CN101784377B - 使用注射模制设备模制具有不定长度的物品的方法 - Google Patents

Abstract

一种模制具有不定长度的物品的方法。将熔融材料的第一部分注入包括固定模板和活动模板的模具中并使其固化，以在第一位置处形成固态材料的第一部分；活动模板按照指定方向移动以打开模具，并在所述指定方向上移动该材料到与模具相通的第二位置，活动模板接着在相反方向上移动以闭合模具；熔融材料的另一部分被注入模具并固化，以形成紧密接合到所述第一部分的固态材料的另一部分。重复上述步骤，以形成包括材料的所述第一部分和所述另一部分的物品，所述第一部分和所述另一部分接合在一起以成为一个具有不定长度的线性排列。

Description

使用注射模制设备模制具有不定长度的物品的方法

技术领域

本发明涉及模制工艺的应用，其能够制造具有不定长度的物品，又不存在由于现有工艺中的塑料材料挤压成型或金属连续铸造而导致的许多限制或高成本问题，而上述现有工艺是制造具有不定长度的模制物品的传统工艺。

本发明特别适用于由塑料材料模制出例如管道的管状产品。本发明还特别适用于由回收的塑料材料和其它难以通过挤压成型工艺成型的塑料材料来模制产品。

背景技术

已经开发出多种用于塑料材料的注射模制工艺，用来制造由相关模具的尺寸限定出的具有固定指定尺寸的物品。为了注射模制出具有大尺寸的物品，这就需要大型的模具从而需要高成本，其中不但包含模具本身的成本，而且包含在所需压力下注射所需数量的熔融塑料材料而要用到的大尺寸机械设备的成本。

已经开发出了多种包覆成型工艺，由此由第二材料制成的结构可被直接注射模制在之前由第一材料注射模制而成的部件的表面上，但是，这些包覆成型件的尺寸还是受到模具尺寸和用来制造这些包覆成型件的塑料成型设备的尺寸的限制。

具有不定长度的塑料物品可以通过挤压成型工艺模制出来。在这些工艺中，熔融材料自孔口被挤出，并接着在孔口外部快速冷却以形成固态产品。挤压成型工艺通常局限于制造具有恒定截面的产品，尽管已经开发出了采用位于孔口内部或周围的运动部件的先进系统，并由此能在挤压成型过程中形成截面的变化，但是这些系统需要非常高成本的模具和控制系统。

与注射模制工艺比较，挤压成型工艺通常需要更先进的设备，这些设备对于温度和生产率的控制程度更高。挤压成型工艺通常还要求物理性能具有较小的容限，并对所使用的塑料供给材料的均匀程度要求较高。但由于回收的塑料材料的性能会产生非常显著的变化，因此使得挤压成型工艺通常不适用于回收的塑料材料。

某些未掺杂塑料材料(例如PET)并不特别适用于挤压成型，这是由于在加工时其流变性能在很大程度上取决于温度，而在工业制造环境中对所需温度的控制已经证明几乎是不可能的。

因此就需要有这样一种工艺，该工艺不但能够具有挤压成型工艺的制造具有不定长度产品的能力，而且简单、耐用、成本低、控制简单，还能允许注射模制工艺的进料多样化。

本发明的目的在于提供一种解决这些难题的模制工艺。

发明内容

因此，在一方面，本发明提供一种模制具有不定长度的物品的方法，所述方法包括如下步骤：

(i)将熔融材料的第一部分注入包括固定模板和活动模板的模具中，使得所述材料固化，以在第一位置处形成固态材料的第一部分；

(ii)相对于所述固定模板在指定方向上移动所述活动模板以打开模具，并且按照所述指定方向将所述固态材料的所述第一部分从所述第一位置移动到第二位置，由此在所述第二位置处使所述固态材料的第一部分与模具相通；

(iii)按照与所述指定方向相反的方向相对于所述固定模板移动所述活动模板以闭合模具，使所述固态材料的第一部分与所述模具相通；

(iv)将熔融材料的另一部分注入模具中，并且使得所述另一部分固化，以形成紧密接合到所述固态材料的第一部分上的固态材料的另一部分；

(v)将材料的所述另一部分移动到所述第二位置，由此在所述第二位置处使所述另一部分与所述模具相通，并且与所述第一部分保持接合；以及

(vi)重复步骤(iii)至(v)以形成这样一种物品，该物品包括所述材料的所述第一部分和所述另一部分，所述第一部分和所述另一部分接合在一起以成为一个具有不定长度的线性排列。

优选地，线性排列穿过活动模板。优选地，模制工艺是单腔模制工艺。优选地，被模制的物品为管状，其轴线对准所述指定方向。

在某些实施例中，本发明提供一种连续贯穿模板(through-platen)分层模制/覆盖模制工艺。

附图说明

为了更加完整地理解本发明，现在将只通过实例，并参考附图，来描述本发明的优选实施例和其它元件，附图中：

图1示意表示按照本发明的第一实施例的工艺中的步骤；

图2示意表示按照本发明的第二实施例的工艺中的步骤；

图3示意表示按照本发明的第三实施例的工艺中的步骤；

图4示意表示按照本发明的第四实施例的工艺中的步骤；

图5示意表示按照本发明的第五实施例的工艺中的步骤；以及

图6-10示意表示按照本发明的第六实施例的工艺中的步骤。

对于本发明的不同实施例的描述来说，在每个实施例中具有等同功能的特征的附图标记数字相差一百或几百。

对本发明优选实施方案和其他实施例的描述

图1所示的实施例涉及刚性管的制造。塑料注射模制设备104包括进料斗106，该进料斗为具有机筒和螺杆的注射装置108提供塑料原料颗粒。该塑料注射模制设备104将熔融塑料材料经由固定模板112注入到形成在模具118内的模具空腔116中，模具118固定在活动模板114上，芯体120固定在固定模板上。

图1所示的工艺用来制造具有不定长度的柱形管。空腔116是柱形的并且芯体120也是柱形的。活动模板114具有圆形开口122，其直径为空腔116的圆柱壁的延续。

在步骤1(a)中，可以看到芯体120自固定模板112延伸，居中地穿过空腔116，接着居中地穿过开口122，并从活动模板114伸出。与被模制的管子具有相同的内部和外部直径的管状初始坯料(starting blank)124被保持在开口122内，并且熔融塑料由泵108注入到空腔中。

随后，使空腔116内的塑料固化，并因此在空腔内形成第一模制部分128，该第一模制部分128被接合到初始坯料124上。

在该工艺中的下一个步骤中，将活动模板114以及与其相接附的模具118向右侧移动，如步骤1(b)所示。由此将第一模制部分128沿着芯体剥离下来。但是芯体120的自由端132保留在第一模制部分的最接近固定模板的端部134内。随着模制材料的进一步冷却，它将收缩到芯体120上。

随后通过将活动模板114移动到左侧使之闭合，如图1(c)所示，使得管的第一部分接附到芯体的自由端132上。在模板闭合时，管的第一部分128形成密封空腔的插塞。

随后，熔融塑料的第二部分140被注入空腔内，如图1(d)所示，并使其冷却。第二部分的前端通过熔接(welding)而紧密接合到第一模制件的后端上。如图1(e)所示，活动模板114打开，并将第二模制件140沿着芯体剥离下来。

该工艺接着通过重复参考图1(d)和1(e)描述的步骤来继续。

通过将注入喷头的尺寸增至大于空腔尺寸，并且将注入压力增至大于插塞的阻力，随着该注入工艺的每次工序循环完成而产生的产品体积的增大，可使得插塞在注入过程中滑动。

如图2所示，本发明的第二实施例也涉及制造具有不定长度的柱形管244。连续模制部分228和240之间的接合得到了显著改善，使得管产品的总体强度得以提高。模具218被制成一定形状，使得模具空腔216在其中具有环形台阶230。按照第二实施例进行的工艺通常与第一实施例描述的方式相同，其中的附加特征在于第二模制部分240通过熔接而紧密接合到第一模制部分228上，这种接合是在各模制部分之间的环形台阶230形成的重叠部分之上延伸的。

图2表示了图1所示工艺的变型，由此可增加产品的强度。塑料的连续模制部分228和240被接合在一起，使得每个模制部分覆盖由前道工序得到的模制部分(以台阶的方式)，从而形成重叠接合部242。由于对任何已知的注射模制机来说，重叠部分的长度造成模制件长度的减少，其中模制件的长度可以随着每次工序循环完成而增加，该工艺的生产率取决于活动模板214的行程长度。因此，台阶形重叠部的长度优选地局限于刚好能够提供所需的强度改善的长度。

如图3所示，第三实施例中的工艺用于制造平条带344。包括初始模具空腔316的模具318与活动模板314相接附。随着模具闭合，插塞或初始坯料324被放置到开口322内，以使其密封，如图3(a)所示。第一模制部分328如图3(b)所示被模制。在活动模板314如图3(c)所示被打开时，第一模制部分328被移动以离开固定模板312。在活动模板达到其最大开口时，条带的第一模制部分328被夹具(附图未示出)夹紧，随后如图3(d)所示，活动模板314通过移动到左侧而被闭合，留下第一模制部分328，并使得模具318内的空腔326变空，而且使得模制部分328作为模具端部开口322内的插塞。如图3(e)所示，熔融塑料的第二部分340被注入模具中，以填充模具，并且在其固化时熔融塑料的第二部分与形成空腔壁一部分的第一模制部分328的端部紧密接合。活动模板接着打开，如图3(f)所示，产品被夹紧，活动模板闭合，并且重复该循环工序。

图4所示为第四实施例，表示制造多层产品的工艺的应用。模制空腔416是台阶圆柱形的，其具有延伸至空腔416内的大部分长度的连续内环部分452，以及如图3所示仅在自活动模板414到固定模板412的距离的一部分上延伸的外环部分454。

在以适当的初始坯料424开始之后，除了紧密接合到一起的两个同心管444和445是同时被模制之外，总体操作如同第一实施例描述的那样。注入一种塑料以形成外管445，并注入另一种塑料以形成内管444。两种不同的塑料可具有不同的物理或化学性能，以适于所需的最终用途，和/或不同的颜色可用于不同的塑料。

在图4中，连续模制部分之间的接合部446和447在成品的两个同心层上正好对准。然而优选地是，这些接合部相互偏置，以改善产品的强度。

注射模制领域的普通技术人员将理解到可形成熔融材料流路，从而形成模制塑料产品强度的定向特性。本发明的第四实施例具有可形成多个层的特点，使得可在每个层应用不同的流路，从而形成例如物理上更牢固的产品。

图5所示的第五实施例是利用本发明制造例如金属管道和其它工程型材的现有产品上的涂层的技术。熔融塑料通过固定模板512注入，而不是如前例所述的通过芯体注入。塑料进料斗506和计量/泵508被从前述的固定模板中央的位置移开，使得基底构件549能穿过固定模板512和活动模板514。图5中，基底构件549为一管道，但是作为替代地，可以是另一成形部分。

模具空腔516被安装在活动模板514上，要被涂覆的管道549形成模具空腔526的内壁，使得管道的整个长度通过工艺的连续循环被分段地涂覆。

图6-10表示根据本发明的作为所述第二实施例变型的第六实施例的工艺中的连续步骤，该工艺用来制造具有不定长度的圆柱形管道。由活动模板614形成的空腔616是圆柱形的，除了其中的环形台阶630之外。固定模板612上的杆状芯体620是平滑的圆柱形。模具中环形台阶630的作用是形成模制部分640，该模制部分在其后端688处具有轴向延伸的凸缘部分634，该凸缘部分634具有与模制部分的主体646的内表面平滑相连的内表面635，并且从模制部分的主体646的外壁645的边线向内形成台阶的圆柱形外表面636。

图6中，模具608在注入塑料之前是打开的。活动模板614在箭头“A”所示的方向上移动到左侧。接附到活动模板上的机构656用于从设备的通道658中清理毛刺，机构656的操作将随后在此说明书中被描述。

在图7中，活动模板614移动到了右侧(在与箭头“A”相反的方向上)，沿固定模板612的芯体620滑动，以闭合模具。来自设备的前一工序循环的第一模制部分628被保留在芯体620左端的周围及上面，并且熔融塑料610经由固定模板和活动模板内的通道658被注入(箭头“B”)到模具空腔626中。通道658包括均位于固定模板内的主进料管660、径向通道部分662、两个轴向通道部分664和两个偏置通道部分666，以及位于活动模板内的两个倾斜通道部分668。主进料管660由连接的进料管线进料(见箭头“B”)，该进料管线可以被保温，或者包含加热器670，以便控制熔融物所需的温度。

在图8中，塑料完全充满由活动模板614、芯体620和之前的模制部分628限定的空腔626。塑料的前导部分686围绕着之前模制部分628的拖尾部分(trailing portion)688的外侧流动，随后空腔626内的塑料得以固化，其前端(或者前导部分)686通过熔接紧密接合到之前模制部分628的后端(或者拖尾部分)688，以形成包括连续模制件的环形重叠部642的重叠接合部，在视图的圆形放大部分内对此有更加详细的说明。前端686在其上形成轴向延伸的套筒637，其内表面638紧密接合到凸缘634的外表面636上。套筒637的外表面639与壁646一同平滑地延伸。

如图9所示，对于该工艺的下一个步骤来说，活动模板614沿着芯体移动(如箭头“C”所示)到左侧。刚刚模制的塑料被拉出轴向通道664，在其与径向通道部分662的接合处与进料分离。在模板移动到左侧时，其环形台阶630与模制部分640上的相应台阶641相配合，以将模制部分640移动到左侧，由此将模制部分640沿芯体剥离下来。台阶630具有与图2的台阶230相反的对齐方式，并且这能更容易地通过模板614来移动模制部分。当模制材料进一步冷却时，其在芯体620上收缩。

在该工艺过程中，后端688可在其移动和塑料的另一部分610注入模具608中之间的时间里预热，这使得接合得以改善并提高了接合处的机械强度。

如图9所示，活动模板上的气缸致动器672随后被启动，以将毛刺清理机构656移动到右侧(如箭头“D”所示)。毛刺清理机构上的两个销674由此被按压穿过活动模板的端板676内的孔675，从而将毛刺678从活动模板中清出(箭头“E”所示)。毛刺678在模制部分640的台阶式圆柱表面680处与模制部分640分离。

活动模板614随后被移动到右侧，如图10所示(如箭头“F”所示)，使得管道的模制部分640与芯体的自由端632相接附。毛刺清理机构656的指向前方的栓销682通过毛刺清理机构的主板657在孔口683内滑动。栓销682是活动模板与固定模板接触的第一部分，并且当其滑动回到孔口683内时，主板657被压离(见箭头“G”)活动模板的端部。

本发明工艺的优点在于不会像挤压成型工艺的应用那样，受到熔融流动材料的性能的限制。因此，本发明的工艺特别适用于由回收塑料材料模制产品，由于其各种各样的来源，在任何指定温度下这些回收的塑料材料在其熔融阶段可以具有显著不同的流变性能。本发明的工艺也特别适用于由例如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成的某些塑料模制产品，这些塑料并不特别适用于挤压成型，这是由于小的温度变化对其流变性能就有很大的影响，并且在挤压成型工艺中对这种温度变化的控制很困难。本发明的工艺也特别适用于由纤维加强塑料制成的模制产品，例如玻璃填充尼龙和其它的具有嵌入其中的长加强纤维的塑料，这些纤维加强塑料不适用于挤压成型工艺。本发明的工艺还适用于由极难挤压成型的化学硬化聚合物(chemical-setting polymers)(例如两组材料)模制产品，以及由含有添加剂的塑料模制产品，这些添加剂提供耐UV、防火和防腐性能。

同样，注射模制产品能够比挤压成型产品具有更好的表面光洁度。注射模制能制造具有较高机械强度的物品。气体辅助注射模制系统能用来改善表面光洁度和收缩率。

本发明的某些实施例提供了注射模制管道或型材的有效方法，这是由于模制是在线性方向上进行，并且与活动模板相通。

通过同时或顺序使用两个或多个注射装置，管道或型材的各部分可在圆周方向上制成具有不同的彩色带。

上述的贯穿模板注射模制工艺可以进行变型，使得加工时可接合插入、旋开、拉芯和工具分离技术。本发明的工艺因此适用于形成具有不均匀截面的连续产品，可以是简单的成形表面，也可以在产品上以指定间隔设置大量的突出部或凹坑，该间隔可通过分段的模制工艺中的各递增位置的长度来确定。

虽然上述的所有实施例都是针对塑料的注射模制，该工艺还可适用于黑色金属或有色金属、食品以及陶瓷的模制。

虽然上述内容包括本发明的优选实施例，应该理解到可以将许多变型、改型、改进和/或附加物引入以上描述的构造和配置中，而不偏离本发明的本质特征或精神或范围。

将理解到在此说明书中使用了词汇“包括”以及其变型，例如“包含”和“具有”，除非上下文中有具体说明，这种使用旨在包括所陈述的一种或多种特征，而并不排除其它的一种或多种特征的存在。

在此说明书中，对任何现有技术的引用不是，也不应该被认为是对于该现有技术在澳大利亚成为公知常识的认可或任何形式的暗示。

Claims (8)

1.一种模制具有不定长度的物品的方法，所述方法包括如下步骤：

（i）将熔融材料的第一部分注入包括固定模板和活动模板的模具中，使得所述材料固化，以在第一位置处形成固态材料的第一部分；

（ii）相对于所述固定模板按照指定方向移动所述活动模板以打开模具，并且按照所述指定方向将所述固态材料的第一部分从所述第一位置移动到第二位置，由此在所述第二位置处使所述固态材料的第一部分与模具相通；

（iii）按照与所述指定方向相反的方向相对于所述固定模板移动所述活动模板以闭合模具，使所述固态材料的第一部分与所述模具相通；

（iv）将熔融材料的另一部分注入模具中，并且使得所述另一部分固化，以形成紧密接合到所述固态材料的第一部分上的固态材料的另一部分；

（v）将材料的所述另一部分移动到所述第二位置，由此在所述第二位置处使所述另一部分与所述模具相通，并且与所述第一部分保持接合；以及

（vi）重复步骤（iii）到（v）以形成这样一种物品，该物品包括所述材料的所述第一部分和所述另一部分，所述第一部分和所述另一部分接合在一起以成为一个具有不定长度的线性排列。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述线性排列穿过所述活动模板。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述模制具有不定长度的物品的方法是单腔模制方法。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中所述被模制的物品为管状，其轴线对准所述指定方向。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述熔融材料的另一部分的前导部分按照所述指定方向流过所述固态材料的所述第一部分的拖尾部分并固化，以在所述固态材料的第一部分和所述固态材料的另一部分之间形成接合的重叠接合部。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述熔融材料的另一部分的前导部分流动以围绕所述固态材料的第一部分的拖尾部分形成套筒。

7.如权利要求1或2所述的方法，其中所述熔融材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯。

8.如权利要求1或2所述的方法，其中所述熔融材料是纤维加强塑料。

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