CN101128304A - 具有混合材料表面区域的模制品及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了具有由至少两种不同材料,例如皮革、织物、木材、金属或其它半刚性表面材料构成的吸引人的表面区域的薄注射成型塑料制品。这些模制品具有薄尺寸、美观性和/或耐久性以及真实材料的真实感觉的所需结合。模制塑料制品因此具有塑料基底部分,其装饰性正面具有由不同的第一(1)和第二(2)材料的层构成的至少两个装饰性表面区域,它们具有大致共面或连续的邻接表面区域,包括两种表面层材料汇合的边界线处。相对于正面,至少一部分第一材料位于至少一部分第二材料上并与其搭接。在该方法的实施方案中,将两个表面材料件(pieces)置于模腔内,两种材料的放置使得各自在模制品的正面上提供表面区域。任选地,在两个表面材料件之一或两者的背面或非装饰面上具有粘合剂和/或背衬材料(3,5)。在模具(6,7)内注入与表面材料(s)的背面接触并粘合的模制塑料(9),并提供模制的(molded on)塑料基底部分。在模制塑料足够流动的同时,优选在注射成型过程中,对模腔施加压力,其足以将两种不同的表面材料压缩和/或成型成基本共面或连续的表面并将较厚的搭接区域压入塑料基底部分中的必要深度。
Description
本发明涉及具有塑料基底的模制塑料部件,该基底的一个表面层包含可选自多种挠性或半刚性表面材料(例如织物、皮革、金属箔、薄木片或类似的半刚性表面材料)的至少两种不同表面材料的不同和直接邻接的表面区域。本发明还涉及制造这些部件的有效方法,其中表面材料均匀贴合(conform)并粘附到塑料基底上,且在两种材料之间具有非常平滑和美观的边界线或过渡。制成的部件具有良好外观、精确尺寸、薄部件横截面和稳固的材料边缘。
发明背景
在模制塑料部件领域中,具有许多使用模制法和将材料件预插入模具中来在模制塑料部件表面上提供不同材料织物、皮革、金属、木材或纸的表面层或表面插件的方法。参见例如US 2004-0018337(A1);US 2004-0018789(A1);和US 2004-0209032(A1)。在提供更与众不同、光滑和美观的电子通信和数据器件,例如手机和个人数字助手的持续努力中,使用不同装饰性表面层,例如薄木片、皮革、织物和金属的组合以及制造尽可能薄和小型的器件是极其重要的。
在US 2002/0142127和WO 02/18478中,模制的塑料汽车装饰部件带有被称作贴花(appliques)的两种不同类型的表面层材料的相邻表面。一层材料的相对较厚的边缘与另一材料的表面垂直邻接或搭接,随后将接合边缘凹进与两种表面材料的厚度相比在塑料部件中深深凹入的沟槽底部。在这两个例子中,相对较厚的塑料部件都具有在凹槽处汇合的两种不同的表面材料,该凹槽隐藏并保护两种材料的实际接头或接缝。
但是薄和小型的电子通信和数据器件必须使用非常薄的模制塑料部件,这排除了这种方法的应用,因为薄的外壳部件不允许使用相对较深的隐藏和保护邻接材料接缝的沟槽。还可以看出,许多相对刚性的表面层材料,例如实木薄片,不容易根据需要以近直角弯曲以使接缝位于相对较深沟槽的底部。
发明概述
本发明提供了具有由至少两种不同材料(选自大的选择范围,例如真皮或人造皮革、纺织或无纺织物、木材、金属或其它半刚性表面材料)构成的吸引人的表面区域的改进的注射成型薄塑料制品。这些模制品具有薄尺寸、美观性和/或耐久性以及真实材料的真实感觉的所需结合。
根据本发明,提供了具有塑料基底部分的模制塑料制品的制备方法,该制品的装饰性正面具有由不同的第一和第二材料的层构成的至少两个表面区域,它们具有大致共面或连续的邻接表面区域,该方法包括下列步骤(a)将两个表面材料件(pieces)置于模腔内,从背面看,使第一材料件至少部分被第二材料件覆盖,两种材料的放置使得各自在模制品的正面上提供表面区域。任选地,在两个表面材料件之一或两者的背面或非装饰面上具有粘合剂和/或背衬材料。
然后在模制步骤中注射与表面材料的背面或它们各自的任选粘合剂或背衬接触并粘合的模制塑料,并提供模制的(molded on)塑料基底部分,并在模制塑料足够流动的同时施加压力,该压力足以将两种不同的表面材料压缩和/或成型成基本共面或连续的表面并将较厚的搭接区域压入塑料基底部分中的必要深度。在优选实施方案中,模制步骤是注射成型过程。
本方法中需要使用的第一和第二表面材料选自天然或人造皮革、天然或人造绒面革、木材、金属、石材、玻璃、陶瓷、织物、塑料膜、刺绣(embroiderments)、粘性背衬贴花纸、纸和碳纤维,其中阳极化铝是优选金属并且是优选的第一材料。优选的第二表面材料包括人造或天然皮革,和天然或人造绒面革,例如微纤维人造绒面革。
对于放在模腔内的表面材料件,合意地,第一表面材料件的整个背面被第二表面材料件覆盖。任选地,第一材料在置于模具中之前粘合层压到第二材料上,并将两个材料件作为层压件置于模腔内。
在另一实施方案中,本发明是具有塑料基底部分的模制塑料制品,该制品的装饰性正面具有由不同的第一和第二材料的层构成的至少两个表面区域,它们具有大致共面或连续的邻接表面区域,包括在两种表面层材料汇合的边界线处,且相对于正面,至少一部分第一材料位于至少一部分第二材料上并与其搭接。
附图简述
图1是在模制塑料基底之前第一和第二材料的相对位置的横截面。
图2是在模制塑料的注射和压缩之后,表面材料和模制塑料基底部分在模具中的横截面。
图3是本发明的模制品的横截面,其不按比例地显示了在哪里评测两个表面区域之间的边界线处的高度差。
图4是显示完全在第二表面材料的表面区域内并被其围绕的第一表面材料的位置的横截面。
发明详述
本发明提供了具有由两种或多种材料构成的吸引人的耐久表面区域的改进的注射模制品。可以使用非常多种材料作为本发明的表面材料,只要它们的压缩和/或弯曲性能适当地与模制和压缩条件相匹配以获得从一个表面到另一表面的足够平坦或连续的过渡。“足够平坦或连续”是指沿着最终模制品表面上一种材料表面与另一种材料表面汇合的边界线,不存在嵌入塑料基底内的深度超过0.6毫米,优选不超过0.4毫米,优选不超过0.2毫米的隐藏或保护材料接缝的凹槽。
在开发所述产品和方法时,非常意外地,两种表面材料层的模制和压缩形成平滑表面,其如图3中所示几乎或完全(小于0.4毫米,优选小于0.2毫米,更优选小于0.1毫米)没有在模制和压缩之后在它们之间的界线表面上出现的间隙。令人惊讶地发现,模制的塑料基底在移除模腔后有效地保持了插入材料的相对位置并保持在模制法的压缩过程中获得的平滑表面。此外,当从模具中移出部件时,在两种表面材料之间的边界线处几乎没有错开。
“足够平坦或连续”还意味着材料表面之间几乎或完全没有高度差,优选小于0.6毫米,优选小于0.4毫米,最优选小于0.2毫米。高度差在图3中表示为“d”。尽管在图3中“d”显示为较高的第二材料层表面与较低的第一材料层表面之差,但“d”也指较高的第一材料层表面与较低的第二材料层表面之差。特别是当第一顶部材料比第二材料高,尤其是如果大于1.0毫米或更高时,高度差明显不美观,并且在该位置,力可以使最上方的材料层剥离或分层。
如本领域从业者所知,可以通过光学显微术或机械坐标测量设备测量间隙、沟槽、高度差和表面材料层的尺寸。
根据本发明,考虑到多数表面材料往往在压缩步骤后略微“回弹”的事实,图3中所示的高度差“d”惊人地低,并已经预计提供与两种材料的搭接点在模制之前的高度差大致相当的表面高度差。
如果该表面不是平坦的平面而是曲面或球面,则两种材料层表面之间的边界线的过渡也可以足够连续,并且在一个材料表面与另一材料表面的汇合线处,没有如上所述的间隙、沟槽或高度差。
在根据本发明提供所需的薄部件时,表面材料优选相对较薄。这可以略微取决于塑料基底部分的厚度,其有时,在有限程度上,抵偿较厚的材料、一些表面材料的孤立的较厚区域和/或两种材料搭接处的较厚区域的一部分厚度。一般而言,这些表面材料的厚度为0.1毫米至4或6毫米。优选地,为了提供材料的最有效应用和使部件厚度最小化,材料的厚度小于3毫米,更优选小于2毫米,更优选小于1毫米,最优选小于0.8毫米。为了提供足够的操作强度和耐久性,所选表面材料的厚度应该至少为0.15毫米,优选至少0.2毫米,更优选至少0.3毫米,最优选至少0.5毫米。
在材料和材料组合的选择中非常重要的是,它们在所用厚度下的压缩和/或弯曲性能在边界线处提供所需的连续表面。这意味着在模制条件(温度和压力)下获得第一材料的适当程度的抗形变性和/或使第二材料弯曲和/或形变到所需程度的能力。从背面看,当放入模具中时,第一材料至少部分被第二材料叠盖。在施加压缩力时,第二材料必须能够形变和/或弯曲至弯下的距离约为被压缩或未被压缩的第一材料层的厚度,并如图2中所示由此包覆多数,如果不是全部,第一表面材料的外部边缘表面。同时,第一材料当在模具中受压时必须保持所需的边缘清晰度,其边缘构成两种材料之间的表面边界。
通常,在压缩和/或弯曲性能不同的材料组合下,在模具中被部分覆盖或叠盖的第一材料是较刚性或较强的材料,而第二材料是较软或较挠性的材料。例如,刚性或半刚性材料,例如金属、木材或热塑性塑料是合适的与较软较挠性的第二材料,例如织物,包括天然或人造皮革一起使用的第一材料。但是,应该指出的是,这是相对而言的,在与纺织或无纺织物的某些组合中,木材或皮革可以是较刚性的第一材料,或如果与更刚性的材料,例如金属配对,则它们可以是较软的第二材料,其在足够的压缩力下被金属第一材料弄变形。即使对于较刚性的表面材料,通常也必须具有一定的挠曲或弯曲量以适应在压缩步骤中有时不均匀施加的压缩力。
因此,一般而言,第二材料与所选第一材料以及模制条件,主要是压力的适当匹配可以根据模制条件下的已知表现通过常规实验法确定。获得最佳表面的关键是使用可以在模制压力下在所用厚度下充分压缩和/或弯曲的第二材料。尽管第一和第二材料可以是相同的组合物(例如,两种具有不同颜色的天然或人造皮革或绒面革材料),但第二材料优选在所用厚度下比第一材料明显更具挠性且更容易贴合(comformable)。
因此,考虑到上述压缩性能关系和下面将更详细论述的模制条件,可以根据本发明使用非常多种材料作为第一材料、第二材料或有时作为任一种。已经发现,非常合适的表面材料,尤其是对于第一表面材料而言,包括相当刚性的表面材料,其可以是薄金属箔或片材、薄木片或可以是天然或合成来源的类似半刚性材料。这包括各种金属的薄片或箔,木材或其它类似的刚性木基材料(例如纸,纸板或加工纸产品)的薄片或板材。
例如,金属箔可以是铝、铜、钢、不锈钢、锌、镁、青铜、黄铜、钛、金、银或其它贵金属,包括这些的合金、涂布、镀敷或以其它方式处理过的金属箔或片,包括涂Ni的钢、镀铜钢、镀铬钢、镀锡钢、和镀锌钢。一般而言,所选的合适金属和金属合金具有30千兆帕(GigaPascals,Gpa)至250Gpa的弹性模量值,1.5克/立方厘米(gm/cc)至22gm/cc的密度和15至500千克/平方毫米(kg/mm2)的布氏硬度数(HB)。优选地,由于其良好的成型性能与外观和外观处理的多样性的结合,表面材料是铝合金。
木基材料包括纸、纸板或加工纸产品,包括但不限于,1)卷或片形式的涂布、浸渍、覆盖、表面着色、表面装饰或印刷的纤维素填絮和纤维素纤维网,2)多层纸和纸板、描图纸和玻璃纸和其它上釉的透明或半透明纸、复合纸和纸板、用高岭土或用其它无机物质涂布的纸,3)瓦楞纸和纸板。
木材包括薄木片(veneer sheet),其可以是一层或多层并可以包括不同天然木材类型的层,只要厚度不超过6毫米。可用木材的一般类型包括可以以薄片或薄板形式提供的许多已知类型的天然木材,包括软木、damoburl、white sycamore、桃花心木、猴子果木(makore)、蔷薇木(rosewood)、柚木(teak)、香花梨(padauk)、黑檀(ebony)、雀眼枫(birdseye maple)、anigre、大红丝龙眼木(southern silky oak)、竹子、胡桃木、桦树、云杉、silver heart、curly maple、硬枫木和山毛榉。优选的木头表面材料包括经过处理和/或衬背以使它们更挠曲和抗裂并因此适合用在这种方法的天然木材薄片。优选的木头表面材料包括树脂浸渍的木材和薄木片,其中树脂使木材对加工而言更软和更挠曲,同时木材保持天然的木头纹理和气味并具有改进的抗裂性、耐久性、耐水性和耐紫外线性。一般而言,合适的木材的密度(未干透的)为0.10gm/cc至1.5gm/cc。断裂模量值(静弯曲)为0.0150Gpa至0.500Gpa,弯曲模量值(静弯曲)为3Gpa至30Gpa。
一般而言,这些半刚性表面材料的厚度为0.01毫米至6.0毫米。优选地,为了提供材料的最有效应用和使部件厚度最小化,材料厚度小于2.0毫米,更优选小于1.0毫米,更优选小于0.5毫米,最优选小于0.3毫米。为了提供足够的操作强度和耐久性,所选表面材料的厚度应该为至少0.01毫米,优选至少0.1毫米,更优选至少0.3毫米,最优选至少0.6毫米。
对于本发明的表面区域,可以使用多种织物材料。合适的织物材料包括但不限于:天然和人造皮革(包括皮革和绒面革),和任何类型的织物或织物状材料,例如天然或人造纤维/材料的纺织、无纺织和针织织物,包括混凝聚氨酯层压件、PVC和其它刚性或挠性薄膜或表面材料。合适的“织物”可以包括由这些中的两种或多种结合而得的层压件和结构和与粘性“背衬材料”一起使用这些中的一种或多种。
表面材料上可以添加或已经包含背衬材料以提供粘合、硬化和/或防止模制塑料被压入或穿透表面材料或两种表面材料之间。背衬材料可以包括多种天然或合成材料或织物,包括天然或人造纤维/材料的纺织、无纺织和针织织物;塑料的薄膜、泡沫或片材,例如PC、PET、PBT、ABS、PA6,6、PP、HIPS,和这些材料中的两种或多种的掺合物。
在本发明的一个实施方案中,可以有利地加入泡沫层作为织物的背衬材料或织物表面和基底材料之间的中间层。当使用可压缩型泡沫时,这可以提供或增强织物表面的柔软或缓冲感觉。该层可以存在于供使用的织物上或可以在基底的模制/层压之前或期间层压到织物上。一般而言,泡沫可以是开孔或闭孔的并需要足够耐热以保持其在随后的加工步骤中的所需性能,例如不会熔化或坍塌至不可接受的程度。合适的泡沫密度为5至95千克/立方米(kg/m3),优选20至75kg/m3,这取决于它们的层厚度和所需的缓冲或压缩程度。泡沫中使用的塑料可以是热固性或热塑性的,且优选的泡沫塑料层包括发泡的热固性聚氨酯。
如果需要提供背衬材料,其可以通过火焰层压、电磁辐射粘合或粘合剂粘合,包括热引发粘合剂(例如Dow Adhesive Film)或选自下述粘合剂名单的粘合剂之一,粘合到表面材料或表面材料组合上。如促进部件的制造所需的那样,具有任选粘合剂和/或背衬的表面构件或通过粘结和/或背衬层连接成单个构件的表面构件组合,可以被切割、压印、成型和/或通过已知技术(例如用于制备插到模具中的预成型型材的已知深拉法)预成型。此外,合适的粘合剂可以选自下面的名单。
在使用这些表面材料的模制法中,明显特别重要的是,实现注入的塑料树脂和要与其接触的表面材料的背面(其可以是如上所述的外加背衬)之间的强的和均匀的结合。同样重要的是,实现第一材料的背面和在某些情况下与其搭接的第二材料(特别是对于相对挠性的材料而言)的表面之间的强的和均匀的结合。如果这些结合和粘合不足,表面材料就可能具有可见的气泡或间断和/或变得明显层离。在许多情况下,这需要在模制步骤之前施加到表面材料背面上的中间粘合层。
应该根据化学性质和耐热性选择上述各种结合所用的粘合剂以在两种材料之间提供充足的粘合并在模制步骤过程中保持均匀地粘贴于和位于表面材料的整个表面区域上。合适的粘合剂的例子包括这些类属的粘合剂化合物:
1.)反应性预聚物粘合剂:使用低至中等分子量预聚物作为粘合剂材料。这些粘合剂可以作为单组分或双组分体系供应。在固化时,这些预聚物产生化学交联的热固性聚合粘合剂。例如:环氧基粘合剂、聚氨酯粘合剂、硅氧烷粘合剂。
2.)热聚合物熔体粘合剂:许多热塑性材料可以以散装(bulk)/薄膜形式充当粘合剂。将聚合物充分加热至润湿要粘合的表面并在冷却时重新固化。聚烯烃类型主要是含有EVAs、丙烯酸类和其它极性基团作为增粘剂的环聚烯烃的混合物,但它们也可以与树脂和其它组分混合。共聚多酰胺、共聚多酯、热塑性聚氨酯是热聚合物熔体粘合剂的其它种类。
3.)反应性单体:使用具有溶剂状稠度的低分子量单体作为粘合剂。通过光、热和缺氧引发聚合。丙烯酸类和氰基丙烯酸酯是单体型粘合剂体系。
可以使用由一层或多层构成的粘合剂膜。如果是多层的,可以与层和所选表面的组合一起使用共挤薄膜或通过其它已知技术层压的薄膜以专门为一面上的表面材料(例如木材或金属)和为另一面上的塑料基底或背衬膜(例如PC或ABS)提供粘合。
但是,已经发现,当对金属/木材施加用于与塑料粘合的一些粘合剂然后直接承受注射成型塑料熔体的高温、剪切和压力时,它们在模制过程中由于粘合剂的热降解、粘合剂因注入塑料的高压流动而从表面上的位移,或由于交联粘合剂在金属/木材与塑料基底接触之前的过早热固化而变得不能有效地将这些材料均匀粘合到塑料上。已经发现,如果首先将表面材料、粘合剂和保护性背衬材料(下面进一步论述)粘合在一起从而使粘合剂不直接暴露在注射成型的塑料熔体中,表面材料可以与更广泛的粘合剂一起使用。
由此,当表面材料的背面具有粘合层时,可以有利地使用一些类型的“背衬”或保护膜以在任何操作或运输步骤过程中保护粘合剂,防止未干的粘合剂在模制步骤之前粘到不想要的任何东西上并在模制步骤过程中保护粘合剂层和任何热敏表面材料免受来自熔融注射塑料流的温度和剪切力。热塑性背衬可以是塑料薄膜或片材,例如PC、PET、ABS、PBT、PA66、PP、HIPS和这些材料中任何两种的掺合物。合适背衬的选择标准包括粘合剂所需的对抗注射成型基底的剪切力和热量的保护以及其与注射成型基底的相容性和/或粘合力。
一般而言,如图2中所示的塑料基底部分(5)可以由各种塑料制备,包括热固性塑料,例如聚氨酯、环氧化合物或热固性硅氧烷,和热塑性塑料,例如聚碳酸酯(“PC”)、ABS、聚丙烯(“PP”)、高抗冲聚苯乙烯(“HIPS”)、聚乙烯(“PE”)、聚酯、聚乙酰基、热塑性弹性体、热塑性聚氨酯(“TPU”)、尼龙、离聚物(例如Surlyn)、聚氯乙烯(“PVC”),并包括这些热塑性塑料中的两种或多种的掺合物,例如PC和ABS的掺合物。这些材料可以含有有助于任何所需成本和/或性能要素,例如表面外观、抗引燃性、模量、韧性和EMI屏蔽的颜料、添加剂和/或填料。
粘合剂和/或背衬材料与表面材料的实际粘合可以在塑料基底部分模制之前或期间进行。如果之前进行,它们可以依序或同时施加。如果依序进行,粘合剂层可以通过喷涂层、层压膜或类似的已知涂布或涂施技术提供/涂施,然后以相同方式并在适当的加热条件下施加背衬。优选地,粘合剂和背衬层同时,优选作为膜材料施加到表面材料上,并使用适当的热和压力条件粘合在一起。加热步骤可以包括火焰层压、电磁辐射粘合、或热轧层压,或平板层压。
如图1中所示,本发明的方法最初将表面材料件置于模腔内。如本领域从业者已知的那样,存在许多不同类型的模制设备和构造,其中模腔可以是垂直或水平的(其中模腔可以位于顶部或底部)。类似地,当表面材料需要位于模具内时,存在可用于一开始将表面材料件置于模具内的适当位置并在塑料注射步骤过程中使它们保持固定的已知技术,包括真空装置和/或其它配准装置,例如销钉和类似物。
在图1(不按比例)中,第一表面材料(1)最初置于模腔(6)内的所需位置,其中装饰性正面朝向模具表面以在模制品上提供表面区域,背面上的任选粘合剂和/或背衬层(3)朝向穿透模具中心(7)的塑料注射口(8)一侧。随后将背面上具有任选粘合剂和/或背衬层(4)的第二表面材料件(2)置于所需位置。第二表面材料在搭接区域(5)覆盖并搭接第一表面材料,在其它地方使装饰性正面朝向模腔表面以在模制品上提供表面区域和朝向塑料注射口的背面(带有任选层(4))。
在图2(不按比例)中,注射模制塑料(9)以填充模具,接触并覆盖表面材料的背面,并形成塑料基底部分(5)。通过对着和围绕第一表面材料弯曲和压缩第二表面材料,朝模腔表面施加足够的压力以使两个表面材料件的装饰面配平成大致平滑的平面。
在图3(不按比例)中,以两种表面材料显示模制品,从而提供两个邻接表面区域。在图3中,由于压缩的第二材料在压力释放后的略微回弹,在两个表面(不按比例)之间产生高度差,d值。根据本发明,d足够小以使模制品具有大致平滑和共面表面的外观和感觉,包括两个表面材料区域之间的边界线(10)处。
在本发明的一个实施方案中,如图4中所示,第一材料表面可以完全位于第二材料的表面区域内(或,在另一实施方案中,几乎完全位于其内),并在置于模具中之前预粘合到第二材料或分别置于模具中并通过模制过程粘合。例如,作为金属或热塑性标识板的第一材料可以嵌入模制塑料制品的皮革或织物表面中。第一表面材料也可以是相对较厚的刺绣设计,其可以刺绣到单独的织物片或基底上或刺绣到第二材料本身中。
为了获得模制塑料部件的所需整体形状和外观,可以在模制和/或压缩步骤中对至少一种表面材料实施一定的成型、贴合(conforming)或压花。在将塑料熔体注入模具并施加压缩时,可以使优选表面材料进一步形变。由此可以使一种或多种表面材料产生某些复杂和/或繁杂的形状和/或浮雕,例如压花和锐角,其可以包括施加标识或其它产品标志。这样做需要将适当的模具表面织构化成表面材料件所需的任何已知表面整饰或任何塑料基底或边缘包覆件的任何暴露部分的外观或纹理所需的任何已知表面整饰(取决于所用表面材料的类型)。
可以通过适合提供具有适当放置和充分粘合的表面材料的必需塑料基底或衬底的公知模制技术制备塑料基底部分。优选模制技术是注射成型,其中在注射成型过程中将表面材料件适当放置和充分固定到注射成型模具的模腔或模具内表面上。在注射成型步骤中,将熔融塑料注入模具,填充模具并朝表面材料的背面提供压缩力,使表面材料贴合模具形状,并同时将表面材料与塑料和/或与彼此层压和粘合。
如上所述,如果需要,暴露在注入的塑料中的表面材料可以具有粘合剂和/或背衬层,该背衬层保护粘合剂并有利于与基底部分的粘合/层压。形成基底和/或有时有助于形成基底和/或粘贴表面材料的其它合适方法包括压模、射频(RF)焊接、声波焊接、热成型、注射压模、气体辅助的注射成型、结构泡沫注射成型、微孔泡沫模制技术、层状注射成型、水注射成型、外部气体成型、剪切受控取向模制、和气体反压注射成型。
在塑料注射步骤中,通过注射口将基底用的塑料(在注射成型法中优选为熔融塑料)注入模具,注射时的速率和压力应足以填充模具、完全覆盖暴露的表面材料件的背面(非装饰面)、将塑料粘贴到表面材料件背面并优选将表面材料朝模具表面压缩,并根据需要流动或形变(形变程度为搭接区域的额外厚度)以在两个材料表面区域的边界线处获得连续表面。同样合意地,使注入的塑料还覆盖表面材料边缘的压缩厚度,但不使它们一直延伸到模腔的边缘。如上所述,注射成型是优选的模制法,在注射熔融塑料时提供加热和压缩条件。由此在塑料足够流动以贴合(conform)或直接从较厚搭接区域下方流出的同时将表面材料的搭接区域压缩和/或压入塑料,此时注入的熔融塑料牢固粘合到暴露的表面材料背面上或粘合到任选背衬或粘合层上。由此,本发明的方法提供了大致平滑和连续并优选共面的所需最终外观或装饰性表面。
在注射成型步骤中或通过使用其它压力装置,通常在搭接的表面材料上需要足够的力量以压缩或弯曲一种或两种材料并在两种材料之间的边界线上获得基本连续和平滑的表面。一般而言,这可以通过在模腔中对塑料基底部分和表面材料层施加至少500psi(3.44兆帕(MegaPascal,Mpa))的压力来进行。优选地,外加力足以产生至少2,000(13.8Mpa),更优选至少5,000psi(34.4Mpa),最优选至少7,000psi(48.2MPa)的模腔压力。可以使用与模具中心或模腔内壁齐平放置的压力传感器,或使用位于与插入材料或塑料基底部分直接接触的模具部件(例如推顶销)后方的压力传感器,或通过使用施加到注射筒上的已知压力乘以已知加强比率的计算法,测量模腔压力。
还可以使用热固性或可热固性塑料,从而使用反应性注射成型或树脂传递成型用的已知技术类似地制备表面材料层压的塑料基底部分。
根据最终产品的所需设计,可以在获得本发明的组合表面时选择表面材料和它们相关的表面区域的形状和尺寸、模制边缘包覆件(covering)和特定的刚性背衬。在US 2004-0018337(A1);US2004-0018789(A1);和US 2004-0209032(A1)中更详细地论述了这些模制的边缘包覆件和/或刚性背衬技术,它们经此引用并入本文。
在获得良好的表面材料外观和粘合和为了随后的边缘包覆模制步骤的成功,将预切割的表面材料切割至略小于模腔表面(在注射塑料树脂时其位于该模腔表面上)是有用的。换言之,预切割的表面材料的边缘不会延伸到模腔侧或边缘壁上,而是留下小间隙,其随后被构成基底的熔融的注入塑料填充。当填充该间隙时,其形成保护性边缘厚度覆盖件。来自第一步骤的这种注射塑料随后优选覆盖表面材料周围边缘的至少一部分厚度。模腔边缘和表面材料边缘之间的这种间隙优选为0.1至2毫米(mm),优选0.2毫米。
实施例
在本发明的产品和方法的实施例(实验1)中,为模制的聚碳酸酯基底提供金属和绒面革表面区域的组合,其中金属是第一材料并以条状形式固定在整个绒面革表面区域上。该实施例中的金属是阳极化铝。该金属具有0.006英寸(0.15毫米)的厚度并与在一侧上具有聚乙烯(PE)并在另一侧上具有聚酰胺(PA)的热塑性粘合双层膜(“2层”)层压。这种粘合膜具有10克(gm)PE/平米(/m2)和40克PA/m2,总密度为0.96克/立方厘米(gm/cm3),熔点范围为120至125℃。使用设定为135℃和80磅/平方英寸(psi)(0.55Mpa)层压压力的平板层压机,使PE侧对着金属,将该薄膜层压到金属上。将金属切成所需表面区域形状,长条,并用定位销(registration pin)置于模腔中以将顶部材料与预成型模具的空腔配准并固定在其上。
第二材料是市售人造微纤维绒面革。绒面革带有第一粘合共聚多酰胺膜层(“1层”),其密度为1.10gm/cm3且重量为每平米35克共聚多酰胺,熔点范围为120至130℃,并在粘合层表面上具有0.007英寸(0.18毫米)ABS背衬膜。使用如上所述的平板层压机制备绒面革层压件并切成所需表面区域形状。
使用配准开孔在预成型模具中将如上所述的第一和第二材料堆叠在一起以提供适当的定位。模具产生在计算机鼠标模制中使用的复杂的凹贝壳形状。施加热以使背衬膜热软化并可以成型,且层之间的粘合膜软化并将它们粘合在一起。一旦处于适当的温度条件(150℃的平均顶部加热器温度,和300℃的平均底部加热器温度),通过施加40巴(4Mpa)的压力6秒,使层压件贴合预成型模具的形状,并产生多材料层压件预型体。此时第一金属材料几乎不造成第二绒面革材料的形变。
然后将层压件预型体置于注射成型工具腔中。在工具腔中使用定位部件使插入件适当地位于工具内部并使装饰性或外观表面在聚合物注射过程中与模腔接触并使ABS背衬膜暴露在注入的熔融塑料中。然后封闭模具并在模腔中注入聚碳酸酯(18MFR)。在注射过程中,熔体温度为550(287℃),且注射压力提供22,000psi(152Mpa)的模腔压力。注射成型周期产生具有聚碳酸酯基底部分的模制塑料制品,该基底部分的装饰性正面具有直接固定在人造绒面革表面区域中的金属表面区域,且相连的表面区域大致平滑和连续,包括金属和绒面革的过渡线处。这可以概括如下,其中在模制和压缩步骤之前和之后,在搭接区域中测量第一和第二材料的厚度。
实验1 | 第一材料 | 第二材料 | 塑料基底 |
类型 | 阳极化铝 | 人造绒面革 | 聚碳酸酯 |
厚度(in)(mm)(模制前) | 0.0060.15 | 0.0240.6 | n/a |
模腔压力(PSI)(MPa) | 22,000152 | ||
厚度(in)(mm)(模制后) | 0.0060.15 | 0.0170.45 | 0.0551.4 |
表面边缘的高度差 | -0.01mm(金属低于绒面革平面) |
按照类似方式(实验2至6),在注射成型法中使用材料的下列组合以提供具有塑料基底部分的薄(1.8毫米)塑料保护性PDA盖,该塑料基底部分的装饰性正面在相连的表面区域具有表面材料的组合并在两种材料之间的边界线处具有大致平滑和连续的表面。
在本发明的产品和方法的实施例中,这些部件由聚碳酸酯/ABS掺合物模制树脂(PC/ABS)基底和组合表面区域制成,其中第一材料在模制品上提供大约63毫米×38毫米表面区域,第二材料在模制品上提供63毫米×76毫米表面区域。第一和第二材料、背衬和粘合剂概括在下表中。
如果需要,使用上述1层(共聚多酰胺)和2层(PE/PA)粘合膜和ABS背衬膜。在平板层压机中使用和/或用任何粘合剂和背衬膜将第一材料层压到第二材料上,然后切割成包括配准部分的所需形状。在结合了两种表面材料的切成的层压件中,第二材料完全覆盖第一材料的背面(也就是说,搭接区域是第一表面材料的整个区域)并在第二材料的正面构成模制品表面的一部分处的区域中延伸越过第一材料。当从插入的层压件的背面看时,唯一的可见材料是第二表面材料。当从正面或装饰面——面向模腔表面并在最终部件上构成表面区域的面看时,第一材料是该表面的1/3,且第二材料是2/3。
然后将层压件置于注射成型工具腔中。在工具腔中使用定位部件使插入件适当地位于工具内部并使装饰性或外观表面(两种材料都暴露)与模腔接触并使第二表面材料背面上的ABS背衬膜暴露在注入的熔融塑料中。然后封闭模具并在模腔中注入聚碳酸酯/ABS掺合树脂。在注射过程中,熔体温度为550(287℃),且模腔压力为22,000psi(152Mpa)。注射成型周期产生具有带有装饰性正面的聚碳酸酯/ABS基底部分的模制塑料制品,该装饰性正面具有两个表面材料区域,且相连的表面区域大致平滑和连续,包括金属和绒面革的过渡线处。这些不同的实施例概括如下,其中在模制和压缩步骤之前和之后,在搭接区域中测量第一和第二材料的厚度。应该指出,两种材料搭接的较厚区域使得塑料基底部分在该特定区域中比模制品的其余区域略薄。
实验2 | 第一材料 | 第二材料 | 塑料基底 |
类型 | 穿孔不锈钢 | 黑色人造皮革 | PC/ABS |
粘合剂/背衬 | 2层/无 | 1层/ABS | |
厚度(mm)(模制前) | 0.20 | 0.76 | n/a |
模腔压力(PSI)(MPa) | 15,000103 | ||
厚度(mm)(模制后) | 0.20 | 0.47 | 1.13 |
表面边缘的高度差(mm) | -0.09mm(金属低于革) |
实验3 | 第一材料 | 第二材料 | 塑料基底 |
类型 | 薄木片 | 红色绒面革 | PC/ABS |
粘合剂/背衬 | 1层/无 | 1层/ABS | |
厚度(mm)(模制前) | 0.30 | 0.60 | n/a |
模腔压力(PSI)(MPa) | 15,000103 | ||
厚度(mm)(模制后) | 0.30 | 0.28 | 1.22 |
表面边缘的高度差(mm) | -0.02 |
实验4 | 第一材料 | 第二材料 | 塑料基底 |
类型 | 人造鳄鱼皮革 | 绒面革织物 | PC/ABS |
粘合剂/背衬 | 1层/无 | 1层/ABS | |
厚度(mm)(模制前) | 0.70 | 0.60 | n/a |
模腔压力(PSI)(MPa) | 15,000103 | ||
厚度(mm)(模制后) | 0.70 | 0.45 | 0.65 |
表面边缘的高度差(mm) | 0.10 |
实验5 | 第一材料 | 第二材料 | 塑料基底 |
类型 | 抛光铝 | 红色绒面革织物 | PC/ABS |
粘合剂/背衬 | 2层/无 | 1层/ABS | |
厚度(mm)(模制前) | 0.20 | 0.60 | n/a |
模腔压力(PSI)(MPa) | 15,000103 | ||
厚度(mm)(模制后) | 0.20 | 0.39 | |
表面边缘的高度差(mm) | -0.01 |
实验6 | 第一材料 | 第二材料 | 塑料基底 |
类型 | 抛光铝 | 薄木片 | PC/ABS |
粘合剂/背衬 | 2层/无 | 1层/ABS | |
厚度(mm)(模制前) | 0.20 | 0.44 | n/a |
模腔压力(PSI)(MPa) | 15,000103 | ||
厚度(mm)(模制后) | 0.20 | 0.44 | 1.16 |
表面边缘的高度差(mm) | -0.03 |
按照类似方式(实验7),第一材料是2.1毫米厚的刺绣设计,将其缝合到第二材料——0.6毫米厚的人造绒面革中。刺绣在边界线和该层的整个厚度上从绒面革表面明显凸起,这对于典型的电子器件封装用途,例如手机或PDA’s而言是不可接受的。根据本发明,将这种第一和第二材料组合件置于模腔内,并在注射成型法中,提供模制塑料基底部分并压缩以提供具有装饰性正面的薄(1.8毫米)塑料部件,该装饰性正面在相连的表面区域中具有表面材料的组合,并在两种材料的边界线处具有大致平滑和连续的表面。这概括在下表中。
实验7 | 第一材料 | 第二材料 | 塑料基底 |
类型 | 刺绣设计 | 绒面革织物 | PC/ABS |
粘合剂/背衬 | n/a | 1层/ABS | |
厚度(mm)(模制前) | 2.10 | 0.60 | n/a |
模腔压力(PSI)(MPa) | 15,000103 | ||
厚度(mm)(模制后) | 1.1 | 0.45 | 0.25 |
表面边缘的高度差(mm) | 0.27 |
Claims (11)
1.具有塑料基底部分的模制塑料制品的制备方法,该模制塑料制品的装饰性正面具有由不同的第一和第二材料的层构成的至少两个表面区域,它们具有大致共面或连续的邻接表面区域,该方法包括下列步骤:(a)将两个表面材料件置于模腔内,使得从背面看,第一材料件至少部分被第二材料件覆盖,两种材料的放置使得各自在模制品的正面上提供表面区域,并且任选在两个表面材料件之一或两者的背面或非装饰面上具有粘合剂和/或背衬材料,(b)在模制步骤中注射与表面材料的背面或它们各自的任选粘合剂或背衬接触并粘合的模制塑料,并提供模制的塑料基底部分,和(c)在模制塑料足够流动的同时施加压力,该压力足以将两种不同的表面材料压缩和/或成型成基本共面或连续的表面并将较厚的搭接区域压入塑料基底部分中的必要深度。
2.根据权利要求1所述的方法,其中模制方法是注射成型法。
3.根据权利要求1所述的方法,其中步骤(c)中的压力提供了至少7,000psi(48.2Mpa)的模腔压力。
4.根据权利要求1所述的方法,其中第一和第二表面材料选自天然或人造皮革、天然或人造绒面革、木材、金属、石材、玻璃、陶瓷、织物、塑料膜、刺绣、和粘性背衬贴花纸。
5.根据权利要求1所述的方法,其中第一表面材料是阳极化铝,第二表面材料是人造皮革。
6.根据权利要求1所述的方法,其中第一表面材料是阳极化铝,第二表面材料是人造绒面革。
7.根据权利要求1所述的方法,其中在模腔中,第一表面材料件的整个背面被第二表面材料件覆盖。
8.根据权利要求1所述的方法,其中在置于模具中之前将第一材料粘合层压到第二材料上,并将两种材料件作为层压件置于模腔内。
9.具有塑料基底部分的模制塑料制品,其装饰性正面具有由不同的第一和第二材料的层构成的至少两个表面区域,它们具有大致共面或连续的邻接表面区域,包括在两种表面层材料汇合的边界线处,和相对于正面,至少一部分第一材料位于至少一部分第二材料上并与其搭接。
10.根据权利要求9所述的制品,其中第一表面材料是阳极化铝,第二表面材料是人造皮革。
11.根据权利要求9所述的制品,其中第一表面材料是阳极化铝,第二表面材料是微纤维人造绒面革。
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