专利名称：多孔塑料模制件的生产方法以及用于实施此方法的模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及多孔塑料模制件的生产方法，同时涉及用来实施此方法的模具。
这样一种生产多孔塑料模制件的方法，业已描述于德文书《多孔聚苯乙烯》(塑料工艺丛书，VDI出版社，杜塞尔多夫，1984)P99-103中。该书阐明了可用真空充填方法来进行可膨胀聚苯乙烯模制料的充填作业。作为真空充填法的优点，该书指出有节约充填空气、充填中无裂隙、节省相应的材料、缩短充填时间，同时在料粒之间没有空气，而这种空气是必须通过蒸汽或加热排出的，这样也就可以指望节约蒸汽。
至于缺点，同一书中指出填充密度有限，以及因此而需要在作横贯蒸汽处理之前采取“蒸汽清扫”的处理步骤。这样，压力充填法便处于优先考虑的地位，特别是由于这样只需用流量低得多的真空泵。此外，用压力充填法时，由于填充较为致密。用较少量的充填喷注器也就够了。
经压力充填后，已提出进行真空清扫来代替蒸汽清扫，以抽出料粒间的空气。在随后的横贯蒸汽处理中，蒸汽就能较好地在料粒间流动，并把它的热传递给料粒。这样，就达到了节省蒸汽目的。然后再依周知方法从事蒸汽处理。
为了冷却和稳定这类多孔塑料，模具通常是用冷水冷却。也提到过所谓的冷凝冷却，其中是把冷的冷却水注入环绕模具的蒸汽室中，这样就形成了约0.2至0.4巴压力的部分真空。采用冷凝冷却，使得模制部件只有按重量计约4-5%的残余水份。
脱模和喷注都是依常规方法进行，例如用喷注器进行。
本发明的目的在于指明一种方法与合适的模具，借此能经济地生产出多孔塑料的模制件，且只用到低的真空度和少量的蒸汽，还具有甚低的残余水份。
本发明的上述目的可据后附权利要求1的特征来实现。
令人惊奇地是，当同时采取真空充填与压力充填工艺中的处理步骤并结合以冷凝冷却时，就能节省相当多的能量，特别是蒸汽使用量有限和不再要有独立的冷却介质。在充填作业之前，应用真空而后用压缩空气充填，就能在很短以时间以均匀的填充密度实现充分的充填效果。
通过把蒸汽直接引入已抽空的模腔而不是象通常那样让空气进入环绕模具的室中，就能保持蒸汽的状态，从而能在模具内使蒸汽分布均匀，这样也就在最大可能限度内，避免了蒸汽在导热不良的模具内壁上或在导热不良的模具壁层上冷凝。对模具直接供应蒸汽会使蒸汽均匀冷凝，由此便可给在此处理步骤中膨胀的模制料以很高的能量输出。在继后对已有模制件在内的模具重新抽空时，蒸汽的冷凝物即蒸发。这一方面使得已多孔化之模制件冷却，另一方面则除去了此模制件上的水份，使得这一已多孔化的模制件迅速稳定，且其中只保留很低的残余水份。最后，借助对此已多孔的模制件注入压缩空气，就能实现快速而无残留物的脱模。
这样，与已知的多孔化方法相比，上述的整套处理步骤可以节省高达70%的能量，从而就有可能在较低的安装本领条件下，用缩短了的周期，由相应的生产装置制造出非常干燥的多孔化模制件。
本发明的前述目的还可通过后附独立权利要求12的特征来实现，其中重要的是，除实际模具的模具部件外，在环绕模具外侧上则不另设置任何小室，以免需要另外耗用蒸汽和需要另作抽空与使用独立的冷却介质。
本发明的其它具体优点则指出在从属权利要求中，并根据下面由附图所表示的实施例作更详尽的描述。附图中
图1是用本发明的模具来实施本发明的方法的控制图;
图1a是此模具的带有隔热绝缘内层的两个模具部件中之一的剖面详图;
图2是配置有一充填喷注器时本发明的模具外侧的示意图;
图3表示与图2中的外侧相对的模具内侧;
图4是图1所示模具配置有推出杆时的放大剖面图。
图1中以1标明的模具包括两个模具部件2或3，它们以横剖面表示，处于闭合状态。这两个部件形成一个模腔5，其中已充填有一模制件4，此模制件是由多孔塑料制成，例如由可膨胀的聚苯乙烯、聚苯乙烯或聚乙烯的可膨胀聚合物，或可膨胀的聚甲基丙烯酸甲酯。
模具部件2配置有一充填喷注器6，它的终端是此模具部件的充填孔7。另外，模具部件2还有一批连通到第一流道9的孔8。同样，模具部件3有若干在模腔5区域中的孔10，以及几个设在模腔5外侧区域中并连接两个模具部件2与3之间分离点12的孔11。要是分离点12的个数尚不敷蒸汽处理和/或抽空之用，则可增设与分离点12连接的放大区12a。
孔10、11与第二流道13相连。
流道9或13分别经阀V4.02或阀V4.01连接到一真空箱14上，此真空箱则与一中央真空装置或一真空泵相连。真空箱14中设有一喷雾器15，此喷雾器则经一阀V3.21连接一水管16。
流道9或13则再分别由阀V2.02或V2.01连至一压缩空气管17，并分别由阀V1.02或V1.01与一蒸汽管18相连。
模具部件2、3与模腔5面对的壁19或20上均设有一模具壁层21(参看图1a与4)，厚约0.3至4mm，特殊情形下厚约0.5至3mm，由导热不良材料制成。此模具壁层21例如可以由下述材料构成釉料、搪瓷，以及塑料，特别是聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰胺酯与聚酰亚胺。如图4所示，模具壁层21还覆盖着推出杆23面对膜腔5的表面22。推出杆23可由液压、气压或机械方法驱动。模具部件2、3与23的其余部件可由铝、钢、钢合金之类金属构成。模具壁层21的层厚以及用于模具1其余部件的厚度应选择成一方面，当引入蒸汽时，实际上在内模具壁层21上不会发生冷凝;另一方面，在此处理过程中，模具部件2或3的外侧上只是由空气冷却，即不使用独立的或另加的冷却介质，而使表面温度最高约为50至70℃，特别是约为55至60℃。
模具部件2、3与23也可由适当的匹配塑料构成，也即在各个情形下构制成一个部件。例如可采用加有导热性能良好的象金属之类的粘料和/或纤维料的热稳定铸模树脂，由之可以实现在热性能上相称的条件，也即与上述模具表面温度相适应的条件。
顺便指出，具体到模具部件2与3是由塑料制成时，此模具部件2与3的外侧轮廓可构形成使模具1的表面温度有利地处于50至70℃的范围。例如可使这种外侧带筋状的轮廓或用其它方式形成不均匀的表面，而这是易于用铸塑工艺中周知的方法实现的。
多孔塑料制的、特别是可膨胀聚苯乙烯制的尺寸稳定的模制件的有关生产方法依下述方式进行首先将已知为两或多个部件制成的如图所示的模具1快速闭合，同时，在此闭合位置之前不久是采用极慢速度。然后，打开阀V4.02与V4.01，对模腔5内施加部分真空，使此模腔5内的压力调节到最少约为0.05至0.1巴的一个值。同样，通过孔11从外侧对分离点12施加一相应的部分真空。
当模壁5内已达到所需的部分真空后，即由充填喷嘴器6在约1.0至2.0巴的部分真空下，给模腔5内充填一种可膨胀的模制料。由于此模腔5中存在部分真空且由于充填的过剩压力，就能以均匀的最大可能限度的填充密度极其快速和均匀地充填模腔5。
在将充填喷嘴器6关闭之后，用来施加部分真空的阀V4.01与V4.02保持为打开状态，同时打开阀V1.02，经蒸汽管18将蒸汽引入流道9内，清扫此管道系统中通过部分真空阀V4.02进入蒸汽箱14内的剩余空气。然后关闭部分真空阀V4.02，使蒸汽引入已充填有原料的模腔。蒸汽清扫效应得以清扫由管道系统进入流道13内的模制料2间隙中的残留空气，并清扫由部分真空阀进入真空箱14内的这种残留空气。然后打开阀V1.01，使蒸汽引入流道13，清扫可能仍存在于管道系统中的通过部分真空阀V4.01进入真空箱14内的残余空气。关闭上部分真空阀V4.01，并在约120℃和约1巴(剩余压力)的条件下，将蒸汽输送给孔10、11。这样，就在模腔5内，于一个同模制料软化温度相应之温度下，形成一蒸汽压力，使此蒸汽冷凝到模制料上，并使冷凝能释放到此模制料上。这样，模制料便膨胀成一完全充满模腔5的模制件4，而它的表面则有许多开孔。
经上述膨胀作业之后，阀V2.02与V2.01关闭而阀V4.02与V4.01则再次打开。于是在模腔5内再次生成部分真空。这样就导致冷凝物再次成为蒸汽态，而使模制件4发生冷却，这是由于蒸发热已自模制件4排出，并立即为部分真空带走。这种状态保持于稳定化阶段中，亦即在此期间内模制件4取定其最终形式，而这种形式在脱模后也仍然保持。此后，阀V4.02与V4.01即行关闭，然后模具1或模具部件2与3先以极慢的速度随即快速打开，然后，通过打开阀V2.02与V2.01，最好借助于压缩空气由推出杆23将已多孔化的模制件4推出。
在此过程中，一定要使模具或即模具部件2与3的材料以及模具壁层21的材料相匹配，以使模具外表面的温度能保持到最高约为50至70℃，特别是约为55至60℃，而不需用另外的冷却介质来冷却模具1。
在稳定化阶段，当通过施加真空来冷却模制件时，为了较快地形成部分真空，可打开阀V3.21，由喷雾器15将冷水喷入真空箱14内。这就再一次使排出的蒸汽冷凝。
根据上述的本发明方法，用短的工作周期获得了尺寸极为稳定的干燥的模制件4，而不必在模具1周围设置特有的蒸汽室或部分真空室。这样，在各种情形，都能在最短的路程和极其节约能量的方式下，最终使真空与蒸汽进入模腔5中，而不必排出或加热另增补的大量空气。
根据本发明另一最佳构型，可以在形成模腔5内壁的模具壁层21之表面上加工出一批槽，它们的终端是一或多个孔，这些槽，宽约0.1至0.3mm，深约0.5至1.0mm。据此就可加速抽空和补充热蒸汽，从而能显著缩短生产周期。
至于用来形成模具之壁面或表面层的导热不良材料，可理解为导热率低于0.25W/mk的塑料或塑料层。
在上述的本发明方法中，模腔5在容积上是与模制件4的体积相一致的，也即模腔5内的空气量保持到尽可能的小。蒸汽是直接地沿最短路程进入有两或多个部件之模具1中的。这就保证了能使冷凝到模制件4周围的蒸汽量保持到最低限度，由于模具部件2、3之内壁或模具壁层21的构型，最好是使模制件4具有一种开孔式的表面，这样就能使此受到内部过剩压力影响的模制件在稳定化阶段能从内到外快速地减压。高达70%的节能比例可以认为是特别有利的，这是由于只需对由两或多个部件构成的模具作最低限度的加热，其原因在于采取了隔热措施或在于采用了导热率低的材料来制造模具。
之所以能够大幅度地节能还特别是由于当部分真空阀V4.01与V4.02仍然打开时，蒸汽阀V1.02业已打开;还特别是由于将流道或管道系统9中残留的空气量作了相应清扫的结果。
此外，能取得上述高度节能的效果还由于，在开始蒸汽处理之后，亦即在仅约1秒或仅仅稍长的一段极短时间之后，就将真空阀V4.02关闭，而在已通过蒸汽阀补充有较多的蒸汽时，即开始对模腔5进行所述的蒸汽处理，这样就把残余在模制料间隙中的空气清扫出去。
最后，要是当部分真空阀V4.01仍然敞开时，打开蒸汽阀V1.01来清扫流道或系统13内的残余空气，也是有利于实现能量平衡的。
除了据图1所述从模具部件2到模具部件3来对模制件4作蒸汽处理外，也可依从模具部件3到模具部件2的与上述相反的方法进行蒸汽处理。此时，各有关阀门应按适当的顺序操作。
对于具有多于两个部件的模具1，至少可对其中一或几个或对其全部提供部分真空和/或使之与蒸汽通连。
模制件4的蒸汽处理是按常规方式，用蒸汽(饱和水蒸汽)在约120℃和约1巴的过剩压力下进行。
采用本发明的方法与本发明的模具生产出的模制件4具有按重量计最多仅约余留有30%的残存水份。
权利要求
1.一种生产多孔塑料模制件的方法，其特生在于此方法采用了以下的处理步骤应用一种具有两个或多个部件的模具(1)，模具有壁部形成一模腔(5)，此壁部或者是壁部层(21)是不透气的，而壁部朝向模腔(5)的表面则由导热不良材料构成；闭合模具(1)形成模腔(5)；对模具(1)施加部分真空而抽空模腔(5)，对模具(1)在模腔(5)的外侧区域施加部分真空，以抽空模具部件(2，3)之间的分离点(12)；用压力高于大气压的至少一个喷注器(6)，将受热时膨胀的模制料注入模腔(5)中；关闭上充填孔(7)或关闭掉充填喷注器(6)；用蒸汽处理已抽空的模腔(5)，附带地也抽空模具部件(2，3)之间的分离点(12)；关闭上部分真空阀(V4.01；V4.02)来截断部分真空，同时供给蒸汽使模制件(4)膨胀；在稳定化阶段中，通过给模具(1)施加部分真空专门来冷却模腔(5)中制备的模制件(4)，顺便也使模具部件(2，3)之间的分离点冷却；以及在稳定化阶段之后打开模具(1)并推出已制成的模制件(4)。
2.如权利要求1所述方法，其中将蒸汽阀(V1.02)在部分真空阀(V4.01和V4.02)仍然打开时予以打开。
3.如权利要求1或2所述方法，其中在开始蒸汽处理的一个短暂时刻后，把与相应蒸汽阀(V1.01或V1.02)邻近的部分真空阀(V4.01或4.02)打开。
4.如权利要求1至3中任一个所述方法，其中在部分真空阀(V4.01)仍然打开时，打开蒸汽阀(V1.01)。
5.如权利要求1至4中任一个所述方法，其中在施加部分真空的同时将蒸汽真接引到或引入模具(1)，或引入模腔(5)中。
6.如权利要求1至5中任一个所述方法，其中是由模具(1)的相同之孔(8，10，11)来施加或引入部分真空与蒸汽的。
7.如权利要求1所述方法，其中应将部分真空选择成可使模腔(5)中的空气减少到至少约5%至10%，亦即将此模腔中的压力调节到至少约为0.05至0.1巴。
8.如权利要求1所述方法，其中模具(1)之壁部或形成模腔(5)的模具部件(2，3，23)的模具壁层(21)的导热率选择成、同时/或者使它们的外侧表面制造成可让模具(1)的外侧温度不取一个高于约50至70℃的值，最好是不高于约55至60℃的一个值。
9.如权利要求1所述方法，其中于模具(1)中引入约120℃的蒸汽和约1巴的过剩压力。
10.如权利要求1所述方法，其中前述稳定阶段约为5至10秒。
11.如权利要求1所述方法，其中部分真空与蒸汽分别是由几个孔(8，10，11)直接引入到模腔中的。
12.用依据如权利要求1至11所述方法来生产模制件时所用的、由两个或多个部件构成的一种模具(1)，其特征在于模具(1)的面向模腔(5)的整个表面具有至少一个由导热不良材料制成的内模腔壁层(21)，而在各个情形下的各个模具部件(2，3)具有至少一个孔(8，10，11)，用来与部分真空和/或蒸汽源直接连通。
13.如权利要求12所述模具，其中模具部件(2，3)中至少有一个具备一或多个充填孔(7)，而在这些孔中，于各个情形下有一备用的充填喷注器插入其中。
14.如权利要求12或13所述模具，其中至少有一个模具部件(2，3)具有一个推出杆(23)，它有一个凸入模腔(5)中的表面(22)。
15.如权利要求12至14中任一个所述模具，其中模具(1)具有一或多个部分真空孔(11)，用来抽空两或多个模具部件(2，3)间的分离点(12)。
16.如权利要求12所述模具，其中模具部件(2，3，23)是由金属材料构成，而导热不良的模具壁层(21)则是由塑料、釉料或搪瓷料构成。
17.如权利要求16所述模具，其中采用的塑料是由或是以聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰胺酯或聚酰亚胺为基础料而制成。
18.如权利要求16所述模具，其中模具壁部层的厚度约为0.5至3mm。
19.如权利要求12所述模具，其中模具部件(2，3)是由加有导热良好的粒状或纤维状材料的塑料构成。
20.如权利要求12所述模具，其中在形成模腔(5)的表面上开设有一批槽，槽的宽度约为0.1至0.3mm而深度约为0.5至1.0mm，这些槽的终端至少与一个孔(8，10)相通。
21.如权利要求10至20中任一个所述模具，其中模具部件(2，3，23)或内模具壁层(21)具有最高约为0.25W/mk的导热率。
全文摘要
多孔塑料模制件的一种生产方法，它能以低的真空度和蒸汽量来生产残余水分极低的模制件。其中用来形成模腔之模具壁部是由导热不良材料构成或经适当涂层。制造模制件时，首先抽空模腔，在过剩压力下充填以可膨胀模制料，之后引入蒸汽。在截断蒸汽压力的供给后，再次抽空模腔并在稳定化阶段保持此真空状态。经稳定化阶段后，打开模具，并由剩余压力推出已制得的模制件。
文档编号B29C35/06GK1088870SQ9311956
公开日1994年7月6日 申请日期1993年10月25日 优先权日1992年10月26日
发明者迪尔·E·康润德 申请人:Ph·克兹·伊森汉莫有限公司