使用注射成型发泡工艺与模芯回退工艺结合生产具有提高的冲击性能的零件的方法与流程

1.本公开内容的领域

本公开内容涉及利用改进的发泡注射成型(injectionmolding)工艺与模芯回退(moldcore-back)工艺结合生产零件的方法；更具体地，本公开内容涉及利用改进的发泡注射成型工艺与模芯回退工艺结合生产零件的装置和方法；并且甚至更具体地，本公开内容涉及利用改进的发泡注射成型工艺与模芯回退工艺结合生产的零件。

2.相关领域

利用注射成型发泡技术生产塑料零件正在不断增长，但是与由于密度降低而导致的机械性质降低关联的问题仍然是一个挑战。对于纤维增强材料，由于在气体和熔体的均质化阶段期间生成另外的纤维断裂，这甚至更关键。已经证明，使用某些物理发泡工艺，在发泡中并且甚至在实心加工中可以实现更好的纤维保持。由于塑料零件的降低的机械性能比如冲击性能，注射发泡技术的目前的渗透水平——特别是在汽车行业——受到限制。注射发泡工艺结合应用厚度的增加是市场上使用的解决方案之一，但是使用这种途径，降低了冲击性能。

因而，本领域需要一种发泡或轻质零件，用于制造发泡或轻质零件的装置和制造由纤维填充材料制成的具有提高的冲击性能的发泡或轻质零件的方法。

技术实现要素：

考虑到以下详细描述、附图和权利要求，本公开内容的另外的特征、优势和方面可以被阐述或变得显而易见。此外，应当理解，本公开内容的前述发明内容和以下具体实施方式二者是示例性的并且旨在提供进一步的解释，而不是限制所要求保护的本公开内容的范围。

附图说明

为了提供对本公开内容的进一步理解而包括的附图被并入并构成本说明书的一部分，示出了本公开内容的方面并且与具体实施方式一起用于解释本公开内容的原理。除了对本公开内容的基本理解及其可以实践的各种方式所必需的之外，没有试图更详细地显示本公开内容的结构细节。在附图中：

图1显示了根据本公开内容的原理构造的注射成型套筒/螺杆(barrel/screw)。

图2显示了根据本公开内容的原理构造的漏斗和气闸。

图3显示了根据本公开内容的原理构造的控制器。

图4显示了根据本公开内容的原理构造的模具。

图5显示了根据本公开内容的原理生产零件的方法。

图6显示了用于研究根据本公开内容的原理构造的零件的测试结果的基板(plaque)。

图7显示了根据本公开内容的原理构造的零件的测试结果。

图8显示了根据本公开内容的原理构造的零件的测试结果。

图9显示了根据本公开内容的原理构造的零件的测试结果。

图10显示了根据本公开内容的原理构造的零件的测试结果。

具体实施方式

参考在附图中描述和/或图解并在以下描述中详述的非限制性方面和实例，更全面地解释了本公开内容的方面及其各种特征和有利细节。应当注意，在附图中图解的特征没有必要按比例绘制，并且一方面的特征可以供与本领域技术人员将认识到的其他方面使用，即使在本文中没有明确说明。可以省略对公知组件和加工技术的描述，以免不必要地模糊本公开内容的方面。本文使用的实例仅旨在促进理解可以实践本公开内容的方式并且进一步地使本领域技术人员能够实践本公开内容的方面。因此，本文的实例和方面不应当被解释为限制本公开内容的范围，本公开内容的范围仅由所附的权利要求和适用的法律限定。此外，应当注意，贯穿附图的几张视图，相同的附图标记表示类似的零件。

在当前的技术水平，注射成型发泡导致冲击性能的损失。这在(长)纤维增强树脂中最明显(除了标准冲击降低之外，还由于纤维断裂)。使用“实心”或“通气(breathing)”模式的profoam技术，与竞争性发泡技术相比，冲击性能的降低较不明显。使用这些两种不同的途径，可以实现没有重量减轻或有限的重量减轻。本公开内容涉及将profoam与“芯回退”模式结合，这不仅导致重量减轻，而且导致对于相等重量的零件更高的冲击性能。更具体地，注射发泡技术的一般知识和假设是由于密度降低发泡应用的冲击性质也降低。为了解决这种损害，本公开内容利用改进的注射成型发泡技术工艺与模具打开(moldopening)或芯回退工艺结合以生产与常规成型(molding)发泡技术相比具有提高的冲击性能的零件。对纤维增强热塑性塑料，比如如本文所述的长玻璃纤维增强聚丙烯(lgf-pp)，证明了冲击性能的提高。考虑使用所公开的方法的其他纤维类型也具有冲击性能的提高。纤维增强热塑性塑料的性质很大程度上由纤维的长度决定。在这种纤维增强热塑性塑料的典型注射成型期间，发生这些纤维的断裂。使用注射成型发泡技术工艺，已经证明更好地保持纤维长度并且可以对该成就起作用。

长玻璃纤维增强聚丙烯(lgf-pp)中有效的薄壁结构机械设计可以带来轻质方案，同时改善系统成本。降低材料密度潜在地提供了重量减轻的进一步可能性。在注射成型期间应用发泡可以帮助实现这一点。经由现有技术的化学发泡和物理发泡是已知的技术。然而，这些技术导致长玻璃纤维增强聚丙烯(lgf-pp)材料中纤维长度的显著破坏，降低了性能。因此，重量减轻会带来一定的性能损失。对于长玻璃填充塑料尤其如此，其通常为增加的性能支付额外费用。如由本公开内容所教导的，通过发泡机械性能可以被保持或改善，并且因此使用长玻璃纤维(lgf)材料用于轻质方案的潜力显著增加。

本文公开了用于制造零件的装置和方法。零件可以由玻璃纤维填充聚合材料制成。此外，本公开内容的方法导致该零件中的玻璃纤维的有限断裂。此外，与现有技术零件相比，可以增加某些机械性质比如抗冲击性。

图1显示了根据本公开内容的原理构造的注射成型套筒/螺杆。如图1中显示，注射成型套筒/螺杆100可以包括漏斗128。纤维增强热塑性塑料的颗粒(pellet)与来自气体源124的气体(发泡剂)一起由漏斗128供应至注射成型套筒/螺杆100。在注射成型套筒/螺杆100中颗粒的塑化期间，气体可以逐渐溶解在熔体中。应当注意的是，术语颗粒在整个说明书中仅为了简洁起见而使用，也可以考虑其他形式的纤维增强热塑性塑料。例如，其他形式的纤维增强热塑性塑料可以包括短切纱、塑料颗粒和长(lose)玻璃纤维的混合物等。

注射成型套筒/螺杆100可以包括保持螺杆108的圆筒106。螺杆108可以进一步包括用于移动螺杆108的发动机等(未显示)。注射成型套筒/螺杆100可以进一步包括配置为保持圆筒106内的气压的密封件104、气闸102和截止阀110。与注射成型套筒/螺杆100相关联的其他构造也考虑可以保持圆筒106内的气压。

此外，注射成型套筒/螺杆100可以包括至少一个加热器122。喷嘴130和/或相关联的截止阀110可以包括至少一个加热器120。至少一个加热器122和至少一个加热器120可以配置为保持颗粒的温度和/或增加颗粒的温度以使其熔化。

图2显示了根据本公开内容的原理构造的漏斗和气闸。具体地，气闸102可以包括漏斗128。漏斗128可以另外地与气闸102分开配置。来自漏斗128的颗粒可以进入气闸102内的导管214。控制颗粒在气闸102内的移动可以由第一阀210(以关闭配置显示)控制。朝向右侧打开第一阀210将允许来自漏斗的128颗粒进入气闸102的上部220。此后，颗粒可以行进至导管216。

第二阀212(以打开位置显示)控制颗粒从导管216进入气闸102的下部222的移动。在下部222中，来自气体源124的发泡剂可以被施加至下部222内的输入204。只有在第二阀212已经关闭后才可以施加发泡剂。输入204可以包括阀(未显示)以控制发泡剂的流动。下部222中的颗粒将行进通过连接件218至注射成型套筒/螺杆100。应当注意的是，发泡剂可以也可以在其他位置注射。

气闸102可以进一步包括为发泡剂提供出口208的阀206。当发泡剂已使下部222加压时，在打开第二阀212之后，可以打开阀206以释放发泡剂通过出口208。第一阀210、第二阀212、阀206、发泡剂阀、至少一个加热器120、至少一个加热器122、截止阀110、螺杆发动机等的致动和操作可以由本文所述的控制器350控制。

图3显示了根据本公开内容的原理构造的控制器。控制器350可以接收来自由注射成型套筒/螺杆100和相关系统的任何零件感测温度的温度传感器、来自从注射成型套筒/螺杆100和相关系统的零件感测压力的压力传感器、来自感测注射成型套筒/螺杆100和相关系统的零件的位置的位置传感器等的传感器输出。

控制器350可以包括处理器352。该处理器352可以可操作地连接至电源354、存储器356、时钟358、模数转换器(a/d)360、输入/输出(i/o)端口362等。i/o端口362可以配置为从任何适当附接的电子装置接收信号并且从a/d360转发(forward)这些信号和/或将这些信号转发至处理器352。这些信号包括来自由注射成型套筒/螺杆100和相关系统的任何零件感测温度的温度传感器、由注射成型套筒/螺杆100和相关系统的零件感测压力的压力传感器、感测塑套筒/螺杆100和相关系统的零件的位置的位置传感器等的信号。如果信号是模拟格式，则信号可以经由a/d360行进。在这方面，a/d360可以配置为接收模拟格式信号并且将这些信号转换成相应的数字格式信号。

控制器350可以包括数模转换器(dac)370，其可以配置为从处理器接收数字格式信号，将这些信号转换为模拟格式，并且从i/o端口362转发模拟信号。以这种方式，配置为利用模拟信号的电子装置可以接收通信或者由处理器352驱动。处理器352可以配置为从dac370、a/d360和/或i/o端口362接收信号和将信号发送至dac370、a/d360和/或i/o端口362。处理器352可以进一步配置为从时钟358接收时间信号。此外，处理器352可以配置为将电子数据存储至存储器356和从存储器356检索电子数据。控制器350可以进一步包括显示器368、输入装置364和只读存储器(rom)372。最后，处理器352可以包括存储在存储器356中的程序，该程序由处理器352执行以执行以下描述的方法300。

图4显示了根据本公开内容的原理构造的模具。具体地，图4显示了处于第一配置1和第二配置2的芯回退工具400。芯回退，也称为通气或减压成型，是指芯回退工具400从其初始厚度至所需的最终厚度的受控打开。芯回退工具400可以包括第一模具组件402和第二模具组件404。也可以利用与芯回退工具400相关联的另外的模具组件。

在以下更详细描述的成型工艺期间，芯回退工具400的第一模具组件402和第二模具组件404可以处于第一配置1。待成型的零件406可以经受模腔408，基于第一配置1设定该模腔408的尺寸。

在工艺期间，芯回退工具400的第一模具组件402和第二模具组件404可以被重新配置为第二配置2。此后，待成型的零件406可以经受模腔408，基于第二配置2设定该模腔408的尺寸。一方面，与第一配置1相比，第二配置2中的模腔408可以在一个维度上更大。一方面，与第一配置1相比，第二配置2中的模腔408可以在两个维度上更大。一方面，与第一配置1相比，第二配置2中的模腔408可以在三个维度上更大。

控制器350和i/o端口362可以配置为控制芯回退工具400的操作和从芯回退工具400接收信号。这些信号包括来自从芯回退工具400和相关系统的任何零件感测温度的温度传感器、从芯回退工具400和相关系统的零件感测压力的压力传感器、感测芯回退工具400和相关系统的零件的位置的位置传感器等的信号。控制器350可以控制包括所述配置的芯回退工具400的操作。

图5显示了根据本公开内容的原理构造零件的方法。具体地，图5显示了用于生产具有至少更大的冲击性能的零件的方法300。在方框302中，纤维增强热塑性塑料颗粒被进料到漏斗128。此后，在方框304中，纤维增强热塑性塑料颗粒被从漏斗128进料通过气闸102。如方框306中所显示，可以关闭气闸。这包括关闭第一阀210和第二阀212中的一个或多个。

如方框308中所描述，纤维增强热塑性塑料颗粒被与气体一起从气闸102进料至注射成型套筒/螺杆100。如方框310中所描述的，在注射成型套筒/螺杆100中塑化期间，气体可以逐渐地溶解在熔体中。此外，所公开的方法可以进一步受益于在注射成型套筒/螺杆100中没有和/或具有有限的研磨混合元件以进一步减少纤维断裂。

在方法300中，注射成型套筒/螺杆100(或注射成型机的塑化单元的其他部分)可以用气态发泡剂加压。为了防止在螺杆的末端处损失发泡剂，密封件104可以布置在螺杆108和套筒106之间。注射成型套筒/螺杆100和/或塑化单元本身可以用安装在注射成型套筒/螺杆100和漏斗128之间的气闸102密封。注射成型套筒/螺杆100和/或塑化单元可以装配有截止阀110和用于螺杆108的位置控制器，以在压力下保持装载有发泡剂的熔体直到它被注射到芯回退工具400。注射成型套筒/螺杆100可以被实施为3-区螺杆，而没有任何用于将气体溶解到熔体的研磨元件。一方面，加压在大于50％的塑化单元的体积中进行。一方面，加压在大于50％至100％的塑化单元的体积中进行。一方面，加压在大于50％至60％的塑化单元的体积中进行。一方面，加压在大于60％至70％的塑化单元的体积中进行。一方面，加压在大于70％至80％的塑化单元的体积中进行。一方面，加压在大于80％至90％的塑化单元的体积中进行。一方面，加压在大于90％至100％的塑化单元的体积中进行。

如方框312中所描述的，芯回退工具400的模腔408可以处于第一配置1并且可以被填充上至90-100％的体积。一方面，芯回退工具400的模腔408可以处于第一配置1并且可以被填充95-100％的体积。一方面，芯回退工具400的模腔408可以处于第一配置1并且可以被填充90-95％的体积。一方面，芯回退工具400的模腔408可以处于第一配置1并且可以被填充上至100％的体积。一方面，施加包装压力。这可以限制溶解的气体使零件406膨胀，因而限制泡沫的形成。一方面，不施加包装压力。由于该方法，零件406可以含有实心纤维增强热塑性塑料材料，但是具有比通常使用相同的设置和途径——没有加压和气体溶解——实现的更长的纤维。

如方框314中所描述的，芯回退工具400可以保持在第一配置1持续预定的时间和/或预定的压力。一方面，在该预定时间期间，形成零件406的注射材料可以在邻近模腔408的表面的零件406的表面或表层处固化。一方面，在该预定时间期间，形成零件406的注射材料可以部分固化。

最后，如方框316中所描述的，芯回退工具400的模腔408可以放置处于第二配置2。第二配置2具有更大的尺寸、厚度等。虽然处于第二配置2，但是注射材料内溶解的气体可以允许至少部分地膨胀以在零件406内形成泡沫。一方面，泡沫可以是低密度泡沫。一方面，泡沫可以在零件406的芯部中形成。一方面，泡沫可以在零件406的中心形成。一方面，泡沫可以在零件406的较厚区域中形成。

结果是发泡的零件，其与具有初始厚度的实心零件相比具有增大的厚度和相同的重量，但是与常规(实心)注射成型和现有的发泡技术相比，具有改善的冲击性能。冲击性能在此被限定为在落镖实验中测量的冲击穿透能量和最大穿透力，如以下详细描述的。通过至少将物理发泡工艺和芯回退工具打开技术工艺结合，由所公开的方法生产的零件与实心零件相比具有更好的冲击性能结果。

在试验期间，发现通过施加某些加工设置和将气体溶解到熔体中，纤维长度保持优于利用标准紧凑注射成型。当气压的增加伴随背压的增加并且两者之间留下5巴的间隙以有利于背压时，实现最佳条件。另一方面，当气压的增加伴随背压的增加并且两者之间留下至少5巴的间隙以有利于背压时，实现最佳条件。另一方面，当气压的增加伴随背压的增加并且两者之间留下3至7巴的间隙以有利于背压时，实现最佳条件。另一方面，当气压的增加伴随背压的增加并且在两者之间留下4至6巴的间隙以有利于背压时，实现最佳条件。更具体地，系统(加压套筒)中的气压和在塑化阶段期间施加的背压之间的差异应当是最小的(4至6巴)以防止另外的剪切。在某些应用中，对于某些材料，气体的压力可以上至35巴。对于这些特定材料和应用，气压的进一步增加可能对纤维长度具有消极影响。然而，也考虑了用于不同应用的不同压力与不同材料。通过使用这种将气体溶解到熔体中的方法和规定的加工参数，生产出与标准注射成型的零件相比具有更长纤维的零件。

纤维增强热塑性塑料的性质很大程度上由纤维的长度决定。在这种纤维增强热塑性塑料的注射成型期间，发生这些纤维的断裂。发现通过在注射成型套筒/螺杆100将气体溶解到熔体中，可以显著地减少纤维断裂。因而，可以成型零件，其与常规注射的零件相比含有更长的纤维。通过在成型的零件中具有更长的纤维，可以改善应用的机械性能并且可以实现进一步的重量减轻。此外，所公开的改进的注射成型发泡技术工艺与模具打开或芯回退工艺结合产生导致冲击性能提高的零件。

与短纤维增强材料相比，包括注射成型的长纤维增强热塑性塑料(lfrtp)的半结构零件通常展现出更好的刚度、强度和冲击行为。因此，这些类型的材料通常比短纤维填充材料更多地参与高端应用并且可以以良好的价格出售。例如，sabic^tmstamax^tmpp-lgf(聚丙烯-长玻璃纤维)的机械行为与典型的聚酰胺sgf(短玻璃纤维)材料竞争。材料和应用性能的关键是零件中(in＝part)的纤维长度。转换lfrtp材料的主要挑战是在塑化工艺期间尽可能长地保持零件中的颗粒中初始存在的长纤维。这需要一个狭窄的加工窗口。与最佳的标准注射成型设置相比，本公开内容大大地加宽了操作窗口并且导致更长的纤维，因而改善了零件性能和lfrtp竞争力。

将气体引入到注射成型套筒/螺杆100减少了熔体中——比如在注射成型套筒/螺杆100中——的纤维断裂。具体地，使用发泡注射成型工艺可以减小工艺中的摩擦并且产生具有更长纤维的注射成型的零件。通过使用所公开的方法，改善了注射成型套筒/螺杆100中的纤维保持，因而与常规注射零件相比，可以成型包含更长纤维的零件。

因此，所公开的改进的注射成型发泡技术与模具打开或芯回退工艺结合产生了导致冲击性能提高的零件。对纤维增强热塑性塑料，比如长玻璃纤维增强聚丙烯(lgf-pp)，证明了冲击性能的提高，如以下所描述的。

图6显示了用于研究根据本公开内容的原理构造的零件的测试结果的基板。具体地，图5显示了基板600。基板600大约是200mm(毫米)×100mm并且具有2.5mm的厚度。基板600包括2.5mm的中心门602。用具有35mm套筒的arburgallrounder520a1500-400注射成型机生产基板600。

图7显示了根据本公开内容的原理构造的零件的测试结果。对两种等级的stamax^tm长玻璃纤维增强聚丙烯(lgf-pp)——其具有30％的玻璃含量并且颗粒中玻璃的初始长度为12.5mm——进行了落镖或所谓的双轴冲击实验。一种等级是利用均聚物(stamax^tm30ym240)并且另一种是利用共聚物(stamax^tm30yk270)。参考图6，通过使用相同的加工条件和相同的基底厚度(2.5mm)生产基板600。通过使用作为profoam^tm销售的气体溶解技术与本公开内容中阐述的芯回退工艺技术结合获得样品中的发泡。如上所述，芯回退，也被称为通气或减压成型，是指芯回退工具400从其初始厚度至所需的最终厚度的受控打开。在为该研究进行的实验中，对不同的长玻璃纤维增强聚丙烯(lgf-pp)等级施加了不同的厚度增加。

如图7a中所显示的，利用30％的长玻璃纤维增强聚丙烯(lgf-pp)共聚物等级的材料；并且如图7b所显示的，利用30％的长玻璃纤维增强聚丙烯(lgf-pp)均聚物等级。来自落镖实验的以焦耳[j]为单位的穿透能量已被标准化为实心基板值，焦耳/焦耳[j/j]。在这方面，相对于具有相同重量的实心基板的穿透能量计算归一化。例如，对于相对密度1(实心零件)，归一化值为1；对于具有增加的厚度(2.5mm至6mm)和0.42的相对密度的零件，冲击穿透相对于实心零件增加1.5倍；并且对于厚度进一步增加至10mm，该值仍然是实心基板的1.3倍。经由材料发泡和芯回退厚度增加获得的密度降低是在恒定的重量下。用于实验的厚度(获得的相对密度)如下：实心：2.5mm(1.00)，发泡：6mm(0.42)、7.5mm(0.31)和10mm(0.25)。如图7a和图7b中所显示的，与实心基板600(实心：2.5mm(1))相比，发泡：6mm(0.42)，7.5mm(0.31)和10mm(0.25)基板600具有更大的相对穿透能量。

图8显示了根据本公开内容的原理构造的零件的测试结果。如图8a中所显示的，利用了30％长玻璃纤维增强聚丙烯(lgf-pp)共聚物等级的材料；并且如图8b中所显示的，利用了30％长玻璃纤维增强聚丙烯(lgf-pp)均聚物等级。如图8中所显示的，来自落镖实验的最大穿透力被归一化为实心基板值。经由材料发泡和芯回退厚度增加获得的密度降低是在恒定的重量下。所使用的厚度(所获得的相对密度)为：实心：2.5mm(1.00)，发泡：6mm(0.42)、7.5mm(0.31)和10mm(0.25)。如图8a和图8b所显示的，与实心基板600(实心：2.5mm(1.00))相比，发泡：6mm(0.42)，7.5mm(0.31)和10mm(0.25)基板600具有更大的相对穿透力。

图9显示了根据本公开内容的原理构造的零件的测试结果。图9是对于30％长玻璃纤维增强聚丙烯(lgf-pp)共聚物等级的根据本公开内容的方法与方法的比较。图9a显示来自落镖实验的以焦耳[j]为单位的穿透能量，其被归一化为实心基板值，焦耳/焦耳[j/j]。图9b显示了来自落镖实验的最大穿透力，其被归一化为实心基板值。经由材料发泡和芯回退厚度增加获得的密度降低是在恒定的重量下。所使用的厚度(所获得的相对密度)：实心：2.5mm(1)，发泡：6mm(0.42)和10mm(0.25)。更具体地，图9将通过本公开内容所阐述的profoam^tm加芯回退技术工艺获得的结果与现有的加芯回退技术进行了比较。基于本公开内容的教导获得的样品的冲击性能相比于由获得的冲击性能的优势是显著的。实际上，用生产的样品的冲击性能随着密度的减小而降低，而在如由本公开内容所阐述的方法的情况下，性能提高。

图10显示了根据本公开内容的原理构造的零件的测试结果。具体地，图10显示了关于相对穿透力不同发泡技术的比较，所述穿透力被归一化为实心基板值。不同螺杆必须用于不同的发泡技术，用于根据本公开内容的方法的标准3-区螺杆和用于发泡的螺杆，导致参考实心基板的不同性能。为此原因，所呈现的值被归一化为使用用于不同技术的各自螺杆获得的实心基板获得的值。通过在腔中注射较小的体积并且允许负载在熔体职工的气体膨胀以填充剩余的体积来实现短射发泡。使用根据本公开内容的方法获得的样品的冲击性能相比于使用方法获得的样品的冲击性能的优势对于所有技术是显而易见的，但是，如所公开，与实心样品相比，仅profoam^tm与芯回退成型工艺结合的组合给出了更好的冲击性能。考虑到样品中较大的密度降低，该发现是显著的。

基于以上所述和图7-10中所显示的发现，使用公开的方法至少对于冲击性能是有益的。更具体地，以上所述和图7-10中所显示的发现显示，用公开的方法和/或公开的装置生产的零件导致具有小于1的相对密度的零件并且零件具有大于在不加压塑化单元情况下制成的类似尺寸零件的冲击性能。此外，以上所述和图7-10中所显示的发现显示，用公开的方法和/或公开的装置生产的零件具有小于1的相对密度并且导致具有大于类似尺寸实心零件的冲击性能的零件。此外，以上所述和图7-10中所显示的发现显示，用公开的方法和/或公开的装置生产的零件导致具有小于0.5的相对密度的零件并且该零件具有大于在不加压塑化单元的情况下制成的类似尺寸零件的冲击性能。此外，以上所述和图7-10中所显示的发现显示，用公开的方法和/或公开的装置生产的零件，其具有小于0.5的相对密度，导致具有大于类似尺寸实心零件的冲击性能的零件。这增加了使用长玻璃纤维材料设计和加工轻质应用的机会。一方面，冲击性能包括相对穿透力。一方面，冲击性能包括相对穿透能量。一方面，冲击性能包括相对穿透力和相对穿透能量。这增加了使用长玻璃纤维材料设计和加工轻质应用的机会。因此，根据本公开内容形成的零件具有大于在大于其体积的50％中不加压塑化单元的情况下制成的具有相同重量的零件的冲击性能，并且该零件具有大于具有相同重量的实心零件的冲击性能。

通过使用该技术，可以生产含有更长纤维的零件。这对于lfrtp材料是有益的，因为纤维长度是lfrtp应用的机械性能的决定因素。使用该方法更好地保持纤维长度的另一个优势是具有远远更宽的加工窗口。lfrtp材料的加工窗口是非常窄的，因为主要问题是纤维保持和纤维分散，在加工中其相互矛盾。如果将足够的剪切引入加工中，分散良好，但是纤维长度减小，并且相反，如果施加较低的剪切，纤维保持良好，分散可能是一个问题。使用该方法，可以实现更大的加工窗口，导致良好的纤维分散结合相对良好的纤维保持。此外，本公开内容的方法可以应用于具有类似益处的包括短玻璃纤维(sgf)材料和直接长纤维热塑性(dlft)材料的其他材料。

应当理解的是，使用本文公开的方法可以加工任何热塑性材料。例如，聚合物可以包括聚苯醚基树脂、聚缩醛基树脂、聚酰胺基树脂、聚苯乙烯基树脂、聚甲基丙烯酸甲酯基树脂、聚丙烯腈基树脂、聚酯基树脂、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚砜、聚醚(醚)酮、聚烯烃基树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯基树脂(pet)、聚对亚苯基树脂、聚氯乙烯(pvc)基树脂、聚四氟乙烯基(ptfe)基树脂和包括前述至少一种的组合。

可以被采用的可能聚合树脂包括但不限于低聚物、聚合物、离聚物、树枝状大分子、共聚物(比如接枝共聚物、嵌段共聚物(例如，星形嵌段共聚物、无规共聚物等))和包括前述至少一种的组合。这种聚合树脂的实例包括但不限于聚碳酸酯(例如，聚碳酸酯的掺合物(比如，聚碳酸酯-聚丁二烯掺合物、共聚酯聚碳酸酯))、聚苯乙烯(例如，聚碳酸酯和苯乙烯的共聚物、聚苯醚-聚苯乙烯掺合物)、聚酰亚胺(例如，聚醚酰亚胺)、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯(abs)、聚甲基丙烯酸烷基酯(例如，聚甲基丙烯酸甲酯)、聚酯(例如，共聚酯、聚硫酯)、聚烯烃(例如，聚丙烯和聚乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯)、聚酰胺(例如，聚酰胺酰亚胺)、聚芳酯、聚砜(例如，聚芳基砜、聚砜酰胺)、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚醚(例如，聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚砜)、聚丙烯酸、聚缩醛、聚苯并唑(例如，聚苯并噻嗪并吩噻嗪、聚苯并噻唑)、聚二唑、聚吡嗪并喹喔啉、均苯型聚酰亚胺、聚喹喔啉、聚苯并咪唑、聚氧代吲哚(polyoxindole)、聚氧代异吲哚啉(例如，聚二氧代异吲哚啉)、聚三嗪、聚哒嗪、聚哌嗪、聚吡啶、聚哌啶、聚三唑、聚吡唑、聚吡咯烷、聚碳硼烷、聚氧杂双环壬烷、聚二苯并呋喃、聚苯酞、聚缩醛、聚酸酐、乙烯类聚合物(例如，聚乙烯醚、聚乙烯基硫醚、聚乙烯醇、聚乙烯酮、聚卤乙烯、聚乙烯腈、聚乙烯酯、聚氯乙烯)、多磺酸酯、多硫化物、聚脲、聚磷腈、聚硅氮烷(polysilazzane)、聚硅氧烷、以及包括前述至少一种的组合。

更具体地，聚合物可以包括但不限于聚碳酸酯树脂(例如，lexan^tm树脂，其可商业上获得自sabic，比如lexan^tmxht、lexan^tmhfd等)、聚苯醚-聚苯乙烯掺合物(例如，noryl^tm树脂，其可商业上获得自sabic)、聚醚酰亚胺树脂(例如，ultem^tm树脂，其可商业上获得自sabic)、聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚碳酸酯掺合物(例如，xenoy^tm树脂，其可商业上获得自sabic)、共聚酯碳酸酯树脂(例如，lexan^tmslx或lexan^tmfst树脂，其可商业上获得自sabic)、丙烯腈丁二烯苯乙烯树脂(例如，cycoloy^tm树脂，其可商业上获得自sabic)、聚醚酰亚胺/硅氧烷树脂(例如，siltem^tm，其可商业上获得自sabic)、聚丙烯树脂，例如，长玻璃纤维填充的聚丙烯树脂(例如，stamax^tm树脂，其可商业上获得自sabic)、和包括前述树脂的至少一种的组合。甚至更具体地，聚合树脂可以包括但不限于聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚苯醚、或包括前述树脂的至少一种的组合的均聚物和共聚物。聚碳酸酯可以包括聚碳酸酯的共聚物(例如，聚碳酸酯-聚硅氧烷，比如聚碳酸酯-聚硅氧烷嵌段共聚物)、线性聚碳酸酯、支化聚碳酸酯、pc的封端的聚碳酸酯(例如，腈封端的聚碳酸酯)掺合物比如pc/abs掺合物、和包括前述至少一种的组合，例如支化和线性聚碳酸酯的组合。

一方面，聚合材料包括玻璃纤维。如本文所描述的，玻璃纤维包括具有大于或等于3mm初始长度的玻璃纤维。然而，在其他方面，具有其他初始长度的玻璃纤维受益于本公开内容的方法。聚合物可以包括通常并入该类型的聚合物组合物中的各种添加剂，条件是选择添加剂(一种或多种)以便不显著不利地影响零件的所需性质，具体地，机械性质，比如抗冲击性。在混合用于零件的聚合材料期间，可以在合适的时间混合这类添加剂。示例性添加剂包括冲击改性剂、填料、增强剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外(uv)光稳定剂、增塑剂、润滑剂、脱模剂、抗静电剂、着色剂(比如炭黑和有机染料)、表面效应添加剂、抗臭氧剂、热学稳定剂、防腐添加剂、流动促进剂、颜料、染料辐射稳定剂(例如，红外吸收)、阻燃剂和防滴剂。可以使用添加剂的组合，例如热稳定剂、脱模剂和紫外线稳定剂的组合。通常，添加剂以通常已知有效的量使用。基于聚合材料组合物的总重量，(除了任何冲击改性剂、填料或增强剂之外)添加剂的总量通常是0.001wt％至5wt％。

可以通过在限定的压力和温度范围内向聚合物熔体添加气体比如氮气、氧气或二氧化碳来实现发泡剂的添加。在该范围内，气体可以在塑化期间溶解在聚合物熔体中。进一步地，在该方法期间，气体可以变成超临界流体(但不是必须的)。可以使用各种技术以将气体添加至熔体，包括在机器套筒中将气体添加至熔体(技术1)和在适当的热流道系统中将气体添加至熔体。

技术1涉及当气体比如氮气沿着套筒向下移动时计量进入聚合物熔体流的气体。将气体完全混合到聚合物中，产生聚合物和气体的单相溶液。

根据本公开内容生产的制品包括例如计算机和商用机器外壳、家用电器、托盘、平板、把手、头盔、汽车零件比如仪表面板、杯架、手套箱、室内覆盖物等。在各种进一步的方面，形成的制品包括但不限于食品服务物品、医疗装置、动物笼、电连接器、用于电气设备的罩、电动机零件、配电设备、通信设备、计算机等，包括以卡扣式连接器成型的装置。在进一步的方面，本公开内容的制品包括：用于包括汽车在内的户外车辆和装置的外部主体面板和零件，比如标志等的受保护的图形，比如远程通信和电气连接盒等的户外外壳，和比如屋顶部分、墙面板和上釉等的建筑应用。由所公开的聚碳酸酯制成的多层制品具体地包括在其使用期期间将暴露于无论是天然或人造紫外线的制品，并且最具体地包括户外制品；即，旨在用于户外用途的那些。合适的制品由下述例示：用于户外车辆和装置的罩、外壳、面板和零件；用于电气和远程通信装置的罩；户外家具；航空器组件；船只和船舶设备，包括装饰、罩和外壳；外置马达外壳；测深器外壳、个人水运工具；水上摩托车；水池；浴池；热水桶；台阶；台阶覆盖物；建筑和建造应用比如上釉、屋顶、窗户、地板、装饰橱窗陈设或处理；用于图片、绘画、海报和类似展示物品的处理的玻璃盖；墙面板和门；受保护的图形；户外和室内标志；用于自动取款机(atm)的罩、外壳、面板和零件；用于草坪和花园拖拉机、割草机和工具——其包括草坪和花园工具——的罩、外壳、面板和零件；窗户和门装饰；运动设备和玩具；用于雪地车的罩、外壳、面板和零件；休闲车辆面板和组件；操场设备；由塑料-木材组合制成的制品；高尔夫球场标记；公共设施坑盖；计算机外壳；台式计算机外壳；便携式计算机外壳；笔记本计算机外壳；掌上计算机外壳；监控器外壳；打印机外壳；键盘；传真机外壳；复印机外壳；电话外壳；手机外壳；无线电发送器外壳；无线电接收器外壳；灯具；照明电器；网络接口装置外壳；变压器外壳；空调外壳；用于公共交通的包层或座位；用于火车、地铁或公共汽车的包层或座位；仪表外壳；天线外壳；用于卫星天线的包层；涂布的头盔和个人保护设备；涂布的合成或天然纺织品；涂布的摄影胶片和摄影印刷品；涂漆制品；涂染制品；涂布的荧光制品；涂布的制品；和类似的应用。

一方面，零件可以包括包含公开的玻璃纤维填充聚合材料的制品。在进一步的方面，包括公开的玻璃纤维填充聚合材料的制品可以用于汽车应用中。在又进一步的方面，包括公开的玻璃纤维填充聚合材料的制品可以选自仪器面板、顶置控制台、内饰、中央控制台、面板、后顶盖侧板(quarterpanel)、摇杆面板、装饰件、挡泥板、门、甲板盖、行李箱盖、帽盖、阀帽、车顶、保险杠、仪表板、格栅、小型外壳、柱状贴花、包层、车身饰条、轮盖、毂帽、门把手、扰流板、窗框、前照灯灯框、前照灯、尾灯、尾灯外壳、尾灯灯框、车牌罩、车顶架和踏脚板。在甚至进一步的方面，包括公开的玻璃纤维填充聚合材料的制品可以选自移动装置外部、移动装置盖、用于电气和电子装配件的罩、保护安全帽、家具和细木工面板的缓冲边缘、行李箱和保护性携带箱、小厨房电气、和玩具。

一方面，零件可以包括包含公开的玻璃纤维填充聚合材料的电气或电子装置。在进一步的方面，电气或电子装置可以是手机、mp3播放器、计算机、笔记本电脑、照相机、录像机、电子平板电脑、寻呼机、手持接收器、视频游戏、计算器、无线车进入装置、汽车零件、过滤器外壳、行李车、办公椅、厨房电器、电气外壳、电连接器、照明装置、发光二极管、电气零件或远程通信零件。

本文公开的方法可以提供关于使用玻璃纤维填充材料的有利结果，因为与其他成型品中的原始纤维长度相比，由于纤维长度导致的机械性质的损失被维持或提高。此外，用于改变注射单元的初始成本很低，因为仅加压单元是另外的组件。

实施例

实施例1.一种制造零件的方法，其包括：将玻璃纤维填充聚合材料引入至注射成型机的漏斗；使玻璃纤维填充聚合材料在塑化单元中熔化以形成熔体；用发泡剂加压注射成型机的塑化单元，其中加压在大于50％的塑化单元的体积中进行；将发泡剂溶解到熔体中；将熔体注射到模具的模腔上至100％的体积；并且重新配置模具以在递送熔体之后在预定时间后增大模腔的尺寸，以生产具有小于1的相对密度的零件，该零件具有大于在大于其体积的50％中不加压塑化单元的情况下制成的具有相同重量的零件的冲击性能，并且该零件具有大于具有相同重量的实心零件的冲击性能。

实施例2.实施例1的方法，其中冲击性能包括相对穿透力。

实施例3.实施例1-2任一项的方法，其中冲击性能包括相对穿透能量。

实施例4.实施例1-3任一项的方法，其中冲击性能包括相对穿透力和相对穿透能量。

实施例5.实施例1-4任一项的方法，进一步包括在重新配置模具之前允许零件部分地固化。

实施例6.实施例1-5任一项的方法，其中模具用芯回退工艺实施。

实施例7.实施例1-6任一项的方法，其中模具用芯回退工艺实施，该芯回退工艺包括配置用于精确打开模具以增大初始厚度的工具。

实施例8.实施例1-7任一项的方法，其中重新配置模具以增大模腔的尺寸包括打开模具。

实施例9.实施例1-8任一项的方法，其中重新配置模具以增大模腔的尺寸导致零件中的泡沫生成。

实施例10.实施例1-9任一项的方法，其中重新配置模具以增大模腔的尺寸导致零件的芯中的泡沫生成。

实施例11.一种由实施例1-10任一项的方法制成的聚合零件，其中零件中玻璃纤维的成型后长度大于在大于50％至100％的塑化单元的体积中不加压塑化单元的情况下制成的零件中的玻璃纤维的成型后长度。

实施例12.一种配置为生产零件的注射成型装置，其包括：漏斗，其配置为引入玻璃纤维填充聚合材料，其中玻璃纤维具有预成型的长度；塑化单元，其配置为使玻璃纤维填充聚合材料熔化以形成熔体；气体源，其配置为用发泡剂加压注射成型装置的塑化单元，其中气体源配置为在大于50％的塑化单元的体积中加压；模具，其包括配置为在成型期间改变尺寸的模腔；塑化单元，其进一步配置为将熔体递送到模腔上至100％的体积以形成零件；和模具，其配置为在递送熔体之后的预定时间增大模腔的尺寸以生产具有小于1的相对密度的零件，该零件具有大于在大于其体积50％中不加压塑化单元的情况下制成的具有相同重量的零件的冲击性能，并且该零件具有大于具有相同重量的实心零件的冲击性能。

实施例13.实施例12的装置，其中冲击性能包括相对穿透力。

实施例14.实施例12-13任一项的装置，其中冲击性能包括相对穿透能量。

实施例15.实施例12-14任一项的装置，其中冲击性能包括相对穿透力和相对穿透能量。

实施例16.实施例12-15任一项的装置，其中模具被进一步配置为在改变模腔的尺寸之前允许零件部分固化。

实施例17.实施例12-16任一项的装置，其中模具用芯回退工艺实施。

实施例18.实施例12-17任一项的装置，其中模具配置为用芯回退工艺实施，该芯回退工艺包括配置用于精确打开模具以增大初始厚度的工具。

实施例19.实施例12-18任一项的装置，其中模具配置为增大模腔的尺寸以促进零件中的泡沫生成。

实施例20.实施例12-19任一项的装置，其中重新配置模具以增大模腔的尺寸导致零件的芯中的泡沫生成。

实施例21.实施例12-20任一项的装置，其中在将熔体注射到模腔之后施加包装压力至模腔以在增大模具的尺寸之前限制溶解的气体膨胀且限制零件中的泡沫形成。

实施例22.实施例12-21任一项的装置，其中在将熔体注射到模腔之后不施加包装压力至模腔。

实施例23.实施例12-22任一项的装置，进一步包括控制器，其配置为控制以下的至少一种：塑化单元的至少一个加热器、塑化单元的气体源、塑化单元、模具的尺寸和漏斗的多个阀。

实施例24.一种制造零件的方法，其包括使玻璃纤维填充聚合材料在注射成型机的塑化单元中熔化以形成熔体；使用发泡剂加压塑化单元中的熔体，其中加压在大于50％的塑化单元的体积中进行；使得发泡剂至少部分地溶解到加压的熔体中；将加压的熔体注射到模具的模腔中；和在将加压的熔体注射到模腔中之后增大模腔的体积以生产零件，其中，该零件具有小于1的相对密度并且当与由具有相同重量的熔体形成且未使用发泡剂加压的类似零件相比时具有更大的冲击性能，如由落镖实验所确定的。

实施例25.实施例24的方法，其中冲击性能包括如由落镖实验所确定的相对穿透力。

实施例26.实施例24的方法，其中冲击性能包括如由落镖实验所确定的相对穿透能量。

实施例27.实施例24的方法，其中冲击性能包括如由落镖实验所确定的相对穿透力和相对穿透能量。

实施例28.实施例24-27任一项的方法，进一步包括在增大模腔的体积之前允许零件部分地固化。

实施例29.实施例24-28任一项的方法，其中模具实施芯回退工艺，其包括模具从初始厚度至最终厚度的受控打开。

实施例30.实施例24-29任一项的方法，其中增大模腔的体积包括打开模具。

实施例31.实施例24-30任一项的方法，其中增大模腔的体积导致零件中的泡沫生成。

实施例32.实施例24-31任一项的方法，其中增大模腔的体积导致零件的芯中的泡沫生成。

实施例33.一种由实施例24-32任一项的方法制成的聚合零件，其中零件中的玻璃纤维的成型后长度大于在大于50％的塑化单元的体积中不加压熔体的情况下制成的零件中的玻璃纤维的成型后长度。

实施例34.一种配置为生产零件的注射成型装置，其包括：漏斗，其配置为引入玻璃纤维填充聚合材料，其中玻璃纤维具有预成型的长度；塑化单元，其配置为使玻璃纤维填充聚合材料熔化以形成熔体；气体源，其配置为用发泡剂加压注射成型装置的塑化单元，其中气体源配置为在大于50％的塑化单元的体积中加压；模具，其包括配置为在成型期间改变尺寸的模腔；塑化单元，其进一步配置为将熔体递送到模腔上至100％的体积以形成零件；和模具，其配置为在递送熔体之后在预定的时间之后增大模腔的尺寸以生产具有小于1的相对密度的零件，该零件当与由具有相同重量的熔体形成且不使用发泡剂加压的类似零件相比时具有更大的冲击性能，如由落镖实验所确定的。

实施例35.实施例34的装置，其中冲击性能包括如由落镖实验所确定的相对穿透力。

实施例36.实施例34的装置，其中冲击性能包括如由落镖实验所确定的相对穿透能量。

实施例37.实施例34的装置，其中冲击性能包括如由落镖实验所确定的相对穿透力和相对穿透能量。

实施例38.实施例34-37任一项的装置，其中模具进一步配置为在改变模具的尺寸之前允许零件部分地固化。

实施例39.实施例34-38任一项的装置，其中模具配置为实施芯回退工艺，该芯回退工艺包括从模具初始厚度至最终厚度的受控打开。

实施例40.实施例34-39任一项的装置，其中模具配置为增大模腔的尺寸以促进零件中的泡沫生成。

实施例41.实施例34-40任一项的装置，其中重新配置模具以增大模腔的尺寸导致零件的芯中的泡沫生成。

实施例42.实施例34-41任一项的装置，其中在将熔体注射到模腔之后施加包装压力以在增大模具的尺寸之前限制溶解的气体膨胀且限制零件中的泡沫形成。

实施例43.实施例34-42任一项的装置，进一步包括控制器，其配置为控制以下至少一种：塑化单元的至少一个加热器、塑化单元的气体源、塑化单元、模具的尺寸和漏斗的多个阀。

进一步地，根据本公开内容的各个方面，本文描述的方法旨在供控制器操作，其包括但不限于pc、pda、半导体、专用集成电路(asic)、可编程逻辑阵列、云计算装置和构造以实施本文所述方法的硬件装置。

虽然已经根据示例性方面描述了本公开内容，但是本领域技术人员将认识到，可以在所附的权利要求的精神和范围内进行更改来实践本公开内容。以上给出的这些实施例仅仅是说明性的并且不意味着是本公开内容的所有可能设计、方面、应用或更改的穷尽性列举。