專利名稱:制造單層或多層精密模制品的壓注模的制作方法
本發(fā)明涉及一種用反壓澆注法制造單層或多層熱聚合塑料精密模制品的壓注模，模具由下模和裝在下模上的上模組成。在下模中制有與模制品體積的一部分相應(yīng)的模穴，而在上模中則制有與下模模穴互補的、相應(yīng)于模制品剩余部分體積的模穴。
當(dāng)制造小型塑料模制品時廣泛采用壓注法。加壓澆注的特點是在機器的使用期限內(nèi)生產(chǎn)能力很強，所以在大量生產(chǎn)塑料制品時經(jīng)濟效益高。
但經(jīng)常需要進行以試驗為目的的小批量生產(chǎn)，同時還必須改變過程參數(shù)，如壓力、溫度和過程反應(yīng)時間，并使這些參數(shù)最佳化。尤其是涉及到例如制造用于化學(xué)工業(yè)或電子工業(yè)的半成品或成品的多層精密模制品時，要求進行特別嚴格的試驗。對于這種模制品，在第二道工序中要在第一道工序中由材料A所制成的核心上聚合上一層材料B。在這種情況下二種材料內(nèi)部交界處所出現(xiàn)的邊界層問題要反復(fù)試驗多次才能解決。采用目前市場上供應(yīng)的壓注機一般不能進行這種試驗，因為這種壓注機的設(shè)計目的是用于生產(chǎn)，要想調(diào)整和變換過程參數(shù)必須耗費許多時間。因此，用這種壓注機小批量地制造較為貴重的精密模制品時，不能毫無問題地保證滿足上面所提到的經(jīng)濟性方面的要求。
本發(fā)明的目的是研制出一種生產(chǎn)單層或多層精密塑料模制品的壓注模，這種壓注模對于試驗條件的變化有高度的適應(yīng)性。這一點首先意味著可以快速和有重復(fù)性地調(diào)整主要的試驗參數(shù)，而且這種模具便于裝拆，易于操作。
本發(fā)明從本文一開始所述的這種模具出發(fā)，并結(jié)合下列諸特征來達到上述目的。
a)上模中設(shè)有裝料室，其中裝有在加工條件下為可流動的材料，材料中包含可熱聚合的單體，并在必要時還含有填料顏料和其它添加劑。
b)裝料室通過一個個分開的、逐漸變窄的錐形澆注通道與模穴相通。
c)裝料室可用加壓蓋封閉，加壓蓋靠裝料室一側(cè)有許多帶倒截的盲孔。
錐形澆注通道的傾斜角按本發(fā)明為5°至20°，其中以8°至12°為宜。錐形澆注通道通往模穴出口處的直徑為0.8毫米至1.2毫米。
在加壓蓋的三分之一至三分之二的表面上均勻地分布盲孔是比較好的。通過加工在盲孔中的螺紋狀倒截，可使固化后的聚合物余料可靠地固定在盲孔中。
此外已證實，本發(fā)明的壓注模特別適合于制造多層精密模制品。這時，借助于第一個上模，由第一種材料制造一個模制品。接著，利用第二個上模在第一種材料上再聚合上一層第二種材料。與第一個上模相比，第二個上模具有不同的模穴。為了按照本方法制造光學(xué)零件或半成品(毛坯)，采用具有不同折射率和/或不同光吸收系數(shù)的聚合材料。用這種方法成功地制造了多層透鏡或接觸鏡片和接觸鏡片毛坯。
尤其是可以制造雙層軸對稱精密模制品，這種模制品的核心部分是材料A，外層是將材料B聚合在核心部分上。為此目的，雖然第二個上模中的模穴必須與第一個上模中的模穴形式一致，也就是說在幾何形狀上是相似的，但是前者的體積要大一些。
本發(fā)明的優(yōu)點首先在于，這種新型壓注模的結(jié)構(gòu)比較簡單，因而便于操作和易于裝拆。所以在進行系列試驗時，改裝設(shè)備所需要的時間短，并能快速和有重復(fù)性地調(diào)整重要的過程參數(shù)。而且，因為結(jié)構(gòu)簡單，所以制造多路壓注模的成本低。
此外，本發(fā)明的壓注模適用于小批量制造高級精密模制品，尤其適用于制造光學(xué)零件的毛坯或假牙。
下面借助于附圖進一步介紹本發(fā)明的實施例。其中圖1為模具基本結(jié)構(gòu)分解透視圖，圖2為通過已封閉模具的截面圖，圖3為聚合作用進行前加壓蓋的下端面，圖4為聚合作用進行后帶擠壓余料的加壓蓋下端面。
圖1中按裝配次序一個疊一個地表示了下模1，上模2和加壓蓋3。這三個零件都是比較扁平的圓盤狀的，所以模具的總高度可以限制在幾個厘米之內(nèi)。它們最好采用高級合金鋼來制成。在下模1中，沿一個圓均勻地制有模穴4a＊，在這里是圓環(huán)形小凹穴。凹穴4a只構(gòu)成了模穴的一部分。模穴的其余部分4b＊＊在上模2中。這二部分模穴4a和4b面對面地處于相對位置，而且它們是互補的。模穴4a和4b用現(xiàn)有的工藝方法加工，例如用電火花加工。模穴4a和4b的周圍是同心的密封面5，密封面5用來防止在加壓過程中材料的外溢。下模1的圓周上設(shè)有導(dǎo)向銷釘6，它和上模2中的圓柱形孔7一起保證下模1和上模2的裝配位置不會搞錯。
上模2中有裝料室8。裝料室8中裝入預(yù)先規(guī)定量的可熱聚合的單體，如果必要則還包含有填料、顏料和其他添加劑。為了制造假牙，最好采用含不飽和基團的化合物作為單體，它們都是可熱聚合的，例如丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，乙烯吡咯烷酮或其他已知的單烯烴不飽和單體或多烯烴不飽和單體。單體原料的粘度一般從粘滯到高度粘滯，在本實施例中，單體材料所具有的粘度如此之高，以至于能以一個扁平圓盤9的形式放在裝料室8中。因此配料可以用重力法測定。用這種方法人們可以得到特別明顯的試驗條件。
正如圖2所表示的那樣，裝料室8通過澆注通道10與模穴4a和4b相連通。每個模穴都有一個與之相應(yīng)的通道＊。通道是錐形的，并朝著下模1的方向逐漸縮小，它們在模穴處的出口是最小截面，在那里的直徑例如僅為0.8毫米，傾斜角為10°。在裝料室8中通道10入口處的直徑并不重要。通道截面變小的情況對于在壓注時材料的流動過程，并因此對于向模穴4a、4b的供料均有重要意義。
用來封閉上模2的加壓蓋3詳細地表示在圖2至圖4中。它由上表面11和沖頭12所組成。沖頭12的直徑與裝料室8相配(間隙為0.02至0.05毫米)。在沖頭表面上均勻分布有許多其軸線互相平行的盲孔13。盲孔13中加工有螺紋14(見圖2)。正如后面還要詳細介紹的那樣，在加壓過程中，沖頭12壓在裝料室8中由單體原料制成的圓盤9上，使材料順著澆注通道10壓入模穴4a和4b中去。
圖4所表示的是在加壓過程結(jié)束以后，其上帶有已經(jīng)固化了的擠壓余料15的加壓蓋3的仰視圖。圓錐體16與澆注通道10的輪廓相對應(yīng)。圓錐體的錐尖便是在上模模穴46中的已固化塑料的斷開位置。由于有許多均勻分布的帶螺紋14的盲孔13，所以擠壓余料15比較牢固地與沖頭12連在一起。螺紋14起倒截的作用。相對于其他的結(jié)構(gòu)形式，擠壓余料15和沖頭12的這種連接方式使工作安全可靠，并能節(jié)省材料。這一點對于昂貴的塑料來說顯得特別重要。由于錐體16的斷開位置是點狀的，所以在模制品上只留下一個極小的毛刺，進一步的處理僅限于作一些精加工。
如果放在裝料室8中的單體原料不是做成圓盤9那樣的形式，而是做成圓環(huán)狀盤或環(huán)圈狀的，而此環(huán)狀盤僅覆蓋澆注通道10的部分，裝料室8的中間部分則是空的，那么便可以進一步節(jié)約原材料，為了防止在加壓過程中材料向中心部分流動?？梢栽谘b料室底部放入一個“○”型密封圈17，它是由耐高溫的撓性塑料制成的，如聚四氟乙烯。密封圈可借助它的形狀使之自動定心，或放在裝料室的底部加工出來的槽中。于是相應(yīng)地省去了圖4中擠壓余料15的中心圓盤部分的材料，也就是省去了圓錐體16以內(nèi)的那部分材料。
鑒于其簡單和緊湊的結(jié)構(gòu)形式以及便于操作，本模具特別適用于制造多層精密模制品，如接觸鏡片的毛坯。為此在第一道工序中將上模24＊放在下模1上，并在裝料室8中放入軟膏狀粘稠的由丙烯酸聚合物做成的圓盤狀原料。然后蓋上加壓蓋3。將這樣組裝起來的模具送往液壓機。液壓機上配備有加熱和冷卻裝置。熱量從模具的上、下二個方面，亦即通過加壓蓋3和從下模1的下面供入模具。
由于液壓機通過沖頭12在圓盤9上施以壓力，故將由于加熱使之成為可流動的材料9經(jīng)過通道10壓入模穴4a和4b，并在那里固化成作為基層的制品。壓注時的溫度范圍為50℃至150℃，壓力在50至100巴之間。固化(基層的聚合作用結(jié)束)后，待模具冷卻后將其打開，取走加壓蓋3和附在它上面的塑料擠壓余料15。然后，在第二道工序中將具有較大模穴4b的上模2B裝在下模1上。緊接著將以丙烯酸聚合物為基礎(chǔ)但組成成分不同的材料B置入裝料室8。
重新蓋上加壓蓋3(注意！這時它的上面不帶塑料擠壓余料15)，并再次將模具運往液壓機中去，以便聚合上第二層。在加壓的情況下，現(xiàn)在材料B將填滿由制品的基層和模穴4b表面之間所構(gòu)成的空隙。于是經(jīng)由通道10細絲狀地進入間隙中的材料無壓力地敷在基層上。只有在間隙中無保留地全部充滿以后才建立起全部壓力。這種敷層技術(shù)對于制造均質(zhì)的、無氣泡和無縮孔的分層結(jié)構(gòu)具有重要意義。材料B的聚合過程結(jié)束后，如前面所曾描述過的那樣，打開模具，取出已加工好的在目前情況下為小圓盤狀的雙層制品。材料A和B在著色和/或折射率方面有所區(qū)別。在這里所進行的試驗中可調(diào)整折射率差達δn＝0.1。
在進行系統(tǒng)化的系列試驗時，由于這種模具結(jié)構(gòu)非常簡單，而且裝配和分解時的工作量很小，所以顯示出有很大的優(yōu)越性。在液壓機中，通過對加壓蓋3和下模1的底部加熱，保證有均勻和有重復(fù)性的溫度分布，從而保證得到一個具有重復(fù)性的聚合過程。在這一前提條件下還可以經(jīng)濟地制造特別優(yōu)質(zhì)的模制品，例如以熱聚單體為基礎(chǔ)的假牙。
權(quán)利要求
1.用反壓澆注法制造熱聚合塑料的單層或多層精密模制品尤其是多層假牙的壓注模，模具由下模和裝在下模上的上模組成。在下模中制有與模制品體積的一部分相應(yīng)的模穴，而在上模中則制有與下模模穴互補的、相應(yīng)于模制品剩余部分體積的模穴，其特征是，1)上模(2)中設(shè)有裝料室，其中裝有在加工條件下為可流動的材料(9)，材料(9)中包含可熱聚合的單體，并在必要時還含有填料、顏料和其他添加劑。2)裝料室(8)通過一個個分開的、逐漸變窄的錐形澆注通道(10)與模穴(4b)相通。3)裝料室(8)可用加壓蓋(3)封閉，加壓蓋(3)靠裝料室一側(cè)有許多帶倒截(14)的盲孔(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的模具，其特征是，錐形澆注通道(10)的傾斜角為5°至20°，其中以8°至12°為宜。澆注通道(10)通往模穴(4b的出口處的直徑為0.8毫米至1.2毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1至2的模具，其特征是，盲孔(13)在加壓蓋的三分之一至三分之二的表面上均勻分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3的模具，其特征是，盲孔(13)中的倒截由加工在孔中的螺紋(14)來形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1至4的模具，其特征是，材料(9)做成覆蓋住裝料室(8)中的澆注通道(10)的環(huán)狀圓盤。在裝料室(8)中裝有一個耐高溫密封圈(17)，以防止在加壓過程中，材料(9)流入模具中心區(qū)。
6.在采用按照權(quán)利要求
1至5的模具的條件下的反壓澆注法，其特征是，借助于第一個上模(2A)用第一種材料A制造一個模制品。接著利用第二個上模(2B)聚合上一層第二種材料B。相對于第一個上模(2A)而言，第二個上模(2B)的模穴(4b)較大。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6的方法，其特征是，采用具有不同折射率的材料和/或不同光吸收系數(shù)的材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求
6至7的方法，其特征是，第二個上模(2B)的模穴(4b)與第一個上模(2A)中的模穴(4b)被制成相似的。
專利摘要
壓注模有一個下模，其上加工有相應(yīng)于模制品體積一部分的模穴(4a)。與下模相配并可裝于其上的上模(2)中有與模穴(4a)互補的模穴(4b)。上模中有一個裝料室，用來安放一種在加工條件下是可流動的材料(9)。裝料室(8)通過一個個逐漸變窄的錐形澆注通道(10)和模穴(4b)相連通。模具最后用加壓蓋(3)封閉。加壓蓋(3)具有一個插入裝料室(8)中的沖頭。在沖頭中加工有許多帶螺紋(14)的盲孔(13)，它們在沖頭表面均勻分布。本發(fā)明的模具特別適用于制造多層透明精密模制品。
文檔編號B29C45/32GK86100797SQ86100797
公開日1987年3月18日 申請日期1986年2月17日
發(fā)明者克勞斯·托文拉思, 斯蒂芬·布勞米勒 申請人:拜爾公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan