TWI762658B - 膨脹交聯聚合物之射出成型方法及系統 - Google Patents

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Abstract

使用非時間依賴性量測變數有效測定模穴中之膨脹交聯聚合物零件之最優保持輪廓。系統及/或方法可首先將熔融膨脹交聯聚合物注射至模穴中，隨後在射出成型週期期間量測至少一個非時間依賴性變數。接著，所述系統及/或方法開始所述零件之保持輪廓，且在完成所述保持輪廓之後，自所述模穴彈出所述零件，隨即開始固化輪廓。

Description

膨脹交聯聚合物之射出成型方法及系統
本發明大體上係關於射出成型及更具體而言膨脹交聯聚合物之射出成型。
射出成型為通常用於大量製造由熱塑性材料所構造之零件之技術。在重複射出成型製程期間，將通常呈小糰粒或珠粒形式之熱塑性樹脂引入在熱量及壓力下熔融糰粒之射出成型機中。熔融材料隨後強有力地注射至具有特定所需凹穴形狀的模穴中。經注入之塑膠在壓力下保持在模穴中，且隨後冷卻且以形狀與模具之凹穴形狀極其相似的固化零件移除。單個模具可具有任何數目之個別凹穴，其可藉由引導熔融樹脂流入凹穴之澆口連接至流動通道。
膨脹交聯聚合物(例如乙烯-乙酸乙烯酯或「EVA」)為一類通常射出成型之聚合物。使交聯聚合物膨脹之典型的射出成型製程通常包含四個基本操作。首先，在射出成型機中加熱塑膠以允許塑膠在壓力下流動。當射出成型使交聯聚合物膨脹時，在此步驟中，將聚合物加熱至低於聚合物之活化溫度的溫度或在聚合物內開始發生膨脹和交聯時的溫度。
接著，將熔融的塑膠注入至限定在已經封閉之兩個模具半部之間的模穴或凹穴中。模具或凹穴溫度設定為足夠高的值以激活化學反應或使聚合 物開始膨脹及交聯的反應。在第三步驟，將塑膠保持在壓力下以允許在凹穴(cavity/cavities)中發生足夠的交聯及膨脹(或吹塑)。最後，打開模具半部，且將模製零件自模具中移出或彈出，藉此允許塑膠擴展至大於模穴之內部容積的最終形狀及組態。
在習知系統中，將固定的預定量之塑膠注射至模穴中。此量僅部分地填充凹穴。隨後加熱模穴以引起化學反應，接著隨後使塑膠擴展以填充模穴且交聯指定之保持時間，其通常經由「澆口凍結研究」測定，在所述研究中經一定時間段量測零件重量。在此澆口凍結研究中，在射出成型製程期間週期性地量測零件重量直至重量開始趨於平衡。零件重量趨於平衡之時間點鑑別為一般為彈出零件之最佳時間。此澆口凍結研究通常在製程驗證階段期間進行，且時常用於整個後續射出成型週期。
在彈出零件之後，迅速將其自模具移出至發生固化之穩定隧道處。藉由自模具中迅速移出零件，零件可充分膨脹，且將不會由於零件的材料在零件仍留在模具中之區域膨脹而變形。在固化階段期間，使零件緩慢冷卻至接近室溫之溫度。過量內部氣體將自零件緩慢逸出。
測定或計算彈出零件之時間(其取決於計算之保持時間)以向經注射之塑膠提供足夠的時間以膨脹及交聯(因此經過充分硬化)至所要的最終形狀，如此塑膠不會變形或被其他方式損壞。然而，歸因於材料及機械差異，使用固定的保持時間作為測定變數可引起不同的內部峰值凹穴壓力，此可影響模穴中之交聯及膨脹。特定而言，引起零件膨脹之化學反應很少一致，如現存系統中壓力構建之延遲及不一致兩者所證明。繼而，當零件自模具彈出且進入固化步驟時，模製零件繼續膨脹及交聯直至達到最終形式，膨脹及交聯可以不同速率進行，由此產生大小不一致的零件。另外，零件可具有不雅觀的疵點及 其他非所要缺陷。
舉例而言，熔融塑膠在後續注射週期中可具有略微不同的材料特徵，因此若後續注射週期取決於先前的保持時間，則可出現零件不完美、錯誤及其他不規則性之發生。若零件保持在凹穴中長於所需，則總射出成型週期不必要長，因此射出成型機消耗過剩能量，其繼而增加操作成本且不利地影響生產能力。另外，模製零件在模具中可能不會經歷一致的熱傳遞，這可導致不均一表層。模製零件之單元結構亦可為非均一的，意謂自由基分子可不對準。當此等分子均一分佈時，所得零件具有更一致的穩定尺寸及物理特性。
另外，習知的系統在模製製程期間歸因於不同的模具厚度通常不提供貫穿塑膠之均一熱分佈。藉由不均勻地加熱塑膠，模穴內不同區域之塑膠可以不同速率膨脹，此可引起不一致的零件具有廣泛的公差。
另外，模製零件可為不正確的標定尺寸(意謂零件可過大或過小)且可由於不充分之交聯而可能過軟或過有彈性。因此，模製零件在任意數目之客觀試驗中可能失效，諸如磨損試驗、壓縮永久變形(compression set)試驗及/或動態彈性測試，其中能量損失係經由若干受控負載之時間緊密的撞擊來量測。
本發明之範疇內之實施例係針對使用非時間依賴性量測變數有效測定在模穴中形成之一或多種膨脹交聯聚合物零件之最優保持輪廓。系統及/或方法可首先將熔融膨脹交聯聚合物注射至模穴中，隨後在射出成型週期期間量測至少一個非時間依賴性變數。接著，系統及/或方法開始零件之保持輪廓，且在完成保持輪廓之後，自模穴彈出零件，藉此系統及/或方法開始零件之固化輪廓。
在此等實例中，模穴在注射階段幾乎完全被填充。當至少一種量測之非時間依賴性變數達到第一臨限值時，適合之保持輪廓開始，且繼續直至量測之至少一個非時間依賴性變數達到第二臨限值為止。在此時段期間，額外的熔融膨脹交聯聚合物被限制注射至模穴中。
在一些實例中，第一臨限值指示模穴實質上充滿熔融膨脹交聯聚合物。第二臨限值可指示零件在結構上合理，且準備彈出。
在一些實例中，所量測變數為凹穴壓力值。在此等實例中，第一臨限值可為凹穴壓力之微小增量。第二臨限值可指示在特定時間段內實質上恆定之凹穴壓力值。相對於凹穴壓力量測值之臨限值之其他實例為可能的。
在其他實例中，所量測變數為溫度值。在此等實例中，第一臨限值可為高於初始凹穴溫度之微小增量。第二臨限值可表示在特定時間段內凹穴溫度值實質上恆定。相對於凹穴溫度量測值之臨限值之其他實例為可能的。
在一些實例中，固化輪廓之開始包含首先量測不同的非時間依賴性變數。所量測之不同的非時間依賴性變數達到第三臨限值之後，結束固化輪廓。在此等實例中，第三臨限值可為零件在結構上合理的指示。所量測之不同非時間依賴性變數包括壓力值，所述壓力值可直接經由壓力轉換器、經由次表面量測及/或經由間接量測來量測。其他實例為可能的。
在其他實例中，開始固化輪廓包含允許零件冷卻預定量的時間。
在一些方法中，膨脹交聯聚合物射出成型系統包含：射出成型機，其包括注射單元及形成至少一個模穴之模具；控制器，其適用於控制射出成型機之操作；以及一或多個感測器，其經耦接至射出成型機及控制器。注射單元適用於接收且將熔融膨脹交聯塑膠材料注射至至少一個模穴中以形成模製零件。一或多個感測器中之至少一者適用於在射出成型週期期間量測至少一個 非時間依賴性變數。控制器適用於開始膨脹交聯聚合物零件之保持輪廓，且進一步適用於引起模製零件在保持輪廓完成之後自模穴彈出，隨即接著開始固化輪廓。
藉由最佳化保持輪廓，產生具有最小缺陷及大小差異之一致的零件。自一或多種非時間依賴性變數獲得之量測值可用作高度精確量測何時進行製程參數決策。另外，歸因於在使用經最佳化保持輪廓時所產生之模製零件的一致性，後續固化輪廓可進一步確保模製零件保持一致且處於緊公差內(例如，大約2mm之公差內)。
100:射出成型機/機器
102:注射單元
104:夾持系統
106:料斗
108:糰粒
110:加熱筒
112:往復式螺桿
114:熔融塑膠材料
116:噴嘴
118:模具
120:澆口
122:模穴
124:壓機或夾持單元
125:第一模側/模具半部
126:螺桿控制
127:第二模側/模具半部
128:感測器
129:感測器
140:控制器
141:軟體
142:硬體元件
143:輸入端
144:輸出端
145:連接件
300:實例膨脹交聯聚合物射出成型週期
302:線
304:線
306:線
I:區域
II:區域
III:區域
經由提供以下詳細描述中所描述之用於射出成型膨脹交聯聚合物之方法中之一者、超過一者或任何組合，尤其係當結合圖式進行研究時，至少部分地滿足了以上需求，其中：圖1說明根據本發明之各種實施例，耦接控制器之例示性射出成型機之正視圖。
圖2說明在根據本發明之各種實施例之膨脹交聯聚合物之射出成型期間，隨時間推移發泡劑與交聯劑之間的實例關係；以及圖3說明在根據本發明之各種實施例之膨脹交聯聚合物射出成型週期期間，螺釘位置、凹穴壓力與熔融壓力之間的實例關係。
熟練的技術人員應瞭解，圖中的元件係為簡單且清晰起見而說明且不必按比例繪製。舉例而言，圖式中元件中之一些的尺寸及/或相對定位可相對於其他元件誇大以有助於提高對本發明之各種實施例的理解。此外，在商業上可行的實施例中有用或必要的常見但公知的元件通常未描繪，以便促進對此等各種實 施例之較少妨礙的觀察。將進一步瞭解可按特定出現次序描述或描繪某些動作及/或步驟，而本領域中熟習此項技術者應理解實際上並不需要關於順序之此特殊性。亦將理解，除非本文中已另外闡述不同的特定含義，否則本文中所使用之術語及表達具有如上文所闡述之本領域中熟習此項技術者賦予此類術語及表達的普通技術含義。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2017年6月15日申請之名為「交聯聚合物之射出成型」之美國臨時申請案第62/520,004號的優先權，所述申請案之全部內容以引用之方式併入本文中。
本文中描述一種用於膨脹交聯聚合物之射出成型製程。膨脹交聯聚合物之實例為EVA，當聚合時，其包含藉由指定溫度活化之任意數目之發泡劑及任意數目之交聯劑。舉例而言，發泡劑及交聯劑可在約160℃與約190℃之間的溫度下、或較佳地在約165℃與約185℃之間的溫度下、及更佳地在約170℃與約180℃之間的溫度下活化，其可提供用於使發泡及交聯發生之最優範圍。適合之溫度範圍之其他實例為可能的。
如圖1中所說明，對膨脹交聯聚合物鑄模之射出成型機100包含注射單元102及夾持系統104。本文中所描述之方法可適用於立式壓製射出成型機及任何其他已知類型的射出成型機。注射單元102包含適用於容納呈糰粒108形式或任何其他適合之形式的膨脹交聯聚合物材料之料斗106。在諸多此等實例中，糰粒108包含任意數目之起泡劑、交聯劑及類似者。其他實例為可能的。
料斗106將糰粒108送至注射單元102之加熱筒110。在進料至 加熱筒110中時，可藉由往復式螺桿112將糰粒108驅使至加熱筒110之末端。藉由往復式螺桿112加熱加熱筒110及壓製糰粒108使糰粒108熔融，由此形成熔融塑膠材料114。熔融塑膠材料114通常係在選自約110℃與約150℃之間的範圍內之溫度下處理。此熔融溫度低於熔融塑膠材料114之活化溫度。
往復式螺桿112向前推進且迫使熔融塑膠材料114接近噴嘴116以形成一注射量塑膠材料114，其將經由引導熔融塑膠材料114流入模穴122之一或多個澆口120最終注射至模具118之模穴122中。在其他實施例中，噴嘴116可藉由進料系統(未說明)與一或多個澆口120分離。模穴122形成於模具118之第一模側125與第二模側127之間，且第一模側125與第二模側127在壓力下經壓機或夾持單元124固持在一起。模具118可包含任意數目之模穴122以增加總產率。凹穴之形狀及/或設計可一致、類似及/或彼此不同。
在模製製程期間壓機或夾持單元124施加預定夾持力，該夾持力大於使兩個模具半部125、127分離之注射壓力所施加的力，由此在將熔融塑膠材料114注入模穴122中時使第一模側125及第二模側127結合在一起。為支撐此等夾持力，除任何其他數目之組件之外，夾持系統104可包含模具框架及模具基底。
往復式螺桿112繼續向前移動，使得所述注射量之熔融塑膠材料114經注射至模穴122中。將模穴122加熱至高於熔融塑膠材料114之活化溫度的溫度。舉例而言，可將模穴122加熱至在約160℃與約185℃之間的溫度、及較佳地約170℃與180℃之間的溫度。因此，當熔融塑膠材料114接觸模穴122之側壁時，所述熔融塑膠材料114內開始發生化學反應。應理解，模穴122之壁可在注射熔融塑膠材料114之前預加熱，或可替代地，可在熔融塑膠材料114進入模穴122時迅速加熱至適合之溫度。可用於加熱限定模穴之模具之表面的 加熱技術的實例為：電阻加熱(或焦耳加熱)、導電、對流、使用經加熱流體(例如，歧管或夾套亦及熱交換器中之過熱的蒸氣或油)、輻射加熱(諸如經由使用來自燈絲或其他發射極之紅外線輻射)、RF加熱(或電介質加熱)、電磁感應加熱(在本文中亦被稱作感應加熱)、使用熱電效應(亦被稱作珀爾貼-西白克效應(Peltier-Seebeck effect))、振動加熱、聲波加熱以及使用加熱泵、加熱管道、匣式加熱器或電阻導線，無論其之使用是否被視為在以上所列舉類型之加熱各者中之任一者之範疇內。
射出成型機100亦包含經由連接件145與機器100通信耦接之控制器140，且通常用於控制射出成型機100之操作。連接件145可為適於傳輸及/或接收電子信號之任何類型之有線及/或無線通信協定。在此等實例中，控制器140與至少一個感測器(諸如位於噴嘴116中之感測器128及/或位於接近模穴122末端處之感測器129)信號通信。感測器129可位於模穴122內或接近處之任何位置。應理解，能夠感測任何數目之模具118及/或機器100之特徵的任何數目之額外感測器可置放於機器100之所需位置處。
控制器140可相對於射出成型機100設置於多個位置中。作為實例，控制器140可與機器100整合在一起、包括於安裝在機器上之外殼中、包括於置放在相鄰或接近於機器處或可遠離機器置放之單獨的外殼中。在一些實施例中，控制器140可藉由如本領域中已知及/或常用之有線及/或有線信號通信部分地或完全控制機器之功能。
感測器128可為適於(直接或間接)量測一或多個熔融塑膠材料114之特徵的任何類型之感測器。感測器128可量測本領域中已知之熔融塑料材料114之任何特徵，諸如壓力或溫度及類似特徵，或指示此等之任何數目之其他特徵中的任何一或多者。感測器128可能或可能不與熔融塑膠材料114直接接 觸。在一些實例中，感測器128可適於量測任何數目之射出成型機100之特徵，且不僅僅為與熔融塑膠材料114相關之彼等特徵。
感測器128產生信號，所述信號經傳輸至控制器140之輸入端。若感測器128不位於噴嘴116內，則控制器140可用邏輯、命令及/或可執行程式指令來設定、組態及/或程式化以提供適當的校正因數，從而估計或計算噴嘴116中之所量測特徵之值。
類似地，感測器129可為適於(直接或間接)量測熔融塑膠材料114之一或多個特徵以偵測其在模穴122中之現狀及/或情況的任何類型之感測器。在各種實施例中，感測器129可位於或靠近模穴122中之填充位置之末端處。感測器129可量測本領域中已知之熔融塑料材料114及/或模穴122之任何數目的特徵，諸如壓力、溫度及類似特徵，或指示此等之任何數目之其他特徵中的任何一或多者。感測器129可能或可能不與熔融塑膠材料114直接接觸。
感測器129產生信號，所述信號經傳輸至控制器140之輸入端。若感測器129不位於模穴122中之填充位置之末端處，則控制器140可用邏輯、命令及/或可執行程式指令設定、組態及/或程式化以提供適當的校正因數，從而估計或計算填充位置末端處之所量測特徵之值。應理解，任何數目之額外感測器可用於感測及/或量測操作參數。舉例而言，2016年6月30日申請及以美國公開案第2017/0001356號出版之美國專利申請案第15/198,556號描述安置在填充末端之前以預測填充末端之感測器且以全文引用之方式併入本文中。
控制器140亦與螺桿控制126信號通信。在一些實施例中，控制器140產生信號，所述信號自控制器140之輸出端傳輸至螺桿控制126。控制器140可控制機器之任何數目種特徵，諸如注射壓力(藉由控制螺桿控制126來使螺桿112以保持噴嘴116中之熔融塑膠材料114之所要熔融壓力的速率前進)、 機筒溫度、夾鉗閉合及/或打開速度、冷卻時間、正向注射時間、保持輪廓、總週期時間、壓力設定值、彈出時間、固化輪廓、螺桿恢復速度以及螺桿流速。其他實例為可能的。
來自控制器140之一或多個信號可通常用於控制模製製程之操作，以使得控制器140考慮材料黏度、模穴122溫度、熔融溫度之變化及其他影響填充速率之變化。調整可藉由控制器140實時或接近實時(亦即，用對製程進行感測值及變化之感測器128與感測器129之間的最小延時)進行，或校正可在後續週期中進行。此外，來源於任何數目之個別週期之若干信號可用作對模製製程做出調整的基礎。控制器140可經由本領域中已知的或在下文中出現之任何類型的信號通信連接至感測器128、感測器129、螺桿控制126及機器100中之任何其他組件。
控制器140包含適用於控制其操作之軟體141、任何數目之硬體元件142(諸如記憶體模組及/或處理器)、任何數目之輸入端143、任何數目之輸出端144及任何數目之連接件145。軟體141可直接負載至呈非暫態電腦可讀媒體形式之控制器140之記憶體模組上，或可替代地位於遠離控制器140處，且可藉由任何數目的控制方法與控制器140通信。軟體141包括邏輯、命令及/或可執行程式指令，所述可執行程式指令可含有用於根據模具週期控制射出成型機100之邏輯及/或命令。軟體141可能或可能不包含操作系統、操作環境、應用環境及/或使用者介面。
硬體142使用輸入端143自受控制器140控制之射出成型機接收信號、資料及資訊。硬體142使用輸出端144將信號、資料及/或其他資訊發送至射出成型機。連接件145表示一種路徑，藉由所述路徑可將信號、資料及資訊在控制器140與其射出成型機100之間傳輸。在各種實施例中，此路徑可為物 理連接件或非物理通信鏈路，所述非物理通信鏈路類似於以本文中所描述或本領域中已知之任何方式組態之直接或間接的物理連接件工作。在各種實施例中，控制器140可以本領域中已知之任何額外或替代性方式組態。
連接件145表示一種路徑，藉由所述路徑可將信號、資料及資訊在控制器140與射出成型機100之間傳輸。在各種實施例中，此等路徑可為物理連接件或非物理通信鏈路，所述非物理通信鏈路類似於以本文所述或本領域中已知之任何方式組態之直接或間接的物理連接件工作。在各種實施例中，控制器140可以本領域中已知之任何額外或替代性方式組態。
如先前規定，在射出成型週期期間，感測器128、感測器129適用於量測至少一種與操作機器100相關之變數。在操作期間，控制器140開始保持輪廓，所述保持輪廓可儲存於軟體141中。在一些實例中，保持輪廓可在所量測變數達到臨限值之後開始。完成保持輪廓之後，控制器140將信號發送至機器，所述信號使模穴122打開且將零件自模具118彈出，以使其可開始固化輪廓，在必要時繼續發生膨脹及交聯以形成在結構上合理的模製零件。舉例而言，在結構上合理的模製零件可不含缺口(divot)、凹陷(dwell)、毛邊(flash)、部分填充、燒焦、撕裂、微小缺陷(諸如表層上之縮痕及/或漩渦)、厚度變化薄弱，且亦可具有機械特性之均一性。
在此等實例中，變數或特徵可為除時間(例如週期、步驟或任何其他時間)以外之一者，因此時間並非直接量測且用於測定保持輪廓之長度，且因此時間並非直接量測且用於測定何時彈出零件。確切而言，變數或特徵依賴於作為測定零件準備之因數的另一值或指示。使用一或多個非時間依賴性變數為有利的，因為在連續運行期間，即使在相同的糰粒108供應之情況下，糰粒品質、催化劑穩定性、環境條件或其他因素之變化可能會影響聚合物材料球 狀間的交聯。雖然時間依賴性製程可在大多數時間提供令人滿意的零件，但基於一或多個非時間依賴性變數測定彈出準備度之系統為較佳的，此係因為所述系統為各單獨的球粒或模製系統之運行提供更準確的評估。
轉至圖2，其說明在射出成型製程期間，隨時間推移膨脹交聯聚合物之發泡劑與交聯劑之間的實例關係，所述發泡劑首先在給定溫度下活化且隨時間推移而開始反應。一般而言，由圖2中之實線描繪之發泡劑將引起零件膨脹，且因此將至少部分地指示零件尺寸。在發泡劑活化之大約相同的點處，由圖2中之虛線所描繪之交聯劑在聚合物內活化且開始形成結構鍵。發泡劑及交聯劑產生發熱反應，因此所述發泡劑及交聯劑隨反應進展而產熱，所述產熱繼而使發泡劑及交聯劑繼續各自的化學反應。當發泡過程結束時，反應將停止散熱。在此時，交聯持續至零件充分形成為止，意謂熔融塑膠材料114不再處於可流動狀態。
再次參考圖1，熔融塑膠材料114實質上填充模穴122之後，開始保持輪廓。在可在所量測變數(其可藉由感測器128及/或129中之任一者量測)達到第一臨限值後開始之保持輪廓期間，限制額外的熔融塑料材料114被注射至模穴122中。此可藉由中斷熔融塑料材料114之供應，或可替代地或結合藉由控制螺桿112之移動而發生。另外，模穴122在保持輪廓期間保持封閉。在所量測變數(其可藉由感測器128及/或129中之任一者量測)達到第二臨限值後，控制器140使保持輪廓終止，藉此打開模穴122且零件自模具118彈出且固化輪廓開始。
現轉而參考圖3，其表示實例膨脹交聯聚合物射出成型週期300，所量測變數可達到第一臨限值及第二臨限值。線302描繪了凹穴壓力經建構至所要及/或所指示觸發點時螺桿112在特定注射壓力(亦即，5,000psi)下的位置。 作為實例，壓力在此時可自大約5,000psi減小至大約2,000psi。在此實例中，在注射膨脹交聯聚合物期間，由線304描繪之熔融壓力首先增大且接著保持在實質上恆定的值。因此，感測器128可為安置在螺桿112內、上及/或附近之壓力感測器。作為非限制性實例，熔融壓力可在大約0psi與大約11,000psi之間。合適之熔融壓力之其他實例為可能的。另外，應理解，在一些實例中，熔融壓力可能不會保持實質上恆定的值。
在圖3中，線306描繪了所量測變數，如凹穴壓力值。因此，在此實例中，感測器129可為安置在模穴122內、上或附近之壓力感測器。在所說明實例中，在區域I中，感測器129量測超過第一臨限值之凹穴壓力。如先前所述，在一些實例中，在射出成型製程期間模穴122可基本上完全填充有熔融塑膠材料114。
在此實例中，所量測之凹穴壓力值定義為大於微小值之凹穴壓力，其可至少部分地由完全填充模穴122且在凹穴壁上施加壓力之熔融塑膠材料114引起。凹穴壓力的增加可另外或可替代地由模穴122內之熔融塑膠材料114的膨脹引起。應理解，在一些實例中，第一臨限值可為任何所要的數量。舉例而言，第一臨限值可為相異的凹穴壓力值，諸如大約100psi。其他實例為可能的。
在感測器129量測超過第一臨限值之凹穴壓力值後，控制器140開始保持輪廓。如圖3中之線304所說明，熔融壓力接著經調整(例如，減小)。在所說明實例中，熔融壓力再次保持在實質上恆定的值，諸如在大約500psi與大約3,500psi之間。其他實例為可能的。此壓力藉由控制螺桿112移動至由感測器128在噴嘴處所量測之保持壓力來保持。
在區域II，當保持熔融壓力時，所量測之凹穴壓力隨熔融塑膠材 料114開始發泡或膨脹而增加。在感測器129量測超過第二臨限值之凹穴壓力值之後，完成保持輪廓，且控制器140使零件自模穴122彈出。作為實例，第二臨限值可為相異的凹穴壓力值，諸如在大約100psi與大約2,000psi之間。其他實例為可能的。此第二臨限值指示膨脹交聯聚合零件在結構上充分合理以完成其在模穴外部之膨脹及交聯。在此時，打開模穴122，因此熔融壓力降至大約0。
在一些實例中，感測器129為量測溫度值之溫度感測器。因此，在此等實例中，第一臨限值可為代表模穴122實質上經完全填充之凹穴溫度值。舉例而言，第一臨限溫度值可在大約168℃與大約176℃之間。其他實例為可能的。類似地，在此等實例中，第二臨限值可為代表用於彈射之熔融塑膠材料114在結構上充分合理的凹穴溫度值。在此等實例中，凹穴溫度在零件準備自模穴122彈出時可達到平穩狀態或降低。作為非限制性實例，第二臨限溫度值可在大約160℃與大約180℃之間。其他實例為可能的。
由於在保持輪廓開始之前模穴122實質上經完全填充(例如，在大約95%與大約99%之間填充)，且由於對熔融塑膠材料114施加壓力藉此將其保持在模穴122之經加熱壁上，因此歸因於表面接觸的增大，熱量均一地分佈或轉移至熔融塑料材料114。有利地，發泡劑及交聯劑將更均一地活化，因此形成更具黏性的鍵。
如此組態，保持輪廓可描述為圖3中之區域I及II之組合。射出成型機100並不涵蓋開始保持輪廓所要的實際持續時間，且實際上，機器100以封閉迴路模具保持模式操作。如此組態，歸因於一致的熱傳遞，模製零件具有更一致的零件大小及外觀，以及均一表層。另外，不僅特定零件具有一致的尺寸，保持輪廓有助於確保一系列零件之大小的可靠性及一致性，此相對於膨脹交聯聚合物製品尤其具有挑戰性。另外，保持輪廓提供對注射製程之較好控 制，從而允許零件指示凹穴何時充滿且準備被彈出。在一些實例中，歸因於固化時間的減少，使用保持輪廓可降低總週期時間。另外，歸因於自由基分子變得對準，保持輪廓之使用可在單元結構中產生具有更均一性之零件。此等零件將具有微小缺陷，諸如層表面上之縮痕及/或漩渦。因此，在一致物理特性的情況下，保持輪廓製得更一致且標定尺寸穩定之零件。
在區域III，控制器140開始固化輪廓。如圖3中所說明，隨著零件停止進一步膨脹，凹穴壓力將最終達到平穩狀態。在感測器129量測超過第三臨限值之凹穴壓力值之後，開始固化輪廓，且零件經彈出，自凹穴122或整個機器100移除，且轉移至發生固化之穩定隧道。作為實例，第三臨限值可為不同的凹穴壓力值，諸如在大約2,000psi與大約4,000psi之間。其他實例為可能的。可替代地，第三臨限值可為壓力值之預定變化率，所述壓力值可指示壓力不再增加。其他實例為可能的。此第三臨限值指示膨脹交聯聚合零件基本上完全形成且準備好進一步處理。藉由使用第三臨限值來測定固化輪廓之持續時間，機器100將不會過早彈出未完全固化之零件。另外，機器100藉由使用不必要長之固化時間來減少低效率，所述不必要長之固化時間可消耗不必要的功率且減小機器之總產率。
在一些實例中，壓力值可使用壓力轉換器直接量測。在此實例中，轉換器之「頭部」接觸模製材料，且壓力經由此接觸感測。在其他實例中，壓力值可在藉由模具材料之薄膜與凹穴分離之盲袋中經由壓力轉換器在次表面位置處量測。在另外其他實例中，壓力值可經由安置於凹穴中之電洞中的浮動銷間接量測，所述浮動銷將負載自凹穴轉移至壓力感測器。在其他實例中，來自次表面及/或間接量測之力可經由槓桿機制或其他機器增大。其他實例為可能的。
在其他實例中，固化輪廓可在完全固化零件所需之固定的預定時間內開始。舉例而言，固化輪廓可經程式化以持續大約100秒與大約450秒之間。其他實例為可能的。歸因於使用經最佳化之保持輪廓，機器100能夠對固化輪廓使用固定時間段，所述經最佳化之保持輪廓形成具有均一特徵(諸如內部交聯及黏合強度)的一致零件。固化輪廓開始時之此均一性將引起在固化輪廓期間之持續的均一性。
本領域中熟習此項技術者將認識到，可在不背離本發明之範疇的情況下對於上述實施例作出多種修改、更改及組合，且此類修改、更改及組合應視為在本發明概念之範圍內。
100:射出成型機/機器
102:注射單元
104:夾持系統
106:料斗
108:糰粒
110:加熱筒
112:往復式螺桿
114:熔融塑膠材料
116:噴嘴
118:模具
120:澆口
122:模穴
124:壓機或夾持單元
125:第一模側/模具半部
126:螺桿控制
127:第二模側/模具半部
128:感測器
129:感測器
140:控制器
141:軟體
142:硬體元件
143:輸入端
144:輸出端
145:連接件

Claims (18)

  1. 一種用於測定膨脹交聯聚合物零件是否準備好在射出成型週期期間自模穴彈出之方法，所述方法包括：在射出成型週期期間，將熔融膨脹交聯聚合物注射至模穴中；在射出成型週期期間，量測至少一個非時間依賴性變數；在射出成型週期期間且在所述之至少一個非時間依賴性變數達到第一臨限值時，為所述膨脹交聯聚合物零件開始保持輪廓，該保持輪廓包括：限制額外的熔融膨脹交聯聚合物被注射至所述模穴中；及在所述所量測之至少一個非時間依賴性變數達到第二臨限值之後，終止所述保持輪廓，在射出成型週期期間且在完成所述保持輪廓時，將模製零件從模穴中彈出；及在射出成型週期期間且將所述模製零件彈出時，開始為成型部件提供固化輪廓，藉此使所述成型部件膨脹至最終形式，所述固化輪廓包括：測量一不同的非時間依賴變數，在所測量的不同的非時間依賴變數達到第三臨限值時，將所述模製零件轉移到穩定隧道，在所述穩定隧道中，所述模製零件冷卻一段取決於第三臨限值的持續時間，其中，所述至少一個非時間依賴變數及所述不同的非時間依賴變數係選自壓力值、溫度值或壓力值之變化率所構成之群組。
  2. 如請求項1之方法，其中所述第一臨限值指示所述模穴實質上充滿熔融膨脹交聯聚合物。
  3. 如請求項1之方法，其中所述第二臨限值指示所述模製零件在結 構上合理。
  4. 如請求項1之方法，其中所述所量測之至少一個非時間依賴性變數包括凹穴壓力值。
  5. 如請求項1之方法，其中所述保持輪廓在實質上恆定壓力下開始。
  6. 如請求項1之方法，其中所述第三臨限值指示所述模製零件實質上完全形成以進一步處理。
  7. 如請求項1之方法，其中所述所量測之不同的非時間依賴性變數包括壓力值。
  8. 如請求項1之方法，其中開始所述固化輪廓的步驟包括允許所述模製零件冷卻預定量的時間。
  9. 一種膨脹交聯聚合物射出成型系統，包括：射出成型機，包括注射單元及形成模穴之模具，所述注射單元適用於接收且將熔融膨脹交聯塑膠材料注射至所述模穴中以形成模製零件；適用於控制所述射出成型機之操作之控制器；以及一或多個耦接至所述射出成型機及所述控制器之感測器；其中所述一或多個感測器中之至少一者適用於在所述射出成型週期期間量測至少一個非時間依賴性變數，其中所述控制器適用於開始所述膨脹交聯聚合物零件之保持輪廓且進一步適用於使所述模製零件在完成所述保持輪廓後自所述模穴彈出且開始所述模製零件之固化輪廓，其中該固化輪廓包括：測量一不同的非時間依賴變數，在所測量的不同的非時間依賴變數達到第三臨限值時，將所述模製零件轉移到穩定隧道，在所述穩定隧道中，所述模製零件冷卻一段取決於第三臨限值的持續時間， 其中，所述至少一個非時間依賴變數及所述不同的非時間依賴變數係選自壓力值、溫度值、壓力值之變化率或硬度值所構成之群組。
  10. 如請求項9之系統，其中所述控制器藉由以下開始所述保持輪廓：在所述所量測之至少一個非時間依賴性變數達到第一臨限值時開始所述保持輪廓，限定額外的熔融膨脹交聯聚合物被注射至所述模穴中，以及在所述所量測之至少一個非時間依賴性變數達到第二臨限值時終止所述保持輪廓。
  11. 如請求項10之系統，其中所述第一臨限值指示所述模穴實質上充滿熔融膨脹交聯聚合物。
  12. 如請求項10之系統，其中所述第二臨限值指示所述零件在結構上合理。
  13. 如請求項10之系統，其中所述所量測之至少一個非時間依賴性變數包括一凹穴壓力值。
  14. 如請求項9之系統，其中所述保持輪廓在實質上恆定壓力下開始。
  15. 如請求項9之系統，其中開始所述固化輪廓包括：量測不同的非時間依賴性變數；及在所量測之不同的非時間依賴性變數達到第三臨限值之後，終止所述保持輪廓。
  16. 如請求項15之系統，其中所述第三臨限值指示所述零件在結構上合理。
  17. 如請求項15之系統，其中所述所量測之不同的非時間依賴性變數包括壓力值。
  18. 如請求項9之系統，其中開始所述固化輪廓包括允許所述零件冷卻預定量的時間。
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