CN1240379A - 用于成形薄壁弹胶性制品的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

通过将一种弹胶性混料静电沉积在一个刚性成形的模型(24)上、固结涂层再将制品(30)从模型上剥落下来,可以制造出薄壁弹胶性制品。可以采用这种方式成形的制品包括手套和避孕套。

Description

用于成形薄壁弹胶性制品的方法和设备
本发明涉及用于成形薄壁弹胶性制品的方法和设备。
用于成形诸如手套等薄壁橡胶制品的方法包括将成形模型浸入乳液或其他适宜的浸渍介质中，以使模型上涂敷一层乳液或其他介质，再硬化或烘干模型上的橡胶乳液，然后将完成的制品从模型上剥落下来。这种所谓的浸渍方法已经发展得很成熟了，因而可以可靠地制造非常薄的制品，例如质量极高的避孕套和医用手套。此外，还有其他制造薄壁弹胶性制品的方法被提出，例如可以向模型上喷涂(而不是浸渍)橡胶乳液(或类似物)，但这种方法无法可靠地制造高质量制品，因此较少采用。
现已知道，可以在一个表面上静电沉积涂层混料而在该表面上构成一个保护性涂层，而且这个方法已经被极其成功地应用，例如，用于喷涂不规则形状的物体。在US-A-3698847中，静电沉积方法被独特地用于成形非弹胶性中空制品，即在可分解模型上静电沉积热塑性合成树脂，再将可分解模型从成形出的自支撑中空制品的壁上的一个孔中抽出。这个方法被描述成用于制作圣诞树饰品。
某些弹胶性薄壁制品，例如(但不仅仅是这些)避孕套和医用手套需要具有极高的质量，才能被接受。例如，它们必须是无孔的，以可靠地保护使用者。它们还必须具有适宜的强度，从而不会在使用中撕裂或解体。它们还必须是薄壁的，通常壁厚小于200μm，甚至要小于100μm。如上所述，由于浸渍方法已经在长时期的应用中被显著提高，以克服或最小化各种问题，因此现在这种制品可以通过这种方法以经济和自动化的方式可靠且稳定地生产。
然而，我们发现，也可以通过其他方法可靠地制作薄壁弹胶性制品，以排除早已确定了的浸渍方法的某些缺点。具体地讲，我们发现，可以采用静电沉积的方法制作这种制品。
根据本发明，提出了一种成形薄壁制品的方法，该方法包括：将一种弹胶性混料的带电颗粒静电喷射到一个容纳着刚性成形模型的内腔中，该模型具有一个接地导电表面，以使混料的带电颗粒附着在模型的导电表面上，从而在模型表面形成一个混料涂层；使涂层固结以在模型上产生薄壁制品；以及将制品从成形模型上剥落下来。
本发明还包含一种用于成形薄壁制品的设备，该设备包含：一个内腔，其容纳着一个刚性成形的模型，该模型具有一个接地导电表面；用于在内腔中静电喷射带电颗粒的装置，以使颗粒附着在导电表面上并在该表面上形成一个涂层；以及剥落装置，用于在涂层被固结在成形模型上后将薄壁制品从模型上剥落下来。
所提供的替代浸渍法的方法取得了令人惊奇的成果，即可以通过这种方法制造出非常令人满意的制品，例如避孕套和手套，而这种方法在过去被认为很难制造出能满足商业需要的制品。
在本发明的方法中，固结步骤是很重要的。固结的程度应充分保证薄壁制品可以从模型上整体剥落下来，而不会损坏制品的结构。其他细节将在下面解释。
弹胶性混料可以是任何能够在以颗粒的形式喷射时被静电充电的混料；它可以是一种液体也可以是一种固体。当颗粒以液体形式喷射时，固结过程通常需要采用某些种类的固化过程；当颗粒以固体形式喷射时，固结过程通常需要将颗粒通过某些种类的汞齐作用而合并成一个整体结构。颗粒涂层可以通过多个不同的技术固结。例如，喷射到内腔中的混料可以是可硬化的，这样，涂层可以通过硬化而固结。然而，优选通过挥发作用固结涂层：例如，所喷射的混料可以包含一种溶剂，该溶剂可以挥发而离开模型上的固体涂层。
如果混料是一种固体，涂层通常包含大量通过静电附着在模型表面上的颗粒。这些颗粒可以汞齐化以形成薄壁制品，例如加热使之软化或溶化并聚结，之后再冷却聚结的涂层。
固结过程可以自然发生，而不必进行任何特殊处理。然而，一般希望或必须进行某种形式的处理以提高固结速度。我们优选通过热处理实现固结。虽然热处理可以在烘箱中完成，但特别优选通过在模型中感应出电流而实现热处理。
如果混料是一种液体，则它可以被雾化以产生大量可以充电的小的液体颗粒。液体形式的混料可以包括一种有机或含水溶液，或者可以包括分散或溶解在一种液体中的固体颗粒。使用的液体混料包括成膜弹胶性材料，并包含：聚氨脂(溶剂和水基的溶液和乳液)；氟橡胶；三段型共聚橡乳液(SBS，SIS，SEBS)；丁苯橡胶乳液(SBR)；丙烯腈-丁二烯橡胶乳液(NBR)；羧化SBR乳液，羧化NBR乳液和其它羧化橡胶乳液；苯乙烯-乙烯基吡啶-丁二烯三聚物乳液；天然橡胶乳液(NR)；聚氯丁二烯橡胶乳液(CR)；以及丁基橡胶乳液(异丁烯-异戊二烯橡胶)。
优选的弹胶性混料是那些含有热塑性弹胶性聚氨脂的混料，特别优选热塑性弹胶性聚氨脂的含水分散剂，而且最优选含有一种助溶剂，如甲基乙基甲酮或类似物的热塑性弹胶性聚氨脂的含水分散剂。
如果混料是一种固体，则几乎不变地以固体粉末的形式提供。
混料颗粒可以通过普通静电喷枪喷射。这样可以向混料颗粒施加静电荷。如果混料是一种液体，喷枪可以适于雾化液体以产生大量小的颗粒。如果混料是一种固体，通常向喷枪提供粉末状的固体颗粒。通常，所喷射混料的颗粒尺寸取决于喷射设备的各个参数，反过来，所述参数则又取决于被喷射的混料。
模型在喷涂过程中可以旋转或者移动，以便获得均匀的涂层。
在本发明的一个优选方面中，形式为溶液或是水或有机溶剂中的分散物的弹胶性混料可以通过一种旋转喷雾器静电喷射。这样作的一个优点是，可以产生非常细小的颗粒，当这些颗粒在模型上固结时可以制出高质量的薄壁薄膜，其表面质量好而又没有孔。在一个特别优选的方面中，弹胶性混料分散在水中，水中含有少量的混料溶剂。旋转喷雾器在本技术领域是公知的，因此这里不再进行解释。
在某些情况下，需要在固结步骤之后剥落步骤之前再向模型上喷射一些混料颗粒，或是喷射另一种混料的颗粒。这样可以使制出的制品具有特殊厚度。可以在某些或者全部喷射和固结步骤中更换所喷射的混料；这样可以使制品具有多种性质和颜色。二次(以及任何其他的)喷射可以根据需要用于弹胶性或非弹胶性混料。
施加到混料的颗粒上的静电荷、混料的固体成分以及喷射内腔中的模型的通道(如果有的话)的位置和速度是静电喷射各参数中的一些，它们可以变化以改变成形于模型上的薄壁制品的厚度。
优选的涂层固结方法是通过热处理。因此，根据本发明的设备优选包含一个加热装置。在一个实施方案中，加热装置包含一个烘箱，其在一个足以使涂层固结在模型上的温度下使用。在这个实施方案中，模型可以在一个充分的时间停留在烘箱中，以固结涂层。
在另一个实施方案中，固结装置可以包含一个用于在模型中感应出电流的装置，以将模型加热到一个可使涂层固结的温度。这个实施方案的一个优点是，不需要提供一个单独的用于固结的烘箱。
模型基本上是刚性的并可以是实心的或空心的。模型可以包含一个带导电涂层的不导电材料。然而，我们优选几乎整个模型都是导电性的。最优选的结构是，模型包含一个导电金属，例如不锈钢或铝。或者，也可以使用玻璃，但在存在湿度时，其效率有所降低。
优选的结构是，设备包含一个输送机，以携带模型进入并通过喷射内腔，再从喷射内腔到剥落装置。如果装有烘箱或其它固结装置，则在将模携带到剥落装置之前，输送机可以将模型携带到烘箱或其它固结装置。希望在输送机上装有多个分开的模型。
根据本发明的方法和设备的一个重要特征是，可以在涂层固结后将薄壁制品从成形模型上剥落下来。出于这个原因，制成混料和模型的材料应使得涂层在固结后不会粘结在模型上。这与传统的静电喷涂过程不同，因为在传统的静电喷涂中，喷射的涂层会粘结在被喷射物体上。然而，需要记住的一点是，如果制品是通过多次喷涂和固结步骤制成的，则只有制品最内部的一层需要用能从模型上剥落的材料形成。
本发明可以制造具有所需厚度的高质量的薄壁制品。厚度范围通常在20至200微米之间，优选在40至100微米之间。采用本发明，可以获得均匀厚度的薄壁制品，即使制品的形状非常复杂。
本发明具有这样的优点，即由于材料与模型之间具有吸引力，因此喷涂在模型上的材料不会滴落下来。此外，可以在喷涂上添加任何适宜的添加剂，因此不会缩短使用期限。
经常希望更换混料，例如为了改变颜色或气味。本发明可以快速且干净地从一种混料更换成另一种，而浪费量被最小化。
此外，通过静电喷涂可以消除由浸渍池中的悬浮物所引起的缺陷，这是因为大部分的材料不是暴露给外界物体，例如模型，而是储存在高该浊度容器中。
本发明可以用于制造大范围的薄壁制品，主要包括避孕套和手套，还包括其它避孕用品、医疗装置辅助用品(例如结肠镜罩)、医疗装置罩盖、气球和橡胶袋。
现在请参考附图，附图包括：
图1是根据本发明的一个设备的一部分的正交投影图；以及
图2是根据本发明的一个设备的另一部分的正交投影图。
在各附图中，一个用于成形薄壁制品的设备包含一个容室10，容室10的内部确定了一个内腔12。容室10中包含一个静电喷头14，其通过一根导管18连接着一个盛放着可固化液体的供给源16。一个泵20用于将混料从供给源16抽送到静电喷头14。静电喷头14、导管18、供给源16和泵20均可采用普通结构。泵20和导管16安置在内腔12外面。
一个输送机22上携带着多个成形模型24。每个成形模型24上均带有一个导电表面并通过输送机22接地。一个加热装置26用于加热每个成形模型24。加热装置26中带有加热模型24所需的电路，该电路通过在模型24中感应出电流以加热模型。加热模型可以将模型上的混料烘干以制成薄壁制品30，薄壁制品30的形状与模型24的外表面相同。
输送机22延伸通过内腔12并通过一个剥落机28。剥落机28用于将薄壁制品30从成形模型24上剥落下来。
为清楚起见，静电喷头14、供给源16、导管18、和泵20未在图1中示出，这些部件见于图2中。同样为清楚起见，在图2中未示出加热装置26和剥落机28。
现在解释该设备的操作。输送机22将模型24输送至内腔12中。当一个模型24浸入内腔12中后，泵20将混料从供给源16抽送到静电喷头14。喷头14将混料雾化并将静电荷施加到雾化产生的颗粒上；之后，带电颗粒被喷射到内腔12中。由于模型24是接地的并有吸引带电颗粒的趋势，因此不是必须将颗粒直接喷向模型24。带电颗粒在模型24上形成一个涂层。
带电颗粒的喷射速率以及输送机22的速度的设置应使得模型24在离开内腔12之前被完全喷涂上。
在模型24被喷涂之后，可以启动加热装置26以加热模型并烘干模型24上的混料。这样可成形出薄壁制品30。当混料的烘干完成之后，输送机22将模型24传输到剥落机28中，以将薄壁制品30从模型24上剥落下来。实施例1
准备一种混料，其包含一种软质聚氨脂弹胶体在一种由60％v/v的甲基乙基甲酮和40％v/v的四氢呋喃构成的溶剂中的溶液。该混料具有5％w/w的固体成分。软质聚氨脂弹胶体的物理性能通常为，在2.4Mpa下的延伸弹性模量为300％，拉伸强度为60Mpa和断裂延伸率为500％。
混料通过一个静电喷涂设备而喷涂在一个圆柱形不锈钢模型上。该设备是一个alphaBell高速旋转喷雾器，其位于一个往复机件上，并位于一个大容室中，该容室中容纳着一个输送链，所述不锈钢模型即悬挂在该输送链上。所有这些用到的设备均由Lactec有限公司提供。在被喷射到模型上以后，混料在一个烘箱中在70℃的温度下被烘干。
接着，模型上的薄壁制品被冷却，之后，再手工用水从模型上剥落下来。再视觉检验均匀性、孔和气泡，并检定厚度。
这种制品具有很好的质量且厚度在34微米左右。实施例2
准备一种混料，其包含一种软质聚氨脂弹胶体在一种由60％v/v的甲基乙基甲酮和40％v/v的四氢呋喃构成的溶剂中的溶液。该混料具有5％w/w的固体成分。聚氨脂弹胶体与实施例1中的相同。
混料通过与实施例1中相同的静电喷涂设备而喷涂在一个不锈钢模型上。在被喷射到模型上以后，混料在一个烘箱中在70℃的温度下被烘干，之后，又用静电喷涂设备对模型进行再次喷涂。之后，混料又在烘箱中在70℃的温度下被再次烘干。
接着，成形出的薄壁制品被冷却，之后，再手工用水从模型上剥落下来。再视觉检验均匀性、孔和气泡，并检定厚度。
这种制品具有很好的质量且厚度在53微米左右。实施例3
准备一种混料，其包含一种软质聚氨脂弹胶体在一种由60％v/v的甲基乙基甲酮和40％v/v的四氢呋喃构成的溶剂中的溶液。该混料具有5％w/w的固体成分。聚氨脂弹胶体与实施例1中的相同。
混料通过与实施例1中相同的静电喷涂设备而喷涂在一个不锈钢模型上。在被喷射到模型上以后，混料在一个烘箱中在70℃的温度下被烘干，之后，又用静电喷涂设备对模型进行再次喷涂。之后，混料又在烘箱中在70℃的温度下被再次烘干，然后，再用静电喷涂设备对模型进行再次喷涂。之后，混料又在烘箱中在70℃的温度下被再次烘干。
接着，成形于模型上的薄壁制品被冷却，之后，再手工用水从模型上剥落下来。再视觉检验均匀性、孔和气泡，并检定厚度。
这种制品具有很好的质量且厚度在69微米左右。实施例4
另一种薄壁制品的成形方法与与实施例3中所述的相同，至少在每次喷涂之间没有烘干过程。这样，混料被再次喷涂在一个湿表面上。在经过了三次喷涂步骤之后，混料在一个烘箱中在70℃的温度下被烘干。
接着，成形于圆筒上的薄壁制品被冷却，之后，再手工用水从模型上剥落下来。再视觉检验均匀性、孔和气泡。
这种制品具有很好的质量并具有很小的表面粗糙度。实施例5
另一种薄壁制品通过本发明的方法和设备制造。
准备一种混料，其包含一种聚氨脂(聚醚urethaneurea)在一种由20％v/v的甲基乙基甲酮和80％v/v的水构成的溶剂中的分散体。该混料具有24.5％w/w的固体成分。
该混料被预加热到45℃(±5℃)并采用与实施例1中相同的静电喷涂设备而喷涂到铝质模型上。之后，混料在一个烘箱中在70℃的温度下被烘干。
接着，成形出的薄壁制品被手工用水从模型上剥落下来。再视觉检验均匀性、孔和气泡，并检定厚度。
这种制品具有很好的质量且厚度在80微米左右。
可以理解，可以对前面所述的本发明的各实施例进行修改。例如，加热装置26可以换为安置在内腔12与剥落机28之间的烘箱。此外，可以平行安置几个模型24，这样，可以同时喷涂几个模型24。另一种可能的修改是，可以用不同的混料制作一个的分层制品。这样的优点是，可以根据每种混料的性质制出具有不同性质的制品。
我们在此提及的模型具有一个接地的导电表面。对于本领域的技术人员来说，虽然在普通工艺中有一个接地表面，但不论该表面是否接地均可以完成这个过程，只要在表面与带电颗粒之间具有电位差即可，这样颗粒就能附着并沉积在表面上。本说明书和权利要求书可以看作覆盖了这种操作模式。

Claims (17)

1.一种用于成形薄壁制品的方法，该方法包括：将一种弹胶性混料的带电颗粒静电喷射到一个容纳着刚性成形模型的内腔中，该模型具有一个“接地”(如这里所定义)导电表面，以使混料的带电颗粒附着在模型的导电表面上，从而在模型表面形成一个混料涂层；使涂层固结以在模型上产生薄壁制品；以及将制品从成形模型上剥落下来。
2.根据权利要求1的方法，其中，弹胶性混料由一种成膜材料构成或包含一种成膜材料。
3.根据权利要求1或2的方法，其中，弹胶性混料是一种液体，该液体可以通过固化作用而固结。
4.根据权利要求3的方法，其中，固结通过加热而实现。
5.根据权利要求2的方法，其中，混料包括上述成膜材料在一种溶剂中的溶液，或上述成膜材料在一种分散剂中的分散物，而且混料通过使上述溶剂或分散剂挥发而固结，从而将上述成膜材料的残余物附着在模型上。
6.根据权利要求5的方法，其中，上述溶剂或分散剂是在室温下挥发的，从而使涂层在室温下固结。
7.根据权利要求1的方法，其中，混料是一种固体，该固体的固结是通过加热模型上的涂层以使颗粒聚结而实现的。
8.根据权利要求4或7的方法，其中，加热是通过在模型中感应出电流而实现的。
9.根据上述权利要求中任意一款的方法，其中，固结涂层的厚度在20至200微米之间。
10.根据上述权利要求中任意一款的方法，其中，固结涂层的厚度在40至100微米之间。
11.根据上述权利要求中任意一款的方法，其中，薄壁制品是弹性的。
12.根据上述权利要求中任意一款的方法，其中，薄壁制品是手套或避孕套。
13.根据上述权利要求中任意一款的方法，其中，弹胶性混料包括：弹胶性聚氨脂；氟橡胶；三段型共聚橡乳液；丁苯橡胶乳液；羧化SBR乳液；丙烯腈-丁二烯橡胶乳液；羧化丙烯腈-丁二烯橡胶乳液；苯乙烯-乙烯基吡啶-丁二烯三聚物乳液；天然橡胶乳液；聚氯丁二烯橡胶乳液；或丁基橡胶乳液。
14.根据权利要求13的方法，其中，弹胶性混料包括辅助化学药品，其用于在涂层的一个加热步骤中影响弹胶性混料的交联或硬化，该加热步骤位于涂层沉积和固结之后但涂层仍保持在模型上。
15.根据上述权利要求中任意一款的方法，其中，刚性模型在喷涂过程中旋转。
16.根据上述权利要求中任意一款的方法，其中，在涂层被固结之后但在从模型上剥落之前，相同或不同混料的带电颗粒被喷射到内腔中以在模型上形成一个附加涂层，而且颗粒被固结以形成一个附加的涂层。
17.一种用于成形薄壁制品的设备，该设备包含：一个内腔，其容纳着一个刚性成形的模型，该模型具有一个“接地”(如这里所定义)导电表面；用于在内腔中静电喷射带电颗粒的装置，以使颗粒附着在导电表面上并在该表面上形成一个涂层；以及剥落装置，用于在涂层被固结在成形模型上后将薄壁制品从模型上剥落下来。
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