专利名称：一种吹塑方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种吹塑方法和设备，即利用一加压吹入气体使由热塑材料组成的型坯在一模具中吹胀，形成一个制件，随后再将低温冷却液引入制件中使之冷却。更特别地，本发明还涉及这样一种方法和设备，即通过与冷冻剂的液体和气体形式结合并且从制件中回收温热的混合物而形成低温冷却液及可选择的吹入气体，从而提供气态的冷冻剂。
在利用各种技术(特别是挤压吹塑，即由热塑材料组成的热型坯在一模具中被吹塑)制备吹塑制件中，模塑制件所需时间的极大部分用于冷却制件。因为模塑每个制件所需的全部时间将会影响生产能力，所以降低冷却制件所用的时间将会提高生产能力。现有技术已经提供了涉及减少冷却时间的各种设备和方法学。这些设备和方法学包括在冷却制件的过程中使用冷冻气体或液体作为低温冷却液。
例如，美国专利3，505，422提供了一种冷却吹塑制件的方法和设备，即在低温-25°F下将冷却液如二氧化碳注入制件，马上模塑。制件从模具中除去以后，让二氧化碳从制件中逸出。为了防止这种冷却液的浪费，美国专利3，065，501提供了一种方法和设备，即用液体二氧化碳冷却吹塑制件，回收由液体二氧化碳蒸发得到的生成物二氧化碳蒸气，使之再次液化，可用于下次制件在模具中的冷却。美国专利4，367，187还提供了冷却吹塑制件的另一种方法和设备。在该专利中，制件被部分吹胀后将液体氮气注入制件。这引起液体氮气膨胀变成气体，从而完成制件的吹胀。制件被吹胀之后，回收并贮存氮气，可用于以后在模具中所形成的制件的部分吹胀。上述后二种专利的缺点在于使用液体冷冻剂作为冷却液。当用这种方法使用液体冷冻剂时，整个制件的冷却可能不均匀。
在美国专利3，520，020、3，450，805和3，666，849中公开了利用液体二氧化碳的方法和设备。根据上述专利，液体二氧化碳与空气混合形成一种可用于冷却吹塑制件的气体冷却液。这种气体冷却液的优点在于与纯液体冷冻剂的使用相比，吹塑制件在模具中可被更均匀地冷却。此外，因为是将空气混合物和蒸发的液体冷冻剂注入模塑制件，所以就没有液体冷却潜能上的损失，例如需用一外来加热源将液体冷冻剂蒸发。该过程和方法学的缺点在于空气具有水份，因此必须使用较昂贵的空气干燥机来充分地干燥空气，以防止冰的形成和生长。
在下述讨论中，本发明提供了一种方法和设备，即用气体或载有低温气体的低温薄雾形式以低温冷却液冷却吹塑制件，从而使制件的冷却更均匀。在进一步的讨论中，本发明具有使用液体冷冻剂的全部冷却潜能所需的特征。然而，由于不使用空气蒸发液体冷冻剂，因此不需使用空气干燥机冷却温度就可达到液体冷冻剂那样的低温。
一方面，本发明提供了一种具有吹胀和冷却工段的吹塑方法。在吹胀工段中，通过将一加压吹入气体引入位于模具中的热塑材料的型坯，型坯吹胀而与模具相合从而制得制件。在冷却工段中，将冷却液引入制件使制件冷却，并且加热冷却液。在混合工段中，将温热的气态冷冻剂加入至压缩的液态冷冻剂中，使压缩的液态冷冻剂至少部分蒸发，从而制备冷却液。至少有一部分温热的气态冷冻剂在其加热后可从制件中被回收。温热的冷却液主要由温热的气态冷冻剂组成。随后，将由从制件回收的温热的气态冷冻剂用于混合工段。
另一方面，本发明提供了一种吹塑设备，该设备具有模具和利用加压吹入气体吹胀热塑材料型坯的吹胀装置，从而使该型坯膨胀与模具相合。所提供的一种装置可将一冷却液引入制件，使制件冷却并且使冷却液温热。冷却液装置连接于冷冻剂冷却液引入装置之间，以足够的速率将温热的气态冷冻剂加入压缩的液态冷冻剂中，使得液态的冷冻剂至少部分蒸发，随后形成冷却液。回收装置与模具连接，从模具中至少回收一部分温热的冷却液。温热的冷却液主要含有温热的气态冷冻剂。供应装置将温热的气态冷冻剂由回收装置供应到冷却液装置。
因此，本发明的优点在于使用了一种至少不是全部由液体冷冻剂组成的冷却液，可以促进制件的均匀冷却。因为不使用外部蒸发器，所以冷冻剂的全部冷却潜能可全部用于冷却制件。最后，由于不使用空气蒸发液体冷冻剂，所以就不必装备昂贵的空气干燥机。而且，在使用空气蒸发液体冷冻剂时，由于空气干燥机所能除去水份的量是有限的，因此不能达到非常低的冷冻剂冷却温度。
本说明书包括的权利要求书清楚地指出了申请人所认为的本发明的实质性内容，结合附图
可以更好地理解本发明，其唯一的附图是本发明的设备的概略表示，它可作为与本发明有关的方法学的流程图。
参照附图，根据本发明的原则概略论述了吹塑设备10。在简图中说明的所有阀门通常处于关闭状态，排放阀门35除外，因为安全原因而处于打开状态。吹塑设备10包括模具12，该模具有二个模具部分14和16。吹塑设备10是一种挤压吹塑设备，而且由热塑材料形成的挤塑型坯斜置于模具12的二个部分14和16之间。在该工艺的吹气工段、在模具12中形成制件，即利用一加压吹入气体吹胀型坯从而使塑料材料与模具12的轮廓相合。在吹气工段结束后进行的冷却工段中，制件被冷却从而使塑料材料固化，模具部分14和16分开，并且脱除模塑制件。在这冷却工段中将一冷却液引入模塑制件。需要注意的是，冷却还伴随着从模塑制件到较冷的模具金属的热传递过程。由于用于挤压型坯的挤塑设备、制件在模具12中的形成以及打开和关闭模具部分14和16的辅助设备在现有技术中是公知的，所以不在此对它们作说明。
冷却液是一种低温冷却液，通过将温热的气态冷冻剂(由从制件回收来的温热的冷却液形成)加入至一压缩的液体冷冻剂中而形成。在设备10中，打开阀门20将贮存于压缩液态氮气源18中的液态氮气引入喷射泵22的高压入口19，打开阀门50(将在下文中提及)将贮存于贮槽24中的气态冷冻剂引入喷射泵22的低压入口25。可以理解的是，还可以使用其它可能的物质作为压缩的液态冷冻剂，如二氧化碳。
喷射泵22具有二种功效。首先，它将由喷嘴19进入的高压液体冷冻剂与由入口25从贮槽24进入的低压气体冷冻剂混合，并且产生一混合物，该混合物在大于贮槽24中的压力下由喷雾器23排出。该压力形成是由在喷射泵中产生的已公知的文丘里式效应产生的，它提供必要的压力差进行一部分混合物的最终回收，使之装满贮存槽24。第二，喷射泵22提供了液态冷冻剂和气态冷冻剂的有效地和均匀地热混合。根据气态冷冻剂被加入至液态冷冻剂中的速率，可将液体冷冻剂全部或部分蒸发到液态冷冻剂的细雾中，而后者可被载入气态冷冻剂的气流中。
冷却液由进气杆或针口26引入制件。可以理解的是，根据部分的类型可以有许多进气杆，即设置在制件中任何允许有孔的地方。根据现有技术所知的，进气杆26被设计用来穿透型坯到达模具12的上盖。这样，一旦制件被吹气，进气杆26被继续插进制件。
冷却液与热的制件接触的结果，冷却液加热而热的制件冷却。此外，当在冷却液内出现液态冷冻剂的细雾时，该液态冷冻剂即被蒸发。冷却气体通过进气杆28排出，从而通过制件而循环。因此，进气杆26和28较佳地被分开放置，从而确保冷却液在制件内的循环。本发明还可以作用于单个进气杆。例如，单个进气杆可以含有一个使冷却液进入制件的中心开口以及包围中心开口的环状空间，加热的冷却液由此从制件内排出。一些冷却液在经过制件的循环之后，在贮槽24中被回收，在以后的冷却循环过程中可再次循环至喷射泵22。
贮槽进料线30装备了一个释压阀32，它被固定于贮槽24所需的压力上。当贮槽含有足量的气态冷冻剂时，释压阀打开以确保冷却液继续在模具中循环。在下文的讨论中，贮槽进料线30还装备了逆止阀门33和延迟阀门34。一旦制件完全冷却，作为冷却液使用的压缩的气态冷冻剂或者也可能是下文将讨论的吹入气体将会引起压力下降。为了打开模具12，可以打开排放阀门35清除在制件中的气体。
可以理解的是，当冷却液由进气杆26吹入进气杆28，可引起温度上升。因此，制件在模具12中的冷却存在一定程度的不均匀性。为了促进均匀冷却，这对于大型塑料制件是尤其重要的，装备了换向环路36。换向环路具有二个阀门38和40，它们与喷射泵22的出口平行连接，并且直接连接进气杆26和28。此外，二个阀门42和44与贮槽进料线30平行连接。当阀门38和44打开以及阀门40和42关闭时，冷却液从喷射泵22吹入进气杆26，再从进气杆28吹出进入贮槽进料线30，最后进入贮槽24。阀门38和44可以关阀，然后阀门40和42也可以打开。这时，流动转换方向，同时冷却液从喷射泵22流入进气杆28并在模具12中的制件内循环，再由进气杆26排出进入贮槽进料线30。用上述方法连续打开和关闭阀门引起位于模具12中的制件内部冷却液循环连续自身换向，从而促进模具12中制件的均匀冷却。可以理解的是，进气杆和换向环路的连续进行可能引起模具内冷却液的多向循环。
设备10考虑到在模具12中所需模塑制件或者是由含有空气的吹入气体吹气，或是由与形成冷却液相同的方法形成，即混合来自压缩液态冷冻剂源18的液态冷冻剂和贮槽24内的气态冷冻剂。如果以空气作为吹入气体，需装备空气阀门46，它在上述冷却循环过程中是关闭的。当制件用空气吹气时，空气阀门46置于打开的位置。制件吹气结束后，在冷却工段开始之后的给定时间内将延迟阀门34保持在关闭位置。空气将从释压32排出以扫清系统。事实上，因为气态冷冻剂会达到一较高的温度，所以在冷却工段的起始阶段延迟阀门34通常处在关闭位置。延迟适当时间后可使用回收的气态冷冻剂的温度降低到更适当的程度，在位于模具12中的制件内部的加热的冷却液循环之后，延迟阀门打开使加热的冷却液充满贮槽24。
如以上所提及的，用与冷却液相同的方法形成的吹入气体可被用于形成吹入气体。在该操作中，在吹气的起始阶段，打开阀门20将压缩的液态冷冻剂引入喷射泵22，并且在打开阀门50之后将先前回收的气态冷冻剂从贮槽24引入混合物，从而使液态冷冻剂或是部分或是全部蒸发，这取决于是否存在对吹入气体温度的任何限制。阀门38置于打开位置，使因此形成的吹入气体通过进气杆26进入型坯。阀门35置于关闭位置。为了从多个点对制件吹气，阀门40也打开。延迟之后，为了使被回收气体经历一个温度下降的过程，阀门34将打开从而使部分所形成的吹入气体在贮槽24中回收。吹气工段结束之后，阀门将重新置于如上述冷却工段描述的位置。
打开阀门50仅供应来自贮槽24的回收气态冷冻剂，也可形成吹入气体。在这种情况下，关闭阀门20，如上述方法供应吹入气体。
可以理解的是，以上描述的吹气和冷却工段取决于存在于喷射泵22和贮槽24(它们的压力通常在调整释压阀32的情况下来保持)的排气压力差。喷射泵22不能对贮槽24中的气态冷冻剂提供任意大小的增压。为了提供附加的增压，可通过蒸发来自供应源18的液态冷冻剂(通过与回收的气态冷冻剂的热传递)使贮槽24中的气压升高。在先前吹气工段结束和下次吹气工段的开始(或者如果由冷冻剂提供吹入气体，则为下次冷冻工段的开始)之间，则会发生贮槽24的直接升压。较佳地是将阀门34、38和40置于关闭位置并将阀门20、48和50置于打开位置。使用这种方法，来自贮槽24的气态冷冻剂将蒸发来自液态冷冻剂供应源18的液态冷冻剂，混合物通过阀门48返回贮槽24。可以理解的是，当使用该直接升压流程时，在吹气和冷却的部分工段中，贮槽24内的压力可能高于释压阀32调定的压力。为了防止贮存在贮槽中的气态冷冻剂通过释压阀32直接损失，则在贮槽进料线30内设置逆止阀门33。
如果要提供多个吹塑位置，则可以使用一个与多个吹塑设备相连的管道，以代替贮存罐如贮槽24，这是可行的。因此，单个吹塑设备可产生使用从另外的吹塑设备回收的气态冷冻剂的冷却液或吹入气体。
利用现有技术公知的顺序计时器可以控制阀门的操作。或者，利用可编程序式逻辑计算机控制。在任何一种控制中，逻辑部分都是相同的。因为计算机或计时器以及它们与阀门操作器的连接，在现有技术中是公知的，所以为了论述简单起见而不再进行说明。
被大多数(如果不是所有的)吹塑机器用来打开空气阀门46的信号也可用于起动计时器或可编程序式逻辑计算机。如上所述，此处提及的所有阀门(排放阀35除外)通常都是关闭的。它们较佳地由电磁操纵并具有双向作用。
在上面提及的以空气作为吹入气体的操作实例中，其操作过程如下。打开阀门46经一段给定的时间间隔作为制件的吹气时间，并且关闭排放阀35。同时，阀门20、50和34分别进行延迟。在独立延迟结束之后，起动上述这些阀门，打开阀门经一段给定的时间间隔，该过程结束之后同时关闭这些阀门。然后，打开阀门20和50以形成冷却液。打开延迟阀门34回收气态冷冻剂一段延迟时间之后，关闭这些阀门起动打开排放阀35。打开阀门20还会起动一个循环计时器，触发一对阀门38和42以及另一对阀门40和44。在每一对阀门中，当打开阀门38时，则关闭阀门42，反之亦然，同样当打开阀门40时，则关闭阀门44，反之亦然。这使得冷却液或者是从二个分开的位置被引入模具，或者是被引入进气杆26和28。
如果用与冷却液相同的方法形成吹入气体，空气阀门46的预定时间间隔将置于“0.0”秒。触发阀门20和50置于打开位置，并且在一个延迟之后将延迟阀门34打开。仍然打开阀门20、50和34，对制件进行吹气，然后由所形成的冷却气体冷却，最后同时关闭所有阀门。打开排放阀35，经一段时间延迟以后，从而使制件从模具12中脱除。
本发明参照了一个较佳实施例进行描述，然而对于本技术领域中的技术人员，可以在不偏离本发明的原则和范围的情况下对本发明进行各种省略和变化。
权利要求
1.一种具有吹气和冷却过程的吹塑方法，其特征在于在吹气工段中，将压缩吹入气体引入位于模具中的热塑材料型坯中，使型坯吹胀与模具相合，在冷却工段中，将冷却液引入制件，使制件冷却及使冷却液加热，其改进包括在混合工段中将温热的气态冷冻剂加入至压缩的液态冷冻剂中制得冷却液，从而使压缩的液态冷冻剂至少部分蒸发；在加热冷却液之后从制件中回收至少一部分冷却液，温热的冷却液主要由温热的气态冷冻剂组成；将从制件回收的温热的气态冷冻剂供应给混合工段。
2.如权利要求1所述的改进，其特征在于在吹气工段中，冷却液作为吹入气体也被引入型坯。
3.如权利要求1所述的改进，其特征在于在吹气工段中，从制件回收的温热的气态冷冻剂作为吹入气体也供应给吹气工段。
4.如权利要求1所述的改进，其特征在于低温冷却液轮流从制件的至少二个分开部分的每一个中引入和排出，使得冷却液在制件内换向循环，从而促进制件的均匀冷却。
5.如权利要求1所述的改进，其特征在于使用将压缩的液态冷冻剂供应给喷射泵，喷射泵将温热的气态冷冻剂排放至压缩的液态冷冻剂中的方法，从而将温热的气态冷冻剂加入压缩的液态冷冻剂中。
6.如权利要求1的改进，其特征在于从制件中回收之后的温热的气态冷冻剂，被引入贮槽，并且由贮槽供应给混合工段。
7.如权利要求6所述的改进，其特征在于通过向将温热的气态冷冻剂由贮槽引出并且引入压缩的液态冷冻剂的喷射泵供应压缩的液态冷冻剂，从而使温热的气态冷冻剂被加入至压缩的液态冷冻剂。
8.如权利要求6所述的改进，其特征在于还包括贮槽的升压。
9.一种吹塑设备，其特征在于具有模具、吹气装置及引入装置，通过吹气装置用加压吹入气体对位于模具中的热塑材料型坯吹气，使型坯吹胀，与模具相合形成制件，而引入装置则将冷却液引入制件使制件冷却而使冷却液加热，其改进包括冷却液装置与冷却液引入装置连接，将温热的气态冷冻剂加入至压缩的液态冷冻剂，这样使压缩的液态冷冻剂至少部分蒸发，从而形成冷却液;回收装置与模具连接，从制件至少回收一部分温热的冷却液，温热的冷却液主要由温热的气态冷冻剂组成;供应装置将温热的气态冷冻剂从回收装置供应给冷却液装置。
10.如权利要求9所述的改进，其特征在于冷却液装置包括一喷射泵，该喷射泵具有接收压缩的液态冷冻剂的高压入口;与供应装置连接的低压入口，通过它可使温热的气态冷冻剂从回收装置引入压缩的液态冷冻剂中。与低温冷却液引入装置连接的喷雾器;与高压和低压入口连接的装置，以及与喷雾器连接的装置，可将温热的气态冷冻剂引入到压缩的液态冷冻剂，从而使压缩的液态冷冻剂至少部分蒸发，并且从喷雾器排出。
11.如权利要求9所述的改进，其特征在于冷却液引入和回收装置包括至少一个与模具连接并成形穿透型坯的进气杆;至少一个将至少一个进气杆与冷却液装置和供应装置连接的气流环路装置，可通过至少一个进气杆将冷却液引入制件，并通过至少一个进气杆将加热的冷却液排入供应装置。
12.如权利要求11所述的改进，其特征在于冷却液引入和回收装置包括至少一个进气杆;至少一个气流环路装置也具有一个换向环路，可轮流将冷却液通过至少一个进气杆中的一个，接着是另一个进气杆从冷却液装置引入制件，并且轮流将加热的冷却液从至少一个进气杆中的另一个进气杆然后是这一个进气杆排出，使冷却液在制件内换向循环。
13.如权利要求9所述的改进，其特征在于供应装置包括贮槽;与贮槽连接的释压阀，调节贮槽内温热的气态冷冻剂的压力，因此就调节贮存在贮槽内温热的气态冷冻剂的总量，并且确保当贮槽内压力等于所调节的压力时冷却液可通过模具继续循环。
14.如权利要求13所述的改进，其特征在于还包括使贮槽增压的增压装置。
15.如权利要求9所述的改进，其特征在于压缩的液态冷冻剂选自主要由液态氮气和液态二氧化碳组成的组合。
全文摘要
在模具中用吹入气体对热塑材料进行吹塑模塑形成制件。将冷却液引入制件冷却制件并使其从模具中脱除。将温热的气态冷冻剂加入至压缩的液态冷冻剂，从而形成冷却液，即将压缩冷冻剂引入喷射泵，并且在压缩的液态冷冻剂中除去温热的气态冷冻剂。生成的冷却液由二个或多个进气杆引入或排出制件，从而在制件内循环。在贮槽中回收部分被排出的冷却液。
文档编号B29C35/16GK1076155SQ9310174
公开日1993年9月15日 申请日期1993年2月16日 优先权日1992年3月10日
发明者李C·罗恩 申请人:波克股份有限公司