專利名稱：用節(jié)流閥控制共擠模制塑料材料的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及把兩種或多種塑料材料流共擠注入模制裝置，特別涉及更好控制這一共擠、使擠出材料更均勻地模制并可更廣泛地應(yīng)用各種不同材料、共擠溫度和其他條件。
結(jié)合共注入至少兩種材料的注入系統(tǒng)，本發(fā)明涉及組合不同材料流的改進(jìn)的技術(shù)和裝置，其中，在熔料傳送系統(tǒng)中所生成的組合材料流的速度分布與注入模腔中的組合材料流的速度分布相同，以確保所得模制品的均勻性。
背景技術(shù)：
共注入模制的一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題是必須使得芯層前邊緣的厚度與芯層(或內(nèi)層)流入模腔的后部保持一致。斜削的前邊緣會(huì)使所生成的模制品在芯層最深入部位的性質(zhì)不均勻。
通常，芯層的前邊緣在流過(guò)現(xiàn)有共注入噴嘴的組合區(qū)下游的圓柱形中心通道和流過(guò)模腔的圓柱形澆口部時(shí)會(huì)斜削。這種噴嘴例如可見(jiàn)的美國(guó)專利Nos.4,895,504和4,892,699。
斜削的程度決定于組合材料流的在前邊緣的徑向最里部與徑向最外部之間造成一速度梯度的速度分布。斜削的程度還決定于圓柱形材料流在組合區(qū)與圓柱形澆口的模腔端之間的軸向總距離。
為了減小前邊緣的斜削程度，這類現(xiàn)有噴嘴減小組合區(qū)與圓柱形澆口的模腔端之間的軸向距離。該軸向距離一般為5-25mm，對(duì)于較短的軸向距離來(lái)說(shuō)前邊緣斜削程度大于約1.8mm，對(duì)于較長(zhǎng)軸向距離來(lái)說(shuō)前邊緣斜削長(zhǎng)度大于9mm。由于軸向距離減小，組合裝置不得不成為該噴嘴的一部分。
現(xiàn)有技術(shù)的另一個(gè)問(wèn)題是，共注入噴嘴在靠近澆口的最外部直徑大于單種材料注入模制所使用的噴嘴直徑，從而要求模具有一大容積孔，從而模腔在澆口附近很難冷卻?，F(xiàn)有技術(shù)的某些設(shè)計(jì)使用一具有一圓錐部或截頭圓錐部的組合裝置來(lái)減小澆口處的最外部直徑；盡管如此，該噴嘴在澆口處的直徑也為單種材料噴嘴的兩倍。
本發(fā)明的目的本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的新共擠方法和裝置，它解決了現(xiàn)有技術(shù)的上述和其他問(wèn)題；通過(guò)把該噴嘴轉(zhuǎn)變成完全不同的節(jié)流閥控制擠壓器，其工作狀況大為改進(jìn)、更均勻、更靈活。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種新穎擠壓裝置，其中，組合材料流在擠壓材料組合區(qū)中和下游的速度分布在芯層的前邊緣上的速度梯度為零，這種速度分布使得芯層在從組合區(qū)流到澆口的模腔端時(shí)其前邊緣不象現(xiàn)有技術(shù)那樣斜削。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種新穎裝置，其中，組合裝置離噴嘴的澆口區(qū)很遠(yuǎn)，從而兼顧到模具設(shè)計(jì)和模具冷卻。
另一個(gè)目的是通過(guò)把現(xiàn)有圓柱形噴嘴改變成完全不同的擠壓結(jié)構(gòu)而獲得這些全新結(jié)果，該擠壓結(jié)構(gòu)包括進(jìn)行環(huán)形擠壓的節(jié)流閥；在模制芯層的情況下，形成環(huán)形內(nèi)外擠壓材料流，形成芯層的環(huán)形材料流包在環(huán)形共擠壓內(nèi)外層中。
另一個(gè)目的是提供這樣一種新穎擠壓器，其中，遺留在模制品上的澆口痕跡與用單種材料模制裝置生成的澆口痕跡一樣小。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種新穎共擠方法和裝置，其中，組合塑料材料流的速度分布在組合區(qū)下游與在模腔中大致相同，從而提高模制品特性，縮短模制周期。
其他目的在下文解釋，并在權(quán)利要求中特別描述。
本發(fā)明概述但是，從其較寬泛方面之一來(lái)說(shuō)，本發(fā)明包括一種共擠多種塑料材料、以便經(jīng)一澆口區(qū)注入一模腔中生成一模制品的方法，該方法包括組合這些流動(dòng)塑料材料流，至少一內(nèi)部塑料材料流用作所得塑料模制品的在用作塑料材料包層的內(nèi)外塑料材料流中的內(nèi)芯；限制組合材料流沿一縱向伸展管狀擠壓器的各同心環(huán)形流路流動(dòng)到模腔澆口區(qū)，環(huán)形芯層包在內(nèi)外環(huán)形包層中；在澆口區(qū)，各同心環(huán)形材料流沿橫向向兩邊分裂而注入模腔的對(duì)應(yīng)兩邊的橫向段中。
下面詳述優(yōu)選實(shí)施例和實(shí)施本發(fā)明新穎方法的裝置。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明下面結(jié)合


本發(fā)明，附圖中圖1為整個(gè)模制系統(tǒng)的剖面圖，包括材料源、材料分配和組合裝置和模腔；圖2為材料從材料組合區(qū)流到模腔的剖面圖，示出芯層按本發(fā)明的技術(shù)和結(jié)構(gòu)沿速度分布的零梯度流動(dòng)；圖3為該結(jié)構(gòu)的環(huán)形流道的剖面圖，還示出芯層沿速度分布的零梯度流動(dòng)；圖4與圖3相類似，但內(nèi)外環(huán)形材料流的非均勻分布造成芯層偏離各環(huán)形直徑的中心線；圖5為現(xiàn)有圓柱形材料流的剖面圖，示出芯層處于高梯度區(qū)，與圖3和4所示本發(fā)明狀態(tài)作比較；圖6與圖5相類似，但示出內(nèi)外層非均勻分布時(shí)的現(xiàn)有圓柱形材料流；圖7剖面圖示出芯層在環(huán)形流噴嘴區(qū)、環(huán)形流澆口區(qū)和模腔中的速度分布；圖8與圖7相類似，但示出內(nèi)外層非均勻分布對(duì)模腔中芯層前邊緣相對(duì)位置的影響；圖9和10分別與圖7和8相類似，但示出噴嘴澆口和模腔中的現(xiàn)有圓柱形材料流；
圖11為用本發(fā)明結(jié)構(gòu)生成的一模制品的剖面圖，示出當(dāng)內(nèi)外層非均勻分布為10％、圖8中環(huán)形材料流從組合區(qū)到澆口的模腔端的長(zhǎng)度為75mm時(shí)前邊緣的斜削程度；圖12與相類似圖11，但示出由圖10現(xiàn)有圓柱形噴嘴結(jié)構(gòu)生成的模制品，示出由內(nèi)外非均勻分布為10％的圓柱形材料流造成的前邊緣斜削程度；圖13為本發(fā)明另一擠壓器的剖面圖，其中，材料流從集流腔經(jīng)一具有一固定節(jié)流閥裝置的圓盤組合裝置、環(huán)形流噴嘴和澆口流入模腔中；圖14為又一擠壓器的剖面圖，包括一軸向組合裝置，一固定節(jié)流閥裝置構(gòu)成噴嘴的一部分；圖15為具有圖14固定節(jié)流閥裝置的軸向組合裝置的更完整剖面圖，該組合裝置由3個(gè)環(huán)繞一中心固定節(jié)流閥裝置的同心軸向圓筒構(gòu)成，該節(jié)流閥裝置在模具中穿過(guò)組合區(qū)、獨(dú)立噴嘴和澆口；圖16與圖13相類似，但示出一活動(dòng)節(jié)流閥裝置；圖17為圖16組合裝置和活動(dòng)節(jié)流閥的放大剖面圖；圖18和19與圖17相類似，圖17示出節(jié)流閥位于中性位置，圖18和19分別示出節(jié)流閥位于減小和增加內(nèi)層流率的位置；圖20的放大圖示出噴嘴端與模腔澆口的相對(duì)位置，其中，節(jié)流閥使流入模腔的材料流保持環(huán)形；圖21與圖20相類似，但示出一與一錐形澆口對(duì)應(yīng)的錐形閥，以減小遺留在模制品上的澆口痕跡；圖22仍與圖20相類似，但節(jié)流閥不插入澆口，以便進(jìn)行要求澆口打開(kāi)的塑料模制；圖23與圖20和22相類似，但節(jié)流閥調(diào)節(jié)成用作一澆口閥，圖23示出其打開(kāi)位置，而圖24示出其關(guān)閉位置；圖25為本發(fā)明噴嘴端、澆口和其中已注入一部分塑料的模腔的剖面圖，示出外層和芯層工作在同一溫度下；而在圖26中，外層的注入溫度比芯層高；圖27(a)-(d)示出芯層在整個(gè)模制品中均勻分布的注入順序；圖28(a)-(d)與圖27(a)-(d)相類似，但示出這樣一種芯層注入順序，其中，用一固定節(jié)流閥把最大量的芯層材料注入模制品中；圖29(a)-(d)與圖27和28相類似，但示出這樣一種芯層注入順序，其中，用一組合裝置把最大量芯層材料注入模制品中，該組合裝置可使外層流率比內(nèi)層大，從而在模制品的澆口一邊的外層更厚；圖30的情況相反；圖31為澆口和模腔區(qū)的剖面圖，示出使用一活動(dòng)節(jié)流閥的注入順序，如圖31(b)所示使得內(nèi)層的流量比外層大，從而把更多芯層注入模制品的澆口一邊；圖32為澆口和模腔區(qū)的剖面圖，示出這樣的注入順序，其中，如圖32(b)所示，移動(dòng)節(jié)流閥，使得內(nèi)層的流量比外層小(即與圖31相反)，從而把更多芯層材料注入模制品中與澆口相反的一邊；圖33為該環(huán)形流道和模腔中的速度/平均速度和材料流百分率的曲線圖；以及圖34為一現(xiàn)有圓柱形流道中的速度/平均速度和材料流百分率的曲線圖，用來(lái)與圖33作比較。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例如圖1所示，在本發(fā)明應(yīng)用于塑料(例如PET、EVOH、聚碳酸酯等)的例示性背景下，可把至少兩種材料注入一模腔中的共注入模制系統(tǒng)包括兩材料源S1和S2；把各材料流傳送到模具各澆口上游一組合裝置C的集流腔D之類裝置以及一把組合材料流傳送到模具M(jìn)澆口的新穎節(jié)流閥控制擠壓噴嘴裝置。材料源S1和S2為往復(fù)式螺旋注入單元；材料流傳送裝置為其中有各材料流道C1和C2的集流腔接頭D，這些流道布置成使得各材料流平衡、相等；組合裝置C位于節(jié)流噴嘴裝置E的上游，其中的共擠壓節(jié)流桿T把組合材料流傳送到模具M(jìn)的各澆口區(qū)G。在圖2所示實(shí)施例中，形成模制品各層L的材料流在組合裝置C的一環(huán)形流道A中組合而使芯層的前邊緣處于組合材料流的零速度梯度部，這在下文詳述?？v向伸展的擠壓噴嘴裝置E及其在組合裝置C下游的縱向中心節(jié)流桿T在該組合裝置中不間斷地生成一連續(xù)環(huán)形材料流。
在圖2三層組合材料流實(shí)施例中，有從其材料源流出的兩種材料L和I；形成模制品的的外層或覆蓋層OL1和IL1的第一種材料L因中心節(jié)流桿T的存在而形成環(huán)形組合流A的內(nèi)層和外層OL和IL；形成模制品的芯層I1的第二種材料I形成環(huán)形組合流A的環(huán)形中間層或內(nèi)部層IA。第一種材料L經(jīng)其流道流到組合裝置C后分為二股，一股形成環(huán)形組合材料流的上述環(huán)形內(nèi)層IL，另一股形成上述環(huán)形外層OL。第二種材料I經(jīng)其流道流到組合裝置C后形成同心環(huán)形組合流的環(huán)形內(nèi)部層或環(huán)形中間層IA，這也示出在圖3環(huán)形流道剖面圖中。如圖所示，節(jié)流桿最好在噴嘴的模腔澆口注入端的擠壓開(kāi)口遠(yuǎn)端處的直徑T＇縮小。從而噴嘴裝置的內(nèi)孔環(huán)繞節(jié)流桿而形成一供組合材料流流到澆口的環(huán)形流道，同時(shí)保持上述速度分布。由于芯層材料處于速度分布VP1的零梯度，因此不管組合裝置與模腔澆口之間的軸向距離多大，芯層前邊緣不斜削。因此與現(xiàn)有噴嘴不同，噴嘴軸向長(zhǎng)度可長(zhǎng)到滿足模具獲得良好冷卻的要求。噴嘴的最外部直徑一般不大于模制單種材料所需直徑，從而不必考慮模具設(shè)計(jì)或模具冷卻。而且該實(shí)施例還很容易把用于模制單種材料的模具改裝成用于共注入。在靠近節(jié)流桿遠(yuǎn)端T＇的澆口區(qū)G，環(huán)形材料流沿橫向裂開(kāi)而如圖2中箭頭所示沿橫向向兩邊注入模腔的對(duì)應(yīng)開(kāi)口部中。
在這一實(shí)施例和下述各實(shí)施例中，形成模制品的芯層的材料為組合材料流的中間層，從而很容易模制一部件，其芯層的熔化溫度比該模制品的覆蓋層的熔化溫度低。另一方面，在單層模制中，材料在其材料源中的溫度必須足夠高，以便1)降低其粘度，以便在注入模腔的各壁之間流動(dòng)；2)使模制品外表面美觀。由于單層模制品的材料由單一材料源提供，因此其內(nèi)層溫度為便于在模腔內(nèi)流動(dòng)和表面美觀所需溫度，冷卻模制品內(nèi)部所需冷卻時(shí)間決定于材料源中的熔化溫度。但是，使用本發(fā)明，芯層溫度可與覆蓋層材料的溫度大大不同，從而較之單層模制產(chǎn)生若干意想不到的改進(jìn)。盡管某些現(xiàn)有系統(tǒng)也可獲得這一結(jié)果，但用本發(fā)明技術(shù)和結(jié)構(gòu)特別簡(jiǎn)單和有效。
以正常溫度或高于正常溫度提供覆蓋層、而以相應(yīng)較低溫度提供芯層所產(chǎn)生的改進(jìn)包括1)由于覆蓋層粘度比正常值低，因此模腔注入壓力降低；2)由于覆蓋層熔化溫度提高，模制品表面更美觀；3)如覆蓋層熔化溫度的相對(duì)提高小于芯層熔化溫度相應(yīng)降低，從而組合熔料的總熱含量小于單種材料模制的正常值，則冷卻時(shí)間、從而模制周期縮短；4)芯層熔料粘度的提高可提高芯層相對(duì)覆蓋層的容積，如模制品要求具有這一特性的話；5)可使用其熱膨脹系數(shù)比覆蓋層熱膨脹系數(shù)高的芯層材料而不造成不應(yīng)有的模內(nèi)應(yīng)力，等等。
如改變芯層與覆蓋層的相對(duì)熔化溫度，可產(chǎn)生其他改進(jìn)。如此做的一個(gè)理由是當(dāng)芯層的熱膨脹系數(shù)與覆蓋層材料不同時(shí)為了控制各層之間的相對(duì)收縮。另一個(gè)理由是為了使用溫度差減小芯層與覆蓋層之間的相對(duì)收縮而生成低模內(nèi)應(yīng)力的模制品，同時(shí)又不影響模制品的外觀。
參見(jiàn)圖2和3所示材料流分布，本發(fā)明擠壓結(jié)構(gòu)容許環(huán)形內(nèi)外層非均勻分布或不對(duì)稱，如圖4所示，這一不對(duì)稱會(huì)造成環(huán)形芯層IA偏離內(nèi)外覆蓋層IL和OL的環(huán)形直徑的中心線。從圖4速度分布VP1＇可見(jiàn)，芯層盡管偏離，但仍接近零梯度速度分布，從而仍獲得改進(jìn)結(jié)果。這可與圖5和6所示現(xiàn)有噴嘴E＇中對(duì)稱和不對(duì)稱狀態(tài)下的圓柱形材料流作比較，其中，芯層處于速度分布VP1"和VP1的高梯度區(qū)，從而出現(xiàn)上述不足和缺點(diǎn)。
在圖7節(jié)流共擠壓器中，示出擠壓器E與環(huán)形材料流澆口G＇和模腔連接，并示出環(huán)形芯層IA在環(huán)形擠壓區(qū)、環(huán)形材料流澆口區(qū)和模腔中的速度分布(VP2、VP3和VP4)，表明在本發(fā)明的整個(gè)流動(dòng)和模腔注入過(guò)程中保持零梯度。即使內(nèi)外層材料流非均勻分布也是如此，圖8示出內(nèi)外層材料流非均勻分布在模腔中所造成的芯層前邊緣的相對(duì)位置Δl。
圖9和10示出分別與圖7和8所示本發(fā)明擠壓器對(duì)應(yīng)的現(xiàn)有圓柱形噴嘴，表明芯層材料流在噴嘴E＇中(VP2＇)和澆口(VP3＇)處速度梯度極高，只有在模腔(VP4＇)中為零梯度。
圖10示出非均勻分布的芯層的前邊緣流過(guò)擠壓器E＇時(shí)其上的速度差造成的芯層前邊緣斜削。當(dāng)前邊緣流線IA＇1的流速大于IA＇3時(shí)，芯層經(jīng)澆口G＇流入模腔時(shí)生成斜削Δl。盡管芯層I1偏離模腔材料流中心線，模腔中斜削前邊緣上的速度差很小，從而模腔中Δl的增加比現(xiàn)有擠壓器E＇所生成的Δl小。
仍把本發(fā)明環(huán)形材料流結(jié)構(gòu)可獲得的大大改進(jìn)的模制結(jié)果和容許偏差與現(xiàn)有圓柱形噴嘴作比較，圖11示出使用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的環(huán)形材料流(圖8)、內(nèi)外層非均勻分布為10％、從組合區(qū)C到澆口G的環(huán)形材料流長(zhǎng)度為75mm時(shí)模制品中前邊緣斜削的最小容許量；而圖12示出使用現(xiàn)有圓柱形材料流噴嘴、內(nèi)外層非均勻分布為10％、組合區(qū)到澆口的模腔端的圓柱形材料流長(zhǎng)度為75mm(圖10)時(shí)模制品中必須接受的大得多的前邊緣斜削。
在使用現(xiàn)有技術(shù)時(shí)，為了達(dá)到圖11所示前邊緣最小容許斜削(0-6mm)，如內(nèi)外材料流的非均勻分布如圖6和34所示，則中心流道中組合材料流從組合區(qū)到模制品表面的長(zhǎng)度不得超過(guò)約11mm。為了使模具在澆口旁獲得最低程度的冷卻，現(xiàn)有中心流道的減短要求組合裝置的形狀呈圓錐形或截頭圓錐形。這一形狀又要求噴嘴的遠(yuǎn)端為單種材料噴嘴的外徑的兩倍，從而模制品在澆口附近無(wú)法充分冷卻。
圖13示出本發(fā)明另一實(shí)施例，其中，三層組合裝置由環(huán)繞一中心固定節(jié)流桿T-T＇的4塊圓盤FD構(gòu)成，該節(jié)流桿構(gòu)成組合材料流內(nèi)層的流道內(nèi)壁。形成在圓盤FD的三個(gè)相配平面之間的流道C1＇、C2＇等均勻分配各層而使各材料流從各流道均勻流入組合區(qū)C，從而組合材料流的各層從組合裝置經(jīng)節(jié)流噴嘴裝置E和澆口G流入模腔中時(shí)呈均勻環(huán)形。
例如如圖14所示，集流組合裝置也可為擠壓噴嘴結(jié)構(gòu)本身的一部分，從而軸向組合流道C1"、C2"等形成在擠壓器E本身的頂部，一固定節(jié)流閥T沿縱向伸展在該擠壓噴嘴中。
圖15所示另一實(shí)施例使用三個(gè)環(huán)繞一構(gòu)成組合材料流內(nèi)層的流道內(nèi)壁的中心節(jié)流桿T的同心套管S1＇、S2＇和S3＇。形成在各套管之間和最內(nèi)部套管與節(jié)流閥桿之間的各流道可使各材料流從各流道均勻流入組合區(qū)，從而組合材料流的各層從組合裝置C經(jīng)噴嘴裝置流入模腔時(shí)呈均勻環(huán)形。在該實(shí)施例中，組合裝置C為一夾在集流腔D與擠壓噴嘴E之間的獨(dú)立組件。這使得擠壓噴嘴的設(shè)計(jì)可與模制單種材料時(shí)所使用的噴嘴相同。該組合裝置與擠壓噴嘴同軸，從而節(jié)流桿T和擠壓噴嘴的圓柱形壁形成一均勻環(huán)形流道A。
盡管比方說(shuō)在圖13實(shí)施例中所示縱向伸展的中心節(jié)流桿為固定的節(jié)流桿，但它們也可由圖16所示調(diào)節(jié)桿R移動(dòng)，以便成為有用的節(jié)流閥而可進(jìn)行種種調(diào)節(jié)，從而進(jìn)一步提供現(xiàn)有圓柱形噴嘴不具有的靈活性。
活動(dòng)節(jié)流閥桿T-T＇可改變覆蓋層材料在環(huán)形材料流內(nèi)層中相對(duì)組合區(qū)下游的組合材料流的環(huán)形材料流外層的百分比。改變兩覆蓋層的相對(duì)體積可使芯層在模腔中的位置發(fā)生偏移，從而控制模制品中覆蓋層在模制品兩表面上的厚度。如果外層材料流在環(huán)形材料流內(nèi)層與環(huán)形材料流外層之間均勻分配，覆蓋層厚度在模制品的兩個(gè)表面上相同。如果外層材料流偏向任一環(huán)形材料流外層的內(nèi)部，模制品中的覆蓋層厚度同樣在從偏移的環(huán)形層模制的相應(yīng)表面上偏移。環(huán)形材料流內(nèi)層中的材料由與模腔澆口相對(duì)的模腔壁模制成模制品的外層，環(huán)形材料流外層中的材料由與澆口同一邊的模腔壁模制成模制品的外層。
活動(dòng)節(jié)流閥桿一般用來(lái)在注入時(shí)改變外層材料在環(huán)形材料流內(nèi)層中相對(duì)環(huán)形材料流外層的百分比。活動(dòng)節(jié)流桿不用來(lái)開(kāi)關(guān)任何層任何材料的流動(dòng)。當(dāng)模制品兩個(gè)表面上的兩覆蓋層的相對(duì)厚度的比例固定時(shí)，該實(shí)施例使用非活動(dòng)節(jié)流閥桿。
在圖17、18和19的放大圖中，桿R使節(jié)流閥T位于中性位置而打開(kāi)圓盤流道C1＇、C2＇等使內(nèi)層材料流相對(duì)外層材料流平衡；位于較低位置減小內(nèi)層材料流相對(duì)外層材料流的流率(圖18)以及位于升高位置增加內(nèi)層材料流相對(duì)外層材料流的流率(圖19)。
下面說(shuō)明擠壓噴嘴結(jié)構(gòu)的澆口端，節(jié)流桿的位置可調(diào)，圖20所示位置使得節(jié)流桿如上所述保持材料流流到模腔。為了減小澆口痕跡高度，如圖21所示，節(jié)流閥桿T＇遠(yuǎn)端在接近澆口G的模腔端時(shí)進(jìn)一步呈錐形T"。這一遠(yuǎn)端相對(duì)澆口長(zhǎng)度、錐度和直徑的形狀與在單種材料模制品上減小澆口痕跡高度所使用的形狀相同，因?yàn)樵诿恳荒Ｖ浦芷陂_(kāi)始和結(jié)束時(shí)澆口區(qū)中的材料只有覆蓋層材料。
但是，某些模制材料、例如PET要求澆口材料流呈圓柱形而非環(huán)形。在圖22的實(shí)施例中，為適合于這類材料，節(jié)流閥桿終止在噴嘴裝置的端部，從而圓柱形材料流只出現(xiàn)在澆口G中，從而減小對(duì)芯層前邊緣造成有害結(jié)果。
為了使?jié)部诤圹E高度為零，活動(dòng)節(jié)流閥桿遠(yuǎn)端相對(duì)澆口長(zhǎng)度、錐度和直徑的形狀可與在模制單種材料時(shí)使?jié)部诤圹E高度為零所使用的形狀相同。
需要時(shí)，節(jié)流閥也可經(jīng)調(diào)節(jié)而在模腔區(qū)的澆口處用作澆口閥，圖23示出其打開(kāi)位置，圖24示出其關(guān)閉位置。
前面提到，本發(fā)明新穎結(jié)構(gòu)使得這些結(jié)構(gòu)可靈活使用在相同或不同溫度下。與上述圖2相同，在圖25所示向模腔中擠壓材料時(shí)，所示裝置中ABS型塑料沿橫向向兩邊注入模腔時(shí)其中包有芯層IA的水平流動(dòng)的環(huán)形外層OL和IL的熔化溫度相同，例如為約260℃(500°F)，從而覆蓋或包住芯層I＇的外層OL1和IL1以同一溫度注入模腔。另一方面，在圖26中，出于上文所述理由芯層材料I＇的溫度較低，例如204℃(400°F)；而外層OL1和IL1較高，例如260℃(500°F)；其溫度差取決于塑料特性和所需模制結(jié)果。
下面為了考察芯層I(例如EVOH)在模腔中的環(huán)形擠壓材料注入順序，圖27(a)、(b)、(c)和(d)示出在同心環(huán)形材料流向節(jié)流桿T＇兩邊注入模腔兩邊中(較厚外層比方說(shuō)是PET)時(shí)用本發(fā)明結(jié)構(gòu)所獲得的非常均勻的分布。圖28(a)、(b)、(c)和(d)示出用相同注入順序在模制品中注入最大量芯層材料I＇(例如聚碳酸酯)，為此如圖所示使用固定節(jié)流閥桿T＇生成覆蓋層材料流(例如回收的聚碳酸酯塑料)，環(huán)形內(nèi)層IL與環(huán)形外層OL的分布相同。
圖29(a)-(d)進(jìn)一步示出本發(fā)明可調(diào)節(jié)節(jié)流結(jié)構(gòu)的靈活性，仍示出在模制品中注入最大量芯層材料的注入順序，但使用可調(diào)節(jié)流閥而使外層材料流OL的流率比環(huán)形內(nèi)層IL的流率大，從而模制品(圖29(d))中靠近澆口的外層OL1比內(nèi)層IL1厚。圖30(a)-(d)的情況相反，在模制品(圖30(d))中，內(nèi)層IL1比靠近澆口的外層OL1厚。圖20所示節(jié)流桿R的位置產(chǎn)生圖29的較厚OL和OL1。圖19所示節(jié)流桿的位置產(chǎn)生圖30的較厚IL和IL1。對(duì)于使用比方說(shuō)圖15的固定節(jié)流桿T的各實(shí)施例，可用組合裝置的圖13的流道C1＇和C3＇和圖14和15的流道C1"的相應(yīng)合適設(shè)計(jì)形成OL1和IL1的相對(duì)厚度差。
圖31(a)-(d)和32(a)-(d)同樣為使用一活動(dòng)節(jié)流閥的模腔注入順序剖面圖，分別增加環(huán)形內(nèi)層材料流和環(huán)形外層材料流而在模制品中把更多芯層I＇分別注入澆口的同一邊和相反一邊。
在每次擠壓時(shí)調(diào)節(jié)OL、IA和IL的相對(duì)流率。用S1和S2控制芯層與覆蓋層的相對(duì)體積和流率，而用比方說(shuō)圖17的活動(dòng)節(jié)流桿R控制兩覆蓋層的相對(duì)流率。在每次擠壓時(shí)，控制S1、S2和R，使所生成的芯層I＇的前邊緣LE1沿具有V/V的流線流動(dòng)，防止LE1穿破覆蓋層的前面FF。當(dāng)FF進(jìn)一步流入模腔中而遠(yuǎn)離澆口G后，相對(duì)覆蓋層OL和IL的流率提高芯層IA的流率，OL與IL的相對(duì)流率調(diào)節(jié)成更靠近R的中性位置，從而沿模腔的最大速度流線形成一芯層前邊緣LE2。流速比LE1高的LE2在模腔中位于LE1之前、之后還是齊平?jīng)Q定于擠壓過(guò)程中S1、S2和R的調(diào)節(jié)時(shí)序?；顒?dòng)節(jié)流桿可在形成LE2之前形成LE1，從而在每一擠壓周期中可比只能形成一個(gè)芯層前邊緣的現(xiàn)有技術(shù)把更多的芯層注入模腔中。
圖33和34的材料流百分率和速度分布曲線對(duì)本發(fā)明節(jié)流環(huán)形流道與現(xiàn)有圓柱形流道進(jìn)行比較，示出用本發(fā)明獲得的巨大改進(jìn)。
圖33為速度分布Vp=V/V和由節(jié)流閥桿形成的流道與擠壓器主體的圓柱形壁之間的環(huán)形材料流的體積百分率，在水平軸線上分別用-50％和+50％表示。材料流的平均直徑在水平軸線上表為＂0″。速度分布和材料流百分率根據(jù)非牛頓流體的Power Lw模型算出(參見(jiàn)J.S.Brydson,Flow Properties of Polymer Melts,secondedition,George Godwin Limited in association with the Plastics andRubber Institute)。
如在組合裝置中圖13等所示流道C1＇、C2＇等的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)生成環(huán)形內(nèi)外層的完美環(huán)形材料流，前邊緣流線將集中在材料流平均直徑上，從而速度Vm=1.44×環(huán)形組合材料流的平均速度V。
但在裝置的實(shí)際結(jié)構(gòu)和工作中，環(huán)形內(nèi)外層的環(huán)形分布是不完美的，在流道加工、加工溫度分布和塑料熔化特性變動(dòng)的正常容許范圍內(nèi)出現(xiàn)10％的非均勻分布是很平常的。圖4示出這一非均勻分布所造成的結(jié)果芯層IA偏離環(huán)形流道的中心線。圖33中的三流線IA1、IA2和IA3與圖4中環(huán)形芯層的三點(diǎn)IA1、IA2、IA3對(duì)應(yīng)。芯層前邊緣上這些點(diǎn)之間的最大速度差為流線IA1與IA2之間的速度差?？梢钥闯?，前邊緣斜削由下式計(jì)算Δl=ΔV×L其中，Δl=前邊緣斜削ΔV=速度差/VL=組合材料流總長(zhǎng)度對(duì)于上述非均勻分布AV=VM-V1=1.44V-1.36V=0.08VL在圖11所示實(shí)施例中為75mm因此如圖11所示，Δl=6mm。
由于完美的環(huán)形材料流實(shí)際上如上所述不可能，圖6所示使芯層偏離材料流中心線的10％非均勻分布會(huì)造成芯層前邊緣的高速和低速，這分別與圖6和34的IA＇1和IA＇3對(duì)應(yīng)。使用上述算式，如組合區(qū)與澆口的模腔端之間的圓柱形流道的長(zhǎng)度為75mm，前邊緣的高速與低速之間的0.53V的速度差會(huì)在模腔中生成39.8mm斜削。這樣大的斜削幾乎比大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合中最低容許斜削大10倍。
顯然，現(xiàn)有技術(shù)為了縮短組合材料流的長(zhǎng)度就不得不犧牲模腔的冷卻。為了獲得圖11所示6mm斜削，現(xiàn)有技術(shù)在非均勻分布為10％時(shí)組合材料流的長(zhǎng)度約為11mm?，F(xiàn)有模制裝置中不得不使用這一長(zhǎng)度。
6mm的前邊緣斜削對(duì)在PET容器初成品中用作氣體隔離層的芯層來(lái)說(shuō)是最大容許斜削。因此，組合裝置下游的環(huán)形組合材料流在組合區(qū)與模腔澆口之間的長(zhǎng)度可達(dá)75mm。從而可在模具的澆口區(qū)周圍對(duì)模具進(jìn)行正常冷卻。
圖34為現(xiàn)有技術(shù)中組合區(qū)與模腔澆口之間圓形流道的速度分布和體積百分率。流道的壁在水平軸線上用-100％和+100％表示。材料流的平均直徑即該直徑中的50％材料流體積和這一直徑與流道的壁之間的50％材料流在圖5和34中表示為IA＇。芯層IA＇在圓柱形內(nèi)層與環(huán)形外層之間流動(dòng)，而圓柱形內(nèi)層IL＇的流率與圖5環(huán)形外層OL＇相同時(shí)，芯層前邊緣沿材料流平均直徑上的流線流動(dòng)。如由組合裝置形成的材料流為完美環(huán)形，當(dāng)前邊緣從澆口流入模腔時(shí)芯層前邊緣不發(fā)生斜削。
權(quán)利要求
1.一種共擠多種塑料材料、以便經(jīng)一澆口區(qū)注入一模腔中生成一模制品的方法，該方法包括組合這些流動(dòng)塑料材料流，至少一內(nèi)部材料流用作所得模制品的在用作塑料材料包層的內(nèi)外塑料材料流中的內(nèi)芯；限制組合材料流沿一縱向伸展管狀擠壓器的各同心環(huán)形流路流動(dòng)到模腔澆口區(qū)，環(huán)形芯層包在內(nèi)外環(huán)形包層中；在澆口區(qū)，各同心環(huán)形材料流沿橫向向兩邊分裂而注入模腔的對(duì)應(yīng)兩邊的橫向段中。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該限制通過(guò)沿該擠壓器縱向中心線向澆口區(qū)的一遠(yuǎn)端開(kāi)口插入一節(jié)流桿來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3．按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該節(jié)流桿的位置固定。
4.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該節(jié)流桿可沿縱向調(diào)節(jié)，從而改變節(jié)流桿遠(yuǎn)端的位置和擠壓器澆口區(qū)開(kāi)口。
5.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)材料流，使得內(nèi)部芯層沿?cái)D壓器橫向上材料流速度分布的零梯度流路流動(dòng)。
6.按權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)穿過(guò)澆口區(qū)和在模腔中的材料流，使得內(nèi)部芯層的流路保持在橫向材料流速度分布的零梯度上。
7.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，流動(dòng)芯層和內(nèi)外塑料流在模腔中的溫度調(diào)節(jié)成相同值。
8.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，流動(dòng)芯層和內(nèi)外塑料流在模腔中的溫度調(diào)節(jié)成不同值。
9.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，芯層塑料流的溫度調(diào)節(jié)成比內(nèi)外塑料流低。
10.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，各材料流的組合通過(guò)使它們沿平行平面之間的相繼流道流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
11.按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，節(jié)流桿的遠(yuǎn)端呈錐形。
12.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)材料流，從而改變內(nèi)層材料流相對(duì)外層材料流的相對(duì)流量。
13.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，各環(huán)形材料流被限制在沿?cái)D壓器在同心圓柱形套管之間流動(dòng)。
14.共擠多種塑料材料、以便經(jīng)一澆口區(qū)注入一模腔中生成一模制品的裝置，包括各塑料材料流動(dòng)源；組合這些流動(dòng)塑料流的裝置，至少一內(nèi)部材料流用作所得模制品的在用作塑料材料包層的內(nèi)外塑料材料流中的內(nèi)芯；一與該組合裝置連接、接受內(nèi)外材料流的縱向伸展空心擠壓器；位于該擠壓器縱向中心線上、使組合材料流沿縱向伸展管狀擠壓器中的同心環(huán)形流路流到模腔澆口區(qū)的節(jié)流裝置，環(huán)形芯層材料流包在環(huán)形內(nèi)外層覆蓋塑料流中；位于澆口區(qū)、使各同心環(huán)形材料流沿橫向向兩邊裂開(kāi)而注入模腔的對(duì)應(yīng)兩邊的橫向段中的裝置。
15.按權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，該節(jié)流裝置包括一沿該擠壓器的縱向中心線向澆口區(qū)的一遠(yuǎn)端開(kāi)口伸展的節(jié)流桿。
16．按權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，該節(jié)流桿的位置固定。
17.按權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，該節(jié)流桿可沿縱向移動(dòng)，從而改變節(jié)流桿遠(yuǎn)端的位置和擠壓器澆口區(qū)開(kāi)口。
18.按權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，提供調(diào)節(jié)材料流的裝置，使得環(huán)形內(nèi)部芯層沿?cái)D壓器橫向上材料流速度分布的零梯度流路流動(dòng)。
19.按權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，調(diào)節(jié)穿過(guò)澆口區(qū)和在模腔中的材料流，使得內(nèi)部芯層的流路保持在橫向材料流速度分布的零梯度上。
20.按權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，提供把流動(dòng)芯層和內(nèi)外塑料流在模腔中的溫度調(diào)節(jié)成相同值的裝置。
21.按權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，流動(dòng)芯層和內(nèi)外塑料流在模腔中的溫度調(diào)節(jié)成不同值。
22.按權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于，芯層塑料流的溫度調(diào)節(jié)成比內(nèi)外塑料流低。
23.按權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，各材料流的組合通過(guò)使它們沿各平行平面之間的相繼流道流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
24.按權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，節(jié)流桿的遠(yuǎn)端呈錐形。
25.按權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，調(diào)節(jié)材料流，從而改變內(nèi)層材料流相對(duì)外層材料流的相對(duì)流量。
26.按權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，各環(huán)形材料流被限制在沿?cái)D壓器在各同心圓柱形套管之間流動(dòng)。
27.按權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，芯層在澆口區(qū)緊上游和澆口區(qū)中不在零梯度流路中流動(dòng)。
28.按權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，節(jié)流桿終止在澆口區(qū)的模腔一邊上的緊上游。
29.按權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，提供調(diào)節(jié)材料流的裝置，使得一芯層前邊緣在另一芯層前邊緣偏離零梯度流路流動(dòng)之前或之后沿零梯度流動(dòng)。
全文摘要
一種用于注入成形模腔的新穎多種材料共擠裝置和方法,該擠壓器的縱向中心線上有一節(jié)流桿使由包在內(nèi)外層中的一芯層構(gòu)成的組合塑料材料流在相應(yīng)同心環(huán)形流層中流動(dòng),最后沿橫向向兩邊裂開(kāi),經(jīng)擠壓器的澆口注入模腔中,芯層材料流在擠壓器和模腔中處于橫向速度分布中的零梯度區(qū)。
文檔編號(hào)B29C45/78GK1234763SQ96180483
公開(kāi)日1999年11月10日 申請(qǐng)日期1996年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月27日
發(fā)明者保羅·斯文森 申請(qǐng)人:科爾泰克公司