CN106457617A - 具有多材料核芯的感应加热的模具装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种模具装置，包括：核芯部分，其包括核芯表面、第一感应线圈和内核芯，并且其中，所述核芯部分具有核芯部分质量；腔部分，其包括第二感应线圈和腔表面，并且其中，所述腔部分具有腔部分质量；其中，所述内核芯包括非磁性材料，所述核芯表面包括磁性材料，并且所述非磁性材料的密度小于所述磁性材料的密度；并且其中，所述核芯部分质量和所述腔部分质量相差小于或等于5％。

Description

具有多材料核芯的感应加热的模具装置及其使用方法
相关申请的引证
本申请要求于2014年6月27日提交的美国临时申请第62/018,064号的优先权，通过引证将其全部内容并入本文。
技术领域
本文公开了用于形成聚合物部件的方法和装置。更具体地，本文公开了用于压缩和注射模制具有复杂几何形状的聚合物部件的模具装置，其中核芯的质量显著地有利于模具装置的加热和冷却速率。
背景技术
注射模制方法需要将模具表面加热至接近聚合物的注射温度的温度。这通过使用内部和/或外部的热量源将热量传导至模具表面来实现。这种方法涉及超过部件的排出温度(ejection temperature)的聚合物部件的表面温度。因此，在排出部件之前，冷却模具和模制品是必要的。然而，加热和冷却模具延长循环时间，这降低生产效率。此外，由于在一些工艺中要求高压力，因此使用高强度的材料，如钢以形成模具主体(body)。因此，模制循环还受限于通过模具主体的材料的热传递。同样，复杂的三维模具表面可以导致不一致或不均匀的表面温度。温度梯度在模具表面上生成热的和冷的点，这可以负面地影响模制的聚合物部件的表面外观，并且导致更长的循环时间。
因此，对于模具以及能够使用复杂的模具表面几何形状同时产生均匀的表面温度以及降低加热和冷却速率的模制聚合物部件的方法，存在需要。同样，对于能够承受高模具压力的模制装置存在需要。
发明内容
在各种实施方式中，公开了模具装置以及使用其的方法。
在一个实施方式中，模具装置可以包括：核芯部分，其包括核芯表面、第一感应线圈和内核芯，并且其中，核芯部分具有核芯部分质量；腔部分，其包括第二感应线圈和腔表面，并且其中，腔部分具有腔部分质量；其中，内核芯包括非磁性材料，核芯表面包括磁性材料，并且非磁性材料的密度小于磁性材料的密度；并且其中，核芯部分质量和腔部分质量相差小于或等于5％。
在另一个实施方式中，模具装置可以包括：核芯部分，其包括核芯表面、第一感应线圈和内核芯；腔部分，其包括第二感应线圈和腔表面；其中，内核芯包括非磁性材料，核芯表面包括磁性材料，并且非磁性材料的密度小于磁性材料的密度；其中，核芯部分的质量和腔部分的质量相差小于或等于5％；其中，核芯部分和腔部分包括相差小于或等于5％的冷却速率；其中，核芯部分和腔部分包括相差小于或等于5％的加热速率。
在又一个实施方式中，模具装置可以包括：核芯部分，其包括核芯表面、第一感应线圈和具有内核芯密度的陶瓷内核芯；腔部分，其包括第二感应线圈和腔表面，并且其中，腔部分具有腔部分质量；核芯表面包括具有核芯密度的材料，并且内核芯密度小于核芯密度。
在一个实施方式中，用于在本文描述的模具装置中模制聚合物产品的方法可以包括：通过感应加热将核芯表面和腔表面加热；将聚合物材料置于核芯表面和腔表面之间以形成模制品；通过关闭第一感应线圈和第二感应线圈冷却核芯表面和腔表面；打开模具装置；移开模制品。
以下更加具体地描述了这些及其他性质和特征。
附图说明
以下是附图的简要说明，其中相同的要素标号相同，并且为了举例说明本文公开的示例性实施方式的目的将其呈现而不是出于限制其的目的。
图1是模具装置的截面前视图的示意图。
图2是具有复杂几何形状的多个模具表面的截面视图。
图3是具有复杂几何形状的模制品的立体图(isometric view)。
具体实施方式
本文公开了一种模具装置以及使用其的方法。本文中所描述的模具装置利用感应加热并且能够快速地加热和冷却同时在模具的表面上提供均匀的温度分布。认为的是，可以通过去除在模具的核芯中的钢质量(steel mass)且以低密度、高强度的材料代替其来获得在本文中获得的有利的结果，例如，快速的加热和冷却以及均匀的温度分布。该代替材料可以在模具内提供支撑以获得高的腔压力。
模具包括核芯部分和腔部分。核芯部分和腔部分两者均可以包括感应线圈以加热模具的表面。核芯部分可以包括由金属磁性材料制成的核芯表面以及具有低密度、高强度的非磁性材料的内核芯(能够承受高模具压力)。如在本文中使用的，“磁性材料”指的是具有大于或等于0.2特斯拉的饱和通量密度(saturation flux density)的材料。
如在本文中使用的，“高强度”包括可以承受100磅/平方英寸(psi)至25,000psi(7巴至1,724巴)的模制压力的材料。核芯表面可以包括钢、铁、钢、碳、镁、以及包括上述至少一种的组合。内核芯可以包括具有小于0.2特斯拉，具体地小于或等于0.1特斯拉，更具体地小于或等于0.05特斯拉的饱和通量密度的材料。内核芯可以包括陶瓷。例如，内核芯可以是氧化锆、瓷、镁橄榄石、氧化铝、以及包括上述至少一种的组合，如氧化锂瓷(lithiaporcelain)、氧化铝瓷(alumina porcelain)、氧化锆瓷(zirconia porcelain)。可选地，内核芯可以包含氧化锆。内核芯17可以包括具有比核芯表面的材料低的密度的材料。另一感应线圈可以位于内核芯和核芯表面之间。
核芯表面和/或腔表面可以具有复合的几何形状。例如，核芯表面和/或腔表面可以具有包括曲线、拐角、凹陷、突起、弯曲等的截面形状。模具表面的截面几何形状可以包括梯形形状、锯齿形状、正弦形(sinusoidal)、层状的、三角形abs(sin)、摆线形(cycloid-shaped)构造、以及以上述至少一种为特征的组合。
内核芯可以包括具有比核芯表面的材料低的密度的材料。因此，可以达到核芯部分的总体质量的降低。例如，核芯表面的材料的密度与内核芯的材料的密度的比率可以是3:2或更大。形成核芯表面的材料的密度可以大于或等于两倍内核芯的材料的密度。
此外，当核芯和腔部分的质量(mass)平衡时，可以减少加热和冷却循环。例如，核芯和腔可以具有相差小于5％的质量。核芯和腔可以具有相差小于或等于3％的质量。核芯和腔可以包括相差小于或等于1％的质量。
可以通过使液体冷却介质(liquid cooling medium)穿过模具的核芯和腔部分中的至少一个来冷却核芯和腔模具表面以及聚合物。当将核芯和腔表面冷却至预定的喷射温度时，打开模具且排出所形成的聚合物部件。
模具表面可以包括均匀的温度。例如，沿着核芯表面和腔表面在任何一点处的温度可以改变小于或等于3摄氏度(℃)。沿着核芯表面和腔表面在任何一点处的温度可以改变2℃或更小。沿着核芯表面和腔表面在任何一点处的温度可以改变1℃或更小。核芯表面和/或腔表面的温度越过(across)整个表面可以波动小于或等于5％。核芯表面和/或腔表面的温度越过整个表面可以波动小于或等于3％。核芯表面和/或腔表面的温度越过整个表面可以波动小于或等于1％。
核芯表面和腔的冷却和/或加热速率可以是基本上相同的，其可以减小总循环时间。例如，核芯部分和腔部分可以包括相差小于或等于5％的表面冷却速率。核芯部分和腔部分可以包括相差小于或等于3％的表面冷却速率。核芯部分和腔部分可以包括相差小于或等于1％的表面冷却速率。此外，核芯部分和腔部分可以包括相差小于或等于5％的表面加热速率。核芯部分和腔部分可以包括相差小于或等于3％的表面加热速率。此外，核芯部分和腔部分可以包括相差小于或等于1％的表面加热速率。
可以在模具装置中加工的可能的聚合物材料包括热塑性材料、热固性材料、或热塑性材料和热固性材料的组合。热塑性材料可以包括聚碳酸酯，聚酯(如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)和聚(乳酸))、聚酰胺(如脂肪族聚酰胺包括尼龙6、半芳香族聚苯二甲酰胺和芳香族聚酰胺)、聚酰亚胺(如聚醚酰亚胺)、聚酮(如聚(醚醚酮)(PEEK)、聚(醚酮)和聚(芳基醚酮))、聚硫醚(如聚(亚苯基硫醚))、聚砜(如聚(醚砜))、聚丙烯酸酯(如聚(甲基丙烯酸甲酯))、聚缩醛(如聚(氧亚甲基))、聚乙酸酯(如聚(乙酸乙烯基酯))、氟塑料(如聚四氟乙烯)、氯塑料(如聚(氯乙烯)和聚(偏二氯乙烯))、聚乙烯(如高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯)、聚氨酯、聚丙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)共聚物、苯乙烯丙烯腈(SAN)共聚物、聚亚苯基(polyphenylene)、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚己内酯、聚丁烯、聚丁二烯、包括上述至少一种或多种的共聚物、或者包括上述至少一种或多种的共混物。例如，热塑性材料可以包括聚碳酸酯/ABS共混物(CYCOLOYTM树脂，可商业获得自SABIC’s Innovative Plastics business)，共聚碳酸酯-聚酯，丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈(ASA)(可商业获得自SABIC’s Innovative Plastics business的GELOYTM树脂)，聚亚苯基醚/聚酰胺的共混物(来自SABIC’s Innovative Plastics business的NORYL GTXTM树脂)，聚碳酸酯/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的共混物，聚对苯二甲酸丁二醇酯和抗冲改性剂(可商业获得自SABIC’s Innovative Plasticsbusiness的XENOYTM树脂)，聚碳酸酯(LEXANTM和LEXANTM EXL树脂，可商业获得自SABIC’sInnovative Plastics business)，聚(甲基)丙烯酸甲基酯(PMMA)封端的聚碳酸酯，聚醚酰亚胺(ULTEMTM聚醚酰亚胺树脂(例如，EC006PXQTM和/或EC008PXQTM)或SILTEMTM，两者都可商业获得自SABIC’s Innovative Plastics business)。
聚合物材料可以包含填料。填料的非限制性实例包括二氧化硅粉末，如熔融二氧化硅、结晶二氧化硅、天然硅砂以及各种硅烷涂覆的二氧化硅；氮化硼粉末和硼硅酸盐粉末；氧化铝和镁氧化物(或氧化镁)；包括表面处理的硅灰石的硅灰石；硫酸钙(如例如，它的酸酐、二水合物或三水合物)；碳酸钙，包括白垩、石灰石、大理石以及合成的沉淀碳酸钙，通常以研磨颗粒的形式，其通常包含大于或等于98wt％的CaCO3，其余量为其他无机物如碳酸镁、氧化铁和铝硅酸盐；表面处理的碳酸钙；滑石，包括纤维状、模块状、针状和片状滑石；玻璃球，中空和实心的，以及通常具有偶联剂如硅烷偶联剂和/或含有导电涂层的表面处理的玻璃球；高岭土包括硬的、软的、煅烧的高岭土，以及包括促进在热固性树脂中的分散和相容性的各种涂层的高岭土；云母，包括金属化云母以及用氨基硅烷或丙烯酰基硅烷涂层表面处理的云母以赋予混合的(compounded)共混物良好的物理性；长石和霞长石(霞石正长岩，nepheline syenite)；硅酸盐球；烟尘；空心微珠(cenosphere)；铝硅酸镁盐(fillite)；铝硅酸盐(aluminosilicate)(armospheres)，包括硅烷化和金属化的铝硅酸盐；石英；石英岩；珍珠岩；硅藻岩(tripoli)；硅藻土；碳化硅；硫化钼；硫化锌；硅酸铝(莫来石)；合成硅酸钙；硅酸锆；钛酸钡；钡铁氧体；硫酸钡和重晶石；颗粒或纤维状铝、青铜、锌、铜和镍；碳黑，包括导电碳黑；和石墨，如石墨粉末。
填料可以具有大于1的高径比(aspect ratio)。这样的填料可以以片、晶须、纤维、针、棒、管、股、细长小片、片状小片、椭圆体、微纤维、纳米纤维、纳米管、细长富勒烯等的形式存在。当这种填料以聚集体(aggregate)的形式存在时，具有大于1的高径比的聚集体也将是足够的。在本领域中熟知的这种填料的实例包括在“Plastic Additives Handbook，第5版”Hans Zweifel编辑，Carl Hanser Verlag出版社，Munich，2001中描述的那些。
具有大于1的高径比的片的非限制性实例包括玻璃片、片状碳化硅、二硼化铝、铝片、和钢片(steel flakes)。纤维填料的非限制性实例包括加工的矿物纤维，如衍生自包含硅酸铝，氧化铝，氧化镁，硫酸钙半水合物，硼纤维，陶瓷纤维如碳化硅，以及来自铝、硼和硅的混合氧化物的纤维中的至少一种的共混物的那些，由3M Co.,，St.Paul，MN，USA以商品名称NEXTELTM出售；以及天然纤维，包括木粉、纤维素、棉花、剑麻、黄麻、淀粉、软木粉、木质素、磨碎的坚果壳、玉米、稻谷壳、布、大麻布、毡和天然纤维素织物如牛皮纸(Kraft paper)、棉纸、和含玻璃纤维的纸。可以使用合成的加强纤维以提供大于热塑性材料的玻璃化转变温度的合成纤维的玻璃化转变温度。合适的合成纤维包括聚酯纤维，如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和聚(对苯二甲酸丁二醇酯)、聚(乙烯醇)纤维、聚芳酯(polyarylate)、聚乙烯、芳香族聚酰胺纤维、聚苯并咪唑纤维、聚(亚苯基硫醚)纤维、聚(醚醚酮)纤维、聚四氟乙烯纤维、丙烯酸树脂纤维、具有高热稳定性的高韧性纤维(包括芳香族聚酰胺、聚芳酰胺(polyaramid)纤维如Kevlar(Du Pont的产品)、聚酰亚胺纤维如聚酰亚胺2080和PBZ纤维(均为DowChemical Company的产品)和聚醚酰亚胺纤维)；聚(醚醚酮)纤维，聚苯并噁唑纤维等。也考虑了纤维填料，如玄武岩纤维，包含纺织玻璃纤维和石英。
填料可以包含玻璃纤维。可以由在本领域中的技术人员已知的任何类型的可纤维化玻璃组合物形成有用的玻璃纤维，并且包括由通常已知为“E-玻璃”、“A-玻璃”、“C-玻璃”、“D-玻璃”、“R-玻璃”、“S-玻璃”以及不含氟和/或不含硼的E-玻璃衍生物的可纤维化玻璃组合物制备的那些。这种组合物以及由其制备玻璃纤丝的方法对本领域的技术人员是熟知的，且更详细的描述不是必需的。
填料可以包括碳纤维。碳纤维可以具有3.5纳米至5微米、具体地4至100纳米、更具体地5至10纳米的平均直径。碳纤维可以是气相生长碳纤维。碳纤维可以包括碳纳米管。碳纳米管可以具有最高至132,000,000:1的长度与直径比。碳纳米管可以包括单壁纳米管和/或多壁纳米管。
可以将填料与各种涂层一起使用，包括，例如，金属涂层和硅烷涂层。
通常，存在于热塑性组合物中的可选的纤维性填料的量可以是最高至基于组合物总重量的70重量百分数(wt％)(例如，大于0至70wt％)，具体地10至60wt％，且更具体地它们的20至50wt％。
可以通过参考附图获得对本文公开的组件、方法和装置的更完整的理解。这些附图(在本文中也被称为“图”)仅仅是基于展示本公开的方便和容易性的示意性表示，并且因此不旨在指示设备或其部件的相对大小和尺寸和/或限定或限制示例性实施方式的范围。尽管为了清楚起见在以下的描述中使用了特定术语，但是这些术语仅意在指示用于附图中的示意说明而选择的实施方式的特定结构，并且不旨在限定或限制本公开的范围。在附图和以下描述中，应当理解，相同的数字标号指代相同功能的部件。
图1是用于加热聚合物的模具装置的截面示意图。聚合物可以是未填充的树脂或者它可以包含加强纤维和/或矿物加强物。模具装置1包括腔部分20和核芯部分10。腔部分20包括腔表面22和感应线圈25。核芯部分10包括核芯表面12和内核芯17。感应线圈15可以位于核芯表面12和内核芯17之间。腔表面22和核芯表面12与引入模具中的聚合物材料相连接(interface)。可以以任何合适的方式引入聚合物材料。例如，可以以熔融状态将聚合物材料注入模具中。
核芯部分10可以包括核芯表面12、感应线圈15和内核芯17。核芯表面12可以包括磁性材料。用于核芯表面12的合适材料包括铁、钢、碳、镁、以及包括上述至少一种的组合。用于核芯表面12的材料可以包括大于或等于0.2特斯拉的饱和通量密度(saturation fluxdensity)。用于核芯表面12的材料可以包括大于或等于0.4特斯拉的饱和通量密度。用于核芯表面12的材料可以包括范围从0.4特斯拉至2.5特斯拉的饱和通量密度。
内核芯17可以包括能够承受100psi至30,000psi(7巴至2,068巴)，例如100psi至25,000psi(7巴至1,724巴)、具体地500psi至20,000psi(34巴至1,379巴)、更具体地1,000psi至20,000psi(69巴至1,379巴)、甚至更具体地5,000psi至20,000psi(345巴至1,379巴)的模制压力，或甚至承受30,000psi(2,068巴)的模制压力的非磁性材料。例如，内核芯17可以包括氧化锆、瓷、镁橄榄石、氧化铝、以及包括上述至少一种的组合，如氧化锂瓷、氧化铝瓷、氧化锆瓷。内核芯17可以包括具有比核芯表面12的材料低的密度的材料。因此，可以达到核芯部分10的总质量的降低。例如，形成核芯表面12的材料的密度与形成内核芯17的材料的密度的比率可以是3:2或更大。形成核芯表面12的材料的密度与形成内核芯17的材料的密度的比率可以是2:1或更大。在内核芯17中使用较低密度的材料允许调节(tailor)核芯部分10的质量分布，这可以实现均匀的模具温度。
内核芯17可以形成大部分的核芯部分10。例如，内核芯17可以包括核芯部分10的总体积的75％或更多。内核芯17可以包括核芯部分10的总体积的大于或等于85％。内核芯17可以包括核芯部分10的总体积的大于或等于90％。
腔部分20包括腔表面22和感应线圈25。腔表面可以包括与核芯表面12相同的材料，或不同的材料。用于腔表面22的可能材料包括钢、铁、钢、碳、镁、以及包括上述至少一种的组合。用于腔表面22的材料可以包括大于或等于0.2特斯拉的饱和通量密度。用于腔表面22的材料可以包括大于或等于0.4特斯拉的饱和通量密度。用于腔表面22的材料可以包括范围从0.4特斯拉至2.5特斯拉的饱和通量密度。
核芯部分10和腔部分20的总质量可以是平衡的，这允许两个部分的加热和冷却速率相似。例如，核芯部分10的质量和腔部分20的质量可以相差20％或更小。核芯部分10的质量和腔部分20的质量可以相差10％或更小。核芯部分10的质量和腔部分20的质量可以相差5％或更小。
感应线圈15、25在核芯表面12和腔表面22内产生涡流(eddy current)，并且电阻导致表面的加热。例如，可能的感应线圈15、25可商业获得自Ambrell/Ameritherm，Inc(Scottsville，NY)。
模具装置1可以沿着核芯表面12和腔表面22产生均匀的温度分布。例如，沿着核芯表面12和腔表面22在任一点处的温度可以变化小于3摄氏度(℃)。温度可以在沿着核芯表面12的任一点处变化，并且腔表面22可以变化2℃或更小。沿着核芯表面12和腔表面22在任一点处的温度可以变化1℃或更小。核芯表面12和/或腔表面22的温度可以在整个核芯表面12和腔表面22上波动小于或等于5％。核芯表面12和/或腔表面22的温度可以在整个表面上波动小于或等于3％。核芯表面12和/或腔表面22的温度可以在整个表面上波动小于或等于1％。沿着模具表面的均匀或均一的温度防止了“热点”的发生，该“热点”会导致更长的模具循环(mold cycle)和聚合物部件上的缺陷。
核芯表面和腔的冷却和/或加热速率可以是基本上相同的，这可以减少总循环时间。例如，核芯部分10和腔部分20可以包括相差小于或等于5％的表面冷却速率。核芯部分10和腔部分20可以包括相差小于或等于3％的表面冷却速率。核芯部分10和腔部分20可以包括相差小于或等于1％的表面冷却速率。此外，核芯部分10和腔部分20可以包括相差小于或等于5％的表面加热速率。核芯部分10和腔部分20可以包括相差小于或等于3％的表面加热速率。此外，核芯部分10和腔部分20可以包括相差小于或等于1％的表面加热速率。
在操作中，分别地使用感应线圈15和25通过感应加热来加热核芯表面12和腔表面22。将聚合物材料布置于位于核芯部分10和腔部分20之间的区域中。可以以任何方式引入聚合物材料。例如，可以以熔融状态将聚合物材料注入模具装置1中。关闭模具装置1，并且对聚合物材料施加压力以形成聚合物产品。注射压力可以为1,000psi至30,000psi(69巴至2,068巴)。将核芯表面12和腔表面22冷却。例如，可以通过使液体冷却介质穿过模具装置1的核芯部分10和腔部分20中的至少一个来冷却核芯表面12和腔模具表面22以及聚合物。接下来，打开模具装置1，然后将模制的聚合物产品从模具装置1中排出。
图2示出了核芯表面12和/或腔表面22可以包括的一些复杂的几何构造。这些表面中的任一个或两个可以包括三维(例如，非平坦的)构造。例如，核芯表面12和/或腔表面22可以包括梯形构造120。核芯表面12和/或腔表面22可以包括锯齿形构造130。核芯表面12和/或腔表面22可以包括正弦形构造140。核芯表面12和/或腔表面22可以包括层状构造150。核芯表面12和/或腔表面22可以包括三角形构造160。核芯表面12和/或腔表面22可以包括abs(sin)形构造170。核芯表面12和/或腔表面22可以包括摆线形构造180。此外，核芯表面12和/或腔表面22可以具有包括这些复杂几何构造中的至少一种的组合。图3举例说明了具有复合的几何形状的模制品。
以下阐述的是模具及其使用方法的一些实施方式。
实施方式1：一种模具装置，包括：核芯部分，其包括核芯表面、第一感应线圈和内核芯，并且其中，核芯部分具有核芯部分质量；腔部分，其包括第二感应线圈和腔表面，并且其中，腔部分具有腔部分质量；其中，内核芯包括非磁性材料，核芯表面包括磁性材料，并且其中，核芯部分质量和腔部分质量相差小于或等于5％。
实施方式2：实施方式1的模具装置，其中，非磁性材料的密度小于磁性材料的密度。
实施方式3：实施方式1或2的模具装置，其中，磁性材料的密度与非磁性材料的密度的比率大于或等于3:2，优选地其中，磁性材料的密度与非磁性材料的密度的比率是3:2至3:1。
实施方式4：一种模具装置，包括：核芯部分，其包括具有大于或等于0.2特斯拉的饱和通量密度的核芯表面、第一感应线圈和具有内核芯密度的陶瓷内核芯；腔部分，其包括第二感应线圈和腔表面，并且其中，腔部分具有腔部分质量；核芯表面包括具有核芯密度的材料，并且内核芯密度小于核芯密度。
实施方式5：实施方式4的模具装置，其中，核芯密度与内核芯密度的比率大于或等于3:2。
实施方式6：实施方式5的模具装置，其中，比率是3:2至3:1。
实施方式7：实施方式1-6中任一项的模具装置，其中，核芯部分和腔部分包括相差小于或等于1％的表面冷却速率。
实施方式8：实施方式1-7中任一项的模具装置，其中，核芯表面包括钢、铁、碳、镁、以及包括上述至少一种的组合。
实施方式9：实施方式1-8中任一项的模具装置，其中，腔表面包括钢、铁、碳、镁、以及包括上述至少一种的组合。
实施方式10：实施方式1-9中任一项的模具装置，其中，核芯部分和腔部分具有相差小于或等于5％的表面加热速率。
实施方式11：实施方式1-10中任一项的模具装置，其中，核芯部分和腔部分包括相差小于3％的表面加热速率。
实施方式12：实施方式1-11中任一项的模具装置，其中，核芯部分和腔部分包括相差小于或等于1％的表面加热速率。
实施方式13：实施方式1-12中任一项的模具装置，其中，核芯表面的温度越过整个表面(across the entire surface)波动小于或等于1％。
实施方式14：实施方式1-13中任一项的模具装置，其中，腔表面的温度越过整个表面波动小于或等于1％。
实施方式15：根据前述权利要求中任一项的模具装置，其中，内核芯具有小于或等于0.1特斯拉的饱和通量密度。
实施方式16：根据前述权利要求中任一项的模具装置，其中，核芯部分具有总体积，并且其中内核芯是核芯部分的总体积的大于或等于75％，优选地核芯部分的总体积的大于或等于85％，且更优选地核芯部分的总体积的大于或等于95％。
实施方式17：实施方式1-8中任一项的模具装置，其中，内核芯包括氧化锆、瓷、镁橄榄石、氧化铝、以及包括上述至少一种的组合，优选地，内核芯包括氧化锂瓷、氧化铝瓷、氧化锆瓷、或者包括上述至少一种的组合。
实施方式18：实施方式1-17中任一项的模具装置，其中，内核芯包括陶瓷。
实施方式19：实施方式1-18中任一项的模具装置，其中，核芯部分和腔部分包括相差小于或等于5％的表面冷却速率。
实施方式20：实施方式1-19中任一项的模具装置，其中，核芯部分和腔部分包括相差小于或等于3％的表面冷却速率。
实施方式21：一种模具装置，包括：核芯部分，其包括核芯表面、第一感应线圈和内核芯；腔部分，其包括第二感应线圈和腔表面；其中，内核芯包括非磁性材料，核芯表面包括磁性材料，并且非磁性材料的密度小于磁性材料的密度；其中，核芯部分的质量和腔部分的质量相差小于或等于5％；其中，核芯部分和腔部分包括相差小于或等于5％的冷却速率；其中，核芯部分和腔部分包括相差小于或等于5％的加热速率。
实施方式22：一种用于在实施方式1-21中任一项的模具装置中模制聚合物产品的方法，包括：通过使电流穿过第一感应线圈和第二感应线圈通过感应加热将核芯表面和腔表面加热；将聚合物材料置于核芯表面和腔表面之间以形成模制品；通过使电流停止流动穿过第一感应线圈和第二感应线圈冷却核芯表面和腔表面；打开模具装置；移开模制品。
实施方式23：实施方式22的方法，其中，加热核芯部分和腔部分包括沿着核芯表面和腔表面产生均匀的温度分布。
实施方式24：实施方式22或23的方法，其中，沿着核芯表面和腔表面在任一点处的温度变化小于3℃。
实施方式25：实施方式22-24中任一项的方法，其中，核芯表面和/或腔表面的温度越过整个核芯表面和腔表面相差小于或等于5％。
实施方式26：实施方式22-25中任一项的方法，其中，冷却核芯表面和腔表面包括引入冷却液穿过核芯部分和腔部分。
实施方式27：实施方式22-26中任一项的方法，其中，聚合物材料包括热塑性材料、热固性材料、或热塑性材料和热固性材料的组合。
实施方式28：实施方式22-27中任一项的方法，其中，聚合物材料包括聚碳酸酯。
实施方式29：实施方式22-28中任一项的方法，其中，聚合物材料进一步地包括填料。
实施方式30：一种通过实施方式22-29中任一项的方法形成的模制品。
本文中公开的所有范围包括端点，并且端点可彼此独立地组合(例如，“最高至25wt.％，或更具体地，5wt.％至20wt.％”的范围包括端点以及“5wt.％至25wt.％”的范围的所有中间值等)。“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。此外，在本文中术语“第一”、“第二”等不表示任何的顺序、数量、或重要性，而是用于表示一个要素不同于另一个要素。除非在本文中另有说明或与上下文明显矛盾，否则本文中的术语“一个”和“一种”以及“该”不表示数量的限制，而应解释为涵盖单数和复数两者。如在本文所使用的后缀“(s)”旨在包括其修饰的术语的单数和复数两者，从而包括该术语中的一个或更多个(例如，膜(film(s))包括一个或更多个膜)。贯穿整个说明书对“一个实施方式”、“另一实施方式”、“实施方式”等的参考是指结合实施方式所描述的特定要素(例如，性质、结构和/或特征)被包括在本文中所描述的至少一个实施方式中，并且可以存在或不存在于其他实施方式中。此外，应该理解的是，所描述的要素可以以任何合适的方式组合于各个实施方式中。
通过引证以它们的全部内容将所有引用的专利、专利申请、及其他参考并入于此。然而，如果本申请中的术语与所并入的参考中的术语矛盾或冲突，则来自本申请的术语优先于来自所并入的参考的冲突术语。
虽然已经描述了特定的实施方式，但是本申请人或本领域的其他技术人员可以想到当前不可预见的或可能不可预见的替代、修改、变体、改进和实质等效物。因此，所提交的以及可能被修改的所附权利要求旨在涵盖所有这样的替代、修改、变体、改进和实质等效物。

Claims (20)

1.一种模具装置，包括：
核芯部分，包括核芯表面、第一感应线圈和内核芯，并且其中，所述核芯部分具有核芯部分质量；
腔部分，包括第二感应线圈和腔表面，并且其中，所述腔部分具有腔部分质量；
其中，所述内核芯包括非磁性材料，所述核芯表面包括磁性材料，并且所述非磁性材料的密度小于所述磁性材料的密度；以及
其中所述核芯部分质量和所述腔部分质量相差小于或等于5％。
2.根据权利要求1所述的模具装置，其中，所述内核芯包括陶瓷。
3.根据前述权利要求中任一项所述的模具装置，其中，所述磁性材料的密度与所述非磁性材料的密度的比率大于或等于3:2，优选地，从3:2至3:1。
4.一种模具装置，包括：核芯部分，其包括具有大于或等于0.2特斯拉的饱和通量密度的核芯表面、第一感应线圈和具有内核芯密度的陶瓷内核芯；腔部分，其包括第二感应线圈和腔表面，并且其中，所述腔部分具有腔部分质量；所述核芯表面包括具有核芯密度的材料，并且所述内核芯密度小于所述核芯密度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的模具装置，其中，所述核芯部分和所述腔部分包括相差小于或等于5％的表面冷却速率，优选地相差小于或等于3％的表面冷却速率，且更优选地相差小于或等于1％的表面冷却速率。
6.根据前述权利要求中任一项所述的模具装置，其中，所述核芯表面包括钢、铁、碳、镁、以及包括上述至少一种的组合。
7.根据前述权利要求中任一项所述的模具装置，其中，所述腔表面包括钢、铁、碳、镁、以及包括上述至少一种的组合。
8.根据前述权利要求中任一项所述的模具装置，其中，所述核芯部分和所述腔部分具有相差小于或等于5％的表面加热速率，优选地相差小于或等于3％的表面加热速率，且更优选地相差小于或等于1％的表面加热速率。
9.根据前述权利要求中任一项所述的模具装置，其中，所述核芯表面、或所述腔表面、或所述核芯表面和所述腔表面两者的温度越过整个表面波动小于或等于1％。
10.根据前述权利要求中任一项所述的模具装置，其中，所述内核芯具有小于或等于0.1特斯拉的饱和通量密度。
11.根据前述权利要求中任一项所述的模具装置，其中，所述核芯部分具有总体积，并且其中所述内核芯是所述核芯部分的总体积的大于或等于75％，优选地所述核芯部分的总体积的大于或等于85％，且更优选地所述核芯部分的总体积的大于或等于95％。
12.一种用于在前述权利要求中任一项所述的模具装置中模制聚合物产品的方法，包括：
通过使电流穿过所述第一感应线圈和所述第二感应线圈通过感应加热将核芯表面和腔表面加热；
将聚合物材料置于所述核芯表面和所述腔表面之间以形成模制品；
通过使所述电流停止流动穿过所述第一感应线圈和所述第二感应线圈冷却所述核芯表面和所述腔表面；
打开所述模具装置；以及
移开所述模制品。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，加热所述核芯部分和所述腔部分包括沿着核芯表面和腔表面产生均匀的温度分布。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，沿着所述核芯表面和所述腔表面在任一点处的温度变化小于3℃。
15.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其中，所述核芯表面和/或所述腔表面的温度越过整个所述核芯表面和所述腔表面相差小于或等于5％。
16.根据权利要求12-15中任一项所述的方法，其中，冷却所述核芯表面和所述腔表面包括引入冷却流体穿过所述核芯部分和所述腔部分。
17.根据权利要求12-16中任一项所述的方法，其中，所述聚合物材料包括热塑性材料、热固性材料、或热塑性材料和热固性材料的组合。
18.根据权利要求12-17中任一项所述的方法，其中，所述聚合物材料包括聚碳酸酯。
19.根据权利要求12-18中任一项所述的方法，其中，所述聚合物材料进一步地包括填料。
20.一种通过权利要求12-19中任一项所述的方法形成的模制品。
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