CN111246986B - 由被设计为空心体的预制件生产部件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种由预制且尺寸稳定的预制件制造部件的方法，所述预制件被设计为空心体并且具有预制腔和至少一个开口，所述方法包括以下步骤：将所述预制件(21)插入配备有第一塑料注射器的塑料注塑成型机模具(1)的模腔(2)中；闭合所述模具(1)；通过所述第一塑料注射器注入第一塑料(26)的液态塑料模塑混合物并将所述液态塑料模塑混合物引入所述预制腔(23)；将第一加压流体注入到所述第一塑料(26)的液态塑料模塑混合物中，通过置换塑料模塑混合物在所述塑料模塑混合物中形成部件腔(28)；以及将所述预制件(21)转换为所述部件，其中以受控方式成型所述预制件(21)，并形成所述部件的外部轮廓。

Description

由被设计为空心体的预制件生产部件的方法
技术领域
本发明涉及一种由预制件生产部件的方法，该预制件被设计为具有至少一个开口的尺寸稳定的空心体。
背景技术
例如，存在一些从挤出吹塑和拉伸吹塑领域中从预制件生产部件的方法。预制件也被称为型坯。在规定的方法中，将由热塑性树脂制成的预制和尺寸稳定的预制件引入吹塑模中，在压缩空气的作用下加热并成形成所需的部件。芯轴也可以插入加热的预制件中，其中预制件被机械拉长。这种方法的压力和温度取决于所用的塑料和部件的形状。典型的压力范围在7到40巴之间。典型的温度范围在80到120℃之间。吹塑方法适合于特别是从PET、PBT、PVC、PP和PA生产壁较薄的部件。这包括容器，如瓶子、小瓶或罐。然而，已知的吹塑方法不适用于由预制件生产部件，因为塑料材料的存在，需要相当高的压力才能由尺寸稳定的预制件来成形部件。
发明内容
本发明的任务是提供一种方法，该方法能够从预制且尺寸稳定的预制件生产部件，即使需要比吹塑方法高得多的压力，以使预制件转变为部件的形式，并从而使预制件变形。
该任务通过根据权利要求1的方法来解决。该方法的特征在于，将液态塑料模塑混合物注入到预制且尺寸稳定的预制件中，并且通过流体注入技术在塑料模塑混合物中形成空腔。不像已知的吹塑方法那样仅通过加热和引入压缩空气来实现预制件的变形，而是通过将塑料熔体注入预制件中来实现。所述预制件被设计为空心体并且具有预制腔。当将液态塑料模塑混合物注入预制腔中和/或将流体注入液态塑料模塑混合物中时，在预制件内部建立的压力明显高于已知吹塑方法的压力。这种高压也可用于将预制件转变为具有高度尺寸稳定性的部件，这意味着需要较大的力才能使预制件变形。例如，它们可以具有加强结构。基于本发明的方法，将预制且尺寸稳定的预制件插入配备有第一塑料注射器的塑料注塑成型机模具的模腔中。模腔的内轮廓基本上限定了这里要制造的部件的外轮廓。预制件以其至少一个开口在所述模腔中对准，使得所述预制件的开口被调节到所述模具中第一塑料注射器的位置。在关闭模具之后，通过第一塑料注射器将第一塑料的液态塑料模塑混合物注入到预制腔中。液态塑料模塑混合物在此通过面向第一塑料注射器的预制件的开口进入预制腔。预制件能够已经以受控的方式变形，以使得在将液态塑料混合物注入到预制件中时，预制件采用由模具的模腔限定的外轮廓。在压力下将第一流体注入液态塑料模塑混合物中，其中通过置换第一塑料的塑料模塑混合物在塑料模塑混合物中形成空腔。将第二加压流体注入腔中，其中将第一流体从腔中排出。在塑料模塑混合物和/或第一流体和/或第二流体施加到预制件的温度和/或压力的影响下，预制件转换为部件并采用由模腔限定的部件轮廓。塑料模塑混合物固化后，将部件从模腔中脱模。
第一流体和第二流体也可以是薄雾或气雾形式的混合物，并被注入到塑料熔体中。如果将气溶胶用于该注射技术，则这被称为气溶胶注射技术。如果将CO2用作气体，则称为CO2注射技术。
在用作塑料熔体的塑料模塑混合物中引入加压的第一流体将导致第一塑料的塑料模塑混合物的一部分被从预制件中压出。同时，在塑料模塑混合物中形成空腔。液体或气体都可以用作流体。将水用作液体的方法称为注水法。使用气体的方法称为注气法。将部件冷却到指定温度后，打开模具并取出部件。现在可以生产下一个部件。循环再次开始于用预制件填充模腔。
在第一塑料的塑料模塑混合物中产生空腔可防止成品部件内部完全充满塑料。第一塑料的塑料熔体的注射导致预制件以这样的方式变形，这样的方式就是使得预制件的外形基本上采用成品部件的形状。随后引入的第一流体在部件内部产生空腔，使得成品部件具有空腔的形式。如果要由完全填充有第一塑料的预制件生产实心的部件，则无需引入第一流体和第二流体。
当将塑料模塑混合物注入到预制件中时，可以用塑料模塑混合物部分地或完全地填充预制腔。优选在注射过程中用塑料模塑混合物完全填充预制腔，从而建立预制件变形所需的压力。当引入第一流体时，要注意一部分塑料模塑混合物从预制件的预制腔中压出。为此，预制件优选地应具有附加的开口，多余的第一塑料的塑料模塑混合物可通过该开口从预制件逸出。此处，预制件的第一开口用作塑料模塑混合物的入口，而预制件的另一开口用作多余的塑料模塑混合物的出口。在这种情况下，模具还具有特殊设计，以便排出多余的塑料模塑混合物。多余的塑料模塑混合物可以例如反馈到塑料注射器中，以便可以用于另一个循环。这些类型的方法称为熔融推回工艺。
如果不需要高压或高温来使预制件变形，则在注射塑料模塑混合物的过程中仅将预制腔部分地填充就足够了。在这种情况下，第一流体确保塑料模塑混合物在预制腔中的分布。
特别地，注入塑料模塑混合物和/或用第一流体置换塑料模塑混合物导致如此高的压力，使得如果预制件具有高尺寸稳定性，则甚至触发预制件的针对性变形。塑料模塑混合物和/或第一流体的引入主要用于建立压力。塑料模塑混合物还可以用于使部件成形并将附加部件模塑到预制件上。
特别是在注入第一塑料的液态塑料熔体期间建立的压力可以比通常用于吹塑的压力大很多倍。
成品部件除了在其与空腔邻接的内侧上的预制件之外，成品部件还具有由第一塑料制成的层。在生产预制件时可以考虑到这一点。预制件的壁厚可以相应地减小。
成品部件的外部由以受控方式变形的预制件形成，可能的附加模制部件除外。
第一流体和第二流体的引入可以被组织成使得塑料模塑混合物均匀地分布。此外，第一流体和第二流体的引入也可以以受控的方式进行，使得塑料模塑混合物尤其在预制件的位置处积聚，当成型为部件时，在该位置处材料变弱。如果预制件的壁的厚度在成形期间部分减小，则与其它部分相比，可以将更多的第一塑料的塑料模塑混合物精确地放置在该部分中。
利用根据本发明的方法，可以在具有圆柱形细长形状的预制件上的一个或更多个部分中增大直径，并且由此可以拓宽外部轮廓。这样，部件将具有不同尺寸的横截面的部分。
如果将预制件成形为部件导致长度收缩，特别是由于各部分的膨胀，则模具可以配备有可置换地安装的部分。以这种方式，模具可以跟随预制件的长度收缩。
利用根据本发明的方法，例如可以制造用于传导介质的管线。这些类型的管线传导诸如液体或气体，尤其是水、油或空气的介质。根据使用领域的不同，这些管线必须特别稳定，并具有不同横截面的各部分。通过使用合适的预制件来实现高稳定性，必要时使用增强结构。通过根据本发明的第一塑料的注射，使预制件以受控的方式变形，使得成品部件具有由模具的模腔限定的外形和由流体注射技术限定的开口横截面。
根据有利的实施方式，预制件至少部分地由塑料制成，即由第二塑料制成。例如，PET、PBT、PVC、PP和PA适合作为第二塑料。就PA而言，PA6、PA6.6和PA12特别适合。
根据本发明的另一有利实施方式，第一塑料和第二塑料是不同的。除了部件的成形之外，通过使用不同的塑料，可以将与预制件的第二塑料不同的第一塑料制成的部分模制到部件上。
根据本发明的另一有利实施方式，第一塑料和第二塑料是相同的。
根据本发明的另一有利实施方式，将预制且尺寸稳定的预制件插入具有塑料带结构作为增强件的模腔中。这也称为复合。在这里将塑料带加工成机织织物、网或编织物。它也可能是包装材料。塑料带可以用碳纤维或玻璃纤维增强。增强件可以替代地或附加地由PPTA(商品名Kevlar)制成。此外，还可以为天然纤维或有机纤维形式的增强件。如果预制件由第二塑料制成，则塑料带结构可以被嵌入到预制件的第二塑料中，使得预制且尺寸稳定的预制件为整体。替代地，塑料带结构可以松散地布置在预制件的表面上。塑料带结构可以由一层或多层塑料带制成。塑料带结构可以以不突出超过预制件的表面的方式嵌入在预制件的第二塑料中。可替代地，塑料带结构位于预制件的外部。塑料带结构也可以位于预制件的内部。具有这种塑料带结构的管也被称为带管。利用根据本发明的方法，具有塑料带结构的预制件可以被部分地或完全地加宽。
根据本发明的另一有利实施方式，塑料带结构被嵌入第二塑料中。
根据本发明的另一有利的实施方式，预制件至少部分地由金属组成。
根据本发明的另一有利的实施方式，插入到模腔中的预制件具有至少第二开口。模具的模腔具有模腔部分，预制件插入到模腔中时，该模腔部分与预制件的第二开口接合。当将加压的第一流体注入第一塑料的液态塑料模塑混合物中时，塑料模塑混合物被挤压通过预制件的第二开口以压入到模腔部分中并且至少部分地填充模腔部分。结果，可以将由第一塑料制成的附加部分模制到预制件上，从而模制在部件上。这些附加部分仅由第一塑料制成，而不是像由部件的其余部分一样由预制件的材料层和第一塑料层制成。
根据本发明的另一有利的实施方式，通过将第一流体注入到压入到模腔部分中的塑料模塑混合物中，在容纳在模腔部分中的塑料模塑混合物中形成空腔。由第一塑料制成并模制在部件上的部分设计为内部空心。
根据本发明的另一有利实施方式，将包含增强纤维的塑料模塑混合物作为第一塑料的液态塑料模塑混合物来注入。这些可以是玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、天然纤维或其他添加剂。玻璃纤维增强塑料也称为GRP。碳纤维增强塑料也称为CRP。在注入到预制腔中的过程中，增强纤维积聚在预制件的内部。因此，它们降低了具有增强结构的预制件的风险，该风险为当将第二塑料以高压注入到预制件中时，第一塑料会在形成增强结构的单个纤维之间的空间中撕裂。
根据本发明的另一有利实施方式，预制件由若干层塑料制成，这些塑料层以不同程度填充有增强纤维。
根据本发明的另一有利实施方式，将若干层第一、第三或其他塑料注入到预制件中。塑料可以填充有不同数量的不同增强纤维。注射第三种塑料时，可以将第一种塑料从预制腔中置换出来。每种注入的塑料都可能发生预制件的针对性置换。这取决于每种情况下的设定压力。在这种情况下，成品部件可能会具有多层不同的塑料。这称为多层。
根据本发明的另一有利实施方式，在将第一塑料的塑料模塑混合物注入到预制件中之前，预制件被预热。如果预制件被预热，则注射的塑料模塑混合物的第一塑料可以更好地与预制件的第二塑料接合，如果预制件是由塑料制成的话。如果预制件由金属制成，则通常不需要预加热预制件。
根据本发明的另一有利实施方式，在注射塑料模塑混合物之前，加热模具，预制件由此在模腔中预热。
根据本发明的另一有利实施方式，在注入塑料模塑混合物之前，将第三加热流体引入到预制件中。预制件被该第三流体预热。
根据本发明的另一有利实施方式，设置在模具上的第二塑料注射器用于从外部将第三塑料的液态塑料模塑混合物模制到预制件上。因此，第三塑料的塑料模塑混合物不会积聚在预制件的内部，而只会积聚在外部。这导致了部件的其他设计可能性。通过注入第三种塑料的塑料模塑混合物，必须确保预制件不会在模具中塌陷。这样，压力能够相应地设定。
根据本发明的另一有利实施方式，在注入第一塑料的液态塑料模塑混合物之后，将第三塑料的液态塑料模塑混合物注入模具中。
根据本发明的另一有利实施方式，在注入第一塑料的液态塑料模塑混合物之前，将第三塑料的液态塑料模塑混合物注入模具中。
根据本发明的另一个有利的实施方式，第三塑料不同于第一塑料。第三塑料也可以不同于第二塑料。
根据本发明的另一有利实施方式，第三塑料相当于第一塑料。第三塑料尤其也可以相当于第二塑料。
根据本发明的另一有利实施方式，首先以第一压力p1将第一塑料的液态塑料模塑混合物注入到预制腔中，直到预制腔被第一塑料的液态塑料模塑混合物填充。进行体积填充。然后以第二压力p2继续注入第一塑料的液态塑料模塑混合物，其中p2>p1，其中预制件转换为部件。压力p2可以比压力p1大很多倍。这取决于预制件的材料以及预制件是否配备了额外的增强材料。如果预制件由不具有增强结构的第二塑料制成，则p2通常小于由不具有增强结构的由第二塑料制成的预制件。金属制成的预制件的p2甚至更高。由于高压，预制件向部件的变形被触发或至少被促进。
根据本发明的另一有利实施方式，p2至少是p1的两倍。
根据本发明的另一有利实施方式，p2比p1大至少10倍：p2＝10*p1，优选比p1大至少50倍p2＝50*p1，特别优选比p1大至少70倍：p2＝70*p1。
根据本发明的另一个有利实施方式，p1约为60巴，p2约为4000巴。
本发明的其他优点和有利的实施形式可以从下面的说明、附图和权利要求中获得。
附图说明
附图示出了本发明的主题的典型实施方式。在附图中：
图1显示了具有模腔、两个注射头和针阀的模具；
图2以纵向截面示出了由第二塑料制成的预制件；
图3示出了模腔，其具有根据图1的注射头和插入到模腔中的预制件；
图4示出了模腔，其具有根据图3的预制件，其中两个注射头被插入到预制件中；
图5示出了模腔，其具有根据图3的预制件和注入到预制件中的第一塑料的熔体；
图6示出了在以增加的压力进一步注入第一塑料的熔体之后具有预制件的模腔；
图7示出了模腔，其具有预制件和注入到预制件中的第三塑料的熔体；
图8示出了在使用水产生空腔之后具有预制件以及第一和第三注入塑料的模腔。
具体实施方式
图1示出了具有模腔2的模具1，该模腔具有第一注射头3和第二注射头4。模具是图中未另外示出的注射成型机的一部分。每个注射头3、4配备有未在图中示出的驱动器，该驱动器主动地将两个注射头3、4移入和移出模腔2。模腔2是细长的。当沿模腔的纵向方向移动时，两个注射头3、4在进入模腔2时彼此相对移动，并且在移出模腔2时彼此移开。根据图1的图示，两个注射头3、4借助驱动器从模腔2中移出。第一注射头3也可移动地安装在导轨5、6上。将两种不同塑料的熔体通过总共四个针阀7、8、9、10注入模腔2。此外，流体通过针阀10注入到液体熔体中以产生空腔。
模腔2具有三个模腔部分：
第一模腔部分11是细长的。它具有区域12、13，所述区域被设计为具有圆形横截面的圆柱形。在区域14、15中，开口横截面大于区域12、13。
第二模腔部分16采取在第一模腔部分上的附件的形式。
第三模腔部分17具有圆柱形环18和两个附件19、20，所述两个附件19、20突出到围绕圆柱形区域12的一侧。第二和第三模腔部分16、17可以通过滑块与第一模腔部分分开。滑块未在图中显示。在执行该方法期间插入到模腔2中的预制件上，滑块防止第二模腔部分16和第三模腔部分17以与第一模腔部分11的区域14、15相同的方式变形。
图2以纵向截面示出了预制件21。预制件21采用具有圆形横截面的尺寸稳定的细长管的形式。预制件21具有与预制腔23邻接的壳体22。壳体22由第二塑料制成，其中嵌入有由塑料带制成的增强结构，该增强结构在图中未示出。预制件在每个端部上具有开口24、25。
根据图3的视图示出了预制件21插入到模腔2中。预制件21通过朝向模腔2的注射头3和4的端部居中。预制件21的外轮廓在截面上与模腔2的内轮廓相对应。对于第一模腔部分11的圆柱形区域12和13尤其如此。
根据图4的视图示出了注射头3和4都借助于未在图中示出的驱动器伸入模腔2中。现在将注射头3和4的朝向模腔2的部分结合到预制件21的预制腔23中。
在下一步中，如图5所示，针阀10用于将第一塑料26的液体熔体注入到预制腔23中。为此，预制件21在针阀9的位置(图中未示出)具有通孔。在给定的第一压力p1和给定的第一温度T1下将第一塑料26注入到预制件21中，直到预制件21的整个预制腔23中充满了第一塑料26的熔体。
如图6所示，然后通过针阀10以大于第一压力p1的第二压力p2继续注入第一塑料26的液体熔体。压力p2如此高，以至于预制件21在第一模腔部分11的区域14、15中变形，使得预制件在区域14、15中呈现出模腔的形状。然而，在第二模腔部分16和第三模腔部分17中不是这种情况。通过未在图中示出的滑块防止第二和第三模腔部分16、17中的变形。在区域14和15中预制件21变形期间，预制件21的轴向长度缩短。因为注射头3可移动地安装在轨道5、6上，所以它能够跟随这种缩短。注射头3在这里沿着轨道5、6在注射头4的方向上移动一段距离，该距离对应于预制件21的轴向缩短。
然后，采用轮廓滑块形式的滑块在模腔部分16和17中移动，从而使模腔的相应部分连接到第一模腔部分11。如图7所示，现在使用针阀8和9将第三塑料27的液体熔体注入第二和第三模腔部分16、17中。由于预制件21仍然填充有第一塑料26的液体熔体，所以当注入第三塑料27时，预制件21在第二和第三模腔部分16、17中不会变形。
在图8所示的过程步骤中，针阀9用于将加压水注入第一塑料26的液体熔体中。第一塑料26的液体熔体的一部分在此从预制件21中置换出来，并通过打开的针阀7从模腔2中压出。在预制腔23中的第一塑料的液体熔体中形成了部件腔28。从图中可以看出，变形的预制件在其内部具有第一塑料26，并且在外部具有第二和第三模腔部分16、17中的第三塑料27的模制部分。由模腔2的第二和第三模腔部分16、17限定的成品部件的部分是附接点。
然后可以打开模腔并取出部件。
本发明的所有特征可以单独地或以任意组合地对本发明具有实质性。
附图标记
1模具
2模腔
3注射头
4注射头
5导轨
6导轨
7针阀
8针阀
9针阀
10针阀
11第一模腔部分
12圆柱形区域
13圆柱形区域
14区域
15区域
16第二模腔部分
17第三模腔部分
18环形区域
19附件
20附件
21预制件
22壳体
23预制腔
24开口
25开口
26第一塑料
27第三塑料
28部件腔

Claims (22)

1.一种由预制且尺寸稳定的预制件生产部件的方法，所述预制件设计为中空体并且具有预制腔和至少一个开口，所述方法包括以下工艺步骤：
将所述预制件(21)插入配备有第一塑料注射器的塑料注塑成型机模具(1)的模腔(2)中，其中所述模腔(2)的内部轮廓基本上限定所述部件的外部轮廓，
在所述模腔(2)中对齐所述预制件(21)，以将所述预制件(21)的开口调节到模具(1)中所述第一塑料注射器的位置，
闭合所述模具(1)，
借助所述第一塑料注射器注入第一塑料(26)的液态塑料模塑混合物，并通过所述预制件(21)的面向所述第一塑料注射器的开口将所述液态塑料模塑混合物引入到预制腔(23)中，
将第一加压流体注入到所述第一塑料(26)的液态塑料模塑混合物中，其中，通过置换塑料模塑混合物而在所述塑料模塑混合物中形成部件腔(28)，
将第二加压流体注入所述部件腔(28)，其中第一流体从所述部件腔(28)中置换出去，
将所述预制件(21)转变成所述部件，其中以能够控制的方式模制所述预制件(21)，并且所述部件的外轮廓借助于通过所述第一塑料(26)的塑料模塑混合物和/或第一流体和/或第二流体作用在所述预制件(21)上的压力和/或温度来形成，
固化所述第一塑料(26)的塑料模塑混合物，
将所述部件从所述模腔(2)脱模。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预制件(21)至少部分地由第二塑料构成。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二塑料不同于所述第一塑料(26)。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一塑料(26)和所述第二塑料是相同的。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，预制且尺寸稳定的预制件(21)插入到所述模腔(2)中，所述模腔包括由塑料带制成的包装材料、机织织物、网或编织物形式的塑料带结构。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述塑料带结构嵌入在所述预制件(21)的第二塑料中。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预制件(21)至少部分地由金属制成。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，插入到所述模腔(2)中的预制件(21)具有至少第二开口，所述模腔(2)具有模腔部分，所述预制件(21)插入到所述模腔(2)中时，所述模腔部分与所述预制件(21)的第二开口接合，将加压的第一流体注射到第一塑料的液态塑料模塑混合物中，所述塑料模塑混合物被挤压通过所述预制件的第二开口以压入到所述模腔部分中并至少部分地填充所述模腔部分。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过将所述第一流体注入到被压入到所述模腔部分中的所述第一塑料(26)的塑料模塑混合物中，在所述模腔部分中容纳的所述塑料模塑混合物中形成空腔。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将包含增强纤维的塑料模塑混合物作为所述第一塑料(26)的液体塑料模塑混合物注入。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述第一塑料(26)的塑料模塑混合物注入到所述预制件(21)中之前，将所述预制件(21)预热。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，加热所述模具(1)，将所述预制件(21)在所述模腔(2)中预热。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，将第三加热流体引入到所述预制件(21)中，所述第三加热流体预热所述预制件(21)。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，布置在所述模具(1)上的第二塑料注射器用于将第三塑料的液态塑料模塑混合物从外部模制到所述预制件上。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在注入所述第一塑料(26)的液态塑料模塑混合物之后，将所述第三塑料(27)的液态塑料模塑混合物注入到所述模具(1)中。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在注入所述第一塑料(26)的液态塑料模塑混合物之前，将所述第三塑料(27)的液态塑料模塑混合物注入到所述模具(1)中。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第三塑料(27)不同于所述第一塑料(26)。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第三塑料(27)相当于所述第一塑料(26)。
19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述预制腔(23)中，首先以第一压力p1注入所述第一塑料(26)的液态塑料模塑混合物，直到所述预制腔(23)充满所述第一塑料(26)的液态塑料模塑混合物，然后以第二压力p2继续注入所述第一塑料(26)的液态塑料模塑混合物，其中p2>p1，其中所述预制件(21)转换为所述部件。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，p2比p1大至少两倍。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，p2比p1大至少十倍。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，p2比p1大至少五十倍。
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