用于可膨胀塑料容器的程序控制系统以及模具组件.pdf

一种模具组件，其用来形成由可膨胀热塑性塑料颗粒，如可膨胀的聚苯乙烯颗粒制得的容器，该模具组件包括内模和外模，当其组合时形成用来容纳热塑性塑料颗粒的模腔。蒸汽和冷却流体被输送进内模和外模中的通道。固定安装在内模内壁以及外模外壁的温度传感器，如热电偶探测模具组件的温度。与被输送到通道中的蒸汽和冷却流体连接的压力传感器探测输送到通道中的蒸汽和水的压力。这些部件在蒸汽和冷却流体在制模周期的整个过程中不断运转以便调整蒸汽压力和/或循环时间以及调整冷却流体的循环时间以最佳地将模具组件中的颗粒融合在一起并冷却。

1.  模具组件，其用于在一模制周期中从可膨胀塑料颗粒模制一容器，该容器具有一底壁和一侧壁，所述侧壁从所述底壁向上延伸至所述容器的一口部，该模具组件包括：
内模和外模，它们组合在一起形成限定所述容器的模腔；
门装置，其与所述外模连通，以传送可膨胀塑料颗粒进入所述模腔；
通道装置，其用于传送蒸汽和冷却流体进入邻近所述模腔的内模和外模，并延伸至邻近限定所述容器的底壁和侧壁的模腔的部分；
管道装置，其用于传送蒸汽和冷却流体进入所述通道装置；
温度传感器，其安装在所述内模的内壁和所述外模的外壁，用于检测所述模具组件的温度；
压力传感器，其与所述管道装置相连，用于检测所述管道装置中的蒸汽和冷却流体的压力；以及
控制装置，其与所述温度传感器和所述压力传感器相连通，在形成容器的模制周期期间，该控制装置用来连续监控所述模具组件的温度和所述管道装置中蒸汽的压力并至少调整蒸汽的压力和/或循环时间，以最佳地融合可膨胀塑料颗粒，并用来连续监控所述模具组件的温度和所述管道装置中冷却流体的压力并至少调整冷却流体的循环时间，以最佳地冷却所述模具组件中的可膨胀塑料颗粒。

2.  如权利要求1所述的模具组件，其特征在于，所述温度传感器永久地安装在所述模具组件的内模和外模上。

3.  如权利要求2所述的模具组件，其特征在于，所述温度传感器由永久地安装在所述模具组件的所述内模和所述外模上的热电偶组成。

4.  如权利要求1所述的模具组件，其特征在于，它进一步包括接头管道装置，其与所述管道装置连接，以传送蒸汽和冷却流体进入所述模具组件中的所述通道，并且，所述压力传感器被连接在所述接头管道装置上并与其连通。

5.  如权利要求1所述的模具组件，其特征在于，所述控制装置包括综合数据获取装置，其包括调整装置，所述调整装置用于调整所述模具组件内的通道中的蒸汽的压力和/或循环时间，以最佳地融合并冷却可膨胀塑料珠粒。

6.  监控方法，其用于连续监控通过管道装置进入模具组件通道的蒸汽或冷却流体的压力，所述模具组件用于形成由可膨胀塑料颗粒制成的容器，其步骤包括：
提供永久地安装在模具组件上的温度传感器，所述温度传感用来检测模具组件的温度；
提供压力传感器，所述压力传感器用来检测蒸汽或冷却流体的压力，并与传送蒸汽或冷却流体进入模具组件的所述通道的所述管道装置连通；以及
连续监控所述模具组件的温度和蒸汽压力，并至少调整所述模具组件中的蒸汽的压力和/或其循环时间以最佳地融合可膨胀塑料颗粒，并连续监控所述模具组件的温度和冷却流体的压力，并至少调整冷却流体的循环时间以最佳地冷却所述模具组件中的可膨胀塑料颗粒，从而形成容器。

7.  使用权利要求6的方法在模具组件中最佳地融合可膨胀塑料珠粒以形成容器的方法。

8.  使用权利要求6的方法在模具组件中最佳地冷却可膨胀塑料珠粒以形成容器的方法。

9.  用于模具组件的控制系统，所述模具组件用于从可膨胀塑料颗粒模制容器，该容器具有一底壁和一侧壁，所述侧壁从所述底壁向上延伸至所述容器的口部，该程序控制系统包括：
模具组件，其具有组合在一起形成限定所述容器模腔的内模和外模；
门装置，其与所述外模连通，以传送可膨胀塑料珠粒进入所述模腔；
通道装置，用来在邻近所述模腔的内模或外模的至少一个中传送蒸汽和冷却流体，并延伸至邻近限定所述容器的侧壁和底壁的模腔的部分；
管道装置，其用来传送蒸汽和冷却流体进入所述通道装置；
温度传感器，其永久地附着在所述内模和所述外模上，用来检测所述模具组件的温度；
压力传感器，其与所述管道装置连通，以检测所述管道装置中蒸汽和冷却流体的压力；以及
控制装置，其与所述温度传感器和所述压力传感器相连通，用来连续监控所述模具组件的温度和所述管道装置中蒸汽的压力，并且至少调整蒸汽的压力和/或循环时间，以最佳地融合可膨胀塑料珠粒，并用来连续监控所述模具组件的温度和所述管道装置中冷却流体的压力，并且至少调整冷却流体的循环时间，以最佳地冷却所述模具组件中的可膨胀塑料珠粒，从而形成容器。

10.  如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述控制装置包括综合数据获取装置，其包括调整装置，所述调整装置用于调整所述模具组件的通道中蒸汽的压力和/或循环时间，以最佳地融合并冷却可膨胀塑料珠粒。

11.  如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述温度传感器永久地安装在模具组件的内模和外模上。

12.  如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述温度传感器由永久地安装在所述模具组件的所述内模和所述外模上的热电偶组成。

13.  如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，进一步包括接头管道装置，其与所述管道装置连接，用于传送蒸汽和冷却流体进入所述模具组件中的所述通道，并且，所述压力传感器被连接在所述接头管道装置上并与其连通。

用于可膨胀塑料容器的程序控制系统以及模具组件
技术领域
[01]本发明涉及一种模具组件，用于由可膨胀塑料材料，如可膨胀聚苯乙烯颗粒模制的容器。本发明更尤其涉及一种模具组件设计的变型以及程序控制系统，用于在模制周期中不断探测和利用真实数据获得表征模具组件工艺参数的信息，并调整这些参数以最优化颗粒融合及冷却。
背景技术
[02]膨胀的或泡沫塑料容器，如杯子、碗等，通常通过下述方法成形：在模制周期中，将适当的热塑性材料颗粒注射进限定了所需容器形状的模腔，并向模腔通入蒸气将颗粒融合在一起以形成容器，然后向模腔中通入冷却流体以冷却颗粒。颗粒是可膨胀的，因为它们充满起泡剂或发泡剂，其使得颗粒在接触蒸汽或受热时膨胀。
[03]最常用的热塑性颗粒是通称为EPS的可膨胀聚苯乙烯颗粒。受热时，起泡剂或发泡剂在聚苯乙烯的软化点以下沸腾，使颗粒膨胀。
[04]由饱满的聚苯乙烯颗粒制备模制容器通常有两步。第一步，将饱满的聚苯乙烯颗粒预膨胀到约2-12磅/立方尺的密度。第二步，预膨胀的颗粒通常在密闭的模腔中被加热以进一步膨胀预膨胀的颗粒至颗粒融合在一起以形成泡沫容器。
[05]用于制造泡沫容器的可膨胀的聚苯乙烯颗粒通常通过水悬浮聚合方法制备，其得到可筛选出相对精确的珠粒尺寸的珠粒。典型地，珠粒直径在约0.008-约0.02英寸的范围内。有时，杯子可由珠粒直径高至0.03英寸的颗粒制成。
[06]不管多么仔细的珠粒尺寸控制，持续困扰容器产业的问题在于：经过一段时间以后EPS容器具有渗漏的趋势。换句话说，流体倾向于沿着融合的聚苯乙烯珠粒的周围渗出到容器侧壁的外表面。
[07]一些旨在减少容器渗漏的途径已经研究了几年。某些方法包括用聚丙烯内衬层压到泡沫材料上，如美国专利第4,036,675号公开的。
[08]其它途径包括珠粒表面的处理。例如，Sonnenberg美国专利第4,703,065号和第4,720,419号公开了由聚合物颗粒模制的热塑性聚合物泡沫杯子，模制前颗粒表面涂有氟表面活性剂，美国专利第4,785,022号公开了用多种橡胶聚合物和共聚物涂敷颗粒。
[09]其它途径还包括用于形成容器的模具组件。模具组件具有加热和冷却通道，该通道为蒸汽、水或空气提供通过路径以完成在模制容器的过程中的特定步骤。对于故障检修员来说已知的是：容器的模制过程通过连接数据获取装置，如临时基座上的模具组件外壁上的热电偶，对模具工艺参数进行必要的调整。这个获得数据的临时方法在某些情况下是可以接受的，然而它不提供确保模具工艺参数在推荐范围中最优化模具组件中的颗粒的融合和冷却作用的手段和方法。
[10]也就是说，这一实践在连续长时间的基础上不能获得评价信息，该信息能随后用于连续并自动地适当调整模具工艺参数，即，至少是模具组件中的压力和/或蒸汽循环时间和/或冷却流体的循环时间，以维持这些参数在推荐值范围内，从而实现成功的模制周期，其中可膨胀颗粒最优地融合在一起，然后被冷却形成具有改善的流体留存性能的容器。
发明内容
[11]本发明提供一种改进模具组件的设计以及用于在模制周期中最优地融合并冷却热塑性颗粒的程序控制系统。
[12]本发明涉及一种模具组件，用于模制用可膨胀塑料颗粒做成的容器，该容器具有底壁，以及从底壁向上延伸至容器口的侧壁，该模具组件包括：
[13]内模和外模，它们组合在一起形成限定容器的模腔；
[14]门装置，其和外模连通，用于传送可膨胀塑料颗粒进入模腔；
[15]通道装置，其用于传送蒸汽和冷却流体进入邻近模腔的内模和外模并延伸至邻近限定容器底壁和侧壁的模腔的部分；
[16]管道装置，用于传送蒸汽和冷却流体进入所述通道装置；
[17]温度传感器，其永久地安装在内模的内壁和外模的外壁，用于感应模具组件的温度；
[18]压力传感器，其与所述管道装置相连，用于至少感应管道装置中的蒸汽压力；以及
[19]控制装置，其与温度传感器和压力传感器相连，用来连续监控模具组件的温度和管道装置中蒸汽的压力并至少调整模具组件中蒸汽的压力和/或循环时间，从而最佳地融合可膨胀塑料颗粒，并用来连续监控模具组件的温度和管道装置中冷却流体的压力并至少调整冷却流体的循环时间，从而最佳地冷却模具组件中的可膨胀塑料颗粒以形成容器。
[20]优选地，温度传感器由热电偶组成，一个位于模具组件内侧，一个位于模具组件的外侧。这些传感器永久地安装在内模和外模上，特别的，其它温度装置永久地安装在内模内壁上，一个过热保护装置永久地安装在外模外壁上。在某些实施方案中，温度传感器可以彼此成一直线安装以探测并测量模具组件的壁的温度，在某些实施方案中，这些装置可以彼此不成一直线安装。
[21]压力传感器与管道连通，管道传送蒸汽和冷却流体进入模具组件的通道以进行模制循环。对于模具的加热循环，模具温度和蒸汽压力被不断的感应，这一信息被自动反馈到综合数据获取装置，该装置可以是计算机系统。压力传感器传送蒸汽的压力值到综合数据获取装置，这一信息和由温度传感器检测的模具组件的温度值一起被用来调整蒸汽压力或蒸汽循环时间，因此蒸汽温度在允许的范围内最佳地融合模具组件中的可膨胀颗粒。
[22]对于模具的冷却循环，模具温度和冷却流体的压力被连续的感应，这一信息被自动反馈给综合数据获取装置。压力传感器将冷却流体的压力值传送到综合数据获取装置，这一信息和由温度传感器检测的模具组件的温度值一起被用来至少调整冷却流体的循环时间，以最佳地冷却模具组件中的可膨胀颗粒。
[23]本发明进一步涉及一种方法，用来连续监控通过管道装置传送蒸汽或冷却流体到模具组件的通道的压力，所述模具组件用于形成由可膨胀塑料颗粒制成的容器，其步骤包括：
[24]提供永久地安装在模具组件上的温度传感器，用来检测模具组件的温度；
[25]提供压力传感器，用来检测蒸汽或冷却流体的压力，并和传送蒸汽或冷却流体进入模具组件的加热/冷却通道的管道装置连通；以及
[26]连续监控模具组件的温度和蒸汽压力并至少调整模具组件中的蒸汽压力和/或循环时间以最佳地融合可膨胀塑料颗粒，以及连续监控模具组件的温度和冷却流体的压力并至少调整冷却流体的循环时间以最佳地冷却模具组件中的可膨胀塑料颗粒，从而形成容器。
[27]本发明进一步涉及一种程序控制系统，用在通过可膨胀塑料珠粒模制容器的模具组件中，所述容器具有底壁和从底壁向上延伸至容器开口的侧壁，该程序控制系统包括：
[28]模具组件，其具有组合形成限定容器模腔的内模和外模；
[29]门装置，其与外模连通以传送可膨胀塑料珠粒进入模腔；
[30]通道装置，用来在邻近模腔的内模和外模中传送蒸汽和冷却流体，并延伸邻近限定容器的侧壁和底壁的模腔的部分；
[31]管道装置，用来传送蒸汽和冷却流体进入所述通道装置；
[32]温度传感器，其永久地安装在内模和外模，用来感应模具组件的温度；
[33]压力传感器，其与所述通道装置连通，用来至少感应管道装置中蒸汽的压力；以及
[34]控制装置，其与温度传感器和压力传感器相连，用来连续监控模具组件的温度和管道装置中蒸汽的压力，并且至少调整蒸汽的压力和/或循环时间，以最佳融合可膨胀塑料珠粒，并用来连续监控模具组件的温度和管道装置中冷却流体的压力，并且至少调整冷却流体的循环时间，以最佳地冷却模具组件中的可膨胀塑料珠粒以形成容器。
[35]本发明的另一实施方案涉及一种方法，通过使用本发明的程序控制和模具组件最佳地融合并冷却可膨胀塑料珠粒以形成容器。
[36]在某些实施方案中，本发明提供一种模具组件和程序控制系统，该系统连续检测被传送进入内模和外模通道的蒸汽的温度和压力，以最佳融合颗粒。
[37]本领域的技术人员通过附图以及下述说明和附加的权利要求将更好地认识和理解本发明的这些以及其它方面。
附图说明
[38]图1是本发明的膨胀塑料杯子的半个截面、半个正面视图。
[39]图2是说明本发明的模具组件和所用装置的轴向截面图。
[40]图2a是说明模具组件中的温度传感器的分解图。
具体实施方式
[41]参照图1，膨胀的或泡沫的塑料杯10由膨胀的聚苯乙烯颗粒模制成，鉴于本发明，它是泡沫塑性材料的产品，且具有高度完整性，原因在于颗粒被最佳地融合并冷却，以形成粘着的连续表面，因此颗粒之间的空隙基本上被消除。
[42]杯子10是圆形，包括底壁12，从底壁向上且向外延伸至杯子顶部的开口16的侧壁14，其中侧壁14终止于环形扁平凸缘18。按常规制法，杯子10内部被模制为邻近其底壁具有环状扁平内凸肩20。当几个杯子处于嵌套关系时，较低杯子的凸肩20和上面杯子的底部22的外围接合，从而抵制了内侧杯子和外侧杯子的挤压。
[43]参照图2，按一常规制法，模具组件24用于模制具有最高的底部22和朝下的开口16的杯子10。本领域技术人员通晓模具组件24及其生产杯子的操作方法，通常和2003年8月7日公开的美国专利申请No.2003/0146533教导的内容相似，对其的参考被全部结合于此。
[44]特别参照图2a，模具组件24由内模26和外模28组成，它们组合形成模腔30，随后，接受可膨胀聚苯乙烯颗粒以形成杯子10。内模26具有芯部32和套在芯部32上的外壳34，从而在外壳34和芯部32之间形成加热/冷却通道36。外模28包括模制杯子底部和侧壁的外表面的内壳38以及被套在内壳38外侧的上模部分40，以在内壳38和外模28的上模部分40之间提供加热/冷却通道42。如图2所示，在模腔30的底端，内模26的外壳34和外模28的内壳38限定出杯子10的环形扁平凸缘18。
[45]通过图2未示出但本领域熟知的方法，芯部32和内模26的外壳34被一起固定在在模具组件24的底端。通过图2未示出但本领域熟知的方法，内壳38和外模28的上模部分40被一起固定在模具组件24的底端。
[46]图2中，中心管道44从内芯部32在中心向邻近其上端的位置延伸，并且，或是在形成容器时熔化颗粒的融合周期期间向管道36供给加热模具组件24的蒸汽，或是在融合周期结束后向管道36供应冷却流体，如水，以冷却模具组件24，因此形成容器。
[47]通过管道50将蒸汽和冷却流体传送至中心管道44。管道50通过轴套46与中心管道44连通，轴套连接在内芯部32上，如图2所示48处。管道50包括连接管52，其将压力传感器54和管道50相连，并按照上文所述的，引导蒸汽或冷却流体进入中心管道44。
[48]中心管道44在顶部通过阀口56和气动驱动机构58连接，其以一种已知的方式允许压缩空气被提供进入模腔30，从而有助于在模制周期结束时将模制的杯子10从模腔30推出。
[49]蒸汽和冷却流体通过开口60和管道62同样被供入外加热/冷却通道42，这将蒸汽或冷却流体送入通道42。管道62包括连接管64，其与压力传感器66相连，从而将压力传感器66连接到管道62，因此和供给到通道42的蒸汽或冷却流体连通。
[50]通过开口68将适合于模制杯子10的材料颗粒包括发泡剂送入模腔30，如图2上部左侧部分所示。
[51]以一种已知的方式，将压缩空气通过气动驱动机构58送入开口56，以迫使颗粒或珠粒从开口68进入开口56，并向下进入模腔30。当模具组件24的内模26和外模28在模制周期结束分开时，为了将杯子10在顶出模具组件24之前保留在内模26上，压缩空气通过气动驱动机构58送入开口56。
[52]图2a明显地示出，将内模26的芯部32挖孔来将温度传感装置70安装到内模26的芯部32的内壁。第二温度传感器72安装到外模28的上模部分40的外壁，正好和芯部32的温度传感装置70在一条线上。在整个模制周期中，装置70和72分别永久地安装并保持附着在内模26的芯部32的内壁和外模28的上模部分40的外壁。
[53]这些温度传感器70和72被用来检测模具组件24的温度。优选地，这些装置70和72是热电偶，并且如图2所示，其分别具有电线74和76，这些电线连接到数据获取仪器78上，示意性地在图2右下方示出。电线74通过设于内模26底部的口80伸出芯部32。
[54]按照上述内容，压力传感器54探测管道50中蒸汽和冷却流体的压力，压力传感器66探测管道62中蒸汽和冷却流体的压力。这一压力信息连同由温度传感器70和72检测的模具温度信息一起被连续传送给数据获取仪器78。数据获取仪器78用从温度传感器70和72以及压力传感器54和66(用于模制周期中的加热部分)获得的信息来分别调整蒸汽的压力和/或循环时间以及(用于模制周期中的冷却部分)调整从内模26和外模28的通道50和62进入通道36和42的冷却流体的循环时间。蒸汽的压力和/或循环时间将在预期范围内提供足够的热量以最佳地将可膨胀颗粒在融合一起以形成杯子10，冷却流体的循环时间将在预期范围内最佳地冷却可膨胀颗粒。蒸汽温度考虑到蒸汽压力可在约100℉-约300℉范围内，优选约160℉-约260℉。
[55]为模制膨胀的塑料杯子10，将内模26和外模28组合起来，如图2所示，通过外模28中的漏斗形开口68将塑料模制珠粒或颗粒注入到模腔30中。当颗粒充满模腔30时，通过管道50注入蒸汽并供入内模通道36，以及通过管道62注入蒸汽并供入外模通道42，用来加热通道36，42的壁，并由此加热模腔30中的颗粒。
[56]在整个模制周期，当蒸汽被传送通过通道36和42时，温度传感器70和72连续运转以检测模具组件24的壁温并将这些信息以信号的形式通过电线74和76送到数据获取仪器78。
[57]同时，压力传感器54和66检测管道50和62中的蒸汽压力，并将这些信息以信号的形式送到数据获取仪器78。由标准蒸汽表确定蒸汽压力的温度。使蒸汽温度与进入管道50和62并因此进入通道36和42的蒸汽的理想温度相比较。如果为了最佳地融合模腔30中的颗粒而将要对蒸汽温度进行调整，那么数据获取仪器78就传送信号到控制器(未示出)以相应地调整蒸汽压力，或在某些情况下，调整供给模具组件的蒸汽的循环时间。
[58]模制周期的加热周期结束后，关闭蒸汽供应的阀门部件(未示出)，通过管道50和62供应冷却流体进入加热/冷却通道36和42，用来冷却模具组件24和模制的杯子10。在这一步骤中，温度传感器70和72以及压力传感器54和66运转以检测模具组件24的温度，这些信号被送到数据获取仪器78。如果要调整冷却流体以最佳地冷却模腔30中的颗粒，那么数据获取仪器78就传递合适的信号给控制器(未示出)从而调整供给到模具组件的冷却流体的循环时间。
[59]数据获取仪器78可包括计算机系统，该计算机系统能将热电偶和传感器信号连接到数据控制和收集程序中。
[60]即使已经公开了热电偶和压力传感器，但可以理解也可使用其它温度传感器和压力传感器。同样，可用其它记录数据和反馈系统，如程序逻辑控制设备(PLC′s)来代替计算机系统。
[61]虽然已经描述了具体的实施方案，但可以理解不脱离本发明的由附加的权利要求限定的范围都可以对本发明进行修改。