熱塑性片材的成型方法
2023-05-30 21:42:06 1
專利名稱：熱塑性片材的成型方法
技術領域：
本發明涉及這樣一種通用技術，即將熱塑性塑料擠塑成片材，然後將該熱的塑料片材直接送往成型，做成象食品容器之類的空心物體。
這種工藝一般需要有一種將熱塑性塑料擠塑成片材的設備、一組溫度得到控制的混合輥以控制擠塑料片的厚度和將其總的溫度降低到所要求的成型溫度、一種將熔融的而且往往是下垂的料片送入成型機的裝置和一種在成品成型和穩定後從料片上修整出成品的裝置。
可以擠塑成片材並可用於本發明的方法的材料一般包括幾乎所有已知的熱塑性塑料和它們的各種組合，這種組合可以是共混或用多臺擠塑機同時擠塑並送入單一的模頭中而形成一些離散層。
在本發明的應用中，我們尤其感興趣的(但不是唯一感興趣的)是那些熔融後象粘流體而不象橡膠狀膜片的材料。一般，結晶聚烯烴如高密度聚乙烯和聚丙烯都具有明確的熔點且其熔體流變情況與高粘流體相似。這類材料主要靠粘性阻力承受壓力，因此當片材沒有得到完全支承而懸掛時便會下垂和蠕變。象聚氯乙烯和聚苯乙烯之類的材料當其處於熔融態時具有內聚彈性，這使它們能比較容易地被送入熱成型設備，因此它們已成為傳統的優先選用於熱成型的材料。
但是近來不透氧度高的聚合物如乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)和聚偏二氯乙烯(PVDC)等的出現導致一種新的食品包裝方法，該方法與包裝金屬罐頭食品相似，將食品包裝和密封在一塑料包裝袋中並在溫度高達140℃的蒸汽罐中消毒。聚丙烯是少數幾種易於獲得的、具有足以經受蒸汽消毒的較高耐溫性的樹脂之一。它經常通過共擠塑的方法與一層上述不透氧度高的塑料結合以製造用於非滲透性好的塑料包裝的基材。
其它製造方法，如注塑，不適合於多層空心容器的經濟生產，因此較為成熟的熱成型技術目前正經受著發展變化，旨在獲得可以進行蒸汽消毒的、以聚丙烯為基礎的、非滲透性好的容器的經濟的熱成型方法。
我們發現，要重新加熱預擠塑聚丙烯片材並然後加以熱成型是困難的。該材料的溫度達到其結晶熔點以後其熔體立即下垂，這樣就非常難於用已知的方法(如紅外輻射)加熱面積大小適當的懸掛片材和將這種下垂的熔融材料片材送入具有通常工業用尺寸和產量的熱成型機。目前熱成型工序的很多操作人員發現，在剛剛低於聚丙烯的結晶熔點的溫度下使聚丙烯成型往往能獲得比較好的結果。這種所謂固相成型通常會在製成的容器的壁內產生殘餘應力，當這種應力在消毒過程中消除時會造成難看的變形。固相成型的還有一個問題是常用的EVOH和PVDC樹脂的熔點比聚丙烯的高，這種材料的薄不滲透層在聚丙烯固相成型溫度下成型時較易於受到破壞。
因此，我們已發展了一種工藝和方法，利用該工藝和方法可將處於所謂熔融相的聚丙烯傳送和成型。將熔融物直接擠塑進入成型工序，這就克服了將預先製成的聚丙烯片材重新加熱的許多困難，而且還帶來更多的經濟性，如節省重新加熱預先製成的片材料所需的能耗。
有兩種成型機或熱成型機可用於這種擠塑進料工藝連續式和間歇式熱成型機。典型的連續式熱成型機如Kurz在美國專利第4，235，579號中所描述，是利用與連續送入的熔融片材差不多是同步運動的成型工具工作的。在這種成型機中，解決熔融料片的傳送問題的方法往往是使運動著的成型工具的運動速度大於熔融料片離開回火輥的速度從而在料片中產生較為恆定的張力。這種方法在Fleckonoe-Beown的美國專利申請第762，069中有所描述，在這裡作為參考併入本發明。
間歇式成型機要求一段一段地供入料片。用直接擠塑進料法為這種成型機供料時，由於料片是連續擠塑的，而間歇地供入成型機的卻是這種連續產生一段一段的料片，這就在二者之間造成滯後現象，因此必須提供補償這種滯後的裝置。
Thiel在美國專利第4，105，386號中介紹用回火輥在擠塑料片上形成冷卻的支承層，並用一可移動的補償或「浮動」輥，通過其移動來儲存間歇進料之間料片的多餘長度。
還有許多其它熱塑性塑料也象聚烯烴那樣具有流體熔融物，如聚對苯二甲酸亞烷酯、聚碳酸酯和聚醯胺。這些材料都具有成型零件所需要的性能，但大家都知道，如果沒有某種支承其柔軟、下垂的熔融片材的裝置，要將其送入熱成型機即使不是不可能也是很困難的。過去人們曾嘗試用從動傳送帶來支承並傳送這些材料以將其加入熱成型機，但失敗了，因為這些材料的流體熔融物會自然而然地使傳送帶材料溼潤並粘附在其上。
用傳送帶支承熔融塑料擠出物的原理並不是新的，這在Loosen的歐洲專利申請第0，226，748號和Asano的美國專利第4，459，093號中均有描述，在這裡作為參考併入本發明。該先有技術並未論述如何解決流體熔融材料對傳送帶的粘結問題。
但先有技術中還公開了其它方法，包括使整個擠塑機朝著成型位置移動和離開成型位置移動(Asano的美國專利第4，150，930號)，同時採用一同步的延伸託架，該託架的兩側有鏈條和夾具，夾住並支承熔融的片材的兩邊並將其送入成型位置。但是要使比較大而重的擠塑機很快地移動，以跟上每分鐘一般能工作10-20個衝程的熱成型機，在機械方面顯然是很困難的。另一個明顯的缺點是，當流體熔融物片材懸掛在縱向邊緣的支承夾具之間時其橫向的支承不足。
最後，在Keifer的聯邦德國專利第2，634，976號中描述了另一種方法，該方法是將熔融料片的懸鏈線支承在兩個從動輥之間，該兩從動輥開始時相隔一定的距離，然後使其靠近以在兩個輥之間形成受熱下垂片材。這樣就可消除兩次進料之間材料的過長，同時也保證不會由於在兩次進料之間保持不動的熔融片材與下遊的輥的經常接觸而出現冷卻材料區。但這種方法還是不能為柔軟的流體熔融材料片料(如熔融的聚烯烴)提供足夠的支承。
本發明的一個目的是提供一種可以支承和輸送熔融片材形式的流體熔融材料的裝置，利用這種裝可將這種材料直接由擠塑機送入連續工作或間歇工作的成型機。
本發明的另一個目的的是提供一種能使上述流體熔融材料片材在送入成型部位之前達到最佳成型溫度狀態的裝置。
本發明的再一個目的是實現流體熔融片材的這種溫度調節、支承和傳送，以使作用在該流體熔融物內的任何張力或應力降低到最低程度或進行控制，從而使由該熔融物成型而得的零件(不管每一零件在成型時所供入的任何特別的單段片材上所佔的位置如何)都具有基本上是均勻的厚度和一致的性能。
本發明的再另一個目的是提供一種能使狀態調節裝置和傳送裝置適用於使不同種類的熔融材料片材和不同厚度的片材回火和進料並將經過回火的熔融片材送入連續式或間歇式成型機的方法。
因此，本發明的一個方面是提供一種熱成型空心物體的方法，包括將一種熱塑性塑料料片直接擠塑到一組溫度得到控制的回火輥中;使料片通過所述的回火輥以使料片的上、下表面層得到冷卻而在料片的上、下表面層之間的內部則仍保持熔融狀態;將部分冷卻的料片供給到一傳送裝置上並將該料片傳送到熱成型機的入口處。該方法的特點在於可使料片在其與傳送裝置接觸的表面層被料片熔融的內部重新加熱到可以進行熱成型的溫度(但低於會使料片粘附在傳送裝置上的溫度)之前一直留在傳送裝置上。
本發明的另一方面是提供用於將熱塑性塑料片材由擠塑機供給熱成型機的設備，該設備包括一組溫度得到控制的回火輥，用以接受來自擠塑機的熔融熱塑性塑料料片;用以接受來自回火輥的已經過回火的料片並將該料片傳送到熱成型機入口的裝置。該設備的特點在於回火輥與傳送裝置的相對位置以及料片所接觸的傳送裝置的長度是可以調節的，從而可以控制與傳送裝置接觸的料片表面的溫度，使料片進入熱成型機時其溫度已達到可以進行熱成型的溫度，但低於會使料片粘附在傳送裝置上的溫度。
下面結合附圖對本發明作簡要的描述。
圖1所示為本發明應用於連續式熱成型機的一個實施方案，其中流體熔融片材1由一擠塑模頭擠出後在回火輥2與3之間通過，該兩個回火輥在4的位置壓軋片材，控制其厚度。然後靠一可調節的回火輥6使該材料保持與回火輥3接觸，回火輥6可根據所加工的材料的種類和厚度以及所採用的加工條件而移動到很多位置上，如移動到6′處。
通過一個可變導向輥8(圖上也示出了其另一位置8′)將此時下表面已凝結成固態的片材7引導到移動著的傳送帶10上。傳送帶10個由一溫度受控制的輥9傳動的，輥9起到控制傳送帶10的溫度的作用。
然後在來自片材內部的殘留熱的流動使片材的下表面再熔化之前使基本上是流體熔融物的片材在位置11處脫離傳送帶，這樣可避免其粘附在傳送帶10上。
接著，該材料進入一連續式成型機，圖中的成型機15是該類成型機的一種具體體現，它包含許多相對的成對的移動著的陽模13與陰模12，將熔融片材成型做成製品14。
圖2所示為本發明的另一具體體現，圖中支承料片的傳送裝置能圍繞處於料片片材平面內的一個可動的支點而轉動。
圖3所示為圖1所示的輥的另一種配置情況。
圖4所示為本發明的更為詳細的情況，圖中的一擠塑機連續地擠出的流體熔融片材在受到溫度調節和支承的情況下傳送入一間歇地工作的成型機。
圖5所示為熔融片材在通過本發明的狀態調節和進料過程中各階段時典型的內部溫度分布情況。
圖6所示為本發明的另一具體體現，其傳送裝置適合於為具有水平方向移動的成型工具的成型機送料。
圖7所示為本發明的另一具體體現，其傳送裝置適用於將材料留在傳送帶上，直至成型工具打開並能接受進料時為止。
圖8所示為本發明的又一種具體體現，能將材料儲存在傳送帶內通過使拖出輥(pull-offroll)27停止轉動而形成的一掛環中，並能使浮動儲料輥25通過從動輥9將多餘的傳送帶長度供給傳送裝置的頂部。
下面參照附圖對本發明作更詳細的描述。
在圖1中，流體熔融物片材或料片1由模頭連續直接地擠入不斷地轉動著的輥2和輥3之間的輥隙4中。流體熔融物的厚度雖然主要取決於擠塑模頭的模唇之間的已調好的模口間隙，但也取決於輥2和輥3的旋轉表面速度與熔融物擠出時的線速度的相對關係和輥2與輥3之間的輥隙4。一般宜將輥的速度調到使輥隙4有熔融物滿出的程度。這樣即使當擠塑機擠出材料的速率有少許波動時也能保證從輥隙4出來的料片具有恆定的厚度。
因此對一定的片材厚度和擠出速率來說，一般有一最佳的輥運轉速度。要想控制料片的溫度就必須變換輥的溫度或改變料片與輥接觸的長度。業已發現，單單通過改變輥的溫度不足以控制料片的溫度，特別是對較厚的料片來說更是這樣。對於要在一定的溫度下送往下面的成型工序的料片來說，其控制要求比一般將熔融物擠入一個輥組以製造片材時的要求高得多。因此，我們增加了一個可調節輥6，它可提升或圍繞輥3而旋轉，從而控制圍繞輥3和輥6的包角。
輥3的主要目的是幫助將片材的平均溫度降低到其最佳成型溫度。料片與輥3的接觸要首先保證有足夠的時間使料片內的殘留熱量能將料片的上表面重新加熱並使上表面的任何可能已凝結的材料軟化。
象聚丙烯一類的結晶聚合物受到冷卻時並不會立即形成結晶固體，受熱超過其結晶熔點時也不會立即喪失其全部結晶度，指出這一點是很重要的。因此，凝結成固體和重新熔融成液體的說法是不夠準確的，而應理解本發明的工藝是使料片的下表面冷卻到這樣的溫度，在該溫度下料片的下表面變得很硬或很粘稠，以致不能潤溼傳送帶材料並粘附在其上。
控制包角和控制輥3和輥6的溫度還帶來另一個意想不到的好處，那就是能控制塑料料片厚度方向的溫度分布。塑料的熱導率一般約為金屬的八百分之一。因此，與輥接觸的塑料片材的芯部溫度大大高於表面溫度，我們發現，對於厚度超過3mm的片材來說，當其與輥停止接觸後還需要有幾秒鐘的時間才能使熱從中心流向片材外面以消除該溫度差。
輥6就是這樣以顯著地降低料片的表面溫度，使料片的下表面激冷並凝結，但降低料片內的平均溫度的效果則較差。因此，就整個料片來說，它還是處於可成型的狀態。
然後使料片從輥6經過一可變從動導向輥8到從動傳送帶10上。輥8的表面速度一般與輥6同步，傳送帶的速度亦然。通過使輥6和輥8逐漸比輥3轉得快一些的方法能使料片受到一定程度的拉伸。
我們發現，如果使片材與傳送帶接觸的時間少於料片內部熔融物的熱量從內部流到料片的較冷、較硬的下表面並重新加熱該下表面使其足以流動並潤溼和粘附在傳送帶材料上所需的時間，便能防止熱的料片粘附在傳送帶上。傳送帶材料10的平均溫度可通過溫度受控制的輥9來調節，以進一步放慢或加快下表面的重新加熱速度。
我們還發現，較冷的下表面的重新加熱宜在材料進入成型部位之前便基本完成，以獲得均勻的、沒有應力的成型件。
對製造傳送帶的材料的要求並不十分嚴格、聚四氟乙烯塗覆的玻璃纖維織物和聚氨酯彈性體塗覆的布都已成功地用作傳送帶材料。
最好用較薄的材料(厚度最好小於0.5mm)製作軟傳送帶，以使傳送帶的儲熱量不大。
傳送帶材料可採取連續的片材、一組帶材、稀織片材或打孔的片材。但最好使傳送帶與熱的料片均勻接觸以使料片內的溫度保持均勻。
在本具體方案中，連續式熱成型機15具有多組相對的、移動的陰模12和陽模13，它們在料片脫離傳送帶裝置在輥16處的出口端後的一定距離處一起夾在熱的料片上。
陰模12宜配置在成型機15的上環路，以使片材從其與傳送帶接觸而可能帶來的任何痕跡(這種痕跡會在整個成型工序中繼續存在)朝著容器的內部，這樣痕跡一般可被容器內所盛裝的東西遮掩。
調節相對的多組陰陽模的線速度使其與傳送帶的速度成同步關係，一般略大於傳送帶速度。
成型機中製得的最終零件14的重量可通過少許調節成型機速度與整個流程的其餘部分的相對關係而進行微調。
為了更好地說明本發明的方法是如何用於各種不同類型和厚度的材料的，請參照圖5，該圖大約地表示了5mm厚的聚丙烯料片在其從模頭到成型機的加工過程中其內部溫度分布的情況。
圖5A表示料片剛從擠塑模頭出來時沿其上表面到下表面的厚度方向的溫度分布情況。在圖1中這是用1標記的位置。從圖5A可看出，在擠塑溫度230℃下，所示的沿料片厚度方向的溫度是均勻的。
圖5B所示的料片狀況代表圖1中的點5。這裡我們可以看到，料片的上表面已冷卻到輥3的表面溫度90℃，而下表面則已冷卻到220℃。
圖5C表示在圖1的7的位置上的料片的狀況。這裡料片的上表面已被來自料片的中心部分(這時該中心部分的溫度為200℃，低於230℃的擠塑溫度)的熱流重新加熱。在該例中這時片材的下表面的溫度為輥6的表面溫度90℃。
圖5D表示在圖1的點10的位置上的料片的大致情況。這裡，由於輥8的冷卻效應，上表面溫度已控制到結晶熔點(155℃左右)以下。下表面的溫度由於來自料片中心部分的熱流的作用也已上升至140℃左右。
使料片支承在傳送帶上時將其表面重新加熱，這就使料片回到正確的平均成型溫度但料片成型時的溫度分布仍與圖5E相似。在接近這些表面溫度的情況下，材料的流動程度又大到足以潤溼傳送帶並粘附在其上的程度，因此很重要的一點是要調節傳送帶與料片接觸的長度(在傳送帶速度恆定的情況下也就是調節了時間)。圖1通過虛線輪廓線表示的可變導輥8′的第二種位置表示這種調節情況。如果不用導輥，只要調節輥6′與傳送輥9的相對位置就夠了，使料片從輥6′掛下並與傳送帶接觸，接觸處與傳送裝置出口端處的輥16之間的距離與使用導輥時相同。
一般，採用的輥徑可有很大的變化，但取決於要加工的料片的線速度。同樣也取決於要加工的料片寬度和厚度，以及擠塑產量、成型機的大小和冷卻能力。
本發明的方法的還有一個重要的特點是便於調節該工藝過程，使其在一定的加工速率下能加工很大厚度範圍的料片，一般厚度為1～8毫米。
再參照圖1，圖中所示的輥6的位置適合於加工5mm厚的料片，輥6移到6′的位置便可加工2.5mm厚的片材。這時料片與輥3和輥6′接觸的長度不到原來的二分之一。而且，當擠塑工序按接近恆定的質量流速擠出材料時，2.5mm厚片材的擠出線速度一般為5mm片材的兩倍。因此，熔融物由模頭擠出的速度的加快和接觸長度的減少，使2.5mm片材與輥的接觸時間約為5mm片材與輥的接觸時間的四分之一。這種與輥接觸時間的減少又會導致片材內的溫度分布與圖5B所示的在圖1的5′位置處的圖5C所示的在圖1的7′位置處的溫度分布相似。
然後減少2.5mm厚料片與傳送裝置的接觸長度，這也是重要的，為的是使料片與傳送帶的接觸時間按縮短與輥接觸時間的同樣比例縮短。因此將輥8移到8′的新位置。對厚度小於2.5mm的材料來說，調節輥6′還要進一步向下圍繞輥5朝著輥2移動。在這種情況下，傳送輥9也必須降低以適用輥6位置的降低。通過這樣的調整就能任意對很多不同類型和厚度的材料進行回火輥處理和輸送。
J.Polman在「熱傳導」(第6版McGraw-HillBookCompany)一書的第4.3節中導出了適用於半無限固體的非穩定態熱傳導公式(即忽略在大氣中的熱損失)，即T ( t ) = ( TE- TR) e r f ［ST4α t］ + TR]]>式中T(t)＝片材中點處在t時間的溫度(℃)TE＝擠塑片材的溫度(℃)TR＝輥組的溫度ST＝料片厚度(m)x＝K/ρC其中K＝熱導率(w/M.℃)ρ＝密度(kg/m)C＝比熱(kJ/kg.℃)對於聚丙烯來說x＝1×10-7msec，但取決於溫度erf＝高斯誤差函數根據該分式能確定各種原材料所需要的與輥接觸停留時間和傳送裝置長度的近似值。對大多數塑料來說，其密度，熱導率和比熱等性能一般均隨溫度而變化。
為了進一步說明以上圖1的兩種情況，下面兩個實例分別評定了5mm厚和2.5mm厚的聚丙烯料片需要在輥3上停留的相對輥接觸時間。
實例15毫米料片，直徑為500的輥，圍繞輥的色角為180℃，料片速度為5m/min。
T(t)＝擠塑片材的中點的溫度(預期與輥3接觸後為200℃左右)T(E)＝擠塑片材的溫度＝230℃T(R)＝輥的表面溫度＝90℃＝與該輥接觸的料片材料表面溫度ST＝料片厚度＝5mm＝0.005mx＝1×10-7t＝輥接觸時間＝9.5sec(輥的直徑為500mm，料片移動速度為5m/min，包角為180°)S T4α t=0.00549.5×10-7= 1.28]]>e r f ［ST4α t］ = 0.93]]>T(t)＝(230-90)×0.93+90＝220.2℃實例22.5mm料片，一直徑為500mm的輥，圍繞輥的包角為100°，料片速度為10m/min。
T(t)＝擠塑片材的中點的溫度
(預期與輥3接觸後為220℃左右)T＝擠塑片材的溫度＝230℃T＝輥的表面溫度＝90℃S＝料片厚度＝2.5mm＝0.005mx＝1×10-7t＝輥接觸時間(sec)＝ (0.5×π×60)/(10×3.6) ＝2.62secST4α t=0.002542.6×10-7= 1.22]]>e r f ［ST4α t］ = 0.916]]>T(t)＝(230-90)x0.916+90＝218.2℃這進一步證明了圖1中所用的例子，即當片材的厚度減少一半時，為了獲得接近圖5B所示的料片內部溫度分布情況，在輥上停留的時間要減少到1/3-1/4。
本發明的第二種具體方案如圖2所示。在該具體方案中，料片11連續地脫離傳送裝置並垂直地進入一組固定的相對的模具17和18之間。該組模具並不在料片進料的方向移動。圖中所示模具17是其打開時的情況，模中有一成型製品19，處於部分地拔出的位置。片材21的畫有陰影線的部分表示通過其前面與模具的接觸已凝結的片料。
過了短時間後，模具移動到其完全打開位置17′，傳送裝置末端16下降到16′的位置。此時片材上的點11處於11′的位置，模具17開始其閉合和夾緊的動作以將熔融的料片夾住並成型下一個零件。
輥的可調節的回火作用和傳送帶的支承作用與圖1相同，但傳送帶圍繞支點20轉動，支點20約位於片材平面內片材脫離導輥8後第一次接觸傳送帶的表面的位置。這樣，傳送裝置的轉動作用除了使料片彎曲與傳送裝置轉動相同的角度外，並不會對料片產生大的幹擾。
當傳送帶與其所支承的料片一起連續移動時，這種彎曲作用並不會簡單地發生料片的局部彎曲，並不會顯著地改變料片的移動長度或以任何方式使料片變形而影響料片的厚度、溫度分布、傳送速率或可成型性。
移動的傳送裝置能按照確定的時間將新的材料送到間歇操作的熱成型模具17和18之間，在本具體方案中該模具並不在料片移動的方向移動。
因此，可通過以與料片被傳送到傳送帶上的相同速率將傳送裝置16′的末端提到16的位置，以在成型操作周期之間積累連續進料的料片。
圖3與圖2相似，但輥6′和8′的位置有變化，輥6′和8′的配置應使熱的料片與輥的接觸時間減少從而使冷卻時間減少。支點20雖然仍留在片材的平面內，但已沿傳送裝置移到點20′。因此，熔融片材在移動的傳送裝置上的支承長度減少了，但仍保持傳送裝置在樞軸上轉動的作用以便在11的位置上將片材送到11′中。
為了更好地了解本發明的方法是如何適應間隙式熱成型工藝的，讓我們現在參照圖4。
在圖4A中，陰模17處於完全縮回的位置，頂杆12在陰模的敞口處處於其伸展的位置，以保證將已成型的容器14完全推出模具開口。擠塑到模具17的上部的片材也處於固體狀態。由前一個成型周期加進來的冷片材推出到模具17的底部的下面，通過兩組相對的多對從動夾輥26或其它牽引裝置，這些裝置的配置要能夾住片材的外邊但仍不阻礙成型製品14以後移動的通道。
在圖4A所示的周期中此時輥26保持不動，它們從模具17的下面支承擠塑到模具17上部的凝結的片材的全部重量。與此同時，傳送裝置正圍繞支點20轉動，以使傳送輥16按與料片11從傳送裝置末端卸下的速率相同的速度向上移動。因此，垂直地懸掛在片材的凝結部分與傳送輥16之間那部分熱的可成型的片材既沒有受到很大的拉伸也沒有受到壓縮。
此外，要注意，即冷卻輥與傳送裝置的配置排列應使片材離開傳送裝置時的狀態是其在傳送裝置上的較冷、較硬的下表面層沒有重新加熱到圖1和有關的描述中所說明的程度，以使這較硬的表面層還會在位於輥16和固體片材(在與模具17上部水平對準點處開始)的熱的片材的垂直懸掛部分內重新加熱。
事實上，這種較硬的表面層在其離開傳送裝置在輥16處的出口點之後還會成比例地重新加熱，直至其到達與冷片材接合處時為止。我們發現了一個意想不到的好處，即上述較硬表面層的硬度的漸進性能較大程度地減少在最靠近傳送輥的出口點的料片區的料片垂直下垂的自然傾向。由於掛在該區域下面的料片的重量而造成的這種傾向基本上被表面層厚度的逐漸減小所平衡，使懸掛的料片仍具有較均勻的厚度。然後可通過稍微增加輥16提升的垂直速度，使其超過料片離開傳送裝置末端時的速度，而調節任何累積的總下垂度。
在圖4B中，傳送裝置圍繞支點20以快於料片傳送的速度向下轉動。此時旋轉著的夾輥26的表面速度與傳動輥16被傳送裝置的轉動作用下降的速度相適應，致使下降到模具17和18之間的那部分料片既沒有受到大大拉伸也沒有受到壓縮。該對夾輥16也可如圖所示作側向移動，以與傳送置在樞軸上轉動時傳送輥16的運動所產生的任何側向分力相當。
這樣製成品14也已移到下面，在制品周圍但不一定附著製品上的料片的固體部分也是這樣。
還要指出，在該工序和以後的工序中，輥16的旋轉速度均保持恆定。
在圖4C中，傳送裝置又以樞為中心而向上旋轉，其速度與料片離開傳送輥16的速度相同。模具處於閉合和夾緊的狀態，陽模拉坯工具23已插入熱的料片中以幫助成型新的製品。
在典型的熱成熱型過程中，在總周期的大部分時間中，一般佔70%以上的周期時間，都處於這種夾緊的狀態。
在圖4D中，所示的傳送裝置仍在以樞為中心而向上旋轉到其最高的位置，模具將要打開。打開模具後該周期便告完成，然後如圖4A所示再開始另一周期。
為了進一步了解本發明的方法如何能通過簡單的調節以適應不同溫度、材料、厚度和移動速度以將料片供入間歇式熱成型機，圖3示出可調輥6在新的6′位置，導輥8在新的8′位置。支點20也已移到新的20′位置，並仍處於片材的平面內，片材離開導輥8′後，首先接觸傳送帶10。
這種構形一般用於加工厚度為2-3mm的聚丙烯料片，而圖2中輥6的位置一般是用於加工厚度為4-5mm的聚丙烯料片。
最好輥6的角位置可調至任何位置，即從與輥3垂直的位置、其最高位置、經過約135°下來到輥6的表面接近於接觸輥2的表面處。
同樣，片材離開輥6並送到傳送帶上的那個點，也是確定支點20的位置的點，最好在傳送裝置的長度的2/3左右這樣的距離範圍(用傳送輥9與傳送輥16的中心距離表示)內是可調的。此外，最好(但不是必需的)輥6和8以及傳送裝置支點20所有這些可調的位置都可用一種能保持它們之間事先要求的幾何關係的機構連結起來。能達到這一目的的許多適合的機構和裝置對於熟悉本技術的專業人員來說是是顯而易見的，我們不想通過限定任一種形式的這類機構而使本發明受限制。
從圖3可以清楚地看到，有可能調節支點20的位置而不必將傳送裝置的旋轉度限制在使傳送輥16出口端移動的垂直距離相反地減少的範圍內。
本發明的範圍並不限於圖2和3中所描述的將支點20改變到20′的位置以適應較薄的料片的方法。例如，要得到同樣的結果，也可將傳送輥9與導輥8′放在一起，但把傳送輥16移到更靠近傳送輥9的位置以縮短料片在傳送裝置上的接觸距離。
本發明的方法的另一種變化如圖6所示，在該變化中傳送裝置的長度是可延長的，以支承料片，使其進入兩對可移動的相對的模具17和18之間的間隙。圖6中料片用與上述圖1-4所述的相同方法通過可調輥(未畫出對料片進行回火，並通過一可變導輥8將料片送上移動著的傳送帶10。在該例中，表示厚度為1.5mm的料片以6m/min的恆速被送到傳送裝置上。傳送帶具有一溫度受控制的、恆定速度的傳動輥9，可在水平方向移動的輥16和可在垂直方向移動的引出輥25。圖6A示出下模28處於完全打開的最低位置，而上模27已下降到熱的料片上以與其嚙合。接著要通過抽真空使料片粘著在上模27的表面上。在將上模下降到料片上和抽真空時，上模和傳送模16都要在材料的流動方向以6m/min的速度移動，並要互相對準。
在圖6B中，所示的上模和下模已夾在一起，且互相對準地以6米/分的速度在材料流動的方向移動。在模具閉合前將傳送輥16從模具之間抽出，將抽真空後已夾緊部分的料片留在模具中，粘著在上模上。為了抽出傳送帶而又不損壞料片，很重要的一點是要利用本發明的料片狀態調節方法避免料片粘附在傳送帶上。
為了適應輥9和16之間的距離已縮短的情況並保持傳送帶10中張力，使可移動的輥25在輥16向後運動的同時下降。輥16在完成其較為迅速的向後運動後，立即以6m/min的速度開始其向前運動，以保持直接在其上方的傳送帶的相對速度為零。然後輥16向前運動到夾緊的模具的後面，在產品進行成型和冷卻時支承基本上所有熱的料片，僅已在模具之間夾緊的熱料片除外。
在圖6C中可看到一種使模具分離和使成型好的零件頂出的裝置。下模28從其夾緊的位置下降並轉換位置或向後運動到其在圖6A中所佔的起始位置後面的位置。然後在上模回到其圖6A所示的起始位置之前用頂杆將製成零件從上模中推出。
本發明方法的另一種變化如圖7所示，其中料片又是按照前面所述方法先在一組可調回火輥的周圍進行狀態調節並以恆定的速率通過導輥8被送到移動著的傳送帶上。溫度受控制的從動輥9的旋轉表面速度與輥8的相同，但輥16的速度是可變的，以便在制品19成型過程中當模具17和18在材料進料方向沒有運動。當成型周期完成後，模具17和18縮回到其完全打開的位置，然後以大於輥9的速度的較快的表面速度驅動輥16，將新的熱材料11供入模具之間以開始下一成型周期。在成型周期內當輥J6不動時提升24，使傳送帶上部的長度增加提升輥24是以變化速度被向上提升以保持傳送帶的上表面受到張力，以使不斷移動著的傳送帶的上表面的長度增加的速率與材料磅到傳送帶上表面上的速率一樣。
還提供了可變的從動夾輥26，以支承凝結的材料和製成品的重量，其詳細情況與參照圖4所描述的方法相同。
然後用可移動的輥25使傳送帶上表面部分發生周期性伸長和縮短。
圖8所示為又一種變化，其中傳送帶上表面的長度增加了，以接受在模具17和18的周期性操作之間不斷供入的進料。在這種情況下，輥17的速度是變化的，以便在模具17和18處於完全打開的狀態時驅動傳送帶並使傳送帶所支承的料片從輥16上通過。在這種情況下，調節所需的傳送帶上表面的總長度的方法是在從動輥27不動時讓傳送帶與料片材料的重量一起下垂。
在所有的其它方面圖7和8所示的方法在操作上是相同的。
圖7和8中所述的方法與圖4所述的方法相比具有一定的優點和缺點，這對本專業的熟練技術人員來說是顯而易見的。一個優點是除了在開模之間加入下一部分熔融物的較短時間外，料片是完全得到支承的，這樣就可減少圖4的方法中垂直懸掛的未支承的料片由於下垂而受到延伸的傾向。一個缺點是圖7和8的方法(以及圖6的方法)都要求材料與傳送帶有較長時間的接觸，如果要避免料片粘附在傳送帶上還需要使料片的下表面受到更多的激冷。還有一點也是很明顯的，那就是在圖7和8的方法中在傳送裝置末端的輥16上保持穩態那部分料片材料由於有輥16存在而將經受不同的熱環境。這會導致料片內形成一些窄帶，其可成型性與料片的其餘部分是不同的。這些窄帶不能用作任何製成品的一部分，僅能夾在製成品區域外的模具中。這會使可用的料片減少和使「壓料框邊角料增加，這是從事熱成型工作的人都知道的。壓料框邊角料的增加會減少了成型設備的產量。
權利要求
1.一種熱成型空心物體的方法，包括將熱塑性塑料料片直接擠塑到一組溫度得到控制的回火輥中；使料片通過所述的回火輥以冷卻料片的上下表面層，同時又保持上，下表面層之間的料片內部處於熔融狀態；將已部分冷卻有料片送到一傳送裝置上；以及將料片送到熱成型機的入口處。該方法的特徵在於料片在其與傳送裝置接觸的表面層被其內部的熔融物重新加熱到可以進行熱成型的溫度(但低於會使料片粘附在傳送裝置上的溫度)之前可一直留在傳送裝置上。
2.權利要求1所述的方法，其中料片是以連續的長度從擠塑機加入熱成型機的。
3.權利要求1所述的方法，其中料片表面層的重新加熱是通過調節表面層所接觸的傳送裝置的長度而進行控制的。
4.權利要求3所述的方法，其中傳送裝置的溫度是控制的以幫助控制表面層的重新加熱。
5.權利要求3或4所述的方法，其中料片與回火輥的接觸長度是進行調節的，以幫助控制料片的溫度。
6.權利要求1所述的方法，其中料片是從傳送裝置水平地送入具有垂直相對的模具的熱成型機的入口中的。
7.權利要求1所述的方法，其中料片是從傳送裝置垂直地送入具有水平相對的模具的熱成型機的入口中的。
8.權利要求7所述的方法，其中在傳送裝置與模具之間料片除了受其自身結構支承外是沒有被支承的，但離開模具後是受支承的。
9.用於將熱塑性塑料片材由擠塑機送到熱成型機的設備，包括一組溫度得到控制和回火輥以接受來自擠塑機的熔融熱塑性塑料料;接受來自回火輥的已經回火的料片並將該料片傳送到熱成型機的入口處的傳送裝置，該設備的特徵在於回火輥和傳送裝置的對位置以及料片所接觸的傳送裝置的長度是可調節的，從而使與傳送裝置接觸的料片表面的溫度可以控制，以使料片在達到可熱成型溫度但低於會使料片粘附在傳送裝置上的溫度的情況下進入熱成型機。
10.權利要求9所述的設備，其中傳送裝置包括一從動傳送帶。
11.權利要求9或10所述的設備，其中傳送裝置是支在樞軸上的，以使其出口端可朝著熱成型機入口的方向或離開熱成型機入口的方向運動。
12.權利要求11所述的設備，其中傳送裝置是繞著一個支點旋轉的，該支點基本上在當料片與傳送裝置接觸時的料片平面內。
13.權利要求12所述的設備，其中所述的支點的位置是可調的。
14.權利要求9所述的設備，其中料片所接觸的傳送裝置的長度是可調的，以保持一部分連續地擠塑的料片並將所保持的部分間歇地送入熱成型機中。
15.權利要求9所述的設備，其中傳送裝置與熱成型機入口的相對位置使料片能水平地送入熱成型機，而且熱成型機的模具是可移動的以使傳送裝置可以進出。
16.權利要求9所述的設備，其中傳送裝置與熱成型機入口的相對位置使料片能垂直地送入熱成型機。
17.權利要求16所述的設備，其中提供了支承裝置，以支承離開熱成型機的產品，但沒有提供用以支承傳送裝置與熱成型機之間的料片的支承裝置。
全文摘要
一種熱塑性擠塑料片直接擠入一組回火輥，其上下表面均受到冷卻，但其內部則仍保持熔融狀態。將該部分料片冷卻的送到一傳送裝置上，並由傳送裝置將該料片送往熱成型機。料片在其與傳送裝置接觸的表面層重新加熱到可以進行熱成型的溫度(但低於會使料片粘附在傳送裝置上的溫度)之後才脫離傳送裝置。用於將擠塑出來的熱塑性塑料料片送往熱成型機的設備包括一組回火輥和傳送裝置，它們之間的相對位置是可以調節的，從而可控制料片與之接觸的傳送裝置的長度。
文檔編號B29C47/08GK1041129SQ8810672
公開日1990年4月11日 申請日期1988年9月16日 優先權日1988年9月16日
發明者安東尼·厄爾·弗萊克諾·布朗 申請人:高技術有限公司