用于制备模制品的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本披露涉及一种用于制备模制品的方法和设备，并且更具体地涉及通过使用凸形模具以及热塑性片材来进行自动模制的方法和设备，其中这些热塑性片材被有条不紊地覆盖跨过该模具轮廓。
【专利说明】用于制备模制品的方法和设备
优先权
[0001]本申请要求由同一发明人于2012年6月9日提交的美国临时申请61/657，738的优先权。
发明领域
[0002]本披露涉及一种用于制备模制品的方法和设备，并且更具体地涉及通过使用凸形模具和热塑性片材来进行自动模制的方法和设备。
发明背景
[0003]单片材热成形工艺典型地涉及提供一种预成形的热塑性材料片(通常在一个卷辊上)、将该预成形的热塑性片材加热至可热成形的温度并且将该经加热的热塑性片材与一个成形的模具表面相接触。该经加热的热塑性片材典型地借助于通过该模具表面中的多个穿孔而抽成的真空被下拉至与该成形的模具表面相接触。
[0004]单片材热成形的此类现有技术方法典型地且不希望地涉及多个步骤，例如分开地形成该热塑性片材、将预成形的热塑性片材收集在一个卷辊上、将该预成形的热塑性片材卷运输到一个模制机(或制造机)、并且在热成形操作之前将该预成形的热塑性片材重新加热。另外，单片材热成形的此类现有技术方法典型地不对超过带轮廓的(例如，凹入的)模具表面的热塑性片材厚度提供足够的控制。例如，模制出的热塑性片材可能太薄(例如，在深拉区域中)和/或在其他区域中太厚。模制的片材厚度的此种变化可能导致最终的模制品具有不希望地变化的物理特性(例如开裂失效)以及美学特性，例如不均匀的视觉外观(例如，不规则的颜色)。
[0005]涉及热塑性片材的连续挤出的热成形工艺是已知的，该热塑性片材是通过使用来自挤出的热塑性片材的余热而被热成形的。例如参见美国专利号6，814，905BU6, 086，800以及4，061，706。此类连续热成形方法虽然或许解决了或消除了使用预成形的热塑性片材所涉及的多个步骤中的一些步骤，但是典型地且不希望地没有对超过带轮廓的(例如，凹入的)模具表面的热塑性片材厚度提供足够的控制。
[0006]美国专利7，742，225通过这样一种模具设备来应对和解决这些问题中的一些问题，该模具设备包括围绕该模具的边缘的一个片材固持件，该片材固持件是可移动的并接收经加热的热塑性片材并且控制该片材的移动以便将其带到与该模具进行恰当接触。接着该经加热的热塑性片材冷却，并且形成了保留模具内表面的轮廓的一种成形的热塑性片材。
[0007]对一些应用而言，尤其是对大的部件和凸形模具而言，希望的是开发一种更简单的热成形工艺和设备以尽可能减少或消除现有技术的方法典型地遇到的步骤中的一些步骤。
发明概述
[0008]这种改善可以通过一种用于制备模制品的方法来实现，该方法至少包括以下步骤:提供一个模具设备，该模具设备包括:具有一个模具外表面和一个外围边缘的一个模具部分，该模具外表面具有一种轮廓以及多个穿孔；以及具有一个上表面的至少一个台板结构，该台板结构具有沿着该外围边缘的至少一部分定向的一条纵向轴线，该台板结构是沿着X轴线、y轴线以及Z轴线中的至少一条轴线相对于该外围边缘而可逆地且可控制地可定位的；将该台板结构定位成使得该台板结构的上表面是位于该外围边缘的上方并且是在相当于该模具部分的模具顶部外表面的一个平面上；由至少一种热塑性组合物来成形一个加热的热塑性片材，该加热的热塑性片材具有允许该经热的热塑性片材可热成形的一个温度；使该加热的热塑性片材的第一部分与该模具部分的上部模具外表面和该至少一个台板结构的至少一部分相接触；将该模具设备相对于该热塑性片材进行移动以便允许该热塑性片材跨过由该模具部分的模具顶部外表面和这些台板结构所形成的平面而展开；将每个台板结构沿着z轴线并且在X轴线或y轴线方向上背离该模具部分的中心独立地向下移动，以便允许这些台板结构从该热塑性片材的下方滑出，而使得该热塑性片材稳定地向下且横跨该模具外表面进行覆盖，从而与该模具外表面的轮廓基本上匹配；穿过该模具部分的模具外表面的该多个穿孔抽成减压，而使得该经加热的热塑性片材基本上匹配该外部模具部分的模具外表面的轮廓；冷却该经加热的热塑性片材，由此形成了保留该模具部分的模具外表面的轮廓的一种成形的热塑性片材；并且将该成形的热塑性片材从该第一模具部分上移除，其中该成形的热塑性片材即为该模制品。
[0009]这种改善还可以通过一种片材模制设备来实现，该设备至少包括:具有一个模具外表面以及一个外围边缘的一个模具部分，该模具外表面具有一种轮廓以及多个穿孔；以及与该模具部分处于流体连通的一个真空设备，该真空设备穿过该模具部分的模具外表面的该多个穿孔可控地抽成减压；具有一个上表面的至少一个台板结构，该台板结构具有沿着该外围边缘的至少一部分定向的一条纵向轴线，该台板结构是沿着X轴线、y轴线以及z轴线中的至少一条轴线相对于该外围边缘而可逆地且可控制地可定位的。
附图简要说明
[0010]图1是可以由本披露的方法来生产的产品的代表性透视图。
[0011]图2是可以由本披露的方法来生产的产品的第二代表性透视图。
[0012]图3是本披露的片材模制设备的代表性截面视图。
[0013]图4是本披露的设备的一个替代性实施例的代表性透视图。
[0014]图5是本披露的模具设备在制造过程开始时的代表性透视图。
[0015]图6是本披露的模具设备在该制造过程进一步进行时的代表性透视图。
[0016]图7是本披露的模具设备在该制造过程进一步进行时的代表性透视图。
[0017]图8是本披露的模具设备在该制造过程进一步进行时的代表性透视图。
[0018]图9是本披露的模具设备在热塑性片材已被展开之后的代表性透视图。
[0019]图10是本披露的模具设备在该热塑性片材已被展开之后的替代性的代表性透视图。
[0020]图11是本披露的模具设备在覆盖过程开始时的代表性透视图。
[0021]图12是本披露的模具设备在覆盖过程继续时的代表性透视图。
[0022]图13是本披露的模具设备在该真空实现步骤之后的代表性透视图。
[0023]在图1至图13中，除非另外指出，否则类似的参考号是指代相同的部件和结构特征。 发明的详细说明
[0024]首先参照图1和图2，示出的是将被用作一个实例来展示本说明的工艺和设备的代表性制品。有待描述的设备和方法自然不限于这种制品。
[0025]在图1中，由数字100示出的是可以被用作商业的废物与回收物容器的容器。这些通常是由热塑性的或复合的塑料材料生产的并且在使用中可以具有一个钢架和围绕底座的多个轮子。为了在商业上广泛使用，此类装置的本体应该由强的、耐用的模制塑料结构模制而成。
[0026]在图2中，由数字200示出的是从下方观察的同一容器。通过典型的凹形模具可能难以完成此类容器的自动模制，该容器可以是超过I米深。在本披露中，我们提出了一种新颖且自动化的工艺和设备来通过使用凸形模具以及用于将热塑性片材施加到该模具的独特的自动覆盖工艺而快速地模制出制品。
[0027]转向图3，为清晰起见作为截面示出，展示了本披露的片材模制设备300的多个元件中的一些元件。该设备包括将典型地描述为凸形模具的一个模具部分310。该模具表面具有代表了图1和图2中待模制的制品的底部的一个模具顶部外表面。模具部分310的模具顶部外表面具有多个隆起部分312和/或凹入部分314。模具部分310具有一个外围边缘316以及一个凹谷318，以允许该热塑性材料在模具部分310的范围上完全模制。外围边缘316典型地限定了模具部分310的终止范围，延伸超过该终止范围(如果存在的话)的被加热的热塑性片材不形成最终模制品的一部分。典型地，将延伸超过外围边缘316的热塑性片材(如果有的话)从最终模制品上移除(例如，切除)。外围边缘316可以具有任何合适的形状，例如修圆的、多边形的、不规则的或它们的组合。
[0028]围绕模具部分310定位了具有下方控制机构的一系列平坦的台板结构320，这些控制机构被适配成用于根据需要将台板结构320在“x”、“y”以及“z”方向上进行移动。如在随后的附图中所示，制造方法是这样开始的:将多个台板结构320定位在相当于模具部分310的模具顶部外表面的一个平面上，以允许热塑性模制片材平躺在模具部分310的模具顶部外表面上。
[0029]在图4中展示了这点以及本披露的另一个实施例。整个模具设备(由数字400表示)被示出为具有被定位在模具部分310的模具顶部外表面处的这些台板结构320。下方控制机构340被编程成用于在模制进行时将台板结构320从这些初始位置自动地移动以便在“z”方向上逐渐下降和/或以便背离“X”和“y”方向逐渐地移动该模具部分310。“X”、“y”以及“z”取向在图5中示出。
[0030]具有机械驱动器425的夹具420是用于某些模具形状以便在模制过程中夹住并保持热塑性片材的一个实施例。
[0031]现在在图5至13中示出了整个制造过程。
[0032]本发明的片材模制设备可以进一步包括一个挤出机(未不出)和一个片材模口530。该挤出机可以选自技术人员已知的单螺杆、或逆向或同向旋转式双螺杆挤出机并且典型地包括沿着其滚筒长度的一个或多个被加热区，该一个或多个被加热区的温度是可控制的。将典型地包括至少一种热塑性聚合物以及任选地一种或多种添加剂(例如，玻璃纤维和/或抗氧化剂)的一种热塑性组合物引入该挤出机中、在其移动穿过该滚筒时被熔化并配混、并且被供送至片材模口 530中。
[0033]片材模口 530可以是具有多个闸门的一个动态片材模口，该模口可以通过跨过片材模口 530的槽缝的多个分开的致动器(未示出)而可控制地且可逆地移动，以便控制穿过其中的熔融热塑性材料的量、并且相应地控制所产生的经加热的热塑性片材的厚度、宽度和形状。
[0034]代替槽缝，片材模口 530可以具有多个侧向对齐的开口(未示出)，熔融热塑性材料穿过这些开口而出现。这些开口被定位成使得从一个开口中出来的熔融热塑性材料冒出并与从其相邻/邻近的一个或多个开口中出来的熔融热塑性材料接续，由此形成经加热的热塑性片材540。该多个侧向对齐的开口对于经加热的热塑性片材的形成而言实际上充当了一个槽缝。
[0035]片材模口 530以及模具组件300可以相对于彼此以任何适当的方式来定位，前提是可以接触到从片材模口 530中出来的经加热的热塑性片材540以便其均匀地覆盖在这些台板结构320和模具部分310的模具顶部外表面上。例如，可以将片材模口 530定位成产生通过重力向下落的经加热的热塑性片材540，并且可以将模具部分310和台板结构320 —起竖直地定位(未示出)成与该通过重力下落的经加的热热塑性片材的平面平行。
[0036]在图6中由数字600表示，展示了在制造进行时热塑性片材540的初始接触。热塑性片材540与下方的模具组件之间的相对移动可以通过一个静态的片材模口 530以及下方的一个移动模具组件来完成，或反之通过一个静态的模具组件和移动的片材模口来完成。
[0037]在图7中由数字700表示，该制造过程按以下方式前进:该片材模口 530继续展开一个逐渐增长的热塑性片材540，该热塑性片材均匀地沉积跨过台板结构320和模具部分310的顶表面。
[0038]在图8中由数字800表示，该制造过程按以下方式前进:该片材模口 530继续展开一个逐渐增长的热塑性片材540，该热塑性片材均匀地沉积跨过台板结构320和模具部分310的顶表面。
[0039]在图9中由数字900表示，该制造过程的第一铺放阶段在整个片材540被平坦地沉积跨过台板结构320和模具部分310的顶表面时完成。通过使用本领域公知的方法来将热塑性片材的恰当量以及该片材在其挤出结束时的精确切割编程到该挤出机/模口系统中。
[0040]在替代的图10中，由数字1000表示，展现了透明的热塑性片材540，以示出在该过程的这个点处的构型。在该过程的这个点处，热塑性片材540仍是热的并且是熔融的。
[0041]这个过程的一个重要方面是使得热的热塑性片材540容易滑动跨过这些台板结构320。已经发现，这可以通过本领域公知的若干方法来实现，这些方法包括将粉末例如滑石粉末的细微粉尘施加到这些台板结构上。替代地这些台板表面上的永久的表面处理(如特氟隆涂层)也将是足够的。
[0042]该制造过程的下一个自动阶段在这个点发生并且在图11中示出为正开始，由数字1100表示。这四个台板结构320在这些下方控制机构340的控制下独立地工作。这些台板结构被预编程成在“Z”高程上慢慢降低而同时在“X”、“y”方向上从该模具系统的中心向外移动以便从热塑性片材540的下方逐渐地滑出。在重力影响下，热塑性片材540逐渐地开始覆盖跨过模具机构310。并且该热塑性片材仍是热的且是熔融的，并且这些台板结构是“滑溜的”以允许重力发挥其作用。
[0043]在图12中，这个过程几乎是通过将台板结构向下并且向远处移动来完成的。这允许该热塑性片材(被示为透明的)完全围绕模具结构进行覆盖。
[0044]在最后的步骤中，如图13所示，由数字1300表示，对模具部分310的内部施加一个真空以便将覆盖的热塑性片材紧紧拉到模具部分310上。典型地模具部分310具有与模具部分310内部连通的多个穿孔(未示出)。穿过这些穿孔所抽成的减压可以按多个阶段逐渐形成而具有至少一个压力平稳期，或这个减压可以是在该真空设备开启的瞬间以其满容量抽出的。
[0045]为了有助于将模制品从模具部分310上移除，可以将处于升高压力下(B卩，处于大于周围大气压的压力下)的一种气体(例如，空气)从这些穿孔中传出。为了将处于升高压力下的一种气体(例如，空气)穿过这些穿孔传出，该真空设备可以反过来操作，和/或可以使用与该内部腔室并且因此与模具部分310的这些穿孔处于流体连通的一个分开的压力泵(未示出)。另外，从这些穿孔传出的气体可以被冷却至小于环境温度的温度以便进一步有助于冷却经加热的热塑性片材，以使得该经加热的热塑性片材保留该模具表面的轮廓形状。
[0046]片材模口 530可以由一个挤出机(未示出)进料。该挤出机可以选自技术人员已知的单螺杆、或逆向或同向旋转式双螺杆挤出机。挤出机可以包括沿着其滚筒长度的一个或多个被加热区，该一个或多个被加热区的温度是可控制的。典型地包括至少一种热塑性聚合物以及任选地一种或多种添加剂(例如，玻璃纤维和/或抗氧化剂)的一种热塑性组合物被引入一个进料端口中并且在移动穿过该滚筒时被熔化并配混、并且作为一种熔融热塑性组合物从该终止端出现。
[0047]该挤出机的终止端是与片材模口 530处于流体连通的。该熔融热塑性组合物从该挤出机的终止端向前进入片材模口 530中。
[0048]片材模口 530可以是具有多个闸门的一个动态片材模口，该模口可以通过跨过片材模口 530的槽缝的多个分开的致动器而可控制地且可逆地移动，以便控制穿过其中的熔融热塑性材料的量、并且相应地控制所出来的经加热的热塑性片材的厚度、宽度和形状。可以操作这些闸门以便产生具有多个不含热塑性材料的开口的一种经加热的热塑性片材。例如，当形成经加热的热塑性片材540时，形成该片材内部部分的这些闸门104中的一些可以被关闭一段预定的时间并且接着再打开，由此导致在该片材中形成多个开口或槽缝。
[0049]代替槽缝，片材模口 530可以具有多个侧向对齐的开口，熔融热塑性材料穿过这些开口而出现。这些开口被定位成使得从一个开口中出来的熔融热塑性材料冒出并与从其相邻/邻近的一个或多个开口中出来的熔融热塑性材料接续，由此形成经加热的热塑性片材。该多个侧向对齐的开口对于经加热的热塑性片材的形成而言实际上充当了一个槽缝。每个开口可以具有一个可逆且可控制地相关联的可关闭闸门。
[0050]片材模口 530以及模具部分310和台板结构320可以按任何合适的方式相对于彼此进行定位，前提是从片材模口 530出来的经加热的热塑性片材540可以被展开(覆盖)在模具部分310和台板结构320上。
[0051]在一个实施例中，(图4的实施例)，模具部分310和台板结构320 —起被定位在片材模口 530下方的一个平面中。当经加热的热塑性片材540被形成并且从片材模口 530竖直地且靠重力下落时，热塑性片材的第一部分被轻轻沉积在夹具420内部，并且夹紧机构425将夹具420向下移动以便该片材钉在台板320上。在这个实施例中，夹具420用于在片材540跨过模具部分310的顶部以及台板结构320而展开的过程中保持该片材不动。一旦整个片材被展开，该夹具就被提升以便允许该片材在当这些台板结构320向下并且背离模具部分310的中心移动时在这些台板结构上滑动。一旦该夹具被提升，图5至13中所示的用于完成覆盖和模制的这个过程将如先前描述的那样进行。
[0052]在本披露的实施例中，模具部分310和每个台板结构320是一起定位在片材模口530下方的一个平面中并且是在该平面中可逆地可移动的，并且片材模口 530是基本上固定的。
[0053]为了实现模具部分310和台板结构320在片材模口 530下方的平面中的可逆移动，将模具部分310和每个台板结构320 —起搁放在一个平台上(未示出)。典型地，模具部分310和台板结构320是固定地附接至该平台上的(例如通过紧固件，例如螺栓，未示出)。
[0054]该平台通过已知的运动装置，例如滑道、轨道、仅轮子、轮子与轨道的组合、以及它们的组合而可以在片材模口 530下方的平面中是可逆地可移动的。该平台可以进一步包括一个竖直可定位的板(未示出)，模具部分310和台板结构320可以一起搁放在该板上。该竖直地可定位的板是沿着z轴线可逆地可定位的，由此将模具部分310和台板结构320 —起沿着z轴线(例如，竖直地)进行移动。模具部分310和台板结构320的竖直移动可以出于多个原因来进行，包括但不限于:将模具部分310和台板结构320定位成更靠近或更远离片材模口 530并且更具体地更靠近/更远离片材模口 530的槽缝，经加热的热塑性片材540从该槽缝中出来。
[0055]在本发明的方法中，每个台板结构320初始地被定位成使得上表面是大致位于模具部分310的上部模具外表面处。参见图5。如之前所描述的，这些台板结构沿着x、y以及z轴线是可逆地且可控制地可定位的。
[0056]经加热的热塑性片材(例如，540)是由至少一种热塑性组合物形成的。该经加热的热塑性片材具有允许其可热成形的一个温度，尤其是当:(i)接触在并且被固持在每个台板结构320的上表面上时；以及(ii)被接触并且下拉至与模具部分310的模具表面进行紧密的服帖接触时。虽然经加热的热塑性片材的温度可以等于或大于该热塑性片材的熔点，但是该经加热的热塑性片材的温度更典型地是在等于或大于该热塑性片材的软化点(或玻璃化转变温度)且小于或等于该热塑性片材的熔点(即，并且分别相当于形成该热塑性片材的该热塑性组合物的软化点/Tg和熔点)的一个范围内。
[0057]经加热的热塑性片材的温度可以由本领域公知的方法来确定，例如使热电偶与该加热的热塑性片材的第一和第二表面相接触、并且将一个热电偶插入该加热的热塑性片材的内部部分中。替代地，或除此之外，可以使用多个远程温度传感器例如红外传感器来确定该加热的热塑性片材的第一和第二表面的温度。
[0058]该加热的热塑性片材可以通过多种已知的方法来形成，这些方法涉及将一种热塑性组合物熔化以便形成一种熔融的热塑性组合物并且接着由该熔融的热塑性组合物来形成一种经加热的热塑性片材。在一个实施例中并且如上文中所描述的，该热塑性组合物在一个挤出机中(例如，单螺杆、或逆向或同向旋转式双螺杆挤出机)被熔化。该挤出机的终止端是与片材模口 530处于流体连通的。一种熔融的热塑性组合物在该挤出机中内形成并且向前且穿过片材模口 530从而形成该加热的热塑性片材(例如，540)。该加热的热塑性片材典型地从该片材模口中的一个槽缝中出来并且竖直地且靠重力下落。该片材模口可以根据之前所提供的说明进行选择并操作。
[0059]在制造周期结束时并且在维持与模具外表面的紧密服帖的接触的过程中施加真空之后，该加热的热塑性片材被冷却。该加热的热塑性片材的冷却导致形成了一种保留了模具部分310的模具表面的轮廓的、成形的热塑性片材。该加热的热塑性片材典型地被冷却至小于该热塑性片材的软化点或玻璃化转变温度的一个温度。当冷却至其软化点或玻璃化转变温度以下的温度时，该热塑性片材不再是可热成形的并且因此保留了该模具表面的轮廓形状。
[0060]该加热的且模制/成形的热塑性片材的冷却可以通过多种已知方式来完成。例如，可以使冷空气经过该加热的热塑性片材的第一表面上方，和/或可以冷却该模具部分的模具内表面(例如，通过使冷冻的流体或冷却剂穿过位于该模具部分的模具内表面下方的导管——未示出)。替代地，或除了此类冷却方法之外，可以使冷冻的液体例如水(例如，具有大于O摄氏度且小于或等于25摄氏度的温度)直接与该加热的且模制/成形的热塑性片材的第一表面的至少一部分相接触(例如，通过喷雾/雾化)。
[0061]在该热塑性片材已被充分冷却之后，将所得的成形的热塑性片材(或模制品)从该模具部分上移除。将该成形的热塑性片材从该模具部分上的移除可以通过本领域公知的方法来实现。例如，一个或多个顶块可以从模具内表面可逆地向外延伸、有效地将该成形的热塑性片材推出且推离该模具部分。替代地，或除此之外，可以使处于压力下的一种气体(例如，空气)穿过该模具内表面中的多个穿孔(例如，26)，由此将该成形的热塑性片材从该模具部分提升起来且提升离开。
[0062]在该加热的热塑性片材已经被减压下拉至与该模具部分的模具外表面处于紧密服帖的接触之后，典型地将该热塑性片材的、从该模具部分的外围边缘延伸的过剩部分沿着该外围边缘分离。可以在将该成形的热塑性片材从该模具部分上移除之前或之后分离该过剩的热塑性片材材料。典型地，在该成形的热塑性片材从该模具部分上移除之前将该过剩的热塑性片材材料分离。
[0063]可以任选地在该成形的热塑性片材从该模具部分上移除之后将过剩的热塑性片材材料分离。例如该过剩的热塑性片材材料可以用于在模制后的操作(例如，铺砂、施加标签、切割孔、插入附件和/或上漆)的过程中固定且运输该成形的热塑性片材。在完成这些模制后的操作之后，接着可以将过剩的热塑性片材材料与该成形的热塑性片材分离。
[0064]如之前关于片材模制设备所讨论的，在本发明的方法的一个实施例中，模具部分310和台板结构320 —起被定位在该片材模口下方的一个平面中(例如，由图5中的X和y轴线所限定的平面)并且是在该平面中可移动的，并且该片材模口是基本上静止的。根据上文中所提供的说明，模具部分310和台板结构320 二者均可以位于一个平台(未示出)上，该平台是在片材模口 530下方的平面内可移动的。在这个实施例中，该方法进一步包括在形成该热塑性片材时将模具部分310和台板结构320—起在该片材模口下方的平面中移动，由此促进该加热的热塑性片材与每个台板结构320的上表面和模具部分310的模具顶表面之间的接触。当模具部分310和台板结构320在片材模口 530下方移动时，该加热的热塑性片材实际上覆盖在它们上。例如，参见图6至图9。可以将模具部分310和台板结构320在片材模口 530下方移动的线速度以及经加热的热塑性片材540从片材模口 530中生产出来的速率一起进行控制，以便控制经加热的热塑性片材540在覆盖在模具部分310和台板结构320上时的厚度。线性移动速率以及加热的热塑性片材的形成速率各自可以被可变地且独立地控制，以便改变横跨模具部分310和台板结构320的经加热的热塑性片材的厚度。
[0065]在本发明的方法中，该加热的热塑性片材是是由至少一种热塑性组合物形成的(例如，通过熔融配混/挤出)。该热塑性组合物包括至少一种热塑性材料。如在此以及权利要求书中所使用的，术语“热塑性材料”以及类似术语是指具有软化点和熔点、并且基本上不含由化学反应性基团(例如，活性氢基团和游离异氰酸酯基团)之间的共价键的形成所产生的三维交联网络的一种塑料材料。可以包含在该热塑性组合物中的热塑性材料的实例包括但不限于:热塑性聚氨酯、热塑性聚脲、热塑性聚酰亚胺、热塑性聚酰胺、热塑性聚酰胺酰亚胺、热塑性聚酯、热塑性聚碳酸酯、热塑性聚砜、热塑性聚酮、热塑性聚烯烃、热塑性(甲基)丙烯酸酯、热塑性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、热塑性苯乙烯-丙烯腈、热塑性丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯以及它们的组合(例如，其至少两种的共混物和/或合金)。
[0066]在本发明的一个实施例中，每种热塑性组合物的热塑性材料在各自情况下是独立地选自热塑性聚烯烃。在此以及权利要求书中使用的，术语“聚烯烃”以及类似术语、如“聚亚烷基”和“热塑性聚烯烃”是指聚烯烃均聚物、聚烯烃共聚物、均相聚烯烃和/或非均相聚烯烃。出于说明的目的，聚烯烃共聚物的实例包括由乙烯和一种或多种C3-C12Ci烯烃(如1_ 丁烯、1_己烯和/或1-辛烯)制备的那些。
[0067]每种热塑性组合物的热塑性材料可以在各自情况下独立地选自其中的聚烯烃包括但不限于非均相聚烯烃、均相聚烯烃、以及它们的组合。术语“非均相聚烯烃”以及类似术语是指在以下方面具有相对宽的变化的聚烯烃:(i)单独的聚合物链之中的分子量(即，大于或等于3的多分散性指数)；和(ii)单独的聚合物链之中的单体残基分布(在共聚物的情况下)。术语“多分散性指数”(PDI)是指Mw/Mn的比率，其中仏是指重均分子量，并且1?是指数均分子量，它们各自是通过凝胶渗透色谱法(GPC)使用适当的标准物、例如聚乙烯标准物来确定的。非均相聚烯烃典型地是通过非均相中的齐格勒-纳塔型催化来制备的。
[0068]术语“均相聚烯烃”以及类似术语是指在以下方面具有相对窄的变化的聚烯烃:
(i)单独的聚合物链之中的分子量(即，小于3的多分散性指数)；和(ii)单独的聚合物链之中的单体残基分布(在共聚物的情况下)。因此，与非均相聚烯烃相反，均相聚烯烃在单独的聚合物链之中具有类似的链长度、沿着聚合物链骨架具有相对均匀的单体残基分布、并且在单独的聚合物链骨架之中具有相对类似的单体残基分别。均相聚烯烃典型地是通过单位点的茂金属或几何受限的催化来制备的。均相聚烯烃共聚物的单体残基分布的特征可以是组成分布宽度指数(⑶BI)值，这些值被定义为具有的共聚单体含量在中值总共聚单体含量的50%以内的聚合物分子的重量百分比。这样，聚烯烃均聚物具有的CDBI值为100%。例如，均相聚乙烯/a烯烃共聚物典型地具有大于60%或大于70%的⑶BI值。组成分布宽度指数值可以通过本领域公知的方法来确定，例如，由韦尔德(Wild)等人在高分子科学杂志高分子物理版[Journal of Polymer Science, Poly.Phys.Ed.]第 20 卷第 441页(1982)中、或在美国专利号4，798，081、或在美国专利号5，089，321中所描述的升温淋洗分级(TREF)。均相乙烯/ α -烯烃共聚物的一个实例是从诺瓦化学公司(NOVA ChemicalsInc.)可商购的SURPASS聚乙烯。
[0069]每种热塑性组合物的热塑性材料可以独立地并且任选地包括一种加强材料，该加强材料例如是选自于玻璃纤维、玻璃珠、碳纤维、金属薄片、金属纤维、聚酰胺纤维(如，KEVLAR聚酰胺纤维)、纤维素纤维、纳米颗粒粘土、滑石以及它们的多种混合物。若存在的话，该加强材料典型地是以一个加强量存在，例如以基于该热塑性材料的总重量从按重量计5 %到按重量计60 %或70 %的一个量。加强纤维、尤其是玻璃纤维，可以在其表面上具有胶料以便提高它们被引入其中的热塑性材料的可混合性和/或粘附性，这如本领域技术人员已知的。
[0070]在本发明的一个实施例中，该加强材料是处于纤维(例如，玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、聚酰胺纤维、纤维素纤维以及其中两种或更多种的组合)的形式。这些纤维典型地具有从0.5英寸至4英寸(1.27cm至10.16cm)的长度。该热塑性片材可以包括具有的长度为在用于制备该热塑性片材的原材料中存在的纤维的长度的至少50%或85%、例如从0.25英寸至2或4英寸(0.64cm至5.08或10.16cm)的纤维。该热塑性片材中存在的纤维的平均长度可以根据本领域公知的方法来确定。例如，可以将该热塑性片材进行热解以便去除该热塑性材料，并且将剩下的或残余的纤维进行显微镜分析以便确定其平均长度，如本领域技术人员已知的。
[0071]纤维典型地按以下量存在于热塑性组合物中并且相应地存在于该热塑性片材中:这些量是独立地选自基于该热塑性片材的总重量(即该热塑性材料、纤维以及任何添加剂的重量)从按重量计5%至70%、按重量计10%至60%、或者按重量计30%至50% (例如，按重量计40% )。相应地，由本发明的方法所制备的成形的热塑性片材可以包括基于该热塑性片材的总重量从按重量计5 %至70 %、按重量计10 %至60 %、或者按重量计30 %至50% (例如，按重量计40%)的量的纤维。
[0072]这些纤维可以具有宽的直径范围。典型地，这些纤维具有从I微米至20微米的、或更典型地从I微米至9微米的直径。总体上，每根纤维都包括一束单独的长丝(或单丝)。典型地，每根纤维都是由一束10，000至20，000根单独长丝构成。
[0073]除了一种或多种加强材料之外或替代地，用于制备该加热的热塑性片材的这种或这些热塑性组合物可以任选地包括一种或多种添加剂。可以存在于这些热塑性组合物中的添加剂包括但不限于:抗氧化剂、颜料和/或染料等着色剂、脱模剂、碳酸钙等填充剂、紫外光吸收剂、阻燃剂以及它们的多种混合物。添加剂在该热塑性组合物中能以功能上充足的量存在，例如以基于该热塑性组合物的总重量独立地以从按重量计0.1%至按重量计10%的量。
[0074]在本披露的另一个实施例中，该制造工艺可能不需要一体的挤出机和片材模口。预制备的且预切割的热塑性片材可能是可获得的并且在烤箱中被预加热、接着手动地放置成跨过这些台板结构和模具部分而成为该构型，其中每个台板结构320初始地被定位成使得其上表面是大致位于模具部分310的上表面处，如图5所示。一旦将该热塑性片材手动地放置到该顶表面上，则该过程为如图9所示，准备进行图10至图13的覆盖过程。
[0075]已经通过参考多个具体实施例的具体细节对本发明进行了说明。无意使此类细节被看作对本发明范围的限制，但在这些细节已被包含在所附权利要求书中的情形和程度上除外。
【权利要求】
1.一种用于制备模制品的方法，包括: a.提供一个模具设备，该模具设备包括， 1.具有一个模具外表面以及一个外围边缘的一个模具部分，所述模具外表面具有一种轮廓和多个穿孔；以及 i1.具有一个上表面的至少一个台板结构，所述台板结构具有沿着所述外围边缘的至少一部分定向的一条纵向轴线，所述台板结构是相对于所述外围边缘沿着X轴线、y轴线以及z轴线中的至少一者而可逆地且可控制地可定位的； b.将所述台板结构定位成使得所述台板结构的上表面位于所述外围边缘上方并且位于相当于所述模具部分的顶表面的一个平面上； c.由至少一种热塑性组合物来形成一个经加热的热塑性片材,该经加热的热塑性片材具有的温度允许所述经加热的热塑性片材是可热成形的； d.将该经加热的热塑性片材的一个第一部分与所述模具部分和所述至少一个台板结构的上表面的至少一部分相接触； e.将所述模具设备相对于所述热塑性片材进行移动以便允许所述热塑性片材展开而跨过由所述模具部分和所述这些台板结构的顶表面形成的平面； f.将每个台板结构沿着z轴线并且在该X轴线或y轴线的方向上背离所述模具部分的中心独立地向下移动，从而允许所述这些台板结构从所述热塑性片材的下方滑出，以使得所述热塑性片材稳定地向下且横跨所述模具外表面进行覆盖而基本上匹配所述模具外表面的轮廓； g.穿过所述模具部分的所述模具外表面的多个穿孔而抽成减压，以使得该经加热的热塑性片材基本上匹配所述外部模具部分的所述模具外表面的所述轮廓； h.冷却所述经加热的热塑性片材，由此形成保留了所述模具部分的所述模具外表面的所述轮廓的一种成形的热塑性片材；并且将所述成形的热塑性片材从所述第一模具部分上移除，其中所述成形的热塑性片材是所述模制品。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括: a.将所述热塑性组合物在一个挤出机中熔化而由此形成了一种熔融的热塑性组合物，所述挤出机具有与一个片材模口处于流体连通的一个终止端；并且 b.使所述熔融的热塑性组合物穿过所述片材模口，由此形成了所述经加热的热塑性片材。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述模具部分和所述台板结构是在所述片材模口下方的平面中一起可移动的，并且所述片材模口是基本上静止的；所述方法进一步包括当形成所述热塑性片材时使所述模具部分和所述台板结构一起在所述片材模口下方的所述平面中移动，由此促进了所述经加热的热塑性片材与所述台板结构的所述上表面以及所述模具部分的所述模具外表面之间的接触。
4.如权利要求3所述的方法，进一步包括在接触所述热塑性片材的第一部分的这些步骤过程中以及在将所述模具设备相对于所述热塑性片材移动的该步骤的过程中，使用一个夹具来在模制过程中将该热塑性片材夹在该台板结构上。
5.如权利要求1所述的方法,其中每种热塑性组合物包括一种热塑性材料,该热塑性材料独立地选自下组，该组由以下各项组成:热塑性聚氨酯、热塑性聚脲、热塑性聚酰亚胺、热塑性聚酰胺、热塑性聚酰胺酰亚胺、热塑性聚酯、热塑性聚碳酸酯、热塑性聚砜、热塑性聚酮、热塑性聚烯烃、热塑性(甲基)丙烯酸酯、热塑性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、热塑性苯乙烯-丙烯腈、热塑性丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯以及多种组合。
6.如权利要求1所述的方法,其中每种热塑性组合物包括一种加强材料,该加强材料独立地选自下组，该组由以下各项组成:玻璃纤维、玻璃珠、碳纤维、金属薄片、金属纤维、聚酰胺纤维、纤维素纤维、纳米颗粒粘土、滑石以及多种混合物。
7.一种片材模制设备，包括: a.具有一个模具外表面以及一个外围边缘的一个模具部分，所述模具外表面具有一种轮廓和多个穿孔；以及 b.与所述模具部分处于流体连通的一个真空设备，所述真空设备可控制地穿过所述模具部分的所述模具外表面的所述多个穿孔抽成减压； c.具有一个上表面的至少一个台板结构，所述台板结构具有沿着所述外围边缘的至少一部分定向的一条纵向轴线，所述台板结构是相对于所述外围边缘沿着X轴线、y轴线以及Z轴线中的至少一者而可逆地且可控制地可定位的。
8.如权利要求7所述的片材模制设备，进一步包括: a.具有一个终止端的一个挤出机，以及 b.一个片材模口，所述片材模口是与所述挤出机的所述终止端处于流体连通的， c.其中所述模具部分和所述至少一个台板结构一起被定位在所述片材模口下方的一个平面中并且是在该平面中可逆地可移动的，并且所述片材模口是基本上静止的。
9.如权利要求8所述的片材模制设备，其中所述模具部分和所述至少一个台板结构一起搁放在一个平台上，所述平台被定位在所述片材模口下方的所述平面中并且是在该平面中可逆地可移动的。
10.如权利要求7所述的片材模制设备，进一步包括: a.部署在这些台板结构中的至少一者上的一个夹具；以及 b.在所述夹具上的一个机械驱动器，用于下压在沉积的热塑性片材上以便在所述热塑性片材展开而跨过这些台板结构的平面以及该外部模具部分的模具外表面的顶部的过程中将其保持在位。
【文档编号】B29C51/26GK104334332SQ201380029431
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年6月8日 优先权日:2012年6月9日
【发明者】小戴尔·E·波尔克 申请人:Lrm工业国际公司