專利名稱：注射成型聚對苯二甲酸乙二酯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將非結(jié)晶或結(jié)晶聚對苯二甲酸乙二酯注射成型至所希望的成型形狀(例如型坯)的方法，該方法省去了預(yù)干燥。
由乙二醇與對苯二酸或?qū)︵彵蕉姿岫柞サ谋倔w聚合劑得的聚對苯二甲酸乙二酯(PET)顆粒是非結(jié)晶的透明材料。水份含量未達到平衡的PET具有進一步吸水的特性，這樣當PET在吸水條件熔融時，就會發(fā)生水解造成PET不能熔融。
非結(jié)晶PET顆粒當加熱至高于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)時，變得稍軟而具有粘性，該粘性使得PET顆粒難于進入螺桿，由此成型時不能供料。另一方面，對于結(jié)晶的PET顆粒，甚至在高于其Tg的溫度，它也不軟化，而保持一定的硬度，并且沒有粘性。
這樣，材料制造商需將未結(jié)晶PET顆粒在150至160℃的溫度干燥，以制造去濕和結(jié)晶的PET顆粒，并將其作為市售成型材料銷售。但這都造成普通的市售PET比未結(jié)晶的PET更貴。由于某些材料制造商銷售的未結(jié)晶PET在使用之前已由成型品制造商干燥，以達到去濕和結(jié)晶，因此，在此所說的結(jié)晶PET是指干燥的市售品，而未結(jié)晶PET是指未干燥品。在成型中，使用PET甚至結(jié)晶PET作為原料的產(chǎn)品在自然狀態(tài)具有吸水的特性，并且其吸水含量達到的程度隨著它用作成型材料之前的控制條件而變化，因此通常在成型馬上開始之間都對PET進行初步的干燥。
初步干燥在150℃的溫度用約四小時完成。增加每小時材料的用量以改進成型周期效率及考慮到甚至對于長時間操作防止供料短缺都得在注射成型機上安裝干燥這不可避免地增大了尺寸并使所需用來干燥的功率消耗趨向增加、問題在于在成型操作之前需要花費大量的時間進行預(yù)備工作，并且失靈的干燥機嚴重影響成型操作。
此外也可設(shè)計省略初步干燥的注射成型裝置。作為這種成型裝置，有已知的排氣成型機，其中在加熱機筒中的注射螺桿被分成第一段和第二段。第一段熔融樹脂中的水份含量通過在兩段之間設(shè)置的排氣口排到外面。
在這種已知的排氣式成型機中，第一段的供料段螺槽(從設(shè)置料斗的后端通向前端的計量段)是以深螺槽形式的。從料斗供入的潮濕樹脂材料顆粒在由螺桿旋轉(zhuǎn)連續(xù)供料是由于絕熱和壓縮而熔融，然后該螺槽通過淺螺槽的計量通向第二段。
第二段的螺槽是深槽形的，由此當熔融樹脂伎輸至該螺槽時，熔融樹脂的壓力由于螺桿槽深的迅速增加而降低，以便使樹脂中的水份含量揮發(fā)。包裹在樹脂中的水份含量由螺桿的旋轉(zhuǎn)而被分離。這些水份然后被吸出，并由真空泵通過排氣口排出。以這種方式排出其水份的熔融樹脂通過螺桿的旋轉(zhuǎn)供入第二段前端的計量段，然后送至螺桿前端的儲料位置，這一點與具有普通機構(gòu)的注塑成型機類似，這些儲存的熔融樹脂在螺桿旋轉(zhuǎn)停止后由注射螺桿的向前運動而注射導(dǎo)入模腔。
盡管，通常使用這種排氣式注射裝置時允許材料具有大量的吸收水份而不同初步干燥去成型，但這不是對所有樹脂都適用，對于PET特別是非結(jié)晶的，在供料段內(nèi)，顆粒的軟化和壓縮造成它被堆積，由此料斗內(nèi)的PET不能進入該段，螺桿的吃料變得非常困難，以致材料不能被供入。結(jié)果使用這種普通的排氣式注射機在沒有必要的初步干燥時完成注射成型是相當困難的。
本發(fā)明設(shè)計用來解決上述普通PET注射成型問題。本發(fā)明的目的是提供一種注射成型PET的方法，通過該方法盡管使用排氣式注射裝置作為不要初步干燥的裝置，但該裝置也不會出現(xiàn)很差的螺桿吃料情況，即使成型材料是未結(jié)晶或結(jié)晶PET也能在任何時間將一定量的材料供入，以注射成型所希望的透明成型形式，例如型坯，并用該型坯制造低成本的薄壁容器。
根據(jù)上述目的本發(fā)明使用了一種排氣式注射裝置，其中注射螺桿包括第一段和第二段，并裝在具有排氣口的加熱機筒中，可在其中轉(zhuǎn)動和移動，將供入排氣式注射裝置第一段供料區(qū)內(nèi)的樹脂材料的供料速率限制為材料樹脂不會由于壓縮而積壓，即使在到達供料區(qū)前端的壓縮段之前材料樹脂軟化成彈性體狀態(tài)也是如此。這種限制可通過使供料區(qū)后端(第一段的料斗口設(shè)置于此)接收段的螺槽橫截面小于供料段的螺槽截面，在這種條件下，將沒有初干燥的用于生產(chǎn)未結(jié)晶或結(jié)晶的聚對苯二甲酸乙二酯裝在料斗中作為欲塑化和注塑的樹脂材料。
盡管優(yōu)造上述接收段11的螺槽橫截面設(shè)置為不大于供料區(qū)螺槽橫截面的3/4，但是過小的如此設(shè)置的橫截面將造成供料速率過小，并且材料的計量時間比所需的長，因此最好后者占前者的2/3至1/2。為了較快的供應(yīng)PET，在到壓縮區(qū)中間的位置螺桿都是雙螺紋的，然后從壓縮區(qū)到計量區(qū)是單螺紋的，以便將螺距設(shè)置為較大的值，由此使能熔融樹脂能足夠的松馳，以改進位于第二段排氣口的排氣效果。
此外，成型以下面這種方式進行加熱機筒第二段的加熱溫度設(shè)置為低于第一段加熱溫度的數(shù)值，由此防止了由于熔融樹脂的過熱而出現(xiàn)乙醛。
從上述加熱機筒中除去樹脂中的水份可由真空泵裝置在減壓下的抽吸完成，這種排氣即使在注射操作過程中也未中斷。注射時，所設(shè)置的減壓值低于塑化時的值，由此防止了由于注射螺桿的向前運動而造成的排氣口冒料。注射成型的型坯立即或稍遲轉(zhuǎn)送至吹塑模，在那里它可被拉伸吹塑成型為包裝容器(例如薄壁瓶)。
附圖顯示了可以進行本發(fā)明注射成型方法的排氣式注射裝置的例子，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的排氣式注射裝置的縱切面和側(cè)視示意圖。
圖2是圖1排氣式注射裝置所提供的螺桿放大側(cè)視圖，其中其前端省略了。
圖中，標號1是指注射螺桿，它可旋轉(zhuǎn)并可移動地插在加熱機筒2中，注射螺桿1具有這樣的形狀即其具有深螺槽和淺螺槽部分的兩個螺紋相互連接形成一個單螺紋，該螺桿還具有這樣的設(shè)計即位于加熱機筒2后部的螺桿部分10是第一段(10)，同時位于其前部的螺桿20是第二段(20)。
上述的加熱機筒(2)包括位于壁上的排氣口，并且第二段20的后部們于此處，該開口由真空泵(省略其視圖)封住并與其連接，在第一段10所處的后壁部分開有一個供料口4，安裝著用于PET顆粒(此后簡稱作樹脂)的料斗5，在加熱機筒2和噴咀6的外圍，裝有帶式加熱器(圖中省略)，以加熱由螺桿轉(zhuǎn)動從上述供料口4送來的樹脂。
上述的排氣口3和供料口4都具有與其面對的螺桿螺距基本上相等的開口寬度。
圖2顯示了上述注射螺桿1的設(shè)計，其中第一段10與第二段20在整個長度L上的比為約6∶4，因而第二段20稍短于第一段10。第一段10分成四段接收區(qū)11，供料區(qū)12，壓縮區(qū)13和計量區(qū)14(從后端起)，而第二段20分成三個區(qū)，供料區(qū)21、壓縮區(qū)22和計量區(qū)23(從后端起)。
在第一段10和第二段20，螺桿是以雙螺紋形式，直到壓縮區(qū)13和22的中間位置(除去計量段14和23)，由此由螺桿旋轉(zhuǎn)造成的向壓縮區(qū)13和22供入的材料樹脂完成得盡可能快，而在計量段14和23，螺桿是單螺紋的，以加寬螺距，從而盡可能減少熔融樹脂的不均勻性。
在第一段10，接收區(qū)11的螺距P1小于供料區(qū)12的螺距P2，而計量段14的螺距P3是上述螺距P2的兩倍，第二段20的供料區(qū)21和計量區(qū)23的螺距與第一段10的螺距近似。
第一段10的螺槽深度以供料區(qū)12的螺槽深度計算出的尺寸設(shè)置。為了限制供料區(qū)12的供料速率，上述接收區(qū)11的螺槽深度是這樣的淺深度，即相對于上述螺距P1處的螺槽橫截面積為供料區(qū)12螺槽橫截面積的2/3，而計量段14的螺槽深度為比接收區(qū)11更淺的深度，以便由螺桿旋轉(zhuǎn)松馳熔融樹脂。
第二段20供料區(qū)21的螺槽深度設(shè)置為最深，以便由迅速的減壓將熔融樹脂中的水份揮發(fā)掉同時計量區(qū)23的螺槽深度設(shè)置為比第一段10的計量區(qū)14深的值，由此通過螺桿的旋轉(zhuǎn)比較容易供應(yīng)熔融樹脂。
為了使用具有上述安排的排氣式注射裝置用未結(jié)晶PET注射成型模制品(例如型坯)，首先，相應(yīng)于第二段20的加熱機筒2的溫度設(shè)置為270℃，相應(yīng)于第一段10的加熱機筒2的溫度設(shè)置為280℃，將未干燥未結(jié)晶的PET作為成型材料裝于上述料斗5中，然后使注射螺桿1以高速(100rpm)旋轉(zhuǎn)，由真空泵將開口3的氣壓降至約-730mmHg柱。
料斗5中的PET由于螺桿的旋轉(zhuǎn)供入接收區(qū)11。從接收區(qū)11至供料區(qū)12的PET供料速率被限制到占供料區(qū)12的螺槽橫截面2/3的值，其中橫截面是由上述螺槽橫截面設(shè)定所確定的，由此供料區(qū)12的PET不會過量積存。這樣即使PET軟化成彈性體狀態(tài)，這些顆粒也不會因為壓縮而相互結(jié)塊，并且在樹脂達到壓縮區(qū)13之前不會積存。
在供料區(qū)12軟化的PET通過壓縮區(qū)13的傾斜表面被壓縮，以使它熔融、松馳并暫時塑化，由此PET供入溫度設(shè)置值低于第一段10的第二段20，供料區(qū)21的螺槽是深槽式的，由此熔融樹脂的壓力減小，使得PET內(nèi)的水份被揮發(fā)，包裹在熔融PET內(nèi)的水份通過螺桿的旋轉(zhuǎn)而脫出，這些水份然后由真空泵通過排氣口3吸出排掉，以此方式除去水份的熔融PET通過螺桿的旋轉(zhuǎn)供到第二段20的計量段23，并進一步塑化，然后以類似普通機構(gòu)的注射成型機的方式供至螺桿前端的位置儲存。當熔融PET供料時，注射螺桿1向后移動，并在計量了注射所需量的所希望位置停止。計量之后，熔融樹脂被注射，并由注射螺桿1的向前運動裝入模具。然后排氣口3的氣壓改變至約-650mmHg柱，并在注射操作期間由真空泵保持此值。該氣壓可通過閥操作將外界空氣放入抽吸管線而容易地控制。
如此注射成型的型坯是透明的，類似于在注射成型之前進行初步干燥的情況，并且沒有由于水解造成的混濁，存在的乙醛在允許的范圍之內(nèi)。
下面說明了本發(fā)明的排氣式注射裝置的一個例子注射螺桿(雙螺紋)螺桿長度(L): 1670mm螺桿外徑(D): 64mm螺桿的L/D: 26第一段 (長度) (較小螺桿直徑) (螺距)螺桿 998mm接收區(qū) 128mm 52.0mm 32.0mm供料區(qū) 646mm 45.0mm 38.5mm壓縮區(qū) 64mm計量區(qū) 160mm 57.2mm 77.0mm第二段 (長度) (較小螺桿直徑) (螺距)螺桿 672mm供料區(qū) 448mm 43.2mm 38.5mm壓縮區(qū) 64mm計量區(qū) 160mm 56.0mm 77.0mm螺桿轉(zhuǎn)速100rpm注射行程120rpm當PET是結(jié)晶的時候，則在供料區(qū)12軟化得更慢，送至壓縮區(qū)13則比未結(jié)晶的PET快，由此往往趨向于擴大不均勻熔融。但是這個問題可通過將壓縮區(qū)13的長度設(shè)置到稍長于上述值解決。
使用上述排氣式注射裝置允許將注射成型型坯成型為薄壁包裝容器，例如由已知的拉伸吹塑成型的瓶。這種已知的拉伸吹塑成型大致分成所謂的兩步式成型方法(在這種方法中，型坯的注射成型和將型坯拉伸吹塑成型為容器是分開進行的)和所謂的一步式成型方法(在這種方法中，從型坯的注射成型到將型坯拉伸吹塑成型為容器是連續(xù)完成的)，在這兩種方法中，用省略了初步干燥的注射成型生產(chǎn)的PET型坯可成型為像干燥后注射成型PET型坯一樣的薄壁容器。
下面所示這種情況下的成型條件夾住注射成型型坯的頸部至它的形狀可被保持的極限位置，從型腔和型芯中放開該型坯，當型坯的表面溫度由于內(nèi)部潛熱而升高時，將其轉(zhuǎn)去吹塑成型、并被立即拉伸吹塑成型為薄壁容器材料樹脂UNIPET RY523(由Unipet Co.，Ltd制造)成型的形狀扁瓶尺寸總高250mm，口內(nèi)徑23.5mm，瓶頸以下長度230mm，瓶體外徑90×50mm，瓶體壁厚0.4mm重量36g型坯尺寸總高142mm，口內(nèi)徑23.5mm，瓶頸以下長度230mm，瓶體壁厚2.9mm，瓶體上部外徑28mm瓶下端外徑24mm，錐度2/122。
型坯成型條件注射機筒溫度第一段前285℃，中285℃，后280℃第二段前270℃，后270℃
噴咀溫度270℃注射模具溫度(設(shè)定值)模具型腔15℃模具芯15℃注射壓力(保壓)75kg/cm2保壓時間6.0秒冷卻時間2.8秒離模溫度60至70℃(型坯表面溫度)拉伸吹塑成型條件模具溫度(設(shè)定值)20℃拉伸吹塑溫度88℃(型坯表面溫度)吹塑壓力(拉伸)20kg/cm2吹塑時間2.0秒拉伸百分比縱向(軸向)190%側(cè)向(徑向)360×200%正如上面所述的，根據(jù)本發(fā)明，使用該排氣式注射裝置可進行未結(jié)晶PET和結(jié)晶PET的注射成型，而不用初步干燥，由此可得到稍有水解成型制品。所得的成型制品由于過熱產(chǎn)生的乙醛較小，因此可以使用商業(yè)價值較低的未結(jié)晶PET作為成型材料，由此可降低材料費用，而對結(jié)晶PET可節(jié)省初步干燥所需的運行費用，因此使用這些PET作為原料的包裝容器的價格可以被降低。本發(fā)明的進一步優(yōu)點在于注射成型本身不需復(fù)雜的操作，并可用普通成型技術(shù)完成，由此在工業(yè)領(lǐng)域具有非常高的使用價值。
權(quán)利要求
1.將未干燥的聚對苯二甲酸乙二酯作為原料的注射成型方法，其特征在于使用一種排氣式注射成型裝置，在這種裝置中，包括第一段和第二段的注射螺桿可旋轉(zhuǎn)地并可移動地安裝在具有排氣口的加熱機筒中，將材料樹脂供入排氣式注射裝置第一段供料區(qū)的供料速率以這樣的方式限制材料樹脂不會由于壓縮而積壓，即使該材料樹脂在到達供料區(qū)前面的壓縮區(qū)之前被軟化也是如此；這種限制通過使供料區(qū)后端處的接收區(qū)(在此設(shè)置了第一段料斗口)的螺槽橫截面小于供料區(qū)螺槽橫截面而實現(xiàn)，在這種條件下，省去了初步干燥的未結(jié)晶聚對苯二甲酸乙二酯作為原料樹脂裝在料斗中以塑化并注射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的注射成型聚對苯二甲酸乙二酯的方法，其中上述接收區(qū)螺槽的橫截面積不大于供料區(qū)螺槽橫截面的3/4，螺紋以雙螺紋形式直至壓縮區(qū)的一半位置，然后從壓縮區(qū)至計量區(qū)是單螺紋，以便將螺距設(shè)置到較大的值，這樣可使熔融樹脂具有足夠的松馳，以改進在第二段排氣口處的排氣效果。
3.如權(quán)利要求1的注射成型聚對苯二甲酸乙二酯的方法，其中從加熱的機筒中除去樹脂中的水份是由真空泵在減壓下通過抽吸完成的，這種排除甚至在注射操作過程中也不中斷，注射時的減壓設(shè)置至為低于塑化時的值，由此防止了由于注射螺桿向前運動而造成的排氣口冒料。
4.如權(quán)利要求1的注射成型聚對苯二甲酸乙二酯的方法，其中加熱機筒第二段側(cè)的加熱溫度設(shè)置為低于第一段側(cè)的加熱溫度值，由此防止了熔融PET的過熱。
5.如權(quán)利要求1的注射成型聚對苯二甲酸乙二酯的方法，其中成型材料是省略了初步干燥的結(jié)晶聚對苯二甲酸乙二酯。
6.如權(quán)利要求1的注射成型聚對苯二甲酸乙二酯的方法，其中成型制品是由拉伸吹塑成型的薄壁包裝容器的型坯。
全文摘要
使用排氣式注射裝置注射成型省略了初步干燥的聚對苯二甲酸乙二酯的方法，其中該裝置不擴大差的螺桿吃料，甚至在成型材料是未干燥的未結(jié)晶或結(jié)晶的PET時，也能在任何時候供入定量的材料，以注射成型所希望的透明成型制品，例如型坯，利用該型坯可低成本地生產(chǎn)薄壁容器。
文檔編號B29C45/60GK1098356SQ9410693
公開日1995年2月8日 申請日期1994年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月30日
發(fā)明者甲田英明, 中島恒 申請人:株式會社青木固研究所