专利名称：注塑法的制作方法
技术领域：
本发明涉及热塑性树脂的注塑法，尤其是为了提高成型时熔融树脂的流动性或为了制得发泡成型件而注射一种溶有气体的熔融树脂的注塑法。
背景技术：
近年来，不仅在便携式个人计算机、手机等移动式电子设备的机壳上，在一般电子设备上也日益要求薄壳轻质。特别是复印机等的机壳和内部机构部件等，要求高尺寸精度加工时的各种强度外加要求薄壳轻质。结果是不要求强度的部分薄壳轻质，要求强度的部分则要求不匀断面设计，注塑件必须尺寸精度良好。也就是说，要求强度部分用厚筋线增强，另一方面不要求强度部分则尽可能薄壁设计，要求强度与轻质兼顾。因此在成型时，需要一种在薄壳流动距离长的部分也能完全填满树脂的成型方法。
为使在薄壳流动距离长的部分也能完全填满树脂，可以考虑提高树脂的流动性。在热塑性树脂的注塑中，熔融树脂的流动性是决定树脂加工性能的重要因素，它不仅决定模具模腔的易填充性，也支配填充后充足的压力如何向模腔内、特别是向树脂流动末端的薄壳部树脂传送，因而也对注塑件的尺寸精度给予影响。
作为表示流动性的一个指标，是熔融树脂的粘度。热塑性树脂的熔融粘度高，作为成型材料的流动性差。因此，对于薄壳部件，树脂往往难以完全填满。
为了降低熔融树脂的粘度，改善流动性能，提高成型温度固然有效，但在成型温度与分解温度接近的树脂或热稳定性差的阻燃剂等添加剂配混的树脂等场合，则易于产生树脂自身和添加剂热分解、模塑件强度下降、生成树脂劣化物、模具污染、变色等问题。而且，也有模具内树脂的冷却延缓、成型周期时间延长等问题。
向来，不依靠成型温度的提高，改善熔融树脂流动性的方法是已知的(1)降低树脂分子量的方法，借此又降低平均分子量、扩展分子量分布、特别是增加低分子量成分的方法。
(2)分子中导入共聚单体的方法。
(3)添加矿物油等低分子量的油状物、高级脂肪酸酯等增塑剂的方法。
(4)使起增塑剂作用的二氧化碳溶解的方法。
就上述(4)的方法做进一步的说明。例如WO 98/52734等中公开了使CO2溶于树脂，起增塑剂的作用，导致玻璃化转变温度降低。
另一方面，使用溶有CO2等气体的熔融树脂制备发泡模塑件的方法是已知的。如US专利5334356中公开了CO2用作发泡剂，在挤出机的中部向熔融树脂供给CO2，高度微细发泡的微孔泡沫塑料的成型方法。特公昭63-57213、特开平11-34130中有就气体发泡成型用注塑机的记载，向挤出机中部供给发泡用气体，在第1级螺杆和第2级螺杆上分别设有树脂回流防止装置，供气阀上也设有树脂回流防止装置。
但是，上述(1)的方法的问题是，流动性增高的树脂的冲击强度和耐化学药品性降低，上述(2)的方法的问题是，树脂受热时刚性降低，上述(3)的方法的问题是，受热树脂因增塑剂而刚性降低，成型时又有增塑剂玷污模具等。上述(4)的方法不存在上述(1)～(3)那样的问题，但是CO2在熔融树脂中的溶解量不大，难以获得足够的流动性改善效果。
但是，下列两种CO2等气体溶解于树脂的方法可以考虑。其一是预先把粒状、粉状树脂放置在CO2气氛中，使之吸收CO2后供给模塑机的方法，其吸收量取决于CO2的压力、CO2气氛的温度、使之吸收CO2的时间。另一方法是向注塑机料筒内的塑化树脂供给CO2使其溶解的方法。
向熔融树脂中供给CO2等气体，在通常广泛使用的同轴螺杆型、螺杆预塑化型注塑机上，由于螺杆间歇旋转，为了使随螺杆停转、起动时间变化的树脂输送量一定，不得不运转供气泵，难以控制树脂中一定的气体溶解量。
鉴于上述现有技术中的问题，本发明的目的在于向塑化料筒供气，在注射溶有气体的熔融树脂的注塑法中，即使在螺杆间歇旋转的塑化料筒中，也能把定量、经济、必要量的CO2等气体溶解在熔融树脂中。
发明内容
本发明提供一种注塑法，其特征在于向塑化料筒内的熔融树脂供气，在注射溶有气体的熔融树脂的注塑法中，树脂塑化时，和供气段塑化料筒内形成一定气压的气体空间的同时，使螺杆梢部的压力在气体空间的气压以上，且是能维持供气段塑化料筒内气体空间的范围的压力。
上述本发明的注塑法包括下述内容作为其优选的实施方式检测供气段形成的气体空间的气压，根据此气压来控制螺杆梢部的压力；使供气段的熔融树脂的输送形成不装满状态；从塑化完毕到注射开始的螺杆停转时，始终保持塑化时的螺杆梢部的压力；气体为二氧化碳；塑化料筒从螺杆的树脂供给段一侧向梢部一侧顺序配备着由进料段、压缩段、计量段构成的“级”串联多次重复的多级型螺杆，供气段存在于梢部一侧螺杆级的进料段内；在螺杆梢部一侧螺杆级进料段的螺纹上形成切口，借助该切口，边使一部分熔融树脂回流，边把气体与熔融树脂进行混练；在塑化料筒后端一侧螺杆级的计量段设有抑制熔融树脂流动的高流量控制段；在塑化料筒后端一侧螺杆级的计量段设有熔融树脂的回流防止装置；通过一种自动开关阀向供气段的塑化料筒内供气，该开关阀是借助供气方的压力和供气段料筒内的压力之差来自动开关的；采用备有能够开、关注射口的阀式注嘴、和设置在螺杆梢部的熔融树脂回流防止装置的同轴螺杆型注塑机，在注射口关闭的状态下使螺杆旋转，当溶有CO2的熔融树脂积蓄在塑化料筒前部达一定量时，立即在螺杆计量结束位置附近，使得照旧维持螺杆背压，使螺杆梢部的树脂回流防止装置处于关闭状态，注射口开启，注射熔融树脂。
并且，本发明提供一种注塑装置，其是一种由塑化料筒、以及向塑化料筒内的熔融树脂供气的供气装置构成的，注射溶有气体的熔融树脂的注塑装置；该塑化料筒在从注射方向后端向前端的一侧顺序配备着由进料段、压缩段、计量段构成的“级”串联多次重复的多级型螺杆，且在前端螺杆级的进料段配备着开口的供气道，该供气装置与供气道连接。
本发明的注塑装置包括检测通过供气道向塑化料筒内所供气体压力的压力传感器，和借助此传感器检出的压力来控制螺杆梢部压力的控制装置；设有自动开关阀，其借助弹簧推压设在供气道的向塑化料筒内开口边缘部的阀座，向供气道供气时，借助供气方的压力和供气段料筒内的压力之差来推压弹簧向塑化料筒内侧移动，使供气道开放；螺杆级梢部进料段的螺纹是有切口的；以及后端一侧螺杆级的计量段上设有对抗熔融树脂流动的高流量控制段；作为其优选的实施方式。
图1 适合本发明注塑法的注塑装置简2 由图1所示CO2源、CO2升压装置及CO2调压装置构成的供气装置、和塑化料筒部的详3 塑化料筒的供气段附近一例的放大断面4 供气段自动开关阀装置断面5 供气段的CO2压力对熔融树脂中CO2溶解量的关系曲线6 螺杆梢部的压力对供气段熔融树脂的压力的关系曲线7 第1级螺杆及第2级螺杆说明8(a)及图8(b)设有切口的螺杆一例的示意9 螺杆梢部设置的回流防止装置的放大断面10 实施例3中成型周期时间对CO2吸收量的关系曲线11 实施例4中成型周期时间对CO2吸收量的关系曲线图还有，图中的符号，1 注塑机、2 塑化料筒、3 模具、4 锁模装置、5 CO2源、6 CO2升压装置、7 CO2调压装置、8 料斗、9 液化CO2泵、10 电磁开关阀、11 液化CO2压缩机、12 电磁开关阀、13 加热器、14 减压阀、15 主箱、16 减压阀、17 仪表、18 供气配管、19 电磁开关阀、20 止回阀、21 减压阀、22 大气开放阀、23 螺杆、23a 第1级螺杆、23b 第2级螺杆、24 注嘴部、25 树脂计量装置、26供气段、27 供气道、28 流量控制段、29 自动开关阀、30 弹簧、31 阀座、32 阀轴、33 回流防止环、34 注嘴孔、35 针阀、36 传动装置、37 传动杆、40 回流防止装置、41 第1进料段、42 第1压缩段、43 第1计量段、44 第2进料段、45 第2压缩段、46 第2计量段、50 切口、60 小直径段、61 树脂流道段、62 回流防止环、63 弹簧。
实施发明的最佳方式本发明的注塑法中所用的树脂是热塑性树脂，具体例子可举出聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、丙烯酸树脂、苯乙烯系树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚芳酯、聚苯醚、改性聚苯醚树脂、全芳族聚酯、聚缩醛、聚碳酸酯、非晶态聚烯烃树脂、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚酰胺树脂、聚砜、聚醚醚酮、聚醚酮等。此等树脂既可单独使用，也可两种以上混合成共混料使用。而且也可与填料、添加剂配混使用。
所谓上述热塑性树脂中的苯乙烯系树脂，是指以苯乙烯为必要原料的均聚物、共聚物及其聚合物和其它树脂的共混聚合物，优选为聚苯乙烯或ABS树脂。所谓聚苯乙烯，是指苯乙烯均聚物、或树脂相中橡胶分布的橡胶强化聚苯乙烯。
在二氧化碳用作气体的场合，优选的树脂是那些与二氧化碳亲合性高，二氧化碳在其中溶解度高的热塑性树脂、增塑剂效果因CO2而提高的热塑性树脂、聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯系树脂、聚缩醛、聚碳酸酯、聚苯醚、改性聚苯醚树脂等。特别优选的是聚碳酸酯，不仅因CO2在其中溶解度高，而且因其热分解时新生的CO2，受熔融树脂中所含的CO2影响而使分解反应的平衡移动，导致分解反应的速度放慢。
本发明的注塑法适用于一般注塑件的成型，不仅能成型发泡成型品，而且也能用来成型内部无气泡的实心成型品。因溶有气体的熔融树脂具有发泡性，为使注塑件表面不呈泡沫状，使熔融树脂填充剂到模具中时，在熔融树脂物料流峰不生泡沫，也可将反压法(在树脂填充前预先用气体给模腔加压)和本发明的注塑法并用。
所谓本发明注塑法所用的气体，是指一般用作发泡气体的氮气、氦气和氩气等希有气体为代表的惰性气体、和那些易溶于热塑性树脂、增塑效果良好的CO2、C1-5饱和烃以及其部分氢被氟取代的氟里昂(flon)、水、醇等液体的蒸气等。
基于提高熔融树脂的流动性而使气体溶解的场合，CO2是最优选的。CO2不仅满足对熔融树脂的溶解度高、不使树脂、模具、注塑机的材料劣化、对成型环境无危险、价廉等制约条件，在用作增塑剂的场合，还能够在成型后使其从注塑件迅速挥发掉。不过，在气体用作发泡剂的场合，以发泡效果高的氮气为宜。
本发明注塑法中，在CO2用作增塑剂的场合，其在熔融树脂中的溶解量优选在0.2wt％以上。对CO2的最大溶解量没有特别限制，使CO2多量溶解，气体压力就要提高，况且过度增大溶解量也无助于进一步提高树脂的流动性。因此实际使用的CO2溶解量在10wt％以下，更优选在5wt％以下。
还有，由于塑化料筒中CO2等气体的溶解量难以直接测定，实际上是把刚注射成型的含CO2的注塑件与在热空气干燥机中放置24小时以上、其中所含的二氧化碳量放散至一定的注塑件两者重量之差额作为模腔射出的熔融树脂中的CO2含量，其中所述热空气干燥机的温度，对于非晶性树脂，是比玻璃化转变温度低约30℃，对于结晶性树脂，是比熔点低约30℃。
本发明注塑法所用的注塑机是通常用于注塑的同轴往复螺杆注塑机、螺杆预塑化式注塑机等，螺杆间歇旋转进行树脂塑化。在同轴往复螺杆注塑机中螺杆兼有注塑搅拌机的作用，伴随树脂的塑化的螺杆后退，螺杆的有效长度缩短，与此相对，在螺杆预塑化式注塑机中，是注塑搅拌机把树脂从塑化挤出机部分离出来，因此挤出机部分可当做单纯的挤出机。为此，螺杆预塑化式注塑机的优点是对螺杆设计的限制少，L/D大、谷径细，而且容易保持最适当的供气位置。
在本发明的注塑法中，向塑化料筒中供气，使气体溶解在塑化料筒内的熔融树脂中。由于此种溶有气体的熔融树脂具有发泡性，塑化料筒内的压力会从注塑机的注嘴排出，所以必须设法形成一种使溶有气体的熔融树脂在塑化料筒内不发泡、防止内压从注嘴排出的状态下进行注塑准备。为防止内压从注嘴排出，可设计一种带注嘴孔开关装置的“阀控注嘴”的塑化料筒。作为此种开关装置，可举出一种用可动针开关注嘴孔的装置、或者在树脂流道上设旋转阀，而为防止“捣搅”，开关装置以接近注嘴孔为宜。并且，即使在采用无阀控注嘴的注塑机场合，只要借助有阀式浇口热流道的模具，把注嘴压接在模具上同时关闭此阀式浇口也能防止内压排出。
关于本发明注塑法中气体溶于熔融树脂的实施方法向塑化料筒内的熔融树脂供气，使供气段的塑化料筒内形成规定气压的气体空间。气体在熔融树脂中的溶解量视下列因素而定气体种类、树脂种类、熔融树脂温度、螺杆转数、螺杆梢部压力、螺杆转、停时间等，只要这些条件确定，接触熔融树脂的气体压力与气体在熔融树脂中的溶解量差不多成正比。从而，能够借助形成一个接触熔融树脂的气体空间，同时使此空间形成规定的气体压力来再现性良好地控制气体溶解量。
为可靠地形成上述气体空间，优选的是使供气段熔融树脂的输送形成一种未装满状态。所谓使熔融树脂的输送形成未装满状态，是指在熔融树脂没把塑化料筒全部装满而形成部分空间状态下进行输送。例如，优选的是螺杆采用两级螺杆塑化料筒从后端侧面(料斗侧)由进料段、压缩段、计量段构成的第1级螺杆和同样的第2级螺杆构成，第1级螺杆使树脂熔融，第2级螺杆的进料段作为供气段，同时使此段熔融树脂的输送形成未装满状态，从而向塑化料筒内形成的空间供气；用第2级螺杆混练气体和树脂，使气体溶解于树脂中。
为使供气段熔融树脂的输送形成未装满状态，在第1级螺杆计量段和第2级螺杆排气段之间设置对抗熔融树脂流动的高流量控制段，是限制熔融树脂流入第2级螺杆最简便的方法。作为此对抗熔融树脂流动的高流量控制段，可举出螺杆的螺槽深度变浅，Dulmag或ModdoCk螺杆的混练用设计，与料筒的间隙缩小到约0.1一1mm、优选0.1-0.5mm的单纯的圆柱形屏障等。
除上述流量控制段外，优选使螺杆每转的熔融树脂输送量，第2级螺杆的量大于第1级螺杆。具体地说，可以采用使第2级螺杆的螺距、螺槽深度大于第1级螺杆的方法。在此场合，把第2级进料段(第2进料段)做成双螺纹的多条螺丝，缩小螺纹间距，这样不仅能加大螺距、增大树脂输送量，即使在熔融树脂输送的未满状态下也能减少熔融树脂在螺槽部的滞留，防止树脂的滞留劣化。而且，可以并用在料斗处设有供给树脂的计量装置，借助控制第1级螺杆的树脂供给量使之形成未装满状态的方法。
除上述未装满状态下导入气体外，在第2进料段内维持未装满状态范围内，优选的是边使部分熔融树脂回流边进行混练。借助使部分熔融树脂回流，就能增加与注入熔融树脂中的气体接触的熔融树脂的表面积，促进气体溶解在溶融树脂中。并且，由于促进了前后树脂的混合，就能对熔融树脂输送方向的气体溶解量的不均匀性进行抑制。
上述第2进料段部分熔融树脂的回流，可借助在第2进料段的螺纹上形成切口来实现。并且，只要把第2进料段的螺杆输送量充分加大，尽管有此熔融树脂回流，也能维持上述的未装满状态。并且，和第2进料段部分熔融树脂的回流一样的混练效果也能借助在第2进料段设立混炼用的销钉的方法获得。
在第2进料段的螺纹上设置使部分熔融树脂回流的切口来促使气体溶解在熔融树脂的场合，切口的总计面积为第2进料段螺纹总计面积的1/50-1/2，且此切口以分散设置在第2进料段的螺纹上为宜。还有，上述切口的面积和螺纹的面积都是螺杆中心轴方向的投影面积。
流量控制段对防止气体突然冒出是有效的(当螺杆停转时，第1级螺杆内的树脂压差减小时，供给供气段的气体会通过第1级螺杆的树脂向料斗一侧冒出)。为防止气体向料斗一侧冒出，也可使用作用与通用的螺钉头一样的可动回流防止装置，是一种更确实的方法。回流防止装置的功能是防止气体向料斗一侧冒出，由于被封的树脂压力不高，不需要坚固的结构，可以采用止回球、可动环、导向阀、滑闸(平齿齿轮状、限定旋转角)，以塑化终结时借助弹簧、螺杆的反向旋转来自动防止回流的装置为宜。
还有，这里是以两级型螺杆为例进行说明的，三级以上型螺杆，只要把螺杆梢部螺杆级的进料段当做供气段，在其后螺杆级的计量段设置流量控制段、能向供气段形成的空间供给气体，就能获得同样的效果。并且，在把单级螺杆挤出机连接起来使用的场合，也是和二级以上的螺杆挤出机一样的。
在本发明的注塑法中，为了能使供气段熔融树脂的输送稳定且形成未装满状态，并使气体均质地溶解在熔融树脂中，需要把螺杆梢部的压力维持在上述气体空间的气压以上，且在能保持供气段注射料筒内气体空间的范围。如果螺杆梢部的压力过低，供给供气段的气体没有完全溶入熔融树脂，呈气泡状混杂在熔融树脂中，给熔融树脂的计量带来偏差，注塑件中出现空洞，开模时空洞内部的气体膨胀导致注塑件膨胀。所谓螺杆梢部的压力，指的是螺杆梢部熔融树脂的压力，等于螺杆背压，是把螺杆或注射柱塞沿注射方向推进的压力。
关于螺杆梢部压力下限的设计确定，可举出下列两种方法。一个简便方法是使螺杆梢部的压力和供气段气体空间的气压相等。另一方法是确定在熔融树脂塑化时塑化树脂量与螺杆的旋转成正比的压力，就是说，当螺杆的旋转速度一定时，螺杆或注射柱塞以一定速度后退的最低压力。
上述前法是在塑化料筒上设置压力传感器来检测供气段形成的气体空间的气压，以此压力传感器测出的压力为基础能不费力地设置一个控制螺杆梢部压力的控制装置。在此场合，此控制装置不仅能使螺杆梢部压力与气体空间压力相等，而且能使螺杆梢部压力比气体空间的压力高一定压力。上述后法的着眼点在于，供气段供给的气体以气泡状态混杂在熔融树脂中时，由螺杆送来的表观熔融树脂量，就是说熔融树脂及气泡两者体积之和，瞬时增大，还伴随着螺杆或柱塞的后退速度突然加快的现象。
并且，螺杆梢部压力过高时，不仅树脂的塑化速度放慢，例如在上述双级螺杆的场合，在第2级螺杆上，就不能对抗螺杆梢部高压输送熔融树脂，供气段熔融树脂压力增高，就不能存在气体空间。在此状态下不仅不能使足量气体溶于熔融树脂，熔融树脂中气体的溶解量也难以控制。螺杆梢部压力的上限是在不供气而塑化树脂时，供气段熔融树脂的压力和供气压力相等的压力。如果螺杆梢部的熔融树脂压力低于此压力，就能在供气段存在气体空间，就能一面控制溶解量一面使必要量的气体溶解在熔融树脂中。
但是，在不供气时供气段用大气压以上的熔融树脂装满的状态，向供气段供给熔融树脂压以上的气体虽仍能形成气体空间，但熔融树脂压力改变的场合，气体空间的压力也随之改变，结果是熔融树脂中的气体溶解量也随之改变。因此，与供气无关，供气段熔融树脂的输送始终处于未装满状态，由此使供气段的熔融树脂压在大气压以下是适宜的。在此场合，供气段的气体空间没有被熔融树脂压缩，熔融树脂中的气体溶解量通过供给供气段的气体压力进行控制就成为可能。
本发明螺杆梢部的压力(螺杆背压)绝对值因下列因素而异螺杆大小、螺杆设计、螺杆转速、树脂种类、树脂温度、供气压力等，该压力绝对值在送到供气段的气体压力以上，且在供气段熔融树脂的压力低于送到供气段的气体压力这一范围内选定。
由于溶有气体的熔融树脂具有发泡性，塑化结束后到注射开始的螺杆停转时，为抑制发泡，保持上述螺杆梢部的压力是合乎需要的。保持的螺杆梢部压力，可与树脂塑化时螺杆梢部的压力相同，也可以是利用熔融树脂的发泡、使螺杆和柱塞不后退的最低压力。塑化结束后到注射开始之间所保持的螺杆梢部压力过高时，螺杆和柱塞直到注射操作才前进，塑化时计量出来的熔融树脂出现误差。并且，在成型暂时休止的场合也要防止塑化料筒内残留的熔融树脂的发泡，所以始终保持螺杆梢部的压力，使螺杆和柱塞不后退是合乎需要的。
作为上述螺杆停转时螺杆梢部的压力保持一定的方法，在使螺杆前进力保持一定的方法，例如在液压传动螺杆前进的场合，可以使螺杆前进用的液压保持一定。并且，在此液压传动的场合，螺杆停转时关闭螺杆前进用的液压阀，截断对抗螺杆梢部压力的液压油流，简言之，也可锁定螺杆的后退。
并且，可调定螺杆和柱塞的位置，这适合于电动机传动螺杆前进的场合。
向供气段塑化料筒内供气优选使用一种自动开关阀，该阀能够借助供气方的压力和供气段料筒内的压力之差自动开关。
上述自动开关阀的具体例子可举出，在供气段塑化料筒内开口的供气道端部沿与阀座密接方向用弹簧增加势能，借所供气压对抗弹簧从而在沿塑化料筒内侧方向移动时开启供气道的菌形阀(截锥形，通常为园截锥形阀体)。此种菌形阀能在短时间内供给必要量的气体，因为在供气时供气道随气流量而开启，能有较宽的开口面积。并且，在气体断流时供气道能自动关闭，所以熔融树脂在供气道中不回流。而且，即使在气体流动的场合，熔融树脂可能已侵入供气道的场合，熔融树脂推压菌形阀底使其成关闭状态，所以也能防止树脂的回流。
下面，根据附图就本发明注塑法中所用的一种装置为例进行说明。本例的装置用的是同轴螺杆型注塑机，气体用的是二氧化碳。
如图1所示，1为注塑机，装备有塑化料筒2(进行热塑性树脂的塑化与注塑)、模具3及锁模装置4。在此注塑机1的塑化料筒2中，二氧化碳是从CO2源5，通过CO2升压装置6及CO2调压装置7构成的供气装置提供的。
还有，向模具3供CO2，用作反压气体，向塑化料筒2的料斗8供CO2，能使之吸收在由料斗8向塑化料筒2供给的树脂中。在此场合，优选的是，向塑化料筒2、模具3、和料斗8供给的CO2的开-停及压力等能够各自独立地加以控制。
对上述塑化料筒2、CO2源5、CO2升压装置6及CO2供给装置7根据图2做进一步说明。
如图2所示，作为本例的CO2源5，用液化CO2钢瓶9。
CO2升压装置6，由于备有液化CO2压缩机11(对液体状态的二氧化碳加压升压)，上述液化CO2钢瓶9通过电磁开关阀10连接到此液化CO2压缩机11上。在CO2源5和CO2升压装置6之间要保持低于CO2的临界温度(31.1℃)以维持CO2的液化状态。由液化CO2钢瓶9供给液化CO2压缩机11、压缩升压的液化CO2送入CO2调压装置7。
送入CO2调压装置7的液化CO2经电磁开关阀12供给加热器13，在加热器13的液化CO2于此变成临界温度以上的气体，经减压阀14供给塑化料筒2的主箱15。在主箱15，内部压力异常高时排气的减压阀16，和检验主箱15内气压用的仪表17连接。
连接上述主箱15和塑化料筒2的供气配管18上，从主箱15一侧顺次有电磁开关阀19、止回阀20介于其间，在止回阀20和塑化料筒2之间还连接着减压阀21和大气开放阀22。
用上述供气装置向塑化料筒2内供气段26供给CO2的方法如下。
首先，在电磁开关阀19和电磁开关阀12关闭的状态下开启电磁开关阀10，液化CO2从钢瓶9供给液化CO2压缩机11。液化CO2压缩机11中压缩的液化CO2借助开启电磁开关阀12供给加热器13，升温，用减压阀14减至必要的压力，储存于主箱15中。然后在必要压力的加压气体储存于主箱15的状态下，开启电磁开关阀19，规定压力的CO2通过供气配管18供给塑化料筒2。
塑化料筒2装备着双级型螺杆23，它从树脂供给段向螺杆尖梢顺次由进料段、压缩段、计量段构成的“级”串联两次重复而成，料斗8一侧是第1级螺杆23a，注嘴部24一侧是第2级螺杆23b。第1级螺杆23a如图7所示，由第1进料段41、第1压缩段42及第1计量段43构成；同样，第2级螺杆23b由第2进料段44、第2压缩段45及第2计量段46构成。
树脂计量装置25连接在塑化料筒2的料斗8上，计量控制量的树脂供给料斗8。借助此树脂计量装置25连接在料斗8上来控制树脂供给量，也能使供气段26更容易形成熔融树脂输送的未装满状态。
供气段26定在第2级螺杆23b的进料段(排气段)，供气管路27在此供气段26上开口。此供气管路27是连接在上述供气配管18上的。
供气段26与第1级螺杆23a之间设有流量控制段28。图3为流量控制段一个例子的放大图。流量控制段28与塑化料筒2的机筒内表面的间隙t缩小，控制从第1级螺杆23a送来的熔融树脂量，使供气段26的熔融树脂的输送形成未装满状态，同时为的是防止供给供气段26的CO2向料斗8一侧回流。在设置熔融树脂回流防止装置的场合，设置在流量控制段28与供气段26之间(参照图1止回装置40)，借助螺杆设计也可省略流量控制段28。
上述流量控制段28与塑化料筒2机筒内表面的间隙t随螺杆直径而异，优选在约0.1-1mm范围，更优选在约0.1-0.5mm范围。流量控制段28的长度l优选为螺杆直径的约5-200％范围，更优选在螺杆直径的约10-100％范围。
上述间隙t和长度l可根据树脂的熔融粘度和供气压力适当选择。所用的树脂熔融粘度越低、或者向供气段26供给的CO2压力越高，间隙t就越要小，或者长度l就越要长。借助调节这些数值，在成型操作中第1级螺杆23a装满树脂的场合，就能确实防止供气段26的CO2向料斗8一侧的回流。并且，降低通过流量控制段28的熔融树脂的温度使其粘度增高对防止供气段26的CO2向料斗8一侧的回流是有效的。
如图7及图8(a)、图8(b)所示，在螺杆23的第2进料段的螺纹上，设有切口50，在维持第2进料段未装满状态范围内，使部分熔融树脂回流，以便促进来自供气管路27的气体在熔融树脂中的溶解。就是说，从螺杆23的第1级供给第2进料段的熔融树脂由于第2进料段的深螺纹和大螺距的双螺纹而迅速送向前方，另一方面借助切口50使部分熔融树脂回流进行充分混练。借此促使从供气管27供给第2进料段的CO2等气体更均匀地分散、溶解在熔融树脂中。
上述切口50的形状在本例中为半圆形，也可为三角形、矩形。切口50的总计面积，如前所述，优选为第2进料段螺纹总计面积的1/50-1/2，更优选为1/20-1/3。并且，切口50以分散设置在第2进料段的螺纹整体上为宜。本例中的切口50是沿着螺纹的螺旋方向等间隔设置的。
关于向供气段26供给CO2，借助上述流量控制段28使供气段26的熔融树脂的输送呈未装满状态，借此就能把CO2通过图4所示的自动开关阀29送入供气段26中形成的空间(熔融树脂未装满的部分)。
关于本例自动开关阀29，如图4所示，用弹簧30向注射压缸2外增加势能，由压在阀座31上的菌形阀构成。
更具体地说，上述自动开关阀29设置在供气道27端部同时在供气道27的端部周缘，与自动开关阀29的背面相对设置阀座31。在自动开关阀29的背面连接着阀轴32，此阀轴32伸到周围有间隙的供气道27内，用弹簧30向塑化料筒2的外方增加势能。
关于上述自动开关阀29，当供气道27内的压力与塑化料筒2的供气段26内的压力相等时，借助弹簧30的力推压阀座31，关闭供气道27，向供气道27供给CO2，供气道27内的压力达到高于塑化料筒2的供气段26内的压力，在此CO2的压力作用下，力超过弹簧30的力时，就抵制弹簧30向塑化料筒2的内方移动，开启供气道27。
通过上述带菌形阀的自动开关阀29进行CO2供给时，由于在供气时供气道27随CO2气流量而开启，能有较宽的开口面积，能在短时间内供给必要量的气体。并且，在气体断流时，供气道27能自动关闭，所以熔融树脂在供气道27中不回流。而且，即使在气体流动的场合，熔融树脂可能已侵入供气道27的场合，熔融树脂推压自动开关阀29的底部，自动关闭供气道27，所以也能防止熔融树脂的回流。
上述自动开关阀29，为防止在端部表面(塑化料筒2的内侧表面)附近的熔融树脂对流，开启时的端部表面的位置优选与塑化料筒2的内表面大体一致。具体地说，关闭时的端部表面的位置优选或者与塑化料筒2的内表面几乎相等，或者稍微凹陷约0.5mm。
如图2所示，在螺杆23的端部，设有防止注射时熔融树脂回流的回流防止装置33。回流防止装置33如图9所示，包括在螺杆23梢部形成的小直径段60，与小直径段60外围表面之间留有树脂流道61，插设能够沿螺杆23的中心轴方向移动的环状止回环62，把此止回环62向后端(料斗8侧)挤压的弹簧63。此回流防止装置33，当螺杆23停转时，止回环62由于弹簧63的挤压力向后端移动，截断树脂流道，在熔融树脂的存在下使螺杆23正转时，借助熔融树脂的前进力抵制弹簧63，使止回环62向梢部一侧挤压移动，开启树脂流道。并且，在注嘴部24设有开闭注嘴孔34的针阀35。此针阀35在注嘴部24的内侧，面向注嘴孔34，可进可退，利用液压缸等传动装置36，使传动杆37进退，进则关闭注嘴孔34，退则开启注嘴孔34。
如上所述的设置针阀35，使能开闭注嘴孔34，在注嘴孔34呈关闭状态下，螺杆23梢部边加压(螺杆背压)边进行塑化计量操作，经过计量，积蓄在塑化料筒2的梢部，能够防止溶有CO2的熔融树脂发泡。
在本发明的注塑法中优选选用注嘴孔34能开闭的塑化料筒2，作为注嘴孔34的开关装置，除上述那样机械地强制开关装置之外，也有塑化料筒2内的熔融树脂压，特别是梢部的熔融树脂压调成规定压力的自动开启型装置。就是说，本发明所用的注塑机优选选用带能开能关的阀控注嘴的塑化料筒2。
还有，上述装置所用的气体是二氧化碳，在使用CO2以外气体的场合，也能用同样的装置实施本注塑法。
实施例下面，借助实施例及比较例对本发明做进一步的说明。
首先，就实施例及比较例中所用的材料、器材以及二氧化碳在熔融树脂中溶解量的测定方法进行说明。
(树脂)橡胶增强聚苯乙烯A&M苯乙烯公司的「A&M聚苯乙烯·492」、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)旭化成工业公司的「Delpet 70NHX」(二氧化碳)纯度99％以上的二氧化碳(注塑机)以住友重机械工业公司的「SG125M-HP」为基础，此机为同轴螺杆型注塑机，螺杆为L/P＝23的两级型，螺杆形状如图2所示。螺杆直径为32mm，螺纹深度第1进料段3.8mm、第1计量段1.7mm、第2进料段7mm、第2计量段1.9mm。第2进料段为双螺纹的。有切口和无切口的螺杆两种兼用。切口为半径3mm的半园形，旋转的一圈上等间隔设有4个切口。第1级螺杆上设置宽20mm园柱形流量控制段，与料筒内表面的间隙为0.25mm。供气段如图3所示，自动开关阀如图4所示，设置菌形阀。菌形阀阀座接触部的直径为4.6mm，弹簧关闭菌形阀的压力为300g。注嘴部有示于图5的机械开关装置。并且，图中未示出，在与供气段供气道的开口位置相对侧的料筒内表面上设置压力传感器用以测定熔融树脂压力或气体压力。所用压力传感器为ダイニスコ公司的「NP465XL」。
(注射料筒温度的调定)注塑时，注射料筒的调定温度，在使用橡胶增强聚苯乙烯的场合为200℃及210℃，在使用聚甲基丙烯酸甲酯树脂的场合为240℃。
(二氧化碳在熔融树脂中溶解量的测定)二氧化碳在熔融树脂中的溶解量是由注塑件成型后的失重求得的。就是说，测定了刚成型的注塑件的重量之后，先把该注塑件放置在大气中约24小时，再放置在80℃的真空干燥机中48小时，重新测定其重量，放置前后重量之差就作为熔融树脂中的二氧化碳含量。
(模具)厚度2mm、横竖各60、120mm的长方形平板用做成型模具。
参考例1有切口的螺杆用做第2进料段，橡胶增强聚苯乙烯用做树脂，塑化料筒温度调整到210℃，螺杆转数150rpm，成型周期40秒进行注塑。
使用图2所示的供气装置，改变向塑化料筒供气段供给的CO2压力，使螺杆梢部的压力与向排气段供给的CO2压力相等，然后进行注塑。测定熔融树脂中CO2的溶解量。其结果示于图5。
如图5所示，供气段的CO2压力与熔融树脂中CO2的溶解量存在着正比例的关系，证明熔融树脂中CO2的溶解量可用CO2压力来控制。
参考例2在不供气、注嘴孔关闭状态下以50mm螺杆行程反复进行树脂的塑化、清洗操作。
在螺杆转数50、100、150rpm的场合，改变螺杆梢部的压力，用压力传感器测定由各螺杆梢部压力施加在供气段的熔融树脂的压力，其结果示于图6。
如图6所示，螺杆转数一定，螺杆梢部的压力逐渐增高时，在螺杆梢部的压力达到某一数值以上时，供气段熔融树脂的压力就能检测出来。在螺杆转数150rpm的场合，当螺杆梢部的压力达到14MPa以上时，检测出的熔融树脂压力在OMPa以上，证明供气段被熔融树脂装满，熔融树脂的输送不呈未装满状态。
实施例1有切口的螺杆用做第2进料段，橡胶增强聚苯乙烯用做树脂，塑化料筒温度调整到210℃，螺杆转数150rpm，螺杆梢部压力10MPa，向供气段供给10MPa CO2，进行清洗操作30次。从注嘴部出来的线材虽有微细气泡但线材不断裂，没有气泡破裂声，从而可以推断，熔融树脂中不存在大的气泡。
其次，经0.6秒钟向充满8MPa CO2的模腔、表面温度40℃的模具中填充树脂，塑化料筒内的熔融树脂压力在110MPa下保压3秒钟，冷却20秒钟。充满模腔的CO2在填充完毕时向大气释放。
即使40秒钟周期内50次注射成型，塑化时间6.5秒，误差也在0.3秒以内。而且，注塑件没有凸胀，表面没有发泡模样，外观良好，内部未见气泡。由注塑件的失重求得的CO2在熔融树脂中的溶解量为2.3wt％。
实施例2
有切口的螺杆用做第2进料段，橡胶增强聚苯乙烯用做树脂，塑化料筒温度调整到210℃，螺杆转数150rpm，螺杆梢部压力18MPa，进行清洗操作。此时，不向供气段供给CO2时，检测出熔融树脂的压力为0.8MPa，证明供气段处于树脂装满状态。在此状态下向供气段供给10MPa的CO2，与实施例2一样进行清洗及注塑。
在清洗操作中，从注嘴部出来的线材虽有微细气泡，但线材不断裂，没有气泡破裂声，从而可以推断，熔融树脂中不存在大的气泡。
即使40秒钟周期内50次注塑，塑化时间8.3秒，误差也在0.4秒以内。而且，注塑件没有凸胀，表面没有发泡模样，外观良好，内部未见气泡。由注塑件失重求得的CO2在熔融树脂中的溶解量为2.0wt％。
比较例1除有切口的螺杆用做第2进料段，橡胶增强聚苯乙烯用做树脂，塑化料筒温度调整到210℃，螺杆梢部压力9MPa之外，和实施例2一样进行清洗及注塑。
在清洗操作中，从注嘴部出来的线材有微细气泡，同时线材断裂，得不到连续的线材，有气泡破裂声，从而确认树脂中存在大的气泡。而且，塑化时间约3-6秒，误差大，注塑件时有凸胀发生。
比较例2有切口的螺杆用做第2进料段，橡胶增强聚苯乙烯用做树脂，塑化料筒温度调整到210℃，螺杆转数150rpm，螺杆梢部压力30MPa，不向供气段供给CO2时，检测出熔融树脂的压力为12MPa，确认供气段处于树脂装满状态。
在此状态下向供气段供给10MPa的CO2，与实施例2一样进行清洗及注塑。
在清洗操作中，从注嘴部出来的线材不发泡，是透明的，放置熔融树脂时内部产生少量气泡，可确认是轻度发泡。由此，可以确认，CO2实际上没有溶入熔融树脂中。
模腔不用CO2加压，进行注塑。注塑件是透明的，表面未见发泡模样。由注塑件失重求得的CO2在熔融树脂中的溶解量在0.1wt％以下。
实施例3注射料筒的温度调整到210℃，橡胶增强聚苯乙烯用做树脂进行注塑。向供气段供给的CO2压力保持在9MPa，螺杆转数150rpm。螺杆梢部的压力为11MPa，为防止熔融树脂填充模具期间发泡，施加7MPa的CO2反压。第2进料段的螺纹上有、无切口的两种螺杆兼用，分别在成型周期时间26-100秒范围内变动进行注塑。
从所得注塑件测定熔融树脂中CO2的溶解量。其结果示于图10。
如图10所示，第2进料段的螺纹用有切口螺杆的场合与用无切口螺杆相比，CO2的溶解量增大1.5倍，证明能使更多量的CO2溶解。并且，上述两种场合相比，使用有切口的螺杆时，随成型周期时间变动的CO2溶解量的变动减少，证明能进行更稳定的注塑。
实施例4除所用树脂改为PMMA之外，其余和实施例3一样进行。测定CO2在熔融树脂中的溶解量。有和无切口的两种螺杆用做第2进料段。
结果示于图11。图11和图10一样，表示成型周期时间与CO2在熔融树脂中溶解量之间的关系，纵坐标表示成型周期时间100秒时的CO2量(＝1)与各成型周期时间的CO2量之比。
如图11所示可以证明，与第2进料段用无切口螺杆的场合相比，用有切口螺杆的场合能够使更多量的CO2溶解。并且也可证明与用无切口螺杆的场合相比，在用有切口螺杆的场合，随成型周期时间变动的CO2溶解量的变动较小，能够进行更稳定的注塑。
工业生产上的利用可能性如上所述，本发明能够使必要量的气体再现性良好地定量溶解在熔融树脂中，而且借助螺杆的切口，用较低的压力能够使更多量的气体溶解在熔融树脂中进行注塑，从而能够借助气体溶解、改善熔融树脂的流动性来进行注塑，并能使采用溶解气体的发泡注塑高效进行。并且能使随成型周期时间变动的气体溶解量变动较小，能够进行更稳定的注塑。
权利要求
1.一种注塑法，其特征在于，向塑化料筒内的熔融树脂供气，在注射溶有气体的熔融树脂的注塑法中，树脂塑化时，和供气段塑化料筒内形成一定气压的气体空间的同时，使螺杆梢部的压力在气体空间的气压以上，且是能维持供气段塑化料筒内气体空间的范围的压力。
2.按照权利要求1的注塑法，其特征在于，检测在供气段形成的气体空间的气压，根据此气压来控制螺杆梢部的压力。
3.按照权利要求1的注塑法，其特征在于，使供气段的熔融树脂的输送形成未装满状态。
4.按照权利要求1的注塑法，其特征在于，从塑化完毕到注射开始的螺杆停转时，都保持塑化时的螺杆梢部的压力。
5.按照权利要求1的注塑法，其特征在于，该气体为二氧化碳。
6.按照权利要求1的注塑法，其特征在于，塑化料筒从螺杆的树脂供给段一侧向梢部一侧顺序配备着由进料段、压缩段、计量段构成的“级”串联多次重复的多级型螺杆的供气段，存在于梢部一侧螺杆级的进料段内。
7.按照权利要求6的注塑法，其特征在于，在梢部一侧螺杆级进料段的螺纹上形成切口，借助该切口边使一部分熔融树脂回流边把气体与熔融树脂混练而使气体溶解。
8.按照权利要求6的注塑法，其特征在于，在塑化料筒后端一侧螺杆级的计量段设有对抗熔融树脂流动的高流量控制段。
9.按照权利要求6的注塑法，其特征在于，在塑化料筒后端一侧螺杆级的计量段设有熔融树脂的回流防止装置。
10.按照权利要求1的注塑法，其特征在于，通过自动开关阀向供气段的塑化料筒内供气，当借助弹簧推压设置在供气道的向塑化料筒内开口边缘部的阀座，向供气道供气时，借助供气方的压力和供气段料筒内的压力之差来推压弹簧向塑化料筒内侧移动，使供气道开放。
11.按照权利要求1的注塑法，其中，用备有能够开、关注射口的阀式注嘴、和设置在螺杆梢部的熔融树脂回流防止装置的同轴螺杆型注塑机，在注射口关闭的状态下使螺杆旋转，当溶有CO2的熔融树脂积蓄在塑化料筒前部达一定量时，立即在螺杆计量结束位置附近，照旧维持螺杆背压，由于螺杆梢部的树脂回流防止装置处于关闭状态，注射口开启，注射熔融树脂。
12.一种注塑装置，其特征在于，该装置由塑化料筒和向塑化料筒内的熔融树脂供气的供气装置构成，用于注射溶有气体的熔融树脂，该塑化料筒在从注射方向后端一侧向梢部一侧顺序配备着由进料段、压缩段、计量段构成的“级”串联多次重复的多级型螺杆，且在梢部螺杆级的进料段配备着开口的供气道，该供气装置与供气道连接。
13.按照权利要求12的注塑装置，其特征在于，该装置包括检测通过供气道向塑化料筒内所供气体压力的压力传感器，和借助此传感器检出的压力来控制螺杆梢部压力的控制装置。
14.按照权利要求12的注塑装置，其特征在于，设置自动开关阀，其借助弹簧推压设在供气道的向塑化料筒内开口边缘部的阀座，向供气道供气时，借助供气方的压力和供气段料筒内的压力之差来推压弹簧向塑化料筒内侧移动，使供气道开放。
15.按照权利要求12的注塑装置，其特征在于，梢部螺杆级进料段的螺纹是有切口的。
16.按照权利要求12的注塑装置，其特征在于，后端一侧螺杆级的计量段上设有对抗熔融树脂流动的高流量控制段。
全文摘要
本发明提供一种注塑法,其特征在于,向塑化料筒内的熔融树脂供气,注射溶有气体的熔融树脂,其中,树脂塑化时,和供气段塑化料筒内形成一定气压的气体空间的同时,使螺杆梢部的压力在气体空间的气压以上,且是能维持供气段塑化料筒内气体空间的范围的压力。借助本发明能使必要量的气体再现性良好地定量溶解在熔融树脂中。
文档编号B29C45/76GK1380848SQ01801519
公开日2002年11月20日 申请日期2001年5月31日 优先权日2000年5月31日
发明者山木宏 申请人:旭化成株式会社