容器及其制造方法
【專利說明】容器及其制造方法
[0001 ]優(yōu)先權(quán)要求
[0002] 本申請根據(jù)35 U.S.C.§119(e)要求2013年8月30日提交的美國臨時申請序列號 61/872,260、2013年8月30日提交的美國臨時申請序列號61/872,368、以及2013年8月30日 提交的美國臨時申請序列號61 /872，183的優(yōu)先權(quán)，其中每一個通過引用明確地結(jié)合在此。
【背景技術(shù)】
[0003] 本披露涉及容器，并且具體地說涉及由聚合物材料制成的容器。更具體地，本披露 涉及使用吹塑工藝制成的容器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)本披露，容器被形成為包括內(nèi)部區(qū)域，所述內(nèi)部區(qū)域被適配成在其中儲存產(chǎn) 品。所述容器是使用容器模制工藝制造的，其中擠出且隨后吹塑聚合物材料的管。
[0005] 在說明性實(shí)施例中，容器模制工藝用于從多層管形成多層容器。所述容器模制工 藝包括擠出操作、吹塑操作、以及修整操作。在擠出操作過程中，共擠出系統(tǒng)共擠出多層管， 所述多層管包含內(nèi)層、與所述內(nèi)層間隔開的外層、以及位于所述內(nèi)層與所述外層之間的芯 層。所述芯層是由相對低密度的絕熱多孔非芳香族聚合物材料制成的。在吹塑操作過程中， 多層管位于模具中并且將加壓氣體栗送到在所述多層管中形成的空間中以便使所述多層 管膨脹且呈現(xiàn)所述模具的形狀，這樣使得器皿形成。在修整操作過程中，從所述器皿除去過 量材料以便形成多層容器。
[0006] 在說明性實(shí)施例中，多層容器包括內(nèi)層、與所述內(nèi)層間隔開的外層、以及位于所述 內(nèi)層與所述外層之間的壓縮芯層。所述壓縮芯層由相對低密度的絕熱多孔非芳香族聚合物 材料制成，所述聚合物材料已在吹塑操作過程中壓縮。因此，多層容器具有相對低的密度， 同時使堆疊強(qiáng)度、剛性和頂部負(fù)載性能最大化。多層容器的低密度還使用于形成所述多層 容器的聚合物材料的量最小化。
[0007] 在考慮對如目前認(rèn)為的執(zhí)行本披露的最佳模式進(jìn)行舉例說明的說明性實(shí)施例后， 本披露的另外的特征將對本領(lǐng)域技術(shù)人員變得清楚。
【附圖說明】
[0008] 詳細(xì)的說明具體地涉及附圖，在所述附圖中：
[0009] 圖1是根據(jù)本披露的容器模制工藝的圖解和透視圖，示出了所述容器模制工藝包 括擠出操作，其中從共擠出系統(tǒng)中擠出多層管；閉合操作，其中使模具圍繞所述多層管閉 合;插入操作，其中將吹針插入到在所述多層管中形成的管空間中，同時將真空施加到所述 模具上;栗送操作，其中將加壓氣體栗送到管空間中；膨脹操作，其中所述加壓氣體使所述 多層管抵靠所述模具的內(nèi)表面膨脹;打開操作，其中打開所述模具并且釋放器皿；以及修整 操作，其中從所述器皿修整過量材料以便形成如圖13中所示的根據(jù)本披露的多層容器； [0010]圖2是圖2的容器模制工藝的圖解視圖，示出了所述容器模制工藝包括一系列操 作，所述操作產(chǎn)生多層管且形成多層容器；
[0011] 圖3是用于制造多層管的共擠出系統(tǒng)的透視和圖解視圖，示出了所述共擠出系統(tǒng) 包括外層擠出機(jī)，所述外層擠出機(jī)被配置成接收外層配制品并且提供外層型坯；內(nèi)層擠出 機(jī)，所述內(nèi)層擠出機(jī)被配置成接收內(nèi)層配制品并且提供內(nèi)層型坯;芯層擠出機(jī)，所述芯層擠 出機(jī)被配置成接收芯層配制品并且提供芯層型坯；以及共擠出模，所述共擠出模聯(lián)接到所 述擠出機(jī)中的每個上以便接收相關(guān)型坯并且被配置成擠出所述內(nèi)層型坯、芯層型坯以及外 層型坯以便形成多層管；
[0012] 圖4是從共擠出系統(tǒng)的共擠出模下方取得的局部透視圖，示出了所述共擠出模包 括環(huán)形孔口，所述環(huán)形孔口被配置成擠出多層管；
[0013] 圖5是類似于圖4的在多層管的共擠出已經(jīng)開始之后的視圖，其中多層管的部分已 剖開以便展現(xiàn)內(nèi)層是與外層間隔開的且芯層位于內(nèi)層與外層之間；
[0014] 圖6是圖1的放大局部透視圖，示出了在閉合操作之前，多層管位于兩個模具半部 之間且聯(lián)接到模具上的真空源被關(guān)閉，這樣使得當(dāng)所述模具處于閉合位置中時大氣壓存在 于在所述兩個模具半部之間形成的模具空腔中；
[0015] 圖7是圖1的放大局部透視圖，示出了在閉合操作之后，真空源被開啟并且模具空 腔內(nèi)部的壓力降低以便在所述模具空腔中形成真空，所述真空使在吹制操作和膨脹操作過 程中芯層中的孔結(jié)構(gòu)的損失最小化；
[0016]圖8A是沿圖7的線8A-8A取得的截面視圖，所述視圖示出在吹制操作之前，多層管 具有外管表面，所述外管表面形成預(yù)成形半徑;并且模具的內(nèi)表面具有相對更大的模具半 徑；
[00Π ]圖8B是類似于圖8A的沿圖1的線8B-8B取得的視圖，示出了所述多層管已經(jīng)膨脹以 便在膨脹操作完成之后接合模具的內(nèi)表面，并且器皿包括外容器表面，所述外容器表面形 成約等于模具半徑的相對更大的容器半徑；
[0018] 圖9是類似于圖7的視圖，示出了在插入操作之后的模具和多層管，在所述插入操 作中將吹針插入穿過模具且進(jìn)入多層管的管空間中；并且加壓氣體源被關(guān)閉，這樣使得所 述空間中的壓力是約大氣壓；
[0019] 圖10是沿圖9的線10-10取得的截面視圖，示出了在吹制操作之前，多層管的芯層 包括填充有氣體的多個膨脹的孔，所述孔使所述芯層的密度最小化，這樣使得多層容器的 密度也最小化；
[0020] 圖11是類似于圖9的視圖，示出了在膨脹操作過程中的模具和多層管，其中加壓氣 體源已被開啟，從而使管空間中的壓力增加至所述高于大氣壓，這樣使得多層管朝 向模具的內(nèi)表面向外膨脹；
[0021] 圖12是類似于圖10的沿圖11的線12-12取得的視圖，示出了在膨脹操作過程中，所 述多個膨脹的孔在芯層中保持完整，這樣使得器皿的密度最小化；
[0022] 圖13是在修整操作已完成之后，從圖1和圖2的容器模制工藝形成的多層容器的透 視圖；
[0023] 圖14是沿圖13的線14-14取得的截面視圖，示出了所述多層容器包括側(cè)壁，所述側(cè) 壁包括內(nèi)層、與所述內(nèi)層間隔開的外層、以及位于所述內(nèi)層與所述外層之間的壓縮芯層，并 且示出了所述膨脹的孔中的一些已經(jīng)沿所述內(nèi)層和外層塌縮，以便使所述壓縮芯層具有比 多形管的芯層相對更大的密度；
[0024] 圖15是聯(lián)接到經(jīng)歷頂部負(fù)載測試的頂部負(fù)載測試裝置上的圖13的多層容器的局 部透視圖；
[0025] 圖16是聯(lián)接到經(jīng)歷剛性測試的剛性測試裝置上的圖13的多層容器的照片；
[0026] 圖17是示出了部件(從左上角開始順時針)石托、平臺、懸架支架、以及懸架隔離件 的未組裝的密度測定設(shè)備的透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 在圖1中示出且在圖13中示出根據(jù)本披露的多層容器10。多層容器10是由如在圖1 中示出且在圖2中示出的根據(jù)本披露的容器模制工藝100形成的。容器模制工藝100以擠出 102多層管12開始，所述多層管包括由相對低密度的絕熱多孔非芳香族聚合物材料制成的 芯層12B。容器模制工藝100通過模制多層管12進(jìn)行至多層容器10,這可以使多層管12的芯 層12B壓縮并且形成包括在多層容器10中的壓縮芯層10B。由于壓縮芯層10B是由相對低密 度的絕熱多孔非芳香族聚合物材料制成的，所以多層容器10的密度被最小化，同時多層容 器10的堆疊強(qiáng)度、剛性和頂部負(fù)載性能被最大化。
[0028] 容器模制工藝100以擠出操作102開始，其中從共擠出系統(tǒng)16擠出多層管12,如在 圖1中所示且在圖3中所示。容器模制工藝100隨后進(jìn)行至閉合操作104,其中使模具18圍繞 多層管12閉合，如圖1中所示。容器模制工藝隨后移到插入操作106,其中將吹針20插入到在 多層管12中形成的管空間22中，同時將來自真空源24的真空施加到模具18上。容器模制工 藝100隨后進(jìn)行至栗送操作108,其中將加壓氣體26栗送到管空間22中，如圖1中所示。容器 模制工藝100隨后移到同時操作，所述同時操作包括真空處理操作109,其中將真空施加到 模具18上;和膨脹操作110,其中加壓氣體26使多層管12抵靠模具18的內(nèi)表面28膨脹且形成 器皿30。隨后發(fā)生打開操作112,其中模具18打開以便展現(xiàn)器皿30。接下來，發(fā)生去除操作 114,其中將器皿30與模具18分離并且從吹針20釋放。容器模制工藝100隨后以修整操作116 結(jié)束，其中從多層容器10修整過量材料62、64以便形成多層容器10,如在圖1中所示且在圖 13中所示。
[0029] 多層容器10是在容器模制工藝100過程中使用多層管12制造的，如圖1中所示。在 容器模制工藝1〇〇的擠出操作102過程中提供多層管12。使用共擠出系統(tǒng)16進(jìn)行擠出操作 102,如圖3中所示。擠出操作102包括準(zhǔn)備階段102A，其中將不同材料配制品提供至共擠出 系統(tǒng)16;擠出階段102B，其中所述不同材料配制品通過共擠出系統(tǒng)16進(jìn)行加工以便提供相 關(guān)型坯；以及共擠出階段102C，其中將所述不同型坯擠出以便提供多層管12,如圖1中所述 且圖3中所示。關(guān)于涉及擠出操作的披露內(nèi)容，特此參考2013年8月30日提交且標(biāo)題為多層 管及其制造方法(MULTI-LAYER TUBE AND PROCESS FOR MAKING THE SAME)的美國臨時申 請序列號61/872,260和2014年9月2日提交且標(biāo)題為多層管及其制造方法的美國申請序列 號_，所述申請?zhí)卮艘云淙績?nèi)容結(jié)合。
[0030] 對共擠出系統(tǒng)16進(jìn)行擠出操作102，所述共擠出系統(tǒng)包括內(nèi)層擠出機(jī)32、外層擠出 機(jī)34、芯層擠出機(jī)36、以及共擠出模38,如圖3中所示。內(nèi)層擠出機(jī)32接收相對高密度聚合物 材料的內(nèi)層配制品40并且加工內(nèi)層配制品40以便將內(nèi)層型坯42提供至共擠出模38,如圖3 中所示。外層擠出機(jī)34接收相對高密度聚合物材料的外層配制品44并且加工外層配制品44 以便將外層型坯46提供至共擠出模38,如圖3中所示。芯層擠出機(jī)36接收相對低密度的絕熱 多孔非芳香族聚合物材料的芯層配制品48并且加工芯層配制品48以便將芯層型坯50提供 至共擠出模38,如圖3中所示。共擠出模38接收不同型坯42、46、50并且通過環(huán)形孔口 39擠出 多層管12,如在圖1和圖3中所示且在圖4和圖5中所示。
[0031]雖然擠出操作102被示出形成具有三層的多層管12,但是可以在所述擠出操作過 程中形成任何數(shù)目的層。另外的層可以包括相對低密度層、粘結(jié)層、熱塑性聚氨酯(TPU)、其 他烯烴、其組合，或任何其他適合的替代物和組合。
[0032] 一旦擠出操作102完成并且提供多層管12,容器模制工藝100就進(jìn)行至使用模制系 統(tǒng)52形成多層容器10,如圖1中所示。模制系統(tǒng)52包括例如，模具18,所述模具被形成為包括 由模具18的內(nèi)表面28限定的模具空腔54;真空系統(tǒng)56,所述真空系統(tǒng)被配置為在多層容器 10的模制過程中將真空壓力提供至模具空腔54;吹制系統(tǒng)58,所述吹制系統(tǒng)被配置成將加 壓氣體26提供至管空間22;以及修整系統(tǒng)60,所述修整系統(tǒng)被配置成從器皿30除去過量材 料62、64,如圖1中所示。
[0033]在多層管12已經(jīng)形成之后，容器模制工藝100進(jìn)行至閉合操作104,如圖1和圖2中 所示。包括在模具18中的第一模具半部18A和第二模具半部18B以打開位置開始，其中模具 半部18A、18B彼此間隔開，如圖1中所示。在閉合操作104過程中，模具半部18A、18B朝向彼此 移動以便實(shí)現(xiàn)閉合位置，在閉合位置中多層管12位于在所述模具半部之間形成的模具空腔 54中。在閉合操作104過程中，包括在真空系統(tǒng)56中的真空源66保持關(guān)閉并且模具空腔54中 的壓力保持在約大氣壓下，如通過模具空腔壓力計(jì)68所測量，如圖1中所示。
[0034] -旦模具18處于閉合位置，容器模制工藝100就進(jìn)行至插入操作106,如圖1和圖2 中所示。在插入操作106過程中，模具18移動遠(yuǎn)離共擠出模38并且與包括在吹制系統(tǒng)58中的 吹針20對準(zhǔn)。吹針20隨后向下移動穿過模具18到包括在多層管12中的管空間22中，如圖1和 圖2中所示。同時，開啟真空源66,從而使模具空腔54中的壓力降低至P真空，所述P*s在大氣壓 以下。在約5mmHg至約25mmHg范圍內(nèi)的壓力下施加真空。在另一個實(shí)例中，在約20mmHg的壓 力下施加真空。因此，P真空大于所施加的真空且小于大氣壓。P真空可以在約5英寸Hg至約20 英寸Hg的范圍內(nèi)。在另一個實(shí)例中，P真空在約10英寸Hg至約20英寸Hg的范圍內(nèi)。在再又另一 個實(shí)例中，P截是約10英寸Hg。
[0035] 由于吹針20被插入到管空間22中，由包括在吹制系統(tǒng)58中的加壓氣體26的源70提 供的加壓氣體(例如，空氣)可以被傳送到管空間22中以便在隨后操作中膨脹一定大小的多 層管12。然而，在插入操作106過程中，加壓氣體26的源70被關(guān)閉并且管空間22中的壓力通 過管壓力計(jì)72被測量為在約大氣壓⑶沾)下。加壓氣體可以是例如，標(biāo)準(zhǔn)空氣、氮、二氧化 碳、其組合，或任何其他適合的替代物。
[0036]在吹針20已被插入到管空間22中之后，容器模制工藝100就進(jìn)行至栗送操作108， 如圖1和圖2中所示。在栗送操作108過程中，開啟加壓氣體26的源70并且管空間22內(nèi)部的壓 力增加至相對更高的壓力(P_j)。在一個實(shí)例中，P吹制在約30鎊/平方英寸與約120鎊/平方 英寸的范圍內(nèi)。在另一個實(shí)例中，PDjiN在約10鎊/平方英寸至約130鎊/平方英寸的范圍內(nèi)。在 又另一個實(shí)例中，P_j在約35鎊/平方英寸至約45鎊/平方英寸的范圍內(nèi)。在再又另一個實(shí)例 中，P_j是約40鎊/平方英寸。
[0037]在另一個說明性實(shí)例中，加壓氣體26的源70可以被配置成將一定溫度下的加壓氣 體26遞送至管空間22。在一個實(shí)例中，所述溫度在約35華氏度至約75華氏度的范圍內(nèi)。在另 一個實(shí)例中，所述溫度在約40華氏度至約70華氏度的范圍內(nèi)。在又另一個實(shí)例中，所述溫度 在約50華氏度至約75華氏度的范圍內(nèi)。在另一個實(shí)例中，所述溫度是約室溫。在另一個實(shí)例 中，所述溫度是約40華氏度。在再又另一個實(shí)例中，所述溫度是約50華氏度。
[0038]在加壓氣體26已開始通過吹針20進(jìn)入管空間22之后，容器模制工藝100進(jìn)行至真 空操作109和膨脹操作110兩者，如圖1和圖2中所示。在真空操作109過程中，將真空施加至 模具空腔54。同時，真空操作109正在進(jìn)行，膨脹操作110開始。在膨脹操作110過程中，加壓 氣體26繼續(xù)流動通過吹針20,從而使多層管12膨脹，并且接合模具18的內(nèi)表面28且填充模 具空腔54,如圖1和圖11中所示。一旦多層管12具有與模具空腔54基本上相同的形狀，膨脹 操作110就完成。在膨脹操作110正在進(jìn)行同時，真空源66保持開啟，并且模具空腔54中的壓 力保持在大氣壓以下以便使包括在多層管12的芯層12B中的膨脹孔69的塌縮和損壞，如圖 12中所示。
[0039]栗送操作108、真空操作和膨脹操作110使多層管12從如圖8A和圖9中所示的膨脹 前形狀膨脹至圖1和圖8B中所示的膨脹后形狀，所述膨脹后形狀基本上類似于器皿30的形 狀。多層管12的外管表面76具有預(yù)成形半徑78,如圖8A中所示。模具18的內(nèi)表面28具有相對 更大的模具半徑80,如圖8A中所示。如所示，例如，在圖8B中，器皿30具有外容器表面82,所 述外容器表面具有相對更大的容器半徑84。在膨脹操作110完成之后，相對更大的容器半徑 84約等于相對更大的模具半徑80。
[0040] 通過將模具半徑80除以預(yù)成半徑78來計(jì)算模具18與多層管12的吹脹比。在一個實(shí) 例中，吹脹比在約100%至約300%的范圍內(nèi)。在另一個實(shí)例中，吹脹比在約150%至約200% 的范圍內(nèi)。在再又另一個實(shí)例中，吹脹比是約200%。可以對吹脹比進(jìn)行調(diào)整以便適合容器 的不同大小。
[0041] 在膨脹操作110完成之后，器皿30形成。器皿30包括多層容器10以及聯(lián)接到多層容 器10的上端上的過量材料62和聯(lián)接到多層容器10的下端上的過量材料64。容器模制工藝 100隨后進(jìn)行至打開操作112,如圖1和圖2中所示。在打開操作112過程中，加壓氣體26的源 70被關(guān)閉并且模具18從閉合位置移動到打開位置，如圖1中所示。器皿30隨后準(zhǔn)備好從模具 18去除且同時保持聯(lián)接到吹針20上，如圖1中所示。
[0042]容器模制工藝100隨后進(jìn)行至去除操作114,其中將器皿30與模具18分離并且從吹 針20釋放。在一個實(shí)例中，加壓氣體26的源70暫時開啟，從而將器皿30從吹針20上吹脫。 [0043] 一旦器皿30與模具18和吹針20分離，容器模制工藝100就進(jìn)行至修整操作116。在 修整操作116過程中，使用一個或多個刀具86或刀片切割過量材料62、64以便提供多層容器 10,如圖1中所示。
[0044]模制系統(tǒng)52與連續(xù)擠出工藝如擠出操作102配合使用。如圖1中所示，模制系統(tǒng)52 可以是穿梭吹塑機(jī)器。在此實(shí)例中，模具18以打開位置開始并且在軌道上朝向共擠出模38 移動以便將多層管12定位在模具半部18A、18B之間。模具18隨后移動到閉合位置。模具18隨 后滑動遠(yuǎn)離共擠出模18,同時擠出另一個多層管12。同時，進(jìn)行插入操作106、栗送操作108、 以及膨脹操作110。隨后進(jìn)行打開操作112和去除操作114,所述操作使器皿30從模具18中噴 射出。模具18現(xiàn)在處于打開位置中，準(zhǔn)備好朝向共擠出模30滑回并且再次開始所述工藝。一 個示例性模制機(jī)器52是可從賓夕法尼亞州約克(York, Pennsylvania)的格雷厄姆工程公司 (Graham Engineering Corporation)獲得的穿梭吹塑機(jī)器。在穿梭吹塑機(jī)器的另一個實(shí)例 中，多于一個模具可以用于使循環(huán)時間最小化并且增加共擠出系統(tǒng)16的擠出速率。
[0045] 在另一個實(shí)例中，模制機(jī)器52可以是旋轉(zhuǎn)吹塑模制機(jī)器。在此實(shí)例中，擠出連續(xù)多 層管并且包括在旋轉(zhuǎn)吹塑機(jī)器中的一系列模具相對于所述多層管旋轉(zhuǎn)。隨著模具接近形成 多層管10的共擠出模38,所述模具開始從打開安排移動到閉合安排，從而將多層管10的一 部分捕獲在于模具中形成的模具空腔中。隨著所述模具移動遠(yuǎn)離形成多層管的共擠出模， 加壓氣體被注射在管空間中，從而使多層容器膨脹。所述模具隨后從閉合位置移動到打開 位置，在所述打開位置中器皿30從模具空腔中噴射出。旋轉(zhuǎn)擠出吹塑機(jī)器的一個實(shí)例可從 北卡羅來納州威爾明頓(Wilmington,North Carolina)的威爾明頓機(jī)械公司（Wilmington Machinery)獲得。
[0046] 容器模制工藝100具有被定義為在閉合操作104與打開操作112之間的時間量的循 環(huán)時間。無論模制機(jī)器52是穿梭吹塑機(jī)器還是旋轉(zhuǎn)擠出吹塑機(jī)器，此循環(huán)時間均以相同方 式定義。包括由相對低密度的絕熱多孔非芳香族聚合物材料制成的芯層12B的多層容器可 以具有減少的循環(huán)時間，這是由于由使用芯層12B產(chǎn)生的容器的質(zhì)量降低。
[0047] 在一個實(shí)例中，穿梭吹塑機(jī)器上的容器模制工藝100和多層容器10的循環(huán)時間在 比缺乏由相對低密度的絕熱多孔非芳香族聚合物材料制成的層的模制操作和容器快約5% 至約40%的范圍內(nèi)。然而，據(jù)信當(dāng)使用旋轉(zhuǎn)擠出吹塑機(jī)器時，也發(fā)生類似的循環(huán)時間改進(jìn)。 在另一個實(shí)例中，循環(huán)時間可以在比缺乏由相對低密度的絕熱多孔非芳香族聚合物材料制 成的層的模制操作和容器快約5%至約30%的范圍內(nèi)。容器模制工藝100和多層容器10的循 環(huán)時間是約16秒