CN1638938A - 制造刷毛的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在用来由热塑性聚合性以注塑方法制造刷毛的方法中，聚合物熔液在压力作用下注射入具有规定长度和在此长度上规定的模截面分布的刷毛成形通道内，并且在注塑过程中通道排气。为了产生具有突出弯曲性能的注塑刷毛而建议，注射压力的大小根据刷毛成形通道的横截面分布这样地调整，使得产生在流动的聚合物熔液中心具有高的芯部速度，而至少在聚合物熔液在壁部附近的区域内由于聚合物熔液的壁部摩擦具有大的剪切效应的剪切流，使聚合物分子产生明显的纵向取向，并在通道长度上保持这种剪切流，同时通道在其长度上这样地排气，使得有利于保持剪切流。此外介绍一种用来实施本方法的装置。

Description

制造刷毛的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用注塑方法由热塑性聚合物制造刷毛的方法，其中聚合物溶液在压力作用下喷入具有规定长度和在此长度上的规定的横截面形状的形成刷毛的通道内，在注塑过程中通道排气。其次本发明涉及一种实施这种方法的装置。

背景技术

在制造刷子，毛刷等等时以前作为刷毛材料所用的兽毛或天然纤维大多被人造刷毛所取代，其中刷毛材料的制造完全追溯到先前已经实践过的合成纺织纤维的制造，亦即追溯到挤出过程或纺丝过程。然而刷毛服从完全不同于复合纤维中的无限长纤维的要求。它自由竖立、仅仅一端固定、在强度理论方面可以看作单端夹紧的弯曲梁。在使用中经受压力或顶锻力，有时还有拉力。由此相对于无限长纤维在弯曲强度、交变弯曲强度，曲折强度和重新竖立能力(bend-recovery)方向产生不同的加工要求。

因此用于刷毛的单纤维以直至几毫米的较大直径挤出。通过挤出喷嘴或纺丝喷嘴的造型在聚合物熔液达到分子一定的纵向取向，然而还不足以赋予单纤维希望的性能，因此将单纤维拉伸，亦即在相应的拉力作用下伸长。这里通常要求一预拉伸、一后续拉伸和接着在某些情况下反复的热定型。接着将无限长单纤维卷绕，并在某些情况下将卷好的物品再次定型。

如果在刷子制造中无限长单纤维不是直接由卷筒处理-这在迄今为止还是例外-，那么大量单纤维合并、结扎成股，并按定长切断到60至120cm之间的可操作的长度。由条状材料再通过切断制造成短段，其长度略大于最终的刷毛。这时原材料的约30％成为废料。在贵重的塑料刷毛时，例如聚酰胺(尼龙)，例如它们对于高质量刷子，如牙刷、卫生刷等等是必需的，原材料价格成为刷毛价格最大的成本因素。因此挤出的刷毛的价格受到高废料的沉重负担。

在刷子制造中在刷毛制造后接着将刷毛固定在刷毛载体上。这可以用机械或热力方法进行。因为在这个中间阶段刷毛的悬伸长度有很大的波动，接着进行修剪，并大多进行刷毛，尤其是刷毛末端的修整，以去除锐利的切割边。如果由自由端构成的有效刷子表面必须满足特殊要求，例如对于牙刷的话，那么在固定时或在其之后平的刷子表面必须形成凹凸轮廓。这时还要形成约10％的废料。

考虑到全世界刷毛需求的约90％限于小于10cm的刷毛长度的事实，通过纺丝连同所有后续工序直至完工刷毛的无限长单纤维制造仅仅由于极大程度的原材料废料也是不经济的。其他的局限性由这样的事实产生，即单纤维通常只能制造成圆柱形，即使在横截面内形成凹凸轮廓的话，因此刷毛的结构形状受到限制。在某些情况下需要复杂的修整加工。

另一方面在刷子和毛刷工业中对于由塑料制造刷体、刷柄、毛刷柄等等早就采用了注塑法，以利用注塑工艺多种多样的造型可能性。其结果是不乏这样的试验，即用注塑法将刷体和刷毛一起制成一体。这些方法在实际上仅仅用于质量和牢固性要求不高的，特别是这样仅仅一次性、或少数几次使用的刷子。注塑的刷毛具有不均匀的差的弯曲强度、交变弯曲强度和抗折强度、有缺陷的重新竖立能力和小的耐磨强度。注塑的刷子具有由工艺方法造成的锥度很大的刷毛，在刷毛根部横截面比较大，因此更适合于称为销或杆，而不是刷毛。下面介绍在刷子制造技术方面的一些已知方法。

用来磨削和抛光表面的工业旋转刷由盘状扇形刷块合并而成，各个扇形刷块可以通过注塑法制造(US 5,903,951)。每个扇形刷块具有一中心基体盘，刷毛从基体盘上径向或相对于径向逆旋转方向倾斜一个角度向外延伸。刷块由热塑性或热弹性聚合物(TP或TPE)组成，聚合物填充了磨粒。这些刷毛尤其是应该具有1cm至5cm之间的长度，和0.25mm至10mm之间，尤其是1mm至2mm之间的直径，在一个具体实施例中圆锥形刷毛长为75mm，其直径在根部为2mm，在尖部为1.5mm。两件式的注塑模由两块板组成，它们在相互面对面的、同时构成分模面的侧面上具有基体盘和刷毛的型腔。带有混入的磨粒的聚合物熔液以690至6900kPa(0.59至69bar)的注射压力从基体盘的中央注入。优先的压力范围是2070至4830kPa。型腔必要的强制排气在分模面，亦即与刷毛平行地进行。这不得不在刷毛外壳面上造成两条分模缝，它们从根部向尖部延伸并超过尖部。因为磨粒使刷毛型腔内小的横截面更加变窄，聚合物熔液在这个部位迅速硬化，而没有充满刷毛型腔，因此推荐一种两级注塑法，其中首先将大量填充磨粒的聚合物熔液注入刷毛型腔，接着注入较少或没有填充磨粒的聚合物熔液。专业人员知道，在注塑法时实际上不发生聚合物内的分子取向(US 2001/0007161，A1，见第6段第1行)。这对于刷毛造成十分不足的弯曲性能，这由于混入磨粒变得更差。规定的最大注射压力6900kPa(69bar)由于在窄的用来形成基体盘的型腔内和相连的刷毛通道内的流动阻力急剧地衰减，使得对于专业人员对这种方法的实际可行性产生有根据的怀凝。

US 3,618,154介绍了用单独一道注塑工序制造牙刷，其中以一种束状结构注塑出牙刷头上的刷毛。为此其分模面在牙刷头平面内的两件式注塑模具有基本上圆柱形的孔，它们从构成牙刷头刷毛侧的型面出发。基本上圆柱形的型芯从相对的一侧嵌入这些孔内，型芯以其端面构成用于牙刷头刷毛载体侧的型面的一部分，并具有从这个面出发的沿母线分布的沟形凹槽。这些沟形凹槽从端面一侧的型面向另一端均匀地锥形缩小，并终止于型芯外壳面上一半球形的球缺，凹槽均匀分布地设置在该型芯上。每个凹槽与注塑模一部分上的孔的壁一起构成形成刷毛的通道，因此它从牙刷头的型腔向另一端锥形缩小。通道的排气在其整个长度上在型芯和孔之间的界面上，亦即基本上平行于刷毛地进行。为此US3,618,154要求共同作用表面有高的精度。这里每根刷毛也不得不有两条分模缝，它们沿刷毛的母线分布。这里也不能制造圆形横截面刷毛，因为型芯上的沟形凹槽具有比孔大得多的曲率半径。因此产生具有不连续性的横截面，在中断部位同时形成分模缝，它们以后不可能再去除。此外刷毛在垂直于其轴线的不同方向具有不同的弯曲性能。还产生不是实心的刷毛束，特别是其中心是空的，固此刷毛也不能相互支承，就像普通的刷毛束一样。单根刷毛重要的拔模问题一方面应该通过形成刷毛的沟槽的相应锥度来解决。这显然是不够的，因为型芯同时还用作顶料杆，这时它在脱模时通过沟形凹槽的球缺状末端推动刷毛尖端。锥度在牙刷使用时可以提供比较柔软的刷毛末端。这份资料也没有介绍关于超出普通注塑技术的、可以导致注塑的刷毛的弯曲性能改善的措施，因此这里聚合物分子以在注塑中常见的有利于节省能量，但是不利于牢固性的散乱形式存在(US 2001/0007161A1)。

此外在制造牙刷时已知(US 5,158,342)在由柄部和牙刷头组成的预制的刷体上在牙刷头上一准备好的凹坑内后续注塑刷毛组。由于通常注塑工艺具有30至60bar(3000至6000kPa)的注射压力，这导致具有十分不足的弯曲性能的刷毛。

GB 2151971也介绍了一种刷毛组和刷毛载体的两级制造方法。在这份资料中特别是可以看到刷毛从形成刷毛的通道中脱模的问题。除了有利于脱模的刷毛大的锥度以外还附加地计划对于脱模的极大地滞后和有控制的延时，它减小注塑设备的功率。没有介绍提高刷毛牢固性的工艺措施。

按照发明人的一个老的、未公开的专利申请达到好得多的结果(PCT/EP01/07439)，其中刷毛载体设有孔，它们具有喷嘴形的横截面曲线。用于刷毛的聚合物熔液通过喷嘴形的孔注射入注塑模的与这些孔连接的成形通道内，用这种方法制造由刷毛载体和刷毛组成的半成品，或者-在刷毛载体适当的造型时-制造成成品刷子，其中刷毛在其弯曲性能方面显示出与挤出刷毛一样好的数值，但是刷毛的造型不满足由挤出的无限长单纤维制造得到的强制性要求。

此外已知(US 4,712,936)，例如用于装饰的小的涂抹毛刷(它们浸入容器内并固定在这个容器的封闭盖上)制成一体的注塑件，它由一盖、一装在其内侧中央的柄和设置在其末端上的毛刷刷毛组成。用于盖、中央柄的型腔和与之相连的形成刷毛的通道做得在注塑模的两个分模内轴向对齐，盖的开口位于分模面内。柄和刷毛通过同心地插入的型芯产生。注射面位于盖上。因此聚合物熔液在其到达细的刷毛通道之前，必须渡过具有很多横截面变化的长的流动路径和大的物料需求。柄部和刷毛区的整个排气在刷毛通道的末端处通过一具有滚花结构的圆柱形封闭塞进行，滚花结构应该形成一种具有大的流动阻力的过滤器。在这种现有技术中人们可以看到，可以通过注塑产生的刷毛特别不适合用作毛刷。因此它们在脱模后在注塑模之外重新加热和接着拉伸。这里特别是牵涉到横截面缩小，这不得不造成刷毛之间距离的加大。但是对于这种类型的涂抹毛刷，刷毛应该设置得间距尽可能小，以便在刷毛之间产生毛细作用，以储存和留住涂抹介质。

此外进行过这样的尝试(DE2155888C3)，即通过注塑这样地制造带有生成在上面的刷毛的刷子，即注塑模由一用于刷毛载体的第一分模和一完全覆盖张开的型腔的第二分模组成，在第二分模上形成短的通道，它在其另一端处扩大并在那里封闭。在注射时聚合物溶液从载体型腔中挤入短通道内，并流入扩大部位内，使得形成带一头部的短柱。在开模时头部被带起，柱状刷毛坯受到拉伸。因此和在制造无限长单纤维时一样，进行一定的分子取向，它促使稳定性加大。

由挤出的无限长单纤维生产刷毛并将它固定在单独制造的刷体上来替代带刷毛的完整刷子的注塑的试验必须看作是理智的(US2001/0007161A1)。

这也适合于已知的建议，只有刷毛用注塑方法制造(US3,256,545)。这种最新出现的现有技术的出发点是，挤出的刷毛通过刷毛末端的修整虽然和通过整体刷子的注塑得到的刷毛由于注塑工艺必要的锥度一样具有有很好柔性的末端。但是这付出了耐磨性的代价。在所推荐的方法中朝末端越来越小的耐磨性可以通过这样的方法来提高，即注塑刷毛的横截面从构成注射端的固定侧端(刷毛根部)向自由端逐渐加粗。横截面分布可以是连续的或断续的，其结果是，刷毛在工作端区域内存在比固定端多的塑料量。亦即已知锥形刷毛不足的性能通过在刷毛末端区域内聚集较多的塑料量得到补偿。但是这里判断出了错误，随着塑料量或横截面的加大，有利于节省能量的散乱结构成分也加大，亦即刷毛由于其横截面加大超比例地失去弯曲弹性。在这种注塑法中推荐的注射压力为800至1200bar(约0.8·10⁵至1.2·10⁵kPa)，因此为了使聚合物熔液能够通过注射端开始较窄的通道直至填满扩大的通道，这是必要的。尽管压力比较高在新推荐的在1.6至2.2mm之间的较细的范围内的和在11至12mm之间的较粗横截面范围内的刷毛直径时仍力求无取向的分子结构(第5栏，第43至48行和第6栏，第32至42行)。为了使注塑的刷毛固定在刷毛载体上，在刷毛的注射端形成由同一种聚合物熔液组成的支承结构，它们在某些情况下使许多刷毛相互连接。

最后由专业资料已知(Ehrenstein：在熔化成形过程中热塑性塑料的固有强化，刊于德国杂志“应用高分子化学”175期(1990)，第187至203页)，通过挤出和注塑方法的弹性模量[N/mm²]和抗拉强度[N/mm²]的理论机械值对于聚酰胺仅仅达到3％或6％，对于聚乙烯达到33％或5.5％，其中在注塑构件中优选为无应力状态(分子的散乱结构)。

发明内容

本发明的目的为，用注塑方法制造刷毛，其弯曲性能和重复竖立能力超过挤出的刷毛，并可以尽可能地挖掘弹性模量和抗拉强度的理论值，并可以制造在大的长度范围内的横截面比较小的高质量刷毛，以便能够以简单的方法并在与成品，如刷子或毛刷的要求相匹配的情况下制造刷毛几何形状和刷毛布局。其次本发明的目的是，推荐一种适合于实施这种方法的装置。

从这样一种已知注塑法出发，其中聚合物熔液在压力作用下注射到具有规定长度并在这个长度上具有规定横截面分布的刷毛成形通道中，在注塑过程中通道排气，这个目的通过这样的方法实现，即根据刷毛成形通道的横截面分布这样地调整注射压力，使得由于聚合物熔液的壁摩擦在聚合物分子显著的纵向取向的情况下至少在聚合物熔液的壁部附近区域内产生并在通道长度上保持在流动聚合物熔液中心具有高的芯部速度的剪切流和大的剪切效应，这里通道同时在其长度上这样地排气，使得支持剪切流的保持。

本发明从这样的认识出发，即单纤维的弯曲性能首先可以通过产生和保持分子取向得到改善，这在注塑刷毛、刷子和毛刷时迄今为止还没有实现过。显然在流动的聚合物熔液中的分子结构只能在足够窄的横截面内并只有通过这样的方法进行控制，即熔液流强制产生具有很大剪切效应的速度断面图，以改变和拉伸有利于节省能量的、无应力的散乱结构。因此按照本发明注射压力选得这么大，使得在刷毛成形通道内形成陡的流动断面图，其特点是由于聚合物熔液在通道壁上的摩擦作用在流动中心产生高的芯部速度，而在流动的边缘区域内产生大的剪切效应，其中由于壁摩擦相邻流动层的速度差越大，剪切力便越大。其次这种具有高芯部速度的流动断面图即使在通道横截面最窄(小的刷毛直径)和通道长度(刷毛长度)大时仍保证无可挑剔地填满刷毛成形通道。

速度断面图可以根据在刷毛成形通道长度上规定的横截面分布通过相当高的、在某些情况下可变的注射压力调整。由此达到在通道壁附近聚合物分子的纵向取向，并在整个熔液流内部逐渐减弱，此外这里高的芯部速度防止在小的横截在和大的长度时熔液的过早硬化。但是仅仅高的压力仍不足以迅速填满窄的成形通道。因此按照本发明通道在其长度上这样地排气，使得支持直至通道末端为止保持具有高的流动速度的剪切流，从而达到直至刷毛尖端的所追求的分子纵向取向。

实际的试验得出，根据刷毛成形通道横截面分布的注射压力应该至少为500bar(0.5×10⁵kPa)。对于这里所述的具有例如0.3(在长度一半处测量)平均刷毛直径的高级刷毛，亦即刷毛成形通道具有相应横截面和长度为10.5mm时可以用大于500bar(0.5×10⁵kPa)的注射压力产生希望的速度断面图。上述注射压力通常有约2/3可以转变成刷毛成形通道内的单位压力，因此在通道内聚合物熔液应该具有大于300bar(0.3·10⁵kPa)的压力。

热塑性塑料在低于晶体熔化温度硬化时形成结晶体，它们根据形状和排列的不同影响弹性模量(E模量)和拉伸强度(抗裂强度)。可以通过形成针状结晶体达到在通过提高E-模量来提高刚性意义上的有利影响和在提高抗拉强度意义上的强化，其前提是首先在平行分布的分子截面内形成拉伸的链式晶核。这种晶核结构相对于绝热结晶可以通过应力感应，例如在流动过程中产生的那样，提高很多倍。因此按本发明设想的高的注射压力和由此达到的聚合物溶液在刷毛成形通道内的高的流动速度不仅促使分子的纵向取向，而且也促使晶体形成，其中高的压力除了进一步应力感应以外同时还提高晶体的排列密度。通过分子定向熔液的部分结晶还提高松弛时间，亦即分子取向保持得更长久。

前述效应在本发明的改进结构中还通过冷却刷毛成形通道得到支持。

横截面越窄，刷毛成形通道越长，以前人们越是考虑通道壁的保温，以得到聚合物熔液的粘度，并达到模具的完全填满。但是在按本发明的工艺参数调整时，即使在冷却刷毛成形通道时仍能保证模具填满。通过通道的冷却和与此相关的应力感应额外地促进晶体形成，并提高松弛时间，在通道壁上形成的刷毛的稳定的外层使得可以提高在注塑时常用的增压。增压越高，越急剧地促使刷毛还处于熔化流动状态的芯部内晶核的形成。通过加压同时提高熔化温度，从而在规定的外壳温度时熔液急剧过冷，此外由此对晶体生长速度产生有利影响，并使分子松弛更困难。

高的注射压力和高的流动速度要求特别的或附加的快速和有效地排气的措施，以保证完全填满型腔，并避免成形通道上的气蚀或空气进入熔液内。在按现有技术的注塑法中刷毛成形通道的排气在全封闭的型腔时通过通道末端进行，而在对于通道纵向分开的注塑模时在两个平行于刷毛的平面内进行。在前一种情况下为了形成无可挑剔的、尤其是倒圆的刷毛末端，排气必需受到很强的节流，以避免聚合物熔液溢入排气横截面内。在平行于刷毛排气时分模面沿流动方向分布，其结果是，聚合物熔液渗入哪怕是最窄的排气缝，并导致形成沿刷毛外壳面的分模缝。

因此按照本发明设想，刷毛成形通道垂直于聚合物熔液的流动方向排气，这里排气最好在许多垂直于聚合物流动方向的平面内进行。刷毛成形通道越长，排气平面数量选择得越大，使得在规定通道长度上排气根据聚合物前沿的流动速度似乎受控制地进行。因为在这样的平面内排气可以在刷毛通道的整个圆周上进行，因此提供了相当大的缝隙长度，它在很多垂直于流动方向的平面中可以大于在一个平行于刷毛的分模面时。

可以在刷毛成形通道长度上等距地，根据需要排出的空气量也可以按不断加大或不断缩小的间距沿聚合物流动方向设置排气平面。从而同时可以在通道内保持足够大的反压力，以便达到均匀地填满型腔。

刷毛成形通道可以仅仅通过借助于聚合物熔液的流动压力挤出空气来排气，但是也可以通过外界的负压支持排气。

按本发明的方法提供了这样的可能性，即将聚合物溶液注射入具有从注射端起基本上保持不变的横截面的刷毛成形通道内，从而得到基本上圆柱形的刷毛，它在迄今为止用于刷毛和刷子的注塑技术中还没有产生过。

但是也可以设置从注射端起基本上连续减小的横截面，从而得到带有尤其是很小锥度的刷毛，在很多应用场合都希望这种刷毛，以提高从刷毛根部到刷毛末端的弯曲弹性。这种锥度也促进保持或甚至加强具有高的芯部速度和在整个长度上在边缘区域内变大的剪切效应的陡的速度断面图，因此尽管流动阻力加大仍然促进到刷毛末端为止分子的定向和晶体形成。

通过注塑可以制造具有±3％横截面和长度误差的尺寸稳定的刷毛，而在同样结构参数时挤出的刷毛具有±10％的误差。此外对于挤出的刷毛存在开始是圆的横截面的由方法决定的椭圆化，这对于按本发明制造的刷毛是可以避免的。

在注塑技术中为了注塑件能够无可挑剔地脱模，通常几度(＞1.00°)的拔模斜度认为是必要的。脱模通常必须用顶料杆帮助。在按开头所述的现有技术注塑刷毛时拔模斜度必须选得大得多，以防止在脱模时刷毛被拉断(US3256545)。尤其是由于这个原因现有技术用带有平行于刷毛的分模面的注塑模不得不容忍所述的这些缺点。按本发明的方法在同样充分充模的情况下可以减小拔模斜度，直至为0°。也就是说，如果希望得到具有直到刷毛末端具有越来越大的弯曲角度的锥形刷毛的有利性能，那末也可以制造具有在0.2至0.5°范围内的比较小的锥度的大长度的细长刷毛。由于通过纵向取向和加强的晶体形成以及由此带来的特别是在对于脱模有重要作用的在壁附近区域内刷毛抗拉强度(抗张强度)的提高，它也可以很好地脱模。便于脱模的其他措施结合装置再作介绍。

在按本发明的方法的另一种方案中，聚合物熔液注射入一向刷毛成形通道喷嘴形变窄的入口区内，以产生膨胀流动，以便得到一具有加粗的带有在某些情况下朝刷毛本身连续缩小的轮廓的根部区域的刷毛。

通过这种变窄产生一膨胀流动，这在显著的程度上造成分子的定向，并由于流体技术的原因导致在与变窄部位相连的区域内流动断面图的相应提高，这使得值得在注射端附近设置变窄部件。但是也可以在刷毛成形通道长度上设置变窄部件，以得到阶梯形刷毛，其中这里变窄部位对分子结构和晶体形成也有有利影响。

在某些情况下设置在前面的入口区后面的刷毛成形通道的横截面最好选择为最大宽度不超过3mm，使得注塑的刷毛具有一相应的直径，在某些情况下带有加粗的根部区。这种横截面的带有加粗的根部区的刷毛通过挤出或纺织不可能制造。这里“最大宽度”这个概念意思是，刷毛也可以具有不同于圆形，例如椭圆形的横截面，其中最大宽度相当于椭圆长轴的长度。

其次在本发明方法的应用方面通道最大宽度与长度之比可以从≤1∶5至1∶1000，尤其是至≤1∶250的范围内选择。例如可以制造在根部区域内或其附近最大直径为3mm时具有15mm至750mm之间的长度的刷毛。最大宽度越小，长度选择得越短。对于例如在牙刷、涂抹毛刷等等时的高的要求建议采用在根部区域以上≤0.5mm的直径，它们在用按本发明的方法时允许超过60mm的刷毛长度。

按本发明的方法可以同样有利地变化如下，即聚合物熔液同时注射入许多相邻设置的刷毛成形通道内，形成相应数量的刷毛，使得在一道注塑工序内可以制造一组刷毛。通过使刷毛成形通道之间的距离最小化，通过脱模刷毛的轻微压制可以制造束状态(圆盘)刷毛结构。

刷毛成形通道的数量和布局也可以这样确定，使得用一道注塑工序产生一个刷子或毛刷的全部刷毛组，其中刷毛之间的距离及其几何配置可以根据刷毛组内希望的布局改变。

在另一种方案中设想，聚合物熔液在同时形成至少两根刷毛之间的连接的情况下注射入相邻设置的刷毛成形通道内，其中这种连接既可以用于结合刷毛的继续处理，也可以用作与刷体、毛刷柄等等连接的辅助措施。此外在由一种聚合物注塑刷毛后可以后继注射由另一种聚合物组成的聚合物熔液，以建立刷毛之间的连接。此连接可以做成筋的形式、连接许多刷毛的栅格形式等等。在采用具有≥20％接合因子的不同聚合物时保证充分可靠的连接。

其次连接可以设计成这样，使它形成一刷毛载体，它可同时可以成为刷体或其一部分，或者通过注射至少另一种聚合物熔液而完整成一刷体或毛刷柄。这里可以是另一种热塑性的或热弹性的聚合物。

在本发明的另一种方案中可以注塑具有不同长度的许多刷毛，使得与连接它们的刷毛载体相结合可以制造用于一把刷子或毛刷的整个刷毛组或部分刷毛组，其中刷毛末端位于一个平面形或非平面形包络面的不同高度上，以便用成品刷子以刷毛末端最佳地把弯曲轮廓考虑进去。

同样可以注塑许多具有不同横截面的刷毛，以便用一把成品刷子在规定区域内可以产生不同的功效。

同样可以注塑许多在其长度上具有不同横截面分布的刷毛。最后还可以注塑许多相互不平行的刷毛，以产生具有不同刷毛方位的刷毛组。

按照本方法的另一种方案，可以通过将不同聚合物溶液注射到同样的成形通道内产生相同几何形状，但是不同弯曲弹性(硬度)的刷毛。在用于具有不同硬度等级(构造)的刷子，例如用于具有软、中、硬三种硬度等级的牙刷的挤出刷毛，所希望的硬度等级只能通过刷毛直经控制，亦即对于同样结构的牙刷准备和加工多达三种不同的刷毛直径。用按本发明的方法这些硬度等级可以仅仅通过聚合物选择和在某些情况下注射压力的匹配在相同的刷毛直径的情况下实现。

此外可以由一种聚合物或聚合物混合物注塑刷毛，它们在硬化状态下具有减小的次级结合力。这种刷毛可以在制造以后，在某些情况下在后续加工成刷子或毛刷后通过机械力开裂，并用这种方法形成流苏(flags)。

最后可以注塑由具有在使用时起作用的添加剂的聚合物组成的刷毛。这里可以是具有机的，例如磨蚀作用的添加剂，或者例如在用于牙刷的刷毛时牵涉到具有护理、治疗或重整作用的添加剂。已知各种各样的这类添加剂。

此外本发明涉及一种用来由热塑性聚合物注塑成刷毛的装置，它包括一用来产生注射压力的装置和一注塑模，注塑模具有至少一个聚合物熔液输入通道和至少一个具有相应于待制造刷毛的长度和横截面分布的形状轮廓的成形通道造型的型腔，其中成形通道配设用来排出在注塑时被挤压的空气的排气结构。在开头所述的现有技术中已知这种结构的装置。

按照本发明这种装置的特征为，这种装置设计得用来产生尤其是至少500bar(0.5·10⁵kPa)的注射压力，并且排气结构具有分散设置在成形通道整个长度上的排气横截面，它们与注射压力共同作用设计得用来形成在聚合物熔液中心具有高的芯部速度和在成形通道壁上有大的剪切效应的剪切流。

用这种装置可以通过注塑制造结合本方法已经介绍过的刷毛。与已知的用来制造刷毛或带刷毛的整体刷子的已知注塑装置不同，按本发明的装置设计成这样，使得在形成刷毛的通道内实现所追求的流动动态性能。

用来产生注射压力的装置最好设计成这样，使得注射压力可根据成形通道的长度和横截面分布在500至4000bar(0.5·10⁵至4·10⁵kPa)之间调整，待制造刷毛的横截面越小，其长度越大，压力就选得越高。

用来产生注射压力的装置和成形通道上的排气横截面在结构和控制技术方面设计成这样，使得在成形通道内的聚合物熔液具有至少300bar(0.3·10⁵kPa)至1300bar(1.3·10⁵kPa)的单位压力。这种设计与实心流和直至成形通道为止需克服的流动阻力相匹配地进行。

在发生装置上产生规定的、足够高的注射压力时注射压力最好可根据成形通道的长度和横截面分布控制，以便能够用一台注塑器械注射出不同几何形状的注塑模。

为此目的还采取另一个措施，即排气结构具有可根据单位压力控制的排气横截面。

在按本发明的装置中具有成形通道的注塑模有利地配设冷却结构，这里可以是在每次注塑或脱模后的外部冷却。但是也可以给成形通道配设在注塑模内部的冷却结构，成形通道用此冷却结构保持低的温度。

在本发明一种特别优选的结构中设想，注塑模由许多垂直于成形通道纵向分层的模板组成，其中每块模板具有成形通道的一个长度段。

与具有或多或少的块状注塑模的现有技术不同，本发明考虑一种由模板组成的分层结构。这种结构使得可以在具有小的厚度的每块模板内以高的精度制造最小的孔横截面。但这样任何其他工艺方法一样在孔的深度较大时是无效的。这特别地也是迄今为止在制造窄的横截面时求助于纵向分模的注塑模的原因。其缺点结合现有技术已经作了说明。通过按本发明将注塑模分解成许多板可以以在整个长度上高的和可重复的精度实现长度大的成形通道。具有成形通道末端的复制刷毛末端的模板由于模板小的厚度可以具有只有很小深度的型腔，它们不需要采取额外的排气措施轮廓清晰地复制刷毛末端，并且没有任何分模缝。在窄的模具横截面中观察到的通过所谓的Diesel效应发生的聚合物氧化在型腔深度小时不出现。

此外注塑模的分层结构给予这样的可能性，即排气结构在模板上形成，亦即以相当于模板数量的频率出现。排气结构最好设计在模板的相互面对面的结合面之间，例如通过窄的缝或通道构成。由于聚合物溶液垂直于这种窄的缝隙或通道的高的流动速度，尽管压力很高仍能防止熔液挤入排气横截面。因此排气横截面可以大于在两个半模时的横截面，其分模平面位于熔液流动方向。排气通道横截面可以做得具有仅仅几个μm至300μm的最大宽度。尤其是排气结构完全或部分由模板相互面对面的表面粗糙度构成。

在另一种优良的结构中排气结构具有这样的排气横截面，它们从成形通道的轮廓出发向外扩展，使得空气在经过排气横截面的最窄部位后可以毫无阻碍地流出。

仅仅由成形通道内的单位压力进行的空气挤出还可以通过这样的方法支持，即排气结构与外界的负压源连接。

装置可以设计成这样，使得成形通道具有一在其长度上基本上保持不变或朝其末端基本上均匀缩小的横截面，以得到圆柱形或略微锥形的刷毛。

在规定工艺条件下的实际注塑试验表明，成形通道在直线中心线时可以以小于1°的角度均匀缩小，以得到对于具有突出弯曲性能的微锥度刷毛的脱模足够的拔膜斜度。

此外成形通道可以具有朝末端不连续地缩小的横截面，以得到与完工刷毛制品的应用目的相匹配的特殊设计的刷毛末端。

成形通道横截面的最大宽度最好为≤3mm。用它可以覆盖对优质刷子和毛刷所希望的刷毛横截面。

在具有有上述最大宽度的成形通道的模板前面在其朝向输入通道的一侧可以连接一具有朝成形通道逐渐缩小的扩口的注射端模板，以便一方面在刷毛根部和刷毛底部产生加粗的横截面，另一方面由于这个扩口在成形通道的入口区得到拉伸流，它支持形成所希望的流动动态性能。扩口可以朝成形通道喇叭状变窄，以便在连接刷毛的载体、刷体等等上造成刷毛无过渡的台阶，这特别是对于各种类型的卫生刷有重要意义。

成形通道横截面最大宽度与其长度之比最好在1∶5至1∶250之间，但是也可以达到1∶1000，这里成形通道横截面越窄，这个比值越靠近最大值，反过来最窄横截面越大，越靠近最小值。

在本发明的另一种结构中设想，模板的数量和厚度与成形通道的长度匹配，其中模板数量与横截面的最大净宽度与成形通道长度之比成反比。此外属于一个注塑模的模板数量是可变的，以便用同一模具可以制造不同长度的刷毛。

模板最好具有大约成形通道平均直径3至15倍的厚度。对于平均直径为0.3mm长度为10.5mm的刷毛，模板例如具有1.5mm至2.00mm的厚度。在模板内存在的1.5mm至2.0mm的成形通道长度段可以非常精确地钻削。

模板可以单独或成组地垂直于其板平面运动。从而可以通过例如从具有在成形通道末端处的成形轮廓的模板开始，至朝向输入通道的模板为止，模板单独或成组地在时间上先后顺次地退出的方法，特别是与现有技术不同地使刷毛脱模。

模板在注塑机的由工艺决定的高的合模压力作用下可靠地结合在一起，并且在注塑时尽管其厚度很小仍然没有受到变形力。此外排气角横截面通过合模压力封住。特别是不需要像在纵向排气的通道的情况下那样的附加封堵装置。

实际试验表明，在设定的窄的横截面和通道长度时，如果例如只存在两块模块的话，为了刷毛的脱模，需要相当可观的拔模力。通常刷毛被拉断。通过增加模板数及其相互逐渐的移动，可以使刷毛无损伤地脱模，特别是如果面对输入通道的模板最后后撤的话。在脱模时每块模板的孔边缘起类似于拉模的作用，可能存在的在分模面内形成的“聚合物皮”被拉光，而对刷毛外壳面没有不利影响。刷毛末端反正被无可挑剔地倒圆。

此外单块模板可以平行于相邻模板移动，以便在注塑过程以后使刷毛受到横向载荷，由此达到分子结构的最佳化。

在另一种优选的结构中注塑模具有有不同长度和/或不同横截面分布的成形通道，以便在一个注塑冲程中得到所希望的几何形状和组形的刷毛组。

按照另一种实施形式，注塑模具有带一中心线的成形通道，此中心线相对于模板运动方向倾斜一角度分布，其中每块模板具有成形通道的一个长度段，其长度这样选择，使得尽管存在角度误差仍可以通过单块模板的逐渐移动脱模。

注塑模分成许多垂直于成形通道分布的模块提供了这样的可能性，即成形通道分成这样的长度段，使得即使刷毛轴线相对于模板运动方向(脱模方向)是倾斜的，单个长度段仍然可以脱模，而不使刷毛过大地受力和变形，用这种方法可以在一唯一的注塑模中制造刷毛组，在刷毛组中刷毛相互平行，但与连结它们的刷毛载体成一角度设置，或相互具有不同的角位。

按照另一种结构注塑模具有带这样的中心线的成形通道，此中心线相对于模板运动方向是弯曲的，其中每块模板具有成形通道的一个长度段，使得根据曲率的不同可以通过逐渐抬起各块模板来脱模。

用这种方法可以制造例如波形刷毛，它们可以同样无可挑剔地脱模。也可以在一唯一的注塑模内同时制造直的、波形的和弯曲的刷毛。

在另一种实施形式中注塑模具有至少一块模板，它可在其平面内相对于相邻模板移动，和相邻模板一起在刷毛注塑后构成一在成形通道的相应的部分长度上起作用的用于整个刷毛的夹紧装置。

因此本发明创造了这样的可能性，将注塑模的一些部分用作注塑刷毛的固定装置，以便使刷毛在注塑模内仅仅固定在其长度的一部分上，以便例如使末端附近的模板沿脱模方向从留下的模板处移走，并夹住刷毛注塑件，使刷毛在中间的分长度处，亦即在该模板和留下的模板之间悬空。接着通过夹紧模板的移动和末端附近的模板向刷毛注射端方向的后退运动使这个末端伸出于注射端的模板。通过注塑模的转移。在某些情况下在固定装置夹紧效果的继续作用下，注塑模可以和另一个具有复制刷毛载体或刷体的型腔的注塑模连接。在另一次注塑过程中用另一种填满该型腔的聚合物熔液环绕浇注伸出的末端。

此外夹紧装置可以用作输送夹具，以便使夹紧的刷毛在从其他模板中脱模后转移到另一个工位，以便与刷体连接。特别是如果刷毛已经通过如筋、栅格或刷毛载体相互连接，那么更值得采用这种方法。这样夹紧模板便位于刷毛到刷毛载体的过渡区附近，夹具在脱模方向移动，同时使连接部位脱模，接着转移并且用作夹具的模板被一组相同的模板代替，以便重新得到完整的注塑模。夹具可以做成在一环形导轨上的移动夹具，并在刷毛从夹具中完全取出后重新用来补充注塑模。如果对于下一个成型工步、例如拉伸、粘接、焊接、环绕浇注等等，不直接需要连接部位，它也可以被切除，并可以仅仅将刷毛用已知的拼接工艺与刷毛载体或刷体连接。

在本发明另一种结构中设想，注塑模由至少两组带夹紧装置的模板组成，其中第一组包括带有其末端的成形通道的一部分，其余组包括成形通道的其余部分，其中第一组可以从第二组上移开，此后各自相互在时间上先后依次移开。这样注塑过程便分成相应于分组数量的注塑冲程数，使得在注塑模封闭的出口位置聚合物熔液在第一个注塑冲程中注射到完整的成形通道内，接着在借助于夹紧装置带动注塑坯的情况下第一组模板可以从另一组上移开，这里移动路程小于注塑坯的长度，接着在第二个注塑冲程中其余的聚合物熔液注射进其他组的成形通道的空余长度段内，注射/抬起的工步反复进行，直至倒数第二组从最后一组上移开为止，以制造比成形通道长度长的刷毛。也就是说刷毛的制造逐段进行，使得可以制造大长度刷毛。

在这种结构的装置时也可以在每个注塑冲程内注射不同的聚合物熔液，使得可以在刷毛长度上得到多组分的刷毛，其中每一段内所用的聚合物可以和刷毛的要求曲线及其与刷毛载体的连接相匹配。用这种方法得到多区刷毛。各个模板组的移动运动可以按注塑冲程以短的时间间隔进行，在这段时间间隔内注塑坯冷却到这样的程度，使它在移动运动时从留下的模板中脱出。各个区之间的连接最好材料融合地进行，但是也可以通过最后注塑的部分长度的末端相应地形成凹凸轮廓而形锁合或力锁合地进行连接。

尤其是刷毛末端和在具有成形通道末端处的模型轮廓的模板换成具有其他模型轮廓的模板，以产生具有不同地成形的末端的刷毛。这种模板只应该包含平面轮廓，以便使对于使用目的起决定作用的刷毛末端可以无可挑剔地脱模。

用这种方法可以在刷毛其余部分的几何形状保持不变的情况下改变其末端轮廓，例如制造尖的或者或多或少地倒圆的末端，或具有分叉的末端(两个尖端等等)的刷毛。这种模板也可以具有不同深度的长度段的成形通道，以便在一组刷毛中对于刷毛末端形成一形成图案的包络面。

最好在注塑模的输入通道和成形通道之间设置一连接两条或多条成形通道的型腔，以形成刷毛相互之间的连接部位，在某些情况下它也可以连接所有刷毛。它既可以用作整个刷毛组后续处理的辅助工具，也可以用作刷毛组与刷体配齐的辅助工具。

此外此型腔也可以设计得用来产生刷体或毛刷体或它们的一部分。

这里特别是此型腔可以设计得用来产生由不同聚合物组成的多组分结构的刷体或毛刷体或它们的一部分。

附图说明

下面借助于在附图中表示的示意图和实施例来说明本发明。附图中：

图1在不同直径的成形通道内的速度断面图的示意图；

图2至4分别表示具有相应速度断面图的成形通道实施形式的示意图；

图5在按图2的成形通道内注塑的刷毛的示意图，连同对于纵向取向起决定作用的速度断面图；

图6具有拉伸流的成形通道的收缩的示意图；

图7以2∶1的比例表示的具有规定尺寸的锥形刷毛的示意图；

图8以1∶5的比例表示的具有规定尺寸的锥形刷毛的示意图；

图9在一挤出喷嘴和一成形通道内的速度断面图的对比示意图；

图10至13分别表示一注塑模的实施例在不同运行阶段的示意纵剖图；

图14注塑模的另一个实施例的示意纵剖图；

图15按图14的注塑模在位于外部的成形通道区域内的局部放大图；

图16至20分别表示注塑模一种变型的实施例在不同运动阶段的示意纵剖图；

图21至23分别表示注塑模又一种实施例在不同运行阶段的示意纵剖图；

图24注塑模连同一补充它的模具的相应于图21至23的纵剖图；

图25、26另一种变型结构的注塑模在两个运行阶段的纵剖图；

图27、28分别表示带一形成构造的移动模板的注塑模相应于图25、26的纵剖图；

图29、30分别表示具有另一种形状的注塑坯的注塑模相应于图25、26的纵剖图；

图31用来制造不同纵向长度的刷毛的注塑模的示意纵剖图；

图32用来制造具有分叉刷毛末端的刷毛的注塑模的示意剖视图；

图33一大大放大的刷毛的示意图；

图34大大放大的两根刷毛布局的示意图；

图35大大放大的刷毛的另一种实施形式的示意图；

图36按图35的刷毛自由端的俯视图。

具体实施方式

图1示意表示在不同直径的刷毛成形通道内的流动图(速度断面图)。通道壁以垂直的虚线表示，所属的直径(以[mm]为单位)表示在图表下方。最小的刷毛成形通道具有0.3mm的直径，最大的通道具有6mm的直径。在通道中心具有相同的流动速度时，下面称为芯部速度，根据通道直径的不同形成所示的多个流动断面图，它们可以粗略近似地看作抛物线形。在成形通道直径保持不变时在其长度上流动断面图不改变其形状，或者最多只有很小改变。

在微锥形成形通道时，如图2至4中示意表示的那样，在压力一样大的情况下芯部速度还可以提高，并由于壁部摩擦在壁附近区域内产生强烈的剪切效应。如果这种成形通道在注塑过程中注入聚合物熔液，由于剪切效应在壁部区域内产生显著的分子纵向取向，而在没有应力感应的熔液内分子具有其有利于节省能量的散乱结构。转移到在成形通道内在相当高压力作用下注射的聚合物熔液上，这意味着在壁部附近区域内所产生的刷毛得到加强，它在相当高的芯部速度时一直到达刷毛末端，而朝向中心分子取向越来越减弱。此外由于具有在壁部附近区域内强烈的剪切效应的剪切流造成的分子取向与应力感应的晶体形成叠加，这里通过在边缘区域内强烈的剪切效应促进长的针状晶体的形成。此外通过采用的高的注射压力有利地影响晶核形成和晶体密度。在成形通道内的单位压力＞300bar(0.3·10⁵kPa)，尤其是＞1300bar(1.3·10⁵kPa)时，在预先考虑成形通道充分排气的情况下可以断定弹性模量的，从而还有弯曲弹性的显著提高，并带有断裂强度(抗拉强度)的提高。所述的单位压力以压力发生装置处的注射压力＞500bar(0.5·10⁵kPa)为前提。

在按图2的成形通道内制造的按图5的刷毛具有一弯曲刚性比较好的根部区域 a，并在高的抗拉强度时在其悬伸长度 1上具有朝刷毛末端逐渐加大的弯曲弹性。根部区域a主要用来连接在刷毛载体或刷体上或内，而刷毛在其悬伸长度 1上具有一由杆基部 b和杆 c本身组成的杆部区域(干部)。在区域 b和 c内对弯曲偏移量起决定作用的横截面的减小通过由于先前所述的效应使弯曲弹性提高来补偿。在杆部区域 b、 c上连接本身的工作区d，亦即对刷洗作用决定性的区域，它和顶部区域 t一起构成决定刷毛柔性的区域。顶部区域及其造型确定刷毛直接的表面作用、挤入表面不平面度的深度等等。与图2不同，刷毛可以在一连接在固有的成形通道之前的扩口处。如图3和4中所示，具有一或多或少地明显显现出来的喇叭形根部区域。

如果在聚物合熔液的入口端向固有的刷毛成形通道的过渡部位前设一不连续的收缩部位，如图6中所示，那么强化效果由此还可以得到改善，特别是在短的刷毛长度时达到强化效果。在收缩部位处形成一拉伸流，它在短的路程内促使形成在壁附近区域内具有大的剪切效应的高的芯部速度。

用按本发明的注射压力运行参数和可由此实现在通过壁部摩擦具有大的剪切效应的高的芯部速度可以通过注塑制造具有可变长度的细的刷毛，而迄今为止通过挤出从来不可能制造这么细的无限长单纤维，其中对于由这种无限长单纤维组成的刷毛的微锥度只有通过非常大的制造费用(间隙牵引)才能实现。图7和8中表示两个实施例，图7以2∶1的比例表示一在根部区域具有0.77mm直径和在刷毛末端直径为0.2mm的刷毛，它在一半长度处具有0.49的平均直径。在具有一相当于刷毛成形通道的拔模斜度的0.27°角的特别小的锥度时可以通过注塑制造60mm长或更长的刷毛，就像例如对于贵重的毛刷等等所需要的那样。它们在一半刷毛长度处具有约0.5mm的平均直径。图8以5∶1的比例表示一在根部具有0.35mm直径、在刷毛末端具有0.25mm直径的相同锥角(拔模斜度)长度为10.5mm的刷毛。平均直径为0.3mm。这种类型的刷毛例如适用于牙刷。由于这种刷毛细长的几何形状它们可以非常致密地排列，而不像普通注塑的刷毛那样，刷毛末端区域内的距离太大。

借助于图9表示按本发明制造的刷毛与用挤出法制造的刷毛相比的技术和应用方面的优越性。

在挤出纺造用来制造具有0.3mm平均直径的刷毛的单纤维时纺丝喷嘴具有0.9mm的出口直径，如图9中通过外部的垂直线所表示的那样。聚合物熔液在喷嘴内部具有通常为约300mm/s的最大流动速度(芯部速度)。它由挤出压力和单纤维的牵引速度确定。离开喷嘴的单纤维在一短的路程内借助于牵引力拉伸到在0.9mm至0.3mm之间的直径，然后立即冷却，以便使分子结构定型。在接着后续拉伸时单纤维得到误差为约±10％的0.3mm的最终直径。在图9中速度断面图用 e(挤出)表示。

在按本发明注塑时刷毛成形通道具有0.3mm的平均直径。它在图9中用两条内部的垂直边界线表示。在注射压力在2000bar(2.10⁵kPa)范围内时在通道内产生约1000mm/s的芯部速度。速度断面图用 i表示(注射)。对于热塑性聚合物固有的强化在流动中，特别是壁附近区域内的剪切效应是决定性的，它通过剪切率(剪切力矩)γ表示。在流动通道半径r处的剪切率由速度断面图对半径r的导数算出。

$\mathrm{\γ}\left(r\right)=\left|\frac{\mathrm{dv}\left(r\right)}{\mathrm{dr}}\right|=\frac{{2V}_{\max }}{R^2}\·r$

因此它与流动通道有效直径的平方成反比。剪切率与最大流动速度(芯部速度)的一次方成正比。因此对于上面所示例子对于注塑刷毛得到超过在给定的挤出流中的剪切率至少10倍的剪切率。

在图9中剪切率无刻度地用虚线对于挤出以e₁、对于注塑以i₁表示。它们分别在喷嘴壁和刷毛成形通道壁处具有其最大值。

在图10至13中以示意图表示一注塑模的实施形式在不同的运行阶段。它特别适合于用来注塑按本发明方法制造的刷毛。比例大大地放大，以便更好地表示细节。

注塑模1具有许多平行的长度大的成形通道2，它们通过一输入通道3连接在一注塑装置上。注塑装置设计成这样，使得可以产生在500bar(0.5.10⁵kPa)范围内，尤其是≥2000bar(2.10⁵kPa)范围内的注射压力。注射压力确切的大小根据成形通道2在其长度上的横截面分布及成形通道的长度这样地调整，使得在成形通道内提供＞300bar(0.3·10⁵kPa)的单位压力。

注塑模由许多分层的基本上具有相同厚度的模板4以及一注射端的模板5和一形成刷毛末端的模板6组成。模板4、5、6各具有成形通道2的一个长度段。它们尤其是通过钻孔产生。

注射端的模板5具有扩口7，它朝成形通道2方向缩小，以便例如产生按图6的拉伸流并形成刷毛的根部区 a(图5)。在模板4内的成形通道接着的长度段在其长度上具有圆柱形或微锥形横截面分布，而形成刷毛末端的模板6具有盲孔8，它在所示实施例中做成半球形。

在注塑时聚合物熔液通过输入通道3进入模板5的逐渐变窄的扩口7内，并由于高的芯部速度填满整个成形通道，直至形成末端的模板6。在输入通道3内聚合物熔液还只有完全无序的散乱分子结构，它在注射端的扩口7和接着的成形通道2内由于明显的剪切流转变成纵向取向的分子结构。

模板4、5和6可垂直于板平面运动，以便使注塑的刷毛在达到足够的形状稳定性后脱模。注塑模1最好这样地冷却，使得成形通道2的壁保持比较凉，由此支持聚合物熔液内的晶体形成。

为了刷毛的脱模首先将模板6后撤(图11)。这时只要克服很小的附着力，由此保证，对于刷子或毛刷以后的使用特别重要的刷毛末端保持轮廓的一致性。然后单独或成组地移动模板4(图12)，直至具有其末端10的刷毛9在其绝大部分长度上脱模为止。在这个脱模工步期间刷毛借助于注射端的模板5挡住，接着移动这块模板5，使得整个刷毛9连同其略微加粗的根部区11都脱出(图13)。在注射端输入通道内的聚合物熔液同时形成一全部刷毛9的连接部位。可以取出整个注塑件，并完整成一刷子、毛刷等等，其中连接部位统一在结构内或者仅仅用作处理刷毛的辅助工具，并在刷毛与刷体等等结合之前切除。

在注塑期间提供使希望的高的芯部速度成为可能的成形通道的最佳排气。图14表示为此的一个实施例。排气通过模板4、5和6之间窄的缝隙进行，使得在成形通道2的整个长度上空气相应于熔液前沿的前进排出。代替窄的缝隙13也可以将模板4、5、6相互面对面的表面弄粗糙，使得总括起来产生足够大的排气横截面。为了让流出的空气快速逸出，排气横截面具有向外的扩口14。

成形通道2在其整个长度上可以以一拔模斜度＜1.0°缩小，这里缩小主要不是脱模问题，而是所希望的刷毛形状及其弯曲弹性的问题。但是成形通道2的横截面分布也可以不同于连续的锥度，如在图15中以放大的比例结合规定的排气所表示的那样。在图中在上面的模板4内表示成形通道2的一圆柱形长度段15，在下面的模板4内表示一圆柱形长度段16。在两块模板4之间从成形通道2的长度段15到长度段16横截面缩小几个μm，使得在这个部位形成一不明显的台阶。在这个部位还通过两块模板之间的缝隙13进行排气，缝隙在扩口14处通向外部。在脱模时这些察觉不到的台阶在外观上看不出来。但是在刷毛的整个长度上造成轻微的锥度。在各块模板4上的长度段15、16可以用这种方法通过简单的孔产生。取而代之在各块模板上的长度段也可以具有相同的直径，从而得到圆柱形刷毛。在有明显直径跳跃的情况下也可以产生有台阶的刷毛。

锥形结构的刷毛具有注塑工艺和脱模方面的优点，即在刷毛末端处的最小横截面比刷毛直至根部区域的后续区域更快地冷却。也就是说从刷毛末端到刷毛根部的分步脱模跟随刷毛内的温度梯度。

模板4的厚度为几毫米。它可以相当于成形通道2直径的约3至15倍，因此在各块模板内的长度段可以非常精确地钻孔。因为它们在注塑机的合模压力作用下相互贴合，这些薄的模板本身尽管经受高的注塑压力仍保持其尺寸和形状不变。由于小的厚度还保证良好的散热，因为模板相互通过排气缝隙是近似于隔热的。由于同样的原因它们也可以毫无问题地冷却，例如通过外部的冷却剂冷却，它们在合模时但是也在开模和重新合模之间的时间内特别有效地冷却。由于模板的分离和它小的厚度仅仅通过周围空气便已经可以进行有效的冷却。但是除此之外冷却剂也可以内置在模板内或它们之间。最后在注塑压力作用下小的应力提供了这样的可能性，即模板由具有比钢等等小的强度值的有良好导热能力的材料制成。

有效的冷却对刷毛分子结构的影响已经说明过了。

图16同样以示意图表示一注塑模1，它由分层的模板4组成，其中注射端的模板不具有扩大的横截面，与先前所述的实施形式不同，模板4分成两组17、18(见图17)，其中每一组具有至少一块可横向移动的模板，如在图17至20中用双箭头19、20所示。

这些可横向移动的模板和相邻模板一起起一种用于注塑坯21的夹紧装置的作用，此注塑坯在本实施例中仅仅构成最终刷毛的一个区域(长度段)。注塑坯21由具有与完工刷毛在这个长度段上一致的性能曲线的热塑性聚合物注塑而成。在注塑冲程后模板4组18内的至少一块可移动模板(图17)移动到夹紧位置，注塑坯21在组18后撤时被带着一起移动，这时从注射端组17的模板4中部分脱模，使得在组17的模板4内成形通道的规定长度段22空出。在某些情况下在注塑坯21的末端上可以生成凹凸轮廓，如图中所示。在组18的模板4移走后组17中的可移动模板移到夹紧位置。并接着用聚合物熔液注射入空出的长度段22内，此聚合物溶液由另一种聚合物或带其他添加剂的聚合物组成。这时所形成的刷毛长度段23通过材料融合和/或形锁合与注塑坯21连接。接着组17中的可移动模板退回到其起始位置，注塑坯21连同生成的长度段23在组18中的夹紧装置闭合的情况下再次从组17的成形通道中部分拉出，使得在成形通道内长度段24空出。在另一个注塑冲程中长度段24用另一种在某些情况下同样具有不同性能的聚合物熔液注射，从而最终得到多区段刷毛27。它由三个区域(段21、23和25)组成，它们在刷毛的长度上具有不同的强度值和/或不同的使用性能。其中特别是包括刷毛末端的区域21可以用作刷毛磨损程度的显示器。刷毛最终的脱模按前面所述方法进行。

在图21至24中又表示一注塑模1(图21)，它由两组17、18模块4组成，它们分别具有至少一块可横向移动的模板，以形成一夹紧装置。与上述结构不同注射端的模板5又具有扩口，它们向成形通道方向缩小。复制刷毛末端的模板6具有不同深度的带半球形孔底的盲孔28、29和30，使得可以制造大量不同长度的刷毛，它们的末端位于一个弯曲的包络面上。

在按图21至24的实施例中先后注塑刷毛的两个不同区域31、32，其中区域31具有加粗的刷毛根部33。用这种方法注塑的多区域刷毛34(图22)接着通过使形成刷毛末端的模板6和一在某些情况下时间延后地一组18的模板4后撤(图22)的方法，使其末端脱模。然后组18中至少一块可横向移动的模板移动到夹紧位置，并使整个组18，在某些情况下与处于末端的模板6一起，向相反方向移动，从而使刷毛34以其带有根部区域33的其区域31的一部分伸出注射端的模板5。接着注塑模1(图23)与带一型腔36的另一注塑模35连接，在该型腔内注射聚合物熔液，根部区域23和区域31伸入型腔36内的长度段用该聚合物熔液环绕浇注。型腔36可以设计成这样，使它形成刷毛的中间载体或一完整的刷体，刷毛末端抗拉和无缝隙地埋在它里面。

在这种实施形式的变型方案中注塑模1的成型通道2也可以按图21用唯一一种聚合物熔液完全充满，并以在图22和23中所示的方法使其根部区域连同相连的长度段悬空，以便按图24用形成载体的聚合物熔液环绕浇注。

在另一种变型方案中按图21至23注塑的在其固定端的末端处悬空的刷毛通过形成末端的模板6和紧接的大多数模板4的后撤完全脱模，而刷毛被少数几块、亦即至少三块模板，例如注射端的模板5和接着的两块模板固定，其中一块可横向移动以形成夹紧装置。然后这些用作输送夹具的模板可以和刷毛一起移动到另一个注塑工位，在那里它们与注塑模35连接，同时一组新的模板与注射端的模板5结合，以便使注塑模1补充完整。这种输送夹具不仅可以用来将刷毛送到第二个注塑工位，而且也可以用来继续输送到其他加工工位。

图25和26表示在刷毛制造和至少(未画出的)用于末端的模板6后撤后的带有模板4和5的注塑模1的一部分。此外在刷毛38悬伸的末端前面移入一平面推进板39。借助于它将刷毛38推入留下的模板的成形通道内，直至它以其根部区域37和在某些情况下连接在它上面的长度段伸出注射端的模板5，或伸入另一注塑模35的型腔36，并用形成刷毛载体或刷体的聚合物熔液环绕浇注。

图27和28表示一实施例，其中在制造刷毛38以后用参照图25和26所述的方法在悬伸的刷毛末端前面移入一推进板40，而不是平的推进板39，推进板40设有不同高度的凸块形凸起41和42。在推进板40碰上模块4后刷毛向成形通道内推入不同深度的推动路程，使刷毛以其根部区域37伸入注塑模35的型腔36不同深度，在环绕浇注和推进板40以及模板4和5后撤后刷毛末端位于一弯曲的包络面上。

图29和30表示一实施例，它和图25和26的区别仅仅在于，刷毛38在注射端模板5的区域内通过筋、栅格等等形式的连接部位43相互连接，并在借助于推进板39移动后以连接部位43和刷毛38的相连的长度段伸入注塑模35的型腔36。

一小组模板4，尤其是包括注射端的模板5和至少一块起夹紧装置作用的可横向移动的模板4，也可以用作用来将刷毛转移到其他注塑工位、加工工位等等的输送夹具。

由大量模板组成的注塑模的分层结构和由此成为可能的逐段脱模以及通过按本发明的注射压力和成形通道内的流动速度的工艺参数达到的弹性模量和抗拉强度的提高也允许制造其中心线不在脱模方向上的刷毛。其例子表示在图31和32中。图31表示带有倾斜的成形通道44、45的注塑模的一部分，在本实施例中成形通道44、45相互倾斜。除此之外或取而代之注塑模1可以具有波形弯曲的成形通道46或多重折弯的成形通道47，从而得到相应地成形的刷毛，它们可以通过一连接部位48注塑成束。在脱模时模板4和6，从后者开始后撤，使刷毛逐段脱模，这时刷毛由于其高的弯曲弹性和小的脱模长度不会遭受变形。

刷毛在切除连接部位后可以单独或成组地或者与连接部位48一起通过它们的环绕浇注，或通过其他已知类型的热力或机械连接方法成型为一刷子。

在按图32的实施例中注塑模1同样具有分层的模板4和两块位于末端的模板49、50，它们用来形成强烈分叉的刷毛末端。注塑的刷毛51分别具有指状刷毛末端52，它们由于模板薄和刷毛牢固性的提高可以毫无问题地脱模。

形成刷毛末端的模板6或49、50特别是在强烈分叉的刷毛末端时在某些情况下可以由烧结金属组成，它在这个区域内也考虑附加的排气，以有效避免空气夹杂。当然模板4也可以由这种烧结金属组成，以支持成形通道的排气。微观粗糙度，它们例如在烧结金属中存在或者也可以通过成形通道的表面处理产生，造成完工刷毛表面上相应的微观范围内的粗糙度，它们在刷毛使用时导致拒绝湿度的“Lotus”效应。

图33表示一单根刷毛53，它特别是可以用于卫生刷，例如牙刷、医药和医院范围内的清洗刷，或用作食品工业中的清洗或涂抹刷。通过合适地调整注射压力和刷毛成形通道内的流动速度(芯部速度)在其长度上具有0.3至3mm的平均直径的刷毛的弯曲性能可以最佳地与使用目的相区配。其次它可以在根部区域54内喇叭状扩大，以得到弯曲强度比较好的凸台，它同时形成一与以55表示的刷体表面的很好倒圆的交接。这种完全无缝隙的区域，如刷毛53的杆基部和杆部本身以及在这种情况下均匀地倒圆的刷毛末端56可以用注塑技术以这样的方式制成光滑壁或带有粗糙度，使得粗糙度不会沾染污物，由于这种性能带这种类型的刷毛的刷子即使在使用后也可以毫无问题地清洗和/或消毒，因为没有凹坑、缝隙等等。具有这种形状和与其应用相协调的性能的刷毛用迄今已知的挤出或注塑方法无法制造。

图34表示两根相邻的刷毛57，它们在其喇叭状倒圆的根部区域58处通过一用59表示的连接部位结合在一起。刷毛57连同连接部位59可以通过按本发明的方法相互以小的距离设置，此外它可以和当时的应用目的最佳地匹配。特别是刷毛57可以排列得非常紧密，而不会在任何部位沾染潮湿、污物或细菌，或者在冲洗后仍然留下。

图35表示一按本发明的方法制造的刷毛60的正视图，图36表示其俯视图，此刷毛同样在根部区域61处喇叭形过渡到刷毛载体表面62，并具有一具有比较大弯曲刚性的杆部63和一形成凹凸轮廓形状的工作区64。在这个实施例中工作区64具有十字形横截面，这通过平滑的交接65过渡到杆部区域。工作区64以其十字形横截面构成毛刷棱，它们在强烈压紧刷子并在工作区弯曲的情况下起作用。在压力较小时这种功效出现在倒圆的刷毛末端66连同在那里存在的十字轮廓处。此外刷毛末端60可以进入拐角、缝隙和沟槽内，以清洗那些地方。用其他多边形横截面形状也可以达到同样的效果。

Claims (77)

1.用来由热塑性聚合物以注塑方法制造刷毛的方法，其中聚合物熔液在压力作用下注射入一具有规定长度和在此长度上具有规定横截面分布的刷毛成形通道内，在注塑过程中通道进行排气，其特征为：注射压力的大小根据刷毛成形通道的横截面分布这样地调整，使得产生在流动的聚合物熔液中心具有大的芯部速度和至少在聚合物熔液的壁部附近区域由于聚合物熔液的壁部摩擦具有大的剪切效应的剪切流，聚合物分子形成显著的纵向取向，并在通道长度上保持这种剪切流，同时通道在其长度上这样地排气，使得有利于保持剪切流。

2.按权利要求1的方法，其特征为：作用在聚合物熔液上的注射压力根据刷毛成形通道的横截面分布调整到尤其是至少500bar(0.5·10⁵kPa)。

3.按权利要求1或2的方法，其特征为：注射压力调整到2000至5000bar(2.10⁵kPa至5.10⁵kPa)。

4.按权利要求1至3之任一项的方法，其特征为：注射压力这样地调整，使得在刷毛成形通道内的聚合物溶液具有大于300bar(0.3·10⁵kPa)的单位压力。

5.按权利要求1至4之任一项的方法，其特征为：在刷毛成形通道给定的横截面分布和长度时注射压力这样地调整，使得支持相邻纵向取向的分子区之间的晶核形成。

6.按权利要求1至5之任一项的方法，其特征为：刷毛成形通道被冷却。

7.按权利要求1至6之任一项的方法，其特征为：刷毛成形通道垂直于聚合物熔液流动方向排气。

8.按权利要求7的方法，其特征为：刷毛成形通道在许多位于与聚合物熔液流动方向垂直的平面内排气。

9.按权利要求8的方法，其特征为：刷毛成形通道在其长度上通过大致等距设置的平面排气。

10.按权利要求1至9之任一项的方法，其特征为：刷毛成形通道通过借助于聚合物熔液的流动压力挤出空气来排气。

11.按权利要求1至10之任一项的方法，其特征为：通道借助于外部负压的支持排气。

12.按权利要求1至11之任一项的方法，其特征为：聚合物熔液注射入具有从注射端起基本上保持不变的横截面的刷毛成形通道。

13.按权利要求1至12之任一项的方法，其特征为：聚合物熔液注射入具有从注射端起基本上连续缩小的横截面的刷毛成形通道。

14.按权利要求1至13之任一项的方法，其特征为：聚合物熔液注射入朝刷毛成形通道喷嘴形缩小的入口区，以产生拉伸流。

15.按权利要求1至14之任一项的方法，其特征为：聚合物熔液注射入刷毛成形通道，其横截面分布具有至少一个沿聚合物流动方向缩小形式的间断部位。

16.按权利要求1至15之任一项的方法，其特征为：选择具有3mm的最大宽度的刷毛成形通道横截面。

17.按权利要求16的方法，其特征为：选择≤1∶5的通道最大宽度与长度之比。

18.按权利要求17的方法，其特征为：选择≤1∶10的通道最大宽度与长度之比。

19.按权利要求17的方法，其特征为：选择≤1∶250的通道最大宽度与长度之比。

20.按权利要求1至19之任一项的方法，其特征为：聚合物熔液同时注射入许多相邻设置的刷毛成形通道，形成相应数量的刷毛。

21.按权利要求20的方法，其特征为：聚合物熔液在同时形成一至少两根刷毛间的连接部位的情况下注射入相邻设置的刷毛成形通道。

22.按权利要求20的方法，其特征为：在注射刷毛后补充注射由另一种聚合物组成的聚合物熔液，形成至少两根刷毛之间的连接部位。

23.按权利要求20至22之任一项的方法，其特征为：在形成至少一个连接两根或多根刷毛的刷毛载体的情况下注射聚合物熔液。

24.按权利要求21至23之任一项的方法，其特征为：在形成一连接各刷毛和构成一刷体的刷毛载体的情况下注射聚合物熔液。

25.按权利要求23的方法，其特征为：在刷毛载体上注射至少另一种由其他聚合物组成的聚合物熔液。

26.按权利要求20至25之任一项的方法，其特征为：注射许多具有不同长度的刷毛。

27.按权利要求20至26之任一项的方法，其特征为：注射许多具有不同横截面的刷毛。

28.按权利要求20至27之任一项的方法，其特征为：注射许多在其长度上具有不同横截面分布的刷毛。

29.按权利要求20至28之任一项的方法，其特征为：注射许多相互按平行方位的刷毛。

30.按权利要求20至28之任一项的方法，其特征为：注射至少一部分相互不平行的刷毛。

31.按权利要求20至30之任一项的方法，其特征为：通过在同样的成形通道内注射不同聚合物熔液产生相同几何形状但弯曲弹性(硬度)不同的刷毛。

32.按权利要求1至31之任一项的方法，其特征为：注塑由一种聚合物或聚合物混合物组成的刷毛，它们在硬化状态具有减小的次级结合力。

33.按权利要求1至32之任一项的方法，其特征为：注塑由一种带有在使用时变得有效的添加剂的聚合物组成的刷毛。

34.用来由热塑性聚合物注塑刷毛的装置，包括一用来产生注射压力的装置和一注塑模，它具有至少一个聚合物熔液输入通道和至少一个带有相应于待制造刷毛的长度和横截面分布的形状轮廓的成形通道造型的型腔，其中成形通道配设排气结构，以排出在注塑时受挤压的空气，其特征为：装置设计得用来产生至少500bar(0.5·10⁵kPa)的注射压力，排气结构具有分散设置在成形通道长度上的排气横截面，它们设计得与注射压力共同作用，以形成在聚合物熔液中心具有高的芯部速度和在成形通道壁处具有大的剪切效应的剪切流。

35.按权利要求34的装置，其特征为：用来产生注射压力的装置设计成这样，使得可根据成形通道的长度和横截面分布在2000和5000(2·10⁵至5·10⁵kPa)之间调整注射压力。

36.按权利要求34或35的装置，其特征为：用来产生注射压力的装置和成形通道处的排气横截面设计成这样，使得在成形通道内的聚合物熔液具有至少300bar(0.3·10⁵kPa)的单位压力。

37.按权利要求34至36之任一项的装置，其特征为：注射压力可根据成形通道的长度和横截面分布控制。

38.按权利要求34至37之任一项的装置，其特征为：排气结构具有可根据单位压力控制的排气横截面。

39.按权利要求34至38之任一项的装置，其特征为：带成形通道的注塑模配设冷却结构。

40.按权利要求39的装置，其特征为：为在注塑模内的成形通道配设冷却结构。

41.按权利要求34至40之任一项的装置，其特征为：注塑模由许多垂直于成形通道纵长方向的分层模板组成，其中每一块模板具有成形通道的一个长度段。

42.按权利要求41的装置，其特征为：排气结构做在模板上。

43.按权利要求42的装置，其特征为：排气结构做在模板相互面对面的结合面之间。

44.按权利要求43的装置，其特征为：排气结构由模板相互面对面的表面之间的缝隙构成。

45.按权利要求43的装置，其特征为：排气结构由模板表面上的粗糙度构成。

46.按权利要求34至45之任一项的装置，其特征为：排气结构在成形通道形状轮廓上具有宽度为5μm至300μm的排气横截面。

47.按权利要求34至46之任一项的装置，其特征为：排气结构具有从成形通道形状轮廓出发向外扩展的排气横截面。

48.按权利要求34至47之任一项的装置，其特征为：排气结构与一外部负压源连接。

49.按权利要求34至48之任一项的装置，其特征为：成形通道具有在其长度上基本保持不变的横截面。

50.按权利要求34至48之任一项的装置，其特征为：成形通道具有朝其末端基本上均匀缩小的横截面。

51.按权利要求50的装置，其特征为：成形通道在直线中心线上以小于1.0°的角度(拔模斜度)逐渐缩小。

52.按权利要求34至51之任一项的装置，其特征为：成形通道具有一朝末端非连续缩小的横截面。

53.按权利要求34至52之任一项的装置，其特征为：成形通道横截面的最大宽度≤3mm。

54.按权利要求34至53之任一项的装置，其特征为：带有在其朝向输入通道一端上的成形通道的模板的前面连接至少一块带一朝成形通道逐渐缩小的扩口的注射端模板。

55.按权利要求34至54之任一项的装置，其特征为：成形通道横截面最大宽度与其长度之比在1∶5至1∶1000之间。

56.按权利要求34至55之任一项的装置，其特征为：模板的数量和厚度与成形通道的长度匹配。

57.按权利要求34至56之任一项的装置，其特征为：模板的数量与横截面最大净宽度和成形通道长度之比成反比。

58.按权利要求34至57之任一项的装置，其特征为：模板具有约为成形通道平均直径3至15倍的厚度。

59.按权利要求34至58之任一项的装置，其特征为：模板可单独或成组地垂直于板平面运动。

60.按权利要求34至59之任一项的装置，其特征为：至少一些模板可平行于相邻模板移动。

61.按权利要求59或60的装置，其特征为：为了刷毛的脱模，模板可单独或成组地时间先后地后撤。

62.按权利要求59至61之任一项的装置，其特征为：在脱模时，面对输入通道的模板可最后后撤。

63.按权利要求34至62之任一项的装置，其特征为：注塑模具有有不同长度和/或不同横截面分布的成形通道。

64.按权利要求34至63之任一项的装置，其特征为：用来制造规定长度刷毛的标准结构形式的注塑模具有一与其长度相匹配的数量的模板，为了改变刷毛长度可以拆去或装上与此相匹配的数量的模板。

65.按权利要求34至64之任一项的装置，其特征为：注塑模具有带一这样的中心线的成形通道，它相对于模板运动方向倾斜一角度分布，每块模板具有成形通道的一个长度段，其尺寸这样选择，使得尽管有角度偏差仍可通过每块模板逐步移动来脱模。

66.按权利要求34至65之任一项的装置，其特征为：注塑模具有带这样的中心线的成形通道，它相对于模板的运动方向是弯曲的，每块模板具有成形通道的一个长度段，其尺寸这样选择，使得可以根据曲率通过各块模板的逐步抬起来脱模。

67.按权利要求34至66之任一项的装置，其特征为：注塑模具有至少一块这样的模块，它可在其平面内相对于相邻模板移动，并和其一起在刷毛注塑后形成一在成形通道相应的长度上起作用的整个刷毛的夹紧装置。

68.按权利要求67的装置，其特征为：构成夹紧装置的模板可沿或逆脱模方向运动。

69.按权利要求67或68的装置，其特征为：构成夹紧装置的模板与夹紧的刷毛一起在脱模后可从注塑模中取出，并用作刷毛移动位置的把手。

70.按权利要求67至69之任一项的装置，其特征为：构成夹紧装置的模板在取出后用一组同样的模板替换，以重新补充完整用于下一个注塑冲程的注塑模。

71.按权利要求34至70之任一项的装置，其特征为：注塑模由至少两组各带一个夹紧装置的模板组成，其中第一组包括带有其末端的一部分成形通道，另一组包括成形通道的其余部分，第一组可以从第二组、第二组可以从其他组时间上先后顺次地后撤，注塑过程这样地分成相应于组数的注塑冲程数，使得在注塑模闭合的起始位置聚合物熔液在第一个注塑冲程内注射入完整的成形通道，接着第一组在借助于夹紧装置使注塑坯一起移动的情况下从其他组上后撤，这里后撤行程小于注塑坯长度，接着在第二次注塑冲程中另一种聚合物熔液注射入另一组的成形通道空出的长度段内，重复注射/后撤工步，直至倒数第二组从最后一组上后撤为止，以产生在某些情况下由不同聚合物组成的比成形通道长度长的刷毛。

72.按权利要求34至71之任一项的装置，其特征为：至少具有在成形通道末端处的形状轮廓的模板可换成具有用来产生带有不同地成形的末端的刷毛的其他形状轮廓的模板。

73.按权利要求34至72之任一项的装置，其特征为：至少具有在成形通道末端处的形状轮廓的模板可换成具有不同的成形通道长度段的模板。

74.按权利要求34至73之任一项的装置，其特征为：在输入通道和注塑模的成形通道之间设置连接两条或多条成形通道的型腔，以形成刷毛相互的连接部位。

75.按权利要求74的装置，其特征为：形成用来产生连接所有刷毛的一刷毛载体的型腔。

76.按权利要求74或75的装置，其特征为：形成用来产生一刷体或毛刷体或其一部分的型腔。

77.按权利要求74至76之任一项的装置，其特征为：用来产生刷体或毛刷体或其一部分的型腔做成由不同聚合物组成的多组分结构。

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