CN101417491B - 运动器材的制造方法及其产品 - Google Patents

Abstract

本发明所述的运动器材的制造方法，包括如下步骤：制作塑料运动器材的注塑模具、制备混合之发泡塑料熔液、将熔液导入射出机筒、同时加料机筒向第一储料机筒补料、对射出机筒加压，射出至所述的模具成型，使塑料熔液的表面先冷却、测量射出机筒的当次射出量、加料机筒的当前输出速度；调整加料机筒的输出速度、调整加料机筒上螺杆的转速以控制塑料的加入速度、同时调整进气速度以配合塑料加入速度。依照本方法所得到的产品，包括不含气泡或含少量气泡的外层、含气泡的内芯，所述的内芯被所述的外层包覆。

Description

运动器材的制造方法及其产品

技术领域

本发明涉及一种塑料运动器材的制造方法及其产品。

背景技术

习知的运动器材，如护具、蛙鞋、运动用垫、器械的把手等大多用纯塑料以注塑方式制成，这种方式消耗的塑料较多，随着石油价格高涨，人们渴望节省原材料。此外，纯塑料制品的质量重、抗冲击性差，导致运动器材携带不便、吸震性差、寿命短。

采用发泡塑料制造运动器材既不影响运动器材的使用，又可明显节省原材料，并且发泡塑料抗冲击性能好，能够使运动器材牢固耐用、减轻重量。但是习知的发泡塑料技术不适应于制造运动器材。

习知的发泡技术乃是使用物理发泡剂或化学发泡剂与熔融塑料以获得发泡成型的方法。其中，化学发泡为采用分解性化学发泡剂与熔融塑料混合制造，此类发泡剂一般是固体粉末，并于加热时分解放出气体，而使塑料发泡，并减轻重量。此类化学发泡剂多为有机的偶氮化合物，如偶氮双甲酰胺(Azodicarbonamide)、偶氮双异丁晴(Azobisisobutyro-nitrile简称AIBN)。例如：Azodicarbonamide发泡剂在制造受热过程中，会产生可能致癌物质「盐酸氨基脲semicarbazide(SEM)」；故有许多国家已禁止销售或进口以Azodicarbonamide发泡剂作为与食品接触之材料及产品。因而，此类化学发泡剂与熔融塑料混合制成之发泡塑料，在类该化学发泡剂分解时具有毒性残留物存在发泡塑料内，而造成人体接触不安全情形，且该残留毒物具有不环保及污染隐忧。

前述物理发泡剂可以是低沸点的有机化合物，如丁烷、戊烷、石油醚、二氟二氯甲烷等；但该发泡剂有易燃性和毒物危险，并有潜在空气污染问题，因而此种发泡剂技术使用受到限制。

此外为改善前述缺失，而有以无毒性的气态惰性气体作为物理发泡剂的提出，并该气态的惰性气体仅由加入熔融塑料方式不易与熔融塑料稳定混合，并产生发泡不均匀产品。因而，以前述气态惰性气体作为物理发泡剂的方式并非可行，习知的发泡材料无法以此种气态惰性气体的发泡技术获得发泡均匀的发泡塑料材料。

为了改善气态的惰性气体作为物理发泡剂不易获得质量均匀的发泡产品，有许多提出以超临界流体状态的惰性气体作为物理发泡剂的发泡方法，然而藉由设定压力、温度产生超临界惰性气体将造成制造成本增加情形，且为了该发泡产品有均匀的气孔与良好外观而无瘪泡，常需额外使用添加剂，或化学发泡剂。

故而，因前述的单纯物理发泡剂运用至射出发泡成型时，仍存在许多技术问题未解决，所以化学发泡剂运用至射出发泡成型仍不得不被继续采用。

此外，因习知的发泡材料为了该发泡产品有均匀的气孔与良好外观而无瘪泡，常需额外使用添加剂，使得塑料产品中多少有些许额外的添加物，而使塑料产品无法有效回收再利用。

运动器材常采用塑料材质成型制造以降低生产成本，然而许多完全采用塑料或添加少许添加物成型，造成用料成本较高成品较重情形。

为了获得发泡材料具有的优良特性，与产品的外观平整，以及为了使发泡产品具有良好的表面外观而无瘪泡，前述物理发泡剂的发泡方法，常需额外使用添加剂，或化学发泡剂。此种状况，对人体与发泡产品接触时，仍会有安全的隐忧。

此外，发泡材料若是仅使用单纯的物理发泡剂而无额外使用添加剂以获得发泡成型，也有助于环境保护的需要。

缘是有一种需求，仅使用单纯的物理发泡剂而无额外添加剂，使获得的发泡塑料材料，不含额外的添加剂，以避免因添加剂而产生残留的安全隐忧，与避免造成环境污染之问题；因而，可以充分利用发泡塑料之优点，提升运动器材产品实用功效。

发明内容

本发明要解决现有技术的上述缺点，提供一种无毒环保、发泡均匀、缓冲吸震性好、使用寿命长的运动器材制造方法及其产品。

本发明所述的运动器材的制造方法，包括如下步骤：

(1)制作塑料运动器材的注塑模具；

(2)注入塑料、气体至加料机筒，通过加热和螺杆搅拌，令前述塑料熔融并与前述气体混合形成混合之发泡塑料熔液；

(3)将前述混合之发泡塑料熔液导入第一储料机筒；

(4)将适合一次射出的容量的塑料熔液压出所述的第一储料机筒，同时对所述的第一储料机筒容腔内进行压力控制和补偿，保持所述的第一储料机筒容腔内压力稳定；

(5)通过第一单向阀将被压出所述的第一储料机筒的塑料熔液导入射出机筒；

(6)对射出机筒加压，射出至所述的模具成型，使塑料熔液的表面先冷却；

(7)测量射出机筒的当次射出量、加料机筒的当前输出速度；

(8)按照射出机筒的当次射出量，调整加料机筒的输出速度，使之与射出机筒的当次射出量相等：调整加料机筒上螺杆的转速以控制塑料的加入速度，同时调整进气速度以配合塑料加入速度，以保证气体在塑料中的均匀度。

进一步，所述的步骤(5)分为2步进行：

(5.1)通过第一单向阀将被压出所述的第一储料机筒的塑料熔液导入第二储料机筒；

(5.2)通过第二单向阀将被压出所述的第二储料机筒的塑料熔液导入射出机筒，对被压出所述的第二储料机筒的塑料熔液第二次注气，并搅拌，再压入所述的射出机筒；同时，所述的加料机筒内的螺杆持续转动，所述的加料机筒向所述的第一储料机筒补料；

依照本发明所述的运动器材的制造方法所得到的产品，其特征在于：包括不含气泡或含少量气泡的外层、含气泡的内芯，所述的内芯被所述的外层包覆。

本发明在射出成型工序中，利用气泡在塑料熔液中的溶解度受温度影响的特点，对模具里的熔液先表后里进行冷却，外层的气泡被驱赶到内芯，外层不含气泡或含少量气泡，表观挺括、坚固耐磨，防水性好，含气泡的内芯则提供了吸震、减重等优点。

发泡塑料中的气泡的均匀度与气体含量有关，含气量越低，则越不容易达成气泡均匀分布。但是向塑料熔液中注气过快，则不能使气泡融入塑料熔液，导致气体与塑料分离。本发明采用2次注气法向塑料熔液中注气，能够在保证气泡均匀融入塑料熔液的情况下，提高塑料熔液中气体含量，从而制造出气泡细腻、均匀的运动器材，气泡细而均匀则有助于提高运动器材的强度、抗冲击性。

本发明具物理发泡塑料材料的运动器材，具塑料、气态气体，其气态气体可为气态空气或纯气态惰性气体，而该惰性气体可以是氮气、二氧化碳、...等，并该气态气体与塑料混合形成发泡塑料材料，而且该发泡塑料材料具外层、内层，并该内层由外层包覆，并外层为塑料、内层为塑料包覆气泡，使得该发泡塑料材料可减少塑料用量，并可由内层之气泡提升隔热性，且可具质轻功效，又该发泡塑料材料不需额外使用添加剂或化学发泡剂，可确保无残留有毒物质，可避免人体接触时危害人体，并可回收再利用，可具环保功效。

本发明之塑料可为无毒之PC聚碳酸脂，并该发泡塑料材料的发泡比例气态气体为塑料之20％～40％，并使运动器材可兼具质轻、隔热性好、减少塑料用量及具足够强度功效。

本发明的优点是：无毒环保、发泡均匀、缓冲吸震性好、使用寿命长。

附图说明

图1是本发明所制造的运动器材的剖面图

图2是本发明方法所使用的设备的示意图

图3是射出机筒的采用电动顶推装置的示意图

图4是储料机筒的采用电动顶推装置的示意图

图5是可以螺杆的旋转驱动动力源的油压马达

图6是螺杆与塑料颗粒的作用力示意图

图7是本发明的料管管体的横截面图

图8是本发明采用螺旋槽的管体示意图

具体实施方式

参照附图1-8：

本发明所述的运动器材的制造方法，包括如下步骤：

1.制作运动器材的注塑模具；

2.注入塑料、气体至加料机筒1，通过加热和螺杆12搅拌，令前述塑料熔融并与前述气体混合形成混合之发泡塑料熔液；

3.将前述混合之发泡塑料熔液导入第一储料机筒2；

4.将适合一次射出的容量的塑料熔液压出所述的第一储料机筒2，同时对所述的第一储料机筒2容腔内进行压力控制和补偿，保持所述的第一储料机筒2容腔内压力稳定；

5.通过第一单向阀5将被压出所述的第一储料机筒2的塑料熔液导入第二储料机筒31；

6.通过第二单向阀32将被压出所述的第二储料机筒31的塑料熔液导入射出机筒4，对被压出所述的第二储料机筒31的塑料熔液第二次注气，并搅拌，再压入所述的射出机筒4；同时，所述的加料机筒1内的螺杆12持续转动，所述的加料机筒1向所述的第一储料机筒2补料；

7.对射出机筒4加压，射出至所述的模具成型，使塑料熔液的表面先冷却；

8.测量射出机筒4的当次射出量、加料机筒1的当前输出速度；

9.按照射出机筒4的当次射出量，调整加料机筒1的输出速度，使之与射出机筒4的当次射出量相等：调整加料机筒1上螺杆12的转速以控制塑料的加入速度，同时调整进气速度以配合塑料加入速度，以保证气体在塑料中的均匀度。

依照本发明所述的运动器材的制造方法所得到的产品，包括不含气泡或含少量气泡的外层101、含气泡的内芯102，所述的内芯102被所述的外层101包覆。

本发明所述的塑料可为PC聚碳酸脂、PP聚丙烯、ABS、PE聚乙烯，并该发泡塑料材料的发泡比例气态气体为塑料之20％～40％，并使运动器材可兼具质轻、减少塑料用量及具足够强度功效，且因气体本身膨胀使产品表面平整，可避免射出保压时表面不平整情况，并减少内应力，又可减少产品在运送或使用中因温度变化产生变形情况。

本发明所述的纯物理发泡塑料材料之运动器材，该发泡塑料材料完全不须采用化学发泡剂，可确保无残留毒性物质，可避免人体接触时危害人体，并可回收再利用，可具环保功效。

本发明成品因具设定比例之气态气体，因而可减低运动器材重量，前述实施形态系作为一例示，并非本创作限制，本创作可依需求采用其它塑料或其它发泡比例，而且本创作可在本创作类似之范围内改变及修正。

实施本发明方法的专用设备发泡塑料射出成型装置，包括一用于注入塑料、气体以形成含气泡塑料熔液的加料机筒1，加料机筒1上连接有第一输气装置11、料斗、加热装置，加料机筒1的内腔装有螺杆12，螺杆12连接旋转驱动机构；

所述的加料机筒1内腔的前端连通第一储料机筒2的内腔，所述的第一储料机筒2还有第一压出机构、第一容量测量机构21；

所述的第一储料机筒1的容腔的前端通过第一止回阀5、补气装置3连通射出机筒4；

所述的补气装置3包括：第二储料机筒31，所述的第二储料机筒31上有连通上级机构的物料进口312、第二压出机构、第二容量测量机构311；所述的第二储料机筒31的容腔的前端通过第二止回阀32连通下级机构，所述的第二止回阀32后连接有第二输气装置33；

所述的射出机筒4还装有和第三容量测量机构41，射出机筒前端装有喷嘴；

所述的射出机筒4的射出机构和第三容量测量机构41、第一储料机筒2的第一压出机构和第一容量测量机构21、加料机筒1的螺杆12的旋转驱动机构均连接于一中央控制器，所说的中央控制器比较射出机筒4的当次射出量和螺杆12的转速所对应的输出量，在两者不相等的情况下发出调整命令信号到加料机筒1上螺杆12的旋转驱动机构，以控制塑料的加入速度，使加料机筒1的输出速度与射出机筒4的当次射出量相适配。

或者，调节储料机筒2的活塞杆23的行程以调节储料机筒2的下次进料量。

所述的第一输气装置11的进气机构的控制端连接于所述的中央控制器，所述的中央控制器根据塑料加入量调整所述进气机构的进气速度。

所述的第二止回阀后32的第二输气装置33后，设置有搅拌装置34。

所述的第二输气装置33可以采用如图8所示的液氮高压汽化注气装置。使用液氮高压汽化注汽装置向发泡塑料溶液种注汽，可以精确计量气体量，准确控制注入的气体量。

所述的第一储料机筒2上还装有用于检测容腔内压力的压力检测装置，所述的压力检测装置连接所述的中央控制器，所述的中央控制器接收压力检测装置的信号并根据信号调整第一压出机构的压力。

所述的加料机筒内腔的前端通过第三止回阀连通第一储料机筒的内腔。

所述的储料机筒2的第一压出机构具有如下结构：第一储料机筒2的容腔内装有一第一环形支承座22，第一活塞杆23可滑动地安装在第一支承座22内，第一活塞杆23与第一支承座22密封配合，第一活塞杆23与容腔壁之间有间隙；第一活塞杆23后部与第一推力部件配合。

所述的射出机筒的射出机构具有如下结构：射出机筒的射出容腔内装有第二环形支承座42，第二活塞杆43可滑动地安装在第二支承座42内，第二活塞杆43与第二支承座42密封配合，第二活塞杆43与射出容腔壁之间有间隙；第二活塞杆43后部与第二推力部件配合。

所述的储料机筒2的容腔的物料进口紧靠所述的第一支承座22；所述的射出机筒的容腔的物料进口紧靠所述的第二支承座42。

所述的第一推力部件、第二推力部件可以是图1所示的油缸44，也可以是图3、4所示的伺服电机驱动丝杆的电动顶推装置7的形式。图3、4中的电动顶推装置包括基座71，丝杆72穿设在基座71上，还包括相互啮合的丝杆72和螺母73，丝杆72前端是顶推端，基座71上连接一外转子永磁式伺服电机74，所述的螺母73固定在外转子永磁式伺服电机74的转子741上；丝杆72前部设置有限制丝杆72转动但允许丝杆平移的限位件。采用图3、4所示的伺服电机驱动丝杆的推动方式可以提高推力控制的精度，从而提高机筒内的压力控制的精度。

所述的旋转驱动机构的动力源是伺服电机。

本发明通过设立储料机筒2作为中间过渡站，兼顾了射出成型法的间歇式进料与发泡塑料的连续式生成的矛盾，实现了发泡塑料的射出法生产。扩展了发泡塑料的应用范围，可以节约塑料，促进环保，降低塑料制品的成本。

同时，本发明对输向射出机筒4的塑料熔液进行二次注气，在确保气体均匀地溶入塑料熔液的情况下，提升了气体与塑料的比例，可以制造高减重比的发泡注塑件。

现有的注塑机上的定量射出(压出)机构的机筒都是活塞式的。注射料管的前端有喷嘴，活塞后部连接一液压缸。活塞腔在进料时，依靠液态料的压力使活塞后退，以增大活塞腔的容积。活塞的反复移动容易磨损容腔内壁，另一方面活塞腔依靠活塞与容腔壁来密封，两者之间必须有精确的尺寸配合，加工要求很高，由此，机筒和活塞使用不长的时间就需要大修，纠正活塞与机筒内壁的配合尺寸，使用成本大增。最后，活塞需要与机筒内壁密封，还造成注射速度慢，活塞只能低速在机筒内推进，否则会刮伤机筒内壁。

本发明的定量射出(压出)机构的活塞杆与容腔壁不存在摩擦、不需要密封，一方面降低了容腔壁加工精度的要求，另一方面消除了容腔壁的磨损，延长了机筒的使用寿命，还可以免除频繁的大修，降低维护成本，提高生产效率。最后，本发明还能够在提高注射速度时保证容腔壁不被磨损。

注塑机上的定量射出(压出)机构采用活塞式机筒时，在注射时，料液不是完全被射出的，在活塞端面上总会残留物料，而活塞腔的进料是前端注入式，因此，活塞端面附近形成物料死角，此处的物料总是留在活塞端面上，由此造成物料端面的物料碳化。

本实施例的定量射出(压出)机构的容腔的入料方式是后进式的，保证了不存在物料死角，能有效地防止物料碳化

由于二次注气时的压力很高，如果任由其反向传导到螺杆12，容易导致螺杆12转不动，因此本发明设置了补气装置，第二输气装置33设置在补气单元3下方的第二逆止阀32后，并且补气装置与第一储料机筒2之间设置了第一逆止阀5。当补气单元3向射出机筒4输送物料时，第二输气装置33的高压被引入流道，虽然此时第二逆止阀32被打开了，二次输气的高压传导到补气装置，但是由于此时第一逆止阀5是关闭的，高压不能传导到螺杆12，可有效地避免二次注气的压力对螺杆12的干扰，确保螺杆12持续运转。

所述的料管的的内腔壁上开有前后延伸的线槽13。

所述的线槽13开设在所述料管内腔壁对应于塑料颗粒熔化前的段落。

所述的线槽13是直线槽，或者螺旋槽，或者斜线槽。

本实施例的线槽13对于提升本发明的效能有积极效果：当螺杆12转动时，处于管体内腔壁的塑料颗粒被线槽13卡住，不会随螺杆12转动，增加了塑料与管壁的摩擦阻力。有利于增大螺杆12的螺纹部与塑料颗粒之间的作用力，从而迅速地将塑料料向前推动，提高工作效率。同时，由于螺杆12退杆时受到的顶推力增大，得以在螺杆尾部设置较大的保压力，可以提高料管前端的塑料熔液的压力值，提升产品的质量。

而本发明当然亦可由其它机具制造由气态气体作为发泡剂之物理发泡运动器材。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (3)

1.运动器材的制造方法，包括如下步骤：

(1)制作塑料运动器材的注塑模具；

(2)注入塑料、气体至加料机筒，通过加热和螺杆搅拌，令前述塑料熔融并与前述气体混合形成混合之发泡塑料熔液；

(3)将前述混合之发泡塑料熔液导入第一储料机筒；

(4)将适合一次射出的容量的塑料熔液压出所述的第一储料机筒，同时对所述的第一储料机筒容腔内进行压力控制和补偿，保持所述的第一储料机筒容腔内压力稳定；

(5)通过第一单向阀将被压出所述的第一储料机筒的塑料熔液导入射出机筒；

(6)对射出机筒加压，射出至所述的模具成型，使塑料熔液的表面先冷却；

(7)测量射出机筒的当次射出量、加料机筒的当前输出速度；

(8)按照射出机筒的当次射出量，调整加料机筒的输出速度，使之与射出机筒的当次射出量相等：调整加料机筒上螺杆的转速以控制塑料的加入速度，同时调整进气速度以配合塑料加入速度，以保证气体在塑料中的均匀度。

2.如权利要求1所述的运动器材的制造方法，其特征在于步骤(5)分为2步进行：

(5. 1)通过第一单向阀将被压出所述的第一储料机筒的塑料熔 液导入第二储料机筒；

(5. 2)通过第二单向阀将被压出所述的第二储料机筒的塑料熔液导入射出机筒，对被压出所述的第二储料机筒的塑料熔液第二次注气，并搅拌，再压入所述的射出机筒；同时，所述的加料机筒内的螺杆持续转动，所述的加料机筒向所述的第一储料机筒补料。

3.依照权利要求1所述的运动器材的制造方法所得到的产品，其特征在于：包括不含气泡或含少量气泡的外层、含气泡的内芯，所述的内芯被所述的外层包覆。

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