擠壓模塑法的製作方法
2023-12-03 07:19:51
專利名稱：擠壓模塑法的製作方法
對相關申請的交叉引用本發明要求2001年4月20日提交的美國臨時專利申請60/285,196和2001年8月20日提交的美國臨時專利申請60/313,960的權利。
背景技術：
本發明涉及擠壓模塑技術領域，尤其是用於成型大型製品。已知有多種模塑方法用於成型聚合物材料製品，例如吹塑法。在吹塑法中，將「型坯」(即，擠壓塑料管)擠入模具中，高壓空氣被吹入模具中將塑料擠至模腔的邊緣。使用連續的高速、高容量吹塑法製造瓶子是已知的。儘管這種吹塑法非常適用於製造像瓶子這樣的小型製品，然而該方法由於其自身的多種限制，因而絕對不適用於製造大型塑料製品如塑料板。當吹塑大型塑料製品例如塑料板時，非常多的區域存在不均勻拉伸，特別是在拐角、邊緣和深衝壓處，結果導致結構的整體性非常差。而且，為了吹塑大型製品，此方法中的擠壓型坯必須具有非常大的直徑，這就造成了特定的實質限制。擠壓型坯的壁非常厚，不能使用吹塑法合適地吹制，而且塑料的集中重量將會造成鬆弛和伸長。而且，在最終產品中不一致性的程度較高。
經常希望在模塑製品中加入顏料。在標準方法中，必須將顏料或色料加入整個聚合物中。但是，由於顏料介質需要較高質量的塑料材料，或者是天然的或者是高質量回收塑料，因此該方法會導致成本過高。這樣，整個製品必須由高成本的材料構成，使用不太昂貴的回收塑料是不可能的。在吹塑小型製品如瓶子時使用多個層是已知的。例如，用於包裝食品的塑料瓶可以具有一紫外阻擋層，以用於食品保鮮和增加產品的貨架期。還希望給產品加入彩色色料層，以避免上述問題。但是，在生產大多數大型物體時使用多層法是不可行的。已知該多層法可成功地用於製造具有簡單形狀通常是圓形的大型物體，例如在生產垃圾桶時塗覆一顏料層。但是製造這些物體的該方法在大多數情況下是間歇式的，而非連續的，需要生產人員進行相當多的處理和特殊步驟。
在受到限制的情況下使用吹塑法生產大型物體例如塑料板是已知的。但是，該方法也是間歇式的，而非連續的，需要生產人員進行相當多的處理和特殊步驟。而且，該方法還存在很多其他問題。制板法必須是單層法，其中製品只能由單層塑料構成，不允許使用多層法。這樣通過控制各種參數，包括強度、重量、顏色和成本，以及防滑有效性、阻火性、阻隔保護、紫外(UV)保護水平以及所用材料的回收比例，來獲得益處和靈活性是困難的。而且，由於每個製品都必須單獨處理，且生產是間歇式而非連續式的，因此在等待下一個循環的時候，擠壓機和擠壓頭內的聚合物積聚且長時間內溫度過高，造成塑料樹脂降解。這些板也存在上述問題，在拐角、邊緣和深衝壓處出現過度伸長，且當擠壓型坯向下運動進入模具時，在其自身的重量作用下過度伸長。而且，由於擠出循環非常慢，擠壓型坯的冷卻不均勻，其底端以非常快的速度逐漸冷卻。這就會導致吹制不均勻和表面拋光較差。
用傳統方法生產的板材往往具有光滑表面，因此必須採用額外步驟才能獲得防滑效果。噴灑或塗覆防滑塗層材料如環氧樹脂、溶劑或膠水是常見的。而且，諸如砂子或橡膠碎屑的異體材料有時和塗層一起被塗覆，以獲得更好的摩擦力。已知在產品表面插入橡膠墊圈或橡膠條料以提供防滑表面。而且，已知可以加工產品表面使其粗糙以提供摩擦力。這些步驟是在產品製成以後進行的，導致額外的生產步驟。它們還會導致其他問題。在塗層方法中，環氧樹脂、橡膠、砂子等是與塑料樹脂不相容的材料，是不可回收的，這正是所期望的。橡膠墊圈或橡膠條料也存在同樣的情況，它們也是非常昂貴且容易脫落的。表面加工方法同樣需要大的勞動量，而且對於加工防滑表面不是非常有效的。另外，機器加工的粗糙表面吸收汙垢和汙染物，無法使人相信能夠提供足夠的清潔度以獲得USDA的批准進行食品應用。
在提供阻火塑料板時遇到相似的問題。阻火材料是非常昂貴的，混合樹脂的成本比不加阻火添加劑的標準聚合物的成本高出四倍。含有阻火添加劑的樹脂非常重，這使得由於存在造成傷害的潛在性而使其不希望和不適合用於運輸和處理。而且，製得的含添加劑的產品非常脆，非常容易斷裂和產生裂紋，導致強度變差且使用壽命變短。由於所需添加劑的質量較高，因而塑料製品不適於回收，進一步限制了廣泛使用的初衷。
在生產板材和其他大型模塑製品時，其他問題也是很重要的。一方面，提供儘可能高的機械強度是重要的。另一方面，希望提供抗衝擊性。這經常是通過製造結構泡沫的塑料製品來實現的。但是，在結構泡沫方法中，要對整個產品進行發泡，發泡需要犧牲一定量的剛性和機械強度。在其他應用中，內部成分和外部環境之間的阻擋物常常是特定類型的產品的關鍵特徵。一個明顯的例子是汽車裡使用的油箱。幾乎在所有情況下阻擋材料都是非常昂貴的。而且，根據所用阻擋材料的類型，它們存在太重或者太剛硬的問題。在某些市場上銷售的產品需要具有抗靜電特性。有些常見工業要求抗靜電特性，例如在化學工業中靜電會引起火花，從而造成火災；在電子工業中靜電會干擾或損壞傳感電子元件。抗靜電添加劑同樣是很貴的，並對物理性能造成不利影響。
在典型的擠壓聚合物模塑方法中(包括吹塑法和其他使用空心材料的輪廓擠壓法)，進行將材料和/或纖維填充到柱體內部的步驟以提高物理性能是困難的，所述物理性能包括更高的強度、更好的抗衝擊性、更好的彎曲性能和更高的拉伸強度。這種填充材料和/或纖維的困難限制了所能夠生產的聚合物製品的類型，還限制了作為代替已有功效的更優選擇所做的對於聚合物產品的創新和設計，包括製造聚合物結構柱或其他類型的聚合物支持結構。
填充泡沫材料能夠提供具有更好的抗衝擊性、高的絕緣值、高的拉伸和彎曲強度的聚合物製品。但是，在典型的模塑方法中，將材料包括泡沫材料填充到模塑產品的內部空腔中是一種非常麻煩、成本高且慢速的方法，使最終產品具有不太理想的質量。通常填充材料的常用方法是旋轉模塑和/或氨基甲酸酯配合料混合和填充，這是一個非常昂貴和慢速的方法。
在使用典型的模塑方法時，已知當纖維(天然的或合成的)如玻璃纖維或大麻被混入聚合物中並送入模塑機械系統時(例如但並不限於擠壓機、儲料器、注射口等)，纖維具有沿相同方向排列的自然傾向。纖維排列的傾向造成了不希望的結果，包括纖維包埋聚合物的最大強度、拉伸和彎曲性能降低，以及表面裂紋增多和脆性增大。
在典型的模塑方法中，希望能夠將彩色或透明條帶加入或嵌入模塑聚合物製品中用於識別或美學目的。但是，使用上述典型的擠壓模塑工藝生產的產品無法獲得這種分段體系。
發明內容
本發明的模塑方法能夠克服以前方法和產品中存在的困難和缺陷，在本發明的模塑方法中，將塑料擠壓柱放入具有預定表面輪廓的模腔中。在模腔內部、擠壓柱外部形成負壓區。負壓施加於擠壓柱的外部，從而拉動擠壓柱，使之與模腔的整個表面輪廓接觸，以生產模塑製品。本發明還包括共擠壓(co-extruding)多種塑料的步驟，得到具有多個層的擠壓柱，以生產具有多個層的模塑製品。本發明方法還包括向擠壓柱內部的預定位置插入元件的步驟，以致該元件在模塑過程結束後停留在預定位置。
應當意識到，本發明可以具有其他不同的實施方式，在不偏離本發明的情況下，其一些細節可以在各個方面發生變化。因此，附圖和描述應被認為是闡述性而非限制性的。
圖1A、1B和1C分別表示能夠用於本發明方法和使用該方法製造製品的本發明的示範性擠壓機和示範性擠壓頭的側視圖和橫截面圖。
圖2是採用本發明方法生產的板材製品的俯視圖。
圖3A、3B和3C是斜視立體圖，表示採用本發明方法生產的板材製品的內部細節。
圖4A、4B、4C和4D分別是採用本發明方法生產的板材製品的俯視立體圖、截面圖、局部放大圖和斜視圖。
圖5A、5B、5C和5D分別是採用本發明方法生產的板材製品的截面圖、斜視圖、仰視圖和仰視截面圖。
具體實施例方式
下面結合附圖描述本發明，應當理解，在所有附圖中相同的附圖標記代表相同的元件。本發明針對一種用於成型具有多層結構的大型物體的方法，以得到使用以前方法無法得到的益處。由於小心地控制擠壓柱內和擠壓柱外的模腔內的正壓和負壓，本發明克服了以前所用體系存在的問題。本方法還是一種連續性方法，減少了處理步驟，提高了生產率。整個工作方法包括供應塑料原料，並經過多層擠壓頭將這些材料擠出。生產出連續的多層擠壓柱，其具有滿足特殊應用的功能性要求所必需的單層或多層結構。該方法還包括一個用於將需要物體插入擠壓柱內的內部插入機構。使用帶有衝壓和輸送機構的連續旋轉的多模具輪。下面將詳細描述此方法的步驟和特徵。
本方法優選用於生產多層製品，但絕不僅限於生產這類製品。在希望生產多層製品的應用中，使用包括多個進料鬥的模塑機，每個進料鬥將一種或多種材料送入用於成型每個層的一臺擠壓機中。當生產單層產品時，除了一個進料鬥/擠壓機，通常將其他進料鬥/擠壓機都關閉。每個進料鬥都安裝了流比計，以控制進入每個進料鬥中的材料的引入量。測量是基於重量或體積比，材料可以是液體、片狀、板狀、濃縮物、粉末和預熔融塑料的組合。擠壓站的類型和數目依賴於被引入最終製品中的層的功能和類型。
圖1A是對本發明的擠壓機和模塑機10的示範性描述。所述機器10包括一臺或多臺擠壓機12，所述擠壓機是根據所期望的擠壓體積和聚合物材料的種類而任意選擇的不同大小的擠壓機。擠壓機12包括一個或多個用於提供聚合物擠壓柱的擠壓機螺杆。根據將被擠出的聚合物的具體種類的物理性能(如粘度等)，擠壓機螺杆可以任選雙螺杆14或單螺杆16。每臺擠壓機12都包括一個用於驅動擠壓機螺杆的擠壓機電機18。
如圖1B和1C中所特別詳細表示的，所述機器10包括一個擠壓頭20，用於接收各臺擠壓機12的產物和生產多層擠壓柱22。當然，應當理解，在不偏離本發明的情況下，也可以擠出單層擠壓柱。擠壓頭20包括一個優選具有多個同心柱腔26的主體部分28，其中每個柱腔26將材料從每個擠壓機12中擠出，從而製造多層擠壓柱22。擠壓柱22被擠入一個或多個成型模塑製品的機械模具24中。
作為本發明的獨特特徵，所述機器10和擠壓頭20還包括一個用於將物體插入聚合物柱體內的內部插入機構30。還設有物理機構32，用於在擠壓聚合物柱中形成條帶。設置條帶機構34，用於將條帶附著在擠壓聚合物柱上。設置纖維混合帶36，用於使纖維無規則排列。設置內部材料塗抹器38，用於塗抹內部材料。設置分離的分級注射澆口40，用於單獨的分級注射。下面將參考特定的應用更加詳細地討論這些組件。
所述多層擠壓機產生塑料擠壓柱22，該擠壓柱優選具有圍繞擠壓柱22的軸同心排列的多層結構。擠壓柱22的多層結構可以具有各種幾何橫截面，優選圓形或橢圓形橫截面。能夠擠出多個層，從而獲得在水平、垂直和/或對角橫截面上的層厚度的預定變化。
將擠壓柱22連續地擠入機械模具24的模腔中。當連續擠出該柱體時，優選將其置於具有至少兩個圍繞擠壓柱閉合的部件的模具中。優選該模具是置於一個連續旋轉輪上的幾個模具之一，從而提供連續的生產過程。但是，應當理解，在不偏離本發明的情況下可以方便地在非連續的單模具體系中使用此方法。
當模具圍繞擠壓柱閉合時，空氣經過擠壓柱的中心被軸向充入，並保持在足夠抵消擠壓柱的重量以防止柱體傾倒的最小正壓下。當擠壓柱進入模具時，將模腔內抽成真空，以成型該柱體。該模具包括多個位於特定的關鍵位置的真空口，用於將擠壓柱的外部抽成負壓，從而將柱體吸入模具的拐角和邊緣，以及模腔的所有角落和裂縫中。真空口在具有不同負壓的模具內產生特定區域。產生更大的真空度的區域具有將柱體向該方向吸引的更強的吸力，而具有較低真空度的區域產生更弱的吸力。當負壓選擇性地施加於擠壓柱外部的同時，正壓由內部施加於擠壓柱。這樣，為了小心地控制製品成型為最終期望的形狀，將內部擠壓機構與外部抽真空機構結合，提供精細的壓力維護。
為了維持最大的壁厚並增強外邊緣，將模具和擠壓柱設計成在最終製品四周「具有毛邊」或「不具有毛邊」。出於裝飾或者功能性原因，當希望「不具有毛邊」時，模塑機構將被設計成實現所需的最小拉伸或不進行拉伸。在傳統的吹塑機構中，邊緣和拐角充入氣體，被無意地拉伸變薄，產生結構弱化區域。但是，由於沒有內部壓力負荷施加在毛邊線上，因此本發明方法中不會出現這個問題。事實上，使用本發明的方法，毛邊線會變得更粗且更結實，不會產生吹塑製品出現的斷裂點。
通過小心地控制內壓和外壓，擠壓柱被成型為期望的形狀而仍保持多個層中的各層具有期望的厚度，而不會破壞層的厚度或分布。這樣，通過控制來保證最終製品中不會出現壁過厚或過薄的區域。
而且，由於壓力在整個過程中發生動態的變化，因此產生具有內部全部空腔、部分空腔或者根本沒有空腔的最終製品是可能的。這種內部空腔具有某些功能。整體重量變得更輕且同時提供更高的機械強度。這就提供了操作上的便利並減少了與工作相關的潛在傷害。而且，作為所用材料的一個因素的成本也能降低。另外，陷落滯止腔對於隔離目的是非常有效的，使得該製品能夠理想地用於生產食品和藥品業使用的盒和袋。
按照上述方式，應當理解，此方法與傳統的「吹塑法」具有很大的差異。通過控制上述壓力，對擠壓柱進行「推/拉」控制。儘管在柱體內保持一個小的正壓以防止柱體傾倒，但是此方法是通過外部施加負壓完成的。
如上所述，當擠壓柱填充模腔之後，輪子轉動，將擠壓頭連接至下一模具，在下一模具中連續重複該過程。當連續冷卻模塑製品並將其從模具中取出時，它們被運往後續的站去除毛邊。在去除毛邊以後，製品就生產完畢，準備用於最終用途。
多層的類型如上所述，最終製品優選包括多層的組合，包括但並不限於下述類型的各層。可以選擇層的類型和對擠壓機的要求用於特定的產品應用，從而形成定製產品的市場(例如塑料板)，這些產品被定製用於任何合適的用途。
顏料/色料層採用所述多層法，可以將一層薄的外部顏料層塗覆在制品的主體部分，該顏料層可以由便宜的回收材料構成。該薄層可以是滿足顏料要求而不會給生產者造成含顏料材料的成本過高所必需的任何形式。而且，顏料/色料可以加入到位於製品外部的其他任何層或添加劑中，帶來進一步的節約。常見的擠壓機都可以用於擠壓該層。
防滑層任何防滑層都可以圍繞結構體形成。例如，線性低密度聚合物層可以作為防滑層加入由同種材料構成的底層(典型地具有高密度)的外部。例如，柔軟的摩擦性低密度聚乙烯防滑層可以被塗覆在高密度聚乙烯的剛性結構體外。此方法的這種應用具有許多有利之處。該層是整體成型的，不需要額外的勞動和處理。不像以前類型的防滑層，由於這種防滑層具有同種但是不同密度的聚合物基體，因而不需從底層上剝離或分離，從而提供理想的粘結。由於這些層都是由同種熱塑性材料構成，因而這個製品是可以完全回收的。使用該方法得到的防滑層的理想摩擦性能可以通過調節樹脂的密度方便地進行調節，以滿足特定消費者的要求，因為樹脂的摩擦性能是分子密度的函數。所形成的防滑層光滑且易於清洗，從而符合板材應用的FDA和USDA要求。該防滑層還可以是顏色匹配的，以用作顏料層。常見的擠壓機都可以用於擠壓該層。
阻火層通過塗覆一阻火層，整體成本可以通過提供同樣起到阻火作用的保護薄層而不在整個產品中使用昂貴的添加劑而大大降低。這樣成層還解決了重量問題。為了儘可能減小脆性問題——斷裂、裂紋和結構問題，在阻火層中形成特殊的強度層，以提供所需的必要的額外支持，或者是通過將阻火層夾在各層之間來實現。當僅使用薄層時，由於使用的阻火添加劑的量非常少，產品的可回收性還是可接受的。常見的擠壓機都可以用於擠壓該層。
強度層在形成特定的強度層時，使用一種技術的兩個單獨的方面。該多層法本身提供了額外的機械強度作為多層材料的一種熟知的內在性能。而且，可以形成特定的強度層，使聚合物更加結實且仍然可回收。為了達到強度要求，可以在聚合物中混入長的玻璃纖維束、尼龍束和/或其他天然橡膠例如大麻。用於該層的材料可以是尼龍、聚乙烯或聚丙烯。為了保持纖維束的長度和完整性，擠壓機可以包括一個下遊進料器，該進料器使纖維束在擠壓機內的螺杆剪切作用下所流經的距離達到最小。引入強度層的另一個選擇是僅使用尼龍作為工程聚合物用於該強度層，原因是尼龍內在的高強度。引入強度層的益處是非常多的。強度層能夠補償其他層的低結構強度，從而使用獨特的特徵和材料，以獲得功能性應用，例如防滑、阻火等。
泡沫層可以提供一層用於抗衝擊、絕緣、減小重量和填充容量的泡沫層。所述多層法通過改變材料以及泡沫層和非泡沫層的厚度提供了期望的剛性和抗衝擊水平。外部泡沫層也可以用作顏料層、防滑層和強度層。而且，大多數內層都具有使用天然材料或者回收材料的靈活性。提供泡沫層還可用於一個附加功能。通過組合式地改變發泡度和泡沫層的厚度能夠實現絕緣因子的提高和重量的減小。在特定的具體應用中，發泡對於空腔的容量填充是有效的。發泡層還能提高機械強度，提供有利的質量/強度比。將泡沫引入塑料中有兩種典型的方法。一種方法是使用標準擠壓機，在進料鬥或下遊位置將化學發泡劑與塑料混合。另一種方法在擠壓機的中間或下遊引入氮氣。如果使用泡沫層，則施加於擠壓柱上的具體正液壓(氣壓或者另一種材料壓力)對於保持用於泡沫層的期望發泡度和保證層的預期厚度是關鍵的。
阻擋層特殊的密封材料可塗覆在制品外部以阻止內容物如水或溶劑從主體部分滲出或運動。該阻擋材料也能與顏料層或其他層結合使用。典型的擠壓機可以用於此目的。通過使用少量的阻擋材料來保證適當的阻擋，原材料成本大大降低，特別是對於大型的塑料製品。而且，根據所用阻擋材料的類型，如果在整個製品中使用，這些材料可能具有過於昂貴和太重或太剛硬的問題。由於只需要一層阻擋材料，而不是在整個製品中使用這種材料，因而此方法不存在上述問題。
粘結層可以提供一粘結層，將不相容和不能很好地粘結在一起的各層如聚乙烯層和尼龍層粘起來。如果相容性材料用在具有很好的天然粘結性的層之間，則不需要使用該粘結層。常見的擠壓機可用於擠壓該層。
抗靜電層不是像傳統的塑料模塑方法那樣在整個製品中使用昂貴的抗靜電添加劑，本發明方法提供一個大大節約成本的外部抗靜電覆蓋層。該抗靜電層具有特殊的應用性，僅對於某些工業例如化學和電子工業是非常重要的。常見的擠壓機可用於擠壓該層。
UV層所述多層法允許引入一層或多層外部UV層，提供對聚合物製品的有效保護，以防止來自太陽的有害紫外輻射。由於高濃度的UV添加劑能夠加入製品外部用於獲得更好的UV保護效果，而不會造成對物理性能的不必要的破壞，因此提供外部UV層要比在整個聚合物製品中加入UV添加劑更為有利。而且低濃度的UV添加劑能夠用在緊挨外層的層上，從而降低添加劑的用量，以適應製品表面下降低了的UV穿透量。通過節約使用阻擋UV的添加劑節省了大量成本。
絕緣層可以在此多層法中引入絕緣層，從而提供極好的絕緣效果。該絕緣層可以用作對外部冷熱的隔離層，或者用於保持內部冷熱。絕緣結構可以是泡沫層、滯止腔層和/或其他特殊的絕緣材料層。為了達到最佳效果，可以在同一模塑製品中使用幾個絕緣層的組合。
聲音層可以相似地在多層法中引入聲音層，以達到獲得不同的聲音效果的目的。音效層(聲音層)包括但並不限於聲音偏轉層、聲音吸收層、聲音衰減層和聲音增強層。可以通過使用不同類型的材料(泡沫材料或非泡沫材料)或空腔層取得這些效果(及其組合)。這些層可以位於外表面或內表面上，以及在內層中。為了達到最佳效果，可以在同一模塑製品中使用幾個聲音層的組合。
根據特定製品如板材的特定要求，可以將幾層合併成一層。例如，顏料層也可以是防滑層；阻火層也可以任選地併入顏料層。而且，強度層可以是發泡的或非發泡的。根據說明書，所有各層都可以由回收、次級的(widespec)或天然材料構成。
使用本發明的多層法還可以獲得其他好處。通過使用多層擠壓，可以生產比使用單個擠壓機得到的更大的擠壓柱，以製備更大的最終製品。預計本發明多層法每小時能夠擠出大於10000lbs(4530kg)的塑料，因而生產速度更高，即使所有層都由同種材料構成。為了選擇擠壓尺寸和擠壓速度，選擇性地關閉一個或多個擠壓機來生產小型的擠壓柱也是可行的。這樣，本發明的多層法提供了採用以前方法無法獲得的靈活性和控制。
內部插入機構作為本發明的一個獨特特徵，在生產過程中，通過將某個裝置或其他元件插入擠壓柱內壁之內或之上或者甚至整個製品中，可以將該裝置或元件由內部插入最終的聚合物製品中。該裝置可以是射頻識別裝置(RFID)、條形碼或其他用於跟蹤和識別目的或者提供其他任何期望功能的裝置。該裝置還可以包括一個存有信息的固態微晶片，該晶片可以是硬編碼的或可擦除的。該裝置還可以包括一個用有功電源或通過被動反射操作的異頻雷達收發機。該裝置可以用聲測(sonometric)或磁讀寫系統操作，或者使用光、射頻或另一波段的電磁波譜來操作。在此連續的自動過程中，該裝置在生產過程中被插入擠壓聚合物柱的內壁。上述操作優選在成型製品前，通過使用機械臂舉起該裝置，並將其經一開口放入擠壓頭中，而後進入擠壓柱內來完成。通過適當地將該裝置放置在擠壓柱的特定部分，當採用此方法將擠壓柱製成最終形狀時，該裝置最終會停留在最終製品中的期望位置。
內部材料塗抹器本發明的獨特特徵在於使用了經由擠壓頭的開口放入擠壓聚合物柱的內部空腔內的「內部材料塗抹器」38。可以根據一種或多種材料的類型和/或用在模塑製品上的纖維類型以及塗抹的程度，選擇性地改變塗抹器38的具體設計。
在一個具體應用中，可以使用泡沫材料填充物。塗抹器38優選頂部裝有進料線的軸，該軸將氮氣、化學物質或其他物質輸送給流經軸系統的物料。當泡沫材料流經該軸並經軸上的開口被甩到擠壓柱的內壁時，能夠成功地引入一層泡沫材料或全部泡沫材料填充物。
根據本發明的另一方面，可以將纖維材料引入擠壓柱中。在此實施方式中，塗抹器38優選被構造成能將纖維覆在柱體的內壁上。作為示例(本發明並不限於此)，可以使用短切噴霧塗抹器，它能夠旋轉從而將纖維甩到內壁上。
根據本發明的又一方面，可以由內部塗抹一種或多種熱固性材料。在此實施方式中，原料線被設計成能夠容納化學物質的A/B混合物，作為混合物被混合的熱固性混合物向下流經塗抹器，經由開口被甩到內壁上，單獨形成一內層或任選地完全填充空腔的內部空間。這些內部引入材料和/或纖維給最終製品提供了相當多的優點，包括額外的強度、衝擊和彎曲以及拉伸性能，以及通過選擇各種類型的材料賦予製品的其他期望性能。
單獨分級注射根據本發明的再一方面，本發明的一個獨特特徵表現為一個裝有單獨分級注射澆口40的單獨注射系統，當由於閉合模具而擠壓擠壓柱22時，該澆口插設於模具的下部。當注射系統插設到模具上時，注射系統的注射銷將穿過一層或多層聚合物壁並將一種或多種材料填充到一個或多個內部空腔中。而且，注射系統裝有自密封機構，使得當拔出注射銷時，孔閉合。所述單獨分級注射可以在優選實施方式的連續過程或配置中進行，也可以在對製品的最初模塑結束之後在一個單獨的或後續的模塑階段中進行。
纖維無規則排列根據本發明的另一個方面，本發明的一個獨特特徵被提供且應用，其中纖維被混入熔融聚合物中。在該實施方式中，混有纖維的熔融聚合物被推動經過「纖維混合帶」36，纖維在這裡無規則排列。可以用各種方法實現這種混合。一方面，可以將具有各種設計形式的靜止混合器與擠壓頭合併，優選但並不限於低剪切型混合器。另一方面，可以在擠壓頭中設置十字指針通道，在被擠出進行無規則混合前，聚合物被推動流經該通道。纖維無規則排列的構思適用於所有的聚合物模塑方法，包括但並不限於多層模塑法。在這種多層法中，可以建立「纖維混合帶」並理想地設置在一個或多個分散纖維包埋層的柱腔26內，在或接近多層擠壓頭20的嘴部。
條帶系統根據本發明的另一個方面，本發明的一個獨特特徵在於機構34，它用於在擠壓柱出來時將一個或多個條帶覆在擠壓柱上。使用滾筒上的一根或多根色帶並將一根或多根條帶壓到仍然冰涼的壁上，從而將一個或多個條帶覆在擠壓柱的外部。或者，為了給單層或多層擠壓柱提供一個觀察窗條帶，將一個單獨的擠出窗材料條32穿過一層或多層擠壓頭設置。根據條帶的預期用途，透明或彩色材料可以經過擠壓窗擠出。例如，可以使用透明窗在預定含有液體的模塑製品中提供例如液體水位監測器。
如上所述，本發明解決了以前類型的裝置存在的許多問題。但是，應當理解，本領域的熟練技術人員在本發明的原則和範圍內，對於為解釋本發明的本質所描述和闡述的細節、材料和部件的排布所做出的各種變化將在後附的權利要求中表述。
權利要求
1.一種模塑方法，其包括以下步驟將擠壓聚合物柱放入具有預定表面輪廓的模腔中；在模腔內部、擠壓柱外部形成負壓區；給擠壓柱外部施加負壓，拉動擠壓柱，使其外部與模腔的整個表面輪廓接觸，以形成模塑製品。
2.如權利要求1的模塑方法，其進一步包括在擠壓柱內保持預定正壓的步驟，以防止在施加負壓時擠壓柱的內部倒塌。
3.如權利要求2的模塑方法，其中在模塑過程中，正壓和負壓被動態地控制。
4.如權利要求2的模塑方法，其中保持預定正壓的步驟包括在模塑製品中形成內部空腔的步驟。
5.如權利要求1的模塑方法，其中在模塑過程中，負壓被動態地控制。
6.如權利要求1的模塑方法，其中放入一個擠壓柱的步驟包括共擠壓多種塑料的步驟，該步驟導致擠壓柱具有多個層，從而形成具有多個層的模塑製品。
7.如權利要求6的模塑方法，其中多個層中的至少一層選自包括以下各層的組強度層、顏料層、防滑層、阻火層、阻擋保護層、粘結層、泡沫層、抗靜電層、回收塑料層、UV阻擋層、絕緣層和聲音層。
8.如權利要求1的模塑方法，其中擠壓柱是連續擠出的，且在模具內部形成模腔，所述模具是均具有模腔的多個模具之一，其中可選擇地移動模具使之與擠壓柱結合，從而提供連續的、自動的模塑過程。
9.如權利要求8的模塑方法，其中多個模具被支持在一個連續的支撐機構上。
10.如權利要求9的模塑方法，其中連續支撐機構包括用於支撐多個模具的輪子或梭子中至少兩者之一。
11.如權利要求1的模塑方法，其中擠壓柱被支住，以防止在模塑過程中的機械倒塌。
12.如權利要求1的模塑方法，其中施加負壓以拉動擠壓柱的步驟包括將擠壓柱填入模腔邊緣的步驟。
13.如權利要求1的模塑方法，其進一步包括將一個元件由內部插入擠壓柱的預定位置的步驟，使得該元件在模塑過程之後能停留在模塑製品中的預定位置。
14.如權利要求1的模塑方法，其中模腔的預定表面輪廓是板狀，因而模塑製品也是板狀。
15.如權利要求1的模塑方法，其進一步包括由內部將一種材料塗敷在擠壓柱內部的步驟。
16.如權利要求15的模塑方法，其中內部塗敷的材料是至少一類纖維。
17.如權利要求15的模塑方法，其中內部塗敷的材料是發泡材料。
18.如權利要求15的模塑方法，其中內部塗敷的材料是熱固性混合物。
19.如權利要求1的模塑方法，其中擠壓柱含有一種纖維包埋材料，還包括將纖維包埋材料混入擠壓柱中的步驟，從而形成被包埋纖維的無規則排列。
20.如權利要求1的模塑方法，其進一步包括將一種填充材料注射到模塑製品的內部空腔中的步驟。
21.如權利要求20的模塑方法，其進一步包括自密封模塑製品的步驟。
22.如權利要求1的模塑方法，其進一步包括將至少一根條帶覆在擠壓聚合物柱上的步驟。
23.如權利要求22的模塑方法，其中當至少一根色帶覆在擠壓聚合物柱的外部時，至少一根條帶被貼在柱體上。
24.如權利要求22的模塑方法，其中至少一根條帶斷開擠壓聚合物柱壁的至少一部分。
25.一種模塑方法，其包括以下步驟共擠壓多種塑料，以形成具有多層的擠壓柱；將塑料擠壓柱放入具有預定表面輪廓的空腔中；拉動擠壓柱，使其外部與模腔的整個表面輪廓接觸，以形成具有多層的模塑製品。
26.如權利要求25的模塑方法，其中拉動擠壓柱外部的步驟包括以下步驟在模腔內部、擠壓柱外部形成負壓區；給擠壓柱的外部施加負壓，以拉動擠壓柱的外部與模腔的整個表面輪廓接觸。
27.如權利要求25的模塑方法，其進一步包括在擠壓柱內部保持預定正壓的步驟，以防止在施加負壓時擠壓柱的內部倒塌。
28.如權利要求27的模塑方法，其中在模塑過程中，正壓和負壓被動態地控制。
29.如權利要求27的模塑方法，其中保持預定正壓的步驟包括在模塑製品中形成內部空腔的步驟。
30.如權利要求25的模塑方法，其中在模塑過程中，負壓被動態地控制。
31.如權利要求25的模塑方法，其中多個層中的至少一層選自包括以下各層的組強度層、顏料層、防滑層、阻火層、阻擋保護層、粘結層、泡沫層、抗靜電層、回收塑料層、UV阻擋層、絕緣層和聲音層。
32.如權利要求25的模塑方法，其中擠壓柱是連續擠出的，且在模具內部形成模腔，所述模具是均具有模腔的多個模具之一，其中可選擇地移動模具使之與擠壓柱結合，從而提供連續的、自動的模塑過程。
33.如權利要求25的模塑方法，其中擠壓柱被支住，以防止在模塑過程中的機械拉伸和倒塌至少兩者之一。
34.如權利要求25的模塑方法，其中施加負壓以拉動擠壓柱的步驟包括將擠壓柱填入模腔邊緣的步驟。
35.如權利要求25的模塑方法，其中模腔的預定表面輪廓是板狀，因而模塑製品也是板狀。
36.如權利要求25的模塑方法，其進一步包括由內部將一種材料塗敷在擠壓柱內部的步驟。
37.如權利要求36的模塑方法，其中內部塗敷的材料是至少一類纖維。
38.如權利要求36的模塑方法，其中內部塗敷的材料是發泡材料。
39.如權利要求36的模塑方法，其中內部塗敷的材料是熱固性材料。
40.如權利要求25的模塑方法，其中擠壓柱含有一種纖維包埋材料，還包括將纖維包埋材料混入擠壓柱中的步驟，從而形成被包埋纖維的無規則排列。
41.如權利要求25的模塑方法，其進一步包括將一種填充材料注射到模塑製品的內部空腔中的步驟。
42.如權利要求41的模塑方法，其進一步包括自密封模塑製品的步驟。
43.如權利要求25的模塑方法，其進一步包括將至少一根條帶覆在擠壓聚合物柱上的步驟。
44.如權利要求43的模塑方法，其中當至少一根色帶覆在擠壓聚合物柱的外部時，至少一根條帶被貼在柱體上。
45.如權利要求43的模塑方法，其中至少一根條帶斷開擠壓聚合物柱壁的至少一部分。
46.一種模塑方法，其包括以下步驟擠出一個聚合物擠壓柱；將一個元件由內部放入擠壓柱的預定位置；將擠壓柱放入具有預定表面輪廓的模腔中；模塑擠壓柱，使其與模腔的整個表面輪廓接觸，以形成模塑製品；控制模塑步驟，使得該元件在模塑過程後停留在模塑製品中的預定位置。
47.如權利要求46的模塑方法，其中控制模塑步驟的步驟包括在模腔內部、擠壓柱外部形成負壓區；給擠壓柱的外部施加負壓，以拉動擠壓柱的外部與模腔的整個表面輪廓接觸。
48.如權利要求47的模塑方法，其進一步包括在擠壓柱內部保持預定正壓的步驟，以防止在施加負壓時擠壓柱的內部倒塌。
49.如權利要求48的模塑方法，其中在模塑過程中，正壓和負壓被動態地控制。
50.如權利要求48的模塑方法，其中保持預定正壓的步驟包括在模塑製品中形成內部空腔的步驟。
51.如權利要求46的模塑方法，其中在模塑過程中，負壓被動態地控制。
52.如權利要求46的模塑方法，放入一個擠壓柱的步驟包括共擠壓多種塑料的步驟，該步驟導致擠壓柱具有多個層，從而形成具有多個層的模塑製品。
53.如權利要求52的模塑方法，其中多層中的至少一層選自包括一下隔層的組強度層、顏料層、防滑層、阻火層、阻擋保護層、粘結層、泡沫層、抗靜電層、回收塑料層、UV阻擋層、絕緣層和聲音層。
54.如權利要求46的模塑方法，其中擠壓柱是連續擠出的，且在模具內部形成模腔，所述模具是均具有模腔的多個模具之一，其中可選擇地移動模具使之與擠壓柱結合，從而提供連續的、自動的模塑過程。
55.如權利要求54的模塑方法，其中多個模具被支持在一個連續的支撐機構上。
56.如權利要求55的模塑方法，其中連續支撐機構包括用於支撐多個模具的輪子或梭子至少兩者之一。
57.如權利要求56的模塑方法，其中擠壓柱被支住，以防止在模塑過程中的機械倒塌。
58.如權利要求46的模塑方法，其中施加負壓以拉動擠壓柱的步驟包括將擠壓柱填入模腔邊緣的步驟。
59.如權利要求46的模塑方法，其中模腔的預定表面輪廓是板狀，因而模塑製品也是板狀。
60.如權利要求46的模塑方法，其進一步包括由內部將一種材料塗敷在擠壓柱內部的步驟。
61.如權利要求60的模塑方法，其中內部塗敷的材料是至少一類纖維。
62.如權利要求60的模塑方法，其中內部塗敷的材料是發泡材料。
63.如權利要求60的模塑方法，其中內部塗敷的材料是熱固性材料。
64.如權利要求46的模塑方法，其中擠壓柱含有一種纖維混入材料，還包括將纖維包埋材料混入擠壓柱中的步驟，從而形成被包括纖維的無規則排列。
65.如權利要求46的模塑方法，其進一步包括將一種填充材料注射到模塑製品的內部空腔中的步驟。
66.如權利要求65的模塑方法，其進一步包括自密封模塑製品的步驟。
67.如權利要求46的模塑方法，其進一步包括將至少一根條帶覆在擠壓聚合物柱上的步驟。
68.如權利要求67的模塑方法，其中當至少一根色帶覆在擠壓聚合物柱的外部時，至少一根條帶被貼在柱體上。
69.如權利要求67的模塑方法，其中至少一根條帶斷開擠壓聚合物柱壁的至少一部分。
70.一種模塑方法，其包括以下步驟擠出一個聚合物擠壓柱；將一種材料由內部塗敷在擠壓柱的內部；將擠壓柱放入具有預定表面輪廓的模腔中；模塑擠壓柱，使其與模腔的整個表面輪廓接觸，以形成模塑製品。
71.如權利要求70的模塑方法，其中內部塗敷的材料是至少一種纖維類型。
72.如權利要求60的模塑方法，其中內部塗敷的材料是發泡材料。
73.如權利要求60的模塑方法，其中內部塗敷的材料是熱固性材料。
74.一種模塑方法，其包括以下步驟擠出一個聚合物擠壓柱，其中擠壓柱含有纖維包埋材料；將纖維包埋材料混入擠壓柱內，從而形成被包埋纖維的無規則排列；將擠壓柱放入具有預定表面輪廓的模腔中；模塑擠壓柱，使其與模腔的整個表面輪廓接觸，以形成模塑製品。
75.一種模塑方法，其包括以下步驟擠出一個聚合物擠壓柱；將擠壓柱放入具有預定表面輪廓的模腔中；模塑擠壓柱，使其與模腔的整個表面輪廓接觸，以形成模塑製品；將填充材料注射到模塑製品的內部空腔中。
76.如權利要求75的模塑方法，其進一步包括自密封模塑製品的步驟。
77.一種模塑方法，其包括以下步驟擠出一個聚合物擠壓柱；將至少一根條帶覆在擠壓聚合物柱上；將擠壓柱放入具有預定表面輪廓的模腔中；模塑擠壓柱，使其與模腔的整個表面輪廓接觸，以形成模塑製品。
78.如權利要求77的模塑方法，其中當至少一根色帶覆在擠壓聚合物柱的外部時，至少一根條帶被貼在柱體上。
79.如權利要求77的模塑方法，其中至少一根條帶斷開擠壓聚合物柱壁的至少一部分。
全文摘要
本發明公開了一種模塑方法，其中塑料擠壓柱(22)被放入具有預定表面輪廓的模腔內。在模腔內部、擠壓柱外部形成負壓區。給擠壓柱外部施加負壓，以拉動擠壓柱，使其與模腔的整個表面輪廓接觸，從而形成模塑製品。本發明還包括導致擠壓柱具有多個層的共擠壓步驟，以形成具有多個層的模塑製品。本方法還包括將一個元件由內部插入擠壓柱的預定位置的步驟，以至於該元件在模塑過程後停留在模塑製品中的預定位置。
文檔編號B29C49/04GK1564734SQ02819803
公開日2005年1月12日 申請日期2002年4月19日 優先權日2001年8月20日
發明者理察·A·魏蘭, 辛·李·吉姆, 羅傑·王 申請人:Ispa股份有限公司