CN104602895A - 杯状件成型方法和机器 - Google Patents

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Abstract

杯状件成型机包括具有阳芯棒和阴接纳器。阳芯棒使用杯状件本体坯件和底部坯件来形成杯状件本体。阴接纳器接纳本体并在本体上形成卷起边沿,以形成杯状件。

Description

杯状件成型方法和机器
相关申请的交叉引用
本申请依据35 U.S.C.§ 119(e)要求于2012年12月14日提交的第61/737,236号美国临时申请和于2012年8月7日提交的第61/680,568号美国临时申请的优先权,上述两个申请通过引用明确地并入本文。
背景
本公开涉及一种用于形成杯状件的机器,具体涉及绝热杯状件。更具体地,本公开涉及使用本体坯件和底部坯件以形成绝热杯状件的杯状件成型机。
发明内容
根据本公开的杯状件制造方法使用杯状件成型机生产绝热杯状件。杯状件制造方法包括形成绝热杯状件的本体和在本体上形成边沿以形成绝热杯状件的操作。本体成型操作使用本体坯件和底部坯件来形成本体。边沿成型操作使用在本体成型操作期间形成的本体并且将本体的上边缘向外且向下卷曲以在本体上形成卷起边沿,从而形成绝热杯状件。
在说明性实施方式中,根据本公开的杯状件制造方法从本体坯件和底部坯件制造绝热杯状件。本体坯件和底部坯件均由绝热多孔聚合物材料的片材制成。杯状件制造方法还包括加热操作,在该加热操作中,热转移至本体坯件以减小在围绕包括在杯状件成型机中的加热的阳芯棒卷绕本体坯件期间本体坯件中的应力,使得绝热杯状件的本体具有大体圆形的横截面,从而使非圆形杯状件的形成最小化并且使绝热杯状件的本体中可见瑕疵的形成最小化。
在说明性实施方式中,杯状件制造方法还包括升温操作,在该升温操作中,热转移至本体以减小在本体成型操作完成之后并在边沿成型操作中卷曲本体的上边缘期间本体中的应力。由于热从包括在杯状件成型机中的加热的阴接纳器转移至本体,在本体成型操作期间作用至本体的应力被减轻,并且使得绝热杯状件中可见瑕疵的形成保持最小化并形成了大体平滑的卷起边沿。
在说明性实施方式中,杯状件成型机包括阳旋转架、阴旋转架和热控制***。阳旋转架包括由包括在热控制***中的芯棒加热器来加热的多个阳芯棒。每个加热的阳芯棒适于在杯状件制造方法的本体成型操作期间使用本体坯件形成杯状件本体,使得绝热杯状件中可见瑕疵最小化。阴旋转架包括由包括在热控制***中的接纳器加热器来加热的多个阴接纳器。每个加热的阴接纳器配置为从阳芯棒接纳杯状件本体以及在边沿成型操作期间在杯状件本体上形成卷起边沿。
在说明性实施方式中,杯状件成型机的热控制***配置为将加热的阳芯棒维持在约150华氏度至约250华氏度的温度。杯状件成型机的热控制***还配置为将加热的阴接纳器维持在约100华氏度至约250华氏度的温度。
在说明性实施方式中,制造杯状件的方法包括:
-从绝热多孔非芳香族聚合物材料的片材切割杯状件本体坯件;
-加热阳芯棒;
-围绕加热的阳芯棒折叠杯状件本体坯件;
-具体地使热转移至杯状件本体坯件,以具体地减小绝热(多孔非芳香族聚合物)材料中的应力,使得在杯状件本体形成期间杯状件中可见瑕疵的形成最小化;
-将杯状件本体坯件的外接片和杯状件本体坯件的内接片连结起来,以形成杯状件侧壁;
-将杯状件底部耦接至杯状件侧壁,以在阳芯棒上形成杯状件本体;
-使阴接纳器升温;
-将杯状件本体从阳芯棒转移至加热的阴接纳器;
-卷曲杯状件本体的上边缘,以在杯状件本体上形成卷起边沿,从而形成杯状件;以及
-将杯状件从阴接纳器排出。
根据本公开的另一实施方式,该方法还包括定向杯状件本体坯件以使卷起边沿的周边对准成横向于与在片材挤出期间建立的机器方向。
根据本公开的另一实施方式,阳芯棒加热至(约)150华氏度至(约)250华氏度的温度。
根据本公开的另一实施方式,阳芯棒加热至(约)65℃至(约)120℃的温度。
根据本公开的另一实施方式,包括利用与阳芯棒相关联的管式加热器为阳芯棒提供热。
根据本公开的另一实施方式,包括由芯棒热控制器控制从管式加热器提供至阳芯棒的热的供给,其中芯棒热控制器控制管式加热器的温度。
根据本公开的另一实施方式,包括利用与阳芯棒相关联的传感器感测阳芯棒的温度,该传感器优选与芯棒热控制器电连通。
根据本公开的另一实施方式,阴接纳器加热至(约)100华氏度至(约)250华氏度的温度。
根据本公开的另一实施方式,阴接纳器加热至(约)40℃至(约)120℃的温度。
根据本公开的另一实施方式,包括利用与阴接纳器相关联的带式加热器为阴接纳器提供热。
根据本公开的另一实施方式,包括由接纳器热控制器控制从带式加热器提供至阴接纳器的热的供给,其中接纳器热控制器控制带式加热器的温度。
根据本公开的另一实施方式,包括利用与阴接纳器相关联的传感器感测阴接纳器的温度,该传感器优选与接纳器热控制器电连通。
根据本公开的另一实施方式,阳芯棒加热至(约)200华氏度(优选200华氏度+/-50度)和/或阴接纳器加热至(约)175华氏度(优选175华氏度+/-75度)。
根据本公开的另一实施方式,阳芯棒加热至(约)100℃(优选100℃+/-30℃)和/或阴接纳器加热至(约)80℃(优选80℃+/-40℃)。
根据本公开的另一实施方式,阳芯棒加热至(约)140华氏度。
根据本公开的另一实施方式,阳芯棒加热至(约)60℃。
根据本公开的另一实施方式,包括在卷曲杯状件本体的上边缘之前将润滑剂施加至杯状件本体的上边缘。
根据本公开的另一实施方式,包括在卷曲杯状件本体的上边缘之前预卷曲杯状件本体的上边缘以形成卷起边沿。
根据本公开的另一实施方式,该方法还包括在阳芯棒上折叠杯状件本体坯件之前将杯状件本体坯件加载在加载旋转架上以及加热杯状件本体坯件。
根据本公开的另一实施方式,包括在耦接杯状件底部至杯状件侧壁之前将杯状件底部插设至位于阳芯棒中的底部接纳空间。
根据本公开的另一实施方式,包括将杯状件底部密封至杯状件侧壁。
根据本公开的另一实施方式,阳芯棒能够绕第一轴线进行旋转,以及阴接纳器能够绕第二轴线进行旋转。
根据本公开的另一实施方式,包括形成杯状件侧壁使得杯状件侧壁中任何折皱具有小于约100微米的深度。
根据本公开的另一实施方式,杯状件侧壁中的任何折皱具有小于约5微米的深度。
根据本公开的另一实施方式,杯状件的绝热多孔非芳香族聚合物材料的孔具有约1.0至约3.0的纵横比。
根据本公开的另一实施方式,孔纵横比约为1.0至2.0。
根据本发明的另一实施方式,平均孔尺寸为宽度约0.01954英寸和/或长度约0.00853英寸。
根据本公开的另一实施方式,平均孔尺寸为宽度约0.01854英寸和/或长度约0.00828英寸。
根据本公开的另一实施方式,绝热多孔非芳香族聚合物材料为聚丙烯树脂(或聚丙烯基树脂或组合的聚丙烯基树脂与第二树脂)。
根据本公开的另一实施方式,绝热多孔非芳香族聚合物材料具有约0.01g/cm3至约0.19g/cm3内的密度。在一个示例性实施方式中,密度为约0.05g/cm3至约0.19g/cm3。在一个示例性实施方式中,密度可以为约0.1g/cm3至约0.185g/cm3
根据本公开的另一实施方式,包括使杯状件本体的选定区域塑性形变,以提供在杯状件本体的选定区域的第一部分中具有第一密度的塑性形变的第一材料段和在杯状件本体的邻近的第二部分中具有相对较低的第二密度的第二材料段。
在说明性实施方式中,用于制造杯状件的杯状件成型机,具体地用于根据上述方法制造杯状件的杯状件成型机,其包括:
-阳旋转架,包括多个阳芯棒,该多个阳芯棒布置为绕阳旋转架轴线进行旋转,每个阳芯棒适于将由绝热材料制成的本体坯件接纳在其上以形成杯状件本体;
-阴旋转架,包括多个阴接纳器,该多个阴接纳器布置为绕阴旋转架轴线进行旋转,每个阴接纳器适于将杯状件本体接纳在其中以在杯状件本体上形成边沿并形成杯状件;和/或
-热控制***,该热控制***与阳旋转架相耦接并配置为提供用于加热阳芯棒的装置,该用于加热阳芯棒的装置用于将阳芯棒加热至芯棒温度,以使热从阳芯棒转移至本体坯件来减小绝热材料中的应力,从而使得在形成杯状件本体期间杯状件中可见瑕疵的形成最小化。
根据本公开的另一实施方式,阳芯棒温度为(约)100华氏度和(约)250华氏度。
根据本公开的另一实施方式,阳芯棒温度为(约)40℃至(约)120℃。
根据本公开的另一实施方式,阳芯棒的温度为(约)200华氏度。
根据本公开的另一实施方式,阳芯棒的温度为(约)100℃。
根据本公开的另一实施方式,热控制***包括功率源和/或多个芯棒加热器,每个芯棒加热器优选与阳芯棒相关联。
根据本公开的另一实施方式,热控制***包括芯棒加热器控制器,该芯棒加热器控制器与功率源以及与多个芯棒加热器相耦接,以使功率供给至多个芯棒加热器,使得芯棒温度被维持。
根据本公开的另一实施方式,芯棒加热器包括管式加热器。
根据本公开的另一实施方式,每个阳芯棒包括一个或多个孔,每个孔优选适于接纳管式加热器。
根据本公开的另一实施方式,每个芯棒包括三个孔,该三个孔大体相对于彼此布置成等边三角形的形式。
根据本公开的另一实施方式,每个阳芯棒具有外表面和/或每个孔包括内表面,每个孔的内表面优选与阳芯棒的外表面以优选(约)0.080英寸间隔开。
根据本公开的另一实施方式,热控制***耦接至阴旋转架和/或配置为提供用于使阴接纳器升温至接纳器温度的装置,使得热从阴接纳器转移至杯状件本体。
根据本公开的另一实施方式,热控制***包括多个接纳器加热器,每个接纳器加热器优选与各自阴接纳器相关并适于加热各自阴接纳器。
根据本公开的另一实施方式,热控制***包括接纳器加热器控制器,其用于控制接纳器加热器的温度。
根据本公开的另一实施方式,接纳器加热器包括带式加热器。
根据本公开的另一实施方式,每个阴接纳器包括内表面和外表面和/或每个带式加热器与阴接纳器的外表面相耦接。
根据本公开的另一实施方式,包括与芯棒加热器电连通的阳旋转架滑环,和/或包括与接纳器加热器电连通的阴旋转架滑环。
根据本公开的另一实施方式,芯棒加热器控制器包括多个第一传感器,每个第一传感器优选适于感测阳旋转架的阳芯棒的温度,和/或接纳器加热器控制器包括多个第二传感器,每个第二传感器适于感测阴接纳器的温度。
根据本公开的另一实施方式,阳旋转架的每个阳芯棒包括底部接纳空间,底部接纳空间适于接纳杯状件本体的底部。
当考虑例示了目前所知的实施本公开的最佳方式的说明性实施方式时,本公开的其他特征对于本领域技术人员而言将变得清楚。
附图说明
详细说明具体参照了附图,在附图中,
图1为根据本公开的杯状件成型方法的示意图,示出了杯状件成型方法包括根据本公开的准备用于在杯状件成型机中使用的材料、加热包括在杯状件成型机中的阳芯棒、形成本体、使形成于杯状件成型机中的阴接纳器升温以及形成边沿从而形成绝热杯状件的操作;
图2为准备材料的操作的示意图,示出了准备材料的操作包括将本体坯件加载至杯状件成型机上、将本体坯件放置在加载旋转架上、加热本体坯件、将材料的层压卷加载至杯状件成型机上以及从层压卷切割底部坯件的操作;
图3为本体成型操作的示意图,示出了本体成型操作包括从底部坯件形成平台支承构件、将底部插设至形成于阳芯棒中的底部接纳空间中、围绕阳芯棒折叠本体坯件、将包括在本体坯件中的外接片和内接片连结起来以形成侧壁、围绕平台支承构件卷绕底部保持凸缘以及将底部保持凸缘结合至平台支承构件以形成本体的操作;
图4为边沿成型操作的示意图,示出了边沿成型操作包括将本体从阳芯棒转移至阴接纳器、润滑本体的上边缘、预卷曲本体的上边缘、卷曲上边缘以形成包括在绝热杯状件中的卷起边沿以及排出绝热杯状件的操作;
图5为根据本公开的杯状件成型机的部分的立体示意图,示出了杯状件成型机包括阳旋转架和阴旋转架,其中阳旋转架包括加热的阳芯棒,阳芯棒由阳旋转架滑环来供给功率,阴旋转架包括加热的阴接纳器,阴接纳器从阴旋转架滑环来提供功率;
图6为图5的阳旋转架和阳旋转架滑环的立体图;
图7为从阳旋转架拆解和移除的图6的阳旋转架滑环的立体图;
图8为包括在图5和图6的阳旋转架中的阳芯棒的侧视立体图,示出了形成在阳芯棒中使得如图13所示每个孔将管式加热器接纳在其中的三个孔之一。
图9为示出了阳芯棒的外表面与孔的内表面之间的壁厚度的另一侧视立体图;
图10为示出了具有第一直径的阳芯棒的近端的图8和图9的阳芯棒的另一立体图;
图11为示出了具有相对较小的直径的阳芯棒的远端的图8-图10中的阳芯棒的另一立体图;
图12-图14为示出了包括在杯状件成型机中的热控制***的一系列图;
图12为包括在图5的杯状件成型机中的热控制***的示意图,示出了热控制***从左至右包括阴旋转架加热器单元、功率源以及阳旋转架加热器单元,其中阴旋转架加热器单元加热包括在阴旋转架中的阴接纳器,阳旋转架加热器单元加热包括在阳旋转架中的阳芯棒,以及功率源为两旋转架加热器单元提供功率;
图13为阳旋转架加热器单元的示意图,示出了阳旋转架加热器单元从上至下包括阳加热器控制器、第一继电器、第二继电器以及第N继电器、与每个阳芯棒相耦接的传感器、以及与每个阳芯棒相耦接的第一管式加热器、第二管式加热器和第三管式加热器;
图14为阴旋转架加热器单元的示意图,示出了阴旋转架加热器单元从上至下包括阴加热器控制器、第一继电器、第二继电器和第N继电器、与每个阴接纳器相耦接的传感器、以及与每个阴接纳器相耦接的带式加热器;
图15为使用图1-图4所示的杯状件成型方法由绝热多孔非芳香族聚合物材料制成的绝热杯状件的立体图,示出了绝热杯状件包括本体和底部;
图16为包括在图15的绝热杯状件的本体中的侧壁的一部分的放大剖视图,示出了侧壁由片材制成,该片材从左至右包括具有膜层的表层、墨层、粘合层以及绝热多孔非芳香族聚合物材料条;
图17为图15的绝热杯状件的装配分解图,示出了绝热杯状件如图15所示从上至下包括底部、包括卷起边沿的本体、侧壁以及配置为互连底部与侧壁的底部座;以及
图18为沿图15的线18-18的剖视图,示出了包括在绝热杯状件的本体中的侧壁包括基本一致的厚度以及底部耦接至包括在本体中的底部座。
具体实施方式
如图1所示,根据本公开的杯状件成型方法100包括准备材料的操作102、加热阳芯棒的操作104、形成本体的操作106、阴接纳器升温的操作108以及形成边沿的操作110。准备材料的操作102准备材料以由杯状件成型机300使用。加热阳芯棒的操作104加热包括在杯状件成型机300中的阳芯棒302。形成本体的操作106使用阳芯棒302形成本体11。阴接纳器升温的操作108使包括在杯状件成型机300中的阴接纳器304升温。形成边沿的操作110使用阴接纳器304来在本体11上形成卷起边沿16,以形成如图15、图17和图18所示的绝热杯状件10。
如图2所示,准备材料的操作102包括加载本体坯件的操作1021、放置本体坯件的操作1022、加热本体坯件的操作1023、加载层压的卷的操作1024以及切割底部坯件的操作1025。加载本体坯件的操作1021将本体坯件提供至杯状件成型机300。然后,放置本体坯件的操作1022将本体坯件放置在加载旋转架上,加载旋转架与包括在杯状件成型机300中的相关阳旋转架310以相同的速度旋转。然后,加热本体坯件的操作1023将热施加至每个本体坯件。在加载本体坯件的操作1021期间,发生加载层压的卷的操作1024,在加载层压的卷的操作1024中,材料的层压的卷加载到杯状件成型机300上。然后,切割底部坯件的操作1025从层压的卷切割底部坯件,如图3所示,该底部坯件在随后形成本体的操作106中与本体坯件相配。
在准备材料的操作102期间,如图12所示,每个阳芯棒302由加热阳芯棒的操作104中的阳旋转架加热器单元406加热。作为示例,每个阳芯棒302加热至约200华氏度(°F),偏差约为+/-50度。加热阳芯棒并因此在形成本体的操作106期间加热本体坯件便于提供圆形的绝热杯状件10的内部表面。加热阳芯棒还使由于形成非圆形杯状件而导致的浪费最小化。非圆形杯状件为在水平参考面不呈大体圆形的杯状件,该水平参考面与延伸穿过绝热杯状件10的底部的中心竖直轴线垂直,其中该中心竖直轴线还与绝热杯状件10的底部垂直。
当在加热阳芯棒的操作104中加热阳芯棒时,进行形成本体的操作106。如图3所示,形成本体的操作106包括形成平台支承构件的操作1061、插设底部的操作1062、折叠本体坯件的操作1063、连结操作1064、卷绕操作1065以及结合操作1066。形成平台支承构件的操作1061形成如图17所示的平台支承构件23。然后,插设底部的操作1062将底部20插设至形成于每个阳芯棒302中的底部接纳空间中。然后,折叠本体坯件的操作1063围绕阳芯棒302折叠本体坯件。然后,连结操作1064将包括在本体坯件中的外接片512与内接片514连结起来,以形成如图17所示的侧壁18。卷绕操作1065将底部保持凸缘26卷绕在平台支承构件23周围。结合操作1066将底部保持凸缘26耦接至平台支承构件23,以形成本体11。
在形成本体的操作106期间,每个阴接纳器304由阴接纳器升温的操作108中相关的阴旋转架加热器单元402加热,如图3和图12所示。作为示例,每个阴接纳器304加热至约175华氏度,偏差约为+/-75度。在另一示例中,每个阴接纳器加热至约华氏140度。在使折皱最小化的维持绝热杯状件10的内部表面的形成边沿的操作110期间,阴接纳器升温使本体11的变形最小化。阴接纳器升温还使由于形成非圆形杯状件而导致的浪费最小化。
当阴接纳器在阴接纳器升温的操作108中升温或加热时,然后进行形成边沿的操作110。如图4所示,形成边沿的操作110包括转移操作1101、润滑操作1102、预卷曲操作1103、卷曲操作1104以及排出操作1105。转移操作1101将本体11从阳芯棒302转移至阴接纳器304。润滑操作1102将食品级润滑剂施加至本体11的上边缘并将本体11定位在阴接纳器304中。预卷曲操作1103使本体11的上边缘预卷曲,以提供更一致的最终边沿16。卷曲操作1104卷起上边缘,以形成卷起边沿16并形成绝热杯状件10。排出操作1105将绝热杯状件10从杯状件成型机300排出以进行存诸、运输或其他处理。
例如在图5中示出了杯状件成型机300的一部分。如图5所示,杯状件成型机300包括阳旋转架310、阳旋转架滑环312、阴旋转架314以及阴旋转架滑环316。阳旋转架滑环312在与阳旋转架310的阳芯棒302相耦接的加热器和传感器之间提供持续的电连接,而不使电线绑扎或断开。阴旋转架滑环316也在与阴旋转架314的阴接纳器304相耦接的传感器和加热器之间提供电连接,如图5和图7所示。
如图5和图6所示,阳旋转架310包括例如一系列相等地间隔开的阳芯棒302。阳旋转架310绕如图6所示的阳旋转架轴线306进行旋转,以使本体11前进经过该方法的每个操作。虽然阳旋转架310示出为具有七个阳芯棒302,但是根据期望的机器速度和各种其他因素可增加或减少阳旋转架的数量。
如图5所示,阴旋转架314包括例如一系列相等地间隔开的阴接纳器304。阴旋转架314绕阴旋转架轴线旋转,以使本体11前进经过形成边沿的操作110的每个操作。阴旋转架314通常具有的阴接纳器304的数量与阳旋转架310具有的阳芯棒302的数量相同。
每个阳芯棒302与其他阳芯棒大体相同。如图8和图9所示,阳芯棒302形成为包括三个孔302A、302B和302C。每个孔302A、302B和302C尺寸被确定为将相关的管式加热器接纳并保持在其中。每个管式加热器耦接至阳旋转架滑环312以接收功率,如图7所示。
如图9所示,厚度301形成在阳芯棒302的外表面与每个孔302A、302B、302C的内表面之间。作为示例,厚度301约为0.080英寸并且通常沿阳芯棒302的长度是恒定的。另外,孔302A、302B、302C彼此间隔开相等距离并布置为基本形成三角形的形状。每个孔302A、302B、302C形成三角形的顶点并且该三角形通常为等边三角形。
绝热垫片可定位在每个阳芯棒302与包括在阳旋转架310中的支承结构之间。一个示例,绝热垫片可由云母、陶瓷等制成并配置为使从阳芯棒302转移至支承结构和包括在杯状件成型机300中其他部件的热最小化。
例如如图12所示,杯状件成型机300还包括热控制***410。热控制***410控制每个阳芯棒302的温度,使得约200华氏度的目标温度维持在约+/-50度的偏差内,并控制每个阴接纳器304的温度,使得约175华氏度的目标温度维持在约为+/-75度的偏差内。如图12所示,热控制***410包括阴旋转架加热器单元402、功率源404以及阳旋转架加热器单元406。阴旋转架加热器单元402提供热并控制每个阴接纳器304的温度。阳旋转架加热器单元406提供热并控制每个阳芯棒302的温度,如图12所示。
阳旋转架加热器单元406包括阳加热器控制器412以及与每个阳芯棒302相关的芯棒加热器。如图13所示,仅示出了三个芯棒加热器。作为示例,第一芯棒加热器与第一阳芯棒302相关。如图13所示,第一芯棒加热器包括第一继电器413、传感器414以及第一管式加热器415、第二管式加热器416和第三管式加热器417。如图13所示,第一继电器413耦接至阳加热器控制器412并配置为将功率选择性地提供至第一、第二和第三管式加热器415、416、417。传感器414耦接至阳加热器控制器412并配置为感测阳芯棒302的温度。第二芯棒加热器和第N芯棒加热器与第一芯棒加热器大体相同,因此,本文仅详细讨论第一芯棒加热器。
作为示例,管式加热器配置为使用115V的电力并在约200华氏度加或减约50华氏度的范围内提供400W的热。传感器可以是J型热电偶。阳加热器控制器412例如为ATHENA控制器,型号18-JF-U-B-B-B-0-00-0-AE。阳加热器控制器412在0-1400华氏度范围内操作并供给有115/230伏的AC功率。
阴旋转架加热器单元402包括阴加热器控制器418以及与每个阴接纳器304相关的接纳器加热器。如图14所示,仅示出了三个接纳器加热器。作为示例,第一接纳器加热器与第一阴接纳器304相关。如图14所示,第一接纳器加热器包括第一继电器420、传感器422以及带式加热器424。第一继电器420耦接至阴加热器控制器418并配置为将功率选择性地提供至带式加热器424。传感器422耦接至阴加热器控制器418并配置为感测阴接纳器304的温度。在使用的示例中,每个阴接纳器包括面朝本体11并与本体11接合的内表面以及与内表面相对的外表面。带式加热器424耦接至外表面,以将热提供至内表面。第二接纳器加热器和第N接纳器加热器与第一接纳器加热器大体相同,因此,本文仅详细讨论第一接纳器加热器。
绝热杯状件10由在杯状件制造方法期间形成的多层式片材80制成。作为示例,如图16所示,多层式片材80包括表层81和绝热多孔非芳香族聚合物材料条82。
如图15、图17和图18所示,绝热杯状件10例如包括具有套筒形侧壁18的本体11以及底部20。底部20耦接至本体11并与侧壁18协作,以在两者之间形成内部区域14用于存储食物、液体或任何合适的产品。如图18所示,本体11还包括卷起边沿16以及底部座17,其中卷起边沿16耦接至侧壁18的上端,底部座17耦接至侧壁18的下端以及底部20。
根据本公开,绝热多孔非芳香族聚合物材料配置为提供用于允许本体11的至少一个选定区域(例如,侧壁18、卷起边沿16、底部座17和包括在底部座17中的底部保持凸缘26)中的局部塑性形变的装置,从而提供:(1)在本体11的选定区域的第一部分中具有第一密度的塑性形变的第一材料段;(2)在本体11的选定区域的邻近的第二部分中具有相对较低的第二密度的第二材料段,例如,如图15、图17和图18所示。在说明性实施方式中,第一材料段比第二材料段更薄。
如图1所示,绝热杯状件10由多层式片材80制成。多层式片材80包括与具有膜层54的表层层压的绝热多孔非芳香族聚合物材料条82以及印刷在膜层54上的墨层66,以提供具有高质量图形的杯状件,例如,如图1所示。
然后,膜层54印刷有墨层66。作为示例,墨层66包括图形并且图形在绝热杯状件10上被示出为一对三角形,如图17所示。
根据本公开生产的绝热多孔非芳香族聚合物材料可形成为生产绝热杯状件10。作为示例,绝热多孔非芳香族聚合物材料包括具有高熔体强度的聚丙烯基树脂、聚丙烯共聚物或均聚物(或两者全部)以及孔形成剂,其中孔形成剂包括至少一种成核剂和诸如二氧化碳的起泡剂。作为另一示例,绝热多孔非芳香族聚合物材料还包括光滑剂。聚丙烯基树脂具有宽分布的单峰(非双峰)分子量分布。
在杯状件成型方法100期间,绝热多孔非芳香族聚合物材料用来制造绝热杯状件10,如图1-4所示。在此参考了于2012年6月7日提交的题为“绝热容器”的第13/491,007号美国申请,该申请的公开涉及由绝热多孔非芳香族聚合物材料制造的绝热容器,该申请整体并入本文。在此参考了于2012年6月7日提交的题为“用于绝热容器的聚合物材料”的第13/491,327号美国申请,该申请的公开涉及这种绝热多孔非芳香族聚合物材料,该申请整体并入本文。
包含绝热多孔非芳香族聚合物材料条82的多层式片材80的一个意想不到的特性是被弯折形成诸如绝热杯状件10的圆形物品的能力。如图18所示,表面105是无褶皱的,表面107亦是如此。本公开的表面105和表面107的粗糙度为使得当在杯状件成型方法100期间经受延展力和挤压力时自然地出现的折皱或褶皱的深度在大多数情况下是小于约100微米并且甚至小于约5微米。在小于约10微米的情况下,这些折皱或褶皱是肉眼不可见的。
除了表面形貌和形态之外,发现的另一个有利于获得无折皱的高质量绝热杯状件的因素是绝热多孔非芳香族聚合物材料条的各向异性。纵横比是孔的长轴线和短轴线的比值。如显微镜所确定的,在一个示例性实施方式中,绝热多孔非芳香族聚合物材料的挤出条82在机器方向(机器或沿幅材方向)的平均孔尺寸为宽度约0.01954英寸(0.5mm)和高度约0.00853英寸(0.22mm)。因此,机器方向孔尺寸纵横比约为2.29。在横向方向(幅材横向或横向方向)的平均孔尺寸为宽度约0.01845英寸(0.47mm)和高度约0.00828英寸(0.21mm)。因此,横向方向纵横比约为2.23。在一个示例性实施方式中,发现对于在杯状件形成期间承受挤压力的条,孔的一个期望平均纵横比为约1.0至约3.0。在一个示例性实施方式中,孔的一个期望的平均纵横比为约1.0至约2.0。
机器方向与横向方向孔长度的比值被用作挤出条的各向异性的测量值。在示例性实施方式中,绝热多孔非芳香族聚合物材料条可被双轴向地定向,具有的各向异性系数为约0.1至约3。在一个示例性实施方式中,各向异性系数约为1.1。
如果杯状件的周边与条82的机器方向对准并且孔纵横比约超过3.0,则在杯状件的内侧表面上通常形成深度约超过200微米的深折皱,从而使得杯状件无法使用。出乎意料地,在一个示例性实施方式中,发现如果杯状件的周边与挤出条82的横向方向对准,其可能的特征为孔纵横比低于约2.0,那么在杯状件的内侧不形成深折皱,表明在杯状件成型期间,条82的横向方向对于挤压力有较大的抵抗力。
孔的纵横比低于约2.0的挤出条在诸如横向方向的杯状件周边方向有较大挤压能力的一个可能原因是,较大直径的孔具有较低的应力集中。另一可能原因是,孔的较高纵横比意味着孔壁的较高长细比,其中该长细比与抗弯强度成反比。在挤压模式中,将条折叠成皱褶近似于使孔壁弯曲。对于具有较长长度的孔壁,长细比(长度比直径)可以较高。减轻挤压应力的另一可能因素为,在横向方向上孔壁中更有利的聚合物链堆积,从而允许聚合物链在挤压力下重新布置。聚合物链期望被更优选地定向并且在机器方向更紧地堆积。
在示例性实施方式中,当成型的杯状件周边在挤出条的方向对准时,孔纵横比约为2.0。因此,具有低于约100埃的晶畴尺寸且面朝杯状件内侧的挤出条的表面可提供实现期望的表面形貌的更有利结果,其中,该期望的表面形貌具有小于约5微米深的瑕疵。另外,已发现,使用加热的阳芯棒302和加热的阴接纳器304使杯状件内侧上深折皱的形成最小化。
在本公开的一个方面中,聚丙烯树脂(聚丙烯基树脂或组合的聚丙烯基树脂与第二树脂)可以具有约0.01g/cm3至约0.19g/cm3的密度。在一个示例性实施方式中,密度可为约0.05g/cm3至约0.19g/cm3。在一个示例性实施方式中,密度可为约0.1g/cm3至约0.185g/cm3
在本公开的研发期间,已发现,如果绝热杯状件10的周边与绝热多孔非芳香族聚合物材料条82的机器方向对准,那么深度超过约200微米的深折皱通常形成在表面107上。出乎意料地,已确定如果绝热杯状件10的周边对准成基本垂直于机器方向,那么表面107上深折皱的形成可减小至一定程度,表明挤出的绝热多孔非芳香族聚合物材料的机器方向的横向方向在形成绝热杯状件10期间对于挤压力有抵抗作用。人们认为,这是挤出的绝热多孔非芳香族聚合物材料的聚合物链的定向所导致的结果,其中挤出的绝热多孔非芳香族聚合物材料的聚合物链被定向并更紧地堆积在机器方向。
如本文所公开,本体11由绝热多孔非芳香族聚合物材料条82制成。根据本公开,绝热多孔非芳香族聚合物材料条82配置为通过应用压力和热(但是在示例性实施方式中,配置可以没有热的应用)以提供用于允许在本体11的至少一个选定区域中局部塑性形变的装置,从而提供位于本体11的选定区域的第一部分中具有第一密度的塑性形变的第一片材段和位于本体11的选定区域的邻近的第二部分中具有低于第一密度的第二密度的第二片材段,而没有使绝热多孔非芳香族聚合物材料的片材破裂,使得在本体11中维持了预定的绝热特性。
如图18所示,套筒形侧壁18包括直立内接片514、直立外接片512以及直立围栏513。直立内接片514布置为从底部20向上延伸并配置为提供在本体11的第一选定区域101中具有第一密度的第一片材段。直立外接片512布置为从底部20向上延伸并沿着位于直立外接片512与直立内接片514之间的界面I与直立内接片514相配,如图16所示。直立围栏513布置为与直立内接片514和直立外接片512互连并外绕内部区域14。直立围栏513配置为提供在本体11的第一选定区域101中具有第二密度的第二片材段并与直立内接片514和直立外接片512协作以,形成套管形侧壁18,如图15、图17和图18所示。
卷起边沿16耦接至套管形侧壁18的上端,以与底部20成间隔开的关系并且构成进入内部区域14的开口。如图15、17和18所示,卷起边沿16包括内卷起接片164、外卷起接片162和卷起唇部163。内卷起接片164配置为提供位于本体11的第二选定区域102中的第一片材段。内卷起接片164耦接至包括在套管形侧壁18中的直立外接片512的上端。外卷起接片162耦接至包括在套管形侧壁18中的直立内接片514的上端并耦接至内卷起接片164的面朝外的外表面。卷起唇部163布置为将内卷起接片164和外卷起接片162中每个的面朝相反方向的侧边缘互连。如图15所示,卷起唇部163配置为提供在本体11的第二选定区域102中具有第二密度的第二片材段并与内卷起接片164和外卷起接片162协作,以形成卷起边沿16。
底部座17耦接至套管形侧壁18的下端以与卷起边沿16成间隔开的关系,并耦接至底部20以在相对于套管形侧壁18的静止位置支承底部20,从而形成内部区域14。底部座17包括连接板支承环126、底部保持凸缘26以及连接板(web)25。连接板支承环126耦接至套管形侧壁18的下端并配置为提供在本体11的第三选定区域103中具有第二密度的第二片材段。底部保持凸缘26耦接至底部20并布置为由连接板支承环126围绕。连接板25布置为互连底部保持凸缘26与连接板支承环126。连接板25配置为提供在本体11的第三选定区域103中具有第一密度的第一片材段。
底部保持凸缘26包括一系列交替的直立的、厚板条(stave)和薄板条,这些板条以并排关系布置为从连接板25向上朝向由套筒形侧壁18和底部20所界定的内部区域14延伸。第一直立厚板条261配置为包括从连接板25向上朝向内部区域14延伸的右侧边缘。第二直立厚板条262配置为包括左侧边缘,该左侧边缘布置为从连接板25向上朝向内部区域14延伸并与第一直立厚板条261的右侧边缘处于间隔开的面对关系。第一直立薄板条260布置为互连第一直立厚板条261的左侧边缘与第二直立厚板条262的右侧边缘并与左侧边缘和右侧边缘协作,以在其间限定竖直通道263,竖直通道263向内通向较低的内部区域,该较低的内部区域由底部保持凸缘26和水平平台21界定,该水平平台21包括在底部20中并位于底部保持凸缘26之上。第一直立薄板条260配置为提供本体11的第四选定区域104中的第一片材段。第一直立厚板条261配置为提供本体11的第四选定区域104中的第二片材段。

Claims (43)

1.一种制造杯状件的方法,包括:
提供杯状件本体坯件和底部坯件,所述杯状件本体坯件和所述底部坯件中的每个由绝热多孔非芳香族聚合物材料制成;
加热阳芯棒,以提供加热的阳芯棒;
围绕所述加热的阳芯棒折叠所述杯状件本体坯件;
使热从所述加热的阳芯棒转移至所述杯状件本体坯件以使所述绝热多孔非芳香族聚合物材料中的应力最小化,从而使得在折叠所述杯状件本体坯件的步骤期间所述杯状件中可见瑕疵的形成最小化;
将所述杯状件本体坯件的外接片与所述杯状件本体坯件的内接片连结起来,以形成杯状件侧壁;
耦接所述底部坯件至所述杯状件侧壁,以在所述加热的阳芯棒上形成杯状件本体;
使阴接纳器升温,以提供加热的阴接纳器;
将所述杯状件本体从所述加热的阳芯棒转移至所述加热的阴接纳器;以及
卷曲所述杯状件本体的上边缘,以在所述杯状件本体上形成卷起边沿,从而形成杯状件。
2.如权利要求1或2所述的方法,还包括:定向所述杯状件本体坯件以使所述卷起边沿的周边对准成横向于机器方向,其中在形成所述绝热多孔非芳香族聚合物材料期间建立了所述机器方向。
3.如权利要求1或2所述的方法,其中,所述加热的阳芯棒具有约150华氏度至约250华氏度的温度。
4.如权利要求1、2或3所述的方法,其中,加热阳芯棒的步骤包括:
提供与所述阳芯棒相耦接的管式加热器;以及
使用所述管式加热器将热施加至所述阳芯棒,以形成所述加热的阳芯棒。
5.如权利要求4所述的方法,还包括:使用与所述管式加热器相耦接的芯棒热控制器来控制从所述管式加热器至所述阳芯棒的热施加。
6.如权利要求4或5所述的方法,还包括:利用与所述阳芯棒相关联的传感器感测所述加热的阳芯棒的温度,其中与所述阳芯棒相关联的所述传感器与芯棒热控制器相耦接,以将所述加热的阳芯棒温度传送至芯棒热控制器。
7.如上述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述加热的阴接纳器具有约100华氏度至约250华氏度的温度。
8.如上述权利要求中任一项所述的方法,其中,使阴接纳器升温的步骤包括:
提供与所述阴接纳器相耦接的带式加热器;以及
使用所述带式加热器将热施加至所述阴接纳器,以形成所述加热的阴接纳器。
9.如权利要求8所述的方法,还包括:使用与所述阴接纳器相耦接的接纳器热控制器来控制从所述带式加热器至所述阴接纳器的热施加。
10.如上述权利要求中任一项所述的方法,还包括:利用与所述阴接纳器相关联的传感器感测所述加热的阴接纳器的温度,其中与所述阴接纳器相关联的所述传感器与接纳器热控制器相耦接,以将所述加热的阴接纳器的温度传送至接纳器热控制器。
11.如上述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述阳芯棒加热至约200华氏度±约50华氏度的偏差,以及所述阴接纳器加热至约175华氏度±约75华氏度的偏差。
12.如权利要求1-10中任一项所述的方法,其中,所述加热的阳芯棒具有约140华氏度的温度。
13.如上述权利要求中任一项所述的方法,还包括:在卷曲所述杯状件本体的上边缘的步骤之前,施加润滑剂至所述杯状件本体的所述上边缘。
14.如上述权利要求中任一项所述的方法,还包括:在卷曲所述杯状件本体的上边缘的步骤之前,预卷曲所述杯状件本体的所述上边缘。
15.如上述权利要求中任一项所述的方法,还包括:
在折叠所述杯状件本体坯件的步骤之前,将所述杯状件本体坯件加载在加载旋转架上和加热所述杯状件本体坯件。
16.如上述权利要求中任一项所述的方法,还包括:在耦接所述底部坯件至所述杯状件侧壁的步骤之前,将杯状件底部坯件插设至底部接纳空间中,所述底部接纳空间形成在所述加热的阳芯棒中。
17.如上述权利要求中任一项所述的方法,还包括:将杯状件底部坯件结合至所述杯状件侧壁。
18.如上述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述阳芯棒能够绕第一轴线进行旋转,以及所述阴接纳器能够绕第二轴线进行旋转,其中所述第二轴线与所述第一轴线成间隔开的关系。
19.如上述权利要求中任一项所述的方法,还包括:在加热阳芯棒的步骤之后,形成所述杯状件侧壁,以使所述杯状件侧壁中的任意折皱具有小于约100微米的深度。
20.如权利要求19所述的方法,其中,所述杯状件侧壁中的任意折皱具有小于约5微米的深度。
21.如上述权利要求中任一项所述的方法,其中,包括在所述绝热多孔非芳香族聚合物材料中的孔具有约1.0至约3.0的孔纵横比。
22.如权利要求21所述的方法,其中,所述孔纵横比为约1.0至约2.0。
23.如上述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述绝热多孔非芳香族聚合物材料具有宽度约0.01954英寸和长度约0.00853英寸的平均孔尺寸。
24.如上述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述绝热多孔非芳香族聚合物材料具有宽度约0.01854英寸和长度约0.00828英寸的平均孔尺寸。
25.如上述权利要求中任一项所述的方法,还包括:使杯状件本体的选定区域塑性形变,以提供在所述杯状件本体的所述选定区域的第一部分中具有第一密度的塑性形变的第一材料段和在所述杯状件本体的邻近的第二部分中具有相对较低的第二密度的第二材料段
26.一种用于制造杯状件的杯状件成型机,包括:
阳芯棒,适于将由绝热多孔非芳香族聚合物材料制成的本体坯件接纳在其上,以形成杯状件本体;
阴接纳器,适于将杯状件本体接纳在其中,以在所述杯状件本体上形成边沿并形成杯状件;以及
热控制***,与所述阳芯棒相耦接并配置为提供用于加热所述阳芯棒的装置,其中所述用于加热所述阳芯棒的装置用于加热所述阳芯棒以形成加热的阳芯棒,以使热从所述加热的阳芯棒转移至本体坯件,从而减小所述绝热多孔非芳香族聚合物材料中的应力,使得在所述杯状件本体的形成期间所述杯状件中可见瑕疵的形成最小化。
27.如权利要求26所述的杯状件成型机,其中,所述加热的阳芯棒具有约200华氏度的温度。
28.如权利要求27所述的杯状件成型机,其中,阳芯棒温度约为200华氏度。
29.如权利要求26、27或28所述的杯状件成型机,其中,所述热控制***包括功率源和芯棒加热器,其中所述芯棒加热器与所述阳芯棒相耦接,以响应于从所述功率源接收到功率将热提供至所述阳芯棒。
30.如权利要求26至29中任一项所述的杯状件成型机,其中,所述热控制***还包括芯棒加热器控制器,所述芯棒加热器控制器与功率源和芯棒加热器相耦接,以使功率供给至芯棒加热器,从而维持所述加热的阳芯棒。
31.如权利要求30所述的杯状件成型机,其中,所述芯棒加热器为管式加热器。
32.如权利要求26至31中任一项所述的杯状件成型机,其中,所述阳芯棒形成为包括孔,以及管式加热器布置为处于所述孔中。
33.如权利要求26至32中任一项所述的杯状件成型机,其中,所述阳芯棒形成为包括第一孔、第二孔以及第三孔,其中所述第一孔、所述第二孔以及所述第三孔布置为彼此成间隔开的关系,以限定等边三角形的形状。
34.如权利要求32或33所述的杯状件成型机,其中,所述阳芯棒包括外表面,每个孔由相关的内表面限定,并且每个孔的所述内表面与所述阳芯棒的所述外表面间隔开约0.08英寸。
35.如权利要求26至34中任一项所述的杯状件成型机,其中,所述热控制***与所述阴接纳器相耦接,所述阴接纳器配置为提供用于使所述阴接纳器升温的装置,其中所述用于使所述阴接纳器升温的装置用于使所述阴接纳器升温,以形成加热的阴接纳器,从而使热从所述加热的阴接纳器转移至所述杯状件本体。
36.如权利要求26至35中任一项所述的杯状件成型机,其中,所述热控制***包括接纳器加热器,所述接纳器加热器与所述阴接纳器耦接,以加热所述阴接纳器。
37.如权利要求26至36中任一项所述的杯状件成型机,其中,所述热控制***还包括接纳器加热器控制器,所述接纳器加热器控制器与功率源和接纳器加热器相耦接,以使功率供给至接纳器加热器,从而维持加热的阴接纳器。
38.如权利要求36或37所述的杯状件成型机,其中,所述接纳器加热器为带式加热器。
39.如权利要求38所述的杯状件成型机,其中,所述阴接纳器包括内表面和外表面,以及所述带式加热器与所述外表面相耦接。
40.如权利要求36、37、38、或39所述的杯状件成型机,其中,所述热控制***还包括阳旋转架滑环和阴旋转架滑环,其中所述阳旋转架滑环布置为互连功率源与芯棒加热器,以及所述阴旋转架滑环布置为互连功率源与阴接纳器加热器。
41.如权利要求37、38、39或40所述的杯状件成型机,其中,芯棒加热器控制器包括芯棒传感器,所述芯棒传感器布置为感测所述加热的阳芯棒的温度,以及所述接纳器加热器控制器包括接纳器传感器,所述接纳器传感器布置为感测加热的阴接纳器的温度。
42.如权利要求26至41中任一项所述的杯状件成型机,其中,所述阳芯棒形成为将底部接纳空间包括在其中,以及杯状件本体的底部布置为处于所述底部接纳空间中。
43.如权利要求26至42所述的杯状件成型机,还包括阳旋转架和阴旋转架,其中所述阳旋转架包括所述阳芯棒和其他阳芯棒,所述其他阳芯棒与所述阳芯棒彼此相等地间隔开并耦接起来以绕阳旋转架轴线进行旋转,所述阴旋转架包括所述阴接纳器和其他阴接纳器,所述其他阴接纳器与所述阴接纳器彼此相等地间隔开并耦接起来以绕阴旋转架轴线进行旋转。
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