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CN1063703C - 对复杂形状物件共同注塑成形的方法和装置 - Google Patents

对复杂形状物件共同注塑成形的方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种具有复杂几何形状的物件通过相继地基本上在两次注射之间无停顿时间地进行共同注塑第一种和第二种材料而获得。这种方法是控制压力、温度和质量流速以获得多路注射材料流的均匀分布并使它们以流体状态会合和在会合点熔在一起。

Description

对复杂形状物件共同注塑成形的方法和装置
本发明涉及一种用于生产多层注塑成形件的方法和装置，具体地说是关于通过共同注塑两种或两种以上不同材料以形成最终的夹层结构的方法和装置。
已知有许多型式的用于生产具有夹层结构的注塑成形的方法。所述的这些方法一般只能生产具有非常简单的形状的物件，例如欧洲专利EP-A-0325440所揭示的用于制造吹塑瓶子的型坯的方法。按照该申请文件所述，为了获得具有-PET内层、-EV-OH中间层和-PET外层的夹层结构的型坯，使用一个同轴的喷嘴并且在喷注EV-OH树脂之前和之后注入PET树脂。在第一次和第二次喷射之间有一停顿时间，而第二次和第三次喷射是部分同时地进行的。为了尽可能保持所需要的不同的温度树脂的路径是热绝缘的。
美国专利US-A-5167896(海洛塔)揭示了一树脂表面材料和一纤维增强树脂混合物的共同注塑以生产一种用于显示器的机壳的方法。这样所获得的机壳仅仅一部分具有带芯层和两外层的夹层结构。事实上，共同注塑并不是一种容易的工艺过程，如果需要注塑成形的物件具有复杂的几何形状的话，它甚至变得更难于控制。
欧洲专利EP-A-93108241．6揭示了一种用于共同注塑的装置，其中一个模腔具有多个喷嘴。
本发明的目的是提供一种用于共同注塑具有复杂形状的带夹层的物件的方法和装置。
为实现上述目的，本发明的一种制作具有夹层结构的多层注塑件的方法，它包括以下的步骤：分析所述注塑件(101)的和相应的模具(2)型腔的形状，通过使模具内的被注塑的材料具有均匀的分布来确定获得所述注塑物件所需要的在模具型腔内均衡的不同流动；作为流道(103-105)的函数来设计模具型腔的尺寸，使型腔具有可沿着注射材料的所述流道产生基本相同的液压阻力的厚度结构；选择用于注射的材料(A，B)；存储所选材料(A，B)在不同的温度、压力和流速下的特性的数据；根据所述的存储数据选择共同注塑的每种材料的注射压力、流速和温度，以便使沿所述流道(103-105)和在整个模具(2)型腔内的被注射材料具有基本均匀的分布；以第一种的温度、压力和注射流速注射一选定量的第一种材料(A)并随后立即以第二种的压力、速度和温度注射一选定量的第二种材料(B)；以及以选定的温度、流速和压力注射一定数量别的可能选用的材料；最后的被注射材料的喷射要持续到模具型腔充满以及注射的不同材料流(103-105)会合并且以最佳的状态得到共渗透。
为实现上述目的，本发明的一种制作具有夹层结构的多层注塑件的装置，它包括一含有所制作的注塑件形状的型腔的模具和多个连接所述模具的共同注塑喷嘴，其特点是还包括被独立地控制温度的通道系统装置，来自一个或一个以上共同注塑部件的、用于在压力下使至少两种处在流体状态的材料在其中分开地流动，所述的通道系统装置与对应于模具型腔的一个或多个点布置的一个或多个共同注塑喷嘴相连通以提供在所述型腔内的注塑材料的不同流道，并且所述模具的型腔的尺寸设计成作为不同流道的函数以提供具有基本相同的液压阻力的流道。
本发明还提供采用上述方法和装置获得的用于汽车车辆上的装饰板。
根据本发明的一个较佳实施例，注塑温度被控制使注射材料保持在一种流体状态以便沿着材料流动路径提供理想的温度和压力直至这些流动材料在注模腔内会合而形成一个单一整体的物件。
按本发明的另一方面，使用两个或两个以上注射喷嘴在所述注模内腔的多个位置上同时地注射所述的第一种、第二种以及其他可能选用材料。
当熟悉本技术的普通技术人员考虑第一次用共同注塑方法获得带夹层结构的具有复杂形状的物件时，本发明的优点对他们来说将是显而易见的。
现将参照附图更详细地说明本发明，这些附图是用于说明本发明而本发明并不限于用于说明的实施例的范围，附图中：
图1和3是用于实施本发明方法的共同注塑的装置的部分剖视图；
图2和4是共同注塑的喷嘴的示意剖视图；
图5是在按本发明方法对一物件进行注塑模制时的材料流动路径的简示图。
这里所用的术语“共同注塑”是指用两种或两种以上不同材料注射进同一模具型腔以获得具有夹层结构的多层产品的注塑模制方法。根据本发明的这种方法可用于生产任何种类的、用已技术的普通共同注射方法所不能得到的物件。
在图5中示出这样一个物件的实例，此处只描绘了用于汽车车辆的一装饰板的一部分。这是一个基本部分，这个基本部分是手把、袋子和用于立体声喇叭的栅格三者成为一体的一个单一整体件。其他辅助部分在以后再固定到这个基本部分上去。这些辅助部分是按已有技术的方法由不同材料获得的。
从此图中明显看到该产品形状的复杂程度并因而可以了解到本发明的创造性特点。
在以下的说明中，本发明的方法将参照这个产品予以揭示，但很显然，本发明的方法并不限于生产这个产品，而是可以获得任何种类的物件，例如家庭用品，家具物件和类似物件。
根据本发明的方法，为了共同注塑这些所需要的物件并获得具有夹层结构的最终产品，首先要分析物件的形状以及考虑由于喷嘴的可能的不同位置而引起的注塑材料的可能不同流动路径以最后确定一个或多个注射喷嘴的位置。最理想是，这些流动路径的最后的会合点要在该板的一个几乎看不见的位置上。具体地说，所述的喷嘴(或多个喷嘴)的位置要安排得可以在模具型腔内产生多种注塑材料的流动，而其中每一材料的流动相对别的材料的流动是彼此互相平衡的。这就意味着注塑点(位置)要选择得使得注塑材料沿着相应的路径以基本相同的流动速度或基本相同的型腔内的渗透速度流动直到它们在预定的会合点上会合为止。在选择注射点(或多个注射点)的位置因而也就是选择流动路径时，假定在型腔的所有点(位置)上的阻力都是不变的。
因此，下一步骤是检验这种假定并使型腔的厚度的结构尽可能优化或最佳化，即制备模具的内腔以便使沿着注塑材料流动路径的相应部分具有基本上相同的液压阻力。这是通过设计型腔的尺寸以获得所需要的注射材料渗透时的液压阻力值来实现的。
下一步骤是选择所使用的材料。在装饰板的情况下，我们发现用于外表层的较理想的材料是聚丙烯，用于内芯材料的是充填的聚丙烯。举例来说，内层可以用EXP 1761外层可用HIFAX CA60A，这两种产品都是由HIMONT(希蒙特)生产的。
一旦材料被选定，就要考虑它们的性能，即在不同温度和压力时的液流变特性或类似的特性。这种性能在文献上可以找到，有关的数据可以储存在计算机中。
这些数据以后可以用来据以选择用于完成各种材料注射的最佳的压力、流速和温度。就是说，注射条件(即压力、温度和流速)要选择得使注塑材料尽可能长地处于流体的状态，以便获得沿着流道和整个模具型腔的注塑材料的基本均匀的分布。
重要的是不同的注射材料流要能以一种流体状态在流道的最后部分相互会合亦即使它们在一定的温度和压力下熔合在一起并获得无缺陷、无空穴或无可见接缝线而保持这种夹层结构的单体(整体)产品。
一旦所有的注射条件都已设定，就可注射第一种的材料，即外表层材料。注射的第一种材料的数量是根据最后产品的尺寸按所需要的数量来选定，其数量通常是所注射的材料的体积的20％至50％。
在第一种材料注射之后，立即就开始第二种材料的注射。重要的是尽可能地避免或至少限制在第一种和第二种材料注射之间的任何停顿时间。
为此目的，在本发明的一较佳实施例中，减少了从喷嘴一起供给第一种和第二种材料的时间。
如果注射两种以上的材料，则对任何别的材料都是重复进行上面的操作。
最后被注射的材料要在增加压力的条件下继续注塑直到所有的内腔被所注射的材料所充满并且不同的注射流都会合和熔化在一起。当注射两种材料例如一PP外表层和一充填有植物纤维的一PP芯部材料时，这两种材料的注塑条件要控制得可以避免外表层材料的有损美观的缺陷的产生。这除了要控制别的参数外，还要通过控制第二种注射材料的流速来实现。
为了避免第一次注塑的材料冷却得太快因而失去其塑性和流体的状态，本发明的方法对模具提供局部加热以使被注射的材料保持流体状态。这个加热温度通常随着离开注塑点的距离的增加而增加。
根据本发明的另一特点，模具还包括用于局部冷却型腔的某些选择的区域的冷却装置，在所述的型腔的被选择的区域上所注塑的产品具有大截面因而要化较长的时间才能冷却到可以将它从模具中抽出的程度。用于模具的冷却装置和加热装置是已有技术中所熟知的因而在附图中未画出。
如前所述，对一个单型腔来说可以有一个或一个以上的注射点，即注射喷嘴。
在图5中示出了一个物件即一装饰板的基本部分，它可以根据本发明获得。在此例中，物件101具有一个处在装饰板侧面的注射点102。从这点出发形成三条不同的材料流103至105并以流体状态在板的另一侧会合而熔合在一起以得到所需的产品。标号107代表在型腔的一个补充部分上被模制的材料，它是以已技术中的一种方式用于对被注射的外部材料或对所选择的别的材料提供一“排出容积”以使第二种和别的选用的材料与材料流的会合点相应的共同渗入更加容易。
上述方法也适用于在一个型腔内安排多个喷嘴通过共同注塑来生产物件。在这种情况下，对每个喷嘴都有一路或一路以上的材料流并且材料流有多个在流体状态下的会合区域。这时可以用与上述同样的步骤来进行，唯一的不同之处在于必须考虑材料的多个喷射点和多路流动。
在所述的材料注射进模具的型腔中时，可以在该装饰板的选定的位置上喷入气体。在图5的装饰板的例子中，气体喷射对应于门把手106和板袋壁108，在更一般的情况下，凡是在冷却时被注射的材料会产生体积变化的所有部位，例如肋或类似部分都可以用气体喷射，因为冷却时的体积变化可能会导致收缩孔的出现。
关于实现上述方法的装置，图1至4揭示了可适合于在一型腔的多个点上共同注塑的一个实施例，但是很明显，只有一个喷射点的该装置可适合于在一个型腔的一个点上完成共同注塑。
图1示出了一个类似的用于两种材料A、B的共同注塑的装置4，它的上游连接于一注塑机1或别的类似的设备，所述注塑机或别的设备能够通过共同注塑部件3在合适的压力和温度时将所述材料向下游供给一模具2。装置4包括两不同的板5和6，它们分别独立地由加热装置30加热以控制其温度，该加热装置设在进料管7和8之间，用于来自注塑成形机1的处在流体状态的材料，并设在管道9和10之间用于将该材料分配给设在模具2中的多个共同注塑部件3。
在如图1中所示的该实施例中，所述的进料管7、8是同轴线的并且一个套设在另一个之内。相应于一装配(接头)件11处，这些管(通)道彼此分开，每一个管(通)道在相对应的板内有它的自己的通路，以便允许对每种材料进行独立的温度控制。
所述板的加热和温度控制可用已知的方法实现，例如用设在板自身内的电阻和热电偶(未图示)。另外，可设置热绝缘装置以获得更好的温度控制。
为了更清楚地说明装置内部的材料的通路，材料通路A用点划线箭头表示，而材料通路B用连续的直线箭头表示。
表面材料和芯部材料的比率是根据它们的特性和所需要的板的最终的特性来选定的。当注射两种材料时，芯部材料的数量，按体积是在所注射材料总体积的40％至80％的范围内。
相应于设在模具2上的注射点，通道9、10也是对应于进料管道7、8形成同轴线的布置，以允许它们连接于共同注塑部件3。部件3包括两个可分开操作以允许调整被注射材料的质量流速的同轴喷嘴。
图2以剖切方式示意地表示一喷嘴12的下部亦即相应于模具2的一凹陷部分设置的部分，在图中，它处在两种材料A和B都不从喷嘴13a和13b供给的位置上。
为了进行材料A的供给，使断流装置16相对于内喷嘴体15升起，使喷嘴13a的喷射口不受阻碍。相反，材料B的供给是通过相对喷嘴射器体14提升起同时还起喷嘴13b注射口的断流装置作用的内喷嘴体15而进行的。而且，为了避免在喷嘴和模具内的任何压力下降，当第一种材料注射接进结束时，还能够获得组合运动同时供给两种材料。
图3示出用于在一模具的多个注射部位上共同注塑的另一实施例的装置17。
根据本发明，该装置在上游通过两根分别用于进给材料A和B的不同的管状导管18和19连接于注塑成形机1，而在下游对应于多个共同注塑部件20地连接于一模具。
所述装置17包括两不同的管状通道21和22，它们由加热装置31a、31b分别独立加热，该加热器还起着控制它们的温度的作用。管道21和22连接于进料管道18和19，并将来自注塑机1的处于流体状态的经加热的材料供给用于将材料分配给设在模具2的每个共同注塑部件20的管道23和24。
在此例中，为了将流经管道21和22的材料分开地加热和进行温度控制，所述管道21和22也是分开的；加热和温度控制也是由已知的方法进行的，例如用直接与管道21、22接触设置的电阻器31a和31b以及热电偶(未图示)。
从管道21和22分别引伸出许多管道23和24，它们到达设在模具2上的一个个单个的喷射部件20上。
在图3的该实施例中所提供的共同注塑部件20最好包括两个并排设置并可分开单独操作的喷嘴，以允许独立地调整被注射材料的质量流速，应予以理解的是，在此例中，也可以用同轴线的喷嘴，如前所述，只要在管道23、24和共同注塑部件20之间设置合适的连接的接头就可以。
图4以剖切方式示意地示出一喷嘴25的下面部分，亦即相应于模具2的凹陷部分设置的那部分，在图中，它处在两种材料A和B都不从喷嘴26供给的状态。
为了进行材料A的供给，使断流装置27从喷嘴体29升起，这样使喷嘴26的注射口的一部分不受阻碍(自由喷射)。相反，材料B的供给是通过使喷嘴26的喷射口的相对应部分的一断流装置28从喷嘴体29升起来进行的。它也可以实现很短时间内的两种材料同时供给的组合运动(如上面有关发明方法所揭示的那样)。
或者，图4的注射部件可以具有两个分开的喷嘴(而不但单个喷嘴26)，它们并排设置并由对应的断流装置27和28阻断。
较理想的是，喷嘴12和25包括有用于每一路材料流的加热和独立的温度控制的装置。
根据本发明的另一特点，该装置还包括用于对模具的多个区域进行局部加热的装置以便改善对模具的某一区域的材料的均匀分布或避免对应于不同注射点的各路材料之间的共同注塑区的不希望有的冷却。同样，在被注射的材料量于通常条件时要需要很长冷却时间的那些模具部位例如手把处可以设置冷却装置(属已有技术包括例如水管等)。
共同注塑可以只在一个点(部位)上或在多个点(部位)上进行。上面的说明针对一种对每个型腔具有多喷嘴的模具，但上述原理和特点同样适用于对每个型腔只具有一个喷嘴的各种模具。本实施例就采用多喷嘴装置来说由于它具有相当只用单喷嘴所需要的较低成本，因此是比较理想的。
至于在进行热塑性材料注射时所用的局部气体喷射装置和技术，它们属于已有技术中(例如请参阅美国专利N.5162092和N.4923666)并且其本身并不是本发明的目的。

Claims (17)

1．一种制作具有夹层结构的多层注塑件(101)的方法，它包括以下的步骤：
分析所述注塑件(101)的和相应的模具(2)型腔的形状，通过使模具内的被注塑的材料具有均匀的分布来确定获得所述注塑物件所需要的在模具型腔内均衡的不同流动；
作为流道(103-105)的函数来设计模具型腔的尺寸，使型腔具有可沿着注射材料的所述流道产生基本相同的液压阻力的厚度结构；
选择用于注射的材料(A，B)；
存储所选材料(A，B)在不同的温度、压力和流速下的特性的数据；
根据所述的存储数据选择共同注塑的每种材料的注射压力、流速和温度，以便使沿所述流道(103-105)和在整个模具(2)型腔内的被注射材料具有基本均匀的分布；
以第一种的温度、压力和注射流速注射一选定量的第一种材料(A)并随后立即以第二种的压力、速度和温度注射一选定量的第二种材料(B)；以及以选定的温度、流速和压力注射一定数量别的可能选用的材料；最后的被注射材料的喷射要持续到模具型腔充满以及注射的不同材料流(103-105)会合并且以最佳的状态得到共渗透。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的共同注塑是通过多个连接于模具(2)的单个型腔的喷嘴(13，26)进行的。
3．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料通过一个喷嘴被注射。
4．如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述模具(2)被局部加热以便在所述的注塑件(101)形成之前一直使被注射的材料(A，B)保持在一种流体状态。
5．如权利要求1所述的方法，其特征在于，相应于在冷却时容易收缩的注塑物件的那些部分进行局部气体喷射。
6．如权利要求1所述的方法，其特征在于，在注射步骤之后所述模具被局部冷却。
7．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的注塑件是一装饰板，并且外面的聚丙烯复盖层和作为充填的含有植物纤维的聚丙烯内芯部是共同注塑的。
8．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的注塑的状态被控制以避免表层材料的有损外观的缺陷。
9．一种制作具有夹层结构的多层注塑件的装置(4)，它包括一含有所制作的注塑件形状的型腔的模具(2)和多个连接所述模具(2)的共同注塑喷嘴(13，26)，其特征在于，它包括被独立地控制温度的通道系统装置(7-10)，来自一个或一个以上共同注塑部件(3，20)的、用于在压力下使至少两种处在流体状态的材料(A，B)在其中分开地流动，所述的通道系统装置与对应于模具(2)型腔的一个或多个点布置的一个或多个共同注塑喷嘴(13，26)相连通以提供在所述型腔内的注塑材料的不同流道(103，105)，并且所述模具的型腔的尺寸设计成作为不同流道(103，105)的函数以提供具有基本相同的液压阻力的流道(103，105)。
10．如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的通道系统装置(7-10)包括被独立地控制温度的不同的板(5，6)，它们被分别布置在将所述材料供给装置的管道(7，8)之间和用于将所述材料分配给一个或多个共同注塑喷嘴(13，26)的管道(9，10)之间。
11．如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的通道系统装置包括被独立地控制温度的不同的管状通道(21，22)，它们被布置在将所述材料供给装置的管道(18，19)之间和用于将所述材料分配给所述的共同注塑喷嘴的管道(22，24)之间。
12．如权利要求9至11之任一项所述的装置，其特征在于，所述的供料管道是同轴线的并且一个套设在另一个之内。
13．如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的共同注塑部件(3)至少包括两个同轴线的喷嘴。
14．如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的共同注塑部件(20)至少包括两个并排设置的喷嘴。
15．如权利要求13或14所述的装置，其特征在于，所述的喷嘴分别独立地对流速和/或温度进行调节。
16．如权利要求9至14之任一项所述的装置，其特征在于，它还包括用于局部加热所述模具的加热装置。
17．如权利要求9至14之任一项所述的装置，其特征在于，它还包括局部冷却所述模具的冷却装置。
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