利用預拉伸杆組件和金屬座密封銷控制液體流的吹嘴的製作方法與工藝

2023-06-01 19:08:26

利用預拉伸杆組件和金屬座密封銷控制液體流的吹嘴相關申請的交叉引用本申請要求於2012年2月14日提交的美國實用新型申請No.13/372575的優先權和於2011年2月16日提交的美國臨時申請No.61/443282的權益。上述申請的全部內容作為引用併入本文。技術領域本公開總體上涉及用於使用比如液體商品的商品來填充容器的模具。更確切地說，本公開涉及一種利用預拉伸杆組件來控制用於填充/形成吹塑的塑料容器的液體流的吹嘴。

背景技術：
這部分提供了與本公開有關的、未必是現有技術的背景信息。出於環境和其它方面的考慮，現今比以往更多地使用塑料容器、更確切地聚酯容器，進一步確切地聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)容器來包裝以前以玻璃容器供給的多種商品。製造商和裝填者以及消費者已經意識到，PET容器是輕質廉價的，並且是可大量再生利用和製造的。吹塑成型的塑料容器在包裝多種商品方面已變得司空見慣。PET是可結晶的聚合物，意味著其能以非晶態形式或半結晶形式獲得。PET容器維持其材料完整性的能力涉及PET容器處於結晶形式的百分比，也稱為PET容器的「結晶度」。以下方程式以體積分數定義出結晶度的百分比：其中，ρ是PET材料的密度；ρa是純非晶態PET材料的密度(1.333g/cc)；而ρc是純晶態材料的密度(1.455g/cc)。容器製造商使用機械處理和熱處理來增加容器的PET聚合物結晶度。機械處理涉及使非晶態材料定向以獲得應變硬化。該處理通常涉及沿縱軸拉伸注塑成型的PET預製坯，並使PET預製坯沿橫軸或徑向軸膨脹，以形成PET容器。該組合有助於製造商所定義的容器中分子結構的雙軸取向。PET容器的製造商目前使用機械處理來生成在容器的側壁中具有約20%的結晶度的PET容器。熱處理涉及加熱材料(非晶態或半晶態)以促進晶體生長。對於非晶態材料，PET材料的熱處理得到妨礙光透過的球狀晶形態。換言之，得到的晶態材料是不透明的，因此基本上是不希望的。然而，在機械處理後使用，熱處理會對於容器的具有雙軸分子取向的那些部分而言導致較高的結晶度和優異的透明度。取向後的PET容器的熱處理，亦稱作熱定型，通常包括將PET預製坯靠在加熱至約250℉-350℉(約121℃-177℃)溫度的模具上吹塑成型，並將吹塑的容器保持在加熱的模具上約兩(2)至五(5)秒。必須在約185℉(85℃)進行熱填充的PET果汁瓶的製造商目前使用熱定型來生成具有約為25%-35%範圍內的整體結晶度的PET瓶。通常，將高壓空氣吹進例如注塑成型預製坯或擠壓坯管的軟化塑料形式中來完成吹塑成型容器。通常，吹嘴被引入容器的頸部，氣壓通過將軟化塑料吹製成貼著模具來形成容器。另外，儘管設計用於填充預吹塑的容器，但是液體填充噴嘴不包含拉伸杆。

技術實現要素：
這部分提供了公開內容的一般概要，並不是對其全範圍或所有特徵的全面公開。根據本公開的原理，提供了一種由容器預製坯形成容器的設備。該設備包括殼體、模具型腔以及布置在殼體中並可操作地連接到模具型腔的噴嘴系統。該噴嘴系統可定位在沿接觸界面接合殼體、防止加壓液體注入容器預製坯中的第一位置和與殼體間隔開、允許加壓液體注入容器預製坯中的第二位置之間。在一些實施例中，該噴嘴系統還包括具有第一表面的密封部，該第一表面在第一位置接合從殼體延伸的第二表面。通過本文中提供的說明，適用範圍的其它領域會變得明顯。發明內容中的說明和特定示例僅用於說明之目的，並不意在限定本公開的範圍。附圖說明本文中描述的附圖僅用於解釋選定的實施例之目的，並不用於解釋所有可能的實施方式，並且不意在限制本公開的範圍。圖1是示出使用拉伸杆和加壓液體形成容器的設備的部分下部橫截面視圖，其中，中心線左側示出延伸位置，中心線右側示出收縮位置；圖2是示出圖1的使用拉伸杆和加壓液體形成容器的設備的部分上部橫截面視圖，其中，中心線左側示出延伸位置，中心線右側示出收縮位置；圖3是示出根據本教導的原理具有密封界面的設備的部分橫截面視圖，其中，中心線左側示出收縮位置，中心線右側示出延伸位置；以及圖4A-4C是根據本教導的原理的替代密封銷形狀，用於限定出隨後填充容器的期望產品預留空間(或產品水平(productlevel))。在附圖的幾個視圖中，相應的標號代表相應的部件。具體實施方式現在參見附圖更全面地描述示例性實施例。提供示例性實施例以便本公開充分地全面地將範圍傳達給本領域技術人員。闡明了許多特定細節，比如特定部件、裝置和方法的示例，以提供對本公開的實施例的充分理解。本領域技術人員應當明白的是：不需要採用特定細節；示例性實施例可體現為許多不同形式；以及不應被理解為限制本公開的範圍。本文中使用的術語僅用於描述特定示例性實施例的目的，並不意在限制。如本文中所使用的，單數形式「一個」可意在也包括複數形式，除非文中明確指出為另外的情況。術語「包括」及其變體是包含性的，並由此明確說明提及的特徵、數、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但並不排除額外的一個或多個其它特徵、數、步驟、操作、元件、部件和/或它們的組的存在。本文中描述的方法步驟、過程和操作不應理解為必需以討論或說明的特定順序要求它們的性能，除非明確地確定為性能的順序。還應理解的是，可以使用額外或替代步驟。當一元件或層被提及為「在…上」、「接合到」、「連接到」或「聯接到」另一元件或層時，其可以直接在…上、接合到、連接到或聯接到另一元件或層，或者可以存在中間元件或層。相反，當一元件被提及為「直接在…上」、「直接接合到」、「直接連接到」或「直接聯接到」另一元件或層時，可不存在中間元件或層。其它用於描述元件之間關係的詞語應當理解為類似的方式(例如，「介於…之間」與「直接介於…之間」、「相鄰」與「直接相鄰」等)。如本文中所使用的，術語「和/或」包括相關所列物品的一個或多個的任何和所有組合。儘管本文中可使用術語第一、第二、第三等來描述各元件、部件、區域、層和/或部分，但是這些元件、部件、區域、層和/或部分不應受這些術語的限制。這些術語可僅用於區分一個元件、部件、區域、層或部分與另一區域、層或部分。比如在本文中使用的「第一」、「第二」和其它數值項的術語並不意味著次序或順序，除非上下文中清楚說明為其它情況。因此，在不脫離示例性實施例的教導的情況下，下面討論的第一元件、部件、區域、層或部分可以稱為第二元件、部件、區域、層或部分。為了便於說明，本文中可以使用空間相對術語，比如「內部」、「外部」、「在下方」、「在下面」、「下部」、「在上方」、「上部」等來描述附圖中所示的一個元件或特徵與另一個元件或特徵的關係。空間相對術語可意在包含裝置在使用中或操作中除了附圖所示方位之外的不同方位。例如，如果附圖中的裝置翻轉，那麼描述為「在其它元件或特徵下面或下方」的元件將取向為「在其它元件或特徵之上」。因此，示例性術語「在下方」能夠包含上方和下方的方位。裝置可另外取向(旋轉90度或其它方位)，相應地解釋本文中使用的空間相對描述符。本教導提供一種吹塑裝置和噴嘴系統以允許在形成過程期間使用液體作為注射劑，以及使用該吹塑裝置和噴嘴系統的方法。這些液體可以是一次性液體，或者在一些實施例中，可包括液體商品。因此，在一些實施例中，用於形成容器的液體可保持在其中以用於最終包裝。吹塑裝置和噴嘴系統提供對液體的可控制使用，以使產生汙染的可能最小，並防止在周期期間發生洩漏。根據這些原理，可以以單個步驟來形成並填充容器，而不用犧牲清潔和衛生狀況。如本文中更詳細所討論的，可根據許多變型例中的任一來形成本教導的模具裝置和噴嘴系統以及隨其形成的容器的形狀。以非限制性示例來說，本公開的模具可構造成保持多個容器中的任一，並可與比如飲料、食物的許多流體和商品或者其它熱填充型材料一起使用。應當明白的是，模具裝置和噴嘴系統的尺寸和確切形狀取決於容器的尺寸和所需的操作參數。因此，應當認識到的是，目前所描述的設計中存在變型。根據一些實施例，還應當認識到的是，模具可包括與容器一起使用的各種特徵，該容器具有真空吸收特徵或區域，比如面板、肋、狹縫、凹陷等。本教導涉及使用液體形成一體塑料(one-pieceplastic)的容器。通常，在形成後，這些容器通常限定出一主體，其包括具有形成終止部(finish)的柱形側壁的上部。與終止部一體形成並從其向下延伸的是肩部。肩部併入並在終止部和側壁部之間提供過渡區。側壁部從肩部向下延伸到具有基底的基部。在一些實施例中，上過渡部可限定在肩部和側壁部之間的過渡區上。在一些實施例中，下過渡部可限定在基部和側壁部之間的過渡區上。示例性容器可還具有頸部。頸部可具有非常短的高度，即變成從終止部起的短延伸部，或者具有在終止部和肩部之間延伸的縱長高度。上部能夠限定出一開口。儘管容器顯示為飲用容器和食品容器，但是應當明白的是，可以根據本教導的原理製成具有比如側壁和開口的不同形狀的容器。塑料容器的終止部可包括具有螺紋的螺紋區域、下密封脊(lowersealingridge)和支撐環。螺紋區域提供了類似於螺紋蓋或帽(未示出)的連接方式。替代實施例可包括與塑料容器的終止部接合的其它適合的裝置，比如壓配合帽或卡扣帽。相應地，蓋或帽(未示出)接合終止部以優選地提供塑料容器的與外界隔絕的密封。蓋或帽(未示出)優選地由制蓋工業常用的適於後續熱處理的塑料或金屬材料製成。可根據本教導的原理形成容器。容器的預製坯形式包括支撐環，其可用於在製造過程的不同階段支承或定向預製坯。例如，預製坯可由支撐環支承，支撐環可用於協助將預製坯定位在模具型腔中，或者一旦模製成，可使用支撐環來攜帶中間容器。起初，預製坯可放置在模具型腔中，使得支撐環佔據在模具型腔的上端。總體而言，模具型腔具有與吹塑成的容器的期望外輪廓對應的內表面。更確切地說，本教導的模具型腔限定出主體形成區域、可選的汙點(moil)形成區域和可選的開口形成區域。一旦形成得到的結構，下文中稱為中間容器，可以切斷和丟棄任何由汙點形成區域產生的汙點。應當明白的是，使用汙點形成區域和/或開口形成區域在所有形成方法中並不是必需的。在一個示例中，機器將被加熱到約190℉至250℉(約88℃至121℃)之間溫度的預製坯100(見圖1)放置在模具型腔中。模具型腔可被加熱到約250℉至350℉(約121℃至177℃)之間的溫度。內拉伸杆設備20(見圖1和2)拉伸或延伸模具型腔內的受熱預製坯，從而使聚酯材料分子取向為大體與容器的中心縱軸相對應的軸向方向。在拉伸杆使預製坯延伸的同時，液體協助沿軸向方向延伸預製坯以及沿圓周或環方向使預製坯膨脹，從而使聚酯材料大致符合模具型腔的形狀，並進一步使聚酯材料分子取向為大體垂直於軸向方向的方向，從而在大部分中間容器中確立聚酯材料的雙軸分子取向。在一些實施例中，在從模具型腔中取出中間容器之前，加壓液體使主要為雙軸分子取向的聚酯材料保持在模具型腔上一段時間。特別參見圖1-3，所提供的模具裝置和噴嘴系統10包括內拉伸杆設備20和隨其一起形成的噴嘴系統22，內拉伸杆設備和噴嘴系統能夠分別獨立地操作。然而，應注意，本教導的內拉伸杆設備20是可選的。已發現在一些實施例中，內拉伸杆設備20不是必需的。因此，應明白，儘管連同本教導一起討論內拉伸杆設備20，但是其不應被認為是必需元件。內拉伸杆設備20包括可滑動地布置在殼體26內的拉伸杆組件24。內拉伸杆組件24和噴嘴系統22顯示為處於延伸位置和收縮位置(分別位於圖1和2中的中心線CL的左側，以及圖1和2中的中心線CL的右側；分別位於圖3中的中心線CL的右側，以及圖3中的中心線CL的左側)。拉伸杆組件24可包括可滑動地布置在殼體26的中心孔30內的拉伸杆28。拉伸杆28通常是柱形的，具有位於遠端的接合頂部32和位於近端的活塞部34。頂部32的形狀做成在製造、成型和/填充期間接合預製坯100。活塞部34容納在活塞室36內，以緊密地符合活塞室，從而限定出活塞組件(例如氣動、液壓、伺服、機械等)。活塞部34響應於活塞室36A和36B內的氣動、液壓、伺服、機械等壓力的變化，從而導致活塞部34沿大致與中心線CL對準的方向在延伸位置(左側)和收縮位置(右側)之間移動。活塞部34的移動由此導致拉伸杆28和頂部32相應地移動。此外，在一些實施例中，噴嘴系統22包括可滑動地布置在殼體26內的密封杆50。即，噴嘴系統22可包括可滑動地布置在殼體26的中心孔30中的密封杆50。密封杆50包括位於遠端的接合密封部52和位於近端的活塞部66。密封部52的形狀做成接合中心孔30的變窄的遠端部56。如此，密封部52可定位在收縮位置，在該位置，密封部52與中心孔30的擴大的中間部31間隔開，以允許液體流過。密封部52可還定位在延伸和就位位置，在該位置，密封部52密封地接合變窄的遠端部56。在一些實施例中，密封部52和遠端部56能夠大致彼此平行，並平行於中心線CL。然而，在一些實施例中，如圖3所示，密封部52能夠與遠端部56互補地成型，以在兩者間限定出密封接合。在一些實施例中，該密封接合可調整為當暴露於環形空間60內的增加流體壓力時，提供增加的密封能力。即，如圖3和4A-4C所示，密封部52能夠限定出具有至少大致傾斜表面72的大致錐形。大致傾斜表面72可相對於中心線CL成一角度，並進一步相對於從遠端部56延伸並與其一起形成的大致傾斜接收器表面74互補地成型。在一些實施例中，大致傾斜表面72和大致傾斜接收器表面74接合成限定出接觸界面76(圖3的右側)。接觸界面76可以足夠緊密，以當密封部52處於延伸和就位位置時，在其間限定流體密封。在一些實施例中，接觸界面76限定出足夠的流體密封，而不需要可汙染填充過程的額外的密封構件，例如O型環。在一些實施例中，接觸界面76可以是金屬-金屬密封。在一些實施例中，密封杆50的密封部52和/或中心孔30的遠端部56可由有助於耐用、密封和/或其它操作參數的材料製成，或者限定出有助於耐用、密封和/或其它操作參數的屬性。例如，在一些實施例中，密封部52和遠端部56可由不同材料製成。在一些實施例中，這些材料可包括不鏽鋼、特氟綸等。在一些實施例中，密封部52和遠端部56可由相同材料製成，但是限定出不同的硬度。例如，在一些實施例中，密封部52可限定出小於遠端部56的材料硬度的材料硬度，反之亦然。應注意，在一些實施例中，密封部52可包括大致面向流體流方向的上遊表面78。上遊表面78的形狀可以做成(例如垂直於流體流)限定出作用表面，流體力可施加在作用表面上，從而迫使密封部52進入延伸和就位位置。該布置可用於進一步確保沿接觸界面76的可靠密封接合。因此，在延伸和就位位置，密封部52防止液體從流體入口58流過中心孔30的環形空間60，到達中心孔30的擴大的中間部31。然而，在收縮位置，密封部52與變窄的遠端部56間隔開，從而允許液體從流體入口58流過中心孔30的環形空間60，到達中心孔30的擴大的中間部31，並流出流體注射器62進入預製坯100。預製坯100內的流體壓力使預製坯100膨脹，並被模製為與模具型腔一致的預定形狀。為了獲得期望的最終形狀，流體壓力通常需要選擇成足夠高以迫使預製坯抵靠模具型腔的所有部分。在完成模製過程時，密封部52可返回延伸和就位位置，從而密封流體注射器62，並防止液體進一步從噴嘴流出。密封部52響應於活塞部66的移動而移動。噴嘴系統22的活塞部66容納在活塞室68內，以緊密地符合活塞室，從而限定出活塞組件。活塞部66響應於活塞室68A和68B內的壓力的變化，從而導致活塞部66沿大致與中心線CL對準的方向在延伸和就位位置(左側)與收縮位置(右側)之間移動。由此，活塞部66的移動使密封杆50和密封部52相應地移動。然而，應當明白的是，儘管已參考本教導討論了加壓液體，但是在一些實施例中，可使用加壓空氣或加壓空氣和液體的組合。而且，應當明白的是，加壓液體可以是僅用於模製的成形液體(formingliquid)，或者可以是用於在完成時保持在容器內的液體商品。特別參見圖1、3和4A-4C，應注意，在從收縮位置向延伸和就位位置致動密封部52期間，遠端80的尺寸可以變化，以突伸進預製坯100中一預定距離和/或體積。即，當密封部52定位在延伸和就位位置時，密封部52的遠端80可延伸進預製坯100中。遠端80的頂部82的體積尺寸可用於取代布置在最終成型容器內的預定體積液體，使得在移除最終成型和填充的容器時，能夠在容器中簡單可靠地確立預留空間或產品水平。通過增加頂部82的體積尺寸，會取代更多的液體，從而在最終填充容器內產生更大的預留空間。該布置可進一步改進填充容器內的液體的填充精度。另外，在一些實施例中，頂部82的尺寸和/或形狀可做成在注入預製坯100期間促進液體的預定流動模式。即，所述流動可根據流體流動模式調節成改變湍流、通氣、混合、冷卻等。在一些實施例中，如圖1所示，殼體26可包括沿殼體26的底側形成的環形凹陷70，以沿螺紋區域、下密封脊和/或支撐環密封地接收預製坯100。或者，其它製造方法可適於製造塑料容器，所述其它製造方法使用包括例如熱塑性塑料、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、PET/PEN混合物或共聚物、以及各種多層結構的其它常規材料。本領域技術人員將會容易地知道並更理解塑料容器的製造方法的替代方案。提供實施例的前述說明僅用於說明和描述的目的。本文的具體實施方式部分並不意欲窮舉或限定本發明。特定實施例的單獨元件或特徵通常不限制特定實施例，而在應用時，是可互換的，並可用在選定的實施例中，即使未明確顯示或描述時也如此。同樣也可以以許多方式變化。這樣的變化不應被認為脫離本發明，所有這些變型例應包含在本發明的範圍內。