CN201366779Y - 节能高效的发泡成型模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种节能高效的发泡成型模具，包括凹模(11)、凸模(13)，凹模(11)、凸模(13)内部分别设置有蒸汽室(25、45)，蒸汽室(25、45)分别由型芯(21、41)、模框(23、43)、安装板(22、42)、背板(24、44)所围构成；所述凹模(11)、凸模(13)的模框(23、43)、安装板(22、42)、背板(24、44)的朝向蒸汽室(25、45)的表面上至少一部分或全部设置有龟甲网(80)；龟甲网(80)外部包覆有隔热层(60)。本实用新型结构简单、施工方便，成本低；所附带的隔热层不易脱落，寿命长，性能稳定可靠；有效降低蒸汽消耗量，节省蒸汽热能，并提高产品生产效率，利于推广。

Description

节能高效的发泡成型模具

技术领域

本实用新型涉及一种热塑性发泡塑料粒子的发泡成型模具，尤其是涉及一种节能高效的发泡成型模具。

背景技术

以聚苯乙烯发泡塑料为代表的应用在热塑性发泡塑料模内成型发泡的可发泡性热塑性塑料粒子，将其先预发泡到所要求的发泡倍率后，再将该热塑性成型发泡塑料粒子导入到成型模具内，随后导入蒸汽加热软化膨胀二次发泡，待该预发泡热塑性塑料粒子发泡融着充满整个成型室后，接着冷却整个模具，待成型品温度降低到可脱模温度后，脱模取出所希望的发泡成型品的方法，就是一般俗称的热塑性发泡塑料发泡成型。

以上成型工艺所用的发泡模具包括凹模、凸模等部分。凹模固定在发泡成型机的固定模板上面，另一边凸模固定在发泡成型机的移动模板上，凸模随着成型机的液压推杆带动移模底板一起移动，成型发泡时，凹模和凸模合并在一起，凹模型芯和凸模型芯互相嵌合在一起，形成一个中空的成型腔，然后热塑性发泡塑料粒子借由料枪被充填在该成型腔中。凹模型芯和凸模型芯的背面侧就被设计为各自的蒸汽室，蒸汽室是由各自的模框、各自的型芯安装板及各自的背板所组成。蒸汽室上设计有各自的蒸汽流入口及冷却水进口，而冷却水进口在蒸汽室内设置有冷却水进水管，冷却水进水管上还设置树枝状的众多延伸的冷却水分布小管，冷却水分布小管间隔均匀的分布，并且，冷却水分布小管的末端还设置有冷却水喷头，用以将冷却水雾状喷射到各自面对的型芯。在蒸汽室的下方，设计有排放口，各自型芯设置有防止发泡膨胀导致型芯变形的顶柱若干只，凹模并设置有将热塑性可发泡塑料粒子导入成型腔内的料枪若干只及协助将冷却后定型的成型品顶出成型腔的推杆若干只。

在上述已合模的发泡成型模具中，热塑性发泡粒子经由料枪被注射到成型腔中，然后蒸汽经由蒸汽流入口导入蒸汽室中，再经由型芯上密布的气眼流入到成型腔中，将热塑性发泡塑料粒子加热到粒子软化膨胀熔融，充满整个成型腔中，形成所要求的成型体形状。接着冷却水进水管将冷却水导入，经由喷头均匀喷洒在型芯的背面，将成型腔中的成型体冷却。若有必要的话，也可将模具抽真空降压蒸发加速冷却。冷却结束后，凹模及凸模开模分离，将所要求的成型体由模具中取出。

但是，在上述所描述的成型工艺中，被导入到发泡模具中的蒸汽，在将成型腔内的热塑性发泡塑料粒子加热的同时，也同时加热整个模具，也就是说，形成蒸汽室的型芯，以及各自的模框、各自的型芯安装板及各自的背板也同时被蒸汽加热了。而后，成型腔内的成型体在被蒸汽室内的喷头用冷却水冷却的同时，型芯和各自的模框和各自的型芯安装板及各自的背板也同时被冷却了，而在这些被加热冷却的构件中，除了型芯以外，都和成型体的品质没有重要的直接关系。

于是，加热升温和冷却降温的反复操作过程中，蒸汽的大部分热能，就被当做无用的能源给消耗掉了。所以，生产热塑性发泡塑料成型体所消耗的蒸汽，只有非常小的部分是实际使用在加热产品上，大部分的蒸汽就被如上所述的被消耗在无谓的加热模具，蒸汽、冷却、排水配管，然后以热水的方式经由排放口浪费掉了；而且，这些模具，蒸汽、冷却、排水配管的加热冷却又需要消耗大量时间，间接造成了成型时间的拉长，生产效率降低。所以，这是热塑性发泡塑料成型体的生产工艺中存在的一个大问题。

因此，研究人员对此问题进行多年的研究，主要有以下这么几种解决方式：

1、早期的解决方式是，对和发泡成型品品质无关的蒸汽室内面，利用3～9mm左右的橡胶衬胶施工，提高隔热性，降低无谓的加热及冷却所造成的能源浪费。而橡胶衬里的材料，又以相对便宜，易加工的丁基橡胶(IIR)为主。但是，这种方式的缺点是：丁基橡胶的最高使用温度为100～120℃左右，而以eps发泡聚苯乙烯为例，其成型所需要的蒸汽最高温度为110℃左右，已经快接近丁基橡胶的使用温度上限，经过一段时间的反复加热冷却，不可避免的会出现老化，剥离的现象。而针对发泡熔融温度更高的发泡材料，例如发泡聚丙烯(EPP)，其熔融的蒸汽温度为150℃前后，远远超过丁基橡胶使用温度的上限，结果导致丁基橡胶衬里隔热层更提早老化，剥离，隔热效果大幅降低。而剥离脱落的丁基橡胶会堵塞在排放口内，或者老化粉化的丁基橡胶，会堵塞在型芯的气眼上，或者随着蒸汽黏附在白色成型品的表面上，造成成型品品质降低。这些都是存在业界已久难以解决的难点。另外，橡胶衬里，是一门需要专业人员的技术，施工成本高，导致发泡模具橡胶衬里隔热层的成本居高不下，加上易老化的缺点，使用并不普遍。于是，业界一直在寻求低成本，易施工，寿命长的新的解决方案。

2、在蒸汽室内背板和冷却水管之间设置防喷水阻挡板，防止冷却水喷溅到背板上。但是，这种方法的缺点在于降低蒸汽损耗效果不明显，而且，设置防水板需要额外的空间，如果使用在现成的模具上，将导致喷水的距离缩短，冷却效果降低，如果重新开模，又导致成本大幅上升，另外，防水板本身也需要升温冷却的循环，也需要消耗蒸汽。

3、为了降低施工难度及增加寿命，采用涂布硅树脂隔热涂料的解决方法。但是，因为金属材料的热线膨胀率为10×10^-6/℃～30×10^-6/℃，但是该隔热材料的热线膨胀率为不到10×10^-6/℃，存在涂层和模具基材的热膨胀系数不同，导致加热冷却时，因为膨胀程度的差异，引发了隔热涂层和基材的剥离而脱落，降低了隔热效果。还有，为了增加隔热效果，涂层需要加厚，但是涂层变厚，又容易导致开裂，造成剥落。而且硅树脂本身材料成本高，若模具的生产次数过少，将面临成本尚未回收，模具寿命结束导致亏本的缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种节能高效的发泡成型模具，它结构简单、施工方便，成本低；寿命长，性能稳定可靠；能有效降低蒸汽消耗量，节省蒸汽热能，并提高产品生产效率，利于推广。

本实用新型的技术方案是：一种节能高效的发泡成型模具，包括凹模、凸模，凹模内部设置有蒸汽室，蒸汽室由凹模型芯、模框、安装板、背板所围构成，凸模内部设置有蒸汽室，蒸汽室由凸模型芯、模框、安装板、背板所围构成，所述凹模的模框、安装板、背板的朝向蒸汽室的表面上至少一部分或全部设置有龟甲网；所述凸模的模框、安装板、背板的朝向蒸汽室的表面上至少一部分或全部设置有龟甲网；所述龟甲网外部包覆有隔热层。

下面对上述技术方案进行进一步的描述：

所述龟甲网可以是通过焊接或粘结在蒸汽室内表面上。参考图4、图5。

所述龟甲网也可以是通过紧固件固定在蒸汽室内表面上。所述紧固件优选为螺丝、螺钉、销、铆钉或拉铆钉，也可以选用其他紧固件。参考图6、图7。

所述龟甲网可以是借由焊接，黏合剂或紧固件固定在蒸汽室表面(模具基材)上的网状、线状、柱状的材料。

所述龟甲网的构成材料不限定碳钢，不锈钢，塑料，无机材料，有机材料，金属，玻璃纤维，碳纤维等等。所述龟甲网可以优选用：碳钢龟甲网、不锈钢龟甲网、金属龟甲网、塑料龟甲网、矿物纤维龟甲网、玻璃纤维龟甲网、碳纤维龟甲网、以及各种适宜的无机或有机材料制成的龟甲网。

所述龟甲网还可以是通过铸造、化学蚀刻或机械切削直接在凹模及凸模的模框、安装板、背板基材上加工出来的龟甲网。参考图10，在这种情况中，龟甲网是由基材直接加工获得，与基材同一材质。

所述龟甲网还可以是由紧固件排列形成的紧固件阵列。参考图9。紧固件阵列可以是焊钉阵列、拉铆钉阵列、或螺丝阵列等。阵列的排列形式也可以是多种多样，可以是立柱阵列，线条阵列，或网状排列等。

所述隔热层可以选用耐高温、耐水、耐骤冷骤热、耐压、耐老化的各种材料：包括无机材料，例如水泥，陶瓷，石棉等，有机材料如耐高温塑料，peek，pps，氟塑料，树脂，聚酯等。所述隔热层可以优选用：水玻璃隔热层、水泥隔热层、陶瓷隔热层、石棉隔热层、树脂隔热层、聚酯隔热层、塑料隔热层、玻璃钢隔热层、矿物纤维隔热层。

因为隔热材料和模具基材的热膨胀系数不一致，导致隔热层和基材每次加热升温冷却降温都会有微小的相对位移。因为，本实用新型是依靠龟甲网密实紧贴在基材上，而不是依靠隔热材料本身对基材的附着力，所以不像以前的隔热涂层技术需要将基材彻底，喷砂，脱脂除油，甚至化学氧化以增加附着力等繁琐的基材前处理工序，只需要利用手动工具或喷砂将蒸汽室内侧待施工的基材表面的污垢粗略清除即可，这样可以大幅节省模具基材的前处理费用及时间，大大节省了制造成本。

所述隔热层厚度为1mm～12mm。过薄达不到理想的隔热效果，过厚成本过高，而隔热效果增加不明显。

利用本实用新型的发泡模具所使用的热塑性发泡塑料粒子，不限定在eps，也可以利用在其他材料，例如epp、epo、eva、epe等发泡塑料单独或是2种或2种以上组合而成的发泡塑料。

在龟甲网上设置隔热层可以采用多种方法，例如刷涂，刮涂，喷涂，滚涂，灌浆皆可，根据各种隔热材料的特性，可以一次涂布完成，或分多次涂布完成。并且涂布完成后，依据各材料的特性，有些可以马上投入使用，有些需要干燥数小时或数日，有些需要加热以使反应完全。

使用本实用新型的节能高效的发泡成型模具，在成型加热过程中，因为和成型品没有直接品质关联的模框、各自的型芯安装板及各自的背板上的龟甲网固定隔热层对热传导的阻隔作用，基材受加热温度上升及冷却温度下降的幅度被抑制了。甚至在真空减压冷却过程中，由于隔热层的低热容量，及低导热系数，可显著的降低减压造成的基材温度下降的幅度。

本实用新型的优点是：

1、本实用新型的节能高效的发泡成型模具，结构简单、施工方便，成本低；所附带的隔热层不易脱落，寿命长，性能稳定可靠；有效降低蒸汽消耗量，节省蒸汽热能，并提高产品生产效率，利于推广。

2、本实用新型的节能高效的发泡成型模具，提供了一种有效降低蒸汽消耗量、提高生产效率的新方案，具有广泛的适用性，既可以使用在既有的现成发泡成型模具，也可以使用在新开发的发泡成型模具。例如，采用普遍的发泡模具成型技术来说明，将热塑性预发泡塑料粒子导入到发泡模具的成型室内，然后将蒸汽经由模具的蒸汽进汽口注入到成型腔背面的蒸汽室内，蒸汽经由成型腔上密集的气眼进入成型腔内和热塑性预发泡塑料粒子接触并加热，达到一定温度后，热塑性预发泡塑料粒子熔融软化并膨胀发泡充满成型腔内，接着冷却成型腔后得到所要形状的发泡产品。只要在蒸汽室内侧一部分或全部设置龟甲网，并固定，然后涂布隔热材料形成隔热层，就可以产生显著的节约蒸汽的效果。

3、本实用新型的节能高效的发泡成型模具，由于模具升温降温的幅度变小了，代表着加热时间缩短了，冷却时间也缩短了，减少了蒸汽，冷却水的消耗，意味着成型时间减少，加热冷却设备的投资减少，又意味着成型机的效率上升，在同样的时间可以生产更多的产品；另外模具的升温降温幅度减小，意味模具的热应力降低，模具的寿命相对的延长了，因此，具有非常高的使用价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述：

图1为本实用新型开模状态的结构示意图；

图2为本实用新型合模状态的结构示意图；

图3为本实用新型凹模的截面示意图；

图4为本实用新型中的龟甲网用焊接固定的示意图；

图5为本实用新型中的龟甲网用粘胶固定的示意图；

图6为本实用新型中的龟甲网用拉铆钉固定的示意图；

图7为本实用新型中的龟甲网用螺丝固定的示意图；

图8为本实用新型第一种实施例的用拉铆钉固定龟甲网并包覆隔热层的结构示意图；

图9为本实用新型第二种实施例的利用拉铆钉阵列作为龟甲网并包覆隔热层的结构示意图；

图10为本实用新型第三种实施例的由基材本身在铸造过程，或机械切削，或化学蚀刻形成的龟甲网并包覆隔热层的结构示意图。

其中：11凹模；13凸模；20成型机固模底板；21凹型型芯；22安装板；23模框；24背板；25蒸汽室；26蒸汽流入口；27冷却水进口；28冷却水进水管；29冷却水分布小管；30喷头；32模具排放口；40移模底板；41凸模型芯；42安装板；43模框；44背板；45蒸汽室；46蒸汽流入口；47冷却水进口；48冷却水进水管；49冷却水分布小管；50喷头；52模具排放口；60隔热层；61成型腔；62液压推杆；71铜套顶针；72顶柱；73料枪；80龟甲网；85焊钉；86粘胶；87拉铆钉；88螺丝；90模框、安装板、背板的基材。

具体实施方式

实施例一：

如图1、图2、图3所示，一种节能高效的发泡成型模具，包括凹模11、凸模13，凹模11内部设置有蒸汽室25，蒸汽室25由凹模型芯21、模框23、安装板22、背板24所围构成，凸模13内部设置有蒸汽室45，蒸汽室45由凸模型芯41、模框43、安装板42、背板44所围构成。所述凹模11的模框23、安装板22、背板24的朝向蒸汽室25的表面上至少一部分或全部设置有龟甲网80；所述凸模13的模框43、安装板42、背板44的朝向蒸汽室45的表面上至少一部分或全部设置有龟甲网80；在龟甲网80外包覆有隔热层60。

本实施例中，发泡成型模具的材质为铸铝，龟甲网80通过铝铆钉87固定到发泡模具基材上(参考图6、图8)。如图1、图2所示，隔热层60部分为背板24、44的内表面，及模框23、43的内表面。龟甲网的材料如表2所示，隔热层60材料如表3所示。

加工时，首先将模具内部需要涂布隔热层的表面用手动钢丝打磨机将表面的污垢打磨到看见基材90铝合金显现铝合金的金属色泽即可。然后将龟甲网80用铝铆钉87固定到发泡模具需要隔热的基材90内侧面上，间隔20mm＊20mm，然后将调配好的隔热材料以喷涂、滚刷、灌浆等方式均匀涂布到基材90上，厚度7mm，并可根据设计的需要而定。然后将隔热层60常温下静置5小时，待隔热层60不黏手后放入130度烘箱烘烤2小时即可投入使用。

本实施例的节能高效的发泡成型模具，是基于以中山台达化工的391S发泡级聚苯乙烯粒子为原料，成型产品发泡密度为22kg/m³的鱼箱及其生产条件参数如表1所示。

表1生产条件参数

工序名称	时间(加热压力)
		充填	5秒
预热	2秒
		加热时间	12秒
加热压力	0.1Mpa
		水冷	4秒
排水	5秒
		真空冷却	60秒

表2龟甲网材料表

材料名称	规格
		龟甲网(不锈钢304)	10mm＊10mm＊0.5mm(内孔长＊内孔宽＊丝径)
紧固件	4mm＊10mm铝铆钉

表3隔热层材料成分表

成分名称	重量百分比％
		硅橡胶	40％
滑石粉	30％
		碳酸钙	30％
合计	100％

比较例1

与实施例1生产同样产品的完全相同的发泡模具，区别在于没有任何隔热层。

比较例2

与实施例1、比较例1生产同样产品的完全相同的发泡模具，区别在于是采用丁基橡胶5mm隔热层，使用现有技术中的衬胶方法将5mm的丁基橡胶板黏附在发泡模具的基材上，隔热层范围如同实施例1。

实验例

将模具架上成型机后，以以下的评价方法评测：

A.评测蒸汽使用量的方法：在成型机蒸汽管道入口处，安装一个靶式蒸汽流量计，流量计前后1米不得有管路弯曲及其他造成流量计产生涡流的设施，以避免造成流量计测量误差。本次使用的流量计为福建泉州日新流量计厂所生产的SBL-100靶式蒸汽流量计。

B.隔热层的耐久性：经过5000模次的实际成型机生产以后，用目视查看蒸汽室内部隔热层表面是否有剥离，龟裂，粉化，老化等现象。

C.成型产品的脏污：经过50000模次的正式生产后，目视观察发泡塑料成型品表面是否有来源于隔热层脱落剥离的碎片通过型芯的气眼所造成的脏污存在。

实施例1及比较例1，比较例2的测试结果，每个测试数据是根据每一种发泡模具实际生产5000模次后，统计该5000模次的总蒸汽消耗量，再将蒸汽消耗量换算成每一模次平均所消耗的蒸汽量，并观察实施例1及比较例2经过各50000模次的生产后，隔热层表面是否有脱落、剥离、老化、开裂，成型品是否被脱落的隔热层碎片通过型芯上的气眼而有目视可见的污染。

表4

	实施例一	比较例1	比较例2
				隔热层类别	龟甲网隔热层	传统无隔热层	传统丁基橡胶层
蒸汽使用量(kg/模次)	4.87	7.23	4.51
				固化时间	5	No	No
施工日数	1	No	4
				隔热层耐久性	好	No	中等
施工容易性	简单	No	复杂
				对成型品的脏污	无	No	有
成本	低	No	高
				模具背板外部表面最高温度(度)	68	116	67
模具背板外部表面最低温度(度)	66	78	66
				模具背板外部表面温度差(度)	2	28	1
蒸汽节省量	2.36kg	0	2.72kg
				蒸汽节约百分比	32.6％	0	37.6％

通过表4可以发现，实施例1和比较例1比较，实施例1的蒸汽使用量4.87kg较比较例1的7.23kg，节省了2.36kg，相当于32.6％。比较例2的蒸汽使用量4.51kg较比较例1的7.23kg，节省了2.72kg，相当于37.6％。

并且，实施例1在实际生产了50000模次后，隔热层不仅没有开裂、剥离、粉化等现象，而且其隔热消减蒸汽的效果，还维持在当初的设计范围内，而比较例2在实际生产了50000模次后，已经发现有部分隔热层有剥离的现象，隔热能力已经低于当初设计的要求范围内，并且成型品有被黑色的丁基橡胶粉化脱离后的碎片污染的可目视脏污。

实施例二

如图9所示，本实施例与实施例一的区别在于：龟甲网80是由大量的拉铆钉87排列形成的网状拉铆钉阵列。拉铆钉阵列直接固定在模框、安装板、背板基材90上。

实施例三

如图10所示，本实施例与实施例一的区别在于：龟甲网80是通过铸造、化学蚀刻或机械切削直接在凹模11及凸模13的模框、安装板、背板基材90上加工出来。在这种情况中，龟甲网80是由基材90直接加工获得，和基材90是一个整体，与基材90同一材质。

应当指出，对于经充分说明的本实用新型来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本实用新型的说明，而不是限制。总之，本实用新型的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (10)

1.一种节能高效的发泡成型模具，包括凹模(11)、凸模(13)，凹模(11)内部设置有蒸汽室(25)，蒸汽室(25)由凹模型芯(21)、模框(23)、安装板(22)、背板(24)所围构成，凸模(13)内部设置有蒸汽室(45)，蒸汽室(45)由凸模型芯(41)、模框(43)、安装板(42)、背板(44)所围构成，其特征在于：所述凹模(11)的模框(23)、安装板(22)、背板(24)的朝向蒸汽室(25)的表面上至少一部分或全部设置有龟甲网(80)；所述凸模(13)的模框(43)、安装板(42)、背板(44)的朝向蒸汽室(45)的表面上至少一部分或全部设置有龟甲网(80)；所述龟甲网(80)外部包覆有隔热层(60)。

2.根据权利要求1所述的节能高效的发泡成型模具，其特征在于：所述龟甲网(80)焊接或粘结在蒸汽室内表面上。

3.根据权利要求1所述的节能高效的发泡成型模具，其特征在于：所述龟甲网(80)通过紧固件固定在蒸汽室内表面上。

4.根据权利要求3所述的节能高效的发泡成型模具，其特征在于：所述紧固件为螺丝、螺钉、销、铆钉或拉铆钉。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的节能高效的发泡成型模具，其特征在于：所述龟甲网(80)为碳钢龟甲网、不锈钢龟甲网、金属龟甲网、塑料龟甲网、矿物纤维龟甲网、玻璃纤维龟甲网或碳纤维龟甲网。

6.根据权利要求1所述的节能高效的发泡成型模具，其特征在于：所述龟甲网(80)为通过铸造或化学蚀刻或机械切削直接在凹模(11)及凸模(13)的模框(23、43)、安装板(22、42)、背板(24、44)上加工出来的龟甲网。

7.根据权利要求1所述的节能高效的发泡成型模具，其特征在于：所述龟甲网(80)为紧固件阵列。

8.根据权利要求7所述的节能高效的发泡成型模具，其特征在于：所述紧固件阵列为焊钉阵列、拉铆钉阵列、或螺丝阵列。

9.根据权利要求1所述的节能高效的发泡成型模具，其特征在于：所述隔热层(60)为水玻璃隔热层、水泥隔热层、陶瓷隔热层、石棉隔热层、树脂隔热层、聚酯隔热层、塑料隔热层、玻璃钢隔热层、或矿物纤维隔热层。

10.根据权利要求1所述的节能高效的发泡成型模具，其特征在于：所述隔热层(60)厚度为1mm～12mm。

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