專利名稱：在基體上制造刷毛結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種借助于模具在任意類型的基體上制造刷毛結(jié)構(gòu)的方法，此模具具有從一模具壁出發(fā)的用于刷毛成形的通道，其中構(gòu)成刷毛的成形材料在壓力作用下進入通道內(nèi)。
背景技術(shù)：
刷毛制品，其中特別是包括各種類型的刷子，毛刷和掃帚，主要通過機械方法制造，首先制造帶孔的鬃載體，接著用機械方法裝上刷毛束。隨著塑料的出現(xiàn)通過灌注或注塑制造刷體，刷毛既可以用普通的機械方法，在最近也通過熱力方法固定。在所有這些方法中首先必須在擠出或紡造過程中制造刷毛單絲，在某些情況下切斷單絲，接著將刷毛固定在基體上。在當今仍然大多采用的固定技術(shù)中刷毛接成環(huán)線并用金屬錨桿沖壓在刷體內(nèi)。
因此不乏大量的試驗，使刷毛或刷毛束與基體一起形成一體再將基體與刷體結(jié)合，以使制造過程更經(jīng)濟。例如一百年以前就有人建議(GB788/1861，GB24 935/1896)，灌注刷毛和連接它們的由彈性材料如橡膠等等組成的基體，然后固定在本身的剛性刷體上，此外已知(DE941 364，GB 2 151 971，US 301 644，4 244 076，US 5,040,260，US5,966,771，WO98/03097)，在一次注塑過程中制造合并成組的清潔元件連同連接它們的基體，然后或者用雙組分注塑方法使基體與刷體結(jié)合。最后已知，將整個刷體和刷毛制造成一體的注塑件(US 5,926,900)。
在實際上這種類型的刷子只能用在小的范圍內(nèi)，例如在頭發(fā)護理范圍或作為一次性使用的刷子。這種有缺陷的特性和承受體(Akzeptanz)的原因是這樣的事實，注塑的刷毛只有非常小的交變彎曲強度，因為它們和在紡造過程中獲得的刷毛不同，不具有對于牢固性必要的、尤其是以平行于刷毛的分子鏈的縱向取向為特征的分子結(jié)構(gòu)。因此它們只能稱為工作或清潔元件而不是刷毛。不足的牢固性特別是可以在工作元件在基體上的臺階區(qū)域找到，因為那里幾乎完全沒有分子的定向。這導(dǎo)致，在制造后立即規(guī)則布置的工作元件在短時間使用后便改變其位置，特別是彎曲、折斷和不再豎立(彎曲復(fù)原)。其次這種工藝要求工作元件和基體采用同一種塑料，這在具有高要求結(jié)構(gòu)的刷毛必須由它組成的塑料很貴重時導(dǎo)致成本的相應(yīng)升高。成本的任何降低不得不在塑料選擇上作出妥協(xié)。但是始終留下在使用性能方面的缺點，其結(jié)果是，這種類型的刷子只適合于少數(shù)應(yīng)用場合。也不可能使用于基體和刷毛的材料或刷毛相互之間的材料的差別與相應(yīng)的要求結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，這特別是牽涉到機械強度、材料固有的摩擦系數(shù)、顏色等等。
其次已知一種刷子(US 2 621 639)，其中工作元件(“指”)在固有意義上不是刷毛，而是銷、柱、條等等。這牽涉到大多由橡膠或橡膠彈性的塑料，例如彈性體組成的注塑件，它們具有較大的橫截面、大多比刷毛短的長度。由于兩個原因不得不需要這種迫不得已的“刷毛”結(jié)構(gòu)類型。一方面只有通過這種方法才能得到一定程度滿意的牢固性和交變強度，另一方面由于注塑技術(shù)方面的原因成形通道不允許太窄和太深，以便一方面保證充分地充滿模型，另一方面又能夠脫模。這種“指”的決定性的特性主要在于，在被它刷過的表面上在較大的摩擦系數(shù)的情況下的柔軟作用，亦即一種撫摸和按摩作用，而不太在于積極的刷洗作用。典型的應(yīng)用場合是發(fā)刷，它們主要用于頭發(fā)的分梳和整理，并只應(yīng)密集地擦過頭皮。這些元件的剛性主要只能通過直徑和直徑/長度比以及塑料的硬度控制。
按US 2 621 639的刷子通過注塑制造，其中將一帶相當于工作元件布局的排孔的柔性薄基體板放入一注塑模內(nèi)，它具有大量通道形型腔，它們連接在基體的排孔上并用來形成銷狀工作元件。在相對的一側(cè)—注射側(cè)—設(shè)有分配通道，它們將熔液態(tài)的塑料，如尼龍，引入各個排孔和相連的成形通道內(nèi)。成形通道在直接與基體排孔連接處首先直接連接一擴口。用這種方法在薄的基體板兩側(cè)產(chǎn)生一加粗部，使工作元件在兩個方向軸向固定，盡管所用的尼龍適合于達到類似刷毛的性能，但是這在這里沒有用，因為至少在清潔元件根部由于加粗而不能形成縱向取向的分子結(jié)構(gòu)。對于另一種已知的發(fā)刷(EP-B1-0 120229)也一樣，其中首先注塑一帶有套筒形錐形凸臺的基體，接著在套筒內(nèi)注入作為芯部的另一種塑料，它以加粗部放在張開的套筒口上。在背面上芯部通過一材料合適的第二基體板連接。這里重要的也是兩個部分形饋合的、軸向固定的連接，因此工作元件更粗笨。
在牙刷和掃帚方面也已知這種清潔元件(US 5 040 260，US 5 966771)。這些刷子做成兩件式的，最后在牙刷方面已知(US 1 924 152，2 139 242，DE 826 440，WO 00/64307)，將由具有其公認的良好刷洗效果的普通刷毛組成的刷毛組和由橡膠彈性的塑料組成的柱形或銷形清潔元件相組合。
本發(fā)明申請人的WO 02/03831(DE 100 33 256和DE 101 30 863)(其公開資料作為本申請的內(nèi)容)提供一種方法和裝置，其中可以利用注塑技術(shù)已知的優(yōu)點，仍然不僅可以制造其刷毛達到甚至超過紡造擠出刷毛的質(zhì)量和使用性能的刷毛制品。
這通過這樣的方法達到，即制造帶有起一種紡絲噴嘴作用的裂口的基體，在它上面連接通道的裂口至少在其部分高度上配備≤3mm的最小寬度，選擇此寬度與由裂口的高度和通道的長度得到的熔液流動路徑之比≤1∶5，塑料熔液從基體的至少一側(cè)—熔液輸入側(cè)—穿過裂口注射入通道，形成刷毛。所述比例最好選擇成小于/等于1∶10。這個比例的下限可以在1∶250范圍內(nèi)。
用這種方法在刷毛制品的制造方面走出新的道路。上面設(shè)置刷毛并且可以構(gòu)成刷體本身或其一部分，例如襯墊等等的形式的基體同時用作用于通過注塑產(chǎn)生刷毛的似乎丟失的“模具”。在起一種紡絲噴嘴作用的裂口上由于阻擋效應(yīng)和壁的摩擦而在壁附近區(qū)域內(nèi)形成具有較大剪切力的延伸流。這使得，在熔液或者說塑料內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)沿流動方向取向，并且這種取向一直延續(xù)到形成刷毛的通道內(nèi)，這里按照本發(fā)明選擇的熔液流動長度與裂口最窄部位之比使分子的縱向取向優(yōu)化。刷毛通過分子鏈的縱向取向的這種自強化特別在部分結(jié)晶的熱塑性塑料中更顯著。此外在這樣制成的刷毛制品中與制成一體的不同刷毛的一個短的部分長度，亦即其根部，設(shè)置在基體內(nèi)，并由基體支承。這個根部區(qū)域在強度方面是最敏感的區(qū)域，因為在那里還不存在分子取向或者只是粗略地顯示出來。通過這種強化得到較高的彎曲強度，特別是交變彎曲強度，還有較高的抗拉強度。與用普通方法注塑成單件的刷毛制品相比，對于刷毛偏轉(zhuǎn)規(guī)定的量所需要的彎曲力提高40％或更多。彈性模量也顯著提高。因為抗拉強度也大大提高，即使在小的橫截面和大的長度時刷毛也可以方便地脫模。
用按本發(fā)明申請人的WO 02/03831的已知方法原則上可以加工所有可灌注的塑料，其中鑒于刷毛的要求結(jié)構(gòu)優(yōu)先采用熱塑性塑料或熱彈性體或其混合物(熔合物)，因為在用這些塑料時顯示出最佳的分子取向。
本發(fā)明申請人的上述方法，以及按US 2 621 369的方法有這樣的缺點，即預(yù)制的塑料基體的孔圖案必須與通過模具上的通道給定的柵格(Raster)完全一致，特別是孔和通道的軸線必須相互對齊，如果沒有精確地遵守這個要求，在刷毛固定區(qū)內(nèi)便產(chǎn)生錯位，這帶來刷毛根部不希望的橫截面減小，從而使刷毛過早撕裂或剪斷。另一方面預(yù)鉆孔的塑料刷毛基體只能通過注塑法某種程度上經(jīng)濟地制造。但是在注塑時始終必須考慮不僅在冷卻時基體收縮，而且在一段較長的時間內(nèi)將再收縮，因此失去開始時存在的尺寸保持性。為此人們采用不收縮的塑料，從而大大縮小了刷毛和基體的材料組合選擇的可能性。如果對于刷毛/基體的材料組合，特別是對于基體材料希望能夠有大的選擇余地，也許必須保存許多注塑模。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，推薦一種方法，用這種方法可以可重復(fù)地并在質(zhì)量保持不變的情況下制造具有刷毛結(jié)構(gòu)的任何基體材料。
因此本發(fā)明涉及一種用來借助于模具在任何類型的基體上制造刷毛結(jié)構(gòu)的方法，此模具具有從一模具壁出發(fā)的刷毛成形通道，其中構(gòu)成刷毛的成形材料在壓力作用下進入通道。按照本發(fā)明這種方法的特征是，基體間接或直接地這樣貼合在具有通道的模具壁上，使得通道的空敞橫截面被完全覆蓋，接著以這種成形壓力將成形材料注射到基體上，使得基體在通道空敞橫截面的區(qū)域內(nèi)被擊穿，這時基體材料被擠開，最后成形材料注入通道內(nèi)。
按本發(fā)明的方法從原來狀態(tài)的基體材料出發(fā)，特別是它沒有必須與刷毛成形通道對齊的通孔。而是將成形壓力用于在成形過程中通過使成形材料在成形壓力作用下?lián)舸┗w的方法產(chǎn)生具有必要橫截面的通孔。這時覆蓋通道空敞橫截面的材料向側(cè)面和在某些情況下也向“閉合方向”擠壓。只有隨著刷毛的成形才產(chǎn)生按由通道確定的柵格的孔圖案，因此既不出現(xiàn)孔與通道對齊的問題，也不出現(xiàn)孔與通道重合的布局的問題，并避免用于預(yù)制打孔基體的昂貴模具。
按本發(fā)明的方法并不局限于注塑，而是可以將液態(tài)或塑性物質(zhì)作為成形材料注射入模具中，并在成形壓力作用下在通道空敞橫截面區(qū)域內(nèi)擊穿基體，并將基體材料擠壓到通道內(nèi)。
也就是說通過本發(fā)明的方法不僅可以處理可熱塑性加工的塑料，而且也可以處理還處于塑性狀態(tài)下的熱固性塑料材料，然后在成形過程以后它們才硬化。其次應(yīng)該提到，例如作為灌注蠟燭(Giesskerze)提供的液態(tài)塑料。
此外作為刷毛成形材料可以向模具注入粘彈性材料，并在成形壓力作用下，在通道空敞橫截面區(qū)域內(nèi)擊穿基體，并將基體材料排擠壓入通道內(nèi)。用這種方法也可以處理彈性體或其他橡膠類材料，如乳膠，作為基體材料，這里保證，基體始終僅僅在刷毛成形通道所處的部位穿孔。
最后成形材料也可以作為固體材料注入模具內(nèi)，如果它在相當高的在技術(shù)上可以實現(xiàn)的最高達5000bar(5×105kPa)壓力作用下可以塑性變形的話。在成形壓力作用下塑性材料在通道空敞橫截面區(qū)域內(nèi)擊穿基體，基體材料在它們被壓入通道之前向側(cè)面和/或沿“噴射”方向排擠。
在采用上述方法時成形材料的成形在某些情況下可以通過輸入熱量得以支持。尤其是如果成形材料由試劑成分，例如熱固性塑料組成，值得采用這種方法，以便加速其硬化。
如果刷毛成形材料是熔液，并且熔液在注塑或壓鑄過程中在通道空敞橫截面區(qū)域內(nèi)擊穿基體并將基體材料排擠進入通道內(nèi)，那么這種方法可以特別有利地實現(xiàn)。這里在1000至5000bar(1×105kPa至5×105kPa)的單位注射壓力證明是合適的參數(shù)，這時在刷毛成形通道內(nèi)還可以指望大于300至600bar(0.3×105kPa至0.6×105kPa)的單位壓力，這即使在通道窄時對于良好的充模也是足夠的。在注塑和壓鑄時基體的穿透帶來不同的效應(yīng)。在固有的熔液前沿的前面出現(xiàn)一壓力波，它壓縮在模具內(nèi)所包含的空氣，在固有的熔液前沿進入之前，這個還具有高的溫度的空氣壓力波首先出現(xiàn)在基體上。
因為用本發(fā)明的方法可以在任何一種基體材料上制造刷毛結(jié)構(gòu)，只需要考慮，根據(jù)基體的厚度和材料特性這樣地調(diào)整成形壓力，使得基體在壓力作用下在通道開口區(qū)域內(nèi)穿孔。
在基體被成形材料穿透時被排擠的基體材料至少部分擠入通道開口內(nèi)，由此形成一種卡圈(Kragen)，它將單根刷毛在刷毛根部區(qū)域內(nèi)扎緊。
此外可以根據(jù)基體材料的選擇這樣地控制壓力，使得在成形材料穿透基體時被排擠的基體材料類似于射擊口那樣在基體上形成一漏斗狀孔。
此外為了在形成這種卡圈時不削弱刷毛根部的橫截面，可以設(shè)想，刷毛成形通道在其開口區(qū)域內(nèi)可以設(shè)置一擴口，以容納成形為卡圈的基體材料。用這種方法可以無阻礙地形成刷毛分子結(jié)構(gòu)，特別是達到刷毛內(nèi)所希望的分子縱向取向。
基體材料也可以這樣地選擇，使得在基體被成形材料穿透時被排擠的基體材料與刷毛成形材料形成一種熔合物，以賦予刷毛特殊的性能。
基體在貼合到模具壁上之前最好在其覆蓋通道開口的區(qū)域內(nèi)配備削弱材料的結(jié)構(gòu)，它們可以由基體簡單的減薄、盲孔直至徑向?qū)ΨQ設(shè)置的給定破裂部位來達到。
在一種實施方案中，在模具內(nèi)通道前可以放置至少另一個配備對齊的孔的基體，需要被成形材料穿透的基體重合地貼合在另一個基體的孔上。在這種情況下刷毛成形通道的空敞橫截面不直接起“打孔樣板”的作用，而是另一個基體的延長型腔的孔起這個作用，在刷毛成形材料穿過時被排擠的基體材料擠入另一個基體的孔內(nèi)，由此造成刷毛在根部區(qū)域內(nèi)特別好的扎緊。
布局也可以這樣進行，即覆蓋通道空敞橫截面的基體直接貼合在包圍通道的模具壁上，另一個基體放在它上面，使得形成一種“沖孔?！?，它使基體的擊穿更容易。
作為便于基體擊穿的另一個措施，刷毛成形通道口的邊緣可以形成凹凸輪廓，接著才過渡到光滑壁。
覆蓋通道空敞橫截面的基體特別是在材料注塑時還滿足作為壓力保持勢壘(Barriere)的另一個功能，亦即通常從注塑機到型腔所出現(xiàn)的壓降通過成形材料在基體材料處的短時間阻滯而部分被抵消，使得成形材料仍以足夠高的單位壓力成形地注射到刷毛成形通道內(nèi)。實際試驗表明，在注射螺桿前2100bar(2.10×105kPa)的單位注射壓力在內(nèi)腔內(nèi)可能下降到約600bar(0.6×105kPa)，而在通道被基體覆蓋時模具內(nèi)部壓力幾乎可以保持在螺桿之前的單位注射壓力。熱塑性塑料熔液的可壓縮性也給以在基體穿透前壓力的保持高達10％的支持。由此造成注塑材料在刷毛成形通道內(nèi)希望的高的流動速度，這又對提高剪切作用，從而對在形成針狀結(jié)晶的情況下在熱塑性塑料內(nèi)良好的縱向取向起重要作用。也就是說通過基體的厚度和由此造成的在模具內(nèi)膜內(nèi)的壓力保持也可以影響所產(chǎn)生的刷毛的質(zhì)量。在模具內(nèi)壓力相當高的情況下熔液進入刷毛成形通道爆炸式地發(fā)生，優(yōu)化的工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)措施在本發(fā)明申請人沒有公布的專利申請(DE 102 01635.5，2002年1月1 7日；DE 102 12 781.8，2002年3月21日)中給出，因此將它們歸入本申請的公開資料中。
已經(jīng)說明，基體可以由任何材料，特別是由有機或無機材料組成。
它可以由一薄膜，尤其是延展薄膜構(gòu)成，它在被擊穿時保證在刷毛安裝區(qū)域內(nèi)絕對密封的封閉。基體也可以由金屬薄膜構(gòu)成，它可以在完工的刷毛制品上根據(jù)刷毛制品使用目的的不同滿足裝飾和/或化學(xué)/物理作用。
除此之外基體也可以由塑料薄膜，特別是彈性體薄膜構(gòu)成，它賦予完工刷毛制品在刷毛一側(cè)上符合使用要求的性能。
最好采用具有≤1mm厚度的薄膜，它們通常在相應(yīng)的成形壓力下在預(yù)先準備的給定破裂部位處穿孔。
基體也可以由尤其是具有≥0.2mm的厚度的板構(gòu)成。
基體也可以由兩層或多層或者層壓薄膜構(gòu)成，其中最好設(shè)置一非常薄的外層，它便于刷毛基體與模具內(nèi)輪廓的匹配。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點將在后面結(jié)合本方法的另一種方案加以說明。
在基體內(nèi)兩層或多層組成時通道開口可以由至少一層覆蓋，并且至少另一層按照通道的布局配備預(yù)先成形的孔。
兩層或多層最好由具有特別是不同彈性的不同材料組成。
基體可以作為預(yù)制的成形件輸入打開的模具內(nèi)。它可以例如是一吹塑件、注塑件或一深拉件。
基體也可以作為連續(xù)材料輸入打開的模具內(nèi)，并在模具閉合前或閉合時切斷到規(guī)定尺寸。此外基體可以以規(guī)定尺寸輸送到一連續(xù)襯墊上，并在模具區(qū)域內(nèi)與襯墊分離。
其次基體的覆蓋通道空敞橫截面的材料可以與刷毛材料焊接，這里可以采用不同的塑料組合。
此外本發(fā)明的方法提供這樣的可能性，將形成刷毛的不同機械性能的塑料逐段送入模具內(nèi)，使得整個刷毛結(jié)構(gòu)由不同性能的刷毛構(gòu)成。其次可以將形成刷毛的具有不同顏色的塑料逐段送入模具內(nèi)，以便可以看到不同類型的刷毛區(qū)。
本發(fā)明的方法造成始終單獨豎立的刷毛，它們根據(jù)刷毛成形通道布局的不同以小的至大的間距排列。由這種單獨豎立的刷毛組成的刷毛結(jié)構(gòu)尤其是對于具有高的衛(wèi)生要求的刷子和毛刷證明是有利的，因為留在刷毛之間的污物或用刷子或毛刷涂抹的涂料遠比在刷毛束時少，特別是這種刷毛或毛刷還可以無可挑剔地沖洗和清潔。
在本方法的另一種方案中基體材料作為粗成形件或剪裁件放入模具內(nèi)，并借助于成形材料的成形壓力在成形材料穿透經(jīng)過修整的基體之前在包圍通道空敞橫截面的模具壁上成形。在這種情況下基體的最終輪廓在模具內(nèi)才通過成形材料的成形壓力產(chǎn)生。這特別適用于薄膜狀的薄基體，在某些情況下也適用于雙層結(jié)構(gòu)。
在另一種方案中基體材料作為粗成形件或剪裁件放入模具內(nèi)，并在刷毛成形材料以高的成形壓力輸入模具之前借助于流體壓力成形在包圍通道空敞橫截面的模具壁上。這里外界流體僅僅用作成形介質(zhì)，它要不在注射成形材料之前從模具中去除，要不通過繼續(xù)注射成形材料本身從模具中擠出。
此外基體材料和刷毛成形材料可以按三明治夾層注塑法注入模具。這可以用單注射或雙注射法進行。
在用于用外界流體使基體材料成形的方法中應(yīng)該提到GIT法(氣體注射工藝)或WIT法(水注射工藝)。


下面借助于幾個實施例說明本發(fā)明。附圖中表示圖1 模具一部分在第一工藝階段的示意圖；圖2 按圖1的模具部分在第二工藝階段；圖3 圖1的局部視圖；圖4 圖2的局部視圖；圖5-7 在成形通道的開口空敞橫截面區(qū)域內(nèi)的各一個大大放大的剖視圖；圖8 成形通道另一種實施形式的空敞橫截面的俯視圖；圖9 在用多層基體的工作方式時模具一部分的剖視圖；圖10 用于牙刷頭的基體的示意側(cè)視圖；圖11 牙刷頭刷毛區(qū)的正視圖；
圖12另一種實施形式的相當于圖11的視圖；圖13另一種結(jié)構(gòu)的牙刷頭的局部剖視圖；圖14-17 分別以俯視圖表示基體上的給定破裂部位布局的不同實施形式；圖18在延展薄膜型基體時削弱部位實施形式的俯視圖；圖19以剖視圖表示在成形壓力作用后按圖18的實施形式；圖20-22 帶有柵格形設(shè)置的給定破裂部位的基體不同結(jié)構(gòu)的各一個俯視圖；圖23-30 分別以剖視圖表示在較厚的基體上的給定破裂部位的不同結(jié)構(gòu)；圖31具有不同給定破裂部位的基體和不同成形材料的局部剖面圖；圖32帶有確定形狀的凸階的基體的局部剖視圖；圖33在注射成形材料以后的圖32的基體；圖34與圖32略有不同的結(jié)構(gòu)的局部視圖；圖35在注射成形材料后的按圖34的實施形式；圖36按單注射法三明治夾層注塑的示意圖；圖37用按圖36的方法制造的產(chǎn)品；圖38按雙注射法的用示意剖視圖表示的注塑設(shè)備；圖39、40一牙刷頭的縱剖視圖和橫剖視圖；圖41以俯視圖表示由帶狀刷毛元件組成的星形剪裁件；圖42按圖41的剪裁件的帶狀部分的側(cè)視圖；圖43帶狀剪裁件的剖視圖。
具體實施例方式
圖1示意表示一模具，或僅僅其一部分，它尤其是做成非實心的，而是由平行布置的板2構(gòu)成，其任務(wù)和作用在本發(fā)明申請人的WO02/03 831(DE 100 33 256和DE 101 30 863)和未公布的專利申請DE103 01 635.6和DE 102 12 781.8中有詳細的說明，模具在其模具部分1內(nèi)具有許多尤其是平行設(shè)置的通道3，刷毛在這些通道內(nèi)成形。通道3從模具壁4出發(fā)，最好以很小的錐度向其封閉的末端延伸。在型腔5內(nèi)覆蓋成形通道3空敞橫截面6的基體7貼合在模具壁4上。
模具可以是一注塑、壓鑄或擠壓模。刷毛成形材料以這樣的壓力注入模具內(nèi)腔5內(nèi)，使得基體7在成形通道3空敞橫截面6的區(qū)域內(nèi)被穿透或擊穿，如圖2中所示。在基體7被穿透或擊穿以后在通道3內(nèi)形成刷毛6的成形材料可以同時覆蓋在基體7背面上，如用8所示，從而形成一刷毛元件完整的基體。
在圖3和4中借助于一單獨的成形通道3詳細表示一種方案。在這種情況下成形通道3在其入口處有一擴口9，在基體7被穿透或擊穿時被排擠的基體材料成形到該擴口內(nèi)(圖4)。由此在擴口9內(nèi)形成一卡圈10，它在刷毛的根部區(qū)域支承刷毛6。為了脫模將各板單獨地或成組地移去，使得刷毛6即使在長度較長時也可以無可挑剔地脫模。
在圖5至7中表示在刷毛成形通道3的入口區(qū)內(nèi)的局部放大剖視圖，通過它可以影響卡圈形成的類型和成形材料穿透時基體材料的排擠。如果入口是銳邊的，如圖5所示，這促進基體材料在成形通道的空敞橫截面6區(qū)域內(nèi)的穿透，但是同時不利地提高了基體材料被帶入成形通道3內(nèi)的可能性。如果成形通道3在其空敞橫截面6區(qū)域內(nèi)具有一或大或小的漏斗形入口，那么在成形壓力作用下被成形材料擠走的基體材料被均勻地擠入成形通道，形成一無可挑剔的卡圈。由此使產(chǎn)生的刷毛得到更好的靜力學(xué)(性能)。
在按表示成形通道3入口區(qū)的俯視圖的圖8的實施例中，成形通道至少在其空敞橫截面6區(qū)域內(nèi)做成波紋形，如用圖形標記11所表示的那樣。這種結(jié)構(gòu)促使成形材料穿透基體7。凹凸輪廓可以在成形通道整個長度上保持不變，或者凹凸輪廓可以慢慢轉(zhuǎn)變成光滑壁成形通道。
按圖9在成形通道3從這里出發(fā)的模具壁4上首先放上另一具有通孔13的基體12，然后在它上面放上本來的覆蓋成形通道3或孔13的基體7。通孔13可以具有稍大一些的直徑。在成形壓力作用下成形材料在通孔13區(qū)域內(nèi)穿透基體7，這些通孔容納被排擠的基體材料?；w7和12可以特別是由不同的材料構(gòu)成，例如基體12由比較軟的彈性體、基體7由比較硬的材料組成。除此之外基體7也可以直接放在模具壁4上，并在它上面放一類似于基體12的基體。在這種情況下也可以考慮硬/軟材料組合。
圖10表示一基體7，它例如用來制造牙刷的頭部區(qū)域。這個基體在其整個長度上具有逐漸減小的厚度，以給予它例如逐步加大的撓性。但是為了在注射成形材料時創(chuàng)造同樣的條件，基體7配備這樣深度的盲孔14，使得被成形材料穿透或擊穿的壁厚15全都一樣。
這里在某些情況下盲孔14或待穿透橫截面14也可以配設(shè)多個成形通道，使得如由圖11和12所見，可以得到具有不同構(gòu)形的刷毛區(qū)16、17、18和19或按圖11的縱向分布的刷毛區(qū)20、21的刷毛組。灌入盲孔14內(nèi)的刷毛成形材料也可以填充在基體7背面上的一個貫通的凹陷22內(nèi)，如圖13中所示。
圖14至17中表示用來在刷毛成形通道的空敞橫截面區(qū)域內(nèi)削弱基體7的不同實施形式。它最好分別是不同構(gòu)形的徑向?qū)ΨQ的給定破裂部位23，其中在某些情況下在中心還設(shè)置一特別強烈地減薄的給定破裂部位24(圖17)。
在薄的基體，特別是延展薄膜時也可以通過徑向?qū)ΨQ設(shè)置的削弱線25達到，在成形材料穿過時薄膜不被撕裂，而是漏斗狀擴展，如圖18和19中所示，從而得到無可挑剔的卡圈26，不管是減薄部位的破裂，還是參照圖18和19所述擴展，在熔液態(tài)成形材料時，例如在壓注或注塑時還由于熔液的溫度和超前于熔液的壓力波而有利于將空氣從型腔中擠出。例如如果基體由熔化溫度為160°的聚丙烯組成，刷毛由熔化溫度為260°的聚酰胺6.6組成，那么顯然溫度對于基體材料的破裂和擠走有重要影響。反過來可以通過具有相近熔化溫度的材料組進行基體材料和刷毛材料的熔化和焊接。
特別是在刷毛間距非常密時，基體7可以配備柵格狀設(shè)置的點式給定破裂部位27(圖20)或配備直線柵格28形式的給定破裂部位，如圖21和22所示。
圖23至30中表示特別是在較厚的基體中的給定破裂部位的不同結(jié)構(gòu)。圖23表示漏斗形的給定破裂部位29，它分別配設(shè)于一個刷毛成形通道。圖24表示一凹坑形給定破裂部位30，而圖25表示一在相對一側(cè)具有一凸起32的漏斗形給定破裂部位31。它的造型特別有利于形成卡圈。這些給定破裂部位可以設(shè)置在基體7相向成形壓力的一側(cè)，或者如圖26所示，背向成形壓力一側(cè)。這里同樣是一半球狀給定破裂部位32。
在圖27中基體7在背向成形壓力的一側(cè)配備漏斗形給定破裂部位33，它在朝向成形壓力的一側(cè)擴展成一圓錐形或圓錐臺形尖端34。在成形壓力作用時尖端34朝刷毛成形通道方向倒轉(zhuǎn)，如用虛線所示。最后圖28表示一杯狀給定破裂部位35。
按圖29的給定破裂部位36與按圖24的區(qū)別在于，基體材料附加地朝刷毛成形通道方向拱起。最后圖30表示基體7從兩側(cè)通過各一個凹坑37和38削弱。
圖31表示一帶有這樣的給定破裂部位的基體7，這種給定破裂部位造成基體不同程度的削弱。半球形凹陷39留下比半球形凹陷41厚度小的材料筋40，因此留下一較厚的壁厚42。通過在一規(guī)定成形壓力作用下注射第一種成形材料43使具有較小殘留壁厚40的那些部位破裂。接著通過以較高的成形壓力注射另一種成形材料44使具有較厚殘留壁厚42的給定破裂部位破裂。用這種方法可以在一唯一的基體7上產(chǎn)生由不同塑料構(gòu)組成的刷毛45、46，并且后注射的成形材料同時可以構(gòu)成基體背面47。刷毛45、46也可以具有不同的形狀和橫截面，它們可以達到直至層合薄片形的清潔元件。
基體7在朝向刷毛成形通道一側(cè)可以具有凸臺48，它們部分插入刷毛成形通道，并在其末端上具有給定破裂部位49，使得在成形壓力作用下輸入的成形材料49在它穿透給定破裂部位49并進入成形通道之前，首先填滿凸臺48內(nèi)的通道50，以便形成一在大的長度上用凸臺48繃裹的刷毛51(圖33)。
按圖34的基體也具有帶一盲孔53的凸臺52，盲孔底面具有許多未畫出的薄位。在輸入成形介質(zhì)54之前凸臺52的底面在薄位處被撕裂，使得在一柱形基體上形成短的針狀刷毛54。
圖36表示一兩件式模具1的示意局部剖視圖，此模具按三明治夾層注塑法工作。這里首先在一較小的成形壓力作用下注射不完全注滿模具型腔55的成形材料56，它貼合在整個模具壁上，但是由于成形壓力小而不能克服流動阻力，此阻力阻止它向刷毛成形通道空敞橫截面流動，因此成形材料只進入開口附近區(qū)域內(nèi)。因為這個成形材料由于冷的模具壁很快硬化，接著便可以注射第二種成形材料57。它便穿透在開口橫截面區(qū)域內(nèi)由第一種成形材料56構(gòu)成的“堵塞”。使它們成形為卡圈，如圖37中在刷毛58的凸臺處所示。
三明治夾層注塑可以借助于唯一的注射螺桿進行或按所謂的雙注射法用兩個同心的注射螺桿進行。這種方法在圖38中借助于一示意圖表示。帶有例如用于整個刷體的型腔59的雙面模具1在其一部分內(nèi)具有刷毛成形通道60。注塑機由一內(nèi)注射螺桿61組成，它通入外注射螺桿62，其注射通道穿過外螺桿62。僅僅部分填滿型腔59的成形材料63通過外注射螺桿62輸入。雖然這以比較高的在螺桿處的注射壓力進行，但是模具通過噴射只有一部分被填滿，因此型腔內(nèi)的壓力便下降到幾十bar(0.01×105kPa)，使得成形材料63不進入成形通道60。在第二次噴射時成形材料64以較高的注射壓力在再一次注射中輸入，但是因為它是補充注射，所以在型腔59內(nèi)還有足夠高的壓力，以便填充成形通道60。
基體也可以按GIT法(氣體注射工藝)或按WIT法(水注射工藝)注射，它首先造成一空心成形體作為基體，重新將外界流體從基體中排出。然后形成的空腔可以用第二種成形材料填充，它同時充滿刷毛成形通道。用這種方法可以用與其應(yīng)用目的匹配的材料制造任何刷體。
圖39和40表示一個例子，它們示意表示一牙刷頭65，其中圖39表示一縱剖視圖，圖40表示一橫剖視圖。牙刷頭包括一由一種比較硬的材料組成的芯部66。芯部被一軟的黏膜防護殼67包圍，它又具有與它連成一體的薄片形(葉片)清潔和按摩元件68，它們設(shè)置在帶有刷毛69的刷毛組的側(cè)表面上，芯部66在刷背處用形成刷毛69的成形材料70填充。在這種情況下，用于刷毛69的成形材料擊穿芯部66和黏膜防護殼67。
單層或多層基體在有足夠柔性的情況下可以卷在剛性基體上，以造成圓形刷子元件。它們可以彎曲成輪廓，例如U形輪廓，它們可以成形和彎曲成密封件，分別與應(yīng)用目的相匹配。這里僅僅表示一些可以想像到的應(yīng)用。
圖41至43表示一個例子。一由可彎曲的基體72(圖43)組成的星形剪裁件71按本發(fā)明的方法用刷毛成形材料擊穿。成形材料同時可以構(gòu)成另一層74。在帶狀基體72的末端上生成固定元件75，它們在帶狀基體彎曲成一空間的、例如球形或梨形結(jié)構(gòu)后固定在一支柱、柄桿等等上，或者相互連接。通過許多這種用圖形標記76表示的角度相互錯開設(shè)置的和中心相互連接的星形結(jié)構(gòu)可以擴大空間上的作用面。
權(quán)利要求
1.一種借助于模具在一任意類型的基體上制造刷毛結(jié)構(gòu)的方法，模具具有從一模具壁出發(fā)的刷毛成形通道，其中一種刷毛成形材料在壓力作用下注入通道，其特征為基體間接或直接貼合在具有通道的模具壁上，使得完全覆蓋通道的空敞橫截面，接著將成形材料以一個這樣的成形壓力送到基體上，使基體在通道空敞橫截面區(qū)域內(nèi)被擊穿，這時基體材料被排擠，最后成形材料填滿通道。
2.按權(quán)利要求1的方法，其特征為作為刷毛的成形材料向模具注入一種液態(tài)的至塑性的材料，并在成形壓力作用下在通道空敞橫截面區(qū)域內(nèi)擊穿基體，并將基體材料排擠壓入通道內(nèi)。
3.按權(quán)利要求1的方法，其特征為作為刷毛成形材料向模具注入一種粘彈性材料，并在成形壓力作用下在通道的空敞橫截面區(qū)域內(nèi)擊穿基體，并將基體材料排擠壓入通道內(nèi)。
4.按權(quán)利要求1的方法，其特征為作為刷毛成形材料向模具注入一種例如粉末或顆粒狀的固體材料，并在成形壓力作用下塑化、在通道空敞橫截面區(qū)域內(nèi)擊穿基體，并將基體材料排擠壓入通道內(nèi)。
5.按權(quán)利要求1至4之任一項的方法，其特征為成形材料的成形通過輸入熱量得以支持。
6.按權(quán)利要求1的方法，其特征為作為刷毛成形材料注入一熔液，該熔液用注塑或壓鑄方法在通道空敞橫截面區(qū)域內(nèi)擊穿基體，并將基體材料擠入通道內(nèi)。
7.按權(quán)利要求1至6之任一項的方法，其特征為根據(jù)基體的厚度和材料性能這樣地調(diào)整成形壓力，使基體在壓力作用下在通道開口區(qū)域內(nèi)穿孔。
8.按權(quán)利要求1至7之任一項的方法，其特征為在基體被成形材料穿透時被排擠的基體材料至少部分擠入通道開口內(nèi)。
9.按權(quán)利要求1至8之任一項的方法，其特征為在基體被成形材料穿透時被排擠的基體材料成形為突出到通道開口內(nèi)的卡圈。
10.按權(quán)利要求1至9之任一項的方法，其特征為在基體被成形材料穿透時被排擠的基體材料在基體上形成一漏斗形孔的情況下成形。
11.按權(quán)利要求1至10之任一項的方法，其特征為刷毛成形通道在其開口區(qū)域內(nèi)配備一用來容納成形為一卡圈的基體材料的擴口。
12.按權(quán)利要求1至11之任一項的方法，其特征為在基體被成形材料穿透時被排擠的基體材料與成形材料形成熔合物。
13.按權(quán)利要求1至12之任一項的方法，其特征為基體在放到模具壁上之前在其覆蓋通道開口的區(qū)域內(nèi)配備削弱材料的結(jié)構(gòu)或者具有這種結(jié)構(gòu)。
14.按權(quán)利要求1至7之任一項的方法，其特征為在基體上加工出由徑向?qū)ΨQ設(shè)置的給定破裂部位組成的結(jié)構(gòu)。
15.按權(quán)利要求1至14之任一項的方法，其特征為基體在其放到模具壁上之前在其覆蓋通道開口的區(qū)域內(nèi)配備小于其余區(qū)域的厚度。
16.按權(quán)利要求1至15之任一項的方法，其特征為在模具內(nèi)通道前面放置至少一個配有對齊的孔的另一基體，將要被成形材料穿透的基體貼合在它上面，覆蓋另一基體的孔。
17.按權(quán)利要求1至15之任一項的方法，其特征為在模具內(nèi)通道前面放置至少一個配有對齊的孔的另一基體，將要被成形材料穿透的基體放在另一基體和通道口之間。
18.按權(quán)利要求6至17之任一項的方法，其特征為將要被成形材料穿透的基體在注射成形材料時直至成形材料開始穿透基體為止起保持壓力的勢壘作用。
19.按權(quán)利要求1至18之任一項的方法，其特征為基體由有機或無機材料組成。
20.按權(quán)利要求1至18之任一項的方法，其特征為基體由薄膜，尤其是延展薄膜構(gòu)成。
21.按權(quán)利要求1至20之任一項的方法，其特征為基體由金屬薄膜構(gòu)成。
22.按權(quán)利要求1至21之任一項的方法，其特征為基體由塑料薄膜構(gòu)成。
23.按權(quán)利要求22的方法，其特征為基體由彈性體薄膜構(gòu)成。
24.按權(quán)利要求20至23之任一項的方法，其特征為薄膜具有最好≤1mm的厚度。
25.按權(quán)利要求1至19之任一項的方法，其特征為基體由一板構(gòu)成。
26.按權(quán)利要求25的方法，其特征為板具有最好≥0.2mm的厚度。
27.按權(quán)利要求1至26之任一項的方法，其特征為基體由兩層或多層構(gòu)成。
28.按權(quán)利要求27的方法，其特征為在基體由兩層或多層組成時，至少一層覆蓋通道開口，至少另一層配備相應(yīng)于通道布局的預(yù)制孔。
29.按權(quán)利要求27或29的方法，其特征為所述兩層或多層由不同材料組成。
30.按權(quán)利要求27至29之任一項的方法，其特征為所述兩層或多層具有不同的彈性。
31.按權(quán)利要求1至30之任一項的方法，其特征為基體作為預(yù)制成形件輸入打開的模具。
32.按權(quán)利要求31的方法，其特征為輸入作為預(yù)制成吹塑件的基體。
33.按權(quán)利要求31的方法，其特征為輸入作為預(yù)制成注塑件的基體。
34.按權(quán)利要求31的方法，其特征為輸入作為預(yù)制成深拉件的基體。
35.按權(quán)利要求1至34之任一項的方法，其特征為基體作為連續(xù)材料輸入打開的模具，并在模具閉合前或閉合時切斷到規(guī)定尺寸。
36.按權(quán)利要求1至34之任一項的方法，其特征為具有規(guī)定尺寸的基體輸送到一連續(xù)襯墊上，并在模具區(qū)域內(nèi)與襯墊分開。
37.按權(quán)利要求1至36之任一項的方法，其特征為基體的覆蓋通道空敞橫截面的材料可與刷毛材料焊接。
38.按權(quán)利要求1至37之任一項的方法，其特征為不同機械性能的形成刷毛的塑料逐段注入模具內(nèi)。
39.按權(quán)利要求1至38之任一項的方法，其特征為不同顏色的形成刷毛的塑料逐段注入模具內(nèi)。
40.按權(quán)利要求1至39之任一項的方法，其特征為基體材料作為毛坯件或剪裁件放入模具內(nèi)；并借助于形成刷毛的成形材料的成形壓力、在成形材料穿透成形的基體前，在包圍通道空敞橫截面的模具壁上成形。
41.按權(quán)利要求1至39之任一項的方法，其特征為基體材料作為粗成形件或剪裁件放入模具內(nèi)，并在成形材料以較高的成形壓力輸入模具以前，借助于流體壓力在包圍通道空敞橫截面的模具壁上成形。
42.按權(quán)利要求1至39之任一項的方法，其特征為基體材料和形成刷毛的材料用夾層注塑法注入模具。
43.按權(quán)利要求42的方法，其特征為夾層注塑法采用單注射或雙注射法。
44.按權(quán)利要求1至39之任一項的方法，其特征為基體材料用GIT-方法(氣體注射工藝)預(yù)成形或注入模具，隨后注射刷毛成形材料。
45.按權(quán)利要求1至39之任一項的方法，其特征為基體材料用WIT-法(水注射工藝)預(yù)成形或注入模具內(nèi)，隨后注射刷毛成形材料。
全文摘要
介紹一種借助于模具在任意類型的基體上制造刷毛結(jié)構(gòu)的方法，模具具有從一模具壁出發(fā)的刷毛成形通道，其中一種形成刷毛的成形材料在壓力作用下，尤其是通過注塑注入通道。為此基體間接或直接這樣地貼合在具有通道的模具壁上，使得通道的空敞橫截面被完全覆蓋，接著以這樣的成形壓力(注射壓力)將成形材料輸送到基體上，使基體在通道空敞橫截面區(qū)域內(nèi)被擊穿，這時基體材料被排擠，最后成形材料填滿通道。
文檔編號B29C45/17GK1652917SQ03811010
公開日2005年8月10日 申請日期2003年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月15日
發(fā)明者格奧爾格·魏勞赫 申請人:科倫特工廠有限公司