專利名稱：泡沫芯“a”級(jí)制品的制造方法
泡沬芯“A”級(jí)制品的制造方法
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發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種具有A級(jí)可見表面和在不可見的背面具有整體的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)的泡 沫芯制品的制造方法，所述方法超越了現(xiàn)有的制造水平。
背景技術(shù)：
設(shè)計(jì)者通常利用塑料部件代替金屬部件以利用模塑部件能提供的較大的設(shè)計(jì)自 由度并降低制品的重量和成本。注射模塑工藝被用于制造這類塑料制品。但是當(dāng)注射模 塑較大的制品，例如重型卡車儀表板時(shí)，密封模具且注射充滿模腔所需的塑料材料的量 所需要的合模力需要巨大的壓力以制造出可用的部件。能夠制造這些部件的注射模具和 模塑機(jī)器是非常大且重的，并且其獲得和運(yùn)轉(zhuǎn)是非常昂貴的。資本設(shè)備的這些部件必須 常規(guī)地通過許多其中生產(chǎn)出的部件來分期償還。直到今天，由于他們的短期、低容量計(jì) 劃，成本已經(jīng)高于重型卡車制造商愿意承擔(dān)的范圍。結(jié)果，制造商限制注射模塑的部件 的尺寸，或者他們選擇其他花費(fèi)較低的工藝來生產(chǎn)大的部件。
在致力于注射模塑大的部件而沒有正常的注射模具和機(jī)器所需的太高花費(fèi)的過 程中，制造商通過在模腔內(nèi)注射塑料和發(fā)泡劑的熔融混合物來生產(chǎn)大的功能性的塑料部 件。通過在注射模塑過程中在塑料樹脂中加入發(fā)泡劑，發(fā)泡行為產(chǎn)生局部的內(nèi)部充填壓 力，該局部的內(nèi)部充填壓力促使熔體充滿部件腔。發(fā)泡劑在熔融樹脂中的添加擴(kuò)大了注 射熔體的體積，從而降低了通過注射所使用材料的量。通過降低熔體的密度，模塑的制 品的重量也降低了。在熔體中加入發(fā)泡劑連同在腔內(nèi)所產(chǎn)生的發(fā)泡行為的進(jìn)一步的好處 是，最外部的注射壓力和用以保持模具閉合的相關(guān)合模壓力的需求也極大地降低了。最 終結(jié)果是，高壓模塑工藝現(xiàn)在轉(zhuǎn)化為了低壓模塑工藝。盡管存在這些好處，但是還有阻 礙了泡沫塑料工藝被廣泛地應(yīng)用于制造A級(jí)結(jié)構(gòu)部件的一些缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)是
泡沫塑料工藝的內(nèi)部充填壓力不總是生產(chǎn)出沒有表面孔隙度和局部收縮變形的 表面，以及由于模塑部件表面上的泡沫旋渦，泡沫塑料工藝不能夠生產(chǎn)出需要用于可見 部件的合意的A級(jí)表面。
發(fā)明概述
本發(fā)明涉及一種具有A級(jí)可見表面和在不可見的背面具有整體的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)的泡 沫芯制品的制造方法，該方法超越了現(xiàn)有的制造水平。
用于制造具有表面、表皮和芯的制品的方法包括將第一模具部分閉合在可壓縮 密封體上。密封體設(shè)置于第一模具部分和第二模具部分之間。第一模具部分和第二模具 部分各自具有界定可加壓的模腔的壁。模腔具有模腔壁、注入孔及通氣孔。注入孔和通 氣孔相互分隔。
該方法還包括使用大于大氣壓強(qiáng)的第一壓強(qiáng)的加壓氣體對(duì)模腔施壓。通過注 入孔，注射熔融塑料和發(fā)泡劑的混合物。產(chǎn)生發(fā)泡劑氣體以在混合物中形成氣室(gas cell)。氣室具有超過第一壓強(qiáng)的內(nèi)部壓強(qiáng)。該方法包括第一等待時(shí)間段。在第一時(shí)間段 之后的第二時(shí)間段，通過通氣孔以足以打破氣室的一部分以便產(chǎn)生破裂的室的比率排放 加壓氣體。使用破裂的室形成鄰近模腔壁的表皮。表皮界定用混合物充滿的芯腔。然 后固化混合物。將第一模具部分與第二模具部分分離以便取出制品。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，方法包括將第一模具部分閉合在第二模具部分上。第一 模具部分和第二模具部分界定具有模腔壁的可加壓的模腔、注入孔及通氣孔。注入孔和 通氣孔相互分隔。至少一個(gè)模具部分還包括具有一寬度的肋。將模腔加壓到第一壓強(qiáng)。 通過注入孔將塑料組合物注入到模腔內(nèi)。將發(fā)泡劑提供到塑料組合物中以形成混合物。 發(fā)泡劑引起塑料組合物發(fā)泡。泡沫具有內(nèi)部壓強(qiáng)超過第一壓強(qiáng)的氣室。方法包括等待第 一時(shí)間段。對(duì)模腔排氣以達(dá)到小于氣室的內(nèi)部壓強(qiáng)的第二壓強(qiáng)。以預(yù)定比率減小第二壓 強(qiáng)而形成與模腔壁相接觸的表皮。表皮具有一厚度。模腔的肋寬度與表皮厚度的比值為 從50%到300%的范圍。表皮界定芯腔，其用塑料組合物和發(fā)泡劑氣體混合物充滿。固 化混合物。將第一模具部分與第二模具部分分離以便取出制品。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，方法包括使用具有第一壓強(qiáng)的第一氣體在具有 界定模腔的壁的模具內(nèi)進(jìn)行反壓。第一氣體在注射包括可分解的發(fā)泡劑的塑料組合物以 前提供給模腔。發(fā)泡劑分解產(chǎn)生具有第二壓強(qiáng)的第二氣體。第一壓強(qiáng)超過第二壓強(qiáng)。通 過將第一壓強(qiáng)減小到第三壓強(qiáng)來使塑料組合物在模腔內(nèi)膨脹。第三壓強(qiáng)在從大氣壓強(qiáng)到 小于第一壓強(qiáng)的范圍。
優(yōu)選實(shí)施方案詳述
除了在操作實(shí)施例中或另外明確指示的地方以外，本說明書中指示材料量、反 應(yīng)條件和/或用途的所有數(shù)量應(yīng)當(dāng)被理解為在描述本發(fā)明最寬范圍時(shí)由詞匯“約”所修 飾。所陳述的數(shù)字限度內(nèi)的實(shí)踐通常是優(yōu)選的。而且，除非以相反的形式明確陳述 百分率和比值是以重量計(jì)的；對(duì)于與本發(fā)明相關(guān)的特定目的而描述為合適的或優(yōu)選的材 料組或類意指這些材料中的兩種或多種可被混合且同樣是合適的或優(yōu)選的；化學(xué)術(shù)語中 所描述的組分是指在添加到說明書中所述的任意組合物中時(shí)的組分，而且一旦混合不會(huì) 妨礙混合組分之間的化學(xué)相互作用；且首字母縮略詞的首次定義或其他縮寫詞應(yīng)用于所 有后續(xù)的使用，這里相同的縮寫詞根據(jù)最初定義的縮寫詞的正常語法變化已作必要的修 正。
用于形成較大的模塑泡沫結(jié)構(gòu)制品的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括在匹配的金屬模 具中注射具有發(fā)泡劑添加劑的熔融的塑料。為了將與收縮相關(guān)的表面凹陷降至最低并減 小所需的合模力的量，制品由泡沫塑料制造而成。發(fā)泡行為大體上消除了外部充填注入 塑料以完全充滿模腔的需要。減少或消除外部充填的需要顯著地降低了注射模塑部件所 需的合模噸位。較低的合模噸位意味著具有較大的表面積的制品可用較小的機(jī)械合模壓 力模塑而成。
較大的制品的實(shí)例是交通工具元件，特別是卡車車身元件，例如保險(xiǎn)杠面板。 這樣的部件具有可能超過2000in2 (12,900cm2)的表面積。用于這種部件的沒有任何發(fā)泡 劑的標(biāo)準(zhǔn)注射模塑工藝將需要使用昂貴的能夠承受反復(fù)的且極大的合模壓力的鋼模具以及具有至少5000噸04,500千牛頓(kN))的合模噸位等級(jí)的注射模塑機(jī)器。因此，泡 沫塑料模塑工藝的優(yōu)點(diǎn)是，使得大的結(jié)構(gòu)部件的制造成為可能而不需要更為昂貴的鋼模 具且不需要極大的機(jī)械合模壓力。應(yīng)當(dāng)理解，工藝和材料的該結(jié)合適于制造具有至少 IOOin2 (650cm2)、500in2 (3225cm2)及 IOOOin2 (6450cm2)或更大的面積的制品。
本發(fā)明工藝的一個(gè)實(shí)施方案建立在使用塑料基材(plastic matrix)的特別有利 的材料混合物的基礎(chǔ)上，該材料混合物包括模塑樹脂，例如熱塑性聚烯烴(TPO)，如 LYONDELLBASELL SEQUEL#1715,其產(chǎn)品號(hào)為#1980HI。該混合物包括化學(xué)發(fā)泡劑， 例如具有偶氮類成核劑的放熱型發(fā)泡劑。混合物可選擇地包括機(jī)械式注入的發(fā)泡劑，例 如氣態(tài)的或液態(tài)的流體。發(fā)泡劑用于在工藝的熔體流中產(chǎn)生氣泡。這些組分相互作用以 形成泡沫熔體流的程度取決于發(fā)泡劑在熔融樹脂中的濃度。為了獲得本實(shí)施方案的物理 性能，采用濃度為的發(fā)泡劑并產(chǎn)生了 97%的總體材料密度。通過增加引入模塑樹脂 中的可分解的化學(xué)的或機(jī)械的發(fā)泡劑的量，有可能影響成核度和所得到的內(nèi)部充填壓力 以便減少模塑樹脂在模腔中的量以在模塑部件中實(shí)現(xiàn)大范圍的材料密度?？梢岳斫?，吸 熱型固體或復(fù)合型固體發(fā)泡劑也是適用的。
在本實(shí)施方案中，利用模塑工藝實(shí)現(xiàn)了 97%的整體部件密度，該模塑工藝具有 從與料斗相鄰的區(qū)域開始到與模具相鄰的區(qū)域?yàn)橹沟乃膫€(gè)區(qū)域的注射擠壓溫度曲線圖40 0/410/420/410° H204/210/216/210。)，同時(shí)噴嘴溫度為 400° H204C)而模具溫度為 125° F(52°C)。測(cè)試模具以60fl.oz. (1775cm3)料桶在500噸Van Dom壓力機(jī)下運(yùn)轉(zhuǎn)，該 料桶裝備有具有3/4英寸(1.9cm)直徑的流道的截流式噴嘴(shut-offnozzle)。為了給這個(gè) 模具建立基線合模壓力，將不含發(fā)泡劑的&quel#1715TPO模塑樹脂注入模腔內(nèi)以證實(shí)模 塑充分填充的、無凹陷且在分型線沒有毛刺的部件需要滿500噸G450kN)的合模壓力。 對(duì)于具有大約7.0in. (18cm)乘以23.5in. (60cm)的直接脫模面積(line_of-draw footprint)的 部件的具體尺寸計(jì)算，使用3.0噸每平方英尺(41兆帕斯卡(MPa))的合模系數(shù)(clamping factor),證實(shí)這種尺寸的部件的標(biāo)準(zhǔn)注射工藝需要包括500噸045OkN)的合模機(jī)器。
通過在&quel#1715TPO樹脂中添加Ampacet#701039_H放熱型發(fā)泡劑， 機(jī)器合模壓力可被減小到100噸(890kN)，并獲得如先前以500噸045OkN)的合模壓力 制造的相同的無毛刺、無凹陷的部件；減小80%。有意地將填充或增壓壓強(qiáng)保持在零或 非常低的壓強(qiáng)以使泡沫的成核室(nucleating cell)在部件腔壁以內(nèi)盡可能自由地膨脹。在 一個(gè)實(shí)施方案中，填充壓強(qiáng)在Ipsi(12Pa)和約75psi(936Pa)之間。雖然填充壓強(qiáng)為零或 非常低，但是注入的熱塑性泡沫混合物仍會(huì)繼續(xù)充滿腔，這是因?yàn)閬碜园l(fā)泡劑的冒泡氣 體所施加的向外的壓力促使熱塑性泡沫混合物繼續(xù)膨脹直到其到達(dá)部件腔壁。
泡沫-樹脂模塑工藝所需的減小的合模壓力進(jìn)一步降低了模具制造材料所需的 抗壓縮力。結(jié)果，模具制造材料可由工具鋼改變?yōu)檩^輕重量和/或較低成本的材料，例 如鋁或鎂基材料。例如，鋁具有比工具鋼更大的熱傳導(dǎo)性的額外好處。增加的熱傳導(dǎo) 性通過更好的熱耗散減少了工藝?yán)鋮s時(shí)間，且起到縮短工藝的總體周期時(shí)間的作用。例 如，使用鋁意味著模具操作更為輕便且更易加工。改進(jìn)的操作和加工對(duì)模塑工藝的經(jīng)濟(jì) 效益具有非常有益的影響。因此，泡沫-樹脂模塑工藝提供了超越標(biāo)準(zhǔn)注射模塑工藝的 實(shí)質(zhì)的加工優(yōu)勢(shì)。
泡沫-樹脂模塑工藝的另一個(gè)好處是它將注射-模塑制品內(nèi)的表面變形降低至最小的能力，這種表面變形通常被認(rèn)為是收縮凹陷。制品通常具有兩個(gè)相對(duì)的表面。“A” 表面是可具有美感的展示面?！癇”表面相對(duì)于“A”表面通常不需要具有好的外觀。 在使用固體熱塑性塑料由標(biāo)準(zhǔn)注射模塑工藝生產(chǎn)的制品中，這些變形可能通常發(fā)生在可 為“A”級(jí)表面的平面上。這些變形可能不是審美可接受的。變形通常位于與使得制品 的橫截面稍微較厚因而具有更大的質(zhì)量的特征相對(duì)的表面上。在由固體樹脂模塑出的制 品的情形中，當(dāng)與周圍的較薄的壁區(qū)域相比時(shí)，這些質(zhì)量較大的區(qū)域也傾向于冷卻得相 對(duì)緩慢。不希望約束于任何特定的理論，由于較大質(zhì)量的區(qū)域含有更多的熱因而比相對(duì) 較薄的壁區(qū)域冷卻更為緩慢，所以變形例如凹痕可能發(fā)生。模塑樹脂能夠在相對(duì)較長(zhǎng)的 時(shí)期內(nèi)繼續(xù)收縮相對(duì)較大的距離，因?yàn)樗噲D與其周圍的塑料質(zhì)量達(dá)到熱和尺寸平衡。
通過在模塑樹脂中添加發(fā)泡劑，樹脂的分子鏈由具有較薄的室壁的成核室所中 斷。成核室可導(dǎo)致模塑樹脂中收縮力的減小。較薄的壁部分比較厚的壁部分具有較小的 質(zhì)量并含有較低的熱。壁部分冷卻的越快，可用于壁繼續(xù)收縮的時(shí)間越少。除了中斷分 子收縮力之外，成核室對(duì)收縮提供了額外的阻礙，因?yàn)樗a(chǎn)生的形成氣泡以制出泡沫的 氣體氮，例如，提供非常小量的內(nèi)部氣壓，其傾向于擴(kuò)大在熔融的樹脂基材中剛剛形成 的室。鄰近的剛剛形成的室的結(jié)合效果可產(chǎn)生足夠的向外的壓力以抵消室壁的收縮力。 成核室層中的收縮力的抵消可限制鄰近表面上的表面凹陷。
泡沫-樹脂注射模塑工藝不依靠在腔內(nèi)機(jī)械式充填樹脂來獲得完全形成的，即 沒有凹陷的制品。排除機(jī)械式的樹脂充填而僅僅使用擴(kuò)大樹脂泡沫的正常壓力可減小或 消除正常存在于注射點(diǎn)到最終的充滿點(diǎn)的相關(guān)應(yīng)力梯度。通過擴(kuò)大的室成核對(duì)部件局部 充填的結(jié)果是，制品具有最小的應(yīng)力梯度。由于泡沫材料中極小的應(yīng)力，模塑制品通常 不會(huì)表現(xiàn)出翹曲。制品沿著材料流徑的收縮也趨向于更小，從而在尺寸上更為穩(wěn)定。
盡管泡沫-樹脂注射模塑工藝通常用于以應(yīng)用于熱效率更高且花費(fèi)更少的注射 模具的相當(dāng)小的合模壓力來制造無凹陷的制品，但是所制得的制品在其表面上呈現(xiàn)出充 分的泡沫-樹脂基材且不能被認(rèn)為獲得了可見的“A”級(jí)表面。中斷模塑樹脂收縮的趨 勢(shì)的相同的室結(jié)構(gòu)也起到損害模塑樹脂的一些物理性能的作用。熱塑性樹脂固有的物理 性能是建立在樹脂基材中一個(gè)分子與另一個(gè)分子的分子接近的基礎(chǔ)上的。然而，這兩個(gè) 問題，多孔的表面和降低的物理性能，通過用具有比泡沫室的內(nèi)部壓力大的壓力的氣體 對(duì)模腔施壓，都可在一定程度上被克服。
在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案中，視需要將可壓縮密封體應(yīng)用于模具的分型線 和任何其他滑塊、型芯、推桿及穿入模具塊的頂出銷，以防止從具有超過大氣壓強(qiáng)的壓 強(qiáng)的密封模腔中漏氣。密封的模腔容納了加壓氣體以增加模腔內(nèi)部的壓強(qiáng)而超出大氣 壓強(qiáng)。泡沫熔融樹脂的注入延遲到模腔達(dá)到獨(dú)立地測(cè)定的并選自50、80、90psi(625、 1000、1125Pa)到 120、150 和 200psi(1500、1875 和 2500Pa)范圍內(nèi)的適于應(yīng)用的壓強(qiáng)。 在通過澆口向加壓的模腔內(nèi)注入熔融塑料和發(fā)泡劑的過程中，模腔內(nèi)的樹脂泡沫的發(fā)泡 劑氣體的膨脹保持相對(duì)較小，且由注射單元擠壓器以及隨后由加壓氣體的反壓緊緊地控 制。加壓氣體在等待時(shí)間段例如排氣延遲過后，可被釋放或撤回，排氣延遲持續(xù)大于1.5 秒、5秒或7秒，在此期間加壓氣體打破直接暴露于該加壓氣體的室壁，使得熔融樹脂 一同流動(dòng)并在下層泡沫樹脂的上方形成固體樹脂的相對(duì)較薄的壁。隨著模塑樹脂表皮的 厚度的增加，模腔內(nèi)的加壓氣體更難到達(dá)新的下層室以打破它們的壁，使得這些室得以形成和增長(zhǎng)。一旦達(dá)到了期望的表皮厚度，在泄壓期間氣體從加壓模具的釋放或撤回可 以為可控過程，例如通過減壓閥，或者為不可控過程，例如通過大氣通風(fēng)口或進(jìn)入回收 器。一旦氣壓被減小到環(huán)境水平，下層的泡沫樹脂將自由地成核和擴(kuò)大以充滿模腔。應(yīng) 當(dāng)理解，制品可在不止一側(cè)具有表皮。表皮可存在于任何模腔壁或嵌件的相鄰部位。
維持時(shí)間的范圍可獨(dú)立地選自1秒、5秒、10秒、16秒及20秒到20秒、30秒、 40秒或50秒，這取決于期望的表皮和泡沫芯結(jié)構(gòu)分布。在制品完全固化的維持時(shí)間之 后，隨后可打開模具并取出模塑的泡沫芯制品，例如用于汽車主體的較大的部件。泡沫 主體具有較厚的表皮層和泡沫芯層。泡沫芯層的厚度范圍根據(jù)部件設(shè)計(jì)的要求可選自大 于 1mm、2mm 及 3mm 到小于 50mm、40mm、30mm、20mm、IOmm 及 5mm。表皮層足 夠厚以防止泡沫芯層的室在表皮層中被看到或是明顯的。重量減輕范圍可獨(dú)立地選自大 于1、2和3_%到5、7、10、20和30wt%以符合模塑制品的需要。
在至少一個(gè)實(shí)施方案中，在將注塑量完全注入模具中以后，反壓氣體排氣 (counter-pressure gas venting)延遲約1.5秒到約10秒范圍的時(shí)間段。在另一個(gè)實(shí)施方案 中，排氣延遲約3秒到約8秒。排氣延遲的分布圖、加壓氣體的排氣時(shí)間段和/或排氣期 間模具內(nèi)的反壓的壓力圖有助于評(píng)定所制得的制品的結(jié)構(gòu)，特別是表皮厚度和泡沫芯。 反壓加壓氣體的壓強(qiáng)越大，表皮的厚度將越厚。排氣以前的等待時(shí)間段越長(zhǎng)，表皮的厚 度將越厚。分布圖可用于通過控制所產(chǎn)生氣孔的直徑和數(shù)量來建立制品的性能梯度。分 布圖可能需要與模具的冷卻性能和部件設(shè)計(jì)相結(jié)合來形成。通過在泡沫-樹脂注射模 塑工藝中應(yīng)用氣體反壓，將有可能制造具有低壓模塑泡沫芯且在每一側(cè)都具有固體表皮 的制品，以將制品的美感提高到“A”級(jí)水平并將原未泡沫化的熱塑性塑料(un-foamed thermoplastic)的大部分原物理性能給予制品的一般結(jié)構(gòu)。
除了恢復(fù)幾乎所有的未泡沫化的樹脂的物理性能以外，新的表皮/泡沫芯/表皮 的夾層結(jié)構(gòu)能夠由夾心部分的幾何性質(zhì)獲得額外的強(qiáng)度。這類結(jié)構(gòu)能夠獲得比相同樹脂 重量的實(shí)體部分高的彎曲模數(shù)，而且是在材料密度降低的情況下。該彎曲模數(shù)可用下述 公式計(jì)算
夾層結(jié)構(gòu)彎曲模數(shù)α (夾層厚度)3
所制得的制品的實(shí)例是卡車保險(xiǎn)杠面板，其具有鄰近并圍繞中心的泡沫芯的至 少1.5mm厚度的表皮?？梢姷那氨砥檎故久?，其被稱作“A”表面，其由中心的泡 沫芯支撐，中心的泡沫芯也支撐著背面表皮，其被稱作“B”表面且通常提供連接特 征。在本實(shí)施方案中，表皮和泡沫芯由Ampacet#701039-H化學(xué)發(fā)泡劑和耐用 LYONDELL BASELL Sequel#1715TPO的混合物注射模塑而成，其具有抵抗來自公路上產(chǎn) 生的碎屑特有的點(diǎn)沖擊的損害的好處。這種材料和方法的結(jié)合的進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在能 夠在面板的B側(cè)形成具有表皮-泡沫-表皮結(jié)構(gòu)的安裝凸臺(tái)和大結(jié)構(gòu)肋。但是，固體模 塑樹脂作為面板表皮的模塑工藝的產(chǎn)物可能會(huì)在與面板結(jié)構(gòu)背面的重型結(jié)構(gòu)肋相對(duì)的位 置在面板的固體表面上再一次產(chǎn)生與收縮相關(guān)的凹陷問題。為了生產(chǎn)出具有與“B”表 面的大結(jié)構(gòu)肋和凸臺(tái)相對(duì)的無凹陷的“A”級(jí)表面的結(jié)構(gòu)制品，需要處理模塑樹脂的不 均勻的收縮。
大多數(shù)熱塑性模塑樹脂制造商公布了用于TPO的肋尺寸比料位厚薄(wall stock) 的推薦值為大約25%，以避免標(biāo)準(zhǔn)模塑制品中的凹陷問題。應(yīng)當(dāng)理解，目前所推薦的肋8與料位厚薄的厚度的比值可如45% —樣大，這取決于所采用的塑料。因?yàn)檫@個(gè)比值增加 超過了推薦值，所以熱在較大質(zhì)量部分更多的集中繼續(xù)使其冷卻到環(huán)境溫度更為緩慢， 較大質(zhì)量部分的材料收縮比周圍較薄的部分持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。達(dá)到環(huán)境溫度所得到的延遲 使得前表面被拉伸的更長(zhǎng)并進(jìn)一步內(nèi)凹，從而引起表面變形，例如縮痕。
具有大的“B”表面結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)制品，例如8級(jí)重型卡車面板可采用氣體反壓和 泡沫熱塑性烯烴或任何其他結(jié)晶的、半結(jié)晶的或非結(jié)晶的模塑樹脂模塑而成。所得的部 件具有比正常厚的約6mm的料位厚薄，但也可獨(dú)立地選自I-IOmm或約6mm或更大的范 圍。用于TPO的遠(yuǎn)超過推薦的肋尺寸與料位厚薄的比值的大肋也可模塑而成。當(dāng)使用 其他塑料時(shí)，采用本發(fā)明工藝可期待比值的均衡增長(zhǎng)。
利用反壓和泡沫TPO的結(jié)合，肋尺寸與料位厚薄的比值可如50% —樣大。令人 驚訝地，這種方法和這種材料的結(jié)合，當(dāng)與肋上的圓角和模塑表面的“B”表面上的凸 起的使用相結(jié)合時(shí)，當(dāng)肋寬度與料位厚薄的厚度的比值為約300%或更大時(shí)，導(dǎo)致了用于 TPO的合意的“A”級(jí)表面。肋寬度與料位厚薄的厚度的比值可獨(dú)立地選自大于25%、 50%或75%到1000%，小于1000%或100%的比值范圍。超大的肋的增加幫助提高了 面板的結(jié)構(gòu)完整性，強(qiáng)度和剛度。而且，超大肋還被增加到部件的后部，以接受用以在 卡車底盤上安裝部件的連接支架(attachment bracket)。這種結(jié)合的優(yōu)勢(shì)是，A級(jí)面板以 除了安裝支架以外不需要額外的加強(qiáng)材料或托架的方式設(shè)計(jì)而成。這節(jié)省了制造商在額 外結(jié)構(gòu)件上的成本。這也幫助了設(shè)計(jì)者避免使用分離的元件例如支撐橫梁(backerbeam) 來安裝面板，以便獲得必要的結(jié)構(gòu)完整性。進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì)是通過消除模塑誘導(dǎo)的應(yīng)力可 提高面板的尺寸穩(wěn)定性。減小應(yīng)力可增加面板的結(jié)構(gòu)耐用性，特別是關(guān)于裂縫和裂紋擴(kuò) 展。當(dāng)在安裝孔位置過模塑外來材料的嵌件如金屬、塑料或非塑料增強(qiáng)元件時(shí)，這是特 別有利的。
許多類型的聚合物和聚合物組合物可被用作本工藝中表皮和泡沫芯層的塑料基 材。組合物的非限制性的實(shí)例可包括熱塑性塑料和輕質(zhì)交聯(lián)熱塑性塑料。泡沫芯制品選 用的塑料可以它們的物理性能和熔融特性為基礎(chǔ)來挑選。例如，卡車保險(xiǎn)杠面板可選用 彈性較好的材料，其具有相對(duì)于道路上引起的碎屑特有的小的點(diǎn)沖擊來說耐用的優(yōu)勢(shì)。 耐用塑料的非限制性的實(shí)例可包括結(jié)構(gòu)泡沫，包括非晶塑料、烯烴、熱塑性聚烯烴以及 熱塑性彈性體。應(yīng)當(dāng)理解，這些聚合物可包括各種塑料的混合，也包括增強(qiáng)劑和添加 劑，如可塑劑、橡膠增韌劑、接枝劑(graft)、功能性填料以及填料。相同的或不同的塑 料和/或發(fā)泡劑的不開模的多重注射可能不會(huì)發(fā)生而沒有違背本發(fā)明的精神。
為了生產(chǎn)具有許多氣孔的塑料基材，通常在塑料熔融以前將發(fā)泡劑加入塑料 中，但是它也可在塑料基材熔化期間甚至熔化之后被加入。發(fā)泡劑可包括化學(xué)發(fā)泡劑， 例如吸熱型固體、放熱型固體及復(fù)合型固體；和/或物理發(fā)泡劑，例如浸入或溶解于塑 料基材中的液體，發(fā)泡劑在塑料殼內(nèi)的核-殼結(jié)合(core-shell combination)，和/或在壓 力下注入或溶解于熔融塑料中的氣體。在一個(gè)實(shí)施方案中，加入熱塑性材料中的發(fā)泡劑 的量根據(jù)應(yīng)用為約0.5wt%或更大。在另一個(gè)實(shí)施方案中，發(fā)泡劑為約0.1wt%或更大。
放熱型發(fā)泡劑的非限定性的實(shí)例為放熱型泡沫劑。泡沫劑可包括非均質(zhì)的成核 劑。非均質(zhì)的成核劑的實(shí)例為偶氮類成核劑，例如改性的偶氮二甲酰胺(ADC)，其作為 例如由Ampacet Corporation生產(chǎn)的產(chǎn)品#701039_H的化學(xué)發(fā)泡劑銷售。ADC得益于釋放氮?dú)馀c二氧化碳。氮?dú)饩哂休^低的分子量，使其更易反應(yīng)。氮的較佳發(fā)泡性能是指塑料 和ADC的母料僅使用20Wt%。ADC對(duì)比更典型的50Wt%的二氧化碳產(chǎn)生化學(xué)發(fā)泡劑。 化學(xué)發(fā)泡劑和放熱型泡沫劑也可與物理發(fā)泡劑結(jié)合使用。成核劑的其他實(shí)例包括粒狀固 體，例如滑石粉或二氧化硅。
成核劑通常導(dǎo)致比不使用成核劑時(shí)較細(xì)微的室結(jié)構(gòu)。較細(xì)微的室結(jié)構(gòu)可導(dǎo)致塑 料基材的密度相對(duì)于采用滑石粉所達(dá)到的密度的1-15絕對(duì)百分比的減少。ADC，當(dāng)其很 好的分散于熔融塑料中時(shí)，可產(chǎn)生非常細(xì)微的室結(jié)構(gòu)，包括微-蜂窩結(jié)構(gòu)(micro-cellular structure) 使用偶氮類成核劑可獲得39%或更小的絕對(duì)重量減小。通常，當(dāng)使用ADC 作為成核劑時(shí)，平均室直徑可在約0.1mm到約0.5mm的范圍。室直徑可通過利用反壓抑 制室增長(zhǎng)而進(jìn)一步減小。室的尺寸范圍可獨(dú)立地選自0.035mm、0.050mm、0.075mm及 0.1mm 至Ij 0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.7mm 及 1mm。
當(dāng)使用例如ADC的成核劑時(shí)，仔細(xì)地控制用于將熔融塑料和成核劑混合的機(jī)器 的溫度和模具的溫度是重要的。最好是，成核劑在起泡沫合意以前立即活化。過早的活 化可能會(huì)導(dǎo)致成核劑失效。氣體發(fā)生范圍可獨(dú)立地選自165、170、180或200°C到215、 200、182或175°C。最大的工藝溫度可在230°C到260°C的范圍或比塑料的降解溫度低 高達(dá)10°C。該發(fā)泡劑濃度或任何其他化學(xué)發(fā)泡劑可以以獨(dú)立地選自0.1、1、2、5wt%到 10、20、30Wt%的范圍稀釋于塑料基材(降低比)。發(fā)泡劑濃度或任何其他化學(xué)發(fā)泡劑混 合于其中的塑料可處在注射模塑級(jí)范圍。作為注射模塑級(jí)性能的實(shí)例，當(dāng)以方法ASTM D1238條件L測(cè)定時(shí)，在加入添加劑和發(fā)泡劑以前的熔融指數(shù)可在5到lOOgm/lOmin的 范圍。
實(shí)施例1
采用TPO樹脂、SOLVAY SEQUEL產(chǎn)品號(hào)1715作為塑料樹脂基材。這種樹 脂基于SEQUEL號(hào)1980HI，一種工程聚烯烴，具有低的線性熱膨脹系數(shù)。聚烯烴與由 AMPACET號(hào)701039-H提供的Iwt. %的放熱型化學(xué)發(fā)泡劑混合，其包括約20 %的改性 ADC。
實(shí)施例2
PHOENIX PLASTICS提供了使用聚烯烴的母料制劑。CELL-SPAN1000使用由超分子化學(xué)制備的聚烯烴聚合物，其能夠形成仿效更強(qiáng)的共價(jià)鍵的定向的氫鍵。 CELL-SPAN產(chǎn)品系中使用的發(fā)泡劑包含成核劑的功能。降低比為1%，但也可以重量計(jì) 小至0.2%。CELL-SPAN 1000是一種吸熱型化學(xué)發(fā)泡劑。其傾向于產(chǎn)生小的蜂窩狀結(jié) 構(gòu)來代替細(xì)微的室直徑結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例3
將TPO 樹脂 SOLVAY SEQUEL 產(chǎn)品號(hào) 1980HI 與 1 % 的 TECHMERTECHSPERSE 型TRCEN40310ES混合以形成母料。
實(shí)施例4
TPO樹脂來自SOLVAY SEQUEL產(chǎn)品號(hào)1980HI，其由SEQUEL號(hào)1715衍生而 來，并包括控制材料。
實(shí)施例5
本實(shí)施例中的制品，6英寸乘以8英寸G8in2，310cm2)的板，由實(shí)施例1、2、3和4中使用的材料模塑而成，其中表1中提供了條件和結(jié)果。
表 權(quán)利要求
1.一種用于制造具有表面、表皮和芯的制品的方法，所述方法包括將第一模具部分閉合在設(shè)置于所述第一模具部分和第二模具部分之間的可壓縮密封 體上，所述第一模具部分和所述第二模具部分各自具有界定可加壓的模腔的壁，所述模 腔具有模腔壁、注入孔及通氣孔；使用大于大氣壓強(qiáng)的第一壓強(qiáng)的加壓氣體對(duì)所述模腔施壓； 通過所述注入孔將包括熔融塑料和發(fā)泡劑的混合物的注射料注入到所述模腔中； 由所述發(fā)泡劑產(chǎn)生發(fā)泡劑氣體以在所述混合物中形成多個(gè)氣室，所述多個(gè)氣室具有 比所述第一壓強(qiáng)小的內(nèi)部壓強(qiáng)； 等待第一時(shí)間段；在第二時(shí)間段通過所述通氣孔排放加壓氣體，所述第一壓強(qiáng)減小到比所述氣室的內(nèi) 部壓強(qiáng)小的第二壓強(qiáng)，以便使得所述注射料中的鄰近加壓氣體的所述多個(gè)氣室膨脹； 將所述注射料中的鄰近加壓氣體的所述多個(gè)氣室打破以形成多個(gè)破裂的氣室； 使用所述破裂的室形成鄰近所述模腔壁的表皮，所述表皮界定芯腔； 用所述混合物充滿所述芯腔； 固化所述混合物；及將所述第一模具部分與所述第二模具部分分離以便取出所述制品。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一時(shí)間段超過1.5秒。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二時(shí)間段超過3秒。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述表皮具有從Imm到IOmm范圍的厚度。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述芯腔包括具有一寬度的肋。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述表皮具有一厚度，肋寬度與表皮厚度的比值 為從25%到1000%的范圍。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述發(fā)泡劑是放熱型發(fā)泡劑。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述放熱型發(fā)泡劑是非均質(zhì)的成核劑。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述非均質(zhì)的成核劑是偶氮類成核劑。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述偶氮類成核劑包括所述混合物的20Wt.%到 40wt.%。
11.一種用于制造具有表面、表皮和芯的制品的方法，所述方法包括 將第一模具部分閉合在第二模具部分上；所述第一模具部分和所述第二模具部分界定具有模腔壁的可加壓的模腔、至少一個(gè) 注入孔和一通氣孔，所述注入孔和所述通氣孔相互分隔，至少一個(gè)模具部分還包括具有 一寬度的肋；在第一壓強(qiáng)下對(duì)所述模腔施壓；通過至少一個(gè)注入孔將塑料組合物和發(fā)泡劑注入所述模腔內(nèi)； 使所述塑料組合物發(fā)泡，泡沫具有多個(gè)氣室，每個(gè)氣室具有從超過大氣壓強(qiáng)到小于 所述第一壓強(qiáng)范圍的內(nèi)部壓強(qiáng)； 等待第一時(shí)間段；對(duì)所述模腔排氣以達(dá)到小于所述氣室的內(nèi)部壓強(qiáng)的第二壓強(qiáng)； 以預(yù)定的比率減小所述第二壓強(qiáng)而形成與所述模腔壁相接觸的表皮，所述表皮具有一厚度，所述模腔的肋寬度與所述表皮的厚度的比值為從50%到300%的范圍，所述表 皮界定芯腔；用所述塑料組合物和發(fā)泡劑氣體混合物充滿所述芯腔； 固化所述混合物；及將所述第一模具部分與所述第二模具部分分離以便取出所述制品。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第一壓強(qiáng)在從625 到2500 的范圍。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述模腔的尺寸在從650cm2到6,450cm2的范圍。
14.一種具有表面積為從3,225cm2到12,900cm2的范圍的制品，所述制品包括 由權(quán)利要求11所述的方法制造的注射-模塑制品，所述制品在展示面上基本上無縮痕。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所固化的混合物包括具有從0.035mm到Imm 的尺寸范圍的氣室。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所固化的混合物包括具有從0.050mm到0.3mm 的尺寸范圍的氣室。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述發(fā)泡劑包括偶氮二甲酰胺。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述塑料包括聚烯烴。
19.一種用于制造具有表面、表皮和芯的制品的方法，所述方法包括使用具有第一壓強(qiáng)的第一氣體在具有界定模腔的壁的模具內(nèi)進(jìn)行反壓，所述第一氣 體在注射包括可分解的發(fā)泡劑的塑料組合物以前提供給所述模腔；使用由注入塑料中的所述發(fā)泡劑的分解所形成的氣體在所述模腔內(nèi)產(chǎn)生具有第二壓 強(qiáng)的第二氣體，所述第一壓強(qiáng)超過所述第二壓強(qiáng)；及通過將所述第二壓強(qiáng)減小到第三壓強(qiáng)來使所述塑料組合物在所述模腔內(nèi)膨脹，所述 第三壓強(qiáng)在從大氣壓強(qiáng)到小于所述第一壓強(qiáng)的范圍。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述第二氣體壓強(qiáng)在從62 到2500 的范圍。
全文摘要
用于制造具有表面、表皮和芯的制品的方法包括將第一模具部分閉合在可壓縮密封體上。密封體設(shè)置于第一模具部分與第二模具部分之間。模具部分界定具有相互分隔的注入孔和通氣孔的可加壓的模腔。在大于大氣壓強(qiáng)的第一壓強(qiáng)下對(duì)模腔施壓。注入熔融塑料和發(fā)泡劑以在混合物中形成氣室。氣室具有超過第一壓強(qiáng)的內(nèi)部壓強(qiáng)。在等待第一時(shí)間段之后，在第二時(shí)間段以足以打破氣室的比率排放加壓氣體，氣室形成鄰近模腔壁的表皮。表皮界定用泡沫混合物充滿的芯腔，混合物被固化。分開模具部分以取出制品。
文檔編號(hào)B29C44/08GK102026786SQ200980117677
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者威爾弗里德·莫澤, 布萊恩·L·德史密斯 申請(qǐng)人:德爾塔工程塑膠公司