专利名称：用于吹塑制品的聚苯乙烯预成形体设计的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及吹塑塑料的方法。具体地，本发明的实施方式涉及注射吹塑和注射拉伸吹塑苯乙烯基聚合物的预成形体。
背景技术：
聚合物材料常用作包装材料，因为它们能产生良好的隔氧/隔潮效果，并且其外观和形状容易控制。塑料也用来代替玻璃制造瓶子，因为它们更轻，落下时更抗碎裂，并且更便宜。用于包装的几种常见聚合物材料是聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)和聚苯乙烯(PS)。聚苯乙烯是当今工业产量最大的热塑性树脂之一。它是每隔一个碳原子含有一个苯基的烃链。聚苯乙烯是日常生活中经常遇到的耐用、廉价的聚合物。聚苯乙烯的一些常见例子是塑料玩具、计算机外壳、泡沫包装、泡沫杯子等。注射吹塑(IBM)是可用于生产塑料容器的技术。将熔融的聚合物注射到预成形体模具中，产生预成形体。然后加热预成形体，利用压缩气体填充给定的模具，将预成形体吹塑成最终的形状，从而制得空心容器。注射拉伸吹塑(ISBM)是生产各种塑料容器的另一种技术。将所需粒料熔化并注射到模具中，产生预成形体。加热预成形体，然后拉伸，并吹高压气体如空气，填充给定的模具，制得空心容器。对于每种材料，由于其包括传热系数、热容、收缩率、热变形温度等在内的物理性质不同，迫切需要设计具体的预成形体，以获得可接受的整体可加工性质和瓶子性质。用于聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯(PP)和聚碳酸酯(PC)的预成形体已得到较好的开发，它们具有自己的设计特征。人们希望有一种具有优化性能的聚苯乙烯(PS)预成形体设计，这种性能能带来良好的可加工性质、高产率、低能耗和良好的瓶子性质。
发明内容
本发明的一个实施方式是一种用于聚苯乙烯基聚合物的吹塑工艺的预成形体。所述预成形体具有颈部，所述颈部具有颈部内径和颈部外径，并具有第一颈端(E1)和第二颈端(E2)。所述颈部提供了预成形体和吹塑制品的开口端，并包含预成形体的密封部分，如螺纹部分或作为替代的盖附件(cap attachment)轮廓。预成形体具有一个主体，该主体具有主体内径和主体外径，它们一起形成侧壁。该主体具有第一主体端(E2，它也是第二颈端) 和封闭的第二主体端(E3),它们一起形成第一主体长度00。所述主体在第一主体端(E2) 具有第一主体外径(Cl1)，并具有第二主体外径(d2)，所述第二主体外径小于所述第一主体外径。所述主体具有过渡区，该过渡区由主体外径从第一主体外径减小到第二主体外径的这段长度限定，主体外径等于第二主体外径的地方限定为过渡点(T)。所述主体具有从过渡点(T)到第二主体端(E3)的第二主体长度(h2)。第二主体外径至多为第一主体外径的 95%，第二主体长度至多为第一主体长度的95%。过渡区的长度至少为(Cl1-Cl2)的50%。
4
第二主体外径可以是第一主体外径的50%-95%。第二主体长度可以是第一主体长度的60% -95%。对用于500mL吹塑瓶的31g预成形体来说，其第一主体外径可以是 25. 0mm-40. Omm ；其第二主体外径可以是12. 5mm_38. Omm ；其主体外径为d2处的侧壁厚度可至少大于2. Omm或至少大于3. 00mm。预成形体材料可以是聚苯乙烯或者主要包含聚苯乙烯的聚合物混合物。预成形体可包含阻气性涂料。预成形体在吹塑过程中再加热时的收缩率可小于38%，任选小于 30%。预成形体在吹塑过程中再加热时的翘曲率可小于8.5%，任选小于4.0%。本发明的一个实施方式可以是通过吹塑预成形体形成的制品。本发明的一个实施方式可以是用于模塑预成形体的预成形体模具。本发明的一个实施方式是形成吹塑制品的方法，所述方法包括提供聚苯乙烯基聚合物，由所述聚苯乙烯基聚合物形成预成形体。预成形体包含颈部，所述颈部具有颈部内径和颈部外径，并具有第一颈端和第二颈端。预成形体包含主体，该主体具有主体内径和主体外径，它们一起形成侧壁。该主体具有与第二颈端相连的第一主体端和封闭的第二主体端， 它们一起形成第一主体长度。所述主体在第一主体端具有第一主体外径，并在距颈部至少半个主体长度的地方具有第二主体外径，所述第二主体外径小于所述第一主体外径。所述主体具有过渡区，该过渡区由主体外径从第一主体外径减小到第二主体外径的这段长度限定，主体外径等于第二主体外径的地方限定为过渡点。所述主体具有从过渡点到第二主体端的第二主体长度。第二主体外径至多为第一主体外径的95%，第二主体长度至多为第一主体长度的95%。所述方法还包括加热预成形体和将所述预成形体注射吹塑成制品。所述方法还可包括将所述预成形体注射拉伸吹塑成制品。预成形体的第二主体外径可以是预成形体的第一主体外径的50% -95%。预成形体的第二主体长度可以是预成形体的第一主体长度的60% -95%。对于500mL、31g的预成形体，该预成形体侧壁的厚度可大于3. 00mm。所述方法还可包括加热预成形体导致其收缩不到38%，任选不到30%。所述方法还可包括加热预成形体导致其翘曲不到8. 5%，任选不到4. 0%。本发明的一个实施方式可包括通过本文所述方法形成的制品。
图1显示了本文所讨论的三种预成形体设计的示意图。图2显示了用设计B的预成形体形成的两种制品的底部，显示了厚度不均勻和发白(左图)或者吹穿(右图)的情况。图3显示了预成形体的截面，说明加热导致的收缩和翘曲。图4分别显示了加热前后的680HIPS预成形体设计Al、A2和B。图5分别显示了加热前后的CX52^预成形体设计Al、A2和B。图6显示了 680HIPS和CX52^瓶子的顶部负荷强度(top load strength)。图 7 显示了 680HIPS 和 CX52^ 瓶子的碰撞压缩强度(bumper compression)。
具体实施例方式注射吹塑(IBM)和注射拉伸吹塑(ISBM)是生产塑料容器的成熟技术，它们包括形
5成预成形体，然后对预成形体进行加热和吹塑，制得空心容器。预成形体一般是密实的形体，它可包括壁较厚的管状制品，具有便于适当封闭的螺纹颈部。通过加热、拉伸和用压缩气体吹预成形体，该预成形体可被吹塑成所需的制品形状。压缩气体使预成形体扩展成模具的形状。预成形体的形状和厚度不仅决定了其可加工性质和吹塑工艺的生产率，而且决定了所生产的制品的性质，包括机械、物理和光学性质。当聚合物对温度变化敏感时，轻微的不均勻加热会对聚合物分布有明显的影响。这可导致聚合物不能均勻分布在模具中，导致制品强度低，从而可能导致制品损坏。本文所用的“损坏”通过视觉检查判断，通常是制品任意区域中发生聚集(拉伸太多或太少)所致。制品的缺陷还可以通过机械测试来测量。 考虑预成形体设计的另一个因素是能耗。人们希望设计出这样的预成形体，即容易以最小的能耗将整个预成形体快速再加热到所需的温度窗口。ISBM工艺可以是单阶段或双阶段工艺。单阶段工艺将熔融聚合物注射到预成形体模具中，产生预成形体，然后拉伸该预成形体，将该预成形体吹至最终的形状，所有这些步骤在同一过程中完成。在双阶段工艺中，先在第一阶段对预成形体进行注射模塑。在第二阶段，待预成形体冷却后，将它们重新加热，然后拉伸/吹塑成瓶子。对于每种聚合物材料，由于其物理性质不同，人们希望设计具体的预成形体，以获得最佳的总体可加工性质和瓶子性质。会影响聚合物材料的可加工性质的物理性质包括传热系数、热容、收缩率、热变形温度和熔体强度。聚苯乙烯是正在开发用于吹塑应用的材料。对用于ISBM应用的聚苯乙烯的初始评价采用图1所示的称作设计B的预成形体设计。设计B是典型的起始预成形体设计，因为它具有简单的形状(因而容易注塑)和薄壁，使预成形体容易被快速再加热到所需的温度窗口，并有利于传热。这种设计特征不仅有助于节能，而且有利于后面的吹塑过程(例如吹塑压力可能更低)。对于包括PP和PET在内的几种塑料，该设计效果良好。然而，当采用这种预成形体设计(设计B)评价PS时，在生产过程中出现高废品率，并且模塑瓶表现出不连贯的性质。晶体级聚苯乙烯和高抗冲聚苯乙烯(HIPQ均表现出一定程度的收缩和翘曲，这妨碍了聚苯乙烯的成功吹塑，特别是晶体级聚苯乙烯。如图1所示，由于其侧壁是直的并且壁较薄，预成形体在再加热过程中收缩明显。再加热过程中的任何不均勻的收缩都会引起沿预成形体轴向(偏心)的翘曲。这种偏心预成形体可产生不均勻的瓶底和较差的机械性质。此外，如图2所示，瓶底会显示发白的迹象，对最终部件来说这是不利的特性。HIPS级聚苯乙烯在试验中总体上具有较高的收缩率，但翘曲率较低，因此有可能将HIPS吹塑成瓶子。晶体级聚苯乙烯在再加热过程中明显表现出不均勻的收缩和翘曲，导致瓶底偏心，并且壁厚不均。该评价表明设计B不适合PS ISBM。因此，设计出能最大程度减少不均勻收缩和翘曲的预成形体很重要，以避免它们带来的加工问题。为了最大程度减少预成形体在再加热过程中的不均勻收缩和造成的翘曲，设计 (Al和A2)并评价了新预成形体。设计Al和A2具有相同的外部尺寸和形状，但A2的壁稍厚一些。Al和A2的壁厚度均大于设计B (图1)。结果表明，就顺利加工而言，壁厚度较大且近颈部截面呈钟形的预成形体是适合聚苯乙烯应用的有利设计，因为不均勻收缩和翘曲得到最大程度减少。所测试的预成形体设计A1、A2和B的尺寸见表1。表 权利要求
1.一种用于聚苯乙烯基聚合物的吹塑工艺的预成形体，所述预成形体包含 包含颈部内径和颈部外径并具有第一颈端和第二颈端的颈部；包含一起形成侧壁的主体内径和主体外径的主体；所述主体具有与第二颈端连接的第一主体端和封闭的第二主体端，它们一起形成第一主体长度；所述主体在所述第一主体端具有第一主体外径，并具有小于所述第一主体外径的第二主体外径；所述主体具有过渡区，所述过渡区由主体外径从第一主体外径减小到第二主体外径的这段长度限定，主体外径等于第二主体外径的地方限定为过渡点； 其中所述过渡区至少为(Cl1-Cl2)的50% ； 所述主体具有从过渡点到第二主体端的第二主体长度； 其中所述第二主体外径至多为所述第一主体外径的95% ； 其中所述第二主体长度至多为所述第一主体长度的95%。
2.如权利要求1所述的预成形体，其特征在于，所述第二主体外径至少为所述第一主体外径的50%。
3.如权利要求1所述的预成形体，其特征在于，所述第二主体长度至少为所述第一主体长度的60%。
4.如权利要求1所述的预成形体，其特征在于，所述第一主体外径的范围是 25. 0mm-40. Omm0
5.如权利要求1所述的预成形体，其特征在于，所述第二主体外径的范围是 12. 5mm-38. Omm0
6.如权利要求1所述的预成形体，其特征在于，所述侧壁的厚度大于2.0mm。
7.如权利要求1所述的预成形体，其特征在于，对于用来吹塑500mL瓶子的31g预成形体，所述侧壁的厚度大于2. 0mm。
8.如权利要求1所述的预成形体，其特征在于，所述预成形体材料包含聚苯乙烯或者主要含聚苯乙烯的聚合物混合物。
9.如权利要求8所述的预成形体，所述预成形体还包含阻气性涂料。
10.一种通过吹塑权利要求1所述的预成形体而形成的制品。
11.一种用于模塑权利要求1所述的预成形体的预成形体模具。
12.如权利要求1所述的预成形体，其特征在于，所述预成形体在吹塑过程中再加热时的收缩率小于38%，翘曲率小于8. 5%。
13.如权利要求1所述的预成形体，其特征在于，所述预成形体在吹塑过程中再加热时的收缩率小于30%，翘曲率小于4. 0%。
14.一种形成吹塑制品的方法，所述方法包括 提供聚苯乙烯基聚合物；由所述聚苯乙烯基聚合物形成预成形体，其中所述预成形体包含 包含颈部内径和颈部外径并具有第一颈端和第二颈端的颈部； 包含一起形成侧壁的主体内径和主体外径的主体；所述主体具有与第二颈端连接的第一主体端和封闭的第二主体端，它们一起形成第一主体长度；所述主体在所述第一主体端具有第一主体外径，并具有小于所述第一主体外径的第二主体外径；所述主体具有过渡区，所述过渡区由主体外径从第一主体外径减小到第二主体外径的这段长度限定，主体外径等于第二主体外径的地方限定为过渡点； 其中所述过渡区至少为(Cl1-Cl2)的50% ； 所述主体具有从过渡点到第二主体端的第二主体长度； 其中所述第二主体外径至多为所述第一主体外径的95% ； 其中所述第二主体长度至多为所述第一主体长度的95%。 对所述预成形体进行加热；以及将所述预成形体注射吹塑成制品。
15.如权利要求14所述的方法，所述方法还包括将所述预成形体注射拉伸吹塑成制PΡΠ O
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述预成形体的第二主体外径为所述预成形体的第一主体外径的50% -95%。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述预成形体的第二主体长度为所述预成形体的第一主体长度的60% -95%。
18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，对于用来吹塑500mL瓶子的31g预成形体，所述预成形体的侧壁厚度大于2. 00mm。
19.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述加热预成形体导致的收缩率小于 38%，翘曲率小于8. 5%。
20.一种通过权利要求14所述的方法形成的制品。
全文摘要
本发明描述了用于注射吹塑方法的预成形体和这样的方法。所述预成形体可具有主体和颈部，其中预成形体的主体外径至多为颈部外径的95％。所述主体包含一起形成侧壁的内径和外径，侧壁厚度可大于2.0mm。本发明还披露了用于注射模塑上述预成形体的模具。
文档编号B29C45/00GK102470578SQ201080033693
公开日2012年5月23日 申请日期2010年6月25日 优先权日2009年7月24日
发明者J·阿圭里, M·勒兰德, T·哈里斯, 孙鹿邑 申请人:弗纳技术股份有限公司