CN1187188C - 具有网纹表面的复合制品的成型方法 - Google Patents

Abstract

一种采用网纹界面层以隔离模具表面和用该模具生产的复合制品表面的模塑方法。在模具表面上沉积一种溶液以形成界面层，和模具表面相对的界面层表面是网纹化的。然后将该界面层的网纹转移到由模具生产的复合制品的表面上。在脱模以后，该界面层粘附到该制品上作为防护涂层，但是可以容易地被从制品除去以露出在下面的制品的网纹表面。

Description

具有网纹表面的复合制品的成型方法

本发明一般涉及一种用于生产网纹复合制品的方法。更具体地说，本发明涉及一种方法，该方法包括利用网纹界面层在复合制品上生产网纹表面，该网纹界面层被涂敷到制品在其中形成的模具中，其中该网纹界面层在模塑操作之后作为可除去的防护涂层保持在制品表面，当网纹界面层被除去时暴露出制品的网纹表面。

敞口工具模塑法是用于生产相对廉价的低容积的衬合板的方法。尽管钢模具时常被用作其它的模塑操作，开发敞口工具模塑法以使用价格比较低廉的单面环氧或聚酯模具生产各种产品，比如具有内压模罩面娱乐车(RV)的复合面板。在该方法中，将模具表面清洁和涂蜡，在此之后涂敷一层凝胶涂层，然后部分固化。然后将层压材料涂敷到该凝胶涂层上，该层压材料和凝胶涂层被固化以形成具有由固化凝胶涂层确定的表面的整体部件。通过这种方法可以生产A级罩面，并带有最初由凝胶涂层带来的任何所需的颜色的模塑制件。

尽管和其它用于生产复合制品的模塑法相比，利用低成本环氧或聚酯模具提供显著的成本优点，但也存在某些由聚合物模具带来的限制。一个这样的例子是面板的模塑，比如汽车的内部面板，该内部面板需要网纹罩面。过去，塑料网纹面板曾经由注模或压模塑使用钢模具制备。在工具制备过程中在钢模具表面上形成一种粒状的外形。该粒状表面外形然后被转移到模制件的表面之上，形成一种网纹表面罩面。由于钢模具的硬度，该粒状表面维持它们的外观用于多年的生产。相反，聚合物的模具不具有相同水平的硬度，因此在聚合物模具上形成的粒状表面很快地磨损。在脱模期间粒状聚合物模具的垂直壁特别易于磨损，结果是在仅模塑数个部件之后会产生粗糙表面罩面。所以，聚合物敞口工具模具一般已经限于模塑具有平滑的光泽面的制品。

考虑到上述情况，需要一种利用低成本聚合物模具生产具有网纹罩面复合制品的方法，该模具表面并不被模塑操作损害。

本发明涉及一种采用界面层以隔离模具表面和由模具生产的复合制品表面的模塑方法。根据本发明，可以在模具表面上沉积一种溶液以形成界面层，和模具表面相对的界面层表面是网纹状。然后将界面层的网纹转移到由模具生产的复合制品的表面上。在脱模以后，将界面层从制品移开露出在下面的制品的网纹表面。

本发明的合适的模塑方法一般需要在模具的无网纹模具表面上喷涂一种聚合物溶液以形成本发明的网纹界面层。根据本发明，某些喷涂技术能够沉积聚合物溶液以生产界面层，该界面层的外表面网纹可以被喷涂参数比如压力和喷枪孔口尺寸所控制。然后在网纹界面层上沉积一种复合材料以使该复合材料接触该网纹界面层并具有被界面层形成网纹的表面。然后固化复合材料和网纹界面层以使该复合材料形成具有网纹表面的复合制品，并使该网纹界面层依附于网纹制品表面。然后可以立刻将网纹界面层从复合制品移开，或将网纹界面层留在制品上作为在运输和处理期间的临时防护涂层，然后延迟到安装或与其它元件进行组装之前或之后除去。

考虑到上述情况，本发明的重要的优势是可以制造具有平滑的模具表面的敞口工具模具，以界面层作为在以模具生产的制品上生产网纹表面的唯一方式。结果，由低成本和较不耐用材料，特别是聚合物比如环氧和聚酯形成的模具，可用于生产具有网纹表面的制品，没有很快地损害或磨损模具表面。

从以下详细说明可以更好地理解本发明的其它目的和优点。

附图简述

该附图表示本发明用于生产具有网纹表面的复合制品的敞口工具模具的剖视图。

优选的实施方案的描述

本发明是涉及开发使用敞口工具模塑方法生产网纹玻璃纤维复合材料的替代方法研究的结果。如上所述，现有技术需要建造具有网纹模具表面的钢模具以生产网纹复合制品。本发明通过使用可移去的网纹界面层而避免在钢模制造网纹的高成本，该方法允许使用较不耐用的模具材料作为网纹钢模具的廉价替代品。根据本发明，当适当地被喷涂到平滑的敞口的工具模具之上时，聚合物溶液可以被干燥而形成具有可以被相反地铸造在由模具生产的复合制品上的表面网纹的界面层，因此在制品上产生网纹表面。当制品被脱模时，该界面层从模具脱除，粘附到制品的网纹表面上。该界面层能因此作为一种保护层以减少在处理和储存期间划伤或擦伤制品的网纹表面的风险。在模塑以后的任何时候，可以容易地从复合制品移开界面层以露出网纹制品表面。例如，在制品已经被运输到另一个用于组装或安装的设施之后，可以从制品移开网纹界面层。

图中所示是通过敞口工具模具10一部分的横截面，在图中复合制品12正处在被铸造过程之中。如现有技术中典型的情况，通过沉积凝胶涂层14，在其上涂敷纤维增强层压材料16形成制品12。在模具10中固化之后，凝胶涂层层14和层压材料16形成整体制品12，其外表面被固化的凝胶涂层14所确定。可以采用各种的组合物用于凝胶涂层14和层压材料16。因为凝胶涂层层14确定模塑之后制品12的外表面，用于凝胶涂层14和层压材料16的材料必须是相容的。在一个实现特别需要的加工和湿润性的实施方案中，通过一英寸(约25mm)长玻璃纤维和包含以下组分的树脂化学物质的混合物形成层压材料16：

100份具有约32％苯乙烯单体含量的不饱和聚酯树脂，可以从Alpha/Owens-Corning以H834名称获得。该树脂是以二环戊二烯改性的马来酸酐型不饱和聚酯，并且包含触变剂和2-乙基己酸钴作为促进剂和丁酮过氧化物(MEKP)起化学反应以促进在室温下固化。该树脂具有约1.100g/cc的比重，和采用RVF粘度计在20rpm以#3锭子测定的约670cps的布氏粘度。

0.81份具有约1.010g/cc比重的润湿和分散添加剂，可以从BYK以W-972的名称获得；

0.23份具有约0.930g/cc比重的润湿和分散添加剂，可以从BYK以R-605的名称获得；

0.23份来自BYK A-555的无硅空气释放添加剂以减少泡沫；

23份具有粒径约5微米的碳酸钙(CaCO3)粉；

1.23份煅制二氧化硅触变剂，可以从Cab-O-Sil以TR-720的名称获得；比重约为0.050g/cc；

1.50份丁酮过氧化物(MEKP)，可以从E1f Atochem NA以DDM-9的名称获得；比重约为1.084g/cc。

凝胶涂层14是聚酯基材料，因此和层压材料16化学相容。尽管可预见到可以采用各种厚度，用于凝胶涂层14和层压材料16的合适的厚度分别为约0.5毫米和约3毫米。因为制品12的外表面由凝胶涂层14所确定，往往需要凝胶涂层14包含颜料淀积以生产制品12所需要的特定颜色。

也如图所示的是在模具10的表面18和制品12之间的界面层20。如图所述，模具10的表面18是平滑的，和模具10相对的界面层20的表面22有网纹。因此，界面层20的表面22确定制品12的模塑表面，因此在从模具10除去制品12过程中，模具10的表面18不受损害和磨损。因此，本发明的特色在于模具10可以由远比钢不耐用和耐磨的材料，包括聚合物如环氧和聚酯形成。然而，可用其它类型的模具工具及其他模具材料实现本发明的优点是可预见到的。

根据本发明，可以通过在模具表面18上喷涂适当的聚合物材料而形成具有所需的表面网纹的界面层20。尽管其它的成膜材料可预见地可以被使用，合适的聚合物材料包括聚醋酸乙烯酯溶液和丙烯酸胶乳乳液。在开发本发明的过程中要考虑各种因素。例如，除吸引眼睛和触觉之外，在制品10上生产的网纹应该在整个部件上保持一致，且从部件到部件是可重复的。同样，为了容易地被除去，界面层20不应该与凝胶涂层14或模具10起化学反应。此外，界面层20应该具有一可接受的固化时间和最小的厚度以具有经济效益。从以下的讨论来看是显然的，导致本发明的研究证明可以且必须适当地控制喷涂技术和界面层20的厚度以生产用于涂层表面22的所需网纹程度，并使在模塑操作之后接着从制品12移开界面层20变得容易。

该步骤一般需要在生产按照该附图形的复合制品12中，首先清洁模具，然后在模具10的表面18上沉积一种合适的脱模剂。然后，在将凝胶涂层材料喷涂到界面层20上形成凝胶涂层14以前，将界面层20沉积到合适的厚度并干燥。在形成凝胶涂层14之前，可以直接地将第二层脱模剂涂敷到界面层20上，以便于后来从制品12除去界面层20。然后将凝胶涂层14部分固化，此后涂敷层压材料16。在脱模以前将界面层20，凝胶涂层14和层压材料16完全固化，产出具有由凝胶涂层14确定且被界面层20覆盖的网纹表面，该界面层20可以在任何需求的时候除去。

在一系列导致本发明的研究中，从AC Products以AC940-Blue的名称市售丙烯酸胶乳乳液以水溶液的形式使用。该乳液可直接使用或用约10％去离子水稀释。在研究过程中，对各种喷涂技术和设备进行评估，包括重力罐、虹吸管罐和压力罐喷枪，和装有各种喷嘴的电泵和无空气泵。在一项研究中表明，如果界面层厚度不够，除去界面层20的过程往往艰难和费时。另一方面，过度的界面层厚度不必要地增加生产成本。因此，以1×1英尺(约0.3×0.3m)的平板玻璃模具进行研究，该模具以从Meguair以Mirror Glaze #8 Maximum脱模剂蜡市售的脱模剂准备。使用Binks(M1-G型)重力给料高容积低压(HVLP)喷枪，以10号喷嘴和约15psi(约1巴)的气压将涂料溶液喷涂在模具上而形成界面层20。用去离子水在乳液比水为10∶1的比例下稀释上述的丙烯酸胶乳乳液而制备涂料溶液。模具处于在标称室温和湿度水平的喷漆室中，以空气流动通过喷漆室以产生轻微的负压。将涂料溶液喷涂到模具上以产生各种的湿膜厚度，该厚度Binks湿膜厚度计测量。在空气干燥24小时形成固体网纹界面层以后，将凝胶涂层材料和玻璃纤维复合层压材料涂敷到每个涂敷的模具上并固化，此后将所获得的固化面板从模具移开。然后在标称的室温和湿度下，观察界面层对于面板的粘合，此后使用膜厚计测量界面层的干膜厚度。

表1总结这些研究的结果。

             表1

  干膜厚度    观察结果

0.04±0.01mm  容易撕裂；很难除去

0.12±0.02    可除去，带有少许撕裂

0.16±0.02    除去容易，没有撕裂

0.21±0.02    在面板脱模期间提前除去

0.25±0.02    在面板脱模期间提前除去

该结果表示约0.1mm的最小干膜厚度是必须的，以便于从面板除去界面层，而大于0.18mm的干膜厚度导致界面层优选粘附到模具而不是面板上。由这些结果，人们相信在界面层的网纹表面上喷涂一种脱模剂可以进一步地降低最小的膜厚度，尽管也增加加工成本。尽管可预见到可以采用其它的脱模剂组合物，用于此目的的合适脱模剂可以是Frekote-700，从Frekote市售。

表明界面层的干燥时间是膜厚度、空气环流和温度的函数。在42℃温度下，使用约0.6m/s的空气环流，发现未稀释的涂料溶液沉积到约0.1毫米的厚度具有小于30分钟的干燥时间。

在第二项研究中，评估在模具上产生具有一致网纹的干燥界面层的能力。进行一些测试以确定喷涂用作界面层的溶液的最优化方法。如前所述，在喷漆室中建立标称的室温和湿度水平和轻微的负压。以平玻璃板(30×30cm)形式的模具在喷涂室中处于水平位置。在喷涂以前，以脱模剂处理板的表面。在整个测试过程中改变喷涂压力，喷嘴和喷涂距离以达到均匀网纹。因为界面层的网纹是最后制品的负像网纹，对界面层的目测被认为是一种足够的质量控制手段。

起始使用重力和虹吸罐喷枪产生一种包含极少材料的喷射图案，这就需要许多时间以形成所需的层厚度。改变喷涂压力不能解决此问题。此外即使有重力枪中的重力的协助，涂料的粘度足够高能抵消喷枪的虹吸效应。通过以水进一步稀释而降低溶液粘度的努力能使溶液从喷枪流出合理量的物料流量以更一致地喷涂。然而，涂料溶液不产生可接受的粒状程度。作为替代，沉积的溶液倾向于在模具表面上流动，带来软波纹类的效果而不是希望的类似皮革的效果。相反，压力罐喷枪能喷涂未稀释的溶液以很快地产生一种皮质外观的网纹。然而，使用以干燥压缩空气运输涂料溶液的喷枪的困难在于当在枪头之内处于高速时，涂料溶液开始固化，产生干燥涂层薄膜袋。此薄膜可能最终脱落，在模具上沉积，导致污染网纹界面层。

为了避免上述问题，评估无空气的粉末喷涂系统。设计这样的系统用来喷涂具有粘度高于适应于虹吸管和重力罐枪系统的材料。可以通过改变喷嘴或喷涂马达的速度以调节材料的流动。有一种类型无空气喷枪会产生不希望的脉冲效果，表示即使被稀释，涂料溶液的粘度还是太高而不能产生需要的效果。然而，采用第二种市售的来自Glasscraft的特别为喷涂高粘度材料而设计的无空气喷涂系统能获得优良的结果。这种喷涂系统采用35∶1主泵将涂料溶液送到单组分无空气喷枪中。具有小的孔口喷嘴(约0.75毫米)和低气压[15到40psi(约1到2.8巴)]，该喷涂系统得到一种相对精细和均匀的类似于皮革的粒状。使用相同气压，大孔口喷嘴(约2.0毫米)会产生显著的粗粒网纹。在这两种情况下，喷射图案都非常一致，未显示任何所研究的其它喷涂技术带来的问题。

尽管需要将无空气喷枪经过几次才能形成可接受的约0.1毫米的膜层厚度，但是需要的时间小于两分钟。在干燥沉积的涂层溶液以产出具有合适厚度的界面层之后，在这些模具上形成玻璃纤维复合板。当从模具移开时，每个面板显示均匀的粒状，该粒状的网纹依赖于泵压力和喷孔直径。因此，可以得出结论该Glasscraft喷涂系统适合于沉积适于本发明目的的界面层。

在另外的Glasscraft喷涂系统的评价试验中，将1×1英尺(约0.3×0.3m)玻璃板模具以上述评价试验中采用的相同的Mirror Glaze脱模蜡涂敷。以约15psi(约1巴)的压力，约0.75毫米的喷嘴直径，和约36英寸(约0.9m)的喷涂距离将聚醋酸乙烯酯溶液喷涤到一些模具上。在这些条件下，产生精细喷雾，在模具上沉积细粒网纹。以约30psi(约2巴)的压力，约2.0毫米的喷嘴直径，和约12英寸(约0.3m)的喷涂距离将聚醋酸乙烯酯溶液喷涂到其它模具上。在这些条件下，产生密集的喷涂，在模具上沉积具有大的粗粒网纹的更集中的图案。由此研究表明，可以通过调整无空气喷枪的压力、喷嘴尺寸和喷涂距离而容易地控制网纹罩面的程度。

最后，使用两步处理法将聚醋酸乙烯酯溶液喷涂到剩余的模具上。第一步是使用粗喷涂参数即，约30psi(约2巴)的压力，约2.0毫米的喷嘴直径，和约12英寸(约0.3m)的喷涂距离，快速地形成厚的基极层。其后，使用精细喷涂参数即，约15psi(约1巴)的压力，约0.75毫米的喷嘴直径，和约36英寸(约0.9m)的喷涂距离以精细喷雾沉积涂料溶液以产生细粒网纹。与可能仅仅使用精细喷涂参数相比，用这样的方式可以更快速地产生细粒网纹界面层。

从上可知，能够看出本发明的重要的优势在于可以采用可移去的网纹涂层作为在由敞口工具模塑方法产生的复合制品表面上产生网纹罩面的替换方式。作为结果，本发明克服了使用昂贵的网纹钢模具以产生网纹复合制品的在先要求。作为替代，可以采用较不耐用的模具材料用于形成具有无网纹的(也就是平滑的)模具表面的模具，然后以本发明的网纹界面层涂敷该模具以在复合制品上形成所需要的网纹表面。尽管评估了某些喷涂装置、喷涂参数和涂料溶液，表示它们能够产生所需的网纹界面层，但是可预见也可以采用其它的系统，参数和材料。因此，本发明的范围仅仅由下面的权利要求所限制。

Claims (27)

1.一种生产具有网纹表面的复合制品的方法，该方法包括如下步骤：

在模具的无网纹模具表面上喷涂一种聚合物溶液以使该溶液在该模具表面形成网纹界面层；

然后在网纹界面层上沉积一种复合材料，以使复合材料接触该网纹界面层并具有被网纹界面层网纹化的表面，该复合材料包括凝胶涂层和纤维增强层压材料；

固化在模具上的复合材料和网纹界面层，以使复合材料形成具有网纹表面的复合制品，该网纹界面层覆盖网纹表面；然后

从复合制品除去网纹界面层以露出复合制品的网纹表面。

2.根据权利要求1的方法，其进一步包括在从复合制品除去网纹界面层之前，从模具除去复合制品的步骤。

3.根据权利要求2的方法，其中在复合制品已经被运输到远离模具的地方之后，从复合制品除去网纹界面层。

4.根据权利要求1的方法，其中使用无空气喷枪沉积溶液。

5.根据权利要求1的方法，其中通过第一喷孔喷涂溶液以形成网纹界面层的第一底层，然后通过第二喷孔喷涂溶液以形成网纹界面层的第二底层而沉积网纹界面层，第二喷孔比第一喷孔小以使第二底层的网纹比第一底层更精细。

6.根据权利要求1的方法，其中该模具的表面被聚合物材料所确定。

7.根据权利要求1的方法，其中该溶液是选自聚醋酸乙烯酯溶液和丙烯酸胶乳乳液的含水聚合物溶液。

8.根据权利要求1的方法，其中的网纹界面层具有约0.10到0.18毫米的厚度。

9.根据权利要求1的方法，其中在网纹界面层上沉积凝胶涂层，将纤维增强层压材料涂敷到该凝胶涂层上，在模具上将凝胶涂层和纤维增强层压材料同时固化以形成复合制品，其中固化的凝胶涂层确定复合制品的网纹表面。

10.根据权利要求1的方法，其中的凝胶涂层包含聚合物材料以及纤维增强层压材料包括用纤维材料填充的聚合物材料。

11.根据权利要求1的方法，其进一步包括在沉积聚合物溶液之前，在模具表面沉积一种脱模剂组合物的步骤。

12.根据权利要求1的方法，其进一步包括在沉积复合材料之前，在网纹界面层沉积一种脱模剂组合物的步骤。

13.一种生产具有网纹表面的复合制品的敞口工具模塑方法，该方法包括如下步骤：

在敞口工具模具的无网纹模具表面沉积一种脱模剂组合物，该模具表面被聚合物材料所确定；

在该模具表面上喷涂一种聚合物溶液，以使聚合物溶液在模具表面形成网纹界面层；

在该网纹界面层上沉积凝胶涂层，以使该凝胶涂层具有被网纹界面层网纹化的表面；

在该凝胶涂层上沉积包含分散的纤维材料的聚合物材料；

固化网纹界面层、凝胶涂层和聚合物材料，以使具有其中分散有纤维材料的固化聚合物材料形成具有网纹表面的纤维增强复合材料制品，该网纹表面由该固化的凝胶涂层所确定，该网纹界面层覆盖该网纹表面；

从模具除去复合制品，以使该网纹界面层保留作为复合制品的网纹表面的保护膜；然后

从该复合制品除去网纹界面层，以露出复合制品的网纹表面。

14.根据权利要求11的敞口工具模塑方法，其中在该复合制品已经被运输到远离模具的地方之后，从该复合制品除去网纹界面层。

15.根据权利要求11的敞口工具模塑方法，其中使用无空气喷枪沉积聚合物溶液。

16.根据权利要求15的敞口工具模塑法，其中通过第一喷孔喷涂聚合物溶液以形成网纹界面层的第一底层，然后通过第二喷孔喷涂聚合物溶液以形成网纹界面层的第二底层而沉积网纹界面层，第二喷孔比第一喷孔小，以使第二底层的网纹比第一底层更精细。

17.根据权利要求11的敞口工具模塑方法，其中该聚合物溶液是选自聚醋酸乙烯酯溶液和丙烯酸胶乳乳液的含水溶液。

18.根据权利要求11的敞口工具模塑方法，其中的网纹界面层具有约0.10到0.18毫米的厚度。

19.根据权利要求11的敞口工具模塑方法，其中的凝胶涂层由包括聚合物材料的组合物形成。

20.根据权利要求11的敞口工具模塑法，其中在沉积该凝胶涂层之前，干燥该聚合物溶液，在沉积包含分散的纤维材料的聚合物材料以前将该凝胶涂层部分固化。

21.根据权利要求11的敞口工具模塑方法，其进一步包括在沉积该凝胶涂层之前，在网纹界面层上沉积一种脱模剂组合物的步骤。

22.一种用于生产具有网纹表面的复合制品的模具，该模具是敞口工具模具，该模具包括无网纹的模具表面和在该模具表面上的网纹界面层，沉积在网纹界面层上在模具之内模塑具有被网纹界面层网纹化的表面的复合材料。

23.根据权利要求22的模具，其中的模具表面被聚合物材料所确定。

24.根据权利要求22的模具，其中该网纹界面层由选自聚醋酸乙烯酯溶液和丙烯酸胶乳乳液的含水聚合物溶液形成。

25.根据权利要求22的模具，其中的网纹界面层具有约0.10到约0.18毫米的厚度。

26.根据权利要求22的模具，其进一步包括在模具表面和网纹界面层之间的一种脱模剂组合物。

27.根据权利要求22的模具，其进一步包括在网纹界面层和复合材料之间的一种脱模剂组合物。