CN1196568C - 制备层压了一层皮层材料的发泡热塑性树脂模制品的方法 - Google Patents

Abstract

一种制备层压了一层皮层材料的发泡热塑性树脂模制品的方法和发泡热塑性树脂模制品，该方法包含皮层材料和与该皮层材料整体层压在一起的热塑性树脂泡沫，且该方法采用一付模具，它包含能互相滑动的阳模和阴模单元，其模腔间隙t可调，该方法包含：皮层材料供给步骤；树脂注射步骤；压缩步骤；发泡步骤和冷却与脱模步骤，以及所述模制品是一种板状发泡热塑性树脂模制品，它包含基体和突起，其中突起的平均膨胀比不超过1.1倍，基体的平均膨胀比不低于1.3倍。

Description

制备层压了一层皮层材料的发泡热塑性树脂模制品的方法

本发明涉及一种制备层压了一层皮层材料的发泡热塑性树脂模制品的方法及发泡热塑性树脂模制品。更具体地说，本发明的目标是一种制备层压了一层皮层材料的板状发泡热塑性树脂模制品的方法以及由该种方法获得的产品等，所述模制品重量轻、刚度高并适用于作汽车内部零件。

采用以注塑之类的工艺模塑成型热塑性树脂并在该模塑树脂表皮提供一层皮层材料的方法生产的，并用来作汽车内部零件之类的层压了皮层材料的热塑性树脂模制品是常用的。但是，这类模制品的密度高、重量重，因此目前需要减轻重量并提高质量，特别在汽车内部零件领域内。尤其在提高层压了皮层材料的模制品的外观质量甚至背面质量方面，要求更为强烈。

就汽车内部零件而言，日本专利公开号6-344362和4-148907公开了一种技术：层压一层皮层材料并通过采用一种其内层为发泡层的发泡热塑性树脂来确保减轻重量。

在上述出版物中，公开了冲压模塑法的模具。换句话说，公开了一种模塑技术，该技术包含在一对上模与下模单元间放置一种皮层材料，使模具单元间的间隙为特定值，将一种含发泡剂的聚丙烯树脂组合物注射进皮层材料与下模单元之间，同时使上下模靠拢从而使树脂成型为预定形状并使该树脂粘结在皮层材料上，然后，打开模具单元，使树脂发泡，然后冷却并凝固该树脂。

在上述出版物所公开的技术中，树脂的注射是在模具单元之间有一定间隙时进行的，目的是降低树脂供给压力。这样就不足以防止在将混合了发泡剂的熔融树脂注射进模腔时出现发泡剂的挥发，即所谓的气体逸出。这样，就使基体背面因气体逸出而有外观缺陷，也因此，使层压了一层皮层材料的基体在其背面具有令人不满意的外观。

本发明的目的在于提供一种生产层压了一层皮层材料的发泡热塑性树脂模制品的方法并提供用该方法获得的产品等，采用这种方法，足以防止在将熔融树脂注射进模具时出现发泡剂的挥发，即所谓的气体逸出，从而，确保形成一个发泡层；采用这种方法，所得热塑性树脂模制品在它与层压了皮层材料的另一面，即模制品中基体上与层压了皮层材料相反的那一面，具有良好的外观。

本发明人研究了一种在冲压模塑中防止气体从含发泡剂熔融热塑性树脂中逸出的技术。拓宽模具的树脂供给间隙以使注射熔融树脂所需的注射压力较一般注塑中的大大降低，被认为是传统冲压模塑中的一个主要特点。与此相反，在发现了通过设定一个较小的特定树脂供给间隙就能有效地防止气体逸出后本发明的发明者发明了本发明，在所述间隙下冲压模塑是无法进行的，因为需要高的树脂注射压力。

也就是说，本发明是一种生产一种发泡热塑性树脂模制品的方法，所述制品包含一层皮层材料和一个与该皮层材料整体层压在一起的热塑性树脂泡沫，其中，所述方法采用一付模具，它包含能相互滑动的一个阳模单元和一个阴模单元，其模腔间隙(t)可调，该方法包含下列步骤(1)-(5)：

(1)在阳模与阴模打开时供给一种皮层材料的皮层材料供给步骤；

(2)树脂注射步骤，包括让阳模与阴模单元相互靠拢，使树脂注射间隙t小于(C+5)mm(C是模塑前皮层材料的厚度)，以及将含有发泡剂的熔融聚烯烃-基树脂通过一个位于阳模与阴模单元之一上的树脂供给浇口注射到皮层材料与模具单元之间；

(3)成型已注入的聚烯烃-基树脂的压缩步骤，其方法是：通过压缩使间隙t小于树脂注射间隙，从而使树脂完全充满模腔，同时将皮层材料与聚烯烃-基树脂整体地层压在一起；

(4)成型发泡热塑性树脂模制品的发泡步骤，方法是：在聚烯烃-基树脂成型结束后，通过增大间隙t使注射进的熔融聚烯烃-基树脂发泡，从而形成一层发泡层；以及

(5)冷却与脱模步骤，包括在模内冷却该发泡热塑性树脂模制品，然后打开模具，取出发泡热塑性树脂。

实施上述步骤就足以防止在将含发泡剂熔融树脂注射进模具时出现发泡剂的挥发，从而能确保形成一个发泡层，且能使生产出的发泡热塑性树脂模制品在它们基体上与层压了皮层材料相反的那一面具有优良的外观。

特别是，在树脂供给步骤(2)中让树脂注射间隙小于(C+5)mm可以有效地防止气体逸出并能缩短熔融热塑性树脂注射后模具开、合移动所需的时间，所述间隙此前一直被认为不可能用冲压成型成功地进行模塑的，因为树脂注射压力过高。

作为用于本发明的皮层材料，可以采用多种惯用的含一层或多层的皮层材料。在用含有一层层压了缓冲层的皮层材料作为多层皮层材料的情况下，最好采用一种其缓冲层的压缩模量不超过0.3MPa的皮层材料并需要提供一层起缓冲层的保护层作用的衬里层。

板状发泡热塑性树脂模制品，即本发明的产品，特别适用于作汽车内部零件，它们的具体实例包括仪表板、椅背、隔板、控制柜和车门饰板。

从下文的详述，本发明应用性的其它范围将变得显而易见。但是，应该理解，详述与具体实施例，虽然示意了本发明的优选实施方案，但仅为说明而给出，因为对本领域内的技术人员来说，从所给出的详述中，很容易看出在本发明的精神与范围内的各种变更与修改。

在整个说明书与其后的权利要求中，除非另有需要，否则“包含”一词及其变格如“包括”和“含有”应理解为指所述整数或步骤或一组整数或一组步骤，但不排除包括任何其它整数或步骤，或整数组或步骤组。

图1说明本发明制备方法的一个实施例中的皮层材料供给步骤；

图2说明本发明制备方法的一个实施例中的树脂注射步骤；

图3说明本发明制备方法的一个实施例中的压缩步骤；

图4说明本发明制备方法的一个实施例中的发泡步骤；

图5是说明每一制备步骤中模腔间隙调整状态的图；

图6示意一个带有一个突起的板状发泡热塑性树脂模制品，其中，发泡层在该突起的内部形成；以及

图7说明一个板状发泡热塑性树脂模制品生产步骤的一个实施例。

生产本发明的一块板，即含有一层层压的皮层材料并带有一个突起(即一个突起部分)的板的一个实施例用图1-4进行解释。在图5中，以图示意了图1-4所示的每一步骤中形成的模腔间隙t。

在本发明的生产方法中，采用一套包含一个阴模单元23和一个固定在平板26上的阳模单元25的模具，其中，模腔间隙(t)可通过阴模单元23与阳模单元25的相对移动而任意调节。

这里，在生产一个含有一个基体以及在基体上有一个突起的板状发泡热塑性树脂模制品的情况下，要求在阴模和阳模单元之一中形成一个突起成型模腔。

皮层材料30用阴模单元23的端面与一个夹具28支持住(图1)。这时，模具是敞开的，所以操作者很容易操作(图5(1))。皮层材料30用夹具28支持，这样在模塑期间皮层材料30被拉进模腔时(皮层材料供给步骤中)它就能滑动。

然后，在阴模单元23和阳模单元25中至少移动一个以形成树脂供给起始间隙(图5(2))。如果树脂供给起始间隙太宽，则树脂发泡迅速发生，导致气体逸出，从而有损于与层压了皮层材料相反的那一面的外观。因此，树脂供给起始间隙应小于(C+5)mm，其中C代表皮层材料30在模塑前的厚度。

图2所示的步骤是通过树脂供给流道32注射含发泡剂的熔融热塑性树脂33的一步(树脂供给步骤，图5(3))。

模腔间隙减小的速率要考虑模制品的尺寸、所用材料的特性等来适当地确定，在实际情况下，模具单元之一，例如阴模单元，最好以1-50mm/s的速率移动。

在图示的实施例中，树脂供给流道32有三个分流道32B。但是，树脂供给流道的设计不限于此，可以任选地决定，取决于要生产的模制品的形状与尺寸。

图3所示的步骤，是在含发泡剂的熔融热塑性树脂33被注射进后，压缩一个预定量，从而使模腔间隙变得不大于模制品的预定厚度的一步。通过在上述压缩状态下冷却树脂表面层而形成一层皮层。通过在本步骤中的压缩，皮层材料与树脂层被粘结在一起(压缩步骤，图5(4))。

压缩步骤中的压缩时间要根据模制品的厚度、要形成的皮层厚度、模具温度等适当确定，从实际条件如缩短模塑时间考虑，优选约1s-约30s。

皮层材料30与树脂层33在前述压缩步骤中通过压缩而层压在一起。然后将模腔间隙t扩大到模制品的预定厚度(图4)，从而使皮层之间的树脂层发泡，形成一个发泡层。这样就制成一块板状发泡热塑性树脂模制品34，这是一个最终产品，它包含皮层材料30和一个基体，基体包括一个靠皮层材料一面的皮层11、其背面(即与层压了皮层材料相反的一面)上的一个发泡层13和皮层15(发泡步骤，图4和5(5))。

当发泡步骤中形成的模制品冷却时(冷却步骤，图5(6))，就完成了一个模制品的生产。

在发泡步骤中，可以打开模具使模腔间隙变得比模制品的预定厚度大一些，接着又使模具合拢以稍稍减小t，使模具间隙变成模制品的预定厚度，然后将压力维持在预定压力水平上，然后冷却。在这种情况下用“稍稍减小t”一词没有特别严格的定义，通常是指使t不大于模制品的预定厚度左右。

作为本发明中所用的热塑性树脂，可以用汽车内部零件之类惯用的每一种树脂而无任何限制。具体地说，可以提到的有聚烯烃-基树脂如聚丙烯-基树脂和聚乙烯-基树脂、聚苯乙烯基树脂、丙烯酸树脂如聚甲基丙烯酸甲酯树脂、ABS、聚酰胺基树脂如尼龙-6、聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚苯醚树脂等。

在上述树脂中，优选要用于本发明制备方法中的热塑性树脂是聚烯烃-基树脂，特别是聚丙烯-基树脂，因为用这些树脂时，可以用象传统冲压模塑中那样低的树脂注射压力来注射含发泡剂的熔融树脂，即使模具的树脂注射间隙设定在小于(C+5)mm也无妨，也因为兼具高强度和高刚度的发泡热塑性树脂模制品可以用低成本制造。

特别希望聚丙烯-基树脂的熔体流率(MFR：g/10min)不低于15。更优选采用MFR不低于25的聚丙烯-基树脂。

采用高MFR的聚丙烯-基树脂能特别有效地防止气体逸出，因而确保发泡层的形成，特别是形成满足重量轻要求的模制品。

作为要加入上述热塑性树脂的发泡剂，可以采用生产热塑性树脂泡沫中所用的已知化学发泡剂。具体地说，可以用下列化合物作发泡剂：无机发泡剂如碳酸氢钠、碳酸氢铵和碳酸铵，亚硝基化合物如N，N’-二亚硝基亚戊基四铵，偶氮化合物如偶氮二酰胺、偶氮二异丁腈，磺酰肼如苯磺酰肼、甲苯磺酰肼和二苯基砜-3，3’-二磺酰肼、对甲苯磺酰半卡巴肼等。在优选的实施方案中，根据需要加入水杨酸、脲和含这类化合物的助发泡剂。

化学发泡剂的类型依据，例如，要用的热塑性树脂的熔体温度和所要求的膨胀比进行选择。化学发泡剂的加入量要考虑，例如，所要求的模制品的强度与密度后进行调节，通常是在每100重量份的树脂中加入0.1-5重量份。

也可能用压力将液体或气体二氧化碳或氮气与热塑性树脂混合来代替上述化学发泡剂。

作为本发明发泡热塑性树脂模制品中的皮层材料，可以用已知的皮层材料。具体的皮层材料包括纺织物、无纺织物、编织物、热塑性树脂或热塑性弹性体制成的片材或薄膜。此外，可以用由聚氨酯、橡胶、热塑性弹性体等组成的非发泡片材与上述皮层材料层压在一起的复合皮层材料。

在一个优选实施方案中，皮层材料在其与将变成基体的发泡热塑性树脂层压的一面还有一层缓冲层。形成这一缓冲层的材料的实例有聚氨酯泡沫、EVA泡沫、聚丙烯泡沫和聚乙烯泡沫。压缩永久形变小和压缩模量不大于0.3MPa、使皮层材料感觉柔软的材料是非常理想的。

在皮层材料上有缓冲层的情况下，提供一层将要成为保护层的衬里层很重要。这样一个衬里层的例子有纺织物、无纺织物、编织物、热塑性树脂或热塑性弹性体的片材或薄膜。从可成形性、成本等角度看，优选采用无纺织物。

此外，作为缓冲层的保护层，可以把一种纺织物、无纺织物、编织物、热塑性树脂或热塑性弹性体制成的片材或薄膜以衬里层的形式层压到缓冲层上。

本发明也提供发泡热塑性树脂模制品。

例如，由日本专利公告7-77739公开的已知技术生产的整个板状树脂模制品是由泡沫构成的。这种模制品有一个突起如一根肋线(rib)或一个凸台(boss)，它通常由一种非发泡树脂形成，为的是便于将模制品安装到汽车车体上或增强平板基体。

但是，当用已知技术生产一个带有一个由非发泡树脂组成的突起如一根肋线和一个凸台的三维板时，可以产生如下一个问题：在其上形成突起的基体会因收缩而产生一个塌坑，其结果，这块板就变成一个外观不良的产品。

与此相反，本发明的发泡热塑性树脂模制品重量轻、刚度高且在其上形成突起的基体上无塌坑，因而具有优良的外观特性。

本发明的这种发泡热塑性树脂模制品的特征在于，例如，是一个包含一个基体和一个从基体上戳出的突起的板状发泡热塑性树脂模制品，其中，所述突起的平均膨胀比不超过1.1倍以及所述基体的平均膨胀比不低于1.3倍。

也就是说，通过形成这样一个平均膨胀比不超过1.1倍的泡沫突起如一根肋线或一个凸台而同时又维持基体的高平均膨胀比，就能获得一种重量轻、刚度高、其肋线或凸台之类的突起有足够的强度以及在其上形成突起的基体上没有塌坑的板状发泡热塑性树脂模制品。

整个突起可以是平均膨胀比不超过1.1倍的泡沫或该突起也可以具有一个在突起中心包含一个发泡层以及在突起的侧表面为非发泡的或膨胀比较低的皮层构成的皮层/发泡层结构。在皮层/发泡层结构中，从强度方面考虑，优选在突起中心形成的发泡层不超过突起总厚度的60％。

正是一个优选实施方案使上述板状发泡热塑性树脂模制品在其基体表面有一层皮层材料，因为这能使模制品很容易具有作为内部零件的高质量并能拓宽这类模制品的应用范围。

本发明的板状热塑性树脂模制品特别适用于汽车内部零件，它们的实例有仪表板、椅背、隔板、控制柜和车门饰板等。

现结合附图来解释实施本发明有关板状发泡热塑性树脂模制品的方式。

图6列举了一个带一个突起的板状发泡热塑性树脂模制品(下文简称板)的截面形状。

所述板1包含一个基体5和一个从该基体背面戳出的突起的肋线7，成形该肋线的目的是为提高板的强度并便于将板安装到车体上。

将肋线7邻区局部放大在图6(b)中。该板1在其上面有一层皮层材料16以及基体由一个皮层材料侧的皮层14、一个发泡层11和一个背面上的皮层13组成。至于基体5的结构，优选皮层材料侧的皮层14比背面上的皮层13薄，因为要使皮层材料层具有柔软的感觉。

在示于图6(b)的实施例中，肋线7有一个由低发泡或非发泡皮层9，10和一个在它们之间形成的发泡层8构成的皮层/发泡层结构。当肋线7是非发泡的时，在基体上与肋线7突出的表面相反的表面P上很容易因收缩而形成凹槽。似乎如该图所示，在肋线7中形成的发泡层8在与基体5的连接处产生了膨胀力，从而有效地防止了在P点形成塌坑。

为确定肋线7的膨胀比，设定肋线的厚度并设定模具中冷却管道的位置很重要。

肋线的厚度一般不超过7mm，优选不超过3mm。因为肋线越厚，则越有必要使模具中的冷却管道靠近并增加冷却管道的数量以减小肋线的膨胀比。

肋线7的膨胀比没有限制，只要整个突起的膨胀比，即肋线或类似物的膨胀比不大于1.1倍即可。

现结合图7来解释按照本发明制备一块带有一个突起的板，板上有一层层压在板表面上的皮层材料的一个实施例。该板的生产采用一套包含一个阴模单元23和一个阳模单元25的模具，阳模单元固定在一块平板26上并在其中有一个肋线形成腔，其中模腔间隙(t)可以通过阴模单元23与阳模单元25的相对移动而任意设定。阴模单元23与阳模单元25的相对移动可以通过移动两者之一或两者同时移动来实现。

带有一根肋线的阳模单元25上安装有专门为冷却肋线而设计的冷却管道31。冷却在阳模与阴模单元中形成的整个产品的冷却管道在图中未画出。

打开该模具，供给一张皮层材料30并将之保持在阴模单元23的端面与一个夹具28之间(图7(a))。皮层材料30用夹具28支持，这样在模塑期间当它被拉进模腔时就能滑动。

然后减小模腔间隙以形成一个树脂供给起始间隙。在树脂供给起始间隙太宽的情况下，树脂的发泡迅速发生并可能因发泡剂的逸出而导致形成令人不满意的泡孔。还优选让阴模单元与阳模单元相互靠拢，使模腔间隙变得小于(C+5)mm，其中C是皮层材料30在模塑前的厚度。

图7(b)中所示的步骤是将含发泡剂的熔融热塑性树脂33通过树脂供给流道32注射进模腔的一步。在该实施例中树脂供给流道32有三个分流道32B。但是树脂供给流道的设计不限于此，可以任选地决定，这取决于所要生产的模制品的形状与尺寸。

在注射一预定量的含发泡剂的熔融热塑性树脂33后，压缩该树脂，使模腔间隙变得不超过模制品的预定厚度。树脂表面层在此状态下冷却下来形成一层树脂皮层。通过实施该压缩步骤，使皮层材料与树脂层粘结在一起，同时也使树脂充满阳模单元25中的肋线形成模腔35，形成一根肋线7。接着，打开模具，使模腔间隙达到模制品的预定厚度。这使皮层间的树脂发泡，形成一个泡沫层。其结果，就获得一个板状发泡热塑性树脂模制终产品。

在上述生产过程中，虽然模腔间隙的减小速率可以任选地设定，但希望，例如，阴模单元以1-50mm/s的速率移动。而且，还优选在树脂注射步骤中熔融树脂的注射压力为0.5MPa-10MPa。

不层压任何皮层材料的模制品也以相同的方式生产，只是要取消皮层材料供给步骤。

充分显示本发明结构与效果的一个实施例，可通过将如图1所示的包含一对阴模与阳模单元的模具装入锁模力为500吨的压机上进行的模塑为例，进行详细描述。

作为一种皮层材料，采用一种三层结构，其中，将一层3mm厚的压缩模量为0.2MPa的聚氨酯泡沫层层压到一层0.5mm厚的聚氯乙烯片材上并以一层0.2mm厚、50g/m2重的无纺织物为衬里材料。

作为基体用的可发泡热塑性树脂，用聚丙烯(Sumitomo化学有限公司制造的Sumitomo Noblene AZ564，熔体流率为30g/10min)按每100重量份聚丙烯中加入3重量份无机发泡母粒(Sankyo化学有限公司制造的Cellmic MB3072)的比例进行混合，并经在200℃加热使之熔化。

成型步骤如下：

(i)将皮层材料(30)放在阴模单元(23)与阳模单元(25)之间，两者温度都定为60℃。移动阴模单元(23)，当模腔间隙(t)达到8mm(皮层材料厚度+4.3mm)时，停止下压。然后将加热并熔融的可发泡热塑性树脂通过树脂供给流道(32)供给到皮层材料(30)与阳模元件(25)之间。然后以10mm/s的下压速率合拢模具，从而通过压缩使皮层材料(30)和熔融发泡热塑性树脂基体(33)成型为整体层压板并同时在基体表面形成一个皮层。压缩成型的条件如下。压缩以5MPa的表面压力进行2秒钟。压缩期间的模腔间隙为2.5mm。

(ii)就在压缩成型之后，将阴模单元(23)朝开模方向移动2mm，从而使尚未冷却和凝固、树脂仍处于熔融态的基体芯部发泡。继续在该状态下冷却50秒钟。

冷却后，取出的模制品有一个细孔截面，无发泡气体从此处逸出。而且，与皮层材料层压在一起的上面和基体表面的背面都具有良好的无缺陷外观。

(对比实施例)

按照与上述实施例相同的方式进行模塑，但将以上实施例步骤(i)中供给加热并熔融的发泡热塑性树脂中规定的模腔间隙(t)设定为15mm(皮层材料厚度C+11.3mm)。

所得模塑制品有一个因发泡气体逸出而包括很粗的孔的截面。基体上与层压了皮层材料相反的一面因气体逸出而具有条状缺陷的外观。

Claims (6)

1.一种制备发泡热塑性树脂模制品的方法，所述模制品包含一层皮层材料以及与该皮层材料整体层压在一起的热塑性树脂泡沫，其中，所述方法采用一付包含可相互滑动的阳模与阴模单元且其模腔间隙(t)可调的模具，该方法包含下列步骤(1)-(5)：

(1)在阳模单元与阴模单元打开时供给一种皮层材料的皮层材料供给步骤；

(2)树脂注射步骤，包括使阳模单元与阴模单元相互靠拢使树脂注射间隙t小于(C+5)mm，C是皮层材料在模塑前的厚度，以及将含有发泡剂的熔融聚烯烃-基树脂通过一个位于阳模与阴模单元之一上的树脂供给浇口注射到皮层材料与模具单元之间；

(3)成型已注入的聚烯烃-基树脂的压缩步骤，其方法是：通过压缩使间隙t小于树脂注射间隙而使树脂完全充满模腔，同时将皮层材料与聚烯烃-基树脂整体层压在一起；

(4)成型发泡热塑性树脂模制品的发泡步骤，方法是：在聚烯烃-基树脂成型结束后，通过增大间隙t使注射进的熔融态的聚烯烃-基树脂发泡而形成一层发泡层；以及

(5)冷却与脱模步骤，包括在模内冷却该发泡热塑性树脂模制品，然后打开模具，取出该发泡热塑性树脂。

2.按照权利要求1的制备发泡热塑性树脂模制品的方法，其中，所述皮层材料包含一层压缩模量不超过0.3MPa的缓冲层和一个衬里层。

3.按照权利要求2的制备发泡热塑性树脂模制品的方法，其中，所述皮层材料的衬里层是一种无纺织物。

4.按照权利要求1的制备发泡热塑性树脂模制品的方法，它还包含一个在发泡步骤(4)完成后稍稍减小t的压缩步骤。

5.按照权利要求1的制备发泡热塑性树脂模制品的方法，其中，所述聚烯烃-基树脂是一种聚丙烯-基树脂。

6.按照权利要求1的制备发泡热塑性树脂模制品的方法，其中，阴模和阳模单元之一有一个突起成型腔。

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