專利名稱：原料珠粒充填方法、采用了該充填方法的合成樹脂模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法以及通過(guò)該成 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備的原料珠粒充填方法、采用了上述充填方法的合成樹脂模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法以及因此而獲得的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型制品。該設(shè)備利用由諸如聚烯烴和聚苯乙烯等熱塑性合成樹脂制成的原料珠粒模制發(fā)泡成型制品。
2．相關(guān)技術(shù)描述作為一種利用熱塑性合成樹脂原料珠粒加工發(fā)泡成型制品的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備，

圖11中所示的設(shè)備已經(jīng)商品化了，其中一套模具100和101彼此面對(duì)著安置，汽室102和103分別位于模具100和101的后側(cè)，用于將汽室102和103與一個(gè)模腔104連通的許多通氣孔105和106形成在兩個(gè)模具100和101中，而功能流體，例如將在后面提及的加熱蒸汽，則通過(guò)通氣孔105和106而供應(yīng)到模腔104或從中排出。在這種結(jié)構(gòu)中，用于供應(yīng)加熱蒸汽的上功能口107和108分別安置在相應(yīng)汽室102和103的上部，而用于連接減壓泵或排泄管的下功能口109和110分別安置在相應(yīng)汽室102和103的下部，從而將蒸汽供應(yīng)到模腔104。
為了精確地成形出開通于模具100和101中的許多通氣孔105和106，在各個(gè)透氣塞固定孔112中分別嵌入了一個(gè)相應(yīng)的透氣塞111，每個(gè)透氣塞均為帶有蓋子的筒形體，蓋子的外徑為7～12mm而且其上開有一組形式為大約φ0.5mm圓孔形或大約0.5mm寬狹縫形的通氣孔105和106，而透氣塞固定孔則以20～50mm的間距開通于模具100和101中，如圖12和圖13所示。
為了利用這種發(fā)泡成型設(shè)備模制發(fā)泡成型體，諸如由聚烯烴和聚苯乙烯等熱塑性合成樹脂制成的預(yù)發(fā)泡原料珠粒從一個(gè)原料罐(未示出)開始供應(yīng)并通過(guò)充填組件113而充填到模腔104中，然后被加熱蒸汽加熱以發(fā)泡和熔合，之后再被冷卻和固化，最后以發(fā)泡成型體的形式取出。
廣泛采用的原料珠粒充填方法有1)分裂充填法，2)壓力充填法，以及3)壓縮充填法，下面首先簡(jiǎn)要描述以下這些方法。
1)分裂充填法是這樣一種原料珠粒充填方法，即利用一個(gè)注射器而機(jī)械式供應(yīng)原料珠粒，其中原料罐和模腔均敞開于大氣壓下，這種方法的缺點(diǎn)是存留在內(nèi)部的空氣易于導(dǎo)致充填不均勻，并加大了充填密度的分散性。
2)壓力充填法是這樣一種原料珠粒充填方法，即原料罐內(nèi)部加壓至0.2～1.5kg/cm2，并利用壓差而將原料珠粒供應(yīng)和充填到模腔中，模腔通過(guò)汽室而敞開于大氣壓下。在這種情況下，由于利用了從原料罐至模腔的輸送氣道中的壓差，因此充填不均勻性低于上述分裂充填法。
3)壓縮充填法是這樣一種原料珠粒供應(yīng)和充填方法，即原料罐內(nèi)部壓力P升高至1.0～5.0kg/cm2，略高于壓力充填法，并對(duì)一個(gè)汽室加壓，以使通過(guò)通氣孔與該汽室連通的模腔具有壓力P1，從而改變壓差(P-P1)，這樣由于原料珠粒處于壓縮狀態(tài)，因此可以獲得良好的充填質(zhì)量。
下面將解釋如前所述充入模腔中的原料珠粒的加熱、發(fā)泡和熔合方法。作為一種原料珠粒加熱發(fā)泡方法，在日本專利公開文獻(xiàn)No.57-174223中有描述并被普遍使用。在這個(gè)文獻(xiàn)中，包含如圖14中所示的各個(gè)過(guò)程，其中(a)～(d)顯示了預(yù)熱排氣過(guò)程，以將模具中的空氣和原料珠粒間的空氣替換為蒸汽，下面將解釋每個(gè)過(guò)程的具體內(nèi)容。在圖14中，黑色的閥符號(hào)表示閥是關(guān)閉的，而白色的閥符號(hào)表示閥是打開的。
(a)是一個(gè)排氣過(guò)程，其中，在原料珠粒充入模腔104中后，蒸汽在一個(gè)很短時(shí)間內(nèi)從上功能口107和108供應(yīng)到汽室102和103中，與此同時(shí)，模具中的空氣，特別是汽室102和103中的空氣將通過(guò)抽吸而從下功能口109和110中排出。在這種情況下，汽室102和103中的壓力因蒸汽而上升至一個(gè)正壓，因此蒸汽通過(guò)通氣孔105和106進(jìn)入原料珠粒間。
(b)是一個(gè)兩側(cè)排氣過(guò)程，其中上功能口107和108關(guān)閉，而抽真空和減壓操作持續(xù)進(jìn)行以降低模具內(nèi)的壓力，以將原料珠粒間的空間內(nèi)的空氣通過(guò)形成在模具兩側(cè)的通氣孔105和106而被抽吸和排出。
(c)是一個(gè)一側(cè)預(yù)熱過(guò)程，其中下功能口109和110關(guān)閉而蒸汽在一個(gè)很短時(shí)間內(nèi)從一個(gè)處于壓降狀態(tài)的汽室103的上功能口108中供應(yīng)進(jìn)來(lái)，在這種情況下，供應(yīng)的蒸汽依次通過(guò)模具101的通氣孔106、模腔104中的原料珠粒之間以及模具100的通氣孔105，并流入相反側(cè)的汽室102中，這樣可以將所有原料珠粒以及模具100和101預(yù)熱。
(d)是蒸汽反向流動(dòng)的另一側(cè)預(yù)熱過(guò)程，其中類似的操作實(shí)施于汽室102一側(cè)，以使模腔104中的空氣完全排出，與此同時(shí)，模具100和101均被預(yù)熱并盡可能降低局部溫差。
(e)是一個(gè)熔合加熱過(guò)程，其中用于熔合加熱的蒸汽供應(yīng)到兩個(gè)汽室102和103中，以加熱模具100和101并通過(guò)相應(yīng)模具100和101中的通氣孔105和106而加熱原料珠粒，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)泡并將原料珠粒相互熔合在一起以形成發(fā)泡成型體。
在上述模制方法中，由于諸如空氣和蒸汽等功能流體被供應(yīng)到模腔中或從模腔排出，因此通氣孔是必需的，但成形出通氣孔將導(dǎo)致下面的問(wèn)題。
(1)為了補(bǔ)償因在模具中開通許多透氣塞固定孔而引起的強(qiáng)度下降，有鋁合金材料制成的模具的壁厚必須設(shè)置得較厚，例如為8～12mm，這樣就增大了熱容量，從而產(chǎn)生這樣的問(wèn)題，例如加熱和冷卻中的熱效率低，或溫度升高和降低時(shí)的速度慢，從而使得控制精度下降。
(2)由于在一對(duì)模具中要開2000～4000個(gè)透氣塞固定孔，因此復(fù)雜的鉆孔操作將增加加工成本，而且由于透氣塞是手工安裝的，因此這個(gè)操作很復(fù)雜，從而導(dǎo)致模具表面不可避免地受損，因而需要額外的維修操作。
(3)通氣孔可能會(huì)被諸如水銹等堵塞，從而導(dǎo)致加熱故障、脫模故障和冷卻故障，因此必須進(jìn)行維護(hù)操作，如更換透氣塞或利用高壓凈水定期清潔。
(4)透氣塞和通氣孔會(huì)在發(fā)泡成型制品的表面上留下痕跡，從而導(dǎo)致發(fā)泡成型制品的外觀質(zhì)量下降，而且如果外表面被印刷，則透氣塞和通氣孔的痕跡將導(dǎo)致印刷質(zhì)量下降。
(5)模制成型后，將通過(guò)向汽室中噴射冷卻水而冷卻發(fā)泡成型制品，此時(shí)水分后通過(guò)通氣孔而滲入模腔中，從而導(dǎo)致發(fā)泡成型制品含有6～10％的水分，這就需要一個(gè)干燥過(guò)程。此外，由于冷卻水直接接觸發(fā)泡成型制品，因此冷卻水必須控制在清潔狀態(tài)以獲得清潔的發(fā)泡成型制品。
(6)由于原料珠粒是在相同的狀態(tài)下被汽室供應(yīng)到模腔中的蒸汽加熱而發(fā)泡和熔合的，因此這樣獲得的發(fā)泡成型制品(以下稱作均一加熱發(fā)泡成型制品)的表面質(zhì)量會(huì)隨著珠粒的熔合率而變化，熔合率低則表面質(zhì)量也低，而熔合率高則表面質(zhì)量也高。另一方面，對(duì)于均一加熱發(fā)泡成型制品，珠粒的熔合率設(shè)置的越高，則發(fā)泡成形制品的諸如機(jī)械強(qiáng)度等性能越好，但是，加熱、發(fā)泡和熔合時(shí)間以及冷卻時(shí)間也越長(zhǎng)，從而導(dǎo)致總體模制周期加長(zhǎng)而降低了生產(chǎn)率。
出于上述原因，在上面描述的模制成型技術(shù)中，發(fā)泡成形制品的珠粒熔合率設(shè)置為，例如40～80％，從而通過(guò)設(shè)置足夠高的熔合率而提高表面質(zhì)量以確保外觀優(yōu)美，并且確保機(jī)械強(qiáng)度，然而，對(duì)于不需要高機(jī)械強(qiáng)度的發(fā)泡成形制品來(lái)說(shuō)，仍然必須將熔合率設(shè)置得足夠高以確保外觀優(yōu)美，因此模制成型的周期加長(zhǎng)而生產(chǎn)率下降了。這里的熔合率是在發(fā)泡成形制品裂開后對(duì)橫截面上的珠粒的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估而獲得的，具體地講，是通過(guò)測(cè)量而獲得的斷裂珠粒比率，如果珠粒本身并未斷裂而是沿著它的表面裂開的，則該珠粒被認(rèn)作未熔合，而如果珠粒本身斷裂了，則該珠粒被認(rèn)作熔合了。
如前所述，在傳統(tǒng)的發(fā)泡成型方法中，諸如空氣和蒸汽等功能流體通過(guò)通氣孔而供應(yīng)到模腔中或從模腔排出，以獲得發(fā)泡成形制品，而成形出通氣孔將引起上述許多問(wèn)題。
為了完全解決這些問(wèn)題，本發(fā)明人檢驗(yàn)了利用無(wú)通氣孔的模具進(jìn)行發(fā)泡成型的實(shí)際方法并作了各種測(cè)試。即使模具中沒有成形出通氣孔，也必須利用氣道替換通氣孔以將諸如空氣和蒸汽等功能流體供應(yīng)到模腔或從模腔排出，因此存在很多問(wèn)題，例如，在何處以及如何成形出這些氣道以及在什么時(shí)間和什么狀態(tài)下將功能流體供應(yīng)到這些氣道中。
其中一個(gè)這樣的問(wèn)題中涉及將原料珠粒充填到模腔中的方法。
當(dāng)采用上述分裂充填法時(shí)，原料珠?？梢员还?yīng)到這種程度，即在一套模具中留下一些空白空間而不完全密實(shí)，但充填是如此的不均勻乃至無(wú)法將該方法實(shí)施于實(shí)際應(yīng)用中。
在壓力充填法的情況下，可以通過(guò)在一組模具中留下一些空白空間而保持模腔向大氣壓敞開，充填操作可以到達(dá)一定程度，但在充填操作后，充入的原料珠粒被壓縮到與分裂充填法相同的封閉體積，這樣，作為示例，在加工頂部敞開的箱形發(fā)泡成形制品時(shí)，發(fā)泡成形制品底部平面部分與側(cè)壁部分之間的壓縮率不同，其中平面部分充填系數(shù)大于側(cè)壁部分，這仍會(huì)導(dǎo)致充填密度不均勻性。
在壓縮充填法的情況下，模腔內(nèi)部必須保持一個(gè)預(yù)定壓力，該壓力為大氣壓或更高，然而，我們無(wú)法比較和檢驗(yàn)這種方法，因?yàn)闆]有辦法在向不帶通氣孔的模具中供應(yīng)原料珠粒的同時(shí)又保持增壓。
本發(fā)明的一個(gè)目的是將一種不在模具表面上成形出通氣孔的新型發(fā)泡成形設(shè)備商品化，并且提供一種原料珠粒充填方法，以使原料充填過(guò)程中的充填不均勻性最小化，這是不帶通氣孔的發(fā)泡成形設(shè)備中需要解決的問(wèn)題之一，還要提供采用了上述充填方法的合成樹脂模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法，并且提供因此而獲得的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型制品。
本發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)方面的原料珠粒充填方法是一種用于將原料珠粒從原料罐充填到由一套模具構(gòu)成的模腔中的方法，其中模腔通過(guò)一對(duì)模具而封閉形成，模具分別在它們的后側(cè)帶有汽室，而且模腔與汽室氣密性隔離，之后，在保持模腔中壓力相對(duì)于原料罐中壓力為一預(yù)定的負(fù)壓的同時(shí)，原料珠粒被供應(yīng)到模腔中。
在根據(jù)第一個(gè)方面的充填方法中，汽室與模腔是氣密性隔離的，即所使用的發(fā)泡成形設(shè)備中不帶用于將汽室與模腔相連的通氣孔，因此，因形成通氣孔而產(chǎn)生的上述問(wèn)題可以基本上得到解決。利用原料罐與模腔之間壓差進(jìn)行的原料珠粒充填可以通過(guò)調(diào)節(jié)原料罐和模腔中的壓力而容易地實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)第二個(gè)方面的充填方法是這樣的，在保持上述原料罐中壓力位于一個(gè)大氣壓～5.0kg/cm2的范圍內(nèi)的同時(shí)，將原料珠粒供應(yīng)到模腔中。這種形式是優(yōu)選的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)將模腔中的珠粒壓縮并將體積縮減到最佳外徑(體積)，模腔的平面部分、側(cè)面部分乃至狹窄部分的充填密度均可以變得相對(duì)均勻。
根據(jù)第三個(gè)方面的充填方法是這樣的，模腔中的壓力保持受壓狀態(tài)，即低于原料罐壓力減去0.5kg/cm2并且大于或等于大氣壓。優(yōu)選設(shè)置在這個(gè)范圍，因?yàn)槿绻麎毫顟B(tài)超出了這個(gè)范圍，則輸送氣體的流速將變得過(guò)大，而原料珠?？赡軙?huì)堵塞在模腔或充填通道的狹窄部分中。
根據(jù)第四個(gè)方面的充填方法是這樣的，模腔中的壓力保持減壓狀態(tài)，即從大氣壓至大氣壓減去1.0kg/cm2。在這種情況下，壓力只在模腔中降低，從而原料珠粒不需要壓縮和減小體積，這一點(diǎn)是優(yōu)選的，因?yàn)槿菀自诔涮钸^(guò)程中保持負(fù)壓狀態(tài)，因此模腔的平面部分、側(cè)面部分乃至狹窄部分的充填密度均變得相對(duì)均勻。
在總體上考慮了權(quán)利要求1至4后，優(yōu)選將模腔中的壓力設(shè)置在負(fù)1.0～5.0kg/cm2的范圍內(nèi)，這是本發(fā)明第五個(gè)方面。
根據(jù)第六個(gè)方面的合成樹脂模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法是這樣一種合成樹脂模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法，其包含以下步驟將原料珠粒從原料罐充填到由一對(duì)模具封閉形成的發(fā)泡成形模腔中，模具分別在它們的后側(cè)帶有汽室；加熱、發(fā)泡和熔合原料珠粒而形成一個(gè)發(fā)泡成形體；以及將發(fā)泡成形體冷卻、脫模和從模具中取出，其中包括下面的過(guò)程a)合模過(guò)程，其中模具閉合以形成相對(duì)于上述汽室氣密性隔離的上述模腔，并形成直接連接著模腔的功能通道。
b)充填過(guò)程，其中原料珠粒通過(guò)根據(jù)任一權(quán)利要求1～5所述的原料珠粒充填方法而從原料罐供應(yīng)并充填到模腔中，與此同時(shí)，加熱蒸汽供應(yīng)到上述汽室中，以將環(huán)繞著汽室的全體模具加熱到原料珠粒尚不能發(fā)泡的溫度。
c)內(nèi)部加熱過(guò)程，其中溫度低于原料珠粒熔合溫度的加熱蒸汽通過(guò)模腔的功能通道而供應(yīng)到上述模腔中，以加熱充入的原料珠粒，與此同時(shí)，冷凝水產(chǎn)生在包圍著模腔的模具的表面上。
d)熔合加熱過(guò)程，其中溫度為原料珠粒熔合溫度或更高的加熱蒸汽供應(yīng)到上述汽室中，以蒸發(fā)上述模腔中的冷凝水并使原料珠粒進(jìn)行發(fā)泡和熔合。
根據(jù)這種發(fā)泡成型方法，正如根據(jù)第一個(gè)方面的充填方法那樣，汽室與模腔是氣密性隔離的，即所使用的發(fā)泡成形設(shè)備中不帶用于將汽室與模腔相連的通氣孔，蒸汽和空氣不是經(jīng)過(guò)通氣孔而是經(jīng)過(guò)直接與模腔相連的功能通道而供應(yīng)到模腔或從中排出的，因此，因形成通氣孔而產(chǎn)生的上述問(wèn)題可以通過(guò)設(shè)置功能通道而基本上得到解決。
由于原料珠粒是通過(guò)根據(jù)第一個(gè)至第五個(gè)方面中任一方面的充填方法而在充填過(guò)程中充入的，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)原料罐和模腔中的壓力而容易地實(shí)現(xiàn)均勻充填。
此外，功能流體可以獨(dú)立供應(yīng)到模腔和汽室中，因此可以相對(duì)于充填操作獨(dú)立地向汽室供應(yīng)加熱蒸汽以預(yù)熱模具。換言之，優(yōu)選在從合模過(guò)程進(jìn)入充填過(guò)程時(shí)預(yù)熱模具，以便為后面的發(fā)泡操作作準(zhǔn)備，即使是連續(xù)進(jìn)行模制加工的，這是由于距上次加熱操作經(jīng)過(guò)了較長(zhǎng)時(shí)間，溫度已經(jīng)顯著降低了。在傳統(tǒng)的充填過(guò)程中，用于充填原料珠粒的空氣是通過(guò)汽室而從模腔中排出的，因此不能在充填過(guò)程中預(yù)熱模具。而在本發(fā)明中，充填空氣的排氣通道是相對(duì)于汽室獨(dú)立的，因此模具預(yù)熱可以通過(guò)向模腔供應(yīng)蒸汽而平行操作，即與充填操作分開。
根據(jù)第七個(gè)方面的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法是這樣的，在合模過(guò)程中，使用了一個(gè)模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備，其中向著模腔敞開的狹縫形開口和/或在裝于至少一個(gè)模具上的附件附近向著模腔敞開的開口沿著一對(duì)模具的接合處形成，開口的寬度為被充填原料珠粒的外徑或者更小，與此同時(shí)，布置了用于將開口連接到外部功能管的連接通道。
通過(guò)使用這種模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備，可以完全取消透氣塞固定孔，可以通過(guò)將模具構(gòu)造得較薄而降低制造成本，而且諸如蒸汽等功能流體的控制精度可以提高。由于形成透氣塞固定孔的操作和安裝透氣塞的操作減少或消除了，因此模具的生產(chǎn)率可以提高，而且因水銹堵塞通氣孔而引起的維護(hù)操作可以減少或消除。形成在這些位置上的開口不會(huì)降低發(fā)泡成形制品的外觀優(yōu)美性，而且諸如蒸汽等功能流體可以均勻地供應(yīng)到模腔。
根據(jù)第八個(gè)方面的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法是這樣的，上述附件是一個(gè)原料珠粒充填組件。由于充填組件端面的痕跡總會(huì)留在發(fā)泡成型制品的表面上，因此開口形成在充填組件附近，從而開口的痕跡不明顯并防止發(fā)泡成形制品所外觀質(zhì)量下降。
根據(jù)第九個(gè)方面的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法是這樣的，在上述充填過(guò)程與內(nèi)部加熱過(guò)程之間加入一個(gè)返回大氣壓過(guò)程，以將上述模腔內(nèi)側(cè)從受壓狀態(tài)釋放到一個(gè)大氣壓狀態(tài)，或加入一個(gè)排出過(guò)程，以減小上述模腔內(nèi)的壓力從而排出內(nèi)部空氣。
如果象這樣添加了返回大氣壓過(guò)程，則原料珠粒的受壓和壓縮顆粒將隨著壓力下降而膨脹并充填共同空間，從而使空隙率從40％下降到5～20％，以減少顆粒間空隙內(nèi)的可能在隨后過(guò)程中給熔合帶來(lái)問(wèn)題的殘余空氣，其結(jié)果是，發(fā)泡成形體內(nèi)部不均勻性得到改進(jìn)。如果添加了排氣過(guò)程，則可以通過(guò)主動(dòng)排出內(nèi)部空氣而降低模腔內(nèi)的壓力，而空隙率和殘余空氣含量可以降低，其結(jié)果是，發(fā)泡成形體內(nèi)部均勻性得到改進(jìn)，正如返回大氣壓過(guò)程那樣。
根據(jù)第十個(gè)方面的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法是這樣的，一對(duì)汽室和一個(gè)模腔的加熱狀態(tài)是以這樣的狀況控制的，即熱塑性合成樹脂制原料珠粒通過(guò)根據(jù)第一個(gè)至第五個(gè)方面中任一方面的充填方法而充填到模腔中，在任意控制內(nèi)部熔合率并且保持發(fā)泡成形制品的表面質(zhì)量的前提下，充入模腔中的原料珠粒被加熱、發(fā)泡和熔合。
根據(jù)這種模制成形方法，蒸汽被獨(dú)立供應(yīng)到一對(duì)汽室和模腔中，而各個(gè)空間的加熱狀態(tài)可以獨(dú)立調(diào)節(jié)，則充入模腔中并與模具相接觸的原料珠粒的表面質(zhì)量可以通過(guò)供應(yīng)到一對(duì)汽室中的蒸汽而獨(dú)立控制，而原料珠粒的熔合率可以通過(guò)利用供應(yīng)到模腔中的蒸汽加熱、發(fā)泡和熔合充入模腔的原料珠粒而相對(duì)于表面質(zhì)量獨(dú)立控制。這就可以在保持發(fā)泡成形制品內(nèi)部熔合率較低的同時(shí)減少模制成形的周期時(shí)間，并且使加工出的發(fā)泡成形制品具有優(yōu)美的表面，其結(jié)果是，可以同時(shí)獲得生產(chǎn)率和商業(yè)價(jià)值。
由于汽室與模腔形成于氣密性隔離狀態(tài)中，因此這三個(gè)空間的加熱狀態(tài)可以更精確地設(shè)置，而因上述提到的形成通氣孔而產(chǎn)生的問(wèn)題可以基本上得到解決。只有當(dāng)通氣孔對(duì)功能流體的控制不造成負(fù)面影響時(shí)，才能成形出與模腔和汽室相連的通氣孔。如果通氣孔形成在凸模和/或凹模上，通氣孔的痕跡將留在發(fā)泡成形制品上，因此優(yōu)選這樣形成通氣孔，即痕跡出現(xiàn)在發(fā)泡成形制品的不突出位置上。
根據(jù)第十一個(gè)方面的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法是這樣的，在獨(dú)立控制一對(duì)汽室和模腔的加熱狀態(tài)的前提下，內(nèi)部熔合率被任意控制并且保持發(fā)泡成形制品的表面質(zhì)量。一對(duì)汽室可以一起控制，但優(yōu)選獨(dú)立控制各汽室，這是因?yàn)樵诎l(fā)泡成形制品上的位于位于凸模一側(cè)的表面質(zhì)量和位于凹模一側(cè)的表面質(zhì)量可以獨(dú)立控制。
根據(jù)第十二個(gè)方面的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法是這樣的，蒸汽壓力和時(shí)間作為加熱狀態(tài)被控制。也可以將蒸汽溫度作為加熱狀態(tài)而控制，但優(yōu)選控制蒸汽壓力和時(shí)間，這是因?yàn)榭梢允褂霉S中的傳統(tǒng)蒸汽設(shè)備，而且用于控制的設(shè)備可以以低成本構(gòu)造。
根據(jù)第十三個(gè)方面的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法是這樣的，原料珠粒是聚烯烴合成樹脂材料。優(yōu)選采用聚烯烴合成樹脂材料是因?yàn)樵现榱Ｒ子诔涮?，即使是在狹窄部位，這是由于原材料自身較軟而且具有高透氣性，因此比具有相同發(fā)泡率的聚苯乙烯合成樹脂材料更易于改變顆粒形狀。
根據(jù)第十四個(gè)方面的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型制品是由熱塑性合成樹脂制成的并具有優(yōu)美的表面的膨脹發(fā)泡成型制品，其表面上沒有透氣塞和通氣孔的痕跡。由于可以在外表面上清楚地印刷，因此優(yōu)選采用這種具有優(yōu)美的表面，且表面上沒有透氣塞和通氣孔痕跡的發(fā)泡成形制品。這種發(fā)泡成形制品可以通過(guò)根據(jù)第十個(gè)至第十三個(gè)方面中任一方面的發(fā)泡成形方法而容易地加工出來(lái)。
根據(jù)第十五個(gè)方面的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型制品是這樣的，內(nèi)部熔合率低于具有相同表面質(zhì)量設(shè)置并通過(guò)在相同狀態(tài)下加熱表面和內(nèi)部而獲得的均一加熱發(fā)泡成型制品。由于內(nèi)部熔合率低于具有相同表面質(zhì)量設(shè)置的均一加熱發(fā)泡成型制品，因此這樣的發(fā)泡成形制品能夠減少成型過(guò)程中的加熱、發(fā)泡和熔合時(shí)間以及冷卻時(shí)間，并且能夠通過(guò)減少成形周期時(shí)間而提高生產(chǎn)率。此外，由于在將內(nèi)部熔合率設(shè)置得較低的同時(shí)可以充分保持表面質(zhì)量，而不會(huì)降低商業(yè)價(jià)值，因此可以同時(shí)獲得生產(chǎn)率和商業(yè)價(jià)值。
根據(jù)第十六個(gè)方面的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型制品是這樣的，內(nèi)部熔合率高于具有相同表面質(zhì)量設(shè)置并通過(guò)在相同狀態(tài)下加熱表面和內(nèi)部而獲得的均一加熱發(fā)泡成型制品，這樣發(fā)泡成形制品具有更高的機(jī)械強(qiáng)度，這適宜用在發(fā)泡成形制品表面質(zhì)量不是主要要求而機(jī)械強(qiáng)度是主要要求的情況下。換言之，由于內(nèi)部熔合率高于具有相同表面質(zhì)量設(shè)置的均一加熱發(fā)泡成型制品，因此這樣的發(fā)泡成形制品具有更高的機(jī)械強(qiáng)度，而且如果這種發(fā)泡成形制品是利用根據(jù)第一個(gè)方面的模制成形方法加工的，則加熱過(guò)程中的加熱蒸汽壓力可以只在由凹模和凸模形成的成形空間內(nèi)設(shè)置得較高，因此同均一加熱發(fā)泡成型制品的成形相比，蒸汽用量可以減少，而能量可以節(jié)約。
附圖簡(jiǎn)述圖1是一種模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)圖；圖2是圖1中的Ⅱ-Ⅱ橫截面圖；圖3是具有另一種構(gòu)造的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)圖4是具有另一種構(gòu)造的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)圖；圖5是圖4中的Ⅴ-Ⅴ橫截面圖；圖6是具有另一種構(gòu)造的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)圖；圖7是具有另一種構(gòu)造的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)圖；圖8是具有另一種構(gòu)造的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)圖；圖9是一種模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法的流程圖；圖10是用于顯示發(fā)泡成形制品表面質(zhì)量和內(nèi)部熔合率的視圖；以及圖11～14是有關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的視圖，其中圖11是一種模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)圖，圖12是一個(gè)通氣孔附近區(qū)域的縱向剖面，圖13是通氣孔的俯視圖，而圖14是用于顯示一種發(fā)泡成形制品模制成形方法的視圖。
優(yōu)選實(shí)施例描述下面將通過(guò)參考附圖而對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述。
如圖1和圖2所示，一個(gè)模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備1包含一個(gè)凸模2和一個(gè)凹模3，它們彼此面對(duì)著構(gòu)成一套模具；珠粒充填裝置，其用于通過(guò)氣流而將原料珠粒5充入一個(gè)由凸模2和凹模3形成的模腔4中；減壓裝置，其用于降低模腔4內(nèi)的壓力；壓縮空氣供應(yīng)裝置，其用于將壓縮空氣供應(yīng)到模腔4中；蒸汽供應(yīng)裝置，其用于通過(guò)蒸汽而加熱充入模腔4中的原料珠粒5，并且使原料珠粒發(fā)泡和熔合；以及冷卻裝置，其用于冷卻發(fā)泡成形制品。
作為原料珠粒5的原材料，可以選擇具有這樣性能的原材料，例如，適合于被加工發(fā)泡成形制品的工作狀態(tài)等，其中聚苯乙烯合成樹脂材料、諸如聚乙烯和聚丙烯等聚烯烴合成樹脂材料，以及這些合成樹脂材料的共聚物等可以采用。
原料珠粒5的發(fā)泡率優(yōu)選位于3～150倍的范圍內(nèi)，但這取決于原料珠粒5的原材料。具體地講，對(duì)于聚苯乙烯合成樹脂材料制原料珠粒，適宜采用3～100倍，更優(yōu)選3～80倍，而對(duì)于聚烯烴合成樹脂材料制原料珠粒，適宜采用3～90倍，更優(yōu)選3～60倍。對(duì)于顆粒尺寸，適宜采用1～10mm，更優(yōu)選2.0～8mm。尤其是聚烯烴合成樹脂材料制原料珠粒有利于改進(jìn)充填性能，因?yàn)檫@種原材料自身較軟而且具有高透氣性，因此比具有相同發(fā)泡率的聚苯乙烯合成樹脂材料更易于改變顆粒形狀。
凸模2和凹模3分別固定在一個(gè)由模架10和背板11構(gòu)成的外殼12上，一套第一汽室13和第二汽室14分別形成在凸模2和凹模3的后側(cè)。
第一汽室13和第二汽室14分別通過(guò)功能閥SV1和SV2以及開關(guān)閥SWV1和SWV2而連接著一個(gè)蒸汽供應(yīng)管15和一個(gè)空氣供應(yīng)管16，同時(shí)，又分別通過(guò)排泄閥DV1和DV2以及開關(guān)閥SWV3和SWV4而連接著一個(gè)排泄管17和一個(gè)通向真空泵19的減壓管18。在第一和第二汽室13和14中分別裝有一個(gè)噴嘴組件21，每個(gè)噴嘴組件分別具有一組噴嘴20，以將冷卻水噴向凸模2和凹模3的后表面，而兩個(gè)噴嘴組件21分別通過(guò)冷卻水閥CV1和CV2連接著冷卻水供應(yīng)管22。
在發(fā)泡成型設(shè)備1中，成形出第一開口30以替代傳統(tǒng)的通氣孔，還成形出連接通道以將第一開口30分別與外部功能管15～18相連，以便通過(guò)操縱功能閥SV3～SV6、排泄閥DV3和DV4以及開關(guān)閥SMV1～SMV4而將諸如蒸汽和壓縮空氣等功能流體從第一開口30供應(yīng)到模腔4或者從中排出。
用于成形出第一開口30的位置基本上可以分為三類形成在凸模2與凹模3的接合處或附近；形成在諸如充填組件23和推桿24等附件上的部分附近并暴露于模腔4中；以及上述兩類位置的組合。
下面將通過(guò)三種實(shí)例而解釋第一開口30形成在凸模2與凹模3的接合處或附近的形式。
(1)在圖1和圖2所示的第一種模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備1中，向著模腔4敞開的狹縫形第一開口30a和30b沿著凸模2與凹模3的接合部分布置，而模具內(nèi)通道31a和31b以及內(nèi)管32a和32b被布置成連接通道，以將第一開口30a和30b與外部功能管15～18相連，其中凸模2和凹模3中沒有成形出傳統(tǒng)的通氣孔，從而在合模后使模腔4與兩個(gè)汽室13和14氣密性隔離，而與此同時(shí)，通向外部功能管15～18的第一開口30a和30b則形成在凸模2與凹模3之間。最優(yōu)選通過(guò)這種方式使模腔4與兩個(gè)汽室13和14氣密性隔離，但成形出少量的用于將模腔4與汽室13和14相連的傳統(tǒng)通氣孔也包含在本發(fā)明中。
根據(jù)上述構(gòu)造，前面所述的預(yù)熱和排泄過(guò)程以及原料珠粒5的熔合加熱過(guò)程可以在下面的過(guò)程中利用第一開口30a和30b而非傳統(tǒng)的通氣孔實(shí)施。
在預(yù)熱和排泄過(guò)程中，通過(guò)第一開口30a或第一開口30b而減壓和排氣，使模腔4中的壓力直接減小，之后，以相同的方式將預(yù)熱蒸汽直接供應(yīng)到模腔4，而在熔合加熱過(guò)程中，處于熔合溫度的蒸汽直接從第一開口30a或第一開口30b供應(yīng)到位于模腔4內(nèi)的原料珠粒5中。
為了防止第一開口30a或第一開口30b被原料珠粒5阻塞，第一開口30a或第一開口30b在模腔4一側(cè)的寬度必須成形為被充填原料珠粒5的外徑或者更小，該外徑為φ1～10mm，而且為了精美地完成發(fā)泡成形制品而不帶飛邊和毛刺，開口的寬度應(yīng)盡可能小，但是如果開口寬度過(guò)小，功能流體的通過(guò)阻力會(huì)增大，因此開口的適宜寬度為0.1～0.5mm。
在本發(fā)明中，適宜沿著凹入部位的基部而將第一開口30a和30b形成在凸模2與凹模3的接合處。在這種情況下狹縫形第一開口30a和30b將到達(dá)發(fā)泡成形制品周邊的凸出分型線部位，因此即使留下少量的飛邊，也不會(huì)影響外觀。
對(duì)于內(nèi)管32a和32b，適宜采用φ4～15mm的銅管。
圖1中顯示了兩組連接通道，即一個(gè)由第一開口30a、模具內(nèi)通道31a和內(nèi)管32a組成的一個(gè)單一的連接通道和另一個(gè)由第一開口30b、模具內(nèi)通道31b和內(nèi)管32b組成的一個(gè)單一的連接通道，但本發(fā)明并不局限于這個(gè)狀況，根據(jù)模制發(fā)泡成形制品所要獲得的形狀和尺寸，也可以采用三組或更多組，或者單一的一組。
在形成一組第一開口30，例如一對(duì)第一開口30a和30b時(shí)，優(yōu)選將這些開口在模腔4的兩個(gè)相反端處的相反側(cè)彼此相反著布置在凸模2與凹模3的接合處。第一開口30a和30b的長(zhǎng)度沒有特別限制，但優(yōu)選采用上述配置，因?yàn)橹T如蒸汽等功能流體可以通過(guò)模腔4而從一個(gè)第一開口供應(yīng)到另一個(gè)第一開口，具體地講，將充入模腔4中的原料珠粒5之間的空氣替換為蒸汽的操作或加熱原料珠粒5的操作可以快速地完成。
第一種實(shí)例的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下。
1)由于未在模具2和3中成形出大量的透氣塞固定孔，例如傳統(tǒng)類型的，因此強(qiáng)度未降低，傳統(tǒng)鋁合金模具的8～12mm壁厚可以減小到4～8mm壁厚，其結(jié)果是，熱容量降低了，加熱/冷卻時(shí)的熱效率提高了，溫度控制精度得到改進(jìn)，而且材料消耗減少了。
2)由于不需要進(jìn)行鉆透氣塞固定孔和安裝透氣塞的操作，因此加工費(fèi)用可以顯著降低，模具2和3的制造成本可以下降。
3)因堵塞導(dǎo)致的加熱故障、脫模故障和冷卻故障不會(huì)出現(xiàn)，因此諸如更換透氣塞或利用高壓凈水定期清潔等維護(hù)操作就完全沒必要了。
4)由于透氣塞和通氣孔的痕跡不會(huì)留在發(fā)泡成型制品的表面上，因此外觀質(zhì)量提高了，而且與表面印刷和貼標(biāo)簽過(guò)程有關(guān)的問(wèn)題被解決了。
5)由于冷卻過(guò)程使用的冷卻水不進(jìn)入模腔，因此發(fā)泡成型制品含有的水分從6～10％下降到0.5～4％，這使得干燥過(guò)程不必要了，從而大量減少了周期時(shí)間。
6)本發(fā)明的最大優(yōu)點(diǎn)是，可以進(jìn)行傳統(tǒng)模具無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能操作。為了將作為功能流體的蒸汽作用到原料珠粒5上，傳統(tǒng)的方法是，從功能管供應(yīng)的功能流體作用的汽室中，再經(jīng)過(guò)通氣孔而作用在原料珠粒上，而在本發(fā)明中，模腔4的功能通道是單獨(dú)的而與汽室13和14無(wú)關(guān)，這樣，諸如壓縮空氣、蒸汽、減壓空氣和冷卻水等功能流體將通過(guò)第一開口30a和30b而直接作用到模腔4上，因此，功能操作的靈活性提高了。
作為示例，當(dāng)模腔4中的壓力需要降低時(shí)，在傳統(tǒng)模具中，兩個(gè)汽室中的壓力均會(huì)同時(shí)降低，但根據(jù)本發(fā)明，可以只在模腔4中實(shí)施壓降操作，而模腔的容積僅為汽室容積的1/10。由于反應(yīng)快于傳統(tǒng)類型的，因此操作性能顯著提高。
由于汽室13和14構(gòu)造在與模腔4無(wú)關(guān)的空間中，而每個(gè)空間的加熱狀態(tài)可以獨(dú)立調(diào)節(jié)，一組模具2和3的溫度可以通過(guò)供應(yīng)到汽室13和14中的蒸汽而彼此獨(dú)立調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)發(fā)泡成形制品上分別與模具2和3接觸的表面的質(zhì)量，而充入模腔4中的原料珠粒5可以通過(guò)供應(yīng)到模腔4中的蒸汽而加熱、發(fā)泡和熔合，從而相對(duì)于表面質(zhì)量獨(dú)立調(diào)節(jié)原料珠粒5的熔合率。這就可能使制作的發(fā)泡成形制品具有優(yōu)美的外觀，同時(shí)又保持發(fā)泡成形制品的內(nèi)部熔合率低以減少模制成形的周期時(shí)間，其結(jié)果是，可以同時(shí)獲得生產(chǎn)率和商業(yè)價(jià)值。
(2)在第二種模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備1A中，作為將狹縫形第一開口30a和30b與外部功能管15～18相連的連接通道，模具內(nèi)通道33a和33b沿著模具2與3的接合處從模腔4一側(cè)至外側(cè)成形出來(lái)，而且模具內(nèi)空間34a和34b在合模后被模架10環(huán)繞著成形出來(lái)，如圖3所示。由于其它結(jié)構(gòu)與模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備1中的相同，相同的部分以相同的參考代號(hào)表示，而它們的詳細(xì)描述被略去。
在模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備1A中，凸模2和凹模3中沒有成形出傳統(tǒng)的通氣孔，從而在合模后使模腔4與汽室13和14均氣密性隔離，而第一開口30a和30b以及用于將第一開口30a和30b與外部功能管15～18相連的連接通道，即模具內(nèi)通道33a和33b和模具內(nèi)空間34a和34b沿著模具2和3與模架的接合處而從模腔4一側(cè)至外側(cè)成形出來(lái)，成形方式不同于第一種模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備1。
根據(jù)圖3所示的發(fā)泡成型設(shè)備1A，可以在模制成形過(guò)程中對(duì)功能流體進(jìn)行操作，正如模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備1那樣，因此在這里也可以獲得前面所述的所有優(yōu)點(diǎn)1)～6)，此外，獨(dú)立內(nèi)管32a和32b不需要了，而這種內(nèi)管在制造過(guò)程中需要進(jìn)行接管操作，因此發(fā)泡成形設(shè)備的制造成本降低了，而且維護(hù)操作也不需要了。
(3)在圖4和圖5所示的第三種模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備1B中，向著模腔4敞開的第一開口30c和30d鄰近于凸模2與凹模3的接合處形成在凸模2中，由通道形成元件38構(gòu)成的連接空間39a和39b固定在凸模內(nèi)側(cè)，以便環(huán)繞著第一開口30c和30d，而用于將連接空間39a和39b與外部功能管15～18相連的內(nèi)管40a和40b則構(gòu)成連接通道，以將第一開口30c和30d與外部功能管15～18相連，這樣功能流體可以通過(guò)連接空間39a和39b以及內(nèi)管40a和40b而獨(dú)立地供應(yīng)到第一開口30c和30d或從中排出。由于其它結(jié)構(gòu)與模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備1中的相同，因此相同的部分以相同的參考代號(hào)表示，而它們的詳細(xì)描述被略去。
在模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備1B中，凸模2和凹模3中沒有成形出傳統(tǒng)的用于將模腔4與汽室12和13相連的通氣孔，而且在合模后使模腔4與汽室13和14均氣密性隔離，而第一開口30c和30d以及用于將第一開口30c和30d與外部功能管15～18相連的連接通道，即連接空間39a和39b以及內(nèi)管40a和40b，則以不同于前面兩種情況的方式成形出來(lái)。
對(duì)于第一開口30c和30d，通孔或狹縫可以直接形成在凸模2上，但在這種情況下，內(nèi)表面可以會(huì)被通過(guò)的蒸汽磨損，因此優(yōu)選在與第一開口30c和30d相對(duì)應(yīng)的位置上成形出透氣塞固定孔并裝入可拆卸透氣塞，正如傳統(tǒng)的發(fā)泡成形設(shè)備那樣。
根據(jù)圖4和圖5所示的發(fā)泡成型設(shè)備1B，可以在模制成形過(guò)程中對(duì)功能流體進(jìn)行操作，正如模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備1那樣，因此在這里也可以獲得前面所述的優(yōu)點(diǎn)5)和6)。由于成形出用于將模腔4與連接空間39a和39b相連的透氣塞，因此不再具有前面所述的優(yōu)點(diǎn)1)～4)，但是由于透氣塞不是象傳統(tǒng)設(shè)備中的那樣均勻地分布在模具的整個(gè)表面上，因此透氣塞的數(shù)量大大減少了。此外，第一開口30c和30d被蒸汽的磨損可以容易地防止，從而使得結(jié)果更具有實(shí)際意義。在第三種發(fā)泡成型設(shè)備1B中，也可以在左右模架10的接合處形成模具內(nèi)空間，正如第二種發(fā)泡成型設(shè)備那樣，以省略內(nèi)管32a和32b。
在圖4所示情況下，第一開口30c和30d形成在凸模2一側(cè)，但如果發(fā)泡成形制品的內(nèi)表面?zhèn)?凸模2一側(cè))被暴露給外界，則優(yōu)選在凹模3一側(cè)形成第一開口30c和30d，以提高發(fā)泡成形制品的外觀優(yōu)美性。
接下來(lái)將解釋第一開口30形成在諸如充填組件23和推桿24等附件附近的情況。
當(dāng)?shù)谝婚_口30形成在附件附近時(shí)，如圖1、圖3和圖4所示，大致圓筒形的外部元件41固定在與凹模3上的充填組件23和推桿24相對(duì)應(yīng)的位置上，充填組件23和推桿24插入并安置在外部元件41中，用于獨(dú)立連接到功能管15～18上的連接通道42和43分別形成在充填組件23、推桿24與外部元件41之間，向著模腔4敞開的第一開口30e和30f分別形成在連接通道42和43的末端，而功能管15～18通過(guò)功能閥SV5和SV6連接著連接通道42和43，以供應(yīng)所需的蒸汽和壓縮空氣或執(zhí)行減壓操作，正如前面所述的第一開口30a～30d那樣。
在這種情況下，僅需布置第一開口30e和30f而不用布置第一開口30a～30d即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，但是優(yōu)選也同時(shí)布置第一開口30a～30d。
還優(yōu)選如圖1、圖3和圖4所示那樣在帶有前面所述的第一開口30a～30d的同時(shí)沿著充填組件23和推桿24的末端附近布置第一開口30e和30f，并且形成獨(dú)立的通道以將各個(gè)第一開口30連接到外部功能管15～18。在這種情況下，用于供應(yīng)功能流體的第一開口30分布在至少三個(gè)位置上，即模腔的兩個(gè)相反端和模腔4的中部，因此功能流體可以供應(yīng)所需的量，而且諸如功能流體的供應(yīng)和停止等控制操作的柔性提高了，其結(jié)果是，可以根據(jù)發(fā)泡成型體的類型和形狀而實(shí)施最佳功能操作。
在圖1、圖3和圖4所示的情況下，第一開口30e和30f布置在充填組件23和推桿24的末端附近，但本發(fā)明并不局限于這種模式，而是還可以利用其它可附著到模具上的附件，如冷卻水管截頭。只要蒸汽能均勻地供應(yīng)到模腔內(nèi)的所有原料珠粒5中即可，不是必須在充填組件23和推桿24外側(cè)形成連接通道42和43，第一開口30e和30f中的一個(gè)或兩個(gè)可以略去，而第一開口30e和30f是根據(jù)，例如，被模制的發(fā)泡成形制品的形狀等而適宜地形成的。第一開口30a～30d可以成形為專用開口，以排出從第一開口30e和30f向模腔4供應(yīng)的蒸汽。在圖1、圖3和圖4中，充填組件23和推桿24形成在凹模3一側(cè)，但如果發(fā)泡成形制品的外表面?zhèn)?凹模3一側(cè))將暴露給外界，則優(yōu)選將充填組件23和推桿24形成在凸模2一側(cè)，以提高發(fā)泡成形制品的外觀優(yōu)美性。
除了上述第一開口30，還優(yōu)選在在模具2和3的一些部位上形成第二開口50，這些部位即功能流體在模腔4內(nèi)的流動(dòng)不均勻處，而且還裝有用于將第二開口50與外部功能管15～18相連的連接通道，以供應(yīng)或排出功能流體。
功能流體的流動(dòng)不均勻部位有，例如，當(dāng)有凹入?yún)^(qū)域51和52形成在模具2和3中時(shí)凹入?yún)^(qū)域51和52的內(nèi)部，如圖6～8所示，以及模具2和3的中央部位，如圖8所示，當(dāng)然也可以是其它部位。
第二開口50可以是與傳統(tǒng)透氣塞相似的小孔狀，或者是具有一定長(zhǎng)度的狹縫形，但在任何情況下，開口在模腔4中的寬度必須為被充填的原料珠粒5的外徑尺寸或者更小，以使開口不被原料珠粒5堵塞。
(1)當(dāng)?shù)诙_口50形成在凹入部位51和52中時(shí)，將形成向著凹入部位51和52內(nèi)部敞開的第二開口50a和50b，如圖6中的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備1C所示，其中第二開口50a通過(guò)內(nèi)管53連接著內(nèi)管32a，而第二開口50b則連接著獨(dú)立內(nèi)管54并通過(guò)功能閥SV7而連接著功能管15～18。第二開口50a和50b可以通過(guò)內(nèi)管32a和32b而連接著功能管15～18，或者也可以直接連接到功能管15～18。
由于與功能管15～18獨(dú)立相連的第二開口50a和50b形成在凹入部位51和52內(nèi)部，即功能流體的流動(dòng)不均勻處，因此功能操作，例如蒸汽供應(yīng)、壓縮空氣供應(yīng)、因模腔4抽真空或模腔4壓力調(diào)節(jié)而進(jìn)行的抽氣以及從模腔4中排泄或排放功能流體等，可以根據(jù)需要而通過(guò)第二開口50a和50b獨(dú)立實(shí)施，正如上述第一開口30a和30b那樣，從而解決了功能流體的不均勻性。
根據(jù)模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備1C，如圖中清楚顯示，可以利用第一開口30a和30b以及第二開口50a和50b而非傳統(tǒng)的透氣塞實(shí)現(xiàn)下面的操作，即在發(fā)泡成形方法中，當(dāng)上述預(yù)發(fā)泡原料珠粒5充入模腔4中后，將減壓和抽氣，珠粒被加熱蒸汽加熱、發(fā)泡和熔合，再被冷卻和固化，并被取出而成為由預(yù)定可發(fā)泡合成樹脂材料制成的發(fā)泡成型體。
例如，在減壓抽氣時(shí)，在通過(guò)一個(gè)或兩個(gè)第一開口30a和30b排氣而使模腔4中的壓力直接降低后，用于預(yù)熱的蒸汽以相同方式直接供應(yīng)，與此同時(shí)，如需要，可以通過(guò)第二開口50a和50b而解決功能流體不均勻性。
為了加熱和熔合，位于熔合溫度的蒸汽可以以相同的方式通過(guò)一個(gè)或兩個(gè)第一開口30a和30b供應(yīng)到模腔4內(nèi)的原料珠粒5中，而蒸汽可以通過(guò)第二開口50a和50b而以相同的方式供應(yīng)到凹入?yún)^(qū)域51和52，以加熱僅僅通過(guò)來(lái)自第一開口30a和30b的蒸汽難以到達(dá)的部位。在這種情況下，不用說(shuō)，如需要，所有模具2和3均可以被汽室13和14供應(yīng)的蒸汽從后表面進(jìn)行加熱。
當(dāng)?shù)诙_口50a和50b形成在圖3所示的發(fā)泡成型設(shè)備1A中時(shí)，用于將第二開口50a和50b與模具內(nèi)空間34a相連的內(nèi)管55可以如圖7所示的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備1D中的那樣布置。在這種情況下，至少一個(gè)內(nèi)管55可以通過(guò)這里未示出的功能閥而獨(dú)立連接到功能管15～18。
根據(jù)本實(shí)施例，除了上述優(yōu)點(diǎn)，模制成形時(shí)間還可以縮減，這是由于在模具加熱和冷卻時(shí)，作為熱容量相對(duì)較大的模具2和3中的一部分的模具內(nèi)通道33a和33b以及模具內(nèi)空間34a和34b的邊緣區(qū)域可以高效地加熱或冷卻。
(2)為了防止功能流體在模具2和3中部的不均勻流動(dòng)，第二開口50c形成在流動(dòng)變得不均勻處，以便通過(guò)內(nèi)管56而連接到模具內(nèi)空間，或連接到內(nèi)管32a和32b，或通過(guò)功能閥而連接到功能管15～18，如圖8中的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備1E所示。
當(dāng)用于供應(yīng)或排出功能流體的開口30和50之間的間隔達(dá)到100mm或以上時(shí)，易于出現(xiàn)功能流體的不均勻流動(dòng)，因此，如果一對(duì)第一開口30a和30b布置在周邊區(qū)域的相反位置上而疊加著模腔4，而且第一開口30a和30b之間的間隔達(dá)到了100mm或以上，如圖2所示，則可以在第一開口30a和30b的中間位置上形成第二開口50c，如圖8所示。還優(yōu)選形成第二開口50，以使第一開口與第二開口50之間以及各第二開口50之間的距離為100mm或以下。
根據(jù)模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備1E，其中一對(duì)第一開口30a和30b彼此對(duì)置著形成并疊加著模腔4，可以進(jìn)行將諸如蒸汽等功能流體從一個(gè)第一開口經(jīng)過(guò)模腔而供應(yīng)到另一個(gè)第一開口的功能操作，具體地講，將充入模腔4中的原料珠粒5之間的空氣替換為蒸汽的操作或加熱原料珠粒5的操作可以快速地完成。
此外，所需數(shù)量的第二開口50形成在最大100mm的間距上，這有助于使功能流體光滑流動(dòng)，以防止模腔4中產(chǎn)生功能流體的不均勻流動(dòng)和不均勻速度。其結(jié)果是，即使模腔中央平面部分的形狀具有較高的長(zhǎng)度/厚度比，例如20或以上，中央平面部分的密度不均勻性和發(fā)泡不均勻性也可以得到控制。
下面將解釋如圖9所示的一種利用上述發(fā)泡成形設(shè)備1模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型出發(fā)泡成形制品的方法。在下面的敘述中，除非特別指出，否則原料珠粒為聚苯乙烯制的，但在采用聚烯烴合成樹脂材料制原料珠粒時(shí)，本發(fā)明也同樣適用。對(duì)于發(fā)泡成形設(shè)備1A～1E，模制成形方法基本上相同，因此只描述它們與發(fā)泡成形設(shè)備1的使用不同的地方。
圖9顯示了本發(fā)明的發(fā)泡成形方法，其可以與左側(cè)的傳統(tǒng)方法進(jìn)行比較。本發(fā)明的發(fā)泡成形方法是以下面的流程進(jìn)行的1)合模，2)充填，3)內(nèi)部加熱，4)熔合加熱，5)冷卻，6)開模和脫模，以及7)后處理，如印刷。
下面將解釋每個(gè)過(guò)程中的內(nèi)容。
(1)合模過(guò)程凸模2和凹模3閉合。這樣可以在凸模2和凹模3之間形成模腔4，該模腔與汽室13和14氣密性隔離，而第一開口30連接著功能管15～18。在發(fā)泡成形設(shè)備1中，狹縫形第一開口30a和30b沿著凸模2與凹模3的接合部分布置，而第一開口30a和30b通過(guò)連接通道，即模具內(nèi)通道31a和31b以及內(nèi)管32a和32b而與外部功能管15～18相連。
(2)充填過(guò)程在充填過(guò)程中，模腔4中的壓力相對(duì)于未示出的原料罐中的壓力保持在負(fù)壓狀態(tài)，這樣，通過(guò)因一部分或全部第一開口30而導(dǎo)致的原料罐與模腔4之間的壓差，可以將原料罐中的原料珠粒從充填組件23供應(yīng)到模腔4中。
具體地講，原料珠粒以這樣的方式供應(yīng)到模腔中，即原料罐中的壓力保持在預(yù)定壓力，即大氣壓或更高，優(yōu)選位于一個(gè)大氣壓～5.0kg/cm2的范圍內(nèi)，更優(yōu)選位于0.1～5.0kg/cm2的范圍內(nèi)，并保持模腔4中的壓力處于大氣壓或以上并低于原料罐壓力減去0.5kg/cm2。
將原料罐中的壓力保持在一個(gè)大氣壓～5.0kg/cm2的預(yù)定壓力范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0.1～5.0kg/cm2的范圍內(nèi)的原因是，在這個(gè)范圍內(nèi)，位于模腔中的珠粒受壓而體積減小到最佳直徑(體積)，而且模腔的平面部分、側(cè)面部分乃至狹窄部分的充填密度均相對(duì)均勻，這一點(diǎn)是希望有的。
使模腔4中的壓力低于原料罐壓力0.5kg/cm2以產(chǎn)生壓差并保持模腔中的壓力為大氣壓或以上的原因是，如果壓力狀態(tài)超出了這個(gè)范圍，則輸送氣流流速將變得過(guò)大，而原料珠?？赡軙?huì)堵塞在模腔4或充填通道的狹窄部分中，這一點(diǎn)是不希望有的。
原料罐中的壓力可以根據(jù)模腔4中的壓力而設(shè)置。具體地講，模腔4中的壓力設(shè)置在一個(gè)預(yù)定壓力，即大氣壓或更高，更優(yōu)選0.1～5.0kg/cm2，而原料罐中的壓力則為模腔內(nèi)壓力加上0.5kg/cm2，以便利用壓差而充填原料珠粒。
另一種優(yōu)選的充填方法是以這樣的方式將原料珠粒供應(yīng)到模腔4中，即模腔4中的壓力保持在相對(duì)于大氣壓的負(fù)壓狀態(tài)，即大氣壓至大氣壓減去1.0kg/cm2的范圍內(nèi)，同時(shí)保持原料罐中的壓力在大氣壓～5.0kg/cm2的范圍內(nèi)。
將模腔4中壓力保持在大氣壓至負(fù)1.0kg/cm2的范圍內(nèi)，同時(shí)保持原料罐中的壓力在大氣壓～5.0kg/cm2的范圍內(nèi)的優(yōu)點(diǎn)是，在充填不需要壓縮和體積縮減的原料珠粒時(shí)，易于保持負(fù)壓狀態(tài)。由于只有模腔4中的壓力降低了，因此模腔的平面部分、側(cè)面部分乃至狹窄部分的充填密度均相對(duì)均勻，這一點(diǎn)是希望有的。
這種充填方法還具有下列附加優(yōu)點(diǎn)。
1)在充填中，所供應(yīng)的原料珠粒從位于模腔4中心附近的充填組件23流向布置在模腔4側(cè)邊緣上的第一開口30a和30b，因此模腔中不會(huì)出現(xiàn)較大的充填不均勻性，而制品的質(zhì)量可以保持穩(wěn)定。
2)由于原料珠粒是在壓縮狀態(tài)下被充填的，因此原料珠粒的顆粒間空隙可以減小，而在接下來(lái)的加熱發(fā)泡過(guò)程中以蒸汽替換空氣的操作就變得簡(jiǎn)單了。
3)在充填過(guò)程的壓力調(diào)節(jié)操作中，目標(biāo)限定為模腔4，不必象傳統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)方法那樣需要調(diào)節(jié)包括兩側(cè)汽室13和14在內(nèi)的很大容積，而是只需調(diào)節(jié)1/20或更少的空間，因此使加壓和減壓設(shè)備負(fù)載顯著縮小，以使這些設(shè)備更精簡(jiǎn)。
這種充填方法的特征是，模腔4可以相對(duì)于汽室13和14獨(dú)立充填，這使得可以通過(guò)向汽室13和14中供應(yīng)蒸汽而將模具2和3加熱到不使原料珠粒熔合的溫度，同時(shí)保持向模腔4充填原料珠粒。在這種情況下，使用壓力為0.2kg/cm2的飽和蒸汽(極限溫度104℃)使用大約5秒種。
當(dāng)發(fā)泡成形設(shè)備從合模過(guò)程進(jìn)入充填過(guò)程時(shí)，由于距上次加熱操作經(jīng)過(guò)了一段時(shí)間，溫度已經(jīng)顯著降低，因此優(yōu)選預(yù)熱模具以便為隨后過(guò)程中的發(fā)泡操作作準(zhǔn)備，即使是連續(xù)進(jìn)行模制加工，而在傳統(tǒng)的充填過(guò)程中，用于充填原料珠粒的空氣是通過(guò)汽室而從模腔中排出的，因此不能在充填過(guò)程中預(yù)熱模具。而在本發(fā)明中，充填空氣的排氣通道是相對(duì)于汽室13和14獨(dú)立的，因此預(yù)熱可以平行操作，即與充填操作分開。
這個(gè)充填過(guò)程將在大約5秒種內(nèi)完成，而且在這個(gè)階段，足以將模具2和3的溫度升高到97～100℃。由于此處的預(yù)熱目標(biāo)是，作為發(fā)泡或熔合操作的前奏，盡可能使模具的每個(gè)部位均達(dá)到一個(gè)均勻的溫度，重要的一點(diǎn)是不能使溫度升高到原料珠粒發(fā)泡和熔合的級(jí)別。
在發(fā)泡成形設(shè)備1C～1E的情況下，第二開口的壓力被調(diào)節(jié)到一個(gè)相對(duì)于原料罐的預(yù)定負(fù)壓，從而與上面提到的通過(guò)第一開口30調(diào)節(jié)模腔4內(nèi)壓力的操作聯(lián)動(dòng)，或者位于通過(guò)第一開口30調(diào)節(jié)模腔4內(nèi)壓力之前，以調(diào)節(jié)原料珠粒在原料珠粒易受擾部位的流動(dòng)，并且解決充填不均勻問(wèn)題。
(2a)返回大氣壓過(guò)程或排氣過(guò)程由于模腔4中的原料珠粒是以受壓和壓縮狀態(tài)充入的，而且通過(guò)上述充填過(guò)程而使空隙率下降到大約40％，因此本發(fā)明在此并不真的需要返回大氣壓過(guò)程或傳統(tǒng)排氣過(guò)程，但在需要時(shí)可以采用這個(gè)過(guò)程。
這里的返回大氣壓過(guò)程即用于將在充填過(guò)程中處于受壓狀態(tài)的模腔4釋放到大氣壓的過(guò)程，在這個(gè)操作中，原料珠粒的受壓和壓縮顆粒將隨著壓力下降而膨脹，以充填顆粒之間的空間，從而使空隙率從40％下降到5～20％，以減少顆粒間的可能在隨后過(guò)程中給熔合帶來(lái)問(wèn)題的殘余空氣，并且改進(jìn)發(fā)泡成形體內(nèi)部不均勻性。
這里的排氣過(guò)程是為了通過(guò)降低模腔4內(nèi)的壓力而主動(dòng)地排出內(nèi)部空氣，以減少空隙率和殘余空氣含量，但這個(gè)排氣操作通常是不必要的，因?yàn)榭障堵屎蜌堄嗫諝夂恳呀?jīng)通過(guò)返回大氣壓過(guò)程而下降到一個(gè)相當(dāng)?shù)偷募?jí)別，或者本發(fā)明的模腔4不與大容積的汽室13或汽室14相連而且空氣可以容易地在下面所述內(nèi)部加熱過(guò)程之前排出。
(3)內(nèi)部加熱過(guò)程當(dāng)原料珠粒在充填過(guò)程中完成了充填和預(yù)熱后，可以進(jìn)行下一個(gè)過(guò)程，即內(nèi)部加熱過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，將通過(guò)連接通道而向模腔4中供應(yīng)加熱蒸汽，該蒸汽的溫度低于原料珠粒的熔合溫度，從而將充入的原料珠粒加熱到剛好低于熔合溫度的溫度，蒸汽可以，例如，從第一開口30a供應(yīng)而從第一開口30b釋放，并且會(huì)在模具2和3上的包圍著模腔4的表面上產(chǎn)生冷凝水。
在這個(gè)過(guò)程中預(yù)先提高原料珠粒溫度是必要的，但重要的一點(diǎn)是，不能供應(yīng)溫度高于熔合溫度的蒸汽，這是因?yàn)槿绻现榱Ｔ谶@個(gè)階段出現(xiàn)熔合，即使是局部的，也會(huì)導(dǎo)致后面的過(guò)程中妨礙均勻加熱。此外，在這個(gè)階段，所供應(yīng)的蒸汽會(huì)接觸作為模腔4外壁的模具2和3，并且會(huì)被降溫而在模具的表面上產(chǎn)生一些冷凝水，因此重要的一點(diǎn)是，所供應(yīng)蒸汽的溫度會(huì)被模具2和3降低幾度。在這種情況下，有效采用104～109℃的蒸汽(蒸汽壓力0.2～0.4kg/cm2)，而這個(gè)過(guò)程所需的時(shí)間為大約2～5秒種。
(4)熔合加熱過(guò)程當(dāng)上述準(zhǔn)備工作完成后，溫度為原料珠粒熔合溫度或更高的加熱蒸汽突然供應(yīng)到汽室13和14中，以將熱量傳遞到模腔4中，上述冷凝水會(huì)在高溫作用下蒸發(fā)為蒸汽并立即滲透到原料珠粒的顆粒中，以進(jìn)行原料珠粒的發(fā)泡和熔合。在這種情況下，加熱蒸汽的適宜溫度為109～120℃(蒸汽壓力0.4～1.0kg/cm2)。
在這個(gè)過(guò)程中，采用了蒸發(fā)模腔4中的冷凝水成為高溫蒸汽的加熱方法，這是因?yàn)槔靡子跐B入原料珠粒的蒸汽可以促進(jìn)原料珠粒的熔合，同時(shí)又能防止不均勻熔合。
為實(shí)現(xiàn)熔合加熱目的所需的時(shí)間很短，大約為15秒種。雖然本發(fā)明是間接加熱式的，但熔合加熱所需的時(shí)間與傳統(tǒng)方法的12秒種差別不大，這是因?yàn)榭梢栽诔淙脒^(guò)程中預(yù)熱，原料珠粒中的空隙率可以降低，而冷凝水被用于內(nèi)部加熱過(guò)程中。
(5)冷卻過(guò)程為了冷卻和固化熔合了的發(fā)泡成形體，采用了一種與傳統(tǒng)方法類似的方法。當(dāng)布置在汽室中的冷卻水管中噴射出的冷卻水將發(fā)泡成形體冷卻到一定程度后，將通過(guò)降低內(nèi)部壓力而蒸發(fā)水分，以消耗潛熱，其結(jié)果是，內(nèi)部溫度可以有效地降低。具體地講，冷卻水閥CV1和CV2打開，冷卻水從噴嘴24噴向凸模2和凹模3，從而通過(guò)凸模2和凹模3而冷卻模腔4中的發(fā)泡成形制品。
這個(gè)冷卻過(guò)程需要的時(shí)間是大約50秒種，而在傳統(tǒng)方法中需要大約100秒種。這是因?yàn)榧訜釡囟缺旧砜梢员３州^低，而且模腔是密封的，而模具的溫度可以通過(guò)冷卻水而有效地降低。
(6)開模和脫模過(guò)程當(dāng)發(fā)泡成型體固化且溫度下降到可以保持預(yù)定形狀的溫度時(shí)，通過(guò)將凸模2沿著圖1中的向右方向移動(dòng)，可以打開模具2和3，而發(fā)泡成形體可以，例如，被裝于凹模3左側(cè)的推桿沿著向右的方向推出，以取出發(fā)泡成形體。在這種情況下，如果從形成在充填組件23和推桿24附近的第一開口30e和30f供應(yīng)壓縮空氣，則發(fā)泡成形體更容易脫出。
(7)后處理過(guò)程在脫模后，可以根據(jù)要求而進(jìn)行后處理過(guò)程，例如印刷過(guò)程、打標(biāo)過(guò)程或包裝過(guò)程，在本發(fā)明的情況下，傳統(tǒng)方法中必須有的干燥過(guò)程可以省略，這是因?yàn)樵诶鋮s過(guò)程中噴射的冷卻水不會(huì)進(jìn)入模腔，發(fā)泡成形體中的含水率為4％或更少，而傳統(tǒng)方法中為6～10％。在這個(gè)方面，本發(fā)明也能夠顯著提高生產(chǎn)率。
下面將解釋另一個(gè)實(shí)施例，其中上述模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法的過(guò)程被局部改變。
在上述發(fā)泡成形方法中，在內(nèi)部加熱過(guò)程中冷凝水產(chǎn)生于模腔4中，在熔合加熱過(guò)程中加熱蒸汽供應(yīng)到汽室13和14中以直接加熱模腔內(nèi)側(cè)，以將模腔4中的冷凝水蒸發(fā)為高溫蒸汽，從而利用這種高溫蒸汽而加熱、發(fā)泡和熔合原料珠粒，但是也可以不采用這種內(nèi)部加熱過(guò)程和熔合加熱過(guò)程，而是采用下面的熔合加熱過(guò)程，即加熱蒸汽通過(guò)第一開口30和第二開口50而直接供應(yīng)到模腔4，以加熱、發(fā)泡和熔合原料珠粒。對(duì)于其它與前面實(shí)施例中相同的過(guò)程，就不再敘述了。
首先，在排泄閥DV1和DV2打開的狀態(tài)下，功能閥SV1和SV2打開，蒸汽供應(yīng)到汽室13和14中，以將汽室13和14中的空氣替換為蒸汽。這個(gè)過(guò)程可以在充填過(guò)程中完成。
之后，排泄閥DV1和DV2關(guān)閉，與此同時(shí)，通過(guò)控制功能閥SV1和SV2而將蒸汽在一個(gè)預(yù)定加熱時(shí)間內(nèi)供應(yīng)到汽室13和14中，以使汽室13和14內(nèi)部達(dá)到預(yù)定蒸汽壓力，其中凸模2和凹模3被加熱，而與凸模2和凹模3相接觸的原料珠粒5發(fā)泡和熔合以成形出發(fā)泡成形制品的表面部分。
一個(gè)加熱充入模腔4中的原料珠粒的過(guò)程是平行進(jìn)行的，這個(gè)過(guò)程大體上分為三步。
在第一步，排泄閥DV4打開而排泄閥DV3關(guān)閉，功能閥SV3、SV5和SV6打開而功能閥SV4關(guān)閉，從而將蒸汽供應(yīng)到模腔4中，以將原料珠粒間的空氣替換為蒸汽。
在第二步，排泄閥DV4關(guān)閉而排泄閥DV3打開，功能閥SV3關(guān)閉而功能閥SV4、SV5和SV6打開，即與第一步中相反，從而將蒸汽供應(yīng)到模腔4中，以將原料珠粒間的空氣替換為蒸汽。然而，這個(gè)第二步可以略去。
在第三步，排泄閥DV3和DV4關(guān)閉，通過(guò)控制功能閥SV3～SV6而將蒸汽在一個(gè)預(yù)定加熱時(shí)間內(nèi)供應(yīng)到模腔4中，以使模腔4內(nèi)部達(dá)到預(yù)定蒸汽壓力，從而將原料珠粒加熱、發(fā)泡和熔合，以成形發(fā)泡成形制品內(nèi)部。
由于發(fā)泡成形制品的表面部分和發(fā)泡成形制品內(nèi)部可以分別被供應(yīng)到汽室13和14中的蒸汽以及供應(yīng)到模腔4中的蒸汽單獨(dú)加熱，因此可以獨(dú)立調(diào)節(jié)發(fā)泡成形制品的表面質(zhì)量和發(fā)泡成形制品的內(nèi)部熔合率。
根據(jù)這種形式的熔合加熱過(guò)程，發(fā)泡成形制品的表面部分加熱和內(nèi)部加熱可以獨(dú)立完成，因此，作為示例，對(duì)于機(jī)械強(qiáng)度不是主要要求的發(fā)泡成形制品，可以通過(guò)保持發(fā)泡成形制品的內(nèi)部熔合率較低，同時(shí)又保持足夠的表面質(zhì)量，以縮減模制成形的周期時(shí)間，其結(jié)果是，可以同時(shí)獲得生產(chǎn)率和商業(yè)價(jià)值。
通過(guò)這種方式成形出的發(fā)泡成形制品是具有優(yōu)美表面質(zhì)量的發(fā)泡成形制品，外表面上沒有透氣塞和通氣孔的痕跡。在這種發(fā)泡成形制品中，表面質(zhì)量可以設(shè)置得與基于傳統(tǒng)模制成形工藝的均一加熱發(fā)泡成型制品相同，而內(nèi)部熔合率可以設(shè)置得高于或低于具有上述表面質(zhì)量的均一加熱發(fā)泡成型制品。換言之，在傳統(tǒng)模制成形方法中，在原料珠粒的加熱、發(fā)泡和熔合過(guò)程中原料珠粒的表面和內(nèi)部是在相同狀態(tài)下被加熱的，如果發(fā)泡成形制品的內(nèi)部熔合率設(shè)置得較低，則發(fā)泡成形制品內(nèi)部的珠粒5A的邊界上會(huì)形成間隙6，而發(fā)泡成形制品的表面部分上會(huì)形成凹坑7，如圖10(a)所示，而在根據(jù)本發(fā)明的模制成形方法中，表面和內(nèi)部可以單獨(dú)加熱，只有內(nèi)部熔合率可以設(shè)置得較低，因此可以獲得具有光滑表面的優(yōu)美發(fā)泡成形制品，位于發(fā)泡成形制品表面上的珠粒5B的邊界上幾乎沒有凹坑7，盡管發(fā)泡成形制品內(nèi)部的珠粒5A的邊界上仍會(huì)形成間隙6，如圖10(b)所示。將內(nèi)部熔合率設(shè)置得較低適于應(yīng)用在表面質(zhì)量要求高而機(jī)械強(qiáng)度不是主要要求的發(fā)泡成形制品，例如混凝土表面的裝飾模板，或容器蓋子和絕熱材料等，而將內(nèi)部熔合率設(shè)置得較高適于應(yīng)用在表面質(zhì)量不是主要要求而機(jī)械強(qiáng)度是主要要求的發(fā)泡成形制品或是需要承受反復(fù)使用的發(fā)泡成形制品，例如用作汽車中的各種零件和可回收容器等的發(fā)泡成形制品。本發(fā)明更有效適用于具有復(fù)雜形狀的大型發(fā)泡成形制品，而不是具有簡(jiǎn)單形狀的小型發(fā)泡成形制品，如盒裝方便面容器。本發(fā)明特別適用于同時(shí)具有厚壁和薄壁部位的發(fā)泡成形制品。
下面將解釋包括根據(jù)上述另一個(gè)實(shí)施例的熔合加熱過(guò)程在內(nèi)的發(fā)泡成形方法的評(píng)估測(cè)試，以及由此制成的發(fā)泡成形制品的質(zhì)量評(píng)估測(cè)試。
我們?cè)诒?所示加熱狀態(tài)下模制成形了聚丙烯原料珠粒，并測(cè)量了發(fā)泡成形制品的表面質(zhì)量和內(nèi)部熔合率。
這里，表面質(zhì)量根據(jù)如圖10(a)所示的凹坑7出現(xiàn)的頻率而被評(píng)估為五個(gè)等級(jí)，其中凹坑7的出現(xiàn)頻率越低評(píng)估值越高，意味著表示表面質(zhì)量越好。熔合率是基于發(fā)泡成形制品裂開后橫截面上的珠粒狀態(tài)而評(píng)估的，具體地講，就是通過(guò)測(cè)量而確定的斷裂珠粒比率，如果珠粒本身并未斷裂而是沿著它的表面裂開的，則該珠粒被認(rèn)作未熔合，而如果珠粒本身斷裂了，則該珠粒被認(rèn)作熔合了。
表1
如結(jié)果所示，通過(guò)來(lái)自第一開口30a和30b的蒸汽而控制汽室13和14的加熱狀態(tài)和模腔4的加熱狀態(tài)，可以獨(dú)立控制發(fā)泡成形制品的表面質(zhì)量和內(nèi)部熔合率。根據(jù)傳統(tǒng)模制成形方法，只能加工出對(duì)應(yīng)于表1中案例B和F的質(zhì)量發(fā)泡成形制品，但根據(jù)本發(fā)明，可以加工出對(duì)應(yīng)于案例A～I(xiàn)的具有各種表面質(zhì)量與熔合率組合狀態(tài)的發(fā)泡成形制品，因而模制成形的靈活性可以顯著擴(kuò)展。
例如，可以加工出如案例D和G所示的具有良好表面質(zhì)量和較低內(nèi)部熔合率的發(fā)泡成形制品。在這種發(fā)泡成形制品中，由于內(nèi)部熔合率較低，因此機(jī)械強(qiáng)度較低，但加熱、發(fā)泡和熔合時(shí)間以及冷卻時(shí)間可以減少，而且在保持良好表面質(zhì)量的同時(shí)可以提高生產(chǎn)率，因此這些發(fā)泡成形制品適宜用作機(jī)械強(qiáng)度不是主要要求的發(fā)泡成形制品，例如混凝土表面的裝飾模板，或容器蓋子和絕熱材料等。在利用傳統(tǒng)成形方法加工這樣一個(gè)發(fā)泡成形制品時(shí)，加工周期必須為250秒或更多，如案例F所示，而如果制品的表面質(zhì)量被評(píng)估為3或更高即可以認(rèn)為是無(wú)缺陷的，則根據(jù)本發(fā)明，這樣的制品可以在150秒、220秒、170秒和230秒的加工周期內(nèi)制造出來(lái)，如案例D、E、G和H所示，因此生產(chǎn)率可以提高。此外，由于不必加熱到超出要求的地步，因此能耗可以減少。
另外，可以加工出內(nèi)部熔合率設(shè)置得較高而表面質(zhì)量設(shè)置得低一些的發(fā)泡成形制品，如案例C所示。在這種發(fā)泡成形制品中，由于內(nèi)部熔合率較高，因此機(jī)械強(qiáng)度較高，但發(fā)泡和熔合時(shí)間以及冷卻時(shí)間可以減少，第一開口30a和30b中的蒸汽壓力可以設(shè)置得較低，生產(chǎn)率可以提高而能量可以節(jié)約，同時(shí)又充分提高了機(jī)械強(qiáng)度，因此這些發(fā)泡成形制品適宜用作表面質(zhì)量不是主要要求而機(jī)械強(qiáng)度是主要要求的發(fā)泡成形制品，例如用作汽車中的各種零件和可回收容器等的發(fā)泡成形制品。在利用傳統(tǒng)成形方法加工這樣一個(gè)發(fā)泡成形制品時(shí)，加工周期必須為250秒或更多，如案例F所示，而如果制品的熔合率為80即認(rèn)為是無(wú)缺陷的，則根據(jù)本發(fā)明，這樣的制品可以在240秒的加工周期內(nèi)制造出來(lái)，如案例C所示，因此生產(chǎn)率可以提高。此外，可以通過(guò)降低汽室13和14中的蒸汽壓力而減少能耗，這是因?yàn)閷?duì)于案例F，汽室13和14中的蒸汽壓力可以設(shè)置為3.5kg/cm2，而對(duì)于案例C，可以設(shè)置為3.0kg/cm2。
在根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)方面的原料珠粒充填方法中，汽室與模腔是氣密性隔離的，即所使用的發(fā)泡成形設(shè)備中不帶用于將汽室與模腔相連的通氣孔，因此，因形成通氣孔而產(chǎn)生的問(wèn)題可以基本上得到解決。利用原料罐與模腔之間壓差進(jìn)行的原料珠粒充填可以通過(guò)調(diào)節(jié)原料罐和模腔中的壓力而容易地實(shí)現(xiàn)。
如果在保持原料罐中壓力位于一個(gè)大氣壓～5.0kg/cm2的范圍內(nèi)的同時(shí)將原料珠粒供應(yīng)到模腔中，如第二個(gè)方面所述，則通過(guò)將模腔中的珠粒壓縮并將體積縮減到最佳外徑(體積)，模腔的平面部分、側(cè)面部分乃至狹窄部分的充填密度均可以變得相對(duì)均勻。
如果模腔中的壓力保持受壓狀態(tài)，即處于大氣壓或以上并低于原料罐壓力減去0.5kg/cm2，如第三個(gè)方面所述，則可以通過(guò)將輸送氣流的流速調(diào)節(jié)到最佳而將原料珠粒均勻充入模腔或充填通道的狹窄部分中，這一點(diǎn)是希望有的。
如果模腔中的壓力保持減壓狀態(tài)，即從大氣壓至大氣壓減去1.0kg/cm2，如第四個(gè)方面所述，壓力在模腔中降低只適用于不需要壓縮和體積縮減的原料珠粒，從而容易在充填過(guò)程中保持負(fù)壓狀態(tài)，因此模腔的平面部分、側(cè)面部分乃至狹窄部分的充填密度均變得相對(duì)均勻，這一點(diǎn)是希望有的。
在根據(jù)第六個(gè)方面的合成樹脂模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法中，正如根據(jù)第一個(gè)方面的充填方法那樣，汽室與模腔是氣密性隔離的，即所使用的發(fā)泡成形設(shè)備中不帶用于將汽室與模腔相連的通氣孔，蒸汽和空氣不是經(jīng)過(guò)通氣孔而是經(jīng)過(guò)直接與模腔相連的功能通道而供應(yīng)到模腔或從中排出的，因此，因形成通氣孔而產(chǎn)生的上述問(wèn)題可以基本上得到解決。
由于原料珠粒是通過(guò)根據(jù)第一個(gè)至第五個(gè)方面中任一方面的充填方法而在充填過(guò)程中充入的，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)原料罐和模腔中的壓力而容易地實(shí)現(xiàn)均勻充填。
此外，功能流體可以獨(dú)立供應(yīng)到模腔和汽室中，因此可以相對(duì)于充填操作獨(dú)立地向汽室供應(yīng)加熱蒸汽而預(yù)熱模具，這一點(diǎn)是希望有的。
在根據(jù)權(quán)利要求7所述的合成樹脂模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法中，可以完全取消透氣塞固定孔，因此可以通過(guò)將模具構(gòu)造得較薄而降低制造成本，而且諸如蒸汽等功能流體的控制精度可以提高。由于形成透氣塞固定孔的操作和安裝透氣塞的操作減少或消除了，因此模具的生產(chǎn)率可以提高，而且因水銹堵塞通氣孔而引起的維護(hù)操作可以減少或消除。形成在這些位置上的開口不會(huì)降低發(fā)泡成形制品的外觀優(yōu)美性，而且諸如蒸汽等功能流體可以均勻地供應(yīng)到模腔，這一點(diǎn)是希望有的。
如果附件是原料珠粒充填組件，如第八個(gè)方面所述，則由于開口的痕跡并不突出，因此可以防止發(fā)泡成形制品所外觀質(zhì)量下降。
如果在充填過(guò)程與內(nèi)部加熱過(guò)程之間加入一個(gè)返回大氣壓過(guò)程，以將模腔內(nèi)側(cè)從受壓狀態(tài)釋放到一個(gè)大氣壓狀態(tài)，或加入一個(gè)排出過(guò)程，以減小模腔內(nèi)的壓力從而排出內(nèi)部空氣，如第九個(gè)方面所述，可能在隨后的熔合過(guò)程中構(gòu)成問(wèn)題的顆粒間殘余空氣成分減少了，而且發(fā)泡成形制品的內(nèi)部均勻性得到了改進(jìn)。
在根據(jù)第十個(gè)方面的合成樹脂模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法中，蒸汽可以獨(dú)立供應(yīng)到一對(duì)汽室和模腔中，而各個(gè)空間的加熱條件可以獨(dú)立調(diào)節(jié)，這就可以在保持發(fā)泡成形制品內(nèi)部熔合率較低的同時(shí)減少模制成形的周期時(shí)間，并且使加工出的發(fā)泡成形制品具有優(yōu)美的表面，其結(jié)果是，可以同時(shí)獲得生產(chǎn)率和商業(yè)價(jià)值。
由于汽室與模腔形成于氣密性隔離狀態(tài)中，因此這三個(gè)空間的加熱狀態(tài)可以更精確地設(shè)置，而因形成通氣孔而產(chǎn)生的問(wèn)題可以基本上得到解決。
如果在獨(dú)立控制一對(duì)汽室和一個(gè)模腔的加熱狀態(tài)的前提下，內(nèi)部熔合率被任意控制并且保持發(fā)泡成形制品的表面質(zhì)量，如第十一個(gè)方面所述，則發(fā)泡成形制品上與一套模具相接觸的一個(gè)表面的表面質(zhì)量與另一個(gè)表面的表面質(zhì)量可以獨(dú)立控制，這一點(diǎn)是希望有的。
如果蒸汽壓力和時(shí)間作為加熱條件被控制，如第十二個(gè)方面所述，則可以使用工廠中的傳統(tǒng)蒸汽設(shè)備，而且用于控制的設(shè)備可以以低成本構(gòu)造，這一點(diǎn)是希望有的。
如果原料珠粒是聚烯烴合成樹脂材料，如第十三個(gè)方面所述，由于這種材料自身較軟而且具有高透氣性，從而比具有相同發(fā)泡率的聚苯乙烯合成樹脂材料更易于改變顆粒形狀，因此充填特性可以得到改善。
在根據(jù)第十四個(gè)方面的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型制品中，發(fā)泡成形制品具有優(yōu)美的表面，表面上沒有透氣塞和通氣孔的痕跡，因此可以在外表面上清楚地印刷，這一點(diǎn)是希望有的。這種發(fā)泡成形制品可以通過(guò)根據(jù)第十個(gè)至第十三個(gè)方面中任一方面的發(fā)泡成形方法而容易地加工出來(lái)。
如果內(nèi)部熔合率低于具有相同表面質(zhì)量設(shè)置的均一加熱發(fā)泡成型制品，如第十五個(gè)方面所述，則加熱、發(fā)泡和熔合時(shí)間以及冷卻時(shí)間可以減少，從而可以通過(guò)減少周期時(shí)間而提高生產(chǎn)率。此外，由于在將內(nèi)部熔合率設(shè)置得較低的同時(shí)可以充分保持表面質(zhì)量，而不會(huì)降低商業(yè)價(jià)值，因此可以同時(shí)獲得生產(chǎn)率和商業(yè)價(jià)值。
如果內(nèi)部熔合率高于具有相同表面質(zhì)量設(shè)置的均一加熱發(fā)泡成型制品，如第十六個(gè)方面所述，則發(fā)泡成形制品的機(jī)械強(qiáng)度變得更高，這適宜用在只要求機(jī)械強(qiáng)度而發(fā)泡成形制品表面質(zhì)量沒有要求的情況下。由于內(nèi)部熔合率高于具有相同表面質(zhì)量設(shè)置的均一加熱發(fā)泡成型制品，因此這種發(fā)泡成形制品具有更高的機(jī)械強(qiáng)度，而且如果這種發(fā)泡成形制品是利用根據(jù)第十個(gè)方面的模制成形方法加工的，則加熱過(guò)程中的蒸汽壓力可以只在模腔內(nèi)設(shè)置得較高，因此同均一加熱發(fā)泡成型制品的成形相比，蒸汽用量可以減少，而能量可以節(jié)約。
權(quán)利要求
1．一種用于將原料珠粒從原料罐充填到由一套模具構(gòu)成的模腔中的方法，其中模腔通過(guò)一對(duì)模具而封閉形成，模具分別在它們的后側(cè)帶有汽室，而且模腔與上述汽室氣密性隔離，之后，在保持上述模腔中壓力相對(duì)于原料罐中壓力為預(yù)定的負(fù)壓狀態(tài)的同時(shí)，原料珠粒被供應(yīng)到上述模腔中。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的原料珠粒充填方法，其特征在于，在保持上述原料罐中壓力位于一個(gè)大氣壓～5.0kg/cm2的范圍內(nèi)的同時(shí)，原料珠粒被供應(yīng)到模腔中。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的原料珠粒充填方法，其特征在于，上述模腔中的壓力保持在一個(gè)受壓狀態(tài)，即低于原料罐中壓力減去0.5kg/cm2并且為大氣壓或更高。
4．根據(jù)權(quán)利要求2所述的原料珠粒充填方法，其特征在于，上述模腔中的壓力保持在一個(gè)減壓狀態(tài)，即從大氣壓至負(fù)1.0kg/cm2的范圍內(nèi)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一所述的原料珠粒充填方法，其特征在于，上述模腔中的壓力設(shè)置在負(fù)1.0～5.0kg/cm2的范圍內(nèi)。
6．一種合成樹脂模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法，其包含以下步驟將原料珠粒充填到由一對(duì)模具封閉形成的發(fā)泡成形模腔中，模具分別在它們的后側(cè)帶有汽室；加熱、發(fā)泡和熔合原料珠粒而形成一個(gè)發(fā)泡成形體；以及將發(fā)泡成形體冷卻、脫模和從模具中取出，其中包括下面的過(guò)程a)合模過(guò)程，其中模具閉合以形成相對(duì)于上述汽室氣密性隔離的上述模腔，并形成直接連接著模腔的功能通道；b)充填過(guò)程，其中原料珠粒通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1～5中任一所述的原料珠粒充填方法而從原料罐供應(yīng)并充填到模腔中，與此同時(shí)，加熱蒸汽供應(yīng)到上述汽室中，以將環(huán)繞著汽室的整個(gè)模具加熱到原料珠粒尚不能發(fā)泡的溫度；c)內(nèi)部加熱過(guò)程，其中溫度低于原料珠粒熔合溫度的加熱蒸汽通過(guò)模腔的功能通道而供應(yīng)到上述模腔中，以加熱充入的原料珠粒，與此同時(shí)，冷凝水產(chǎn)生在模具的包圍著模腔的表面上；以及d)熔合加熱過(guò)程，其中溫度為原料珠粒熔合溫度或更高的加熱蒸汽供應(yīng)到上述汽室中，以蒸發(fā)上述模腔中的冷凝水并使原料珠粒進(jìn)行發(fā)泡和熔合。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的合成樹脂模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法，其特征在于，在上述合模過(guò)程中，使用了一個(gè)模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型設(shè)備，其中向著模腔敞開的狹縫形開口和/或在裝于至少一個(gè)模具上的附件附近向著模腔敞開的開口沿著上述一對(duì)模具的接合處形成，開口的寬度為被充填原料珠粒的外徑或者更小，與此同時(shí)，布置了用于將開口連接到外部功能管的連接通道。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的合成樹脂模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法，其特征在于，上述附件是一個(gè)原料珠粒充填組件。
9．根據(jù)權(quán)利要求6～8中任一所述的合成樹脂模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法，其特征在于，在上述充填過(guò)程與內(nèi)部加熱過(guò)程之間加入一個(gè)返回大氣壓過(guò)程，以將上述模腔內(nèi)側(cè)從受壓狀態(tài)釋放到一個(gè)大氣壓狀態(tài)，或加入一個(gè)排出過(guò)程，以減小上述模腔內(nèi)的壓力從而排出內(nèi)部空氣。
10．一種合成樹脂模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法，其中一對(duì)汽室和一個(gè)模腔的加熱狀態(tài)是以這樣的狀況控制的，即熱塑性合成樹脂制原料珠粒通過(guò)根據(jù)任一權(quán)利要求1～5所述的充填方法而充填到模腔中，而且充入模腔中的原料珠粒被加熱、發(fā)泡和熔合，同時(shí)可以任意控制內(nèi)部熔合率并且保持發(fā)泡成形制品的表面質(zhì)量。
11．根據(jù)權(quán)利要求10所述的合成樹脂模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法，其特征在于，在獨(dú)立控制一對(duì)汽室和模腔的加熱狀態(tài)的前提下，內(nèi)部熔合率被任意控制并且保持發(fā)泡成形制品的表面質(zhì)量。
12．根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的合成樹脂模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法，其特征在于，蒸汽壓力和時(shí)間作為加熱條件被控制。
13．根據(jù)權(quán)利要求1～12中任一所述的合成樹脂模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法，其特征在于，原料珠粒是聚烯烴合成樹脂材料。
14．一種模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型制品，其由熱塑性合成樹脂制成并具有優(yōu)美的表面，表面上沒有透氣塞和通氣孔的痕跡。
15．根據(jù)權(quán)利要求14所述的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型制品，其特征在于，內(nèi)部熔合率低于具有相同表面質(zhì)量設(shè)置并通過(guò)在相同狀態(tài)下加熱表面和內(nèi)部而獲得的均一加熱發(fā)泡成型制品。
16．根據(jù)權(quán)利要求14所述的模內(nèi)膨脹發(fā)泡成型制品，其特征在于，內(nèi)部熔合率高于具有相同表面質(zhì)量設(shè)置并通過(guò)在相同狀態(tài)下加熱表面和內(nèi)部而獲得的均一加熱發(fā)泡成型制品。
全文摘要
一種原料珠粒充填方法中使用了新型發(fā)泡成形裝置,該裝置包含成形汽室(13,14),它們相對(duì)于模腔(4)分別獨(dú)立形成在一套用于模制發(fā)泡成形制品的成形模具(2,3)的后側(cè),因此諸如空氣和蒸汽等功能流體可以通過(guò)相對(duì)于汽室(13,14)獨(dú)立的第一開口部分(30)而供應(yīng)到模腔(4)中,該方法包含:在通過(guò)第一開口部分(30)而將模腔(4)中壓力保持在相對(duì)于原料罐中壓力的特定負(fù)壓狀態(tài)的同時(shí),將原料珠粒供應(yīng)到模腔(4)中,這樣可以防止因省略通氣孔而引起的充填密度變化,同時(shí)因形成通氣孔而引起的各種問(wèn)題可以基本上得到解決。
文檔編號(hào)B29C44/44GK1295508SQ99804750
公開日2001年5月16日 申請(qǐng)日期1999年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月31日
發(fā)明者野原巖男, 中嶋富男, 井田清孝, 鮫島昌彥, 小林喜幸, 山口健二 申請(qǐng)人:戴伸工業(yè)公司