[发明专利]用于使用微波能量处理介电材料的方法和装置

说明书

提供了用于加热介电预制件材料的方法和系统。示例性方法包括：沿微波腔体的纵向轴线将预制件材料（102）插入到微波腔体（104）中，并且向微波腔体（104）供给具有与沿微波腔体（104）的纵向轴线（z）的轴向波长相对应的频率的微波功率。所述轴向波长大于预制件材料（102）沿纵向轴线（z）的长度。所述方法包括通过微波功率加热微波腔体（104）内的预制件材料（102），并且确定在预制件材料表面上的一个或多个位置处的预制件材料的温度。该方法还包括基于预制件材料（102）的温度来调节微波频率，以至少沿纵向轴线（z）在预制件材料的侧壁上实现大体上均匀的加热。

相关申请

本申请要求于2015年12月22日提交的美国专利申请第14 / 978,091号的权益，所述文献的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及使用微波能量来处理介电材料，并且更具体地涉及加热具有可以在加热期间随着温度而变化的介电性质的介电材料。

背景技术

通常，在热塑性容器（诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）瓶）的生产中，预制件首先被加热并且随后被模塑（例如，经由注塑或拉伸吹塑）以形成具有期望形状的容器。通常利用红外辐射或近红外辐射来执行加热操作，这与低能量效率（通常约为10-15％）相关联。因此，红外加热的持续时间可能会长，通常为大约数分钟。相比之下，利用微波辐射来加热预制件可以具有更高的能量效率（例如，大致30-50％），与使用红外加热相比，这可以显著降低能量成本。

用于塑料预制件的基于微波的加热装置是已知的，诸如在美国专利编号6,952,949、7,163,655、8,231,823、8,517,711和8,629,379中描述的装置。然而，这些微波装置无法在微波加热期间在不线性地和/或旋转地机械地移动预制件的前提下大体上均匀地加热预制件。与这种装置相关联的缺点是，通过一次加热预制件的一部分，生产能力大大降低。另外，机械运动增大了预制件加热装置的复杂性和成本。此外，现有装置无法提供对具有不均匀厚度或几何构型的预制件的相对均匀并且高效的加热，该不均匀厚度或几何构型存在于几乎所有预制件中。

发明内容

本发明提供了用于在将预制件模塑成期望的形状之前以提高的能量效率使用微波能量加热介电材料预制件的系统和方法。本发明还可以提高加热速率和生产能力，同时减少或消除在微波加热过程期间预制件的机械操纵。另外，本发明可以提供精确的温度控制，以在加热期间实现温度均匀性并且使微波腔体中的电场峰化（peaking）最小化以消除电弧，由此改进整体系统鲁棒性。

在一个方面中，提供了用于加热介电预制件材料的方法。该方法包括沿微波腔体的纵向轴线将预制件材料插入到微波腔体中，并且向微波腔体供给具有与沿微波腔体的纵向轴线的轴向波长相对应的频率的微波功率。轴向波长大于预制件材料沿纵向轴线的长度。该方法还包括通过微波功率来加热微波腔体内的预制件材料，以及确定在预制件材料表面上的一个或多个位置处的预制件材料的温度。该方法还包括基于预制件材料的温度来调节微波频率，以通过如下方式至少在预制件材料的侧壁上沿纵向轴线实现大体上均匀的加热：保持微波功率的轴向波长大于预制件材料的长度，这对应于沿微波腔体的纵向轴线的电场大体上均匀。

在一些实施例中，如果预制件材料沿纵向轴线具有不均匀厚度或形状，则将介电间隔件插入到微波腔体中邻近于预制件材料以增强大体上均匀的电场。