CN101479090A - 用于在模制部件之间模制机械互锁的注塑模制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双色或多色多材料注塑模制方法。该方法允许将不同材料注塑模制形成单个注塑模制部件，通过在材料之间形成结构互锁以阻止材料分离。通过邻近由第一材料模制而成的模制部件的第一部分的边界表面形成至少一个互锁腔，和向模具注射不同的第二材料，使得第二材料流入互锁腔，并填充互锁腔，形成该结构互锁。第二材料在由第一材料形成的互锁腔中的凝固使得在两种材料之间形成结构互锁。

Description

用于在模制部件之间模制机械互锁的注塑模制方法

相关申请

本专利申请引用并要求2006年5月4日提交的美国临时专利申请序列号60/746,438的优先权。

技术领域

本技术涉及模制不同材料以形成单个注塑模制部件的方法。更尤其是，本技术涉及一种注塑模制方法，其在两种不同材料之间建立结构互锁，这种结构互锁允许用这两种不同材料形成单个注塑模制部件。

背景技术

消费者正需求较小的但结合有更强大功能的散装包装(即，一个一个产品呈现和重新密封性)。这些散装包装，尤其还必须具有其他功能需求、例如抗潮和重新密封性的散装包装，其生产尤其受到挑战，因为功能需求常常使使用多个部件和材料成为必要。但是，利用紧固件将部件连接在一起，增加了部件数量，更重要的是，占用了有用的空间。

双色或多色注塑模制允许将具有不同功能性的不同材料模制成单个部件，不需要使用紧固件来将材料连接在一起。这两种材料通常借助于由两种材料的熔化部分的边界凝固限定的熔焊部彼此连接在一起。但是，为了形成这样的熔焊部，不同材料必须化学上相似或相容。这就限制了可用于制造模制部件的材料的选择。

因而仍然需要一种注塑模制方法，其能够在不同材料之间产生机械互锁，从而使部件的功能性达到最大，不需要考虑材料的化学相似性或相容性，而且不需要采用单独的紧固件或利用粘合剂。

发明内容

本技术的一个方面在于一种在两种不同材料之间建立结构互锁的模制方法。

本技术的另一个方面在于一种注塑模制方法，该方法采用了能够在不使用紧固件或粘合剂的情况下在不同材料之间产生机械互锁的结构特征。

本技术进一步的方面在于一种双色或多色注塑模制方法，其中第一材料被注射到模具型腔内，以形成模制部件的第一部分。第一部分包括边界表面和至少一个邻近边界表面形成的互锁腔。将第二材料注射到模具型腔内，使得第二材料接触边界表面，并流入至少一个互锁腔内。第二材料在形成在模制部件的第一部分中的至少一个互锁腔内的凝固使得在第一材料和第二材料之间建立机械互锁，这种机械互锁阻止两种材料被分离，产生由不同材料形成的注塑模制部件，不需要紧固件或粘合剂。

在这里所描述的模制方法的一个实施例中，建立被动互锁，其中至少一个互锁腔在边界表面处具有开口，以允许第二材料流入互锁腔内。

在这里所描述的模制方法的另一个实施例中，建立主动互锁，其中至少一个互锁腔被由第一材料形成的薄壁阻断，来自第二材料的填充压力击破该壁，从而允许第二材料流入至少一个互锁腔。

机械互锁的形成有利地允许在形成注塑模制部件时使用不同材料，从而允许基于所需的功能性或特性选择材料，而不需要考虑化学相似性。但是，也可以在材料粘接不能提供足够强度的场合使用机械互锁来连接相似材料。例如，相似材料可以包括作为第一材料的聚丙烯和作为第二材料的掺杂有导电化合物(例如碳黑)的聚丙烯。

从下面的本发明的详细说明书、权利要求书以及附图，本发明的其它优点和特征将变得明了。

附图说明

图A1是由本技术方法的一个实施例制成的双色注塑模制部件的透视图。

图A3是在形成图A1中所示的注塑模制部件的两种材料之间的机械互锁的详细视图。

图A4是形成注塑模制部件的一部分和用于接收第二材料的互锁腔的第一材料的剖视图；显示了模具型腔的截面。

图A5是填充第二模具并流入由第一材料形成的互锁腔内的第二材料的剖视图。

图A6是图A5中所示的部分填充的互锁腔的详细视图。

图A7是用于模制第一材料的模具型腔的剖切截面图。

图B1是依照本技术制成的双色注塑模制部件的第二实施例的透视图。

图B2是用于图B1中所示的实施例的注塑模具的横截面图，显示了由第一材料形成的注塑模制部件的部分和互锁腔。

图B3是注塑模具的横截面图，示出了流入由第一材料形成的互锁腔内的第二材料。

图B4是图B3中所示的部分填充的互锁腔的详细视图。

图B5是图B1中所示的注塑模制部件的横截面图，示出了被第二材料完全填充的互锁腔。

图B6是图B5中所示的已填充的互锁腔的详细视图。

图C1是依照本技术制成的双色注塑模制部件的另一个实施例的透视图。

图C3是图C1中沿线C5剖取的剖视图，示出了流入由第一材料形成的互锁腔内的第二材料。

图C4是图C3中所示的部分地填充的互锁腔的详细视图。

图C5是图C1中沿线C5剖取的剖视图，示出了被第二材料完全填充的互锁腔。

图C6是图C5中所示的已填充的互锁腔的详细视图。

图D1是由本技术方法的替换实施例制成的双色注塑模制部件的透视图。

图D3是在形成图D1中所示的注塑模制部件的两种材料之间的机械互锁的详细视图。

图D4是形成图D1中所示的注塑模制部件的一部分和用于接收第二材料的互锁腔的第一材料的剖视图，互锁腔由第一材料形成的壁封闭；示出了模具型腔的截面。

图D5是击破第一材料形成的壁并流入由第一材料形成的互锁腔的第二材料的剖视图。

图D6是图D5中所示的部分填充的互锁腔的详细视图。

图E1是由本技术方法制成的注塑模制部件的另一个实施例的顶部平面图。

图E2是图E1中注塑模制部件的侧视图。

具体实施方式

本技术描述了用于模制由呈现不同化学性能和/或物理性能的至少两种材料形成的模制部件的方法。一种材料被模制成模制部件的第一部分，该第一部分包括边界表面和邻近边界表面形成的至少一个互锁腔。另一种材料被模制成模制部件的其它部分，并流入在模制部件的第一部分中形成的互锁腔内。当第二材料凝固在互锁腔内时，它在边界表面处建立一机械互锁，该机械互锁阻止两种材料被分离。该机械互锁不依赖于材料之间的粘接。

在本技术的一个实施例中，通过形成使得在边界表面处具有允许第二材料流入互锁腔的开口的互锁腔，在边界表面处建立被动互锁。在本技术的另一个实施例中，通过形成互锁腔，使得由第一材料制成的薄壁将互锁腔与接收第二材料的模具区段隔离，从而在边界表面处建立主动互锁。利用来自第二材料注射的填充压力击破该薄壁，从而允许第二材料流入互锁腔。可以采用不同的方式建立各种互锁，以在不同材料之间形成对接和搭接。

在模制部件的第一部分中形成互锁腔之后接着在互锁腔内模制和凝固第二材料，具有几个好处。在形成互锁腔时不会形成模制底切(undercut)。在模制方法中，模制底切常常被认为是不希望有的，因为底切使模制部件难以从模具中抽出。通常，模制部件必须由柔性材料模制而成，以便于从模具中抽出该部件，这限制了用于该部件的材料的选择，或者模具的结构和制造复杂，从而增加该部件的生产成本。但是，在本方法中，通过销形成互锁腔，而销可以容易地从模具型腔中被移除，从而使模具结构简单。

虽然在此所述的模制方法尤其适用于双色或多色注塑模制方法，但是，该方法也可以用于包覆模制工艺。利用包覆模制工艺，将预先模制的部件插入模具中，并且第二材料被包覆模制在预先模制的部件周围。尤其对不能粘接在一起的材料来说，机械互锁的使用对将包覆模制部件连接到预先模制的部件尤其有用。

可用于形成注塑模制部件的材料实际上可以是能够注塑模制的任何聚合材料。如果注塑模制部件用于包装或容器，则聚合物材料还必须与要存储在容器中的产品相适合。适当的聚合材料包括聚乙烯(PE-高密度、低密度、LLD、VLLD)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、环烯烃共聚物(CoC)、聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚酯对酞酸盐(PET)、聚酰胺(尼龙)、乙缩醛共聚物或均聚物树脂和液晶聚合物。

正如在此所使用的，＂不同＂指的是不同物理和/或化学性能的材料。不同材料可以是不同等级的热塑性树脂，这里各等级具有特定的物理或化学性能。例如，共聚物(例如，乙烯-乙酸乙烯共聚物)可具有基于共聚物组分的比率(和配置)的不同性能。

在一个实施例中，所选择的用于形成注塑模制部件的一部分的一种材料可以吸收或释放气体的活性聚合物组分。例如，活性聚合物组分可以结合干燥剂。适当的干燥剂包括但不限于硅胶、分子筛、碳酸钙和天然存在的粘土合成物，包括但不限于蒙脱石。

做为选择，干燥剂组分包括一个或多个下列携带干燥剂的塑料组分，包括用于模具形状产品的配方，该配方包括2相和3相组分。2相组分是包括干燥剂和聚合物的组分。3相组分是包括干燥剂和至少2种不混溶聚合物的组分。

可以使用的聚合物优选从热塑性塑料组中选择，包括聚烯烃(例如：聚乙烯(LDPE1、LLDPE、HDPE和聚丙烯)。适当的携带干燥剂的3相塑料组分包括但不限于，下列一个或多个美国专利号中所披露的携带干燥剂的塑料：5,911,937、6,214,255、6,130,263、6,080,350和6,174,952、6,124,006和6,221,446。这些参考文献在此通过引用而并入。

可以想到用于本双色注塑模制方法的不同聚合物的特定组合包括但不限于尼龙和液晶聚合物材料、聚苯乙烯和乙缩醛共聚物或均聚物树脂、以及携带干燥剂的塑料和缩醛树脂。例如，需要在一个区域具有抗静电性能而在另一个区域需要具有耐高温性能的部件可以由用于其抗静电性能的尼龙材料和用于其耐热性能的液晶聚合物模制而成。再例如，需要在一个区域具有防潮性而在另一个区域需要提供一支承表面的部件可以由用于必须具有防潮性的部分的携带干燥剂的塑料和用于形成支承表面的缩醛树脂模制而成。在另一个例子中，部件的暴露部分可以由聚碳酸酯构成，部件的内部分可以由携带干燥剂的塑料构成。聚碳酸酯保护部件的携带干燥剂的塑料部分免受磨损和/或灰尘。其它材料组合对本领域技术人员来说也是很容易想到的。

参照视图，现在将讨论本发明的模制方法的各种实施例。应当理解，本发明不意味着局限于在此所述的实施例，本发明的范围将在附带的权利要求书中指出。

在图A1-A7中示出了依照本发明方法的一个实施例制成的双色注塑模制部件10。注塑模制部件10通过将第一材料注塑到模具型腔12内以形成注塑模制部件的第一部分20而形成，第一材料可以是例如尼龙。模具型腔12包括邻近模具型腔12的一个壁设置的多个销16，这些销16与将要变成第一和第二材料之间的边界的地方相交。当第一材料被注塑到模具型腔12中时，该第一材料部分地在销周围流动，从而在第一部分中产生多个互锁腔24，各互锁腔24在所模制的第一部分的边界表面28处具有开口26。虽然在第一部分20中示出了多个互锁腔，但是，应该明白，互锁腔的数量可以是一个、两个或更多个腔，这取决于部件尺寸、腔的尺寸以及所选择的形成部件的材料。

重要的是，各互锁腔的开口26的尺寸小于互锁腔的直径，或者小于互锁腔直径的一半，这样，开口是受限制的或较窄。该受限制的开口宽得足以允许第二材料流入互锁腔，而且窄得足以用作阻止第二材料凝固后从第一材料拉开的机械锚固件，这将在下文进一步解释。

在模制第一材料以形式注塑模制部件的第一部分之后，模具被打开，并旋转至第二模具型腔14，封闭模具，并将第二材料注塑到模具型腔14中，第二材料可以是，例如液晶聚合物材料。第二材料接触模制部件的第一部分的边界表面28，并流入在该第一部分20中形成的互锁腔24内，如图A5和A6所示，从而形成模制部件的第二部分22。然后通过使在第一材料中形成的互锁腔中的第二材料冷却和凝固，在第一和第二材料之间形成机械互锁29，如图A1和A3所示。

在图B1-B6中示出了依照本发明的注塑模制方法的另一个实施例制成的双色注塑模制部件。B1-B6的实施例适合于在一个区域需要具有防潮性而在另一个区域需要提供支承表面的部件。注塑模制部件30具有第一部分32，所述第一部分32由第一材料模制而成，第一部分32与第二部分34交叠。第二部分34由在至少一个性能上不同于第一材料的第二材料模制而成。通过在模具型腔中注塑模制第一材料以形成注塑模制部件的第一部分32，形成注塑模制部件30。模具型腔设置有多个大体上截锥形的销，所述销从模具型腔的顶部向下突出(如图B2所示方向)。截锥形销在模具型腔的顶部处具有基底，而较小直径端与将要变成第一和第二材料之间的边界的地方相交。

当第一材料被注塑到模具型腔中时，该第一材料在销周围流动，结果在凝固的同时形成多个互锁腔36，互锁腔36完全穿过所模制的第一部分延伸。由于销的形状的缘故，所形成的互锁腔36在所模制的第一部分的边界表面35上具有开口38，所述开口38小于互锁腔的相对端处的开口39，如图B2所示。

在模制第一材料以形式注塑模制部件的第一部分之后，移除销。模具被打开，并旋转至第二模具型腔40，封闭模具，并将第二材料注塑到第二模具型腔内。第二材料填充第二模具型腔，接触边界表面35，并流入在第一部分中形成的互锁腔36内，如图B1和B4所示。通过形成比已填充的互锁腔的直径更窄的已凝固的第二材料的颈部分，第二材料在形成在第一材料中的互锁腔内的凝固使得在第一材料和第二材料之间建立机械互锁48，如图B5和B6所示。

在图C1-C6中示出了依照本方法制成的双色注塑模制部件的另一个实施例。双色注塑模制部件50具有由第一材料模制而成的第一部分52和由在至少一个性能上不同于第一材料的第二材料模制而成的第二部分54。图C1-C6中所示的实施例适合于这样的模制部件，其中第二部分由携带干燥剂的塑料构成，第一部分由聚碳酸酯构成，以提供对干燥剂塑料部分的保护，使之免受磨损和/或灰尘。第一部分52为碗状并具有形成边界表面的内侧壁56和外侧壁58。

通过在模具型腔60中注塑模制第一材料以形成注塑模制部件的第一部分，形成注塑模制部件50。模具型腔设置有从模具型腔的壁向内突出的多个销。各销具有邻近模具型腔壁的大直径端和与将要变成第一和第二材料之间的边界的地方相交的小直径端。

类似于图B1-B6所示的实施例，当第一材料被注塑到模具型腔中时，该第一材料在销周围流动，结果在凝固的同时形成多个互锁腔62，所述互锁腔62完全穿过第一部分从形成边界表面的内侧壁56延伸到外侧壁58。每个互锁腔62在边界表面处具有开口64，开口64的直径小于该开口在外侧壁58处的直径。

在形成第一部分52之后，模具被打开，并旋转至第二模具型腔。然后封闭模具，并将第二材料注塑到第二模具型腔内，以形成模制部件的第二部分54。第二材料填充第二模具型腔，接触边界表面，并流入在第一部分52中形成的互锁腔62内，如图C3和C4所示。第二部分在形成在第一部分中的互锁腔内的凝固使得在第一材料和第二材料之间建立机械互锁68，如图C5和C6所示。

参照图D1-D6，描述了本发明的注塑模制方法的另一个实施例，示出了主动互锁的使用。双色注塑模制部件70具有由第一材料形成的第一部分72和由在至少一个性能上不同于第一材料的第二材料形成的第二部分74。第一和第二材料的模制类似于结合图A1-A7所述的方法，除了所述销位于模具型腔中使得该销邻近但不与将要变成第一和第二材料之间的边界的地方相交之外。当第一材料被注塑到模具型腔80中时，该第一材料完全在销周围流动，结果在凝固的同时在第一部分72中形成多个互锁腔76，互锁腔76通过如图D4所示的由第一材料形成的薄壁78与第二模具型腔隔离开。该壁的厚度范围为约0.005英寸到约0.010英寸(0.125mm到0.250mm)。

当第二材料被注塑到第二模具型腔中时，来自注塑的填充压力击破该壁78，从而允许第二材料流入在第一部分72中形成的互锁腔76内，如图D5和D6所示。第二材料在互锁腔76中的凝固使得在第一和第二材料之间建立机械互锁82。另外，当互锁腔的薄壁区段被击破时，第二材料围绕壁的击破部分流动，以建立额外的机械锚固件84，如图D1和D3所示，锚固件84进一步阻止两种材料被拉开。

图E1和E2显示了依照本技术的方法制成的注塑模制部件的另一个实施例。使用结合图A1-A7所述的模制方法模制部件90。第一部分92由可以弯曲的第一材料例如聚碳酸酯模制而成，如图E2所示，并具有能够使部件的第一部分被用作一种弹簧的记忆性能(memory)。第二部分94由第二材料例如携带干燥剂的塑料模制而成。

在此详尽、清楚、简明和精确地描述了本发明，以便使所属技术领域的技术人员实践本发明。应当理解，上文描述了本发明的优选实施例和示例，在不脱离权利要求书中所阐述的本发明的精神或范围的情况下，在此可以进行各种改变。

Claims (25)

1.一种模制由至少两种材料形成的模制部件的方法，该方法包括以下步骤：

(a)将第一熔化材料注射到模具内，使所述第一材料形成所述模制部件的第一部分，所述模制部件的第一部分具有边界表面和邻近所述边界表面形成的至少一个互锁腔；

(b)将第二熔化材料注射到所述模具内，使所述第二材料接触所述边界表面，并流入邻近所述边界表面的所述互锁腔内，和

(c)使所述第二材料冷却和凝固，由此，所述第二材料在所述互锁腔中的凝固使得在第一材料和第二材料之间形成机械互锁，所述机械互锁阻止第一和第二材料被分开。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述互锁腔在所述边界表面处具有开口，所述开口小于所述互锁腔的直径。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述互锁腔在所述边界表面处具有开口，所述开口小于所述互锁腔的直径的一半。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述互锁腔被由所述第一材料形成的壁封闭，该壁的厚度在约0.005英寸到约0.010英寸范围内，并且其中，所述第二材料注射到所述模具内产生的填充压力击破所述壁，以允许所述第二材料流入所述互锁腔内。

5.如前述任一权利要求所述的方法，其中，所述模制部件的第一部分具有邻近所述边界表面形成的多个互锁腔。

6.如前述任一权利要求所述的方法，其中，所述第一材料或第二材料中的至少一个包括热塑性聚合物。

7.如前述任一权利要求所述的方法，其中，所述第一材料和第二材料是不同的。

8.如权利要求1-6所述的方法，其中，所述第一材料和第二材料是相似的。

9.如权利要求1-7所述的方法，其中，所述第一材料包括聚碳酸酯树脂，所述第二材料包括携带干燥剂的聚合物。

10.如前述任一权利要求所述的方法，其中，所述第一材料或第二材料中的至少一个包括携带干燥剂的聚合物。

11.如权利要求10所述的方法，其中，所述携带干燥剂的聚合物包括干燥剂和至少一种聚合物。

12.如权利要求10或11所述的方法，其中，所述携带干燥剂的聚合物包括干燥剂和至少两种不混溶的聚合物。

13.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个互锁腔由插入所述模具中的销形成。

14.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二材料在双色注塑模具中被注塑模制。

15.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一材料和第二材料在包覆模制方法中被注塑模制。

16.一种由至少两种材料形成的注塑模制部件，该模制部件包括：

(a)形成所述模制部件的第一部分的第一材料，所述第一部分具有边界表面和邻近边界表面形成的至少一个互锁腔；

(b)形成所述模制部件的第二部分的第二材料，使所述第二材料接触所述边界表面并填充邻近所述边界表面的所述互锁腔，从而在所述第一材料和所述第二材料之间形成机械互锁，所述机械互锁阻止第一材料和第二材料被分开。

17.如权利要求16所述的注塑模制部件，其中，所述机械互锁具有比所述互锁腔直径窄的颈部。

18.如权利要求16或17所述的注塑模制部件，其中，所述模制部件的第一部分具有邻近所述边界表面形成的多个空腔。

19.如权利要求16-18所述的注塑模制部件，其中，所述第一材料或第二材料中的至少一个包括热塑性聚合物。

20.如权利要求16-19所述的注塑模制部件，其中，所述第一材料和第二材料是不同的。

21.如权利要求16-19所述的注塑模制部件，其中，所述第一材料和第二材料是相似的。

22.如权利要求16-20所述的注塑模制部件，其中，所述第一材料包括聚碳酸酯树脂，所述第二材料包括携带干燥剂的聚合物。

23.如权利要求16-22所述的注塑模制部件，其中，所述第一材料或第二材料中的至少一个包括携带干燥剂的聚合物。

24.如权利要求23所述的注塑模制部件，其中，所述携带干燥剂的聚合物包括干燥剂和至少一种聚合物。

25.如权利要求23或24所述的注塑模制部件，其中，所述携带干燥剂的聚合物包括干燥剂和至少两种不混溶的聚合物。

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