專利名稱：熱塑性彈性體的薄壁封端管形物品的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造熱塑性彈性體的非剛性的、柔韌的、薄壁、封端、管形物品的方法，涉及制造用的裝置，并涉及所生產(chǎn)的物品。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用插塞助推器拉制熱塑性彈性體的、具有極薄的壁的、非剛性的、柔韌的封端管形物品的方法，涉及插塞助推的拉制裝置，并涉及借此生產(chǎn)出來(lái)的襯里物、避孕套和手指套。
背景技術(shù)：
在本領(lǐng)域中已知的熱塑性彈性體的薄壁管狀物品是要提供一種高強(qiáng)度的薄而柔韌的保護(hù)性隔離層。具有這些特性的保護(hù)性隔離層對(duì)保護(hù)皮膚表面免受不需要的接觸或免于污染，但仍能保持觸覺(jué)的靈敏度，是特別有用的，正如避孕套和體格檢查時(shí)用的手指套的情況一樣。
Dyck等人的美國(guó)專利4576156描述了一種用多種聚氨酯熱塑性彈性體制造的避孕套。在制造過(guò)程中，先把擠壓出的彈性體膜預(yù)熱好，用加工成形的頂桿推進(jìn)到膜面上，同時(shí)采用真空使膜呈現(xiàn)出頂桿的形狀。
Taller等人的美國(guó)專利4684490描述了一種用某種聚氨酯熱塑性彈性體制造的避孕套。在制造過(guò)程中，頂桿被涂上彈性材料預(yù)聚物乳劑，然后將涂層在提高的溫度下固化。
另外的用熱塑性彈性體制造避孕套的方法一般也是知道的。有一種制造方法是把熱塑性彈性體吹制成極薄的膜，把該薄膜切割成適當(dāng)?shù)念A(yù)型件，然后把切割段熱封做成避孕套。
盡管已經(jīng)認(rèn)識(shí)到熱塑性彈性體是適于制造上述物品的材料；盡管這些彈性體可用來(lái)制造出比現(xiàn)在精選出來(lái)的天然橡膠材料制造的產(chǎn)品更薄、強(qiáng)度更高、更可靠、使用中不會(huì)出故障；但迄今熱塑性彈性體的薄壁管形物品仍未投入商業(yè)生產(chǎn)。由于一種或多種原因，上述的各種方法都不適于大量生產(chǎn)。舉例說(shuō)，生產(chǎn)出的產(chǎn)品其壁厚不一定能控制在要求的公差范圍內(nèi)。另外，雖然產(chǎn)品是更薄并且強(qiáng)度更高了，但彈性模量也許過(guò)高，即彈性體可能過(guò)于剛性。再則，考慮到所需的固化或韌化時(shí)間，所用機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)率也許是太低了。
因此，本發(fā)明的目的是迅速地生產(chǎn)出熱塑性彈性體的管形物品，而且它是軟而柔韌的，壁厚是薄而均勻的。
本發(fā)明還有一個(gè)目的就是提供一種熔制熱塑性管形物品的方法，產(chǎn)品具有低的彈性模量和均勻的薄壁厚度。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是要提供一種用插塞助推器拉制熱塑性彈性體管形物品的方法和硬件，產(chǎn)品具有低的彈性模量和均勻的薄壁厚度。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是要提供一種熱塑性彈性體，它能被拉制成薄壁、低彈性模量的管形物品。
發(fā)明概述簡(jiǎn)單地說(shuō)，本發(fā)明提供了一種制造熱塑性彈性體的薄壁、封端管形物品的方法，它包括a)提供一只管形模子和一個(gè)熱塑性彈性體的預(yù)型件模子有縱向軸線、一封端，另一端是開(kāi)口的，開(kāi)口端有一凸緣；預(yù)型件兩面基本上是平的，熱塑性彈性體加熱到使其粘滯性和彈性處于一定的范圍以使預(yù)型件可被拉制；b)把該熱塑性彈性體的預(yù)型件的一面放到模子的凸緣上；c)在該預(yù)型件的一面加壓或抽真空，使預(yù)型件兩面產(chǎn)生氣壓差，并將插塞沿軸線方向頂住預(yù)型件的外表面，借此拉伸并推進(jìn)預(yù)型件的塑變流進(jìn)入模子，插塞的速度應(yīng)調(diào)節(jié)得能接觸預(yù)型件而又不會(huì)刺破它；d)繼續(xù)加壓或抽真空并繼續(xù)將插塞沿著軸線方向頂住預(yù)型件，加壓或抽真空的速度和插塞頂進(jìn)的速度要使得預(yù)型件兩面的氣壓差能保持塑變預(yù)型件的一部分遠(yuǎn)離管形模子的壁；以及e)到了插塞接近模子盡頭端的時(shí)候，將塑變的預(yù)型件與模子壁之間的殘余空氣抽去，借此把預(yù)型件拉伸到與模子的冷壁相接觸而形成成形的物品。
本發(fā)明還提供一種制備熱塑性彈性體預(yù)型件的方法，以便把它做成或拉伸成壁厚約為0.005到0.25mm之間的薄壁、封端的管形物品，這一方法包括i)提供一只管形模子，它有縱向軸線和盡頭端，另一端為開(kāi)口端，開(kāi)口端上有一凸緣；ii)把熱塑性彈性體加熱到足夠的溫度，使之消除結(jié)晶區(qū)域，借此使該熱塑性彈性體的粘滯性和彈性顯著降低，然后使該熱塑性彈性體做成兩面基本上都是平的預(yù)型件；iii)把該熱塑性彈性體冷卻，借此把它的粘滯性和彈性在一定范圍內(nèi)恢復(fù)過(guò)來(lái)，以使該預(yù)型件可被拉制；iv)把該熱塑性彈性體預(yù)型件的一面放到凸緣上。
本發(fā)明進(jìn)一步提供的是一套插塞組件，以用于插塞助推拉伸熱塑性彈性體的薄壁、封端的管形物品，該插塞組件包括一根以軸線為中心的桿棒，它連結(jié)在以軸線為中心的截頭圓錐體狀的插塞的底上，插塞的面為皇冠狀的，并從該皇冠狀的面上伸出一根以軸線為中心的接觸凸臺(tái)。
本發(fā)明還提供了一種用聚氨基甲酸乙酯熱塑性彈性體制成的避孕套，這種彈性體的特征是，在210℃下負(fù)重3800g時(shí)測(cè)得的熔體指數(shù)的范圍為24-36g/10min；MDI的重量含量為10-25％；1，4-丁二醇重量含量為0.1-5％；聚丁烯/己烯己二酸重量含量為70-89.9％，其平均分子量為1000-3000道爾頓；潤(rùn)滑劑的重量含量為0-5％。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種熱塑性彈性體的避孕套，該避孕套有一以軸線為中心的管形套體，一開(kāi)口端、一閉合封端。管形套體的最大直徑在沿軸線接近封端的一點(diǎn)上，其最小直徑在沿軸線最大直徑點(diǎn)至開(kāi)口端之間，包括開(kāi)口端在內(nèi)。
另外，本發(fā)明還提供了一種降低熱塑性彈性體的薄壁、封端管形物品的彈性模量的方法，該方法包括以下步驟1)將上述管形物品繃套在加工成形的頂桿上；以及2)將該管形物品和頂桿加熱到100-125℃之間，保持足夠的時(shí)間以降低熱塑性彈性體的彈性模量。
附圖簡(jiǎn)述

圖1a為平截面帶凸緣的預(yù)型件等體積圖。
圖1b為平截面帶凸緣預(yù)型件的側(cè)中心線斷面圖。
圖2a為有型樣的帶凸緣預(yù)型件的等體積圖。
圖2b為有型樣的帶凸緣預(yù)型件的側(cè)中心線斷面圖。
圖3為前文所述的預(yù)熱及插塞助推真空拉制設(shè)備的示意圖。
圖4a為前文所述的一種插塞組件的等體積圖。
圖4b為前文所述的一種插塞組件的側(cè)中心線斷面圖。
圖4c為前文所述的一種插塞組件的等體積圖。
圖4d為前文所述的一種插塞組件的側(cè)中心線斷面圖。
圖5為插塞助推真空拉制過(guò)程中模子空腔壓力與時(shí)間的關(guān)系示蹤圖。
圖6為一楔形避孕套。
圖7為按本發(fā)明的方法制造的聚氨基甲酸乙酯避孕套的壁厚與自尖頭端起的距離的關(guān)系曲線，其中列出的厚度為每一距離上周邊厚度的最大、最小和平均值。
圖8為用沉降法制造的天然橡膠避孕套的壁厚與自尖頭端起的距離的關(guān)系曲線，其中列出的厚度為每一距離上周邊厚度的最大、最小和平均值。
發(fā)明詳述本發(fā)明的定向目標(biāo)是熱塑性彈性體的薄壁、封端的管形物品以及它的制造方法和需用的機(jī)械裝置。當(dāng)然，管形物品的壁愈薄，對(duì)所需材料和方法的要求就愈加苛刻。概括地說(shuō)，本發(fā)明打算要生產(chǎn)出一種熱塑性彈性體的均勻而薄的管形物品，其壁厚約從0.005mm到約0.25mm，其長(zhǎng)度與直徑之比為2/1至20/1。本發(fā)明用于需要壁厚在約0.01mm至約0.10mm之間、長(zhǎng)度與直徑之比為3/1至10/1的場(chǎng)合最為有利。在本發(fā)明之前，熱塑性彈性體只能用溶劑法均勻生產(chǎn)出這一范圍的統(tǒng)一壁厚。
熱塑性彈性體是在聚合物分子或化合物中具有硬的和軟的嵌段或區(qū)域的嵌段共聚物。軟區(qū)域提供橡膠樣的彈性特性，而硬區(qū)域或結(jié)晶區(qū)域則起著橫向機(jī)械連結(jié)作用，束縛住橡膠樣的區(qū)域。在加工溫度下，熱塑性塑料的硬區(qū)域變成無(wú)定形狀或軟化成熔融物，可以很容易地進(jìn)行注模、沖壓、真空模壓等加工。
本發(fā)明適用的熱塑性彈性體包括聚氨酯、聚醚氨基甲酸乙酯尿素塑料、聚醚氨基甲酸乙酯、聚氨基甲酸乙酯、聚酯/聚醚嵌段共聚物、苯乙烯/二烯烴/苯乙烯嵌段共聚物等。本發(fā)明可能會(huì)用到很多種熱塑性彈性體，因?yàn)槿魏我环N指定的熱塑性彈性體是否適用與其根據(jù)它的具體類型來(lái)判斷，還不如根據(jù)它的物理性狀來(lái)判斷。調(diào)節(jié)任一種熱塑性彈性體的物理性狀，是專用于熱塑性彈性體的一項(xiàng)技術(shù)。在這里可以概括地指出，任何熱塑性彈性體的物理性狀取決于硬嵌段的類型、軟嵌段的類型、聚合物中嵌段的排列、平均聚合物分子量、平均硬嵌段含量及平均重復(fù)單元數(shù)、平均軟嵌段含量及平均重復(fù)單元數(shù)，以及使用添加劑情況，特別是用蠟來(lái)改善加工性能以及可能時(shí)用沖擊改性劑來(lái)改善抗扯強(qiáng)度的情況。在本發(fā)明中使用的熱塑性彈性體應(yīng)具有的肖氏A硬度須在60至80之間，優(yōu)選的是在60至75之間。熱塑性塑料在拉長(zhǎng)100％時(shí)的拉伸應(yīng)力(通常稱為100％彈性模量)應(yīng)在約50至600psi之間，優(yōu)選的是在100至500psi之間。相當(dāng)?shù)?00％彈性模量應(yīng)在約450至約1100psi之間，優(yōu)選的是在約500至900psi之間。極限伸長(zhǎng)度應(yīng)在400％至800％的范圍內(nèi)變化，而在23℃下24小時(shí)的壓縮永久變形應(yīng)不大于25％。重要的一點(diǎn)是，熱塑性彈性體應(yīng)有優(yōu)良的抗有機(jī)溶劑能力。所有上述數(shù)據(jù)范圍，除另有說(shuō)明者外，均為在23℃下量得。
本發(fā)明用的熱塑性彈性體的另一方面是不應(yīng)有明顯的熔點(diǎn)。在熱塑性塑料的拉伸或沖壓工藝技術(shù)中，要想得到一種熔體，它既能模壓成形，又能保持已經(jīng)給定的形狀，則不明顯的熔點(diǎn)就是一項(xiàng)因素。在不明顯的熔點(diǎn)范圍內(nèi)，熔融物會(huì)表現(xiàn)出“原生強(qiáng)度”(green strength)。含有一定范圍分子量的聚合物的熔體，其特性就是熔點(diǎn)不明顯。
優(yōu)選的熱塑性彈性體是聚氨酯硬嵌段和聚酯軟嵌段組成的嵌段共聚物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這些熱塑性彈性體具有優(yōu)良的物理強(qiáng)度、超級(jí)的磨耗和撕裂抗力和優(yōu)良的抗拉強(qiáng)度。此外，這些熱塑性彈性體還表現(xiàn)出優(yōu)良的對(duì)有機(jī)溶劑的抵抗力。
優(yōu)選的聚氨基甲酸乙酯要想具有低彈性模量和低壓縮永久變形量，要靠選擇長(zhǎng)鏈二醇或二醇的結(jié)合作軟嵌段，它們?cè)诃h(huán)境溫度下很少結(jié)晶；而且硬嵌段的含量不得超過(guò)25％。剛性硬嵌段是由聚異氰酸酯和短鏈二醇反應(yīng)生成的。
優(yōu)選的聚氨基甲酸乙酯中包括的10-25％(重量)的一種或多種聚異氰酸酯。最好聚異氰酸酯是二異氰酸酯。實(shí)用的二異氰酸酯包括芳族和酯族的二異氰酸酯。適用的二異氰酸酯包括不受阻的芳族二異氰酸酯，如4，4′-亞甲基-二(異氰酸苯酯)(MDI)；異佛爾銅二異氰酸酯(IPDI)，間-亞二甲苯基二異氰酸酯(XDI)，此外還包括不受阻的環(huán)酯族二異氰酸酯，如1，4-環(huán)己基-二異氰酸酯，亞萘基-1，5-二異氰酸酯，二苯甲烷-3，3′-二甲氧基-4，4′-二異氰酸酯，二環(huán)己基甲烷-4，4′-二異氰酸酯和環(huán)己基-1，4-二異氰酸酯，此外還包括它們的結(jié)合。最優(yōu)選的不受阻的二異氰酸酯是4，4′-亞甲基-二(異氰酸苯酯)即MDI。
優(yōu)選的聚氨基甲酸乙酯中包含有0.1-5％(重量)的增鏈劑。適用的增鏈劑為含約2-6個(gè)碳的低酯族或短鏈二醇類。適用的增鏈劑的例子包括二甘醇、丙二醇、二丙二醇，1，4-丁二醇，1，6-正己二醇，1，3-丁二醇，1，5-戊二醇，1，4-環(huán)己二烷-二甲醇，氫醌二(羥乙基)醚等及其結(jié)合，其中1，4-丁二醇是優(yōu)選的。
優(yōu)選的聚氨基甲酸乙酯中包含有70至約89.9％(重量)的以羥基為鏈端的聚酯。優(yōu)選的以羥基為鏈端的聚酯中間產(chǎn)物通常是線型聚酯，其分子量約為500-5000道爾頓，最優(yōu)選的是約1000-3000道爾頓，酸值通常小于0.8，優(yōu)選的是小于0.5。分子量是用測(cè)定羥基的辦法來(lái)確定的。聚酯中間產(chǎn)物可用兩種方法生產(chǎn)(1)用一種或多種二醇與一種或多種二羧酸或二酸酐進(jìn)行酯化反應(yīng)；或(2)利用酯基轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即用一種或多種二醇與二羧酸酯進(jìn)行反應(yīng)。摩爾比優(yōu)選的是乙二醇比酸過(guò)量1摩爾以上，以獲得具有羥基重量?jī)?yōu)勢(shì)的線形鏈。
二羧酸可以是酯族的、環(huán)酯族的、芳族的或它們的結(jié)合?？蓡为?dú)使用或混合使用的適用二羧酸通常共含4到15個(gè)碳原子，并包括琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十二酸、間苯二酸、對(duì)苯二酸、環(huán)己烷二羧酸，等等。上述二羧酸的酐，如鄰苯二甲酸酐等也可使用，優(yōu)選的則是己二酸。
形成酯的二醇可以是脂族的、芳族的或是它們的結(jié)合；共含2-12個(gè)碳原子，包括1，2-亞乙基二醇，1，2-丙二醇，1，3-丙二醇，1，3-亞丁基二醇，1，4-丁二醇，1，5-戊二醇，1，6-己二醇，2，2-二甲基丙烷-1，3-二醇，1，4-環(huán)己烷二甲醇，1，10-癸二醇，十二亞甲基二醇，以及其結(jié)合。1，4-丁二醇與1，6-己二醇的結(jié)合物是優(yōu)選的二醇。
優(yōu)選的聚氨基甲酸乙酯所形成的優(yōu)選聚酯是混合酯，如聚丁烯/己烯己二酸酯，聚丁烯己二酸酯/壬二酸酯。最優(yōu)選的聚酯是聚丁烯己烯己二酸酯。
除上述聚酯中間產(chǎn)物外，本領(lǐng)域中還知道有多種其它類型的聚酯中間產(chǎn)物和文獻(xiàn)可供利用，其中包括有不同分子量和/或含有分支聚酯的中間產(chǎn)物。例如，聚己酸內(nèi)酯二醇就可利用。這是熟知的用內(nèi)酯和雙官能化合物進(jìn)行聚酯反應(yīng)的產(chǎn)物。雙官能化合物具有兩個(gè)反應(yīng)部位，能夠打開(kāi)內(nèi)酯的環(huán)。這些雙官能物質(zhì)可用通式HX-R-XH來(lái)代表，其中R是有機(jī)基，它可以是脂族的、環(huán)脂族的、芳族的或是雜環(huán)的有機(jī)基，X是O、NH和NR，這里的R是烴基，它可以是烷基、芳基、芳烷基和環(huán)烷基。這些物質(zhì)優(yōu)選包括二醇、二胺和氨基醇。有用的二醇包括亞烷基二醇，其中亞烷基含有2-10個(gè)碳原子，例如亞乙基二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-亞己基二醇等。
象以羥基為鏈端的聚酯這樣的中間產(chǎn)物，會(huì)進(jìn)一步與一種或多種聚異氰酸酯反應(yīng)，優(yōu)選的是與二異氰酸酯反應(yīng)，此外還與增鏈劑反應(yīng)，增鏈劑是“一次完成”反應(yīng)法所要求的。也就是說(shuō)，是中間產(chǎn)物、二異氰酸酯和增鏈劑同時(shí)共同反應(yīng)而生成合適分子量的線型聚氨酯，其熔體指數(shù)在2160g試驗(yàn)負(fù)荷下約為1-150，優(yōu)選的是約為1-75。二異氰酸酯的當(dāng)量數(shù)對(duì)含羥基組分、即以羥基為鏈端的聚酯和增鏈劑的總當(dāng)量數(shù)之比約為0.95-1.13，理想的是約為0.98-1.06。
替代的辦法是，氨基甲酸乙酯可用傳統(tǒng)的分兩步的方法來(lái)制備，其中先是用聚異氰酸酯和中間產(chǎn)物制出預(yù)聚物，然后將該預(yù)聚物與增鏈劑反應(yīng)。一種或多種聚異氰酸酯與以羥基為鏈端的中間產(chǎn)物的當(dāng)量比通常應(yīng)有足夠的量，以使在隨后用適當(dāng)?shù)脑鲦渼┰鲦湑r(shí)，能使以羥基為鏈端的化合物對(duì)一種或多種聚異氰酸酯的總當(dāng)量比約保持在0.95-1.065左右。
以上所舉例子，以及其他可以利用的熱塑性塑料聚氨酯，均列出在Encyclopediaof Polymer Science and Engineering，John Wiley & Sons，Inc.，New York，NY，1988，第13卷第243-303頁(yè)，在此全部引入作為參考。
此外，聚氨酯還可與多種添加劑混合，例如抗氧化劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、加工輔助劑等。最優(yōu)選的是，聚氨酯與0-5％(重量)的潤(rùn)滑劑組合物混合。任何相容的或適當(dāng)?shù)哪墚a(chǎn)生要求性能的潤(rùn)滑劑組合物均可使用。適當(dāng)?shù)睦影ㄖ咫p酰胺或脂族酯。
優(yōu)選的聚氨基甲酸乙酯熱塑性彈性體可以用分兩步的方法來(lái)生產(chǎn)。在第一次聚合作用中，將二醇與二酸反應(yīng)而生成二醇聚酯嵌段。在第二次聚合作用中，將二醇聚酯嵌段與二異氰酸酯及至少一個(gè)二醇單體的混合物進(jìn)行反應(yīng)，二異氰酸酯與二醇單體與聚酯嵌段之間以及二異氰酸酯與二醇單體之間都保持適當(dāng)?shù)谋壤?，以生產(chǎn)出具有所需分子量的聚合物和硬嵌段。但是最優(yōu)選的制備熱塑性聚氨基甲酸乙酯的方法是“一次完成”聚合法。二醇、二異氰酸酯和增鏈劑是在高于100℃的溫度下進(jìn)行反應(yīng)，理想的是高于120℃。反應(yīng)是放熱反應(yīng)，生成的是優(yōu)選的聚氨基甲酸乙酯。
作為例子，一種特定的聚氨基甲酸乙酯熱塑性彈性體的分子量范圍為從145,000至190,000道爾頓，相當(dāng)于在210℃ 3800g試驗(yàn)負(fù)荷下測(cè)得的熔體指數(shù)在24-36g/10min的范圍內(nèi)，它含有10-25％(重量)的MDI；0.1-5％重量的1，4-丁二醇；70-89.9％(重量)的聚丁烯/己烯己二酸酯，其平均分子量為1000-3000道爾頓；以及0-5％重量的潤(rùn)滑劑；這一特效聚氨基甲酸乙酯的特性如表I。
表I性能 美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)方法數(shù)值肖氏硬度 D2240 74A比重 D7921.17用DSC Thermal測(cè)定的 D3418臨界溫度Tg-40Tbc-10Tbm27Tm(max)165應(yīng)力-應(yīng)變，psiD412100％彈性模量 500
300％彈性模量905極限抗拉強(qiáng)度 5100最終伸長(zhǎng)(％) 550抗扯強(qiáng)度，pli D1938 244壓縮永久變形，％ D39522h/23℃ 2322h/70℃ 74本發(fā)明的物品系用熱塑性彈性體制成，第一工序是制成預(yù)型件，第二工序是插塞助推拉制。在預(yù)型件制作工序中是把熱塑性彈性體做成適用的預(yù)型件，并把它加熱到適當(dāng)?shù)臏囟纫员悴迦评?。在插塞助推拉制工序中，預(yù)型件用插塞助推器拉制成薄壁的管形物品。最后，該物品可進(jìn)行韌化以除去殘余的應(yīng)力。
對(duì)預(yù)型件工序的最低要求是，要把熱塑性彈性體加熱到消除結(jié)晶相，并借此基本上消除彈性；把熱塑性彈性體做成基本上兩面是平的預(yù)型件；把預(yù)型件冷卻下來(lái)，使粘滯性和彈性恢復(fù)到能被拉伸的范圍；把預(yù)型件放到模子空腔上方以便插塞助推拉制。這些步驟中的每一步，若不提別的要求，都完全是熟練技工能力所及的。但是，下面公開(kāi)的內(nèi)容卻是完成每一步所必備的優(yōu)選和注重的方法。
從物理上講，預(yù)型件可有各種各樣的形狀，只要預(yù)型件能在已公開(kāi)于本文內(nèi)的插塞助推拉制裝置上使用即可。作為必要的規(guī)格，預(yù)型件的兩個(gè)相對(duì)面應(yīng)該基本上都是平的，之所以要重申這一點(diǎn)，意思也就是說(shuō)，預(yù)型件是一塊熱塑性塑料的薄片。在一些特定的實(shí)施方案中，預(yù)型件也可能是一塊方板或一個(gè)園盤(pán)，是從一塊較大的模壓成的平板上切下和/或沖壓下來(lái)的，也可能是一條長(zhǎng)帶或薄板，在插塞助推拉制時(shí)從這上面切下所要做的物品。當(dāng)然，在兩者的任一情況下，預(yù)型件的壓制、模壓或沖壓都可以是在插塞助推拉制的現(xiàn)場(chǎng)來(lái)完成，甚至可能是把這兩項(xiàng)操作合并起來(lái)還更有利些。預(yù)型件的兩表面可以簡(jiǎn)單地是平的，也可以是有一定型樣的，以使熱塑性彈性體的熔融物在插塞助推拉制操作過(guò)程中在模子內(nèi)的分配方面取得一些好處。在圖1a、1b和圖2a、2b中示出可能的有型樣的園盤(pán)形預(yù)型件，這在本發(fā)明中使用可能是很有利的。雖然對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的熟練人員來(lái)說(shuō)，選擇能做出特定產(chǎn)品的預(yù)型件的形狀和大小是能力所及的事，但在此仍要建議預(yù)型件的厚度應(yīng)不大于約5mm并且不小于約0.5mm，優(yōu)選的是在1至2.5mm之間。
預(yù)型件須加熱到一種加工溫度，在該溫度下，在預(yù)型件加工操作期間內(nèi)的持續(xù)變形率不足以使預(yù)型件發(fā)生基本變形，同時(shí)在該溫度下，熔融物的彈性和粘滯性所處的范圍可使預(yù)型件被拉制成薄壁、封端的管形物品。使熔融物可以拉制的彈性和粘滯性范圍可用二種途徑來(lái)說(shuō)明它的特征。該范圍的第一個(gè)特征是，為使熱塑性彈性體熔融物內(nèi)對(duì)塑變具有最大可能的阻力，熔融物應(yīng)是粘滯而無(wú)彈性的。該范圍的第二個(gè)特征是，在粘滯性和彈性的聯(lián)合作用下，熱塑性彈性體當(dāng)在拉伸到要求厚度時(shí)，不會(huì)粘結(jié)、扯裂或翹曲。在使用上述聚氨基甲酸乙酯的情況下，加熱的溫度是在190至210℃之間，為了拉制，又把熔融物冷卻到145至185℃之間，優(yōu)選的是冷卻到150至170℃之間。這一拉制溫度大致相當(dāng)于用Rheometrics MechanicalSpectrometer在拉制溫度下量得的熔融物粘滯性(即綜合粘滯性)的范圍為75,000至150,000 Pcise，拉制溫度下的彈性模量范圍為600,000至1,200,000dyne/cm2。
如上所述，對(duì)本文所描述的方法來(lái)說(shuō)，為了進(jìn)行插塞助推拉制操作，熱塑性彈性體的彈性必須減到最小。也就是說(shuō)，在插塞助推拉制操作中，對(duì)預(yù)型件的最初變形來(lái)說(shuō)，主要的阻力應(yīng)是粘滯阻力。這一點(diǎn)可依靠控制好熱塑性彈性體的加熱與時(shí)間的關(guān)系以基本上消除結(jié)晶區(qū)來(lái)做到。簡(jiǎn)言之，應(yīng)首先把熱塑性彈性體加熱到足夠高的溫度，以基本上消除結(jié)晶區(qū)，隨后再冷卻到拉制溫度。由于結(jié)晶區(qū)不會(huì)立刻再形成，就留有一段時(shí)間，在此期間內(nèi)熱塑性彈性體可以基本上不遇到彈性抗力而變形。優(yōu)選的辦法是把熱塑性彈性體立時(shí)冷卻并用插塞助推器拉制，因?yàn)殡S著冷卻就開(kāi)始重新形成結(jié)晶區(qū)，并繼續(xù)進(jìn)行到與重新得到的溫度相當(dāng)?shù)慕Y(jié)晶區(qū)含量。對(duì)任何給定的熱塑性彈性體并運(yùn)用先加熱消除結(jié)晶區(qū)的技術(shù)來(lái)說(shuō)，對(duì)熱塑性彈性體須降到的拉制溫度進(jìn)行優(yōu)化是沒(méi)有多大價(jià)值的。一個(gè)優(yōu)選的方法是，預(yù)型件在室溫下加熱到足以基本上消除結(jié)晶區(qū)的溫度。在預(yù)型件保持在這一溫度的短時(shí)間內(nèi)，預(yù)型件的持續(xù)變形是不大的。此時(shí)立刻使預(yù)型件冷卻到插塞助推拉制溫度并進(jìn)行拉制。另一個(gè)優(yōu)選的方法是，把熱塑性彈性體加熱到足以基本上消除結(jié)晶區(qū)的溫度，并壓制成長(zhǎng)帶形預(yù)型件。再把預(yù)型件冷卻到插塞助推拉制溫度并隨后拉制這些切割段。
預(yù)型件操作中的加熱工序可在烘箱和/或擠壓機(jī)圓筒中進(jìn)行。在本文的圖3中用的是烘箱，建議的是把預(yù)型件1平放在烘箱2內(nèi)，靠與熱空氣接觸來(lái)加熱，并暴露于紅外線源之下。建議的紅外線源也許不會(huì)比這電阻加熱器的熾熱元件3更高級(jí)，或者也可用設(shè)計(jì)來(lái)發(fā)射紅外射線的燈泡作紅外線源。由于本方法所采用的預(yù)型件較薄并且主要是依靠紅外線源來(lái)加熱，因此預(yù)型件的溫度能迅速變化而使持續(xù)變形減到最小，還可以增大生產(chǎn)率。若把預(yù)型件斜放或豎放來(lái)加熱，則預(yù)型件的持續(xù)變形會(huì)加劇。
用另外的可能更加有利的方法來(lái)加熱預(yù)型件也是考慮過(guò)的。一種加熱預(yù)型件的可能方法也許是用微波輻射。這時(shí)，也許要求很好地設(shè)計(jì)一只烤箱，此外還要設(shè)計(jì)好熱塑性彈性體中的摻雜物以使輻射能轉(zhuǎn)換為熱能。第二種加熱方法是，插塞助推拉制可以在預(yù)型件脫離擠壓機(jī)時(shí)進(jìn)行，在這里，預(yù)型件已經(jīng)冷卻到適于拉制的溫度。在此情況下，除擠壓機(jī)外也許就不需要?jiǎng)e的熱源了。
把預(yù)型件加熱以及控制好加熱與時(shí)間的關(guān)系，這都不出本領(lǐng)域的技能范圍。申請(qǐng)人已決定性地申請(qǐng)把這些技術(shù)歸入插塞助推拉制熱塑性彈性體管形物品的技術(shù)之內(nèi)。
前已指出，插塞助推拉制操作的目的是要把預(yù)型件模壓成薄壁管形物品。插塞助推拉制操作的第一個(gè)特色是使用一根插塞助推器或稱頂桿，配合采用預(yù)型件兩面的氣壓差，把加熱好的預(yù)型件又頂又拉而進(jìn)入模子。插塞助推拉制操作的第二個(gè)特色是，預(yù)型件兩面的氣壓差與插塞伸進(jìn)模子內(nèi)的長(zhǎng)度的動(dòng)態(tài)關(guān)系。
關(guān)于在預(yù)型件兩面加上并調(diào)節(jié)氣壓差，可采用二種技術(shù)。一種技術(shù)是，氣壓差是由在預(yù)型件外表面上用正表壓或負(fù)表壓而在模子腔內(nèi)保持常壓、優(yōu)選的是保持大氣壓所造成的。第二種技術(shù)是氣壓差是由在模子腔內(nèi)用正表壓或負(fù)表壓而把預(yù)型件密封裝在模子的凸緣上所造成的。不管預(yù)型件是由外部正壓或內(nèi)部負(fù)壓所造成的壓差而被拉入模子的，這里考慮的是被“拉入”。這兩種技術(shù)被看作是等價(jià)的。在這里，優(yōu)選的是第二種技術(shù)，即氣壓差是在模子內(nèi)采用真空來(lái)控制。但是，事實(shí)上，主要是由于這樣控制氣壓差的試制樣機(jī)的制造和操作都可簡(jiǎn)單些。
在這里，當(dāng)在模子內(nèi)加壓時(shí)，就把加在預(yù)型件兩面的壓差稱為正值，當(dāng)在模子外加壓時(shí)，就把預(yù)型件兩面的壓差稱為負(fù)值。因此，當(dāng)在預(yù)型件上加上正壓差時(shí)，可以用在模子內(nèi)加真空或在外部加壓而形成。與此相似，當(dāng)采用負(fù)壓差時(shí)，可用在模子內(nèi)加壓或在外部加真空來(lái)得到。
圖3畫(huà)出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，該方案氣壓差是從模子內(nèi)部來(lái)控制的。由圖3可以看出，加熱好的預(yù)型件1是放在模子5的凸緣4上，插塞組件6是在全部縮回的位置，借此模子是被封住的。由于模子被封著，模子內(nèi)的空氣就通過(guò)真空口8被真空源7抽走。與空氣從模子5內(nèi)被抽出的同時(shí)或隨后，插塞組件6就向模子內(nèi)伸出與預(yù)型件接觸并推送它進(jìn)入模子。通過(guò)空氣抽出和插塞伸出的合并作用，預(yù)型件進(jìn)入模子1的變形被大大地加速了。插塞伸出的速度和空氣被抽出的速度合并起來(lái)產(chǎn)生出動(dòng)態(tài)的模子壓力，下面將會(huì)講到，該壓力可以交替地助長(zhǎng)或抵抗插塞加在正在變形中的熱塑性彈性體上的動(dòng)作。當(dāng)插塞組件全部伸出時(shí)，模子里的剩余空氣就被真空源7抽空，模壓好的物品就可取出。圖3可以改變成用預(yù)型件外表面上的器械來(lái)施加氣壓差。用這一技術(shù)時(shí)，可用一加壓空腔與預(yù)型件1的外表面密封接觸，接觸面在凸緣4的對(duì)面。該加壓空腔可以有一個(gè)密封小孔，由此伸入插塞組件6，并有一個(gè)加壓口，在此接上相當(dāng)于真空源7的加壓設(shè)備。真空口8則可通向大氣。
前已指出，本方法用于熱塑性彈性體的管形物品是最有利的，該管形物品為薄壁型的，而且其長(zhǎng)度和直徑的比例處于列舉的范圍之內(nèi)。提供一只適當(dāng)大小的用以生產(chǎn)這種物品的模子，很明顯是本領(lǐng)域的技術(shù)能辦得到的。由于模子不需加熱或過(guò)分加壓，由此很多材料可供選用。
關(guān)于插塞助推拉制操作的第一個(gè)特色，用插塞組件的目的是把變形中的預(yù)型件頂入模子腔內(nèi)，在頂進(jìn)同時(shí)也使正在變形的熱塑性彈性體預(yù)型件的塑變流在模子空腔內(nèi)沿軸線前進(jìn)時(shí)被抻斜，以避免與模子壁接觸，直到接近全部拉制完成的那一點(diǎn)為止。插塞的目的是提供一個(gè)與正在變形的預(yù)型件接觸的表面。桿棒則是提供一個(gè)安裝插塞的支撐，并借此把插塞伸進(jìn)模子空腔內(nèi)。插塞的制造材料和形狀可以是多種多樣。當(dāng)然，選擇的材料和設(shè)計(jì)的式樣都必須符合以下目標(biāo)材料要不與熱的預(yù)型件粘結(jié)；接觸的面積要最小，同時(shí)又要有足夠的面積，以防止不適當(dāng)?shù)膽?yīng)力或把材料刺破；與插塞的接觸要把流向插塞的熱損失減到最小，等等。插塞的設(shè)計(jì)并不是要提供一個(gè)使預(yù)型件壓迫成形的面積。插塞可用無(wú)粘性的聚烯烴如聚(全氟烯烴)，例如聚四氟乙烯或用鋁來(lái)制作，也可以用網(wǎng)紋表面。插塞的形狀可以是橢圓形、喇叭口形、拋物面形、片斷拋物面和垂直底形、桶形、片斷球面形、圓錐臺(tái)(直立圓錐的截頭體)形、圓柱體形，等等。在圖4a和4b中，優(yōu)選的插塞是一個(gè)從它的皇冠面上伸出以軸線為中心的接觸用凸臺(tái)的圓錐臺(tái)形插塞。在圖4c和4d中，另一個(gè)優(yōu)選的插塞是一個(gè)從它的徑向面上伸出以軸線為中心的接觸用凸臺(tái)的截頭圓柱體或圓盤(pán)形插塞。另外，最好插塞是用帶紋的鋁制造。
插塞組件和模子的優(yōu)選使用方法是，模子沿垂直軸線安裝，使其一端凸緣圍繞的孔的中心在垂直軸線上，而盡頭另一端的真空口位于與垂直軸線的相交點(diǎn)上。插塞組件沿垂直軸線安裝，而插塞可以沿垂直軸線伸入模子空腔內(nèi)基本上模子的長(zhǎng)度。必須保持間隙，使插塞不成為加壓元件，因此也必須使插塞離開(kāi)凸緣、模子壁和模子盡頭端的距離，在各個(gè)要接觸的點(diǎn)上，都比任何熱塑性彈性體的厚度要大些。與此相應(yīng)的是，插塞也只應(yīng)能伸入到模子內(nèi)離開(kāi)盡頭端一段上述距離的長(zhǎng)度，不僅如此，還須保持足夠的距離，以使預(yù)型件拉出的端部在下文將要描述的最后拉制步驟中不致被流出模子出口的氣流過(guò)早地帶走。
在這里，壓力源或真空源不是決定性的問(wèn)題。本領(lǐng)域的熟練人員可以不費(fèi)力地選擇使空氣加壓或抽真空的工具，舉例說(shuō)，可以選擇用一只靠噴射器或回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)保持的真空容器，用回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)或單級(jí)、單作用式活塞。優(yōu)選的壓力源或真空源是單級(jí)、單作用式活塞，不用容器把它直接連接到加壓口或真空口上。這種活塞的容積要設(shè)計(jì)得比模子大，這樣在活塞一次抽氣動(dòng)作中便可充滿或抽空模子，而當(dāng)活塞反向向模子排氣時(shí)，拉制操作已經(jīng)完畢，這時(shí)的排氣可以幫助撤清模子，為下次插塞助推拉制操作創(chuàng)造條件。
如前已述過(guò)的，插塞助推拉制操作的第二個(gè)特色是模子內(nèi)的預(yù)型件兩面的氣壓差與插塞伸入模子內(nèi)的長(zhǎng)度的動(dòng)態(tài)關(guān)系。這一壓差對(duì)插塞伸入長(zhǎng)度的函數(shù)關(guān)系可在插塞伸入長(zhǎng)度上分為三個(gè)階段。
第一階段是插塞伸出到或接近預(yù)型件與伸出的插塞之間發(fā)生接觸這段時(shí)間內(nèi)氣壓差與插塞延伸的關(guān)系。在第一階段中，或者用正壓差把預(yù)型件拉入模子，或者是保持零壓差或中性壓差而插塞開(kāi)始向模子內(nèi)延伸。最遲在插塞與預(yù)型件接觸時(shí)必須控制為正壓差或能動(dòng)地保持中性壓差，此時(shí)預(yù)型件會(huì)被插塞推入模子。如果在伸出的插塞與預(yù)型件接觸后晚很多才控制壓差，則由于預(yù)型件頂著密封的模子或外部空腔而被推入模子，就會(huì)積累起引起損壞的壓力。優(yōu)選的辦法是，在第一階段，在伸出的插塞與預(yù)型件接觸以前就施加正壓差。具體地說(shuō)，要這樣來(lái)采用足夠的壓差和設(shè)定插塞伸出的速度，使得在施加壓差和插塞與預(yù)型件接觸之間的時(shí)間內(nèi)，預(yù)型件由于氣壓差的作用已基本上變形成半球形狀。優(yōu)選的是，在第一階段預(yù)型件被氣壓差拉成一個(gè)更適合與插塞接觸的形狀并形成一種變形的沖力。在插塞接觸到預(yù)型件以前，氣壓差應(yīng)當(dāng)至少足以使預(yù)型件接觸的一面變成凹形，優(yōu)選的是變成半球形。但是，過(guò)了預(yù)型件變?yōu)榘肭蛐芜@一點(diǎn)，如單獨(dú)靠氣壓差來(lái)繼續(xù)變形，就會(huì)把正在變形的預(yù)型件拉入管形模子并當(dāng)拉伸時(shí)會(huì)連續(xù)與模子壁接觸。與模子壁的接觸會(huì)使模壓出的物品在接觸的長(zhǎng)度上產(chǎn)生出厚而不均勻的壁。因此，在變形中的預(yù)型件基本上變成管形的那一時(shí)刻以前，應(yīng)使插塞接觸預(yù)型件。具體地說(shuō)，插塞在第一階段的伸出速度，必須在軸向上大于或等于由氣壓差造成的正在變形的預(yù)型件的軸向拉伸速度。但是，插塞的伸出速度不應(yīng)大到與預(yù)型件接觸時(shí)能刺破預(yù)型件的程度。適當(dāng)?shù)淖龇ㄊ?，第一階段的壓力差應(yīng)限于0-500mm-Hg的范圍，優(yōu)選的是限于5-200mm-Hg的范圍，這壓力不是絕對(duì)壓力而是相對(duì)壓力，0mm-Hg時(shí)在預(yù)型件上沒(méi)有壓力。
第二階段是從伸出的插塞與變形的預(yù)型件接觸當(dāng)時(shí)，或接觸前后起至插塞全部伸出時(shí)止這段時(shí)間內(nèi)，預(yù)型件兩面的壓力差與插塞伸出長(zhǎng)度之間的關(guān)系。在這第二階段內(nèi)，從壓力源或真空源出來(lái)的氣流速度應(yīng)調(diào)節(jié)得使之與插塞伸入模子的長(zhǎng)度合并作用的結(jié)果，是壓差等于0mm-Hg或在0mm-Hg左右。在第二階段中，要求變形的預(yù)型件完全被拉伸到模子空腔內(nèi)，而與模子壁僅在模子凸緣組件的面積上接觸。這一點(diǎn)可以這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)插塞沿著軸線把變形的預(yù)型件頂入模子空腔時(shí)將熱塑性彈性體的塑變流抻斜，而此時(shí)的壓差則用來(lái)防止拉制中的熱塑性彈性體與模子壁接觸，直到插塞全部伸出的那一時(shí)刻為止。借助于把壓差降到約0mm-Hg左右，使本來(lái)會(huì)把預(yù)型件頂入模子并碰上模子壁的壓力趨于均衡，結(jié)果就使拉制物品的薄壁不壓到模子壁上。由于插塞的拉伸動(dòng)作，被拉伸物品的薄壁被抻成近似于一條從端部與插塞的接觸點(diǎn)到凸緣組件之間的直線。另外，由于抵抗熱塑性彈性體變形的圓周應(yīng)力的作用，被拉伸物品的薄壁被徑向向內(nèi)朝著插塞伸出的軸線方向拉住。因此，在第二階段，視拉制速度、熱塑性彈性體、預(yù)型件溫度等情況可承受的壓差可高達(dá)25mm-Hg，優(yōu)選高達(dá)5mm-Hg。還有，取決于這些同樣的因素，在第二階段也許負(fù)壓差是有利的，負(fù)壓差的范圍可以是0--25mm-Hg，優(yōu)選的是0--5mm-Hg。負(fù)壓差傾向于把被拉伸物品的薄壁徑向向內(nèi)把持住，使之遠(yuǎn)離模子壁。當(dāng)然，負(fù)壓差不應(yīng)大到使被拉伸預(yù)型件的薄壁與插塞組件的桿棒接觸的程度。為了把第二階段的負(fù)壓差保持在要求的范圍，由于插塞軸向伸出和被拉伸預(yù)型件進(jìn)入模子所引起的模子內(nèi)部的容積變化，必須大致上被真空源或壓力源的氣流速度所抵消。
第三階段是從插塞完全伸出當(dāng)時(shí)或其前后起，至模子完全被抽空、預(yù)型件被拉伸到完全與模子壁接觸時(shí)止這一期間內(nèi)，預(yù)型件兩面氣壓差與插塞伸縮之間的關(guān)系。第三階段動(dòng)作的目的是要使薄壁管形物品最后定形。在第三階段，插塞已完全伸出。氣壓差提高到必要的程度以抽空模子并使管形物品的壁變形到與模子壁接觸。優(yōu)選的是，提高氣壓差的動(dòng)作能提攜膨脹的預(yù)型件，使之脫離與插塞的接觸，以使插塞能無(wú)掛礙地縮回。膨脹的預(yù)型件與模子壁接觸后，做成的薄壁管形物品就被充分冷卻，以致可從模子內(nèi)取出。
把插塞伸出和壓差的三個(gè)階段合并成單一的拉制操作，可有幾種選擇方案。對(duì)給定的模子容積、模子長(zhǎng)度、熱塑性彈性體等條件說(shuō)來(lái)，似乎用不變的插塞伸出速度與從壓力源或真空源輸出不變的氣流速度相結(jié)合，會(huì)使壓差和插塞伸出的變化曲線圖處于剛才描述的邊界范圍之內(nèi)。當(dāng)然，這樣得出的曲線圖也許是從設(shè)備和操作的觀點(diǎn)上看是最方便不過(guò)的了，但是，高級(jí)的產(chǎn)品只有用各種的插塞伸出速度和各種的氣流速度來(lái)達(dá)到方才指出的三個(gè)階段的各項(xiàng)目標(biāo)才能生產(chǎn)出來(lái)。
因此，優(yōu)選的實(shí)施方案所提供的制造熱塑性彈性體的薄壁管形物品的方法包括a)把細(xì)長(zhǎng)的模子空腔基本上沿垂直軸線安裝，細(xì)長(zhǎng)的模子空腔是由一只模子圍成的，模子包括一個(gè)盡頭端和一個(gè)工作端以及抽空模子空腔的設(shè)施。盡頭端的表面與垂直軸線相交，盡頭端的邊基本上與垂直軸線平行；工作端包括凸緣組件，它圍住一個(gè)孔，孔的中心線就接近垂直軸線；抽空設(shè)施包括附加在盡頭端上的一個(gè)出口，出口安裝在盡頭端與垂直軸線相交處；b)沿垂直軸線安裝一個(gè)插塞，該插塞可以沿垂直軸線穿過(guò)模子上的孔伸進(jìn)模子空腔，伸入的長(zhǎng)度基本上是模子空腔的長(zhǎng)度，插塞與凸緣組件、孔邊和盡頭端之間應(yīng)離開(kāi)一段距離，該距離基本上要大于熱塑性彈性體在該接觸點(diǎn)處的厚度；c)在插塞縮回時(shí)把一塊兩面基本上是平的熱塑性彈性體預(yù)型件放到孔口上，預(yù)型件有頂面和底面；把預(yù)型件加熱到一定的溫度；使得在該溫度下持續(xù)變形率在放置預(yù)型件的時(shí)間內(nèi)不足以使預(yù)型件發(fā)生基本變形，同時(shí)在該溫度下的粘滯性和彈性使預(yù)型件能被拉制；而后預(yù)型件從垂直軸線在360°弧線上徑向延伸到由凸緣組件圍成的孔口以下，借此，預(yù)型件至少有一面與凸緣組件接觸，借此，空腔被封閉，并借此使起始的變形是依靠重力沿垂直軸線進(jìn)行；d)在預(yù)型件頂面和底面加上氣壓差并使插塞沿垂直軸線下降與預(yù)型件的一個(gè)面接觸，借此預(yù)型件就被壓差所拉伸并被插塞所頂進(jìn)而沿垂直軸線塑變并加熱模子空腔，此時(shí)模子空腔內(nèi)的空氣也通過(guò)出口被抽走；e)把預(yù)型件拉伸并頂送進(jìn)入模子基本上達(dá)到模子空腔的長(zhǎng)度，其間插塞的伸出速度與抽氣速度合并作用產(chǎn)生出的氣壓差可使被拉伸和頂進(jìn)的預(yù)型件遠(yuǎn)離模子壁，插塞延伸到預(yù)型件尚未與模子盡頭端接觸的一點(diǎn)；以及g)把模子抽空，借此使預(yù)型件與模子的冷壁全面接觸，借此做成成形的物品。
在插塞助推拉制操作以后，可能需要進(jìn)一步用熱韌化的方法來(lái)改變被拉制物品的彈性性質(zhì)。這種類型的處理熱塑性彈性體的方法，在Macromolecules，190，23，1005-1006上由Nallicheri，R.A.和Rubner，M.F.發(fā)表的文章中已有描述?；菊f(shuō)來(lái)，要除去被拉伸物品中的殘余應(yīng)力并借此降低其彈性模量，應(yīng)把該物品加熱到適宜溫度延續(xù)一定時(shí)間進(jìn)行韌化，并可選擇在升溫時(shí)把它繃套在一根頂桿上使它定形化。若是聚氨基甲酸乙酯做的物品，可用單純加熱的辦法來(lái)進(jìn)行韌化，可在空氣對(duì)流的烘箱中在130℃下韌化4小時(shí)。一般說(shuō)來(lái)，韌化過(guò)程可在100-140℃溫度下進(jìn)行1-24小時(shí)。
本文所描述的方法用于生產(chǎn)避孕套或手指套最為有利。若是避孕套，則模壓出來(lái)的物品的長(zhǎng)度約為125至225mm，直徑約為30至50mm。關(guān)于現(xiàn)在市場(chǎng)出售的避孕套的形狀，由于天然橡膠的彈性模量相對(duì)較低，在伸長(zhǎng)30％時(shí)為30-50psi，就使極廣泛的入口能使用統(tǒng)一形狀的單一產(chǎn)品而感到舒適。但是，熟悉避孕套制造技術(shù)的人們知道，現(xiàn)在能買到的適用熱塑性彈性體在伸長(zhǎng)30％時(shí)的彈性模量要比天然橡膠高，其范圍為80-150psi。因此，為使更大范圍的入口能舒適地使用本法生產(chǎn)的避孕套，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)把避孕套做成楔形是有益的，目的是控制在使用時(shí)施加避孕套繃緊張力的地點(diǎn)。在圖6中畫(huà)出了本發(fā)明所注重的一個(gè)實(shí)施方案中的楔形避孕套。具體地說(shuō)，本發(fā)明的楔形避孕套具有以軸線為中心的管形套體，有一個(gè)開(kāi)口端和閉合的另一端，其最大直徑在沿軸線接近閉合端的一點(diǎn)上，其最小直徑處于沿軸線的最大直徑點(diǎn)與開(kāi)口端之間，包括開(kāi)口端處。最大直徑與直徑之間之比應(yīng)在1.05/1至1.4/1之內(nèi)，優(yōu)選的是在1.1/1至1.25/1之間。最大直徑點(diǎn)的位置最好是緊挨著避孕套的閉合端，當(dāng)避孕套是向帶肋的管體逐漸變細(xì)時(shí)，可以有多個(gè)最小直徑的點(diǎn)，或者當(dāng)上端部分是等直徑時(shí)，那么最小直徑的點(diǎn)就會(huì)涵蓋一段管體。如避孕套的彈性模量在上文剛剛指出的范圍之內(nèi)，則已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)最廣泛范圍的入口有實(shí)用價(jià)值的避孕套的最有利的尺寸為最小直徑為37-40mm，逐漸變粗到最大直徑為40-45mm。楔形避孕套可利用楔形模子在拉制避孕套中生產(chǎn)，和/或?qū)⒈茉刑自谝桓ㄐ蔚捻敆U上進(jìn)行韌化來(lái)生產(chǎn)。
可以在避孕套的開(kāi)口端加裝一個(gè)凸緣以保證在使用中能固定住并使避孕套便于包裝處理和卷起。凸緣可以用兩種方法來(lái)加裝。一種方法是，把避孕套套在頂桿模具上，把多余的材料修整掉，把薄壁往下卷成一個(gè)凸緣，然后把凸緣熔合成一個(gè)固體環(huán)。第二種方法是，在另外的操作中制備出環(huán)形凸緣并把它用熱熔法或粘結(jié)法固結(jié)在避孕套的邊緣上。第二種方法被叫做“輸入凸緣法”。
下面通過(guò)的制造避孕套的例子只是作為說(shuō)明而無(wú)意加以限制。
裝置這里的設(shè)備分為預(yù)熱烘箱和插塞助推真空拉制單元兩大部分。烘箱是一只隔熱的金屬箱，內(nèi)有可控溫的加熱元件和排風(fēng)扇，用以提供烘箱內(nèi)要求的溫度條件。與烘箱一起還設(shè)置了兩只可控溫的中紅外加熱器，它帶有熔凝石英發(fā)射板，其輻射能為40W/cm2，每只的輻射面積為100cm2。在烘箱下部設(shè)有軌道和伺服機(jī)構(gòu)/計(jì)算機(jī)控制的穿梭系統(tǒng)，放在該系統(tǒng)支承器上的預(yù)型件可以沿水平方向被輸送到烘箱內(nèi)加熱并隨后沿水平方向穿過(guò)烘箱，再放到真空拉制單元上，真空拉制單元是一個(gè)避孕套形的玻璃陰模，它與模子下部的盡頭端是在一條垂直軸線上。模子是楔形的，直徑從開(kāi)口端至盡頭端不斷增大。模子總長(zhǎng)為260mm，開(kāi)口端的直徑為38.5mm，最大直徑為42mm，模子容積大致為311cm3。有一臺(tái)單級(jí)、單作用的真空泵通過(guò)真空出口與模子相連接，真空出口裝在盡頭端模子與垂直軸線相交處。真空泵的單作用容積為590ml，因此可在活塞一次抽氣中把模子抽空。活塞的位置可通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的伺服電機(jī)來(lái)控制，以提供整個(gè)拉制過(guò)程中準(zhǔn)確的真空變化曲線。模子外面封有夾套，內(nèi)中有液體循環(huán)，以把模子溫度控制在約15℃。在模子的開(kāi)口端裝有兩塊活板和輔助硬件，它們能與支承器配合動(dòng)作并把預(yù)型件封在開(kāi)口端上。在模子開(kāi)口端上方軸向安裝有插塞組件，它包括金屬桿棒和圓錐臺(tái)形的接觸元件，插塞組件要安裝得能伸入模子內(nèi)。接觸元件的位置有計(jì)算機(jī)控制的伺服電機(jī)來(lái)控制，它能提供準(zhǔn)確的進(jìn)入模子的位移速度，并控制進(jìn)入模子的深度。接觸元件是用聚四氟乙烯制作，其表面是拉毛了的(50格)，它與向上的底和向下的皇冠面的軸線是在一條直線上。圓錐臺(tái)的高是10mm，底的直徑是31.33mm，皇冠面的直徑是35mm。從皇冠面伸出一根接觸凸臺(tái)，其長(zhǎng)度為6mm。
預(yù)型件制備把具有表I所列性能的整卷聚氨基甲酸乙酯--Estane58238-032P(B.F.Goodrich Company的注冊(cè)商標(biāo))--壓制成厚約1-1.9mm。從這整卷的薄板上沖壓出直徑約為25-30mm的圓盤(pán)。該圓盤(pán)須在室溫和相對(duì)濕度20％至30％的環(huán)境下調(diào)節(jié)至少24小時(shí)。把圓形的預(yù)型件放到平裝在導(dǎo)軌上的支承器上并自動(dòng)沿水平方向輸送到已預(yù)熱到110℃的烘箱中。金屬支承器做成有6.3mm高的凸邊、45mm直徑的開(kāi)孔，預(yù)型件圓盤(pán)就擺放在其中，這樣就使預(yù)型件的材料頂面和底面都暴露在外，從而可以迅速而均勻地加熱，然后預(yù)型件立刻就暴露在兩只中紅外加熱器之下，它在750℃溫度下的峰值波長(zhǎng)為28μm。一只加熱器位于預(yù)型件上方35mm，另一只加熱器則位于預(yù)型件下方35mm。加熱器是連續(xù)工作的，因此暴露于紅外線的時(shí)間長(zhǎng)短是由輸送系統(tǒng)來(lái)控制的。預(yù)型件在這種狀態(tài)下加熱到軟化并在自身重量作用下“癱塌”。大約在暴露于輻射加熱器下19秒鐘后就會(huì)出現(xiàn)這種情況。在這一時(shí)刻，用窄頻帶(7.92μm)紅外溫度計(jì)測(cè)得預(yù)型件的溫度約為230℃。用輻射加熱器照射完畢后，預(yù)型件就沿軌道被水平方向輸送穿越預(yù)熱到110℃的烘箱，其間約需時(shí)8秒，這時(shí)就進(jìn)入到處于室溫下的真空拉制裝置中，并被封閉定位到模子開(kāi)口的位置上。
真空拉制插塞助推真空拉制操作是從插塞開(kāi)始伸出而開(kāi)始的。從預(yù)型件離開(kāi)烘箱的時(shí)刻到拉制開(kāi)始的時(shí)刻中間經(jīng)過(guò)的時(shí)間約2秒鐘。插塞位移的變化曲線由計(jì)算機(jī)控制，變化范圍約為30-50mm/sec。圖5是真空拉制期間有代表性的模子壓力和插塞伸出長(zhǎng)度與時(shí)間的關(guān)系曲線。在插塞接觸到熱預(yù)型件當(dāng)時(shí)或接觸瞬間以前，就加上真空，與插塞的動(dòng)作同時(shí)作用。隨后把真空拉制好的避孕套從模子中取出并在130℃下韌化4小時(shí)。圖7是用上述方法制造的避孕套的壁厚與自尖端起的距離之間關(guān)系的代表性曲線圖。圖8是用橡膠漿利用沉降法制造的天然橡膠避孕套的類似曲線圖。
權(quán)利要求
1.制造薄壁、封端、熱塑性彈性體管形物品的方法，該方法包括a)提供一個(gè)有縱向軸線、盡頭端和另一頭為開(kāi)口端的管形模子，其開(kāi)口端帶有凸緣，并提供一塊熱塑性彈性體的預(yù)型件，該預(yù)型件的兩面基本上都是平的，并把該熱塑性彈性體加熱到使其粘滯性和彈性處于一定的范圍，以使預(yù)型件可被拉制；b)把該熱塑性彈性體預(yù)型件的一面放到模子的凸緣上；c)在預(yù)型件的一面上施以氣壓或真空，使預(yù)型件兩面產(chǎn)生氣壓差，并沿軸線方向伸出插塞與預(yù)型件的外表面接觸，借此又拉又頂使預(yù)型件塑變進(jìn)入模子，插塞的伸出速度要調(diào)控得使插塞能與預(yù)型件接觸，但不會(huì)刺破它；d)進(jìn)一步加氣壓或真空并進(jìn)一步沿軸線方向伸出插塞頂住預(yù)型件，加氣壓或真空的速度和插塞伸出的速度聯(lián)合產(chǎn)生的預(yù)型件兩面的氣壓差要使正在塑變的預(yù)型件的一部分遠(yuǎn)離管形模子的壁；以及e)在插塞接近盡頭端時(shí)，抽盡塑變的預(yù)型件與模壁之間的剩余空氣，借此把預(yù)型件拉伸到與模子的冷壁接觸而制成成形的物品。
2.權(quán)利要求1的方法，其中熱塑性彈性體為聚氨基甲酸乙酯，其加熱的溫度在145到185℃之間。
3.權(quán)利要求1的方法，其中熱塑性彈性體被加熱到其熔體的粘度范圍為75,000到150,000poise，其彈性模量的范圍為600,000到1,200,000 dyne/cm2。
4.權(quán)利要求1的方法，其中氣壓差是用在模子中抽真空的辦法來(lái)施加的。
5.權(quán)利要求1的方法，其中氣壓或真空是加到預(yù)型件的一個(gè)面上，以在伸出的插塞剛接觸預(yù)型件時(shí)能施加正壓差或保持中性壓差。
6.權(quán)利要求1的方法，其中氣壓或真空是加到預(yù)型件的一個(gè)面上以施加正壓差，借此在預(yù)型件與插塞接觸當(dāng)時(shí)使預(yù)型件基本上變形成半球形。
7.權(quán)利要求1的方法，其中預(yù)型件兩面形成的氣壓差使正在塑變的預(yù)型件的一部分遠(yuǎn)離管形模子的壁，該氣壓差的值為約0mm-Hg到-25mm-Hg。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所說(shuō)的值為約0mm-Hg到約-5mm-Hg。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所說(shuō)的使正在塑變的預(yù)型件的一部分遠(yuǎn)離管形模子的壁的預(yù)型件兩面的氣壓差，它的值約為0mm-Hg至約25mm-Hg。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所說(shuō)的值為約0mm-Hg至約5mm-Hg。
11.權(quán)利要求1的方法，其中管形物品的壁厚約在0.005mm至0.25mm之間。
12.權(quán)利要求1的方法，其中管形物品的長(zhǎng)度與直徑的比約在2/1至20/1之間。
13.制備熱塑性彈性體預(yù)型件的方法，該預(yù)型件是為拉制成壁厚約在0.005至0.25mm的薄壁、封端、管形物品用的，該方法包括i)提供一個(gè)有縱向軸線、盡頭端和另一頭為開(kāi)口端的管形模子，其開(kāi)口端帶有凸緣；ii)把熱塑性彈性體加熱到足夠高的溫度，使之基本上消除結(jié)晶區(qū)，借此使熱塑性彈性體的粘滯性和彈性顯著降低，并使該熱塑性彈性體成形，做成兩面基本上都是平的預(yù)型件；iii)把該熱塑性彈性體冷卻下來(lái)，借此把它的粘滯性和彈性恢復(fù)到一定的范圍之內(nèi)，使預(yù)型件可被拉制；以及iv)把該熱塑性彈性體的一面放到上述凸緣上。
14.權(quán)利要求13的方法，其中加熱到基本消除結(jié)晶區(qū)的溫度約為190至210℃。
15.權(quán)利要求13的方法，其中冷卻下來(lái)使粘滯性和彈性恢復(fù)到一定范圍之內(nèi)以使預(yù)型件可被拉制，該冷卻到的溫度約在145至185℃之間。
16.權(quán)利要求13的方法，其中冷卻下來(lái)使粘滯性和彈性恢復(fù)到一定范圍之內(nèi)以使預(yù)型件可被拉制，其粘滯性約恢復(fù)到75,000至150,000 poise之間，而彈性模量約到600,000至1,200,000 dyne/cm2之間。
17.在插塞助推拉制薄壁、封端、熱塑性彈性體管形物品時(shí)用的插塞組件，它包括以軸線為中心的桿棒，該桿棒裝在以軸線為中心的圓錐臺(tái)形的插塞的底上，插塞底的對(duì)面為皇冠狀的面，在該皇冠狀面上伸出一根以軸線為中心的接觸凸臺(tái)。
18.在插塞助推拉制薄壁、封端、熱塑性彈性體管形物品時(shí)用的插塞組件，它包括以軸線為中心的桿棒，該桿棒裝在以軸線為中心的圓盤(pán)形插塞的第一面上，與該面相對(duì)的第二面上則伸出一根以軸線為中心的接觸凸臺(tái)。
19.熱塑性彈性體的避孕套，該避孕套具有以軸線為中心的管形套體，有一開(kāi)口端和一封端，其最大直徑在沿軸線靠近底端處的一點(diǎn)上，其最小直徑在沿軸線最大直徑點(diǎn)至開(kāi)口端之間，包括開(kāi)口端在內(nèi)。
20.權(quán)利要求19的避孕套，其中最大直徑為約40-45mm，最小直徑在37-40mm之間。
21.權(quán)利要求19的避孕套，其中最大直徑與最小直徑之比約在1.05/1和1.25/1之間。
22.降低薄壁、封端、熱塑性彈性體管形物品的彈性模量的方法，該方法包括下列步驟1)把該管形物品繃套在一根加工成形的頂桿上；和2)把該管形物品和頂桿加熱到100至125℃之間，保持足夠的時(shí)間來(lái)降低該熱塑性彈性體的彈性模量。
23.權(quán)利要求22的方法，其中管形物品是避孕套。
24.權(quán)利要求22的方法，其中管形物品的壁厚約在0.005mm至0.25mm之間。
全文摘要
本文公開(kāi)了插塞助推拉制薄壁、封端熱塑性彈性體管形物品的方法，還公開(kāi)了所用的熱塑性彈性體和裝置。按照本方法，系同時(shí)采用可伸入模子空腔(5)的插塞(6)和加在預(yù)型件兩面的變化的氣壓差，來(lái)使被拉制物品的塑變流斜著沿軸線方向伸入管形模子的全長(zhǎng)而遠(yuǎn)離模子壁。當(dāng)被拉制物品基本上達(dá)到管形模子全長(zhǎng)時(shí)，模子就被抽空，該物品最終就抵住模子壁而成型。這種物品通常是用作避孕套或手指套。
文檔編號(hào)B29C71/00GK1143345SQ94194855
公開(kāi)日1997年2月19日 申請(qǐng)日期1994年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月29日
發(fā)明者R·G·米勒, W·C·米勒, O·T·坦科維茨 申請(qǐng)人:奧索-麥克尼爾有限公司