Способ изготовления оболочек из листового термопластичного материала и устройство для изготовления изделий из листового термопластичного материала

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К П А Т Е.Н Т У (ii> 967267

Союз Советски»

Социалистически»

Республик (61) Дополнительный к патенту

I (22) Заявлено 22.12.78(2!) 2703679/23-05 (5!) М. Кл. (23),Приоритет - (32) 23. 12 .77

В 29 С 27/02

Государственнмй комитет

СССР по делам нзобретеннй н открмтнй (3!) 7714734-6 (33) Швеция

Опубликовано 15.10.82 Бюллетень№ 38 (53) УДК 678. 029..432.678.059.

° 4(088.8) г.

Дата опубликования описания 15. 10. 82 (72) Авторы изобретения

Иностранцы

Хервиг Пупп, Отто Биргер Андерссон и Ян Э (Швеция) .Иностранная фирма Тетра Пак Интернэшнл АБ (Швеция) (7!) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОЛОЧЕК ИЗ ЛИСТОВОГО

ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЛИСТОВОГО

ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

Изобретение относится к переработке пластмасс в изделия, а более конкретно к способам и устройствам для изготовления изделий из термопластичного листового материала, дающего усадку при нагревании, и может быть использовано при изготовлении иэделий типа оболочек.

Оболочки иэ термопластичесного слоистого материала, дающего усадку при нагревании, часто изготавливаются как промежуточные иэделия или полуфабрикат в производстве упаковочных. контейнеров, питьевых стаканчиков, защитных упаковок и т.д. Оболочка в большинстве слу- . чаев имеет цилиндрическую илн коническую форму., которая после усадки принимает желаемую окончательную форму в зависимости от применения, Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления оболо" чек из листового термопластического материала, дающего усадку при нагревании," йутем намотки материала вокруг оправки и соединения места стыка fX )..

При изготовлении используется лист слоистого материала, включающего центральный слой пенополистнрола, который покрыт с обоих сторон гомогенными термопластическимн слоями. Во время изготовления слоистый материал обрабатывается для придания.ему.свойства усадки при нагрева" нии, за счет которого материал дает усадку, когда его нагревают выше определенной температуры.

Слоистый лист навивают вокруг оп: равки — формующего инструмента, имеющего вид .вращающегося тела, фактически цилиндрического, так что два конца накладываются друг на друга, после чего концы укладываются друг против друга и завариваются вместе так, что образуется оболочка с про . дольным швом. Оболочка готовой фор20 мы затем перемещается к профнлированному концу оправки, где она размещается так, что часть оболочки сходит с оправки. Пластинка термопластического материала, например такого же, как н оболочка, затем размещается против концевой поверхности оправки, после чего материал нагревается до температуры выше его размягчения так, что свободный конец оболочки делает усадку и принимает форму

967267 генным слоем.

Попытки устранить эти недостатки были сконцентрированы на проектировании удерживающего штифта и поверх-. ности гильзы формующего инструмента., соединенного с удерживающим штифтом, с целью поиска механических средств для получения свободных концов,чтобы они точно принимали форму гильзы. Однако эти условия не принесли большого успеха.

Наиболее близким к изобретению является устройство для изготовления изделий из листового термопластического материала, содержащее нагреватель, выполненный в виде полого корпуса с размещенным внутри него нагревательным элементом, снабженного последовательно расположенными насадками для предварительного и окончательного нагрева материала нагретым воздухом. Соединяемый материал последовательно нагревается предварительно до температуры размягчения, о30 а затем окончательно — до темпера» туры сварки данного материала P2f.

Данное устройство обеспечивает качественное соединение плоских листов материала, но с помощью та35, кого устройства невозможно изгото-вить полые иэделия типа обдлочек иэ материала, дающего усадку при нагревании.

Целью изобретения является.повышение качества .изделий и расширение технологических возможностей устройства за счет обеспечения изготовления изделий типа оболочек. цель достигается тем, что согласно

45 способу изготовления оболочек иэ листового термопластического материала, дающего усадку при нагревании, путем соединения места стыка сваркой, перед намоткой заготовку.со сторо5О ны, обращенной к оправке, подвергают нагреву по длине до температуры размягчения материала, причем начальный участок заготовки дополнительно нагревают до. температуры, превышающей температуру усадки материала. оправки. При дополнительном нагреве свободный конец оболочки размягчается так, что когда подается давление, он приваривается к кромке пластины.

Так завершается образование корпуса контейнера.

Во время изготовления. слоистый материал навивается вокруг оправки— формующего инструмента, причем лист подается к инструменту в основном тангенциально, после чего передний. край листа механически удерживается против поверхности гильзы формующего инструмента и ийструмент поворачивается приблизительно на 360 . Мео ханическое удерживающее устройство

Расположено на формующем инструменте, имеет форму небольшого штифта, . который расположен аксиально.по от,ношению к инструменту и имеет воэможность перемещаться-между двумя положениями (открытое положение— на некотором расстоянии от поверхности гильзы; закрытое цоложениев контакте с поверхностью гильзы) .

Передний край листа вводится в про- странство между гильзой инструмента и удерживающим штифтом, который занимает открытое положение, после чего штифт перемещается в закрытое положение так, что конец листа плоти удерживается. Для выполнения последующей заварки концов навитого листа необходимо, чтобы лист перед фиксацией его переднего края был продвину вперед в такое положение, чтобы фиксирующий штифт захватил определенную часть листа, чтобы образовывался свободный конец, достаточно большой . для возможности образования продольного соединения после окончания навивки. После зажима между зажимным штифтом и поверхностью гильзы свободный конец распространяется тангенциально по отношению к поверхности гильзы формирующего устройства. Когда лист после поворота формую щего инструмента навивается вокруг инструмента, свободный конец листа препятствует контакту заднего края листа с поверхностью гильзы формующего инстурмента с того момента, как задний конец доходит до упора против передней кромки листа, расположенного на расстоянии от поверхности листа. После нагревания двух концов они сдавливаются вместе для образования соединения внахлест под действием тепла, излишек материала появляется благодаря неудовлетворительному контакту листа с поверхностью гильзы, что вызывает увеличение диаметра оболочки после заваривания, а это отрицательно сказывается на дальнейших операциях.

Описанный недостаток увеличивает,ся. когда оболочка изготавливается нэ жесткого и толстого материала, например волокнистого материала иэ полистирола, включающего центральный слой пенистого полистирола, который является довольно толстым и покрыт с обеих сторон тонким гомоУстройство, содержащее нагреватель, выполненный в виде полого корпуса с размещенным внутри него нагрева60 тельным элементом, снабженного после. довательно расположенными насадками для предварительного и окончательного нагревов материала нагретым воздухом, снабжено оправкой, уста65 новленной за насадкой окончательного

967267

5 нагрева в направлении подачи материала.

На фиг.1 (положения а-д) схематически показаны последовательные этапы превращения листового материала в оболочку согласно предлагаемому способу; на фиг.2 - предпочтительный вариант конструктивного выполнения предлагаемого устройства,продольный разрез.

Устройство. содержит цилиндрическую оправку 1, удерживающий материал 2, который установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно оправки, занимая положения, при которых он находится либо на оправке 1, либо на некотором расстоянии относительно нее, и нагреватель, выполненный в виде полого корпуса 3 с размещенным внутри него нагревательным

I элементом 4, снабженного последовательно расположенными насадком 5 предварительного нагрева и насадком

6 окончательного нагрева, причем выходное отверстие насадка 6 имеет форму щели, продольное направление которой параллельно оси оправки и на.правлено тангенсально к оправке.

Рабочая длина насадка 5 предварительного нагрева немного меньше, чем длина листовой заготовки, а рабочая длина насадка 6 окончательного нагрева составляет 1/3 длины насад- . ка 5, при этом общая длина обеих насадок соответствует длине заготовки.

Ширина обеих насадок равна или не-. много больше ширины обогреваемой поверхности заготовки. Полость корпуса 3 .разделена перегородками 7 на сообщающиеся камеры, в верхней -из которых установлен теплообменник 8, а-в нижней — нагревательный элемент

4. Внутри корпуса 3 установлЕн золотник 9, проходящий через отверстия в стенках насадок 5 и 6 и стенки теплообменника 8, снабженный клапанами 10 и 11, которые установлены с возможностью перемещения в три положения. Клапаны 10 и 11 садятся на седла 12, 13 и 14, выполненные в стенках насадок и теплообменника, причем перемещение клапана 10 вниз по оси золотника ограничено стопоропе 15, а клапан 11 жестко зафик-. сирован на золотнике. Клапаны 10. и 11 могут быть установлены в три положения, при этом первое положение соответствует моменту, когда клапан 11 садится на седло 13 и поступление горячего воздуха полностью перекрыто в оба насадка, а клапан 10 поднят на золотнике 9 s верхнее положение и горячий воздух может свободно выходить через теплообменник 8 в атмосферу (описанное положение клапанов показано на фиг.2 пунктиром). Первое положение ссответствует тому, когда заготов ка находится в положении а (фиг.l).

Во втором положении золотник 9 находится в промежуточном положении и пропускает поток горячего воздуха и насадку 6 окончательного нагрева и насадку 5 предварительного нагрева.. В этом положении золотник 9 опущен так, что клапан 11 находится в промежуточном положении между седлами 13 и 14, тогда как клапан 10 устанавливается на седло 12 и препятствует проходу воздуха через

15 теплообменник 8. В этом положении клапаны показаны сплошными линиями на фиг.2. Это рабочее положение соответствует положению б (фиг.l) во время нагрева неподвижной заготовки и во время фазы закручивания заготовки - положению г (фиг.l).

В третьем рабочем положении весь поток горячего воздуха подается к насадку б окончательного нагрева. В

25 этом положении золотник находится в нижнем положении, а клапан 11 перемещается и занимает положение на седле 14; клапан на фиг.2 показан пунктирной линией. Подвижный клапан

30 10 благодаря воэможности перемещаться относительно золотника. 9 остается в прежнем положении на седле 13. >

В результате этого клапан 10 перекрывает поток .rop,.чего воздуха и весь

35 поток горяч го воздуха проходит к насадку б окончательного нагрева. Это рабочее положение клапаны 10 и 11 принимают с однсй стороны, когда насадок

6 окончательного нагрева воздейству40 ет на начальный участок заготовки (фиг.l, положение в) и с другой стороны во время интенсивного подогрева двух расположенных внахлест концов заготовки (фиг.l, положение д).

Конструкция устройства с неподвиж- ными насадками нагрева, в которых го-рячий воздух распределяется в соответствии с определенным порядком, составляет основу устойчивого цикла и делает возможным перенастройку по-! тока горячего воздуха,отдельных

;очень коротких рабочих фаз, описанных выше. Быстрая перенастройка потока горячего воздуха также облегчается золотником с клапанами.

Предлагаемое устройство предполагает использование нагревателя воздушного типа, что является оптимальным решением при производстве .оболочек из слоистого материала, вклюЧающего слои пенистого пластика.

Однако это не значит, что при р фоте с другими материалами не может быть использована конструкция с другой рабочей средой. В определенных случа65 ях, например, может использоваться

967267 нагреватель с использованием инфра.-: красного излучения.

В зависимости от того, является ли слоистый материал симметричным или нет, или содержит слои различных пластиковых материалов или в зависимости от других факторов предварительному подогреву может подвергаться весь лист, т.е. нагреваются обе стороны листа, что легко может быть осуществлено в соответствии с !О изобретением, для чего горячйй-воз-; дух,.направленный в насадок предварительного нагрева, поступает также и на противоположную сторону листа.

Изготовление оболочки иэ термоплас 5 тического, дающего усадку при нагревании материала согласно данному способу и с помощью предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. 20

Зйлстовая заготовка подается тангенциально по отношению к оправке 1.

Листовой материал имеет длину, которая позволяет образовывать доста- 25 точно широкую часть соединения внахлест после навивки листа вокруг оправки 1,Направление подачи листа показано на фиг.1 (положение а стрелкой). В показанном положении оправка стационарна, удерживающий штифт 2 находится на некотором расстоянии от. оправки 1 и оба нз.садка 5 и 6 нагревателя не работают.

Положение б показывает момент в З5 процессе образования оболочки, когда листовая заготовка находится против нагревателя. Оправка 1 неподвижна и удерживающий штифт 2 находится в открытом положении. Горячий воздух поступает из нагревателя и распределяется между насадками 5 и б так, что лист подогревается вдоль всей его длины со стороны, прилегающей к нагревателю, которая совпадает со стороной, обращенной к оправке. Если листовой материал имеет структуру с относительно толстым (приблизительно 1 мм) центральным слоем пенополистирола, который покрыт с двух сторон тонкими (0,1-0,2 мм) слоями гомогенного полистирола, он нагревается до тех пор, пока гомогенный слой не.достигает температуры 100-110 С, которая ниже темпе- . ратуры размягчения материала. 55

Положение в соответствует положению б полностью- эа исключением подачи горячего воздуха. Нагревание всей длины листа прерывается, т.е. клапан 11 перекрывает седло 14 и все количество горячего воздуха подается к листовому материалу через насадок б окончательного интен- сивного нагрева. Когда лист останавливается в положении, показанном на Фиг.l (положение в), воздух прогревает начальный участок заготовки до температуры, превышающей температуру, при которой происходит усадка. Эта температура достигает

120-130 С,что вызывает усадку той о стороны листа, которая направлена к насадку сопла и лист изгибается в направлении к.оправке 1. Когда нагревание продолжается достаточно долго, передний участок листа преобретает радиус искривления, совпадающий с радиусом цилиндрической оправки 1, интенсивный.. нагрев прекращается и горячйй воздух снова распространяется между узлами предваритель-. ного нагрева и окончательного нагрева так, как это осуществлялось на этапе, показанном в положении б.: (фиг.l). В это время возобновляется подача начального участка заготовки и изогнутый конец продвигается между штифтом 2 и удерживается в таком положении, когда свободный конец .заготовки заходит за штифт вдоль оправк> 1 °

В положении r показана заготовка при продолжении подачи горячего воз-, духа через насадок 5 предварительного нагрева и насадок 6 окончательного нагрева, когда он начинает закручиваться вокруг оправки 1, которая, в свою очередь, начинает вращаться в направлении стрелки. Когда листовой материал во время закручивания проходит нагреватель, происходит дальнейшее увеличение температуры . стороны листа, обращенной к нагревателю до температуры размягчения материала, примерно 110-120 С, что облегчает придание листу формы оболочки и делает возможным точное повторение поверхности оправки 1.

В положении д, когда оправка 1 .после окончания закручивания заготовки снова останавливается, задний конец заготовки нахлестывается на передний конец и располагается против прижимного устрОйства, показанного пунктирными линиями. Снова начинается подача горячего воздуха и весь воздушный поток сейчас проходит в насадок б окончательного узла нагрева, который благодаря его расположению, направляет горячий воздух в карман, образованный между передним и задним краями заготовки. В результате этого материал поверхностей заготовки,. направленных навстречу друг к другу, нагревается до температуры., превышающей температуру плавления, приблизительно 150-160 С. Когда материал достигает этой температуры, действует прижимное устройство и сжимает вместе два конца. заготовки так, что материал образует оболочку, внут967267

10 ренний диаметр которой совпадает с наружным диаметром оправки 1 ° В это время подается следующая заготовка и цикл повторяется описанным образом, причем время цикла составляет около 2 с. 5

Предлагаемый способ позволяет осуществлять изготовление оболочек с постоянным диаметром. Изгибание переднего конца заготовки дает воэможность точного повторения листовым матерна- ip лом всей поверхности оправки. Адаптация повышается эа счет предварительного подогрева стороны листа, обращенной в оправке до температуры размягчения материала. Если исклю- 15 чить предварительный подогрев указанной поверхности или нагревание производить до недостаточно высокой тгемпе-. ратуры, слой листа, обращенный к оправке, не будет закручиваться -и бу- рр дет образовываться большое количество трещин и складок в направлении, аксиальном по отношению к оправке, таким образом, во-первых, внутренняя поверхность оболоки не. будет цилинд- 25 рической, и во-вторых, точность полу:ченных размеров оболочки будет неудовлетворительной.

Предлагаемый способ является особенно подходящим для изготовления ЗО оболочек из слоистого материала, который включает расположенный в центре относительно толстый слой пенистого пластика, поскольку такой материал легко трескается, когда он перегиба- 35 ется больше определенного предела.

)1ля этого типа материала также легко дозировать количество необходимого тепла, чтобы получить требуемый изгиб переднего конца листа, со сло- 40 ем пористого пластика, расположенного в центре листового материала, который действует как изолятор и препятствует распространению тепла к соседним слоям. В результате этого во вре- 45 мя интенсивного подогрева можно легко. ограничивать нагрев слоя или слоев, которые прилегают к формирую-. щему инструменту — оправке, что обеспечивает.воэможность Регулировки нагревания, и, следовательно, простую .регулировку процесса изгиба так, чтобы радиус кривизны был равен радиусу формующего инструмента.

Таким образом, изгибанне переднего конца листового материала осуществляется полностью, без какого-либо механического воздействия, что является очень большим преимуществом, так как пенистые пластики могут легко разрушаться, когда подвергаются одновременно тепловому воздействию и механической обработке.

Преимуществом изобретения является отсутствие механической обработки.

Формула изобретения

1. Способ изготовления оболочек иэ листового термопластического материала, дающего усадку при нагревании, путем намотки материала вокруг оправки и соединения места стыка сваркой, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изделий, перед намоткой заготовку со стороны, обращенной к .оправке, подвергают нагреву по длине до температуры размягчения материала, причем начальный участок заготовки дополнительно нагревают до температуры, превышающей температуру усадки материала.

2. Устройство для изготовления иэделий из листового термопластического материала, содержащее нагреватель, выполненный в виде полого корпуса с размещенным внутри него нагревательным элементом, снабженного последовательно расположенными насадками для предварительного и окончательного нагревов материала нагретым воздухом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет обеспечения изготовления иэделий типа оболочек, оно снабжено оправкой, установленной за насадкой для окончательного нагрева в направлении подачи материала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Швеции Р 381442, кл. В 65 D 85/72, 1976 (прототип).

2. Авторское свидетельство СССР

Р 695090, кл. В 29 С 27/02, 21.06.77 (прототип).

967267

Составитель И.Фролова

Техред А.Бабинец Корректор A.Ãðèöåíêî

Редактор С.Тимохина

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7915/80 Тираж б79 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5