CN116141570A - 通过在塑化期间溶解气体在注塑成型的固体零件中生产较长纤维的方法 - Google Patents

通过在塑化期间溶解气体在注塑成型的固体零件中生产较长纤维的方法 Download PDF

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Abstract

本发明的名称是通过在塑化期间溶解气体在注塑成型的固体零件中生产较长纤维的方法。本公开内容涉及固体零件，以及制造固体零件的装置和方法。方法包括将玻璃纤维填充的聚合物材料引入至注塑成型机的料斗，其中玻璃纤维具有预成型长度，熔融玻璃纤维填充的聚合物材料以在塑化单元中形成熔体，使用起泡剂增压注塑成型机的塑化单元，将起泡剂溶解入熔体，将熔体注入模具型腔直到100％体积，和形成固体零件。

Description

通过在塑化期间溶解气体在注塑成型的固体零件中生产较长 纤维的方法
本申请为分案申请，原申请的申请日是2016年8月30日、申请号是201680055432.X、发明名称为“通过在塑化期间溶解气体在注塑成型的固体零件中生产较长纤维的方法”。
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年9月4日提交的美国专利申请号62/214,642的权益和优先权，其由此通过引用以其全部并入本文。
背景技术
1.领域
本公开内容涉及利用改进的发泡注塑成型过程生产固体零件的方法；具体地涉及利用改进的发泡注塑成型过程生产具有较长纤维的固体零件的装置和方法；并且更具体地涉及通过利用产生较长纤维的改进的发泡注塑成型过程的装置和/或方法生产的固体零件。
2.相关技术
形成的聚合物零件(例如，汽车零件)期望重量较轻而不降低零件的机械或物理性质。然而，使用长玻璃纤维填充的材料的注塑成型通常导致大量纤维断裂以及机械性质比如强度、刚度、和抗冲击性的本征损耗。泡沫注塑成型可以提供与通过其它方法形成的零件比较更轻重量的零件，但是使用长玻璃纤维填充的材料的泡沫注塑成型还通常导致大量纤维断裂以及机械性质比如强度、刚度、和抗冲击性的本征损耗。
更具体地，长玻璃填充的材料的加工是复杂的过程，其中硬件和加工参数对最小化在材料塑化期间的纤维断裂是至关重要的。熟知如果使用适当的工具指南，则大多数纤维断裂在塑化期间在筒/螺杆中发生。经常可以通过使用非常温和的塑化设置——其导致较长的周期时间——或通过利用特殊的器材比如特殊的长纤维增强热塑性材料螺杆或预热处理来减少纤维断裂。所有这些措施减小操作窗口并且增加总体零件成本，因而降低长纤维增强热塑性材料竞争力。将气体溶解入聚合物熔体被用于使得产物能够发泡。为了实现这个目标，需要熔体和气体的良好均质化，但是现有技术水平需要使用苛刻的混合条件，导致较严重的纤维断裂。
因而，本领域对如下存在需要：固体零件、用于制造固体零件的装置、和用于制造固体零件的方法，所述固体零件由具有有限断裂的玻璃纤维的纤维填充的材料制成以便最大化机械性能。
发明内容
根据本公开内容的一方面，提供了制造固体零件的方法，其中固体零件中玻璃纤维的成型后长度大于在未增压塑化单元的情况下制造的类似尺寸的固体零件中玻璃纤维的成型后长度，方法包括将玻璃纤维填充的聚合物材料引入至注塑成型机的料斗，其中玻璃纤维具有预成型长度，熔融玻璃纤维填充的聚合物材料以在塑化单元中形成熔体，使用起泡剂增压注塑成型机的塑化单元，将起泡剂溶解入熔体，将熔体注入模具型腔(moldcavity)直到100％体积，和形成固体零件。
方法可以进一步包括在将熔体注入模具型腔后给模具型腔施加保压压力。方法可以进一步在将熔体注入模具型腔后给模具型腔施加保压压力以限制溶解的起泡剂膨胀，并且限制在固体零件中形成泡沫。在一方面，固体零件中玻璃纤维的成型后长度大于在未使用描述的气体溶解的情况下制造的类似尺寸的固体零件中玻璃纤维的成型后长度。起泡剂可以是气态起泡剂。起泡剂可以是来自氮气、氧气、二氧化碳气体的至少一种，和包括前述中的至少一种的组合。聚合物材料可以是来自聚碳酸酯、聚丙烯、聚芳酯、聚酯、聚苯醚、聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚醚、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氯乙烯、聚硅氧烷的至少一种，和包括前述中的至少一种的组合。
根据本公开内容的另一方面，配置为生产固体零件的注塑成型装置包括料斗，其配置为引入玻璃纤维填充的聚合物材料，其中玻璃纤维具有预成型长度；塑化单元，其配置为熔融玻璃纤维填充的聚合物材料以形成熔体；气体源，其配置为使用起泡剂增压注塑成型装置的塑化单元；和塑化单元，其进一步配置为将熔体递送入模具型腔直到100％体积以形成固体零件。
装置可以进一步包括在注塑成型装置的筒和料斗之间布置的气闸。气闸可以包括多个阀，其配置为控制粒料的递送和维持塑化单元内的压力。起泡剂可以是气态起泡剂。塑化单元可以被进一步配置以便固体零件中玻璃纤维的成型后长度大于在无增压的塑化单元和溶解的气体的情况下制造的类似尺寸的固体零件中玻璃纤维的成型后长度。起泡剂可以是来自氮气、氧气、二氧化碳气体的至少一种，和包括前述中的至少一种的组合。聚合物材料可以是来自聚碳酸酯、聚丙烯、聚芳酯、聚酯、聚苯醚、聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚醚、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氯乙烯、聚硅氧烷的至少一种，和包括前述中的至少一种的组合。气闸可以包括起泡剂输入口(input)，其配置为接收起泡剂和维持塑化单元内的压力。装置在任何上面的方面可以进一步包括控制器，其配置为控制下列中的至少一种：至少一个加热器、气体源、塑化单元、和多个阀。
本公开内容的另外的特征、优势、和方面可以通过考虑下列具体实施方式、附图、和所附权利要求而阐明或变得明显。而且，理解前述发明内容和下列具体实施方式二者是示例性的并且意欲提供进一步的说明而不限制如要求保护的公开内容的范围。
附图说明
附图，其被包括以提供对本公开内容的进一步理解，被并入和构成本说明书的一部分，图解了本公开内容的方面并且连同具体实施方式用来说明本公开内容的原理。不试图与基本理解本公开内容必需的相比更详细地和以它可以实践的各种方式显示本公开内容的结构细节。在附图中：
图1显示了根据本公开内容的原理构造的注塑成型筒/螺杆。
图2显示了根据本公开内容的原理构造的料斗和气闸。
图3显示了根据本公开内容的原理构造的控制器。
图4显示了使用根据本公开内容的原理的气体溶解技术的方法。
图5针对共聚物(CP)样品显示了在使用和不使用根据本公开内容的原理的气体溶解技术(DT)的情况下基板(plaque)中央的长度加权平均纤维长度(Lw)的测试结果。
图6针对均聚物(HP)样品显示了在使用和不使用根据本公开内容的原理的气体溶解技术(DT)的情况下基板中央的长度加权平均纤维长度(Lw)的测试结果。
具体实施方式
参考在附图中描述和/或图解并且在下列说明中详细描述的非限制性方面和实例更充分地说明了本公开内容的方面以及其多个特征和优势细节。应当注意在附图中图解的特征不一定按比例绘制，并且一方面的特征可以与如技术人员将认识到的其它方面一起被采用，即使本文没有明确地说明。可以省略熟知的组件和加工技术的描述，以便于未不必要地模糊本公开内容的方面。本文使用的实例仅仅意欲促进对本公开内容可能实践的方式的理解，并且进一步使得本领域技术人员能够实践本公开内容的方面。因此，本文的实例和方面不应当解释为限制本公开内容的范围，其仅由所附权利要求和适用的法律限定。而且，注意贯穿附图的几种视角，相同的附图标记代表类似的零件。
本文公开了制造固体零件的装置和方法。固体零件可以由玻璃纤维填充的聚合物材料制成。玻璃纤维可以具有固体零件成型前的初始长度和固体零件成型后的最终长度。固体零件中玻璃纤维的最终长度大于现有技术固体零件中玻璃纤维的最终长度。而且，本公开内容的方法导致固体零件中玻璃纤维的有限断裂。因此，某些机械性质比如强度、刚度、和抗冲击性与现有技术固体零件比较可以增加。
用于由玻璃纤维填充的材料制造固体零件以便可以增加最终零件中的平均纤维长度的技术可以包括将注塑螺杆/筒放置在压力下。施加的压力与其它发泡技术比较可以是相对低的，这是由于不需要使气体进入超临界状态。这样的制造过程可以帮助确保玻璃纤维在形成过程期间具有较少的断裂。
图1显示了根据本公开内容的原理构造的注塑成型筒/螺杆。如图1中显示的，注塑成型筒/螺杆100可以包括料斗128。纤维增强热塑性材料的粒料通过料斗128连同来自气体源124的气体(起泡剂)被供应至注塑成型筒/螺杆100。在塑化注塑成型筒/螺杆100中的粒料期间，气体可以逐步地溶解于熔体。应当注意仅仅出于简洁，贯穿说明书利用术语粒料，还预期其它形式的纤维增强热塑性材料。例如，其它形式的纤维增强热塑性材料可以包括短切原丝、塑料粒料和损耗玻璃纤维(lose glass fiber)的混合物等。
注塑成型筒/螺杆100可以包括维持螺杆108的缸体106。螺杆108可以进一步包括用于移动此螺杆108的马达等(未显示)。注塑成型筒/螺杆100可以进一步包括密封件104、气闸102和截止阀110，其配置为维持缸体106内的气体压力。预期与注塑成型筒/螺杆100相关联的其它构造以维持缸体106内的气体压力。
另外，注塑成型筒/螺杆100可以包括至少一个加热器122。喷嘴130和/或相关联的截止阀110可以包括至少一个加热器120。至少一个加热器122和至少一个加热器120可以被配置为维持粒料的温度和/或增加粒料的温度以熔融粒料。
图2显示了根据本公开内容的原理构造的料斗和气闸。具体而言，气闸102可以包括料斗128。料斗128可以另外与气闸102被单独地配置。来自料斗128的粒料可以进入气闸102内的导管214。可以通过第一阀210(以闭合构型显示)控制粒料在气闸102内的移动控制。第一阀210朝向右侧的开启将允许粒料从料斗128进入气闸102的上部220。其后，粒料行进至导管216。
第二阀212(以开启位置显示)控制粒料从导管216移动入气闸102的下部222。在下部222中，来自气体源124的起泡剂可以被施加至下部222内的输入口204。一旦已经闭合第二阀212，可以仅施加起泡剂。输入口204可以包括阀(未显示)以控制起泡剂的流动。下部222中的粒料将行进通过连接件218至注塑成型筒/螺杆100。应当注意，也可以在其它位置处注入起泡剂。
气闸102可以进一步包括阀206，其为起泡剂提供出口208。当起泡剂已经增压下部222时，在开启第二阀212后，可以开启阀206以通过出口208释放起泡剂。可以通过如本文限定的控制器控制第一阀210、第二阀212、阀206、起泡剂阀、至少一个加热器120、至少一个加热器122、截止阀110、螺杆马达等的致动和操作。
图3显示了根据本公开内容的原理构造的控制器。控制器350可以从如下接收传感器输出：从注塑成型筒/螺杆100的任何部分和相关联的系统感测温度的温度传感器、从注塑成型筒/螺杆100的一部分和相关联的系统感测压力的压力传感器、感测注塑成型筒/螺杆100的一部分和相关联的系统的位置的位置传感器等。
控制器350可以包括处理器352。此处理器352可以被可操作地连接至电源354、存储器356、时钟358、模数转换器(A/D)360、输入/输出(I/O)端口362等。I/O端口362可以被配置为从任何适合附接的电子装置接收信号和从A/D 360转送这些信号和/或将这些信号转送至处理器352。这些信号包括来自如下的信号：从注塑成型筒/螺杆100的任何部分和相关联的系统感测温度的温度传感器、从注塑成型筒/螺杆100的一部分和相关联的系统感测压力的压力传感器、感测注塑成型筒/螺杆100的一部分和相关联的系统的位置的位置传感器等。如果信号是模拟格式，则信号可以经由A/D 360行进。就这一点而言，A/D 360可以被配置为接收模拟格式信号和将这些信号转换为相应的数字格式信号。
控制器350可以包括数模转换器(DAC)370，其配置为从处理器接受数字格式信号、将这些信号转换至模拟格式、和从I/O端口362转送模拟信号。以此方式，配置为利用模拟信号的电子装置可以接收通信或被处理器352驱动。处理器352可以被配置为接收和传输往返DAC 370、A/D 360和/或I/O端口362的信号。处理器352可以被进一步配置为从时钟358接收时间信号。此外，处理器352被配置为存储和检索往返存储器356的电子数据。控制器350可以进一步包括显示器368、输入装置364、和只读存储器(ROM)372。最后，处理器352可以包括由处理器352执行的在存储器356中存储的程序以执行下面描述的方法300。
图4显示了使用根据本公开内容的原理的气体溶解技术的方法。具体而言，图4显示了根据本公开内容的原理的方法300。在方框302中，纤维增强热塑性材料粒料被给料入料斗128。其后，在方框304中，纤维增强热塑性材料粒料从料斗128被给料通过气闸102。如方框306中显示的，可以闭合气闸。这包括闭合第一阀210和第二阀212中的一个或多个。
如方框308中描述的，纤维增强热塑性材料粒料连同气体从气闸102被给料至注塑成型筒/螺杆100。如方框310中描述的，在注塑成型筒/螺杆100中的塑化期间，气体可以逐步地溶解于熔体。如方框312中描述的，模具的型腔可以填充直到100％体积并且施加保压压力。这可以限制溶解的气体使零件膨胀，因而限制泡沫形成。在零件被保持增加的同时气体中的至少一些可能逸出。而且，气体中的一些可能在零件从模具提取后迁移离开零件。结果是如下零件：其包含固体纤维增强热塑性材料，但是与使用相同的设置和方法而没有增压和气体溶剂通常将取得的相比，具有较长纤维。另外，公开的方法可以进一步受益于在注塑成型筒/螺杆100中不具有和/或具有有限的研磨混合元件以进一步减少纤维断裂。
在方法中，使用气态起泡剂增压注塑成型筒/螺杆100(或注塑成型机的塑化单元的其它部分)。为了防止在螺杆的末端处损耗起泡剂，可以在螺杆108和缸体106之间布置密封件104。可以使用在注塑成型筒/螺杆100和料斗128之间安装的气闸102密封注塑成型筒/螺杆100和/或塑化单元自身。注塑成型筒/螺杆100和/或塑化单元可以装备截止阀110和螺杆108的位置控件以保持负载起泡剂的熔体在压力下直到它被注入模具。注塑成型筒/螺杆100可以被实施为3-区螺杆而没有任何用于将气体溶解入熔体的研磨元件。
在试验期间，发现通过应用将气体溶解入熔体的某些加工设置，纤维长度保留优于使用标准的压实注塑成型。当通过增加反压和在两者之间留下有利于反压的5巴的差距来实现气体压力增加时，取得最佳条件。在另一方面，当通过增加反压和在两者之间留下有利于反压的至少5巴的差距来实现气体压力增加时，取得最佳条件。在另一方面，当通过增加反压和在两者之间留下有利于反压的3至7巴的差距来实现气体压力增加时，取得最佳条件。在另一方面，当通过增加反压和在两者之间留下有利于反压的4至6巴的差距来实现气体压力增加时，取得最佳条件。对于某些应用中的某些材料，气体压力可以高至35巴。对于这些确定的材料和应用，气体压力的进一步增加对纤维长度具有负面影响。然而，还预期对于不同的应用在不同材料情况下的不同压力。通过使用将气体溶解入熔体的这种方法和规定的加工参数，生产与标准的注塑成型的零件比较具有较长纤维的零件。
纤维的长度在很大程度上决定纤维增强热塑性材料的性质。在这样的纤维增强热塑性材料的注塑成型期间，这些纤维的断裂发生。发现通过在注塑成型筒/螺杆100中将气体溶解入熔体，纤维断裂可以被显著地减少。这通过将气体溶解于熔体和消除发泡发生必需的膨胀步骤而被证明。因而，与常规注塑零件比较，可以成型包含较长纤维的压实零件。通过在成型零件中具有较长纤维，可以改进应用的机械性能并且可以实现进一步的重量降低。长玻璃纤维材料具有相对小的加工窗口，而利用此技术，加工窗口可以被显著地拓宽。
包括注塑成型的长纤维增强热塑性材料(LFRTP)的半结构化零件通常显示与短纤维增强材料比较更好的刚度、强度和冲击行为。正因如此，这些类型的材料经常在高端应用方面比短纤维填充的材料更有竞争力并且可以以高价出售。例如，与典型的聚酰胺SGF(短玻璃纤维)材料相比，SABICTMSTAMAXTM PP-LGF(聚丙烯-长玻璃纤维)的机械行为有竞争力。材料和应用性能的关键是零件内纤维长度。转变LFRTP材料的主要挑战是保持粒料中最初存在的长纤维在塑化过程期间在零件中尽可能长。这需要窄的加工窗口。当前的公开内容相当地加宽操作窗口并且导致与最佳标准注塑成型设置比较更长的纤维，因而改进零件性能和LFRTP竞争力。
将气体引入注塑成型筒/螺杆100减少熔体中的纤维断裂，比如注塑成型筒/螺杆100中的纤维断裂。具体而言，使用发泡注塑成型过程可以减少过程中的摩擦并且生产具有较长纤维的固体注塑成型的零件。通过使用公开的方法，注塑成型筒/螺杆100中的纤维保留被改进，因而可以成型与常规注塑的零件比较包含较长纤维的固体零件。
实施例
图5针对共聚物(CP)样品显示了在使用和不使用根据本公开内容的原理的气体溶解技术(DT)的情况下基板中央的长度加权平均纤维长度(Lw)的测试结果；并且图6针对均聚物(HP)样品显示了在使用和不使用根据本公开内容的原理的气体溶解技术(DT)的情况下基板中央的长度加权平均纤维长度(Lw)的测试结果。针对两种参考等级的SABICTMSTAMAXTM PP-LGF(聚丙烯-长玻璃纤维)——其具有30％玻璃含量以及12.5mm的粒料中的玻璃初始长度——进行纤维长度的测量。等级之一使用均聚物(STAMAXTM 30YM240(SABICTMSTAMAX 30YM240是30％长玻璃纤维增强聚丙烯。玻璃纤维被化学地结合至PP基体，其导致高刚度和强度，可获得自SABIC))，并且另一种使用共聚物(STAMAXTM 30YK270(SABICTMSTAMAX 30YK270是具有改进的冲击和流动性质的30％长玻璃纤维增强聚丙烯。玻璃纤维被化学地结合至PP基体，其导致高刚度和强度，可获得自SABIC))。通过使用相同的加工条件生产基板，仅对于通过使用气体溶解(+DT)生产的样品，气体以一定压力被引入注塑单元。在基板中央测量以两种方式生产的压实零件的纤维长度。
针对两种具有30％玻璃含量的参考等级的PP-LGF材料——均聚物和共聚物——获得的结果清楚地显示通过应用气体溶解技术改进了纤维长度保留。通过使用气体溶解技术，改进的纤维长度的保留在10-15％的范围中。
通过使用此技术，可以生产包含较长纤维的压实零件。这有利于LFRTP材料，因为纤维长度是LFRTP应用的机械性能的决定因素。使用此方法具有更好的纤维长度保留的另一个优势是具有宽的多的加工窗口。LFRTP材料的加工窗口非常窄，主要问题是在加工中互相冲突的纤维保留和纤维分散。如果将足够的剪切引入加工，则分散良好，但是纤维长度减小，并且相反，如果施加较低剪切，则纤维保留良好，分散可能是问题。利用此方法，可以实现较大的加工窗口，其导致良好的纤维分散结合相对良好的纤维保留。另外，本公开内容的方法可以以类似的益处被应用于其它材料，包括短玻璃纤维(SGF)材料和直接长纤维热塑性(DLFT)材料。
基于上面描述的和图5和图6中显示的发现，使用公开的气体溶解方法有利于压实零件内的纤维保留并且给出实现良好的纤维保留和纤维分散二者的较宽的加工窗口。这增加设计和加工具有长玻璃纤维材料的轻质应用的机会。
理解可以使用本文描述的方法加工任何热塑性材料。例如，聚合物可以包括聚苯醚基树脂、聚缩醛基树脂、聚酰胺基树脂、聚苯乙烯基树脂、聚甲基丙烯酸甲酯基树脂、聚丙烯腈基树脂、聚酯基树脂、聚碳酸酯，聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚砜、聚醚(醚)酮、聚烯烃基树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯基树脂(PET)，基于聚对亚苯基的树脂、聚氯乙烯(PVC)基树脂、聚四氟乙烯(PTFE)基树脂和包括前述中的至少一种的组合。
可以采用的可能的聚合物树脂包括但不限于低聚物，聚合物，离聚物，树枝状高分子，共聚物比如接枝共聚物、嵌段共聚物(例如，星型嵌段共聚物、无规共聚物等)和包括前述中的至少一种的组合。这样的聚合物树脂的实例包括但不限于聚碳酸酯(例如，聚碳酸酯的掺混物(比如，聚碳酸酯-聚丁二烯掺混物、共聚酯聚碳酸酯))、聚苯乙烯(例如，聚碳酸酯和苯乙烯的共聚物、聚苯醚-聚苯乙烯掺混物)、聚酰亚胺(例如，聚醚酰亚胺)、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯(ABS)、聚甲基丙烯酸烷基酯(例如，聚甲基丙烯酸甲酯)、聚酯(例如，共聚酯、聚硫酯)、聚烯烃(例如，聚丙烯和聚乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯)、聚酰胺(例如，聚酰胺酰亚胺)、聚芳酯、聚砜(例如，聚芳砜、聚磺酰胺)、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚醚(例如，聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚砜)、聚丙烯酸化合物、聚缩醛、聚苯并
Figure BDA0004157854360000091
唑(例如，聚苯并噻嗪并吩噻嗪、聚苯并噻唑)、聚/>
Figure BDA0004157854360000092
二唑、聚吡嗪并喹喔啉、聚均苯四甲酸二胺(polypyromellitimide)、聚喹喔啉、聚苯并咪唑、聚羟吲哚、聚氧异吲哚啉(例如，聚二氧异吲哚啉)、聚三嗪、聚哒嗪、聚哌嗪、聚吡啶、聚哌啶、聚三唑、聚吡唑、聚吡咯烷、聚碳硼烷(polycarborane)、聚氧杂二环壬烷(polyoxabicyclononane)、聚二苯并呋喃、聚苯酞(polyphthalide)、聚缩醛、聚酸酐、聚乙烯化合物(例如，聚乙烯基醚、聚乙烯基硫醚、聚乙烯基醇、聚乙烯基酮、聚乙烯基卤化物、聚乙烯基腈、聚乙烯基酯、聚乙烯基氯化物)、聚磺酸酯、聚硫化物、聚脲、聚磷腈、聚硅氮烷(polysilazzane)、聚硅氧烷、和包括前述中的至少一种的组合。
更具体地，聚合物树脂可以包括但不限于聚碳酸酯树脂(例如，LEXANTM树脂，可商购自SABIC，比如LEXANTM XHT、LEXANTM HFD等)、聚苯醚-聚苯乙烯掺混物(例如，NORYLTM树脂，可商购自SABIC)、聚醚酰亚胺树脂(例如，ULTEMTM树脂，可商购自SABIC)、聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚碳酸酯掺混物(例如，XENOYTM树脂，可商购自SABIC)、共聚酯碳酸酯树脂(例如LEXANTM SLX或LEXANTM FST树脂，可商购自SABIC)、丙烯腈丁二烯苯乙烯树脂(例如，CYCOLOYTM树脂，可商购自SABIC)、聚醚酰亚胺/硅氧烷树脂(例如，SILTEMTM，可商购自SABIC)、聚丙烯树脂——例如，填充长玻璃纤维的聚丙烯树脂(例如，STAMAXTM树脂，可商购自SABIC)、和包括前述树脂中的至少一种的组合。甚至更具体地，聚合物树脂可以包括但不限于如下的均聚物和共聚物：聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚苯醚、或包括前述树脂中的至少一种的组合。聚碳酸酯可以包括如下的共聚物：聚碳酸酯(例如，聚碳酸酯-聚硅氧烷，比如聚碳酸酯-聚硅氧烷嵌段共聚物)、线性聚碳酸酯、支化聚碳酸酯、封端聚碳酸酯(例如，腈封端的聚碳酸酯)、PC的掺混物比如PC/ABS掺混物、和包括前述中的至少一种的组合，例如支化和线性聚碳酸酯的组合。
在一方面，聚合物材料包括玻璃纤维。玻璃纤维，如本文描述的，包括具有大于或等于3mm的初始长度的玻璃纤维。然而，在其它方面，具有其它初始长度的玻璃纤维受益于本公开内容的方法。聚合物材料可以包括多种通常掺入此类型的聚合物组合物的添加剂，条件是选择添加剂(一种或多种)以便于不显著地不利影响期望的零件性质，具体而言，机械性质，比如抗冲击性。这样的添加剂可以在混合用于零件的聚合物材料期间的合适时间进行混合。示例性添加剂包括冲击改性剂、填料、增强剂、抗氧化剂、加热稳定剂、光稳定剂、紫外(UV)光稳定剂、增塑剂、润滑剂、脱模剂、防静电剂、着色剂(比如炭黑和有机染料)、表面效应添加剂、抗臭氧剂、热稳定剂、抗腐蚀添加剂、流动促进剂、颜料、染料、辐射稳定剂(例如，红外吸收)、阻燃剂、和防滴剂。可以使用添加剂的组合，例如加热稳定剂、脱模剂、和紫外光稳定剂的组合。一般而言，以公知有效的量使用添加剂。基于聚合物材料组成的总重量，添加剂(除任何冲击改性剂、填料、或增强剂以外)的总量一般是0.001wt％至5wt％。
可以通过在限定压力和温度范围内将气体比如氮气、氧气、或二氧化碳添加至聚合物熔体来实现起泡剂的添加。在此范围内，气体可以在塑化期间在聚合物熔体内溶解。进一步，气体可以在此过程期间成为超临界流体(但是非必需)。多种技术可以被用于将气体添加至熔体，包括在机筒中将气体添加至熔体(技术1)和在适合的热流道系统中将气体添加至熔体。
技术1包含随着气体向下移动筒而计量进入聚合物熔体流的气体比如氮气。气体被彻底地混合入聚合物，产生聚合物和气体的单相溶液。
根据本公开内容生产的物品包括，例如，计算机和商业机器外壳，家用器具，托盘，碟，手柄，头盔，汽车零件比如仪表板、杯托、手套箱、内饰等。在多种进一步的方面，形成的物品包括但不限于餐饮服务用品、医疗装置、动物笼、电气连接器、电气器材的外罩、电动马达零件、配电器材、通信器材、计算机等，包括在滑入配合连接器中成型的装置。在进一步的方面，本公开内容的物品包括户外交通工具和装置包括汽车的外部主体板材和零件，受防护的图形比如标志，户外外罩比如电信和电连接盒，和施工应用比如顶部部分、壁板和装配玻璃。由公开的聚碳酸酯制成的多层物品具体地包括在它们的寿命期间将暴露于UV光的物品，无论天然的或人工的，并且更具体地户外物品；即，旨在户外使用的那些。合适的物品由如下示例：户外交通工具和装置的外罩、外壳、板材、和零件；电气和电信装置的外罩；户外家具；飞行器组件；舰艇和船舶器材，包括装饰、外罩、和外壳；舷外马达外壳；测深仪外壳，个人船舰；水上摩托艇；水池；温泉浴场(spa)；热水浴缸(hot-tub)；台阶；台阶覆盖物；建筑和施工应用比如装配玻璃、顶部、窗户、地板、装饰窗陈设物(furnishing)或处理物(treatment)；图片、绘画、海报等展示项的处理的玻璃罩；壁板和门；受防护的图形；户外和室内标志；自动柜员机(ATM)的外罩、外壳、板材、和零件；草坪及园艺拖拉机、割草机、和工具——包括草坪及园艺工具——的外罩、外壳、板材、和零件；窗户和门装饰；体育器材和玩具；雪地车的外罩、外壳、板材、和零件；休闲交通工具板材和组件；运动场器材；由塑料-木材组合制成的物品；高尔夫球场标记；公共设施井盖；计算机外壳；台式计算机外壳；便携式计算机外壳；膝上型计算机外壳；掌上计算机外壳；监控器外壳；打印机外壳；键盘；传真机外壳；复印机外壳；电话外壳；手机外壳；无线电发送机外壳；无线电接收机外壳；灯具；照明设备；网络接口装置外壳；变压器外壳；空调外壳；公共交通的包层或座椅；火车、地铁、或公共汽车的包层或座椅；仪表外壳；天线外壳；卫星天线的包层；涂覆的头盔和个人防护器材；涂覆的合成或天然纺织物；涂覆的胶卷和摄影印刷物；涂覆的印刷物品；涂覆的染色物品；涂覆的荧光物品；涂覆的物品；和其它应用。
在一方面，零件可以包括如下物品：其包括公开的玻璃纤维填充的聚合物材料。在进一步的方面，包括公开的玻璃纤维填充的聚合物材料的物品可以被用于汽车应用。在还进一步的方面，包括公开的玻璃纤维填充的聚合物材料的物品可以选自仪表板、顶部控制台、内部装饰、中央控制台、板材、后顶盖侧板、门槛、装饰、挡泥板、门、行李箱盖、后备箱盖、引擎盖、发动机盖、顶部、保险杠、招牌、格栅、小外壳、支柱贴花(pillar appliqué)、包层、车身防擦条(body side molding)、轮罩、轮毂、门手柄、扰流板、窗框、前灯遮光板、前灯、尾灯、尾灯外壳，尾灯遮光板、牌照附加件、行李架、和踏脚板。在甚至进一步的方面，包括公开的玻璃纤维填充的聚合物材料的物品可以选自移动装置外部、移动装置罩、电气与电子组件的附加件、防护头具、家具与细木工业板材的缓冲边缘、行李与防护手提箱、小厨房用具、和玩具。
在一方面，零件可以包括电气或电子装置，其包括公开的玻璃纤维填充的聚合物材料。在进一步的方面，电气或电子装置可以是手机、MP3播放器、计算机、笔记本电脑、照相机、录像机、电子平板、传呼机、手持接收器、视频游戏机、计算器、无线汽车进入装置、汽车零件、过滤器外壳、行李推车、办公椅、厨房用具、电气外壳、电气连接器、灯具、发光二极管、电气零件、或电信零件。
本文公开的方法可以关于使用玻璃纤维填充的材料提供有利结果，这是由于与其它成型中的原始纤维长度比较由纤维长度造成的损失的机械性质被维持或增加。另外，调整注塑单元的最初成本低，因为仅增压单元是额外的组件。
实施例
实施例1.制造固体零件的方法，其中固体零件中玻璃纤维的成型后长度大于在未增压塑化单元的情况下制造的类似尺寸的固体零件中玻璃纤维的成型后长度，该方法包括：将玻璃纤维填充的聚合物材料引入至注塑成型机的料斗，其中玻璃纤维具有预成型长度；熔融玻璃纤维填充的聚合物材料以在塑化单元中形成熔体；使用起泡剂增压注塑成型机的塑化单元；将起泡剂溶解入熔体；将熔体注入模具型腔直到100％体积；和形成固体零件。
实施例2.实施例1的方法，进一步包括在塑化期间施加大于增压压力至少5巴的反压。
实施例3.实施例1的方法，进一步包括施加反压，其中反压在塑化期间大于增压压力3至7巴。
实施例4.实施例1的方法，进一步包括施加反压，其中反压在塑化期间大于增压压力4至6巴。
实施例5.实施例1的方法，其中气体的压力小于35巴。
实施例6.实施例1的方法，其中气体的压力小于75巴。
实施例7.实施例1的方法，进一步包括在将熔体注入模具型腔后施加保压压力至模具型腔。
实施例8.实施例1的方法，进一步包括在将熔体注入模具型腔后施加保压压力至模具型腔，以限制溶解的起泡剂膨胀和限制在固体零件中形成泡沫。
实施例9.实施例1的方法，进一步包括通过选择性地操作在气闸中布置的多个阀而控制玻璃纤维填充的聚合物材料通过气闸的递送和维持塑化单元内的压力。
实施例10.实施例1的方法，进一步包括使用在注塑成型机的筒和料斗之间安装的密封件和气闸密封塑化单元，其中密封件在塑化单元的转动部分和固定部分之间定位。
实施例11.实施例1的方法，进一步包括使用起泡剂增压塑化单元以将起泡剂溶解入熔体，其中起泡剂是气态起泡剂。
实施例12.实施例1的方法1，其中起泡剂是来自氮气、氧气、二氧化碳气体的至少一种，和包括前述中的至少一种的组合。
实施例13.实施例1-12中任一个的方法，其中聚合物材料是来自聚碳酸酯、聚丙烯、聚芳酯、聚酯、聚苯醚、聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚醚、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氯乙烯、聚硅氧烷的至少一种，和包括前述中的至少一种的组合。
实施例14.通过实施例1至13中任一个的方法制造的聚合物零件。
实施例15.配置为生产固体零件的注塑成型装置，其包括：料斗，其配置为引入玻璃纤维填充的聚合物材料，其中玻璃纤维具有预成型长度；塑化单元，其配置为熔融玻璃纤维填充的聚合物材料以形成熔体；气体源，其配置为使用起泡剂增压注塑成型装置的塑化单元；和塑化单元，其进一步配置为将熔体递送入模具型腔直到100％体积，以形成固体零件。
实施例16.实施例15的装置，其中反压大于增压压力至少5巴。
实施例17.实施例15的装置，其中反压大于增压压力3至7巴。
实施例18.实施例15的装置，其中反压大于增压压力4至6巴。
实施例19.实施例15的装置，其中反压小于35巴。
实施例20.实施例19的装置，其中反压小于75巴。
实施例21.实施例15的装置，进一步包括配置为密封塑化单元的密封件，其中密封件被布置在塑化单元的旋转部分和固定部分之间；和在注塑成型装置的筒和料斗之间布置的气闸。
实施例22.实施例21的装置，其中气闸包括多个阀，其配置为控制玻璃纤维填充的聚合物材料的递送和维持塑化单元内的压力。
实施例23.实施例21的装置，其中气体源被进一步配置为将恒定的气体压力施加入筒。
实施例24.实施例15的装置，其中在将熔体注入模具型腔后将保压压力施加至模具型腔，以限制溶解的气体膨胀和限制在固体零件中形成泡沫。
实施例25.实施例15的装置，其中气体源被进一步配置为使用起泡剂增压塑化单元以将起泡剂溶解入熔体；并且其中起泡剂是气态起泡剂。
实施例26.实施例15的装置，其中塑化单元被进一步配置为配合气体溶剂操作，以便固体零件中玻璃纤维的成型后长度大于在无增压的塑化单元和气体溶剂的情况下制造的类似尺寸的固体零件中玻璃纤维的成型后长度。
实施例27.实施例15的装置，其中起泡剂是来自氮气、氧气、二氧化碳气体的至少一种，和包括前述中的至少一种的组合。
实施例28.实施例15-27中任一个的装置，其中聚合物材料是来自聚碳酸酯、聚丙烯、聚芳酯、聚酯、聚苯醚、聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚醚、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氯乙烯、聚硅氧烷的至少一种，和包括前述中的至少一种的组合。
实施例29.实施例21的装置，其中气闸包括起泡剂输入口，其配置为接收起泡剂和维持塑化单元内的压力。
实施例30.实施例15-29中任一个的装置，进一步包括控制器，其配置为控制下列中的至少一种：至少一个加热器、气体源、塑化单元、和多个阀。
进一步依据本公开内容的多个方面，本文描述的方法旨在与控制器一起操作，该控制器包括但不限于PC、PDA、半导体、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列、云端计算装置、和构造以实施本文描述的方法的其它硬件装置。
虽然已经在示例性方面描述了本公开内容，但是本领域技术人员将认识到本公开内容可以在所附权利要求的精神和范围中在修改的情况下实践。上面给出的这些实例仅仅是说明性的并且不意为本公开内容的所有可能的设计、方面、应用或修改的详尽列表。

Claims (17)

1.制造固体零件的方法，所述方法包括：
将长玻璃纤维填充的聚合物材料引入至注塑成型机的料斗，其中所述玻璃纤维具有预成型长度；
通过选择性地操作在气闸中布置的多个阀而控制所述长玻璃纤维填充的聚合物材料通过所述气闸的递送和维持所述塑化单元内的压力；
使用在所述注塑成型机的筒和所述料斗之间安装的密封件和所述气闸密封所述塑化单元，其中所述密封件在所述塑化单元的螺杆和缸体之间定位以防止在所述螺杆的末端处损耗起泡剂；
熔融所述玻璃纤维填充的聚合物材料以在塑化单元中形成熔体；
使用起泡剂增压所述注塑成型机的所述塑化单元，并在塑化期间施加大于所述增压压力至少5巴并在所述起泡剂的临界点以下的反压；
在塑化期间将所述起泡剂溶解入所述熔体；
将所述熔体注入模具型腔直到100％体积；和
通过在将所述熔体注入所述模具型腔后给所述模具型腔施加保压压力形成所述固体零件，选择所述保压压力以维持所述起泡剂在其临界点以下，其中所述固体零件中玻璃纤维的成型后长度大于在未增压塑化单元，未使所述起泡剂超临界和未将所述起泡剂溶解入所述熔体的情况下制造的类似尺寸的固体零件中玻璃纤维的成型后长度，由于苛刻的混合条件导致后一种玻璃纤维较严重的纤维断裂。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述保压压力经选择以限制溶解的起泡剂膨胀和限制在所述固体零件中形成泡沫。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述起泡剂是来自氮气、氧气、二氧化碳气体的至少一种，和包括前述中的至少一种的组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物材料是来自以下中的至少一种：聚碳酸酯、聚丙烯、聚芳酯、聚酯、聚苯醚、聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚醚、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氯乙烯、聚硅氧烷、和包括前述中的至少一种的组合。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将恒定的气体压力施加入所述筒。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过在所述气闸中接收所述起泡剂来维持所述塑化单元内的压力并使用所述气闸维持所述压力。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括使用控制器控制下列中的至少一种：至少一个加热器、所述气体源、所述塑化单元和所述多个阀。
8.通过权利要求1至7中任一项所述的方法制造的聚合物零件。
9.根据权利要求8所述的聚合物零件，其中所述聚合物零件是实心的并且成形以100％填充所述模具型腔，并且其中所述聚合物零件包括长玻璃纤维填充的聚合物材料和溶解的气态起泡剂。
10.根据权利要求8所述的聚合物零件，其中所述聚合物零件由以下中至少一种形成：聚碳酸酯、聚丙烯、聚芳酯、聚酯、聚苯醚、聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚醚、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氯乙烯、聚硅氧烷、和包括前述中的至少一种的组合。
11.配置为生产固体零件的注塑成型装置，其包括：
料斗，其配置为引入长玻璃纤维填充的聚合物材料，其中所述玻璃纤维具有预成型长度；
塑化单元，其配置为熔融所述玻璃纤维填充的聚合物材料以形成熔体；
在所述注塑成型装置的筒和所述料斗之间布置的气闸，其中所述气闸包括多个阀，其配置为控制所述长玻璃纤维填充的聚合物材料的递送和维持所述塑化单元内的压力；
密封件，其配置为密封所述塑化单元，其中所述密封件布置在所述塑化单元的螺杆和缸体之间；和
气体源，其配置为使用起泡剂增压所述注塑成型装置的塑化单元以将所述起泡剂溶解入所述熔体并维持所述起泡剂在其临界点以下；并且
其中所述塑化单元进一步配置为将所述熔体递送入模具型腔直到100％体积，以形成所述固体零件，其中所述模具型腔配置为施加保压压力，同时允许气体逸出；
其中所述塑化单元被进一步配置为配合气体溶剂操作，以便所述固体零件中所述玻璃纤维的成型后长度大于在无增压的塑化单元和所述气体溶剂的情况下制造的类似尺寸的固体零件中玻璃纤维的成型后长度，由于苛刻的混合条件导致后一种玻璃纤维较严重的纤维断裂，和
其中所述塑化单元进一步配置来在所述塑化期间施加大于增压压力至少5巴的反压。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述气体源被进一步配置为将恒定的气体压力施加入所述筒。
13.根据权利要求11所述的装置，其中在将所述溶体注入所述模具型腔后，保压压力被施加至所述模具型腔以限制溶解的气体膨胀和限制在所述固体零件中形成泡沫。
14.根据权利要求11所述的装置，其中所述气体源被配置为使用起泡剂增压所述注塑成型装置的所述塑化单元，所述起泡剂包括氮气、氧气、二氧化碳气体的至少一种，和包括前述中的至少一种的组合。
15.根据权利要求11所述的装置，其中所述塑化单元配置为熔融玻璃纤维填充的聚合物材料，所述玻璃纤维填充的聚合物材料选自以下中的至少一种：聚碳酸酯、聚丙烯、聚芳酯、聚酯、聚苯醚、聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚醚、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氯乙烯、聚硅氧烷、和包括前述中的至少一种的组合。
16.根据权利要求11所述的装置，其中所述气闸包括起泡剂输入口，其配置为接收所述起泡剂和维持所述塑化单元内的压力。
17.根据权利要求11所述的装置，进一步包括控制器，其配置为控制下列中的至少一种：至少一个加热器、所述气体源、所述塑化单元、和所述多个阀。
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