижную половину 180 и подвижную половину 182. Неподвижная половина 180 имеет по меньшей мере две части 184, 186 полости формования, каждая из которых содержит по меньшей мере одну идентичную полость формования. Первая неподвижная часть 184 формы имеет по меньшей мере одну полость 156 формования заготовки, сформированную на ней, а вторая неподвижная часть 186 формы имеет по меньшей мере одну полость 158 покрытия заготовки, сформированную на ней.

Форма по настоящему выполнению также имеет и другие аспекты, обсужденные выше. Например, система охлаждения формы имеет охлаждающие трубки с входными и выходными отверстиями для непрерывного циркулирования охладителя через элементы формы; горячие желоба передают расплавленный пластик от устройства инжектирования в полое пространство между соединяющимися оправкой и полостью формы для формирования слоя заготовки; половины полости изготовлены из твердого металла; а штифты выравнивания и соответствующие приемники помогают выравниванию подвижной половины в неподвижной половине. Некоторые из этих составляющих формования коммерчески доступны от фирмы Husky Injection Molding Systems, Ltd.

На фиг.18 подвижная половина 182 формы содержит поворотную площадку 160, разделенную предпочтительно на четыре станции (А, В, С, D), отделенные друг от друга на 90° вращения. В иллюстрируемом выполнении каждая станция имеет единственную оправку 98, закрепленную на ней, которая соответствует единственной полости, сформированной в каждой неподвижной части 180. Однако, как и в первом предпочтительном выполнении, обсужденном выше, число оправок может быть отрегулировано, чтобы увеличить выход продукции устройства так, чтобы число полостей в каждой части формы увеличилось соответствующим образом. Соответственно, хотя иллюстрируемое выполнение показывает только одну оправку на станцию, которое будет производить только одну заготовку на станцию за каждый производственный цикл, устройство может иметь, например, 3, 8 или даже 48 оправок на станцию и полостей на каждую часть формы.

Хотя все оправки 98 в основном одинаковы, они будут описываться и обозначаться здесь как относящиеся к соответствующей станции, на которой они размещены. Таким образом, оправка 98, расположенная на станции А, обозначена как 98А, оправка 98, расположенная на станции В, обозначена как 98В, и т.д. Как и ранее, оправки 98A-D служат в качестве формы формования для внутренней части заготовки. Они также служат в качестве носителя и охлаждающей системы для заготовки в течение операции формования.

Настоящее устройство 150 разработано, чтобы использовать примерно одинаковые периоды времени, формования, материалы и температуры, обсужденные выше. Однако ориентация устройства и форм на поворотной площадке 160 адаптированы, чтобы оптимизировать как охлаждение заготовок, так и выход продукции устройства. Ниже описан предпочтительный способ использования этого устройства для двойного формования двухслойной заготовки, особенно двухслойной заготовки, имеющей барьерный материал, сформированный как внешний слой. Для иллюстрации работы этого устройства, формование заготовки будет описано следованием станции А через полный производственный цикл. Фиг.19 является диаграммой, показывающей относительные активности каждой станции в каждом пункте производственного цикла.

В начале цикла оправка 96А на станции А свободна и прямо выровнена с полостью 156 формования заготовки первой части 184 неподвижной формы 182. Привод 162, предпочтительно гидравлический, поднимает поворотную площадку 130 так, что оправка 98А вводится в полость 156 формования. Полое пространство между оправкой 98А и полостью 156 затем заполняется расплавом ПЭТ, и ему позволяется короткое время охлаждаться в форме, позволяя отформованной заготовке выработать охлаждающую оболочку, обсужденную ранее. Поворотная площадка 130 затем опускается, тем самым выдвигая оправку 98А из полости 156 формования. Только что инжектированная заготовка остается на оправке 98А. Когда оправки 98 удалены из полостей, поворотная площадка 130 поворачивается на 90° так, чтобы оправка 98А была прямо выровнена с полостью 158 покрытия второй неподвижной части 186 формы. Вращающаяся площадка 130 затем снова поднимается, вводя оправку 98А и связанную с ней заготовку в полость 158 покрытия. Расплав барьерного материала инжектируется, чтобы покрыть заготовку, и ему позволяется немного охладиться. Площадка 130 снова опускается, и полностью инжектированная отформованная заготовка остается на оправке 98А. Поворотная площадка поворачивается на 90°, однако оправка 98А больше не выравнивается ни с одной полостью. Вместо этого оправка 98А остается открытой, а охлаждающая система внутри оправки 96А продолжает быстро охлаждать заготовку от внутренней поверхности. Альтернативно, оправка 98А может также быть выровнена с охлаждающей системой 163, имеющей, например, охлаждающие трубки 165 с воздухом или водой, адаптированные для приема оправки 98А и сопутствующей заготовки, охлаждая заготовку от внутренней поверхности. Тем временем оправки 98В и 98С станций В и С взаимодействуют с полостями 156 покрытия и 158 формования соответственно. Когда инжектирование закончено, поворотная площадка снова поворачивается на 90°. Опять-таки, оправка 98А не выровнена ни с одной полостью формы, и процесс охлаждения продолжается. Оправки 98С и 98D станций С и D в это время взаимодействуют с полостями 156 покрытия и 158 формования соответственно. Охлажденная заготовка затем выталкивается с оправки 98А выталкивателем и удаляется устройством, таким как робот. Робот поместит законченную заготовку на конвейер, в корзину и т.п. После выталкивания заготовки оправка 98А снова свободна. После того как станции С и D завершают свои взаимодействия с полостями формы, поворотная площадка снова поворачивается на 90°, а станция А и оправка 98А снова выровнены с полостью 156 формования заготовки. Таким образом цикл начинается снова.

Описанное устройство 150 может быть приспособлено, чтобы создать устройство 170 с улучшенной универсальностью. На фиг.20 и 21 вместо всей поворотной площадки 130, поднимающейся и опускающейся с помощью единственного гидравлического привода, каждая станция поворотной площадки 130 может быть соединена с ее собственным выделенным приводом 172. Таким образом, каждая станция может функционировать независимо, чтобы обеспечить оптимизацию процесса для операции двойного формования. Например, в зависимости от инжектированного материала может быть предпочтительным охлаждать только что инжектированный материал в одну полость дольше или короче по времени, чем материал, инжектированный в другую полость. Выделенные гидравлические приводы 172 позволяют станциям независимо входить в зацепление с соответствующими полостями 156, 158 формы и выходить из зацепления.

Хотя описанное выше устройство обсуждено в контексте формирования двухслойной заготовки, должно быть понятно, что раскрытые принципы конструкции и работы могут быть адаптированы для формования заготовок с многочисленными слоями. Например, дополнительные станции могут быть расположены на поворотной площадке, а дополнительные устройства инжектирования и связанные с ними полости покрытия могут быть расположены на устройстве, чтобы обеспечить инжектирование дополнительных слоев.

3. Третий предпочтительный способ и устройство двойного формования

Фиг.22-24 иллюстрируют третий предпочтительный способ и устройство 250 двойного формования, которые используют принцип оставления только что инжектированных заготовок на сердечнике для ускорения охлаждения внутреннего слоя заготовок. Пока заготовки охлаждаются таким образом, другие оправки взаимодействуют с полостями формы для формирования последующих заготовок. Охлажденная заготовка выталкивается с оправки, на которой она была сформирована, прямо перед тем, как оправка используется повторно для формования следующей заготовки.

Устройство 250 включает в себя неподвижную первую полость 256 формы, соединенную горячими желобами с устройством 252 инжектирования, которое подает расплавленный ПЭТ. Второе устройство 254 инжектирования приспособлено подавать поток расплава барьерного материала и ориентировано вертикально и неподвижно рядом с первой полостью. Поворотная площадка 260 закреплена на элементе 264 основы, который может перемещаться горизонтально по направляющим 266, позволяя поворотной площадке 260 и всем частям, связанным с ней, перемещаться горизонтально назад и вперед по направляющим 266. Поворотная площадка 260 может вращаться в вертикальной плоскости. По внешним краям поворотной площадки находятся станции (АА, ВВ, СС, DD), аналогичные рассмотренным выше. Оправки 98AA-98DD расположены на станциях AA-DD соответственно. Вторая полость 258 формы расположена над поворотной площадкой 260 и соединена с ней. Полость 258 формы вводится приводами 268, такими как гидравлические цилиндры или им подобными, в зацепление с оправкой 98, расположенной на связанной с ней станции, и выводится из зацепления с ней. Вторая полость 258 также перемещается горизонтально вместе с устройством поворотной площадки. Каждая из станций поворотной площадки и полостей формы имеет охлаждающую систему, систему горячих желобов, систему горячих желобов, систему выравнивания и т.п., обсужденные выше.

Фиг.22 показывает настоящее устройство 250 в открытом положении с формами, ни одна из которых не вошла в зацепление. Фиг.23 показывает устройство 250 в закрытом положении, когда оправки зацепились с соответствующими полостями. Также фиг.23 показывает вторую полость 258 формы в положении для приема потока расплава от второго устройства 254 инжектирования. Для перемещения из открытого положения в закрытое положение вторая полость 258 формы сначала перемещается в направлении поворотной площадки 260 и в зацепление с соответствующей оправкой 98. Установка поворотной площадки затем перемещается горизонтально по направляющим для зацепления первой полости 256 с соответствующей оправкой 98. Когда зацепление закончено, вторая полость 258 формы соединена со вторым источником 254 расплава.

Ниже описан способ формирования двухслойной дважды отформованной заготовки. Однако, как и ранее, конкретная оправка 98АА будет следовать через производственный цикл. Должно быть понятно, что другие оправки 98 BB-DD используются в других операциях цикла одновременно с ней. Фиг.24 включает в себя диаграмму, показывающую этапы, которые каждая станция и оправка будет завершать при формировании заготовки с использованием этого устройства, и показывающую относительные положения каждой станции в течение производственного цикла.

В начале цикла устройство находится в открытом положении, а оправка 98АА свободна от какой-либо заготовки. Она ориентирована так, что она выступает горизонтально и выровнена с первой полостью 256 формы. Одновременно с этим оправка 98DD, которая имеет заготовку с единственным слоем ПЭТ, уже расположенную на ней, ориентирована вертикально и выровнена со второй полостью 258 формы. Чтобы закрыть формы, вторая полость 258 формы сначала вводится в зацепление с оправкой 98DD, а установка поворотной площадки перемещается горизонтально по направляющим 266, так что оправка 98АА входит в зацепление с первой полостью 256 формы, а второй инжектор 254 вводится в связь со второй полостью 258 формы. Первый инжектор 252 затем инжектирует поток расплава ПЭТ в первую полость 256 формы, чтобы заполнить полое пространство между оправкой 98АА и первой полостью 256 формы. Одновременно с этим второй инжектор 254 инжектирует поток расплава барьерного материала в полое пространство между второй полостью 258 формы и слоем ПЭТ, нанесенным на оправку 98DD. После короткого периода охлаждения, в течение которого на только что инжектированной заготовке ПЭТ формируется оболочка, поворотная площадка 260 перемещается горизонтально по направляющим, чтобы вывести оправку 98АА из зацепления с первой полостью 256. Как и ранее, только что инжектированная заготовка остается на оправке 98АА. Вторая полость 258 формы затем освобождается от оправки 98DD, а поворотная площадка 260 поворачивается на 90°, чтобы оправка 98АА теперь была выровнена со второй полостью 258 формы, а оправка 98ВВ теперь была выровнена с первой полостью 256 формы. Форма закрывается, как и ранее, и слой барьерного материала инжектируется на заготовку ПЭТ на оправке 98АА, тогда как на оправке 98ВВ формируется заготовка ПЭТ. После короткого периода охлаждения форма снова открывается, как и ранее, а поворотная площадка 260 поворачивается на 90°. Оправка 98АА теперь свободна от каких-либо полостей формы, а только что отформованная заготовка, расположенная на оправке 98АА, охлаждается в течение этого времени. Одновременно с этим оправки 98ВВ и 98СС связаны и полостями формы. После того как инжектирование для оправок 98ВВ и 98СС закончено, поворотная площадка 260 снова поворачивается на 90°. Оправка 98АА снова остается в положении охлаждения вне выравнивания с какой-либо полостью. Одновременно с этим оправки 98СС и 98DD входят в зацепление с полостями формы, и на них появляются инжектированные слои. Только что охлажденная заготовка выталкивается с оправки 98АА на конвейер или в корзину под поворотной площадкой 260, и поворотная площадка 260 снова поворачивается на 90°. Оправка 98АА снова свободна, выровнена с первой полостью 258 формы и готова к началу нового производственного цикла.

Хотя описанное выше устройство 250 обсуждено в контексте формирования двухслойной заготовки, должно быть понятно, что раскрытые принципы конструкции и работы могут быть адаптированы для формования заготовок с несколькими слоями. Например, дополнительные станции могут быть расположены на поворотной площадке, а дополнительные устройства инжектирования и связанные с ними полости покрытия могут быть расположены на устройстве, чтобы обеспечить инжектирование дополнительных слоев.

4. Тонкослойное инжекционное формование

Барьерный слой или барьерная заготовка также могут быть произведены процессом, называемым тонкослойным инжекционным формованием (ТИФ). Сущность процесса ТИФ заключается в создании потока расплава, который состоит из множества тонких слоев. В этой заявке предпочтительно, чтобы поток расплава ТИФ содержал чередующиеся тонкие слои ПЭТ и барьерного материала. Процесс ТИФ может быть использован в сочетании с описанным выше предпочтительным устройством двойного формования для двойного формования покрытия из множества тонких слоев.

Один способ тонкослойного инжекционного формования проводится с использованием системы, сходной с раскрываемой в нескольких патентах, выданных на имя Schrenk - патентах США №5202074, 5540878, 5628950, описания которых полностью включены сюда посредством ссылки, хотя использование этого способа так же хорошо, как и других способов, получающих аналогичные тонкослойные потоки расплавов, рассматривается как часть настоящего изобретения. На фиг.25 схематически показана система 270 ТИФ. Система по фиг.25 показывает систему двух материалов, но следует понимать, что системы для трех или более материалов могут использоваться точно так же. Два материала, которые должны формировать слои, по меньшей мере один из которых является предпочтительно смолой барьера, помещены в отдельные бункеры 272 и 274, которые питают два отдельных цилиндра, 276 и 278 соответственно. Материалы совместно выдавливаются на скоростях, разработанных для обеспечения желательных относительных количеств каждого материала для формирования тонкослойного потока расплава от каждого цилиндра.

Выход тонкослойного потока расплава из объединенных цилиндров затем подается на систему 280 выработки слоев. В системе 280 выработки слоев поток расплава двух слоев размножается в многослойный поток расплава путем повторения последовательностей действий, очень похожих на действия по производству пирожных с несколькими слоями. Во-первых, часть потока расплава разделяется на две части перпендикулярно месту сопряжения двух слоев. Затем эти две части уплощаются так, что каждая из двух частей примерно так же длинна, как и первоначальная часть перед тем, как она была поделена пополам в первой операции, но имеет только половину той же толщины, что и первоначальная часть. Затем две части соединяются в одну, имеющую те же измерения, что и первоначальная часть, но с четырьмя слоями, сложенными в стопу один поверх другого, так что подслои двух материалов параллельны друг другу. Эти три операции разделения, уплощения и соединения потока расплава могут быть выполнены несколько раз для создания еще более тонких слоев. Поток расплава может быть размножен путем выполнения разделения, уплощения и соединения несколько раз для выработки единого потока расплава, состоящего из множества подслоев компонентных материалов. В этом выполнении с двумя материалами состав слоев будет чередоваться между двумя материалами. Выход из системы выработки слоев проходит выпуск 282 и инжектируется в форму для формирования заготовки или покрытия.

Система, такая как показано на фиг.25, для выработки тонкослойного потока расплава может быть использована вместо одного или более инжекторов в способе и устройстве двойного формования, описанных выше. Альтернативно, барьерная заготовка может формироваться с использованием единственной инжекции потока расплава ТИФ, если поток расплава содержит барьерный материал. Если заготовка сделана исключительно из потока расплава ТИФ или изготовлена с внутренним слоем, который сделан из потока расплава ТИФ, а емкость, сделанная из него, предназначена для контакта со съедобными продуктами, предпочтительно, чтобы все материалы в потоке расплава ТИФ имели санкцию FDA.

В одном предпочтительном выполнении заготовка типа, показанного на фиг.4, изготовлена с использованием процесса инжектирования после инжектирования, в котором поток расплава заготовки впрыскивается в полости барьерного покрытия. Такой процесс, в котором заготовка формуется сверху тонкослойным потоком расплава, можно назвать ТИФ после инжектирования. В процессе ТИФ после инжектирования для создания заготовки бутылка для напитка создается инжекционным формованием, первый или внутренний слой 72 предпочтительно являются чистым ПЭТ, а поток ТИФ расплава предпочтительно является барьерным материалом, таким как ПГАЭ, и переработанным ПЭТ. Переработанный ПЭТ используется только для внешнего слоя 74, поскольку он не будет находиться в контакте с пищевыми продуктами, и для изготовления основной массы емкости дешевле использовать его, а не чистый ПЭТ или большинство барьерных материалов.

Фиг.4А показывает увеличенный вид стеночной части 3 заготовки типа, показанного на фиг.4, изготовленной процессом ТИФ после инжектирования. Внутренний слой 72 является единственным материалом, но внешний слой 74 состоит из множества микрослоев, сформированных процессом ТИФ.

Примерный процесс изготовления заготовки выглядит следующим образом. Переработанный полиэтилен терефталат подается через подающий бункер 272 к первому цилиндру 276, в то время как одновременно барьерный материал подается через второй подающий бункер 274 ко второму цилиндру 278. Эти два материала совместно выдавливаются на таких скоростях, чтобы обеспечить двухслойный тонкослойный поток расплава, содержащий предпочтительно 60-95% по весу переработанного полиэтилен терефталата и предпочтительно 5-40% по весу барьерного материала. Тонкослойный поток расплава подается в систему 280 выработки слоя, в которой тонкослойный поток расплава, содержащий два материала, формируется путем разделения, уплощения и объединения потока расплава, предпочтительно по меньшей мере дважды. Этот тонкослойный поток расплава выходит в точке 282 и затем инжектируется в форму, как это показано на фиг.9. Предпочтительно тонкослойный поток расплава инжектируется в полости 120 покрытия заготовок устройства двойного формования, такого как на фиг.10 и 11, поверх заготовки, для формирования заготовки, покрытой с помощью ТИФ поверх инжектирования, содержащей барьерный слой, состоящий из чередующихся микрослоев барьерного материала и переработанного ПЭТ.

В другом примерном процессе чистый ПЭТ подается через подающий бункер 272 к первому цилиндру 276, в то время как одновременно В-010 подается через второй подающий бункер 274 ко второму цилиндру 278. Два полимера совместно выдавливаются на таких скоростях, чтобы обеспечить поток расплава, содержащего предпочтительно 60-95% по весу чистого полиэтилен терефталата и предпочтительно 5-40% по весу В-010. Двухслойный поток расплава подается в систему 280 выработки слоя, в которой тонкослойный поток расплава, содержащий два материала, формируется путем разделения, уплощения и объединения потока расплава, предпочтительно по меньшей мере дважды. Этот тонкослойный поток расплава выходит в точке 282 и затем инжектируется в полости 156, 256 формования заготовок любого из предпочтительных устройств 150, 250 двойного формования, описанных выше. Эта начальная заготовка ТИФ инжектируется сверху переработанным ПЭТ в полостях 158, 258 покрытия заготовок для выработки заготовки с внутренним слоем, состоящим из чередующихся микрослоев барьерного материала и чистого ПЭТ, и внешним слоем из переработанного ПЭТ. Такой процесс может называться инжектирование после ТИФ.

В многослойной заготовке выполнения инжектирования поверх ТИФ или ТИФ поверх инжектирования тонкослойная инжекционная система может быть использована для преимуществ обеспечения множества чередующихся или повторяющихся слоев, предпочтительно содержащих ПЭТ и барьерный материал. Множественные слои этих выполнении изобретения предлагают дальнейшую защиту от преждевременной диффузии газов через боковые стенки емкости для напитков или емкости для других пищевых продуктов.

Н. Улучшение характеристик формы

Как обсуждено выше, половины формы имеют обширную охлаждающую систему, содержащую охладитель, циркулирующий через форму, для отвода тепла и, таким образом, для улучшения свойств формы по поглощению тепла. На фиг.26, которая является поперечным сечением оправки 298 формы и полости 300, имеющих свойства в соответствии с настоящим изобретением, система охлаждения формы может быть оптимизирована для полостей формы путем расположения охлаждающих трубок 302 спиральным образом вокруг полости 300 и прямо под поверхностью 304. Быстрое охлаждение, гарантируемое такой охлаждающей системой, помогает избежать кристаллизации слоя ПЭТ во время охлаждения. Быстрое охлаждение также уменьшает время производственного цикла путем разрешения инжектированным заготовкам быстро удаляться из полостей формы, так что полость 300 формы может быть повторно использована должным образом.

Как обсуждено выше, область 306 клапана полости 300 формы имеет в особенности решающее значение для определения времени цикла. Полое пространство около клапана 308, который составляет базовый конец 314 отформованной заготовки, принимает последнюю часть потока расплава, подлежащего инжектированию к полость 300 формы. Таким образом, эта часть начинает охлаждаться последней. Если слой ПЭТ не был достаточно охлажден до того, как начинается процесс двойного формования, сила расплава барьерного материала, входящего в форму, вымывает часть ПЭТ около области 308 клапана. Для ускорения охлаждения в области клапан полости формы для уменьшения времени цикла, вставки 310 материала с особенно высокими теплообменными свойствами, такого как ampcoloy, могут быть помещены в форме в области 308 клапана. Эти вставки 310 из ampcoloy будут выводить тепло с особенно высокой скоростью. Для улучшения и защиты вставок 310 из ampcoloy на поверхность 312 ampcoloy может быть нанесен тонкий слой нитрида титана или твердого хрома для формирования твердой поверхности. Такая нанесенная поверхность будет предпочтительно всего 0,001-0,01 дюйма толщиной и будет наиболее предпочтительно 0,002 дюйма толщиной.

Как обсуждено выше, оправка 298 особенно важна в процессе охлаждения, поскольку она прямо охлаждает внутренний слой ПЭТ. Для улучшения охлаждающего воздействия оправки 298 на внутренний слой заготовки и особенно для улучшения охлаждающего воздействия оправки 298 на область клапана/базовый конец 314 заготовки оправка 298 предпочтительно является полой, имея относительно тонкую одинаковую стенку 320, как показано на фиг.26. Предпочтительно эта одинаковая толщина составляет от 0,1 до 0,3 дюйма и наиболее предпочтительно равна 0,2 дюйма. Особенно важно, что стенка 320 в базовом конце 322 оправки 298 не толще, чем оставшаяся часть стенки 314 оправки, поскольку тонкая стенка помогает быстро отводить тепло от расплавленной области 314 клапана инжектированной заготовки.

Для дальнейшего улучшения охлаждающей способности оправки в установку 330 барботирования может быть подана охлаждающая вода. Трубка 332 сердечника расположена по центру оправки 298 и доставляет охладитель С в ее базовый конец 322. Поскольку базовый конец 322 является первым местом оправки 298, контактирующим с этим охладителем С, в этом месте охладитель наиболее холодный и наиболее эффективный. Таким образом, область 314 клапана инжектированной заготовки охлаждается с большей скоростью, чем остальная часть заготовки. Охладитель, инжектированный в оправку в базовом конце 322, проходит по всей длине оправки 298 и выходит через выходной канал 334. Множество ребер 336 расположены спиральным образом вокруг сердечника 332 для направления охладителя С вдоль стенки оправки.

Другой способ улучшения охлаждения области клапана заготовки был обсужден выше и включает в себя формирование полости формы так, что внутренний слой ПЭТ тоньше в области клапана, чем в остальной части инжектированной заготовки, как показано на фиг.4. Тонкая область клапана таким образом быстро охлаждается до практически твердого состояния и может быть быстро удалена из первой полости формы, введена во вторую полость формы и получить слой барьерного материала, инжектированного на нее, без того, чтобы вызывать вымывание ПЭТ.

Для продолжения усилий по сокращению времени цикла инжектированные заготовки удаляются из полостей формы как можно быстрее. Однако должно быть понятно, что только что инжектированный материал не обязательно полностью затвердел, когда инжектированная заготовка удаляется из полости формы. Это выражается в возможных проблемах с удалением заготовки из полости 300. Трение или даже вакуум между горячим тягучим пластиком и поверхностью 304 полости формы может вызвать сопротивление, выражающееся в повреждении инжектированной заготовки, когда производится попытка удалить ее из полости 300 формы.

Обычно поверхности формы полированные и чрезвычайно гладкие, чтобы получить гладкую поверхность инжектированной части. Однако полированные поверхности имеют тенденцию к созданию поверхностного натяжения вдоль таких поверхностей. Это поверхностное натяжение может создать трение между формой и инжектированной заготовкой, что может выразиться в возможном повреждении инжектированной заготовки в процессе удаления из формы. Для уменьшения поверхностного натяжения поверхности формы предпочтительно обрабатываются устройством очень мелкой шлифовки для небольшого огрубления поверхности формы. Предпочтительно наждачная бумага имеет зернистость от 400 до 700. Наиболее предпочтительно использовать наждачную бумагу с зернистостью 600. Также форма предпочтительно шлифуется в продольном направлении, еще более способствуя удалению инжектированной заготовки из формы.

В процессе инжектирования воздух выталкивается из полости 300 формы инжектируемым потоком расплава. В результате между инжектированной заготовкой и стенкой 304 полости формы может создаться вакуум. Когда инжектированная заготовка удаляется из полости 300, вакуум может сопротивляться удалению, что выразится в повреждении не полностью затвердевшей заготовки. Для устранения вакуума может быть использована система 340 подачи воздуха. С дополнительными ссылками на фиг.27 и 28 предусмотрено выполнение системы 340 подачи воздуха. В точке 342 соединения отдельных элементов полости 300 по окружности предпочтительно формируется выемка 344, открывающаяся в полость 300 формы. Выемка 344 предпочтительно формируется ступенькой 346 глубиной от 0,002 до 0,005 дюйма и наиболее предпочтительно 0,003 дюйма. Из-за маленького размера выемка 344 не будет заполнена пластиком при инжектировании, но позволит воздуху А входить в полость 300 формы для устранения вакуума при удалении инжектированной заготовки из полости 300 формы. Воздуховод 350 соединяет выемку 344 с источником воздушного давления, а подачу воздуха в выемку 344 регулирует клапан (не показан). Во время инжектирования клапан закрыт, так что расплав заполняет полость 300 без сопротивления воздуха. Когда инжектирование завершено, клапан открывается и сжатый воздух А подается в выемку 344 под давлением между 75 и 150 фунт/дюйм² и наиболее предпочтительно около 100 фунт/дюйм². Подача воздуха устраняет любой вакуум, который может сформироваться между инжектированной заготовкой и полостью формы, помогая удалению заготовки. Хотя чертежи показывают только единственную выемку 344 для подачи воздуха в полости 300 формы, может быть предусмотрено любое количество таких выемок и во множестве форм в зависимости от размера и вида формы.

Хотя некоторые из описанных выше улучшений характеристик формы являются специфическими для способа и устройства, описанных здесь, специалисты должны оценить, что эти улучшения также могут быть применены во многих различных типах применений инжекционного формования пластика и связанных с ними устройств. Например, использование ampcoloy в форме может ускорить удаление тепла и значительно сократить время цикла для множества типов форм и расплавленных материалов. Также огрубление поверхностей формы и обеспечение системы подачи воздушного давления может облегчить частичное удаление множества типов формы и расплавленных материалов.

I. Формирование предпочтительных емкостей выдувным формованием

Емкости с барьерным покрытием по настоящему изобретению предпочтительно изготавливаются путем выдувного формования заготовок с барьерным покрытием, создание которых раскрыто выше. Заготовки с барьерным покрытием могут быть отформованы выдуванием с использованием методов и условий, которые очень сходны, если не идентичны, с теми, по которым из непокрытых заготовок из ПЭТ выдуваются емкости. Такие методы и условия для формования бутылок выдуванием из однослойных заготовок из ПЭТ хорошо известны специалистам и могут быть использованы или адаптированы по мере необходимости.

Обычно в таком процессе заготовка нагревается до температуры предпочтительно 80-120°С, более предпочтительно 100-105°С, и ей дается короткий период времени на уравновешивание. После уравновешивания она растягивается в длину примерно на длину конечной емкости. После растягивания внутрь заготовки поступает сжатый воздух, который расширяет стенки заготовки для заполнения формы, в которой она находится, тем самым создавая емкость.

J. Тестирование тонкослойных бутылок

В соответствии с процессами двойного формования по настоящему изобретению было изготовлено несколько бутылок с различными количествами ИФК в ПЭТ и с использованием ПГАЭ как барьерного материала. Также были изготовлены контрольные бутылки из ПЭТ без ИФК.

Тестовые бутылки были изготовлены из заготовок выдувного формования, изготовленных по процессу двойного формования, описанного выше. Для бутылок был проведен тест на удар, в котором боковая стенка (туловищная часть) каждой бутылки подвергалась ударяющему воздействию. Затем бутылки проверялись на признаки физического повреждения, самое важное на отслаивание тонкослойного материала в боковой стенке бутылки.

Было обнаружено, что бутылки с внутренними слоями из ПЭТ с большим содержанием ИФК испытывали меньшее отслаивание при подвергании тесту на удар, чем тонкослойные с меньшим содержанием ИФК, которые тем не менее реагировали лучше, чем бутылки, изготовленные из ПЭТ совсем без ИФК. Таким образом, это показывает, что более прочное сцепление между слоями в тонкослойном изделии достигается, когда при изготовлении тонкослойных изделий из феноксиматериалов используется ИФК-ПЭТ.

Хотя настоящее изобретение описано в терминах некоторых предпочтительных выполнений и некоторых примерных способов, следует понимать, что объем изобретения этим не ограничен. Напротив, заявитель считает, что объем изобретения ограничен только ссылкой на приложенную формулу изобретения и что изменения в способах и материалах, раскрытых здесь, которые очевидны для специалиста, попадают в объем изобретения заявителя.