专利名称：压制模压板上流动皱纹的消除的制作方法
技术领域：
本发明涉及由增强热塑性材料制备产品的方法，更具体地说，涉及消除具有大表面积的模制增强热塑性制件中流动波纹的方法。
背景技术：
塑料正替代金属用作建筑材料。与金属相比，塑料能节省成本，并容易制造且重量轻，这些结合在一起给塑料提供了进入金属领域的推动力。
塑料能制成强度范围宽的多种几何形状。实际上，现在塑料能制成外用半结构金属部件的替代物，如汽车外壳、盖板、车顶和防护板延伸部分。由于增强热塑性模塑混合料重量更轻，在涂饰期间不渗气，且更易回收利用，因此，近年来它们更受欢迎。这与不具有上述特性的热固性化合物形成对比。
在包括半结构塑料制件在内的塑料制件的常规制造方法中，由于自动和半自动模塑技术具有高生产率、较低的劳动力成本和可改善产品均匀性而极受欢迎。一种更受欢迎的半自动模塑方法称作压缩模塑。当物料流入开口的模腔，在模具部件关闭后，对装模料进行模塑。在称为切口(shear edge)的阳模和阴模部件四周的平滑且对准的表面滑动到一起，在模具四周起“截坯”作用以使来自模腔中模塑混合料的主流停止流动。位于模具四周的边缘开口(edge opening)或切口间隙宽度通常为0.0508-0.127mm(0.002-0.005英寸)。该间隙应适当地保持得很小，即恰好大至能不粘结地关闭模具，并小至能阻止大量的装模料从模腔中逸出。不幸的是在使用小切口间隙时，当模塑时，这些制件的表面将有不可接受的外观，而必须进行手工整饰。表面的皱折明显。
在装填模具工序中，压力迫使模塑混合料流动并填满模腔。当模塑混合料到达切口时，物料已十分接近树脂的冻点或固化点。当料流冲击切口的“壁”时，料流的残余能量将使模塑混合料回弹，并试图流回至迎面而来的料流前沿，接着又使模塑混合料中的增强材料发生弯曲。在固化的母体树脂中弯曲的增强材料变成冻结态。当混合料继续固化时，弯曲的增强材料将通过模塑制件的表面显露出来。这种“流动连波纹”本身通常以一系列波的形式显示，其波幅可高达25μm，频率为1500至3000μm。这种波动通常在压缩模塑制件的切口或其附近发生，并且在涂饰前后均可用肉眼看出。因此，带有这些表面变形的产品在涂饰前必须进行手工整饰，这将是费工费时的。即使用手工整饰，这样的模塑制件的边角料率也可能高达50％。
业已在若干种不同的模具构形如圆形、方形和异形制件中证实了流动连波纹的存在。通过改变所用的树脂以及改变增强材料，业已做出了解决该问题的各种尝试。绝大多数加工变量的统计试验表明，对最终模塑件中存在的流动连波纹的幅度或出现率没有明显的作用。
发明概要根据本发明，增强热塑性制件是压缩模塑出的，它没有流动连波纹图案。省去了重要的后整饰，因此相应地增加了最终产品的生产率并降低了生产成本。
在实施本发明时，将装模料加热至树脂的熔点以上并置于一组形成模腔的协同模具内，所述的装模料由许多无规分散的高模量增强纤维层组成，其中所述的纤维被固化的热塑性树脂母体固着在一起。表面的周边彼此有一定的间隔，以提供沿模具四周的剪切间隙(shear gap)。当在模塑过程中将两个模具合拢时，模具中产生的压力迫使装模料流动，并填满模腔。于是形成料流前沿，并且迫使一定数量的装模料进入阴模四周的切口中。切口的大小以能接收一定数量的装模料为准，当模塑料固化时，所述一定数量的装模料能消耗料流前沿中的残余能量。如果切口太小，那么模塑料将从切口回弹至迎面而来的料流前沿。这种回弹运动将使流动材料中的增强组分发生弯曲。弯曲的增强材料将以流动连波纹的形式遍及整饰过的模塑制件。
如果观测到流动连波纹的话，应调节切口，以增加协同模具边缘之间的间隙。当树脂料固化时，应使切口间隙增加，以便使更少受阻的模塑料流从模腔流入剪切间隙中。所需间隙的大小取决于装模料组分的特性、模具温度、闭模速度和模塑混合料所需压力。
图1是模具上模和下模的示意图，图中示出了置于下模模塑表面上的模塑料。
图2是处于部分关闭位置的图1所示模具的示意图。
图3是处于关闭位置的图1所示模具的示意图，图中示出了流入模具边缘的剪切间隙中的装模料。
发明的详细说明参考附图，图1示出了具有上模12和下模14的模具10，并具有协同确定模腔16的相对的模塑表面22和24。模塑表面22和24确定模腔16并决定待制造制件的形状。
上模12通常连接到活动压板上，该压板在图中未画出，它在活塞或类似装置的作用下工作，以控制上模12和下模14之间的相对运动。控制模具运动的方式对本领域熟练技术人员来说是已知的。
在开启位置，模具12和14有一定间距，以便使装模料26能放置在下模14的模塑表面24上。术语“装模料”指的是进行固化以提供刚性、实心制品的材料，该材料包含增强材料，其它助剂如填料，抗氧剂和颜料，以及一种或多种热塑性树脂。可以使用的树脂可以是能给待成型的制品提供必需的粘结和强度的任何材料，如热塑性聚酯、聚乙烯、聚丙烯、共聚酯、聚酰胺，包括尼龙6、尼龙6/6、尼龙11、尼龙12，J2、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)，聚甲亚苯，聚芳基化物和聚偏二氟乙烯。可通过各种方法，将这些树脂与浓度为约5-50％(重量)的增强纤维或填料进行混合，以生产出可靠高模量的模压板。优选的树脂材料是热塑性聚酯树脂。
增强材料可以是任何高模量纤维，如聚酰胺、玻璃、碳、聚酯和高温尼龙。优选纤维的模量至少为100,000MP。
本发明找到了在格氏和韦氏(Geary和Weeks)的US5,134,016和EP0 341 977(1994年2月16日授权)中披露的呈一层或多层片材形式的模塑混合料的特定用途，在此将它们列出作为参考。这些材料包括能成型出可以切成希望形状并置于模具中的多孔半固态片材、混有增强纤维和各种填料的热塑性树脂。典型的增强纤维包括聚酰亚胺纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、天然纤维和金属纤维。最好选用成股的玻璃纤维。
在图2中，装模料26由纤维增强的热塑性片材组成。在模塑表面上装料的厚度、重量和布置将取决于最终制件所希望的构形。通常，装模料应放置在中央，如果使用多层片材时，各片之间几乎或根本没有间隙存在。通过使用强制热空气对流炉或其它合适的预热技术，将装模料26加热至母体树脂熔点以上的温度。然后将加热的装模料26置于模具16的模塑表面24上。
如图2所示，模具14和16相互面对着移动至完全关闭的位置。在模具关闭工序期间，上模12与装模料26接触，使之铺展开并填充模腔16。如图3所示，装模料26填充模腔16并流入剪切间隙34中。当装模料26到达剪切间隙34的边缘时，装模料26非常接近于其母体树脂的冻点或固化点。通过控制剪切间隙34的宽度，在剪切间隙34中消耗了流动树脂的残余能量，并且该流动树脂不会回弹进入装模料的流动前沿。切口间隙34的宽度取决于所用装模料的组成，包括热塑性树脂的种类以及增强纤维和填料的浓度。剪切间隙的大小不能太小，这是因为太小时，当装模料流过模腔并到达剪切间隙时将不能消耗模塑料中的残余能量。同样，过大的剪切间隙将不能在模具中建立起压实制件所需的压力，这将导致过量的装模料26被压出模腔16。含聚对苯二甲酸乙二醇酯的模塑组合物的剪切间隙的宽度通常在0.381-0.762mm(0.015-0.030英寸)之间。
在树脂固化到可以将制件取下之后，将模具14和16分开，将制件顶出或取出。通常，对于0.254mm(0.100英寸)厚的制件来说，模具的保压时间为20-60秒。
通过下面所指出的将进一步说明本发明。整个说明书和权利要求中所述的单位均已从英制转换成国际单位制。
实施例由纺丝旦为1.5的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制备自支撑的多孔絮状物。将该纤维转化成0.635cm的短纤维，并与直径为0.013mm，长约1.27mm(0.5英寸)的玻璃纤维充分混合。将上述配混料制成水悬浮液，并在造纸机网前箱的运动网带上以毡片的形式收集，然后送至干燥机中。该毡片由25％(标称)玻璃纤维(Owens Corning Fiberglass“K”)、74.75％PET纤维和0.25％“Irganox”330(Ciba Geigy抗氧剂)组成。使用7.62m/m的网带速度和280℃的干燥温度，使PET纤维预熔化成液滴，并沿玻璃纤维分布。最终得到基重为0.444kg/cm2的片材。
用冲切模将该片材切成直径为17.78cm(7.0英寸)的圆片，以覆盖压模约48％的净表面积。将许多圆片叠起来以形成235g(标称)重量的预成型件。
将该预成型件以单垛的形式置于对流加热炉中。使加热至320℃的热空气以106.68m/分钟的速率强制通过该垛为时60秒，以使PET树脂熔化。然后将该预成型件送至25.4cm(10英寸)直径的压模中，以170℃的标称模具温度保持1分钟。模具压力控制在13.7891mPa(2000psi)。最终的闭模速率为2.032m/分钟(80英寸/分钟)。然后打开模具、取出制件并使之冷却。
重复上述的步骤，所不同的是，将片材切成15.24×15.24cm(6英寸×6英寸)的方形预成形件，覆盖压缩模约48％的净表面积。
使用针式外形仪(Sutronic Model No3，针头和探针的直径为0.1016mm(0.004英寸))，以测量在模压件中形成的连波纹的幅度和频率。
所得测量值列于表1中。
表1装料切口环直径 间隙距离 平均频率平均幅度形状cm(英寸)mm(英寸) mm(英寸)mm(英寸)圆25.4 10.0 0.0003.327 10.131 0.0114 0.00045方25.4 10.0 0.0003.150 0.124 0.0086 0.00034圆25.43 10.010 0.127 0.005 2.794 0.110 0.0083 0.00033方25.43 10.010 0.127 0.005 3.124 0.123 0.0081 0.00032圆25.45 10.020 0.254 0.010 3.505 0.138 0.0053 0.00021方25.45 10.020 0.254 0.010 2.515 0.099 0.0081 0.00032圆25.48 10.030 0.381 0.015 1.321 0.052 0.0036 0.0014方25.48 10.030 0.508 0.015 3.378 0.133 0.0056 0.00022圆25.5 10.040 0.508 0.020 0平方25.5 10.040 0.508 0.020 0平圆25.53 10.050 0.635 0.025 0平方25.53 10.050 0.635 0.025 0平圆25.55 10.060 0.762 0.030 0平方25.55 10.060 0.762 0.030 0平根据本发明制得的制件没有皱折，具有平滑的表面。
权利要求
1.一种通过将含热塑性树脂的增强模塑物料进行压塑而制造具有平滑表面制件的方法，所述方法包括(a)开启具有第一模和第二模的模具，该模具带有协同确定模腔的相对模塑表面，该模腔的形状与所希望的制件的形状相一致；(b)将加热了的所述模塑料的装模料放置在所述模具之一的模塑表面上；(c)关闭所述模具，以压塑所述装模料，并填充模腔，形成所述装模料的流动前沿，所述的第一和第二模具均有边缘，其中所述第一模具的边缘与所述第二模具的相应边缘被一间隙分开，以便从所述的流动前沿接收一定量的模塑料，所述量足以消耗流动前沿的残余能量，以阻止当模塑料进入所述边缘时该模塑料的回弹；(d)使所述装模料固化；和(e)将所述的第一和第二模具分开，并取出具有平滑表面的制件。
2.如权利要求1的方法，其中所述的装模料是纤维增强的。
3.如权利要求2的方法，其中所述的纤维增强物为玻璃纤维。
4.如权利要求1的方法，其中所述的热塑性树脂为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
5.如权利要求1的方法，其中所述第一和第二模具边缘的间距为0.381-0.762mm(0.015-0.030英寸)。
6.一种通过压缩模塑而制造大表面成形结构制件的方法，包括如下步骤(a)将已加热的装模料置于模具中，所述装模料由可模塑的热塑性树脂和增强纤维组成，所述模具有相对的模塑面，其中所述的面构成带有周边缘的模腔，所述边缘有一定间距，以便沿所述模具的四周提供剪切间隙(shear gap)；(b)压缩模塑所述的装模料以填充所述的模腔，形成所述装模料的流动前沿，并迫使一定量的所述装模料进入所述的剪切间隙中，所述的装料量足以消耗当装模料进入所述剪切间隙时来自所述流动前沿的残余能量；和(c)从所述模具中取出具有平滑表面的成形结构。
7.如权利要求6的方法，其中所述的纤维增强物是玻璃纤维。
8.如权利要求6的方法，其中所述的热塑性树脂是聚对苯二甲酸乙二醇酯。
9.如权利要求8的方法，其中所述第一和第二模具边缘的间距为0.381-0.762mm(0.015-0.030英寸)。
全文摘要
通过将已加热的装模料(26)置于模具(12,14)中,对含热塑性塑料的增强模塑料(26)进行压缩模塑,成型出具有平滑表面的大表面成型结构;所述模具具有有一定间隔的四周表面,以提供剪切间隙(34)。调节剪切间隙(34)的宽度以接收一定量的模塑料,当结构固化时,所述一定量的模塑料足以消耗装模料流动前沿中的残余能量,以阻止流动前沿的回弹。
文档编号B29C43/36GK1175224SQ95197693
公开日1998年3月4日 申请日期1995年2月21日 优先权日1995年2月21日
发明者J·M·费舍 申请人:纳幕尔杜邦公司