专利名称：在多个注射模制零件腔内的涂覆的制作方法
背景技术：
本发明涉及在多个注射模制零件腔内的涂覆和控制注射入多个模制零件腔内的内模涂覆(IMC)组合物的流量，更具体来说，涉及方法(1)在多个注射模制零件腔内注射模制多个制品并用IMC组合物涂覆该多个制品，(2)仅用单一注射器涂覆该多个模制品和/或(3)控制在该多个模制品上注射的IMC组合物的流量，以仅在该多个制品所需表面或部分上涂覆。本发明特别用作在由单个注射模制机的半模形成的两腔内注射模制两个制品、利用单个IMC组合物注射器对这两个制品涂覆IMC组合物并控制在这两个制品上注射的IMC组合物流量的方法和设备。
模制热塑性和热固性制品，例如由聚烯烃、聚碳酸脂、聚苯乙烯和聚氨脂制成的制品，可用于包括汽车、船舶、娱乐、建筑、办公用品和室外设备工业的多种用途。通常，需要对热塑性或热固性制品施加表面涂层。例如，模制品可用作多零件装置中的一个零件；为了在这种装置中与其他零件饰面相匹配，模制品可能需要施加与其他零件具有同样表面特性的表面涂层。涂层也可用来改进模制品的表面特性，例如外观的一致性、粗糙度、抗划伤性、抗化学性、耐候性等。同时，表面涂层可用在模制品和后施加的独立最终涂层之间来促进接合。
已研发了多种将表面涂层施加于模制塑料制品上的技术。许多涉及从模中移出后再将表面涂层施加于塑料制品上。这些技术通常为多步骤工艺，包括表面制备和随后用油漆或其它涂料喷涂已制备表面。相反，IMC提供了一种从模中排出前将表面涂层施加于模制品上的方法。
用于热塑性材料的模具通常是“蛤壳”设计，具有在分模线处配合的半模。配合半模之一通常保持静止，相反，另一半模通常在闭合位置和开启、退回位置之间运动。为形成模制品，可动半模移动至闭合位置并在夹紧力作用下保持闭合，从而形成封闭式的模制腔。熔融材料注射入模制腔。通过用熔融材料完全充填模腔并使材料充分冷却和固化来形成模制品。在全部模制过程中，可动半模保持在闭合状态。模制后，半模开启并排出成型的模制品。
由于模具设计和模制条件的不同，在注射涂料组合物前模具裂缝或分开的方法通常不用于注射模制热塑性材料的IMC。当模制热塑性材料时，通常需要保持可动半模上的压力，使腔闭合并防止材料沿分模线漏出。另外，在模制时，保持热塑性材料上的压力，这也需要保持腔闭合，对帮助在模制品中形成更一致的结晶或分子结构通常是必须的。没有这种压紧(即压力保持)，模制热塑性制品的物理特性会受损。
因为在将IMC组合物注射入模腔前，注射模制不允许模分开或裂开，IMC组合物必须在足够压力下注射，来在所有待涂覆表面压缩制品。模制品的可压缩性支配IMC组合物如何覆盖模制品和覆盖模制品的哪些部位。用液态IMC组合物IMC注射模制品的方法描述在例如第6,617,033号美国专利和第2002/0039656A1和2003/0082344A1号美国专利出版物中。
在模制工艺中，将液态IMC组合物物理注射入注射模制设备的模腔里的方法和设备，在此还称为分配-控制方法和设备，描述在共有的、待决国际申请PCT/US03/33/33186(WO＿＿)中，其涉及方法和设备的教导在此作为参考引入。分配和控制设备提供了将IMC组合物注射入注射模制机上的一对半模腔中的传送系统和控制传送系统的装置。
当IMC组合物注射入模腔内和模制品上时，可控制IMC组合物的流量，以仅在制品所需表面或表面部分涂覆并最佳涂覆那些表面。另外，可以控制IMC组合物的流量来限制其通过分模线逸出或进入树脂注射孔附近区域。
例如，选择控制IMC组合物流量的一种方法描述在US 2003/0082344 A中，在此特意作为参考引入，其说明了当IMC组合物注射入模腔内和模制品上时，控制IMC组合物流量和厚度的方法。通常，通过控制模制品多个区域或截面的厚度或深度，可优先涂覆制品所需表面。具体来说，当模制品在IMC组合物注射位置或附近具有厚度相对增大的区域时，应增大IMC组合物的流量。当模制品具有流道部分或优选的流道时，增大模制品表面上的IMC组合物流量。另外，当模制品具有限制凸缘时，凸缘作为障碍物，防止IMC组合物漏出或渗出所需表面和/或模腔外。
另一可选择控制内模涂料流量的方法描述在US 2003/0077426 A中，在此特意作为参考引入，其教导了使用IMC组合物注射入口区附近的“流动区域”，增大注射入口区的IMC组合物流量。另一可选择控制IMC组合物流量的方法描述在US 2003/0099809A中，其在此特意作为参考引入，其公开了限制凸缘的功能，其与US 2003/0077426中描述的限制凸缘类似，但是具有构造为可从涂覆的热塑性制品上移除的附加特征。可移除凸缘能被非常容易地移除。另一种可选择控制IMC流量的方法描述在US 2003/0077425 A中，在此特意作为参考引入，其公开了作为部分模制品形成的模结构的使用，该模结构提供了阻止IMC组合物流入树脂注射孔、浇口棒装置等的障碍物。
在一些注射模制应用中，多个制品可同时在单个注射模制机上注射模制。更具体来说，单个注射模制机可包括形成多个零件腔的一组半模。当半模形成多个零件腔时，可模制多个制品，通常一个零件腔一个制品。在这些类型的应用中，由于上述原因，需要内模涂覆多个模制品。因此，需要设置注射模制和IMC，使一组半模的多个零件腔中模制的多个制品被内模涂覆。还可用单个IMC组合物注射器涂覆多个模制品。无论用单个IMC组合物注射器涂覆，还是用多个注射器涂覆，还需要控制在多个注射模制品上注射的IMC组合物的流量，以使其仅在所需表面或表面部分上被涂覆。
发明概要一方面，本发明提供了一种模制设备，其包括形成多个模腔的模具，至少一个与多个模腔流体连通来在其中注射模制品的第一组合物注射器，和至少一个与多个模腔流体连通来内模涂覆在多个模腔内的模制品的第二组合物注射器。
另一方面，本发明提供了一种模制设备，其包括形成多个模腔的模具，在多个模腔内注射模制制品的装置，和在多个模腔内内模涂覆模制品的装置。
附图简要说明附图仅用于说明优选实施方案，不能认为是对本发明的限制。
图1是具有多个模制零件腔的模制设备的一个实施方案的侧视图。
图2是包括处于闭合位置的可动半模和固定半模的模具示意平面图，示出了(在虚线中)多个零件腔、流道部分、浇口部分和第二注射器通道。
图3是沿图2的3-3线的横截面示意图，示出了与零件腔流体连通的流道部分。
图4是适于与图1中模制设备连接的IMC分配和控制设备的立体图。
图5是图2半模的局部放大平面示意图。
示意性实施方案的详细说明现参照附图，其中所示仅是为了示意性说明本发明的一个或多个优选实施方案，而不是对其限制，图1示出了包括第一半模12和第二半模14的模制设备或注射模制机10。第一半模12相对于第二可动半模14优选保持在静止或固定位置。在图1中，示出了位于开启位置的可动半模14，但是其可移动到闭合位置，其中第一和第二半模12、14相互配合，在它们之间形成多个密封模腔16。更具体地，当可动半模14处于闭合位置时，半模12、14沿面18和20配合，在其间并绕零件腔16形成分模线22(图2)。
移动半模14通过具有夹紧驱动器26例如通过本领域已知的液压、气动或机械驱动器的夹紧机构24的动作，沿大致水平的轴线相对半模12往返运动。夹紧机构24施加的夹紧力优选能够产生超过第一组合物注射器30或第二组合物注射器32产生或施加力的操作压力。例如，夹紧机构24施加在模表面上的压力范围可为14Mpa(约2000psi)至105Mpa(约15000psi)，优选为25Mpa(约4000psi)至85Mpa(约12000psi)，且更优选为40Mpa(约6000psi)至70Mpa(约10000psi)。
另外，参照图2，示出了在闭合位置沿分模线22相互邻近或配合的半模12、14，形成了包括第一零件腔34和第二零件腔36的多个零件腔16。各零件腔34、36具有限定的和/或基本固定的体积。各零件腔34、36的设计可根据各零件腔34、36中模制的所需最终产品或制品，在尺寸和形状上有较大变化。另外，半模限定的零件腔的数目也可变化。在示意性实施方案中，第一半模12包括浇口通道38和流道部分40，使在由位于半模12后面的定位环44形成或邻近其的进口42和零件腔34、36之间流体连通。定位环44包括配合第一组合物注射器30的凹径面，下面有更详细的描述。
第一组合物注射器30在注射模制设备中是常用的，并且通常能将热塑性和热固性组合物，通常为树脂或聚合物，通过压迫组合物经过浇口通道38和流道部分40，注射入零件腔34、36中。第一注射器30设置为从固定半模12注射材料，第二组合物注射器32设置为从可动半模14注射IMC组合物。显然，半模12、14可以变换，使第一组合物注射器30反向并放于或其邻近可动半模14处。
在图1中，示出了第一组合物注射器30处于“后退”位置，但能水平移动，以使第一注射器30的喷嘴或树脂出口42与半模12配合。在配合位置，注射器30可通过浇口通道38和流道部分40将其容纳物注射入模腔34、36中。仅为示意目的，第一组合物注射器30作为往复螺杆设备示出，其中，第一组合物可置于漏斗48中，然后，转动螺杆50可通过热挤出筒52移动组合物，第一组合物或材料在热挤出筒52中加热至高于其熔融点。当热材料在筒52末端聚集时，螺杆50作为注射推杆，迫使材料通过喷嘴46并进入第一半模12。喷嘴46在其开口端可选择具有阀(未示出)，螺杆50通常具有止回阀(未示出)，以防止材料回流。
第一组合物注射器30并不仅限于图1所示的实施方案，而是任何能将流动的(例如，热塑性或热固性)组合物注射入模腔34、36中的设备。例如，注射模制机可具有在垂直方向移动的半模，例如，具有中心注射的叠模。其它合适的注射模制机包括可从Cincinati-Milacron，Inc.(Cincinati，ohio)、Battenfeld Injection Molding Technology(Meinlerzhagen，德国)、EngelMachinery Inc.(York，Pennsylvania)、Husky Injection Molding Systems Ltd.(Bolton，加拿大)、BOY Machines Inc.(Exton，宾夕发尼亚州)和其他公司购得的许多设备。
参照图2和3，流道部分40包括上T型部分54和下T型部分56，以通过浇口通道38传送第一组合物进入模腔34、36。流道部分40跨过分模线22，由两半模12，4形成。入口58形成于流道部分40横穿零件腔34、36处。与各入口58相邻的流道部分40包括锥形部分60，以使形成于流道部分40内的第一(树脂)组合物相对方便地从形成于零件腔34、36中的制品或零件上移除。
第二组合物注射器32通常能将IMC组合物注射入模腔34、36中，涂覆形成于其中的模制品。示出的第二注射器32置于活动半模14上，但是，半模12、14可以变换，以使第二注射器32可置于或邻近固定半模12处。为了通过第二注射器32将第二组合物注射入腔34、36中，第二注射器通道62通过第二半模14伸入到流道部分40。第二注射器通道62使第二注射器32的喷嘴64伸入半模14内并与流道部分40流体连通。喷嘴64包括销或阀66，其可在开启位置和闭合位置之间移动，在开启位置允许在第二注射器32和流道部分40之间流体连通，在闭合位置禁止在第二注射器32和流道部分40之间流体连通。阀66通常偏置或压向闭合位置(如图所示)，但是，通过第二注射器32可选择移向开启位置。
另外，参照图5，在第二注射器中，通道62与流道部分40在位置68处相交(图3中以虚线示出)。邻近位置68的流道部分40的区域68a优选形成第一(树脂)组合物的平流道部分。形成平流道部分是为了更好地促进通过第二注射器32引入的IMC组合物在形成于流道部分40中的流道的流量分配。另外，通道62的横截面优选比位置68相邻的流道部分40区域的横截面小。这种尺寸关系和流道部分40的平滑度更能推动或使注射的IMC沿形成的流道流向零件腔34、36中并离开分模线22。
参见图4，IMC分配和控制设备70可连接于模制设备10，更具体来说，连接于第二注射器32来提供IMC性能和控制。控制设备70描述在上述参考的国际申请PCT/US03/33186中。
通常，控制设备70包括接受筒72，以容纳充满IMC组合物的容器。例如，合适的IMC组合物描述在第5777053号美国中。控制设备70还包括计量筒或软管74和空气驱动传输泵76。计量筒74与接受筒72中的涂料容器可选择地且流体连通。更具体地，流体管道将涂料容器连接到计量筒74。阀设在流体管道上来控制通过其的传输。当流体管道阀处于开启状态时，使用传输泵76将涂覆容器内的涂料组合物可选择地泵送至计量筒74中。
使用传统的流体传连通管道，计量筒74与模制设备10的第二注射器32流体连通。液压装置如液压驱动活塞102用来可选择地排出计量筒74中的IMC组合物，下面有更详细的描述。排出的内模涂料组合物沿着并通过流体连通管道流向第二注射器32。控制设备70包括将其与常用电源和常用压缩气体源连接起来的合适连接件(未示出)。具体来说，控制设备70包括能连接到常用460伏交流或直流电源上的电柜78。电柜78包括多个控制器80和其上的触摸垫开关82，来控制IMC组合物从设备70到第二注射器32的分配并控制第二注射器阀66。电源为电子设备、电子控制器和设备70的液压泵提供电能。压缩气体源为空气驱动传输泵76提供动能。
参照图1，为制备涂覆制品，热塑性第一组合物置入模制设备10的漏斗48中。任何能注射模制的合适热塑性第一组合物都适用于本发明。热塑性材料的例子包括，但并不仅限于此，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、尼龙、丙稀一丁二烯一聚乙烯(ABS)，聚苯乙烯、聚烯酸的、缩醛、聚烯烃如聚乙烯和聚乙烯、聚丙烯、和聚氯乙烯(PVC)。上面列出的并非意味着已经穷举，而仅是对多种有用热塑性材料的示例。
在注射第一组合物前，半模12、14通过夹紧机构24闭合，形成封闭的模制零件腔34、36。在闭合位置，夹紧机构24保持足够的夹紧力，甚至是在第一和第二组合物在压力下注射入零件腔34、36中时，也保持半模12、14的闭合关系。同时，在注射第一组合物前，第一注射器30移动到与第一半模12成嵌套或配合的关系。
通过传统装置，例如，使用热挤出筒52和旋转螺杆50，第一注射器30把第一组合物加热到超过它的熔点并流向第一注射器30的喷嘴46。如果喷嘴46设有喷嘴阀，将其移动至开启位置，保持预定时间，使对应数量的第一组合物通过浇口通道和流道部分填充零件腔34、36。螺杆50提供了推动第一组合物进入零件腔34、36中的注射压力或力，直至喷嘴阀回到其闭合位置。换句话说，零件腔34、36被第一组合物填充并充满。一旦零件腔34、36被填充并填满，允许模制第一组合物冷却，从而在零件腔34、36中形成模制品。部分第一组合物将留在浇口通道38和流道部分40中，在其中分别形成浇口和流道。
零件腔34、36中模制品的特定表面冷却至其熔点以下或以别的方式达到足够接受或支持涂料的温度或标准后，IMC组合物注射入零件腔34、36中并注射在模制品上。如果IMC组合物为热固化，希望在模制品表面充分冷却前注射以防止固化。为了注射IMC组合物，阀66移动至开启位置，启动液压装置从计量筒74中排出预定数量的IMC组合物，通过第二注射器32，进入零件腔34、36中。更具体地，自第二注射器32，IMC组合物通过喷嘴64射入并射在流道邻近位置68的平坦区域。如下面的详细描述，IMC组合物沿流道部分40射入并射进零件腔34、36内，涂覆模制品的所需表面。平坦部分提高了IMC组合物进入腔34、36中的流量。
在施加IMC组合物前，模具不需要开启或松开。也就是，当第一和第二组合物两者都注射入模腔34、36中时，半模12、14保持在分模线22处并且通常彼此基本保持固定。因此，各模腔34、36的基本固定容积是恒定的并在整个模制和涂覆步骤中被保持。IMC组合物通过并涂覆模制品预定部分或区域。IMC组合物全部注射入模腔34、36中后立即或在非常短的时间内，设备70使第二注射器32的阀66回到其闭合位置，从而防止IMC组合物进一步注射入模腔34、36中。
当预定数量的IMC组合物注射入模腔34、36并覆盖或涂覆模制品的预定区域后，可以移出涂覆制品。在半模12、14分开前，IMC组合物已固化。固化可任选由包括制品本身或处于或高于IMC组合物固化温度的半模12、14的热源来热激活。固化温度可依赖于使用的IMC组合物变动。如果IMC组合物的固化被热激活，优选在模制品冷却至低于方便获得或经济地获得涂料固化的点之前，注射IMC组合物。这些类型的IMC组合物需要最低温度来激活催化剂和/或存在于其中的引发剂以引起交联反应发生，从而使涂料固化并与模制品结合。
当IMC组合物从注射器32流到腔34、36并流到制品上时，IMC组合物流量的控制，可通过控制制品的一个或多个部分的厚度及通过控制导向零件腔34、36的流道部分40的厚度和轮廓设计来控制。例如，参照图5，流道部分40可形成流道上的限制凸缘40a，从而限制和控制IMC组合物的流量。限制凸缘的功能与上述前两个可选择流量控制公开物中所描述的功能类似。具体地，当IMC组合物射入由流道部分40形成的壁和形成在其中的流道之间时，由于其较薄的横截面和相对缺乏压缩性，限制凸缘限制IMC组合物。一旦IMC组合物的受控流量到达腔34、36，模腔的形状还能控制腔34、36内的IMC组合物的流量和流到模制品上的流量，从而仅涂覆所需表面或表面部分。在示意性实施方案中，流道上的限制凸缘沿分模线22形成，在零件腔34、36中成形的各制品的待涂覆表面可与第二半模14相邻。因此，可限制IMC组合物并仅允许其在分模线22的第二半模侧上流动。
虽然本发明示意性说明并描述了具有形成一对腔的两个半模，该腔接收来自于单一注射器的IMC组合物，但可以想到也在本发明的范围之内的其它装置。例如，半模可以形成一个或多个零件腔。其它装置可以采用独立的IMC组合物注射器和/或在半模中形成的各腔的控制和分配装置。另外的其它装置可以使用单个注射器，适于向位于不同组的半模内的零件腔提供IMC。
可以想到另外的替代装置。在一个实施方案中，注射器32可置于第一半模12上，涂覆与第一半模12相邻的流道部分40形成的流道侧面。另外，当第二注射器32设于第一半模12上时，IMC组合物通过半模12射入喷嘴通道38形成的喷嘴。限制凸缘的各种设置可沿喷嘴通道38和流道部分40形成，以引导注射入零件腔34、36中的IMC组合物。在另一种该实施方案中，第二注射器32可定向为将IMC组合物直接注射到在零件腔34、36中成形的制品之一的所需表面上。然后，可以使IMC组合物直接涂覆该制品并沿流道部分40形成的流道流动，来涂覆在零件腔34、36的另一个腔中形成的制品。在又一个实施方案，第二注射器32用来将IMC组合物直接输送入成形于第一腔34的制品、形成于第二腔36的制品、浇口和/流道的任意多个组合位置。第二注射器32通过使用相互分开的通道将IMC组合物传送到多个位置。
权利要求
1.一种模制设备，包括形成多个模腔(34、36)的模具(12、14)；至少一个与所述多个模腔流体连通的第一组合物注射器(30)，用于传送可以形成模制品的第一组合物；和至少一个与所述多个模腔(34、36)流体连通的第二组合物注射器(32)，用于传送通过固化能在所述多个模腔(34、36)内的所述模制品上形成内模涂层的第二组合物。
2.权利要求1的模制设备，还包括与所述至少一个第一组合物注射器(30)流体连通的浇口通道(38)，和与所述浇口通道(38)以及所述多个模腔(34、36)流体连通的流道部分(40)。
3.权利要求2的模制设备，其中所述流道部分(40)包括在多个入口(58)处与各所述多个模腔(34、36)流体连通的多个部分(54，56)。
4.权利要求3的模制设备，其中所述流道部分(40)包括邻近各所述多个入口(58)的锥形部分(60)。
5.权利要求2至4之一的模制设备，还包括与所述至少一个第二组合物注射器(32)和所述流道部分(40)流体连通的第二注射器通道(62)，所述第二注射器通道(62)的横截面面积小于邻近所述第二注射器通道(62)和所述流道部分(40)之间的相交部分(68)的所述流道部分(40)的横截面面积。
6.权利要求5的模制设备，其中邻近所述相交部分(68)的所述流道部分的一部分是平的。
7.权利要求1至6之一的模制设备，其中在通过所述第一和第二组合物注射器引入材料的整个过程中，各所述多个模腔(34、36)具有固定容积。
8.权利要求2至7之一的模制设备，其中所述流道部分(40)包括将从所述至少一个第二组合物注射器(32)注射的组合物导向所述多个模腔(34、36)的限制凸缘(40a)。
9.权利要求1至9之一的模制设备，其中所述多个模腔(34、36)仅与单个第一组合物注射器(30)和单个第二组合物注射器(32)流体连通。
全文摘要
一种模制设备，包括形成多个模腔(34、36)的模具(12、14)。与模腔(34、36)流体连通的是通过浇口通道(38)的一个或多个第一组合物注射器(30)和通过注射通道(62)的一个或多个第二组合物注射器(32)，用于分别传送形成模制品的熔融材料和涂覆这样形成的制品的组合物。流道部分(40)与所述浇口通道(38)以及所述多个模腔(34、36)流体连通。第二注射通道(62)在相交部分(68)处与流道部分(40)流体连通。
文档编号B29C45/16GK1795083SQ200480014240
公开日2006年6月28日 申请日期2004年3月17日 优先权日2003年3月27日
发明者道格拉斯·麦克贝恩, 约翰·汤姆森, 埃利奥特·施特劳斯 申请人:阿姆诺洼化学有限公司