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

(33) Швецияюллетень лг,Опубликов Дата опуб УДК 678. 029, .432.678.059.4(088,8) я 15,10 кования опис 72) Авто Иностранцы Хервиг Пупп, Отто Биргер Андерссон и Ян(Швеция)Иностранн фТетра Пак Инте(7) ЗаявительЭ ПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОЛОЧЕК ИЗ ЛИСТОВО ЕРМОПЛАСТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЛИСТОВОГОТЕРМОПЛАСТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА2 ет быть иенин иэдеОболочклоистогоу при нагре же, кн, дотак дел отки ма оединен 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 мож спольэовано при изготовл лий типа оболочек.и из термопластичесного с материала, дающего усадк ванин, часто изготавливаются как промежуточные изделия или полуфабрикат в производстве упаковочных. контейнеров, питьевых стаканчиков, защитных упаковок и т.д. Оболочка в большинстве слу-, чаев имеет цилиндрическую или 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 намтерна" ла вокруг оправки и с ия места стыка 1При изготовлении используется лист слоистого материала, включающего центральный слой пенополистирола, который покрыт с обоих сторонгомогенными термопластическими слоями. Во время изготовления слоистыйматериал обрабатывается для придания.ему.свойства усадки при нагрева"нии, эа счет которого материал дает усадку, когда его нагревают вышеопределенной температуры.Слоистый лист навивают вокруг оправки - Формующего инструмента,имеющего вид .вращающегося тела, фактически цилиндрического, так что дваконца накладываются друг на друга,после чего концы укладываются другпротиа друга и завариваются вместетак, что образуется оболочка с про-,.дольным швом. Оболочка готовой формы затем перемещается к профнлнрованному концу оправки, где она размещается так, что часть оболочки сходит с оправки. Пластинка термопластического материала, например такогокак и оболочка, затем размещаетпротив концевой поверхности оправ"после чего материал нагреваетсятемпературы выше его размягчениячто свободный конец оболочкиает усадку и принимает форму967267 генным слоем,Попытки устранить эти недостаткибыли сконцентрированы на проектировании удерживающего штифта и поверх-.ности гильзы формующего инструмента.,соединенного с удерживающим штифтом,с целью поиска механических средствдля получения свободных концов,чтобы они точно принимали форму гильзы. Однако эти условия не принесли большого успеха.Наиболее близким к изобретениюявляется устройство для изготовленияизделий из листовоготермопластическогоматериала, содержащее нагреватель,выполненный в виде полого корпуса сразмещенным внутри него нагревательным элементом, снабженного последовательно расположенными насадкамидля предварительного и окончательного нагрева материала нагретым воздухом, Соединяемый материал последовательно нагревается предварительно до температуры размягчения,о 30 а затем окончательно - до температуры сварки данного материала 2).Данное устройство обеспечиваеткачественное соединение плоскихт листов материала, но с помощью та 35, кого устройства невозможно изгото-.вить полые иэделия типа обдлочекиэ материала, дающего усадку принагревании.Целью изобретения является.повы 40 шение качества .изделий и расширениетехнологических возможностей устройства за .счет обеспечения изготовления изделий типа оболочек,цель достигается тем, что согласно45 способу изготовления оболочек иэ листового термопластического материала,дающего усадку при нагревании, пу"тем соединения места стыка сваркой,перед намоткой заготовку.со сторо 50 ны, обращенной к оправке, подвергают нагреву по длине до температурыразмягчения материала, причем начальный участок заготрвки 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 листподается 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 образо" вания 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 материаланапример волокнистого материала иэполистирола, включающего центральный слой пенистого полистирола, который является довольно толстым ипокрыт с обеих сторон тонким гомоУстройство, содержащее нагреватель,выполненный в виде полого корпуса с размещенным внутри него нагрева тельным элементом, снабженного после, довательно расположенными насадками для предварительного и окончательного нагревов материала нагретым воздухом, снабжено оправкой, уста новленной за насадкой окончательного967267 5нагрева 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 нагревательнымэлементом 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 З,разделена перегородками 7 на сообщающиеся камеры, в верхнейиз которых установлен теплообменник 8, а.в нижней - нагревательный элемент 4, Внутри корпуса 3 установлЕн золотник 9, проходящий через отверстия в стенках насадок 5 и б и стенки теплообменника 8, снабженный клапанами 10 и 11, которые установлены с возможностью перемещения в три поло" жения. 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 стопором 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 в верхнее положение и горячий воздух может свободно выходить через тепло" обменник 8 в атмосферу (описанное положение клапанов показано наФиг.2 пунктиром). Первое положениессответствует тому, когда заготовка находится в положении а (фиг.1),Во втором положении золотник 9находится в промежуточном положениии пропускает поток горячего воздухаи насадку б окончательного нагреваи насадку 5 предварительного нагрева. В этом положении золотник 9 опу(О щен так, что клапан 11 находится впромежуточном положении между седлами 13 и 14, тогда как клапан 10устанавливается на седло 12 и препятствует проходу воздуха через15 теплообменник 8. В этом положенииклапаны показаны сплошными линиями на Фиг,2. Это рабочее положениесоответствует положению б (фиг.1) вовремя нагрева неподвижной заготовкии во время Фазы закручивания заготовки - положению г (фиг,1).В третьем рабочем положении весьпоток горячего воздуха подается кнасадку б окончательного нагрева. В25 этом положении золотник находится внижнем положении, а клапан 11 перемещается и занимает положение наседле 14; клапан на Фиг.2 показанпунктирной 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 .гор,чего воздуха и весь35 поток горяч .го воздуха проходит к насадку б окончательного нагрева. Эторабочее положение клапаны 10 и 11 принимают с однсй стороны, когда насадокб окончательного нагрева воздейству ет на начальный участок заготовки(фиг.1, положение в) и с другой стороны во время интенсивного подогревадвух расположенных внахлест концовзаготовки (фиг.1, положение д),Конструкция устройства с неподвиж-"ными насадками нагрева, в которых горячий воздух распределяется в соответствии с определенным порядком,составляет основу устойчивого циклаи делает возможным перенастройку по тока горячего воздуха ,отдельных;очень коротких рабочих фаз, описанныхвыше. Быстрая перенастройка потокагорячего воздуха также облегчаетсязолотником с клапанами.Предлагаемое устройство предполагает использование нагревателя воздушного типа, что является оптимальным решением при производстве оболочек из слоистого материала, вклю Чающего слои пенистого пластика.Однако это не значит, что при рфотес другими материалами не может бытьиспользована конструкция с другой рабочей средой. В определенных случа ях, например, может использоватьсянагреватель с использованием инфра.-: красного излучения,В зависимости от того, является ли слоистый материал симметричным или нет, или содержит слои различных пластиковых материалов или в зависи мости от других Факторов предварительному подогреву может подвергаться весь лист, т.е. нагреваются обе стороны листа, что легко можетбыть осуществлено в соответствии с О изобретением, для чего горячйй-воз-; духнаправленный в насадок предварительного нагрева, поступает также и на противоположнуюсторону листа.Изготовление оболочки иэ термоплас 15 тического, дающего усадку при нагревании материала согласно данному способуи с помощью предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. 20 60 истовая заготовка подается тангенциально по отношению к оправке 1.Листовой. материал имеет длину, которая позволяет образовывать достаточно широкую часть соединения внахлест после навивки листа вокруг оправки 1,Направление подачи листа показано на фиг.1 (положение а стрелкой). Впоказанном положении оправка стационарна, удерживающий штифт 2 находится на некотором расстоянии отоправки 1 и оба насадка 5 и бнагревателя не работают,Положение б показываетмомент в З 5процессе образования оболочки, когдалистовая заготовка находится противнагревателя. Оправка 1 неподвижна иудерживающий штифт 2 находится воткрытом положении. Горячий воздух 40поступает из нагревателя и распределяется между насадками 5 и б так,что лист подогревается вдоль всейего длины со стороны, прилегающей кнагревателю, которая совпадает состороной, обращенной к оправке, Если листовой материал имеет структуру с относительно толстым (приблизительно 1 мм) центральным слоемпенополистирола, который покрыт сдвух сторон тонкими (0,1-0,2 мм) 50слоями гомогенного полистирола, оннагревается до тех пор, пока гомогенный слой не.достигает температуры 100-110 фС, которая ниже темпе- .ратуры размягчения материала. 55Положение в соответствует положению б полностью эа исключениемподачи горячего воздуха. Нагреваниевсей длины листа прерывается, т.е.клапан 11 перекрывает седло 14 ивсе количество горячего воздухаподается к листовому материалу через насадок б окончательного интен-сивного нагрева. Когда лист останавливается в положении, показанном на Фиг.1 (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.остороны 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.1). 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 оправкт 1.В положении г показана заготовка при продолжении подачи горячего воз-, духа через насадок 5 предварительного нагрева и насадок б 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, внутренний диаметр которой совпадает снаружным диаметром оправки 1В этовремя подается следующая заготовкаи цикл повторяется описанным образом, причем время цикла составляетоколо 2 с. 5Предлагаемый способ позволяет осуществлять изготовление оболочек спостоянным диаметром, Изгибание переднего конца заготовки дает воэможностьточного повторения листовым матерналом всей поверхности оправки. Адаптация повышается эа счет предварительного подогрева стороны листа, обращенной в оправке до температурыразмягчения материала. Если исключить предварительный подогрев указанной поверхности или нагревание производить до недостаточно высокой темпе-.ратуры, слой листа, обращенный к оправке, не будет закручиваться .и будет образовываться большое количествотрещин и складок в направлении, аксиальном по отношению к оправке,таким образом, во-первых, внутренняяповерхность оболоки не. будет цилиндрической, и во-вторых, точность полу:ченных размеров оболочки будет неудовлетворительной.Предлагаемый способ является особенно подходящим для изготовления 30оболочек из слоистого материала, который включает расположенный в центреотносительно толстый слой пенистогопластика, поскольку такой материаллегко трескается, когда он перегибается больше определенного предела.Для этого типа материала также легко дозировать количество необходимого тепла, чтобы получить требуемыйизгиб переднего конца листа, со слоем пористого пластика, расположенногов центре листового материала, который действует как изолятор и препятствует распространению тепла к соседним слоям. В результате этого во время интенсивного подогрева можнолегко. ограничивать нагрев слоя илислоев, 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 изобретения1. Способ изготовления оболочекиэ листового термопластического материала, дающего усадку при нагревании, путем намотки материала вокруг оправки и соединения места стыка сваркой, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения качества изделий, перед намоткой заготовкусо стороны, обращенной к оправке,подвергают нагреву по длине до температуры размягчения материала, причем начальный участок заготовки дополнительно нагревают до температуры, превышающей температуру усадкиматериала.2. Устройство для изготовления иэделий из листового термопластического материала, содержащее нагреватель,выполненный в виде полого корпуса сразмещенным внутри него нагревательным элементом, снабженного последовательно расположенными насадками дляпредварительного и окончательногонагревов материала нагретым воздухом,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью расширения технологических возможностей за счет обеспечения иэготовления иэделий типа оболочек,оно снабжено оправкой, установленной за насадкой для окончательногонагрева в направлении подачи материала.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Швеции 9 381442,кл. В 65 Ц 85/72, 1976 (прототип).2. Авторское свидетельство СССРР 695090, кл. В 29 С 27/02,21.06,77 (прототип).967267 Составитель И.фроловаТимохина Техред А.Бабинец КорректоР ценко едактор ака ПП Пате или Проектная Ужгород,5/80ВНИИПИ Госпо делам113035, Мо Тираж б 79 Подписноерственного комитета СССРзобретений и открытийа, Ж, Раушская наб., д. 4/5