專利名稱：壓制模壓板上流動皺紋的消除的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由增強熱塑性材料制備產(chǎn)品的方法，更具體地說，涉及消除具有大表面積的模制增強熱塑性制件中流動波紋的方法。
背景技術(shù)：
塑料正替代金屬用作建筑材料。與金屬相比，塑料能節(jié)省成本，并容易制造且重量輕，這些結(jié)合在一起給塑料提供了進(jìn)入金屬領(lǐng)域的推動力。
塑料能制成強度范圍寬的多種幾何形狀。實際上，現(xiàn)在塑料能制成外用半結(jié)構(gòu)金屬部件的替代物，如汽車外殼、蓋板、車頂和防護(hù)板延伸部分。由于增強熱塑性模塑混合料重量更輕，在涂飾期間不滲氣，且更易回收利用，因此，近年來它們更受歡迎。這與不具有上述特性的熱固性化合物形成對比。
在包括半結(jié)構(gòu)塑料制件在內(nèi)的塑料制件的常規(guī)制造方法中，由于自動和半自動模塑技術(shù)具有高生產(chǎn)率、較低的勞動力成本和可改善產(chǎn)品均勻性而極受歡迎。一種更受歡迎的半自動模塑方法稱作壓縮模塑。當(dāng)物料流入開口的模腔，在模具部件關(guān)閉后，對裝模料進(jìn)行模塑。在稱為切口(shear edge)的陽模和陰模部件四周的平滑且對準(zhǔn)的表面滑動到一起，在模具四周起“截坯”作用以使來自模腔中模塑混合料的主流停止流動。位于模具四周的邊緣開口(edge opening)或切口間隙寬度通常為0.0508-0.127mm(0.002-0.005英寸)。該間隙應(yīng)適當(dāng)?shù)乇３值煤苄?，即恰好大至能不粘結(jié)地關(guān)閉模具，并小至能阻止大量的裝模料從模腔中逸出。不幸的是在使用小切口間隙時，當(dāng)模塑時，這些制件的表面將有不可接受的外觀，而必須進(jìn)行手工整飾。表面的皺折明顯。
在裝填模具工序中，壓力迫使模塑混合料流動并填滿模腔。當(dāng)模塑混合料到達(dá)切口時，物料已十分接近樹脂的凍點或固化點。當(dāng)料流沖擊切口的“壁”時，料流的殘余能量將使模塑混合料回彈，并試圖流回至迎面而來的料流前沿，接著又使模塑混合料中的增強材料發(fā)生彎曲。在固化的母體樹脂中彎曲的增強材料變成凍結(jié)態(tài)。當(dāng)混合料繼續(xù)固化時，彎曲的增強材料將通過模塑制件的表面顯露出來。這種“流動連波紋”本身通常以一系列波的形式顯示，其波幅可高達(dá)25μm，頻率為1500至3000μm。這種波動通常在壓縮模塑制件的切口或其附近發(fā)生，并且在涂飾前后均可用肉眼看出。因此，帶有這些表面變形的產(chǎn)品在涂飾前必須進(jìn)行手工整飾，這將是費工費時的。即使用手工整飾，這樣的模塑制件的邊角料率也可能高達(dá)50％。
業(yè)已在若干種不同的模具構(gòu)形如圓形、方形和異形制件中證實了流動連波紋的存在。通過改變所用的樹脂以及改變增強材料，業(yè)已做出了解決該問題的各種嘗試。絕大多數(shù)加工變量的統(tǒng)計試驗表明，對最終模塑件中存在的流動連波紋的幅度或出現(xiàn)率沒有明顯的作用。
發(fā)明概要根據(jù)本發(fā)明，增強熱塑性制件是壓縮模塑出的，它沒有流動連波紋圖案。省去了重要的后整飾，因此相應(yīng)地增加了最終產(chǎn)品的生產(chǎn)率并降低了生產(chǎn)成本。
在實施本發(fā)明時，將裝模料加熱至樹脂的熔點以上并置于一組形成模腔的協(xié)同模具內(nèi)，所述的裝模料由許多無規(guī)分散的高模量增強纖維層組成，其中所述的纖維被固化的熱塑性樹脂母體固著在一起。表面的周邊彼此有一定的間隔，以提供沿模具四周的剪切間隙(shear gap)。當(dāng)在模塑過程中將兩個模具合攏時，模具中產(chǎn)生的壓力迫使裝模料流動，并填滿模腔。于是形成料流前沿，并且迫使一定數(shù)量的裝模料進(jìn)入陰模四周的切口中。切口的大小以能接收一定數(shù)量的裝模料為準(zhǔn)，當(dāng)模塑料固化時，所述一定數(shù)量的裝模料能消耗料流前沿中的殘余能量。如果切口太小，那么模塑料將從切口回彈至迎面而來的料流前沿。這種回彈運動將使流動材料中的增強組分發(fā)生彎曲。彎曲的增強材料將以流動連波紋的形式遍及整飾過的模塑制件。
如果觀測到流動連波紋的話，應(yīng)調(diào)節(jié)切口，以增加協(xié)同模具邊緣之間的間隙。當(dāng)樹脂料固化時，應(yīng)使切口間隙增加，以便使更少受阻的模塑料流從模腔流入剪切間隙中。所需間隙的大小取決于裝模料組分的特性、模具溫度、閉模速度和模塑混合料所需壓力。


圖1是模具上模和下模的示意圖，圖中示出了置于下模模塑表面上的模塑料。
圖2是處于部分關(guān)閉位置的圖1所示模具的示意圖。
圖3是處于關(guān)閉位置的圖1所示模具的示意圖，圖中示出了流入模具邊緣的剪切間隙中的裝模料。
發(fā)明的詳細(xì)說明參考附圖，圖1示出了具有上模12和下模14的模具10，并具有協(xié)同確定模腔16的相對的模塑表面22和24。模塑表面22和24確定模腔16并決定待制造制件的形狀。
上模12通常連接到活動壓板上，該壓板在圖中未畫出，它在活塞或類似裝置的作用下工作，以控制上模12和下模14之間的相對運動?？刂颇＞哌\動的方式對本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說是已知的。
在開啟位置，模具12和14有一定間距，以便使裝模料26能放置在下模14的模塑表面24上。術(shù)語“裝模料”指的是進(jìn)行固化以提供剛性、實心制品的材料，該材料包含增強材料，其它助劑如填料，抗氧劑和顏料，以及一種或多種熱塑性樹脂?？梢允褂玫臉渲梢允悄芙o待成型的制品提供必需的粘結(jié)和強度的任何材料，如熱塑性聚酯、聚乙烯、聚丙烯、共聚酯、聚酰胺，包括尼龍6、尼龍6/6、尼龍11、尼龍12，J2、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)，聚甲亞苯，聚芳基化物和聚偏二氟乙烯?？赏ㄟ^各種方法，將這些樹脂與濃度為約5-50％(重量)的增強纖維或填料進(jìn)行混合，以生產(chǎn)出可靠高模量的模壓板。優(yōu)選的樹脂材料是熱塑性聚酯樹脂。
增強材料可以是任何高模量纖維，如聚酰胺、玻璃、碳、聚酯和高溫尼龍。優(yōu)選纖維的模量至少為100,000MP。
本發(fā)明找到了在格氏和韋氏(Geary和Weeks)的US5,134,016和EP0 341 977(1994年2月16日授權(quán))中披露的呈一層或多層片材形式的模塑混合料的特定用途，在此將它們列出作為參考。這些材料包括能成型出可以切成希望形狀并置于模具中的多孔半固態(tài)片材、混有增強纖維和各種填料的熱塑性樹脂。典型的增強纖維包括聚酰亞胺纖維、聚酯纖維、聚酰胺纖維、天然纖維和金屬纖維。最好選用成股的玻璃纖維。
在圖2中，裝模料26由纖維增強的熱塑性片材組成。在模塑表面上裝料的厚度、重量和布置將取決于最終制件所希望的構(gòu)形。通常，裝模料應(yīng)放置在中央，如果使用多層片材時，各片之間幾乎或根本沒有間隙存在。通過使用強制熱空氣對流爐或其它合適的預(yù)熱技術(shù)，將裝模料26加熱至母體樹脂熔點以上的溫度。然后將加熱的裝模料26置于模具16的模塑表面24上。
如圖2所示，模具14和16相互面對著移動至完全關(guān)閉的位置。在模具關(guān)閉工序期間，上模12與裝模料26接觸，使之鋪展開并填充模腔16。如圖3所示，裝模料26填充模腔16并流入剪切間隙34中。當(dāng)裝模料26到達(dá)剪切間隙34的邊緣時，裝模料26非常接近于其母體樹脂的凍點或固化點。通過控制剪切間隙34的寬度，在剪切間隙34中消耗了流動樹脂的殘余能量，并且該流動樹脂不會回彈進(jìn)入裝模料的流動前沿。切口間隙34的寬度取決于所用裝模料的組成，包括熱塑性樹脂的種類以及增強纖維和填料的濃度。剪切間隙的大小不能太小，這是因為太小時，當(dāng)裝模料流過模腔并到達(dá)剪切間隙時將不能消耗模塑料中的殘余能量。同樣，過大的剪切間隙將不能在模具中建立起壓實制件所需的壓力，這將導(dǎo)致過量的裝模料26被壓出模腔16。含聚對苯二甲酸乙二醇酯的模塑組合物的剪切間隙的寬度通常在0.381-0.762mm(0.015-0.030英寸)之間。
在樹脂固化到可以將制件取下之后，將模具14和16分開，將制件頂出或取出。通常，對于0.254mm(0.100英寸)厚的制件來說，模具的保壓時間為20-60秒。
通過下面所指出的將進(jìn)一步說明本發(fā)明。整個說明書和權(quán)利要求中所述的單位均已從英制轉(zhuǎn)換成國際單位制。
實施例由紡絲旦為1.5的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)制備自支撐的多孔絮狀物。將該纖維轉(zhuǎn)化成0.635cm的短纖維，并與直徑為0.013mm，長約1.27mm(0.5英寸)的玻璃纖維充分混合。將上述配混料制成水懸浮液，并在造紙機網(wǎng)前箱的運動網(wǎng)帶上以氈片的形式收集，然后送至干燥機中。該氈片由25％(標(biāo)稱)玻璃纖維(Owens Corning Fiberglass“K”)、74.75％PET纖維和0.25％“Irganox”330(Ciba Geigy抗氧劑)組成。使用7.62m/m的網(wǎng)帶速度和280℃的干燥溫度，使PET纖維預(yù)熔化成液滴，并沿玻璃纖維分布。最終得到基重為0.444kg/cm2的片材。
用沖切模將該片材切成直徑為17.78cm(7.0英寸)的圓片，以覆蓋壓模約48％的凈表面積。將許多圓片疊起來以形成235g(標(biāo)稱)重量的預(yù)成型件。
將該預(yù)成型件以單垛的形式置于對流加熱爐中。使加熱至320℃的熱空氣以106.68m/分鐘的速率強制通過該垛為時60秒，以使PET樹脂熔化。然后將該預(yù)成型件送至25.4cm(10英寸)直徑的壓模中，以170℃的標(biāo)稱模具溫度保持1分鐘。模具壓力控制在13.7891mPa(2000psi)。最終的閉模速率為2.032m/分鐘(80英寸/分鐘)。然后打開模具、取出制件并使之冷卻。
重復(fù)上述的步驟，所不同的是，將片材切成15.24×15.24cm(6英寸×6英寸)的方形預(yù)成形件，覆蓋壓縮模約48％的凈表面積。
使用針式外形儀(Sutronic Model No3，針頭和探針的直徑為0.1016mm(0.004英寸))，以測量在模壓件中形成的連波紋的幅度和頻率。
所得測量值列于表1中。
表1裝料切口環(huán)直徑 間隙距離 平均頻率平均幅度形狀cm(英寸)mm(英寸) mm(英寸)mm(英寸)圓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圓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圓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圓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圓25.5 10.040 0.508 0.020 0平方25.5 10.040 0.508 0.020 0平圓25.53 10.050 0.635 0.025 0平方25.53 10.050 0.635 0.025 0平圓25.55 10.060 0.762 0.030 0平方25.55 10.060 0.762 0.030 0平根據(jù)本發(fā)明制得的制件沒有皺折，具有平滑的表面。
權(quán)利要求
1.一種通過將含熱塑性樹脂的增強模塑物料進(jìn)行壓塑而制造具有平滑表面制件的方法，所述方法包括(a)開啟具有第一模和第二模的模具，該模具帶有協(xié)同確定模腔的相對模塑表面，該模腔的形狀與所希望的制件的形狀相一致；(b)將加熱了的所述模塑料的裝模料放置在所述模具之一的模塑表面上；(c)關(guān)閉所述模具，以壓塑所述裝模料，并填充模腔，形成所述裝模料的流動前沿，所述的第一和第二模具均有邊緣，其中所述第一模具的邊緣與所述第二模具的相應(yīng)邊緣被一間隙分開，以便從所述的流動前沿接收一定量的模塑料，所述量足以消耗流動前沿的殘余能量，以阻止當(dāng)模塑料進(jìn)入所述邊緣時該模塑料的回彈；(d)使所述裝模料固化；和(e)將所述的第一和第二模具分開，并取出具有平滑表面的制件。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中所述的裝模料是纖維增強的。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中所述的纖維增強物為玻璃纖維。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中所述的熱塑性樹脂為聚對苯二甲酸乙二醇酯。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一和第二模具邊緣的間距為0.381-0.762mm(0.015-0.030英寸)。
6.一種通過壓縮模塑而制造大表面成形結(jié)構(gòu)制件的方法，包括如下步驟(a)將已加熱的裝模料置于模具中，所述裝模料由可模塑的熱塑性樹脂和增強纖維組成，所述模具有相對的模塑面，其中所述的面構(gòu)成帶有周邊緣的模腔，所述邊緣有一定間距，以便沿所述模具的四周提供剪切間隙(shear gap)；(b)壓縮模塑所述的裝模料以填充所述的模腔，形成所述裝模料的流動前沿，并迫使一定量的所述裝模料進(jìn)入所述的剪切間隙中，所述的裝料量足以消耗當(dāng)裝模料進(jìn)入所述剪切間隙時來自所述流動前沿的殘余能量；和(c)從所述模具中取出具有平滑表面的成形結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6的方法，其中所述的纖維增強物是玻璃纖維。
8.如權(quán)利要求6的方法，其中所述的熱塑性樹脂是聚對苯二甲酸乙二醇酯。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中所述第一和第二模具邊緣的間距為0.381-0.762mm(0.015-0.030英寸)。
全文摘要
通過將已加熱的裝模料(26)置于模具(12,14)中,對含熱塑性塑料的增強模塑料(26)進(jìn)行壓縮模塑,成型出具有平滑表面的大表面成型結(jié)構(gòu);所述模具具有有一定間隔的四周表面,以提供剪切間隙(34)。調(diào)節(jié)剪切間隙(34)的寬度以接收一定量的模塑料,當(dāng)結(jié)構(gòu)固化時,所述一定量的模塑料足以消耗裝模料流動前沿中的殘余能量,以阻止流動前沿的回彈。
文檔編號B29C43/36GK1175224SQ95197693
公開日1998年3月4日 申請日期1995年2月21日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月21日
發(fā)明者J·M·費舍 申請人:納幕爾杜邦公司