专利名称：用于形成现场固化的衬垫的注塑工艺、装置和材料的制作方法
背景技术：
发明领域 本发明涉及一种通过液体注塑形成现场固化的衬垫的工艺。更特别地，本发明涉及一种通过液体注塑形成现场固化的衬垫的低压和室温工艺。
相关技术的简述 通过将衬垫形成材料液体注射到模具中而形成现场固化的衬垫。典型工艺包括采用高温和/或高压液体注射。例如，典型工艺描述于Sakai等的美国专利No.5,597,523中。该模塑工艺和模塑装置需要采用24,500kPa(3,500psig)的升高的压力和250℃(480)的升高的温度。将上部和底部模具配合成一体以在其间界定模腔。在2,900kPa(430psig)下将液体衬垫材料例如环氧树脂或塑料橡胶泵送到模腔中。将模具和衬垫材料加热至约250℃(480)。将衬垫材料泵送到模腔中。然后在24,500kPa(3,500psig)的升高的压力下将模具夹在一起。在衬垫材料固化后，将模具和衬垫冷却至室温。描述了该工艺需要约1分钟用于注射和固化衬垫材料。然而，在如此短的周期内采用这种升高的压力和温度需要使用可以承受这种大的压力和温度波动同时保持紧密公差以形成衬垫的金属模具，这使得该装置和工艺昂贵并且难以操作。
Jones等的美国专利No.6,387,303描述了一种模塑工艺和装置，其通过使用在室温下可固化的衬垫形成材料而避免了采用升高的温度。描述了将模具和衬垫形成材料冷却至约0℃(32)以避免可室温固化的材料聚合。描述了该衬垫形成材料是可室温固化的硅橡胶或无氧固化的丙烯酸酯化合物，该材料采用温度循环以形成衬垫。
因此，需要一种不需要采用高压并且不需要远离室温的温度循环的形成衬垫的方法。还需要在这些条件下可用于形成衬垫的可光化辐射固化的组合物。
发明概述 在本发明的一个方面中，提供了一种通过液体注射制造衬垫的方法。该方法包括以下步骤提供可光化辐射固化的(甲基)丙烯酸酯官能化的聚(甲基)丙烯酸酯组合物；提供界定了封闭的衬垫成型模腔和与该模腔相连的注射口的注射模具，该模具包括使光化辐射透射通过其中的光化辐射传导装置；在约65℃(150)或更小的温度和约1,030kPa(150psig)或更小的压力下将组合物注入模具以充满模腔；和在模具中使光化辐射以足以固化组合物的数量透射通过辐射传导装置以在衬垫成型模腔中形成衬垫。
在本发明的另一个方面中，光化辐射传导装置可以包括使光化辐射直接透射通过其中以固化组合物的型面。希望地，至少一部分模具壁包括透光的塑料或玻璃模具。
在本发明的仍然另一个方面中，光化辐射传导装置可以包括辐射传导通道，该通道将辐射传导通过模具到达光化辐射固化组合物。希望地，该光化辐射传导装置包括光学纤维。
希望地，注射温度为约10℃(50 )-约66℃(150)。更希望地，注射温度为约20℃(68)-约50℃(120 )，包括约20℃(50)-约25℃(77)的温度。甚至更希望地，注射温度约为室温。
希望地，注射压力约为140kPa(20psig)-约1,030kPa(150psig)。更希望地，注射压力小于或等于约620kPa(90psig)，例如约345kPa(50psig)-约620kPa(90psig)。
希望地，辐射暴露持续约5分钟或更少，并且希望主要为在电磁波谱的可见光范围内的辐射。
在本发明的仍然另一个方面中，聚(甲基)丙烯酸酯组合物可以包括(甲基)丙烯酸酯官能化的聚(丙烯酸酯)，例如被(甲基)丙烯酸酯封端并且包括丙烯酸正丁酯作为主链的链段的一类。
希望地，在约140kPa(20psig)-约830kPa(120psig)，例如约690kPa(90psig)或更小的压力下在约50g/分钟-约500g/分钟的速率下聚(甲基)丙烯酸酯组合物可挤出例如通过直径约0.8mm(1/32英寸)-约9.5mm(3/8英寸)，例如3.2mm(1/8英寸)的喷嘴。
希望地，该聚(甲基)丙烯酸酯组合物具有约100Pas(10,000cPs)-约1,000Pas(100,000cPs)的粘度。
希望地，该聚(甲基)丙烯酸酯组合物包括至少一种以整个组合物的约8-约20wt％的组合数量存在的单官能单体。
在本发明的另一个方面中，提供一种在室温下通过低压液体注射形成衬垫组合物的系统。该系统包括具有相对配合面的第一和第二模具元件，其中至少一个配合面具有衬垫形状的模腔和与该模腔流体相连的孔口，并且其中至少一个模具元件透射光化辐射通过其中；和光化辐射源，当将相对配合面以基本邻接的关系放置时由其产生的光化辐射可透射到模腔中。
在本发明的另一个方面中，第二模具元件是一种部件，例如但不限于气门套或油盘，其中衬垫通过机械和/或化学方式粘结在第二模具元件上。当将第一模具元件从组件中取出时，衬垫原位停留在第二模具元件上以提供包括固化衬垫的最终组件，并且部件作为完整的衬垫组件存在。这类组件具有优于典型的现场固化组件的优点可以控制或者限定纵横比和/或衬垫横截面形状。与现场压制的衬垫相比，本发明消除了单独形成衬垫并且随后将衬垫压制或另外放置在部件上的必要。
附图简述
图1是根据本发明的用于形成衬垫的具有顶部和底部模具元件的模具的透视图。
图2是图1的模具沿着2-2轴取得的横截面图。
图3是图2的模具的分解图，其描绘了顶部模具元件和底部模具元件。
图4是图3的底部模具元件沿着4-4轴取得的顶视图。
图5是图4的底部模具元件沿着5-5轴取得的左面正视图。
图6是图4的底部模具元件沿着6-6轴取得的右面正视图。
图7是图4的底部模具元件沿着7-7轴取得的横截面图。
图8是图1的顶部模具元件的透视图，其描绘了包含透明材料的顶部模具元件。
图9是图8的透明顶部模具元件沿着9-9轴取得的横截面图。
图10是图1的顶部模具元件的透视图，该模具元件具有通过其中的光透射的导管。
图11是图10的顶部模具元件沿着11-11轴取得的横截面图，其描绘了横穿通过顶部模具元件的导管。
图12是图11的顶部模具元件的另一个方面的部分侧面正视图，其描绘了在顶部模具元件的透明部分上终止的光透射导管。
图13是图11的顶部模具元件的另一个方面的部分侧面正视图，其描绘了布置在顶部模具元件的透明部分内的光透射导管。
图14是与本发明的顶部模具元件相连的光源的示意图。
发明详述 图1是根据本发明可用于形成现场固化衬垫的模具10的透视图。该模具10包括如所示的那样相互关联的上部模具元件12、底部模具元件14和注射口16。如图4中所示，注射口16与模腔18流体相连。由于本发明的低压即小于约690kPa(100psi)和低温即约室温下的操作，模具10避免了包含适合于较高压力和温度的材料的模具元件的需要。这类材料例如不锈钢通常更加昂贵并且更加难以用机器加工或工具加工成模具。希望地，本发明的模具元件12、14可以适宜地由不太贵的材料例如塑料或铝形成。塑料可以包括热成型的塑料。
本文中使用的术语“室温”和其变型是指工业装置的典型环境温度。该环境温度通常为比普遍使用的术语“室温”更大的范围即约20℃(68)-约25℃(77)。例如，工业装置可以具有约10℃(50)-约40℃(100)的环境温度。
图2是图1的模具10沿着2-2轴取得的横截面图。如图2中所示，上部模具元件12包括模腔18。可以通过注射口16将液体衬垫形成组合物引入模腔18。
图3是图2的模具10的部分分离图。模具元件12包括配合面13，并且模具元件14包括配合面15。如图2中所示，模具元件12和14可以彼此排列对齐以使得配合面13和15基本彼此并列。如图3中所示，将衬垫17从模腔18中取出并且连接在配合面15上。
如图4中所示，模腔18的顶视图为封闭的圆周设计形状。尽管在图4中将模腔18描绘成圆角矩形，但本发明并不被如此限制并且可以适宜地使用其他形状的模腔。另外，尽管在图2中将模腔18的横截面形状描绘成圆形或半圆形，但本发明并不被如此限制并且可以适宜地使用其他的横截面形状。此外，本发明并不限于仅在上部模具元件12中具有模腔18，模具元件12、14的任一种或两者可以适宜地包含有模腔。
如图4中所示，模具12可以包含第二孔口20。该第二孔口20与模腔20流体相连。当模腔18装满衬垫形成材料时，第二孔口20可用于使模腔18脱气。当通过孔口16将衬垫形成材料引入模腔18时，空气可以通过第二孔口20逸出以使模腔20脱气。第二孔口20的尺寸并不限于本发明。希望地，将第二孔口20的尺寸即横截面程度最小化以使得空气能够外出，但足够小以限制衬垫形成材料液体流过其中。换句话说，第二孔口20的尺寸可以是针孔大小的，其中空气可以流过，同时抑制液体衬垫形成材料的明显流动。另外，本发明并不限于使用单个孔口16或单个孔口20，并且可以使用多个孔口以引入衬垫材料和/或排出空气。
图5是沿着图4的5-5轴取得的模具元件12的横截面图。如图5中所示，注射口16可以适宜地是模具元件12中的空腔或钻孔。注射口16的部分可以有螺纹(未示出)或者具有可以将衬垫形成材料送过其中的阀(未示出)或者管道或软管(未示出)。
图6是沿着图4的6-6轴取得的模具元件12的横截面图。如图6中所示，孔口20可以适宜地是模具元件12中的空腔或钻孔。孔口20的部分可以具有用于控制空气和/或衬垫形成材料流出的阀(未示出)。
图7是沿着图4的7-7轴取得的模具元件12的横截面图。描绘了在模具元件12的配合面13上模腔18延伸到模具元件12中。
图8是模具元件12的透视图，其描绘了模具元件12可由透明材料制成或者可以包含透明材料。希望地，模具元件12对于光化辐射例如紫外(UV)辐射是透明的，即透光或基本透光。图9中描绘了透明模具元件12的横截面图。
图10是模具元件12’的透视图，其描绘了一个或多个通过其中的孔或导管24。如作为模具元件12’的横截面图的图11中所示，导管24可以全部延伸穿过模具元件12’。如图10和11中所示，模具元件12’不必须由透明材料制成，因为导管24可以允许透射固化UV光或固化光化辐射(未示出)。然而，本发明并不如此限制。例如如图12中所示，导管24不必全部延伸穿过模具元件12’。导管24可以仅仅部分延伸穿过模具元件12’。希望地，导管24下方模具元件12’的部分12b由透明材料制成以允许光化辐射透射通过其中。如图12中所示，模具元件12’的余下部分12a不必由透明材料制成。另外，本发明并不限于包含透明材料12b的部分延伸的导管24刚好邻近地位于导管24的末端。例如如图12中所示，显著部分的模具元件12’可以包含透明材料12b。希望地，模具元件12’的顶部15包含非透明材料12a。
图14中用图描绘了一种用于传送光化辐射的系统。光源26产生光化辐射，例如电磁波谱的可见光和/或UV范围内的辐射。光化辐射通过纤维光缆28。光缆28可以位于模具元件12、12’内。光缆28可以进一步包括光导管30以可脱离地将光源或光缆28与模具元件12一起固定。
本发明提供一种通过液体注射制造衬垫的方法。该方法包括以下步骤提供可光化辐射固化的(甲基)丙烯酸酯官能化的聚(甲基)丙烯酸酯组合物；提供界定了封闭的衬垫成型模腔18和与该模腔18相连的注射口16的注射模具10，该模具10包括允许光化辐射透射的光化辐射传导装置；在约50℃(120)或更小的温度和约690kPa(100psig)或更小的压力下将组合物注入模具以充满模腔18；和使可固化数量的光化辐射透射通过模具10的辐射传导装置以将组合物固化成衬垫。模具10可以包括至少两个元件12、14，这两个元件12、14具有相对的配合面13、15。当将组合物泵送或者另外加压到模腔18中时，由于摩擦因素，组合物可以展现出比环境温度更高的温度，即约50℃(120)或更小。这种稍微升高的温度低于组合物的热聚合温度。
希望地，在约620kPa(90psig)压力下通过3.2mm(0.125英寸)喷嘴，衬垫形成材料具有约50g/min-约500g/min的挤出速率。更希望地，在约620kPa(90psig)压力下通过3.2mm(0.125英寸)喷嘴，该液体组合物具有约100g/min-约200g/min的挤出速率。
挤出速率可以通过工业标准技术测定。例如，测试装置可以包括密封胶喷枪(Semco型号250或等同物)、料筒(Semco型号250-C6或250-C8或等同物)，和带有3.2mm(0.125英寸)孔口的喷嘴(Semco440或等同物)。这类装置和其组件可从Semco Application Systems，Glendale，CA商购获得。在将液体组合物置于料筒中之后，将料筒内的压力控制在620kPa(90psi)。然后通过在15秒后称量在620kPa(90psi)下通过喷嘴的材料数量确定挤出速率。
在约690kPa(100psig)或更小的低注射压力下，具有较高挤出速率的组合物更难以加工。具有较低挤出速率的组合物可能不能足够地充满模腔并且在其中适宜地形成衬垫。希望地，在25℃(77)下，该液体组合物具有约0.01Pas(10厘泊或cPs)-约1,000Pas(1,000,000cPs)的粘度。更希望地，该液体组合物具有约100Pas(10,000cPs)-约1,000Pas(100,000cPs)的粘度。
在注射液体组合物之前，将模具元件12、14的配合面13、15分别排列对齐以界定模腔18。在排列对齐之后，可以在注射衬垫形成组合物的步骤之前将模具元件12、14彼此固定。
本发明的该方面的方法可以进一步包括在注射液体可光化辐射固化的衬垫形成组合物之前或者在注射的同时将模腔脱气的步骤。希望地，该脱气步骤包括通过与模腔18流体相连的第二孔口20脱气。
借助于模腔18的脱气和借助于上述的流体性能，该液体组合物完全充满模腔18而不需要过多的液体处理压力，即基本高于690kPa(100psig)的压力。希望地，在约690kPa(100psig)或更小的流体处理压力下，该液体组合物完全充满模腔18。
在组合物固化或者至少部分固化之后，可以将模具元件12、14彼此脱离以使衬垫暴露，之后可以将衬垫从模腔18中取出。
希望地，该液体组合物在室温下或者室温附近固化约5分钟或更少。更希望地，该液体组合物固化1分钟或更少，例如固化30秒或更小。
该可光化辐射固化组合物可以是单部分液体组合物，其可以包括体积膨胀剂以制造发泡的衬垫。
对于可光化辐射固化组合物而言，可用于形成衬垫的材料包括可光化辐射固化的硅氧烷、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚醚、聚烯烃、聚酯、它们的共聚物和它们的组合。希望地，可固化材料包括含有至少两个(甲基)丙烯酰基悬垂基团的(甲基)丙烯酰基官能化材料。希望地，该(甲基)丙烯酰基悬垂基团由-OC(O)C(R1)＝CH2表示，其中R1是氢或甲基。更希望地，液体衬垫形成材料是(甲基)丙烯酰基封端的聚丙烯酸酯。希望地，该(甲基)丙烯酰基封端的聚丙烯酸酯可以具有约3,000-约40,000的分子量，更希望地为约8,000-约15,000。另外，希望地，该(甲基)丙烯酰基封端的聚丙烯酸酯在25℃(77)下可以具有约2,000Pas(200,000cPs)-约8,000Pas(800,000cPs)的粘度，更希望地为约4,500Pas(450,000cPs)-约5,000Pas(500,000cPs)。这类可固化的(甲基)丙烯酰基封端材料的细节可以在Nakagawa等的欧洲专利申请No.EP1059308A1中找到，并且可例如在商业牌号RC220C、RC210C、RC200C和RC100C下从Kaneka Corporation，Japan商购获得。据信RC220C、RC210C和RC200C各自是取代和未取代的丙烯酸烷基酯例如丙烯酸乙酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯和丙烯酸正丁酯(分子量变化)的组合的三聚物，而RC100C是丙烯酸正丁酯的均聚物。
希望地，该液体组合物包括光引发剂。在这里可以使用一定数目的光引发剂以提供上面提及的本发明的利益和优点。当将整个可光固化组合物暴露于电磁辐射例如光化辐射下时，光引发剂提高了固化过程的快速性。这里使用的合适光引发剂的例子包括，但不限于，可在“IRGACURE”和“DAROCUR”商标下从Ciba Specialty Chemicals商购获得的光引发剂，具体为IRGACURE 184(1-羟基环己基苯酮)、907(2-甲基-1-[4-(甲基硫基)苯基]-2-吗啉基丙-1-酮)、369(2-苄基-2-N，N-二甲基氨基-1-(4-吗啉基苯基)-1-丁酮)、500(1-羟基环己基苯酮和二苯甲酮的组合)、651(2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮)、1700(双(2，6-二甲氧基苯甲酰基-2，4，4-三甲基戊基)氧化膦和2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮的组合)、819[双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦]、2022[溶于DAROCUR1173(下面描述)中的IRGACURE819]，以及DAROCUR173(2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙-1-酮)和4265(2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦和2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮的组合)；和可见光[蓝色]光引发剂、d1-樟脑醌和IRGACURE784DC。当然，在这里也可以使用这些材料的组合。
这里可使用的其他光引发剂包括丙酮酸烷基酯例如甲基、乙基、丙基和丁基的丙酮酸酯，以及丙酮酸芳基酯例如苯基、苄基的丙酮酸酯和其合适取代的衍生物。特别适合于在此使用的光引发剂包括紫外线光引发剂例如2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(例如IRGACURE 651)和2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙烷(例如DAROCUR 1173)、双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦(例如IRGACURE 819)，双(2，6-二甲氧基苯甲酰基-2，4，4-三甲基戊基)氧化膦和2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮(例如IRGACURE 1700)的紫外线/可见光光引发剂组合，以及可见光光引发剂双(η5-2，4-环戊二烯-1-基)-双[2，6-二氟-3-(1H-吡咯-1-基)苯基]钛(例如IRGACURE 784DC)。
如上所述，可与本发明结合使用的光化辐射包括紫外线、可见光，和其组合。希望地，用于固化液体衬垫形成材料的光化辐射具有约200nm-约1,000nm的波长。可用的紫外线(UV)包括，但不限于，UVA(约320nm-约410nm)、UVB(约290nm-约320nm)、UVC(约220nm-约290nm)，和其组合。可用的可见光包括，但不限于，蓝光、绿光和其组合。这些可用的可见光具有约450nm-约550nm的波长。
除了上述(甲基)丙烯酸酯官能化的聚(甲基)丙烯酸酯组合物之外，该组合物可以进一步包括选自以下物质的含有至少两个(甲基)丙烯酰基悬垂基团的(甲基)丙烯酰基封端的化合物(甲基)丙烯酰基封端的聚醚、(甲基)丙烯酰基封端的聚烯烃、(甲基)丙烯酰基封端的聚氨酯、(甲基)丙烯酰基封端的聚酯、(甲基)丙烯酰基封端的硅酮、其共聚物，和其组合。
该组合物可以进一步包括活性稀释剂、橡胶增韧剂、填料例如二氧化硅填料、抗氧剂和/或脱模剂。
作为活性稀释剂，该组合物可以包括单官能(甲基)丙烯酸酯。可用的单官能(甲基)丙烯酸酯可以由通用结构CH2＝C(R)COOR2表示，其中R是H、CH3、C2H5或卤素例如Cl，R2是C1-8单-或双环烷基、杂环中最多两个氧原子的3至8元杂环基团、H、烷基、羟基烷基或氨基烷基，其中烷基部分是C1-8直链或支化的碳原子链。在特别希望的并且对应于上述某些结构的特定单官能(甲基)丙烯酸酯单体当中，有甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸2-羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸四氢糠基酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸2-氨基丙酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯和对应的丙烯酸酯。
另外，在本发明的实践中可以使用N，N-二甲基丙烯酰胺(“DMAA”)丙烯酸，和丙烯酸β-羧基乙酯(例如可在商标SIPOMER下从Rhodia商购获得)。
这类活性稀释剂的可商购获得的代表性例子包括用于下面实施例中的那些。更具体地，SARTOMER SR395(丙烯酸异癸酯，可从SartomerCompany，Inc.，Exton，PA商购获得)、SARTOMER SR495(己内酯丙烯酸酯，可从Sartomer商购获得)、SARTOMER SR531(环状三羟甲基丙烷甲醛丙烯酸酯，可从Sartomer商购获得)，和SARTOMER PRO6622(3，3，5-三甲基环己基丙烯酸酯，可从Sartomer商购获得)单独或者彼此组合或者与其他所述活性稀释剂组合各自是合适的选择。
当使用时，活性稀释剂应该以0.5-约50wt％，例如约5-约30wt％的范围使用。
该组合物还可以包括橡胶增韧剂，例如用于下面实施例中的那些。更具体地，可商购获得的一类包括VAMAC DP(一种可从DuPont商购获得的乙烯丙烯酸系二聚物弹性体)、HYCAR VTBN(可从Hanse Chemie商购获得的甲基丙烯酸酯官能的丙烯腈-丁二烯共聚物)、HYPALON 20(可从DuPont商购获得，并且被报导为大于96％的氯磺化聚乙烯、小于0.4％的四氯化碳、小于0.04％的氯仿和小于2％的滑石)、NEOPRENEAD-10(可从DuPont商购获得，并且被报导为大于98％的2-氯-1，3-丁二烯聚合物和共聚物，小于1％的水和小于1％的滑石)、NIPOL IR2200L(可从Zeon商购获得，并且被报导为大于99％的聚异戊二烯聚合物)、RICACRYL 3100(可从Sartomer商购获得并且被报导为甲基丙烯酸酯化的聚丁二烯低官能度UV-可固化树脂)，和其组合。
当使用时，橡胶增韧剂应该以约0.5-约30wt％，例如约2.5-约10wt％的范围使用。
作为填料，该组合物可以包括二氧化硅填料，例如可在商标CABOSIL下从Cabot Corporation或者在商标HDK-2000下从Wacker商购获得的那些，这些的每一种在下面的样品中示出。
当使用时，填料应该以约0.5-约30wt％，例如约5-约20wt％的范围使用。
作为抗氧剂，该组合物可以包括可在商标IRGANOX下从CibaSpecialty Chemicals商购获得的那些，其代表在下面的样品中的几个例子中看到。
当使用时，抗氧剂应该以约0.1-约5wt％，例如约0.3-约1wt％的范围使用。
作为脱模剂，该组合物可以包括可例如在商标MOLD-PRO 678(粉末状硬脂酸)下从Crompton Corporation商购获得的那些。
当使用时，脱模剂应该以约0.1-约5wt％，例如约0.25-约0.5wt％的范围使用。
任选地或者作为选择，可以在引入液体组合物之前将脱模剂加入模腔18。如果需要，脱模剂有助于从模腔中容易地取出固化的衬垫。可用的脱模组合物包括，但不限于干的喷剂例如聚四氟乙烯和喷射油或擦拭油例如硅油或有机油。可用的脱模组合物包括，但不限于，在至少一端被有机亲水性基团例如甜菜碱、羟基、羧基、铵盐基团和其组合末端取代的C6-C14全氟烷基化合物的组合物，这些基团与金属表面化学和/或物理反应。多种脱模剂是可获得的，例如在Henkel的FREKOTE牌号下市售的那些。另外，脱模剂可以是热塑性薄膜，该薄膜可以成型为模具的形状。
在本发明的一个方面中，提供光化辐射源的步骤包括，但不限于以下步骤提供两个模具元件12、14的至少一个作为光化辐射透射元件；和使光化辐射透射通过该透射元件。可以检测和监控透射通过该透射元件并且到达所述液体组合物上的光化辐射的数量。当光化辐射程度下降至预设的最小值时，可以增加透射到液体组合物上的光化辐射的数量。当辐射程度下降至预设的最小值时，可以简单地清理透射元件的配合面以增加通过其中的光化辐射透射量。作为选择，可以通过以下方式控制光化辐射量提供带有第一可取出衬里的透射元件的配合面；当辐射程度下降至预设的最小值时取出第一可取出衬里；和将第二可取出衬里提供在透射元件的配合面上以增加通过其中的光化辐射透射量。
在本发明的另一个方面中，本发明的聚(甲基)丙烯酸酯组合物可以任选地包括约0％-90％的聚(甲基)丙烯酸酯聚合物或共聚物，约0％-90％的聚(甲基)丙烯酸酯聚合物或共聚物含有至少2个(甲基)丙烯酸酯官能团；约0wt％-约90wt％的单官能和/或多官能(甲基)丙烯酸酯单体；约0wt％-约20wt％的光引发剂；约0wt％-约20wt％的添加剂例如抗氧剂；约0wt％-约20wt％的填料例如锻制二氧化硅；约0wt％-约20wt％的流变改性剂；约0wt％-约20wt％的粘合促进剂；和/或约0wt％-约20wt％的荧光剂或颜料。
更特别地，希望用于形成现场固化衬垫的组合物是可光化辐射固化的并且包括约40％-90％的(甲基)丙烯酸酯官能化的聚(甲基)丙烯酸酯聚合物；约0.5％-约50％的活性稀释剂；约0.5％-约10％的光引发剂；和约0.5％-约30％的二氧化硅填料，其中该百分比基于整个组合物的重量百分比，其中该组合物在约1,030kPa(150psig)或更小的注射压力下具有适合于允许注射的粘度，并且其中该组合物当通过暴露于电磁波谱的可见光范围内的辐射下而固化时展现出50-85+/-5的硬度计，Shore A，7.5-9.0MPa的拉伸强度，75-250的伸长率和在100％伸长率下2.5-3.4MPa的模量，以及在150℃下在70小时后25-60％的压缩形变。
在本发明的另一个方面中，提供一种在室温下通过液体注塑形成衬垫的装置。该系统包括具有相对配合面13、15的第一和第二模具元件12、14，其中配合面13、15的至少一个具有衬垫形状的模腔18且与该模腔18流体相连的孔口16，并且其中模具元件12、14的至少一个透射光化辐射通过其中；和光化辐射源。
当将相对配合面13、15以基本邻接的关系放置时，由该辐射源产生的辐射可透射到模腔18中。用于将光化辐射透射到模腔中的方式可以包括使用光化辐射透射元件，由此直接将光化辐射透射通过该元件。该光化辐射透射元件可以是模具元件12、14的其中一个或两者。该透射元件或者部分透射元件可以由可透射的热塑性材料例如聚碳酸酯丙烯酸酯制成，和/或可以包括光化辐射可透射或可通过其中的通道，例如导管24或纤维光缆28。
该装置可以进一步包括与光化辐射透射元件的配合面邻接放置的可取出的塑料衬里，其中该塑料衬里包括光化辐射透射材料。
在本发明的另一个方面中，其中一个具有衬垫形状模腔的模具元件本身是制造的产品或者制造的产品的一部分，例如车辆的一部分如气门套。通过本发明的方法，本发明的组合物可以直接成型于这类制造的产品或其部件上。因此，当将本发明的衬垫形成组合物固化并且将光化辐射传导模具元件取出时，制得了带有一体衬垫的产品或部件，这消除了机械和/或化学附加单独形成的衬垫的必要。
实施例 下述实施例提供了多种样品，其中评价了不同的弹性体、评价了不同的活性稀释剂、评价了不同的橡胶增韧剂、评价了不同的填料、评价了不同的光引发剂，和评价了不同的抗氧剂。
例如在下表1中，提供了具有根据下文在表1A中给出的物理性能的多种样品。
表1 1可从Kaneka Corporation获得的丙烯酸酯官能化的聚(丙烯酸酯)。
2可从Bomar Specilaties商购获得、并且具有200,000cPs@50℃的粘度、-62.0的Tg并且当以30％IBOA和2phr IRGACURE 184配制时具有550的伸长率、84A的硬度计硬度和2880psi的拉伸强度的脂族聚酯氨基甲酸酯丙烯酸酯。
3可从Rahn USA Corp.，Aurora，IL商购获得的脂族聚酯氨基甲酸酯丙烯酸酯 4可从DuPont商购获得的乙烯丙烯酸系二聚物弹性体 5可从Ciba Specialty Chemicals商购获得并且被报导为位阻酚类抗氧剂 6丙烯酸异癸酯，可从Sartomer Company，Inc.，Exton，PA商购获得 7可从Cabot Corporation，Billerica，MA商购获得，CAB-O-SILTS-530处理的锻制二氧化硅是已经用六甲基二硅氮烷处理的高纯度二氧化硅。该处理使锻制二氧化硅上的许多表面羟基被三甲基甲硅烷基代替，使得二氧化硅极度憎水性。
表1A 在样品号1-5中，评价了4种不同弹性体，样品号1和2包含相同弹性体--KANEKA RC220C--有(样品号2)和没有(样品号1)橡胶增韧剂VAMAC DP。对照的样品号1还不包含抗氧剂或活性稀释剂，而余下的样品(Nos.2-5)包含抗氧剂或活性稀释剂。
在这些实施例中，测量以牛顿计的抗压强度松驰(“CSR”)，并且当根据ASTM D6147-97进行评价时使用Shawbury Wallace(“S-W”)夹具。
表1A中收集的结果表明选择用于衬垫应用的弹性体将是表现出柔韧性(如通过模量和伸长率度量)并且具有最高保持的CSR％残留力的那些。
在下表2中，提供了具有根据下文在表2A中给出的物理性能的多种样品。这些样品(Nos.1、2和6-8)也是弹性体不同并且活性稀释剂不同。
表2 1可作为己内酯丙烯酸酯的商业牌号从Sartomer商购获得。
表2A 表2A中收集的结果表明通过使用活性稀释剂，可以改进和提高所希望的柔韧性和CSR％残留力的性能。
在下表3中，提供了具有根据下文在表3A中给出的物理性能的多种样品。这些样品(Nos.9-13)的活性稀释剂的具体物和数量以及光引发剂和二氧化硅填料的具体物不同，同时在样品号9-11中包括橡胶增韧剂，但在样品号12或13中不包括。
表3 1可从Noveon或Hanse Chemie商购获得，HycarVTBN等级的甲基丙烯酸酯官能的丙烯腈-丁二烯共聚物被选出用于提高耐冲击性和提高伸长率。
2可作为环状三羟甲基丙烷甲醛丙烯酸酯的商业牌号从Sartomer商购获得 表3A 表3A中的结果表明二氧化硅填料HDK-2000极少对粘度有贡献，而对样品提供物理增强。
在下表4中，提供了具有根据下文在表4A中给出的物理性能的多种样品。这些样品(Nos.14-17)也是活性稀释剂不同，尽管每一种包括至少15wt％的DMAA，同时使用得自Kaneka的两种不同弹性体的组合。
表4 1可作为3，3，5-三甲基环己基丙烯酸酯的商业牌号从Sartomer商购获得 2溶于DAROCURE 1173中的IRGACURE 819 表4A 撕裂强度根据ASTM D624评价，并且在该评价中使用另外的夹具-Jones-Odom(“J-O”)夹具。该实施例中使用的不同夹具表现出相同的力测量结果但有不同的样品尺寸和结构。
表4A中的结果表明物理性能可以与相关的密封性能一起变化，同时保持了适合于在低压下注射的低粘度。
在下表5中，提供了具有根据下文的表5A中给出的物理性能的多种样品。这些样品(Nos.1、2和18-20)的橡胶增韧剂的具体物不同，同时使用两种不同的活性稀释剂并且在弹性体中作为KANEKA RC220C保留。
表5 1可从DuPont商购获得，并且被报导为大于96％的氯-磺化聚乙烯、小于0.4％的四氯化碳和小于0.04％的氯仿以及小于2％的滑石。
2可从DuPont商购获得，并且被报导为大于98％的2-氯-1，3-丁二烯聚合物和共聚物、小于1％的水和小于1％的滑石。
3可从Zeon商购获得，并且被报导为大于99％的聚异戊二烯聚合物。
表5A 表5A中的结果表明，通过使用可混溶于组合物中的多种橡胶增韧剂，物理性能可以与相关的密封性能一起变化同时保持了适合于在低压下注射的低粘度。
在下表6中，提供了具有根据下文在表6A中给出的物理性能的多种样品。这些样品(Nos.10、21-23和24)也是橡胶增韧剂不同，同时也使用两种不同的活性稀释剂和二氧化硅填料。
表6 1根据生产商Sartomer，RICACRYL3100是一种甲基丙烯酸酯化的聚丁二烯低官能度UV可固化树脂。
表6A 在下表7中，提供了具有根据下文在表7A中给出的物理性能的多种样品。这些样品(Nos.11和25-26)的弹性体和橡胶增韧剂的数量不同，同时保持组分的具体物和数量恒定。
表7 表7A 在下表8中，提供了具有根据下文在表8A中给出的物理性能的多种样品。这些样品(Nos.1、6、8、23、27和28)的KANEKA RC220C弹性体的数量以及活性稀释剂和二氧化硅填料的具体物不同。
表8 表8A 在下表9中，提供了具有根据下文在表9A中给出的物理性能的多种样品。这些样品(Nos.1、2、6和29)的KANEKA RC220C弹性体的数量和将橡胶增韧剂包括在样品中的方式不同。
表9 表9A 在下表10中，提供了具有根据下文在表10A中给出的物理性能的多种样品。这些样品(Nos.23和27)的二氧化硅填料的具体物和将橡胶增韧剂引入样品中的方式不同，对性能的影响示于下表10A中。
表10 表10A 在下表11中，像表4那样提供了具有根据下文在表11A中给出的物理性能的多种样品。这些样品(Nos.13、16和39)也是活性稀释剂的种类和数量不同、有和没有15wt％的DMAA，同时使用得自Kaneka的两种不同弹性体的组合。
表11 表11A 在下表12中，提供了具有根据下文的表12A中给出的物理性能的多种样品。这些样品(Nos.14、17和41-42)也是活性稀释剂的种类和数量不同、有和没有15wt％的DMAA，同时使用得自Kaneka的两种不同弹性体的组合(除了样品号42之外)。
表12 表12A 在下表13中，提供了具有根据下文在表13A中给出的物理性能的多种样品。这些样品(Nos.15和43-45)也是活性稀释剂的种类和数量不同、有和没有橡胶增韧剂并且DMAA的数量在15wt％-20wt％之间变化，同时使用得自Kaneka的两种不同弹性体的组合(除了样品号44之外)。
表13 表13A 取决于其中将使用发动机衬垫密封的环境，本发明的组合物的物理性能可以变化。
然而，在加速老化之前，在某些应用中的固化性能应该根据下面 1 ASTM D2240 2 ASTM D412C 3 ASTM D412C 4 ASTM D412C 并且在150℃下70小时后的压缩形变应该为
权利要求
1.一种制造衬垫的方法，其包括
提供可光化辐射固化的(甲基)丙烯酸酯官能化的聚(甲基)丙烯酸酯组合物；
提供界定了封闭的衬垫成型模腔且与该模腔相连的注射口的注射模具，该模具包括使光化辐射透射通过其中的光化辐射传导装置；
在约65℃(150)或更小的温度和约1,030kPa(150psig)或更小的压力下将组合物注入模具以充满模腔；和
在模具中使光化辐射以足以固化组合物的数量透射通过辐射传导装置以在衬垫成型模腔中形成衬垫。
2.权利要求1的方法，其中光化辐射传导装置包括使光化辐射直接透射通过其中以固化组合物的型面。
3.权利要求1的方法，其中光化辐射传导装置包括将辐射传导通过模具到达光化辐射固化组合物的辐射传导通道。
4.权利要求1的方法，其中注射温度约为室温。
5.权利要求1的方法，其中注射压力约为620kPa(90psig)。
6.权利要求3的方法，其中光化辐射传导装置包括光学纤维。
7.权利要求2的方法，其中至少一部分模具壁包括透光的塑料或玻璃模具。
8.权利要求1的方法，其中可固化数量的辐射的透射持续约5分钟或更少。
9.权利要求1的方法，其中聚(甲基)丙烯酸酯组合物包含(甲基)丙烯酸酯封端的聚丙烯酸正丁酯。
10.一种用于形成现场固化的衬垫的可光化辐射固化组合物，其包含约40％-90％的(甲基)丙烯酸酯官能化的聚(甲基)丙烯酸酯聚合物；约0.5％-约50％的活性稀释剂；约0.5％-约10％的光引发剂；和约0.5％-约30％的二氧化硅填料，其中该百分比基于整个组合物的重量百分比，其中该组合物具有适合于在约1,030kPa(150psig)或更小的注射压力下注射的粘度，并且其中该组合物当通过暴露于电磁波谱的可见光范围内的辐射下固化时表现出50-85+/-5的硬度计，ShoreA，7.5-9.0MPa的拉伸强度，75-250的伸长率和在100％伸长率下2.5-3.4MPa的模量，以及在150℃下在70小时后25-60％的压缩形变。
11.权利要求1的方法，其中在约690kPa(90psig)的压力下在约50g/分钟-约500g/分钟的速率下将聚(甲基)丙烯酸酯组合物挤出通过3.2mm(0.125英寸)喷嘴。
12.权利要求1的方法，其中聚(甲基)丙烯酸酯组合物具有约50Pas(50,000cPs)-约100kPa(100,000cPs)的粘度。
13.权利要求1的方法，其中聚(甲基)丙烯酸酯组合物包括至少两种以整个组合物的约8-约20wt％的组合数量存在的单官能单体。
14.权利要求1的方法，其中该模具组件包括制造的制品并且将衬垫在制造的制品上现场固化以在其上提供完整的衬垫。
15.一种用于在室温下通过低压液体注射形成衬垫组合物的系统，其包括
具有相对配合面的第一和第二模具元件，其中至少一个配合面具有衬垫形状的模腔和与该模腔流体相连的孔口，并且其中至少一个模具元件透射光化辐射通过其中；和
光化辐射源，当将相对配合面以基本邻接的关系放置时由其产生的光化辐射可透射到模腔中。
16.权利要求1的系统，其中具有模腔的模具元件包括制造的制品，在该制品上可以形成现场固化的衬垫以在其上提供一体的衬垫。
全文摘要
本发明涉及一种通过液体注塑形成现场固化的衬垫的工艺。更特别地，本发明涉及一种通过液体注塑形成现场固化的衬垫的低压和室温工艺。
文档编号C09K3/10GK101115601SQ200680004241
公开日2008年1月30日 申请日期2006年2月7日 优先权日2005年2月7日
发明者T·F-O·林, R·P·克罗斯, 朱贤坤, D·E·杜奇, M·E·小利斯特罗, A·A·德卡托, A·R·赫勒里克, J·E·莱恩比尔格 申请人:汉高公司