專利名稱:發泡注塑成型方法
技術領域:
本發明涉及一種用于對熱塑性樹脂執行發泡成型的方法。更具體來講,本發明設計這樣一種用于對熱塑性樹脂執行發泡成型的方法該方法用于制造具有基本上未經發泡的外表層的發泡注塑物品。該方法包括(1)設置一個型模,其包括一固定的半型模和一個與固定半型模配對的活動半型模,從而可利用固定半型模的內壁面和活動半型模的內壁面圍成一型腔,其中,型腔具有一內壁面,該內壁面上具有一熔融樹脂釋放裝置;(2)將熔融態的可發泡的熱塑性樹脂注入到型模的型腔內,從而在型腔內形成一個可發泡的樹脂熔融體;(3)向型腔內的可發泡樹脂熔融體施加一個壓力,以將可發泡樹脂熔融體的表面緊壓到型腔的內壁面上,從而使得可發泡樹脂熔融體的表面部分被固化,從而形成可發泡樹脂熔融體的外表層;以及(4)經熔融樹脂釋放裝置,將處于發泡壓力作用下的一部分可發泡樹脂熔融體釋放到型腔的外部,從而降低了施加在可發泡熔融樹脂體上的壓力,使型腔內的可發泡樹脂熔融體發生發泡現象,由此而形成其外表層基本上仍保持非泡沫化狀態的發泡樹脂體,其中的發泡壓力是由可發泡樹脂熔融體產生的。本發明的發泡注塑成型方法的優勢不僅在于其能以優異的再現性高效、經濟地制出模制物品,而且能很容易地控制模制物品的外表層厚度和膨脹率,其中的模制物品對型腔內壁面的形貌具有優異的復現性,且其具有非泡沫化的外表層,而內部則是高度發泡的。本發明的發泡注塑成型方法能以很低的成本制出多種優良的、熱塑性樹脂材質的發泡注塑模制物品。這些模制物品的實例包括輕型電氣設備或電子設備的外殼、各種汽車部件、以及各種日用品。另外,本發明的發泡注塑成型方法的有利之處還在于其不但能用來對普通的熱塑性樹脂進行模制成型,而且可對各種含有阻燃劑的樹脂合成物執行成型,阻燃劑的耐熱穩定性很低,因而不能在高成型溫度下對這些合成物執行模制成型,本發明的方法還可用來對各種其它的樹脂進行成型,這些樹脂的流動性很低,因而很難用常規的注塑成型方法對這樣的樹脂進行成型加工。
背景技術:
用于制造發泡模制物品的常規發泡注塑成型方法是公知的,該方法包括一個對含有發泡劑的可發泡熱塑性樹脂進行發泡的步驟。在常規的發泡注塑成型方法中,一般使用偶氮二甲酰胺(ADCA)、N,N′-二苯硫脲(DPT)等材料作為發泡劑,其用量范圍為以重量計,在每100份樹脂加入1-5份發泡劑。
作為上述普通發泡注塑成型方法的一種代表實例,將對所謂的“注量不足方法”進行描述。在該方法中,含有發泡劑的熔融樹脂被注入到一型腔中,其注入量所對應的體積小于型腔的容積。當熔融樹脂被注入到型腔中時,所注入的熔融樹脂的前向部分一即首先接觸到型腔內壁面的那一部分會迅速冷卻,從而形成一固化層。然后,所注入的熔融樹脂的后向部分沿著固化層流經型腔的中央部分,之后到達固化層的流峰處,并越過該流峰,而后繼續向型腔的內壁面前進而最終接觸到內壁面,在該位置處,熔融樹脂被冷卻而形成新的固化層。所注入的熔融樹脂在型腔中這樣的流動行為被稱為“噴泉流”。在完成注入之后,型腔中的熔融樹脂開始發泡并膨脹,直到其抵達型腔的內周面、從而將型腔填滿為止,這樣就形成了泡沫模制物品。這種被稱為“注量不足方法”的工藝是發泡注塑成型方法中的一種最簡單形式,其獲得了廣泛的使用,盡管這種方法存在一個問題由于被注入熔融樹脂的流峰處發生了發泡,所以所制得模制物品的表面變得很粗糙。
在另一方面,對于那些用來制造厚度大、外觀狀況優良、且縮痕或翹曲很少的發泡模制物品的方法,存在一種常規的發泡注塑成型方法,該方法通常被稱為“逆壓方法”。在已審結的日本專利申請文件特開昭62-16166中公開了此類逆壓方法的一個實例。該逆壓方法包括步驟將含有發泡劑的熔融樹脂注入到一個充有壓縮空氣的型腔中,其中,熔融樹脂的注入量相對于型腔的體積也是“注量不足”的;將壓縮空氣從型腔內釋放到型模的外部;以及對型腔中的熔融樹脂進行冷卻,通常將熔融樹脂保持在一低壓作用下。利用該方法,就可以防止注入的熔融樹脂的流峰出現發泡,從而就可以制出這樣一種發泡模制物品其表面上不帶有泡沫痕跡,其只有內部發生了發泡。在逆壓方法中,以這樣的方式將可發泡的熔融樹脂注入到型腔中,使得型腔基本完全被所注入的、處于未發泡狀態的可發泡熔融樹脂填滿。然后,對注入的熔融樹脂進行冷卻,因而出現收縮,而與此同時,發泡所表現出的膨脹量可補償由于收縮而出現的體積縮小。在該方法中,基本上來講,發泡劑的使用量是最小的,只要其所導致的發泡膨脹足以補償由收縮而引起的體積減小就可以了。因而,該方法就出現了一個問題由于熔融樹脂并非是在高壓作用下緊壓在型腔的內壁面上,所以所制得的模制物品對型腔內壁面形貌的再現性很差,其外觀不良。該方法還存在一個問題發泡膨脹被控制在僅能足以彌補由于收縮而產生的體積縮小的程度,所以將不能使模制物品的重量有很大的減輕。另外,還存在這樣一個問題當發泡劑使用過量時,則制出的模制物品會繼續發泡膨脹,甚至在物品被從型腔中取出之后,這樣就會使制得的模制物品發生膨脹或變形。為了克服這一問題,就必須要極大地延長冷卻時間(即注入的熔融樹脂被留在型腔中進行冷卻的時間)下面將介紹上述常規發泡注塑成型方法的另一個實例。存在一種公知的舊方法,該方法包括步驟將可發泡熔融樹脂注入到一型腔中;將氣體通入到已注入熔融樹脂中、由此形成一熔融樹脂中空體;使中空體保持當前狀態,直到其外表面部分硬化為止;以及將通入的氣體釋放到型模的外部,從而使中空體的內部發生發泡,并向內膨脹而將內部空腔填實(可參見已審結的日本專利公開文件特開昭53-25352[對應于第4129635號美國專利])。該方法具有如下的缺點。通入的氣體(其被用來形成空腔)是通過排氣口(該排氣口同樣也是進氣口,氣體從該進氣口通入)釋放的;但是,由于在與排氣口(進氣口)相連接的導管或其它裝置內存在很大的壓力損失,所以將需要很長的時間才能將通入的氣體經排氣口(進氣口)釋放掉。因而,熔融樹脂中空體的內部在氣體被完全排出之前就已經發生了很大程度的固化,從而導致熔融樹脂不能形成一個具有理想尺寸的泡沫內部體。另外,在可發泡熔融樹脂中發泡劑含量很高、因而熔融樹脂具有高發泡性的情況下,當通過經排氣口(進氣口)釋放氣體來使熔融樹脂中空體的內部開始發泡時,排氣口(進氣口)周圍的熔融樹脂部分也會進行發泡,從而導致排氣口被泡沫阻塞。結果就是,用于形成空腔的氣體不能順暢地排出到型模的外面,導致這樣一個問題即使在冷卻時間的末了,在空腔中仍然殘留有內部氣體壓力,當打開型模來將成型后的物品從型腔中取出時,剩余的內部壓力將會使制出的模制物品發生爆裂。
另外,近來人們已經提出了與上述發泡注塑成型方法類似的方法,在該方法中,首先制出可發泡熔融樹脂的中空體,然后再使中空體發生發泡。例如,在待審的日本專利申請公開文件特開平7-32405(對應于第5900198和5948446號美國專利)、以及待審的日本專利申請公開文件2000-94468中就公開了這樣的方法。前一文件(即日本專利申請公開文件特開平7-32405)中公開的方法用于制造注塑成型的中空樹脂物品,對于這樣的物品,其大厚度部分中制有一個空腔,且在外表層與中空部分之間散布著一些氣室,這種樹脂物品表面上出現縮痕的發生率很低。在該方法中,一種可發泡的熔融樹脂被注入到一型腔中,用一種第一高壓氣體對該型腔進行加壓,在注入熔融樹脂的過程中、或在注入之后,將一種第二高壓氣體通入到注入的熔融樹脂中,由此在注入的熔融樹脂中形成一個空腔。然后,將型腔中的高壓氣體釋放到型模的外面,從而使可發泡的熔融樹脂開始發泡,由此向內膨脹到空腔中。如同已審結日本專利申請文件昭53-25352(對應于第4129635號美國專利)所公開的上述方法的情況,該方法存在的問題不僅在于要花費很長的時間來排出用于形成空腔的氣體,因而不可能形成具有理想尺寸的發泡部分,而且會在排氣口的周圍出現發泡,從而造成排氣口的阻塞,進而阻礙了氣體的釋放,導致制成的模制物品由于受殘余氣體的壓力作用而發生爆裂。
在另一方面,上述兩個文件中的后者(即待審的第2000-94468號日本專利申請)公開了一種用于制造輕質模制物品的方法,該物品的外表層基本上是非泡沫化,而其內部則是經過發泡的,這種物品具有良好的外觀、很高的強度和硬度。在該方法中,含有發泡劑的熔融樹脂被注入到一個型腔中,從而將型腔填滿,并將一種壓縮氣體通入到注入的熔融樹脂中,由此將一部分注入的熔融樹脂推出到一樹脂釋放腔(其也被稱為“溢出腔”)中,這樣就可以形成一個空腔,而后釋放掉空腔中的壓縮氣體,以降低氣體壓力。該方法的一個缺陷在于即使在一部分已注入的熔融樹脂被釋放到樹脂釋放腔中時,空腔中的氣體仍然處于高壓狀態下,結果就是,盡管在隨后釋放掉了空腔中的氣體,也會存在與這兩文件中的另一文件(即上述文件)基本相同的問題(也就是說,注入的熔融樹脂無法形成具有理想尺寸的發泡部分,且殘余氣體的壓力會造成制得的模制物品發生爆裂)。
從如上的描述可很顯然地看出,迄今為止尚未存在這樣的發泡注塑成型方法其具有使制得的模制物品具有高膨脹率的優點,從而使模制物品的重量有很大的減輕;并具有縮短成型周期時間、同時還使模制物品能保持良好外觀和達到高尺寸精度的優點。
另外,對于這種情況的成型操作在同一個成型周期中制出多個模制物品,常規的發泡注塑成型方法具有如下的缺點。在用一專用型模(即為此目的而具有多個用于一次模制出多個物品的型腔的型模)一次制出兩個或多個模制物品的情況中,如果希望這多個模制物品具有相同膨脹率,則必須要作到對于某些成型條件一例如注入到各個型腔中的樹脂量、以及樹脂壓力,型模的多個型腔之間達到很好的平衡。但是,在型模的各個型腔之間達到很好的平衡是很困難的。尤其是,當通過常規的成型方法來一次制出四個或更多模制物品時,在大多數情況下,不可能在型模的多個型腔之間達到良好的平衡(相對于成型條件而言),因而幾乎不可能使多個模制物品具有相同的膨脹率。另外,當用同一個型模(具有多個容積不同的型腔)來一次制造多個具有不同體積的模制物品時,則在型模的多個型腔之間實現良好的平衡(對于成型條件而言)將更為困難。由于這些原因,目前在大規模制造發泡注塑模制物品的生產中,并不采用在同一個成型周期內同時制造多個發泡注塑模制物品的方案。
本發明的一個目的是提供一種用于制造輕質泡沫模制物品的方法,該方法的生產率很高,且生產成本很低,而制出的物品對型腔內壁面的形貌具有優異的再現性,且具有很高的尺寸精度。
發明內容
在此情形下,本發明人為致力于解決現有技術中的上述問題而進行了廣泛而細致的研究。作為努力的結果,意外地發現本發明的目的可通過一種用于對熱塑性樹脂執行發泡注塑成型的方法而得以實現,該方法包括步驟(1)設置一個型模,其包括一固定的半型模和一個與固定半型模配對的活動半型模,從而可利用固定半型模的內壁面和活動半型模的內壁面圍成一型腔,其中,型腔具有一內壁面,該內壁面上具有一熔融樹脂釋放裝置;(2)將一種熔融態的可發泡熱塑性樹脂注入到型模的型腔內,從而在型腔內形成一個可發泡的樹脂熔融體;(3)向型腔內的可發泡樹脂熔融體施加一個壓力,以將可發泡樹脂熔融體的表面緊壓到型腔的內壁面上,從而使可發泡樹脂熔融體的表面部分被固化,從而形成可發泡樹脂熔融體的外表層;以及(4)經熔融樹脂釋放裝置,將處于發泡壓力作用下的一部分可發泡樹脂熔融體釋放到型腔的外部,從而降低了施加在可發泡熔融樹脂體上的壓力,使型腔內的可發泡樹脂熔融體發生發泡現象,由此而形成其外表層基本上仍保持非泡沫化狀態的發泡樹脂體,其中的發泡壓力是由可發泡樹脂熔融體施加的。也就是說,已發現上述的發泡注塑成型方法不但具有優點能以很高的生產率高效、經濟地制出模制物品,其所制的模制物品對型腔內壁面的形貌有很好的再現性,且其外表層是非泡沫化的,而其內部則是高度發泡的;而且還具有優點易于對外表層的厚度和模制物品的膨脹率進行控制。基于這些發現完成了本發明。
因此,本發明的主要目的是提供一種優異的發泡注塑成型方法,其優點不僅在于能以很高的生產率高效、經濟地制出模制物品,其所制的模制物品對型腔內壁面的形貌有很好的再現性,且其外表層是非泡沫化的,而其內部則是高度發泡的;而且還具有優點易于對模制物品的外表層厚度和膨脹率進行控制。
從下文結合附圖所作的詳細描述、以及后附的權利要求,可對本發明上述的、以及其它的目的、特征和優點有更為清楚的認識。
在附圖中圖1(a)到圖1(c)是一些示意圖,表示了本發明方法的第一種實施方式;其中圖1(a)是一個示意性的剖面圖,表示了用在本發明方法第一實施例中的一種型模的內部構造,圖中的狀態是在可發泡熔融樹脂被注入到型腔之前時的情形;圖1(b)是一個示意性的剖面圖,表示了本發明方法第一實施例中所用的一種型模的內部構造,圖中狀態是在可發泡熔融樹脂被注入到型腔、從而形成一可發泡熔融樹脂體之后時的情形;圖1(c)中的示意性剖面圖表示了本發明方法第一實施例中所用的一種型模的內部構造,圖中狀態對應于在執行一個操作之后的情形,在該操作中,將一熔融樹脂裝置(一可打開/閉合的閥4)開啟,從而將一部分可發泡熔融樹脂釋放到一熔融樹脂釋放腔中,由此使得型腔內的可發泡熔融樹脂發生發泡;圖2(a)到圖2(c)是一些示意圖,表示了本發明方法第二實施方式的一個實例;其中圖2(a)是一個示意性的剖面圖,表示了用在本發明方法第一實施方式中的一種型模的內部構造,圖中狀態對應于正在執行將可發泡熔融樹脂注入到型腔的操作時的情形;圖2(b)是一個示意性的剖面圖,表示了本發明方法第一實施方式中所用的一種型模的內部構造,圖中狀態對應于這樣的情形在完成了將可發泡熔融樹脂注入到型腔中、從而在型腔中形成一可發泡熔融樹脂體的操作之后,將一種壓縮氣體通入到可發泡的熔融樹脂體中,從而在可發泡熔融樹脂體中形成一充氣空腔;圖2(c)中的示意性剖面圖表示了本發明方法第一實施方式中所用的一種型模的內部構造,圖中狀態對應于執行一個操作后的情形,在該操作中,將一熔融樹脂釋放裝置(一可開/閉的閥4)開啟,由此將一部分可發泡熔融樹脂和充氣空腔中的壓縮氣體釋放到一熔融樹脂釋放腔中,這樣就使得型腔內的可發泡熔融樹脂發生發泡;圖3(a)到圖3(d)是兩個示意圖,表示了用在實施例6中的本發明方法;其中圖3(a)是一個示意性的剖面圖,表示了用在實施例6中的型模的內部構造,圖中狀態對應于可發泡熔融樹脂被注入到型腔中之前的情形;圖3(b)中示意性的剖面圖表示了實施例6中所用型模的內部結構,圖中狀態對應于可發泡熔融樹脂被注入到型腔中、從而形成一可發泡熔融樹脂體的情形;圖3(c)中示意性的剖面圖表示了實施例6中所用型模的內部構造,圖中狀態對應于這樣的情形在完成了將可發泡熔融樹脂注入到型腔中、從而在型腔內形成可發泡熔融樹脂體的操作之后,向可發泡熔融樹脂體中通入壓縮氣體,從而在可發泡熔融樹脂體中形成一充氣空腔;圖3(d)中示意性的剖面圖表示了實例6中所用型模的內部構造,圖中狀態對應于執行一個操作后的情形,在該操作中,將一熔融樹脂釋放裝置(一可開/閉的閥4)開啟,由此將一部分可發泡熔融樹脂和充氣空腔中的壓縮氣體釋放到一熔融樹脂釋放腔中,這樣就使得型腔內的可發泡熔融樹脂發生發泡;圖4是一個示意性的前視圖,表示了一種型模的活動半型模,其中的型模用在本發明的方法中,其適于同時制造4個模制物品;以及圖5是一注塑成型機的示意圖,該成型機用在各個實例、以及對比例中。
數字標號和字母的定義1...型模1a...固定半型模1b...活動半型模2...型腔
3...熔融樹脂釋放腔4...熔融樹脂釋放裝置(可開/閉的閥)5...通道6...澆口7...澆口道8...可發泡熔融樹脂9...發泡后的樹脂體(泡沫)10...外表層11...充氣空腔12...注料嘴13...壓縮氣體噴嘴14...逆壓進氣口(通氣道)15a到15c指代O型圈16...用于輸送逆壓氣體的三通閥17...與一逆壓氣體排放口相通的管線18...進氣口19...送氣控制裝置20...注塑機筒21...用于向可發泡熔融樹脂輸送氣體的通氣管線22...型模的逆壓氣體通氣管線23...注塑成型機24...二氧化碳氣體或氮氣的氣源在圖1(a)到圖(5)中,相同的部件或部分將用相同的數字或字母指代。
具體實施例方式
在本發明的一個方面,本文提供了一種用于對熱塑性樹脂執行發泡注塑成型的方法,該方法包括步驟(1)設置一型模,其包括一固定半型模和一個與固定半型模配對的活動半型模,從而可利用固定半型模的內壁面和活動半型模的內壁面圍成一型腔,型腔具有一內壁面,并與一樹脂入口相通,型腔的內壁面具有一熔融樹脂釋放裝置;(2)在預先選定的注入溫度和壓力條件下,通過樹脂入口將一種熔融態的可發泡熱塑性樹脂注入到型模的型腔內,其中的注入量是某一重量值的95%到110%,優選地是在98%到105%的范圍內,其中的重量值是體積等于型腔容積的可發泡熔融樹脂的重量,其中,樹脂的體積是指在預定注入溫度和壓力條件下測得的體積,這樣,就可在型腔內形成一可發泡熔融樹脂體;(3)向型腔內的可發泡熔融樹脂體施加一壓力,以將可發泡熔融樹脂體的表面緊壓到型腔的內壁面上,從而使可發泡熔融樹脂體的表面部分發生固化,而形成可發泡熔融樹脂體的外表層;以及(4)在由可發泡熔融樹脂體產生的發泡壓力作用下,經熔融樹脂釋放裝置將一部分可發泡熔融樹脂體釋放到型腔外部,從而降低作用在可發泡熔融樹脂體上的壓力,這樣就可以使型腔內的可發泡熔融樹脂體開始發泡,從而形成一個發泡后的樹脂體,其外表層基本上保持未發泡的狀態。
在本發明的另一方面,本文提供了一種用于對熱塑性樹脂執行發泡注塑成型的方法,該方法包括步驟(1)設置一型模,其包括一固定半型模和一個與固定半型模配對的活動半型模,從而可利用固定半型模的內壁面和活動半型模的內壁面圍成一型腔,型腔具有一內壁面,并與一樹脂入口相通,還可選地與一進氣口相通,型腔的內壁面具有一熔融樹脂釋放裝置;(2)在預先選定的注入溫度和壓力條件下,通過樹脂入口將一種熔融態的可發泡熱塑性樹脂注入到型模的型腔內,其中的注入量是某一重量值的55%到110%,優選地是在60%到100%的范圍內,其中的重量值是體積等于型腔容積的可發泡熔融樹脂的重量,其中,樹脂的體積是指在預定注入溫度和壓力條件下測得的體積,這樣,就可在型腔內形成一可發泡熔融樹脂體;(3)經樹脂入口或進氣口將一種壓縮氣體通入到型腔內的可發泡熔融樹脂體中,在可發泡熔融樹脂體中形成一充氣空腔,這樣就在可發泡熔融樹脂體上施加了一個壓力,將可發泡熔融樹脂體的外表面貼壓到型腔的內壁面上,從而使可發泡熔融樹脂體的外表面部分發生固化、而形成可發泡熔融樹脂體的外表層,其中,步驟(3)是在步驟(2)的執行過程中或執行完成后執行的,或者也可以是在步驟(2)的執行過程中和執行完成后進行的,以及(4)在由可發泡熔融樹脂體產生的發泡壓力、以及充氣空腔內壓縮氣體的壓力作用下,經熔融樹脂釋放裝置將一部分可發泡熔融樹脂體和充氣空腔內的至少一部分壓縮氣體釋放到型腔外部,從而降低作用在可發泡熔融樹脂體上的壓力,這樣就可以使型腔內的可發泡熔融樹脂體開始發泡,從而形成一個發泡后的樹脂體,其外表層基本上保持未發泡的狀態。
為了便于對本發明的理解,下面列出了本發明的主要特征和各種優選實施例。
1.一種對熱塑性樹脂執行發泡注塑成型的方法,該方法包括步驟(1)設置一型模,其包括一固定的半型模和一個與固定半型模配對的活動半型模,從而可利用固定半型模的內壁面和活動半型模的內壁面圍成一型腔,型腔具有一內壁面,并與一樹脂入口相通,型腔的內壁面具有一熔融樹脂釋放裝置;(2)在預先選定的注入溫度和壓力條件下,通過樹脂入口將一種熔融態的可發泡熱塑性樹脂注入到型模的型腔內,其中的注入量是某一重量值的95%到110%,其中的重量值是體積等于型腔容積的可發泡熔融樹脂的重量,其中,樹脂的體積是指在預定注入溫度和壓力條件下測得的體積,這樣,就可在型腔內形成一可發泡熔融樹脂體;
(3)向型腔內的可發泡熔融樹脂體施加一壓力,以將可發泡熔融樹脂體的表面緊壓到型腔的內壁面上,從而使可發泡熔融樹脂體的表面部分發生固化、而形成可發泡熔融樹脂體的外表層;以及(4)在由可發泡熔融樹脂體產生的發泡壓力作用下,經熔融樹脂釋放裝置將一部分可發泡熔融樹脂體釋放到型腔外部,從而降低作用在可發泡熔融樹脂體上的壓力,這樣就可以使型腔內的可發泡熔融樹脂體開始發泡,從而形成一個發泡后的樹脂體,其外表層基本上保持未發泡的狀態。
2.按照上述第1項的方法,其中,在步驟(3)中,是通過向型腔中額外注入一定量的可發泡熔融樹脂來對可發泡熔融樹脂體施加壓力的,這樣就能對可發泡熔融樹脂體施加一個預定的樹脂保持壓力。
3.按照上述第1項或第2項的方法,其中,在步驟(2)之前、在步驟(1)之后,將一種壓縮氣體通入到型腔中,從而使型腔內具有一定壓力,該壓力使得在步驟(2)中、注入到型腔中的可發泡熔融樹脂體在其流峰處不會發生發泡。
4.按照上述第3項的方法,其中,在步驟(2)之前、步驟(1)之后,通入到型腔內的壓縮氣體是二氧化碳。
5.按照上述第1項到第4項中任一項的方法,其中,型腔的熔融樹脂釋放裝置是一個可開/閉的閥,且型模具有一個熔融樹脂釋放腔,該釋放腔通過該開/閉閥與型腔相通,熔融樹脂釋放腔的體積大于在步驟(4)中、經該開/閉閥釋放到型腔外部的那部分可發泡熔融樹脂體的體積。
6.按照上述第5項的方法,其中,熔融樹脂釋放腔具有一通向型腔外部的氣體通道。
7.按照上述第1項到第6項中任一項的方法,其中,可發泡熔融樹脂包括一種熔融樹脂以及溶解在熔融樹脂中的至少一種氣態發泡劑,其中的發泡劑是從由二氧化碳和氮氣組成的組中選出的。
8.按照上述第7項的方法,其中,發泡劑在可發泡熔融樹脂中的重量含量在0.05到10%之間。
9.一種用于對熱塑性樹脂執行發泡注塑成型的方法,該方法包括步驟(1)設置一型模,其包括一固定半型模和一個與固定半型模配對的活動半型模,從而可利用固定半型模的內壁面和活動半型模的內壁面圍成一型腔,型腔具有一內壁面,并與一樹脂入口相通,還可選地與一進氣口相通,型腔的內壁面具有一熔融樹脂釋放裝置;(2)在預先選定的注入溫度和壓力條件下,通過樹脂入口將一種熔融態的可發泡熱塑性樹脂注入到型模的型腔內,其中的注入量是某一重量值的55%到110%,其中的重量值是體積等于型腔容積的可發泡熔融樹脂的重量,其中,樹脂的體積是指在預定注入溫度和壓力條件下測得的體積,這樣,就可在型腔內形成一可發泡熔融樹脂體;(3)經樹脂入口或進氣口將一種壓縮氣體通入到型腔內的可發泡熔融樹脂體中,在可發泡熔融樹脂體中形成一充氣空腔,這樣就在可發泡熔融樹脂體上施加了一個壓力,將可發泡熔融樹脂體的外表面貼壓到型腔的內壁面上,從而使可發泡熔融樹脂體的外表面部分發生固化、而形成可發泡熔融樹脂體的外表層,其中,步驟(3)是在步驟(2)的執行過程中或執行完成后執行的,或者也可以是在步驟(2)的執行過程中和執行完成后進行的;以及(4)在由可發泡熔融樹脂體產生的發泡壓力、以及充氣空腔內壓縮氣體的壓力作用下,經熔融樹脂釋放裝置將一部分可發泡熔融樹脂體和充氣空腔內的至少一部分壓縮氣體釋放到型腔外部,從而降低作用在可發泡熔融樹脂體上的壓力,這樣就可以使型腔內的可發泡熔融樹脂體開始發泡,從而形成一個發泡后的樹脂體,其外表層基本上保持未發泡的狀態。
10.按照上述第9項的方法,其中,步驟(3)中所用的壓縮氣體為二氧化碳氣體。
11.按照上述第9項或第10項的方法,其中,在步驟(2)之前、在步驟(1)之后,將一種壓縮氣體通入到型腔中,從而使型腔內具有一定壓力,該壓力使得在步驟(2)中、注入到型腔中的可發泡熔融樹脂體在其流峰處不會發生發泡。
12.按照上述第11項的方法,其中,在步驟(2)之前、步驟(1)之后,通入到型腔內的壓縮氣體是二氧化碳。
13.按照上述第9項到第12項中任一項的方法,其中,型腔的熔融樹脂釋放裝置是一個可開/閉的閥,且型模具有一個熔融樹脂釋放腔,該釋放腔通過該開/閉閥與型腔相通,熔融樹脂釋放腔的體積大于步驟(4)中、經該開/閉閥釋放到型腔外部的那部分可發泡熔融樹脂體的體積。
14.按照上述第13項的方法,其中,熔融樹脂釋放腔具有一通向型腔外部的氣體通道。
15.按照上述第9項到第14項中任一項的方法,其中,可發泡熔融樹脂包括一種熔融樹脂以及溶解在熔融樹脂中的至少一種氣態發泡劑,其中的發泡劑是從由二氧化碳和氮氣組成的組中選出的。
16.按照上述第15項的方法,其中,發泡劑在可發泡熔融樹脂中的重量含量在0.05到10%之間。
如可從上文清楚地看出的那樣,本發明提供了成型方法的第一實施例(第一方法)和第二實施例(第二方法)。在第一方法的步驟(3)中,向型腔內可發泡熔融樹脂體施加壓力時未采用壓縮氣體(其中,不是采用壓縮氣體,而是施加了一個樹脂保持壓力)。在第二方法的步驟(3)中,是利用壓縮氣體來向型腔內的可發泡熔融樹脂體施加壓力的。在第一方法的步驟(2)中,注入到型腔內的可發泡熔融樹脂量為與型腔等體積的可發泡熔融樹脂重量的95%到110%,優選地是在98%到105%的范圍內,其中的樹脂體積是指在預選注入溫度和壓力條件下測得的體積。而在第二方法的步驟(2)中,注入到型腔內的可發泡熔融樹脂量為與型腔等體積的可發泡熔融樹脂重量的55%到110%,優選地是在60%到100%的范圍內,其中的樹脂體積是指在預選注入溫度和壓力條件下測得的體積。至于可發泡熔融樹脂注入到型腔中的量為何能超過與型腔等體積的可發泡熔融樹脂重量的100%,原因在于在注入壓力作用下,熔融樹脂是可被壓縮的。在本發明中,術語“注入溫度”是指成型機注塑機筒的溫度,且成型機注塑機筒的溫度與所注入熔融樹脂的溫度幾乎相同。在本發明中,術語“注入壓力”是指對熔融樹脂執行注入所必需的壓力。在下文中,上面定義的熔融樹脂注入量常被稱為“型腔填充率”。
下面將對本發明作詳細的描述。
作為本發明人致力于解決現有技術中問題而進行廣泛而細致研究的結果,獲得了如下的發現。當在用來執行注塑成型的熔融樹脂中溶解特定量的二氧化碳時,二氧化碳在模制成型過程中既能起到增塑劑的作用,也能作為發泡劑,其中,在成型之后,二氧化碳氣體可散逸到空氣中,而不會造成所制得的模制物品發生變形。這樣,通過使用二氧化碳,不但能在不改變樹脂特性的前提下降低熔融樹脂的粘度,而且能降低熔融樹脂的固化率,從而有利于發泡注塑成型。另外,由于含有二氧化碳的熔融樹脂具有很高的起泡性,因而能獲得這樣一個優點即使在型腔內的可發泡熔融樹脂體上施加了樹脂保持壓力、從而形成一個能再現型腔內壁面形貌的外表層之后,一部分可發泡熔融樹脂體(其被外表層包著,且處于可發泡熔融樹脂體施加的發泡壓力作用下)仍然能沖破外表層而通過熔融樹脂釋放裝置被釋放到型腔外面。另外,由于能在非常短的時間內將一部分熔融樹脂體釋放出去,所以在熔融樹脂完成固化之前,熔融樹脂表現為快速發泡行為,從而能帶來一些優點,這些優點不僅在于可達到很高的膨脹率,而且在于能縮短成型周期,成型周期的縮短來自于這樣的事實在熔融樹脂快速發泡時,由于要吸收蒸發熱,所以能快速地冷卻熔融樹脂,從而可導致冷卻時間的縮短。還已經發現所制得的發泡注塑物品的外表層基本上未發泡,而被外表層包裹著的內部則發生了發泡,且物品具有優異的表面外觀,并具有非常高的尺寸精度。本發明人還發現即使在本發明的方法中使用除二氧化碳氣體之外的其它發泡劑(例如氮氣),也基本上能獲得與上述情況基本上相同的效果。基于這些發現,完成了本發明。
本發明主要是致力于提出一種發泡注塑成型方法,用于裝置高發泡化的模制物品,其具有優異的表面外觀、和很高的尺寸精度,其中,該方法的特征之處主要在于結合了如下的兩個特征。其中一個特征是以二氧化碳氣體為代表的發泡劑氣體被溶解到熔融樹脂體中,從而可降低熔融樹脂體的固化溫度,并增加熔融樹脂的流動性。另一個特征在于利用一樹脂保持壓力或通過通入壓縮氣體來將可發泡的熔融樹脂緊壓到型腔的內壁面上,然后在由可發泡熔融樹脂體產生的發泡壓力作用下,將一部分可發泡的熔融樹脂體經一熔融樹脂釋放裝置釋放到型腔外部,從而降低了作用在可發泡熔融樹脂體上的壓力,這樣就可以使型腔內的可發泡熔融樹脂體發生發泡,由此形成一發泡后的熔融樹脂體。
通過將發泡劑氣體-例如為二氧化碳等氣體溶解到熱塑性樹脂中,可獲得很大的優點,優點體現在將熔融的熱塑性樹脂的粘度降低到了一定程度,使其粘度低于該熱塑性樹脂在同樣溫度上的固有熔化粘性;還降低了熔融樹脂的固化溫度,從而使熔融的熱塑性樹脂表現出突出的流動性和很高的起泡性。如果按照逆壓的方法將含有發泡劑氣體的可發泡熔融樹脂注入到型腔中,則可發泡的熔融樹脂是在這樣的狀態下對型腔進行填充的利用型腔內的壓縮氣體來防止可發泡的熔融樹脂出現發泡。另外,如果有一個壓力作用在可發泡的熔融樹脂體上、從而將可發泡熔融樹脂體的表面緊壓到型腔內壁面上時,型腔內壁面的形貌就會完美地再現在可發泡熔融樹脂體的表面上;這一現象的原因在于可發泡熔融樹脂體的粘度已經被其所含的發泡劑氣體大大地降低了。在本發明的方法中,可發泡熔融樹脂體是被以全量注入的熔融樹脂所產生的樹脂壓力緊緊地壓到型腔的內壁面上,或者是被充氣空腔內氣體的壓力壓緊的,其中的充氣空腔是通過向熔融樹脂體中通入壓縮氣體而形成的。
在本發明的方法中,在這一階段中,可發泡熔融樹脂體只有其表面部分才被冷卻而固化(步驟[3]),從而形成一外表層。所獲得的外表層是由高密度的樹脂形成的,該外表層表現為未出現發泡的結構、或僅輕微發泡的結構(此處的“輕微發泡”是指膨脹率為1.01或更小)。當形成外表層時,在外表層中沒有發生任何的發泡。這樣,按照本發明的方法,就可以制出高質量的模制物品,其在表面上沒有任何的發泡跡象。另外,通過調節冷卻時間,可很容易地控制所制得的模制物品外表層的厚度。優選的冷卻時間一般在0.1到2秒的范圍內。
在已形成外表層的時候,被外表層包裹著的可發泡熔融樹脂體的固化溫度被溶解在可發泡熔融樹脂體中的發泡劑氣體降低,因而,可保持令人滿意的起泡性。在本發明的方法中,在由可發泡熔融樹脂體產生的發泡壓力作用下,一部分可發泡熔融樹脂體經熔融樹脂釋放裝置瞬時釋放到型腔的外面,從而降低了可發泡熔融樹脂體上承受的壓力,這樣就可以使型腔內的可發泡熔融樹脂體發生發泡;或者是在由可發泡熔融樹脂體產生的壓力、以及充氣空腔內壓縮氣體施加的壓力作用下,一部分可發泡熔融樹脂體和充氣空腔內的至少一部分壓縮氣體經熔融樹脂釋放裝置瞬時釋放到型腔的外面,從而降低了作用在可發泡熔融樹脂體上的壓力,使得型腔內的可發泡熔融樹脂體發生發泡。
如上所述,根據本發明的方法,可容易地控制所制得的模制物品外表層的厚度、以及所制得模制物品的膨脹率。例如,可以制出一種膨脹率在1.05到4.0范圍內的優質模制物品。另外,還可以制出一種良好的輕質模制物品,其外表層厚度為模制物品最厚部分厚度的20%或更小,或者可制出一種良好的輕質模制物品,其外表層厚度為1mm或更小,且其內部是帶有通氣胞室的發泡結構。
用在本發明方法中的熱塑性樹脂的幾種實例包括這樣一些熱塑性材料例如為聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、丙烯酸樹脂、苯乙烯樹脂、聚對苯二甲酸乙酯、聚對苯二甲酸丁二酯、多芳基化合物、聚苯醚、改性的聚苯醚樹脂、過溴酸聚酯、聚縮醛樹脂、聚碳酸酯、聚醚酰亞胺、磺基聚醚(polyether sulfone)、聚酰亞胺樹脂、聚砜、聚醚醚酮、聚醚酮、由這些熱塑性樹脂的兩種或多種組成的合成物、以及由這些熱塑性樹脂的一種或多種與一種或多種填料組成的合成物。上述提到的術語“苯乙烯樹脂”是指苯乙烯的同聚物、含苯乙烯的共聚物、或是通過將任何的苯乙烯同聚物和苯乙烯共聚物與一種或多種其它樹脂混合到一起而形成的共混聚合物。苯乙烯樹脂的優選實例是聚苯乙烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)樹脂。術語“聚苯乙烯”是指苯乙烯的同聚物。還有一種優選的樹脂是所謂的“橡膠增強的聚苯乙烯”,其具有這樣的結構在聚苯乙烯中散布著橡膠顆粒。
在本發明的方法中,尤其優選的是某種熱塑性樹脂具有這樣的特性當發泡劑氣體-尤其是二氧化碳氣體被溶解到熔融態的樹脂中時,其熔化粘度被極大地降低。對于具有這種特性的非晶態熱塑性樹脂的實例,可以是上文提到的聚苯乙烯樹脂、聚碳酸酯、聚苯醚、以及改性的聚苯醚樹脂。在所有這些熱塑性樹脂中,聚碳酸酯尤其有利于用在本發明的方法中,原因在于聚碳酸酯具有的優點不僅在于二氧化碳氣體在聚碳酸酯中表現出很高的溶解度,而且在于當聚碳酸酯發生熱分解反應(其是一個可逆平衡反應)時,能產生二氧化碳氣體,這就意味著當二氧化碳被作為發泡劑溶解到熔融的聚碳酸酯中時,熱分解反應是趨于向原始系統一側達到平衡,從而導致聚碳酸酯的熱分解率降低。作為晶體態熱塑性樹脂的優選例,可以選用上述的聚酰胺樹脂合成物,其含有重量比為10%或更多的無機填料,其中的無機填料例如為玻璃纖維。更為理想的是聚酰胺樹脂中含有芳香環化合物。
另外,在本發明的方法中,通過采用加入大量發泡劑氣體(此處的“大量發泡劑氣體”例如是指發泡劑氣體的重量含量為0.2%或更多,此百分比是基于發泡劑氣體和樹脂的總重而得出的)-例如二氧化碳氣體的措施,甚至可容易地使用各種難于進行處理的樹脂。這些難于進行處理的樹脂例如包括那些由于分子量太大而無法利用常規方法執行注塑成型的熱塑性樹脂;那些由于含有過量的無機填料或類似內含物而使熔化流動性極差的熱塑性樹脂;那些存在熱穩定性差并易于熱分解缺陷的樹脂;那些存在軟化溫度太高、因而需要在超高溫度上執行注塑成型缺陷的樹脂;以及含有熱不穩定性添加劑的樹脂,其中的熱不穩定添加劑例如為阻燃劑,其易于發生熱分解。
此外,在本發明的方法中,即使那些通常是用擠出形成方法、而不能用常規注塑成型方法進行處理的樹脂,通過采用加入大量的發泡劑氣體(例如,發泡劑氣體的重量含量為0.2%或更多,此百分比是基于發泡劑氣體和樹脂的總重而得出的)措施,也能有利地進行使用。這些不能在常規注塑成型方法中處理的樹脂例如包括那些由于熔化流動性太差、分子量非常大、或軟化溫度很高而不能用常規注塑成型方法進行處理的熱塑性樹脂。下面列出了這些熱塑性樹脂的具體實例(1)熔化流率為1.0或更低的丙烯酸樹脂;(2)熔化流率為1.5或更低的聚苯乙烯樹脂;(3)熔化流率為2.0或更低的橡膠增強的聚苯乙烯樹脂;(4)熔化流率等于小于3.0的ABS樹脂;(5)熔化流率等于小于6.0的聚碳酸酯;(6)聚苯醚、或聚苯醚重量含量為60%或更多的聚苯醚樹脂合成物;(7)熔化流率為5.0或更小的聚縮醛樹脂;(8)熔化流率為5.0或更小的聚乙烯;(9)熔化流率為5.0或更小的聚丙烯;(10)含有易熱分解阻燃劑的熱塑性樹脂(例如六溴聯苯-乙醚[hexabromobiphenyl ether]、三溴苯、或氯化聚乙烯)。
在本發明中,術語“熔化流率”是指按照JIS(日本工業標準)K-7210測得的一個數值。在上述的JIS K-7210中,根據樹脂類型的不同而選用具體的測量條件。具體來講,對于這種樹脂的測量條件如下條件15是用來對聚丙烯酸進行測量;條件8是針對聚苯乙烯和橡膠增強的聚苯乙烯;條件11用于對ABS樹脂進行測量;條件20用于測量聚碳酸酯;條件4針對于聚縮醛樹脂和聚乙烯;以及條件14用于測量聚丙烯。流率的單位為g/10分鐘。
一般來講,熱塑性樹脂的分子量越大,則用這種樹脂制得的模制物品的化學穩定性和抗沖擊能力就越好,但樹脂的熔化流動性就越差,從而導致在執行注塑成型時變得困難。擠出成型方法并不像注塑成型方法那樣對熔化流動性具有很高的要求,因而,大分子量的聚合物通常是用擠出成型方法進行加工的。利用本發明的方法,可用大分子量的聚合物制出具有小厚度部分、且具有良好表面外觀的發泡模制物品,而其中的大分子量聚合物通常是用擠出成型方法進行加工的,而不能用注塑成型方法進行處理。在本發明中,通過結合了兩方面的特征而可使用這種大分子量的聚合物。其中一個特征在于在該大分子量的聚合物中溶入大量作為發泡劑的二氧化碳,從而增大了聚合物的熔化流動性。另一個特征在于通過向可發泡熔融樹脂體施加一個壓力而講可發泡熔融樹脂體壓緊到型腔的內壁面上,然后利用可發泡熔融樹脂釋放裝置,經熔融樹脂釋放裝置將處于發泡壓力作用下的一部分可發泡熔融樹脂體釋放到型腔的外面,這樣就降低了施加在可發泡熔融樹脂體上的壓力,從而使型腔內可發泡熔融樹脂體發生發泡,而形成一發泡后的熔融樹脂體。
那些由于軟化溫度太高而不能采用注塑成型方法的熱塑性樹脂例如包括聚苯醚;以及含有聚苯醚(PPE)和苯乙烯聚合物(或者是聚苯乙烯、或者是橡膠增強的聚苯乙烯)的聚苯醚樹脂合成物,在后者的PPE/聚丙烯聚合物中,二組分的重量比在100∶0到60∶40范圍內。由于聚苯醚本身的可塑性很差,常規的作法是一般在聚苯醚中加入一種苯乙烯聚合物(即苯乙烯或橡膠增強的苯乙烯),其中的加入量大于40%(重量比),其中的重量比是基于聚苯醚和苯乙烯聚合物的總重而算得的。但是,在本發明的方法中,當在聚苯醚或聚苯醚合成物中溶入大量(例如,發泡劑氣體的重量百分比為0.2%或更多,該百分比是基于發泡劑氣體與聚苯醚或聚苯醚合成物的總重進行計算的)發泡劑氣體-例如二氧化碳時,即使是對于聚苯醚或苯乙烯聚合物(即苯乙烯或橡膠增強的苯乙烯)含量等于小于40%的聚苯醚合成物,也能采用注塑成型方法進行加工,其中,苯乙烯聚合物的含量是基于聚苯醚與苯乙烯聚合物的總重進行計算的。
另外,本發明方法的優勢還在于可對這樣的樹脂執行注塑成型,這些樹脂存在的問題在于它們的軟化溫度很高、或分解溫度很低,從而當樹脂被加熱到能表現出理想熔化流動性的溫度上時,就會發生分解或降解,從而使得樹脂的特性出現退化。在本發明的方法中,即使在很低的溫度上也可使這樣的樹脂具有很高的熔化流動性。一般來講,當本發明方法中所用的熱塑性樹脂為非晶態熱塑性樹脂時,可在一成型溫度上對熱塑性樹脂執行成型加工,成型溫度等于或小于該熱塑性樹脂不含有任何發泡劑氣體時玻璃態轉化溫度加上150℃的溫度。另外,當用某種晶體性熱塑性樹脂被用作方法中所用的熱塑性樹脂時,可在一成型溫度上對熱塑性樹脂執行成型加工,成型溫度等于該熱塑性樹脂不含有任何發泡劑時的熔融溫度加上100℃的溫度。
對于本發明方法中所用的、溶解在熱塑性樹脂中的發泡劑氣體(即氣態的發泡劑),沒有特別的限制,只要該氣體具有增塑效果即可,其中的增塑效果也就是可降低熱塑性樹脂熔化粘度的效果。但是,發泡劑氣體最好能在熱塑性樹脂中表現出很好的可溶性,并滿足這些的要求該氣體不會造成熱塑性樹脂、型模以及成型機材質中任一者發生變質退化;且該氣體對環境是無害的;該氣體是廉價的;以及在成型完成后該氣體能從模制物品中快速地揮逸出去。
氣態發泡劑的幾種實例包括二氧化碳、氮氣、分子中具有1到5個碳原子的飽和烴、以及氟化烷,其中的氟化烷是通過將含有1到5個碳原子的飽和烴中的部分碳原子用氟原子進行替換而形成的。氟化烷的實例包括flon氣體(即含氯氟烴氣體)。在這些氣態發泡劑中,優選的是二氧化碳氣體和氮氣,而二氧化碳氣體則是最理想的。對于在樹脂中的可溶度方面,氮氣遜于二氧化碳,因而,氮氣表現出的增塑效果相比于二氧化碳氣體較弱。但是,氮氣的優勢在于其具有這樣的熱特性溫度越高,其在熱塑性樹脂中的溶解度越高,因而,發泡壓力越大。
直接測量注入到型腔內的可發泡熔融樹脂中發泡劑氣體(即氣態發泡劑)的含量在實際工作中是困難的。因而,在本發明中,是按照如下的方法來確定可發泡熔融樹脂中發泡劑氣體含量的。在執行成型之后,立即對所制得的發泡后模制物品的重量進行測量(將測得的重量標為“重量A”)。然后,將發泡后模制物品置于一熱風式干燥器中至少24個小時,從而去掉發泡后模制物品中殘留的氣體,其中,如果該泡沫模制物品是用非晶態的樹脂制成的,則就將熱空氣的溫度設定為等于或小于樹脂的玻璃態轉化溫度;如果該泡沫模制物品是用晶體性的樹脂制成的,則就將熱空氣的溫度設定為比樹脂的熔融溫度約小30℃。對這樣處理后泡沫模制物品的重量進行測量(所測得的重量被標為“重量B”)。求出重量A與重量B之間的差值,并將該差值作為注入到型腔內的可發泡熔融樹脂中所含的發泡劑氣體量。至于在注塑成型過程中發泡劑氣體的外泄漏量,則取決于成型方法。但是,在本發明方法的一特別優選的實施例中,采用了逆壓的方法,二氧化碳氣體既被用作發泡劑,也被作為壓縮氣體,用于向型腔施加壓力,即使是將剛剛成型后已發泡模制物品中所含的發泡劑氣體量(即二氧化碳氣體的量)就作為可發泡熔融樹脂中所含的發泡劑氣體量(即二氧化碳氣體量),也幾乎不存在任何的偏差。
發泡劑氣體-尤其是二氧化碳氣體在熱塑性樹脂中具有很高的溶解性,從而,溶入到熱塑性樹脂中的二氧化碳不僅作為一種能很好地提高熱塑性樹脂熔化流動性的增塑劑,而且還作為一發泡劑。本發明方法中所用的可發泡熔融樹脂包括熔融態的樹脂、以及溶解在其中的至少一種氣體發泡劑。在本發明中,可發泡熔融樹脂中氣態發泡劑的含量優選地是在0.05%-10%(重量比)的范圍內。如果氣態發泡劑的重量含量為0.05%或更大,則可發泡熔融樹脂的流動性就有顯著的提高。同時還能使可發泡熔融樹脂具有良好的發泡性。更為優選的是氣態發泡劑的重量含量為大于等于0.2%,更為理想的是大于等于0.5%。可發泡熔融樹脂中氣態發泡劑的最大重量含量最好能是10%左右。原因在于如要將大量的氣態發泡劑(尤其是二氧化碳)溶入到熔融樹脂中,則可使用的設備就受到了很大的限制;原因還在于當使用逆壓方法時,就必須要使用壓力非常高的逆壓氣體(也就是說,在可發泡熔融樹脂被注入之前,必須要用某種壓縮氣體向型腔中施加一個非常高的壓力)。更為優選的是可發泡熔融樹脂中所含的氣態發泡劑的重量比為7%或更小,更為優選地是5%。為了能提高泡沫模制物品的膨脹率,最好能增加溶入到可發泡熔融樹脂中的氣體發泡劑(例如為二氧化碳)的含量,從而可降低可發泡熔融樹脂的熔化粘度,并提高可發泡熔融樹脂的起泡能力。
用于將發泡劑氣體(即氣態的發泡劑)溶入到熱塑性樹脂中的方法包括如下的方法1和方法2,下面將針對以二氧化碳氣體為發泡劑氣體的情況對這些方法作舉例描述。
在方法1中,在將顆粒狀或粉末狀的熱塑性樹脂輸送到一成型機中之前,向將樹脂置于二氧化碳氣體的氛圍中,從而使樹脂可吸收一些二氧化碳氣體。在該方法中,被熱塑性樹脂吸收的二氧化碳量隨二氧化碳氣體的壓力、環境溫度、以及吸收時間而變化。例如,如果在二氧化碳氣體的壓力為2到10Mpa的條件下,使熱塑性樹脂在室溫環境下吸收3到8個小時的二氧化碳氣體,則熱塑性樹脂中二氧化碳氣體的最終重量含量將在0.1%-10%的范圍內。在該方法中,在對熱塑性樹脂執行增塑的過程中,要進行加熱,樹脂中含有的一部分二氧化碳氣體就會從樹脂中散逸出去,從而,使樹脂中所含的二氧化碳氣體量小于增塑之前樹脂吸收的二氧化碳氣體量。因而,優選的是用于樹脂輸送路徑(例如成型機的料斗)所處的氣體氛圍是二氧化碳氣體性質的。
在方法2中,是在增塑過程中、或增塑之后,在成型機的注塑機筒中將二氧化碳氣體溶入到熱塑性樹脂中。如果采用方法2,則通常要將成型機的料斗和料斗周圍的成型機部分置于二氧化碳氣體氛圍中,和/或在成型機的某一部位處將二氧化碳氣體通入到成型機中,該部位對應于成型機加壓螺桿或注塑機筒的中間部分或前端部。在二氧化碳氣體于成型機加壓螺桿或注塑機筒中間部分所對應部位處通入到成型機中的情況下,優選的設計是在成型機通入二氧化碳氣體的部位周圍,螺桿上槽紋的深度是很大的,從而可降低注塑機筒中樹脂的壓力。另外,為了能均勻地將通入的二氧化碳氣體溶入并分散到樹脂中,最好在螺桿上設置刮板或搓揉銷等混合裝置;和/或在用于將樹脂通入到成型機的導管上裝備一靜態混合器。對于所述的注塑成型機,或者可采用流水線形式的螺桿型注塑成型機,或者可使用螺桿預增塑型注塑成型機(即螺桿預增塑的填塞型注塑成型機)。但尤其是優選使用螺桿預增塑型注塑成型機,原因在于不但易于變更成型機擠壓區域處的螺桿設計,而且易于改變二氧化碳氣體通入到成型機中的位置,在其中的擠壓區域處,樹脂被增塑。
在執行了發泡注塑成型之后,當將制得的發泡后模制物品放置在空氣中時,熱塑性樹脂中所含的二氧化碳氣體就會逐漸地散逸到空氣中。
在本發明的該方法中,如果考慮的是制得外觀優良的泡沫模制物品,則優選的設計是在步驟(2)(即注入可發泡熔融樹脂的步驟)執行之前、在步驟(1)之后,將一種壓縮氣體通入到型腔中,從而使型腔內具有一個壓力,這樣,在步驟(2)中,注入到型腔內的可發泡熔融樹脂就不會在其流峰處發生發泡(這就意味著注塑成型是按照逆壓的方法進行的)。在該優選模式中,對于這樣的敘述“...具有一個壓力,這樣,在步驟(2)中,注入到型腔內的可發泡熔融樹脂就不會在其流峰處發生發泡”,該壓力(即通入到型腔內的逆壓氣體的壓力)會隨著由可發泡熔融樹脂產生的發泡壓力而變化;但是,該壓力一般是在3到10Mpa的范圍內,優選地是在5到8Mpa的范圍內。已被壓縮氣體加壓的型腔的內壓最好處于這樣的水平使制得的泡沫模制物品的表面上不帶有任何可見的發泡痕跡。另外,如從這樣的角度進行考慮不但要減少每一成型循環所消耗的壓縮氣體量,而且要易于對型腔進行密封,同時還要簡化送氣設備的結構,則優選的設計是已被通向其的氣體施壓的型腔具有一最低的內壓,該內壓僅能使型腔內可發泡熔融樹脂的流峰不會發生發泡。
對于在逆壓方法中、通入到型腔內的氣體的種類,可單獨或組合地采用與可發泡熔融樹脂不發生反應的各種氣體。這些氣體的實例包括空氣、二氧化碳、氮氣等。但是,優選的氣體是在熱塑性樹脂中具有很高溶解性的氣體,例如二氧化碳氣體、氮氣、具有1到5個碳原子的飽和烴、以及用氟原子取代含1到5個碳原子的飽和烴中的部分碳原子而獲得的氟化烴。氟化烴的實例包括flon氣體(即含氯氟烴氣體)。在這些氣體中,由于二氧化碳氣體能極大地提高型腔內壁面形貌移植到泡沫模制物品上的能力,所以尤其優選地是采用二氧化碳氣體。如本發明人在待審的日本專利申請公開文件特開平10-128783(對應于歐洲專利文件EP826477A2)、以及待審的日本專利申請公開文件特開平11-245256中討論的那樣,對于該移植性,在這樣的情況下用非晶態的樹脂作為可發泡熔融樹脂,且在可發泡熔融樹脂注入到型腔中之前、二氧化碳氣體對型腔加壓,則型腔的內壓越高,移植性越好。因而,如果希望獲得很高的移植性,則最好是在考慮了成型機對型模的夾模力、以及型模的密封性能的基礎上,將型腔的壓力增大到盡可能高的水平。通入到型腔內的壓縮氣體最好能具有很高的二氧化碳含量,尤其是二氧化碳的體積含量為80%或更高。
在本發明的方法中,在可發泡熔融樹脂被注入到已用壓縮氣體加壓的型腔中之后,通過施加一個高壓而將可發泡熔融樹脂壓緊到型腔的內壁面上,從而是熔融樹脂不會發生發泡,一直保持著這個壓力,直到型腔內壁面的形貌能復制到可發泡熔融樹脂體的表面上、且可發泡熔融樹脂的一部分表面被冷卻固化而形成未被發泡的外表層為止。在可發泡熔融樹脂被注入到型腔之前就已被通入到型腔中的壓縮氣體(逆壓氣體)在合適的時刻被釋放出去,其中的合適時刻是在注入可發泡熔融樹脂的過程中,和/或是在可發泡熔融樹脂注入完成之后、對注入的可發泡熔融樹脂加壓完成之前的時間段內,其中,該合適時刻的選擇考慮到了這些因素是否會在模制物品的表面上產生漩紋、模制物品的表面是否對型腔內壁面的形貌表現出良好的再現性。如果直到對熔融樹脂的加壓完成之后,壓縮氣體(逆壓氣體)仍然留在型腔內,則可能出現一些問題熔融樹脂的表面無意中被殘余的壓縮氣體頂壓著,導致制得的模制物品的表面上出現凹痕,且殘余的壓縮氣體會促使熔融樹脂的表面發生發泡,從而導致制得的模制物品表面混濁地發白。
在本發明方法的一優選實施例中,通過采用逆壓方法,可制出其表面上不出現任何漩紋的泡沫模制物品。但是,在制造內部機械部件時,并不需要部件具有良好的外觀,所以可不采用逆壓方法地實施本發明的方法。如果是在未采用逆壓方法的情況下執行成型過程的,則就會在模制物品的表面上出現漩紋。但是,即使在這樣的情況下,在步驟(3)中,如果通過向型腔中額外注入一定量的可發泡熔融樹脂、而向可發泡熔融樹脂體施加了一個預定的樹脂保持壓力,以此來對可發泡熔融樹脂體進行加壓,則可制出一種輕質的模制物品,其外表層是未被發泡的,而內部則是高度泡沫化的,且其具有很高的強度和很高的尺寸精度。
作為那些采用逆壓方法并不重要的情況的另一個實例,存在這樣的情形用被稱為“夾層成型方法”的方法來裝置泡沫模制物品。在這種情況下,首先將一種不能發泡的熔融樹脂注入到一型腔中,然后,再向型腔內注入一種可發泡的熔融樹脂,從而使可發泡的熔融樹脂被夾置在非發泡性熔融樹脂層之間,這樣就可以形成一種模制物品,其結構為在未發泡的樹脂層之間夾著發泡后的樹脂層。
在本發明方法的步驟(3)中向可發泡熔融樹脂體施加壓力的方法包括這些實例通過向型腔內額外注入一定量可發泡熔融樹脂來對可發泡熔融樹脂體施壓,從而向可發泡熔融樹脂體施加了一個預定的樹脂保持壓力;將壓縮流體-例如為氣體通入到型腔內的可發泡熔融樹脂體中;以及所謂的“注塑壓縮成型方法”,其中的“注塑壓縮成型方法”即這樣的方法在該方法中,在將熔融樹脂注入之后,減小型腔的溶劑來對熔融樹脂體進行加壓。作用在可發泡熔融樹脂體上的壓力被設定到預定的數值上,使得可發泡熔融樹脂體的表面被緊壓到型腔的內壁面上,從而使可發泡熔融樹脂體的一個表面部分發生固化,而形成一個很好地再現了型腔內壁面形貌(即很好地移植了內壁面形貌)的外表層。尤其是,在用二氧化碳氣體作為壓縮氣體來對型模進行加壓的情況下,型腔的內壓越高,移植性(即復制型腔內壁面型模的能力)就越好。用于對可發泡熔融樹脂體加壓的壓力一般是在幾個Mpa到200Mpa的范圍內進行選擇,具體壓力取決于可發泡熔融樹脂的流動性。對于向可發泡熔融樹脂體施壓的時間,優選的設計是加壓時間是使可發泡熔融樹脂體的表面部分發生固化所需的最短時間。如果對可發泡熔融樹脂體加壓的時間太長,則外表層的厚度就會變得太大,因而使可發泡熔融樹脂體的量變得太小;和/或使可發泡熔融樹脂的溫度降低,從而使可發泡熔融樹脂體的粘度升高,導致很難獲得理想的發泡效果。對可發泡熔融樹脂體加壓的時間一般是在0.1到2.0秒的區間內。
如在待審的日本專利申請文件特開平11-245256中描述的那樣,在熔融樹脂被注入到由二氧化碳氣體加壓的型腔中的情況下,在與對型腔內的熔融樹脂實施冷卻有關的方面,型模的溫度優選地是等于或高于一個溫度,該溫度比熔融樹脂的實際固化溫度(其中,在將樹脂注入到型腔內的過程中,樹脂的實際固化溫度已經被溶入到熔融樹脂中的二氧化碳氣體降低了)低35℃;還可以使型模的溫度等于或小于某一溫度,該溫度比該熱塑性樹脂的固有固化溫度低5℃。這樣的型模溫度是優選的,原因在于所制得的模制物品對型腔內壁面的形貌表現出優異的再現性(即優異的移植性)。
如果是通過向可發泡熔融樹脂體中通入壓縮流體-例如壓縮氣體來對其進行加壓的,則用于在可發泡熔融樹脂體中形成充氣空腔的氣體可以與熔融樹脂中含有的發泡劑氣體(即氣態的發泡劑)相同,或者與用來對型腔執行預壓的壓縮氣體相同。形成空腔的氣體、氣態發泡劑、以及用于對型腔加壓的壓縮氣體可以是同種氣體,但并不需要它們一定是同樣的氣體,可組合地使用兩種或多種不同的氣體。對于用來在熔融樹脂中形成空腔的壓縮氣體,二氧化碳氣體由于其不僅能高效地降低熔融樹脂的玻璃態轉化溫度(Tg)和固化溫度,而且在熔融樹脂中具有很高的溶解度,所以是尤其理想的。
在本發明的方法中,在足量的可發泡熔融樹脂被注入到型腔中之后,一部分可發泡熔融樹脂體會在發泡壓力作用下被釋放到型腔的外面(即釋放到熔融樹脂釋放腔3中),從而降低了可發泡熔融樹脂體上承受的壓力,使得型腔內的可發泡熔融樹脂開始發泡而形成一發泡樹脂體,其中的發泡壓力是由可發泡的熔融樹脂體產生的。本發明的方法由于能容易地控制同一生產批次的模制物品的膨脹率、從而使膨脹率相等,所以其尤其適于用同一個型模、一次制出兩個或多個泡沫模制物品;或利用同一個型模一次制出兩個或多個體積不同的泡沫模制物品。因而,可很容易地利用一個型模一次就制出多個泡沫模制物品。
下面,將參照附圖對本發明作詳細的描述。
圖1(a)到圖1(c)是一些示意圖,表示了本發明方法的第一實施例,該實施例中,制得的泡沫模制物品是大厚度桿件的形式。
在圖1(a)到圖1(c)的各個視圖中,數字標號1指代一型模,其是由一固定的半型模1a和一個活動的半型模1b構成的,其中,利用固定半型模1a的內壁面和活動半型模1b的內壁面圍成了一個型腔2和一個熔融樹脂釋放腔3。型腔2是型模1的一個中空部分,可發泡熔融樹脂在該型腔內進行成型而形成一泡沫模制物品。在另一方面,位于型腔2之外的熔融樹脂釋放腔3是型模1中的另一個空腔部分,其通過一通道5與型腔2相通,其中的通道5可被一可開/閉閥4(其是熔融樹脂釋放裝置的一種實施形式)打開或關閉。設置熔融樹脂釋放腔3的目的并不用來對熔融樹脂進行成型、以形成一模制物品。對于所述的可開/閉閥4,可采用一種由液壓、氣壓、磁力、電動機等措施驅動的閥。圖1(a)和圖2(a)、以及圖3(a)到圖3(d)中的數字標號12、13分別指代一注料嘴和一壓縮氣體噴嘴,其中的壓縮氣體噴嘴13被包含在注料嘴12中。熔融樹脂釋放腔3具有一通氣道14,其被用作逆壓氣體的進氣口和排氣口,且通氣道14通過一管道與一個用于輸送逆壓氣體的三通閥16相連接。設置了一個進氣口18(見圖1(a)),用于將壓縮氣體直接通入到型腔2內的可發泡熔融樹脂體中。
首先,如圖1(a)和圖1(b)所示,將型模1設置為這樣的狀態可開/閉閥4被關閉,可發泡熔融樹脂8經注料嘴12注入到型腔2中,從而在型腔2內形成一可發泡熔融樹脂體。在該注入過程中,可發泡熔融樹脂8流經澆口6和澆口道7而最終注入到型腔2中。在本發明的該實施例中,在注入可發泡熔融樹脂8之前,先經逆壓氣體進氣口14向型腔2中通入一種氣體,以此來對型腔2進行預加壓。之后將可發泡熔融樹脂8經注料嘴12注入到型腔2中,熔融樹脂8中包括一種熔融樹脂和溶入到樹脂中的一種氣態發泡劑(例如為二氧化碳氣體)。可發泡熔融樹脂8對型腔的填充率在95%到110%之間。
然后,在樹脂注入過程即將完成、或完成之后,打開用于輸送逆壓氣體的三通閥16,三通閥與熔融樹脂釋放腔3相連接。這樣,能將壓縮氣體從型腔2中迅速釋放到空氣中。當可開/閉閥4被關閉時,熔融樹脂是無法從該閥通過的,但其不是氣密的,即使在關閉之后也是如此。因而,可開/閉閥4即使被關閉,氣體也可以從此通過。當型腔2內的逆壓氣體未被釋放時,隨著熔融樹脂被注入到型腔內,逆壓氣體的壓力逐漸增大,因而會導致一些問題例如,在型腔2的周面部位會出現樹脂填充不充分的現象;以及所制得的模制物品帶有表面缺陷,例如發白的混濁表面,產生這種表面的原因在于樹脂表面由于吸收了大量逆壓氣體而發生了發泡。
然后,向型腔中額外注入一定量的可發泡熔融樹脂,由此來向可發泡熔融樹脂體施加一個樹脂保持壓力,將該壓力保持預定的一段時間,以使得可發泡熔融樹脂體8與型腔內壁面接觸的表面被冷卻而固化,從而形成基本上未發泡的外表層10。如果延長該冷卻時間,則外表層10的厚度就會增大。
另外,如圖1(c)所示,通過開啟通道5中將型腔2與熔融樹脂釋放腔3連通的可開/閉閥4,處于發泡壓力作用下的可發泡熔融樹脂體的一部分(以及從可發泡熔融樹脂中散逸出的發泡劑氣體)經通道5釋放到熔融樹脂釋放腔3中,其中的發泡壓力是由外表層10包裹著的可發泡熔融樹脂體8施加的,這樣就減少了型腔2中可發泡熔融樹脂體8的體積,因而可降低作用在可發泡熔融樹脂體8上的壓力,使可發泡熔融樹脂8開始發泡而形成一具有外表層10的發泡后樹脂體9。
當形成發泡后的樹脂體9時,可發泡熔融樹脂體8的一部分會頂破一部分外表層10,而排放到熔融樹脂釋放腔3中。因而,優選的設計是外表層10的厚度應當不會阻礙可發泡熔融樹脂體8的一部分將外表層10頂破。出于這樣的考慮,外表層10的厚度一般優選地是在0.1到1.0毫米之間。
為了能有效地頂破外表層10的某一部位,優選地是在可開/閉閥44被打開之后,再向型腔2中注入一定量的可發泡熔融樹脂,從而向型腔2內的可發泡熔融樹脂8施加了一個壓力。另一優選措施是使熔融樹脂釋放腔3的體積大于在發泡壓力作用下、釋放到型腔2外部(并釋放到熔融樹脂釋放腔3中)的那部分可發泡熔融樹脂體的體積,其中的發泡壓力是由可發泡熔融樹脂體8施加的。這些進行設計的原因在于希望熔融樹脂釋放腔3不會被從型腔2排放到熔融樹脂釋放腔3中的那部分可發泡熔融樹脂體完全塞滿。熔融樹脂釋放腔3的容積優選地是盡可能地大。
如上所述,通過采用這樣的工作條件可發泡熔融樹脂不會將熔融樹脂釋放腔3完全塞滿,且熔融樹脂釋放腔3上設置有通氣道14,則就避免出現這樣的問題型腔中的逆壓氣體、空氣以及發泡劑不能迅速釋放掉,且樹脂注入之后型腔的減壓過程持續太長時間,從而不能實現令人滿意的發泡,進而不能制出輕質的泡沫模制物品。
圖2(a)到圖2(c)是一些示意圖,表示了本發明方法的第二實施例,在該第二實施例中,所制得的泡沫模制物品為大厚度的桿件形式。
在圖2(a)到圖2(c)所示的本發明該實施例中,可發泡熔融樹脂8被注入到型腔2中,從而使型腔2內70%的容積被可發泡的熔融樹脂8占據,然后,將一種壓縮氣體通入到可發泡熔融樹脂體8中,其中,該壓縮氣體的壓力可防止可發泡熔融樹脂體發生發泡,這樣就能形成一個充氣空腔11,該空腔內充有壓縮氣體。在本發明的該實施例中,壓縮氣體是經壓縮氣體噴嘴13通入的,噴嘴13被設置在注料嘴12中,而且(如同可發泡熔融樹脂8被注入到型腔中那樣),輸送來的壓縮氣體也流經澆口6和澆口道7,最后通入到型腔2內的可發泡熔融樹脂體8中。對于壓縮氣體的進氣口,也可以不采用上述的壓縮氣體噴嘴13,而采用圖1(a)中的進氣口18。在圖1(a)中,通到型腔2內的進氣口18設置在靠近型腔2澆口的位置處。
如上所述,型腔2被一個具有充氣空腔11的可發泡熔融樹脂體8填實,空腔11中充有壓縮氣體,且充氣空腔11內的氣體壓力被保持預定的一段時間,從而在可發泡熔融樹脂體上施加了一個壓力,將可發泡熔融樹脂體的外表面緊壓到型腔的內壁面上,這樣就形成了外表層10。然后,在用于控制壓縮氣體通入的閥(圖中未示出)保持閉合狀態或開啟狀態的同時,打開可開/閉閥4。因此,在靠近通道5的位置處,包圍著充氣空腔11的外表層10就被充氣空腔11與熔融樹脂釋放腔3之間的壓差頂破了,且外表層10的小碎片被吹到了熔融樹脂釋放腔3中,與此同時,空腔11中的壓縮氣體就沖出,流經熔融樹脂釋放腔3,并經過通氣道14迅速釋放到型模的外部。結果就是空腔11的內壓迅速降低,也就是說阻礙可發泡熔融樹脂8發生發泡的氣體壓力不再存在了,從而可發泡熔融樹脂8開始在空腔11的內周面上發泡,此外,可發泡熔融樹脂體的一部分、以及從可發泡熔融樹脂中散逸出的發泡劑氣體也被釋放到熔融樹脂釋放腔3中。這樣,如圖2(c)所示,制得了具有外表層10的泡沫樹脂體9。對空腔11執行快速減壓的操作并不僅限于上述的方式,在上面的方式中,采用了一個設置在通道5中的可開/閉閥4,通道5與熔融樹脂釋放腔3相通,還有其它的減壓方式-例如下面的這種減壓方式。在型模1中設置一個類似于注射針頭的中空銷針(圖中未示出),并使得銷針的尖端可滑入到型腔2中、或從型腔2中滑出。在型腔2中形成了帶有充氣空腔11的可發泡熔融樹脂體之后,用上述的銷針將可發泡熔融樹脂體刺穿,這樣就使空腔11內的壓縮氣體經針銷的中空部釋放到型模1的外面。優選地是熔融樹脂釋放腔3的容積是這樣的在空腔11的氣體壓力、以及可發泡熔融樹脂體產生的發泡壓力作用下釋放到釋放腔3中的那部分可發泡熔融樹脂體不會將釋放腔3完全填滿。還優選的是壓縮氣體可從熔融樹脂釋放腔3瞬時釋放到型模的外部。可發泡熔融樹脂8對型腔的填充率可在55到110%的范圍內合適地進行選擇。
通過采用這樣的工作條件可發泡熔融樹脂不會將熔融樹脂釋放腔3完全塞滿,且熔融樹脂釋放腔3上設置有通氣道14,則就避免出現這樣的問題用于形成充氣空腔11的壓縮氣體不能完全釋放出去,且樹脂注入之后型腔的減壓過程持續太長時間,從而不能實現令人滿意的發泡,進而不能制出輕質的泡沫模制物品。
如上所述,用于形成充氣空腔11的壓縮氣體優選地是二氧化碳氣體。采用二氧化碳氣體的優勢在于即使壓縮氣體被長期保留在型腔內的可發泡熔融樹脂體中,可發泡熔融樹脂體可通過其內表面進一步地吸收二氧化碳,從而可降低可發泡熔融樹脂的固化率,從而實現了良好的發泡,其中,熔融樹脂的內表面與充氣空腔11相接觸。
當執行下述的操作時,用二氧化碳氣體形成充氣空腔11還具有另一個優點。在使用作為空腔11的形成氣體的二氧化碳氣體時,空腔形成氣體被連續地輸送來,即使是在可開/閉閥4被開啟之后,同時將空腔形成氣體經熔融樹脂釋放腔3和通氣道14釋放到型模的外部。通過執行這樣的操作,就可以利用二氧化碳氣體的絕熱膨脹來對泡沫模制物品的內部進行冷卻。這樣,上述的操作可使冷卻時間縮短,該冷卻時間是用于在本發明方法的步驟(4)之后對泡沫模制物品進行固化。作為備選方案,并非是達到更短的冷卻時間,上述的操作使得型腔中制得的泡沫模制物品可被從型腔中取出,甚至在成型操作是在成型溫度很高的條件下執行的情況中,具體來講是在這樣的條件下當樹脂為非晶態熱塑性樹脂時,成型溫度等于或大于熱塑性樹脂的玻璃態轉化溫度(Tg);或者當樹脂為晶體性熱塑性樹脂時,成型溫度接近于熱塑性樹脂的熔化溫度。另外,從型模中取出的制成后泡沫模制物品具有非常優秀的外觀。
在發泡完成之后,對型腔2中具有基本上未發泡外表層的發泡樹脂體被執行冷卻,直到該樹脂體可被從型腔中取出為止。然后,打開型模1,從中取出泡沫模制物品。所制得的泡沫模制物品具有未發生發泡的外表層10和發泡后的內部9。未發泡的外表層10是通過一個操作而形成的,在該操作中,在開始上述的發泡操作之前,熔融樹脂體的表面被冷卻到某個溫度,在該溫度上不會發生發泡。發泡后的內部9則是通過上述的發泡過程形成的。
無論是在本發明方法的第一實施例、還是第二實施例中,考慮到要防止在泡沫模制物品的外表層上可能出現缺陷(例如銀紋、銀泡等缺陷),都推薦用氣體(即逆壓方法)對型腔進行預壓。
如果采用了逆壓方法,為了能容易地使逆壓氣體的壓力達到理想的水平,優選地是型模的型腔是密封的。例如,圖1(a)到圖3(d)中所示的型模1具有O型密封圈(用數字標號15a到15c指代),它們用于對型模1的型腔2周圍留有的間隙進行密封。因而,O型圈的設置有利于本發明方法的上述第一實施例,在該第一實施例中,首先是用一逆壓氣體將型腔充滿,逆壓氣體是經逆壓氣體進口14輸送來的;然后,將一種可發泡的熔融樹脂注入到型腔2中,從而能容易地防止熔融樹脂在注入過程中發生發泡。如果逆壓氣體進口14是一個狹縫、小孔或多孔體等不允許熔融樹脂通過的結構,則逆壓氣體進口14就可以被設置成直接通入到型腔2中。
圖3(a)到圖3(d)是一些示意圖,表示了本發明方法第二實施例的另一種模式,在該模式中,所制得的模制物品具有一小厚度部分(具有很大的面積),其一側連接到一大厚度部分上。型模1被設置成這樣的狀態在該狀態中,可開/閉閥4被關閉,可發泡的熔融樹脂8經注料嘴12注入到型腔2中,從而在型腔2內形成一可發泡的熔融樹脂體。在注入過程中,可發泡的熔融樹脂8流經澆口6和澆口道7,最終注入到型腔2中,型腔2包括一個用于形成大厚度部分的區域和一個用于形成小厚度部分的區域。
在本發明的方法中,由于通過溶入發泡劑氣體(即氣態的發泡劑)而使可發泡熔融樹脂8的熔化粘度得以降低,所以可發泡熔融樹脂8可快速流入到型腔中為形成模制物品小厚度部分的區域中,并將該區域填滿。如果用壓縮氣體來對型腔2執行預加壓,則在可發泡熔融樹脂的注入即將完成、或完成之后,將用于輸送逆壓氣體的三通閥(圖中未示出)打開,從而能將型腔2內的壓縮氣體快速地釋放到空氣中,其中三通閥與熔融樹脂釋放腔3的通氣道14相連接。
在本發明上述的模式中,可發泡熔融樹脂對型腔的填充率最好是在95到110%的范圍內,更為優選地是在98到105%之間。
在完成了將可發泡熔融樹脂8注入到型腔2中的操作之后,壓縮氣體被通入到可發泡的熔融樹脂8中,其中,壓縮氣體的壓力可阻礙可發泡熔融樹脂的發泡,從而形成一充氣空腔11,該空腔內充滿了壓縮氣體。在本發明的該實施例中,壓縮氣體是從壓縮氣體噴嘴13輸送來的,該噴嘴設置在注料嘴12中,而且(如同可發泡熔融樹脂8被注入到型腔中那樣),輸送來的壓縮氣體也流經澆口6和澆口道7,最后通入到型腔2內的可發泡熔融樹脂體8中。通入壓縮氣體的目的在于補償由于可發泡熔融樹脂體8冷卻收縮而出現的體積縮小,尤其是對于類似于本發明該實施例的情況一要制造一種具有大厚度部分的模制物品,則如圖3(c)主要是向用于形成大厚度部分的區域通入壓縮氣體。在型腔2內,用于形成大厚度部分的區域從靠近后澆口的位置延伸到型腔中的一個周面區域,該周面區域對應于可發泡熔融樹脂的流峰處,大厚度區域還與通道5相連接,而通道5與熔融樹脂釋放腔3相通。
至于壓縮氣體的進氣口,也可以不采用上述的壓縮氣體噴嘴13,壓縮氣體的進氣口可被設置在型模1上,從而能直接通入到型腔內用于形成大厚度部分的區域中、或該區域的周圍。在此情況下,壓縮氣體進氣口的設置位置優選地是與連接到熔融樹脂釋放腔3上的通道5相對。還優選的是模制物品大厚度部分的厚度是其小厚度部分厚度的1.5倍到4.0倍,從而當熔融樹脂被注入到型腔中時,熔融樹脂的流峰最好能流過型腔中用于形成大厚度部分的區域。
如上所述,型腔2被一個帶有充氣空腔11的可發泡熔融樹脂體8填充,空腔11中充有壓縮氣體,且充氣空腔11內的氣體壓力被保持預定的一段時間,從而在可發泡熔融樹脂體上施加了一個壓力,將可發泡熔融樹脂體的外表面緊壓到型腔的內壁面上,這樣就形成了外表層10,然后,開啟可開/閉閥4。因此,在靠近通道5的位置處,包圍著充氣空腔11的外表層10就被充氣空腔11與熔融樹脂釋放腔3之間的壓差頂破了,且外表層10的小碎片被吹到了熔融樹脂釋放腔3中。結果就是空腔11的內壓迅速降低,也就是說阻礙可發泡熔融樹脂8發生發泡的氣體壓力不再存在了,從而可發泡熔融樹脂8開始在空腔11的周面上發泡,此外,可發泡熔融樹脂體的一部分、以及從可發泡熔融樹脂中散逸出的發泡劑氣體也被釋放到熔融樹脂釋放腔3中。這樣,如圖3(d)所示,制得了具有外表層10的泡沫樹脂體9。至于其中將一部分可發泡熔融樹脂體8釋放到熔融樹脂釋放腔3中、從而使型腔內的可發泡熔融樹脂體8執行發泡的情況,可在不形成充氣部分11的情況下執行釋放,也就是說,僅用可發泡熔融樹脂體8產生的發泡壓力作用下,就能實現釋放。
圖4是一個示意性的前視圖,表示了一種型模的活動半型模,其中的型模被用在本發明的方法中,其具有一型腔,該型腔被設計成適于同時制造四個模制物品,這四個物品都為把手的形式。如圖4所示,型模具有四個型腔2,且每個型腔上都設置有一熔融樹脂釋放腔3、一可開/閉閥4、以及一進氣口18,進氣口用于通入一種氣體而形成一充氣空腔。每一進氣口18的控制都是與其它進氣口18相互獨立的,因而,在氣壓方面,各個進氣口18不會相互影響。
型模1被設置成這樣的狀態在該狀態中,可開/閉閥4被關閉,可發泡的熔融樹脂8經注料嘴12注入到型腔2中,從而在型腔2內形成一可發泡的熔融樹脂體。在注入過程中,可發泡的熔融樹脂8流經澆口6和澆口道7,最終注入到各個型腔2中。
如果所有的型腔2都具有相同的容積,則優選的是澆口道和澆口被設計成使所有型腔2都能獲得等量的可發泡熔融樹脂。
在另一方面,如果由于型模中各型腔2的設置位置不同而使各個型腔2的澆口道長度互不相同;或者當各個型腔2的容積互不相同時,最好是對澆口道的長度和厚度、澆口的尺寸進行調節,從而能同時完成將可發泡熔融樹脂注入到所有型腔中的工作。
各個進氣口18優選地設置在靠近各個型腔澆口的位置處,且與各進氣口18相連接的管道為同樣的長度,從而各條管道中的氣壓損失是均衡的。
下面將更為具體地對成型操作進行描述。首先,可發泡的熔融樹脂8經過注料嘴12被注入到各個型腔2中,從而在型腔內形成可發泡的熔融樹脂體。然后,在一段預定的時間內,向可發泡熔融樹脂體施加一個壓力,以將可發泡熔融樹脂體的表面緊壓到型腔的內壁面上,從而形成外表層10。然后,打開可開/閉閥4。結果就是在由可發泡熔融樹脂體產生的發泡壓力作用下,一部分熔融樹脂體(其被外表層10包裹著)、以及從可發泡熔融樹脂體散逸出的發泡劑氣體被釋放到熔融樹脂釋放腔3中。這樣就形成了帶有外表層10的發泡熔融樹脂體9。所制得的各個模制物品的外觀和發泡的內部基本上都是相同的,能實現這一點的原因在于在成型操作中,每個型腔都首先是被可發泡熔融樹脂完全填充,然后再利用可發泡熔融樹脂產生的發泡壓力將一部分可發泡熔融樹脂釋放到熔融樹脂釋放腔中。
在本發明的該實施例中,如果利用氣體在可發泡熔融樹脂體中形成了一個充氣空腔,則可執行如下的操作。在完成了將可發泡熔融樹脂注入到各個型腔2中之后,向可發泡熔融樹脂體中通入一種壓縮氣體,從而在熔融樹脂體中形成一空腔。然后,停止輸送氣體,并將可開/閉閥4開啟,從而能將一部分可發泡熔融樹脂體和空腔中的壓縮氣體釋放到熔融樹脂釋放腔3中,使可發泡熔融樹脂體開始發泡而形成泡沫樹脂體9。在這樣的情況下如果在可發泡熔融樹脂體不足量的情況下-也就是說型腔的填充率相對較低,例如約為70%,執行上述對充氣空腔的發泡,則特別要留意使各個型腔具有相同的填充率;可結合對工藝條件的調整來完成此項工作,其中的工藝條件例如是與各個型腔相連接的澆口道的長度和深度、澆口的尺寸、氣體通入管的長度等。
如果有發生這樣問題的可能性從可發泡熔融樹脂體散逸出的發泡劑氣體會在泡沫模制物品的外表層上造成缺陷(例如銀紋、銀泡等),則在本發明的方法中最好采用逆壓方法。
下面,將參照如下的實例和對比例對本發明作詳細的描述。
使用圖5所示的注塑成型機來執行成型工作的。對于圖5所示的注塑成型機23,使用了型號為“SG260M-S“的注塑成型機(由日本Sumitomo Heavy Industries,Ltd制造并銷售)。該注塑成型機的螺桿式注塑機筒20是一個排氣型注塑機筒,其L/D=29,且可用二氧化碳氣體對排氣部分加壓。二氧化碳氣體或氮氣從二氧化碳氣或氮氣的氣源24、經送氣控制閥19和通氣管線21輸送給注塑成型機內的熔融樹脂,且通過操作一減壓閥來對溶入到熔融樹脂中的二氧化碳氣體量或氮氣量進行控制,從而將從3二氧化碳氣源或氮氣源24輸送來的二氧化碳氣體或氮氣的壓力保持在預定的水平上。另外,從開始實施增塑到開始執行注入的時間段內,將螺桿的背壓保持在能防止熔融樹脂出現發泡、從而能防止螺桿向后回退的最低水平上,二氧化碳氣體或氮氣可從二氧化碳氣源或氮氣源24經送氣控制裝置19以及型模的逆壓通氣管線22輸送到型模1中。
實例1按照圖1(a)到圖1(c)的方法制造了一個桿狀的模制物品,其中,該模制物品的長度為300mm,其橫截面幾乎是尺寸為20mm×20mm的正方形。型模1具有一桿棒形的型腔2,型腔2的一端具有一尺寸為5mm×10mm的澆口,型腔2的另一端與通道5相連接,通道5的截面尺寸為5mm×10mm,長度為15mm,其中,在通道5的中段部位,設置了一個由液壓油驅動的可開/閉閥4,通道5通向熔融樹脂釋放腔3,其橫截面尺寸為20mm×20mm,長度為600mm。
將一種含有33%(重量比)玻璃纖維的聚酰胺66(LeonaTM1402G,由日本的Asahi Kasei Kabushiki Kaisha制造和銷售)裝入到注塑成型機的注塑機筒中,并使其熔化,二氧化碳氣體以8Mpa的壓力被輸送到含玻璃纖維的可發泡聚酰胺樹脂中,并溶入到該樹脂中。然后,按照圖1(a)和圖1(b)所示那樣,對所形成的含玻璃纖維的熔融態可發泡聚酰胺樹脂(含有二氧化碳氣體)執行注塑成型。注塑機筒的溫度為280℃,注塑壓力為120Mpa,熔融樹脂對型腔的填充率為100%。下面將更為具體地對成型過程進行描述。注料嘴12被壓到合模后型模1的頂面上(型模的溫度為80℃),經逆壓進氣口14向型腔2輸送3秒時長的、處于7Mpa壓力下的二氧化碳氣體。然后,將上述形成的溶解有二氧化碳氣體、且含有玻璃纖維的聚酰胺樹脂(即可發泡的熔融樹脂)注入到型腔2中,注入時間為1.5秒。在完成了可發泡熔融樹脂的注入操作之后,通過將注塑機筒中的樹脂壓力在90Mpa上保持三秒,對型腔2中形成的可發泡熔融樹脂體8進行加壓,同時經熔融樹脂釋放腔3和逆壓進氣口14(通氣道)將逆壓氣體從型腔2釋放到型模1的外面。然后,將通道5中的可開/閉閥4打開,以將處于發泡壓力下的一部分可發泡熔融樹脂體8經通道5(帶有開啟的閥4)釋放到熔融樹脂釋放腔3中,從而降低了作用在可發泡熔融樹脂體8上的壓力,使得可發泡熔融樹脂體8開始發泡而形成一泡沫樹脂體9,其中的發泡壓力是由熔融樹脂自身產生的。從開始發泡起60秒后,開啟型模1,并將制得的模制物品從型模中取出。這樣就可制得一個泡沫模制物品,其外表層10基本上未發生發泡,而其內部則高度發泡。
可發泡熔融樹脂中二氧化碳氣體的重量含量約為1.0%,該含量是通過測量從型模中取出的泡沫模制物品的重量減輕來得出的。所制得的泡沫模制物品的膨脹率為1.4,其外表層的厚度約為1.0mm。
實例2按照與實例1基本相同的方式來制出一個泡沫模制物品,不同之處僅在于對下列的工藝條件進行了改動。熔融樹脂對型腔的填充率為70%。在完成了對可發泡熔融樹脂的注入操作之后,將二氧化碳氣體以8Mpa的壓力經壓縮氣體噴嘴13通入到熔融樹脂體8中,從而形成了充氣空腔11,同時還將逆壓氣體的壓力經熔融樹脂釋放腔3和逆壓進氣口14(通氣道)卸壓到型模1的外面,其中,噴嘴13被設置在注料嘴12中。向熔融樹脂體8中的充氣空腔11通入二氧化碳氣體的過程持續3秒,從而能保持充氣空腔11內的氣體壓力。然后,停止通入二氧化碳氣體,并將通道5中的可開/閉閥4打開來執行放氣,其中的通道5與熔融樹脂釋放腔3相通,從而將熔融樹脂體8中充氣空腔11內的二氧化碳氣體和一部分熔融樹脂體8迅速釋放到熔融樹脂釋放腔3中,這樣就降低了可發泡熔融樹脂體8上承受的壓力,使得熔融樹脂體8在型腔2內開始發泡,由此而形成帶有外表層10的泡沫樹脂體9。
可發泡熔融樹脂中二氧化碳氣體的重量含量為1.0%。所制得的泡沫模制物品的膨脹率為2.0,這就表明在輕質特性方面,實例2制得的泡沫模制物品比實例1制得的泡沫模制物品更為優秀。
實例3按照與實例1基本相同的方式來制出一個泡沫模制物品,不同之處僅在于對下列的工藝條件進行了改動。
實例3中所用的型腔2與實例1中的型腔具有相同的形狀,但型腔2的內壁面是一個平均粗糙度(Ra)為13.2μm的粒狀面。此處的平均粗糙度(Ra)是用表面粗糙度測量儀器“Surfcom 570A”(由日本的Tokyo Seimitsu Co.,Ltd制造并銷售)測得的。(對于所述的平均粗糙度(Ra),可參見由日本機械工程師協會在1977出版的、第六版“KikaiKogaku Binran”(機械工程師手冊))。
在注塑成型機的注塑機筒20中裝入一種聚苯乙烯樹脂(由日本的A&M苯乙烯有限公司制造并銷售的A&M PolystyreneTM685),并將其熔化,將10Mpa壓力下的二氧化碳氣體輸送到聚苯乙烯樹脂中,并將其溶入到該樹脂中。然后,按照與實例1相同的方式,將所形成的含有二氧化碳氣體的、熔融態的聚苯乙烯樹脂注入到型腔2中。注塑機筒的溫度為220℃,注入壓力為100Mpa。下面將對成型過程作更為具體的描述。上述形成的、溶解有二氧化碳氣體的聚苯乙烯(可發泡熔融樹脂)被注入(注入時間為1.5秒)到型腔2中(型模溫度為50℃),型腔被壓力為7Mpa的二氧化碳氣體加壓,將注塑機筒中的樹脂壓力保持在80Mpa上,以對型腔2中所形成的可發泡熔融樹脂體8加壓3秒。然后,打開通道5內的可開/閉閥4,從而在由可發泡熔融樹脂體自身產生的發泡壓力作用下,一部分可發泡的熔融樹脂體8經通道5(帶有已開啟的閥4)釋放到熔融樹脂釋放腔3中,從而降低了作用在可發泡熔融樹脂體8上的壓力,使得可發泡熔融樹脂體8開始發泡,而形成一泡沫樹脂體9。在發泡后的60秒時,打開型模1,將制得的泡沫模制物品從型模中取出。
可發泡熔融樹脂中二氧化碳氣體的重量含量約為3.0%。所制得的泡沫模制物品的膨脹率為2.6,其外表層的厚度約為1.5mm。另外,所制得的泡沫模制物品的表面平均粗糙度(Ra)為13.1μm,也就是說,泡沫模制物品的表面對型腔2內壁面的粒狀面具有優異的再現性。此外,該泡沫模制物品的表面上沒有不均勻的發亮部或流痕等任何缺陷。
實例4按照與實例1基本相同的方式來制出一個泡沫模制物品,不同之處僅在于對下列的工藝條件進行了改動。對于其中的樹脂,使用了聚碳酸酯(由日本的Teijin Chemicals Ltd制造并銷售的“PanlightTML1225”)。注塑機筒的溫度為300℃,注入壓力為220Mpa,型模的溫度為80℃,輸入到注塑機筒中的二氧化碳氣體的壓力為10Mpa,輸送向型腔2的逆壓氣體的壓力為7Mpa。其中已溶入了二氧化碳氣體的聚碳酸酯樹脂被注入到型腔2中,注入時間為2.0秒。在剛剛完成了注入操作之后,立即對型腔2中形成的可發泡熔融樹脂體8加壓1秒,該加壓是通過將注塑機筒中的樹脂壓力保持在180Mpa來執行的,同時將型腔2中的逆壓氣體經熔融樹脂釋放腔3和逆壓進氣口14(通氣道)釋放到型模1的外部。然后,將通道5中的可開/閉閥4打開,以將處于發泡壓力下的一部分可發泡熔融樹脂體8經通道5(帶有開啟的閥4)釋放到熔融樹脂釋放腔3中,從而降低作用在可發泡熔融樹脂體8上的壓力,使得可發泡熔融樹脂體8開始發泡而形成一泡沫樹脂體9,其中的發泡壓力是由熔融樹脂自身產生的。從發泡開始后的60秒時,開啟型模1,并將制得的模制物品從型模中取出。這樣就可制得一個泡沫模制物品,其外表層10基本上未發生發泡,而其內部則高度發泡。
可發泡熔融樹脂中二氧化碳氣體的重量含量約為2.0%。所制得的泡沫模制物品的膨脹率為1.4,其外表層的厚度約為2.0mm。
實例5按照與實例1基本相同的方式來制出一個泡沫模制物品,不同之處僅在于對下列的工藝條件進行了改動。對于其中的樹脂,使用了半芳香族的聚酰胺(由日本的Asahi Kasei Kabushiki Kaisha制造并銷售的“LeonaTM90G33”),其含有33%(重量比)的玻璃纖維,且該聚酰胺中芳香烴環的含量約為10%(重量比),從而使該聚酰胺的結晶速度很低。注塑機筒的溫度為280℃,注入壓力為120Mpa,型模溫度為80℃,輸入到注塑機筒中的二氧化碳氣體的壓力為2Mpa,且不向型腔2中通入逆壓氣體。該含有玻璃纖維的、熔融態的可發泡半芳香類聚酰胺樹脂(含二氧化碳氣體)被注入到型腔2中,注入時間為2.0秒。在剛剛完成了注入操作之后,立即對型腔2中形成的可發泡熔融樹脂體8加壓1秒,該加壓是通過將注塑機筒中的樹脂壓力保持在80Mpa來執行的。然后,將通道5中的可開/閉閥4打開,以將處于發泡壓力下的一部分可發泡熔融樹脂體8經通道5(帶有開啟的閥4)釋放到熔融樹脂釋放腔3中,從而降低作用在可發泡熔融樹脂體8上的壓力,使得可發泡熔融樹脂體8開始發泡而形成一泡沫樹脂體9,其中的發泡壓力是由熔融樹脂自身產生的。從發泡開始后的60秒時,開啟型模1,并將制得的模制物品從型模中取出。這樣就可制得一個泡沫模制物品,其外表層10基本上未發生發泡,而其內部則高度發泡。
可發泡熔融樹脂中二氧化碳氣體的重量含量約為0.1%。所制得的泡沫模制物品的膨脹率為1.4,其外表層的厚度約為2.0mm。
由于樹脂的結晶速度很低,且可發泡熔融樹脂的注入是足量的,所以,所制得的泡沫模制物品的表面上沒有任何的泡沫痕跡,并具有優異的外觀。
實例6按照與實例2基本相同的方式來制出一個泡沫模制物品,不同之處僅在于對下列的工藝條件進行了改動。如圖3(a)到圖3(c)所示,實例6中所用的型腔2具有這樣的結構設計在該型腔中,一厚度為2.5mm的平板(小厚度部分)一側與一橫截面尺寸為4mm×4mm的溝道(大厚度部分)相連接(即型腔具有“薄板/溝道”型的結構設計)。樹脂對型腔的填充率為98%。在完成了對可發泡熔融樹脂的注入操作之后,將二氧化碳氣體以8Mpa的壓力經壓縮氣體噴嘴13通入到熔融樹脂體8中,從而形成了充氣空腔11,同時還將逆壓氣體的壓力經熔融樹脂釋放腔3和逆壓進氣口14(通氣道)卸壓到型模1的外面,其中,噴嘴13被設置在注料嘴12中。向熔融樹脂體8中的充氣空腔11通入二氧化碳氣體的過程持續2秒,從而能保持充氣空腔11內的氣體壓力。然后,停止通入二氧化碳氣體,并將通道5中的可開/閉閥4打開來執行放氣,其中的通道5與熔融樹脂釋放腔3相通,從而將熔融樹脂體8中充氣空腔11內的二氧化碳氣體和一部分熔融樹脂體8迅速釋放到熔融樹脂釋放腔3中,這樣就降低了可發泡熔融樹脂體8上承受的壓力,使得熔融樹脂體8在型腔2內開始發泡,由此而形成帶有外表層10的泡沫樹脂體9。
可發泡熔融樹脂中二氧化碳氣體的重量含量為1.0%。所制得的泡沫模制物品的膨脹率為1.2,而且不僅在大厚度部分中形成了發泡的內部,而且在小厚度部分中也形成了泡沫內部。
實例7(如圖4所示)用一個型模同時制造多個泡沫模制物品,其中的型模被設計成適于同時制造4個模制物品,且該實例中,每個模制物品均為門把手的形式,其直徑為22mm,兩支臂之間的距離為180mm。在該型模中,與各個型腔2相連的澆口道被設計成幾乎具有相同的長度。每個型腔2都設置有一個熔融樹脂釋放腔3,并通過一通道與該釋放腔相通,通道中具有一可開/閉閥4。各個可開/閉閥4的操作定時是可控的,且各個閥4的控制是相互獨立的。每個熔融樹脂釋放腔3都具有約70cc的容積,直徑為30mm,深度為100mm。將型腔2與熔融樹脂釋放腔3相連接的各條通道的橫截面尺寸均為5mm×5mm,型腔2與通道直接接觸的出口的橫截面尺寸也為5mm×5mm。用于通入壓縮氣體、以形成空腔11的各個進氣口18(見圖4)靠近各個型腔2的樹脂澆口。在通入氣體的時機、以及壓力保持時間和氣體保持時間方面,各個型腔2的控制是相互獨立的。
對于其中的樹脂,使用了聚丙烯樹脂(由日本的Japan PolychemCorporation制造并銷售的“NovatexTMTX1977K”)。注塑機筒的溫度為230℃,注入壓力為120Mpa,型模的溫度為80℃,輸入到注塑機筒中的二氧化碳氣體的壓力為10Mpa。用7Mpa壓力的二氧化碳氣體對各個型腔2進行預加壓,且對注入到各個型腔2中的樹脂量進行控制,使得型腔的填充率為75%。將熔融態的可發泡聚丙烯樹脂(含二氧化碳氣體)被注入到型腔2中,注入時間為2.0秒。在開始對可發泡熔融樹脂執行注入操作后的1.5秒時,將一種壓縮氣體通入到可發泡的熔融樹脂體中,從而形成一充氣空腔11,向充氣空腔11通入二氧化碳氣體的過程持續3秒。對于上述用于形成充氣空腔的壓縮氣體,可使用壓力為8Mpa的二氧化碳氣體。然后,將各個輸氣閥關閉,并將通道中的各個可開/閉閥4打開,通道與各個熔融樹脂釋放腔3相通,從而將熔融樹脂充氣空腔中的壓縮氣體、以及一部分熔融樹脂體釋放到熔融樹脂釋放腔3中,這樣就降低了可發泡熔融樹脂體上承受的壓力,使得熔融樹脂體在型腔2內開始發泡,由此而形成帶有外表層的泡沫樹脂體。從發泡開始后的30秒時,開啟型模1,并將制得的模制物品從型模中取出。這樣就可制得一個泡沫模制物品,其外表層10基本上未發生發泡,而其內部則高度發泡。
在成型過程中,如果在型腔內的熔融樹脂體中形成充氣空腔,則各個充氣空腔的長度可以是不同的,其中,最長空腔和最短空腔的長度差為20mm。但是,所制得的泡沫模制物品卻是一致相同的,也就是說,所制得的所有泡沫模制物品的膨脹率(膨脹率是輕量化的指標)均約為2.2,外表層的厚度約為2.5mm。
可發泡熔融樹脂中二氧化碳氣體的重量含量為3.0%。
實例8按照與實例2基本相同的方式來制出一個泡沫模制物品,不同之處僅在于對下列的工藝條件進行了改動。在將與熔融樹脂釋放腔3相連的通道5中的可開/閉閥4打開之后,再向熔融樹脂體8的充氣空腔11輸送二氧化碳氣體,此次通氣時間持續15秒,然后,在將型模1打開、從而取出制得的泡沫模制物品之后,立即將二氧化碳氣體釋放到熔融樹脂釋放腔3中。所制得的泡沫模制物品具有未出現發泡的外表層,且其泡沫化的內部為通氣的氣室構造。所制得的泡沫模制物品的表面溫度為60℃,此溫度比型模溫度低20℃,這將使二氧化碳氣體的絕熱膨脹實施冷卻。已經發現,相對于所制得的泡沫模制物品,其膨脹率和外表層厚度與實例2中的制品大致上相同。
實例9按照與實例2基本相同的方式來制出一個泡沫模制物品,不同之處僅在于對下列的工藝條件進行了改動。用壓力為6Mpa的氮氣對型腔2進行加壓,且將壓力為8Mpa的氮氣通入到從注塑機筒20排出的熔融樹脂中,從而用壓力為8Mpa的氮氣形成了一個充氣空腔11。已經發現對于所制得的泡沫模制物品,其膨脹率和外觀基本與實例2中的制品相同。可發泡熔融樹脂中氮氣的重量含量為0.8%。
對比實例1按照與實例2基本相同的方式來制出一個泡沫模制物品,不同之處僅在于對下列的工藝條件進行了改動。并不是采用通過將與熔融樹脂釋放腔3相通的通道5中的可開/閉閥4打開來釋放二氧化碳氣體,而是使形成空腔11的二氧化碳氣體從設置在注料嘴12中的壓縮氣體噴嘴13排出。已經發現盡管填充在澆口6和澆口道7中的可發泡熔融樹脂發生了發泡,但所制得的模制物品的內部并未出現發泡,在開啟型模1時,模制物品發生爆裂。據考慮,出現這一問題的原因在于在熔融樹脂體的內部開始發泡之前,填充到澆口6和澆口道7中的可發泡熔融樹脂就已發生發泡,因而,澆口6和澆口道7中所形成的泡沫樹脂就會阻礙熔融樹脂體8充氣空腔11內二氧化碳氣體的排出。
對比實例2按照與實例2基本相同的方式來制出一個泡沫模制物品,不同之處僅在于對下列的工藝條件進行了改動。熔融樹脂釋放腔3的長度被設計成70mm,其容積為28CC。熔融樹脂對型腔的填充率為98%。在將融樹脂注入到型腔中之后,開始向注入熔融樹脂中通入壓縮氣體,將可開/閉閥4打開,以將處于壓縮氣體壓力作用下的一部分可發泡熔融樹脂體釋放到熔融樹脂釋放腔3中,從而在可發泡熔融樹脂體中形成一個空腔,熔融樹脂體的中空率約為30%。此時,熔融樹脂釋放腔3完全被受壓縮氣體擠壓的樹脂填滿。然后,用于形成空腔11的二氧化碳氣體經設置在注料嘴12中的壓縮氣體噴嘴13排出。已經發現盡管填充在澆口6和澆口道7中的可發泡熔融樹脂發生了發泡,但所制得的模制物品的內部并未出現發泡,在開啟型模1時,模制物品發生爆裂。據考慮,出現這一問題的原因在于在熔融樹脂體的內部開始發泡之前,填充到澆口6和澆口道7中的可發泡熔融樹脂就已在先發泡,因而,澆口6和澆口道7中所形成的泡沫樹脂就會阻礙熔融樹脂體8充氣空腔11內二氧化碳氣體的排出。
對比實例3按照與實例2基本相同的方式來制出一個泡沫模制物品,不同之處僅在于對下列的工藝條件進行了改動。用于形成空腔11的壓縮氣體是通過進氣口18(見圖1(a))直接注入到型腔2內的可發泡熔融樹脂體中,其中的進氣口18通入到型腔2中,且該進氣口18還用來將氣體從充氣空腔11中排出。該實例的結果與對比實例2的結果基本上相同。也就是說,已經發現盡管進氣口18附近的可發泡熔融樹脂發生了發泡,但所制得的模制物品的內部并未出現發泡,在開啟型模1時,模制物品發生爆裂。
實例10按照與實例3基本相同的方式來制出一個泡沫模制物品,不同之處僅在于用氮氣對型腔2進行加壓。已經發現盡管所制得模制物品的表面上未出現任何的泡沫痕跡,但模制物品的表面粗糙度僅在5到8μm的范圍內,也就是說,模制物品的表面并沒有令人滿意地再現(即移植)了型腔內壁面的粒狀面。這也就意味著對于對型腔內壁面形貌的再現性,實例3優于實例10。
可發泡熔融樹脂中氮氣的重量含量約為3.0%。所制得的泡沫模制物品的膨脹率為2.6,外表層的厚度約為1.5mm。
對比實例4按照與實例3基本相同的方式來制出一個泡沫模制物品,不同之處僅在于未采用熔融樹脂釋放腔3,且在可發泡熔融樹脂的注入完成后60秒時打開型模1,而將泡沫模制物品從型腔中取出。已經發現當制得的模制物品被從型模中取出時,在發泡壓力的作用下,模制物品會出現劇烈的發泡,并極大地膨脹,使得模制物品出現很大的變形,其中的發泡壓力是由溶解在樹脂中的氣態發泡劑產生的。還發現為防止模制物品出現這樣的變形,冷卻時間必須要達到120秒。
對比實例5按照與對比實例4基本相同的方式來制出一個泡沫模制物品,不同之處僅在于未用壓縮氣體對型腔2進行加壓,且熔融樹脂對型腔的填充率為80%。已經發現盡管所制得的模制物品的膨脹率為1.2,但由于在該模制物品的表面部分上出現了泡沫痕跡,所以其外觀狀況是很差的。
對比實例6按照與對比實例5基本相同的方式來制出一個泡沫模制物品,不同之處僅在于為了提高所制得泡沫模制物品的外觀質量,在對可發泡熔融樹脂執行注入之前,用壓力為7Mpa的二氧化碳氣體對型腔2進行加壓。已經發現所制得的泡沫模制物品的某一部分表面上未出現任何泡沫痕跡,該部分表面對應于從型模的澆口處測起、型腔2容積80%處的部分;但是,在所制得模制物品的其余表面上則出現了泡沫痕跡,也就是說,所制得模制物品的流峰部分的外觀很差。
根據本發明的發泡注塑成型方法的優點不僅在于能以很高的生產率高效、經濟地制出模制物品,其所制的模制物品對型腔內壁面的形貌有很好的再現性,且其外表層是非泡沫化的,而其內部則是高度發泡的;而且還具有優點易于對模制物品的外表層厚度和膨脹率進行控制。本發明方法可用熱塑性樹脂低造成本地制出各種優良的發泡注塑模制物品。這些模制物品的實例包括輕型電氣設備或電子設備的外殼、各種汽車部件、以及各種日用品。另外,本發明的發泡注塑成型方法的有利之處還在于其不但能用來對普通的熱塑性樹脂進行模制成型,而且可對各種含有阻燃劑的樹脂合成物執行成型,阻燃劑的耐熱穩定性很低,因而不能在高成型溫度下對這些合成物執行模制成型,本發明的方法還可用來對各種其它的樹脂進行成型,這些樹脂的流動性很低,因而很難用常規的注塑成型方法對這樣的樹脂進行成型加工。
權利要求
1.一種對熱塑性樹脂執行發泡注塑成型的方法,該方法包括步驟(1)設置一型模,其包括一固定的半型模和一個與所述固定半型模配對的活動半型模,從而可利用所述固定半型模的內壁面和活動半型模的內壁面圍成一型腔,所述型腔具有一內壁面,并與一樹脂入口相通,所述型腔的所述內壁面具有一熔融樹脂釋放裝置;(2)在預先選定的注入溫度和壓力條件下,通過所述樹脂入口將一種熔融態的可發泡熱塑性樹脂注入到所述型模的所述型腔內,其中的注入量是某一重量值的95%到110%,其中的重量值是體積等于所述型腔容積的可發泡熔融樹脂的重量,其中,樹脂的體積是指在預定注入溫度和壓力條件下測得的體積,這樣,就可在所述型腔內形成一可發泡熔融樹脂體;(3)向所述型腔內的所述可發泡熔融樹脂體施加一壓力,以將所述可發泡熔融樹脂體的表面緊壓到所述型腔的所述內壁面上,從而使所述可發泡熔融樹脂體的表面部分發生固化、而形成所述可發泡熔融樹脂體的外表層;以及(4)在由所述可發泡熔融樹脂體產生的發泡壓力作用下,經所述熔融樹脂釋放裝置將一部分所述可發泡熔融樹脂體釋放到所述型腔外部,從而降低作用在可發泡熔融樹脂體上的壓力,這樣就可以使型腔內的可發泡熔融樹脂體開始發泡,從而形成一個發泡后的樹脂體,其所述外表層基本上保持未發泡的狀態。
2.根據權利要求1所述的方法,其特征在于在所述步驟(3)中,是通過向所述型腔中額外注入一定量的可發泡熔融樹脂來對所述可發泡熔融樹脂體施加壓力的,這樣就能對可發泡熔融樹脂體施加一個預定的樹脂保持壓力。
3.根據權利要求1或2所述的方法,其特征在于在所述步驟(2)之前、在所述步驟(1)之后,將一種壓縮氣體通入到所述型腔中,從而使所述型腔內具有一定壓力,該壓力使得在所述步驟(2)中、注入到所述型腔中的所述可發泡熔融樹脂體在其流峰處不會發生發泡。
4.根據權利要求3所述的方法,其特征在于在所述步驟(2)之前、步驟(1)之后,通入到所述型腔內的所述壓縮氣體是二氧化碳氣體。
5.根據上述權利要求1到4中任一項所述的方法,其特征在于所述型腔的所述熔融樹脂釋放裝置是一個可開/閉的閥,且所述型模具有一個熔融樹脂釋放腔,該釋放腔通過所述開/閉閥與所述型腔相通,所述熔融樹脂釋放腔的體積大于在所述步驟(4)中、經所述開/閉閥釋放到所述型腔外部的那部分可發泡熔融樹脂體的體積。
6.根據權利要求5所述的方法,其特征在于所述熔融樹脂釋放腔具有一通到所述型腔外面的氣體通道。
7.根據上述權利要求1到6之一所述的方法,其特征在于所述可發泡熔融樹脂包括一種熔融樹脂以及溶解在熔融樹脂中的至少一種氣態發泡劑,其中的發泡劑是從由二氧化碳和氮氣組成的組中選出的。
8.根據權利要求7所述的方法,其特征在于所述發泡劑在所述可發泡熔融樹脂中的重量含量在0.05到10%之間。
9.一種用于對熱塑性樹脂執行發泡注塑成型的方法,該方法包括步驟(1)設置一型模,其包括一固定半型模和一個與所述固定半型模配對的活動半型模,從而可利用所述固定半型模的內壁面和活動半型模的內壁面圍成一型腔,所述型腔具有一內壁面,并與一樹脂入口相通,還可選地與一進氣口相通,所述型腔的所述內壁面具有一熔融樹脂釋放裝置;(2)在預先選定的注入溫度和壓力條件下,通過所述樹脂入口將一種熔融態的可發泡熱塑性樹脂注入到所述型模的所述型腔內,其中的注入量是某一重量值的55%到110%,其中的重量值是體積等于所述型腔容積的可發泡熔融樹脂的重量,其中,樹脂的體積是指在預定注入溫度和壓力條件下測得的體積,這樣,就可在所述型腔內形成一可發泡熔融樹脂體;(3)經所述樹脂入口或所述進氣口將一種壓縮氣體通入到所述型腔內的所述可發泡熔融樹脂體中,在所述可發泡熔融樹脂體中形成一充氣空腔,這樣就在所述可發泡熔融樹脂體上施加了一個壓力,將所述可發泡熔融樹脂體的外表面貼壓到所述型腔的內壁面上,從而使所述可發泡熔融樹脂體的外表面部分發生固化、而形成所述可發泡熔融樹脂體的外表層,其中,所述步驟(3)是在所述步驟(2)的執行過程中或執行完成后執行的,或者也可以是在所述步驟(2)的執行過程中和執行完成后進行的;以及(4)在由所述可發泡熔融樹脂體產生的發泡壓力、以及所述充氣空腔內壓縮氣體的壓力作用下,經所述熔融樹脂釋放裝置將一部分所述可發泡熔融樹脂體和充氣空腔內的至少一部分壓縮氣體釋放到所述型腔外部,從而降低作用在可發泡熔融樹脂體上的壓力,這樣就可以使型腔內的可發泡熔融樹脂體開始發泡,從而形成一個發泡后的樹脂體,其所述外表層基本上保持未發泡的狀態。
10.根據權利要求9所述的方法,其特征在于所述步驟(3)中所用的壓縮氣體為二氧化碳氣體。
11.根據權利要求9或10所述的方法,其特征在于在所述步驟(2)之前、在所述步驟(1)之后,將一種壓縮氣體通入到所述型腔中,從而使所述型腔內具有一定壓力,該壓力使得在所述步驟(2)中、注入到所述型腔中的所述可發泡熔融樹脂體在其流峰處不會發生發泡。
12.根據權利要求11所述的方法,其特征在于在所述步驟(2)之前、所述步驟(1)之后,通入到所述型腔內的壓縮氣體是二氧化碳氣體。
13.根據上述權利要求9到12中任一項所述的方法,其特征在于所述型腔的所述熔融樹脂釋放裝置是一個可開/閉的閥,且所述型模具有一個熔融樹脂釋放腔,該釋放腔通過所述開/閉閥與所述型腔相通,所述熔融樹脂釋放腔的體積大于所述步驟(4)中、經所述開/閉閥釋放到所述型腔外部的那部分可發泡熔融樹脂體的體積。
14.根據權利要求13所述的方法,其特征在于所述熔融樹脂釋放腔具有一通到所述型腔外面的氣體通道。
15.根據上述權利要求9到14之一所述的方法,其特征在于所述可發泡熔融樹脂包括一種熔融樹脂以及溶解在熔融樹脂中的至少一種氣態發泡劑,其中的發泡劑是從由二氧化碳和氮氣組成的組中選出的。
16.根據權利要求15所述的方法,其特征在于所述發泡劑在所述可發泡熔融樹脂中的重量含量在0.05到10%之間。
全文摘要
本發明公開了一種發泡注塑成型方法,其包括步驟設置一金屬型模,該型模的金屬型腔內壁面上具有一熔融樹脂排出裝置;通過注入一種熱塑性發泡樹脂而在金屬型腔內形成一發泡熔融樹脂體,通過向金屬型腔內的發泡熔融樹脂體施加一個壓力,而將發泡熔融樹脂體的表面壓緊到金屬型腔的內壁面上,從而使發泡熔融樹脂體的表層部分固化,由此而形成發泡熔融樹脂體的外表層;利用發泡熔融樹脂體自身產生的發泡壓力,將一部分發泡熔融樹脂體經熔融樹脂排出裝置排出到金屬型腔的外部,從而降低了作用在發泡熔融樹脂體上的壓力,通過使金屬型腔內的發泡熔融樹脂體發生發泡而形成了一個發泡熔融樹脂體,其外表層基本上是未經發泡的,這樣就可高效、經濟地制出輕質的泡沫模制物品,其具有很高的尺寸精度,并能精確地復現金屬型腔內壁面的形貌。
文檔編號B29C44/02GK1484576SQ01821564
公開日2004年3月24日 申請日期2001年12月26日 優先權日2000年12月27日
發明者山木宏, 田中裕二, 二 申請人:旭化成株式會社