CN101610887A - 动态模型工具 - Google Patents
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Abstract
一种将要布置于具有基本上平行的压力表面的压力机中的用于生产硬质膨胀聚合物胚体的模型工具，该模型工具包括可在与压力表面垂直的方向上相对彼此移动的第一模型元件和第二模型元件，以及在这种相对运动的至少一部分期间在第一和第二模型元件之间提供基本上气密性密封从而限定可变体积的闭合模腔的密封装置，其中第一模型元件限定模腔体积的至少一部分并且包括外周边缘，并且第二模型元件包括闭合地限定第一模型元件的外周边缘的边框并且其中密封装置布置于形成于边框和外周边缘之间的间隙中。
Description
技术领域
本发明涉及模型工具，更具体地，本发明涉及布置于具有基本上平行的压力表面的压力机中的用于生产硬质膨胀聚合物胚体的模型工具。
背景技术
现在，广泛使用PVC基硬质泡沫聚合体材料，主要在航海或航空业中作为层状结构中的芯部材料，或者在建筑业用作热/声绝缘体。在层状结构中，芯部间隔开两个结构上更加硬质的材料，比如纤维增强塑料(FRP)、金属等。这种层状结构与更传统的单层结构相比具有很多优点，比如较低的重量、绝缘性等。虽然其它硬质泡沫聚合体材料，比如发泡聚氨酯等能使用流线型连续挤出方法生产，但是PVC基硬质泡沫聚合体材料的生产涉及压力机中离散的部分膨胀体(下文中称为胚体)在高压下的模塑。胚体随后经受化学物理处理以获得硬质泡沫聚合体材料。
更具体地，PVC基硬质泡沫聚合体材料的生长工艺最初涉及由粉末(PVC和其它化合物)和液体物质(尤其是异氰酸盐)的混合物所构成的塑料溶胶膏体的形成。膏体填充在闭合模腔内并且在高压下经受加热和随后冷却过程，产生部分膨胀的胚体。胚体然后通过在水和/或蒸汽炉中额外的热处理进一步膨胀。最终硬质发泡材料的形成是材料中呈现的异氰酸盐组的水解反应的结果，随后构建交联化学结构的聚合体。
目前，用于生产胚体的方法涉及用相对于成品中聚合体含量而言过剩量的膏体填充每个模型。过剩的量然后可以在模塑过程期间从模具漏出。模塑过程包括在闭合模型中加热塑料溶胶，从而由塑料溶胶的热膨胀和溶解在其中的发泡剂的活化而产生高压。在这个膨胀步骤期间，过剩的量可以漏出。塑料溶胶在升高的温度下保持预定时间以允许塑料溶胶成胶状，此后模腔冷却至足够低的温度以从模型移走胚体。过剩的量大约等于离开模型的产品重量的大约8％。
过剩的膏体从模型的顶缘出现。随后这里存在不可回收的废料，因为PVC成胶状并且一些发泡剂物质在高温下退化。
Olivier Giacoma于2000年2月15日申请的US6352421通过提供第二模型隔室解决了膏体在加热步骤期间从模型脱离的问题，过剩的膏体在加热步骤期间供给入第二模型隔室，并且少部分膏体可以从第二模型隔室脱离进入周边废料收集槽。根据所公开的方法，膏体从顶部填充在主模型隔室中，在加热膏体期间膨胀大约8％并且过剩的膏体由连接槽供给至第二隔室。第二隔室具有稍微小于主隔室8％的体积。因此，废料的量减少至第二隔室体积的大约8％，这大致等于主隔室体积的0.64％。
Lindemann于1950年12月5日申请的US2768407涉及从热塑料体生产闭室单元体。其声明现有技术中的问题在于实际上在加热阶段期间不可能将由包含膨胀剂的物质填充的模型保持为完全密封。并且建议了这个问题的一个解决方案：通过在气体已经在压力下溶解于物质中并且物质已经完全胶质化之后将模型的体积膨胀原始体积的1/5至2/5。建议使用具有可移动模的模型，并且其声明必须应用高压力例如150-300标准大气压(巴)来减缓膨胀剂的分解以及引起气体溶解。其还声明适合的热塑料包括聚氯乙烯。
发明内容
本发明的目标是提供一种用于生产硬质膨胀聚合物胚体的新模型工具，其克服了现有技术的缺点。这通过如独立权利要求所限定的模型工具来实现。
类似于所有材料生产工艺，在生产硬质膨胀聚合物材料时模塑胚体的重要参数是例如材料消耗、能耗、工作流程和完全生产时间。所建议的模型工具就这些参数的至少一个而言优于现有技术。
本发明的实施例在从属权利要求中限定。
附图说明
本发明将参照附图在下面详细地进行描述，其中：
图1是根据本发明的模型工具10的第一实施例的示意性透视图。
图2a至2d示意性地示出图1的模型工具在模塑胚体的不同阶段中沿着A-A的横截视图。
图3示意性地示出根据图2的4个模型工具10，它们在压力机中在相互的顶部上叠置，并且具有布置于每个模型工具的两侧上的温度控制板。
图4a至4c示出模型工具的再一实施例。
图5示出模型工具的再一实施例。
图6a和6b示出定位于填充位置的模型工具。
图7示意性地示出根据本发明的压力机系统的一个实施例的横截视图。
图8示意性地示出根据本发明的压力机系统的一个实施例的横截视图。
图9示意性地示出根据本发明的压力机系统的一个实施例的横截视图。
具体实施方式
本公开的模型工具将用于具有基本上平行的压力表面的压力机中，压力机用于在生产过程的加热和冷却步骤期间将需要的压力施加在模型上。压力机可以是常规的大规模设备压力机或任何适合的压力机系统，其能在模腔中提供需要的压力以便获得期望的材料性质。根据一个实施例，压力机包括在生产过程期间加热和/或冷却模型工具的温度控制装置。可选地，模型工具能设有适合的温度控制装置。
图1是根据本发明的模型工具10的第一实施例的示意性透视图。模型工具10包括第一模型元件20和第二模型元件30。在图1中模型工具10示出处于打开状态，其中第二模型元件30提升离开第一模型元件20并且翻转。第一模型元件20中的凹陷50限定一部分模腔体积(下文也称为50)并且密封装置40沿着第一模型元件20的外周边缘装配。图2a至2c示意性地示出图1的模型工具10在模塑胚体的不同阶段中沿着A-A的横截面。如在图2a和2b中能看到的，第一模型元件20和第二模型元件30可相对于彼此在与压力机系统的压力表面(参见图3)垂直的方向上移动，并且密封装置40布置来在这种相对运动的至少一部分期间在第一模型元件20和第二模型元件30之间提供基本上气密的密封，以便在模腔内保持期望的压力。第一模型元件20和第二模型元件30一起包围并且限定可变体积的闭合模腔50(在图2a和2b中，腔50示出为填充有塑料溶胶)。
在公开的示例中，模腔50形成为产生平状矩形板状的胚体，其在工艺的稍后阶段中进一步膨胀并且弯曲以形成具有优良机械性能的硬质聚合物泡沫材料的面板。根据成品硬质泡沫材料的应用，模腔可以具有不同的形状，比如球形、管状、圆柱形等。
根据公开的实施例，第一和第二模型元件20和30的每一个分别包括与相应压力表面平行并且布置为与相应压力表面相邻的主壁60和70(参见图3)。第一模型元件20包括基本上垂直的侧壁80，其限定主壁60，侧壁80的外周边90形成第一模型元件20的外周边缘，在此处装配密封装置40。
第二模型元件30包括边框100，其闭合地限定第一模型元件的外周边缘90，并且密封装置40布置来密封形成于边框100和外周边缘90之间的间隙。
如上所述，在图2a中模腔50填充有塑料溶胶。为了在模腔50填充由塑料溶胶时实现在模型元件20和30之间捕获的空气的排出，在公开的实施例中，第二模型元件30(顶部的一个)设有小的排出口180。排出口180形成为允许空气通过，但是防止塑料溶胶从模腔50脱离。根据一个实施例，排出口180如此小以使得塑料溶胶自身由于高粘性而闭合开口，由此仅允许少量的塑料溶胶泄漏出模型。然而，可使用其它类型的自闭合排出口，比如阀型开口，其中塑料溶胶作用在阀体上以闭合开口。为了便于将胚体110从模型元件20和30移走，排出口形成为避免胶质化的胚体在这里粘住。避免这种情况的一种方法是形成具有对着腔打开的宽阔端部的锥形排出口以及对着模型外侧打开的小顶端开口。如将在下面示出的，模型工具10适合用于具有平行压力平面的压力机系统中，由此小顶端开口由压力平面覆盖并且开口面积进一步减少。如上面所讨论的，模塑工艺包括在闭合模型中加热塑料溶胶，从而通过塑料溶胶的热膨胀和溶解于其中的发泡剂的活化产生高压。塑料溶胶保持在升高的温度下预定的时间以允许塑料溶胶胶质化，此后模型工具10冷却至足够低的温度以允许胚体110从模型工具移走。图2b示出生产工艺的加热步骤之后的模型工具10，其中根据塑料溶胶混合物的类型以及使用的工艺参数，模腔体积与填充体积相比已经允许增大5至20％。图2c示出在第二模型元件提升离开第一元件时的模型工具，由此压缩的胚体110由于内部扩张力而开始从模型工具10弹出，并且图2d示出在从第一模型元件20弹出之后的松弛的胚体。在图2b至2d中，所产生的第一和第二模型元件20和30各自的相对移动为了示出的目的而放大，由此形成于侧壁80的上表面和第二模型元件的主壁70之间的过剩的材料120表示将被移走的废料的主要体积。然而，在生产规模的模型工具10中，过剩的材料120将小于先前可接受的8％的泄漏体积。排出口180在与过剩材料120一起移走的胶质化胚体上产生突起190。
与具有可变模腔体积的常规柱塞型模型工具相比，所公开的实施例能全部用较薄的主壁60、70制成，由此所得到的模型工具的高度能保持尽可能低，由此大量的模型工具10能在预定尺寸(高度)的一个压力机中处理。此外，薄的主壁60、70促进模腔50内更精确的温度控制，这是很重要的。因此，所产生的过剩材料120得到补偿。此外，由于胚体110的至少一部分在侧壁80的上表面之上并且甚至是上方延伸，胚体110易于在模型工具打开时自己从模型工具自动地弹出，常规柱塞模型工具中并非一直是这种情况。
图3示意性地示出根据图2的4个模型工具10，它们在压力机130中在相互的顶部上叠置，并且具有布置在每个模型工具10的两侧上的温度控制板140。压力机130能是将期望的压力施加在模型工具堆叠上的任何类型压力机。温度控制板140设有加热/冷却介质150的导管。从这个附图中，相对于温度控制和总体工具高度而言，薄的主壁60、70的好处是明显的。同时能堆叠在一个压力机130中的模型工具10的数目受到压力机相对于在膨胀过程之后从压力机移走模型工具所需的高度而言的开口高度的限制。在一个实施例中，胚体110在仍然处于压力机130中时从模型工具10移走，如能从图2d中看到的，这在第一模型元件20之上需要相当量的空间。在另一个实施例中，模型工具10在其打开之前从压力机130移走并且允许胚体110弹出。
模型元件20、30可由具有适当导热性的任何适合的硬质材料构成。其举例来说由金属比如铝、不锈钢等构成。可选地，或组合地，其可由复合材料比如纤维增强塑料构成。
图4a至4c示出再一实施例，其中第二模型元件30还限定最初填充体积50的一部分，并且因而还包括以与第一模型元件20相同的方式限定主壁70的侧壁150。第二模型元件30的边框100然后形成为侧壁150的延伸。与上面的实施例相比较，这个模型工具10必须在闭合位置中填充，但是如将在下面解释的，在闭合状态下填充模型与在打开状态下填充第一模型元件并且之后将第二模型元件施加至其上相比具有几个方面的优点。
由于模塑工艺期间模型中的高压；直到并且超过200个标准大气压，模型元件20、30的侧壁80、150优选地设计为保持外周边缘90和边框100之间的间隙的尺寸。根据一个实施例，侧壁80、150如此定尺寸以使得外周边缘90和边框100之间的间隙的减小在200个标准大气压的内部压力时小于25％，优选地小于20％并且最优选地小于15％。
图5示出模型工具的一个示例，其中侧壁80的下部具有较大横截面宽度以便在没有显著变形之下承受所涉及的高压，但是其中上部85较薄以便最小化产生的过剩材料120。
在模塑期间，塑料溶胶与间隙中的密封装置40相接触并且将高压施加在密封装置40上。为了保持密封装置40在原位，外周边缘90形成为保持密封装置40。对于塑料溶胶和密封装置40的一些组合，塑料溶胶牢固地粘着至密封装置40，因为密封装置40的材料特性和/或物理形状。在一些实施例中，由于高压等，密封装置40粘着至胚体110，和/或密封装置40的退化，可能需要密封装置40必须在每个模塑循环之后替换。通过成形周边边缘90和密封装置40，以使得密封装置40与模塑的胚体110一起从模型元件20分离，如图2b中所示，移走密封装置的步骤省略。由于用所公开的模型工具10生产的胚体110要求过剩的材料120在模塑之后移除，附着于此的密封装置40将在相同的过程中移走。
根据一个实施例，密封装置40包括弹性材料的密封元件，举例来说，由橡胶、硅胶等构成的。如图中所示，弹性材料的密封元件可具有圆形横截面或可选地具有一个或多个凸缘以获得期望的密封效果。
为了避免胚体上的表面缺陷，非常重要的是基本上所有空气在模塑循环开始之前从模型工具10排出。为了避免空气在模型工具10中的俘获，在模型定位于填充位置时，排出口160能布置于模腔50的最高点处或在其附近。图6a示出具有塑料溶胶入口170以及排出口160的模型工具10。图6a中，模型工具10定位于填充位置，其中模型倾斜以使得排出口160基本上定位于模腔50的最高点处。塑料溶胶入口170可布置于模腔50的下部区域中，但是也可以根据塑料溶胶的粘性布置于中间或甚至高位置。图6b示出矩形模腔50的示意性视图，其定位为排出口160处于最上角部处并且塑料溶胶入口170处于最下角部处以确保模腔的完全排空，而不管塑料溶胶的粘性。在模腔完全填满时，入口170和出口160气密地闭合。
如上所述，塑料溶胶在模塑过程期间的膨胀在5和20％之间并且在这个过程期间重要的是在模型中保持高压。然而在某些环境之下，模型中产生的压力会由于不适当的塑料溶胶混合物或过分填满而达到极端水平。根据一个实施例，模型工具设计为使得可移动模型元件在模腔50的体积相对于填满体积而言增大6和20％之间的预定值时提供基本上气密的密封效果，此后密封效果布置为降低以避免模腔中的过度压力。根据可选实施例，密封效果逐渐降低。而且，模型元件之一可设计为提供可调节的膨胀限制。
在生产平状面板时，期望可移动模型元件20和30在模塑期间保持平行。在非平行表面的情况下，模塑的面板必须进行加工以使得主表面平行，这导致另外的废料。根据图7至9中公开的一个实施例，提供了一种压力机系统130，其使用根据上面的可变体积的多个模型工具10生产硬质膨胀聚合物胚体。压力机系统130包括基本上平行的主压力表面130a和130b，以及多个中间温度控制板140。压力机系统130布置来以可选的方式在温度控制板140之间接收模型工具10，并且为了给所有模型工具10提供平行压力表面，压力机系统130包括平行装置200，其布置来在模塑过程期间保持温度控制板140平行。平行装置200能是不同类型的，只要在压力机系统130中为所有模型工具获得平行压力表面。根据图7中公开的实施例，平行装置包括在每对温度控制板140之间对称地布置的3个或更多个压缩弹簧元件210。弹簧元件210被选择并且放置为使得获得较平的相反力并且所有温度控制板140保持平行，因此字面上对称地布置。根据图8中公开的实施例，平行装置在温度控制板140上包括细长的导向件220和相关的导向区块230。图9中公开的实施例在每对温度控制板140之间包括对称地布置的3个或更多个移动限制元件240。移动限制元件240形成为通过由每个移动限制元件240处的局部移动增加的相反力的施加来阻碍温度控制板超过预定点的继续移动。根据图9中公开的实施例，每个移动限制元件240由附接至温度控制板140顶面的螺纹螺栓250以及在向上方向上附着至邻近温度控制板140底面的套筒260构成。螺纹螺栓在上端处具有凸缘270，并且套筒在其下端处具有内部凸缘280。套筒260布置为使得其限定螺栓250的上端并且压缩弹簧290布置于螺栓凸缘270和套筒内部凸缘280之间。选择弹簧290来提供保持板平行所需的相反力。螺栓的螺纹允许调节限制特性，并且能改变最终模塑体积。
Claims (18)
1.一种模型工具，其被布置于具有基本上平行的压力表面的压力机中，用于生产硬质膨胀聚合物胚体，所述模型工具包括可在与压力表面垂直的方向上相对彼此移动的第一模型元件和第二模型元件，以及在这种相对运动的至少一部分期间在第一和第二模型元件之间提供基本上气密性密封从而限定可变体积的闭合模腔的密封装置，其中第一模型元件限定模腔体积的至少一部分并且包括外周边缘，并且第二模型元件包括闭合地限定第一模型元件的外周边缘的边框，并且其中密封装置布置于形成于边框和外周边缘之间的间隙中。
2.根据权利要求1的模型工具，其中要模塑的胚体成形为平状面板，其中第一和第二模型元件的每一个包括与相应压力表面平行并且布置为与相应压力表面相邻的主壁，并且其中第一模型元件包括限定主壁的基本上垂直的侧壁，侧壁的外周边形成外周边缘。
3.根据权利要求2的模型工具，其中主壁具有基本上相同的热性质。
4.根据权利要求3的模型工具，其中主壁由相同材料制成并且具有基本上相同的厚度。
5.根据权利要求2至4的任何一个的模型工具，其中主壁由金属比如铝、不锈钢等制成。
6.根据权利要求2至5的任何一个的模型工具，其中第二模型元件包括限定主壁的侧壁，以及边框形成为侧壁的延伸。
7.根据权利要求2至6的任何一个的模型工具，其中侧壁定尺寸为使得外周边缘(90)和边框(100)之间的间隙的减少在200个标准大气压的内部压力下小于25％，优选地小于20％并且最优选地小于15％。
8.根据前述权利要求的任何一个的模型工具，其中外周边缘形成为保持密封装置。
9.根据权利要求8的模型工具，其中外周边缘形成为在暴露至模型压力时支撑密封装置，但是允许密封装置与被模塑的胚体连接和分离。
10.根据前述权利要求的任何一个的模型工具，其中密封装置包括弹性材料的密封元件。
11.根据权利要求10的模型工具，其中弹性材料的密封元件是橡胶O形环。
12.根据前述权利要求的任何一个的模型工具，其中在模型工具定位于填充位置时，排出口布置于模腔的最高点处或最高点附近。
13.一种具有可变体积的闭合模腔的用于生产硬质膨胀聚合物胚体的模型工具，该模型工具至少包括一个固定元件以及一个使得模腔体积在模塑期间可改变的可移动元件，以及在模腔体积相对于填充体积而言增大6％和20％之间的预定值时在固定和可移动元件之间提供基本上气密的密封的密封装置，此后密封效果被布置为降低以避免模腔中的过度压力。
14.根据权利要求13的模型工具，其中密封效果逐渐降低。
15.一种用于生产硬质膨胀聚合物胚体的压力机系统，其包括基本上平行的压力表面以及布置于压力表面之间的多个温度控制板(140)，其中该压力机系统被布置来以可选方式在温度控制板(140)之间接收根据前述权利要求的模型工具，并且其中该压力机系统包括被布置成在模塑过程期间保持温度控制板(140)平行的平行装置。
16.根据权利要求15的压力机系统，其中平行装置在温度控制板上包括细长的导向件以及相关的导向区块。
17.根据权利要求15的压力机系统，其中平行装置包括在每对温度控制板之间的对称地布置的3个或更多个压缩弹簧元件。
18.根据权利要求15的压力机系统，其中平行装置包括在每对温度控制板之间的对称地布置的3个或更多个移动限制元件。
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