用液体吹塑成型的方法
阅读说明：本技术 用液体吹塑成型的方法 (Blow molding method using liquid ) 是由 理查德·谢拉兹基 小戴维·利舍·G 格雷戈里·卡彭特 于 2018-06-29 设计创作，主要内容包括：本申请提供了用于同时形成和填充容器的系统和方法,其中,压力源从初始状态加速达到预定的处理速度,同时向一定体积的流体施加压力。当达到预定的处理速度时,一定体积的流体被流体地耦接到预制件,压力源将一定体积的流体的至少一部分引导到预制件中并且拉伸预制件以形成容器,其中,容器包括一定体积的流体的至少一部分。一定体积的流体从容器流体地分离并且然后压力源从预定的处理速度朝向初始状态减速。(Systems and methods for simultaneously forming and filling a container are provided in which a pressure source is accelerated from an initial state to a predetermined processing rate while applying pressure to a volume of fluid. When a predetermined processing speed is reached, a volume of fluid is fluidly coupled to the preform, a pressure source directs at least a portion of the volume of fluid into the preform and stretches the preform to form a container, wherein the container includes at least a portion of the volume of fluid. A volume of fluid is fluidly separated from the container and then the pressure source is decelerated from a predetermined processing speed toward an initial state.)
相关申请的引证
本申请要求提交于2017年6月30日的美国临时申请第62/527,420号的权益。上述申请的全部公开通过引证结合于本文。
技术领域
本公开涉及形成和填充容器的方法，具体来说，涉及允许同时形成和填充塑料容器的系统和工艺。
背景技术
该部分提供与本公开相关的背景信息，其不必然是现有技术。
由于环境和其他关注点，各种塑料容器(包括聚烯烃和聚酯容器)用于包装许多之前在玻璃和其他类型的容器中供应的商品。制造商和填充者以及消费者已经认识到塑料容器轻质、廉价、可循环、并且能大量制造。吹塑成型的塑料容器因此在包装许多商品中变得普遍。用于形成吹塑成型容器的塑料材料的实例包括各种聚烯烃和聚酯，诸如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
传统地，容器的吹塑成型和后续容器的填充发展为通常由不同实体执行的两个独立的工艺。为了使瓶子的填充更加划算，一些填充者移动了吹塑成型机构，在某些情况下，将吹塑成型设备直接整合到容器填充线中。设备制造商已经认识到与之相关联的优点并且提供设计成确保吹塑成型设备和填充设备完全同步的“集成”系统。尽管在使这两种工艺更紧密地联系到一起中做出了努力，吹塑成型和填充继续是两个独立的、有区别的工艺。因此，在分别地构造和执行这两个工艺时，就时间和设备花费而言可能承担显著的成本。
在美国专利第8,573,964号中描述了一种用于同时形成和填充容器的工艺，通过引证将其的全部结合于本文。在8,573,964号专利公开的工艺中，在进入吹塑成型系统之前加热预制件(例如，PET预制件)。预制件在约140℃下离开烘箱。在成型工艺期间，预制件的温度理想地保持在约140℃与约63℃之间(PET的相变/固化温度)，该温度确保所得到的容器具有需要的美学和功能性能。因此，容器必须在用于形成容器的材料的相变/固化温度之处或之上形成。在预制件的最高温度下加热的预制件具有已知的(或可知的)量的热能，在吹塑成型操作期间该热能可用于在形成容器期间分配。
在吹塑成型操作期间，该热能损耗到围绕预制件的模具，损耗到用于将加热的预制件膨胀成容器的流体，并且热能还沿着由拉伸和吹塑预制件而形成的容器的较大的表面区域分配。因为预制件的热能中的一部分在颈口中提供，并且因此在吹塑成型工艺期间不能用于损耗或分配，这是由于颈口既不与用于吹塑成型操作的流体接触也不通过吹塑成型操作的影响而损坏外观或其他，总热能的较小的一部分可用于分配到填充流体、模具等。因此，不需要的热损耗可能引起容器连续的形成和填充。需要开发在容器的膨胀和填充期间保持加热的预制件的热性能的形成容器的方法。
发明内容
本技术包括涉及使用同时发生形成和填充操作的吹塑成型的系统和工艺，其中，容器形成速率最大化并且容器预制件的热损耗最小化。
一种容器，可以通过将压力源从初始状态加速达到预定的处理速度，同时向一定体积的流体(a volume of fluid)施加压力来形成和填充。当达到预定的处理速度时，一定体积的流体被流体地耦接到预制件，其中，压力源将一定体积的流体的至少一部分注入到预制件中并且拉伸预制件以形成容器。所得到的容器由此包括一定体积的流体的至少一部分。一定体积的流体然后从容器流体地分离。一旦一定体积的流体从容器分离，压力源从预定的处理速度朝向初始状态减速。预制件的至少一部分可以设置在模具中，压力源可以将一定体积的流体的至少一部分引导到预制件中并且按照模具拉伸预制件以形成容器。拉伸杆也可以用于机械拉伸预制件。一定体积的流体可以包括液体。
适用性的进一步领域将会从本文所提供的描述中变得更明显。在本说明书中的描述和具体的实例仅旨在示例性的目的并且不旨在限制本发明的范围。
附图说明
本文中所描述的附图仅用于所选择的实施例的示例性目的，并且不是所有可能的实施例，并且不旨在限制本公开的范围。
图1是进入到模具站中的加热的预制件的示意性描述。
图2是图1中示出的系统的示意性描述，其中，两个模具部围绕预制件闭合。
图3是图2中示出的系统的示意性描述，其中，拉伸杆延伸到预制件中。
图4是图3的系统的示意性描述，其中，拉伸杆机械地拉伸预制件。
图5是图4的系统的示意性描述，其中，压力源将包括液体的一定体积的流体注入到预制件中由此使预制件朝向模腔的壁膨胀。
图6是图5的系统的示意性描述，其中，压力源已经将适当体积的液体注入到预制件，预制件按照模具膨胀并形成持有液体的容器，并且拉伸杆回撤。
图7是图6的系统的示意性描述，其中，两个模具部从形成并填充的容器分离。
图8是示出了压力源的速度相对于时间的图表，压力源将一定体积的液体的至少一部分注入到预制件中以形成和填充所得到的容器。
具体实施方式
以下技术描述在一个或多个发明的主题、制造和使用的本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本申请中、或作为可以提交为要求本申请优先权的其他申请中、或从其发布的专利中所要求保护的任何具体的发明的范围、应用和使用。就所公开的方法而言，所呈现的步骤顺序本质上是示例性的，并且因此，步骤顺序在各种实施例中可以不同。本文中所使用的“一个(a)”和“一个(an)”表示存在“至少一个”物品；可能的话，可以存在多个这种物品。除非另外明确地指出，否则本说明书中的所有数量要理解为由词语“约”修饰，所有几何和空间描述符要理解为由词语“大体上”修饰，以用于描述本技术的最宽的范围。当应用于数值时，“约”表示计算或测量在值中允许一些轻微的不精确性(在值中具有值的某种程度的准确性；近似或合理地接近该值；大约)。如果出于一些原因，由“约”和/或“大体上”提供的不精确性在本领域中不用这种普通含义来理解，那么本文中所使用的“约”和/或“大体上”至少表示可能由测量或使用这种参数的普通方法引起的变化。
除非另外明确地表示，本详细的说明书所引用的所有文献(包括专利、专利申请、以及科学文献)通过引用结合于本文。本详细的说明书控制通过引证结合于本文的文献与本详细的说明书之间可能存在的冲突和模糊之处。
虽然作为诸如包含、含有、或具有的非限制性术语的同义词，开放式术语“包括”在本文中使用以描述并且要求保护本技术的实施例，实施例可以可替代地使用更限制性的术语(诸如“由……组成”或“基本上由……组成”)来描述。因此，对于任何给定的实施例来说，列举材料、部件或工艺步骤也具体地包括由这些材料、部件、或工艺步骤组成或基本上组成的实施例，该实施例排除(用于组成的)额外的材料、部件或工艺并且排除了额外的材料、部件或工艺对(基本上由其组成的)实施例性能的显著影响，即使这种额外的材料、部件、或工艺未在本申请中明确地列举。例如，列举了元素A、B和C的成分或工艺的列举具体地预想实施例由A、B和C组成和基本上由其组成的实施例，排除可以在本领域中列举的元素D，即使在本文中元素D没有明确地描述为被排除。
除非另外描述，本文中所提及的公开的范围包括端点并且包括在全部范围内的所有不同的值和进一步划分的范围。因此，例如，“从A到B”或“从约A到约B”的范围包括A和B。所公开的值和值的范围对于特定参数来说(诸如数量、重量百分比等)不排除其他在本文中有用的值和值的范围。可以设想对于给定参数来说，两个或者更多个特定的示例性的值可以限定用于参数的要求的值的范围的端点。例如，如果参数X在本文中示例性地具有值A，且还示例性地具有值Z，则设想参数X可以具有从约A至约Z的值范围。类似地，设想对于参数来说所公开的值的两个或者更多个范围(无论这种范围是嵌套的、重叠的、还是不同的)包括可使用所公开的范围的端点要求的值的范围的所有可能的组合。例如，如果参数X本文中示例性地具有在1-10、或2-9、或3-8的范围内的值，则还可以设想参数X可以具有值的其他范围，包括1-9、1-8、1-3、1-2、2-10、2-8、2-3、3-10、3-9等。
本文中所使用的术语仅用于描述特定示例性实施例的目的，并且不旨在是限制性的。如在本文中所使用的单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“一个(the)”可以旨在还包括复数形式，除非上下文另外清楚地指出。术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包含(including)”和“具有(having)”是包含性的，并且因此说明所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其的组。本文所描述的方法步骤、过程和操作不解释成必须获得其在所讨论或所示出的特定的顺序中的性能，除非具体地标识成性能顺序。还应当理解，可以采用额外的或可替代的步骤。
当元件或层被称为“在另一个元件或层上”、“接合到”、“连接到”、或“耦接到”另一个元件或层时，该元件或层可以直接在该另一个元件或层上、接合到、连接到、或耦接到另一个一个元件或层上，或者可以存在中间元件或层。相反的是，当元件被称为“直接在另一元件或层上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦接到”另一个元件或层时，可能不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词语应当以类似的方式进行解释(例如，“之间”与“直接之间”、“邻近”与“直接邻近”等)。如在本文中所使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。
尽管术语第一、第二、第三等在本文中可以用于描述各种元件、部件、区域、层和/或区段，但是这些元件、部件、区域、层和/或区段不应当由这些术语限制。这些术语仅可以用于将一个元件、部件、区域、层或区段与另一个元件、部件、区域、层或区段分开。当在本文中使用时诸如“第一”、“第二”、和其他数字的术语不暗示序列或顺序，除非上下文清楚地指出。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或区段可以被称为第二元件、部件、区域、层或区段，而不脱离示例性实施例的教导。
空间相对术语，诸如“内部”、“外部”、“之下”、“下方”、“之上”、“上方”等在本文中可用于易于描述以描述如图所示的一个元件或特征与另一个元件(多个元件)或特征(多个特征)的关系。空间相对术语可以旨在涵盖除了图中所示出的方向之外，在使用中或操作中的物体的不同定向。例如，如果图中的物体翻转，描述为位于其他元件或特征“下方”或“之下”的该元件则被定向成位于其他元件或特征“之上”。因此，示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方的方向。物体可以被另外定向(旋转90度或在其他方向)并且因此解释本文中所使用的空间相对描述符。
本技术涉及允许在之前传统方法和系统不能达到的速度下形成和填充预制件的多个方法和系统。具体来说，同时形成和填充容器的方法和构造成用于执行这种方法的系统，包括将压力源从初始状态加速达到预定的处理速度，同时向一定体积的流体施加压力。当达到预定的处理速度时一定体积的流体被流体地耦接到预制件，其中，压力源将一定体积的流体的至少一部分注入到预制件中并且拉伸预制件以形成容器。由其得到的容器包括一定体积的流体的至少一部分。一定体积的流体从容器流体地接耦，随后压力源从预定的处理速度朝向初始状态减速。
基于该方法和系统，压力源被允许在将预制件流体地耦接到一定体积的流体之前加速到预定的处理速度，然后一定体积的流体在压力源减速之前从容器解耦(decoupled，分离)。这提供填充时间中的改进，其中，某些实施例可以减小约40％的填充时间。在某些实施例中，到预制件的填充通道可以在压力源停止移动的点(例如，伺服压力系统的向前运动在最大值)下排气，然后填充线路可以排出气体。改善流体耦接和解耦的顺序改善用于吹塑成型预制件的填充和形成时间，提供了可以处理预制件的速度的增加而不引进任何工艺不稳定性，并且可以不需要为了增加的填充和形成速度而增加到压力源的电力。
压力源可以包括多种结构和功能的方面。压力源在初始状态下可以具有约为零的速度。即，压力源从静止状态开启，此时基本上没有压力施加到一定体积的流体。压力源可以将一定体积的流体的至少一部分以基本上恒定的处理速度注入到预制件中直到一定体积的流体从容器解耦。该恒定的处理速度可考虑到用于给定容器的预定的拉伸速度和预定的填充体积。在一些例子中，基本上恒定的处理速度可以为了具有特定体积的特定容器、甚至为了特定模具类型和形状来制定。压力源以及其预定的处理速度可以在某些预定的时间周期中使预制件形成和填充成容器。这包括在小于约0.5秒、在约0.03秒到约0.15秒、以及在小于约0.1秒的时间中压力源将一定体积的流体的至少一部分注入到预制件中并拉伸预制件以形成容器。本技术可以使用多种类型的压力源，包括伺服压力系统、活塞式装置(由气动、机械和液压压力中的一个致动)和液压泵。也可以使用另一种压力源，然而，压力源的加速时间对于给定容器的形成和填充时间来说是重要的，并且因此，诸如伺服压力系统的快速加速压力源在某些实施例中特别有用。
预制件可以包括以下多个方面。预制件的至少一部分可以设置在模具中，压力源可以将一定体积的流体的至少一部分注入到预制件中并且按照模具拉伸预制件。用这种方法，包括一定体积的流体的至少一部分的容器被形成和填充。预制件可以在制成预制件的材料的相变/固化温度之处或之上。例如，预制件可以加热或预热到约制成其的材料的熔点。现有技术中已知多种塑料和聚合物类型(包括其的混合)可以用于吹塑成型。然而，一种可以用于与本技术结合的优选的塑料可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯。该塑料可以被加热或预热到约190°F与约290°F之间的温度。预制件还可以用拉伸杆机械地拉伸，例如，加热或预热的预制件可以使用拉伸杆在轴线的方向上机械地拉伸，其中，将一定体积的流体的至少一部分注入到预制件中的压力源引起预制件在径向方向的拉伸。压力源在某些实施例中还有助于预制件的轴向拉伸。
用于形成和填充容器的一定体积的流体可以包括各种流体、流体的量和来自各种工业生产液流的流体。包括一定体积的流体的实例包括液体、其中，一定体积的流体包括气态流体部分和液态流体部分，或其中，一定体积的流体基本上全是液体。流体可以经受温度控制并且可以从各种消毒灭菌操作(包括各种过滤、混合和/或充气或除气操作)中输出。流体的类型包括各种食品和饮品产品、清洁剂、肥皂、洗涤剂、药物、化学物质和溶剂(只列出了一些非限制性实例的名字)的各种液体的溶液、悬浊液、和乳浊液。
流体地耦接和解耦一定体积的流体到预制件可以包括以下方面：在某些实施例中，流体地耦接一定体积的流体到预制件包括打开定位在预制件与一定体积的流体之间的阀。例如，阀可以将吹塑喷嘴从一定体积的流体分开，其中，预制件耦接到吹塑喷嘴。将一定体积的流体从容器流体地解耦可以包括关闭阀。
随着通过压力源将一定体积的流体的至少一部分注入到预制件中，可以存在以下方面：拉伸预制件以形成容器可以包括在预制件中提供约100psi到约600psi的液压。预制件内的压力可以基于包括容器的尺寸和/或完成形成和填充操作的速度的若干因素来选择。应当理解的是预制件与注入到预制件的一定体积的流体的一部分之间的接触在某些实施例中可导致从预制件到流体的热传递。因此，容器的形成和填充包括参数的选择，其在任何热损耗存在预制件的拉伸和所得到的容器的整体性的问题之前平衡预制件的冷却速度与形成和填充的速度以最大化容器的形成。
应当领会的是本技术可以为给定的吹塑成型操作提供形成和填充时间的改进。具体来说，在压力源从初始状态加速到预定的处理速度时没有时间有助于形成和填充。同样地，在压力源从预定的处理速度朝向初始状态减速时也没有时间有助于形成和填充。流体地耦接在由达到预定的处理速度限定的窗口中并且在减速之前最小化预制件与注入到预制件的流体的一部分之间的接触时间，由此，最小化从预制件到流体的热损耗。具体来说，本技术的某些实施例可以减小40％的形成和填充时间。换句话说，本技术所包括的填充和形成容器所需要时间可以小于通过包括以下步骤的方法形成容器所需要的时间：将压力源从初始状态加速达到预定的处理速度，同时向一定体积的流体施加压力，一定体积的流体被流体地耦接到预制件，压力源将一定体积的流体的至少一部分注入到预制件中并且拉伸预制件，由此完成预制件的拉伸并形成容器，容器包括一定体积的流体的至少一部分。
本技术的某些实施例包括用以下方式同时形成和填充容器：压力源从初始状态加速达到预定的处理速度，同时将压力施加到一定体积的流体，其中，一定体积的流体包括液体。在达到预定的处理速度时一定体积的流体被流体地耦接到预制件，其中，预制件位于制成预制件的材料的相变/固化温度之处或之上。预制件设置在模具中，压力源将一定体积的流体的至少一部分注入到预制件中并且按照模具拉伸预制件以形成容器。所得到的容器包括一定体积的流体的至少一部分。然后一定体积的流体从容器流体地解耦。然后压力源从预定的处理速度朝向初始状态减速。达到预定的处理速度时，流体地耦接一定体积的流体到预制件之前可以用拉伸杆机械地拉伸预制件。压力源可以构造为伺服压力系统。
现在参考图1到图7描述实现根据本技术的方法的系统的实施例。提供适于利用液体商品L(例如，用于形成和填充容器的终端产品)的模具站10，其中，给予液体所需要的压力以膨胀加热的预制件12来得到模具的形状并且由此同时形成和填充所得到的容器C。示出的系统和方法具有多个特定的装置以执行本技术的某些结构和功能的方面。然而，应当理解的是可以采用其他类似的装置，并且并不是所有图1到图7中所示出的所有结构的和功能的方面都需要在本技术的各种实施例中呈现。同样地，本技术可以包括其他方面，这些其他方面包括本文中描述的、未在图1到图7中示出的其他方面。
首先参考图1，模具站10可以包括以下细节：模具站10大体上包括模腔16、诸如高速伺服驱动单元的压力源20、吹塑喷嘴22和可选的拉伸杆26。在图1到图7中示出的模腔16包括两个模具部30、32(例如半模)，其配合以限定对应吹制的容器所需要的外部轮廓的内表面34。模腔16能够在打开位置(图1)与关闭位置(图2)之间移动使得预制件12的支撑环38在模腔16的上端处耦接、支撑或固定。
在一个实例中，压力源20可以但是不限于是伺服驱动单元或伺服压力系统、填充气缸、歧管、室、活塞式装置(例如，由诸如气动、机械、和/或液压压力的合适的装置致动的活塞式装置)、泵(例如，液压泵等)、或其的组合。应当领会的是在一些实施例中，可移动的填充气缸、歧管或室可以不提供足够的空间优化或设施效率。此外，在一些实施例中，可能难以获得和/或为加压的流体规定从第一位置到预制件成形位置的路径。
如图1到图7中所示的，压力源20是伺服系统60，其大体上包括通过一个或多个控制器64经由线路66致动的一个或多个伺服电机62。如在本文中将会更详细地讨论的，伺服系统60可以定位成邻近预制件成形位置以实现额外的益处。伺服系统60包括用于接受液体商品L的入口46和用于将液体商品L传递到吹塑喷嘴22的出口48。应当领会的是入口46和出口48各自相应地包括至少一个阀47、49，阀帮助流体(包括液体商品L)通过模具站10流动。伺服电机62在第一方向上可以是可操作的，以经由入口46从流体源(未示出)抽吸液体商品L，并且将液体商品L从出口48输出到吹塑喷嘴22(例如，向前流动)。伺服系统62在第二方向上还可以是可操作的，以从出口48、吹塑喷嘴22、和/或预制件12中抽吸液体商品L(例如，反向流动)，其将会在下文中更详细地描述。压力源20的入口46可以诸如通过管子或管件流体地连接到包括液体商品L的流体源(例如，储存器或容器)。应当领会的是压力源20可以在不同实施例中可以构造成不同。
在一些实施例中，伺服系统60和任何相关联的填充气缸可以基本上位于与吹塑喷嘴22邻近。为了本文中所列举的原因，可以通过最小化流动距离将流速(flow rate)和压力最大化。在一些实施例中，如图所示，包括角部、弯曲部、和/或压缩配件的角部和其他限制可以被最小化或者消除。事实上，在一些实施例中，伺服系统60和/或任何相关联的填充气缸可以直接安装到吹塑喷嘴22。然而，不需要这种直接安装的构造，这是因为对于从伺服系统60和任何相关联的填充气缸到吹塑喷嘴22的总距离来说，可以通过最小化流动路径长度和心轴弯曲度，并且保持流动路径的内径尽可能大来实现多个益处。
除了这些机械的修改之外，可以将伺服系统60和任何相关联的填充气缸的尺寸设定为输出所需要的完全形成和填充容器C的一定体积的液体商品L，经由伺服的行程，其可以非常快地发生(例如，在小于约0.02秒的时间内)。应当理解的是在预定的时间量内，伺服系统60可以提供可变化的或可选择的流速，和/或在可变化或可选择的压力下操作。
在一些实施例中，形成和填充操作可以使用与填充气缸配合的高速伺服驱动单元。理想地，这可以是匹配的系统，其可以产生高达约600psi的压力同时加速到足够快以在小于0.4s秒的时间内(更希望的是约0.2s的填充时间)填充2L容器。伺服系统60可以选择成具有所需要的力学特性，可以耦接到适当螺距的滚珠丝杠，并且可以附接到选择的并且适当尺寸的填充活塞缸。通过非限制性实例，示出了在某些实例中可接受的以下构造：400Volt、6kW的伺服电机，耦接到12mm螺距的滚珠丝杠和6inch的柱。可替代地，以下构造可用于一些实施例中：7.5kW的伺服，耦接到14mm的滚珠传动件和5.5inch的柱。因此，已经发现本技术可以用于在近似相同的相对时间内(即，在约0.03秒到约0.04秒)形成和填充16oz的容器和64oz的容器，取决于颈口尺寸和最终的容器几何形状。
在一些实施例中，伺服电机62可以用于在计量精确性和/或极少量的液体商品L中克服一些困难。即，可以精确地和可变化地控制伺服电机62以允许在可变化的速度下精确计量液体商品L流通。该精确并且可变化的控制可以与反馈回路耦接以提供主动和实时的监控与填充工艺的控制，包括在检测到问题(诸如所得到的容器爆裂)时停止填充工艺。以这种方式，反馈回路可以形成为控制器64的一部分，将适当的传感器(例如，压力传感器、流动传感器、形状传感器等)设置在多个位置中的任何一个处以提供足够的数据以检测相关的参数。由于主动控制液体商品L的压力和流量对于最终形成的产品来说通常是重要的，使用伺服系统60特别好地适于提供这种益处。也应当领会的是相对于构造为压力源的其他系统，伺服系统60可以需要较少的电力来操作，由此，就减少电消耗和成本来说提供额外的益处。
吹塑喷嘴22通常限定用于从压力源20的出口48接受液体商品L的入口50，并且提供用于将液体商品L传送到预制件12中的出口56(见图1)。应当领会的是在形成/填充工艺期间，出口56可以在支撑环38附近限定互补于预制件12的形状使得吹塑喷嘴22可以容易地与预制件12接合或配对。在实施例中采用设置在吹塑喷嘴22与预制件12之间的密封垫，应当注意的是密封垫可以与流动路径具有最小的重叠，因此密封垫不阻碍液体商品L到预制件12中的流动。
在一些实施例中，吹塑喷嘴22和/或压力源20可以限定用于能滑动地接受用于发起预制件12的机械拉伸的可选的拉伸杆26的开口58。然而，应当领会的是并不是在所有实施例中都需要拉伸杆26。在采用拉伸杆26的实施例中，可以使用拉伸杆回撤系统(SRWS)通过仅最初机械拉伸预制件12来产生预制件中的拉伸。一旦拉伸机械地发起，液体商品L的流体流可以开始填充并形成预制件12。在此时，拉伸杆26可以在填充顺序被激活的同时回缩，因此增加用于流体流到预制件12中的可利用的面积。在一些实施例中，拉伸杆26可以用于首先进入预制件以排出预制件内的空气来帮助液体商品L随后引入。为了这个目的，拉伸杆26可以在引入流体流期间同时回缩以在流体引入上提供增强的真空吸力。除了将流体路径增加到最大的设计许用值之外，该系统还可以用于返回到容器中填充以经由体积移除工艺(a process of volume displacement)来准确地设置填充等级。此外，可以在拉伸杆26中形成排气孔以帮助在填充之前容纳在预制件内的空气排出。
如本文中所描述的，已经发现通过增加填充速度到允许在小于约0.4秒内形成和填充容器的速度提供容器质量的增加和制造效率的提高。此外，在一些实施例中，已经发现将约0.3秒到约0.2秒的形成和填充时段组合甚至提供更加改善的容器质量和制造效率。结构上，已经发现本教导的该快速形成和填充工艺导致在晶体的等级上改善容器结构。理想地，已经发现所有容器尺寸似乎受益于在约0.03秒到约0.15秒的范围内形成和填充工艺。在某些实施例中，快速成型和填充可以最小化从预制件12到液体商品L的热损耗。
在下述的形成和填充容器C的方法中，液体商品L可以在压力源20和/或填充室内经由入口46连续流通。如果需要的话，可以控制液体L的温度并且可以加热或冷却液体L。此外，所得到的容器C可以适于其他高温加热杀菌、或蒸馏填充工艺、或其他热工艺。在另一个实例中，液体商品L可以在外界或冷却温度下引入到所得到的容器中。因此，通过实例，所得到的容器C可以在诸如位于近似32°F到90°F(近似0℃到32℃)之间、更优选地在近似40°F(近似4.4℃)下的外界或冷却温度下填充。
参考图1到图7描述同时形成和填充所得到的容器C的方法。起初，预制件12可以被放置到模腔16中。在一个实例中，机器(未示出)放置加热到高于预制件的相变/固化温度(对于PET来说，位于约近似190°F到约250°F，近似88℃到121℃)的温度的预制件12到模腔16中。模腔16的模具部30、32然后可以关闭由此保持预制件12(图2)。吹塑喷嘴22可以在预制件12的终端(finish)处形成密封。模腔16可以加热到位于近似250°F到350°F(近似93℃到177℃)之间的温度。在另一个实例中，模腔16可以设置在位于近似32°F到90°F(近似0℃到32℃)之间的外界或冷却温度下。
当预制件12位于模腔16中时，压力源20可以开始将液体商品L经由入口46抽吸到填充气缸、歧管或室中。在预制件12对于吹塑喷嘴密封时和/或当模具部30、32闭合时，可以通过压力源20继续将液体商品L抽吸到系统中。
现在转向图3，拉伸杆26可以延伸到预制件12中以发起预制件的机械拉伸。参考图4，在一些实施例中，拉伸杆26可以继续拉伸预制件12由此使预制件12的侧壁变薄。然而，如上文所指出的，拉伸杆26可以在发起拉伸之后立即回缩，同时加压的流体流到预制件12中。在填充气缸、歧管、或室中的液体商品L的体积可以增加到适于形成和填充所得到的容器C的适当的体积。应当注意的是这可以在任何时间点完成。此外，在一些实施例中，在该拉伸阶段期间可以将液体商品L施加到预制件12中以防止预制件接触拉伸杆和/或用液体而不是随后在填充期间排出的空气填充所得到的空间。
流到模具站10中的液体商品L流过封闭的填充通道线路，该填充通道线路包括用于提供液体商品L的流体源(未示出)、经由入口46到出口48，并且到预制件12中。不用于形成预制件12的过量的流体L或者吹塑和填充工艺期间被移除的流体可以再循环回流体源。
对于某些吹塑和填充工艺来说，由位于阀47、48之间的模具站10的一部分限定并且包括压力源20的填充通道线路用来自流体源的所需要体积的液体L填充。填充通道线路然后通过关闭阀49和阀47来被隔绝。一旦填充通道线路被隔绝，允许压力源20加速到预定的处理速度，随之在填充通道线路再打开以帮助流体流动到预制件12的时间之后允许压力源减速。在压力源的加速和减速期间阀51或者打开或者不在模具站10中。该过程在描述了压力源的速度相对于时间的图表的图8中表示，其中，线A表示加速压力源，线B表示减速压力源，线D表示关闭阀47、49，以及线E表示打开阀47、49。
然而，根据本技术，在模具站10中的液体商品L的流动可以修改成优化用于形成和填充工艺所需要的时间以导致更快的制出容器C，由此最小化从预制件12的热能损失。在此，在填充通道线路通过开口阀51(阀51的开口在图8中由线F表示)流体地耦接到预制件之前允许压力源20加速到预定的处理速度(图8的线A)。应当注意的是可以在吹塑喷嘴22内可以用针阀或其他阀取代阀51来用于控制一定体积的液体商品L与预制件12之间的流体耦接。例如，阀51、针阀和/或位于吹塑喷嘴22内的阀可以在图8的线F处打开，由此当压力源20(伺服系统60)达到预定的处理速度时将一定体积的流体(液体商品L)流体地耦接到预制件12。这允许压力源20将一定体积的流体(液体商品L)的至少一部分注入到预制件12中并且拉伸预制件12以形成容器C。然后阀51(或针阀、和/和位于吹塑喷嘴内的阀)在压力源20减速(由图8中的线G表示)之前关闭。这导致与本文中所描述的已知工艺相比，填充时间提高约38％。例如，将线F与线G之间的形成和填充时间与图8中的线D和线E之间的形成和填充时间相比。涉及填充通道线路的改进的顺序改善了顺序变化之间的填充时间，而不引入工艺不稳定性并且不增加压力源20使用的电力。因此，预制件12的填充时间可以减小高达约40％，因此，减小填充时间到约0.05-0.4秒或更小，取决于径口尺寸和容器几何形状。
在某些实施例中，填充通道线路可以在压力源20的移动停止时(例如，当压力源20的加速移动在最大值处时)排气。参考图5，可以致动伺服系统60以开始从填充气缸、歧管、或室到预制件12快速传递液体商品L。在一个实例中，在预制件12内的液压可以达到近似100PSI到600PSI之间。液体商品L引起预制件12朝向模腔16的内表面34膨胀。残余的空气可以经由限定在拉伸杆26(图5)中的通路(未示出)排出。如图6所示，伺服系统60现已将适当体积的液体商品L完全传递到新形成的所得到的容器C。接下来，拉伸杆26可以从模腔16中回撤(如果其还没回撤)。拉伸杆26可以设计成当其从模腔16中回撤时排出预定体积的液体商品L，由此允许所得到的容器C内的液体商品L所需要的填充等级和/或所需要的顶部空间。
参考图7，示出的填充循环完成。模具30、32可以分离并且吹塑喷嘴22可以缩回。所得到的填充的容器C现在准备用于诸如加盖、贴标签和包装的后形成步骤。此时，伺服系统60可以通过经由压力源20的入口46抽吸液体商品L为下一个填充/形成循环做准备来开始下一个循环。虽然为具体示出，应当领会模具站10可以包括用于联通到各个部件的信号的控制器64。用这种方式，包括但是不限于模腔16、吹塑喷嘴22、拉伸杆26、压力源20和各个阀(如果采用的话)的部件可以根据通过控制器联通的信号来操作。也可以考虑对于给定的申请，利用控制器来调整与这些部件相关联的参数。
在本文所述的示例性方法中，预制件可以穿过超过212°F(100℃)的烤箱并且立即填充和加盖。以这种方式，空容器暴露在其可能变得被污染的环境中的机会显著减小。因此，无菌的形成和填充的成本和复杂性可以显著减小。
在一些产品热填充的例子中，包装必须被设计成适应其在填充期间所暴露于的高温和其所暴露于的由于产品冷却所导致的内部真空。适应这种条件的设计可能需要增加容器重量。液体/液压吹塑成型可以减少或消除热填充工艺所需要的添加材料，并且因此降低了包装重量。
本文所述的方法对于诸如等压的果汁、茶和易受生物污染的其他商品的填充应用来说由其有用。同样地，这些商品通常在控制的无菌环境中填充。商业上，可以使用各种方法来实现所需的无菌环境。一种用于填充饮料的主要方法是通过使用无菌的填充环境。填充操作在洁净间中执行。产品的所有构成(包括包装)必须在填充之前进行灭菌。一旦填充，可以密封产品直到其被消耗，以防止任何引入细菌的可能性。
使用本技术可以生产各种类型的瓶装产品。诸如乳制品、含酒精饮料、家用清洁剂、沙拉酱、调味汁、涂抹酱、糖浆、食用油、个人护理品和其他的产品可以利用这种方法装瓶。这些产品中的许多目前在吹塑成型PET容器中，但也在挤压成型的塑料容器、玻璃瓶和/或罐子中。本技术可以改进包装制造和填充这种产品的经济性。
虽然大部分描述集中在生产PET容器，预期其他聚烯烃材料(例如，聚乙烯、聚丙烯等)以及许多其他塑料可以使用本文提供的系统和方法加工。
本技术实现某些益处和优点。具体来说，已经发现在双重目的成形和填充方法和系统的开发中，通过保持形成和填充时间最小来得到最好的容器质量。已经发通过增加填充速度到允许在小于约0.4秒内形成和填充容器的速度提供容器质量的增加和制造效率的提高。此外，在一些实施例中，已经发现将约0.3秒到约0.2秒的形成和填充时段组合甚至提供更加改善的容器质量和制造效率。结构上，已经发现本教导的该快速形成和填充工艺导致在晶体的等级上改善容器结构。理想地，已经发现所有容器尺寸似乎受益于在约0.03秒到约0.15秒的范围内形成和填充工艺。通过减少成形和填充工艺时间，还可以减少用于来自用于形成容器的加热的预制件的热能损耗可利用的时间量。通过使来自加热的预制件的热能损失最小化，预制件可以保持在其相变/固化温度之处或之上的温度，从而改善由预制件形成的所得容器的外观和性能。本教导的原理结合高速两步吹塑成型法的益处(具有一致的循环时间)与同时填充容器的效率相，产生了一个单步、快速使用的制造系统。
提供示例性实施方式使得本公开将是详尽的，并且将范围完全传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节，诸如具体组件、装置和方法的实例以提供对本公开的实施例的详尽理解。对于本领域技术人员来说显而易见的是具体细节不需要被采用，示例性实施例可以以许多不同的形式中实施，并且不应当被解释成限制本公开的范围。在一些示例性实施例中，没有详细描述众所周知的过程、众所周知的装置结构和众所周知的技术。可以在本技术的范围内进行一些实施例、材料、成分和方法的等同变化、修改和变形，具有基本上类似的结果。