TW201831313A - 單體注射模製塑膠部件及其製造方法 - Google Patents

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傑森 L. 米尼克
崔維斯 J. 畢格斯
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美商莫克西泰克有限責任公司
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Abstract

本案提供一種單體注射模製塑膠部件，其包括一內部核心、與該內部核心作為一單體結構形成的一表面、及在該內部核心內部的在一注射模製製程期間由一發泡劑形成的中空胞腔之一分佈，且提供其製造方法。此種方法包括製備未熔融塑膠樹脂、填料劑、及發泡劑之一混合物，使用一標準注射模製機將該混合物熔融成一黏性組合物，將一設定量之該黏性組合物注射至固定在該標準注射模製機內的一注射模之一中空空腔中，及在一低壓下將該設定量之該黏性組合物保持在該中空空腔中達一保持時間直至該黏性組合物定型成至少部分地填充該中空空腔之一單體結構且該發泡劑遍及該單體結構形成中空胞腔之一分佈。

Description

單體注射模製塑膠部件及其製造方法
相關申請案之交互參照 本申請案主張2017年1月27日申請的標題為「Expanded Foam-like Injection Molded Plastic」之美國臨時專利申請案第62/451625號之優先權及權益。此申請案據此以全文引用方式併入本文中。
發明領域 本發明總體上係關於注射模製塑膠部件。更特地而言，本揭示內容係關於單體注射模製或膨脹發泡樣注射模製部件及在注射模製機上製造該等部件之方法。
發明背景 用於製造塑膠注射模製部件之已知方法生產具有中空中心空腔之薄壁塑膠部件。此種模製部件之大小在部件較大時成為問題。為防止較大橫截面積之部件崩壞，標準措施係添加內部支撐件或肋部。肋部及內部支撐件增加注射模製製程之成本及複雜性。對用於製造薄壁部件之傳統方法的一個已知替代方法可使用昂貴的特殊設備來產生較厚的發泡塑膠部件。然而，此方法在可針對通透成形的發泡部件產生的總橫截面上仍受限制。已知此等部件之塑膠厚度受限於約小於1/2吋。此等方法另外已證明在與具有相同形狀及大小之完全固體塑膠部件比較時在部件密度上僅有適度的20-40百分比之減少。
R. Jonke及J. Lintner的標題為「Process for injection-molding reinforced or stiffened parts in plastic material」之美國專利第2,903,388號為使用用於產生具有內部「蜂巢」加強肋部之薄壁塑膠部件的注射模製設備之舊方法的實例。彼不同於本文揭示的方法及部件。特定而言，本文揭示的部件及方法在整個模穴內部產生懸浮充氣塑膠支撐塊體結構，進而消除對具有設計至部件模中之支撐肋部的需要。Jonke等人反映了製造薄壁部件及如何使用薄壁支撐肋部來支撐該等薄壁部件，該等薄壁支撐肋部必須加工至部件模中，從而造成加工之成本增加。如本揭示內容中所揭示的模製部件可具有開口形狀設計，在注射模製工業中係前所未聞的。Jonke等人教示了塑膠部件必須為薄壁的，且壁必須使用加工至模中之肋部向上固持或支撐，從而造成延長的加工時間。本文揭示的部件及方法提供藉由產生開口成形模而顯著地精簡模設計並降低加工成本之巨大優點。
例如，如本文揭示的開口成形模涵蓋所製得部件之外部界限，從而相對薄壁部件模而言產生用於加工及構建的較簡單樣式之模。本文揭示的系統及方法允許熔融塑膠膨脹且填充模之大的內腔以產生部件之內部構成，從而相較於製成為薄壁塑膠部件之相同形狀而使模設計簡化。例如，典型的薄壁塑膠部件將必須在大小為本文揭示的開口成形模之至少兩倍的模中製造，因為將必須存在兩個由內壁支撐肋狀物、滑動件製得的薄壁半部，以允許模之多個定向開口負責用於呈複雜形狀之切槽、複雜的冷卻線設計、及供兩個半部在其自模移除之後接合/膠合/塑膠焊接在一起的連接區域。本文揭示的系統及方法允許部件在模中顯著更小地產生且亦允許將兩個薄壁塑膠部件接合在一起的精簡二次操作，從而節省時間及金錢。本文揭示的系統及方法亦允許與包括兩個相異半部之薄壁塑膠部件比較具有延長的壽命，該等相異半部可能會在使用或晚期期間崩解或變為脫離的。
Jonke等人之美國專利第2,903,388號亦教示模溫度係高於熔融塑膠之溫度以使塑膠展開且填充該模。本文描述的部件及方法較佳地相反實施。說明性地，本文揭示部件及方法之模可冷卻至在35-50℉之間，而注射至模中之塑膠為約385℉。此較佳操作模式未由該引用專利教示或暗示。另外，本文揭示的部件及方法較佳地包括水冷卻器單元，其可用於個別地控制模之每一側的模溫度，從而允許模中之塑膠取決於部件之形狀及大小而以不同方式冷卻。例如，大小為具有圓形側面及具平坦側之相對側的鞋盒之部件可使模之每一代表性側面基於其幾何形狀而利用不同溫度來適當地控制材料。此外，諸如棒球大小部件之小部件可使模之兩側在相同溫度下進行溫度控制，此歸因於部件大小為較小的且具有更對稱的幾何形狀。本文揭示的部件及方法提供一手段來藉由在外壁或表面內產生塑膠之懸浮充氣塊體而非Jonke等人論述且由製作現代塑膠部件中之塑膠技藝人士、工程師及教授所依賴的薄壁肋結構來使模製部件為剛性的。
S. Spydevold之美國專利第5,667,740號標題為「Process for the production of products of light cellular plastic with closed cells」且為不同於本文揭示的方法及部件的多種先前技術模製製程之實例。例如，Spydevold論述結構泡沫模製，其具有關於部件外觀之局限性且需要複雜的模製後處理。本文揭示的較佳方法藉由將部件置放在水中或齒條上並利用風扇使空氣在該等部件之上移動來以最低冷卻損耗提供高階表面細紋(surface detail)。此外，Spydevold論述稱為高壓結構泡沫模製的第二類型之結構泡沫模製，其中需要昂貴及複雜的模工具且存在大量移動部件來允許泡沫完全地填充部件。雖然如此，利用低壓及高壓結構發泡方法製得的部件仍為具有支撐肋狀物之薄壁部件。雖然低壓結構發泡方法確實提供部件重量減少，但僅可能減少至多40%之重量，而本文揭示的方法已證實至多75%之重量減少。另外，如Spydevold指出的高壓結構泡沫模製具有有限的密度減少。
Spydevold進一步論述了使用「膨脹模」之模製後製程來控制模製部件之膨脹以停止本文描述的方法不需要的變形。額外模之消除提供超過先前技術方法的大的成本節省。Spydevold亦使用高壓表面冷卻，本文描述的較佳方法則不使用該高壓表面冷卻。實情為，本發明方法使用繞模之周長切割於模工具中的大量通氣口(參見圖2)以允許遍及模製製程在模穴內部無壓力以最大化塑膠糊狀物(batter)之膨脹能力，從而允許對部件特定的塑膠糊狀物在零壓力下在模內部膨脹。
此外，Spydevold論述了比用於本文揭示的較佳方法高得多的模溫度及部件溫度。典型地，本文揭示的方法使用在34-50℉之間的低得多的模溫度。然而，已使用在75-80℉之間的其他較高溫度範圍。與所論述的先前技術專利對比，本文揭示的方法可自觸摸起來相對冷的且不需要(或極少需要)模製後步驟來控制另外的膨脹、翹曲、或凹陷的模生產出成品部件。此特徵允許部件容易在較少時間內移動至部件生產製程中之下一步驟，從而降低成本。本文揭示的較佳方法之較低加熱需求亦可允許工廠改良其對工廠環境的溫度控制，此係歸因於顯著地減少自模製部件發出的熱輻射。此舉除自模搬送出並非與使用其他方法製得的其他部件一樣熱的部件之安全益處外還帶來減少工廠實體賬單之可能性。
鑒於上文，對製造注射模製塑膠部件之改良方法存在持續的、時時需要，該等部件可使用習知注射模製機製造，包括具有大於0.5吋之厚度的通透成形的單體內部及外部，且可比具有相同形狀及大小之完全固體塑膠部件具有少40百分比之密度。
本發明之一目標係使用標準注射模製設備來製造具有一呎或更大之大小的模製物件，其中該模製物件係實質上完全填充的而非完全中空的。
本發明之另一目標係生產模製部件，其比固體塑膠部件緻密度明顯更低但仍展現高強度。
本發明之另一目標係生產單體注射模製塑膠部件，其包含內部核心及與該內部核心作為單體結構形成的表面，其中該內部核心實質上填充整個表面且包括在注射模製製程期間由發泡劑形成的中空胞腔之分佈。
本發明之另一目標係使用如下之方法在注射模製機上生產部件：製備未熔融塑膠樹脂、滑石或玻璃氣泡、及發泡劑之混合物，將該混合物裝填至注射模製機中，將該混合物在該注射模製機中熔融成黏性組合物，將注射模之兩個半部固定在標準注射模製機之第一墊板與第二墊板之間以形成中空空腔，將一設定量之該黏性組合物注射至該中空空腔中，在低壓下將該設定量之該黏性組合物保持在該中空空腔中達保持時間直至該黏性組合物定型成至少部分地填充該中空空腔之單體結構且該發泡劑遍及該單體結構形成中空胞腔之分佈，將該注射模之該兩個半部冷卻，及自該注射模彈出該單體結構。
發明概要 根據所揭示實施例，可提供單體注射模製塑膠部件。單體注射模製塑膠部件可包括內部核心及與內部核心作為單體結構形成的表面。該內部核心可實質上填充整個表面且包括在注射模製製程期間由發泡劑形成的中空胞腔之分佈。
根據所揭示實施例，可提供用於製造注射模製塑膠部件之方法。該製造方法可包括製備未熔融塑膠樹脂、填料劑、及發泡劑之混合物，將該混合物裝填至注射模製機中，且將該混合物在該注射模製機中熔融成黏性組合物。該製造方法亦可包括將注射模之兩個半部固定在標準注射模製機之第一墊板與第二墊板之間以形成中空空腔。該製造方法亦可包括將一設定量之該黏性組合物注射至該中空空腔中且在低壓下將該設定量保持在該中空空腔中達保持時間直至該黏性組合物定型成至少部分地填充該中空空腔之單體結構且該發泡劑遍及該單體結構形成中空胞腔之分佈。該製造方法亦可包括將該注射模製之該兩個半部冷卻且自該注射模彈出該單體結構。
根據所揭示實施例，可提供用於製造注射模製塑膠部件之另外或替代方法。用於製造注射模製塑膠部件之方法可包括將模固定至注射模製機中。該模之第一半部可固定至可移動墊板。用於製造注射模製塑膠部件之方法亦可包括將該注射模製機之圓筒之多個加熱區加熱至相應設定溫度，且在該等相應加熱區達成該等相應設定溫度之後，將未熔融塑膠樹脂、發泡劑、及滑石或玻璃氣泡之混合物進料至該圓筒中以便允許該混合物塑化成黏性組合物。用於製造注射模製塑膠部件之方法亦可包括藉由旋轉該圓筒內部的進料螺桿至初始射出尺寸來開始模循環，將該可移動墊板移動至第一設定點從而完全地打開該模之該第一半部及該模之第二半部，將噴嘴向前移動直至該噴嘴向上抵靠該模之圓形澆道安置，將該可移動墊板以第一速率及第一壓力自該第一設定點移動至第二設定點，將該可移動墊板以第二速率及第二壓力自該第二設定點移動至完全閉合，及向前朝向該噴嘴以第三速率及第三壓力推動該螺桿達第一預設時間段以將該黏性組合物注射至該模中直至該模得以至少部分地填充。用於製造注射模製塑膠部件之方法亦可包括當該螺桿到達離該噴嘴之截止距離時，在低壓下將該模之該第一半部及該模之該第二半部保持打開一距離歷時第二預設時間段以允許該發泡劑使該黏性混合物膨脹且填充該模之剩餘部分。用於製造注射模製塑膠部件之方法亦可包括將該模冷卻預定時間及，在該預定時間逾期之後，自該模彈出由該膨脹黏性混合物之凝固形成的部件。
根據所揭示實施例，可提供部件。該部件可包括第一單體模製塑膠件，其具有第一內部核心及與該第一內部核心作為單體結構形成的第一表面。該第一內部核心可實質上填充該第一表面且包括在注射模製製程期間由發泡劑形成的中空胞腔之第一分佈。該部件亦可包括第二單體模製塑膠件，其具有第二內部核心及與該第二內部核心作為單體結構形成的第二表面，其中該第二內部核心實質上填充該第二表面且包括在注射模製製程期間由發泡劑形成的中空胞腔之第二分佈。該部件亦可包括緊固件，其具有與該第一單體模製塑膠件內部的中空胞腔之該第一分佈耦接的第一端部及與該第二單體模製塑膠件內部的中空胞腔之該第二分佈耦接的第二端部。
根據所揭示實施例，可提供形成在塑膠注射模製機上之模製塑膠部件。該模製塑膠部件可包括外表面及在內部且實質上完全地填充該外表面的懸浮且充氣塑膠支撐塊體結構。支撐該外表面的內部支撐肋部可在不必要時省略。
根據所揭示實施例，可提供模製塑膠部件。該模製塑膠部件可包括在內部且實質上完全地填充外表面之懸浮且充氣塑膠支撐塊體結構。該模製塑膠部件可在塑膠注射模製機上製得。
較佳實施例之詳細說明 雖然本發明允許呈許多不同形式的實施例，但圖式中展示及本文將詳細描述的為本發明之特定實施例，應理解，本揭示內容將視為本發明之原理之例證。並不意欲將本發明限制於特定說明的實施例。
首先參考圖1，展示了標準注射模製機20。標準注射模製機20可包括圓筒22、第一或可移動墊板24、第二或固定墊板26、進料器機構28、及圓筒加熱機構30。圓筒22可包括內部進料器螺桿32及噴嘴34。在一些實施例中，圓筒22可經尺寸設定成至多80盎司以允許填充大空腔模所需的大射出尺寸。第一墊板24及第二墊板26可將注射模36固定至標準注射模製機20。注射模36可包括固定至第一或可移動墊板24之第一半部38及固定至第二或固定墊板26之第二半部40。在一些實施例中，用於將注射模36耦接至噴嘴34之澆道界面或空腔27可形成在固定墊板26中。第一半部38及該第二半部40可形成中空空腔42。在一些實施例中，進料器機構28可包括重力進料漏斗。在一些實施例中，圓筒加熱機構30可包括個別加熱帶，其可分離地控制來加熱圓筒22之相應加熱區至不同溫度。
圖2展示注射模36之部分示意圖示。第二半部40可包括大量繞注射模36之周長切割的通氣口44以遍及模製製程限制模穴內部之壓力，進而有利於並促進注射至中空空腔42中的塑膠材料之膨脹。在一些實施例中，通氣口44可包括圍繞注射模36的具有稍微較低輪廓剖切面積之環，其中線性切割狹槽向外朝向注射模36之側面突出以在塑膠材料射出至中空空腔42中將熱空氣導出。
圖3A展示用於使用標準注射模製機20製造注射模製塑膠部件之說明性方法100的流程圖。可最初如在步驟102中所指示製備未熔融塑膠樹脂、諸如滑石之填料劑、及發泡劑之混合物。在一些實施例中，滑石以重量計可為混合物之大致百分之15，且發泡劑以重量計可為混合物之百分之1與百分之5之間。在一些實施例中，Hydrocerol® BIH70可用作發泡劑。Hydrocerol® BIH70可在使用混合器之機器處添加或可預混合至來自分配器的母體塑膠材料中。Hydrocerol® BIH70可具有70% (+/-3.5 %)之添加劑濃度、47 lbs/cf (+/-7 lbs/cf)之體密度、小於1.0%之水分含量、及60-77/公克之團塊每公克濃度。在一些實施例中，一定量之玻璃氣泡可替代一些或所有滑石來作為混合物內之填料劑以增強發泡劑之性質。使用玻璃氣泡替代滑石亦可減少成品部件之重量達大致百分之20-30。在一些實施例中，玻璃氣泡可為3M玻璃氣泡iM16K級，其具有16,000 psi之壓碎強度、90%最小分數保存率(fractional survival)、0.46 g/cc之密度、及20微米之粒子大小。成品部件可受益於使用玻璃氣泡替代滑石以達成為固體且重量小於使用滑石製得的具有相同尺寸之部件的成品部件。例如，由較硬聚丙烯替代低密度聚乙烯而製成的部件可製造來具有相同的成品密度而不管是否使用兩種材料之任一者所製得。
在一些實施例中，玻璃氣泡以重量計可為混合物之大致百分之10且發泡劑以重量計可為混合物之大致百分之1.5-2。在一些實施例中，發泡劑為化學型發泡劑。未熔融塑膠樹脂可為用於包括聚丙烯、低密度聚乙烯、及高密度聚乙烯之已知塑膠聚合物之聚合物材料或標準樹脂材料之混合物。另外或替代基體材料亦可由上文所述的彼等材料替代或與之摻合。此等材料可包括但不限於丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、耐綸、纖維加強塑膠(FRP)、及橡膠。
當填料劑存在時，該填料劑增加熔融塑膠材料與模之熱轉移，其容許用作充氣塊體之塑膠材料更快的冷卻及懸浮。特定而言，滑石及玻璃氣泡使塑膠混合物疏鬆且增加塑膠混合物在塑膠混合物充氣及冷卻時填充空間之能力。玻璃氣泡增加熔融塑膠材料超過滑石之熱轉移性質，但為更昂貴的。所增加的熱轉移性質可對產生較大橫截面積部件之應用而言為合乎需要的，該等部件可能另外在不利用填料劑或使用滑石替代玻璃氣泡的情況下無法達成。例如，成品模製部件之大小越大將塑膠混合物適當地發泡成本文描述的固體單體結構可需要的熱轉移越大。在一些實施例中，混合物可不包括諸如滑石或玻璃氣泡之任何填料劑。對具有較小橫截面積且需要較緻密成品結構之部件可移除填料劑。移除填料劑可增加製程之總體循環時間且可導致增大的消耗。
如圖3A所示，混合物可如步驟104中所指示裝載至標準注射模製機20中。標準注射模製機20可將混合物熔融成黏性組合物中，如步驟106中所指示。黏性組合物可包括呈部分或完全熔融狀態之塑膠樹脂、填料劑、及發泡劑。注射模36之兩個半部38及40可固定在墊板24與墊板26之間以形成中空空腔42，如步驟108中所指示。中空空腔42之大小與形狀可指定使用注射模36形成的任何所得塑膠部件之大小與形狀，且因此注射模36可經客制化以生產具有各種厚度及形狀之完工部件。一設定量之黏性組合物可注射至中空空腔42中，如步驟110中所指示。該設定量之黏性組合物可取決於中空空腔42之尺寸。例如，在中空空腔42具有大體積時的設定量將大於在中空空腔42具有較小體積時的設定量。在一些實施例中，黏性組合物可以5.79 in/sec之流動速率及2,000 psi之壓力注射至中空空腔中達基於該設定量所計算的時間段。在一些實施例中，時間段為2.35秒。在一些實施例中，該設定量之黏性組合物可在多個點處注射至中空空腔中。當中空空腔42具有伸長尺寸時，在多個點處注射黏性組合物可允許黏性組合物在注射模36內之均勻分佈。多個注射點之使用亦可有利於黏性組合物之均勻凝固及發泡成單體結構化部件，其中自單一入口點之注射將防止黏性材料在發泡劑開始發泡熔融塑膠樹脂之前到達中空空腔42之端部。在一些實施例中，進料器螺桿32可在將混合物熔融成黏性組合物之前往迴旋轉達到標準注射模製機20之全射出尺寸。在一些實施例中，在將該設定量之黏性組合物注射至中空空腔42中之後，可在圓筒32內施加5 psi與20 psi之間、及較佳15 psi之背壓。習知薄壁塑膠部件係使用針對使用某些有色樹脂之應用的大約100-150 psi或甚至400 psi之背壓來製造。在相較於用於薄壁塑膠部件之典型製造製程時使用較低背壓可允許發泡劑將黏性材料較好地發泡成單體結構化部件。
此外，如圖3A所示，該設定量黏性組合物可在低壓下保持在中空空腔中達保持時間，直至黏性組合物定型成至少部分地填充中空空腔42之單體結構且發泡劑形成遍及單體結構的中空胞腔之分佈，如步驟112中所指示。在低壓下保持黏性材料允許黏性組合物凝固成不具有中空中心空腔之通透成形的單體部件。發泡劑可藉由在熔融塑膠樹脂凝固時發泡黏性組合物之剩餘部分來形成中空胞腔。中空胞腔中每一者之量及大小可基於施加於注射模36之低壓之量而變化。低壓之值越高所得中空胞腔將越小及越緻密。在一些實施例中，低壓在3 psi與8 psi之間且保持時間在20秒與60秒之間。較佳地，低壓為5 psi且保持時間為40秒。另外或替代地，低壓可為用於將該設定量之黏性組合物注射至中空空腔42中的峰值流率的百分之30。在一些實施例中，注射模36之兩個半部38及40經定位來在兩個半部38及40之間形成間隙，同時將該設定量之黏性組合物保持在中空空腔42中。在一些實施例中，間隙可在0.005吋與0.015吋之間且較佳為0.01吋。在其中黏性組合物包括玻璃氣泡之實施例中，玻璃氣泡可連同發泡劑一起作用來在熔融塑膠樹脂凝固時將其發泡。
此外，如圖3A所示，可冷卻注射模36之兩個半部38及40，如步驟114中所指示。一些實施例可經配置用於使第一半部38及第二半部40獨立地冷卻。例如，100華氏度之水可流過第一半部38，而50華氏度之水可流過第二半部40。差異冷卻允許特定靶向注射模36的在設計上可能需要增加冷卻之部分。例如，注射模36之較平坦部分可使用比彎曲細紋部分大的冷卻，該彎曲細紋部分可利用較低冷卻溫度來允許凝固的黏性組合物俘獲在注射模36中形成上文所有細紋結構。在一些實施例中，注射模36可冷卻100秒與240秒之間且較佳120秒之預定時間。在一些實施例中，注射模36可經設計使得在中空空腔42中不存在無法有效冷卻的銷或狹窄圓柱件。若在部件正被彈出時不存在對由凝固的黏性組合物及發泡劑之發泡作用形成的部件的冷卻及穿刺，則此等銷或圓柱件可能過熱。穿刺部件可引起部件放氣且藉由在部件中形成大的氣穴而形變，因為中空胞腔之分佈崩潰。
在冷卻之後，由凝固的黏性組合物及發泡劑之發泡作用形成的單體結構化部件可自注射模36彈出，如步驟116中所指示。
在一些實施例中，將混合物熔融成黏性組合物之標準注射模製機20可包括將混合物進料穿過圓筒22，該圓筒22包括多個具有相應溫度設定的加熱區。在其中圓筒加熱機構30包括個別加熱帶之實施例中，個別帶可各自為可組配的以設定多個加熱區之相應一者的相應溫度。多個加熱區之使用可允許混合物之精確熔融以最大化發泡劑針對具有不同熔點之不同塑膠樹脂的發泡作用。例如，聚丙烯材料具有在226℉與340℉之間的典型熔點，而較佳地可使用具有工業標準熔點編號為13之聚丙烯材料，低密度聚乙烯材料具有在221℉至239℉之間的典型熔點，而較佳地可使用具有工業標準熔點編號為10之低密度聚乙烯材料，且高密度聚乙烯材料具有在248℉至256℉之間的典型熔點，而較佳地可使用工業標準熔點編號為16之高密度聚乙烯材料。選擇正確的熔點可確保強的內胞腔襯裡強度且亦允許黏性組合物遍及整個中空空腔42之較好發泡。例如，若所選擇塑膠之熔點過高，其意味著材料在熔融時如水一般過稀，則內部胞腔結構將不具有足夠的塑膠材料來支撐中空胞腔。相對比而言，若熔點過低，其意味著材料在熔融時如油一般稠，則塑膠混合物可能過稠或過黏以致於不允許在中空空腔42中形成中空胞腔。在一些實施例中，使用具有標準工業熔點為10的低密度聚乙烯，最接近於標準注射模製機20之噴嘴34的第一區可設定至300華氏度，鄰近於第一區的第二區可設定至315華氏度，鄰近於第二區的第三區可設定至315華氏度，且鄰近於第三區之第四區可設定至290華氏度。在一些實施例中，使用具有標準工業標準熔點為13的聚丙烯，第一區可為345華氏度，第二區可為325華氏度，第三區可為315華氏度，且第四區可為華氏度。
現在參考圖3B，展示用於使用標準注射模製機20製造注射模製塑膠部件的另外或替代方法200之流程圖。模36可固定至標準注射模製機20中，其中第一半部38係固定至可移動墊板24，如步驟202中所指示。圓筒22之四個相應加熱區可加熱至相應設定溫度，如步驟204中所指示。回應於達成相應設定溫度的四個相應加熱區，未熔融塑膠樹脂、滑石或玻璃氣泡、及發泡劑之混合物可進料至圓筒22中以便允許混合物塑化成黏性組合物，如步驟206中所指示。在一些實施例中，混合物可使用電腦控制的Conair旋風混合器精確地混合且隨後進料至進料器機構28中。在一些實施例中，回應於達成相應設定溫度的四個加熱帶，閘可自動地啟動來將混合物自進料器機構28進料至圓筒22中。
如圖3B所示，模循環可藉由旋轉圓筒22內部的進料螺桿32達初始射出尺寸來開始，如步驟208中所指示。在一些實施例中，初始射出尺寸可為標準注射模製機20之全11吋或62.4液量盎斯射出尺寸。涵蓋在9.25吋與12吋之間的範圍的各種另外的射出尺寸。在一些實施例中，射出尺寸可以0.05或0.10吋增量向上或向下變化來負責諸如大氣壓、溫度、及濕度之大氣條件。例如，較高位準之濕度可需要較高的初始射出尺寸來確保發泡劑將凝固的黏性組合物形成為完整單體結構化部件。可移動墊板24可移動至第一設定點從而完全打開模36之第一半部38及模36之第二半部40，如步驟210中所指示。在一些實施例中，模36之第一半部38可在第一設定點處遠離模36之第二半部40為18吋。
如圖3B所示，噴嘴34可向前移動直至噴嘴34向上抵靠澆道空腔27安置，如步驟212中所指示。在一些實施例中，噴嘴34包括大直徑的半圓錐形注射器噴嘴。較大噴嘴組配可允許黏性組合物較好地流動至模36及中空空腔42中且可改良單體結構化部件之表面外觀且提供中空胞腔之更均質分佈。在一些實施例中，澆道空腔27可包括進入中空空腔42中之錐形過渡、大的澆道直徑、及沿澆道空腔27的無步降過渡。該些特徵可最大化黏性組合物至模36中之流動同時最小化亂流。在一些實施例中，澆道空腔27之界面幾何形狀可為圓形以降低注射速度以便最大化藉由發泡劑產生的發泡過程。
如圖3B所示，可移動墊板24可以第一速率及第一壓力自第一設定點移動至第二設定點，如步驟214中所指示。可移動墊板24可以第二速率及第二壓力自第二設定點移動至完全閉合，如步驟216中所指示。在一些實施例中，模36之第一半部38可在第二設定點處遠離模36之第二半部40為5吋。在一些實施例中，第一速率可為10 in/sec，第一壓力可為2000 psi，第二速率可為7 in/sec，且第二壓力可為1000 psi。進料器螺桿32可以第三速率及第三壓力向前朝向噴嘴34推動第一預設時間段以將黏性組合物注射至模36中直至模36得以至少部分地填充，如步驟218中所指示。在一些實施例中，第三速率可為5.79 in/sec，第三壓力可為2000 psi，且第一預設時間段可為2.35秒。
如圖3B所示，當進料器螺桿32到達離噴嘴之截止距離時，可在低壓下將模36之第一半部38及模36之第二半部40保持打開一距離歷時第二預設時間段以允許發泡劑使該黏性混合物膨脹且填充模36之剩餘部分，如步驟220中所指示。在一些實施例中，距離可在0.005吋與0.015吋之間，低壓可在3 psi與8 psi之間，且第二預設時間段可在20秒與60秒之間。在一些實施例中，距離可為0.01吋，低壓可為5 psi，且第二預設時間段可為40秒。在一些實施例中，截止距離可為大致0.05吋。此外，模36可經冷卻達預定時間，如步驟222中所指示。在預定時間逾期之後，可自模36彈出由膨脹黏性混合物之凝固形成的部件，如步驟224中所指示。在一些實施例中，當模36完全打開且開口限制開關啟動時，彈射器圓柱件可以2.5 in/sec及250 psi將抵靠模36之彈射器板放置的脫模銷向前推動直至脫模銷達到0.75吋。在部件之彈出期間需要謹慎來確保自模36至冷卻齒條或水浴之初始低影響過渡。低影響過渡減少將引起震動之任何作用，該震動可影響部件之內部結構。較大部件對震動更為敏感且可能更要謹慎。較小部件可能能夠在自模彈出時承受更多影響而無內部結構破壞。在一些實施例中，可製造網狀物、襯墊托架、或吊床且將其附接在模36下方以在部件退出模36時抓住部件且提供一些減震。此外，脫模銷可設計來達成部分彈射而剩餘部件移除係使用機器人臂輔助來達成。
在一些實施例中，進料器螺桿32可以160 rpm及5 psi自噴嘴34縮回以便混合物之新鮮批料可在下一模循環開始時引入圓筒22中。亦可增加旋轉延遲來減少混合物及/或黏性組合物在圓筒22中耗費的時間量。在一些實施例中，旋轉延遲可為100秒。在一些實施例中，噴嘴34可包括停止閥，其可在將黏性組合物注射至模36中之後啟動來防止黏性組合物淌出或漏出噴嘴34。在一些實施例中，噴嘴34可為Herzog型BHP機器停止噴嘴，其已被證明在防止用於產生大部件的需要較大量之熔融塑膠之較大圓筒中的滲漏。
在自模36彈出之後，部件可立即進一步冷卻。部件越大，冷卻部件之較大體積將越重要。較小部件可完全浸沒在冷卻水浴中。較大部件可在部件之一側浮在冷卻水之冷卻桶中，而水上方的部件係使用滴注、分散、或噴射在部件上的冷凍水來冷卻。利用風扇來空氣冷卻部件亦為可能的但可能限於較小部件大小。用於留在冷卻水浴中之部件的典型冷卻時間取決於部件大小但範圍典型地為20-45分鐘。部件可放置在齒條或擱架上用於按需要進行分類。例如，在標準注射模製機20之下一循環運行時，部件可放置在水冷卻槽中以繼續固化過程。在部件處於水冷卻槽中25分鐘之後，部件可轉移至空氣冷卻齒條。在空氣冷卻齒條上幾小時之後，部件可放置在準備裝運至顧客的箱子中。
在一些實施例中，中空空腔42可包括部件插入物，其可模製至成品部件之單體結構中。部件插入物可設計或製造來不包括將戳破或破壞凝固的黏性組合物之內部中空胞腔結構的尖銳邊緣。另外，部件插入物可設計來允許凝固及發泡的黏性組合物封裝部件插入物。
本文描述的方法可生產用於多種用途的單體注射模製塑膠部件。例如，特定地涵蓋用於汽車保險槓之整合表面及防壓碎部分、用於研究或警告之浮標、快線路障及車道防護裝置、鴨誘餌、緩衝器支撐件、快線護軌支撐塊、胞裝浮力塊、可堆疊或並排互鎖的反彈道區段、汽車之車架部件、機器、橡膠部件之替代品、保麗龍部件、雙部件泡沫部件、輪胎、襯套、及用於電學隔絕及用於溫度隔絕的隔絕部件，諸如飲用容器保溫罩或冷卻器等等。然而，許多當前製造的塑膠或組合金屬表面泡沫內部部件可由單一或多個接合在一起的根據本文描述的方法製造的單體注射模製塑膠部件替代。
圖4展示可使用本文揭示的製造方法之一模製的單體注射模製塑膠部件50。部件50可包括內部核心52及與內部核心52形成為單體結構的表面54。內部核心可實質上填滿整個表面且可包括在注射模製製程期間由發泡劑形成的中空胞腔56之佈設。在一些實施例中，表面54包括具有自體癒合特性及高表面細紋及紋理之外皮。在一些實施例中，內部核心52及表面54之單體結構可由聚丙烯、低密度聚乙烯、及高密度聚乙烯之一形成。在一些實施例中，中空胞腔56可具有閉合構造。閉合構造可在移除或破壞單體注射模製塑膠部件50之一部分之後允許單體注射模製塑膠部件50浮在水或類似密度之液體中。在一些實施例中，中空胞腔56可形成蜂巢結構或可類似於骨或珊瑚海綿之橫截面。內部核心52可單體地自表面54延伸至單體注射模製塑膠部件50之幾何中心，且中空胞腔56可遍及內部核心52之整體自幾何中心分配至表面54。部件50為形成在塑膠注射模製設備上的單體結構。
現在參考圖5，展示單體注射模製塑膠部件50之特寫圖。部件50可形成為具有大橫截面及非中空內部的單一均勻件。內部核心52及表面54之單體結構可具有自單體結構之一個周邊至另一周邊的最大量測厚度，其大於1/2吋厚且較佳在1/2吋至17吋範圍內。具有大於17吋之最大量測厚度的內部核心52及表面54之單體結構之各種實施例可使用本文描述的方法結合較大模大小及對方法步驟做出的負責如本文描述的較大模大小之對應調整(例如，使用玻璃氣泡而非滑石來用於較大熱交換)來製造。在一些實施例中，內部核心52及表面54之單體結構可具有在3磅每立方呎至45磅每立方呎範圍內的密度。在其中滑石用於製造製程之一些實施例中，內部核心52及表面54之單體結構可具有在4磅每立方呎至45磅每立方呎範圍內及較佳在19磅每立方呎至22磅每立方呎範圍內的密度。在其中玻璃氣泡用於製造製程之一些實施例中，內部核心52及表面54之單體結構可具有在3磅每立方呎至30磅每立方呎範圍內及較佳在8磅每立方呎至18磅每立方呎範圍內的密度。當相較於具有與內部核心52及表面54之單體結構相等大小及形狀之固體塑膠部件之重量時，遍及內部核心52形成中空胞腔56可減少單體注射模製塑膠部件50之總重量。在一些實施例中，重量減少可在百分之30至百分之75範圍內。在一些實施例中，中空胞腔56可提供用於單體注射模製塑膠部件50之浮力。
現在參考圖6，展示多件部件57。多件部件57可包括第一單體模製塑膠件50a、第二單體模製塑膠件50b、及緊固件58。第一單體模製塑膠件50a可具有第一內部核心52a及與第一內部核心52a作為單體結構形成的第一表面54a。第一內部核心52a可包括在注射模製製程期間由第一發泡劑形成的中空胞腔56a之第一分佈。第二單體模製塑膠件可具有第二內部核心52b及與第二內部核心52b作為單體結構形成的第二表面54b。第二內部核心52b可包括在注射模製製程期間由第二發泡劑形成的中空胞腔56b之第二分佈。緊固件58可具有與第一單體模製塑膠件50a內部的中空胞腔56a之第一分佈耦接的第一端部60及與第二單體模製塑膠件50b內部的中空胞腔56b之第二分佈耦接的第二端部62。中空胞腔56a之第一分佈可直接夾住緊固件58之第一端部60且中空胞腔56b之第二分佈可直接夾住緊固件58之第二端部62。
在一些實施例中，第一單體模製塑膠件50a可具有第一密度，其不同於第二單體模製塑膠件50b之第二密度。在一些實施例中，第一單體模製塑膠件50a可由與第二單體模製塑膠件50b不同的聚合物材料製造。例如，第一單體模製塑膠件50a之一些實施例可由具有在16.8 lb/ft3 與18.8 lb/ft3 之間的第一密度之低密度聚乙烯製得，而第二單體模製塑膠件50b之一些實施例可由具有在7.7 lb/ft3 與9.7 lb/ft3 之間的第二密度之聚丙烯製得。在一些實施例中，第一單體模製塑膠件50a之第一密度可為大致17.8 lb/ft3 ，且第二單體模製塑膠件50a之第二密度可為大致8.7 lb/ft3 。 實例
以下實例意欲進一步說明本發明之製程且不意欲以任何方式限制本發明之範疇。 實例1
使用趾形夾將模螺栓接合至1998 VanDorn 650 (650-RS-80F-HT型)注射模製機中。在附接至機器之可移動墊板的夾持圓柱件始終向前時設定夾持力。模具高度馬達用於向前調整可移動墊板以便模之兩個半部恰好觸碰。將工業標準熔點為10且與10體積%之3M iM16K玻璃氣泡及1.5體積%之Hydrocerol® BIH70化學起泡劑預混合的Colormaster黑色低密度聚乙烯團塊(BK1601E)裝載至機器之材料漏斗中且添加另外0.5-1體積%之發泡劑。機器之圓筒上的外部加熱帶隨後打開以開始加熱圓筒以便允許混合物之塑化。此機器具有四個加熱區。開始於圓筒之噴嘴且逐步開始工作(上游)，溫度係分別設定至300、315、315、及290華氏度。在加熱帶達成設定溫度之後，自附接至壓機的材料漏斗下方拉動閘以允許混合物重力進料至圓筒頂部中之孔中。隨後設定機器以進行沖洗且圓筒內部之螺桿往迴旋轉至11吋或62.4液量盎斯之全射出尺寸且隨後模循環開始。一個處於可移動墊板上且一個處於固定墊板上的模半部完全打開至18吋之設定點。機器之注射筒隨後向前移動直至圓筒之噴嘴向上抵靠模之澆道安置。機器隨後過渡至半自動模式。可移動墊板隨後開始以10 in/sec及2000 psi自完全打開18吋移動至5吋打開。可移動墊板隨後減慢至7 in/sec及1000 psi自5吋打開至完全閉合。一旦閉合限制開關受感測，則總體循環之注射部分開始。水力停止噴嘴打開來允許現已塑化的混合物注射至模中。循環之第一注射或模填充部分以向前朝向噴嘴以5.79 in/sec及2000 psi推動螺桿達2.35秒開始，進而將熔融塑化的混合物注射至模中直至模之大部分得以填充。循環在5 psi下在螺桿之尖端與噴嘴之間的0.05吋之截止距離處切換至保持/壓縮部分達40秒以便模之剩餘部分藉由凝固塑化的混合物之發泡作用填充且達成成品部件之表面品質。
當保持/壓縮部分結束時，循環之冷卻階段開始。為輔助循環中之此階段，模在可移動側面上具有處於100華氏度的流過其之水且在固定側面上具有處於50華氏度的流過其之水。在120秒之冷卻期間，螺桿開始旋轉且以160 rpm及5 psi遠離噴嘴縮回以便更多混合物可引入圓筒中以供下一次射出。增加100秒之旋轉延遲以減少混合物之圓筒中耗費之時間量。當螺桿達到11吋或62.4液量盎斯之射出尺寸時，螺桿之反向旋轉開始。螺桿之反向旋轉之速度減少百分5之總速度，其在圓筒中之熔融塑膠材料上產生500 psi之反吸壓力直至螺桿往回向圓筒中撤回0.05吋。少量反吸允許部件之額外膨脹以藉由將部件之表面界面與模之間的空氣擠出而提供表面細紋以幫助防止「氣鎖」，其中圍繞部件及模捕集的小厚度之空氣防止部件完全膨脹抵靠模壁以在部件之表面上顯示出表面細紋。隨後關閉水力停止噴嘴以防止材料淌出或漏出噴嘴尖端。當冷卻計時器完成時，模開始以15 in/sec之速率及利用2000 psi之向外壓力自完全閉合打開至2吋打開，隨後以10 in/sec之速率及利用2000 psi之向外壓力自2吋打開至17吋打開，且最終以1 in/sec之速率及利用2000 psi之向外壓力自17吋打開至完全打開18吋。
當模完全打開且開口限制開關受觸發時，部件之彈出開始。彈射器圓柱件以2.5 in/sec及250 psi將抵靠模之彈射器板放置的脫模銷向前推動直至其達到0.75吋。機器之安全門隨後打開以移除部件。一旦門再次關閉，彈射器板及彈射器圓柱件以0.5 in/sec及500 psi縮回至零位置。當彈射器圓柱件返回且讀數為零時，整個180秒模製循環再次開始。在下一次循環運行時，將部件放置在具有處於35℉至45℉範圍內之溫度下的水之水冷卻槽以幫助部件持續固化。在部件處於水冷卻槽中25分鐘之後，將部件移除且將流道截離部件且隨後將部件放置在空氣冷卻齒條上。在空氣冷卻齒條上數小時之後，部件即備用於裝運至顧客。
上文所述的特定製程生產出具有大致3磅之重量、大致291.15立方吋之體積、大致17.8磅每立方呎之密度、及大致46.8牛頓之浮力的單體塑膠部件。 實例2
使用趾形夾將模螺栓接合至1996 VanDorn 300 (300-RS-30F-HT型)或2001 TOYO 300 (TM-300H型)注射模製機中。在附接至機器之可移動墊板的夾持圓柱件始終向前時設定夾持力。模具高度馬達用於向前調整可移動墊板以便模之兩個半部恰好觸碰。將工業標準熔點為13且與10體積%之3M iM16K玻璃氣泡及1.5體積%之Hydrocerol® BIH70化學起泡劑預混合的Colormaster黑色聚丙烯團塊(BK1601E)裝載至機器之材料漏斗中且添加另外0.5-1體積%之發泡劑。機器之圓筒上的外部加熱帶隨後打開以開始加熱圓筒以便允許混合物之塑化。此機器具有4個加熱區。開始於圓筒之噴嘴且逐步開始工作，溫度係分別設定至345、325、315、及315華氏度。在加熱帶達成設定溫度之後，自附接至壓機的材料漏斗下方拉動閘以允許混合物重力進料至圓筒頂部中之孔中。隨後設定機器以進行沖洗且圓筒內部之螺桿往迴旋轉至11吋或62.4液量盎斯之全射出尺寸且隨後模循環開始。一個處於可移動墊板上且一個處於固定墊板上的模半部完全打開至18吋之設定點。機器之注射筒隨後向前移動直至圓筒之噴嘴向上抵靠模之澆道安置。機器隨後過渡至半自動模式。可移動墊板隨後開始以10 in/sec及2000 psi自完全打開18吋移動至5吋打開。可移動墊板隨後減慢至7 in/sec及1000 psi自5吋打開至完全閉合。一旦閉合限制開關受感測，則總體循環之注射部分開始。水力停止噴嘴打開來允許現已塑化的混合物注射至模中。循環之第一注射或模填充部分以向前朝向噴嘴以5.79 in/sec及2000 psi推動螺桿達2.35秒開始，進而將熔融塑化的混合物注射至模中直至模之大部分得以填充。循環在5 psi下在螺桿之尖端與噴嘴之間的0.05吋之截止距離處切換至保持/壓縮部分達40秒以便模之剩餘部分藉由凝固塑化的混合物之發泡作用填充且達成成品部件之表面品質。
當保持/壓縮部分結束時，循環之冷卻階段開始。為輔助循環中之此階段，模在可移動側面上具有處於100華氏度的流過其之水且在固定側面上具有處於50華氏度的流過其之水。在120秒之冷卻期間，螺桿開始旋轉且以160 rpm及5 psi遠離噴嘴縮回以便更多混合物可引入圓筒中以供下一次射出。亦可增加100秒之旋轉延遲來減少混合物在圓筒中耗費的時間量。當螺桿達到11吋或62.4液量盎斯之射出尺寸時，螺桿之反向旋轉開始。螺桿之反向旋轉之速度減少百分5之總速度，其在圓筒中之熔融塑膠材料上產生500 psi之反吸壓力直至螺桿往回向圓筒中撤回0.05吋。少量反吸允許部件之額外膨脹以藉由將部件之表面界面與模之間的空氣擠出而提供表面細紋以幫助防止「氣鎖」，其中圍繞部件及模捕集的小厚度之空氣防止部件完全膨脹抵靠模壁以在部件之表面上顯示出表面細紋。隨後關閉水力停止噴嘴以防止材料淌出或漏出噴嘴尖端。當冷卻計時器完成時，模開始以15 in/sec之速率及利用2000 psi之向外壓力自完全閉合打開至2吋打開，隨後以10 in/sec之速率及利用2000 psi之向外壓力自2吋打開至17吋打開，且最終以1 in/sec之速率及利用2000 psi之向外壓力自17吋打開至完全打開18吋。
當模完全打開且開口限制開關受觸發時，部件之彈出開始。彈射器圓柱件以2.5 in/sec及250 psi將抵靠模之彈射器板放置的脫模銷向前推動直至其達到0.75吋。機器之安全門隨後打開以移除部件。一旦門再次關閉，彈射器板及彈射器圓柱件以0.5 in/sec及500 psi縮回至零位置。當彈射器圓柱件返回且讀數為零時，整個180秒模製循環再次開始。在下一次循環運行時，將部件放置在具有處於35℉至45℉範圍內之溫度下的水之水冷卻槽以幫助部件持續固化。在部件處於水冷卻槽中25分鐘之後，將部件移除且將流道截離部件且隨後將部件放置在空氣冷卻齒條上。在空氣冷卻齒條上數小時之後，部件即備用於裝運至顧客。
上文所述的特定製程生產出具有大致0.25磅之重量、大致49.6立方吋之體積、大致8.7磅每立方呎之密度、及大致7.97牛頓之浮力的單體塑膠部件。 實例3
使用趾形夾將模螺栓接合至1998 VanDorn 650 (650-RS-80F-HT型)注射模製機中。在附接至機器之可移動墊板的夾持圓柱始終向前時設定夾持力。模具高度馬達用於向前調整可移動墊板以便模之兩個半部恰好觸碰。將工業標準熔點為10且與15體積%之滑石及1.5體積%之Hydrocerol® BIH70化學起泡劑預混合的Colormaster黑色低密度聚乙烯團塊(BK1601E)裝載至機器之材料漏斗中且添加另外0.5-1體積%之發泡劑。機器之圓筒上的外部加熱帶隨後打開以開始加熱圓筒以便允許混合物之塑化。此機器具有4個加熱區。開始於圓筒之噴嘴且逐步開始工作，溫度係分別設定至300、315、315、及290華氏度。在加熱帶達成設定溫度之後，自附接至壓機的材料漏斗下方拉動閘以允許混合物重力進料至圓筒頂部中之孔中。隨後設定機器以進行沖洗，且圓筒內部之螺桿往迴旋轉至11吋或62.4液量盎斯之全射出尺寸且隨後模循環開始。一個處於可移動墊板上且一個處於固定墊板上的模半部完全打開至18吋之設定點。機器之注射筒隨後向前移動直至圓筒之噴嘴向上抵靠模之澆道安置。機器隨後過渡至半自動模式。可移動墊板隨後開始以10 in/sec及2000 psi自完全打開18吋移動至5吋打開。可移動墊板隨後減慢至7 in/sec及1000 psi自5吋打開至完全閉合。一旦閉合限制開關受感測，則總體循環之注射部分開始。水力停止噴嘴打開來允許現已塑化的混合物注射至模中。循環之第一注射或模填充部分以向前朝向噴嘴以5.79 in/sec及2000 psi推動螺桿達2.35秒開始，進而將熔融塑化的混合物注射至模中直至模之大部分得以填充。循環在5 psi下在螺桿之尖端與噴嘴之間的0.05吋之距離截止點處切換至保持/壓縮部分達40秒以便模之剩餘部分藉由凝固塑化的混合物之發泡作用填充且達成成品部件之表面品質。
當保持/壓縮部分結束時，循環之冷卻階段開始。為輔助循環中之此階段，模在可移動側面上具有處於100華氏度的流過其之水且在固定側面上具有處於50華氏度的流過其之水。在120秒之冷卻期間，螺桿開始旋轉且以160 rpm及5 psi遠離噴嘴縮回以便更多混合物可引入圓筒中以供下一次射出。亦可增加100秒之旋轉延遲來減少混合物在圓筒中耗費的時間量。當螺桿達到11吋或62.4液量盎斯之射出尺寸時，螺桿之反向旋轉開始。螺桿之反向旋轉之速度減少百分5之總速度，其在圓筒中之熔融塑膠材料上產生500 psi之反吸壓力直至螺桿往回向圓筒中撤回0.05吋。少量反吸允許部件之額外膨脹以藉由將部件之表面界面與模之間的空氣擠出而提供表面細紋以幫助防止「氣鎖」，其中圍繞部件及模捕集的小厚度之空氣防止部件完全膨脹抵靠模壁以在部件之表面上顯示出表面細紋。隨後關閉水力停止噴嘴以防止材料淌出或漏出噴嘴尖端。當冷卻計時器完成時，模開始以15 in/sec之速率及利用2000 psi之向外壓力自完全閉合打開至2吋打開，隨後以10 in/sec之速率及利用2000 psi之向外壓力自2吋打開至17吋打開，且最終以1 in/sec之速率及利用2000 psi之向外壓力自17吋打開至完全打開18吋。
當模完全打開且開口限制開關受觸發時，部件之彈出開始。彈射器圓柱件以2.5 in/sec及250 psi將抵靠模之彈射器板放置的脫模銷向前推動直至其達到0.75吋。機器之安全門隨後打開以移除部件。一旦門再次關閉，彈射器板及彈射器圓柱件以0.5 in/sec及500 psi縮回至零位置。當彈射器圓柱件返回且讀數為零時，整個180秒模製循環再次開始。在下一次循環運行時，將部件放置在具有處於35℉至45℉範圍內之溫度下的水之水冷卻槽以幫助部件持續固化。在部件處於水冷卻槽中25分鐘之後，將部件移除且將流道截離部件且隨後將部件放置在空氣冷卻齒條上。在空氣冷卻齒條上數小時之後，部件即備用於裝運至顧客。
上文所述的特定製程生產出具有大致3.7磅之重量、大致291.15立方吋之體積、大致21.96磅每立方呎之密度、及大致46.8牛頓之浮力的單體塑膠部件。 實例4
使用趾形夾將模螺栓接合至1996 VanDorn 300 (300-RS-30F-HT型)或2001 TOYO 300 (TM-300H型)注射模製機中。在附接至機器之可移動墊板的夾持圓柱始終向前時設定夾持力。模具高度馬達用於向前調整可移動墊板以便模之兩個半部恰好觸碰。將工業標準熔點為13且與20體積%之滑石及1.5體積%之Hydrocerol® BIH70化學起泡劑預混合的Colormaster黑色聚丙烯團塊(BK1601E)裝載至機器之材料漏斗中且添加另外0.5-1體積%之發泡劑。機器之圓筒上的外部加熱帶隨後打開以開始加熱圓筒以便允許混合物之塑化。此機器具有4個加熱區。開始於圓筒之噴嘴且逐步開始工作，溫度係分別設定至345、325、315、及315華氏度。在加熱帶達成設定溫度之後，自附接至壓機的材料漏斗下方拉動閘以允許混合物重力進料至圓筒頂部中之孔中。隨後設定機器以進行沖洗且圓筒內部之螺桿往迴旋轉至11吋或62.4液量盎斯之全射出尺寸且隨後模循環開始。一個處於可移動墊板上且一個處於固定墊板上的模半部完全打開至18吋之設定點。機器之注射筒隨後向前移動直至圓筒之噴嘴向上抵靠模之澆道安置。機器隨後過渡至半自動模式。可移動墊板隨後開始以10 in/sec及2000 psi自完全打開18吋移動至5吋打開。可移動墊板隨後減慢至7 in/sec及1000 psi自5吋打開至完全閉合。一旦閉合限制開關受感測，則總體循環之注射部分開始。水力停止噴嘴打開來允許現已塑化的混合物注射至模中。循環之第一注射或模填充部分以向前朝向噴嘴以5.79 in/sec及2000 psi推動螺桿達2.35秒開始，進而將熔融塑化的混合物注射至模中直至模之大部分得以填充。循環在5 psi下在螺桿之尖端與噴嘴之間的0.05吋之截止距離處切換至保持/壓縮部分達40秒以便模之剩餘部分藉由凝固塑化的混合物之發泡作用填充且達成成品部件之表面品質。
當保持/壓縮部分結束時，循環之冷卻階段開始。為輔助循環中之此階段，模在可移動側面上具有處於100華氏度的流過其之水且在固定側面上具有處於50華氏度的流過其之水。在120秒之冷卻期間，螺桿開始旋轉且以160 rpm及5 psi遠離噴嘴縮回以便更多混合物可引入圓筒中以供下一次射出。亦可增加100秒之旋轉延遲來減少混合物在圓筒中耗費的時間量。當螺桿達到11吋或62.4液量盎斯之射出尺寸時，螺桿之反向旋轉開始。螺桿之反向旋轉之速度減少百分5之總速度，其在圓筒中之熔融塑膠材料上產生500 psi之反吸壓力直至螺桿往回向圓筒中撤回0.05吋。少量反吸允許部件之額外膨脹以藉由將部件之表面界面與模之間的空氣擠出而提供表面細紋以幫助防止「氣鎖」，其中圍繞部件及模捕集的小厚度之空氣防止部件完全膨脹抵靠模壁以在部件之表面上顯示出表面細紋。隨後關閉水力停止噴嘴以防止材料淌出或漏出噴嘴尖端。當冷卻計時器完成時，模開始以15 in/sec之速率及利用2000 psi之向外壓力自完全閉合打開至2吋打開，隨後以10 in/sec之速率及利用2000 psi之向外壓力自2吋打開至17吋打開，且最終以1 in/sec之速率及利用2000 psi之向外壓力自17吋打開至完全打開18吋。
當模完全打開且開口限制開關受觸發時，部件之彈出開始。彈射器圓柱件以2.5 in/sec及250 psi將抵靠模之彈射器板放置的脫模銷向前推動直至其達到0.75吋。機器之安全門隨後打開以移除部件。一旦門再次關閉，彈射器板及彈射器圓柱件以0.5 in/sec及500 psi縮回至零位置。當彈射器圓柱件返回且讀數為零時，整個180秒模製循環再次開始。在下一次循環運行時，將部件放置在具有處於35℉至45℉範圍內之溫度下的水之水冷卻槽以幫助部件持續固化。在部件處於水冷卻槽中25分鐘之後，將部件移除且將流道截離部件且隨後將部件放置在空氣冷卻齒條上。在空氣冷卻齒條上數小時之後，部件即備用於裝運至顧客。
上文所述的特定製程生產出具有大致0.56磅之重量、大致49.6立方吋之體積、大致19.6磅每立方呎之密度、及大致7.97牛頓之浮力的單體塑膠部件。 實例5
使用趾形夾將模螺栓接合至TOYO TM-300H注射模製機中。機器之特徵為圓筒內部的Reiloy Eagle混合螺桿。機器之特徵為TOYO PLCS-9電腦。在附接至機器之可移動墊板的夾持圓柱始終向前時設定夾持力。模具高度馬達用於向前調整可移動墊板以便模之兩個半部恰好觸碰。製備具有工業標準熔點為15及2.0體積%之Hydrocerol® BIH70化學起泡劑之Colormaster黑色聚丙烯團塊(BK1601E)且將其裝載至機器之材料漏斗中。機器之圓筒上的外部加熱帶隨後打開以開始加熱圓筒以便允許混合物之塑化。此機器具有5個加熱區。開始於圓筒之噴嘴且逐步開始工作，溫度係分別設定至385、375、365、350及350華氏度。在加熱帶達成設定溫度之後，自附接至壓機的材料漏斗下方拉動閘以允許混合物重力進料至圓筒頂部中之孔中。隨後設定機器以進行沖洗且圓筒內部之螺桿往迴旋轉至8.050吋之全射出尺寸且隨後模循環開始。一個處於可移動墊板上且一個處於固定墊板上的模半部完全打開至12吋之設定點。機器之注射筒隨後向前移動直至圓筒之噴嘴向上抵靠模之澆道安置。機器係設定成以自動化模式運行，因為成品部件為較小部件且能夠吸取自模自動彈出的部件之應力及震動。可移動墊板隨後開始以總速度之55%或2.31 in/sec及800 psi自完全打開12吋移動至4吋打開。可移動墊板隨後減慢至總速度之15%或0.63 in/sec及50 psi自4吋打開至完全閉合。一旦閉合限制開關受感測，則總體循環之注射部分開始。循環之第一注射或模填充部分以向前朝向噴嘴以總速度之100%或4.20 in/sec及1500 psi推動螺桿達2.0秒開始，進而將熔融塑化的混合物注射至模中直至模之大部分得以填充。循環在25 psi下在螺桿之尖端與噴嘴之間的0.250吋之截止點處切換至保持/壓縮部分達20秒以便模之剩餘部分藉由凝固塑化的混合物之發泡作用填充且達成成品部件之表面品質。
當保持/壓縮部分結束時，循環之冷卻階段開始。為輔助循環中之此階段，模在可移動側面上具有處於80華氏度的流過其之水且在固定側面上具有處於80華氏度的流過其之水。在91秒之冷卻期間，螺桿開始旋轉且以110 rpm及5 psi遠離噴嘴縮回以便更多混合物可引入圓筒中以供下一次射出。可增加60秒之旋轉延遲來減少混合物在圓筒中耗費的時間量。螺桿之反向旋轉之速度為總速度減少到百分10或0.42 in.sec，其在圓筒中之熔融塑膠材料上產生1500 psi之反吸壓力直至螺桿往回向圓筒中撤回0.1吋。少量反吸允許部件之額外膨脹以藉由將部件之表面界面與模之間的空氣擠出而提供表面細紋以幫助防止「氣鎖」，其中圍繞部件及模捕集的小厚度之空氣防止部件完全膨脹抵靠模壁以在部件之表面上顯示出表面細紋。隨後關閉水力停止噴嘴以防止材料淌出或漏出噴嘴尖端。當冷卻計時器完成時，模開始以10%總速度或0.42 in/sec之速率及利用2418 psi之向外壓力自完全閉合打開至1.25吋打開，隨後以45%總速度或1.89 in/sec之速率及利用800 psi之向外壓力自1.25吋打開至10吋打開，且最終以20%總速度或0.84 in/sec之速率及利用300 psi之向外壓力自10吋打開至完全打開12吋。
當模完全打開且開口限制開關受觸發時，部件之彈出開始。彈射器圓柱件以25%總速度或1.05 in/sec及500 psi將抵靠模之彈射器板放置的脫模銷向前推動直至脫模銷達到1.855吋。在部件自模彈出時，機器之安全門在自動化模式中保持閉合。彈射器板及彈射器圓柱件以25%總速度或1.05 in/sec及995 psi縮回至零位置。當彈射器圓柱件返回且讀數為零時，整個120秒模製循環再次開始。在下一次循環運行時，將部件放置在水冷卻槽中以幫助部件持續固化。在部件處於水冷卻槽中25分鐘之後，將部件移除且將流道截離部件且隨後將部件放置在空氣冷卻齒條上。在空氣冷卻齒條上數小時之後，部件即備用於裝運至顧客。
上文所述的特定製程生產出一組類似大小及形狀的經由流道連接在一起的單體塑膠部件，其具有大致1.22磅之總射出重量(部件A大致重量為0.55磅且部件B大致重量為0.67磅)。部件A具有大致49.6立方吋之體積、大致19.16磅每立方呎之密度、及大致7.97牛頓之浮力。部件B具有大致60.42立方吋之體積、大致19.16磅每立方呎之密度、及大致9.71牛頓之浮力。
雖然已在上文詳細地描述少數實施例，但在本發明之範疇及精神內的其他修改為可能的。例如，上文所述的步驟不需要所描述的特定順序或連續順序來達成合乎需要的結果。可提供其他步驟，步驟可自所描述流程消除，且其他組件可添加至所描述系統或自所描述系統移除。其他實施例可在本發明之範疇內。
本文中說明性揭示的製程適用於製造多種物品。圖式中之一些展示藉由所描述製程製得的鴨誘餌。當然該誘餌係有浮力的。其係實質上經填充的。其能夠分接來接收並支桿(lag)或機器螺釘(參看圖6)。模製製程可用以形成極廣泛種類之結構元件，其可替代傳統的金屬或塑膠部件。藉由模製製程生產的製造物品為十分強的，且模製製程可用於製造汽車部件、工業部件、建築元件、桿材、支撐件、臂、支柱、橫樑、板、木板、軌道、大樑、支撐件、平板、柱狀物、壁、門、旋鈕、裝飾品、底盤、外殼、及用於許多工業的數十種其他製品。
根據前文，將觀察到可在不脫離本發明之精神及範疇的情況下實現許多變化及修改。應理解，不欲或不應推斷關於本文描述的特定系統或方法之限制。當然，意欲涵蓋如落在本發明之精神及範疇內的所有此等修改。
20‧‧‧標準注射模製機
22‧‧‧圓筒
24‧‧‧第一或可移動墊板/第一墊板
26‧‧‧第二或固定墊板/第二墊板
27‧‧‧澆道界面或空腔
28‧‧‧進料器機構
30‧‧‧圓筒加熱機構
32‧‧‧內部進料器螺桿
34‧‧‧噴嘴
36‧‧‧注射模
38‧‧‧第一半部
40‧‧‧第二半部
42‧‧‧中空空腔
44‧‧‧通氣口
50‧‧‧單體注射模製塑膠部件
50a‧‧‧第一單體模製塑膠件
50b‧‧‧第二單體模製塑膠件
52‧‧‧內部核心
52a‧‧‧第一內部核心
52b‧‧‧第二內部核心
54‧‧‧表面
54a‧‧‧第一表面
54b‧‧‧第二表面
56、56a、56b‧‧‧中空胞腔
57‧‧‧多件部件
58‧‧‧緊固件
60‧‧‧第一端部
62‧‧‧第二端部
100、200‧‧‧方法
102~116、202~224‧‧‧步驟
圖1為根據所揭示實施例的標準注射模製機之示意圖；
圖2為根據所揭示實施例的注射模之一部分的示意圖；
圖3A為根據所揭示實施例的用於製造注射模製塑膠部件之方法之流程圖；
圖3B為根據所揭示實施例的用於製造注射模製塑膠部件之方法之流程圖；
圖4為根據所揭示實施例的單體注射模製塑膠部件之分解圖；
圖5為根據所揭示實施例的單體注射模製塑膠部件之分解圖；及
圖6為根據所揭示實施例的具有接合在一起的多個單體注射模製塑膠件之部件的剖面圖。

Claims (50)

  1. 一種單體注射模製塑膠部件，其包含： 一內部核心；及 與該內部核心形成為一單體結構的一表面， 其中該內部核心實質上填充該整個表面並且包括在一注射模製製程期間由一發泡劑形成的多個中空胞腔之分佈。
  2. 如請求項1之單體注射模製塑膠部件，其中該表面包括具有自體癒合特性及一高表面細紋及紋理之一外皮。
  3. 如請求項1之單體注射模製塑膠部件，其中該內部核心及該表面之該單體結構係具有在3磅/每立方呎至45磅/每立方呎範圍內的一組合密度。
  4. 如請求項1之單體注射模製塑膠部件，其中該內部核心及該表面之該單體結構係具有一相應重量，該相應重量係在比一固體塑膠部件之重量少百分之30至百分之75的範圍內，該固體塑膠部件具有與該內部核心及該表面之該單體結構相等大小及形狀。
  5. 如請求項1之單體注射模製塑膠部件，其中該內部核心及該表面之該單體結構係由聚丙烯、低密度聚乙烯、及高密度聚乙烯中之一者形成。
  6. 如請求項1之單體注射模製塑膠部件，其中該內部核心及該表面之該單體結構係具有超過0.5吋之一最大量測厚度。
  7. 如請求項1之單體注射模製塑膠部件，其中該等中空胞腔具有一閉合構造。
  8. 如請求項1之單體注射模製塑膠部件，其中該等中空胞腔形成一蜂巢結構。
  9. 一種用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其包含： 製備未熔融塑膠樹脂、填料劑、及發泡劑之一混合物； 將該混合物裝填至一注射模製機中； 在該注射模製機中將該混合物熔融成一黏性組合物； 將一注射模之兩個半部固定在該注射模製機之一第一墊板與一第二墊板之間以形成一中空空腔； 將一設定量之該黏性組合物注射至該中空空腔中； 將該設定量之該黏性組合物保持在該中空空腔中且在一低壓下達一保持時間直至該黏性組合物定型成至少部分地填充該中空空腔的一單體結構並且該發泡劑形成遍及該單體結構的多個中空胞腔之分佈； 將該注射模之該兩個半部冷卻；及 自該注射模射出該單體結構。
  10. 如請求項9之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其中該注射模製機將該混合物熔融成該黏性組合物係包括將該混合物進料通過一圓筒，該圓筒包括具有相應溫度設定的多個加熱區。
  11. 如請求項10之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其進一步包含： 設定一第一區之相應溫度至一第一溫度； 設定一第二區之相應溫度至不同於該第一溫度之一第二溫度。
  12. 如請求項9之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其中將一設定量之該黏性組合物注射至該中空空腔中係包括在該注射模製機之一最大流率下注射一段時間，該段時間係根據該設定量而算出的時間。
  13. 如請求項12之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其中該段時間在1.35秒與3.35秒之間。
  14. 如請求項9之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其在將該設定量之該黏性組合物保持在該中空空腔中之同時，進一步包含將該注射模之該兩個半部定位以在其間形成一間隙。
  15. 如請求項9之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其中該低壓在3 psi與8 psi之間並且該保持時間在20秒與60秒之間。
  16. 如請求項9之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其中該低壓為用於將該設定量之該黏性組合物注射至該中空空腔中的一峰值流率的百分之30。
  17. 如請求項9之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其中將該注射模之該兩個半部冷卻係包括使用具有一不同溫度的水將該注射模之每一半部冷卻達100秒與240秒之間。
  18. 如請求項9之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其中該填料劑為玻璃氣泡。
  19. 如請求項18之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其中該等玻璃氣泡以體積計為該混合物的大致百分之10。
  20. 如請求項9之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其進一步包含在將該混合物熔融之前旋轉該標準注射模製機之一螺桿至一全射出尺寸。
  21. 如請求項9之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其進一步包含在將該設定量之該黏性組合物注射至該中空空腔中之後，在用於將該設定量之該黏性組合物注射至該中空空腔中的一圓筒內施加在5 psi與20 psi之間的一背壓。
  22. 如請求項9之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其中該發泡劑以重量計在該混合物的百分比1與百分之5之間。
  23. 如請求項9之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其中該填料劑為滑石。
  24. 如請求項9之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其中該滑石以重量計為該混合物的大致百分之15。
  25. 一種用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其包含： 將一模固定至一注射模製機中，該模之一第一半部係固定至一可移動墊板； 將該注射模製機之一圓筒之多個加熱區加熱至相應設定溫度； 在該等相應加熱區達成該等相應設定溫度之後，將未熔融塑膠樹脂、發泡劑、及玻璃氣泡之一混合物進料至該圓筒中以便容許該混合物塑化成一黏性組合物； 藉由旋轉該圓筒內部的一進料螺桿至一初始射出尺寸來開始一模製循環； 將該可移動墊板移動至一第一設定點，該第一設定點可完全地打開該模之該第一半部及該模之一第二半部； 將該噴嘴向前移動直至該噴嘴抵靠至該模之一圓形澆道上； 將該可移動墊板以一第一速率及一第一壓力自該第一設定點移動至一第二設定點； 將該可移動墊板以一第二速率及一第二壓力自該第二設定點移動至完全閉合； 將該螺桿向前朝向該噴嘴以一第三速率及一第三壓力推動達一第一預設時間區段以將該黏性組合物注射至該模中直至該模至少被部分地填充； 當該螺桿到達離該噴嘴一截止距離時，使該模之該第一半部及該模之該第二半部在一低壓下保持打開一距離、歷時一第二預設時間區段以容許該發泡劑使該黏性混合物膨脹且填充該模之剩餘部分； 將該模冷卻一預定時間；及 在該預定時間到期之後，自該模射出由該膨脹黏性混合物之固化形成的一部件。
  26. 如請求項25之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其中該距離在0.005吋與0.015吋之間，該低壓在3 psi與8 psi之間，且該第二預設時間區段在20秒與60秒之間。
  27. 如請求項25之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其中該等相應設定溫度為大致300、315、315、及290華氏度。
  28. 如請求項25之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其中該初始射出尺寸為11吋或62.4液量盎斯。
  29. 如請求項25之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其中該模之該第一半部在該第一設定點處遠離該模之該第二半部18吋並且在該第二設定點處遠離該模之該第二半部5吋。
  30. 如請求項25之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其中該第一速率為10 in/sec並且該第一壓力為2000 psi。
  31. 如請求項25之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其中該第二速率為7 in/sec並且該第二壓力為1000 psi。
  32. 如請求項25之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其中該第三速率為5.79 in/sec，該第三壓力為2000 psi，且該第一預設時間區段為2.35秒。
  33. 如請求項25之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其中冷卻該模包括使100華氏度的水流過該模之該第一半部並且使50華氏度的水流過該模之該第二半部。
  34. 如請求項25之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其中該預定時間在100秒與240秒之間。
  35. 如請求項25之用於製造一注射模製塑膠部件之方法，其中該截止距離大致為0.05吋。
  36. 一種部件，其包含： 一第一單體模製塑膠件，其具有一第一內部核心及與該第一內部核心形成為一單體結構的一第一表面，其中該第一內部核心實質上填充該第一表面並且包括在一注射模製製程期間由一發泡劑形成的多個中空胞腔之第一分佈； 一第二單體模製塑膠件，其具有一第二內部核心及與該第二內部核心形成為一單體結構的一第二表面，其中該第二內部核心實質上填充該第二表面並且包括在一注射模製製程期間由一發泡劑形成的多個中空胞腔之第二分佈；及 一緊固件，其具有一第一端部及一第二端部，該第一端部與該第一單體模製塑膠件內部的多個中空胞腔之第一分佈耦接，該第二端部與該第二單體模製塑膠件內部的多個中空胞腔之第二分佈耦接。
  37. 如請求項36之部件，其中該第一單體模製塑膠件具有一第一密度，其不同於該第二單體模製塑膠件之一第二密度。
  38. 如請求項37之部件，其中該第一密度在16.8 lb/ft3 與18.8 lb/ft3 之間，並且該第二密度在7.7 lb/ft3 與9.7 lb/ft3 之間。
  39. 如請求項36之部件，其中多個中空胞腔之第一分佈夾住該緊固件之該第一端部並且多個中空胞腔之第二分佈夾住該緊固件之該第二端部。
  40. 如請求項36之部件，其中該第一單體模製塑膠件係由一第一聚合物材料製造，其不同於用於製造該第二單體模製塑膠件的一第二聚合物。
  41. 如請求項41之部件，其中該第一聚合物材料為低密度聚乙烯並且該第二聚合物材料為聚丙烯。
  42. 一種在一塑膠注射模製機上形成的模製塑膠部件，其中該部件包含： 一外表面；及 一懸浮、充氣塑膠支撐塊體結構，其在該外表面內部且實質上完全地填充該外表面， 藉此不需要內部支撐肋部來支撐該外表面。
  43. 如請求項42之部件，其中該部件係使用塑膠、發泡劑、及填料劑之一熔融混合物形成。
  44. 如請求項43之部件，其中該填料劑為玻璃氣泡。
  45. 如請求項43之部件，其中該填料劑為滑石。
  46. 如請求項42之部件，其中該部件具有延伸大於0.5吋的一填充空間。
  47. 如請求項42之部件，其中該部件具有延伸大於3吋的一填充空間。
  48. 如請求項42之部件，其中該部件具有延伸大於12吋的一填充空間。
  49. 如請求項42之部件，其中該部件係在該塑膠注射模製機中使用一開口模形成。
  50. 一種模製塑膠部件，其包含在一外表面內部且實質上完全地填充該外表面的一懸浮、充氣塑膠支撐塊體結構，該部件係在一塑膠注射模製機上製得。
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