[发明专利]热填充薄壁容器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及对带有薄壁的，尤其是由聚乙烯材料构成的容器，进行热填充的方法。

背景技术

已知常使用一聚合材料，聚对苯二甲酸乙二醇酯，PET，制造容纳液体的容器。该材料的主要优点是：透明、重量轻，制成满足产品或商业需要所要求的特殊轮廓的形状自由，这与金属容器相反，金属容器只有固定的形状和固定的尺寸。纸箱容器也同样有形状的限制。

PET材料不易破损，有便于保存的机械特性，不可渗透性，这就使它很有吸引力，也从很大程度上解释了其广泛应用的原因。

这些用PET材料制成的瓶子多用于无汽的液体，如油、矿泉水。在这种情况下，容器仅承受很小的机械应力。PET是完全适用的材料。实际上，这些液体是在低温并无压力的情况下填充的。

这些PET材料制成的瓶子同样被用于装碳酸饮料，碳酸饮料对于容器会产生一定的压力。

通过在瓶身的凹槽或被称为花瓣的底部的设计技巧可加强机械强度和/或抗压强度，不会以增加成本的方式增加容器的重量。

当工业上需要对一容器热填充时，就需要依赖不同的设计来实现，该容器需要更大的厚度，不同的尺寸，在容器的瓶体上设置板以构成梁。这些热填充的必要因素导致容器过重，消耗大量的材料，甚至对于同样的瓶子，用于热填充的容器的重量是用于冷填充容器重量的两倍。

事实上，温度上升时，PET的机械性能受到严重损坏。

现存在一种被称为“耐热”的方法，通常我们用字母HR表示，它能改善容器对所罐装的容纳品的热的耐受强度(Heat Resistant)。

第一种方法为单轮的，它能达到的填充温度为80/88℃。

第二种方法为双轮的，它能达到的温度为88/95℃。

一热填充的瓶子实际上在不同的阶段要承受很大的机械应力。

同样，在进行填充时底部要承受热液体的流体静力学压力。

为了保证液体灭菌的特性，容器必须承受当容器在热充填液体冷却产生收缩的空间时产生的压力。冷却产生了两种收缩，液体的收缩和瓶顶部空间空气的收缩。

出于这个原因，容器的轮廓非常复杂，瓶体上带有薄板和梁，在瓶身上设置有箍带，以及在瓶颈和瓶体之间的一瓶肩，其形状跟圆体类似。

带机械强度的所需厚度的优点是在高温下呈现出更强的惯性。

用PET材料制成的薄壁瓶的制造方法被称为挤出成型/吹制法。该方法包括通过挤出成型制成一预成型件，该预成型件有一管道的形状，一端按照瓶颈的最终尺寸和形状定型，另一端封闭。

对该预成型件加热后，尤其是经过红外辐射达到100/120℃后，未定型的材料变软并能在当其放入合适的模具后在内经受一吹制。模具的尺寸应考虑到材料冷却的收缩以使最后容器呈现出预定的尺寸。

当进行吹制时，在一拉伸杆的作用下会产生一纵向的拉伸，并因此产生压力下空气的膨胀。更确切的说，首先在低压下引入空气，以保证较大振幅材料的变形需要，然后加高压以保证在极小的振幅下对模具壁的贴合。

模具还用水冷却以消除由接触产生的热量，这也是为使瓶子凝固。

由此得到的瓶子被称为双向瓶，因为它们承受一个方向上的拉伸和全方向的一膨胀。

因而高分子链朝两个方向，导致在室温下良好的机械强度系数。

这种双向的缺点是部分可逆，因此温度上升时，材料重新获得一定的自由度。

事实上，材料会有回到其初始形状的趋势，这种情况下，其具有较小的应力。

这就是所谓形状记忆现象。

对用于热填充饮料的厚壁容器，我们同样用挤出成型和吹制的方法但要用更专业更复杂的参数。

事实上，预成型件被加热的温度要比带有薄壁的容器的情况下的温度高，接近结晶状态，以使PET材料的形状记忆最小化，并放松因吹制引起的应力。

在单轮生产的情况下，为增强其对温度的耐受性，在容器成型过程中和成型后，对该容器无定型的初始材料进行一高温处理。

当材料软化被拉伸后，产生一个可逆的结晶体，材料保持透明。增强其机械性能。

然后，如果在产生结晶体后保持加热，就会产生一种球粒状晶体，这对于双向的已经形成好的高分子链造成一定的结晶度。

与PET材料直接的球粒状结晶不同，这个双向的球粒状结晶很好地保持了材料的透明度。

在双轮生产的情况下，此方法可达到更高的性能但要实施一系列复杂的步骤。

事实上，在这种情况下，我们首先制造带一拉伸比例的比最终容器体积大很多，两至三倍的毛坯。