模塑製品及其製造方法

2023-04-23 23:13:46 3

專利名稱：模塑製品及其製造方法
技術領域：
本發明涉及模塑製品和模塑方法。具體涉及用泡沫塑料模塑製成的具有固體模塑製品許多特性的模塑產品，以及為獲得這些特性的模塑方法。
由多孔材料(如泡沫塑料)製成的玩具和其它製品具有某些優點由於其密度低而重量輕；由於其壓縮性而對兒童安全。這些材料的輕盈、安全和壓縮性使之特別適合於作為彈性球(bouncing balls)、飛翔玩具如滑翔機和投擲玩具如飛鏢。但是當用於製造其它類型的玩具和其它製品時，這些材料總體上未能產生很好的效果。
以前難以或不可能將這些材料製成市場上可接受的形狀。由於供應的泡沫塑料材料通常是片狀的，從而難以將它們製成厚度不均勻的物體。相比之下，發現注塑成型的塑料製品可被製成各種厚度不均勻的形狀。注塑成型還適於包含現場模塑各種類型的嵌件。以前，用泡沫塑料材料從未很好地製得這種嵌件。
另外，玩具商場喜愛陳列具有光澤表面的製品，最好裝飾有各種鮮豔的色彩。以前泡沫塑料材料具有無光澤、多孔的表面，不適合用色彩鮮豔的顏料、絲網印刷、擦塗和貼花進行終飾。這種表面還不適合模塑使玩具製品具有要求的真實感的細巧的表面細節。現有技術的泡沫塑料製品遇到的另一個問題是由於其表面層柔軟而容易被撕裂。
但是本發明打算用泡沫塑料材料模塑玩具和其它製品，形成的這些製品具有與鑲嵌模塑製品相似的堅韌、光滑和光澤的表面。結果，本發明模塑的泡沫塑料製品兼有泡沫塑料的輕盈、安全和壓縮性的優點，又具有優良的容納現場模塑嵌件和接受各種類型的表面裝飾的性能，更可取的是鮮豔的色彩加上細巧的表面細節。由于堅固的表面層抗撕裂，因此本發明的模塑泡沫塑料製品也是經久耐用的。
這些要求的結果是通過以多孔材料為原料，模塑具有一個不滲透表面的低密度產品得到的，該方法包括下列步驟製造一個具有模腔的模具，模腔的外形限定製品的外形；從多孔材料上衝壓一件與製品外形基本相似的坯料；將坯料放入模腔內，坯料的外形與模腔的外形基本一致；加熱內含坯料的模具，使坯料定型成製品；隨後將其從模具中取出並冷固該製品，選擇加熱和冷固步驟的持續時間和溫度，以在制品上定型不滲透的表面，從而使製品具有無孔材料製成的製品的外觀。
在本發明的優選方法中，加熱後使模具在冷水中驟冷，隨後取出模塑製品並進行冷固。
這種模塑方法結果形成一種具有不滲透表面和帶不滲透表面的泡沫塑料整體內芯的低密度製品。


圖1是泡沫塑料片的部件分解視圖，從該泡沫塑料上已切割並取出了若干模塑坯料；圖2是用於容納兩件所述坯料的雙模具的視圖；圖3是一個加熱腔的正視圖，許多所述模具通過該加熱腔，從而將坯料模塑成要求的製品；圖4是用於快速冷卻內含模塑製品的所述模具的充冷水式驟冷腔的縱截面圖；圖5是用於隨後冷固模塑製品的冷固器的縱截面圖；圖6是一種模塑製品的前立面圖；圖7是該模塑製品表面層的一部分的放大的截面圖；圖8是可根據本發明製成的另一種製品的視圖，它是空殼狀的；圖9是用於製造本發明圖8製品的模具的視圖；圖10是圖9模具的縱截面圖；圖11是用於製造圖8製品的傳輸機烘箱的透視圖。
本發明模塑方法使用由泡沫聚乙烯(PE)或泡沫乙烯-醋酸乙烯酯共聚物形成的常規塑料材料，這兩種泡沫塑料可以以厚度均勻(即垂直方向，如圖1所示)的平片10的形狀從市場上購得。標準的市售片材的尺寸為100×200cm；其厚度範圍為3-100mm，任何具體片材的長和寬方向上的厚度基本均勻。在通常的環境溫度下這種材料的密度與橡膠的密度相似。
本方法的目的是製造玩具或其它製品12(圖6)，這些製品總的來說在所有方向上的厚度都不均勻，儘管使用厚度均勻的市售片材原料。
本發明方法的第一步是從泡沫塑料片10上用模頭衝切一件或多件模塑坯料12A、12B、12C等，這些坯料的外形與最終製品12的外形基本一致。由於衝切模頭對泡沫塑料片10的整個厚度(在垂直方向)進行切割，因此在模頭切割方法中不產生毛邊或分模線。圖1顯示了從泡沫塑料片10中取出後的第一件坯料12A。在本發明方法的這一步中，坯料12A、12B等具有和製造它們的片材10一樣均勻的厚度(垂直方向)。
下一步是將一件或多件坯料12A、12B等置於合適的半模腔(如金屬模具的下半部14中的14A、14B)中。用鉸鏈16與下半部14相連的是金屬模具的上半部18，它由互補的半模腔18A、18B組成。在將泡沫塑料坯料12A、12B等放入下膜腔14A、14B以後，沿鉸鏈16旋轉上半部18以關閉模具，隨後用常規的合模裝置(該合模裝置中的一部分可參見圖2中20)將模具緊密合模。
當模具合模後，上半模腔18A、18B與下半模腔14A、14B一起形成完整的模腔，該模腔完全包裹泡沫塑料坯料12A、12B等。上半模腔和下半模腔的外形相合，具有最終製品12所要求的外形。
半模腔的凹表面分別具有要求的最終製品的上和下部分的外表面形狀，從而將坯料12A、12B模塑成具有要求的最終形狀的製品12。即使泡沫塑料坯料原先具有均勻的厚度，如同衝壓成這些坯料的泡沫塑料片10那樣，這種最終製品的形狀一般具有不均勻的厚度。另外，半模的凹表面雕刻有細巧的表面凹凸細節，這種細節將壓印在最終製品12的表面上。
隨後使在模腔14A、18A和14B、18B內含有泡沫塑料坯料12A、12B等的閉合模具14、18通過安裝在桌子24上的烘箱22。模具穿過烘箱的移動可以是間斷的或連續的，並且可以使用人工操作或使用安裝在桌子24上的常規的自動化傳輸機進行操作。烘箱22內部溫度為200-300℃，在烘箱溫度下放置的時間約為5-15分鐘。
從烘箱中取出後，將內部仍含有泡沫塑料坯料12A、12B等的模具14、18浸入裝有冷水28的容器26中以快速冷卻泡沫塑料坯料與模腔14A、18A和14B、18B的凹表面接觸的表面。金屬模具14、18的較高傳熱性有助於快速冷卻與模具接觸的模塑坯料12的表面層。冷卻水的溫度約為5-20℃，在冷卻水中的放置時間約5-15分鐘。
隨後從水浴28中取出模具14、18，鬆開合模裝置20，沿鉸鏈16旋轉上半模具18，使其和下半模具14分開，接著從模具中取出模塑製品12，通過將產品12經門32置於冷固室30(compartment)的擱架34上而將其放入冷固室內，接著關閉門32。冷固溫度約為-5～-15℃。在冷固溫度下的放置時間約為30-45分鐘。
用於本發明的EVA泡沫塑料原料被歸類於「密閉泡孔」這一類，它的含義僅在於泡孔間不是相互連接的；但是泡孔在片材10的外表面上敞開，使得該表面無光澤且多孔。PE原料被歸類於「敞開泡孔」這一類，由於泡孔在表面上敞開而同樣具有無光澤且多孔的外觀。
本發明方法的廢品率明顯低於模塑泡沫塑料製品的現有技術方法(形狀和終飾層不一致，並且柔軟度和密度不恰當和不協調)的廢品率。另外，由泡沫塑料用現有技術模塑的製品的特點在於無光澤且多孔的表面，它不利於施加鮮豔和彩色的終飾層；施加上去的終飾層容易剝落並且不能顯示鮮豔、光澤或彩色的效果。該表面的細節也很差。
但是如圖7所示，本發明熱模塑、驟冷和冷固的連續步驟在最終製品12的表面上形成層12L，在該層中泡孔或空隙12P被封閉，不在最終產品12的表面上敞開。事實上，此時的表面由堅固、光滑、不滲透的表層12S組成，它與注塑製品的表面特性基本相同，即它是堅固、光滑、光澤、耐用、並能接受和保持各種類型的裝飾層。
終飾的製品12還能很好地保持現場制模嵌件，在使用中很少被撕裂。表面12S也具有光滑、光澤的終飾層，它比未經處理的泡沫塑料材料的無光澤、多孔外觀更具吸引力，它具有泡沫塑料材料以前不能取得的精細結構，並且它使其本身能適用於各種終飾方法，包括鮮豔和裝飾色彩。
具體地說，適用於本發明方法的終飾方法有色彩模頭噴霧、擦塗、絲網印刷、以及使用預印有圖案或固體顏料並層壓有粘合劑(將膜粘合在制品12的表面上)的無孔PE膜。本發明的具體特徵在於能在圖3的加熱步驟前將這種膜施加在模塑坯料12上，此時該膜定型地模塑在制品12的表面上。
同時，在表面層12L下面的製品12的本體保持原來的多孔性，並因此保持原來泡沫塑料片10的低密度。結果，最終製品保留柔軟、輕盈和撓性，並因此能安全地用作滑翔機、投擲玩具、彈性球等。另外，儘管最終製品12是用厚度均勻的片材10製成的，但是它可以形成任何要求的不均勻厚度。
本發明的另一方面適合於模塑空心殼整體造型的模塑成型物(shapes)，如圖8所示的玩具車體40，其特徵在於挖空的內區域40A。這種造型是由模具42製成的。模具42具有由凸起的內芯44A形成的下半模具44和由互補的模腔46B形成的上半模具46。鉸鏈48、在下半模具44上的導向銷子50、在上半模具上與之互補的導向孔52、以及插銷裝置54、56構成了模具裝置。
截面圖10顯示了類似形成於閉合的模具42中的成型物40的空心殼體形狀。為了使從片材10上切割下來的一大塊疏鬆的泡沫塑料模塑時在內芯44A和模腔46A之間更容易被壓縮，最好將泡沫塑料在約200℃的溫度時加熱約3-5分鐘以便在模塑前軟化該材料。出於這個目的，提供烘箱60(圖11)，在進行上述方法的步驟前，該烘箱裝有的傳輸帶62將泡沫塑料10的片材傳輸通過烘箱。或者，可以在將泡沫塑料坯料從片材10上衝壓下來後在泡沫塑料坯料上進行這種預加熱步驟；但是如果先進行預加熱可使片材10在衝壓坯料時更柔軟，有助於衝壓。
具有模塑如上所述的空心殼狀構型的能力使本發明方法適用於製造多種多樣製品，並非全部都是玩具。例如，用本方法可製成帶有令人喜愛的外終飾層、且價格便宜的軟邊行李箱，和用於小型電子設備、書籍和各種其它物體的吸震保護套、箱或覆蓋物。
儘管原料費用較高，但是與其它模塑方法相比，本發明還是獲得了較高的經濟效益。首先，用於注塑的模具非常昂貴。為了承受注塑時所用的高溫，模具必須由昂貴的鋼材製成；而在本發明方法中可採用很便宜的鋁合金材料。另外，注塑需要大量輸送管和附件以將熔融的塑料樹脂引入模腔中；而在本發明方法中上述所有這些都不需要。
結果，使模具成本(對於注塑每個模腔可達約40,000美元)降至每個模腔僅2500美元。從而在給定的成本下可製造許多種模具；這對於玩具領域特別有利，因為它能使製造商滿足客戶關於各種製品形狀的要求。
其次，按照本發明方法製造的製品可使用多種色彩的預印刷PVC膜終飾(finished)，這與要求對每個成品都具個性的其它終飾方法相比，前者明顯節約成本。
因此，本發明(無論是方法還是製品)能經濟地製造撓性、輕盈、光澤、鮮豔和彩色終飾的、耐用的並具有任何要求截面形狀的製品。儘管通過較好的說明性實例對本發明的這些特徵和優點進行了描述，但是本發明的保護範圍按本文披露的新原理由所附的權利要求書所決定。
權利要求
1．由多孔材料模塑具有不滲透表面的低密度製品的方法，包括如下步驟A．製備具有一個模腔的模具，所述模腔的外形限定所述製品的外形；B．從所述多孔材料上衝壓與所述製品外形基本相同的坯料；C．將所述坯料放入所述模腔中，所述坯料的外形與所述模腔的外形基本相同；D．加熱內含所述坯料的模具，將所述坯料定型成所述製品；E．隨後將所述製品從模具中取出並冷固該製品；選擇所述加熱和冷固步驟的持續時間和溫度，以在所述製品上定型不滲透的表面；從而使所述製品具有由無孔材料製成的製品的外觀。
2．如權利要求1所述的模塑方法，其特徵在於在步驟D和E之間還包括快速冷卻內含所述製品的所述模具的步驟。
3．如權利要求2所述的模塑方法，其特徵在於所述模具是由金屬材料製成的，並且所述快速冷卻步驟包括將所述模具浸沒在冷液體浴中。
4．如權利要求3所述的模塑方法，其特徵在於所述液體的溫度為5-20℃。
5．如權利要求4所述的模塑方法，其特徵在於在所述液體中放置的時間為5-15分鐘。
6．如權利要求2所述的模塑方法，其特徵在於所述冷固步驟包括將所述製品置於溫度為-5～-15℃的冷固室內的步驟。
7．如權利要求6所述的模塑方法，其特徵在於在冷固溫度中放置的時間為30-45分鐘。
8．由厚度基本均勻的多孔材料片材模塑具有不均勻厚度和不滲透表面的低密度製品的方法，包括如下步驟製備具有一個模腔的模具，所述模腔的厚度和外形分別限定所述製品的厚度和外形；從所述片材上衝壓厚度均勻且與所述製品外形基本相同的坯料；將所述坯料放入所述模腔中，所述坯料的外形與所述模腔的外形基本相同；加熱內含所述坯料的模具，從而將所述坯料定型成所述厚度不均勻的製品；隨後快速冷卻內含所述製品的所述模具；接著將所述製品從所述模具中取出並冷固該製品；選擇所述加熱、冷卻和冷固步驟的持續時間和溫度，以在所述製品上定型不滲透的表面；從而使製品具有由無孔材料製成的製品的外觀。
9．一種具有不滲透表面的低密度製品，所述製品及其表面都是由同一泡沫塑料材料體形成的。
10．一種具有不均勻厚度和不滲透表面的低密度製品，所述製品及其表面都是由厚度基本相同的同一泡沫塑料片材形成的。
11．一種具有不滲透表面和帶有所述不滲透表面的泡沫塑料內芯的低密度製品。
12．一種具有不均勻厚度、不滲透表面和帶有所述不滲透表面的泡沫塑料內芯的低密度製品。
13．如權利要求9-12中任何一項所述的製品，它還包括在所述不滲透表面上的裝飾塗層，所述塗層是通過向所述表面上施塗液體塗料形成的。
14．由多孔材料片材模塑具有不滲透表面的低密度製品的方法，包括如下步驟製備具有一個模腔的模具，所述模腔限定所述製品的外形；從所述片材上衝壓與所述製品外形基本相同的坯料；在所述坯料的外表面上放置具有裝飾塗層的無孔塑料膜；將具有所述膜的所述坯料放入所述模腔中，所述坯料的外形與所述模腔的外形基本相同；加熱內含所述坯料的模具，將所述坯料和所述膜定型成要求的製品；隨後快速冷卻內含所述製品和膜的所述模具；接著將所述製品和膜從所述模具中取出，並冷固該製品和膜；從而使所述製品具有無孔材料製成的製品的外觀。
15．如權利要求1或2所述的方法，用於模塑具有空心殼整體構型的製品，其特徵在於所述模具還包括一內芯，該內芯能被容納在所述模腔內以限定所述空心殼體構型，所述方法包括在足夠高的溫度下將所述坯料預熱足夠的時間，以便在將所述坯料放入所述模腔之前將其軟化的附加步驟。
16．如權利要求15所述的方法，其特徵在於所述預熱步驟包括將形成所述坯料的所述材料在200℃的溫度下放置3-5分鐘。
全文摘要
一種由多孔材料模塑具有不滲透表面的低密度製品的方法。配置具有一個模腔的模具,其外形限定所述製品的外形。原料為泡沫塑料片材。在某些情況下本方法的第一步是預熱軟化原料。隨後由片材衝壓與所述製品外形基本相同的坯料;將其放入所述模腔中。加熱內含所述坯料的模具,將所述坯料定型成要求的製品。接著將內含製品的模具在冷水中驟冷。隨後將製品從模具中取出並冷固。這種模塑方法的結果形成具有泡沫塑料內芯、不滲透表面的低密度製品。
文檔編號B29C35/00GK1217970SQ9712300
公開日1999年6月2日 申請日期1997年11月22日 優先權日1997年11月22日
發明者李紹偉, 周廣偉 申請人:Cj合夥有限公司