在可膨脹材料的一部分產生一折疊的系統和方法與流程

相關申請

本申請請求申請日為2014年8月12日、申請號為2014903152的澳大利亞臨時專利的優先權，其全部內容在此因作參考。

本發明整體涉及在由可膨脹硬質泡沫塑料制成的材料的一部分產生一折疊或鉸鏈的系統和方法，具體來說，本發明涉及形成硬質泡沫塑料材料的一平的部分的系統和方法，所述硬質泡沫塑料材料能夠組裝成一三維主體。

背景技術：

硬質泡沫塑料諸如膨脹聚苯乙烯(eps)、膨脹聚丙烯(epp)和膨脹聚丙烯酸(epla)呈現多種有益的性能，在社會上有多種應用。因為它們的耐用和輕質特性，這些材料作為包裝和容器來容裝、運輸和/或存儲多種物品特別有用。就此而言，eps也已經用于建筑行業作為建筑基礎的孔隙形成艙(pod)以及跨多個行業的多種其他應用。

在包裝應用中，因為多個理由，紙箱已經證明是一種流行形式的包裝。紙箱可以相對便宜地制造并可以簡便地形成能夠以扁平形式存儲和運輸的坯板且可以簡單折疊以形成理想的的盒子。紙箱可以制成各種尺寸并可以在需要時通過使用膠帶或固定器來增強強度，以承受一定程度的力。但是，由于紙箱本身的性質，其具有有限的耐用性并在暴露在液體、沖擊或其他類型的處理時尤其容易損壞，它們能夠導致紙箱損壞并失去結構完整性。

隨著硬質泡沫塑料的廣泛接納，例如eps、epp和epla，最近已經可以利用這些材料和它們的內在優異性質來提供更耐用更有用的容器和包裝方案。這種硬質泡沫塑料在存儲和運輸易腐爛材料上有特定應用，所述易腐爛材料例如是農業和園藝業產品，這是因為它們很多程度上不可滲透，因此對存儲物品提供在不透氣或不透水的狀態下溫度可以調節的環境。由于這些材料的性質，由eps、epp和epla制成的盒子還具有一定程度的抗沖擊性，這對在其中儲存或攜帶的材料提供保護。

但是，盡管這種硬質泡沫塑料提供包裝用途的各種優點，由于該材料成型的方式，它們在使用時產生的一些問題通常抵消了它們的優點。由于盒子和類似包裝的成型需要這種材料在一模具內受控的膨脹，由這種材料制成的大多數盒子或包裝要成型為特定的三維形狀，例如單件式。盡管這對于形成尺寸精確的最終產品有用，所得的三維產品占據一定體積，甚至在空著的時候，從而在不使用時需要空間儲存。這導致產品占據顯著空間，使得這種產品空著儲存和運輸不太經濟。因此，在使用后這些eps盒子通常被破裂堆填而不再利用，盡管它們有再利用的潛力。

已經提出了多個制造平板式坯板形式的eps盒子的系統，所述坯板能夠組裝成盒子來使用。這些系統通常在模制時在eps坯板上形成鉸鏈或折疊區域和/或在坯板特定區域施加壓力并隨后在預定位置形成一鉸鏈來實現這一目的。但是，使用這種傳統手段來實現這種折疊區域或鉸鏈通常要求在所述坯板上產生薄弱區域，在所述薄弱區域兩側的坯板的平的區域能夠繞著所述薄弱區域彼此折疊。盡管這種系統提供了將平板材料折疊成盒子等的手段，在所述坯板上產生薄弱區域來形成鉸鏈的直接結果是增加了產品在使用時在鉸鏈區域損壞的可能性，從而顯著地影響了產品和其內儲存的物品的完整性。

申請人的申請號為pct/au2010/000340的pct申請詳細描述了解決這一問題的系統和方法。該系統和方法采用兩步法來在坯板上實現折疊區域或鉸鏈，第一步包括模制坯板以形成鉸鏈或折疊區域的整體形狀，第二步移走模制的坯板并進一步壓所述鉸鏈或折疊區域，以提供增強的鉸鏈或折疊區域，其具有位于此處的壓縮的材料。

盡管申請人的上面描述的系統和方法已經證明有效地使得盒子能夠從平的eps坯板組裝，這種兩步法需要專用的機器和工藝來折疊。因此，需要提供一種改進的方法在硬質泡沫塑料材料的平板上產生一鉸鏈或折疊區域，其增強所述材料在所述鉸鏈或折疊區域的強度，同時減少在成型過程中對分別的模具和步驟的需求。

上述對現有方案或產品的參考和描述并不意在且不應當理解為對本領域公知常識的聲明或承認。特別是，上述現有技術的討論與本領域技術人員知曉的或公知的不相關，而是有助于理解本發明的創造性步驟，認定相關的現有技術的方案只是一部分。

技術實現要素：

本發明的一個或多個方面在獨立權利要求限定。本發明的一些可選和/或優選的特征在從屬權利要求限定。

根據本發明的一第一方面，提供一種在可膨脹材料主體上產生一鉸鏈的方法，所述主體是基本上平的且具有至少兩個由所述鉸鏈連接的平的區域，以便利所述平的區域繞所述鉸鏈折疊，其包括：

膨脹所述材料以形成所述主體；

在所述主體臨近所述鉸鏈處產生一多余可膨脹材料的區域；和

在所述可膨脹材料融合后將多余可膨脹材料的所述區域壓縮為所述主體的鉸鏈，與所述主體的所述至少兩個平的區域相比所述鉸鏈具有濃縮體積的膨脹材料。

膨脹所述可膨脹材料的步驟可以包括設立一模具，所述可膨脹材料在所述模具內膨脹形成所述主體。所述模具可以是一包括一第一模具構件和一第二模具構件的兩件式模具。所述第一模具構件和所述第二模具構件可以設置為緊固在一起以限定一位于期間的模腔。所述模腔可以設置為基本上限定所述主體，包括所述鉸鏈的形狀和設置。

所述模腔可以根據一預定密度填充可膨脹材料。所述可膨脹材料可以在所述模腔內膨脹以形成所述主體。所述可膨脹材料可以通過在所述模腔內引入蒸汽而膨脹。

所述模具還可以包括一設在所述第一模具構件或所述第二模具構件內的可移動的砧。所述可移動的砧相對于所述模腔能夠移動。

在所述主體產生多余可膨脹材料區域的步驟包括從所述模腔回撤所述可移動的砧，以產生從所述多余的可膨脹材料可以膨脹的所述模腔延伸的一開放空間。所述開放空間可以位于臨近所述主體的所述鉸鏈處。

在所述主體的所述鉸鏈可以由形成在所述第一模具構件或所述第二模具構件上的一突起形成。所述突起可以延伸進入所述模腔以限定所述鉸鏈的形狀。

所述可移動的砧可以提供在所述第一模具構件或所述第二模具構件內使得其位于所述突起的相反的位置。在一個形式中，所述可移動的砧設置為使得其在所述突起的基本上寬度上延伸。在另一個形式中，所述可移動的砧設置為使得其在大于所述突起的寬度的一寬度上延伸。

在所述可膨脹材料融合后將多余的可膨脹材料的所述區域壓縮成所述主體的所述鉸鏈的步驟可以通過將所述可移動的砧移動朝向所述模腔來進行。所述可移動的砧移動朝向所述模腔使得其處于與所述模腔的一內壁平齊的位置，以限定形成的所述主體。在所述開放空間出現的所述多余可膨脹材料可以壓縮為所述主體的所述鉸鏈。所述可移動的砧可以維持在與所述模腔的所述內壁平齊的所述位置，直至所述可膨脹材料冷卻且所述主體從所述模腔彈出。

根據本發明的另一方面，提供一種在可膨脹材料制成的主體形成一折疊區域的方法，所述主體具有至少兩個由所述折疊區域連接的平的區域，其包括：模制所述可膨脹材料以形成所述主體；在所述主體臨近所述折疊區域處形成一多余可膨脹材料的區域；和在所述可膨脹材料膨脹和融合之后但是在所述可膨脹材料冷卻之前將多余可膨脹材料的所述區域壓縮為所述主體，以產生具有濃縮體積的膨脹材料的折疊區域。

模制所述可膨脹材料以形成所述主體的步驟可以包括用所述可膨脹材料填充一模具并引發所述材料膨脹和融合以形成所述主體。

模制所述可膨脹材料的步驟還可以包括在所述主體臨近所述折疊區域處形成多余可膨脹材料區域的步驟。

將多余可膨脹材料的所述區域壓縮為所述主體可以包括將多余可膨脹材料的所述區域推進可膨脹材料的所述主體。

根據本發明的又一方面，提供一種在可膨脹材料制成的主體上形成一折疊區域的系統，所述主體具有至少兩個由所述鉸鏈連接的平的區域，其包括：

一模具，設置為在此接收所述可膨脹材料以形成所述主體；和

一砧，連接所述模具并相對所述模具能夠移動以限定一空間，多余可膨脹材料的區域能夠成型進入所述空間，所述空間位于臨近所述折疊區域處；

其中所述砧可以控制使得在多余可膨脹材料的所述區域形成之后所述砧能夠移動，以將多余可膨脹材料的所述區域壓縮到所述主體，使得所述折疊區域具有在此成型的濃縮體積的可膨脹材料。

附圖說明

根據以下優選實施例的非限定性描述，本發明更容易理解，附圖中：

圖1是根據本發明一實施例的模具的剖視圖，其處于在填充可膨脹材料的小球或小珠之前的情形；

圖2是圖1的模具的剖視圖，其帶有處于已膨脹狀態的可膨脹材料；

圖3是圖1的模具的剖視圖，其帶有處于插入狀態的可移動模具構件；

圖4是圖1-3模具和方法形成的產品的側視圖；

圖5是根據本發明一替代實施例的模具的剖視圖，其處于在填充可膨脹材料的小球或小珠之前的情形；

圖6是圖5的模具形成的產品的側視圖。

具體實施方式

現在參考附圖描述本發明的優選特征。但是，應當理解，在此參考附圖闡釋和描述的特征不應當理解為對本發明范圍的限定。

在下面的說明書中，對本發明的系統和方法在由eps制成的盒子的應用中進行了描述。可以理解，本發明的系統和方法可以用于任何類型的硬質泡沫塑料(rcp)，包括eps、epp和epla。還可以理解，盡管下面針對在eps的平的區域形成一折疊區域或鉸鏈描述本發明的系統和方法，以使得位于所述折疊區域或鉸鏈任一側的eps的所述平的區域能夠繞所述折疊區域或鉸鏈彼此折疊，本發明能夠用于提供在eps的所述平的區域的多個折疊區域或鉸鏈，以便利盒子或任何其他類型形狀的成型。

參考圖1，要根據本發明的系統和方法形成的產品在兩件式模具10內成型。所述兩件式模具10包括一第一模具構件12和一第二模具構件16。所述第一模具構件12和所述第二模具構件16設置為以一控制的方式固定在一起以限定它們之間的模具空間20，產品在所述模具空間內成型。在所示的實施例中，僅示出了兩件式模具10的一部分，即限定所述折疊區域或鉸鏈的部分。但是本領域技術人員可以理解，所述兩件式模具10會采用傳統的形式并連接至一材料遞送系統和一蒸汽遞送系統，所述材料遞送系統遞送聚苯乙烯的小球或小珠，所述蒸汽遞送系統促使聚苯乙烯的所述小球或小珠膨脹。

如圖1所示，所述第一模具構件12包括一突起14，所述突起從一內壁延伸進入所述空間20，以限定產品要形成的所述折疊區域或鉸鏈的壁。在所示的實施例中，突起14為三角楔形構件，其側壁13以約45°延伸并匯聚在點15以限定一正方形的頂端。這樣的設置在最終產品中產生一折疊區域，所述折疊區域能夠提供一90°的折邊或邊緣。但是，應當理解，根據成型產品的折疊要求，其他形狀或折疊區域設置也是可以的，這通過控制所述第一模具構件12的所述突起14的形狀來控制。

所述第二模具構件16的大體上包括一基本上平的表面19，其從所述第一模具構件12的所述平的表面隔開距離y，以限定最終產品的主體的整體厚度。在所述第二模具構件16的、緊鄰所述第一模具構件12的所述突起14之下的一區域，在所述平的表面19提供一開放空間17。一可移動的模具構件或砧18安裝在所述開放空間17之內以橫跨所述開放空間17的寬度。所述可移動的模具構件或砧18如箭頭z所示移進或移出所述第二模具構件16內形成的所述開放空間17。所述砧18的寬度與所述開放空間17的寬度關聯，足以延伸在要在產品形成的所述折疊區域的基本上寬度上，并且在所述第一模具構件12的所述突起14的寬度延伸。

為了形成最終產品，所述兩件式模具10首先設置為圖1所示的設置。在該設置，所述砧18從所述第二模具構件16回撤距離x，以產生緊鄰所述第一模具構件12的所述突起14之下的額外空間17。所述兩件式模具10在這一位置，聚苯乙烯小球或小珠能夠以傳統方式被遞送進入所述模具10，以填充所述第一和第二模具構件12、16之間的空間20和17至一理想的密度。如圖2所示，一旦模腔被小珠填充，遞送蒸汽進入模具10以引起聚苯乙烯的小球或小珠軟化、膨脹、合并在一起，以填充模具10的所述空間20和17。

參考圖2，圖2所示的膨脹聚苯乙烯(eps)為膨脹小珠30和32。應當注意，融合和膨脹的eps產生額外eps材料的階梯區域，所述額外eps材料延伸進入所述空間17并橫穿突起14限定的所述折疊區域。

在所述eps膨脹并融合產生圖2所示的膨脹小珠的融合堆之后，所述砧18以箭頭a的方向移動距離x，以如圖3所示與所述第二模具構件16的所述平的表面平齊。所述砧18的這種移動將eps的所述階梯區域32推回所述模具10的所述空間20，從而作用為對所述空間20的區域的所述融合的小珠施加壓力。由于所述膨脹小珠主要包括空氣，約98％，所述砧18對所述模具10在這一區域內的膨脹和融合的小珠施加的力引起所述融合的小珠壓縮，以容納被壓進該密閉空間的所述額外的eps材料。這導致所述小珠在所述模具10臨近所述突起14的區域變得更濃縮，所述區域限定成型產品的所述鉸鏈或折疊區域。應當理解，由于膨脹小珠在膨脹和融合之后所述砧18對其施加壓力，所述小珠能夠被壓縮而不損害所述膨脹小珠的結構。這有助于產生具有增高的強度和耐久性的折疊區域或鉸鏈。

一旦所述可移動的模具構件18移動進入圖3所示的位置，所述模具10能夠根據現有的原理冷卻，已形成圖4所示的產品40。可以理解，所述小珠的冷卻會導致所述小珠保持在所述砧18的壓縮下形成的形狀。如圖4所示，最終的產品40包括一形成在eps30的兩個平的區域42、44之間的折疊區域45。所述折疊區域45包括一對發散的壁，所述發散的壁以約45°延伸使得所述平的區域44能夠朝著平的區域42以箭頭b的方向折疊，以形成一90°的角落或邊緣。

在本發明的一個優選實施例中，所述eps小珠以密度19g/l(克/升)遞送進入所述模具10以填充圖1的所述空間20和17，所述eps小珠在使用前可以預膨脹24小時。所述砧18回撤一深度x約8mm(毫米)。橫穿的蒸汽隨后施加在所述模具10，首先從所述第二模具構件16一側以800kpa(千帕)，隨后從所述第一模具構件12一側以800kpa(千帕)。所述eps小珠膨脹和融合之后，所述砧18進入回撤深度8mm，使得其與所述平的表面19平齊，所述砧18維持在該位置直至所述部件從所述模具彈出。隨后以600kpa對模具10的兩側噴水冷卻，之后通過標準的彈出機構該部件從所述模具110彈出。這一工藝會產生最終部件或產品40，所述最終部件或產品在所述砧延伸部的鉸鏈厚度為約0.5mm而平板區域42、44的厚度約為20–24mm。盡管上述系統已經證明能在上述模具參數和順序下提供牢固和有效的鉸鏈，可以理解，使用的各種參數和順序可以根據要制造的部件或最終產品有一定程度的變化。就此而言，部件的厚度和所述小珠的密度會根據產品的意在應用而變化，可以選擇所述砧的回撤深度，以確保在所述鉸鏈區域根據提供的小珠密度有對所述小珠的足夠的壓縮。

如圖5所示，本發明的系統和方法使得所述折疊區域的設置能夠簡單地改變以迎合不同的折疊要求。這通過簡單地改變所述第一模具構件12的所述突起14的形狀來實現，其會使得能夠產生圖6的所述折疊區域45。在圖6的實施例中，平的區域44設置為以箭頭c的方向朝著平的區域42折疊。在這一設置中，所述鉸鏈或折疊區域仍然為90°，但是所述鉸鏈提供在平的區域42對平的區域44的水平支撐，這提供更高強度和耐久性的鉸鏈。可以理解，在需要不同于90°的其他角度的折疊區域，所述第一模具構件12的所述突起14可以簡單地調節以形成這種產品。還可以理解，所述第一模具構件12、第二模具構件16和可移動模具構件18的表面可以具有形狀或有織紋，以形成具有各種要求的不同特性和表面紋理的產品。

在上面描述的本發明的每個實施例中，所述砧18已經被描述為具有一上表面，所述上表面是基本上平的且大小為在所述突起14限定的所述鉸鏈區域的寬度延伸。但是可以理解，在其他實施例中，所述砧18可以比所述突起寬很多，以提供比所述鉸鏈更寬的壓縮小珠區域。而且，所述砧18可以制為包括階梯區域或彎曲區域，以在冷卻前進一步控制壓縮小珠的面積。

可以理解，根據本發明的形成鉸鏈的系統和方法提供形成在rgp的平的部分的鉸鏈，所述rgp具有增強的強度和耐久性。這通過下列步驟實現，先形成rgp材料的主體以在鉸鏈的區域產生多余的材料，在所述材料膨脹和融合后將所述多余的材料推入所述主體，以在該區域壓縮所述融合和膨脹的小珠以在所述鉸鏈產生高密度小珠的區域。這導致所述鉸鏈內的所述小珠受壓以適應所述多余的小珠進入該區域，以使得所述小珠以高密度方式冷卻并維持在位。

在整個說明書和權利要求書中，術語“包括”及其派生詞意在開放式的含義而不是封閉式的含義，除非明確說明或上下文需要相反的含義。即就是說，術語“包括”及其派生詞不僅僅是指出直接列出的部件、步驟或特征，也包括其他未明確列出的部件、步驟或特征，除非明確說明或上下文需要相反的含義。

可以理解，本領域技術人員可以對在此描述的本發明的方法進行多種變化和改動而不背離本發明主旨和范圍。