CN110587910A - 一种复合结构透明件的注射成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种复合结构透明件的注射成型方法，该方法是用注射或注射压缩的方法将聚合物中间层材料熔体填充至两层或多层透明结构材料形成的中间空腔中，经冷却并同时完成粘接形成所需结构的复合结构透明件。本发明方法能够一步完成复合结构透明件的多层粘接，是业内首次提出的全新的复合结构透明件成型制造技术，相对于传统的胶片热压复合成型方法能够显著改善界面粘接强度，提高效率；尤其是在大曲率或复杂外形复合结构透明件制造过程中有不可取代的优势，具有广阔的应用前景。

Description

一种复合结构透明件的注射成型方法
技术领域
本发明涉及一种复合结构透明件的注射成型方法，属于先进复合结构透明件制造技术领域。
背景技术
复合结构透明件是由两片或两片以上的透明结构材料经一层或多层中间膜粘接在一起组合而成。复合结构透明件由于具有优良的抗冲击能力和破碎后的安全性能而被广泛用于建筑玻璃、汽车风挡玻璃、航空结构透明件以及高铁玻璃等多个领域。传统平板或小曲率的复合结构透明件都是采用胶片热压粘接的方法实现的，但是对于大曲率或复杂结构复合结构透明件，胶片热压粘接的方法无法解决光学问题；目前对于复杂外形或大曲率的复合结构透明件，美国是通过预聚体灌注并进行反应固化的方法实现粘接的；而用聚氨酯预聚体灌注的方法从原材料合成到灌注工艺过程复杂，存在收缩应力、气泡缺陷等问题，失败率极高。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的问题而设计提供了一种复合结构透明件的注射成型方法，其目的是用注射成型或注射压缩成型方法实现中间层材料在结构材料形成的空腔中成型并完成粘接，以解决上述现有技术中存的难题。
采用多种性能优异的透明材料通过注射或注射压缩成型方法实现聚合物中间层与两侧结构材料的粘接，相对于其他方法具有一步实现，能够显著提高生产效率，其次解决了胶片热压复合成型对于大曲率、复杂外形制件的光学问题，同时避免了灌注成型工艺的复杂性和应力收缩等问题，广泛适用于平板、小曲率和大曲率、复杂外形制件，是一种新型的制造复合结构透明件的有效途径。目前，注射或注射压缩成型工艺在复合结构透明件成型制造领域属于首次提出，具有重要的创新价值。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种复合结构透明件的注射成型方法中，所述复合结构是指由外层、内层及中间填充层构成的三层结构，或由外层、内层、中间层及中间填充层构成的多层结构，其中，中间层对外层、内层之间的空间形成再分层，其特征在于：该成型方法的步骤如下：
步骤一、用透明结构材料、按尺寸和形状加工成型外层、内层和必要时的中间层透明件；
步骤二、将外层、内层和必要时的中间层透明件安装在模具中，合模并锁定模具后，在外层、内层或外层、内层、中间层之间形成用于成型中间填充层的腔体；
步骤三、将模具整体加热至70～100℃，并保温热透，使内部的透明件的温度与外部的模具温度一致；
步骤四、开启注射设备，对中间填充层材料粒料进行剪切熔融塑化后，对上述腔体进行注射填充；
步骤五、填充完成后进行保温或通过模具作动压缩保温，保温时间不小于180s，然后待制件冷却后，开模顶出。普通注射模具只进行保温，该项技术措施中包括通过模具作动压缩保温，目的是降低注射成型后中间层材料的内部应力。保温保压结束后进行降温并开启模具进行制件顶出。
顶出后制件目视检查外观缺陷，内部胶片气泡、流痕与杂质情况；用检验工装检测成型后整体制件的尺寸偏差与贴膜度。并测试制件的光学性能，包括透光率、雾度、光畸变。
在一种实施中，所述中间填充层的材料为热塑性聚氨酯、聚乙烯缩丁醛、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种。进行中间填充层材料加工性能表征，获得其毛细管流变性能与熔融指数信息，为注射成型工艺参数设置提供基本依据。
在一种实施中，加工成型外层、内层、中间层的透明结构材料为有机玻璃、聚碳酸酯或无机玻璃中的一种。
在一种实施中，当外层、内层、中间层透明件的透明结构材料中的一层或多层为有机玻璃、聚碳酸酯中的一种时，中间填充层的材料为热塑性聚氨酯。
在一种实施中，所述模具包括动模和静模。外层、内层、中间层透明件通过镶嵌固定机构安装在动模与静模两侧，中间形成特定厚度的空腔，镶嵌固定机构能够避免结构材料受热变形；
在一种实施中，当外层、内层、中间层透明件的透明结构材料为无机玻璃时，模具整体加热的温度可以最高提升至120℃。模具温度升高有利于熔体填充。
在一种实施中，中间填充层的材料为热塑性聚氨酯时，注射设备进行注射填充的参数为：螺杆温度设置为150～170℃。
在一种实施中，中间填充层的材料为聚乙烯缩丁醛时，注射设备进行注射填充的参数为：螺杆温度设置为160～190℃。
在一种实施中，中间填充层的材料为乙烯-醋酸乙烯共聚物时，注射设备进行注射填充的参数为：螺杆温度设置为160～180℃
在一种实施中，所述注射填充是指注射成型或注射压缩成型。
本发明具有的优点和有益效果是：
一、注射或注射压缩成型技术在一次成型特定形状聚合物制件过程中广泛应用，但是基本上都是单一均质材料，本发明首次提出将注射或注射压缩成型技术应用到复合结构透明件的制备，实现中间填充层材料的一次成型并完成粘接，具有先进的创新意义；
二、注射或注射压缩工艺适用于所有外形制件的复合成型，而且能够避免传统灌注工艺原材料合成、灌注工艺以及收缩应力、缺陷等问题，同时解决了胶片热压粘接工艺造成的大曲率复合结构透明件光学缺陷问题，具有良好的技术先进性；
三、本发明工艺过程中通过设置较高的模具温度(70～120℃)，提高两侧结构材料温度，确保中间层材料顺利填充；填充完成后进行整体保温或压缩保温，保温时间不少于180s，降低中间层材料的注射成型应力并提高中间层材料与两侧结构材料的粘接强度。
附图说明
图1复合结构透明件注射成型典型流程图
图2是弯曲型面复合结构透明件典型结构示意图
具体实施方式
在实施过程中，当面层和内层透明件的透明结构材料为无机玻璃材料时，中间层的材料为热塑性聚氨酯、聚乙烯缩丁醛、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种，如果面层和内层透明件的透明结构材料为有机玻璃、聚碳酸酯时，中间层的材料为热塑性聚氨酯。
本实施中使用的设备是注射/注射压缩成型设备、注射/注射压缩成型模具、中间层材料原料干燥除水装置；透明结构材料外形切割加工设备、成型用工装、加热装置等。
实施例1
两侧结构透明材料分别选择有机玻璃与聚碳酸酯，中间填充层材料选择热塑性聚氨酯，有机玻璃与聚碳酸酯厚度均选为5mm，中间填充层材料目标厚度为2mm。制件为尺寸550×280mm的平板制件，按照上述实施方式分别进行有机玻璃、聚碳酸酯板材加工和边缘铣削，对热塑性聚氨酯粒料进行充分干燥。加工完成后的有机玻璃与聚碳酸酯分别镶嵌固定在注射模具的动模与静模两侧，形成约3mm厚的空腔。设定模具温度为90℃，进行加热保温，时间为10min。设定螺杆五段温度分别为150℃，160℃，165℃，170℃，170℃，进行注射填充，注射完成后启动模具压缩动作，压缩行程为1mm，在此基础上保温保压300s。进行模具冷却，降温时间不少于240s。开模顶出制件。得到有机玻璃-热塑性聚氨酯中间层-聚碳酸酯复合结构平板制件。制备过程如图1所示。
实施例2
参照实施例1的方法，将外侧有机玻璃层换成同等厚度无机玻璃层，并设置模具温度为110℃，其他参数不变。得到无机玻璃-热塑性聚氨酯中间层-聚碳酸酯复合结构平板制件。
实施例3
参照实施例1的方法，制件为大曲率，结构形式如附图2所示。制件平面展开尺寸约为600×600mm，材料种类厚度以及其他工艺参数不变。得到有机玻璃-热塑性聚氨酯中间层-聚碳酸酯复合结构曲面制件。
实施例4
参照实施例3的方法，将外侧有机玻璃替换为无机玻璃，制件结构与尺寸与实施例3一致。得到无机玻璃-热塑性聚氨酯中间层-聚碳酸酯复合结构曲面制件。
下表为上述实施例的性能数据
从表中可以看出，用注射或注射压缩成型的方法，能够获得光学性能优良(透光率高于85％，雾度小于2.5％，光畸变不高于1/8)，尺寸精度与外观质量较高的复合结构透明件(平板制件或曲面制件)。注射/注射压缩成型技术能够一步实现多层透明材料的粘接，相对于胶片热压粘接与灌注法具有实施方便、效率高、制件成品率高等优点，尤其是在大曲率或复杂外形复合结构透明件成型过程制造中具有显著的优势，在复合结构透明件领域具有广阔的应用推广价值。

Claims (10)

1.一种复合结构透明件的注射成型方法，其特征在于：所述复合结构是指由外层、内层及中间填充层构成的三层结构，或由外层、内层、中间层及中间填充层构成的多层结构，其中，中间层对外层、内层之间的空间形成再分层，该成型方法的步骤如下：
步骤一、用透明结构材料、按尺寸和形状加工成型外层、内层和必要时的中间层透明件；
步骤二、将外层、内层和必要时的中间层透明件安装在模具中，合模并锁定模具后，在外层、内层或外层、内层、中间层之间形成用于成型中间填充层的腔体；
步骤三、将模具整体加热至70～100℃，并保温热透，使内部的透明件的温度与外部的模具温度一致；
步骤四、开启注射设备，对中间填充层材料粒料进行剪切熔融塑化后，对上述腔体进行注射填充；
步骤五、填充完成后进行保温或通过模具作动压缩保温，保温时间不小于180s，然后待制件冷却后，开模顶出。
2.根据权利要求1所述的复合结构透明件的注射成型方法，其特征在于：所述中间填充层的材料为热塑性聚氨酯、聚乙烯缩丁醛、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种。
3.根据权利要求1所述的复合结构透明件的注射成型方法，其特征在于：加工成型外层、内层、中间层的透明结构材料为有机玻璃、聚碳酸酯或无机玻璃中的一种。
4.根据权利要求1～3所述的复合结构透明件的注射成型方法，其特征在于：当外层、内层、中间层透明件的透明结构材料中的一层或多层为有机玻璃、聚碳酸酯中的一种时，中间填充层的材料为热塑性聚氨酯。
5.根据权利要求1所述的复合结构透明件的注射成型方法，其特征在于：所述模具包括动模和静模。
6.根据权利要求1或3所述的复合结构透明件的注射成型方法，其特征在于：当外层、内层、中间层透明件的透明结构材料为无机玻璃时，模具整体加热的温度可以为70～120℃。
7.根据权利要求1或2所述的复合结构透明件的注射成型方法，其特征在于：中间填充层的材料为热塑性聚氨酯时，注射设备进行注射填充的参数为：螺杆温度设置为150～170℃。
8.根据权利要求1或2所述的复合结构透明件的注射成型方法，其特征在于：中间填充层的材料为聚乙烯缩丁醛时，注射设备进行注射填充的参数为：螺杆温度设置为160～190℃。
9.根据权利要求1或2所述的复合结构透明件的注射成型方法，其特征在于：中间填充层的材料为乙烯-醋酸乙烯共聚物时，注射设备进行注射填充的参数为：螺杆温度设置为160～180℃。
10.根据权利要求1所述的复合结构透明件的注射成型方法，其特征在于：所述注射填充是指中间填充层材料注射成型或注射压缩成型。
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