專利名稱：使用注射模制設備模制具有不定長度的物品的方法
技術領域：
本發明涉及模制工藝的應用，其能夠制造具有不定長度的物品，又不存在由于現
有工藝中的塑料材料擠壓成型或金屬連續鑄造而導致的許多限制或高成本問題，而上述現 有工藝是制造具有不定長度的模制物品的傳統工藝。 本發明特別適用于由塑料材料模制出例如管道的管狀產品。本發明還特別適用于 由回收的塑料材料和其它難以通過擠壓成型工藝成型的塑料材料來模制產品。
背景技術：
已經開發出多種用于塑料材料的注射模制工藝，用來制造由相關模具的尺寸限定 出的具有固定指定尺寸的物品。為了注射模制出具有大尺寸的物品，這就需要大型的模具 從而需要高成本，其中不但包含模具本身的成本，而且包含在所需壓力下注射所需數量的 熔融塑料材料而要用到的大尺寸機械設備的成本。 已經開發出了多種包覆成型工藝，由此由第二材料制成的結構可被直接注射模制 在之前由第一材料注射模制而成的部件的表面上，但是，這些包覆成型件的尺寸還是受到 模具尺寸和用來制造這些包覆成型件的塑料成型設備的尺寸的限制。 具有不定長度的塑料物品可以通過擠壓成型工藝模制出來。在這些工藝中，熔融 材料自孔口被擠出，并接著在孔口外部快速冷卻以形成固態產品。擠壓成型工藝通常局限 于制造具有恒定截面的產品，盡管已經開發出了采用位于孔口內部或周圍的運動部件的先 進系統，并由此能在擠壓成型過程中形成截面的變化，但是這些系統需要非常高成本的模 具和控制系統。 與注射模制工藝比較，擠壓成型工藝通常需要更先進的設備，這些設備對于溫度 和生產率的控制程度更高。擠壓成型工藝通常還要求物理性能具有較小的容限，并對所使 用的塑料供給材料的均勻程度要求較高。但由于回收的塑料材料的性能會產生非常顯著的 變化，因此使得擠壓成型工藝通常不適用于回收的塑料材料。 某些未摻雜塑料材料(例如PET)并不特別適用于擠壓成型，這是由于在加工時其 流變性能在很大程度上取決于溫度，而在工業制造環境中對所需溫度的控制已經證明幾乎 是不可能的。 因此就需要有這樣一種工藝，該工藝不但能夠具有擠壓成型工藝的制造具有不定 長度產品的能力，而且簡單、耐用、成本低、控制簡單，還能允許注射模制工藝的進料多樣 化。 本發明的目的在于提供一種解決這些難題的模制工藝。

發明內容
因此，在一方面，本發明提供一種模制具有不定長度的物品的方法，所述方法包括 如下步驟 (i)將熔融材料的第一部分注入包括固定模板和活動模板的模具中，使得所述材
3料固化，以在第一位置處形成固態材料的第一部分； (ii)相對于所述固定模板在指定方向上移動所述活動模板以打開模具，并且按照所述指定方向將所述固態材料的所述第一部分從所述第一位置移動到第二位置，由此在所述第二位置處使所述固態材料的第一部分與模具相通； (iii)按照與所述指定方向相反的方向相對于所述固定模板移動所述活動模板以閉合模具，使所述固態材料的第一部分與所述模具相通； (iv)將熔融材料的另一部分注入模具中，并且使得所述另一部分固化，以形成緊密接合到所述固態材料的第一部分上的固態材料的另一部分； (v)將材料的所述另一部分移動到所述第二位置，由此在所述第二位置處使所述另一部分與所述模具相通，并且與所述第一部分保持接合；以及 (vi)重復步驟(iii)至(v)以形成這樣一種物品，該物品包括所述材料的所述第一部分和所述另一部分，所述第一部分和所述另一部分接合在一起以成為一個具有不定長度的線性排列。 優選地，線性排列穿過活動模板。優選地，模制工藝是單腔模制工藝。優選地，被模制的物品為管狀，其軸線對準所述指定方向。 在某些實施例中，本發明提供一種連續貫穿模板(through-platen)分層模制/覆蓋模制工藝。


為了更加完整地理解本發明，現在將只通過實例，并參考附圖，來描述本發明的優選實施例和其它元件，附圖中 圖1示意表示按照本發明的第一實施例的工藝中的步驟；
圖2示意表示按照本發明的第二實施例的工藝中的步驟；
圖3示意表示按照本發明的第三實施例的工藝中的步驟；
圖4示意表示按照本發明的第四實施例的工藝中的步驟；
圖5示意表示按照本發明的第五實施例的工藝中的步驟；以及
圖6-10示意表示按照本發明的第六實施例的工藝中的步驟。 對于本發明的不同實施例的描述來說，在每個實施例中具有等同功能的特征的附圖標記數字相差一百或幾百。 對本發明優選實施方案和其他實施例的描述 圖1所示的實施例涉及剛性管的制造。塑料注射模制設備104包括進料斗106，該進料斗為具有機筒和螺桿的注射裝置108提供塑料原料顆粒。該塑料注射模制設備104將熔融塑料材料經由固定模板112注入到形成在模具118內的模具空腔116中，模具118固定在活動模板114上，芯體120固定在固定模板上。 圖1所示的工藝用來制造具有不定長度的柱形管。空腔116是柱形的并且芯體120也是柱形的。活動模板114具有圓形開口 122，其直徑為空腔116的圓柱壁的延續。
在步驟l(a)中，可以看到芯體120自固定模板112延伸，居中地穿過空腔116，接著居中地穿過開口 122，并從活動模板114伸出。與被模制的管子具有相同的內部和外部直徑的管狀初始坯料(starting blank) 124被保持在開口 122內，并且熔融塑料由泵108注
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隨后，使空腔116內的塑料固化，并因此在空腔內形成第一模制部分128，該第一模制部分128被接合到初始坯料124上。 在該工藝中的下一個步驟中，將活動模板114以及與其相接附的模具118向右側移動，如步驟l(b)所示。由此將第一模制部分128沿著芯體剝離下來。但是芯體120的自由端132保留在第一模制部分的最接近固定模板的端部134內。隨著模制材料的進一步冷卻，它將收縮到芯體120上。 隨后通過將活動模板114移動到左側使之閉合，如圖1 (c)所示，使得管的第一部
分接附到芯體的自由端132上。在模板閉合時，管的第一部分128形成密封空腔的插塞。 隨后，熔融塑料的第二部分140被注入空腔內，如圖l(d)所示，并使其冷卻。第二
部分的前端通過熔接(welding)而緊密接合到第一模制件的后端上。如圖l(e)所示，活動
模板114打開，并將第二模制件140沿著芯體剝離下來。 該工藝接著通過重復參考圖1 (d)和1 (e)描述的步驟來繼續。 通過將注入噴頭的尺寸增至大于空腔尺寸，并且將注入壓力增至大于插塞的阻
力，隨著該注入工藝的每次工序循環完成而產生的產品體積的增大，可使得插塞在注入過
程中滑動。 如圖2所示，本發明的第二實施例也涉及制造具有不定長度的柱形管244。連續模制部分228和240之間的接合得到了顯著改善，使得管產品的總體強度得以提高。模具218被制成一定形狀，使得模具空腔216在其中具有環形臺階230。按照第二實施例進行的工藝通常與第一實施例描述的方式相同，其中的附加特征在于第二模制部分240通過熔接而緊密接合到第一模制部分228上，這種接合是在各模制部分之間的環形臺階230形成的重疊部分之上延伸的。 圖2表示了圖1所示工藝的變型，由此可增加產品的強度。塑料的連續模制部分228和240被接合在一起，使得每個模制部分覆蓋由前道工序得到的模制部分(以臺階的方式)，從而形成重疊接合部242。由于對任何已知的注射模制機來說，重疊部分的長度造成模制件長度的減少，其中模制件的長度可以隨著每次工序循環完成而增加，該工藝的生產率取決于活動模板214的行程長度。因此，臺階形重疊部的長度優選地局限于剛好能夠提供所需的強度改善的長度。 如圖3所示，第三實施例中的工藝用于制造平條帶344。包括初始模具空腔316的模具318與活動模板314相接附。隨著模具閉合，插塞或初始坯料324被放置到開口 322內，以使其密封，如圖3 (a)所示。第一模制部分328如圖3 (b)所示被模制。在活動模板314如圖3(c)所示被打開時，第一模制部分328被移動以離開固定模板312。在活動模板達到其最大開口時，條帶的第一模制部分328被夾具(附圖未示出)夾緊，隨后如圖3(d)所示，活動模板314通過移動到左側而被閉合，留下第一模制部分328，并使得模具318內的空腔326變空，而且使得模制部分328作為模具端部開口 322內的插塞。如圖3(e)所示，熔融塑料的第二部分340被注入模具中，以填充模具，并且在其固化時熔融塑料的第二部分與形成空腔壁一部分的第一模制部分328的端部緊密接合。活動模板接著打開，如圖3(f)所示，產品被夾緊，活動模板閉合，并且重復該循環工序。 圖4所示為第四實施例，表示制造多層產品的工藝的應用。模制空腔416是臺階
5圓柱形的，其具有延伸至空腔416內的大部分長度的連續內環部分452，以及如圖3所示僅
在自活動模板414到固定模板412的距離的一部分上延伸的外環部分454。 在以適當的初始坯料424開始之后，除了緊密接合到一起的兩個同心管444和445
是同時被模制之外，總體操作如同第一實施例描述的那樣。注入一種塑料以形成外管445，
并注入另一種塑料以形成內管444。兩種不同的塑料可具有不同的物理或化學性能，以適于
所需的最終用途，和/或不同的顏色可用于不同的塑料。 在圖4中，連續模制部分之間的接合部446和447在成品的兩個同心層上正好對準。然而優選地是，這些接合部相互偏置，以改善產品的強度。 注射模制領域的普通技術人員將理解到可形成熔融材料流路，從而形成模制塑料產品強度的定向特性。本發明的第四實施例具有可形成多個層的特點，使得可在每個層應用不同的流路，從而形成例如物理上更牢固的產品。 圖5所示的第五實施例是利用本發明制造例如金屬管道和其它工程型材的現有產品上的涂層的技術。熔融塑料通過固定模板512注入，而不是如前例所述的通過芯體注入。塑料進料斗506和計量/泵508被從前述的固定模板中央的位置移開，使得基底構件549能穿過固定模板512和活動模板514。圖5中，基底構件549為一管道，但是作為替代地，可以是另一成形部分。 模具空腔516被安裝在活動模板514上，要被涂覆的管道549形成模具空腔526的內壁，使得管道的整個長度通過工藝的連續循環被分段地涂覆。 圖6-10表示根據本發明的作為所述第二實施例變型的第六實施例的工藝中的連續步驟，該工藝用來制造具有不定長度的圓柱形管道。由活動模板614形成的空腔616是圓柱形的，除了其中的環形臺階630之外。固定模板612上的桿狀芯體620是平滑的圓柱形。模具中環形臺階630的作用是形成模制部分640，該模制部分在其后端688處具有軸向延伸的凸緣部分634，該凸緣部分634具有與模制部分的主體646的內表面平滑相連的內表面635，并且從模制部分的主體646的外壁645的邊線向內形成臺階的圓柱形外表面636。
圖6中，模具608在注入塑料之前是打開的。活動模板614在箭頭"A"所示的方向上移動到左側。接附到活動模板上的機構656用于從設備的通道658中清理毛剌，機構656的操作將隨后在此說明書中被描述。 在圖7中，活動模板614移動到了右側(在與箭頭"A"相反的方向上)，沿固定模板612的芯體620滑動，以閉合模具。來自設備的前一工序循環的第一模制部分628被保留在芯體620左端的周圍及上面，并且熔融塑料610經由固定模板和活動模板內的通道658被注入(箭頭"B")到模具空腔626中。通道658包括均位于固定模板內的主進料管660、徑向通道部分662、兩個軸向通道部分664和兩個偏置通道部分666，以及位于活動模板內的兩個傾斜通道部分668。主進料管660由連接的進料管線進料(見箭頭"B")，該進料管線可以被保溫，或者包含加熱器670，以便控制熔融物所需的溫度。 在圖8中，塑料完全充滿由活動模板614、芯體620和之前的模制部分628限定的空腔626。塑料的前導部分686圍繞著之前模制部分628的拖尾部分(trailingportion) 688的外側流動，隨后空腔626內的塑料得以固化，其前端(或者前導部分)686通過熔接緊密接合到之前模制部分628的后端(或者拖尾部分)688，以形成包括連續模制件的環形重疊部642的重疊接合部，在視圖的圓形放大部分內對此有更加詳細的說明。前端
6686在其上形成軸向延伸的套筒637，其內表面638緊密接合到凸緣634的外表面636上。套筒637的外表面639與壁646 —同平滑地延伸。 如圖9所示，對于該工藝的下一個步驟來說，活動模板614沿著芯體移動(如箭頭"C"所示)到左側。剛剛模制的塑料被拉出軸向通道664，在其與徑向通道部分662的接合處與進料分離。在模板移動到左側時，其環形臺階630與模制部分640上的相應臺階641相配合，以將模制部分640移動到左側，由此將模制部分640沿芯體剝離下來。臺階630具有與圖2的臺階230相反的對齊方式，并且這能更容易地通過模板614來移動模制部分。當模制材料進一步冷卻時，其在芯體620上收縮。 在該工藝過程中，后端688可在其移動和塑料的另一部分610注入模具608中之間的時間里預熱，這使得接合得以改善并提高了接合處的機械強度。 如圖9所示，活動模板上的氣缸致動器672隨后被啟動，以將毛剌清理機構656移動到右側(如箭頭"D"所示)。毛剌清理機構上的兩個銷674由此被按壓穿過活動模板的端板676內的孔675，從而將毛剌678從活動模板中清出(箭頭"E"所示)。毛剌678在模制部分640的臺階式圓柱表面680處與模制部分640分離。 活動模板614隨后被移動到右側，如圖10所示(如箭頭"F"所示)，使得管道的模制部分640與芯體的自由端632相接附。毛剌清理機構656的指向前方的栓銷682通過毛剌清理機構的主板657在孔口 683內滑動。栓銷682是活動模板與固定模板接觸的第一部分，并且當其滑動回到孔口 683內時，主板657被壓離(見箭頭"G")活動模板的端部。
本發明工藝的優點在于不會像擠壓成型工藝的應用那樣，受到熔融流動材料的性能的限制。因此，本發明的工藝特別適用于由回收塑料材料模制產品，由于其各種各樣的來源，在任何指定溫度下這些回收的塑料材料在其熔融階段可以具有顯著不同的流變性能。本發明的工藝也特別適用于由例如PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)制成的某些塑料模制產品，這些塑料并不特別適用于擠壓成型，這是由于小的溫度變化對其流變性能就有很大的影響，并且在擠壓成型工藝中對這種溫度變化的控制很困難。本發明的工藝也特別適用于由纖維加強塑料制成的模制產品，例如玻璃填充尼龍和其它的具有嵌入其中的長加強纖維的塑料，這些纖維加強塑料不適用于擠壓成型工藝。本發明的工藝還適用于由極難擠壓成型的化學硬化聚合物(chemical-setting polymers)(例如兩組材料)模制產品，以及由含有添加劑的塑料模制產品，這些添加劑提供耐UV、防火和防腐性能。 同樣，注射模制產品能夠比擠壓成型產品具有更好的表面光潔度。注射模制能制造具有較高機械強度的物品。氣體輔助注射模制系統能用來改善表面光潔度和收縮率。
本發明的某些實施例提供了注射模制管道或型材的有效方法，這是由于模制是在線性方向上進行，并且與活動模板相通。 通過同時或順序使用兩個或多個注射裝置，管道或型材的各部分可在圓周方向上制成具有不同的彩色帶。 上述的貫穿模板注射模制工藝可以進行變型，使得加工時可接合插入、旋開、拉芯和工具分離技術。本發明的工藝因此適用于形成具有不均勻截面的連續產品，可以是簡單的成形表面，也可以在產品上以指定間隔設置大量的突出部或凹坑，該間隔可通過分段的模制工藝中的各遞增位置的長度來確定。 雖然上述的所有實施例都是針對塑料的注射模制，該工藝還可適用于黑色金屬或有色金屬、食品以及陶瓷的模制。 雖然上述內容包括本發明的優選實施例，應該理解到可以將許多變型、改型、改進和/或附加物引入以上描述的構造和配置中，而不偏離本發明的本質特征或精神或范圍。
將理解到在此說明書中使用了詞匯"包括"以及其變型，例如"包含"和"具有"，除非上下文中有具體說明，這種使用旨在包括所陳述的一種或多種特征，而并不排除其它的一種或多種特征的存在。 在此說明書中，對任何現有技術的引用不是，也不應該被認為是對于該現有技術在澳大利亞成為公知常識的認可或任何形式的暗示。
權利要求
一種模制具有不定長度的物品的方法，所述方法包括如下步驟(i)將熔融材料的第一部分注入包括固定模板和活動模板的模具中，使得所述材料固化，以在第一位置處形成固態材料的第一部分；(ii)相對于所述固定模板按照指定方向移動所述活動模板以打開模具，并且按照所述指定方向將所述固態材料的第一部分從所述第一位置移動到第二位置，由此在所述第二位置處使所述固態材料的第一部分與模具相通；(iii)按照與所述指定方向相反的方向相對于所述固定模板移動所述活動模板以閉合模具，使所述固態材料的第一部分與所述模具相通；(iv)將熔融材料的另一部分注入模具中，并且使得所述另一部分固化，以形成緊密接合到所述固態材料的第一部分上的固態材料的另一部分；(v)將材料的所述另一部分移動到所述第二位置，由此在所述第二位置處使所述另一部分與所述模具相通，并且與所述第一部分保持接合；以及(vi)重復步驟(iii)到(v)以形成這樣一種物品，該物品包括所述材料的所述第一部分和所述另一部分，所述第一部分和所述另一部分接合在一起以成為一個具有不定長度的線性排列。
2. 如權利要求1所述的方法，其中所述線性排列穿過所述活動模板。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其中所述模制工藝是單腔模制工藝。
4. 如權利要求1或2所述的方法，其中所述被模制的物品為管狀，其軸線對準所述指定 方向。
5. 如權利要求1所述的方法，其中所述熔融材料的另一部分的前導部分按照所述指定 方向流過所述固態材料的所述第一部分的拖尾部分并固化，以在所述固態材料的第一部分 和所述固態材料的另一部分之間形成接合的重疊接合部。
6. 如權利要求5所述的方法，其中所述熔融材料的另一部分的前導部分流動以圍繞所 述固態材料的第一部分的拖尾部分形成套筒。
7. 如上述權利要求中的任一項所述的方法，其中所述塑料材料包括聚對苯二甲酸乙二 醇酯。
8. 如上述權利要求中的任一項所述的方法，其中所述塑料材料是纖維加強塑料。
全文摘要
一種模制具有不定長度的物品的方法。將熔融材料的第一部分注入包括固定模板和活動模板的模具中并使其固化，以在第一位置處形成固態材料的第一部分；活動模板按照指定方向移動以打開模具，并在所述指定方向上移動該材料到與模具相通的第二位置，活動模板接著在相反方向上移動以閉合模具；熔融材料的另一部分被注入模具并固化，以形成緊密接合到所述第一部分的固態材料的另一部分。重復上述步驟，以形成包括材料的所述第一部分和所述另一部分的物品，所述第一部分和所述另一部分接合在一起以成為一個具有不定長度的線性排列。
文檔編號B29C39/14GK101784377SQ200880101292
公開日2010年7月21日 申請日期2008年7月8日 優先權日2007年7月29日
發明者邁克爾·普瑞凡 申請人:連續成型技術私人有限公司