专利名称：塑料管体及其制造方法
技术领域：
本发明涉及塑料管体及其制造方法。特别是，本发明涉及塑料管体的制造方法，该方法先制造所谓的管坯，然后在以后的某一时间点将其制成最终的管形。
2．现有技术现有技术中已知许多例如由热塑性材料制造塑料容器的方法。为此使用对本领域普通技术人员熟知的各种方法，如注塑法、吹塑法、层压法、多层箔法(polyfoil)和共挤塑法。
根据容器以后所装的物料的各种性质适当地选择材料。除价格和显而易见的参数(如强度等)外，选择材料的标准也包括所装的物料的腐蚀性或挥发性或所装的物料与容器间所需的惰性。这对于医学活性物质来说大多是必要的。
尤其在用作医学或药物组分容器的情况下，渗漏一种或多种活性物质组分是极不适宜的，因为损失挥发性组分意味着定量百分组成不再相应于原有数据，结果不再确保医生根据药剂原有的组成而规定的剂量。
另外，当用作溶剂的挥发性组分渗漏时，会引起稠度的变化，这会由于干燥而导致更快地老化或更差的使用性。
然而，因为一种材料极少能满足所有要求(如与与所装的物料良好的相容性以及对特定挥发性组分的非渗透性)，已考虑为不同的组分提供多层容器(特别是管)。多层容器中的不同层可用不同的材料制成。例如，这些多层容器可用压延法制成。在该方法中，将不同的材料挤塑，并放在轧制装置中压延。这就是说轧成薄膜或多层薄膜。然后将用这种方法制得的薄膜焊接到例如用注塑法制得的瓶肩部件和/或密封部件上。
然而，这些瓶肩部件和/或密封部件没有多层薄膜的性质，因为它们一般是用注塑法制成的，而且仅由一层材料构成。
另一种能达到完全防止渗漏的可能性是提供高成本的金属容器。金属容器由于金属的分子密度能构成防扩散的天然屏障。这些金属容器可在内部设置附加层，以确保流体与容器壁间的惰性。然而，由于有很多步骤(轧制、涂覆塑料、形成容器、使纵向焊缝折曲和产生凸缘等)，制造金属容器不仅制造本身复杂得多，而且制造时间和材料成本也高得多。
由于这个原因，现已考虑用多层注塑法制造多层塑料容器。这种方法例如揭示在EP0537346A1。该方法的第一步是将所谓的包封层注塑到注塑模中，然后或同时注塑已用发泡剂发泡的芯层。结果制成具有用不同材料构成的两层壁的容器。
在制造塑料容器时需要考虑的另一问题是容器的运输体积。具体地说，塑料容器常常不在以后装入组分的公司内制造，而是由在不同地方的供应商制造。因为根据其用途，塑料容器有相当大的体积，但重量很轻，因此会产生相关的运输问题，除应当按重量计算其运输费用，特别是应当参照货物的体积计算运输费用。因此，对于大体积(空)的容器，运输需要相当大的费用，因为载重汽车主要是运输“空气”。
由于这个原因，现已提出向用户提供不是最终形式而是坯件形式的塑料容器。EP0374247A1和EP0325440A2可列举为相关的实例。在这些文件中描述了制造多层容器坯件的注塑方法。
塑料容器的一个例子是管子。它目前广泛用在医药、化妆品、牙齿保健品和营养品领域。
除了通常用注塑法制造的管盖外，塑料管还包括管体。对于这种管体有两个不同的要求。第一，管体必须有牢固的已配有螺纹的管肩部分。为了用管盖可靠地密封管子，管肩部分必须有所需的强度。这里必须牢记，与塑料瓶相反，管子使用不是正向松开而是旋出模具的工业螺纹。另外，管体必须具有给以后使用者带来“管子感觉”(特别是足够的软性，它可以通过挤压完全挤出粘性最高的组分)的侧面。
至今，管体按两种现有技术中已知的不同方法制造，即“KMK”方法和“AISA”方法。以下参照图4A和4B说明这两种方法。
“KMK”方法画在图4A中。从该图可知，将圆柱管600(相当于以后的管侧面)装入模腔500中。管子600可用上述压延法制得的(多层)薄膜构成，并在焊缝610处焊成管子。把管子600移入模具500的模腔550后，将用于形成管肩的塑料510加入模腔550中，它好象是绕圆环形流动的“香肠状物”。在以后的步骤中，用落入模具500的模腔550中的冲头520形成管肩。
按照图示在4B中的“AISA”方法，将管子的侧面600(可按上述与KMK方法有关的方法制造)引入已经预制的管肩550＇中。管肩550＇可先用注塑法制造。然后例如用高频或热空气将管肩550＇的部件与上述制得的管子侧面600焊接。
上述两种方法都能保证所制得的管体满足对管肩和管子侧面提出的各种要求。这些制造方法的缺点是制造管子的工艺较复杂，成本较高。而且这些管子只能按照其最终尺寸运输到灌装企业。这就是说，它们需要很大的运输体积。
因此，本发明的任务是产生一种可灌装塑料管体的制造方法。在该方法中，一方面所得的容器的制造工艺简单，成本效率高；另一方面，将管子运送到最后的灌装者时可以节省运输体积。
3．发明的概述最广义地，本发明包括用注塑法制造管坯的方法。
本发明的发明人发现，在用注塑法制造管坯，然后特别是通过加热管坯进行拉伸和双轴膨胀的情况下，可以制得一种管子，其管肩既有工业螺纹所需的强度，其侧面又有管子所需的软度。
按照权利要求1中所述的本发明的第一个优选实施方式，第一步宜制造管体坯件。该坯件具有向管体坯件内部张开的肩区和封闭端区。然后可将用这种方法制得的管体坯件运送给灌装者。在那里，第一步中先将其加热，然后通过双轴膨胀将其转变成最终形状和尺寸。在最后一步中，将塑料管的封闭端区切开，以便让塑料管可灌装所要装的东西。使用双轴膨胀(与冷拉伸时的轴向膨胀相反)可以得到透明管材料。这种管材即使在膨胀状态也有玻璃状的透明度。
如权利要求2所述的管体坯件的双轴膨胀宜用吹塑法中的压缩空气进行，这时仅膨胀管侧面；管肩仍保持原有形状。这样进行的双轴膨胀可以制造管侧面具有某种程度所需“管子感觉”(即所需的软度)的管子。另外，用这种方法制得的管子侧面具有特别的强度。
按照权利要求3，管体坯件宜用注塑法制造。该方法可以高成效地制造高质量的管体坯件。
按照权利要求4，如果用压缩空气进行管坯的双轴膨胀，该坯件宜先用红外线加热。
按照权利要求5，如果本发明的塑料管例如需要印刷产品名称，可以在坯件膨胀后进行，而且宜在切开管体的封闭端区后进行。
按照权利要求7所述的本发明更优选的实施方式，本发明的塑料管坯具有封闭端区。这样特别有利于用吹塑法借助于压缩空气将管坯双轴膨胀。
按照权利要求8所述的本发明更优选的实施方式，本发明的管坯具有多层结构。为此需要使用具有至少两个供料容器的注塑生产线，并将不同的材料加入这些供料容器。将这些材料塑化后，将其压入具有同轴排列的环形喷嘴间隙的环形喷嘴中。就方向和数量而言，供料速度基本上相同，结果在离开喷嘴后仍保持第一种和第二种材料的均质性。然后将塑化的材料压入塑模的模腔中，而且在模腔中保持材料层的均质性。然后在随后的工艺步骤中将用这种方法制得的管坯制成最终的管子。为此宜用权利要求1所述的方法。这些多层管坯的一个优点是可以制造具有一体化封闭和肩区的管子。这体现了完全多层化。
由本发明管坯制造的管子可适用于多种用途，例如-用于化妆品、医学、药学和危险介质或食品等的管子；-用于清洁剂、化学品、生物物质或消费品等的半刚性管子。
本发明管坯具有如下优点第一个优点是非常低的生产成本，因为不再需要嵌入管肩部件和将这些部件相互熔接的步骤。这些步骤是其它方法所必需的。
另外，在多层管坯的情况下，精确计量各种热塑性材料可以使对生产成本起主要作用的高价组分的加料最优化，用一个实例来说明这一点。考察一个已知的管子。其管壁由三层材料组成。中间层是防扩散高价材料。该层约占管体积的80-90％；仅剩下管体积的10-20％为廉价的内层和外层。例如，如果将PE用作廉价的外层或内层材料(约1.60马克/千克)和EVOH用作高价的中间层材料(约12马克/千克)。这意味着管子的平均材料成本约为10.96马克/千克。当用本发明方法优化使用各种材料时，可以减少到约为2.64马克/千克的成本。
另一个优点是用于管坯的快速注塑技术，因为以前的容器必须用挤塑法制造。挤塑技术需要成本更高的设备和更长的生产周期。
还有一个优点是可以平行操作许多注塑模具，具体为高达144个。
从属权利要求的目的在于更好地开发本发明。
以下参照如下附图更详细地说明本发明的示范性的实施方式。
图1是用于生产本发明管坯的注塑装置的示意图；图2A是本发明多层管坯的截面图，详图K是多层结构的放大图；图2B是本发明多层管坯的许多可能的层状结构；图3表示多层注塑法的注塑装置；和图4A、B是现有管坯制造方法的示意图。
如上所述，从最广义的观点来看，本发明包括先用注塑法制造管坯，而不是成品管子的构思。这些管坯(或坯件)具有大大节约材料成本的优点。其原因在于管侧面的壁厚。它对于以后侧面所需的软度是重要的。具体地说，因为塑化聚合物的特有材料粘度，不可能注塑厚度小于特定最小壁厚的热塑性材料，特别是当必须注塑多层管子时。
解决这个问题的方法是注塑本发明的管坯，因为不是按以后管子的最终尺寸注塑管坯的侧面(仅管肩部分按最终尺寸注塑)。通过以后的加工才达到预成形侧面的最终尺寸，后加工通常仅由管坯的用户进行。
以下的目的是参照图1说明可用于制造本发明管坯的注塑装置的设计原理。这里必须注意，图1所示的注塑装置既适于制造简单(即单层)的管坯，也适于制造下述特别优选的多层管坯。
图1画出了许多供料装置20a、20b、…20i…20n，每一个都表示可对热塑性材料进行输送、塑化和计量的整体装置。供料装置的数目20i取决于所用塑料的数目和所制造的材料层数。例如，制造单层管时仅需要使用一个供料装置20i，该装置可装入所需的材料。双层管(外层例如由PP，内层由PA构成)需要使用两个供料装置20i。这两个供料装置分别用于输送、塑化和计量PP或PA。然而，对于还有一层PP(例如用作内层)的三层管子，没有必要使用另一个供料装置20i-例如可以用合适的阀装置在通向喷嘴10的管线100、200、300、…中进行适当的分流(未画出)。
在供料装置20i中，将物料加入储料器23a、23b、…23i、…23n进行供料，用螺杆22将其输送到区域21中，其中物料受热塑化。
将塑化材料通过喷嘴24送入管线网络100、200、300，在其中用控制装置(未画出)使物料继续保持塑化，这样当到达喷嘴10时，热塑性材料处于对注塑法最佳的状态。
塑化材料通过排列在喷嘴10中并与各自管线100、200、300直接连接的进口加入各自分离的喷嘴的环形间隙120、220、320中(参见图3)。
进口速度和输送压力取决于各自喷嘴的几何形状，必须考虑喷嘴内产生的剪切力的压缩力，以使各种材料和层的加料速度在方向和分布上基本相同。
通过确保这个特征，才可能在离开环形间隙后保持各层的均质性，因为这些层不会相互混合，即各个层组分(例如PA、PET、EVOH等)的空间分布基本上保持层状形式，结果才能得到连续组分层。
把塑化的材料注入塑模30(参见图1)，可以按不同的方法形成相应的管坯。应当注意，在图1所示的模具30中，它只能制造具有开口端区45的管坯40(参见图2A，该图中表示的管坯40具有封闭端区45)。只要以后通过管子40的端区45灌装成品管子，生产具有开口端区的管坯40是有利的，因为可以产生具有相应开口的管子。然而，具有开口端区45的管坯40的一个缺点在于对于制造最终管尺寸的后加工步骤必须使用特别的单轴膨胀法，如冷拉伸法。这些方法的缺点是对塑料施加极大的负载，从而提高了所得管子的脆性。另外，它们具有使侧面变成乳白色的作用，从而至少对化妆品领域中使用的管子是不好看的。因此，本发明特别适于制造具有封闭端区45的管坯40(如图2A所示)，这些管坯可用双轴膨胀法膨胀到最终尺寸(以下继续在这一方面进行比较)。
在将塑化材料加入模具30后不久，固化过程就开始了，因为塑模30中装有冷却系统。
一般由于模具30由多个部件构成，打开模具释放工件，使其易于取出。
注塑技术可用来将许多(约高达40个)塑模30连接到输送装置20i上，从而可以进行高速生产。所制造管的层数分别取决于各种材料的参数、它们的不同物理性质以及对所制造管的要求。
图2A表示本发明管坯的横截面。它构成优选的三层实施方式。所示的管坯40具有一个肩区43(由实际管肩41和盖区42组成)和一个带封闭端区45的侧面区域46。除了盖子区42所示的螺纹设计以外，还可以配置其它的密封方式，如帽盖或翻盖。
对所示多层管坯中肩区和侧面共同的是详图K中所示的放大部分。它再现了容器壁的横截面。图2A中所示的详图K表示三层壁，但同样也可以是双层壁或多层壁。图2B中绘出了几种示意性组合。关键是所有区域中的层数相同，从而在一个制造过程中形成一体化的容器。
图2B表示不同的层结构变化形式。不同的色谱相应于不同的材料。该图中仅表示了几种可能的材料组合。
优选用于本方法的热塑性材料一般是如下聚合物，如聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙二醇对苯二甲酸酯或聚丙烯(PP)。聚酰胺(PA)或乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)可用于内或外边缘层间可能的其它层。然而，也可以使用任何可熔融加工的其它塑料。
图3是用来制造三层管坯的本发明注塑喷嘴10的透视图。喷嘴10具有三个环形间隙120、220、320，每个间隙可将一层管坯注入模具30中(参见图1)。环形间隙120、220、320是同轴排列的，而且径向相互分离。
另外，环形间隙可有轴向间隔(未画出)。
环形间隙通过孔连接到管线系统100、200和300，这些管线连续到输送装置20i(参见图1)。供料管线和环形间隙的数目当然不会局限于所表示的数目，但如上所述取决于所需的层数。在示意图中，喷嘴10看上去是单个部件，然而单部件生产可能是非常昂贵的，因此多部件制造(如通过螺纹或焊接相连)可能更有利于生产。
制成本发明的管坯40(可以是单层或多层的，而且可以有开口或封闭端部45)后，宜将管坯运送到灌装者那里，然后用后加工方法将侧面区46转变成最终尺寸。
有一个后加工方法对具有封闭端区45的管坯特别有利。所述的封闭端区45可由任何热塑性材料制成，特别是PET、PP和Grivary(一种无定形聚酰胺)。在该方法中，较好用红外辐射加热侧面区域内的管坯，直到侧面变软为止。然后将管坯装入模具。就管肩区域而言，该模具正好环绕管坯，而对其侧面区域而言，该模具预先确定了以后管子的最终形状。然后较好用气门芯(Luftdorns)将压缩空气通入加热的管坯中，直到侧面达到最终的尺寸和形状。在这种情况下必然会减少各层的壁厚。用这种方法可大大地减少用高价材料制成的层的壁厚(低于50微米)，从而可节省大量的成本(与常规管子相比高达50％)。另外，壁厚的减少可使管子容器更软，更易操作。
最后，在最后的操作中，在与管子纵轴(参看图2A中S部分的线条)垂直方向上切开现已制成的管子的封闭端区，以便产生灌装口。
本发明优选实施方式的另一种后加工方法是单轴膨胀法。这种方法适用于具有开口端区45的管坯(参照图2A)。这种方法的一个实例是冷成形法。在该方法中，沿纵轴方向将管坯冷拉伸。在这种情况下，管坯40的侧面被拉伸到其长度的3.5倍或更高。
因为本领域中普通技术人员对于吹塑法和冷拉法是足够熟悉的，所以不准备在本文中对此作详细描述。
最后指出，上述的实施例仅是解释性，而不应认为是对保护范围的限制。该保护范围仅由所附的权利要求书确定。
权利要求
1．可灌装塑料管体的制造方法，其特征在于该方法包括如下步骤a．制造管体坯件，该坯件具有向管体坯件内部张开的肩区和封闭端区；b．加热所述的管体坯件；c．将所述的管体坯件双轴膨胀，以便将其转变成最终形状和尺寸；d．切开塑料管体的封闭端区。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤c中按吹塑法用压缩空气进行双轴膨胀。
3．如权利要求1或2所述的方法，其特征在于在步骤a中，用注塑法制造管体坯件。
4．如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于在步骤b中用红外辐射或热空气加热所述的管体坯件。
5．如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于该方法还包括用所需的管名印刷双轴膨胀的管体。
6．如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于该方法还包括如下步骤-经开口端区将所需的组分装入双轴膨胀的管体；和-用焊接法密封该开口端区。
7．用任何成形方法制成的塑料管体坯件，其特征在于该坯件具有封闭端区。
8．可灌装塑料管体的制造方法，其特征在于它包括如下步骤a．分别给至少两个加料容器(23a,b)加料，将第一种热塑性材料装入第一个加料容器(23a)中，将第二种热塑性材料装入第二个加料容器(23b)中；b．在各个加料容器使第一种和第二种热塑性材料塑化；c．将第一种和第二种热塑性材料压入至少有两个同轴排列的环形喷嘴间隙(120,220)的环形喷嘴(10)，第一种和第二种热塑性材料的输送速度在方向和用量上基本相同，从而在离开环形间隙(120,220)后仍能保持第一种和第二种材料的均质性；d．将塑化的物料压入塑模(30)的模腔中，模腔的形状与管坯一致从而在离开环形喷嘴(10)后，也能在模腔中保持各种塑化材料间存在的均质性；和e．使管体坯件成形，以便将管体转变成最终的形状和尺寸。
9．如权利要求8所述的方法，其特征在于通过外环间隙(320)注入的热塑性材料可被焊接。
10．如权利要求8或9所述的方法，其特征在于通过内环间隙(110)注入的热塑性材料可与容器流体相容。
11．如权利要求8-10中任一项所述的方法，其特征在于在外层和内层之间至少还有一层对容器流体具有防扩散作用的材料层。
12．如权利要求8-11中任一项所述的方法，其特征在于通过外环间隙(320)注入的热塑性材料包括聚乙烯(PE)、聚乙二醇对苯二甲酸酯或聚对苯二甲酸亚烷基酯(PET)或聚丙烯(PP)。
13．如权利要求8-12中任一项所述的方法，其特征在于通过内环间隙(120)注入的热塑性材料包括聚乙烯(PE)、聚乙二醇对苯二甲酸酯或聚对苯二甲酸亚烷基酯(PET)或聚丙烯(PP)。
14．如权利要求8-13中任一项所述的方法，其特征在于可设置在外层和内层之间的至少一层包括聚酰胺(PA)和/或(PE)和/或(PET)和/或(PP)和/或乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)和/或PEN和/或PVDC和/或聚乙二醇对苯二甲酸酯。
15．如权利要求8-14中任一项所述的方法，其特征在于所述的管坯具有开口端区，且可被冷拉伸。
16．如权利要求8-14中任一项所述的方法，其特征在于先将管坯加热，然后用压缩空气膨胀，最后在封闭端区处切开，以便灌装所述的管体。
17．可灌装的管体，其特征在于它用权利要求1-8中任一项所述的方法制造。
全文摘要
本发明涉及用注塑法制造管坯的方法。本发明人发现,在用注塑法制造单层或多层管坯,然后延伸,特别是加热管坯和用压缩空气进行双轴膨胀的情况下,可以制得一种管子,其管肩既有工业螺纹所需的强度,其侧面又有管子所需的软度。
文档编号B29C49/06GK1216949SQ97194231
公开日1999年5月19日 申请日期1997年4月30日 优先权日1996年4月30日
发明者汉斯·屈恩 申请人:汉斯·屈恩