[发明专利]制作具有增强热稳定性的容器的脉冲吹制方法及装置

说明书

本发明涉及一种制作具有增强的热稳定性的容器、比如透明聚酯再充型或热充型饮料容器之类的方法，更具体地涉及这样一种方法，它包括一次或多次高应变速率的初步脉冲吹制膨胀，以在制成的容器的本体内提高结晶度。

有一类在吹塑容器领域内有用的“可结晶”聚合物，包括聚酯、比如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，以及酰胺、比如尼龙-6和尼龙-66。在非晶形状态下，比如从熔融物中骤冷来产生的那样，这些聚合物的机械性能较低。然而，在适当定向和结晶时，这些聚合物具有非常高的拉伸模量和冲击强度，可以在每个容器材料重量较小的条件下生产高强度的容器。

PET已用于碳酸饮料容器二十余年，最近已用于可再充的碳酸饮料容器和热充的容器，两者都需要高的热稳定性。热稳定性高的容器在使用期间温度提高时，可抵抗变形和收缩。一个可再充的容器在每次回收循环时必须承受为了清洁和消毒的热的碱洗。一个热充的容器必须承受消毒所需的高的产品充填温度，对于汁液和牛奶产品就通常是这样的。

一般而言，增加容器的百分比结晶度会提高对热变形和收缩的抵抗能力。然而，增加结晶度一般也会降低容器的透明度。在对容器透明度有严格要求的诸如碳酸饮料容器工业之类的邻域中，很难达到所需的结晶度而同时不会使容器不透明或模糊。

过去，提高PET容器结晶度的主要原理是热定形。热定形在容器膨胀后进行，膨胀的容器在较高温度和压力下保持几分钟，以增加结晶度和解除残余应力。然而，热定形过程大大增加了生产成本。

另一种提高抵抗由热充和/或强冲击产生的变形的能力的方法是提供一种侧壁，该侧壁具有真空板和肋以增强侧壁。这种容器在于1993年1月12日授予Krishnakumar等人的题为“用于可热充容器的板设计”的美国专利NO.5,178,289中得到描述。

又一种提高对热充而产生的变形的抵抗能力的方法是，在充填后立即将液氮加入容器，随后立即封闭容器，其中液氮变成氮气，并从内部对容器加压，而防止真空塌陷。这种容器揭示于1992年4月14日授予Krishnakumar等人的题为“热充的压力容器的塑坯”的美国专利NO.5,104,706中。

再一种提高容器热稳定性的方法是提供一多层结构，包括内外PET层和一具有高玻璃化温度(Tg)的中心塑料层。这种容器揭示于1991年9月17日授予Collette等人的题为“制作多层塑坯的方法”的美国专利NO.5,049,345中。高Tg的聚合物可以是一种共聚多酯，它因其熔体溶解性及因此而产生的对PET的粘附力而更受喜欢。也可采用非聚酯，比如丙烯腈苯乙烯、丙烯腈苯乙烯共聚物、聚碳酸酯等。较高Tg的材料可以形成三层侧壁结构的中间心层，或在五层结构中的内层、心层和外层之间的内、外中间层。

本发明的目的是提供一种将一塑坯吹塑成一容器的方法和装置，它使容器本体内的结晶度提高，以提供增强的热稳定性。这种方法可以单独使用，也可与已有技术中用于增强热稳定性的方法、比如热定形、多层结构、真空板设计等结合使用。

本发明提供了一种用于提高吹塑容器的结晶度的方法和装置。根据此方法，提供了一种由在聚合物定向温度范围内在一温度下可定向并可结晶的聚合物制成的加热的塑坯。塑坯基本上是透明的和非晶形的。塑坯包括一细长的体形成部和一底形成部。

根据此方法，塑坯在吹模型腔内至少受到一次脉冲吹制步聚，以成形一基本透明的且至少部分地结晶的中间制品。脉冲吹制步骤包括在第一高膨胀应变速率下沿轴向和径向使至少一部分体形成部膨胀，以尽量增大在膨胀的体形成部内的晶核形成部位。膨胀的体形成部然后保持在低压下以使结晶体增长以及使非晶形定向松驰，而膨胀部小于最终容器尺寸，不会与模腔内壁接触。然后压力释放，部分膨胀的制品至少部分地排气以进一步松驰非晶形定向。此脉冲吹制步骤进行一次或多次。

在最终的膨胀步骤，中间制品被完全吹制，以形成一具有热稳定性增强的基本透明且部分结晶的本体的最终容器。在最终膨胀步骤期间，在一第二低应变充气速率充气(低于第一高应变速率)下使体形成部充填吹模型腔，以尽量减小最终容器内的非晶形定向。

容器本体内提高的结晶度提高了容器的热变形温度，因此增加了容器的可用温度范围。容器内非晶形定向区域的尽量减小，减少了热收缩，并进而提高了容器的热稳定性。