TWI435798B - 用於射出成型熱固性材料的射出成型機以及運轉此機器的方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種用於射出成型熱固性材料的射出成型機，以及一種運轉此機器的方法。
本發明更特別的是有關於橡膠硫化機。然而，其亦可被使用在相似的技術領域中，例如，特別是射出成型或矽樹脂、酚樹脂，或更確切的是聚胺酯樹脂的成型。
習知上，一種橡膠硫化機首先包括有用於塑化和射出熱固性材料的機構。該項技術現狀提供有不同關於此機構的結構選擇。
因此，一種第一的解決方法使用分開的塑化機構，其包括有一加熱材料的螺旋輸送桿。此塑化機構與，特別包含有一接在一用於接收已是可塑性材料的腔室之活塞的明顯射出機構接在一起。
塑化機構可以經由一種轉化器，與射出機構結合在一起。在此例子中，射出是螺桿活塞式，其中，該塑化螺桿亦作為一射出活塞。
最終，另一選擇為先進先出(FIFO)型式。在該選擇中，塑化是透過射出活塞而產生。
在使用以上所描述的可能性之一所實現的首次塑化和射出階段之後，可塑性材料被射出至一流道，其下游末端界定了至少一出口孔。該出口孔對外開啟進入用於饋給一
模具的餽給通道，其等通道本身是與模具的腔室接通的。
因此，在位於模具上游之流道中，可塑性材料由於例如特別是溫度和流速的操作條件，大致上並未開始凝固。然而，在模具的底部容積中，亦即在饋給通道和腔室中，該可塑性材料由於溫度和其所經歷的停滯，而凝固。事實上，該流道的出口孔具有一小的截面積，使其可能的在此凝固發生後，將已凝固的部分材料與該部分未凝固的材料分開。
一項普遍的問題發生在，當製造由橡膠製成的產品時的硫化期間，盡可能的減少此段時間是可被要求的。該問題首次在例如是US－B－6 280 175中被提及。
該文件的教導提供一在流道中的阻塞物，亦即在可塑性材料還未凝固的區域中，該阻塞物的截面積並非是圓形的，更確切的說一般是以一橢圓方式去延長。在該方法中，橡膠在其截面積的所有點上是均勻地被加熱。換言之，阻塞物的出現使得帶入一足夠的熱量至橡膠的中心流中是可能的，因此，減少相對應的硫化時間是可能的。
遺憾的是，在美國專利6 280 175中所描述的解決方法因其他的缺點而變糟。該解決方法是伴隨著可能的過度和普遍不均勻的加熱，且可能會局部降低材料的品質，並且因此造成了完成件的缺點。
另一選擇的解決方法亦被知道，其中，裝置是被使用以修正可塑性材料的流動方向。然而，不像以上提及的美國專利教導，該等裝置是適當地被放置在模具中，亦即在
可塑性材料凝固的區域中。
更加精確地，EP－A－1 186 339描述了一種被設計以均勻化可塑性材料的固定攪拌器。該裝置的使用造成了個別的液體流溫度的上升，因此造成了與在實現以上提及的美國專利時所遭遇的類似問題。
此外，US－A－4 199 315揭示了一種充氣胎的射出成形機，其中，在模具的內部，可塑性材料是首次被分開成兩支流。分流點的上游，一冷的中央流以及一較暖和的周邊流是被建立的。接著，在個別的支流中，一冷流和一熱流被建立成，大致上對稱於個別的支流道之縱軸流動。
該文件接著教導，藉由改變分別是熱和冷流的流動路徑，處理個別的支流。該解決方法無法應用到未被細分成冷的中央流被熱的周圍流包圍之流體中。此外，其僅在非常特殊，例如是充氣胎的射出成型之使用中，才具有優點。
儘管如此，本發明的一項目的為，提出一種可能修正該等缺點之機器。
為這目的，本發明提供了一種，根據附有的申請專利範圍第1項之用於射出成型一種可定型之材料的射出成型機。
本發明亦提供了一種，根據附有的申請專利範圍第10項之運轉上述機器之方法。
如圖1中所示，本發明之橡膠硫化機，首先包括有本身被知道的型式之塑化和射出機構。首先，塑化機構10被提供，以包含有一被套接在一通道14內的螺桿12，且被接上加熱機構(未顯示)。此外，該螺桿12是透過材料被加入該通道14而被接上一入口孔16，用於將可塑性橡膠朝向該機器的下游部分運輸之目的。
亦是習知的型式的射出機構20亦被提供，其意指包含有一，適合用於被從塑化通道14出來的液態橡膠填滿的腔室22。該腔室22套接入一活塞24，以朝向亦是習知形式的流道30，射出液體橡膠。
在顯示的例子中，塑化機構10是明顯的與射出機構20區隔開。然而，本發明亦是可應用於塑化和射出機構，例如該等被描述在本發明的說明介紹中。因此，藉由一種選擇的方式，使用“螺桿式活塞”射出，或更確切地是“FIFO”的射出是可能的。
通道30具有，被放置與一模具40(其並非本發明之主題)的入口相通的出口孔32。在一本身被知道的方法中，該模具40具有不同的對外開啟至腔室44內的餽給通道42。
如柱常一樣，分辨出兩區域是可能的，亦即首先是流道30，以及其次是，藉由饋給通道42和腔室44所形成的模具內部容積。因此，在流道30中，橡膠大致上並未開始凝固，特別是由於其溫度和其流速。相反地，在流道42中和腔室44中，意指橡膠在硫化操作的末期凝固，特別是因
為其經歷了模具溫度的停滯。
緊接在出口孔32的上游，亦即如以上說明的區域中，橡膠並未凝固，本發明之一裝置被提供，其裝置使得變換在流道30中橡膠之放射狀溫度場是可能的。在以下為了清楚的描述中，此全文中被指定為參考50的裝置，是被參考作為“變流裝置”。
更具體地參考圖2A至2C，該裝置50首先包含有一種是由例如鋼所製成的固態主體52，其藉由任何適當的機構，特別是利用被結合在該通道中的一內腔，且藉由一旋入式管嘴，以保持不動而被固定在流道30的壁部上。該主體52是圓柱狀，同時是與流道30是同軸的。不同的通道被提供，亦即四個漸縮道60和四個漸擴道70，“漸縮”和“漸擴”的名稱使用是參考材料流的方向，亦即在圖1和圖2A中的向下。
參考圖2，諸漸縮道50被放置面向上游，流道的上游區域301的周圍邊界B1。此外，該通道60在下游末端交會，以形成一個別的出口開孔62，其開孔對外面向該流道30的下游區域302的中心C2而開啟。
漸擴通道70從一開孔72開始延伸，其開孔與流道30的上游區域301的中心C1相通。接著，通道70從另一開孔延伸出去，以面對流道30的下游區域302的邊界B2，對外開啟。
在圖2A中，參考1和2在裝置的上游處，指定了液態橡膠流的流動，分別在邊緣B1的鄰近區域，以及在該通道
中心C1的鄰近區域。考慮到通道60和70的存在，周圍的上游流體1形成了一中央的下游流體1’，同時中央的上游流體2形成了周圍的下游流體2’。
不同通道60和70的數目、配置，以及幾何形狀使得，符合要求地轉換液體流是可能的。此外，對於通道60和70佔據該通道的絕大部分截面積，以避免過度的加熱是具有優點的。假使通道太過窄小，過度加熱會如同，在實現的以上所描述的美國專利6 280 175時，一樣的發生。
具有優點為，在變流裝置的任何點上，不同的通道60和70之截面積總合是大於流道30的總截面積的30%，且較佳的是大於該總截面積的50%。因此，在顯示的例子中，該等八個分別為漸擴和漸縮的通道，佔據了大約通道截面積的55%。
圖3顯示了變流裝置50，關於橡膠的放射狀溫度分佈，是如何分別在該裝置50的下游和上游被實現。在主要通道30中，該材料流是層狀型式是被知道的。因此，該流速在邊緣B1的值是零，且在中心C1具有最大值。
在此些的情況下，出現在該流道30邊緣B1之橡膠的溫度，是遠遠高於緊接在裝置50上游中心C1之鄰近區域中的橡膠溫度。此情況是藉由圖3中不同形式的細線，和對應於圖3的線IV－IV之圖4的放射狀溫度分佈而顯示。
在圖4中，溫度T被標示在縱座標上，且徑向位置X－X被沿著橫坐標標示。換言之，中心C1是相對在橫軸上的零點，同時，邊緣B1對應到一最大的絕對橫軸座標值。如在
圖4中所示，放射狀的溫度分佈，以一般對稱的方式，從中心C1朝向邊緣B1增加。
裝置50的下游，考慮到變流裝置60和70的出現，中心流1’是熱的，因為其對應到上游部分的周圍熱流1。此外，在下游部分，周圍流2’是冷的，因為其對應到中央的上游流2。此溫度的變換是藉由相對於上游細線變換的下游細線所顯示的。
此變換亦在，對應到圖3沿著線V－V的放射狀溫度分佈之圖5中被顯示。因此，溫度從一在中心C2的最大值降低到一在邊緣B2的最低值。
如同以上所表示的，裝置50因此變換了橡膠的放射狀溫度場。換言之，在該裝置的上游處，愈靠近邊緣B1的點，在該點的橡膠溫度愈高。相反地，在該裝置的下游處，愈靠近邊緣B2的點，在該點的橡膠溫度愈低。
中央和周圍的下游流1’和2’接著流向出口孔32，且接著通過通道42，到達模具40的腔室44。在此路徑上，在通過變流裝置50後，橡膠接收了一額外的熱量。
如以上的說明，周圍流2’接收了一大於被傳送到中央流1’的熱量之熱量。因周圍流2’較低溫，當材料被容許進入腔室44內時，緊接在從變流裝置50離開後，被帶至橡膠之任一點的熱量，傾向於均等。
換言之，藉由調整變流裝置50的形狀和位置，當該橡膠到達腔室時，控制橡膠的放射狀溫度分佈是可能的。特別是在當橡膠抵達腔室時，使放射狀的溫度場是大致均勻
的，亦即提供該橡膠在一給定截面積上，具有維持大致相同的溫度是可能的。
圖6A、6B，和6C顯示出，分別被傳送到中央流和周圍流的熱量，從該等流被射入流道中的時間，到該等流被容許進入腔室44的時間之間。圖6A是一項有關於技術現狀之常見的例子，圖6B是有關於美國專利6 280 175的教導，以及圖6C顯示本發明之解決方法。
在圖6A的先前技術中，由於層流的存在，周圍流是持續地被加熱至一較大於中央流被加熱的程度。在該等情況下，所有被帶至該周圍流的熱量Q是相當地大於被帶至中央流的熱量Q’。
藉由美國專利6 280 175說明的先前技術中，要分辨出三個主要熱被帶入的區域是可能的。首先，位於美國專利發明之主題的阻塞物之前，有一上游區。接著，有一適當的阻塞區域，且最後有從該壓縮物下游延伸的區域。
在上游區域中，流體是層狀的，因此被帶至周圍流的熱量Q1是遠遠大於被帶至中央脈絡的熱量Q’1。接著，在阻塞物的地方，一大致上均勻的熱分佈可以被觀察到，對應到Q2和Q’2的值大致上是相等的。最終，阻塞物的下游，該流體再度成為層狀的，使得被傳送到周圍流的熱量Q3是遠遠大於被傳送到中央流的熱量Q’3。
在此些的情況下，如在圖6B中所示，被帶至周圍流的總熱量QT是等於熱量Q1、Q2，和Q3的總和。QT是遠遠大於被帶至中央流的總熱量Q’T，儘管有阻塞物的出現，總
熱量Q’T是對應於Q’1、Q’2，和Q’3的總和。
圖6C顯示，根據本發明所達成的放射狀溫度分佈。在此圖中，中央區域是有關於最終的中央流1’，亦即在裝置50下游流動的中央流，如以上的說明，其流體是對應到周圍的上游流1。同樣地，圖6C的側邊部分對應到來自原先的中央流2的最終周圍流2’。
被傳送到最終周圍流2’的總熱量QT，首先對應到被帶至裝置50的上游之原先是中央流2之熱量Q’I的總和，且接著是被傳送到該裝置下游的周圍流2’之熱量QII。由於層流的關係，Q’I是相對小的，然而QII是明顯較大的。
在相似的方法中，總共被帶至最終的中央流1’中的熱量Q’T，對應於首先被帶至裝置上游，原先是周圍流1的熱量QI之總和，且其次，被帶至該裝置下游的中央流1’的熱量Q’II。為了如以上提及的相同因素，QI是遠遠大於Q’I的，而Q’II是遠遠小於QII。因此，如在圖6C中所示，藉由裝置50所達成的變換方法，被帶至此兩流體的熱量QT和Q’T，傾向於相同。
本發明使得達成以上提及的目的是可能的。
如上所顯示的，橡膠流的所有區域在該等進入腔室44內之前，已接收了一大量的熱。換言之，橡膠在任何一點上的溫度是相對高的，因此，使得保證一相對短的硫化時間是可能的。
此外，特別如圖6C所示，一高程度的均勻化存在於被帶至橡膠的截面積之不同點的不同熱量之間，緊接在該橡
膠進入模具的腔室內之前。換言之，不存在有已經接收了一特別大的熱量之橡膠區域，因此，使得避免任何的過度加熱是可能的。在此些的情況下，本發明使得避免有特定的材料區域太迅速的硫化是可能的。
值得注意的是，本申請案具有已鑒定出US－B－6 280 175的教導相關的問題之優點。在該文件中，一阻塞物的出現保證了，橡膠獲得了一相對高的溫度，即使是在橡膠的中央部分，其是有利於硫化的時間。遺憾的是，該解決方法亦因著傳送一特別高的熱量至橡膠的周圍流的缺點，而變的不利。該缺點造成了上述所提及的問題，亦即過度加熱，太快的硫化，以及降低材料的品質。
圖7顯示本發明之一第一個不同的實施例，其使用一通道調節的限制型式的流道130。習知上，此流道130在其下游部分細分為複數個支流道，在此例子中，有三個此支流道，亦即1301、1302，和1303。個別的支流道本身被連接到相對應的出口1321、1322，和1323，其出口是被放置成與三個模具(未顯示)的腔室相通。
在此情況中，三個變流裝置1501、1502，和1503被提供於緊接在個別的出口上游。以此方式中，橡膠的放射狀溫度場在個別的變流裝置下游處被變換。此使得被帶至個別的橡膠支流之熱流被均勻分配是可能的，其橡膠流正流向在模具下游中的腔室(未顯示)。
圖8顯示本發明之一項額外的不同實施例，其中，流道230配備有兩個別相似於圖1到6的變流裝置50之變流
裝置250’和250”。換言之，此等兩變流裝置250’和250”以串聯的方式放置，不像圖7的裝置1501到1503是以並聯的方式放置。此實施例在其保證在流量長度是長的時候，藉由實現多次的變換，以均勻分布地加熱的範圍內是具有優點的。
如上所顯示的，本發明使得受控制的熱傳送是可能的，其傳送同時對於橡膠流的中央和周圍流，特別可以是均勻的。為了此目的，變流裝置的數目和/或位置，例如圖1的變流裝置50應該被調整。調整橡膠流的操作情況亦是可能的，亦即，特別是其溫度、其壓力，以及其流速，以調整產生在變流裝置的上游和下游之熱量。
本發明之另一項優點在於，其使得增加對於材料可能的流量長度是可能的。藉由使用一或多個變流裝置，該材料即使流過一更長的長度，也不會降低該材料的品質是可能的。
最終，因特定或個別的變流裝置是位於流道中，亦即在材料未凝固的區域中，該裝置的大量使用次數是可能的，或甚至移除該裝置，以裝設在另一台機器中。此將與先前的解決方法相比較，其中，修正材料流的方向之裝置是被適當地擺置於模具中。
在此情況下，此裝置對於個別被使用在相同機器中的模具是必需的，因此增加了操作的總成本。此外，此裝置造成了材料的損失，其已在個別的成型循環中凝固了，因而造成額外的成本。
B1‧‧‧流道上游區的周圍
B2‧‧‧流道下游區的周圍
C1‧‧‧流道上游區的中心
C2‧‧‧流道下游區的中心
1‧‧‧周圍的上游流
2‧‧‧中心的上游流
1’‧‧‧中心的下游流
2’‧‧‧周圍的下游流
10‧‧‧塑化機構
12‧‧‧螺桿
14‧‧‧通道
16‧‧‧入口孔
20‧‧‧射出機構
22‧‧‧腔室
24‧‧‧活塞
30‧‧‧流道
301‧‧‧流道的上游區
302‧‧‧流道的下游區
32‧‧‧出口孔
40‧‧‧模具
42‧‧‧饋給通道
44‧‧‧腔室
50‧‧‧變流裝置
52‧‧‧變流裝置的主體
60‧‧‧漸縮道
62‧‧‧漸縮道的開孔
70‧‧‧漸擴道
72‧‧‧漸擴道的開孔
130‧‧‧流道
1301‧‧‧支流道
1302‧‧‧支流道
1303‧‧‧支流道
1321‧‧‧出口
1322‧‧‧出口
1323‧‧‧出口
1501‧‧‧變流裝置
1502‧‧‧變流裝置
1503‧‧‧變流裝置
230‧‧‧流道
250’‧‧‧變流裝置
250”‧‧‧變流裝置
本發明參考僅由未限制性的範例所提供的附圖，於上文中描述，且其中：圖1是本發明之一種橡膠硫化機的縱向剖面圖；圖2A、2B，和2C分別顯示了本發明用於變換放射溫度場的變流裝置在縱向的剖面、從上，以及從下的放大視圖；圖3是一分別顯示了該變流裝置的上游和下游之輻射狀溫度分佈之縱向剖面圖；圖4和5是顯示了溫度如何隨著徑向位置，在圖3中的線IV－IV和V－V處的函數而改變的圖形；圖6A、6B，和6C分別顯示了在兩項先前技術的解決方法中，以及在本發明的解決方法中，被帶給橡膠的熱量多寡之圖解視圖；圖7和8是與圖3類似的縱向剖面圖，且顯示了本發明之兩種不同的實施例。
B1‧‧‧流道上游區的周圍
B2‧‧‧流道下游區的周圍
C1‧‧‧流道上游區的中心
C2‧‧‧流道下游區的中心
1‧‧‧周圍的上游流
2‧‧‧中心的上游流
1’‧‧‧中心的下游流
2’‧‧‧周圍的下游流
30‧‧‧流道
301‧‧‧流道的上游區
302‧‧‧流道的下游區
50‧‧‧變流裝置
52‧‧‧變流裝置的主體
60‧‧‧漸縮道
62‧‧‧漸縮道的開孔
70‧‧‧漸擴道
72‧‧‧漸擴道的開孔
Claims (10)
- 一種用於射出成型一可定型材料之射出成型機，該機器包括了用於塑化和射出該材料的機構(10、20)，其機構是適合用於，將該材料以流體狀態射入一流道(30；130；230)，其中，該材料大致上並未凝固以使用，該流道具有至少一個適合用於被放進與一種模具的內部容積(40)相通的出口(32；1321、1322、1323)，該材料係在該模具中凝固，該流道(30；130；230)具有至少一個適合用於變換在個別變流裝置的上游和下游之間的流體材料流中的放射狀溫度分佈之變流裝置(50；1501、1502、1503；250’、250”)，該變流裝置(50)首先係適於首先適合用於將一在流道(30)的上游區(301)之周圍(B1)的第一流體材料流(1)引導到該流道的下游區(302)的中心(C2)，並且其次係用於將在該流道的上游區中心(C1)的第二橡膠流(2)引導到該流道的該下游區周圍(B2)，該變流裝置(50)包含一被固定在流道之壁部上的主體(52)，其特徵在於該變流裝置(50)設有複數個漸擴道(70)和複數個漸縮道(60)，該等漸擴道(70)被配置成面對流道的上游區(301)的中心(C1)，並且在該流道的下游區(302)的周圍(B2)開放，而該等漸縮道(60)被配置成面對流道的上游區(301)的周圍(B1)，並且在該流道的下游區(302)的中心(C2)開放。
- 根據申請專利範圍第1項之射出成型機，其特徵在於變流裝置(50)的主體(52)被固定在流道(30)的壁部上。
- 根據申請專利範圍第2項之射出成型機，其特徵在於 該主體(52)被結合在流道(30)中的一內腔中且藉由一旋入式管嘴被保持固定不動。
- 根據申請專利範圍第1項之射出成型機，其特徵在於，在變流裝置(50)的任何點上，首先是漸縮和漸擴道(60、70)的截面積總合，以及，其次是流道(30)的總截面積之間的比例關係是大於30%。
- 根據申請專利範圍第1項之射出成型機，其特徵在於設有一到十個的範圍間之漸縮道(60)，且設有一到十個的範圍間之漸擴道(70)。
- 根據申請專利範圍第5項之射出成型機，其特徵在於設有四個漸縮道且設有四個漸擴道。
- 根據申請專利範圍第1項之射出成型機，其特徵在於流道(130)細分為複數個支流道(1301-1303)，且至少一支流道具有一相對應的變流裝置(1501-1503)。
- 根據申請專利範圍第1項之射出成型機，其特徵在於至少提供有兩種變流裝置(250’、250”)，而該裝置在流道中(230)以串聯方式被擺置。
- 一種運轉申請專利範圍第1項之射出成型機的方法，在該方法中，材料被導致流通過流道(30；130；230)，且接著透過特定或個別的出口(32；1321-1323)，進入至少一個模具(40)的內部容積中，朝向至少一腔室(44)，該方法的特徵在於變流裝置(50；1501-1503；250’、250”)的數目和/或位置，並且/或為了在特定或個別腔室(44)的鄰近區域中，控制該材料的放射狀溫度分佈，該流體的運作情況被 調整。
- 根據申請專利範圍第9項之方法，其特徵在於該放射狀溫度分佈是大致上均勻的。
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