用热塑性物质制造产品的设备和方法

专利名称：用热塑性物质制造产品的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种用至少可热塑性变形的材料制造产品的设备。这种制造方法是已知的，例如，注射成型法。
背景技术：
在使用已知的注射成型技术时，通常，诸如塑料之类的待成形材料在增塑设备中加热至一定温度，使材料实际上变成至少塑料和低粘性的液体，随后将材料在高压下引入注射成型模具的模腔中。在此模腔中，分布材料，使模腔被完全填充，然后使材料通过冷却来固化。之后，通过打开模具并推出产品来取出产品。
对于这种已知的注射成型技术，尤其是在形成薄壁产品时，特别是如果模腔中的流道极其逼近所用材料的熔融流动指数(MFI)时，要采用特别高的供料压力。因此，尤其在模腔中的流道相对长时更是如此。清楚的是，在采用具有高粘性和/或低熔融流的塑料的情况下，这些问题发生的程度更大。结果，对产品的最大和最小规格提出了限制，特别是限制流道的长度、这种流道的通路宽度、注射成型循环的持续时间、所用的材料以及产品的最小壁厚，尤其针对大的、扁平的部件。
压缩成型的使用是公知的。这里，用于在此模腔中形成期望产品所需的一定数量的塑料被引入到部分打开的模具模腔中。在塑料已被引入模腔以后，模具进一步关闭，从而推动塑料，用于填充更远的模腔。因此，在采用这种设备的情况下，在引入塑料的开始，模具的这些部件部分地保持彼此远离，并且仅在后来，相对缓慢地但用高压使模具的部件彼此接触。于是，存在的危险在于，塑料不是均匀地分布，从而，例如一部分材料在模腔完全关闭之前就被从模腔中压向一旁。同样，还存在的危险在于，引入模腔的塑料不够用，或相反，太多。在后者的情形中，在模具的半模之间将发生结皮，而且，不可能完全关闭该模具。这导致不规则地形成产品，而且，导致模具的污染。此设备的另一缺点在于，在使用低粘性材料和/或浅模具半模时，材料在模具的半模合在一起之前从模腔中流出，从而发生上述问题的程度甚至更大。

发明内容
本发明的目的在于提供一种开头段落中所描述的类型的设备，其中，可以以简单的方式以及用相对低的闭合压，制造具有至少相对有限壁厚的部件的产品。
本发明的另一目的在于提供一种开头段落中所描述的类型的设备，其中，可处理不同的材料，特别是塑料，还特别是具有高熔融度的塑料，即在塑料状态下具有低粘性的塑料。
本发明的再一目的在于提供一种方法，通过该方法，可以以相对快速和简单的方式，用相对简单的装置制造产品，而且，该产品可以具有相对大的、薄壁的表面，特别是具有壁厚相对小、流道相对长的塑料产品，分别比相匹配的与制造产品所用材料相关的熔融流动指数更小或更长。
本发明还打算提供一种对具有滑块的注射模具的改良使用。
通过根据本发明的设备、方法和/或使用，若干这些目的和许多其它目的得以实现。
根据本发明的设备的特征在于根据权利要求1所述的特征。
用根据本发明的设备，诸如塑料之类的热塑性材料，特别是热塑性塑料，在闭合模具关闭的同时可被引入模腔，并且该滑块或每个滑块在材料引入时，处于缩回位置或正要被带入到缩回位置，从而模腔容量比最终形成的产品的体积相对大些。在材料已经全部，最好基本上引入模腔之后，该滑块或每个滑块可强有力地且特别是迅速地移入模腔，至少移入模腔中所引入的材料中，从而推开材料。通过它，提高了速度，从而由于该滑块或每个滑块的移动，在材料中产生发热。为此，移动装置被设计成可使滑块以期望的高速度以及期望的精度进行移动。
最好，移动装置和滑块被设计成可产生绝热发热，从而材料中的温度上升，超过相应材料的熔化温度。
在优选实施例中，在模具中或模具上至少部分地包括合模装置，从而不需要压机，或不用导杆的压机足以够用。任选地，同样，可在模具上提供堵塞装置，用于在材料的引入和该滑块或每个滑块的移动期间将模具保持在闭合状态中。
与常规注射成型设备相比，用根据本发明的设备，可以用相对低的闭合压力夹紧模具并可引入塑料。说明如下在使用常规注射成型的情况下，采用例如在350巴～1000巴或更高压力之间的供料压力，而闭合压力例如在0.25～1.25吨/cm2之间，具体取决于所用的材料、壁厚和最大流道。用根据本发明的方法，对于可比较的产品，例如在0～200巴过压之间的供料压力就足以，然而优选相对低的压力，例如几十个巴或更低的压力。在表中，给出了大约300巴的工作压力(滑块柱面的工作压)，同时闭合压力例如可低于0.2吨/cm2。在使用聚丙烯的情况下，例如，代替0.25～1.25吨/cm2之间的压力的是，在0.025～0.1吨/cm2之间的闭合压就足以。
不用希望密切关联任何理论，很显然可以理解的是，通过临时增加模腔的容量，至少在诸如塑料之类的材料的较大部分引入模腔时，在流道长度与它们的通道之间的关系，基本上由待成形产品的最小壁厚来确定，这将变得更加有利，从而材料在模腔中相对几乎感受不到反压，同时一个或多个注射开口小到一旦这个或这些滑块移动，材料就不会穿过这个或这些开口被推回。而且，很显然由于该滑块或每个滑块的高速而带来了优点，由于摩擦，许多热量引入材料，热量多得使材料的凝固，特别是靠着模具部分的材料以及其流动前沿(flow front)中的材料的凝固无法完成，从而材料的粘性再次降低，同时相对于它的初始长度，已显著地降低了此流动前沿在该滑块或每个滑块移动开始处的剩余流道长度。结果，材料可用更低的压力分布在整个模腔中。随着模具的随后闭合，可以以简单的方式防止材料提前流走。
令人惊讶地，可以看出，高供料速率极为有利。例如，供料速率可在100～2000mm/s之间，更具体地，在500～1000mm/s之间。该速率的选择取决于所用塑料的固化速率，同时人们认为塑料固化得越快，要选择的供料速率就更高。而且，该速率的选择还取决于模具的几何形状，且特别是取决于脱泡过程，从而防止由于空气的压缩在模腔中产生不期望的压力增加。
用根据本发明的模具，在移动装置中，最好使用楔形元件，从模腔中观看时，它们在该滑块或每个滑块的后面移动，从而由于楔形的作用，相应的滑块移动。具体而言，对于每个滑块，使用至少两个楔形元件，在该滑块后面相向的方向中推动它们，从而获得对称的负荷。通过使用这种楔形元件，可获得作用力的有利分布，并且可用相对小的作用力在期望的距离上移动这些滑块。
在根据本发明的模具中，最好在产品中具有最小壁厚的地方、和/或流道具有最大长度的地方、和/或流道最复杂的地方设置至少一个滑块。通过注射塑料使滑块在那些部件中缩回，使它们至少部分地从模腔中移动，以产生附加空间，用于使塑料在塑料受到最大阻力的地方、或必须过压以允许塑料通过的地方精确通过。特别是塑料的某些凝固已经发生的地方。随后引入的绝热热量促使塑料进一步流动，而且同时，该滑块的移动也影响塑料的进一步移动。此外，用这种模具可以获得相对大的、薄壁的产品，其具有用常规注射成型技术无法获得的壁厚。
根据本发明的模具中的滑块可以具有相对大于产品投影面的正面。在这里，投影面被理解成包括投影到与模具闭合方向垂直的平面上的产品表面。例如，该滑块的正面可以超过此投影面的20％。超过50％(例如超过75％、85％或95％或更多)的表面是可能的。这样做的优点在于，在模腔的主要部分中，增加了待成形材料的主要流动的空间，同时最终可以制造薄壁的产品。因为这一点，供料压力和闭合压可以保持极低。
本发明还涉及一种用于形成产品的方法，其特征在于权利要求10所述的特征。
用这种方法可以以快速且简单的方式制造塑料产品，同时可用较低的压力来注射塑料以及闭合模具。因为使用了低的注射压，所以可以获得这样的优点在塑料中不会发生所不期望的化学或机械变化(特别是不同单体或聚合物之间的分离)，同时闭合压可以保持很低，从成本的观点上这是有利的。事实是，为了达到该目的，更简单的设备是合适的，而且同时，机械负荷更低，并将发生更少的磨损。其中的另一优点特别在于，这种设备需要更低的空间。
用根据本发明的方法，在该滑块或每个滑块从模腔至少部分缩回的同时或通过注射被推回的同时，将塑料引入模腔，从而获得附加的流动空间。这在上文中已经参照根据本发明的设备讨论过。因此，塑料所受的阻力降低了，从而注射压可以保持很低，例如大大低于用相同塑料来形成类似类型产品的常规注射成型中所用的标准注射压。这种标准压力可以从标准表中读出，并且通常取决于塑料和注射的方式、待成形产品的投影面及其壁厚。结果，闭合压相对于常规注射成型，还可以保持较低，其可基于大体相同的数值从相同的或可比较的表中读出。这对于本领域技术人员而言是非常清楚的。
用根据本发明的方法，在已经至少基本上填充模腔之后，该滑块或每个滑块快速移入模腔，从而获得最终的产品形状。然后该滑块或每个滑块的速度可以设置成在塑料中产生绝热发热，从而将温度再次升高到接近塑料的熔化温度。结果，部分固化的材料再次变成液体，并进一步被推入模腔，同时此外，剩余的流道相对较短，从而可以形成相对薄的产品。
用根据本发明的方法，该滑块或每个滑块的移动速率最好较高，从而在产品循环的一小部分循环时间中执行这些滑块的完全移动，例如低于循环时间的10％，更具体而言低于3％，最好少于十分之几或百分之几秒，更具体而言少于数个微秒。如所述，此速率被设置成可发生期望的温度升高，同时防止塑料特性受到不利的热影响。
用根据本发明的方法，至少根据塑料的熔融度即塑料在注射时的粘性，设置因至少部分地离开模腔而处在缩回位置的该滑块或每个滑块的位于运动方向前部并且面向模腔的末端与模腔的相对壁部之间的距离或滑块行程。令人吃惊地，可以看出，在熔融度较高即粘性较高时，此距离最好将稍微大于较低熔融度时的情况。不用希望密切关联任何理论，很明显，具有较高熔融度的塑料将较快地凝固，而具有较低熔融度的塑料具有更差的MFI。对于任何塑料/模具的组合，最佳距离可以通过实验以简单方式来确定。
本发明还涉及对用于形成产品的模具的使用，其特征在于根据权利要求19所述的特征；以及涉及一种产品，其特征在于根据权利要求20所述的特征。


在从属权利要求中，描述了本发明的其它有利实施例。在本发明的说明中，将参照附图描述设备、方法、使用和产品的示例性实施例。图中图1以侧剖视图示出了根据本发明的设备，其中，模具部分地敞开；图2以侧剖视图示出了根据本发明的设备，其中，模具闭合且滑块缩回；图3以侧剖视图示出了根据本发明的设备，其中，模具闭合且滑块向前移动；图4以侧剖视图示出了根据本发明的设备的替换实施例；以及图5示出了根据本发明制造的CD盒，CD盒的图示为采用颜料的照片记录。
具体实施例方式
在本说明中，相同或相应的部分具有相同或相应的参考号。所示的这些实施例示仅仅通过示例给出，不应当作任何方式的限制。
图1以侧剖视图示出了根据本发明的设备，该设备具有其中带有模腔3的模具2。模具包括第一可移动部件4和固定布置的第二互补部件5。可移动部件4由合适的导向件引导，导向件未示出，但可以是例如滑销、滑轨、导杆或压机等，这些对于本领域技术人员非常容易明白。可移动部件通过用于此目的的装置来移动，在图1-3用活塞汽缸组件7表示。清楚的是，这可以是任何适用的装置，例如还可以是简单压机、螺纹装置，例如图4所示的轴、连锁系统等。这些装置可以具有较轻的结构，因为它们仅仅只是用来移动部件5，实质上不用来承受下一循环中的张力或压力。
在固定的部件5中设有滑块8，其可在图1及2所示的缩回位置和图3所示的伸出位置之间在方向S上移动。为了移动滑块8，提供两个称为楔形元件的楔子9，其可借助于活塞汽缸组件10在方向P上移动，活塞汽缸组件10例如由中央控制单元11液压驱动。楔子9在与方向S近似垂直的方向P上移动。在下边，滑块8具有两个在相对方向倾斜的表面12，与楔子9的顶面互补，从而如果楔子9向内彼此相向移动时，则滑块8朝着伸出的位置向上移动(在示图平面中所看到的方向)，反之亦然。
流入开口14终止于模腔3中，并且连接到注射装置15，例如增塑装置和任选的挤压装置。在模具2的两个部件4、5上都具有凸缘16，其通过堵塞装置17被挤压且彼此拉住，用于让模具保持闭合。为此，在所示的实施例中，堵塞装置包括托架18，其可借助于活塞汽缸组件19来移动，并被推到凸缘16上。按照此方法，可以简单地获得并保持期望的闭合压力。
作为示例，在滑块8的顶面20上设有两个突出的肋21，其在滑块8的整个宽度上延伸，与示图平面垂直。在移动方向上前伸的肋末端22与模腔相对布置的表面23之间的距离D可由缩回的滑块8来设置，取决于期望的产品壁厚和所用的塑料，同时根据塑料的熔融度更高和/或塑料的熔化温度更低，可将此距离设得更大。
用根据图1-3的设备，例如可采用诸如聚丙烯或聚乙烯之类的热塑性塑料形成产品，如带有两个铰链的板子，见如下。
模具2从图1所示的位置闭合，如图2所示。然后将距离D设为合适的值，从而模腔3中的空间相对很大。在相对低的压力下，例如以介于1～10巴过压之间的压力，通过流入开口14将塑料引入模腔。选择填充压，从而达到期望的、很短的供料时间，而塑料的特性不受不利影响，并且在模腔中不发生所不期望的高压。然后，以相对高的速度，通过移动楔子9，滑块8在伸出位置的方向中向前移动，如图3所示。这里，根据期望的绝热发热选择速度，期望的绝热发热应当使塑料的温度至少基本上下降到近似它们的熔化温度。可能稍微固化的塑料再次变为液体，并且还可迫使塑料进一步进入模具，从而获得对模具的完全填充，同时产品可以具有非常小的壁厚，事实上，对于相应塑料/产品组合的熔融指数而言，是非常小的。任选地，在移动滑块之后，仍然可以借助于注射装置15给出一定的保持压，从而可从产品中挤压出所不期望的应力。
在那之后，模具可再次开启，接着可以取出产品。
最好，该滑块或每个滑块的移动速率是高的，使该滑块在缩回和伸出位置之间的移动时间相对于产品制造的循环时间而言相对较短，例如介于循环时间的0～10％之间，还取决于期望的绝热发热。这可通过对于每个塑料-产品组合的实验来确定，或借助于标准表来计算，该标准表涉及塑料、产品的特性如尺寸和流道、在移动滑块时将发生的摩擦、以及塑料的热容量和熔融温度。
在图4中，示出了根据本发明的设备的替换实施例，其中，螺纹轴25具有螺母块26，用于开启和闭合模具2。这些可以全部或部分地包含在模具2中。在此实施例中，塑料经一个侧流入开口14引入，而滑块8设在模腔3的两侧上。在此实施例中，它们可彼此独立移动，但是优选它们成对移动，从而在模具2中产生对称的负荷。
通过图示说明，将描述根据本发明的模具及方法的实施例。采用塑料文件夹作为产品的示例。在表1包括注射成型机器的数据，在表2包括模具数据，在表3包括产品尺寸，在表4包括关于滑块或压板的数据，以及在表5包括涉及操作参数的数据。在表6给出了注射成型期间所用的压力和速度。因此，在该图表中，给出了注射成型循环期间根据本发明的模具中的塑料内温度相对于时间的图形。
表1机器数据

表2模具数据


表3产品规格

表4压板数据

表5参数

表6循环时间


用根据本发明的方法，在时间T0，模具闭合，将足以用来制造成品的一定数量的塑料引入模腔，本例中产品为文件夹。在0.1706秒中，128克供料量的PP被引入模腔。模腔包括具有近似200,000mm2的正面的滑块，其在1.8mm的距离上移动。以750mm/s的速度在近似245℃的温度下，且模具温度近似50℃时，无压力地引入塑料，然后在第一阶段冷却到230℃左右。在大约0.107秒后的时间T1，设置滑块运动，该滑块在大约0.4秒中完全向前移动，同时模具中的温度升到恰好低于塑料将分解的温度。在时间T2，滑块完全移到前面并保持在那个位置，从时间T2开始，允许塑料冷却到适当低于熔化温度的温度，接近于室温，例如45～55℃。冷却大约在12秒内完成。除了两个活动的铰链，在正面中观看时，产品655mm×320mm的封面和封底的厚度平均为1.7mm。在冷却期间，不必施加保持压，因为没有需要承受的收缩量。该产品显然没有应力，从而获得高的成形稳定性。
由于滑块的高速度，运动速度被转化为热量，而且同时，在塑料和模具以及塑料自身之间的摩擦与压缩导致绝热发热。直到时刻T2左右，滑块完全移到前面，模具中的塑料保持运动且此外保持在熔化温度之上，从而防止凝固且塑料的流动特性受到正面影响。结果，用有限的闭合力和填充压，获得对模腔的完全填充。
用楔角大约4°的楔子移动模具。
用如文中所述的根据本发明的方法，滑块在将塑料注射进模腔的同时已经移动到伸出的位置。这也有助于保持塑料运动。
在图5，给出了采用根据本发明的方法制造的CD盒的照片图示。这里，塑料的流动图案是清楚可见的。照片解释如下。
在使用常规注射的情况下，可以看见紊乱的线条。在使用常规注射的情况下，这些线条是由于在压力下供应塑料而产生的。可以看到一种非常深色的、混乱的图案，表明材料中出现了应力。相反地，在这张图片中，特别无扰动的图象呈现出其自身具有可取的、长线状光图案。微小的保持压产生两个围绕着注射点的深色斑点。此保持压本质上不是必须的，但是保持压可以利于进一步改进产品，具体改进产品的平面度。靠近中心的颜色稍微深些的斑点是此保持压的结果，明显地，其已受到限制。
图5本发明不以任何方式限于附图和描述中表示的实施例。在如权利要求所列的本发明的框架内，在实施例上的许多变化是可能的。例如，根据本发明的模具2可以包括多个模腔，而该模腔或每个模腔可以设有一个或更多的滑块。可以以不同的方式驱动这些滑块，例如直接驱动而不是通过楔子；以及借助于不同的手段，例如电的手段。同样，这些滑块可在不同的方向中移动，例如与模具部件移动方向垂直的方向；或者滑块可以枢转，以缩减模腔的空间。
在如权利要求所列的本发明的框架中，这些和许多可比较的改动是可能的。
权利要求
1.一种用诸如塑料之类的至少可热塑性变形的材料制造产品的设备，包括具有至少一个模腔的模具；其中在该模腔或每个模腔中，提供至少一个称作滑块的可移动的部件；用于移动该滑块或每个滑块的移动装置；合模装置，用于开启和闭合该模具，使得该模腔或每个模腔分别被释放或闭合；供料装置，用于在模腔闭合的情况下，将至少基本上处于塑料状态下的所述材料引入该模腔或每个模腔；其中，用于移动该滑块的移动装置被布置成用于在模具部件开启或闭合时，在模腔中，以相对高于模具部件移动速度的速度，从至少部分地从模腔缩回的位置上向前移动所述滑块，从而结果，所述材料在模腔中，最好以高得使绝热发热发生在该模腔或每个模腔中的速度被移动，用于获得对模腔的填充。
2.根据权利要求1的设备，其中，合模装置至少基本上包括在该模具中。
3.根据权利要求2的设备，其中，合模装置还包括堵塞装置，用于将模具保持在封闭的状态中。
4.根据前述权利要求中任一项的设备，其中，移动装置包括协同工作的元件，其中的至少一个元件至少部分地作成楔型，其布置方式为，在一个元件在第一方向上移动时，与之协同工作的一个元件和/或与之相连的滑块就在第二方向上移动。
5.根据前述权利要求中任一项的设备，其中，模腔包括至少一个成形部件，用于形成薄壁的产品部件，同时在所述成形部件中或挨着所述成形部件设有至少一个滑块，该滑块具有包括与平行于所述产品部件的所述小壁厚的平面成夹角的移动方向，具体而言，该夹角处于30～90°之间，同时，当滑块处于第一、缩回的位置时，所述产品成形部件限定出相对大的通道，并且在滑块处于第二、伸出的位置时，限定出对应于待成形薄壁产品部件的横截面的通道。
6.根据权利要求5的设备，其中，在滑块处于第二位置时，该通道在使用期间，至少部分小于相匹配的将要引入的塑料的熔融流动指数(MFI)，同时在在滑块处于第一位置时，该通道显著地大于相匹配的所述MFI。
7.根据前述权利要求中任一项的设备，其中，供料装置被布置成在采用可比较的、没有滑块的模具并用相同材料形成类似产品时，用于以相对低的、被认为与所要求的注射压成比例的压力将材料引入模具。
8.根据前述权利要求中任一项的设备，其中，在移动方向中观看时，该滑块或每个滑块，具有相对大于在所述移动方向中观看到的模腔投影面的正面。
9.根据权利要求8的设备，其中，所述正面大于所述投影表面的50％，特别大于75％，更特别大于85％，最好处于90％～100％之间。
10.一种用于形成塑料产品的方法，其中，在模腔中基本上以塑料的状态引入一些塑料，因此至少一个称作滑块的可移动元件在压缩和/或移动至少一部分塑料的同时，至少部分移入相应的模腔中，同时该至少一个滑块的移动速度高到在塑料中产生绝热发热，从而塑料更多地变成液体，至少它的粘性降低。
11.根据权利要求10的方法，其中，在塑料引入模腔之前，该至少一个滑块被设置行进距离，该行进距离由相应滑块的位于移动方向前部的末端与模腔的相对壁部之间的距离来确定，该距离根据在模腔中所用塑料的熔融度来设置。
12.根据权利要求11的方法，其中，在采用具有更高熔融度的塑料时，扩大所述通道距离。
13.根据权利要求10-12中任一项的方法，其中，该滑块或每个滑块以这样的速度移动即相应滑块移动发生的时间最多近似于制造循环总循环时间的20％，该循环时间由闭合模具与取出产成品之间的时间来确定。
14.根据权利要求13的方法，其中，执行该滑块或每个滑块的移动的时间低于总循环时间的10％，特别低于5％，最好低于3％。
15.根据权利要求10-14中任一项的方法，其中，模具的闭合压小于用相同材料制造相同产品的常规注射成型设备中所用的闭合压。
16.根据权利要求10-15中任一项的方法，其中，用低于350巴的填充压将材料引入模腔。
17.根据权利要求10-16中任一项的方法，其中，作为材料，引入塑料特别是热塑性塑料，同时供料的压力和速度使塑料的至少部分凝固发生在塑料的引入期间，同时该滑块或每个滑块被带入模腔，从而在模腔中产生绝热发热，使塑料返回到液体状态，至少它的粘性降低，从而通过移动该滑块以及任选地，施加保持压，来完全填充相应的模腔。
18.根据权利要求17的方法，其中，在该模腔或每个模腔中设有溢出空间，其被塑料填充，其中在溢出空间中填充的部分用作接合元件，用于取出在相应模腔中形成的产品。
19.一种具有至少一个滑块的注射模具的使用，同时在注射成型的循环期间，该滑块或每个滑块在模腔中的移动速度设为使得在被引入相应模腔的物质中产生绝热发热。
20.一种用根据权利要求10-18中任一项的方法，或通过根据权利要求19的模具的使用，在根据权利要求1-9中任一项的设备中形成的产品。
全文摘要
一种用诸如塑料之类的可热塑性变形的材料制造产品的设备，包括－具有至少一个模腔(3)的模具(2)；－在该模腔或每个模腔中的至少一个滑块(8)；－用于移动每个滑块(8)的移动装置；－用于开启和闭合模具(2)的合模装置；－供料装置，用于在模腔(3)闭合的情况下，将至少基本上处于塑料状态下的所述材料引入该模腔或每个模腔；其中，用于移动滑块(3)的移动装置(9)被布置成用于在模具部件开启或闭合时，以相对高于模具部件移动速度的速度，从至少部分地从模腔缩回的位置上向前移动所述滑块，从而结果，所述材料在模腔中，最好以高得使该模腔或每个模腔中产生绝热发热的速度被移动，用于获得对模腔的填充。
文档编号B29C43/52GK1705552SQ03824756
公开日2005年12月7日 申请日期2003年9月10日 优先权日2002年9月10日
发明者亨德里克斯·安东尼厄斯·霍格兰 申请人:喷泉专利国际组织公司