CN1671533A - 具有非连续织物表面区域的模制件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了织物层压塑料制品(1)及其创新制造方法，在该方法中，形成表面的织物(10)通过载体层预层压，然后提供给用于模制塑料基底元件(20)模制过程。织物表面块(10)精确定位，并通过载体层塑料材料的选择可靠粘结，该塑料材料具有足够的耐热性和/或厚度，足以防止模制过程中的熔融软化和拉伸。该方法和织物层压塑料制品尤其适宜用于制备薄壁制品，该制品需要精确定位，光滑织物表面区域，该区域对应于下面模制塑料制品的不连续面、孔隙和开口。

Description

具有非连续织物表面区域的模制件及其制造方法
交叉引用声明
本申请要求引用美国国家专利申请之申请No.10/208394的权益，其申请日为2003年7月29日。
技术领域
本发明涉及注塑塑料件，在该塑料件表面具有非连续的织物表面区域(例如，表面凹部，开口，造型等)，该区域位于塑料件表面区域内或其周围。许多类型的制品，其塑料外壳需要开口，握持表面和类似种类的非连续表面区域，该表面区域用于按键片、按钮、开关、显示器、美感装饰物等。本发明提供具有美观且坚固的织物表面的此类塑料件，以及制造这些制品的方法，其中织物边缘以非常有效且美感性令人满意的方式定位并确保可靠。所制造的制品具有优良的外形，精确的尺寸，薄横截面以及稳定、可靠的织物边缘覆盖(coverings)。
背景技术
有许多用于在模制塑料件的部分或全部表面上形成织物表面层的方法，所述织物表面层为例如皮革或人造革。使用注塑方法以及在模具前端或模具之内预先插入织物表面块的方法已经在JP54-018,039；JP57-029,436；DE4,015,071；EP1,157,799；以及美国专利No.4,849,145披露。
DE4,015,071和JP57-029,436讲述了在织物和注射的熔融塑料之间使用薄膜的方法。在EP1,157,799中，可热成形的塑性箔首先层压在织物上，然后通过形成层压材料制备预制件，例如通过深拉(deep drawing)工艺，以便大致符合最终的制品表面设计。然后将预制件插入注射模具内，在织物/箔层压预制件后，熔融塑料注射入其中，从而形成部件，该部件具有部分或全部设计层作为最终制品的外表面。
然而，没有任何现有技术的参考文献讲述用于制备薄壁模制品的高效和有用的方法，该模制品具有精确定位的织物表面，该表面具有光滑的织物表面区域，并且有意使其在下面的模制塑料制品内具有不连续，孔隙或开口(也就是说，非线性织物边缘)，且其不连续孔隙或开口对应且对准底下模制塑料制品中的不连续、孔隙或开口。相反，源自这些方法的织物表面区域倾向于起折皱，和/或需要后续的加工步骤，用以在织物和/或底下的塑料制品中形成孔隙或开口。此外，没有任何现有技术的参考文献讲述这样一种方法，其用于在最终模制品中精确定位织物，从而消除对第二次加工的需要。织物表面所带来的难题在低模量弹性织物中尤为明显，在模制步骤中，该织物更容易被拉伸或压缩。
发明内容
在本发明的一个实施例中，提供一种制备模制塑料制品的方法，该制品包括具有不连续面或孔隙的基底塑料元件和织物表面区域，该织物表面上的不连续面或孔隙对应且对准基底塑料元件中的不连续面或孔隙，该方法包括如下步骤：(a)将载体层层压至织物后面，(b)切割或成形层压的织物，使其与所需织物表面区域的形状和尺寸相一致，并加入不连续面或孔隙，该不连续面或孔隙与塑料基底元件中的不连续面或孔隙相一致，(c)将来自步骤(b)的成形的层压织物块插入模腔，该模腔具有不连续面和/或孔隙，该不连续面和/或孔隙与型面完全对准，并恰当固定该层压织物块，以及(d)在模腔内模制塑料基底元件，以及(e)从模具内移去模制塑料制品。优选使用中间粘合聚合物，将载体层层压到织物，该聚合物优选使用EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)聚合物粘合剂。在另外一个优选实施例中，载体层包括聚碳酸酯，和/或在织物块和载体层之间具有泡沫塑料层，和/或织物是合成皮革或绒面革。在另外一个实施例中，本发明也是按照先前方法的实施例制备的模制品。
本发明因而提供了更好的织物层合塑料件，和创新方法以及制品设计，其中以快而有效的方法提供高品质，精确定位的光滑织物表面。织物可以选自广泛的织物类型并层压至载体层。然后，该织物层压体被预切割，压印(stamped)和/或其它成形方法成形为所需尺寸。用手或任何通常所公知的机械/机器人装置将层压织物块插入模腔，然后粘附至塑料基底元件，该元件插入模腔，从而提供织物层压块，该织物层压块用于进一步加工步骤，或组装成具有令人满意的美感性及耐久织物覆盖的最终产品。载体材料、塑料基底材料和织物组合的适当选择，在模制过程中提供了必需的可加工性和刚性，从而防止织物材料的损害或扭曲，还提供了足够的粘性来抑制在使用中模制品的分层或剥离。
附图说明
图1是按照本发明制备的举例制品的前面透视图。
图2是按照本发明制备的举例制品沿线A-B的横截面视图。
具体实施方式
按照本发明的举例制品1的透视图(图1)和横截面视图(图2)(未按比例绘制)示出了织物表面块10和预层压到织物上的薄载体层11。在织物表面块的外部边缘处，织物表面区域具有织物周围边缘13，其中在织物表面块内具有孔隙的地方还具有内部织物边缘14，该孔隙对应于塑料制品对应位置的孔隙91。在图1和图2中也显示的是基底元件20，在这种情况下其延伸超越织物块，并不能为织物块所完全覆盖。在塑料制品和织物中存在多种形状和尺寸的孔隙或开口91，以及不连续面或不规则织物周围边缘段13A。这两种情况下，要求织物块在模腔内仔细恰当地定位和固定，并这些织物边缘区域上的流体力很容易在织物表面形成缺陷。
织物表面材料
广泛的织物材料可用于本发明的织物表面区域。这是按照本发明提供的制品和方法的极大优势。适宜的织物材料包括但并不局限于：天然和合成皮革(包括皮革和绒面革)以及任何类型的纺织品或纺织品类材料，例如纺织、无纺、和针织织物，其来自天然或合成纤维/材料，所述纤维/材料包括凝结聚氨酯层压制品(coagulated polyurethanelaminates)、PVC及其他柔性薄膜或片材。适宜的“织物”可以包括所述两种或以上材料结合而成的叠层和结构，和使用所述具有粘附“垫层材料”(backing materials)的一种或多种。尽管载体层的后续层压通常使其没有必要，″垫层材料″可以做成市售存在的织物，如果需要更好粘附到载体层、强化织物和/或防止塑料被过分挤入或穿过织物背面，″垫层材料″还可以附加到织物上。垫层材料可以包括各类天然或合成材料或纺织品，包括编织、非编织、和针织织物，所述织物来自天然或合成纤维/材料、泡沫材料、薄膜或塑料片材。
在本发明的一个实施例中，包括泡沫层是有利的，泡沫层可以作为垫层材料，该垫层材料用于织物块或杂织物表面块和载体层之间的中间层。当使用可压缩类型泡沫材料时，这可以提供或改善织物表面的柔性或缓冲手感。这一层可以存在于供使用的织物之上，也可以在载体层层压过程中或载体层层压过程之前被层压到织物上。通常，泡沫材料可为开放气室式泡沫或者封闭气室式泡沫，其需要具有充分的耐热性，以便在后续加工步过程保持其所需的特性，例如不熔融或断裂到不可接受的程度。适宜的泡沫材料密度处于大约每立方米5至95千克(Kg/m3)范围之内，优选为约20至75Kg/m3，而这取决于其所需的层厚度以及缓冲或压缩的程度。在泡沫材料中所用的塑料材料可以是热固性或热塑性的，而优选泡沫塑料层包括发泡热固性聚氨酯。
垫层材料粘结到织物可以通过火焰层合、粘合、电磁辐射粘结、或热引发粘合例如陶氏胶膜(Dow Adhesive Film)来实现。
载体层
在按照本发明工艺的第一步中，所选择的织物然后层压在具有载体层的后侧表面(也就是说，与所需的最终制品表面相反的一侧)。如上所述，也可以层合到中间泡沫层，而这取决于外观和制品所需的手感。通常，载体层理想的为薄片材、薄膜或塑料材料层，该塑料材料层具有足够的耐热性和/或厚度，从而在模制过程中充分抗熔融软化和拉伸。层压薄片材或层的方法或工艺并不重要，只要其在织物上提供通常连续层并不会有害影响织物或其前端表面到这样一种程度，即对最终制品表面不可用或不受欢迎的程度。载体层粘合到织物(或者，其中所用的是织物垫层或泡沫层)可以通过以下方法来实现，例如对诸如乙烯-乙酸乙烯共聚物、低温热塑性聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、共聚多酯、乙烯丙烯酸(ethylene acrylic acid)、以及还包括这些材料两种或以上的混合物和层合体的层或膜进行火焰层合、粘合、电磁辐射粘结、或热引发粘合。
通常，用于薄载体层的材料，层合方法以及粘结到织物的层合粘合剂(如果必要)是这样选择的，即由此获得能够结合织物和塑料基底材料的足够的粘附力。另外，选择塑料材料的载体层，从而在模制过程中提供足够的刚性，由此使织物起折皱最小化，并且尤为重要的是在模制过程使织物拉伸最小化。这通常意味着在模制过程中，载体层的全部厚度不会热软化并维持足够的刚性，从而防止织物起折皱和拉伸。通常，在模制过程中，对于无定形热塑性塑料材料载体层的全部厚度不应当超过Tg(玻璃化转变温度)，或者对于半结晶塑料材料不应当超过Tm(晶体熔点)。在织物和载体层材料之间需要充分粘合，从而避免在进行切割和模制织物块的后续加工处理步骤产生分层。在织物、塑料材料载体层和塑料基底材料之间的模制品中的粘合，对于保证最终制品在使用织物表面模制结构的最终产品后续组装中或者在最终产品的使用中不容易分离是关键因素。
适用于塑料材料载体层的材料显而易见取决于所用的塑料基底材料，该材料包括例如，诸如聚氨酯、环氧树脂、或热固性硅树脂的热固性塑料，和基于或包括如下聚合体的热塑性塑料，比如聚碳酸酯(″PC″)、ABS、聚丙烯(″PP″)、耐冲击聚苯乙烯(″HIPS″)、聚乙烯(″PE″)、聚酯(例如PET)、聚乙酰、热塑性弹性体、热塑性聚氨酯(″TPU″)、尼龙、含离子键的聚合物(例如Surlyn)、聚氯乙烯(″PVC″)、以及包括两种或以上的所述热塑性塑料的混合物，其中所述热塑性塑料为例如PC和ABS或者例如PC、ABS和TPU组成。
可以接受的是，载体层塑料材料的耐热性至少和基底元件塑料材料一样，优选为比其耐热性更好。在无定形热塑性塑料中，这就意味着所具有的Tg相当或者优选更高，而在结晶或半结晶塑料中，这就意味着所具有的熔点或晶体熔点(crystalline melting point)相当或者优选更高。
载体层材料和制备塑料基底的模制/加工温度的选择将决定，在模制过程中载体层维持层压织物块足够刚性所需要的厚度。通常，载体层的厚度应在大约0.0005英寸至大约0.05英寸(0.013至1.3毫米或mm)之间，优选在大约0.001至大约0.01英寸(0.025至0.25mm)之间，更优选在大约0.003至大约0.007英寸(0.076到0.178mm)。例如，对于PC载体层和PC/ABS基底元件，载体层厚度应在大约0.001英寸至大约0.01英寸(0.025到0.25mm)的范围内。例如，对于PET载体层和元件，载体层厚度应在大约0.001英寸至大约0.01英寸(0.025到0.25mm)的范围内。
根据便于制品的制造以及提供所需的尺寸、形状、不规则性、孔隙、开口等需要，可将织物表面块(由载体层预层压而成)按需切割或成形。这就意味着该织物块可以通过公知方法进行切割、冲压、定形、成形和/或预成形，该公知方法为例如，已知的用于制备预成形体的深拉法，该预成形体将会插入模具中。取决于最终制品的设计，显而易见可以具有用于制品不同表面段的不同的织物类型。
塑料基底元件
通常，基底元件可以由广泛的塑料材料制备，该塑料材料包括诸如聚氨酯、环氧树脂或热固性硅树脂的热固性塑料，和诸如聚碳酸酯(″PC″)、ABS、聚丙烯(″PP″)、耐冲击聚苯乙烯(″HIPS″)、聚乙烯(″PE″)、聚酯、聚乙酰、热塑性弹性体、热塑性聚氨酯(″TPU″)、尼龙、含离子键的聚合物(例如Surlyn)、聚氯乙烯(″PVC″)的热塑性塑料，还包括两种或以上的诸如PC和ABS的所述热塑性塑料的混合物。这些材料可以含有颜料、添加剂和/或填充剂，而这些都有助于任何所需的成本和/或性能特点，该性能特点为例如表面形状、阻燃性、模量、刚度、电磁干扰屏蔽(EMI shielding)等等。还应注意根据基底和载体层塑料材料以及载体层材料厚度选择，在载体层和基底元件塑料层之间可能有也可能没有可见的边界层。
塑料基底元件可以通过一般公知的模制方法来制备，该方法适宜提供必需的塑料基底或基材部件，该基底或基材部件具有恰当定位和充分粘附的织物表面块。优选的模制方法是通过制备预切割织物块的注塑法，该织物块能够适当定位并且在注塑步骤中充分固定在注塑模具的型面内。在注塑步骤中，熔融塑料被注入模具，填充模具，使层压的织物块与模具形状相一致，同时将织物块层压或粘合到基底元件。其它适宜用于成形基底和/或粘附织物的方法包括热成型、注射压缩模塑、气体辅助注塑、结构泡沫材料注塑、微孔泡沫成型方法、分层注塑(laminar injection molding)、水注塑(water injection molding)、外部气体模制(external gas molding)、剪切控制取向模制(shear controlledorientation molding)，以及气体计数管压力注塑(gas counter pressureinjection molding)。
也可以采用公知方法，使用热固性或可热固性塑料同样地制备塑料基底元件，而这些方法适用于反应注塑法(reaction injection molding)或树脂传递模塑法(transfer molding)。
按照本发明实施例，在注塑塑料基底的模制步骤中，有两模具部件。第一模具部件可以称为“型芯”，第二模具部件可以称为“模腔”。切出和/或成形的织物表面块10放置于模具中，通常在模腔部分中，然后通常通过真空在模腔内表面上固定。然后，注射塑料元件材料20(参见图1)。用手、机器人或任何通常所公知的能够准确定位和对准孔隙区域边缘和不规则边缘的装置，将织物块放入模具，从而使其与模制品表面上所需的位置一致。显而易见，织物块放置于模具中，使得在模制品表面上所需织物一侧贴着模具腔壁，而具有载体层塑料材料的一侧面向敞开的模腔，并且注射塑料将贴着载体层流动且与其接触。
用于基底的熔融塑料通过注射浇口(injection gate)以足以填充模具的速率和压力注射入模具，完全覆盖织物块的背面，将织物块压紧在模腔型面，并且将注射塑料粘附到织物块12背面的载体层塑料材料上。
可以使用任何公知的表面加工方法将模制塑料基底的模腔型面加工出纹理，其希望用于在后续步骤中对其表面的任何层压/粘合，或者用于织物和基底塑料材料暴露部分的外形或纹理。然后，在注射步骤中，塑料进入模具，填充模具，使织物块与模具形状相一致，然后将模具表面/颗粒/纹理传递到织物或基底材料表面之上。
实例
通常如图1所示的本发明制品的设计和生产过程如下。无纺聚酯织物层压至一0.005英寸(大约0.013mm)厚的聚碳酸酯薄膜，且通过使用热引发乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)胶膜来层压，而该胶膜是由陶氏化学公司(Dow Chemical Company)市售获得商品名为Integral 801的产品。层压是在220℃用于加热辊的(设定温度值)下在两辊层压机上进行的。制成的层压制品被预切割到所需尺寸和形状(包括内开口)，然后插入注射模具的型芯和模腔之间的所需位置内。放置要求仔细对准，以便织物开口和其边缘与型面对准，其中开口及其外部织物边缘要与其所需位置对准。所需的织物前端表面贴模腔放置，并且通过使用真空而适当固定。塑料基底材料为PC/ABS混合物，将其注入模具，该模具与PC薄膜相接触。注射的PC/ABS流提供压力和热量至层压织物的背面，所述压力和热量足够使织物形成为模腔表面的形状。一旦制品脱模，其鉴定是显而易见的，即织物表面正确定位于所有边缘区域，紧紧且可靠的粘附在PC/ABS热塑性基底上，并且当塑料基底材料注射和填充模具时，其没有被扭曲，起折皱或其他损坏。
相比之下，没有预层压PC薄膜，使用相同织物将导致预切割织物在模制的填充和充满阶段在模具内显著拉伸、起折皱和移位。在冷却和出模的塑料制品中的织物表面具有与所需尺寸显著不同的尺寸，以及与预切割织物尺寸完全不同的尺寸。

Claims (12)

1.制备模制塑料制品的方法，该制品包括具有不连续面或孔隙的基底塑料元件，以及与基底塑料元件上的不连续面或孔隙相对应且对准的织物表面区域，该方法包括如下步骤：(a)将载体层层压至织物背面，(b)切割或成形层压的织物，使其与所需织物表面区域的形状和尺寸基本相一致，并加入与塑料基底元件中的不连续或孔隙相对应的不连续面或孔隙，(c)将来自步骤(b)的成形的层压织物块插入模腔，该模腔具有不连续面和/或孔隙，该不连续面和/或孔隙与型面完全对准，并恰当固定该块，以及(d)在模腔内模制塑料基底元件，以及(e)从模具内移出模制塑料制品。
2.如权利要求1所述的方法，其中使用中间粘合聚合物将载体层层压到织物。
3.如权利要求2所述的方法，其中粘合聚合物是EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)聚合物粘合剂。
4.如权利要求1所述的方法，其中载体层包括聚碳酸酯。
5.如权利要求1所述的方法，其中成形的织物块通过一个或以上的真空孔适当固定于模腔内。
6.如权利要求1所述的方法，其中基底塑料材料是选自如下的热塑性塑料，聚碳酸酯(″PC″)，ABS，聚丙烯(″PP″)，耐冲击聚苯乙烯(″HIPS″)，聚乙烯(″PE″)，聚酯，聚乙酰，热塑性弹性体，热塑性聚氨酯(″TPU″)，尼龙，含离子键的聚合物，聚氯乙烯(″PVC″)，以及包括两种或以上所述热塑性塑料的混合物组成。
7.如权利要求1所述的方法，其中在织物块和塑料材料的载体层之间具有泡沫塑料层。
8.如权利要求1所述的方法，其中织物是合成皮革或绒面革。
9.一种模制品，其根据权利要求1所述方法制成。
10.如权利要求9所述的模制品，其中织物为合成皮革或绒面革。
11.如权利要求9所述的模制品，其中在织物块和塑料材料载体层之间具有泡沫塑料层。
12.如权利要求11所述的模制品，其中泡沫是开放气室式泡沫。
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