改進不透氣性的注射成型容器的製作方法

2023-05-21 12:37:06

專利名稱：改進不透氣性的注射成型容器的製作方法
技術領域：
本發明涉及多層注射成型產品。特別地，本發明涉及具有不透氣性或除氧特性的多層成型產品。
背景技術：
注射成型製品用於各種目的。塑料注射成型產品通常由例如聚乙烯(PET)或聚丙烯(PP)的材料製成。這些製品耐環境降解，並且相當地耐用、不透水和經濟地生產。
然而，塑料材料如PET和PP是可透氣 (例如，氧氣、氮氣等)的。對於不期望透氣性的應用，例如，食品、藥品和當接觸氣體時降解的產品，將阻隔材料或清除材料(scavenger material)與塑料材料共注射。通常地，注射阻隔材料如乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)作為在 PET或PP材料流的內外流動液流(flow stream)之間的內部芯材流，形成在PET或PP皮層內部的EVOH中間層(interior layer)從而形成成型製品。為了防止有害的氣體滲透,必要的是內部阻隔層基本遍及暴露的成型製品的整個部分延伸。即使極少百分比的暴露的表面區域缺少充分的阻隔層，也會產生有害量的氣體滲透。
為了在整個成型製品形成阻隔層，必要的是在成型工藝期間中間層材料基本上流動至模具模腔的末端。如果中間層材料在成型期間不流動至模腔的末端，在成型產品對應的「末端」處將存在不充分的阻隔層。另一方面，如果中間層材料流動得太快，中間層材料可以滲透或突破(breakthrough)內層(inner layer)材料和外層(outer layer)材料(即， 皮層)的流動前沿或前緣，導致不期望的結果。因此，例如，通過試圖精確控制注射參數， 如，例如，注射壓力，溫度，時機，注射位置等，已知技術試圖使得中間層材料流動至模具模腔的末端而不突破。
由於在不對稱模具模腔(S卩，不對稱成型製品)中顯著的材料流差異，該共注射工藝迄今限於形狀基本上對稱的製品。然而，甚至是理論上在整個模具模腔具有對稱的流動特性的對稱幾何形狀也遇到有限的成功。使用現有技術不能消除系統和工藝變化(例如， 模具模腔尺寸和表面光潔度的製造公差、局部溫度變化、注射壓力變化、通常出現的流線變化、使用的計算方法學的限定，等)，並且會導致在阻隔層覆蓋方面的突破和/或「間隙」。因此，之前已知的技術沒有提供充分的和/或持續的耐滲透性。
因此，存在對於用於形成具有中間層的注射成型製品的方法和設備的需求，其中所述中間層在整個製品內充分延伸從而充分防止氣體滲透而不穿透。進一步存在對於包含該層的注射成型製品的需求。發明內容
本文中教導的實施方案解決了前述的現有技術的不利情況。本文教導了示例性系 統、方法和非臨時性計算機可讀的程序從而使得內芯材以導致成型塑料製品具有在整個表 面區域的95%至100%之間延伸的阻隔層覆蓋的方式流動。示例性系統、方法和非臨時性計 算機可讀的程序使用限定各自對應於所得的成型製品的四個以上模腔的模具，並且甚至以 通常的商業循環次數運行，在生產成型時能夠實現前述阻隔層覆蓋率。本文教導的示例性 系統、方法和非臨時性計算機可讀的程序很好地適於用於形成具有在制品可密封部的整個 表面區域的99%至100%之間延伸的阻隔層覆蓋的對稱成型塑料製品和不對稱成型塑料制 品O
在一些實施方案中，多組多層製品可以通過成型方法形成。所述方法可以包括將 第一材料注射至限定多組至少4個模腔的模具中，每一個模腔被設置為與多組至少4個所 得多層製品中之一相對應。所述方法可以進一步包括將第二材料注射至模具中以形成多組 製品的內層和外層。所述方法可以包括使得第一材料流遍模具並且在內層和外層之間形成 延伸達到多組製品各自的可密封部的至少95%的多組製品各自的中間層。
在一些實施方案中，製品可以通過成型方法形成。所述方法可以包括將第一材料 注射至限定模腔的模具中。所述方法可以進一步包括將第二材料注射至模具中以形成製品 的內層和外層。所述方法可以包括使得第一材料流遍模具並且在內層和外層之間形成延伸 達到製品可 封部的至少99%的製品中間層。
在各個成型方法的實施方案中，一個以上的模具模腔和/或一個以上的所得成型 製品可以是對稱的。各個成型方法的實施方案可以包括將第一材料和第二材料同時注射至 模具模腔中。各個方法的實施方案可以包括將第一材料注射至模具中以致其偏離第一材料 和第二材料的組合流的零速度梯度。
在一些實施方案中，共注射成型設備可以包括模具、多組噴嘴組件和處理器。所述 模具限定多組至少4個模腔，每一個模腔被設置為對應於多組所得對稱多層製品中之一。 多組噴嘴組件的每一個被設置為將第一聚合物材料注射至多組模腔的對應模腔從而形成 多組所得對稱多層製品中之一的中間層。多組噴嘴組件的每一個進一步被設置為將第二聚 合物材料注射至多組模腔的對應模腔從而形成多組所得對稱多層製品中之一的內層和外 層。處理器可以編程為執行指示從而使得第一聚合物材料流遍模具以向多組所得多層製品 的每一個提供有遍及製品可密封部的至少95%延伸的中間層。
在一些實施方案中，共注射成型設備可以包括限定第一模腔的模具、噴嘴組件和 處理器。所述噴嘴組件可以被設置為將第一聚合物材料注射至第一模具模腔中以形成第一 所得多層製品的中間層。所述噴嘴可以進一步被設置為將第二聚合物材料注射至第一模具 模腔中以形成第一所得多層製品的內層和外層。所述處理器可以編程為執行指示從而使得 第一材料流遍第一模具模腔內從而向第一所得多層製品提供有遍及製品可密封部的至少 99%延伸的中間層。
前述設備的模具可以進一步限定多個模腔，每一個對應於多個所得對稱多層製品 中之一。前述設備可以進一步包括多個噴嘴組件，每一個對應於多個模腔中之一。多個噴 嘴組件的每一個被設置為將第一聚合物材料注射至多個模腔中的對應模腔從而形成多個 所得對稱多層製品中之一的中間層。多個噴嘴組件的每一個進一步被設置為將第二聚合物 材料注射至多個模腔中的對應模腔從而形成多個所得對稱多層製品中之一的內層和外層。前述設備的處理器可以進一步編程為執行指示從而使得第一聚合物材料流遍多個模腔從 而向多個所得多層製品的每一個提供有在延伸達到製品可密封部的至少99%的中間層。
在各個共注射成型設備的實施方案中，一個以上的模具模腔和/或一個以上的成 型製品可以是對稱的。各個成型設備的實施方案每次操作循環可以形成64個以上的多層 製品。各個成型設備的實施方案可以以32加32模腔疊層形成多層製品。各個成型設備的 實施方案可以被設置為將內層材料和外層材料注射至模具中以形成一個以上的所得製品 的皮層。成型設備的實施方案可以進一步被設置為將中間層材料與內層材料和外層材料同 時注射至模具中。成型設備的實施方案可以進一步被設置為使得中間層材料被注射以致其 偏離第一材料和第二材料的組合流的零速度梯度。
在一些實施方案中，成型製品可以具有內層、外層和在內層和外層之間延伸至制 品可密封部的至少99%的中間層。在一些實施方案中，成型製品可以具有塑料內層、塑料外 層和在內層和外層之間延伸的塑料中間層從而在密封時提供小於約O. 05ppm/天/製品的 透氣速率。成型製品的實施方案可以顯示當密封時小於約O. 005ppm/天/製品的透氣速率， 或者甚至小於約O. 0005ppm/天/製品的透氣速率。任一前述實施方案的製品可以是對稱 的。任一前述實施方案的製品可以具有沿著沿其側壁延伸的任何橫向平面的圓形截面。
在任何前述方法、設備、製品或非臨時性計算機可讀程序實施方案中，中間層可以 朝向成型製品表面偏離。中間層可以為第一材料並且內層和外層可以為不同材料。中間層 可具有與內層材料和外層材料不同的組成。內層和外層可以為適於注射成型的塑料材料。 中間層相對於內層材料和外層材料的滲透性可以是基本上不透氣的。中間層可以是包括吸 溼的乾燥劑以抵消由溼度增加引起的阻隔材料滲透性的任何增加的氣體阻隔材料。中間層 相對於內層材料和外層材料的消除性(scavengability)是除氣的。
考慮到以下實施方案和附圖的詳細描述，各種實施方案的其它目的和益處將變得 顯而易見。


圖1是示出作為阻隔層覆蓋率的函數的透氧率的示意圖表。
圖2A是根據本文教導的各種實施方案的示例性容器的截面圖，但是為了示例的 目的放大容器的壁厚。
圖2B是沿著根據本文教導的各種實施方案的圖2A的示例性容器的橫向平面的截 面圖。
圖3是根據本文教導的各種實施方案的共注射成型系統的示意截面圖。
圖4是根據本文教導的各種實施方案的示例性材料流的示意截面圖。
圖5是圖1中所示的凸緣部分的放大圖。
圖6描述根據本文教導的各種實施方案的示例性成型系統的截面圖。
圖7說明適於實施本文教導的示例性實施方案的示例性計算環境。
圖8是組合的聚合物流隨著其沿模具模腔的環形路徑流動時的噴泉流動 (fountain flow)效應的截面圖。
圖9A和9B是聚合物流的組合的環形流的速率圖和橫跨組合的聚合物流的流動梯 度的相對速率差異的截面圖。
圖9C是說明對於塑性流動液流橫跨例如在圖6中的噴嘴內的環形通道的所得流體分數和速率分布曲線的圖表-縱坐標繪出流速與平均速率的比例，其作為內外流通道壁之間的環形的半徑的函數，中間的實線曲線23繪出該比例並且示出組合的流動液流CF的零梯度，使用環標記指示的曲線繪出從內壁至外壁在半徑和內圓筒狀壁T之間的內流IF， 使用三角形標記的曲線繪出在外圓筒狀壁和環形半徑之間的外流0F。
圖10是示例性現有技術容器的截面圖，為了示例的目的放大了容器的壁厚。
圖11是根據本文教導的各種實施方案的示例性容器的截面圖，但是為了示例的目的放大了容器的壁厚。
圖12描述適於實施本文教導的實施方案的不例性噴嘴組件。
圖13描述根據本文教導的各種實施方案的示例性組合的材料流的截面圖。
具體實施方式
圖1示例性示出通過塑料共注射成型製品的壁的滲透曲線50，其作為中間阻隔層相對於該製品可密封部的總暴露壁表面積的覆蓋率的函數。圖1還示出目標滲透速率60， 其代表為了防止在密封容器內不希望的物質降解的最優滲透率(permeation)。與圖1圖表有關的中間層材料可以由EVOH、MXD6尼龍或其它鈍態阻隔材料構成；EV0H、MXD6尼龍或其它阻隔材料的任一種具有除氧組分；或EV0H、MXD6尼龍或其它阻隔材料的任一種具有乾燥劑組分。如從圖1可以看出，要求大於99%覆蓋率以實現示出的目標滲透速率60，其為 O. 005ppm O2/天/容器(ppm基於容器的液體含量來計算)。儘管目標滲透速率60可以取決於容器內的特定物質、容器構造和期望的儲存期限(因為總滲透率是速率、暴露面積和時間的函數)，但是示出的目標滲透速率60是常規容納食品的製品的典型速率。此外，雖然滲透速率還取決於暴露條件，並且在一定程度上，還取決於容器的壁厚，但滲透曲線50是在典型貯存 條件下(即使不是有利的貯存條件下)的常規食品容器的典型曲線。試驗參數的期望變化產生可比較的結果。
取決於食品和期望的儲存期限(保質期)，目標滲透速率60可以是高於或低於 O. 005ppm O2/天/容器的數量級，S卩，0.05* 0.0005ppm O2/天/容器。滲透曲線50的斜率將隨著中間層材料的不同的類型和厚度而變化，但是本領域熟練技術人員將知曉的是， 隨著容器表面區域的阻隔層覆蓋率降低1%出現透氧率的顯著增加。
參考圖2A，容器100具有底部105、從底部105的周邊延伸從而形成腔室106的側壁110 (在該實施方案中腔室106通常地為杯狀或U狀，具有開口端107)和在容器的開口端107處從側壁110的周邊延伸的凸緣115。圖2A中的容器100是對稱的，是指容器100 沿著任何橫向平面(即，在圖2A中水平延伸)的截面是圓形的(即通過底部105或凸緣 115)，或者環形的(即通過側壁110)。圖2B示出通過圖2A的容器100的底部105的示例性對稱截面。
容器100包括具有密封表面的密封區域180。在該實施方案中，密封區域180及其表面圍繞開口端107周向延伸。在該實施方案中，密封區域180和表面形成於凸緣115 中。可以將可為常規類型的封閉件120通過常規方法(如通過熱封、捲曲(crimping)、搓絲(threading)和其它的已知方法)密封至密封區域180表面處的凸緣115。儘管示例性實施方案具有杯狀形狀，但本發明考慮了，其中密封區域180可以用於密封容器的一部分的具有任選的形狀或構造的容器，這應是本領域技術人員知曉的。例如，如果側壁110具有 唇部，所述唇部可選擇地包括密封區域及其表面。此外，儘管圖2A的實施方案具有可以通 過封閉件120封閉的開口端107，但是也考慮了具有不同開口端的可選的實施方案。在圖2 的實施方案中，成型製品的可密封部的表面區域包括底部105的表面區域、側壁110的表面 區域和在封閉件120的密封區域180之下徑向延伸的凸緣115部分的表面區域。可選的成 型製品的可密封部的表面區域可以取決於其形狀或構造並且它們被密封或者要被密封之 處而不同地限定。例如，可選容器的實施方案的可密封部的表面區域可以不延伸至凸緣，而 是例如，可例如僅延伸至側壁唇部的密封區域。
容器100可以通過將第一塑料材料例如PET或PP和第二塑料材料如例如EVOH共 注射至被設置為形成成型塑料製品的模具模腔中而形成。所述第一塑料材料形成通常共同 地符合容器或製品的期望的最終形狀的內層130和外層132，考慮已知的製造要求(例如， 熱膨脹/收縮)。第二塑料材料形成內部芯層150。所述內部芯層150可以是阻隔層、除氣 層和/或乾燥劑層。儘管PET、PP和EVOH是常用的材料，但是應當理解的是可以使用其它 適合的材料，並且各種實施方案適於使用其它聚合物材料。
如在圖2A中可見，中間層150基本上在整個容器100內延伸，但是基本上完全被 內層130和外層132所圍繞。內層130和外層132已知作為皮層。如在此使用的，術語「基 本上」或「基本上完全」是指穿過容器100的整個表面區域中間層的95%-100%覆蓋率。
中間層150的氣體阻隔材料可以為EVOH或其它適合的材料，這是已知的或變為已 知的，充分地防止氣體例如氧氣滲透通過容器，即，從外部至內部，反之亦然。如在圖2A的 特定實施方案中可見，內層150延伸至凸緣115中。
如可注意的，圖2A中的中間層150沒有延伸至凸緣115的末端。然而，本領域普 通技術人員應該知曉不包含中間層的凸緣暴露部分是容器100的整個暴露表面區域的極 小部分(為了說明目的大幅放大了圖1中的凸緣115的厚度)。因此，在中間層150沒有延 伸至凸緣115的外周的情況下，可以獲得期望的覆蓋度(包括高覆蓋度(例如，99%以上))。 換言之，覆蓋度與容器100的在封閉件120密封至容器的位置內的可密封部，例如密封接觸 面最相關。如果在密封接觸面內實現足夠的覆蓋度，例如在密封接觸面內99%的覆蓋率，則 可以實現期望的透過率。在圖2A示例的實施方案中，例如，中間層150延伸至或者越過密 封接觸面的邊緣(在該容器構造中，凸緣115徑向向內的邊緣)，並且在中間層沒有延伸越 過那點的情況下獲得足夠的覆蓋率。然而，如圖2A中的虛線所示，還可以利用本發明提供 直至或者接近凸緣115的末端越過密封接觸面邊緣的中間層150。
中間層150可以通過將中間層材料與內層和外層材料共注射而製造。該方法通常 是已知的，如在美國專利6，908，581和其中引入的文獻中所述，各個也以其整體引入以作參考。
如在圖3中示意性示出，模具200具有在其間形成模具模腔220的模具部210a、 210b。將來自噴嘴組件的組合流300通過在澆口注射位置140處的注射澆口注射至模具模 腔220，並且組合流300 (在某些構造中可以為環形流)從注塑位置140流過模具模腔220。 組合流300形成於噴嘴組件中。噴嘴組件形成來自內層材料、外層材料和中間層材料的組 合流300。內層材料形成組合流300的內流，中間層材料形成組合流300的中間流和外層材 料形成組合流300的外流。組合流300的流動形成移動通過模具模腔220的流動前沿330。在流入模具的某些時間段，組合流300可以由兩種(內層和外層)材料或三種(內層、外層 和中間層)材料構成。
選擇形成組合流300的內流和外流的體積流量體積比從而導致中間層流動液流 沿著偏離組合流300的零速度梯度340 (Vmax)的流線，但還在具有比平均流速(Vave) 360更大 的速率的流線上流動。這防止中間層材料流150a突破流動前沿330。當然，如在圖4中所 示，中間層材料流150a摺疊從而在流動前沿330後面形成摺疊部150b並且保持被組合流 300的內流和外流所圍住。通過啟動中間層偏離零速度梯度的中間層材料流150a或者將 中間層材料流150a從零速度梯度偏移至具有大於平均速率的速率的較慢移動流線，所述 中間層可以「趕上」噴泉流動並且摺疊，在整個所得成型塑料製品的可密封部在95%至100% 覆蓋率之間或者甚至99%至100%覆蓋率之間的範圍內，產生延伸通過並提供阻隔或清除保 護的阻隔層或清除劑層。中間層可以位於產生分別朝向部件的內部或外部摺疊的零速度梯 度位置的內部或外部。
本發明人已經發現該摺疊技術可出乎意外地用於減輕甚至在共注射的對稱製品 中不利地出現的上述系統(systemic)和工藝變化。例如,之前已知的技術尋求通過控制中 間層材料150的注射參數(例如，注射時機，位置，壓力，等)以致中間層材料150沒有落後 於流動前沿330，防止例如由於中間層材料150未能流至模具模腔的末端導致的阻隔層中 的「間隙」。然而，如上所述和在前述的美國專利6，908，581中，這能夠使得中間層材料流 150a突破流動前沿330。相反地，常規技術通過利用防止中間層材料流150a趕上(和突 破)流動前沿330的注射參數試圖避免突破。然而，這能夠使得中間層材料流150a落後於 流動前沿330太遠，導致不充分的阻隔層覆蓋。固有的系統和工藝變化實際上阻礙該平衡 使用以前已知的技術得以實現，產生突破、落後或兩者。
摺疊工藝的實施能夠減輕這些問題。使用摺疊工藝，可以控制注射參數以致中間 層材料流150a到達模具模腔的末端，例如，模腔的凸緣形成部，並且因此基本上遍及所得 的成型製品而不擔心突破。
如在圖5中所示，隨著流動前沿330接近模腔的凸緣形成部的遠端225，中間層材 料流150a將在流動前沿330後面簡單地連續摺疊150b至調節過剩的中間層材料流150a 所需要的程度。以這種方式，可以實現在對稱的集合形狀中具有足夠的阻隔層覆蓋率、超過 99%的成型產品。
圖6示出適於實施示例性實施方案的示例性系統。設置共注射成型系統1000從 而注射至少兩種材料至模具模腔。在本發明中適合使用的材料包括聚合物類材料如聚對苯 二甲酸乙二酯(PET)、乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)、MXD6尼龍、聚丙烯(PP)和聚碳酸酯(PC)。 共注射成型系統1000包括第一材料源1200、第二材料源1400和歧管1600。歧管1600可以 由用於各聚合物材料的獨立的歧管構成。共注射成型系統1000進一步包括噴嘴組件18A、 18B、18C、18D 和模具 2400。模具 2400 包括澆 口 20A、20B、20C、20D 和模腔 22A、22B、22C、 22D。在圖6中，各個噴嘴組件(18A、18B、18C和18D)具有相應的澆口和模腔。例如，噴嘴 組件18A對應於澆口 20A和模腔22A。
第一聚合物材料從第一材料源1200擠出和第二聚合物材料從第二材料源1400擠 出至歧管1600用於在被注射至模具模腔22A、22B、22C、22D之前在噴嘴18A-18D中組合。第 一聚合物流和第二聚合物流組合從而形成環狀的組合聚合物流以致第一聚合物材料形成組合聚合物流中的內部芯流而第二聚合物材料形成組合聚合物流中的內流和外流。當環狀的組合聚合物流從噴嘴注射時內流和外流圍住內部芯流。
圖7示出適於實施在此處教導的示例性實施方案的示例性計算環境。所述環境可以包括共注射控制裝置900，將所述裝置900有線地、無線地或者混合有線地和無線地耦合至共注射成型系統1000。所述共注射控制裝置900可編程為實施可執行的用於形成阻隔層和/或清除劑層的阻隔層覆蓋率代碼950，提供在此教導的對稱容器或對稱蓋表面區域的在95%至100%之間或者甚至99%至100%之間的範圍內的覆蓋率。共注射控制裝置900包括一個或多個用於貯存一個或多個計算機可執行指示或軟體的計算機可讀介質用於執行示例性實施方案。計算機可讀介質可以包括但不限於一種或多種硬體存儲器、非臨時性有形介質等。例如，包括在共注射控制裝置900內的存儲器906可以存儲計算機可執行指示或軟體，例如，用於執行和處理可執行阻隔層覆蓋率代碼950的每個模塊的指示。共注射控制裝置900還包括處理器902，和用於執行在存儲器906中存儲的軟體和用於控制系統硬體的其它程序的一個或多個處理器902』。處理器902和一個或多個處理器902』各自可以為單核處理器或多核(904和904』 )處理器。
可以在共注射控制裝置900中採用虛擬化以致動態地共享計算裝置中基礎設施和資源。虛擬化處理器也可以與存儲器916中的可執行阻隔層覆蓋率代碼950和其它軟體一起使用。可以提供虛擬機914從而處理在多個處理器上運行的程序以致程序看起來僅使用一個計算資源而不是多個。多個虛擬機也可以與一個處理器一起使用。
存儲器906可以包括計算機系統存儲器或隨機存取存儲器，如DRAM、SRAM、EDO RAM等。存儲器906也可以包括其它類型的存儲器，或其組合。
用戶可以通過可以顯示用戶界面924或任何其它界面的視頻顯示裝置922如計算機控制器與共注射控制裝置900交互作用。視頻顯示裝置922也可以顯示示例性實施方案的其它方面或要素，例如，資料庫、註冊形式、用藥指南等。共注射控制裝置900可以包括其它I/O裝置如鍵盤或多點接觸界面908和指示裝置910，例如滑鼠，用於從用戶接收輸入。 鍵盤908和指示裝置910可以連接至視頻顯示裝置922。共注射控制裝 置900可以包括其它適合的常規I/O外緣。共注射控制裝置900可以進一步包括存儲裝置916，如硬碟驅動、 CD-ROM或其它非臨時性計算機可讀介質，用於存儲作業系統918和其它相關的軟體，和用於存儲可執行阻隔層覆蓋率代碼950。
共注射控制裝置900可以包括網絡接口 912從而通過各種連接而連接至區域網 (LAN)、廣域網(WAN)或者網際網路，所述連接包括但不限於，標準電話線、LAN或WAN連接(例如，802. ll、Tl、T3、56kb、X. 25)、寬帶連接(例如，ISDN、幀中繼、ATM)、無線連接、控制器區域網路(CAN)、或者上述任何或全部的一些組合。網絡接口 912可以包括內置網絡適配器、 網絡接口卡、PCMCIA網絡卡、卡總線網絡適配器、無線網絡適配器、USB網絡適配器、數據機或適於連接授權計算裝置900至能夠通訊和進行在此所述的操作的任何類型網絡的任何其它裝置。此外，共注射控制裝置900可以為任何計算機系統如工作站、臺式計算機、 伺服器、膝上型電腦、掌上電腦或能夠通訊和具有充分的處理器能力和存儲容量以進行在此所述的操作的其它形式的計算或電子通訊設備。
共注射控制裝置900可以運行任何作業系統，如任何版本的Microsoft \￥丨11(30\￥5_@作業系統、不同版本的Unix和Linux作業系統、任何版本的Macintosh計算機用Mac O S 、任何嵌入作業系統、任何實時作業系統、任何開源作業系統、任何專有作業系統、任何移動計算裝置用作業系統或者能夠在計算設備上運行並進行在此所述的操作的任何其它作業系統。作業系統可以以本機模式或仿真模式運行。
阻隔層覆蓋率代碼950包括可執行代碼，其可通過處理器902執行以控制共注射成型系統1000從而選擇性地控制內外聚合物流的體積流量、控制內部芯材流150a相對於組合聚合物流的速率流動前沿的位置和控制相對於在此教導的內外聚合物流的擠出開始時間的內部芯流的擠出開始時間。即，阻隔層覆蓋率代碼950包括可執行代碼，其可通過處理器902執行以控制共注射成型系統1000從而將內部芯材流動液流150a置於具有比組合環形流300的平均速率高的速率的流動流線上。因此，中間層材料流150a可以「趕上」噴泉流動並且摺疊，產生在可密封部的95%至100%之間或者甚至99%至100%之間的範圍內的阻隔層或清除劑層在所得成型製品中的覆蓋率。通過處理器902執行阻隔層覆蓋率代碼 950使得共注射成型系統1000將中間層材料流150a置於零速度梯度位置的內側或外側，產生分別朝向所得製品的內側或外側的摺疊。此處教導的方法和共注射成型系統促進食品或飲料容器的共注射成型，由此內部芯流形成將內部芯層固定至內層或外層的結構元件從而防止所得成型塑料製品的分層和產生在所得成型塑料製品中的視覺效果而不需要配混至用於形成所得成型塑料製品的聚合物材料的粘合劑。
圖8描述了噴泉流動效應，由此流動前沿23的流動材料上遊具有速度梯度350以致流速在中間最快並且在聚合物流和模具模腔的通道壁的界面處或接近界面處最慢。
圖9A和9B描述了速度梯度350，其中組合液流在點「A」處最快和在點「B」或「C」 處較慢。零速度梯度340出現在其中流速最大的點處。因為在零速度梯度流線處的流速比流動前沿的平均速率更大，即使在注射內層和外層(PET、PC或PP)之後開始注射中間材料， 在零速度梯度點處或接近零速度梯度點處注射的中間材料也能夠在某些情況下「趕上」和通過流動前沿並且突破皮層。當中間材料到達聚合物流的流動前沿時內部芯材流將突破。
圖9B示出隨著最初在點A、B和C處的質點分別向下遊移動，由於速度梯度350它們移動得彼此更加遠離。在第一段時間過後，質點將分別移動至標示為K、B1和C1的新位置。在第二段時間過後，質點將從標示為Ap B1和C1的位置分別移動至標示為A2、B2和C2 的新位置。在連續時間處的質點的相對位置顯示速度梯度350經時間的效應。由於在點A 處的流速大於在點B處的流速，因此在點A處開始的質點將隨著時間的流逝比在點B處開始的質點移動得更遠。類似地，由於在點B處的流速大於在點C處的流速，因此在點B處開始的質點將隨著時間的流逝比在點C處開始的質點移動得更遠。
圖9C描述了歸一化速率分布圖350和具有n=0. 8的流體的內側和外側體積分數 (其中η是非牛頓冪律流體流動模型的參數)。陰影區域顯示既大於平均速率又偏離零速度梯度340的中間層布局的可接受的位置。該區域將所述中間層捲入所述部件的內側。從該圖表我們可以看出內側層的流體分數可以在O.1至O. 45的範圍內。外側層的流體分數可以為0.9至O. 55。中間層的厚度可以為流動層厚度的約25%，所述中間層為流體分數O.1 至O. 45的約35%。
圖10是容器500的截面圖，中間層的前緣15 1具有通常通過現有技術實現的位置。中間層150的前緣151具有在前部分151c和在後的部分151d。中間層150的前緣151 沒有達到成型容器500的密封區域的部分，這會是顯著的。在通常的生產條件下如在限定4個以上模腔的模具中形成的現有技術容器500的中間層150沒有延伸至容器可密封部的表面區域的95%、和通常更小於95%。容器500的可密封部包括底部105、側壁110和具有凸緣115的密封區。當考慮現有技術容器500的整個表面時，缺少中間層的表面區域的部分甚至更大。現有技術中最高的中間層覆蓋率僅在最好的條件下實現，最好的條件包括例如， 在更長的循環時間下操作的限定單一對稱模腔的模具的使用。然而，在最好的條件下形成的現有技術容器500的中間層150的覆蓋率仍然不能與根據在此教導的實施方案的容器的中間層的覆蓋率相比。如在圖1中所示，現有技術容器的中間層150的典型位置將使得高度地滲透至密封容器中。
經濟的容器要求使用在快的循環時間下操作的多模腔模具。生產成型方法和系統使用在約5至10秒的循環時間下操作的從4個模腔至32加32個模腔堆疊(總計64個模腔)變化的模具。取決於部件壁厚，大多數系統具有5至7秒的循環時間。在現有技術中， 聚合物材料溫度的不均一性、熱流道溫度和尺寸、模具模腔溫度和尺寸、以及其它因素阻礙均勻組合流動液流至模具模腔，導致中間層150的前緣151不均一的位置。
圖11是容器501的截面圖，中間層150的前 緣151具有與在此教導的實施方案相符的位置。圖11顯示當在與相對於現有技術描述的相同的不均勻性的情況下成型部件時， 根據在此教導的實施方案的利用偏離產生摺疊151b的有益效果。通過將中間層150從組合流的零梯度偏離，中間層前緣151的在前部分151c將開始摺疊而不突破流動前沿。該內部前緣的在前部分151c的摺疊151b將使得在後部分151d到達凸緣並相對於封閉件120 的密封區域提供中間層150的充分的徑向覆蓋率。
在使用多模腔成型系統的生產成型時，一個模腔至任一其它模腔的不均勻性的總和是不同的，導致在中間層前緣的在前部分和在後部分中的不同水平。在此教導的實施方案通過在任一模腔中產生或多或少的摺疊，以致在最後的模腔中中間層前緣的在後位置將到達相對於封閉件120所要求的徑向位置，克服了不均勻性的總和的不同的問題。在此教導的實施方案能夠用包括4個以上模腔的模具，和在基本上與單層成型一樣快的循環時間下，同時實現例如對於食品容器等提供目標百分數的阻隔層覆蓋率需要的中間層前緣位置下而生產。
圖12示出適於實施在此教導的實施方案的示例性噴嘴組件。噴嘴組件18包括內組合裝置30、中組合裝置32和外組合裝置34。噴嘴組件18進一步包括噴嘴體36和噴嘴尖頭38。內組合裝置30、中組合裝置32、外組合裝置34、噴嘴體36和噴嘴尖頭38協同地組合從而在噴嘴組件18中形成許多錐形、環形以及軸向流道和通道。噴嘴組件18極適於在用於形成具有兩層以上的塑料物體的共注射成型系統例如系統1000中使用。
內組合裝置30包括接收第一聚合物材料64如皮層材料(即，內外層材料)的第一入口 46，和接收第二聚合物材料66如芯材(即，中間層材料)的第二入口 44。內組合裝置30進一步包括被設置為容納閥銷(valve pin)42的通孔(through bore)40 所述通孔 40延伸通過中組合裝置32，並通過外組合裝置34的一部分以使得閥銷42沿著噴嘴組件18 的縱軸沿軸向移動。通孔40具有沿著噴嘴組件18的中心縱軸變化的內壁直徑。閥銷42 沿著噴嘴組件18的中心縱軸沿軸向可移動以協助控制第一聚合物材料64和第二聚合物材料66流動通過噴嘴組件18並進入模具24。
中組合裝置32與內組合裝置30協同地咬合形成噴嘴組件18中多個環形流通道中的一部分。中組合裝置32從通道37接收第一聚合物材料64和從通道41接收第二聚合 物材料66以操控各種聚合物材料流動通過多個載有環形流體的流道或通道。通過中組合 裝置32進行的流體操控引發一起包封中間材料流60的外層材料流58和內層材料流56的產生。
所述中組合裝置32當與內組合裝置30結合時形成圍繞通孔40和閥銷42周向地 延伸的包衣架(wrapped-coat-hanger)模頭31。包衣架模頭31提供具有第一聚合物材料 64的均勻熔體分布的環形流體流道48。環形流體流道48引導內層材料流56的環形流動 液流通過孔口流入液流組合區域54。
外組合裝置34與中組合裝置32協同地咬合從而形成一個或多個載有流體的流道 或通道以操控形成所得塑料物體的中間層的第二聚合物材料66。外組合裝置34當與中組 合裝置32結合時形成圍繞內層材料流56、通孔40和閥銷42周向地延伸的包衣架模頭33。 包衣架模頭33提供具有第二聚合物材料66的均勻熔體分布的錐形流體流道52。錐形流體 流道52通過另一孔口供給第二聚合物材料66的環形流至流組合區域54。
外組合裝置34與噴嘴體36協同地咬合。外組合裝置34當與噴嘴體36耦合時形 成圍繞中間層流52、內層材料流56、通孔40和閥銷42周向地延伸的包衣架模頭35。包衣 架模頭35提供具有第一聚合物材料64的均勻熔體分布的徑向流體流道50。徑向流體流 道50通過孔口供給液流組合區域54第一聚合物材料64的液流。通過孔口供給至液流組 合區域54的第一聚合物材料64形成所得成型物體的外層。
流體流道48、50和52供給液流組合區域54外層材料液流58、內層材料液流56和 中間層材料液流60。噴嘴尖頭38的一部分、外組合裝置34的一部分、中組合裝置32的一 部分和閥銷42的一部分組合形成液流組合區域54。液流組合區域54具有約6. 7mm至約 17. 2mm之間的內通道直徑。液流組合區域54以同時或幾乎同時的方式組合從流體流道50 接收的外層材料流58、從流體流道48接收的內層材料流56和從流體流道52接收的中間層 材料流60以形成環形輸出液流。
內組合裝置30、中組合裝置32和外組合裝置34的流道、孔和通道，更具體地與 噴嘴組件18中的內層材料和外層材料的形成和流動相關的流道、孔和通道可以規定尺寸 (sized)、限定、調節和設置為控制或產生如上所述的期望的體積流量比。以此方式，閥銷42 可以保持在固定位置並且不需要被移動從而控制或形成特定的體積流量比。換言之，噴嘴 組件18具有流道構造和結構從而輸出期望的或選擇的體積流量比而不需要相關的控制器 或微處理器。在某些示例性實施方案中，閥銷42可以通過控制器或微處理器來控制從而控 制體積流量比。
環形輸出液流49從液流組合區域54流動通過流體流道62至噴嘴組件18的輸出 部39。流體流道62具有圍繞通孔40徑向延伸和從液流組合區域54軸向延伸至輸出部39 的環形內部流道。輸出部39與模具的澆口如澆口 20A-20D中之一相連通。
通過液流組合區域54形成的環形輸出液流49具有由第一聚合物材料64形成的 外部環形皮層和內部環形皮層、以及由第二聚合物材料66形成的中間或芯環形層。當材料 流動通過流體流道62至輸出部39時，第一聚合物材料64的內外皮層各自具有基本上相同 的截面積。第一聚合物材料64的內外皮層包封形成所得塑料物體的芯部的第二聚合物材 料66的中間層。
當從噴嘴組件18注射時，如在圖13中所描述的，組合的聚合物流49包括沿著在 內聚合物液流53和外聚合物液流51之間的同心或環形流線流動的中間液流55。
基於此處的教導，相關領域的那些熟練技術人員可知，可以對本公開內容的上述 和其它實施方案進行許多改變和改進而不偏離在所附的權利要求中限定的本發明的精神。 因此，與限定的含義相反，該詳細的實施方案的描述看作是示例性的。
權利要求
1.一種多組多層製品的成型方法，其包括將第一聚合物材料注射至模具中，所述模具限定多組至少四個模腔並且被設置為形成多組至少四個所得對稱多層製品，其中所述多組模腔的每一個對應於所述多組所得對稱多層製品中之一；將第二聚合物材料注射至所述模具中以形成所述多組所得對稱多層製品的內層和外層；和使得所述第一聚合物材料流遍所述模具以向所述多組所得對稱多層製品的每一個提供有延伸達到可密封部的至少95%的中間層。
2.根據權利要求1所述的方法，其中將所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料共注射至所述模具中。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料包括不同的材料。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一聚合物材料比所述第二聚合物材料相對地更不透氣。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一聚合物材料包括乙烯乙烯醇共聚物。
6.根據權利要求1所述的方法，其進一步包括共注射所述第一聚合物材料以致所述第一聚合物材料在整個所述模具內保持偏離零速度梯度。
7.根據權利要求1所述的方法，其進一步包括使所述第一聚合物材料以比組合的材料流的平均速率更大的速率流過所述模具。
8.根據權利要求1所述的方法，其中所述模具的多組模腔的每一個基本上是對稱的。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述多組所得對稱製品的每一個均具有橫跨任何橫向平面對稱的幾何形狀。
10.根據權利要求1所述的方法，其中將所述第一聚合物材料在所述第二聚合物材料之後注射至所述模具中。
11.根據權利要求1所述的方法，其中所述使得步驟進一步包括使得所述第一聚合物材料流遍所述模具以向所述多組所得對稱多層製品的每一個提供有延伸達到所述可密封部的至少99%的中間層。
12.—種多層製品的成型方法，其包括將第一聚合物材料注射至模具中，所述模具限定模腔並且被設置為形成所得對稱多層製品;將第二聚合物材料注射至所述模具中以形成所述所得對稱多層製品的內層和外層；和使得所述第一聚合物材料流遍所述模具以向所述所得對稱多層製品提供有延伸達到可密封部的至少99%的中間層。
13.根據權利要求12所述的方法，其中將所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料共注射至所述模具中。
14.根據權利要求12所述的方法，其中所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料包括不同的材料。
15.根據權利要求12所述的方法，其中所述第一聚合物材料比所述第二聚合物材料相對地更不透氣。
16.根據權利要求12所述的方法，其中所述第一聚合物材料包括乙烯乙烯醇共聚物。
17.根據權利要求12所述的方法，其進一步包括共注射所述第一聚合物材料以致所述第一聚合物材料在整個所述模具內保持偏離零速度梯度。
18.根據權利要求12所述的方法，其進一步包括使所述第一聚合物材料以比組合的材料流的平均速率更大的速率流過所述模具。
19.根據權利要求12所述的方法，其中所述模具的模腔基本上是對稱的。
20.根據權利要求20所述的方法，其中所述所得對稱製品具有橫跨任何橫向平面對稱的幾何形狀。
21.根據權利要求12所述的方法，其中在將所述第二聚合物材料注射至所述模具中的步驟已經開始之後開始將所述第一聚合物材料注射至所述模具中。
22.—種共注射成型設備，其包括模具，所述模具限定多組至少四個模腔，其中所述多組模腔的每一個對應於多組所得對稱多層製品中之一；多組噴嘴組件，其中所述多組噴嘴組件的每一個對應於所述多組模腔中之一，其中設置各個所述多組噴嘴組件以將第一聚合物材料注射至所述多組模腔中的對應模腔從而形成所述多組所得對稱多層製品中之一的中間層，並且將第二聚合物材料注射至所述多組模腔中的對應模腔從而形成所述多組所得對稱多層製品中之一的內層和外層；和處理器，將所述處理器編程為執行指示從而使得所述第一聚合物材料流遍所述模具， 以向所述多組所得對稱多層製品的每一個提供有延伸達到可密封部的至少95%的中間層。
23.根據權利要求22所述的共注射成型設備，其中將所述處理器進一步編程為執行指示從而在所述多組模腔的各模腔內保持所述第一聚合物材料的流動液流偏離組合的材料流的零速度梯度。
24.根據權利要求22所述的共注射成型設備，其中設置各個所述多組噴嘴組件從而在所述多組模腔的對應模腔內保持所述第一聚合物材料的流動液流偏離組合的材料流的零速度梯度。
25.根據權利要求22所述的共注射成型設備，其中將所述處理器進一步編程為執行指示從而使所述第一聚合物材料以比所述組合的材料流的平均速率更大的速率流過各個所述多組模腔。
26.根據權利要求22所述的共注射成型設備，其中進一步設置所述多組噴嘴組件從而使所述第一聚合物材料以比所述組合的材料流的平均速率更大的速率流過各個所述多組模腔。
27.根據權利要求22所述的共注射成型設備，其中所述多組模腔的每一個基本上是對稱的。
28.—種包括限定模具模腔的模具的共注射成型設備，所述成型設備包括噴嘴組件，設置所述噴嘴組件從而將第一聚合物材料注射至設置為形成第一所得對稱多層製品的中間層的第一模具模腔和將第二聚合物材料注射至所述第一模具模腔從而形成所述第一所得對稱多層製品的內層和外層；和處理器，將所述處理器編程為執行指示從而使得所述第一聚合物材料流遍所述第一模具模腔以向所述第一所得對稱多層製品提供有延伸達到所述第一所得對稱多層製品的可密封部的至少99%的中間層。
29.根據權利要求28所述的共注射成型設備，其中將所述處理器進一步編程為執行指示從而在所述第一模具模腔內保持所述第一聚合物材料的流動液流偏離組合的材料流的零速度梯度。
30.根據權利要求29所述的共注射成型設備，其中設置所述噴嘴組件以保持所述偏離。
31.根據權利要求28所述的共注射成型設備，其中將所述處理器進一步編程為執行指示從而使所述第一聚合物材料以比所述組合的材料流的平均速率更大的速率流過所述第一模具模腔。
32.根據權利要求28所述的共注射成型設備，其中所述第一模具模腔基本上是對稱的。
33.根據權利要求28所述的共注射成型設備，其中所述模具限定多個模腔，其中所述多個模腔的每一個對應於多個所得對稱多層製品中之一；其中所述噴嘴組件包括多個噴嘴組件，其中所述多個噴嘴組件的每一個對應於多個模腔中之一，其中設置各個所述多個噴嘴組件以將所述第一聚合物材料注射至所述多個模腔中的對應模腔從而形成所述多個所得對稱多層製品中之一的中間層，其中進一步設置各個所述多個噴嘴組件以將所述第二聚合物材料注射至所述多個模腔中的對應模腔從而形成所述多個所得對稱多層製品中之一的內層和外層；和其中將所述處理器進一步編程為執行指示從而使所述第一聚合物材料流遍所述多個模腔以向多個所得對稱多層製品的每一個提供延伸達到可密封部的至少99%的中間層。
34.一種多層成型製品，其包括內層，外層，和中間層，所述中間層在所述內層和所述外層之間延伸從而為所述多層成型製品的密封表面區域的至少99%提供阻隔層或清潔劑覆蓋。
35.根據權利要求34所述的多層成型製品，其中所述多層成型製品包括具有沿著沿所述成型製品側壁延伸的任何橫向平面的圓形或環狀橫截面的對稱多層成型製品。
36.一種用於成型多組多層製品的保持計算機可執行指示的非臨時性計算機可讀介質，所述介質包括用於進行以下的指示將第一聚合物材料注射至模具中，所述模具限定多組至少四個模腔並且被設置為形成多組至少四個所得對稱多層製品，其中所述多組模腔的每一個對應於所述多組所得對稱多層製品中之一；將第二聚合物材料注射至所述模具中以形成所述多組所得對稱多層製品的內層和外層；和使得所述第一聚合物材料流遍所述模具以向所述所得對稱多層製品的每一個提供有延伸達到所述所得對稱多層製品的可密封部的至少95%的中間層。
37.根據權利要求36所述的介質，其中所述介質包括用於將所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料共注射至所述模具中的指示。
38.根據權利要求36所述的介質，其中所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料包括不同的材料。
39.根據權利要求36所述的介質，其中所述第一聚合物材料比所述第二聚合物材料相對地更不透氣。
40.根據權利要求36所述的介質，其中所述第一聚合物材料包括乙烯乙烯醇共聚物、 尼龍和除氧材料中至少一種。
41.根據權利要求36所述的介質，其中所述介質進一步包括用於注射所述第一聚合物材料以致所述第一聚合物材料在整個模具內保持偏離零速度梯度的指示。
42.根據權利要求36所述的介質，其中所述介質進一步包括用於使得所述第一聚合物材料以比所述組合的材料流的平均速率更大的速率流過所述模具的指示。
43.根據權利要求36所述的介質，其中所述介質進一步包括用於使得所述第一聚合物材料流遍所述模具從而向所述所得對稱多層製品的每一個提供有延伸達到可密封部的至少99%的中間層的指示。
44.一種多層成型塑料製品，其包括塑料內層，塑料外層，和塑料中間層，其中所述多層成型製品具有小於約O. 05ppm/天/製品的透氣速率。
45.根據權利要求44所述的多層成型塑料製品，其中所述多層成型塑料製品包括容器。
46.根據權利要求44所述的多層成型塑料製品，其中所述多層成型塑料製品包括用於覆蓋容器的開口端的罩或蓋。
47.根據權利要求44所述的多層成型塑料製品，其具有小於約O.005ppm/天/製品的透氣速率。
48.根據權利要求44所述的多層成型塑料製品，其具有小於約O.0005ppm/天/製品的透氣速率。
49.根據權利要求44所述的多層成型塑料製品，其中所述塑料中間層包括除氧劑。
50.根據權利要求44所述的多層成型塑料製品，其中所述滲透速率在清除期間基本上為零。
全文摘要
一種成型多層製品，其具有包含在內層和外層內的中間層。所述製品通過將內層材料、外層材料和中間層材料共注射至限定模腔的模具中而成型。以使得所述中間層材料流動液流不沿著或橫跨零速度梯度流動並還具有比組合的流動前沿的平均流速更大的流速的方式，使所述中間層材料沿著偏離所述組合的材料流的零速度梯度的流線流動。這些方法和設備可以一次成型4個以上的多層製品，各個製品具有延伸達到所述製品可密封部的95%以上的中間層。所得製品的中間層可以延伸達到所述製品可密封部的99%以上。
文檔編號B29C45/16GK103003048SQ201180035035
公開日2013年3月27日 申請日期2011年7月15日 優先權日2010年7月16日
發明者P·M·斯文森 申請人:考泰克公司