CN1110406C - 模塑制品的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种由多孔材料模塑具有不渗透表面的低密度制品的方法。配置具有一个模腔的模具，其外形限定所述制品的外形。原料为泡沫塑料片材。在某些情况下本方法的第一步是预热软化原料。随后由片材冲压与所述制品外形基本相同的坯料；将其放入所述模腔中。加热内含所述坯料的模具，将所述坯料定型成要求的制品。接着将内含制品的模具在冷水中骤冷。随后将制品从模具中取出并冷固。这种模塑方法的结果形成具有泡沫塑料内芯、不渗透表面的低密度制品。

Description

模塑制品的制造方法

发明的领域

本发明涉及模塑制品和模塑方法。具体涉及用泡沫塑料模塑制成的具有固体模塑制品许多特性的模塑产品，以及为获得这些特性的模塑方法。

发明的背景

由多孔材料(如泡沫塑料)制成的玩具和其它制品具有某些优点：由于其密度低而重量轻；由于其压缩性而对儿童安全。这些材料的轻盈、安全和压缩性使之特别适合于作为弹性球(bouncing balls)、飞翔玩具如滑翔机和投掷玩具如飞镖。但是当用于制造其它类型的玩具和其它制品时，这些材料总体上未能产生很好的效果。

以前难以或不可能将这些材料制成市场上可接受的形状。由于供应的泡沫塑料材料通常是片状的，从而难以将它们制成厚度不均匀的物体。相比之下，发现注塑成型的塑料制品可被制成各种厚度不均匀的形状。注塑成型还适于包含现场模塑各种类型的嵌件。以前，用泡沫塑料材料从未很好地制得这种嵌件。

另外，玩具商场喜爱陈列具有光泽表面的制品，最好装饰有各种鲜艳的色彩。以前泡沫塑料材料具有无光泽、多孔的表面，不适合用色彩鲜艳的颜料、丝网印刷、擦涂和贴花进行终饰。这种表面还不适合模塑使玩具制品具有要求的真实感的细巧的表面细节。现有技术的泡沫塑料制品遇到的另一个问题是由于其表面层柔软而容易被撕裂。

但是本发明打算用泡沫塑料材料模塑玩具和其它制品，形成的这些制品具有与镶嵌模塑制品相似的坚韧、光滑和光泽的表面。结果，本发明模塑的泡沫塑料制品兼有泡沫塑料的轻盈、安全和压缩性的优点，又具有优良的容纳现场模塑嵌件和接受各种类型的表面装饰的性能，更可取的是鲜艳的色彩加上细巧的表面细节。由于坚固的表面层抗撕裂，因此本发明的模塑泡沫塑料制品也是经久耐用的。

发明的内容

这些要求的结果是通过以多孔材料为原料，模塑具有一个不渗透表面的低密度产品得到的，该方法包括下列步骤：制造一个具有模腔的模具，模腔的外形限定制品的外形；从多孔材料上冲压一件与制品外形基本相似的坯料；将坯料放入模腔内，坯料的外形与模腔的外形基本一致；加热内含坯料的模具，使坯料定型成制品；随后将其从模具中取出并冷固该制品，选择加热和冷固步骤的持续时间和温度，以在制品上定型不渗透的表面，从而使制品具有无孔材料制成的制品的外观。

在本发明的优选方法中，加热后使模具在冷水中骤冷，随后取出模塑制品并进行冷固。

这种模塑方法结果形成一种具有不渗透表面和带不渗透表面的泡沫塑料整体内芯的低密度制品。

本发明还公开一种由多孔材料片材模塑具有不渗透表面的低密度制品的方法，包括如下步骤：

制备具有一个模腔的模具，所述模腔限定所述制品的外形；

从所述片材上冲压与所述制品外形基本相同的坯料；

在所述坯料的外表面上放置具有装饰涂层的无孔塑料膜；

将具有所述膜的所述坯料放入所述模腔中，所述坯料的外形与所述模腔的外形基本相同；

加热内含所述坯料的模具，将所述坯料和所述膜定型成要求的制品；

随后快速冷却内含所述制品和膜的所述模具；

接着将所述制品和膜从所述模具中取出，并冷固该制品和膜；

从而使所述制品具有无孔材料制成的制品的外观。

附图简述

图1是泡沫塑料片的部件分解视图，从该泡沫塑料上已切割并取出了若干模塑坯料；

图2是用于容纳两件所述坯料的双模具的视图；

图3是一个加热腔的正视图，许多所述模具通过该加热腔，从而将坯料模塑成要求的制品；

图4是用于快速冷却内含模塑制品的所述模具的充冷水式骤冷腔的纵截面图；

图5是用于随后冷固模塑制品的冷固器的纵截面图；

图6是一种模塑制品的前立面图；

图7是该模塑制品表面层的一部分的放大的截面图；

图8是可根据本发明制成的另一种制品的视图，它是空壳状的；

图9是用于制造本发明图8制品的模具的视图；

图10是图9模具的纵截面图；

图11是用于制造图8制品的传输机烘箱的透视图。

发明的详细描述

本发明模塑方法使用由泡沫聚乙烯(PE)或泡沫乙烯-醋酸乙烯酯共聚物形成的常规塑料材料，这两种泡沫塑料可以以厚度均匀(即垂直方向，如图1所示)的平片10的形状从市场上购得。标准的市售片材的尺寸为100×200cm；其厚度范围为3-100mm，任何具体片材的长和宽方向上的厚度基本均匀。在通常的环境温度下这种材料的密度与橡胶的密度相似。

本方法的目的是制造玩具或其它制品12(图6)，这些制品总的来说在所有方向上的厚度都不均匀，尽管使用厚度均匀的市售片材原料。

本发明方法的第一步是从泡沫塑料片10上用模头冲切一件或多件模塑坯料12A、12B、12C等，这些坯料的外形与最终制品12的外形基本一致。由于冲切模头对泡沫塑料片10的整个厚度(在垂直方向)进行切割，因此在模头切割方法中不产生毛边或分模线。图1显示了从泡沫塑料片10中取出后的第一件坯料12A。在本发明方法的这一步中，坯料12A、12B等具有和制造它们的片材10一样均匀的厚度(垂直方向)。

下一步是将一件或多件坯料12A、12B等置于合适的半模腔(如金属模具的下半部14中的14A、14B)中。用铰链16与下半部14相连的是金属模具的上半部18，它由互补的半模腔18A、18B组成。在将泡沫塑料坯料12A、12B等放入下膜腔14A、14B以后，沿铰链16旋转上半部18以关闭模具，随后用常规的合模装置(该合模装置中的一部分可参见图2中20)将模具紧密合模。

当模具合模后，上半模腔18A、18B与下半模腔14A、14B一起形成完整的模腔，该模腔完全包裹泡沫塑料坯料12A、12B等。上半模腔和下半模腔的外形相合，具有最终制品12所要求的外形。

半模腔的凹表面分别具有要求的最终制品的上和下部分的外表面形状，从而将坯料12A、12B模塑成具有要求的最终形状的制品12。即使泡沫塑料坯料原先具有均匀的厚度，如同冲压成这些坯料的泡沫塑料片10那样，这种最终制品的形状一般具有不均匀的厚度。另外，半模的凹表面雕刻有细巧的表面凹凸细节，这种细节将压印在最终制品12的表面上。

随后使在模腔14A、18A和14B、18B内含有泡沫塑料坯料12A、12B等的闭合模具14、18通过安装在桌子24上的烘箱22。模具穿过烘箱的移动可以是间断的或连续的，并且可以使用人工操作或使用安装在桌子24上的常规的自动化传输机进行操作。烘箱22内部温度为200-300℃，在烘箱温度下放置的时间约为5-15分钟。

从烘箱中取出后，将内部仍含有泡沫塑料坯料12A、12B等的模具14、18浸入装有冷水28的容器26中以快速冷却泡沫塑料坯料与模腔14A、18A和14B、18B的凹表面接触的表面。金属模具14、18的较高传热性有助于快速冷却与模具接触的模塑坯料12的表面层。冷却水的温度约为5-20℃，在冷却水中的放置时间约5-15分钟。

随后从水浴28中取出模具14、18，松开合模装置20，沿铰链16旋转上半模具18，使其和下半模具14分开，接着从模具中取出模塑制品12，通过将产品12经门32置于冷固室30(compartment)的搁架34上而将其放入冷固室内，接着关闭门32。冷固温度约为-5～-15℃。在冷固温度下的放置时间约为30-45分钟。

用于本发明的EVA泡沫塑料原料被归类于“密闭泡孔”这一类，它的含义仅在于泡孔间不是相互连接的；但是泡孔在片材10的外表面上敞开，使得该表面无光泽且多孔。PE原料被归类于“敞开泡孔”这一类，由于泡孔在表面上敞开而同样具有无光泽且多孔的外观。

本发明方法的废品率明显低于模塑泡沫塑料制品的现有技术方法(形状和终饰层不一致，并且柔软度和密度不恰当和不协调)的废品率。另外，由泡沫塑料用现有技术模塑的制品的特点在于无光泽且多孔的表面，它不利于施加鲜艳和彩色的终饰层；施加上去的终饰层容易剥落并且不能显示鲜艳、光泽或彩色的效果。该表面的细节也很差。

但是如图7所示，本发明热模塑、骤冷和冷固的连续步骤在最终制品12的表面上形成层12L，在该层中泡孔或空隙12P被封闭，不在最终产品12的表面上敞开。事实上，此时的表面由坚固、光滑、不渗透的表层12S组成，它与注塑制品的表面特性基本相同，即它是坚固、光滑、光泽、耐用、并能接受和保持各种类型的装饰层。

终饰的制品12还能很好地保持现场制模嵌件，在使用中很少被撕裂。表面12S也具有光滑、光泽的终饰层，它比未经处理的泡沫塑料材料的无光泽、多孔外观更具吸引力，它具有泡沫塑料材料以前不能取得的精细结构，并且它使其本身能适用于各种终饰方法，包括鲜艳和装饰色彩。

具体地说，适用于本发明方法的终饰方法有色彩模头喷雾、擦涂、丝网印刷、以及使用预印有图案或固体颜料并层压有粘合剂(将膜粘合在制品12的表面上)的无孔PE膜。本发明的具体特征在于能在图3的加热步骤前将这种膜施加在模塑坯料12上，此时该膜定型地模塑在制品12的表面上。

同时，在表面层12L下面的制品12的本体保持原来的多孔性，并因此保持原来泡沫塑料片10的低密度。结果，最终制品保留柔软、轻盈和挠性，并因此能安全地用作滑翔机、投掷玩具、弹性球等。另外，尽管最终制品12是用厚度均匀的片材10制成的，但是它可以形成任何要求的不均匀厚度。

本发明的另一方面适合于模塑空心壳整体造型的模塑成型物(shapes)，如图8所示的玩具车体40，其特征在于挖空的内区域40A。这种造型是由模具42制成的。模具42具有由凸起的内芯44A形成的下半模具44和由互补的模腔46B形成的上半模具46。铰链48、在下半模具44上的导向销子50、在上半模具上与之互补的导向孔52、以及插销装置54、56构成了模具装置。

截面图10显示了类似形成于闭合的模具42中的成型物40的空心壳体形状。为了使从片材10上切割下来的一大块疏松的泡沫塑料模塑时在内芯44A和模腔46A之间更容易被压缩，最好将泡沫塑料在约200℃的温度时加热约3-5分钟以便在模塑前软化该材料。出于这个目的，提供烘箱60(图11)，在进行上述方法的步骤前，该烘箱装有的传输带62将泡沫塑料10的片材传输通过烘箱。或者，可以在将泡沫塑料坯料从片材10上冲压下来后在泡沫塑料坯料上进行这种预加热步骤；但是如果先进行预加热可使片材10在冲压坯料时更柔软，有助于冲压。

具有模塑如上所述的空心壳状构型的能力使本发明方法适用于制造多种多样制品，并非全部都是玩具。例如，用本方法可制成带有令人喜爱的外终饰层、且价格便宜的软边行李箱，和用于小型电子设备、书籍和各种其它物体的吸震保护套、箱或覆盖物。

尽管原料费用较高，但是与其它模塑方法相比，本发明还是获得了较高的经济效益。首先，用于注塑的模具非常昂贵。为了承受注塑时所用的高温，模具必须由昂贵的钢材制成；而在本发明方法中可采用很便宜的铝合金材料。另外，注塑需要大量输送管和附件以将熔融的塑料树脂引入模腔中；而在本发明方法中上述所有这些都不需要。

结果，使模具成本(对于注塑每个模腔可达约40,000美元)降至每个模腔仅2500美元。从而在给定的成本下可制造许多种模具；这对于玩具领域特别有利，因为它能使制造商满足客户关于各种制品形状的要求。

其次，按照本发明方法制造的制品可使用多种色彩的预印刷PVC膜终饰(finished)，这与要求对每个成品都具个性的其它终饰方法相比，前者明显节约成本。

因此，本发明(无论是方法还是制品)能经济地制造挠性、轻盈、光泽、鲜艳和彩色终饰的、耐用的并具有任何要求截面形状的制品。尽管通过较好的说明性实例对本发明的这些特征和优点进行了描述，但是本发明的保护范围按本文披露的新原理由所附的权利要求书所决定。

Claims (11)

1.由多孔材料模塑具有不渗透表面的低密度制品的方法，包括如下步骤：

A.制备具有一个模腔的模具，所述模腔的外形限定所述制品的外形；

B.从所述多孔材料上冲压与所述制品外形基本相同的坯料；

C.将所述坯料放入所述模腔中，所述坯料的外形与所述模腔的外形基本相同；

D.加热内含所述坯料的模具，将所述坯料定型成所述制品；

E.随后将所述制品从模具中取出并冷固该制品；

选择所述加热和冷固步骤的持续时间和温度，以在所述制品上定型不渗透的表面；

从而使所述制品具有由无孔材料制成的制品的外观。

2.如权利要求1所述的模塑方法，其特征在于在步骤D和E之间还包括快速冷却内含所述制品的所述模具的步骤。

3.如权利要求2所述的模塑方法，其特征在于所述模具是由金属材料制成的，并且所述快速冷却步骤包括将所述模具浸没在冷液体浴中。

4.如权利要求3所述的模塑方法，其特征在于所述液体的温度为5-20℃。

5.如权利要求4所述的模塑方法，其特征在于在所述液体中放置的时间为5-15分钟。

6.如权利要求2所述的模塑方法，其特征在于所述冷固步骤包括将所述制品置于温度为-5～-15℃的冷固室内的步骤。

7.如权利要求6所述的模塑方法，其特征在于在冷固温度中放置的时间为30-45分钟。

8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于从所述多孔材料上冲压的坯料是厚度均匀的；并且所述坯料定型成厚度不均匀的制品。

9.如权利要求1或2所述的方法，用于模塑具有空心壳整体构型的制品，其特征在于所述模具还包括一内芯，该内芯能被容纳在所述模腔内以限定所述空心壳体构型，所述方法包括在足够高的温度下将所述坯料预热足够的时间，以便在将所述坯料放入所述模腔之前将其软化的附加步骤。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述预热步骤包括将形成所述坯料的所述材料在200℃的温度下放置3-5分钟。

11.由多孔材料片材模塑具有不渗透表面的低密度制品的方法，包括如下步骤：

制备具有一个模腔的模具，所述模腔限定所述制品的外形；

从所述片材上冲压与所述制品外形基本相同的坯料；

在所述坯料的外表面上放置具有装饰涂层的无孔塑料膜；

将具有所述膜的所述坯料放入所述模腔中，所述坯料的外形与所述模腔的外形基本相同；

加热内含所述坯料的模具，将所述坯料和所述膜定型成要求的制品；

随后快速冷却内含所述制品和膜的所述模具；

接着将所述制品和膜从所述模具中取出，并冷固该制品和膜；

从而使所述制品具有无孔材料制成的制品的外观。

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