真空深拉方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了由PMMA半成品制備無光學(xué)缺陷的板材的方法的基本工具。在此本發(fā)明尤其涉及新真空深拉方法，采用該方法可以由PMMA或PC用較低周期時間制備具有尤其好的光學(xué)品質(zhì)的透明塑料模制品。在此，當(dāng)取出時，這些模制品是尺寸穩(wěn)定的并且沒有畸變。透明模制品還顯示無表面缺陷例如疙瘩。
【專利說明】真空深拉方法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明描述了由PMMA半成品制備無光學(xué)缺陷的板材(Scheibe)的方法的基本工具。在此，本發(fā)明尤其涉及新真空深拉(Vakuumtiefzieh)方法,采用該方法可以由PMMA或PC以經(jīng)濟(jì)上感興趣的周期時間制備具有尤其好的光學(xué)品質(zhì)的透明塑料模制品。在此，當(dāng)取出時，這些模制品是尺寸穩(wěn)定的并且沒有畸變。透明模制品還顯示無表面缺陷例如疙瘩。另外也不需要任何附加的物質(zhì)例如潤滑油脂或在現(xiàn)有技術(shù)的方法中必須施加于模具上的材料。

【背景技術(shù)】
[0002]汽車制造商和供應(yīng)商將輕型結(jié)構(gòu)視為降低化石燃料消耗量或增大電動車輛行程長度并從而增大它們的可接受性的關(guān)鍵技術(shù)。在這里，玻璃被塑料的替代也受到越來越多的重視。在這里可能的是重量減輕40-50%。除了聚碳酸酯以外，還許可由聚甲基丙烯酸甲酯制成的板材。由塑料制成的板材不但重量減輕而且設(shè)計(jì)自由度更大也是可能的。迄今通過深拉方法制備板材中遇到的問題是，通過深拉法不允許在沒有疙瘩的情況下制備板材。所述“疙瘩”是指在從深拉模具取出后在板材表面上的多數(shù)為圓形的缺陷。
[0003]已經(jīng)存在一些成熟方法用于制備由聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成的透明模制品，所述透明模制品例如可以用作汽車構(gòu)造中的玻璃板的那些。然而，它們一般對于PC是最佳的并在加工PMMA方面具有很大的缺點(diǎn)，尤其是當(dāng)工件數(shù)目較大時。
[0004]大工件數(shù)目的PC模制品可以例如利用注射沖壓法制備。采用這種注射沖壓法可以例如在4-5分鐘的周期中制備具有大約1.5m2的面積的透明車輛頂板。然而，在此，在PC方面，廢品率較高。加工PMMA導(dǎo)致產(chǎn)品具有高的霧度水平，因此是不可能的。因?yàn)轭~外地相應(yīng)設(shè)備的投資較高，所以只有從至少10000個工件/年起的年工件產(chǎn)量是值得的。
[0005]相反，由PC和由PMMA制備的少數(shù)量工件可以利用包模成型或覆蓋成型實(shí)現(xiàn)。在這里，用材料覆蓋模具，然后將切割到合適尺寸的塑料(例如由PMMA制成)置于其上。在烘箱中在115-140°C的溫度范圍中加熱之后，該切割到合適尺寸的材料復(fù)制模具的形狀，并可以在大約4h(包括冷卻時間在內(nèi))后取出。限制性的因素是烘箱的尺寸以及因此還有熱在烘箱內(nèi)的分布。
[0006]總體上，所述方法是非常無損傷的并達(dá)到優(yōu)異的光學(xué)品質(zhì)。然而，在此，因?yàn)檫@種方法是非常耗時的，所以僅適合于直至最多1000個工件/年的工件數(shù)量。
[0007]真空深拉方法是制備塑料模制品的替代方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是適中至短的周期時間和低的產(chǎn)品廢品率。這種方法迄今已經(jīng)用于例如制造PMMA制成的用于廣告業(yè)的發(fā)光面板或由聚苯乙烯(PS)制成的冰箱包層。所達(dá)到的光學(xué)品質(zhì)是好的，但是對于汽車應(yīng)用，尤其是用作裝玻璃材料仍然不足夠。例如，利用真空深拉制備的彎曲的、透明塑料模制品總是顯示在聚合物基體內(nèi)的高應(yīng)力。這些應(yīng)力又引起當(dāng)透過產(chǎn)品檢查時發(fā)現(xiàn)高水平的畸變，使得這些板材不適合于裝玻璃材料。這些塑料模制品，尤其是由PMMA或PC制成的那些，還經(jīng)常具有表面缺陷，所謂的疙瘩。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]目的
[0009]鑒于所論述的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的因此是，提供在對模具不使用成型助劑例如潤滑油脂或材料覆蓋物的情況下制備具有良好光學(xué)品質(zhì)的透明塑料模制品的新制備方法。
[0010]尤其是，所述方法應(yīng)能夠在以短周期時間和低廢品率或不合格生產(chǎn)率操作。
[0011]另一個目的是所述方法應(yīng)對于1000-100000個工件/年的平均工件產(chǎn)量是經(jīng)濟(jì)的。
[0012]本發(fā)明的一個非常特定的目的是，提供可以借助其制備透明塑料模制品而在表面上沒有疙瘩或其它缺陷并同時在聚合物基體中沒有光學(xué)上相關(guān)應(yīng)力的方法。
[0013]目的的達(dá)到
[0014]所述目的通過提供新真空深拉方法達(dá)到。采用所述新方法可以首次用經(jīng)濟(jì)上感興趣的周期時間制備成型的透明模制品，如可以例如用于汽車裝玻璃的那些。所述方法由以下方法步驟組成:
[0015]a)對模具和由透明塑料制成的預(yù)成型件進(jìn)行預(yù)先溫度控制，
[0016]b)將所述預(yù)成型件預(yù)模塑，優(yōu)選利用壓縮空氣或在負(fù)壓下，例如在真空中，
[0017]c)在大于所述透明塑料的維卡軟化點(diǎn)的模具溫度下，在負(fù)壓下，例如在真空中，在所述模具內(nèi)部成型，
[0018]d)將所述成型模具以及組件冷卻，和
[0019]e)取出經(jīng)成型的透明模制品。
[0020]可以優(yōu)選利用感應(yīng)通過變溫(Var1therm)模具,利用IR福射或通過電加熱器達(dá)到方法步驟a)中的預(yù)先溫度控制。
[0021]大體上，這種類型的透明模制品可以利用真空深拉方法制備具有高光學(xué)品質(zhì)的事實(shí)本身已經(jīng)是令人意外的。利用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的真空深拉方法制備的模制品在聚合物基體中顯示較高應(yīng)力水平，這又導(dǎo)致觀察者發(fā)現(xiàn)位于該板材后方的圖像的較高水平的畸變。令人驚奇地已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的方法能避免這樣的應(yīng)力，因此可以制備具有高水平無畸變性的高光學(xué)品質(zhì)的彎曲板材。
[0022]還令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，如果所使用的模具的溫度在方法步驟c)中控制到大于維卡軟化點(diǎn)的溫度，則所述表面在降低的疙瘩形成方面的光學(xué)品質(zhì)顯著地提高。
[0023]本發(fā)明的達(dá)到另外包括，借助于附加的方法步驟d)，成品模制品是尺寸穩(wěn)定的并因此可以按可運(yùn)輸形式從模具中取出。因此必須可以在相同的模具部分中進(jìn)行方法步驟c)和d)。這里，在最終的成型后，在用來進(jìn)行方法步驟c)的仍然閉合的模具部分中進(jìn)行冷卻。
[0024]本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)是，獨(dú)立于組件的尺寸，可以達(dá)到少于lOmin，尤其是少于6min，如果進(jìn)一步優(yōu)化，少于4min的周期時間。
[0025]另外，由本發(fā)明獲得的令人意外的優(yōu)點(diǎn)是，所述方法可以在不在模具表面上使用成型助劑例如潤滑油脂或材料覆蓋物的情況下進(jìn)行。這又有助于表面品質(zhì)的額外增加。
[0026]在一個特定的實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的方法借助于單工位真空熱成型機(jī)進(jìn)行。對于考慮用于真空深拉方法的模具一般區(qū)分為單工位和多工位機(jī)器。在單工位機(jī)器的情況下，或更精確地說，在單工位真空熱成型機(jī)的情況下，方法步驟a) -d)在相同模具中進(jìn)行。相反，在多工位機(jī)器，或多工位真空熱成型機(jī)器中，方法步驟a)、b)和c)分別可以在獨(dú)立的模具部分中進(jìn)行。一般，至少方法步驟a)與其它方法步驟在空間上隔離，而步驟b)_d)或至少c)和d)在相同的模具部分中進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的方法原則上可以在所提及的機(jī)器中的任一種中進(jìn)行。
[0027]另外，單工位模具和多工位模具都可以具有其它附屬的模具部件，例如沖頭和堆垛機(jī)。原則上適合于真空深拉方法的這種類型的真空熱成型機(jī)的各種實(shí)施方案可以參見Becker, Braun, Kunststoff-Handbuch Polyvinylchlorid 2/2[塑料手冊，聚氯乙烯 2/2],Hanser Verlag，慕尼黑，第二版，1986，ISBN 3-446-14161-8，第 1133-44 頁。
[0028]透明塑料優(yōu)選是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)。同樣優(yōu)選地，其可以是PMMA和PC的混合物，或可以是由PMMA或PC與一種或多種其它組分形成的混合物。所述其它組分可以尤其是聚偏二氟乙烯(PVDF)。
[0029]PMMA可以是純PMMA或可以是MMA和至多20wt %其它共聚單體，例如尤其是丙烯酸的烷基酯的共聚物作為基體材料。另外，除了基體材料以外，PMMA還可以包含至多80wt%的抗沖改性劑，優(yōu)選(甲基)丙烯酸酯基核-殼型或核-殼-殼型粒子。表述“(甲基)丙烯酸酯”在這里包括甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯和尤其是丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的混合物。
[0030]除了聚合物型組分以外，預(yù)成型件和根據(jù)本發(fā)明由其制備的模制品還可以包含其它添加物質(zhì)，例如加工助劑、穩(wěn)定劑或添加劑。例如，可以存在UV吸收劑和/或IR吸收劑或UV穩(wěn)定劑。還可以存在染料，但是在此不允許它們引起混濁。還可以添加用于改進(jìn)耐刮擦性的添加劑。加工助劑可以例如是流變改進(jìn)劑、流動助劑或分散助劑。
[0031]在本發(fā)明的另一個實(shí)施方案中，預(yù)成型件是由透明塑料制成的多層預(yù)成型件。所述層中的至少一個層在這里由PMMA或PC構(gòu)成。其它層同樣可以由PMMA或PC或另一種塑料，例如PVDF構(gòu)成。
[0032]模制品還可以在方法步驟e)中的取出之后和/或之前額外地被涂覆。在取出之前涂覆是指涂覆在方法步驟b)之前或期間或優(yōu)選在方法步驟c)期間在模具中進(jìn)行。這里可想到多個變型。一方面，可以在引入預(yù)成型件后將用于涂覆的材料引導(dǎo)入或注射入模具中。另一方面，可以將用于涂覆的材料呈膜片類型形式預(yù)先置于模具中，或可以預(yù)先地放置到預(yù)成型件上。模具內(nèi)側(cè)的表面上還可以預(yù)先配備涂層。預(yù)成型件還可以在引入模具中之前被涂覆。然而，這種最后變型是不太優(yōu)選的，因?yàn)檫@種操作方式可能導(dǎo)致不均勻的涂層-由于成型方法導(dǎo)致。
[0033]優(yōu)選這樣的方法，即其中在方法步驟c)期間，為模制品配備涂層，和其中將所述涂層預(yù)先置于模具表面上。
[0034]所述涂料可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種涂料。下面的實(shí)施例因此不適合以任何方式限制本發(fā)明。例如，涂層可以是透明的著色的層，以便例如實(shí)現(xiàn)上色的板材。涂層還可以包含UV吸收劑和/或IR吸收劑，以便例如在汽車裝玻璃的情況下降低車輛內(nèi)部空間的加熱。涂層還可以是耐刮擦涂層和/或抗污染涂層。尤其優(yōu)選發(fā)揮所提及的功能中的兩種或更多種的涂料。
[0035]在該方法結(jié)束后，可以讓模制品經(jīng)歷進(jìn)一步處理。例如，可以在取出后在邊緣處將模制品切割到合適尺寸和/或拋光。還可以將模制品在完成后在一面或兩面上，完全地或部分地配備保護(hù)膜片。以此方式避免在存儲期間或在運(yùn)輸期間損壞。
[0036]優(yōu)選其中在一個周期中制備多個模制品的方法。例如，在本發(fā)明的還可以達(dá)到更短周期時間的一個特定的實(shí)施方案中，可以在取出后從模制品切割多個產(chǎn)品部件。由此可以借助于單個模具使模制品的產(chǎn)量倍增。
[0037]除了所述方法，本發(fā)明還提供利用所述本發(fā)明方法制備的透明模制品的應(yīng)用。這些根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用可以尤其是作為汽車裝玻璃、建筑物窗體、燈罩或一般性地作為裝飾工件的應(yīng)用。

【具體實(shí)施方式】
[0038]實(shí)施例
[0039]接下來是對于使用真空深拉制備不含光學(xué)缺陷的印刷的汽車裝玻璃的例示操作規(guī)程:
[0040]將預(yù)先印刷的半成品(例如采用得自Proell公司的Noricryl)置于真空深拉機(jī)(例如，得自Geiss公司的T9)中。輻射器加熱基材。為此可以使用石英玻璃輻射器，但是也可以使用Speedium類型的輻射器。在加熱程序期間，夾持框保持仍略微打開，并且當(dāng)基材的溫度已經(jīng)達(dá)到大約115°C時，它最終閉合。
[0041]一旦置于其中的切割到合適尺寸的部件的加熱已經(jīng)終止，然后就可以開始預(yù)拉伸程序。這在使用超壓或負(fù)壓的情況下發(fā)生。在這里決定性因素是所產(chǎn)生的膜泡已經(jīng)大致復(fù)制模具的形狀。
[0042]一旦預(yù)拉伸程序已經(jīng)終止，模具就移動進(jìn)入該膜泡。為了隨后還確保在塑料/PMMA接觸面上高表面質(zhì)量(A級表面)，重要的是已經(jīng)將模具的溫度控制到110°C _140°C的溫度范圍。
[0043]然后施加真空以致使加熱的基材與加熱的模具緊密接觸，并復(fù)制所述形狀。
[0044]在某個保持時間后，所述機(jī)器開始使用鼓風(fēng)機(jī)從上面冷卻基材，而同時還將模具調(diào)節(jié)到顯著小于維卡點(diǎn)的溫度，并且由此從模具側(cè)輔助冷卻過程。
[0045]一旦基材的溫度低于持續(xù)使用溫度，就可以開始脫模程序。沒有通過模具引起的冷卻的情況下，模具的高溫引起模制品的加熱，并且脫模時不再保持其原樣。一旦已經(jīng)關(guān)掉真空，模具就返回到初始位置。這一旦發(fā)生，夾持框也就返回到初始位置，使得可以取出成品豐吳制品。
【權(quán)利要求】
1.制備成型的透明模制品的真空深拉方法，其特征在于所述方法由以下方法步驟組成: a)對模具和由透明塑料制成的預(yù)成型件進(jìn)行預(yù)先溫度控制， b)將所述預(yù)成型件預(yù)模塑， c)在負(fù)壓下并在大于所述透明塑料的維卡軟化點(diǎn)的模具溫度下在所述模具內(nèi)部成型， d)將成型模具以及組件冷卻，和 e)取出成型的透明模制品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟b)中的預(yù)模塑采用壓縮空氣進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟b)中的預(yù)模塑和/或步驟c)中的成型在真空下進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于方法步驟a)中的預(yù)先溫度控制利用感應(yīng)通過變溫模具，利用IR輻射，或通過電加熱器完成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述透明塑料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，或聚碳酸酯(PC)，或是PMMA、PC與其它組分的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述預(yù)成型件是由透明塑料制成的多層預(yù)成型件，其中所述層中的至少一個層由PMMA或PC構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述模制品額外地在取出之后和/或之前被涂覆。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在方法步驟c)期間，模制品被提供涂層，和所述涂層預(yù)先置于模具表面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在取出后在邊緣處將模制品切割到合適尺寸和/或拋光。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在取出后從模制品切割多個產(chǎn)品部件。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在一個周期中制備多個模制品。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于將所述預(yù)成型件在一個或兩個面上，完全地或部分地配備保護(hù)膜片。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于借助于單工位真空熱成型機(jī)進(jìn)行所述方法。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中至少一項(xiàng)制備的透明模制品用于汽車裝玻璃，用作建筑物窗體，用作燈罩，或用作裝飾工件的用途。
【文檔編號】B29C51/42GK104395055SQ201380033170
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月4日
【發(fā)明者】T·弗蘭克, M·林普爾, V·克萊因 申請人:贏創(chuàng)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司