動態模型工具的製作方法

2023-05-23 07:32:51 1

專利名稱：動態模型工具的製作方法
技術領域：
本發明涉及模型工具，更具體地，本發明涉及布置於具有基本上 平行的壓力表面的壓力機中的用於生產硬質膨脹聚合物胚體的模型工具。
背景技術：
現在，廣泛使用PVC基硬質泡沫聚合體材料，主要在航海或航空
業中作為層狀結構中的芯部材料，或者在建築業用作熱/聲絕緣體。在 層狀結構中，芯部間隔開兩個結構上更加硬質的材料，比如纖維增強
塑料(FRP)、金屬等。這種層狀結構與更傳統的單層結構相比具有很 多優點，比如較低的重量、絕緣性等。雖然其它硬質泡沫聚合體材料， 比如發泡聚氨酯等能使用流線型連續擠出方法生產，但是PVC基硬質 泡沫聚合體材料的生產涉及壓力機中離散的部分膨脹體(下文中稱為 胚體)在高壓下的模塑。胚體隨後經受化學物理處理以獲得硬質泡沫 聚合體材料。
更具體地，PVC基硬質泡沫聚合體材料的生長工藝最初涉及由粉 末(PVC和其它化合物)和液體物質(尤其是異氰酸鹽)的混合物所 構成的塑料溶膠骨體的形成。骨體填充在閉合模腔內並且在高壓下經 受加熱和隨後冷卻過程，產生部分膨脹的胚體。胚體然後通過在水和/ 或蒸汽爐中額外的熱處理進一步膨脹。最終硬質發泡材料的形成是材 料中呈現的異氰酸鹽組的水解反應的結果，隨後構建交聯化學結構的 聚合體。
目前，用於生產胚體的方法涉及用相對於成品中聚合體含量而言 過剩量的骨體填充每個模型。過剩的量然後可以在模塑過程期間從模 具漏出。模塑過程包括在閉合模型中加熱塑料溶膠，從而由塑料溶膠的熱膨脹和溶解在其中的發泡劑的活化而產生高壓。在這個膨脹步驟 期間，過剩的量可以漏出。塑料溶膠在升高的溫度下保持預定時間以 允許塑料溶膠成膠狀，此後模腔冷卻至足夠低的溫度以從模型移走胚
體。過剩的量大約等於離開模型的產品重量的大約8%。
過剩的骨體從模型的頂緣出現。隨後這裡存在不可回收的廢料， 因為PVC成膠狀並且一些發泡劑物質在高溫下退化。
Olivier Giacoma於2000年2月15日申請的US6352421通過提供 第二模型隔室解決了骨體在加熱步驟期間從模型脫離的問題，過剩的 骨體在加熱步驟期間供給入第二模型隔室，並且少部分骨體可以從第 二模型隔室脫離進入周邊廢料收集槽。根據所公開的方法，骨體從頂 部填充在主模型隔室中，在加熱骨體期間膨脹大約8%並且過剩的骨 體由連接槽供給至第二隔室。第二隔室具有稍微小於主隔室8%的體 積。因此，廢料的量減少至第二隔室體積的大約8%,這大致等於主 隔室體積的0.64%。
Lindemann於1950年12月5日申請的US2768407涉及從熱塑料 體生產閉室單元體。其聲明現有技術中的問題在於實際上在加熱階段 期間不可能將由包含膨脹劑的物質填充的模型保持為完全密封。並且 建議了這個問題的一個解決方案通過在氣體已經在壓力下溶解於物 質中並且物質已經完全膠質化之後將模型的體積膨脹原始體積的1/5 至2/5。建議使用具有可移動模的模型，並且其聲明必須應用高壓力例 如150-300標準大氣壓(巴)來減緩膨脹劑的分解以及引起氣體溶解。 其還聲明適合的熱塑料包括聚氯乙烯。

發明內容
本發明的目標是提供一種用於生產硬質膨脹聚合物胚體的新模型 工具，其克服了現有技術的缺點。這通過如獨立權利要求所限定的模 型工具來實現。
類似於所有材料生產工藝，在生產硬質膨脹聚合物材料時模塑胚 體的重要參數是例如材料消耗、能耗、工作流程和完全生產時間。所建議的模型工具就這些參數的至少一個而言優於現有技術。 本發明的實施例在從屬權利要求中限定。


本發明將參照附圖在下面詳細地進行描述，其中
圖l是根據本發明的模型工具10的第一實施例的示意性透視圖。
圖2a至2d示意性地示出圖1的模型工具在模塑胚體的不同階段
中沿著A-A的橫截視圖。
圖3示意性地示出根據圖2的4個模型工具10，它們在壓力機中
在相互的頂部上疊置，並且具有布置於每個模型工具的兩側上的溫度
控制板。
圖4a至4c示出模型工具的再一實施例。 圖5示出模型工具的再一實施例。 圖6a和6b示出定位於填充位置的模型工具。 圖7示意性地示出根據本發明的壓力機系統的一個實施例的橫截 視圖。
圖8示意性地示出根據本發明的壓力機系統的一個實施例的橫截 視圖。
圖9示意性地示出根據本發明的壓力機系統的一個實施例的橫截 視圖。
具體實施例方式
本公開的模型工具將用於具有基本上平行的壓力表面的壓力機 中，壓力機用於在生產過程的加熱和冷卻步驟期間將需要的壓力施加 在模型上。壓力機可以是常規的大規模設備壓力機或任何適合的壓力 機系統，其能在模腔中提供需要的壓力以便獲得期望的材料性質。根 據一個實施例，壓力機包括在生產過程期間加熱和/或冷卻模型工具的 溫度控制裝置。可選地，模型工具能設有適合的溫度控制裝置。
圖1是根據本發明的模型工具10的第一實施例的示意性透視圖。模型工具10包括第一模型元件20和第二模型元件30。在圖1中模型 工具10示出處於打開狀態，其中第二模型元件30提升離開第一模型 元件20並且翻轉。第一模型元件20中的凹陷50限定一部分模腔體積 (下文也稱為50)並且密封裝置40沿著第一模型元件20的外周邊緣 裝配。圖2a至2c示意性地示出圖1的模型工具10在模塑胚體的不同 階段中沿著A-A的橫截面。如在圖2a和2b中能看到的，第一模型元 件20和第二模型元件30可相對於彼此在與壓力機系統的壓力表面(參 見圖3)垂直的方向上移動，並且密封裝置40布置來在這種相對運動 的至少一部分期間在第一模型元件20和第二模型元件30之間提供基 本上氣密的密封，以便在模腔內保持期望的壓力。第一模型元件20 和第二模型元件30 —起包圍並且限定可變體積的閉合模腔50 (在圖 2a和2b中，腔50示出為填充有塑料溶膠)。
在公開的示例中，模腔50形成為產生平狀矩形板狀的胚體，其在 工藝的稍後階段中進一步膨脹並且彎曲以形成具有優良機械性能的硬 質聚合物泡沫材料的面板。根據成品硬質泡沫材料的應用，模腔可以 具有不同的形狀，比如球形、管狀、圓柱形等。
根據公開的實施例，第一和第二模型元件20和30的每一個分別 包括與相應壓力表面平行並且布置為與相應壓力表面相鄰的主壁60 和70(參見圖3)。第一模型元件20包括基本上垂直的側壁80,其限 定主壁60，側壁80的外周邊90形成第一模型元件20的外周邊緣， 在此處裝配密封裝置40。
第二模型元件30包括邊框100，其閉合地限定第一模型元件的外 周邊緣90,並且密封裝置40布置來密封形成於邊框100和外周邊緣 90之間的間隙。
如上所述，在圖2a中模腔50填充有塑料溶膠。為了在模腔50 填充由塑料溶膠時實現在模型元件20和30之間捕獲的空氣的排出， 在公開的實施例中，第二模型元件30 (頂部的一個)設有小的排出口 180。排出口 180形成為允許空氣通過，但是防止塑料溶膠從模腔50 脫離。根據一個實施例，排出口 180如此小以使得塑料溶膠自身由於
7高粘性而閉合開口，由此僅允許少量的塑料溶膠洩漏出模型。然而， 可使用其它類型的自閉合排出口，比如閥型開口，其中塑料溶膠作用
在閥體上以閉合開口 。為了便於將胚體110從模型元件20和30移走， 排出口形成為避免膠質化的胚體在這裡粘住。避免這種情況的一種方 法是形成具有對著腔打開的寬闊端部的錐形排出口以及對著模型外側 打開的小頂端開口。如將在下面示出的，模型工具IO適合用於具有平 行壓力平面的壓力機系統中，由此小頂端開口由壓力平面覆蓋並且開 口面積進一步減少。如上面所討論的，模塑工藝包括在閉合模型中加 熱塑料溶膠，從而通過塑料溶膠的熱膨脹和溶解於其中的發泡劑的活 化產生高壓。塑料溶膠保持在升高的溫度下預定的時間以允許塑料溶 膠膠質化，此後模型工具10冷卻至足夠低的溫度以允許胚體110從模 型工具移走。圖2b示出生產工藝的加熱步驟之後的模型工具10，其 中根據塑料溶膠混合物的類型以及使用的工藝參數，模腔體積與填充 體積相比已經允許增大5至20%。圖2c示出在第二模型元件提升離 開第一元件時的模型工具，由此壓縮的胚體110由於內部擴張力而開 始從模型工具10彈出，並且圖2d示出在從第一模型元件20彈出之後 的鬆弛的胚體。在圖2b至2d中，所產生的第一和第二模型元件20 和30各自的相對移動為了示出的目的而方文大，由此形成於側壁80的 上表面和第二模型元件的主壁70之間的過剩的材料120表示將被移走 的廢料的主要體積。然而，在生產規模的模型工具IO中，過剩的材料 120將小於先前可接受的8%的洩漏體積。排出口 180在與過剩材料 120 —起移走的膠質化胚體上產生突起190。
與具有可變模腔體積的常規柱塞型模型工具相比，所公開的實施 例能全部用較薄的主壁60、 70製成，由此所得到的模型工具的高度能 保持儘可能低，由此大量的模型工具10能在預定尺寸(高度)的一個 壓力機中處理。此外，薄的主壁60、 70促進模腔50內更精確的溫度 控制，這是很重要的。因此，所產生的過剩材料120得到補償。此夕卜， 由於胚體110的至少一部分在側壁80的上表面之上並且甚至是上方延 伸，胚體110易於在模型工具打開時自己從模型工具自動地彈出，常規柱塞模型工具中並非 一 直是這種情況。
圖3示意性地示出根據圖2的4個模型工具10,它們在壓力機130 中在相互的頂部上疊置，並且具有布置在每個模型工具10的兩側上的 溫度控制板140。壓力機130能是將期望的壓力施加在模型工具堆疊 上的任何類型壓力機。溫度控制板140設有加熱/冷卻介質150的導管。 從這個附圖中，相對於溫度控制和總體工具高度而言，薄的主壁60、 70的好處是明顯的。同時能堆疊在一個壓力機130中的模型工具10 的數目受到壓力機相對於在膨脹過程之後從壓力機移走模型工具所需 的高度而言的開口高度的限制。在一個實施例中，胚體110在仍然處 於壓力機130中時從模型工具IO移走，如能從圖2d中看到的，這在 第一模型元件20之上需要相當量的空間。在另一個實施例中，模型工 具10在其打開之前從壓力機130移走並且允許胚體110彈出。
模型元件20、 30可由具有適當導熱性的任何適合的硬質材料構 成。其舉例來說由金屬比如鋁、不鏽鋼等構成。可選地，或組合地， 其可由複合材料比如纖維增強塑料構成。
圖4a至4c示出再一實施例，其中第二模型元件30還限定最初填 充體積50的一部分，並且因而還包括以與第一模型元件20相同的方 式限定主壁70的側壁150。第二模型元件30的邊框100然後形成為 側壁150的延伸。與上面的實施例相比較，這個模型工具10必須在閉 合位置中填充，但是如將在下面解釋的，在閉合狀態下填充模型與在 打開狀態下填充第一模型元件並且之後將第二模型元件施加至其上相 比具有幾個方面的優點。
由於模塑工藝期間模型中的高壓；直到並且超過200個標準大氣 壓，模型元件20、 30的側壁80、 150優選地設計為保持外周邊緣90 和邊框IOO之間的間隙的尺寸。根據一個實施例，側壁80、 150如此 定尺寸以使得外周邊緣卯和邊框100之間的間隙的減小在200個標準 大氣壓的內部壓力時小於25%，優選地小於20%並且最優選地小於 15 % 。
圖5示出模型工具的一個示例，其中側壁80的下部具有較大橫截面寬度以便在沒有顯著變形之下承受所涉及的高壓，但是其中上部85 較薄以便最小化產生的過剩材料120。
在模塑期間，塑料溶膠與間隙中的密封裝置40相接觸並且將高壓 施加在密封裝置40上。為了保持密封裝置40在原位，外周邊緣90 形成為保持密封裝置40。對於塑料溶膠和密封裝置40的一些組合， 塑料溶膠牢固地粘著至密封裝置40，因為密封裝置40的材料特性和/ 或物理形狀。在一些實施例中，由於高壓等，密封裝置40粘著至胚體 110，和/或密封裝置40的退化，可能需要密封裝置40必須在每個模 塑循環之後替換。通過成形周邊邊緣90和密封裝置40，以使得密封 裝置40與模塑的胚體110—起從模型元件20分離，如圖2b中所示， 移走密封裝置的步驟省略。由於用所公開的模型工具10生產的胚體 110要求過剩的材料120在模塑之後移除，附著於此的密封裝置40將 在相同的過程中移走。
根據一個實施例，密封裝置40包括彈性材料的密封元件，舉例來 說，由橡膠、矽膠等構成的。如圖中所示，彈性材料的密封元件可具 有圓形橫截面或可選地具有一個或多個凸緣以獲得期望的密封效果。
為了避免胚體上的表面缺陷，非常重要的是基本上所有空氣在模 塑循環開始之前從模型工具IO排出。為了避免空氣在模型工具10中 的俘獲，在模型定位於填充位置時，排出口 160能布置於模腔50的最 高點處或在其附近。圖6a示出具有塑料溶膠入口 170以及排出口 160 的模型工具IO。圖6a中，模型工具10定位於填充位置，其中模型傾 斜以使得排出口 160基本上定位於模腔50的最高點處。塑料溶膠入口 170可布置於模腔50的下部區域中，但是也可以根據塑料溶膠的粘性 布置於中間或甚至高位置。圖6b示出矩形模腔50的示意性視圖，其 定位為排出口 160處於最上角部處並且塑料溶膠入口 170處於最下角 部處以確保模腔的完全排空，而不管塑料溶膠的粘性。在模腔完全填 滿時，入口 170和出口 160氣密地閉合。
如上所述，塑料溶膠在模塑過程期間的膨脹在5和20 %之間並且 在這個過程期間重要的是在模型中保持高壓。然而在某些環境之下，模型中產生的壓力會由於不適當的塑料溶膠混合物或過分填滿而達到 極端水平。根據一個實施例，模型工具設計為使得可移動模型元件在
模腔50的體積相對於填滿體積而言增大6和20%之間的預定值時提 供基本上氣密的密封效果，此後密封效果布置為降低以避免模腔中的 過度壓力。根據可選實施例，密封效果逐漸降低。而且，模型元件之 一可設計為提供可調節的膨脹限制。
在生產平狀面板時，期望可移動模型元件20和30在模塑期間保 持平行。在非平行表面的情況下，模塑的面板必須進行加工以使得主 表面平行，這導致另外的廢料。根據圖7至9中公開的一個實施例， 提供了一種壓力機系統130，其使用根據上面的可變體積的多個模型 工具10生產硬質膨脹聚合物胚體。壓力機系統130包括基本上平行的 主壓力表面130a和130b，以及多個中間溫度控制板140。壓力機系統 130布置來以可選的方式在溫度控制板140之間接收模型工具10，並 且為了給所有模型工具IO提供平行壓力表面，壓力機系統130包括平 行裝置200,其布置來在模塑過程期間保持溫度控制板140平行。平 行裝置200能是不同類型的，只要在壓力機系統130中為所有模型工 具獲得平行壓力表面。根據圖7中公開的實施例，平行裝置包括在每 對溫度控制板140之間對稱地布置的3個或更多個壓縮彈簧元件210。 彈簧元件210被選擇並且放置為使得獲得較平的相反力並且所有溫度 控制板140保持平行，因此字面上對稱地布置。根據圖8中公開的實 施例，平行裝置在溫度控制板140上包括細長的導向件220和相關的 導向區塊230。圖9中公開的實施例在每對溫度控制板140之間包括 對稱地布置的3個或更多個移動限制元件240。移動限制元件240形 成為通過由每個移動限制元件240處的局部移動增加的相反力的施加 來阻礙溫度控制板超過預定點的繼續移動。根據圖9中公開的實施例， 每個移動限制元件240由附接至溫度控制板140頂面的螺紋螺栓250 以及在向上方向上附著至鄰近溫度控制板140底面的套筒260構成。 螺紋螺栓在上端處具有凸緣270,並且套筒在其下端處具有內部凸緣 280。套筒260布置為使得其限定螺栓250的上端並且壓縮彈簧290布置於螺栓凸緣270和套筒內部凸緣280之間。選擇彈簧290來提供 保持板平行所需的相反力。螺栓的螺紋允許調節限制特性，並且能改 變最終模塑體積。
權利要求
1.一種模型工具，其被布置於具有基本上平行的壓力表面的壓力機中，用於生產硬質膨脹聚合物胚體，所述模型工具包括可在與壓力表面垂直的方向上相對彼此移動的第一模型元件和第二模型元件，以及在這種相對運動的至少一部分期間在第一和第二模型元件之間提供基本上氣密性密封從而限定可變體積的閉合模腔的密封裝置，其中第一模型元件限定模腔體積的至少一部分並且包括外周邊緣，並且第二模型元件包括閉合地限定第一模型元件的外周邊緣的邊框，並且其中密封裝置布置於形成於邊框和外周邊緣之間的間隙中。
2. 根據權利要求l的模型工具，其中要模塑的胚體成形為平狀面 板，其中第一和第二模型元件的每一個包括與相應壓力表面平行並且 布置為與相應壓力表面相鄰的主壁，並且其中第一模型元件包括限定 主壁的基本上垂直的側壁，側壁的外周邊形成外周邊緣。
3. 根據權利要求2的模型工具，其中主壁具有基本上相同的熱性質。
4. 根據權利要求3的模型工具，其中主壁由相同材料製成並且具 有基本上相同的厚度。
5. 根據權利要求2至4的任何一個的模型工具，其中主壁由金屬 比如鋁、不鏽鋼等製成。
6. 根據權利要求2至5的任何一個的模型工具，其中第二模型元 件包括限定主壁的側壁，以及邊框形成為側壁的延伸。
7. 根據權利要求2至6的任何一個的模型工具，其中側壁定尺寸 為使得外周邊緣(90)和邊框(100)之間的間隙的減少在200個標準 大氣壓的內部壓力下小於25%,優選地小於20%並且最優選地小於 15%。
8. 根據前述權利要求的任何一個的模型工具，其中外周邊緣形成 為保持密封裝置。
9. 根據權利要求8的模型工具，其中外周邊緣形成為在暴露至模型壓力時支撐密封裝置，但是允許密封裝置與被模塑的胚體連接和分 離。
10. 根據前述權利要求的任何一個的模型工具，其中密封裝置包括彈性材料的密封元件。
11. 根據權利要求10的模型工具，其中彈性材料的密封元件是橡膠o形環。
12. 根據前述權利要求的任何一個的模型工具，其中在模型工具 定位於填充位置時，排出口布置於模腔的最高點處或最高點附近。
13. —種具有可變體積的閉合模腔的用於生產硬質膨脹聚合物胚 體的模型工具，該模型工具至少包括一個固定元件以及一個使得模腔 體積在模塑期間可改變的可移動元件，以及在模腔體積相對於填充體 積而言增大6 %和2 0 %之間的預定值時在固定和可移動元件之間提供 基本上氣密的密封的密封裝置，此後密封效果被布置為降低以避免模 腔中的過度壓力。
14. 根據權利要求13的模型工具，其中密封效果逐漸降低。
15. —種用於生產硬質膨脹聚合物胚體的壓力機系統，其包括基 本上平行的壓力表面以及布置於壓力表面之間的多個溫度控制板 (140),其中該壓力機系統,皮布置來以可選方式在溫度控制板(140) 之間接收根據前述權利要求的模型工具，並且其中該壓力機系統包括 被布置成在模塑過程期間保持溫度控制板(140)平行的平行裝置。
16. 根據權利要求15的壓力機系統，其中平行裝置在溫度控制板 上包括細長的導向件以及相關的導向區塊。
17. 根據權利要求15的壓力機系統，其中平行裝置包括在每對溫 度控制板之間的對稱地布置的3個或更多個壓縮彈簧元件。
18. 根據權利要求15的壓力機系統，其中平行裝置包括在每對溫 度控制板之間的對稱地布置的3個或更多個移動限制元件。
全文摘要
一種將要布置於具有基本上平行的壓力表面的壓力機中的用於生產硬質膨脹聚合物胚體的模型工具，該模型工具包括可在與壓力表面垂直的方向上相對彼此移動的第一模型元件和第二模型元件，以及在這種相對運動的至少一部分期間在第一和第二模型元件之間提供基本上氣密性密封從而限定可變體積的閉合模腔的密封裝置，其中第一模型元件限定模腔體積的至少一部分並且包括外周邊緣，並且第二模型元件包括閉合地限定第一模型元件的外周邊緣的邊框並且其中密封裝置布置於形成於邊框和外周邊緣之間的間隙中。
文檔編號B29C33/20GK101610887SQ200780051538
公開日2009年12月23日 申請日期2007年6月11日 優先權日2007年2月19日
發明者A·保爾松, J·斯蒂格松, R·卡爾松 申請人:迪亞布國際股份公司