特别用于橡胶硫化的热固性材料注入机及相应的实施方法

专利名称：特别用于橡胶硫化的热固性材料注入机及相应的实施方法
技术领域：
本发明涉及热固性材料的注入机，以及它的实施方法。本发明特别针对橡胶的硫化。但是，本发明也在相近的技术领域得 到应用，如硅 胶、苯酚树脂或聚氨酯的注入或成形。
背景技术：
传统上，橡胶硫化机首先包括热固性材料的增塑和注入装置。在这些装置的结构 方面，现有技术中有几种变型。例如，第一种方案涉及独立的增塑装置，该增塑装置包括保证材料加热的输送螺 杆。该增塑装置与不同的注入装置结合，注入装置尤其包括活塞，与变为可塑材料的接纳室 相连。作为变型，增塑装置可以与注入装置重合。在这种情况下，得到称为“螺杆_活塞” 的注入，其中增塑螺杆作为注入活塞。最后，人们还了解另一替代方案，称为FIFO(先入先出)。在该实施方式中，增塑通 过注入活塞进行。在实施根据上述的一个或另一个方案的增塑和注入初始阶段后，将可塑性材料注 入到流动通道中，通道的下游端限定至少一个输出孔。该输出孔通到模子的供料通道，供料 通道本身与该模子的型腔连通。因此在位于模子上游的流动通道中，由于操作条件，特别是温度和流动速度，可塑 材料基本不硬化。相反，在模子的内容积内，即供料通道和型腔，由于温度和材料经受的停 滞现象，该塑性材料硬化。为此，流动通道的输出孔的截面小，这样可以把材料的硬化部分 与没有硬化的部分分开。橡胶产品制造的一个经常遇到的问题在于希望在可能的范围内缩短硫化的时间。 例如在US-B-6280175中涉及该问题。该文件提出在流动通道内，即在可塑性材料没有硬化的区域设置一个收缩区，其 横截面不是圆形，而是相反，整体伸长为椭圆形。因此，橡胶在其横截面的任何一点均勻加 热。换句话说，该收缩的存在可以在橡胶的中心流处带来相当多的热量，这样可以减少相应 的硫化时间。但是，该美国专利6280175描述的方法具有其它缺点。实际上，该方法伴随可能非 常强并且整体不均勻的发热，该发热能够使材料局部质量降低，因此导致最终零件的缺陷。人们还了解一些替代方法，这些方法描述了可以改变可塑材料流动方向的装置的 使用。但是与上述美国专利相反，这些装置位于模子本身中，即在使可塑材料硬化的区域。EP-A-1186339更确切地描述了一种用于使可塑材料均勻的静态混合器。使用该装 置导致每个流体流的温度升高，意味着导致与上述美国专利遇到的类似问题。另外，US-A-4199315提出气动注入的注模机，在模子内，可塑材料首先分为两个分 流。在分流的上游有一冷的中心流及一更热的周边流。然后，在每个分流内有一冷流和一热流，它们以相对每个分流通道的纵轴整体对称的方式流动。该文件然后提出处理每个分流，分别改变热流和冷流的流动路径。该方法不能用 于没有分流的情况，在没有分流的情况，中心冷流被周边热流包围。另外，该方法只有在非 常特定应用中具有优点，如气动注模。

发明内容
本发明的目的是提出可以克服这些不同缺点的机器。
为此，本发明的主题是根据所附权利要求1所述的可硬化材料的注入机。本发明的主题还在于根据所附权利要求10所述的上述机器的实施方法。


下面参照作为非限定例子给出的附图对本发明进行描述，附图如下-图1示出本发明的橡胶硫化机的纵剖面图；-图2A、2B、2C分别示出本发明的径向温度场逆转装置的放大纵剖面图、俯视图和 仰视图；-图3示出在逆转装置上游和下游的温度场的径向分布的纵剖面图；-图4、5是曲线图，示出图3的IV-IV线和V-V线处的温度随径向位置的变化；-图6A、6B、6C是根据现有技术的两个方案和本发明方案的带给橡胶的热量的示 意图；-图7、8是本发明的两个实施变型的与图3类似的纵剖面图。
具体实施例方式图1示出的本发明的橡胶硫化机首先包括已知类型的增塑和注入装置。它首先设 有增塑装置10，具有位于通道14中的螺杆12，螺杆与未示出的加热装置相连。该螺杆12 还与材料进入通道14的孔16相联，以便将可塑性的橡胶送往机器下游。该机器还设有传统类型的注入装置20，包括可以由来自增塑通道14的流体橡胶 充填的室22。该室22接纳活塞24，活塞保证把流体橡胶注入到也是传统类型的流动通道 30。在所示的例子中，注入装置20与增塑装置10是分开的。但是，本发明也在增塑和 注入装置中得到应用，如前面描述的装置。因此作为替代可以应用“螺杆_活塞”注入，或 “FIFO” 注入。通道30具有与模子40的入口连通的输出孔32，模子不是本发明的主题。已知的 是，模子40凿有通向型腔44的不同供料通道42。通常可以区分出两个区域，即一方面是流动通道30，另一方面是由供料通道42和 型腔44形成的模子的内容积。因此，在流动通道30中，特别由于其温度和流动速度，橡胶 基本不硬化。相反，在通道42和型腔44中，在硫化作业结束时，橡胶硬化，特别是因为它经 受模子温度的停滞现象。如上面看到的，紧接输出孔32的上游，即在橡胶不硬化的区域，设有根据本发明 的一个装置，该装置可以使流动通道30中的橡胶径向温度场逆转。为了更清楚起见，在下面的描述中，该装置整体用标号50表示，该装置称为逆转装置。特别参照图2A-2C，该装置50首先包括例如钢制成的主体52，该主体通过任何适 当方式与流动通道30的壁连在一起，尤其是结合到该通道的镗孔中，并通过旋拧喷嘴固定 不动。该主体52为圆柱形，并与流动通道30同轴。它有不同的通道，即四个汇聚通道60 和四个发散通道70，参照材料的流动方向，朝向图1和2A中的下方。参照图2A，汇聚通道60在上游与流动通道的上游区SO1的周边Bl相对。另外，这 些通道60的下游端相汇合，形成一个单一出口 62，该出口与流动通道30的下游区302的中 心C2相对。发散通道70从与流动通道30的上游区SO1的中心Cl连通的开口 72延伸。然后，这些通道70互相远离，以便通到与流动通道30的下游区302的边缘B2相对。在图2A中用1和2分别示出在装置上游、在通道边缘Bl和中心Cl附近流动的流 体橡胶流。由于存在通道60和70，上游的周边流1形成下游的中心流1’，而上游的中心流 2形成下游的周边流2’。不同通道60和70的数量、设置和几何形状使它们可以保证流体流动的另人满意 的传递。另外，有利的是，这些通道60和70占据通道横截面的主要部分，避免带来太大的 热量。实际上，如果通道太狭窄，会遇到发热现象，如实施上面提到的美国专利6280175时 引起的现象。有利地，在逆转装置的任何一点，不同通道60和70的横截面的总合大于流动通道 30总截面的30%，最好大于50%。因此，在所示的例子中，分别为发散和汇聚的八个通道占 通道横向面积的约55%。图3示出逆转装置50的实施，涉及分别在装置50上游和下游的橡胶的温度径向 轮廓。已经知道，在主通道30中，材料的流动为层流。因此，在边缘Bl处的速度值为零，以 及在中心Cl处具有最大值。在这些条件下，紧接装置50的上游，在通道30的边缘Bl的橡胶温度大大高于中 心Cl附近的温度。这在图3中用不同类型的阴影线表示，在图4中用对应图3的IV-IV线 的温度径向轮廓示出。在图4中，纵坐标为温度T，横坐标为径向位置X-X。换句话说，中心Cl对应的横 坐标为零，而边缘Bl对应于绝对值最大的横坐标。如图4所示，温度的径向轮廓从中心Cl 增加，朝边缘Bl方向整体对称。在装置50的下游，由于存在逆转通道60和70，中心流1’在此之后是热的，因为它 对应于上游部分的热的周边流1。另外，在下游，周边流2’是冷的，因为它与上游的中心流 2相对应。该温度逆转通过上游与下游之间的阴影线的转换来表示。该逆转也表现在图5中，它对应沿图3的V-V线的温度径向轮廓。因此，温度从中 心C2处的最大值下降，直到边缘B2处的最小值。因此，正如前面指出的，装置50保证橡胶的径向温度场的逆转。换句话说，在该装 置的上游，越靠近边缘Bi，橡胶的温度越高。相反，在下游，越靠近边缘B2，橡胶的温度越 低。下游的中心流1，和周边流2，流向输出孔32，然后流到通道42中，直到模子40的 型腔44。在通过逆转装置50后的该路径中，橡胶接受一个附加的热量。
如前面已经解释的，周边流2’接受的热量大于提供给中心流1’的热量。然而，由 于该周边流2’在紧临逆转装置50的出口处更冷，因此当材料进入型腔44时，带到橡胶任 何点的热量趋于相等。换句话说，通过调节逆转装置50的形状和位置，可以控制橡胶到达型腔时的径向 温度场的轮廓。特别是可以使橡胶到达型腔时的径向温度场具有基本均勻的特征，即橡胶 在一个给定的横截面处具有大体相同的温度。为此，图6A、6B、6C分别示出提供给中心流和周边流的热量，从注 入到流动通道直 到进入型腔44。图6A涉及通常的现有技术，图6B涉及美国专利6280175，图6C示出本发 明的方案。在图6A的现有技术中，由于存在层流，周边流始终比中心流更多地发热。在这些 条件下，带给周边流的总热量Q明显大于带给中心流的热量Q’。在美国专利6280175所示的现有技术中，可以区分三个带来热量的主要区域。首 先是位于该美国专利主题的收缩区前的上游部分。然后是收缩区本身，然后是在该收缩区 下游延伸的区域。在上游区，流动是层流，因此带给周边流的热量Ql明显大于带给中心流的热量 Q'I0然后在收缩区处，带来的热量基本均勻，对应于热量Q2和Q’ 2基本相等。最后，在收 缩区的下游，流动又变为层流，因此提供给周边流的热量Q3明显大于提供给中心流的热量 Q，3。在这些条件下，如图6B所示，带给周边流的总热量QT等于热量Ql、Q2、Q3的总和。 尽管存在收缩，热量QT明显大于带给中心流的总热量Q’ T，Q’ T等于Q’ 1、Q’ 2、Q’ 3的总 禾口。图6C示出根据本发明的温度径向分布。该图中，中间区与最终的中心流1’有关， 即在装置50下游流动的流，该流对应上游的周边流1。同样，图6C的侧边部分对应于来自 初始的中心流2的最终的周边流2’。提供给最终周边流2’的总热量QT对应于装置50上游带给初始中心流2的热量 Q’ I与装置下游提供给该周边流2’的热量QII之和。由于层流，QI比较弱，而QII显然更
尚ο同样地，带给最终中心流1’的总热量Q’T对应于装置上游带给初始周边流1的热 量QI与装置下游带给该中心流1’的热量Q’ II之和。由于相同的原因，QI明显大于Q’ I， 而Q’II明显小于QII。因此，如图6C所示，由于装置50带来的逆转，带给这两个流的热量 QT和Q’ T趋于相等。本发明可以达到上述的目标。实际上，如前所述，橡胶的所有流动区在进入型腔44时都接受相当多的热量。换 句话说，橡胶在任何点的温度都比较高，这样可以保证较短的硫化持续时间。另外，如图6C所示，在进入型腔之前，带给橡胶横截面的不同点的不同热量之间 存在很大的均值性。换句话说，不存在接受特别大的热量的橡胶区域，这样可以避免任何过 热现象。在这些条件下，本发明可以避免材料的某些区域的硫化过于迅速。为此，要指出的是，申请人的功劳在于发现与US-B-6280175有关的问题。实际上， 在该文件中，收缩区的存在保证了甚至在中心部分得到比较高的橡胶温度，这对硫化的持续时间是有利的。相反，该方法伴随着在橡胶的周边流提供特别高的热量。这导致上面提 到的问题，即过热、硫化太快和材料劣化。图7示出本发明的第一实施变型，涉及BCR(调节通道块)型的流动通道130。该 流动通道130的下游部分以传统方式分为多个分支通道，这里数量为三个，即13(^130。 1303。每个分支通道与相应的出口 132ρ 1322、1323连接，这些出口与三个未示出的型腔连
ο在这种情况下，设置三个紧接在每个出口上游的逆转装置15(^15(^150 3。因此， 橡胶的径向温度场的分布在每个装置的下游逆转。这样可以使带给每个流向下游模子的未 示出型腔的橡胶分支流的热流的径向分布均勻。图8示出本发明的补充实施变型，其中，流动通道230装有两个逆转装置250’和 250”，每个都与图1-6的装置50相似。换句话说，这两个逆转装置250’和250”串联，不同 于图7的并联的装置15(^和1503。由于使用了多次逆转，在流动长度很长的情况下，该实 施方式对保证热的均勻分布是有利的。如前所述，本发明允许了受控制的供热，特别是提供的热可以同时在橡胶流的中 心流和周边流都是均勻的。为此，只需调整这些逆转装置、如图1的装置50的数量和/或 位置。还可调整橡胶流的操作条件，即它的温度、压力、流量，以调整在逆转装置上游和下游 产生的热量。本发明的另一优点在于，它使得可以增加材料可能的流动长度。实际上，借助使用 一个或多个逆转装置，即使材料在很长的长度上流动，也不会使材料降低质量。最后，由于每个逆转装置位于流动通道中，即在材料没有硬化的区域，因此该装置 可以使用许多次，甚至可以取下该装置，以便将其置于另一机器上。而在现有技术的方案 中，改变材料流动方向的装置是位于模子本身中。实际上，在现有技术的情况下，在同一机器上使用的每个模子都需要这样的装置， 因此增加了工作的总成本。另外，这些装置在每个注模循环产生硬化材料的损失，这又导致 了附加成本。
权利要求
可硬化材料的注入机，特别是橡胶硫化机，其具有所述材料的增塑和注入装置(10、20)，该装置适于将流体状态的所述材料注入到流动通道(30；130；230)中，所述材料在流动通道中基本不硬化，该流动通道包括至少一个出口(32；1321；1322、1323)，能够与模子(40)的内容积连通，所述材料在模子(40)中硬化；其特征在于，流动通道设有至少一个逆转装置(50；1501、1502、1503；250’、250”)，该装置适于在每个逆转装置的上游与下游之间使所述流体材料的流动中的温度径向轮廓发生逆转。
2.如权利要求1所述的注入机，其特征在于，逆转装置(50)包括装置(60、70)，一方面 能够将流动通道(30)上游区(30》的周边(Bi)存在的流体材料的第一流(1)引向该流动 通道下游区(302)的中心(C2)，另一方面，可以将流动通道的所述上游区的中心(Cl)存在 的第二橡胶流(2)引向该流动通道的所述下游区的周边(B2)。
3.如权利要求2所述的注入机，其特征在于，逆转装置(50)包括与流动通道的壁相连 的主体(52)，其中设有至少一个发散通道(70)和至少一个汇聚通道(60)。
4.如权利要求3所述的注入机，其特征在于，设有多个发散通道(70)和多个汇聚通道 (60)，发散通道(70)与流动通道的上游区(30》的中心(Cl)相对，并通向流动通道下游区 (302)的周边(B2)，而汇聚通道(60)与流动通道的上游区(30)的周边(Bi)相对，并通向 流动通道下游区(302)的中心(C2)。
5.如权利要求3或4所述的注入机，其特征在于，逆转装置(50)的主体(52)与流动通 道(30)的壁固定，特别是结合在流动通道(30)的镗孔中，并通过旋拧喷嘴固定不动。
6.如权利要求3-5之一所述的注入机，其特征在于，在逆转装置(50)的任一点，汇聚通 道(60)和发散通道(70)的横截面之和与流动通道(30)的总横截面的比大于30%，最好大 于 50%。
7.如权利要求3-6之一所述的注入机，其特征在于，设有一到十个、特别是四个汇聚通 道(60)，以及一到十个、特别是四个发散通道(70)。
8.如上述权利要求之一所述的注入机，其特征在于，流动通道(130)分为多个分支通 道(13(^-1303)，并且至少一个分支通道设有一个相应的逆转装置(15(^-1503)。
9.如上述权利要求之一所述的注入机，其特征在于，设有至少两个逆转装置(250’、 250”)，串联置于流动通道(230)中。
10.上述权利要求之一所述机器的实施方法，其中，使材料在流动通道(30;130;230) 中流动，然后通过出口(32;132i-1323)流到至少一个模子(40)的内容积中，并流向至少一 个型腔(44)，其特征在于，调节逆转装置(50；1501-1503；250\250")的数量和/或位置， 及/或所述流动的操作条件，以便控制材料在每个型腔(44)附近的温度径向分布，尤其是 使该径向分布基本均勻。
全文摘要
该机器具有所述材料的增塑和注入装置，这些装置适于将流体状态的材料注入到流动通道(30)中，该流动通道包括至少一个出口，能够与模子的内容积连通。该流动通道(30)设有至少一个逆转装置(50)，适于在逆转装置的上游与下游之间使所述流体材料的流动中的温度径向轮廓发生逆转。
文档编号B29C45/58GK101835588SQ200880112659
公开日2010年9月15日 申请日期2008年9月18日 优先权日2007年9月21日
发明者C·诺加, S·德明 申请人:Rep国际公司