CN1951662A - 合成树脂模内膨胀发泡成型方法及模内膨胀发泡成型制品 - Google Patents

Abstract

一种原料珠粒充填方法中使用了新型发泡成形装置，该装置包含成形汽室(13，14)，它们相对于模腔(4)分别独立形成在一套用于模制发泡成形制品的成形模具(2，3)的后侧，因此诸如空气和蒸汽等功能流体可以通过相对于汽室(13，14)独立的第一开口部分(30)而供应到模腔(4)中，该方法包含：在通过第一开口部分(30)而将模腔(4)中压力保持在相对于原料罐中压力的特定负压状态的同时，将原料珠粒供应到模腔(4)中，这样可以防止因省略通气孔而引起的充填密度变化，同时因形成通气孔而引起的各种问题可以基本上得到解决。

Description

合成树脂模内膨胀发泡成型方法及模内膨胀发泡成型制品

本申请是申请日为1999年3月31日、申请号为99804750.3、发明名称为“原料珠粒充填方法、采用了该充填方法的合成树脂模内膨胀发泡成型方法以及通过该成型方法获得的模内膨胀发泡成型制品”的发明专利申请的分案申请。

本发明的技术背景

1.本发明的技术领域

本发明涉及一种用于模内膨胀发泡成型设备的原料珠粒充填方法、采用了上述充填方法的合成树脂模内膨胀发泡成型方法以及因此而获得的模内膨胀发泡成型制品。该设备利用由诸如聚烯烃和聚苯乙烯等热塑性合成树脂制成的原料珠粒模制发泡成型制品。

2.相关技术描述

作为一种利用热塑性合成树脂原料珠粒加工发泡成型制品的模内膨胀发泡成型设备，图11中所示的设备已经商品化了，其中一套模具100和101彼此面对着安置，汽室102和103分别位于模具100和101的后侧，用于将汽室102和103与一个模腔104连通的许多通气孔105和106形成在两个模具100和101中，而功能流体，例如将在后面提及的加热蒸汽，则通过通气孔105和106而供应到模腔104或从中排出。在这种结构中，用于供应加热蒸汽的上功能口107和108分别安置在相应汽室102和103的上部，而用于连接减压泵或排泄管的下功能口109和110分别安置在相应汽室102和103的下部，从而将蒸汽供应到模腔104。

为了精确地成形出开通于模具100和101中的许多通气孔105和106，在各个透气塞固定孔112中分别嵌入了一个相应的透气塞111，每个透气塞均为带有盖子的筒形体，盖子的外径为7～12mm而且其上开有一组形式为大约_0.5mm圆孔形或大约0.5mm宽狭缝形的通气孔105和106，而透气塞固定孔则以20～50mm的间距开通于模具100和101中，如图12和图13所示。

为了利用这种发泡成型设备模制发泡成型体，诸如由聚烯烃和聚苯乙烯等热塑性合成树脂制成的预发泡原料珠粒从一个原料罐(未示出)开始供应并通过充填组件113而充填到模腔104中，然后被加热蒸汽加热以发泡和熔合，之后再被冷却和固化，最后以发泡成型体的形式取出。

广泛采用的原料珠粒充填方法有：1)分裂充填法，2)压力充填法，以及3)压缩充填法，下面首先简要描述以下这些方法。

1)分裂充填法是这样一种原料珠粒充填方法，即利用一个注射器而机械式供应原料珠粒，其中原料罐和模腔均敞开于大气压下，这种方法的缺点是存留在内部的空气易于导致充填不均匀，并加大了充填密度的分散性。

2)压力充填法是这样一种原料珠粒充填方法，即原料罐内部加压至0.2～1.5kg/cm²，并利用压差而将原料珠粒供应和充填到模腔中，模腔通过汽室而敞开于大气压下。在这种情况下，由于利用了从原料罐至模腔的输送气道中的压差，因此充填不均匀性低于上述分裂充填法。

3)压缩充填法是这样一种原料珠粒供应和充填方法，即原料罐内部压力P升高至1.0～5.0kg/cm²，略高于压力充填法，并对一个汽室加压，以使通过通气孔与该汽室连通的模腔具有压力P1，从而改变压差(P-P1)，这样由于原料珠粒处于压缩状态，因此可以获得良好的充填质量。

下面将解释如前所述充入模腔中的原料珠粒的加热、发泡和熔合方法。作为一种原料珠粒加热发泡方法，在日本专利公开文献No.57-174223中有描述并被普遍使用。在这个文献中，包含如图14中所示的各个过程，其中(a)～(d)显示了预热排气过程，以将模具中的空气和原料珠粒间的空气替换为蒸汽，下面将解释每个过程的具体内容。在图14中，黑色的阀符号表示阀是关闭的，而白色的阀符号表示阀是打开的。

(a)是一个排气过程，其中，在原料珠粒充入模腔104中后，蒸汽在一个很短时间内从上功能口107和108供应到汽室102和103中，与此同时，模具中的空气，特别是汽室102和103中的空气将通过抽吸而从下功能口109和110中排出。在这种情况下，汽室102和103中的压力因蒸汽而上升至一个正压，因此蒸汽通过通气孔105和106进入原料珠粒间。

(b)是一个两侧排气过程，其中上功能口107和108关闭，而抽真空和减压操作持续进行以降低模具内的压力，以将原料珠粒间的空间内的空气通过形成在模具两侧的通气孔105和106而被抽吸和排出。

(c)是一个一侧预热过程，其中下功能口109和110关闭而蒸汽在一个很短时间内从一个处于压降状态的汽室103的上功能口108中供应进来，在这种情况下，供应的蒸汽依次通过模具101的通气孔106、模腔104中的原料珠粒之间以及模具100的通气孔105，并流入相反侧的汽室102中，这样可以将所有原料珠粒以及模具100和101预热。

(d)是蒸汽反向流动的另一侧预热过程，其中类似的操作实施于汽室102一侧，以使模腔104中的空气完全排出，与此同时，模具100和101均被预热并尽可能降低局部温差。

(e)是一个熔合加热过程，其中用于熔合加热的蒸汽供应到两个汽室102和103中，以加热模具100和101并通过相应模具100和101中的通气孔105和106而加热原料珠粒，从而实现发泡并将原料珠粒相互熔合在一起以形成发泡成型体。

在上述模制方法中，由于诸如空气和蒸汽等功能流体被供应到模腔中或从模腔排出，因此通气孔是必需的，但成形出通气孔将导致下面的问题。

(1)为了补偿因在模具中开通许多透气塞固定孔而引起的强度下降，有铝合金材料制成的模具的壁厚必须设置得较厚，例如为8～12mm，这样就增大了热容量，从而产生这样的问题，例如加热和冷却中的热效率低，或温度升高和降低时的速度慢，从而使得控制精度下降。

(2)由于在一对模具中要开2000～4000个透气塞固定孔，因此复杂的钻孔操作将增加加工成本，而且由于透气塞是手工安装的，因此这个操作很复杂，从而导致模具表面不可避免地受损，因而需要额外的维修操作。

(3)通气孔可能会被诸如水锈等堵塞，从而导致加热故障、脱模故障和冷却故障，因此必须进行维护操作，如更换透气塞或利用高压净水定期清洁。

(4)透气塞和通气孔会在发泡成型制品的表面上留下痕迹，从而导致发泡成型制品的外观质量下降，而且如果外表面被印刷，则透气塞和通气孔的痕迹将导致印刷质量下降。

(5)模制成型后，将通过向汽室中喷射冷却水而冷却发泡成型制品，此时水分后通过通气孔而渗入模腔中，从而导致发泡成型制品含有6～10％的水分，这就需要一个干燥过程。此外，由于冷却水直接接触发泡成型制品，因此冷却水必须控制在清洁状态以获得清洁的发泡成型制品。

(6)由于原料珠粒是在相同的状态下被汽室供应到模腔中的蒸汽加热而发泡和熔合的，因此这样获得的发泡成型制品(以下称作均一加热发泡成型制品)的表面质量会随着珠粒的熔合率而变化，熔合率低则表面质量也低，而熔合率高则表面质量也高。另一方面，对于均一加热发泡成型制品，珠粒的熔合率设置的越高，则发泡成形制品的诸如机械强度等性能越好，但是，加热、发泡和熔合时间以及冷却时间也越长，从而导致总体模制周期加长而降低了生产率。

出于上述原因，在上面描述的模制成型技术中，发泡成形制品的珠粒熔合率设置为，例如40～80％，从而通过设置足够高的熔合率而提高表面质量以确保外观优美，并且确保机械强度，然而，对于不需要高机械强度的发泡成形制品来说，仍然必须将熔合率设置得足够高以确保外观优美，因此模制成型的周期加长而生产率下降了。这里的熔合率是在发泡成形制品裂开后对横截面上的珠粒的状态进行评估而获得的，具体地讲，是通过测量而获得的断裂珠粒比率，如果珠粒本身并未断裂而是沿着它的表面裂开的，则该珠粒被认作未熔合，而如果珠粒本身断裂了，则该珠粒被认作熔合了。

如前所述，在传统的发泡成型方法中，诸如空气和蒸汽等功能流体通过通气孔而供应到模腔中或从模腔排出，以获得发泡成形制品，而成形出通气孔将引起上述许多问题。

为了完全解决这些问题，本发明人检验了利用无通气孔的模具进行发泡成型的实际方法并作了各种测试。即使模具中没有成形出通气孔，也必须利用气道替换通气孔以将诸如空气和蒸汽等功能流体供应到模腔或从模腔排出，因此存在很多问题，例如，在何处以及如何成形出这些气道以及在什么时间和什么状态下将功能流体供应到这些气道中。

其中一个这样的问题中涉及将原料珠粒充填到模腔中的方法。

当采用上述分裂充填法时，原料珠粒可以被供应到这种程度，即在一套模具中留下一些空白空间而不完全密实，但充填是如此的不均匀乃至无法将该方法实施于实际应用中。

在压力充填法的情况下，可以通过在一组模具中留下一些空白空间而保持模腔向大气压敞开，充填操作可以到达一定程度，但在充填操作后，充入的原料珠粒被压缩到与分裂充填法相同的封闭体积，这样，作为示例，在加工顶部敞开的箱形发泡成形制品时，发泡成形制品底部平面部分与侧壁部分之间的压缩率不同，其中平面部分充填系数大于侧壁部分，这仍会导致充填密度不均匀性。

在压缩充填法的情况下，模腔内部必须保持一个预定压力，该压力为大气压或更高，然而，我们无法比较和检验这种方法，因为没有办法在向不带通气孔的模具中供应原料珠粒的同时又保持增压。

本发明的一个目的是将一种不在模具表面上成形出通气孔的新型发泡成形设备商品化，并且提供一种原料珠粒充填方法，以使原料充填过程中的充填不均匀性最小化，这是不带通气孔的发泡成形设备中需要解决的问题之一，还要提供采用了上述充填方法的合成树脂模内膨胀发泡成型方法，并且提供因此而获得的模内膨胀发泡成型制品。

本发明概述

根据本发明第一个方面的原料珠粒充填方法是一种用于将原料珠粒从原料罐充填到由一套模具构成的模腔中的方法，其中模腔通过一对模具而封闭形成，模具分别在它们的后侧带有汽室，而且模腔与汽室气密性隔离，之后，在保持模腔中压力相对于原料罐中压力为一预定的负压的同时，原料珠粒被供应到模腔中。

在根据第一个方面的充填方法中，汽室与模腔是气密性隔离的，即所使用的发泡成形设备中不带用于将汽室与模腔相连的通气孔，因此，因形成通气孔而产生的上述问题可以基本上得到解决。利用原料罐与模腔之间压差进行的原料珠粒充填可以通过调节原料罐和模腔中的压力而容易地实现。

根据第二个方面的充填方法是这样的，在保持上述原料罐中压力位于一个大气压～5.0kg/cm²的范围内的同时，将原料珠粒供应到模腔中。这种形式是优选的，因为通过将模腔中的珠粒压缩并将体积缩减到最佳外径(体积)，模腔的平面部分、侧面部分乃至狭窄部分的充填密度均可以变得相对均匀。

根据第三个方面的充填方法是这样的，模腔中的压力保持受压状态，即低于原料罐压力减去0.5kg/cm²并且大于或等于大气压。优选设置在这个范围，因为如果压力状态超出了这个范围，则输送气体的流速将变得过大，而原料珠粒可能会堵塞在模腔或充填通道的狭窄部分中。

根据第四个方面的充填方法是这样的，模腔中的压力保持减压状态，即从大气压至大气压减去1.0kg/cm²。在这种情况下，压力只在模腔中降低，从而原料珠粒不需要压缩和减小体积，这一点是优选的，因为容易在充填过程中保持负压状态，因此模腔的平面部分、侧面部分乃至狭窄部分的充填密度均变得相对均匀。

在总体上考虑了上述方案后，优选将模腔中的压力设置在负1.0～5.0kg/cm²的范围内，这是本发明第五个方面。

根据第六个方面的合成树脂模内膨胀发泡成型方法是这样一种合成树脂模内膨胀发泡成型方法，其包含以下步骤：将原料珠粒从原料罐充填到由一对模具封闭形成的发泡成形模腔中，模具分别在它们的后侧带有汽室；加热、发泡和熔合原料珠粒而形成一个发泡成形体；以及将发泡成形体冷却、脱模和从模具中取出，其中包括下面的过程：

a)合模过程，其中模具闭合以形成相对于上述汽室气密性隔离的上述模腔，并形成直接连接着模腔的功能通道。

b)充填过程，其中原料珠粒通过上述的原料珠粒充填方法而从原料罐供应并充填到模腔中，与此同时，加热蒸汽供应到上述汽室中，以将环绕着汽室的全体模具加热到原料珠粒尚不能发泡的温度。

c)内部加热过程，其中温度低于原料珠粒熔合温度的加热蒸汽通过模腔的功能通道而供应到上述模腔中，以加热充入的原料珠粒，与此同时，冷凝水产生在包围着模腔的模具的表面上。

d)熔合加热过程，其中温度为原料珠粒熔合温度或更高的加热蒸汽供应到上述汽室中，以蒸发上述模腔中的冷凝水并使原料珠粒进行发泡和熔合。

根据这种发泡成型方法，正如根据第一个方面的充填方法那样，汽室与模腔是气密性隔离的，即所使用的发泡成形设备中不带用于将汽室与模腔相连的通气孔，蒸汽和空气不是经过通气孔而是经过直接与模腔相连的功能通道而供应到模腔或从中排出的，因此，因形成通气孔而产生的上述问题可以通过设置功能通道而基本上得到解决。

由于原料珠粒是通过根据第一个至第五个方面中任一方面的充填方法而在充填过程中充入的，因此可以通过调节原料罐和模腔中的压力而容易地实现均匀充填。

此外，功能流体可以独立供应到模腔和汽室中，因此可以相对于充填操作独立地向汽室供应加热蒸汽以预热模具。换言之，优选在从合模过程进入充填过程时预热模具，以便为后面的发泡操作作准备，即使是连续进行模制加工的，这是由于距上次加热操作经过了较长时间，温度已经显著降低了。在传统的充填过程中，用于充填原料珠粒的空气是通过汽室而从模腔中排出的，因此不能在充填过程中预热模具。而在本发明中，充填空气的排气通道是相对于汽室独立的，因此模具预热可以通过向模腔供应蒸汽而平行操作，即与充填操作分开。

根据第七个方面的模内膨胀发泡成型方法是这样的，在合模过程中，使用了一个模内膨胀发泡成型设备，其中向着模腔敞开的狭缝形开口和/或在装于至少一个模具上的附件附近向着模腔敞开的开口沿着一对模具的接合处形成，开口的宽度为被充填原料珠粒的外径或者更小，与此同时，布置了用于将开口连接到外部功能管的连接通道。

通过使用这种模内膨胀发泡成型设备，可以完全取消透气塞固定孔，可以通过将模具构造得较薄而降低制造成本，而且诸如蒸汽等功能流体的控制精度可以提高。由于形成透气塞固定孔的操作和安装透气塞的操作减少或消除了，因此模具的生产率可以提高，而且因水锈堵塞通气孔而引起的维护操作可以减少或消除。形成在这些位置上的开口不会降低发泡成形制品的外观优美性，而且诸如蒸汽等功能流体可以均匀地供应到模腔。

根据第八个方面的模内膨胀发泡成型方法是这样的，上述附件是一个原料珠粒充填组件。由于充填组件端面的痕迹总会留在发泡成型制品的表面上，因此开口形成在充填组件附近，从而开口的痕迹不明显并防止发泡成形制品所外观质量下降。

根据第九个方面的模内膨胀发泡成型方法是这样的，在上述充填过程与内部加热过程之间加入一个返回大气压过程，以将上述模腔内侧从受压状态释放到一个大气压状态，或加入一个排出过程，以减小上述模腔内的压力从而排出内部空气。

如果象这样添加了返回大气压过程，则原料珠粒的受压和压缩颗粒将随着压力下降而膨胀并充填共同空间，从而使空隙率从40％下降到5～20％，以减少颗粒间空隙内的可能在随后过程中给熔合带来问题的残余空气，其结果是，发泡成形体内部不均匀性得到改进。如果添加了排气过程，则可以通过主动排出内部空气而降低模腔内的压力，而空隙率和残余空气含量可以降低，其结果是，发泡成形体内部均匀性得到改进，正如返回大气压过程那样。

根据第十个方面的模内膨胀发泡成型方法是这样的，一对汽室和一个模腔的加热状态是以这样的状况控制的，即热塑性合成树脂制原料珠粒通过根据第一个至第五个方面中任一方面的充填方法而充填到模腔中，在任意控制内部熔合率并且保持发泡成形制品的表面质量的前提下，充入模腔中的原料珠粒被加热、发泡和熔合。

根据这种模制成形方法，蒸汽被独立供应到一对汽室和模腔中，而各个空间的加热状态可以独立调节，则充入模腔中并与模具相接触的原料珠粒的表面质量可以通过供应到一对汽室中的蒸汽而独立控制，而原料珠粒的熔合率可以通过利用供应到模腔中的蒸汽加热、发泡和熔合充入模腔的原料珠粒而相对于表面质量独立控制。这就可以在保持发泡成形制品内部熔合率较低的同时减少模制成形的周期时间，并且使加工出的发泡成形制品具有优美的表面，其结果是，可以同时获得生产率和商业价值。

由于汽室与模腔形成于气密性隔离状态中，因此这三个空间的加热状态可以更精确地设置，而因上述提到的形成通气孔而产生的问题可以基本上得到解决。只有当通气孔对功能流体的控制不造成负面影响时，才能成形出与模腔和汽室相连的通气孔。如果通气孔形成在凸模和/或凹模上，通气孔的痕迹将留在发泡成形制品上，因此优选这样形成通气孔，即痕迹出现在发泡成形制品的不突出位置上。

根据第十一个方面的模内膨胀发泡成型方法是这样的，在独立控制一对汽室和模腔的加热状态的前提下，内部熔合率被任意控制并且保持发泡成形制品的表面质量。一对汽室可以一起控制，但优选独立控制各汽室，这是因为在发泡成形制品上的位于位于凸模一侧的表面质量和位于凹模一侧的表面质量可以独立控制。

根据第十二个方面的模内膨胀发泡成型方法是这样的，蒸汽压力和时间作为加热状态被控制。也可以将蒸汽温度作为加热状态而控制，但优选控制蒸汽压力和时间，这是因为可以使用工厂中的传统蒸汽设备，而且用于控制的设备可以以低成本构造。

根据第十三个方面的模内膨胀发泡成型方法是这样的，原料珠粒是聚烯烃合成树脂材料。优选采用聚烯烃合成树脂材料是因为原料珠粒易于充填，即使是在狭窄部位，这是由于原材料自身较软而且具有高透气性，因此比具有相同发泡率的聚苯乙烯合成树脂材料更易于改变颗粒形状。

根据第十四个方面的模内膨胀发泡成型制品是由热塑性合成树脂制成的并具有优美的表面的膨胀发泡成型制品，其表面上没有透气塞和通气孔的痕迹。由于可以在外表面上清楚地印刷，因此优选采用这种具有优美的表面，且表面上没有透气塞和通气孔痕迹的发泡成形制品。这种发泡成形制品可以通过根据第十个至第十三个方面中任一方面的发泡成形方法而容易地加工出来。

根据第十五个方面的模内膨胀发泡成型制品是这样的，内部熔合率低于具有相同表面质量设置并通过在相同状态下加热表面和内部而获得的均一加热发泡成型制品。由于内部熔合率低于具有相同表面质量设置的均一加热发泡成型制品，因此这样的发泡成形制品能够减少成型过程中的加热、发泡和熔合时间以及冷却时间，并且能够通过减少成形周期时间而提高生产率。此外，由于在将内部熔合率设置得较低的同时可以充分保持表面质量，而不会降低商业价值，因此可以同时获得生产率和商业价值。

根据第十六个方面的模内膨胀发泡成型制品是这样的，内部熔合率高于具有相同表面质量设置并通过在相同状态下加热表面和内部而获得的均一加热发泡成型制品，这样发泡成形制品具有更高的机械强度，这适宜用在发泡成形制品表面质量不是主要要求而机械强度是主要要求的情况下。换言之，由于内部熔合率高于具有相同表面质量设置的均一加热发泡成型制品，因此这样的发泡成形制品具有更高的机械强度，而且如果这种发泡成形制品是利用根据第一个方面的模制成形方法加工的，则加热过程中的加热蒸汽压力可以只在由凹模和凸模形成的成形空间内设置得较高，因此同均一加热发泡成型制品的成形相比，蒸汽用量可以减少，而能量可以节约。

附图简述

图1是一种模内膨胀发泡成型设备的总体结构图；

图2是图1中的II-II横截面图；

图3是具有另一种构造的模内膨胀发泡成型设备的总体结构图；

图4是具有另一种构造的模内膨胀发泡成型设备的总体结构图；

图5是图4中的V-V横截面图；

图6是具有另一种构造的模内膨胀发泡成型设备的总体结构图；

图7是具有另一种构造的模内膨胀发泡成型设备的总体结构图；

图8是具有另一种构造的模内膨胀发泡成型设备的总体结构图；

图9是一种模内膨胀发泡成型方法的流程图；

图10是用于显示发泡成形制品表面质量和内部熔合率的视图；以及

图11～14是有关现有技术的视图，其中图11是一种模内膨胀发泡成型设备的总体结构图，图12是一个通气孔附近区域的纵向剖面，图13是通气孔的俯视图，而图14是用于显示一种发泡成形制品模制成形方法的视图。

优选实施例描述

下面将通过参考附图而对本发明的实施例进行描述。

如图1和图2所示，一个模内膨胀发泡成型设备1包含：一个凸模2和一个凹模3，它们彼此面对着构成一套模具；珠粒充填装置，其用于通过气流而将原料珠粒5充入一个由凸模2和凹模3形成的模腔4中；减压装置，其用于降低模腔4内的压力；压缩空气供应装置，其用于将压缩空气供应到模腔4中；蒸汽供应装置，其用于通过蒸汽而加热充入模腔4中的原料珠粒5，并且使原料珠粒发泡和熔合；以及冷却装置，其用于冷却发泡成形制品。

作为原料珠粒5的原材料，可以选择具有这样性能的原材料，例如，适合于被加工发泡成形制品的工作状态等，其中聚苯乙烯合成树脂材料、诸如聚乙烯和聚丙烯等聚烯烃合成树脂材料，以及这些合成树脂材料的共聚物等可以采用。

原料珠粒5的发泡率优选位于3～150倍的范围内，但这取决于原料珠粒5的原材料。具体地讲，对于聚苯乙烯合成树脂材料制原料珠粒，适宜采用3～100倍，更优选3～80倍，而对于聚烯烃合成树脂材料制原料珠粒，适宜采用3～90倍，更优选3～60倍。对于颗粒尺寸，适宜采用1～10mm，更优选2.0～8mm。尤其是聚烯烃合成树脂材料制原料珠粒有利于改进充填性能，因为这种原材料自身较软而且具有高透气性，因此比具有相同发泡率的聚苯乙烯合成树脂材料更易于改变颗粒形状。

凸模2和凹模3分别固定在一个由模架10和背板11构成的外壳12上，一套第一汽室13和第二汽室14分别形成在凸模2和凹模3的后侧。

第一汽室13和第二汽室14分别通过功能阀SV1和SV2以及开关阀SWV1和SWV2而连接着一个蒸汽供应管15和一个空气供应管16，同时，又分别通过排泄阀DV1和DV2以及开关阀SWV3和SWV4而连接着一个排泄管17和一个通向真空泵19的减压管18。在第一和第二汽室13和14中分别装有一个喷嘴组件21，每个喷嘴组件分别具有一组喷嘴20，以将冷却水喷向凸模2和凹模3的后表面，而两个喷嘴组件21分别通过冷却水阀CV1和CV2连接着冷却水供应管22。

在发泡成型设备1中，成形出第一开口30以替代传统的通气孔，还成形出连接通道以将第一开口30分别与外部功能管15～18相连，以便通过操纵功能阀SV3～SV6、排泄阀DV3和DV4以及开关阀SMV1～SMV4而将诸如蒸汽和压缩空气等功能流体从第一开口30供应到模腔4或者从中排出。

用于成形出第一开口30的位置基本上可以分为三类：形成在凸模2与凹模3的接合处或附近；形成在诸如充填组件23和推杆24等附件上的部分附近并暴露于模腔4中；以及上述两类位置的组合。

下面将通过三种实例而解释第一开口30形成在凸模2与凹模3的接合处或附近的形式。

(1)在图1和图2所示的第一种模内膨胀发泡成型设备1中，向着模腔4敞开的狭缝形第一开口30a和30b沿着凸模2与凹模3的接合部分布置，而模具内通道31a和31b以及内管32a和32b被布置成连接通道，以将第一开口30a和30b与外部功能管15～18相连，其中凸模2和凹模3中没有成形出传统的通气孔，从而在合模后使模腔4与两个汽室13和14气密性隔离，而与此同时，通向外部功能管15～18的第一开口30a和30b则形成在凸模2与凹模3之间。最优选通过这种方式使模腔4与两个汽室13和14气密性隔离，但成形出少量的用于将模腔4与汽室13和14相连的传统通气孔也包含在本发明中。

根据上述构造，前面所述的预热和排泄过程以及原料珠粒5的熔合加热过程可以在下面的过程中利用第一开口30a和30b而非传统的通气孔实施。

在预热和排泄过程中，通过第一开口30a或第一开口30b而减压和排气，使模腔4中的压力直接减小，之后，以相同的方式将预热蒸汽直接供应到模腔4，而在熔合加热过程中，处于熔合温度的蒸汽直接从第一开口30a或第一开口30b供应到位于模腔4内的原料珠粒5中。

为了防止第一开口30a或第一开口30b被原料珠粒5阻塞，第一开口30a或第一开口30b在模腔4一侧的宽度必须成形为被充填原料珠粒5的外径或者更小，该外径为_1～10mm，而且为了精美地完成发泡成形制品而不带飞边和毛刺，开口的宽度应尽可能小，但是如果开口宽度过小，功能流体的通过阻力会增大，因此开口的适宜宽度为0.1～0.5mm。

在本发明中，适宜沿着凹入部位的基部而将第一开口30a和30b形成在凸模2与凹模3的接合处。在这种情况下狭缝形第一开口30a和30b将到达发泡成形制品周边的凸出分型线部位，因此即使留下少量的飞边，也不会影响外观。

对于内管32a和32b，适宜采用_4～15mm的铜管。

图1中显示了两组连接通道，即一个由第一开口30a、模具内通道31a和内管32a组成的一个单一的连接通道和另一个由第一开口30b、模具内通道31b和内管32b组成的一个单一的连接通道，但本发明并不局限于这个状况，根据模制发泡成形制品所要获得的形状和尺寸，也可以采用三组或更多组，或者单一的一组。

在形成一组第一开口30，例如一对第一开口30a和30b时，优选将这些开口在模腔4的两个相反端处的相反侧彼此相反着布置在凸模2与凹模3的接合处。第一开口30a和30b的长度没有特别限制，但优选采用上述配置，因为诸如蒸汽等功能流体可以通过模腔4而从一个第一开口供应到另一个第一开口，具体地讲，将充入模腔4中的原料珠粒5之间的空气替换为蒸汽的操作或加热原料珠粒5的操作可以快速地完成。

第一种实例的优点总结如下。

1)由于未在模具2和3中成形出大量的透气塞固定孔，例如传统类型的，因此强度未降低，传统铝合金模具的8～12mm壁厚可以减小到4～8mm壁厚，其结果是，热容量降低了，加热/冷却时的热效率提高了，温度控制精度得到改进，而且材料消耗减少了。

2)由于不需要进行钻透气塞固定孔和安装透气塞的操作，因此加工费用可以显著降低，模具2和3的制造成本可以下降。

3)因堵塞导致的加热故障、脱模故障和冷却故障不会出现，因此诸如更换透气塞或利用高压净水定期清洁等维护操作就完全没必要了。

4)由于透气塞和通气孔的痕迹不会留在发泡成型制品的表面上，因此外观质量提高了，而且与表面印刷和贴标签过程有关的问题被解决了。

5)由于冷却过程使用的冷却水不进入模腔，因此发泡成型制品含有的水分从6～10％下降到0.5～4％，这使得干燥过程不必要了，从而大量减少了周期时间。

6)本发明的最大优点是，可以进行传统模具无法实现的功能操作。为了将作为功能流体的蒸汽作用到原料珠粒5上，传统的方法是，从功能管供应的功能流体作用的汽室中，再经过通气孔而作用在原料珠粒上，而在本发明中，模腔4的功能通道是单独的而与汽室13和14无关，这样，诸如压缩空气、蒸汽、减压空气和冷却水等功能流体将通过第一开口30a和30b而直接作用到模腔4上，因此，功能操作的灵活性提高了。

作为示例，当模腔4中的压力需要降低时，在传统模具中，两个汽室中的压力均会同时降低，但根据本发明，可以只在模腔4中实施压降操作，而模腔的容积仅为汽室容积的1/10。由于反应快于传统类型的，因此操作性能显著提高。

由于汽室13和14构造在与模腔4无关的空间中，而每个空间的加热状态可以独立调节，一组模具2和3的温度可以通过供应到汽室13和14中的蒸汽而彼此独立调节，从而调节发泡成形制品上分别与模具2和3接触的表面的质量，而充入模腔4中的原料珠粒5可以通过供应到模腔4中的蒸汽而加热、发泡和熔合，从而相对于表面质量独立调节原料珠粒5的熔合率。这就可能使制作的发泡成形制品具有优美的外观，同时又保持发泡成形制品的内部熔合率低以减少模制成形的周期时间，其结果是，可以同时获得生产率和商业价值。

(2)在第二种模内膨胀发泡成型设备1A中，作为将狭缝形第一开口30a和30b与外部功能管15～18相连的连接通道，模具内通道33a和33b沿着模具2与3的接合处从模腔4一侧至外侧成形出来，而且模具内空间34a和34b在合模后被模架10环绕着成形出来，如图3所示。由于其它结构与模内膨胀发泡成型设备1中的相同，相同的部分以相同的参考代号表示，而它们的详细描述被略去。

在模内膨胀发泡成型设备1A中，凸模2和凹模3中没有成形出传统的通气孔，从而在合模后使模腔4与汽室13和14均气密性隔离，而第一开口30a和30b以及用于将第一开口30a和30b与外部功能管15～18相连的连接通道，即模具内通道33a和33b和模具内空间34a和34b沿着模具2和3与模架的接合处而从模腔4一侧至外侧成形出来，成形方式不同于第一种模内膨胀发泡成型设备1。

根据图3所示的发泡成型设备1A，可以在模制成形过程中对功能流体进行操作，正如模内膨胀发泡成型设备1那样，因此在这里也可以获得前面所述的所有优点1)～6)，此外，独立内管32a和32b不需要了，而这种内管在制造过程中需要进行接管操作，因此发泡成形设备的制造成本降低了，而且维护操作也不需要了。

(3)在图4和图5所示的第三种模内膨胀发泡成型设备1B中，向着模腔4敞开的第一开口30c和30d邻近于凸模2与凹模3的接合处形成在凸模2中，由通道形成元件38构成的连接空间39a和39b固定在凸模内侧，以便环绕着第一开口30c和30d，而用于将连接空间39a和39b与外部功能管15～18相连的内管40a和40b则构成连接通道，以将第一开口30c和30d与外部功能管15～18相连，这样功能流体可以通过连接空间39a和39b以及内管40a和40b而独立地供应到第一开口30c和30d或从中排出。由于其它结构与模内膨胀发泡成型设备1中的相同，因此相同的部分以相同的参考代号表示，而它们的详细描述被略去。

在模内膨胀发泡成型设备1B中，凸模2和凹模3中没有成形出传统的用于将模腔4与汽室12和13相连的通气孔，而且在合模后使模腔4与汽室13和14均气密性隔离，而第一开口30c和30d以及用于将第一开口30c和30d与外部功能管15～18相连的连接通道，即连接空间39a和39b以及内管40a和40b，则以不同于前面两种情况的方式成形出来。

对于第一开口30c和30d，通孔或狭缝可以直接形成在凸模2上，但在这种情况下，内表面可以会被通过的蒸汽磨损，因此优选在与第一开口30c和30d相对应的位置上成形出透气塞固定孔并装入可拆卸透气塞，正如传统的发泡成形设备那样。

根据图4和图5所示的发泡成型设备1B，可以在模制成形过程中对功能流体进行操作，正如模内膨胀发泡成型设备1那样，因此在这里也可以获得前面所述的优点5)和6)。由于成形出用于将模腔4与连接空间39a和39b相连的透气塞，因此不再具有前面所述的优点1)～4)，但是由于透气塞不是象传统设备中的那样均匀地分布在模具的整个表面上，因此透气塞的数量大大减少了。此外，第一开口30c和30d被蒸汽的磨损可以容易地防止，从而使得结果更具有实际意义。在第三种发泡成型设备1B中，也可以在左右模架10的接合处形成模具内空间，正如第二种发泡成型设备那样，以省略内管32a和32b。

在图4所示情况下，第一开口30c和30d形成在凸模2一侧，但如果发泡成形制品的内表面侧(凸模2一侧)被暴露给外界，则优选在凹模3一侧形成第一开口30c和30d，以提高发泡成形制品的外观优美性。

接下来将解释第一开口30形成在诸如充填组件23和推杆24等附件附近的情况。

当第一开口30形成在附件附近时，如图1、图3和图4所示，大致圆筒形的外部元件41固定在与凹模3上的充填组件23和推杆24相对应的位置上，充填组件23和推杆24插入并安置在外部元件41中，用于独立连接到功能管15～18上的连接通道42和43分别形成在充填组件23、推杆24与外部元件41之间，向着模腔4敞开的第一开口30e和30f分别形成在连接通道42和43的末端，而功能管15～18通过功能阀SV5和SV6连接着连接通道42和43，以供应所需的蒸汽和压缩空气或执行减压操作，正如前面所述的第一开口30a～30d那样。

在这种情况下，仅需布置第一开口30e和30f而不用布置第一开口30a～30d即可实现本发明的目的，但是优选也同时布置第一开口30a～30d。

还优选如图1、图3和图4所示那样在带有前面所述的第一开口30a～30d的同时沿着充填组件23和推杆24的末端附近布置第一开口30e和30f，并且形成独立的通道以将各个第一开口30连接到外部功能管15～18。在这种情况下，用于供应功能流体的第一开口30分布在至少三个位置上，即模腔的两个相反端和模腔4的中部，因此功能流体可以供应所需的量，而且诸如功能流体的供应和停止等控制操作的柔性提高了，其结果是，可以根据发泡成型体的类型和形状而实施最佳功能操作。

在图1、图3和图4所示的情况下，第一开口30e和30f布置在充填组件23和推杆24的末端附近，但本发明并不局限于这种模式，而是还可以利用其它可附着到模具上的附件，如冷却水管截头。只要蒸汽能均匀地供应到模腔内的所有原料珠粒5中即可，不是必须在充填组件23和推杆24外侧形成连接通道42和43，第一开口30e和30f中的一个或两个可以略去，而第一开口30e和30f是根据，例如，被模制的发泡成形制品的形状等而适宜地形成的。第一开口30a～30d可以成形为专用开口，以排出从第一开口30e和30f向模腔4供应的蒸汽。在图1、图3和图4中，充填组件23和推杆24形成在凹模3一侧，但如果发泡成形制品的外表面侧(凹模3一侧)将暴露给外界，则优选将充填组件23和推杆24形成在凸模2一侧，以提高发泡成形制品的外观优美性。

除了上述第一开口30，还优选在在模具2和3的一些部位上形成第二开口50，这些部位即功能流体在模腔4内的流动不均匀处，而且还装有用于将第二开口50与外部功能管15～18相连的连接通道，以供应或排出功能流体。

功能流体的流动不均匀部位有，例如，当有凹入区域51和52形成在模具2和3中时凹入区域51和52的内部，如图6～8所示，以及模具2和3的中央部位，如图8所示，当然也可以是其它部位。

第二开口50可以是与传统透气塞相似的小孔状，或者是具有一定长度的狭缝形，但在任何情况下，开口在模腔4中的宽度必须为被充填的原料珠粒5的外径尺寸或者更小，以使开口不被原料珠粒5堵塞。

(1)当第二开口50形成在凹入部位51和52中时，将形成向着凹入部位51和52内部敞开的第二开口50a和50b，如图6中的模内膨胀发泡成型设备1C所示，其中第二开口50a通过内管53连接着内管32a，而第二开口50b则连接着独立内管54并通过功能阀SV7而连接着功能管15～18。第二开口50a和50b可以通过内管32a和32b而连接着功能管15～18，或者也可以直接连接到功能管15～18。

由于与功能管15～18独立相连的第二开口50a和50b形成在凹入部位51和52内部，即功能流体的流动不均匀处，因此功能操作，例如蒸汽供应、压缩空气供应、因模腔4抽真空或模腔4压力调节而进行的抽气以及从模腔4中排泄或排放功能流体等，可以根据需要而通过第二开口50a和50b独立实施，正如上述第一开口30a和30b那样，从而解决了功能流体的不均匀性。

根据模内膨胀发泡成型设备1C，如图中清楚显示，可以利用第一开口30a和30b以及第二开口50a和50b而非传统的透气塞实现下面的操作，即在发泡成形方法中，当上述预发泡原料珠粒5充入模腔4中后，将减压和抽气，珠粒被加热蒸汽加热、发泡和熔合，再被冷却和固化，并被取出而成为由预定可发泡合成树脂材料制成的发泡成型体。

例如，在减压抽气时，在通过一个或两个第一开口30a和30b排气而使模腔4中的压力直接降低后，用于预热的蒸汽以相同方式直接供应，与此同时，如需要，可以通过第二开口50a和50b而解决功能流体不均匀性。

为了加热和熔合，位于熔合温度的蒸汽可以以相同的方式通过一个或两个第一开口30a和30b供应到模腔4内的原料珠粒5中，而蒸汽可以通过第二开口50a和50b而以相同的方式供应到凹入区域51和52，以加热仅仅通过来自第一开口30a和30b的蒸汽难以到达的部位。在这种情况下，不用说，如需要，所有模具2和3均可以被汽室13和14供应的蒸汽从后表面进行加热。

当第二开口50a和50b形成在图3所示的发泡成型设备1A中时，用于将第二开口50a和50b与模具内空间34a相连的内管55可以如图7所示的模内膨胀发泡成型设备1D中的那样布置。在这种情况下，至少一个内管55可以通过这里未示出的功能阀而独立连接到功能管15～18。

根据本实施例，除了上述优点，模制成形时间还可以缩减，这是由于在模具加热和冷却时，作为热容量相对较大的模具2和3中的一部分的模具内通道33a和33b以及模具内空间34a和34b的边缘区域可以高效地加热或冷却。

(2)为了防止功能流体在模具2和3中部的不均匀流动，第二开口50c形成在流动变得不均匀处，以便通过内管56而连接到模具内空间，或连接到内管32a和32b，或通过功能阀而连接到功能管15～18，如图8中的模内膨胀发泡成型设备1E所示。

当用于供应或排出功能流体的开口30和50之间的间隔达到100mm或以上时，易于出现功能流体的不均匀流动，因此，如果一对第一开口30a和30b布置在周边区域的相反位置上而叠加着模腔4，而且第一开口30a和30b之间的间隔达到了100mm或以上，如图2所示，则可以在第一开口30a和30b的中间位置上形成第二开口50c，如图8所示。还优选形成第二开口50，以使第一开口与第二开口50之间以及各第二开口50之间的距离为100mm或以下。

根据模内膨胀发泡成型设备1E，其中一对第一开口30a和30b彼此对置着形成并叠加着模腔4，可以进行将诸如蒸汽等功能流体从一个第一开口经过模腔而供应到另一个第一开口的功能操作，具体地讲，将充入模腔4中的原料珠粒5之间的空气替换为蒸汽的操作或加热原料珠粒5的操作可以快速地完成。

此外，所需数量的第二开口50形成在最大100mm的间距上，这有助于使功能流体光滑流动，以防止模腔4中产生功能流体的不均匀流动和不均匀速度。其结果是，即使模腔中央平面部分的形状具有较高的长度/厚度比，例如20或以上，中央平面部分的密度不均匀性和发泡不均匀性也可以得到控制。

下面将解释如图9所示的一种利用上述发泡成形设备1模内膨胀发泡成型出发泡成形制品的方法。在下面的叙述中，除非特别指出，否则原料珠粒为聚苯乙烯制的，但在采用聚烯烃合成树脂材料制原料珠粒时，本发明也同样适用。对于发泡成形设备1A～1E，模制成形方法基本上相同，因此只描述它们与发泡成形设备1的使用不同的地方。

图9显示了本发明的发泡成形方法，其可以与左侧的传统方法进行比较。本发明的发泡成形方法是以下面的流程进行的：1)合模，2)充填，3)内部加热，4)熔合加热，5)冷却，6)开模和脱模，以及7)后处理，如印刷。

下面将解释每个过程中的内容。

(1)合模过程

凸模2和凹模3闭合。这样可以在凸模2和凹模3之间形成模腔4，该模腔与汽室13和14气密性隔离，而第一开口30连接着功能管15～18。在发泡成形设备1中，狭缝形第一开口30a和30b沿着凸模2与凹模3的接合部分布置，而第一开口30a和30b通过连接通道，即模具内通道31a和31b以及内管32a和32b而与外部功能管15～18相连。

(2)充填过程

在充填过程中，模腔4中的压力相对于未示出的原料罐中的压力保持在负压状态，这样，通过因一部分或全部第一开口30而导致的原料罐与模腔4之间的压差，可以将原料罐中的原料珠粒从充填组件23供应到模腔4中。

具体地讲，原料珠粒以这样的方式供应到模腔中，即原料罐中的压力保持在预定压力，即大气压或更高，优选位于一个大气压～5.0kg/cm²的范围内，更优选位于0.1～5.0kg/cm²的范围内，并保持模腔4中的压力处于大气压或以上并低于原料罐压力减去0.5kg/cm²。

将原料罐中的压力保持在一个大气压～5.0kg/cm²的预定压力范围内，更优选在0.1～5.0kg/cm²的范围内的原因是，在这个范围内，位于模腔中的珠粒受压而体积减小到最佳直径(体积)，而且模腔的平面部分、侧面部分乃至狭窄部分的充填密度均相对均匀，这一点是希望有的。

使模腔4中的压力低于原料罐压力0.5kg/cm²以产生压差并保持模腔中的压力为大气压或以上的原因是，如果压力状态超出了这个范围，则输送气流流速将变得过大，而原料珠粒可能会堵塞在模腔4或充填通道的狭窄部分中，这一点是不希望有的。

原料罐中的压力可以根据模腔4中的压力而设置。具体地讲，模腔4中的压力设置在一个预定压力，即大气压或更高，更优选0.1～5.0kg/cm²，而原料罐中的压力则为模腔内压力加上0.5kg/cm²，以便利用压差而充填原料珠粒。

另一种优选的充填方法是以这样的方式将原料珠粒供应到模腔4中，即模腔4中的压力保持在相对于大气压的负压状态，即大气压至大气压减去1.0kg/cm²的范围内，同时保持原料罐中的压力在大气压～5.0kg/cm²的范围内。

将模腔4中压力保持在大气压至负1.0kg/cm²的范围内，同时保持原料罐中的压力在大气压～5.0kg/cm²的范围内的优点是，在充填不需要压缩和体积缩减的原料珠粒时，易于保持负压状态。由于只有模腔4中的压力降低了，因此模腔的平面部分、侧面部分乃至狭窄部分的充填密度均相对均匀，这一点是希望有的。

这种充填方法还具有下列附加优点。

1)在充填中，所供应的原料珠粒从位于模腔4中心附近的充填组件23流向布置在模腔4侧边缘上的第一开口30a和30b，因此模腔中不会出现较大的充填不均匀性，而制品的质量可以保持稳定。

2)由于原料珠粒是在压缩状态下被充填的，因此原料珠粒的颗粒间空隙可以减小，而在接下来的加热发泡过程中以蒸汽替换空气的操作就变得简单了。

3)在充填过程的压力调节操作中，目标限定为模腔4，不必象传统压力调节方法那样需要调节包括两侧汽室13和14在内的很大容积，而是只需调节1/20或更少的空间，因此使加压和减压设备负载显著缩小，以使这些设备更精简。

这种充填方法的特征是，模腔4可以相对于汽室13和14独立充填，这使得可以通过向汽室13和14中供应蒸汽而将模具2和3加热到不使原料珠粒熔合的温度，同时保持向模腔4充填原料珠粒。在这种情况下，使用压力为0.2kg/cm²的饱和蒸汽(极限温度：104℃)使用大约5秒种。

当发泡成形设备从合模过程进入充填过程时，由于距上次加热操作经过了一段时间，温度已经显著降低，因此优选预热模具以便为随后过程中的发泡操作作准备，即使是连续进行模制加工，而在传统的充填过程中，用于充填原料珠粒的空气是通过汽室而从模腔中排出的，因此不能在充填过程中预热模具。而在本发明中，充填空气的排气通道是相对于汽室13和14独立的，因此预热可以平行操作，即与充填操作分开。

这个充填过程将在大约5秒种内完成，而且在这个阶段，足以将模具2和3的温度升高到97～100℃。由于此处的预热目标是，作为发泡或熔合操作的前奏，尽可能使模具的每个部位均达到一个均匀的温度，重要的一点是不能使温度升高到原料珠粒发泡和熔合的级别。

在发泡成形设备1C～1E的情况下，第二开口的压力被调节到一个相对于原料罐的预定负压，从而与上面提到的通过第一开口30调节模腔4内压力的操作联动，或者位于通过第一开口30调节模腔4内压力之前，以调节原料珠粒在原料珠粒易受扰部位的流动，并且解决充填不均匀问题。

(2a)返回大气压过程或排气过程

由于模腔4中的原料珠粒是以受压和压缩状态充入的，而且通过上述充填过程而使空隙率下降到大约40％，因此本发明在此并不真的需要返回大气压过程或传统排气过程，但在需要时可以采用这个过程。

这里的返回大气压过程即用于将在充填过程中处于受压状态的模腔4释放到大气压的过程，在这个操作中，原料珠粒的受压和压缩颗粒将随着压力下降而膨胀，以充填颗粒之间的空间，从而使空隙率从40％下降到5～20％，以减少颗粒间的可能在随后过程中给熔合带来问题的残余空气，并且改进发泡成形体内部不均匀性。

这里的排气过程是为了通过降低模腔4内的压力而主动地排出内部空气，以减少空隙率和残余空气含量，但这个排气操作通常是不必要的，因为空隙率和残余空气含量已经通过返回大气压过程而下降到一个相当低的级别，或者本发明的模腔4不与大容积的汽室13或汽室14相连而且空气可以容易地在下面所述内部加热过程之前排出。

(3)内部加热过程

当原料珠粒在充填过程中完成了充填和预热后，可以进行下一个过程，即内部加热过程。在这个过程中，将通过连接通道而向模腔4中供应加热蒸汽，该蒸汽的温度低于原料珠粒的熔合温度，从而将充入的原料珠粒加热到刚好低于熔合温度的温度，蒸汽可以，例如，从第一开口30a供应而从第一开口30b释放，并且会在模具2和3上的包围着模腔4的表面上产生冷凝水。

在这个过程中预先提高原料珠粒温度是必要的，但重要的一点是，不能供应温度高于熔合温度的蒸汽，这是因为如果原料珠粒在这个阶段出现熔合，即使是局部的，也会导致后面的过程中妨碍均匀加热。此外，在这个阶段，所供应的蒸汽会接触作为模腔4外壁的模具2和3，并且会被降温而在模具的表面上产生一些冷凝水，因此重要的一点是，所供应蒸汽的温度会被模具2和3降低几度。在这种情况下，有效采用104～109℃的蒸汽(蒸汽压力：0.2～0.4kg/cm²)，而这个过程所需的时间为大约2～5秒种。

(4)熔合加热过程

当上述准备工作完成后，温度为原料珠粒熔合温度或更高的加热蒸汽突然供应到汽室13和14中，以将热量传递到模腔4中，上述冷凝水会在高温作用下蒸发为蒸汽并立即渗透到原料珠粒的颗粒中，以进行原料珠粒的发泡和熔合。在这种情况下，加热蒸汽的适宜温度为109～120℃(蒸汽压力：0.4～1.0kg/cm²)。

在这个过程中，采用了蒸发模腔4中的冷凝水成为高温蒸汽的加热方法，这是因为利用易于渗入原料珠粒的蒸汽可以促进原料珠粒的熔合，同时又能防止不均匀熔合。

为实现熔合加热目的所需的时间很短，大约为15秒种。虽然本发明是间接加热式的，但熔合加热所需的时间与传统方法的12秒种差别不大，这是因为可以在充入过程中预热，原料珠粒中的空隙率可以降低，而冷凝水被用于内部加热过程中。

(5)冷却过程

为了冷却和固化熔合了的发泡成形体，采用了一种与传统方法类似的方法。当布置在汽室中的冷却水管中喷射出的冷却水将发泡成形体冷却到一定程度后，将通过降低内部压力而蒸发水分，以消耗潜热，其结果是，内部温度可以有效地降低。具体地讲，冷却水阀CV1和CV2打开，冷却水从喷嘴24喷向凸模2和凹模3，从而通过凸模2和凹模3而冷却模腔4中的发泡成形制品。

这个冷却过程需要的时间是大约50秒种，而在传统方法中需要大约100秒种。这是因为加热温度本身可以保持较低，而且模腔是密封的，而模具的温度可以通过冷却水而有效地降低。

(6)开模和脱模过程

当发泡成型体固化且温度下降到可以保持预定形状的温度时，通过将凸模2沿着图1中的向右方向移动，可以打开模具2和3，而发泡成形体可以，例如，被装于凹模3左侧的推杆沿着向右的方向推出，以取出发泡成形体。在这种情况下，如果从形成在充填组件23和推杆24附近的第一开口30e和30f供应压缩空气，则发泡成形体更容易脱出。

(7)后处理过程

在脱模后，可以根据要求而进行后处理过程，例如印刷过程、打标过程或包装过程，在本发明的情况下，传统方法中必须有的干燥过程可以省略，这是因为在冷却过程中喷射的冷却水不会进入模腔，发泡成形体中的含水率为4％或更少，而传统方法中为6～10％。在这个方面，本发明也能够显著提高生产率。

下面将解释另一个实施例，其中上述模内膨胀发泡成型方法的过程被局部改变。

在上述发泡成形方法中，在内部加热过程中冷凝水产生于模腔4中，在熔合加热过程中加热蒸汽供应到汽室13和14中以直接加热模腔内侧，以将模腔4中的冷凝水蒸发为高温蒸汽，从而利用这种高温蒸汽而加热、发泡和熔合原料珠粒，但是也可以不采用这种内部加热过程和熔合加热过程，而是采用下面的熔合加热过程，即加热蒸汽通过第一开口30和第二开口50而直接供应到模腔4，以加热、发泡和熔合原料珠粒。对于其它与前面实施例中相同的过程，就不再叙述了。

首先，在排泄阀DV1和DV2打开的状态下，功能阀SV1和SV2打开，蒸汽供应到汽室13和14中，以将汽室13和14中的空气替换为蒸汽。这个过程可以在充填过程中完成。

之后，排泄阀DV1和DV2关闭，与此同时，通过控制功能阀SV1和SV2而将蒸汽在一个预定加热时间内供应到汽室13和14中，以使汽室13和14内部达到预定蒸汽压力，其中凸模2和凹模3被加热，而与凸模2和凹模3相接触的原料珠粒5发泡和熔合以成形出发泡成形制品的表面部分。

一个加热充入模腔4中的原料珠粒的过程是平行进行的，这个过程大体上分为三步。

在第一步，排泄阀DV4打开而排泄阀DV3关闭，功能阀SV3、SV5和SV6打开而功能阀SV4关闭，从而将蒸汽供应到模腔4中，以将原料珠粒间的空气替换为蒸汽。

在第二步，排泄阀DV4关闭而排泄阀DV3打开，功能阀SV3关闭而功能阀SV4、SV5和SV6打开，即与第一步中相反，从而将蒸汽供应到模腔4中，以将原料珠粒间的空气替换为蒸汽。然而，这个第二步可以略去。

在第三步，排泄阀DV3和DV4关闭，通过控制功能阀SV3～SV6而将蒸汽在一个预定加热时间内供应到模腔4中，以使模腔4内部达到预定蒸汽压力，从而将原料珠粒加热、发泡和熔合，以成形发泡成形制品内部。

由于发泡成形制品的表面部分和发泡成形制品内部可以分别被供应到汽室13和14中的蒸汽以及供应到模腔4中的蒸汽单独加热，因此可以独立调节发泡成形制品的表面质量和发泡成形制品的内部熔合率。

根据这种形式的熔合加热过程，发泡成形制品的表面部分加热和内部加热可以独立完成，因此，作为示例，对于机械强度不是主要要求的发泡成形制品，可以通过保持发泡成形制品的内部熔合率较低，同时又保持足够的表面质量，以缩减模制成形的周期时间，其结果是，可以同时获得生产率和商业价值。

通过这种方式成形出的发泡成形制品是具有优美表面质量的发泡成形制品，外表面上没有透气塞和通气孔的痕迹。在这种发泡成形制品中，表面质量可以设置得与基于传统模制成形工艺的均一加热发泡成型制品相同，而内部熔合率可以设置得高于或低于具有上述表面质量的均一加热发泡成型制品。换言之，在传统模制成形方法中，在原料珠粒的加热、发泡和熔合过程中原料珠粒的表面和内部是在相同状态下被加热的，如果发泡成形制品的内部熔合率设置得较低，则发泡成形制品内部的珠粒5A的边界上会形成间隙6，而发泡成形制品的表面部分上会形成凹坑7，如图10(a)所示，而在根据本发明的模制成形方法中，表面和内部可以单独加热，只有内部熔合率可以设置得较低，因此可以获得具有光滑表面的优美发泡成形制品，位于发泡成形制品表面上的珠粒5B的边界上几乎没有凹坑7，尽管发泡成形制品内部的珠粒5A的边界上仍会形成间隙6，如图10(b)所示。将内部熔合率设置得较低适于应用在表面质量要求高而机械强度不是主要要求的发泡成形制品，例如混凝土表面的装饰模板，或容器盖子和绝热材料等，而将内部熔合率设置得较高适于应用在表面质量不是主要要求而机械强度是主要要求的发泡成形制品或是需要承受反复使用的发泡成形制品，例如用作汽车中的各种零件和可回收容器等的发泡成形制品。本发明更有效适用于具有复杂形状的大型发泡成形制品，而不是具有简单形状的小型发泡成形制品，如盒装方便面容器。本发明特别适用于同时具有厚壁和薄壁部位的发泡成形制品。

下面将解释包括根据上述另一个实施例的熔合加热过程在内的发泡成形方法的评估测试，以及由此制成的发泡成形制品的质量评估测试。

我们在表1所示加热状态下模制成形了聚丙烯原料珠粒，并测量了发泡成形制品的表面质量和内部熔合率。

这里，表面质量根据如图10(a)所示的凹坑7出现的频率而被评估为五个等级，其中凹坑7的出现频率越低评估值越高，意味着表示表面质量越好。熔合率是基于发泡成形制品裂开后横截面上的珠粒状态而评估的，具体地讲，就是通过测量而确定的断裂珠粒比率，如果珠粒本身并未断裂而是沿着它的表面裂开的，则该珠粒被认作未熔合，而如果珠粒本身断裂了，则该珠粒被认作熔合了。

表1

加热状态kg/cm2

发泡成形制品质量

成形周期

功能汽室13、14	模腔4	表面质量	熔合率％	秒	案例
						3.0	2.5	2	10	130	A
3.0	2	50	210	B
					3.5		2	80	240	C
3.5	2.5	3	10	150							D
					3.0	3	50	220	E
	3.5	3	80	250						F
					4.0	2.5	4	10	170		G
3.0	4	50	230	H
						3.5	4	80	260	I

如结果所示，通过来自第一开口30a和30b的蒸汽而控制汽室13和14的加热状态和模腔4的加热状态，可以独立控制发泡成形制品的表面质量和内部熔合率。根据传统模制成形方法，只能加工出对应于表1中案例B和F的质量发泡成形制品，但根据本发明，可以加工出对应于案例A～I的具有各种表面质量与熔合率组合状态的发泡成形制品，因而模制成形的灵活性可以显著扩展。

例如，可以加工出如案例D和G所示的具有良好表面质量和较低内部熔合率的发泡成形制品。在这种发泡成形制品中，由于内部熔合率较低，因此机械强度较低，但加热、发泡和熔合时间以及冷却时间可以减少，而且在保持良好表面质量的同时可以提高生产率，因此这些发泡成形制品适宜用作机械强度不是主要要求的发泡成形制品，例如混凝土表面的装饰模板，或容器盖子和绝热材料等。在利用传统成形方法加工这样一个发泡成形制品时，加工周期必须为250秒或更多，如案例F所示，而如果制品的表面质量被评估为3或更高即可以认为是无缺陷的，则根据本发明，这样的制品可以在150秒、220秒、170秒和230秒的加工周期内制造出来，如案例D、E、G和H所示，因此生产率可以提高。此外，由于不必加热到超出要求的地步，因此能耗可以减少。

另外，可以加工出内部熔合率设置得较高而表面质量设置得低一些的发泡成形制品，如案例C所示。在这种发泡成形制品中，由于内部熔合率较高，因此机械强度较高，但发泡和熔合时间以及冷却时间可以减少，第一开口30a和30b中的蒸汽压力可以设置得较低，生产率可以提高而能量可以节约，同时又充分提高了机械强度，因此这些发泡成形制品适宜用作表面质量不是主要要求而机械强度是主要要求的发泡成形制品，例如用作汽车中的各种零件和可回收容器等的发泡成形制品。在利用传统成形方法加工这样一个发泡成形制品时，加工周期必须为250秒或更多，如案例F所示，而如果制品的熔合率为80即认为是无缺陷的，则根据本发明，这样的制品可以在240秒的加工周期内制造出来，如案例C所示，因此生产率可以提高。此外，可以通过降低汽室13和14中的蒸汽压力而减少能耗，这是因为对于案例F，汽室13和14中的蒸汽压力可以设置为3.5kg/cm²，而对于案例C，可以设置为3.0kg/cm²。

在根据本发明第一个方面的原料珠粒充填方法中，汽室与模腔是气密性隔离的，即所使用的发泡成形设备中不带用于将汽室与模腔相连的通气孔，因此，因形成通气孔而产生的问题可以基本上得到解决。利用原料罐与模腔之间压差进行的原料珠粒充填可以通过调节原料罐和模腔中的压力而容易地实现。

如果在保持原料罐中压力位于一个大气压～5.0kg/cm²的范围内的同时将原料珠粒供应到模腔中，如第二个方面所述，则通过将模腔中的珠粒压缩并将体积缩减到最佳外径(体积)，模腔的平面部分、侧面部分乃至狭窄部分的充填密度均可以变得相对均匀。

如果模腔中的压力保持受压状态，即处于大气压或以上并低于原料罐压力减去0.5kg/cm²，如第三个方面所述，则可以通过将输送气流的流速调节到最佳而将原料珠粒均匀充入模腔或充填通道的狭窄部分中，这一点是希望有的。

如果模腔中的压力保持减压状态，即从大气压至大气压减去1.0kg/cm²，如第四个方面所述，压力在模腔中降低只适用于不需要压缩和体积缩减的原料珠粒，从而容易在充填过程中保持负压状态，因此模腔的平面部分、侧面部分乃至狭窄部分的充填密度均变得相对均匀，这一点是希望有的。

在根据第六个方面的合成树脂模内膨胀发泡成型方法中，正如根据第一个方面的充填方法那样，汽室与模腔是气密性隔离的，即所使用的发泡成形设备中不带用于将汽室与模腔相连的通气孔，蒸汽和空气不是经过通气孔而是经过直接与模腔相连的功能通道而供应到模腔或从中排出的，因此，因形成通气孔而产生的上述问题可以基本上得到解决。

由于原料珠粒是通过根据第一个至第五个方面中任一方面的充填方法而在充填过程中充入的，因此可以通过调节原料罐和模腔中的压力而容易地实现均匀充填。

此外，功能流体可以独立供应到模腔和汽室中，因此可以相对于充填操作独立地向汽室供应加热蒸汽而预热模具，这一点是希望有的。

在上述合成树脂模内膨胀发泡成型方法中，可以完全取消透气塞固定孔，因此可以通过将模具构造得较薄而降低制造成本，而且诸如蒸汽等功能流体的控制精度可以提高。由于形成透气塞固定孔的操作和安装透气塞的操作减少或消除了，因此模具的生产率可以提高，而且因水锈堵塞通气孔而引起的维护操作可以减少或消除。形成在这些位置上的开口不会降低发泡成形制品的外观优美性，而且诸如蒸汽等功能流体可以均匀地供应到模腔，这一点是希望有的。

如果附件是原料珠粒充填组件，如第八个方面所述，则由于开口的痕迹并不突出，因此可以防止发泡成形制品所外观质量下降。

如果在充填过程与内部加热过程之间加入一个返回大气压过程，以将模腔内侧从受压状态释放到一个大气压状态，或加入一个排出过程，以减小模腔内的压力从而排出内部空气，如第九个方面所述，可能在随后的熔合过程中构成问题的颗粒间残余空气成分减少了，而且发泡成形制品的内部均匀性得到了改进。

在根据第十个方面的合成树脂模内膨胀发泡成型方法中，蒸汽可以独立供应到一对汽室和模腔中，而各个空间的加热条件可以独立调节，这就可以在保持发泡成形制品内部熔合率较低的同时减少模制成形的周期时间，并且使加工出的发泡成形制品具有优美的表面，其结果是，可以同时获得生产率和商业价值。

由于汽室与模腔形成于气密性隔离状态中，因此这三个空间的加热状态可以更精确地设置，而因形成通气孔而产生的问题可以基本上得到解决。

如果在独立控制一对汽室和一个模腔的加热状态的前提下，内部熔合率被任意控制并且保持发泡成形制品的表面质量，如第十一个方面所述，则发泡成形制品上与一套模具相接触的一个表面的表面质量与另一个表面的表面质量可以独立控制，这一点是希望有的。

如果蒸汽压力和时间作为加热条件被控制，如第十二个方面所述，则可以使用工厂中的传统蒸汽设备，而且用于控制的设备可以以低成本构造，这一点是希望有的。

如果原料珠粒是聚烯烃合成树脂材料，如第十三个方面所述，由于这种材料自身较软而且具有高透气性，从而比具有相同发泡率的聚苯乙烯合成树脂材料更易于改变颗粒形状，因此充填特性可以得到改善。

在根据第十四个方面的模内膨胀发泡成型制品中，发泡成形制品具有优美的表面，表面上没有透气塞和通气孔的痕迹，因此可以在外表面上清楚地印刷，这一点是希望有的。这种发泡成形制品可以通过根据第十个至第十三个方面中任一方面的发泡成形方法而容易地加工出来。

如果内部熔合率低于具有相同表面质量设置的均一加热发泡成型制品，如第十五个方面所述，则加热、发泡和熔合时间以及冷却时间可以减少，从而可以通过减少周期时间而提高生产率。此外，由于在将内部熔合率设置得较低的同时可以充分保持表面质量，而不会降低商业价值，因此可以同时获得生产率和商业价值。

如果内部熔合率高于具有相同表面质量设置的均一加热发泡成型制品，如第十六个方面所述，则发泡成形制品的机械强度变得更高，这适宜用在只要求机械强度而发泡成形制品表面质量没有要求的情况下。由于内部熔合率高于具有相同表面质量设置的均一加热发泡成型制品，因此这种发泡成形制品具有更高的机械强度，而且如果这种发泡成形制品是利用根据第十个方面的模制成形方法加工的，则加热过程中的蒸汽压力可以只在模腔内设置得较高，因此同均一加热发泡成型制品的成形相比，蒸汽用量可以减少，而能量可以节约。

Claims (11)

1.一种合成树脂模内膨胀发泡成型方法，其包含以下步骤：将原料珠粒充填到由一对模具封闭形成的发泡成形模腔中，所述模具分别在它们的后侧带有汽室；加热、发泡和熔合原料珠粒而形成一个发泡成形体；以及将发泡成形体冷却、脱模和从模具中取出，其中包括下面的过程：

a)合模过程，其中模具闭合以形成相对于上述汽室气密性隔离的上述模腔，并形成直接连接着模腔的功能通道；

b)充填过程，其中原料珠粒通过这样一种原料珠粒充填方法而从原料罐供应并充填到模腔中，所述原料珠粒充填方法是一种用于将原料珠粒从原料罐充填到由一套模具构成的模腔中的方法，其中模腔通过一对模具而封闭形成，模具分别在它们的后侧带有汽室，而且模腔与上述汽室气密性隔离，之后，在保持上述模腔中压力相对于原料罐中压力为预定的负压状态的同时，原料珠粒被供应到上述模腔中；与此同时，加热蒸汽供应到上述汽室中，以将环绕着汽室的整个模具加热到原料珠粒尚不能发泡的温度；

c)内部加热过程，其中温度低于原料珠粒熔合温度的加热蒸汽通过模腔的功能通道而供应到上述模腔中，以加热充入的原料珠粒，与此同时，冷凝水产生在模具的包围着模腔的表面上；以及

d)熔合加热过程，其中温度为原料珠粒熔合温度或更高的加热蒸汽供应到上述汽室中，以蒸发上述模腔中的冷凝水并使原料珠粒进行发泡和熔合。

2.根据权利要求1所述的合成树脂模内膨胀发泡成型方法，其特征在于，在上述合模过程中，使用了一个模内膨胀发泡成型设备，其中向着模腔敞开的狭缝形开口和/或在装于至少一个模具上的附件附近向着模腔敞开的开口沿着上述一对模具的接合处形成，开口的宽度为被充填原料珠粒的外径或者更小，与此同时，布置了用于将开口连接到外部功能管的连接通道。

3.根据权利要求2所述的合成树脂模内膨胀发泡成型方法，其特征在于，上述附件是一个原料珠粒充填组件。

4.根据权利要求1～3中任一所述的合成树脂模内膨胀发泡成型方法，其特征在于，在上述充填过程与内部加热过程之间加入一个返回大气压过程，以将上述模腔内侧从受压状态释放到一个大气压状态，或加入一个排出过程，以减小上述模腔内的压力从而排出内部空气。

5.一种合成树脂模内膨胀发泡成型方法，其中一对汽室和一个模腔的加热状态是以这样的状况控制的，即热塑性合成树脂制原料珠粒通过这样一种充填方法而充填到模腔中，所述充填方法是一种用于将原料珠粒从原料罐充填到由一套模具构成的模腔中的方法，其中模腔通过一对模具而封闭形成，模具分别在它们的后侧带有汽室，而且模腔与上述汽室气密性隔离，之后，在保持上述模腔中压力相对于原料罐中压力为预定的负压状态的同时，原料珠粒被供应到上述模腔中；

而且，充入模腔中的原料珠粒被加热、发泡和熔合，同时可以任意控制内部熔合率并且保持发泡成形制品的表面质量。

6.根据权利要求5所述的合成树脂模内膨胀发泡成型方法，其特征在于，在独立控制一对汽室和模腔的加热状态的前提下，内部熔合率被任意控制并且保持发泡成形制品的表面质量。

7.根据权利要求5或6所述的合成树脂模内膨胀发泡成型方法，其特征在于，蒸汽压力和时间作为加热条件被控制。

8.根据权利要求1～7中任一所述的合成树脂模内膨胀发泡成型方法，其特征在于，原料珠粒是聚烯烃合成树脂材料。

9.一种模内膨胀发泡成型制品，其由热塑性合成树脂制成并具有优美的表面，表面上没有透气塞和通气孔的痕迹。

10.根据权利要求9所述的模内膨胀发泡成型制品，其特征在于，内部熔合率低于具有相同表面质量设置并通过在相同状态下加热表面和内部而获得的均一加热发泡成型制品。

11.根据权利要求9所述的模内膨胀发泡成型制品，其特征在于，内部熔合率高于具有相同表面质量设置并通过在相同状态下加热表面和内部而获得的均一加热发泡成型制品。

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