CN108127580A - 一种制备抛光层的模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备抛光层的模具,涉及抛光技术领域。模具包括下模和设于下模表面上的环状上模,环状上模和下模共同围成圆柱形模腔,模腔容纳用于制备抛光层的液体聚合混合物,环状上模的侧壁沿模腔的轴线方向设有凸出部,凸出部具有容纳腔,容纳腔贯穿凸出部并与模腔相连通,容纳腔的横截面垂直于模腔的轴线,且沿模腔的轴线由中心向两端的方向上,容纳腔的横截面面积逐渐变大。容纳腔的内壁为连续曲面,连续曲面与模腔的轴线所在平面相交得到连续曲线。本发明无需增加额外装置和工时,能够快速、简便地识别不同密度的抛光层。
Description
技术领域
本发明涉及抛光技术领域,具体是涉及一种制备抛光层的模 具。
背景技术
随着半导体内存(Memory)与逻辑元件(Logic device)的发展, 为了提高电子元件密度与降低生产成本,在元件制作工艺上有提升深 宽比(Aspect ratio)及增加导线层数的趋势。化学机械抛光(Chemical Mechnical Polishing,CMP)成为硅片加工和多层布线层间平坦化中 最终获得纳米级超光滑无损伤表面的最有效工艺方法,也是能够实现 局部和全局部平坦化的实用技术。抛光垫是CMP系统的重要组成部 分,也是CMP工艺的主要消耗品。抛光垫上的抛光层的表面结构和 组织直接影响抛光垫的性能,进而影响CMP过程及加工效果。
目前,聚氨酯抛光层通常使用浇铸-切割法制造,也就是将掺混 中空微球体的液体聚合混合物通过喷嘴注入到模腔中,待混合材料在 模具中固化成型后,采用割革刀(skiver blade)将经模塑的聚氨酯制 品进行切片,并周期性地用磨石加固,以形成抛光层。但是,以该方 式制备的抛光层会产生密度和表面硬度不均匀等缺陷。造成这些缺陷 的原因在于:(1)由于模具的形状以及发泡成型时微球体固有的流动 现象,容易造成液体聚合混合物的大分子或分子链段的取向不均、微 球体分布疏密不均或变形。对圆柱体模具成型的聚氨酯制品进行剖面 分析可知,材料密度沿模具的高度方向发生变化。(2)固化温度也会 影响抛光层的密度和表面硬度的均匀性,固化温度过高则会使液体聚 合混合物的黏度过低,中空微孔聚合混合物呈现出容易分相的特性, 使得圆柱状聚氨酯制品在不同高度具有不同的密度和孔隙率,通常而 言,底部的密度大于顶部的密度,而孔隙率则呈现相反的结果。(3) 在固化过程中,预聚物与固化剂混合后迅速反应,在短时间内释放出 大量的热量,使聚氨酯制品发生不可逆的膨胀,使得氨酯制品中部位 置的密度偏低,而靠近两端的密度偏高。
根据上述分析可知,浇注成型的聚氨酯制品的密度随高度变化, 通常情况下,越靠近聚氨酯制品中部位置,密度越小;越靠近聚氨酯 制品的两端面,则密度越大,使得从不同高度制得的抛光层的密度不 同。例如,图1a是使用传统浇铸-切割工艺在圆柱体模具中固化成型 的聚氨酯制品,图2a显示当该聚氨酯制品的高度H范围为7~10cm 时,密度ρ随高度H变化的经验曲线示意图,密度ρ的范围为 0.7~0.9g/cm3,聚氨酯制品沿高度方向(即图1a中z轴)从底部到顶 部依次分为A、B和C三个区间,B区间中聚氨酯制品的密度变化较 小,而在A和C区间中,聚氨酯制品的密度从靠近B区到端面逐渐 增加。由于抛光层的力学性能取决于密度,从聚氨酯制品不同高度制 得的抛光层的力学性能也不相同,而抛光层的力学性能对抛光性能和 使用寿命具有重要影响,因此有必要对具有不同密度的抛光层进行分类标识。
现有生产过程中制造的抛光层是没有上述分类标识的,如需增加 分类标识,需要在现有的生产过程中增加分类标识步骤,不但需要增 加相应装置,而且相对于现有的生产过程增加了工时,进而降低生产 效率。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷,本发明的目的在于提供一种制备 抛光层的模具,无需增加额外装置和工时,能够快速、简便地识别 不同密度的抛光层。
本发明提供一种制备抛光层的模具,其包括下模和设于所述下 模表面上的环状上模,所述环状上模和所述下模共同围成圆柱形模 腔,所述模腔容纳用于制备抛光层的液体聚合混合物,其特征在于:
所述环状上模的侧壁沿所述模腔的轴线方向设有凸出部,所述凸 出部具有容纳腔,所述容纳腔贯穿所述凸出部并与所述模腔相连通, 所述容纳腔的横截面垂直于所述模腔的轴线,且沿所述模腔的轴线由 中心向两端的方向上,所述容纳腔的横截面面积逐渐变大;
所述容纳腔的内壁为连续曲面,所述容纳腔的中心与所述模腔的 轴线所在平面,与所述容纳腔的内壁相交得到连续曲线,所述连续曲 线满足:
X=αZ2+β,0≤Z≤a,
a≤Z≤b,
X=αZ2+δ,b≤Z≤c,
εb-φ+χ=αb2+δ,
其中,Z坐标轴平行于所述模腔的轴线且向上;所述容纳腔的中 心与所述模腔的轴线所在平面,与所述下模表面相交的相交线位于X 坐标轴,X坐标轴指向所述容纳腔外侧,0.5≤φ≤0.8,0.6≤β≤1, α、ε、χ和δ均为常数,ε>0,a、b和c均为常数,且a<b<c,c=H, H为所述模腔的高度。
在上述技术方案的基础上,1.5cm≤a≤2.9cm,5.5cm≤b≤9.6cm, 7.4cm≤c≤12cm。
在上述技术方案的基础上,所述下模包括底座、凸模和内腔衬 套,所述凸模设于所述底座表面上并一体成型,所述内腔衬套可拆卸 地设于所述凸模表面上,所述内腔衬套表面具有凹槽结构;
所述凸模伸入所述环状上模内,并与所述环状上模相匹配,所述 环状上模通过嵌入件固定连接在所述底座上。
在上述技术方案的基础上,所述下模包括底座、凸模和内腔衬 套,所述凸模设于所述底座表面上并一体成型,所述内腔衬套可拆卸 地设于所述凸模表面上,所述内腔衬套表面具有凹槽结构;
所述凸模表面设有限位凹槽,所述环状上模安装在所述限位凹槽 中,并通过嵌入件与所述凸模固定连接。
在上述技术方案的基础上,所述凹槽结构包括间隔设置的至少 5个凹槽,所述凹槽的深度为0.1~1cm,所述凹槽的间距和所述凹槽 的宽度均为0.5~8cm。
在上述技术方案的基础上,所述环状上模包括两个半模,两个 所述半模通过企口结构紧密扣合,两个所述半模和所述下模共同围成 所述模腔,所述凸出部和一个所述半模一体成型。
本发明还提供一种制备抛光层的模具,其包括下模和设于所述 下模表面上的环状上模,所述环状上模和所述下模共同围成圆柱形模 腔,所述模腔容纳用于制备抛光层的液体聚合混合物;
所述环状上模的侧壁沿所述模腔的轴线方向设有凸出部,所述凸 出部具有容纳腔,所述容纳腔贯穿所述凸出部并与所述模腔相连通, 所述容纳腔的横截面垂直于所述模腔的轴线,且沿所述模腔的轴线由 所述模腔的顶面到底面的方向上,所述容纳腔的横截面面积逐渐变 大。
在上述技术方案的基础上,所述容纳腔的内壁为连续曲面,所 述容纳腔的中心与所述模腔的轴线所在平面,与所述容纳腔的内壁相 交得到连续曲线,所述连续曲线满足:
0≤Z≤a,
X=-εZ+χ,a≤Z≤b,
b≤Z≤c,
-αaφ+β=-εa+χ,-εb+χ=αb-φ+δ,
其中,Z坐标轴平行于所述模腔的轴线且向上;所述容纳腔的中 心与所述模腔的轴线所在平面,与所述下模表面相交的相交线位于X 坐标轴,X坐标轴指向所述容纳腔外侧,0.3≤φ≤0.5,0.4≤β≤0.6, α、ε、χ和δ均为常数,ε>0,a、b和c均为常数,且a<b<c,c=H, H为所述模腔的高度。
在上述技术方案的基础上,1.5cm≤a≤2.9cm,5.5cm≤b≤9.6cm, 7.4cm≤c≤12cm。
在上述技术方案的基础上,所述下模包括底座、凸模和内腔衬 套,所述凸模设于所述底座表面上并一体成型,所述内腔衬套可拆卸 地设于所述凸模表面上,所述内腔衬套表面具有凹槽结构;
所述凸模伸入所述环状上模内,并与所述环状上模相匹配,所述 环状上模通过嵌入件固定连接在所述底座上。
在上述技术方案的基础上,所述下模包括底座、凸模和内腔衬 套,所述凸模设于所述底座表面上并一体成型,所述内腔衬套可拆卸 地设于所述凸模表面上,所述内腔衬套表面具有凹槽结构;
所述凸模表面设有限位凹槽,所述环状上模安装在所述限位凹槽 中,并通过嵌入件与所述凸模固定连接。
在上述技术方案的基础上,所述凹槽结构包括间隔设置的至少 5个凹槽,所述凹槽的深度为0.1~1cm,所述凹槽的间距和所述凹槽 的宽度均为0.5~8cm。
在上述技术方案的基础上,所述环状上模包括两个半模,两个 所述半模通过企口结构紧密扣合,两个所述半模和所述下模共同围成 所述模腔,所述凸出部和一个所述半模一体成型。
本发明还提供一种制备抛光层的模具,其包括下模和设于所述 下模表面上的环状上模,所述环状上模和所述下模共同围成圆柱形模 腔,所述模腔容纳用于制备抛光层的液体聚合混合物;
所述环状上模的侧壁沿所述模腔的轴线方向设有凸出部,所述凸 出部具有容纳腔,所述容纳腔贯穿所述凸出部并与所述模腔相连通, 所述容纳腔的横截面垂直于所述模腔的轴线,且沿所述模腔的轴线由 中心向两端的方向上,所述容纳腔的横截面面积逐渐变大;
靠近所述模腔两端的所述容纳腔内壁均为具有多个阶梯的阶梯 面,每级所述阶梯的高度根据所述抛光层的厚度确定,其中,两个所 述阶梯面中所有阶梯的总高度分别为a和c-b,a、b和c均为常数, 且a<b<c,c=H,H为所述模腔的高度。
在上述技术方案的基础上,两个所述阶梯面之间的所述容纳腔 的内壁与所述模腔的轴线所在平面的相交线满足:
a≤Z≤b,
其中,Z坐标轴平行于所述模腔的轴线且向上;所述容纳腔的中 心与所述模腔的轴线所在平面,与所述下模表面相交的相交线位于X 坐标轴,X坐标轴指向所述容纳腔外侧,ε和χ均为常数。
与现有技术相比,本发明的优点如下:
(1)液体聚合混合物在模腔和容纳腔中同时固化,固化后得到 的圆柱体的侧面具有容纳腔形状的凸起结构,对圆柱体进行切片加工 得到的抛光层的外缘都具有不同尺寸的凸缘,根据凸缘尺寸能够快 速、简便地识别不同密度的抛光层,无需增加额外装置和工时。
(2)容纳腔具有与密度经验曲线相似的特殊形状内壁,使得浇 注固化成型时聚氨酯制品具备相应特殊形状的凸起结构,根据凸起结 构可以快速识别不同的工艺条件和密度范围。
(3)容纳腔内壁为阶梯面时,阶梯高度根据抛光层的厚度确定, 有利于在切片时准确确定具有特定密度的抛光层。
附图说明
图1是使用传统浇铸-切割工艺在圆柱体模具中固化成型的聚氨 酯制品的示意图;
图2是当该聚氨酯制品的高度H范围为5~10cm,固化温度保持 在100~120℃时,密度ρ随高度H变化的经验曲线示意图;
图3是当该聚氨酯制品的高度H范围为5~10cm,固化温度低于 100℃时,密度ρ随高度H变化的经验曲线示意图;
图4是本发明第一实施例制备抛光层的模具的俯视图;
图5是图4中A-A的剖面图;
图6是本发明第二实施例制备抛光层的模具的俯视图;
图7是图6中A-A的剖面图;
图8是在第一实施例和第二实施例中,容纳腔的中心与模腔的轴 线所在平面,该平面与容纳腔的内壁相交得到连续曲线的示意图;
图9是在第三实施例和第四实施例中,容纳腔的中心与模腔的轴 线所在平面,该平面与容纳腔的内壁相交得到连续曲线的示意图;
图10是在第五实施例中,容纳腔内壁为阶梯面的示意图。
图中:
1-下模,11-底座,12-凸模,13-内腔衬套,14-限位凹槽,15-凹 槽,2-环状上模,21-凸出部,211-容纳腔,22-半模,221-企口结构, 3-模腔,4-嵌入件。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图4和5所示,本发明第一实施例提供一种制备抛光层的模 具,其包括下模1和设于下模1表面上的环状上模2,下模1为圆形 结构,环状上模2和下模1共同围成圆柱形模腔3,模腔3容纳用于 制备抛光层的液体聚合混合物。
环状上模2的侧壁沿模腔3的轴线方向设有凸出部21,凸出部 21具有容纳腔211,容纳腔211贯穿凸出部21并与模腔3相连通, 容纳腔211的横截面垂直于模腔3的轴线,且沿模腔3的轴线由中心 到两端的方向上,容纳腔211的横截面面积逐渐变大。容纳腔211的 横截面为一段圆环,圆环的圆心位于模腔3的轴线上。容纳腔211的 横截面不作限定,可以是其他规则或不规则的形状。例如,容纳腔 211的横截面可以为一段圆环,圆环的圆心位于模腔3的轴线上。
下模1包括底座11、凸模12和内腔衬套13,凸模12设于底座 11表面上,凸模12和底座11一体成型,内腔衬套13可拆卸地设于 凸模12表面上。凸模12伸入环状上模2内,并与环状上模2相匹配, 环状上模2通过嵌入件4固定连接在底座11上。参见图5所示,环 状上模2围绕在凸模12外周,并通过嵌入件4直接固定在底座11上, 嵌入件4还可以防止环状上模2松动或旋转,嵌入件4可以是防转销 钉或者防脱吊紧螺钉等。
底座11为矩形,矩形的长度范围为100cm~150cm,矩形的宽度 范围为100cm~150cm,根据操作台尺寸,底座11的尺寸优选100cm ×120cm。底座11厚约为2cm~5cm,优选3cm~4cm。浇注过程中, 将T型嵌入件穿入冲床操作台上的T型槽内,再将T型嵌入件上穿入压板并用螺母旋紧,压板就把底座11紧固在操作台上以便进行浇 注工作。
内腔衬套13表面设有凹槽结构,凹槽结构包括间隔设置的至少 5个凹槽15,凹槽15的深度为0.1~1cm,优选范围为0.4~0.8cm,凹 槽15的间距和凹槽15的宽度均为0.5~8cm,优选范围为3.4~5cm。 这是由于在浇铸-切割工艺中,液体聚合混合物固化时形成聚氨酯制 品,聚氨酯制品与内腔衬套13表面应具有足够的结合强度,使得在 切片过程中聚氨酯制品不会从内腔衬套13上剥离,另外,采用凹槽 结构有利于在切片完成后将聚氨酯制品从内腔衬套13表面脱模,同 时也容易清除残留在内腔衬套13上的浇注废料。凹槽15分布太密, 会造成不易脱模;凹槽15分布太稀疏,切片时聚氨酯制品易从内腔 衬套13上剥离,不利于切片加工。
环状上模2包括两个半模22,两个半模22通过企口结构221紧 密扣合,企口结构221采用凹凸槽相互锁扣组合,企口结构221至少 为2个并相对于模腔3的中心对称布置,两个半模22和下模1共同 围成模腔3,凸出部21和一个半模22一体成型。
在本发明第二实施例中,参见图6和图7所示,凸模12表面设 有限位凹槽14,环状上模2安装在限位凹槽14中,并通过嵌入件4 与凸模12固定连接,嵌入件4还可以防止环状上模2松动或旋转。
传统抛光层浇铸-切割工艺和模腔3的直径Φ模具的范围为 50~90cm,而圆柱聚氨酯制品的高度H的范围为5cm~10cm。聚氨酯 材料在冷却过程中应力趋于消除,氨酯制品的线性尺寸成一定比例的 缩小,根据收缩率公式K收缩率=[(Φ模具-Φ样品)/Φ模具]×100%,以及去皮前产品 尺寸设计,模腔3的直径Φ模具的范围为51.1~92.1cm,优选Φ模具为 84.9cm;圆柱聚氨酯制品的高度H范围为5.5~12cm,优选高度H的 范围为7.8~11.1cm,更优的,聚氨酯制品的高度H为11.1cm。环状 上模2的壁厚为2~4cm,优选的,环状上模2的壁厚为3cm。环状上 模2的壁厚不宜太厚,这是由于液体聚合混合物在凝胶时会产生大量 的热,而且必须保证液体聚合混合物在一定的固化温度下固化,环状 上模2的壁厚太厚不利于热传导。
环状上模2的制作材料选用加工温度在100~130℃范围内仍具有 一定刚性的材料,包括但不限于硬木、纸浆、聚酯如聚碳酸酯PC、 聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚氨酯PU、聚烃聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA、聚酰胺PA、聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC、聚苯 乙烯PS、石膏、钢铁如普通碳素钢A2或A3或者合金如耐热合金 T7或T8等材料。
当优选的材料为聚碳酸酯PC、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚 甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚酰胺PA或者聚氯乙烯PVC时,模腔3 内壁还可以涂有润滑材料,如含氟材料等,可起到易脱模及便于清理 的作用。当优选的材料为耐热合金T7或T8时,模腔3内壁还可以 镀有硬铬,可起到模具不易变形、材料易脱模及便于清理的作用。
优选聚氨酯材料,由于浇注材料为聚氨酯,两者在内腔衬套13 表面的粘合力强;其次,聚氨酯模具具有轻巧、易脱模、高强度、高 耐磨、长寿命、低成本、环保等优点,且适合流水线大批量生产。
大量的实验结果表明,制备肖氏硬度为45~65D的聚氨酯抛光层 时,其固化温度一般保持在100~120℃,液体聚合混合物固化后得到 的圆柱状聚氨酯制品的密度ρ-高度H呈一定曲线规律分布如图2所 示,高度H在5~10cm之间时,抛光层密度ρ随高度H呈三个区间 的变化分布,三个区间分别为A区间、B区间和C区间,其中,抛 光层的密度ρ随高度H的变化而变化。在A区间,圆柱状聚氨酯制 品的高度H从o点至a,密度ρ逐渐降低;在B区间,聚氨酯制品高 度H从a至b,密度ρ从最低点趋近于线性缓慢升高;在C区间,聚 氨酯制品高度H从b至c,密度ρ逐渐升高。
根据上述分析可知:为便于根据聚氨酯制品的密度在高度上的差 异来区分切片后得到的各抛光层,本发明第一实施例和第二实施例中 的容纳腔211的内壁都具有与上述图2中密度ρ-高度H经验曲线近 似的特殊形状,使得浇注固化成型后的聚氨酯制品具备相应特殊形状 的凸起结构,根据凸起结构可以快速识别不同的工艺条件和聚氨酯制 品的密度范围。
在上述第一实施例和第二实施例中,当容纳腔211的内壁为连续 曲面时,连续曲面与模腔3的轴线所在平面相交得到连续曲线,该连 续曲线接近上述图2的经验曲线,该连续曲线满足:
X=αZ2+β,0≤Z≤a, (1)
X=αZ2+δ,b≤Z≤c, (3)
其中,Z坐标轴平行于模腔3的轴线且向上;容纳腔211的中心 与模腔3的轴线所在平面,与下模1表面的相交线位于X坐标轴,X 坐标轴指向容纳腔211外侧,0.5≤φ≤0.8,0.6≤β≤1,ε>0,α、ε、χ 和δ均为常数,a、b和c均为常数,a、b和c根据上述密度ρ-高度 H经验曲线的三个区间确定,且a<b<c,c=H,H为模腔3的高度。
具体的,上述连续曲线如图8所示,上述公式(1)到(4)满足: 1.5cm≤a≤2.4cm,5.5cm≤b≤9.6cm,7.4cm≤c≤12cm,根据大量的实验发 现,制备肖氏硬度为45~65D聚氨酯抛光层,其固化温度一般保持在 100~120℃,此种情况下,该连续曲线接近图2中密度ρ随高度H变 化的经验曲线,该聚氨酯制品的高度H范围为5~10cm,密度ρ的范 围为0.6~1.0g/cm3。
本发明的第三实施例与第一实施例中下模1的结构以及环状上 模2和下模1的连接方式相同,即环状上模2围绕在凸模12外周, 并通过嵌入件4直接固定在底座11上,模具其余部分基本相同,第 三实施例与第一实施例的区别在于容纳腔211的形状不同。
具体的,制备肖氏硬度为15~35D的聚氨酯抛光层时,其固化温 度一般低于100℃,液体聚合混合物固化后得到的圆柱状聚氨酯制品 的密度ρ-高度H呈一定曲线规律分布,如图3所示,高度H在5~10cm 之间时,抛光层密度ρ随高度H呈三个区间的变化分布,三个区间 分别为A区间、B区间和C区间,其中,抛光层的密度ρ随高度H 的变化而变化。在A区间,圆柱状聚氨酯制品的高度H从o点至a; 在B区间,聚氨酯制品高度H从a至b;在C区间,聚氨酯制品高 度H从b至c。密度ρ从o点至c逐渐降低,但是,在三个区间内, 密度ρ降低的速率不同。
根据上述分析可知:为便于根据聚氨酯制品的密度在高度上的差 异来区分切片后得到的各抛光层,本发明第三实施例和第四实施例中 的容纳腔211的内壁都具有与上述图3中密度ρ-高度H经验曲线近 似的特殊形状,使得浇注固化成型后的聚氨酯制品具备相应特殊形状 的凸起结构,根据凸起结构可以快速识别不同的工艺条件和聚氨酯制 品的密度范围。
在本发明的第三实施例中,容纳腔211的横截面垂直于模腔3的 轴线,且沿模腔3的轴线由模腔3顶面到底面的方向上,容纳腔211 的横截面面积逐渐变大。容纳腔211的横截面不作限定,可以是其他 规则或不规则的形状。例如,容纳腔211的横截面可以为一段圆环, 圆环的圆心位于模腔3的轴线上。
容纳腔211的内壁为连续曲面,连续曲面与模腔3的轴线所在平 面相交得到另一连续曲线,该连续曲线接近上述图3经验曲线,该连 续曲线满足:
X=-εZ+χ,a≤Z≤b, (6)
-αaφ+β=-εa+χ,-εb+χ=αb-φ+δ, (8)
其中,Z坐标轴平行于模腔3的轴线且向上;容纳腔211的中心 与模腔3的轴线所在平面,与下模1表面的相交线位于X坐标轴,X 坐标轴指向容纳腔211外侧,0.3≤φ≤0.5,0.4≤β≤0.6,α、ε、χ和δ均 为常数,ε>0,a、b和c均为常数,a、b和c根据上述密度ρ-高度 H经验曲线的三个区间确定,且a<b<c,c=H,H为模腔3的高度。
具体的,上述连续曲线如图9所示,上述公式(5)到(8)满足: 1.5cm≤a≤2.9cm,5.5cm≤b≤9.6cm,7.4cm≤c≤12cm,根据大量的实验发 现,制备肖氏硬度为15~35D聚氨酯抛光层,其固化温度一般低于 100℃,此种情况下,该连续曲线接近图3中密度ρ随高度H变化的 经验曲线,该聚氨酯制品的高度H范围为5~10cm时,密度ρ的范围 为0.4~0.6g/cm3。
第四实施例与第三实施例的容纳腔211的形状相同,第四实施例 与第三实施例的区别在于下模1的结构以及环状上模2和下模1的连 接方式不同,第四实施例与第二实施例中下模1的结构以及环状上模 2和下模1的连接方式相同,即凸模12表面设有限位凹槽14,环状 上模2安装在限位凹槽14中,并通过嵌入件4与凸模12固定连接。
为便于区分聚氨酯制品不同位置的密度,还可以将上述接近经验 曲线的连续曲线进一步拟合设计为“阶梯结构”。
本发明的第五实施例与第一实施例中下模1的结构以及环状上 模2和下模1的连接方式相同,即环状上模2围绕在凸模12外周, 并通过嵌入件4直接固定在底座11上,模具其余部分基本相同,第 五实施例与第一实施例的区别在于容纳腔211的形状不同。参见图10所示,靠近模腔3两端的容纳腔211内壁均为具有多个阶梯的阶 梯面,每级阶梯的高度根据抛光层的厚度确定,每级阶梯的高度h的 范围为2.1~2.4mm,优选2.2mm,这是由于注塑材料固化成型后需按 一定厚度进行切削,切削厚度一般为2.0mm,根据材料固化收缩和切削时部分材料损耗,阶梯高度h最佳值为2.2mm。两个阶梯面的所有 阶梯的总高度分别为a和c-b,a、b和c均为常数,a、b和c根据上 述密度ρ-高度H经验曲线的三个区间确定,且a<b<c,c=H,H为模 腔3的高度。
在本发明第五实施例中,两个阶梯面之间的容纳腔211的内壁为 圆弧面,该圆弧面与模腔3的轴线所在平面的相交线满足:
a≤Z≤b,
其中,Z坐标轴平行于模腔3的轴线且向上;容纳腔211的中心 与模腔3的轴线所在平面,与下模1表面的相交线位于X坐标轴,X 坐标轴指向容纳腔211外侧,ε和χ均为常数,其中,5.5cm≤b≤9.6cm, 7.4cm≤c≤12cm,1.5cm≤a≤2.4cm。容纳腔211的尺寸d2的范围为2~4cm。
在本发明第六实施例中,第六实施例与第五实施例的容纳腔211 的形状相同,第六实施例与第五实施例的区别在于下模1的结构以及 环状上模2和下模1的连接方式不同,第六实施例与第二实施例中下 模1的结构以及环状上模2和下模1的连接方式相同,即凸模12表 面设有限位凹槽14,环状上模2安装在限位凹槽14中,并通过嵌入 件4与凸模12固定连接。
本发明的第七实施例与第一实施例中下模1的结构以及环状上 模2和下模1的连接方式相同,即环状上模2围绕在凸模12外周, 并通过嵌入件4直接固定在底座11上,模具其余部分基本相同,第 七实施例与第一实施例的区别在于容纳腔211的形状不同。
在第七实施例中,容纳腔211内壁沿模腔3的高度方向分为三个 具有多个阶梯的阶梯面,每级阶梯的高度根据抛光层的厚度确定,每 级阶梯的高度h的范围为2.1~2.4mm,优选2.2mm,这是由于注塑材 料固化成型后需按一定厚度进行切削,切削厚度一般为2.0mm,根据 材料固化收缩和切削时部分材料损耗,阶梯高度h最佳值为2.2mm。 每个阶梯面的所有阶梯的总高度分别为a、b-a和c-b,a、b和c均为 常数,a、b和c根据上述密度ρ-高度H经验曲线的三个区间确定, 且a<b<c,c=H,H为模腔3的高度。
两个阶梯面之间的容纳腔211的内壁与模腔3的轴线所在平面的 相交线满足:
X=-εZ+χ,a≤Z≤b,
其中,Z为与模腔3的轴线平行的坐标轴,X为沿模腔3径向的 坐标轴,X和Z构成的坐标系的原点位于下模1表面,ε和χ均为常 数,其中,5.5cm≤b≤9.6cm,7.4cm≤c≤12cm,1.5cm≤a≤2.9cm。容纳腔 211的尺寸d2的范围为2~4cm。
在本发明第八实施例中,第八实施例与第七实施例的容纳腔211 的形状相同,第八实施例与第七实施例的区别在于下模1的结构以及 环状上模2和下模1的连接方式不同,第八实施例与第二实施例中下 模1的结构以及环状上模2和下模1的连接方式相同,即凸模12表 面设有限位凹槽14,环状上模2安装在限位凹槽14中,并通过嵌入 件4与凸模12固定连接。
本发明还提供一种抛光层的制备方法,包括以下步骤:
S1.将如权利要求1的模具固定在操作台上,通过浇注头的喷嘴 将液体聚合混合物浇铸到模具中。
S2.使液体聚合混合物在模腔3和容纳腔211中固化,将固化后 得到的圆柱状聚氨酯制品与模具分离,聚氨酯制品的侧面具有容纳 腔211形状的凸起结构。制备肖氏硬度为45~65D聚氨酯抛光层,其 固化温度一般保持在100~120℃。制备肖氏硬度为15~35D的聚氨酯 抛光层时,其固化温度一般低于100℃。
实施例A:制备肖氏硬度为45~65D的聚氨酯抛光层时,其固化 温度一般保持在100~120℃,圆柱状聚氨酯制品的高度H在5~10cm 之间。容纳腔211的内壁为连续曲面,连续曲面与模腔3的轴线所在 平面相交得到连续曲线,该连续曲线接近上述经验曲线(例如图2中 的经验曲线),该连续曲线满足:
X=αZ2+β,0≤Z≤a, (1)
X=αZ2+δ,b≤Z≤c, (3)
其中,Z坐标轴平行于模腔3的轴线且向上;容纳腔211的中心 与模腔3的轴线所在平面,与下模1表面的相交线位于X坐标轴,X 坐标轴指向容纳腔211外侧,0.5≤φ≤0.8,0.6≤β≤1,ε>0,α、ε、χ 和δ均为常数,a、b和c均为常数,a、b和c根据上述密度ρ-高度 H经验曲线的三个区间确定,且a<b<c,c=H,H为模腔3的高度。 具体的,高度a为1.5~2.9cm,优选1.8~2.4cm;高度c为7.4~12cm, 优选7.8~11.1cm;高度b为5.5~9.6cm,优选5.7~8.6cm。
实施例B:制备肖氏硬度为15~35D的聚氨酯抛光层时,其固化 温度一般低于100℃,圆柱状聚氨酯制品的高度H在5~10cm之间。 容纳腔211的内壁为连续曲面,连续曲面与模腔3的轴线所在平面相 交得到连续曲线,该连续曲线接近上述经验曲线(例如图3中的经验 曲线),该连续曲线满足:
X=-εZ+χ,a≤Z≤b, (6)
-αaφ+β=-εa+χ,-εb+χ=αb-φ+δ, (8)
其中,Z坐标轴平行于模腔3的轴线且向上;容纳腔211的中心 与模腔3的轴线所在平面,与下模1表面的相交线位于X坐标轴,X 坐标轴指向容纳腔211外侧,0.3≤φ≤0.5,0.4≤β≤0.6,α、ε、χ和δ均 为常数,ε>0,a、b和c均为常数,a、b和c根据上述密度ρ-高度 H经验曲线的三个区间确定,且a<b<c,c=H,H为模腔3的高度。 具体的,高度a为1.5~2.9cm,优选1.8~2.4cm;高度c为7.4~12cm, 优选7.8~11.1cm;高度b为5.5~9.6cm,优选5.7~8.6cm。
实施例C:制备肖氏硬度为45~65D的聚氨酯抛光层时,其固 化温度一般保持在100~120℃,圆柱状聚氨酯制品的高度H在5~10cm 之间。靠近模腔3两端的容纳腔211内壁为阶梯面,阶梯面与模腔3 的轴线所在平面的相交线包括沿模腔3的轴线方向的多级阶梯,每级 阶梯的高度根据所述抛光层的厚度确定,其中,两个阶梯面中所有阶 梯的总高度分别为a和c-b,a、b和c均为常数,且a<b<c,c=H,H 为模腔3的高度。
两个阶梯面之间的容纳腔211的内壁与模腔3的轴线所在平面的 相交线满足:
其中,Z坐标轴平行于模腔3的轴线且向上;容纳腔211的中心 与模腔3的轴线所在平面,与下模1表面的相交线位于X坐标轴,X 坐标轴指向容纳腔211外侧,ε和χ均为常数,其中,5.5cm≤b≤9.6cm, 7.4cm≤c≤12cm,1.5cm≤a≤2.9cm。容纳腔211的尺寸d2的范围为2~4cm。
根据图8和公式(1)-(4),在浇注过程中,模腔3内A区间浇 注材料在环绕侧壁固化成型后凸起结构呈下宽上窄并逐级递减的“阶 梯状”且倾斜率随之逐渐减小,A区间高度a1为1.5~2.9cm,优选 1.8~2.4cm;C区间凸起结构呈下窄上宽并逐级递增的“阶梯状”且 倾斜率随之逐渐增大,C区间高度c为7.4~12cm,优选7.8~11.1cm; B区间凸起结构形成上下宽中间窄的“沙漏”结构,“沙漏”结构上、 下分别与A区间上端和C区间下端相接,B区间高度b为5.5~9.6cm, 优选5.7~8.6cm。
实施例D:制备肖氏硬度为15~35D的聚氨酯抛光层时,其固化 温度一般低于100℃,圆柱状聚氨酯制品的高度H在5~10cm之间。 靠近模腔3两端的容纳腔211内壁为阶梯面,阶梯面与模腔3的轴线 所在平面的相交线包括沿模腔3的轴线方向的多级阶梯,每级阶梯的 高度根据抛光层的厚度确定,其中,两个阶梯面中所有阶梯的总高度 分别为a和c-b,a、b和c均为常数,且a<b<c,c=H,H为模腔3 的高度。
两个阶梯面之间的容纳腔211的内壁与模腔3的轴线所在平面的 相交线满足:
X=-εZ+χ,a≤Z≤b,
其中,Z坐标轴平行于模腔3的轴线且向上;容纳腔211的中心 与模腔3的轴线所在平面,与下模1表面的相交线位于X坐标轴,X 坐标轴指向容纳腔211外侧,ε和χ均为常数,其中,5.5cm≤b≤9.6cm, 7.4cm≤c≤12cm,1.5cm≤a≤2.9cm。容纳腔211的尺寸d2的范围为2~4cm。
圆柱状聚氨酯制品的密度ρ从o点至c逐渐降低,但是,在三个 区间内,密度ρ降低的速率不同。
S3.使用切削刀具对聚氨酯制品进行切片加工,得到多个抛光层, 每个抛光层的外缘都具有凸缘,凸缘由凸起结构切片加工得到;
S4.根据抛光层上凸缘的尺寸确定抛光层的标号,凸缘的尺寸相 同的所有抛光层具有相同的标号。
容纳腔211具有与经验曲线相似的特殊内壁,使得浇注固化成型 时聚氨酯制品具备相应特殊形状的凸起结构,在圆柱状聚氨酯制品切 片后,根据抛光层边缘的凸缘可以快速识别不同的密度范围或可以快 速分类出相同密度的抛光层。
本发明不局限于上述实施方式,对于本技术领域的普通技术人员 来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰, 这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细 描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (15)
1.一种制备抛光层的模具,其包括下模(1)和设于所述下模(1)表面上的环状上模(2),所述环状上模(2)和所述下模(1)共同围成圆柱形模腔(3),所述模腔(3)容纳用于制备抛光层的液体聚合混合物,其特征在于:
所述环状上模(2)的侧壁沿所述模腔(3)的轴线方向设有凸出部(21),所述凸出部(21)具有容纳腔(211),所述容纳腔(211)贯穿所述凸出部(21)并与所述模腔(3)相连通,所述容纳腔(211)的横截面垂直于所述模腔(3)的轴线,且沿所述模腔(3)的轴线由中心向两端的方向上,所述容纳腔(211)的横截面面积逐渐变大;
所述容纳腔(211)的内壁为连续曲面,所述容纳腔(211)的中心与所述模腔(3)的轴线所在平面,与所述容纳腔(211)的内壁相交得到连续曲线,所述连续曲线满足:
X=αZ2+β,0≤Z≤a,
X=αZ2+δ,b≤Z≤c,
εb-φ+χ=αb2+δ,
其中,Z坐标轴平行于所述模腔(3)的轴线且向上;所述容纳腔(211)的中心与所述模腔(3)的轴线所在平面,与所述下模(1)表面相交的相交线位于X坐标轴,X坐标轴指向所述容纳腔(211)外侧,0.5≤φ≤0.8,0.6≤β≤1,α、ε、χ和δ均为常数,ε>0,a、b和c均为常数,且a<b<c,c=H,H为所述模腔(3)的高度。
2.如权利要求1所述的制备抛光层的模具,其特征在于:
1.5cm≤a≤2.9cm,5.5cm≤b≤9.6cm,7.4cm≤c≤12cm。
3.如权利要求1所述的制备抛光层的模具,其特征在于:
所述下模(1)包括底座(11)、凸模(12)和内腔衬套(13),所述凸模(12)设于所述底座(11)表面上并一体成型,所述内腔衬套(13)可拆卸地设于所述凸模(12)表面上,所述内腔衬套(13)表面具有凹槽结构;
所述凸模(12)伸入所述环状上模(2)内,并与所述环状上模(2)相匹配,所述环状上模(2)通过嵌入件(4)固定连接在所述底座(11)上。
4.如权利要求1所述的制备抛光层的模具,其特征在于:所述下模(1)包括底座(11)、凸模(12)和内腔衬套(13),所述凸模(12)设于所述底座(11)表面上并一体成型,所述内腔衬套(13)可拆卸地设于所述凸模(12)表面上,所述内腔衬套(13)表面具有凹槽结构;
所述凸模(12)表面设有限位凹槽(14),所述环状上模(2)安装在所述限位凹槽(14)中,并通过嵌入件(4)与所述凸模(12)固定连接。
5.如权利要求4所述的制备抛光层的模具,其特征在于:所述凹槽结构包括间隔设置的至少5个凹槽(15),所述凹槽(15)的深度为0.1~1cm,所述凹槽(15)的间距和所述凹槽(15)的宽度均为0.5~8cm。
6.如权利要求1所述的制备抛光层的模具,其特征在于:所述环状上模(2)包括两个半模(22),两个所述半模(22)通过企口结构(221)紧密扣合,两个所述半模(22)和所述下模(1)共同围成所述模腔(3),所述凸出部(21)和一个所述半模(22)一体成型。
7.一种制备抛光层的模具,其包括下模(1)和设于所述下模(1)表面上的环状上模(2),所述环状上模(2)和所述下模(1)共同围成圆柱形模腔(3),所述模腔(3)容纳用于制备抛光层的液体聚合混合物,其特征在于:
所述环状上模(2)的侧壁沿所述模腔(3)的轴线方向设有凸出部(21),所述凸出部(21)具有容纳腔(211),所述容纳腔(211)贯穿所述凸出部(21)并与所述模腔(3)相连通,所述容纳腔(211)的横截面垂直于所述模腔(3)的轴线,且沿所述模腔(3)的轴线由所述模腔(3)的顶面到底面的方向上,所述容纳腔(211)的横截面面积逐渐变大。
8.如权利要求7所述的制备抛光层的模具,其特征在于:
所述容纳腔(211)的内壁为连续曲面,所述容纳腔(211)的中心与所述模腔(3)的轴线所在平面,与所述容纳腔(211)的内壁相交得到连续曲线,所述连续曲线满足:
X=-εZ+χ,a≤Z≤b,
-αaφ+β=-εa+χ,-εb+χ=αb-φ+δ,
其中,Z坐标轴平行于所述模腔(3)的轴线且向上;所述容纳腔(211)的中心与所述模腔(3)的轴线所在平面,与所述下模(1)表面相交的相交线位于X坐标轴,X坐标轴指向所述容纳腔(211)外侧,0.3≤φ≤0.5,0.4≤β≤0.6,α、ε、χ和δ均为常数,ε>0,a、b和c均为常数,且a<b<c,c=H,H为所述模腔(3)的高度。
9.如权利要求8所述的制备抛光层的模具,其特征在于:
1.5cm≤a≤2.9cm,5.5cm≤b≤9.6cm,7.4cm≤c≤12cm。
10.如权利要求7所述的制备抛光层的模具,其特征在于:
所述下模(1)包括底座(11)、凸模(12)和内腔衬套(13),所述凸模(12)设于所述底座(11)表面上并一体成型,所述内腔衬套(13)可拆卸地设于所述凸模(12)表面上,所述内腔衬套(13)表面具有凹槽结构;
所述凸模(12)伸入所述环状上模(2)内,并与所述环状上模(2)相匹配,所述环状上模(2)通过嵌入件(4)固定连接在所述底座(11)上。
11.如权利要求7所述的制备抛光层的模具,其特征在于:所述下模(1)包括底座(11)、凸模(12)和内腔衬套(13),所述凸模(12)设于所述底座(11)表面上并一体成型,所述内腔衬套(13)可拆卸地设于所述凸模(12)表面上,所述内腔衬套(13)表面具有凹槽结构;
所述凸模(12)表面设有限位凹槽(14),所述环状上模(2)安装在所述限位凹槽(14)中,并通过嵌入件(4)与所述凸模(12)固定连接。
12.如权利要求11所述的制备抛光层的模具,其特征在于:所述凹槽结构包括间隔设置的至少5个凹槽(15),所述凹槽(15)的深度为0.1~1cm,所述凹槽(15)的间距和所述凹槽(15)的宽度均为0.5~8cm。
13.如权利要求7所述的制备抛光层的模具,其特征在于:所述环状上模(2)包括两个半模(22),两个所述半模(22)通过企口结构(221)紧密扣合,两个所述半模(22)和所述下模(1)共同围成所述模腔(3),所述凸出部(21)和一个所述半模(22)一体成型。
14.一种制备抛光层的模具,其包括下模(1)和设于所述下模(1)表面上的环状上模(2),所述环状上模(2)和所述下模(1)共同围成圆柱形模腔(3),所述模腔(3)容纳用于制备抛光层的液体聚合混合物,其特征在于:
所述环状上模(2)的侧壁沿所述模腔(3)的轴线方向设有凸出部(21),所述凸出部(21)具有容纳腔(211),所述容纳腔(211)贯穿所述凸出部(21)并与所述模腔(3)相连通,所述容纳腔(211)的横截面垂直于所述模腔(3)的轴线,且沿所述模腔(3)的轴线由中心向两端的方向上,所述容纳腔(211)的横截面面积逐渐变大;
靠近所述模腔(3)两端的所述容纳腔(211)内壁均为具有多个阶梯的阶梯面,每级所述阶梯的高度根据所述抛光层的厚度确定,其中,两个所述阶梯面中所有阶梯的总高度分别为a和c-b,a、b和c均为常数,且a<b<c,c=H,H为所述模腔(3)的高度。
15.如权利要求14所述的制备抛光层的模具,其特征在于:
两个所述阶梯面之间的所述容纳腔(211)的内壁与所述模腔(3)的轴线所在平面的相交线满足:
其中,Z坐标轴平行于所述模腔(3)的轴线且向上;所述容纳腔(211)的中心与所述模腔(3)的轴线所在平面,与所述下模(1)表面相交的相交线位于X坐标轴,X坐标轴指向所述容纳腔(211)外侧,ε和χ均为常数。
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US20030136026A1 (en) | Injection molded article |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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