專利名稱：合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及一種使用諸如聚烯烴和聚苯乙烯的熱塑性合成樹脂制成的原料珠粒形成發(fā)泡成型制品的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置及其方法。
2．相關(guān)技術(shù)描述作為一種使用熱塑性合成樹脂制成的原料珠粒制造發(fā)泡成型制品的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，

圖10所示的裝置已經(jīng)商業(yè)化，其中一組模具100和101相對(duì)布置，腔室102和103分別位于模具100和101的后側(cè)，連接腔室102和103與型腔104的許多通氣孔105和106在兩模具100和101上形成，工作流體，比如后面提及的加熱蒸汽，通過通氣孔供應(yīng)到型腔104或從型腔104排出。在這種情況的結(jié)構(gòu)中，用于供應(yīng)加熱蒸汽的上工作口107和108位于相應(yīng)腔室102和103的上部，而連接到減壓泵和排放管的下工作口109和110位于相應(yīng)各腔室102和103的下部，從而蒸汽供應(yīng)到型腔104。
為了實(shí)際形成在模具100和101上開口的許多通氣孔105和106，將排氣塞111嵌入各個(gè)排氣塞安裝孔112中，排氣塞是一有一外徑為7-12mm的頂蓋的圓柱體，頂蓋上開有多個(gè)通氣孔105和106，通氣孔105和106為直徑約0.5mm的圓孔或約0.5mm寬的狹縫，安裝孔在模具100和101上以20-50mm的間距開口，如圖11和12所示。
采用這樣的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，預(yù)膨脹的原料珠粒填充到型腔104內(nèi)，用加熱蒸汽進(jìn)行加熱以便發(fā)泡和熔化，接著冷卻和固化，然后將作為預(yù)定形狀的發(fā)泡成型體取出，現(xiàn)在將進(jìn)一步解釋在該發(fā)泡成型過程中通氣孔105和106的作用。
在日本專利公報(bào)57-174223中，包括圖13所示的工藝過程圖，其中(a)-(d)描繪了用蒸汽替代模具內(nèi)空氣和原料珠粒中空氣的預(yù)熱排氣工藝，下面將描述每一工藝的具體內(nèi)容。在圖13中，黑色閥符號(hào)表示閥是關(guān)閉的，而白色閥符號(hào)表示閥是打開的。
(a)是排氣工藝，其中在將原料珠粒填充入型腔104內(nèi)之后，蒸汽從頂部工作口107和108在很短的時(shí)間內(nèi)供應(yīng)給腔室102和103，同時(shí)模具內(nèi)的空氣，尤其是腔室102和103內(nèi)的空氣通過抽吸作用而從底部工作口109和110排出。在這種情況下，腔室102和103內(nèi)的壓力由于蒸汽而增加為正壓力，從而使蒸汽通過通氣孔105和106進(jìn)入原料珠粒之間。
(b)是兩側(cè)排氣工藝，其中頂部工作口107和108關(guān)閉，抽真空和減壓操作繼續(xù)進(jìn)行以減低模具內(nèi)部的壓力，從而使存在于原料珠粒之間空間的空氣通過在兩側(cè)模具中形成的通氣孔105和106被抽吸并排出。
(c)是單側(cè)預(yù)熱工藝，其中底部工作口109和110關(guān)閉，蒸汽從一個(gè)處于減壓狀態(tài)的腔室103的頂部工作口108短時(shí)間供應(yīng)。在這種情況下，供應(yīng)的蒸汽順序通過模具101的通氣孔106、型腔104內(nèi)的原料珠粒之間以及模具100的通氣孔105，而流入另一側(cè)的腔室102，由此預(yù)熱所有原料珠粒和模具100和101。
(d)是蒸汽相反流動(dòng)的單側(cè)預(yù)熱工藝，其中，從腔室102側(cè)進(jìn)行類似的操作，從而使型腔104內(nèi)的空氣被完全排出，同時(shí)，兩模具100和101被預(yù)熱且盡可能地減小局部溫差。
(e)是用于熔化的加熱工藝，其中用于熔化加熱的蒸汽供應(yīng)到腔室102和103，以加熱模具100和101，也通過相應(yīng)模具100和101上的通氣孔105和106加熱原料珠粒，從而完成發(fā)泡過程，并互相熔化原料珠粒以形成發(fā)泡成型體。
在模具上如此形成的的通氣孔起重要的作用，它作為原料珠粒之間空氣的排氣通道或作為加熱蒸汽的供應(yīng)通道，以獲得均質(zhì)的發(fā)泡成型體，但另一方面，也認(rèn)識(shí)到存在下面的問題。
(1)為了補(bǔ)償由于在模具上開許多排氣塞安裝孔而降低的強(qiáng)度，由鋁合金材料制成的模具厚度必須設(shè)定較厚，例如8-12mm，這增加了熱容，導(dǎo)致比如加熱和冷卻的熱效率低或者溫度上升和下降速度慢等問題，這降低了控制精度。
(2)因?yàn)樵谡麑?duì)模具上開有2000-4000個(gè)排氣塞安裝孔，所以復(fù)雜的鉆孔操作增加了加工成本，且因?yàn)榕艢馊鞘止ぐ惭b，所以這種操作復(fù)雜，導(dǎo)致在模具表面產(chǎn)生不可避免的損害，也需要額外的維修操作。
(3)通氣孔被例如水垢堵塞，導(dǎo)致熱故障、脫模故障、和冷卻故障，這使得需要維護(hù)操作，比如更換排氣塞或者用高壓清潔水定期清洗。
(4)排氣塞和通氣孔的痕跡保留在發(fā)泡成型制品的表面，導(dǎo)致發(fā)泡成型制品的外觀美感下降，且當(dāng)印刷外部表面時(shí)，排氣塞和通氣孔的痕跡成為降低印刷質(zhì)量的原因。
(5)成型之后，發(fā)泡成型制品通過將冷卻水噴入腔室而冷卻，同時(shí)水分通過通氣孔滲入型腔內(nèi)，導(dǎo)致發(fā)泡成型制品內(nèi)含有6-10％的水，這使得需要干燥工藝。而且冷卻水必須控制在清潔狀態(tài)，以獲得清潔的發(fā)泡成型制品，因?yàn)槔鋮s水直接接觸發(fā)泡成型制品。
(6)因?yàn)橥ㄟ^從腔室給型腔供應(yīng)蒸汽而在同樣的加熱條件下加熱原料珠粒，以便膨脹和熔化，所以這樣獲得的發(fā)泡成型制品(下文中同樣加熱的發(fā)泡成型制品)的表面性質(zhì)依據(jù)珠粒的熔化率變化。具體地說，隨著熔化率的下降表面性質(zhì)惡化，隨著熔化率的增加表面性質(zhì)提高。另一方面，對(duì)于同樣加熱的發(fā)泡成型制品來說珠粒的熔化率設(shè)定的越高，性質(zhì)變得越好，比如發(fā)泡成型制品的機(jī)械強(qiáng)度，但加熱、膨脹和熔化時(shí)間，以及冷卻時(shí)間變的更長，這使得成型的總循環(huán)時(shí)間更長，降低了生產(chǎn)率。
基于上述原因，在上述成型技術(shù)中，發(fā)泡成型制品的珠粒熔化率設(shè)定為例如40-80％，從而提高表面性質(zhì)以保證外觀美感，并通過設(shè)定足夠高的熔化率來保證機(jī)械強(qiáng)度，然而為保證外觀美感，即使對(duì)于不需要高機(jī)械強(qiáng)度的發(fā)泡成型制品來說，熔化率也必須設(shè)定的足夠高，因此成型的循環(huán)時(shí)間增加，生產(chǎn)率下降。這里的熔化率基于發(fā)泡成型制品被剖開時(shí)橫截面上珠粒狀態(tài)的評(píng)價(jià)，更具體地說，是通過測(cè)量確定的破損珠粒的比，當(dāng)珠粒自身沒有破損但沿其表面有一裂紋時(shí)，認(rèn)為珠粒沒熔化，當(dāng)珠粒自身破損時(shí)認(rèn)為珠粒熔化了。
本發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種用于合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型的方法和模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型制品，從而調(diào)節(jié)發(fā)泡成型制品的內(nèi)部熔化率，同時(shí)改進(jìn)發(fā)泡成型制品的外觀美感，并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)率和商業(yè)價(jià)值。
本發(fā)明的第一方面是一種合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，其中，通向型腔的第一開口形成在用于成型一發(fā)泡成型制品的一組模具的成型部分上，該成型部分用來成型發(fā)泡成型制品的不顯著的部分，且設(shè)置有用于連接第一開口和外部工作管道的連接通道。
根據(jù)這種發(fā)泡成型裝置，由熱塑性合成樹脂材料制成的原料珠粒填充入由該組模具所封閉的型腔內(nèi)，且在這種狀態(tài)，通過將加熱蒸汽供應(yīng)到型腔內(nèi)，原料珠粒被加熱、膨脹和熔化，但第一開口的痕跡不降低發(fā)泡成型制品的外觀美感，因?yàn)榈谝婚_口僅形成在用來成型發(fā)泡成型制品的不顯著部分的模具成型部分上。
對(duì)于原料珠粒的原材料，選擇具有適于將要制造的發(fā)泡成型制品工作條件的特性的原料，其中可以使用聚苯乙烯合成樹脂材料、聚烯烴合成樹脂材料比如聚乙烯和聚丙烯以及這些合成樹脂材料的共聚物。尤其是聚烯烴合成樹脂材料制成的原料珠粒在提高填充性方面是更優(yōu)選的，因?yàn)樵献陨硎擒浀那揖哂休^高的透氣性，這使得它比具有同樣膨脹率的由聚苯乙烯合成樹脂材料制成的原料珠粒更容易改變顆粒的形狀。
本發(fā)明的第二方面是該發(fā)泡成型裝置，其中，獨(dú)立于型腔的腔室形成在上述兩模具的后側(cè)上，且這些腔室和型腔作為單獨(dú)系統(tǒng)連接到工作管道。
根據(jù)該發(fā)泡成型裝置，在模具后側(cè)的兩腔室形成在與型腔獨(dú)立的空間中，且可獨(dú)立地調(diào)節(jié)各自的加熱條件，這使得可以通過給兩腔室供應(yīng)蒸汽而獨(dú)立地調(diào)節(jié)該組模具的溫度，從而調(diào)節(jié)與模具接觸的發(fā)泡成型制品的表面性質(zhì)，并通過將供給型腔的蒸汽加熱、膨脹和熔化填充在型腔內(nèi)的原料珠粒而獨(dú)立于表面性質(zhì)調(diào)節(jié)原料珠粒的內(nèi)部熔化率。這使得可以制造具有美觀表面而又保持發(fā)泡成型制品的內(nèi)部熔化率較低從而降低成型的循環(huán)時(shí)間的發(fā)泡成型制品，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)率和商業(yè)價(jià)值。而且型腔和腔室不通過第一開口連接，這可防止冷卻時(shí)噴射在腔室內(nèi)的冷卻水接觸發(fā)泡成型制品，并防止發(fā)泡成型制品的水分含量升高。冷卻水不直接接觸發(fā)泡成型制品，這使得可以獲得清潔的發(fā)泡成型制品而不必嚴(yán)格控制冷卻水處于清潔狀態(tài)。
本發(fā)明的第三方面是發(fā)泡成型裝置，其中，上述第一開口沿該組模具接合處呈狹縫形狀形成。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，要在模具上形成的排氣塞安裝孔可以最少或消除，這可以使模具構(gòu)造得更薄，降低制造成本，并提高工作流體比如蒸汽的控制精度。而且形成排氣塞安裝孔的操作和排氣塞安裝操作被減少或消除，這可以提高模具的生產(chǎn)率，并減少或消除由于水垢造成的通氣孔堵塞所需要的維護(hù)操作。而且將在發(fā)泡成型制品上形成的排氣塞和通氣孔痕跡減少或消除，這進(jìn)一步提高了發(fā)泡成型制品的外觀美感。
優(yōu)選的是用于連接狹縫形狀的第一開口和外部工作管道的連接通道沿模具的接合處從型腔側(cè)到外側(cè)地形成，這是本發(fā)明的第四方面，或者第一開口形成在該組模具的接合處附近，這是本發(fā)明的第五方面。換句話說，模具的接合處通常形成在發(fā)泡成型制品的外邊緣，所以在這樣的位置形成第一開口是優(yōu)選的，因?yàn)檎羝删鶆虻毓?yīng)到型腔內(nèi)。
本發(fā)明的第六方面是發(fā)泡成型裝置，其中，上述工作通道形成在不包括模具接合處的位置，且在接合處附近形成的第一開口通向這些工作通道。如果第一開口這樣形成從而包括模具接合處，那么接合處部分被從接合處部分進(jìn)入的蒸汽所磨損，所以，為防止這個(gè)問題，優(yōu)選的是在不包括接合處的位置形成第一開口。
本發(fā)明的第七方面是發(fā)泡成型裝置，其中，第一開口形成在安裝到至少一個(gè)模具的輔助部件的暴露于型腔的部分?？赡艿妮o助部件是一個(gè)原料珠粒填充組件和一脫模桿中的至少一個(gè)，這是本發(fā)明的第八方面。換句話說，填充組件和脫模桿的端面痕跡總是形成在發(fā)泡成型制品的表面上，且在填充組件或脫模桿附近形成第一開口使得第一開口的痕跡不顯著，防止了發(fā)泡成型制品外觀美感降低。
本發(fā)明的第九方面是發(fā)泡成型裝置，其中，形成多個(gè)第一開口并分成兩組，從而使工作流體可從一組的第一開口經(jīng)型腔供應(yīng)到另一組的第一開口。蒸汽可通過將工作管道獨(dú)立地連接到每一第一開口而供應(yīng)或排出，但因?yàn)楸仨毿纬纱罅康牡谝婚_口來均勻地給型腔供應(yīng)蒸汽，優(yōu)選的是將第一開口分成兩組，從而將工作流體從一組的第一開口經(jīng)型腔供應(yīng)到另一組的第一開口。這是優(yōu)選的，尤其是因?yàn)橛谜羝娲畛湓谛颓粌?nèi)的原料珠粒之間的空氣的操作或加熱原料珠粒的操作可快速進(jìn)行。
本發(fā)明的第十方面是發(fā)泡成型裝置，其中，在模具上形成通向型腔內(nèi)工作流體的流動(dòng)變得不均勻的部分的第二開口，且設(shè)置有用于連接第二開口和外部工作管道的連接通道。在工作流體的流動(dòng)不均勻的部分，易于發(fā)生填充原料珠粒過程中的密度不均勻和加熱、冷卻不均勻，所以在這部分形成專用于工作流體供應(yīng)和排出的第二開口是優(yōu)選的。工作流體流動(dòng)變得不均勻的部分的可能示例是在模具上形成凹入?yún)^(qū)域時(shí)凹入?yún)^(qū)域的內(nèi)部，在這種情況下，優(yōu)選的是在這樣的凹入?yún)^(qū)域內(nèi)部形成第二開口，這是本發(fā)明的第十一方面。
本發(fā)明的第十二方面是發(fā)泡成型裝置，其中，形成一對(duì)狹縫形的第一開口，且當(dāng)?shù)谝婚_口之間的間隔為100mm或更大時(shí)，在第一開口中間位置的模具表面上形成第二開口。當(dāng)?shù)谝婚_口之間的間隔較寬時(shí)，工作流體的流動(dòng)阻力增加，這使得工作流體的流動(dòng)不均勻，所以在這樣的位置形成第二開口是優(yōu)選的。
本發(fā)明的第十三方面是發(fā)泡成型裝置，其中，第二開口和第一開口連接到工作管道形成不同系統(tǒng)。也可以將第一開口和第二開口連接到工作管道形成同一系統(tǒng)，但分離系統(tǒng)可以使例如首先填充原料珠粒到凹入部分，在此填充原料珠粒是困難的，從而控制原料珠粒的填充密度是均勻的，這使得可以以更好的質(zhì)量制造發(fā)泡成型制品。
本發(fā)明的第十四方面是發(fā)泡成型裝置，其中，第一開口和第二開口的開口寬度設(shè)定為將要填充的原料珠粒外徑或更小。如果第一和第二開口的開口寬度超過原料珠粒外徑，那么原料珠粒通過該開口流出型腔，所以兩開口的開口寬度設(shè)定為原料珠粒外徑或更小。
本發(fā)明的第十五方面是發(fā)泡成型裝置，其中，第一開口和第二開口是通過將可更換的開口形成元件設(shè)置在模具上而形成。因?yàn)楣ぷ髁黧w比如加熱蒸汽流過開口，所以開口的磨損是不可避免的。因此可在模具上布置一可更換的開口形成元件，從而當(dāng)開口磨損后可以更換該開口形成元件。
本發(fā)明的第十六方面是用于合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法，其中，采用根據(jù)第一至第十五方面之一的合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，其中獨(dú)立于型腔的腔室分別在該組模具的后側(cè)形成，從而將蒸汽作為工作流體獨(dú)立地供應(yīng)給型腔和兩腔室，對(duì)兩腔室的加熱條件和對(duì)型腔的加熱條件在熱塑性合成樹脂制成的原料珠粒填充在型腔內(nèi)的狀態(tài)下被控制，填充在型腔內(nèi)的原料珠粒被加熱、膨脹并熔化，同時(shí)隨意控制內(nèi)部熔化率且保持發(fā)泡制品的表面性質(zhì)。
根據(jù)該發(fā)泡成型方法，其中，型腔和一組腔室內(nèi)的加熱條件獨(dú)立地被控制，與模具接觸的發(fā)泡成型制品的表面性質(zhì)可由將供給到兩腔室的蒸汽通過調(diào)節(jié)該組模具的溫度而調(diào)節(jié)，且原料珠粒的熔化率可由將供給到型腔內(nèi)的蒸汽通過加熱、膨脹和熔化填充在型腔內(nèi)的原料珠粒而獨(dú)立于表面性質(zhì)被調(diào)節(jié)。這使得可以減少成型循環(huán)時(shí)間，同時(shí)保持發(fā)泡成型制品的內(nèi)部熔化率較低，也可以制造具有美觀表面的發(fā)泡成型制品，因此可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)率和商業(yè)價(jià)值。
本發(fā)明的第十七方面是發(fā)泡成型方法，其中，多個(gè)第一開口被分成兩組，內(nèi)部熔化率可隨意控制并保持發(fā)泡成型制品的表面性質(zhì)，同時(shí)獨(dú)立控制四種加熱條件，也就是，針對(duì)這兩組開口對(duì)型腔的加熱條件和對(duì)兩腔室的加熱條件。該組腔室的加熱條件也可一起控制，但優(yōu)選的是獨(dú)立地控制各個(gè)腔室，因?yàn)榭瑟?dú)立地控制發(fā)泡成型制品在一個(gè)模具側(cè)的一個(gè)表面的表面性質(zhì)和在另一模具側(cè)的一個(gè)表面的表面性質(zhì)。
本發(fā)明的第十八方面是發(fā)泡成型方法，其中，蒸汽壓力和時(shí)間作為加熱條件進(jìn)行控制。也可以控制蒸汽溫度作為加熱條件，但最好是控制蒸汽壓力和時(shí)間，因?yàn)榭梢允褂靡呀?jīng)用于工廠的現(xiàn)有蒸汽裝置，且控制裝置可以低成本地建造。
附圖簡要說明圖1是模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置的總體結(jié)構(gòu)圖；圖2是圖1的Ⅱ-Ⅱ截面圖；圖3是具有另一構(gòu)造的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置的總體結(jié)構(gòu)圖；圖4是具有另一構(gòu)造的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置的總體結(jié)構(gòu)圖；圖5是圖4的Ⅴ-Ⅴ截面圖；圖6是具有另一構(gòu)造的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置的總體結(jié)構(gòu)圖；圖7是具有另一構(gòu)造的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置的總體結(jié)構(gòu)圖；圖8是具有另一構(gòu)造的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置的總體結(jié)構(gòu)圖；圖9是描繪發(fā)泡成型產(chǎn)品的表面性質(zhì)和內(nèi)部熔化率的示意圖；圖10-13是關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)的示意圖，其中圖10是模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置的總體結(jié)構(gòu)圖，圖11是排氣塞附近區(qū)域的縱向截面，圖12是排氣塞的平面圖，圖13是描繪用于成型一發(fā)泡成型體的方法的示意圖。
優(yōu)選實(shí)施例描述現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
如圖1和圖2所示，模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置1包含一型芯模2和一型腔模3，用于將原料珠粒5填充到型腔4中的珠粒填充裝置，用于減小型腔4內(nèi)部壓力的減壓裝置，將壓縮空氣供入型腔4內(nèi)的壓縮空氣供應(yīng)裝置，蒸汽供應(yīng)裝置和冷卻該發(fā)泡成型制品的冷卻裝置，其中型芯模2和型腔模3是一組相對(duì)布置的模具，型腔4是由型芯模2和型腔模3通過氣流形成的，蒸汽供應(yīng)裝置用于通過蒸汽加熱填充在型腔4內(nèi)的原料珠粒5并且膨脹和熔化原料珠粒。
作為原料珠粒5的原材料，選取具有適合例如所制造的發(fā)泡成型制品的工作條件的特性的原材料，其中可采用聚苯乙烯合成樹脂材料、聚烯烴合成樹脂材料比如聚乙烯和聚丙烯，和這些合成樹脂材料的共聚物。
原料珠粒5的膨脹率最好在3-150倍的范圍內(nèi)，雖然這依賴于原料珠粒5的原材料。具體地說，在由聚苯乙烯合成樹脂材料制成的原料珠粒的情況下，3-100倍，更好的是3-80倍，是合適的，而在由聚烯烴合成樹脂材料制成的原料珠粒的情況下，3-90倍，更好的是3-60倍，是合適的。對(duì)于顆粒大小，1-10mm，更好的是2-8mm，是合適的。尤其是，由聚烯烴合成樹脂材料制成的原料珠粒在提高填充性能方面是更優(yōu)選的，因?yàn)樵献陨硎擒浀那揖哂休^高的透氣性，這使得它比具有同樣膨脹率的由聚苯乙烯合成樹脂材料制成的原料珠粒更容易改變顆粒的形狀。
型芯模2和型腔模3分別安裝到外殼12上，外殼具有一框架10和一后擋板11，一組第一腔室13和第二腔室14分別形成在型芯模2和型腔模3的后側(cè)。
第一腔室13和第二腔室14分別經(jīng)工作閥SV1與SV2和開關(guān)閥SWV1與SWV2連接到蒸汽供應(yīng)管15和空氣供應(yīng)管16，同時(shí)，分別經(jīng)排出閥DV1與DV2和開關(guān)閥SWV3與SWV4連接到排出管17和具有一真空泵19的減壓管18。在第一和第二腔室13和14內(nèi)，分別設(shè)置有一具有多個(gè)噴嘴20的用于向型芯模2和型腔模3的后表面噴冷卻水的噴嘴組件21，兩噴嘴組件21經(jīng)冷卻水閥CV1和CV2連接到一冷卻水供應(yīng)管22。
本發(fā)明的第一種特有構(gòu)造是通向型腔4的第一開口30形成在型芯模2和型腔模3用于成型的成型部分上，該部分用來成型該發(fā)泡成型制品的不顯著部分，且設(shè)置有用于將第一開口30連接到外部工作管15-18的連接通道，從而通過操作工作閥SV3-SV6、排放閥DV3-DV4以及開關(guān)閥SWV1-SWV4，這些工作流體比如蒸汽和壓縮空氣可獨(dú)立地從多個(gè)朝向型腔4的第一開口30供應(yīng)或排出。
用于形成第一開口30的位置基本上可分為三種類型在型芯模2和型腔模3的接合處或附近形成，在附屬部件比如填充組件23和脫模桿24的暴露于型腔4的部分附近形成以及上面兩種類型的組合。
首先將采用三種示例解釋在型芯模2和型腔模3的接合處或附近形成第一開口30的類型。
(1)在第一種類型的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置1中，如圖1和圖2所示，通向型腔4的狹縫形第一開口30a和30b沿型芯模2和型腔模3的接合處部分設(shè)置，模具內(nèi)通道31a和31b以及內(nèi)部管32a和32b作為連接第一開口30a與30b和外部工作管15-18的連接通道而布置，其中在型芯模2和型腔模3上沒有現(xiàn)有的通氣孔形成，從而當(dāng)模具關(guān)閉時(shí)，型腔4與兩腔室13和14氣密隔離，同時(shí)，通向外部工作管15-18的第一開口30a和30b在型芯模2和型腔模3之間形成。型腔4與兩腔室13和14以這種方式氣密隔離是最優(yōu)選的，但形成連接型腔4和兩腔室13和14的少量現(xiàn)有通氣孔也包含在本發(fā)明內(nèi)。
根據(jù)上述構(gòu)造，上面提及的預(yù)熱和排氣工藝以及對(duì)原料珠粒5的熔化加熱工藝可以下面的采用這些第一開口30a和30b，而不是現(xiàn)有通氣孔的方法進(jìn)行。
在預(yù)熱和排氣工藝中，型腔4內(nèi)的壓力通過減小壓力和從第一開口30a或第一開口30b排氣而直接減小，然后用于預(yù)熱的蒸汽以同樣的方式直接供應(yīng)到型腔4中，而在熔化加熱工藝中，處于熔化溫度的蒸汽從第一開口30a或第一開口30b直接供應(yīng)到型腔4內(nèi)的原料珠粒5。
為了防止第一開口30a和30b被原料珠粒5堵塞，第一開口30a和30b在型腔4側(cè)的開口寬度必須是要填充的原料珠粒5的外徑大小，1-10mm或更低，且為了精細(xì)地加工完成發(fā)泡成型體而沒有毛邊和飛邊，開口的寬度應(yīng)當(dāng)盡可能地小，但如果開口的寬度太小，工作流體的通行阻力增加，所以0.1-1.5mm對(duì)開口寬度是合適的。
在本發(fā)明中，適于將第一開口30a和30b在型芯模2和型腔模3的接合處沿凹入部分的底部布置。在這種情況下，狹縫形第一開口30a和30b形成發(fā)泡成型體外圍的凸起脊線部分，所以即使有小的毛邊也不影響外觀。
對(duì)于內(nèi)部管32a和32b，適于采用直徑為4-15mm的銅管。
圖1示出了兩組連接通道，也就是，一個(gè)由第一開口30a、模具內(nèi)通道31a和內(nèi)部管32a組成的連接通道，和另一個(gè)由第一開口30b、模具內(nèi)通道31b和內(nèi)部管32b組成的連接通道，但本發(fā)明不限于這種情況，根據(jù)要獲得的發(fā)泡成型體的形狀和尺寸，可以使用三或更多組、或者一組連接通道。
當(dāng)形成多個(gè)第一開口30時(shí)，例如一對(duì)第一開口30a和30b，優(yōu)選的是將開口相對(duì)地布置在位于型腔4相對(duì)兩端的相對(duì)側(cè)上的模具2和3的接合處。第一開口30a和30b的長度不特別限制，但這種構(gòu)造是較好的，因?yàn)楣ぷ髁黧w，比如蒸汽可以從第一開口中的一個(gè)經(jīng)型腔供應(yīng)到另一第一開口，尤其是，用蒸汽取代填充在型腔4內(nèi)的原料珠粒5之間的空氣的操作，或者加熱原料珠粒5的操作可以快速地進(jìn)行。
第一種類型的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下(Ⅰ)因?yàn)榇罅康呐艢馊惭b孔，比如現(xiàn)有類型的排氣塞安裝孔，不必形成在模具2和3上，所以強(qiáng)度不下降，8-12mm的現(xiàn)有鋁合金模具壁厚可以減小到4-8mm壁厚，結(jié)果，熱容下降，加熱/冷卻的熱效率提高，溫度控制精度提高，以及材料成本下降。
(Ⅱ)因?yàn)椴恍枰@排氣塞安裝孔和排氣塞安裝操作，所以工藝成本可以顯著降低，且模具2和3的制造成本也可降低。
(Ⅲ)因?yàn)椴粫?huì)發(fā)生由堵塞造成的加熱故障、脫模故障和冷卻故障，所以完全不需要比如更換排氣塞或用高壓清洗水周期性地清洗的操作。
(Ⅳ)因?yàn)樵诋a(chǎn)品的表面上沒有排氣塞和通氣孔的痕跡，所以提高了外觀質(zhì)量且可解決表面印刷和封貼標(biāo)簽工藝的問題。
(Ⅴ)因?yàn)樵诶鋮s工藝中使用的冷卻水不進(jìn)入型腔，發(fā)泡成型制品中的水分含量從常規(guī)的6-10％降到0.5-4％，這使得不需要干燥工藝，并有助于減小循環(huán)時(shí)間。
(Ⅵ)本發(fā)明的最大的優(yōu)點(diǎn)是不能用常規(guī)模具實(shí)現(xiàn)的工作操作是可能的。對(duì)于工作流體，比如作用在原料珠粒5上的蒸汽，通常從工作管道供應(yīng)的工作流體作用在腔室之一上，然后經(jīng)通氣孔作用在原料珠粒上，但在本發(fā)明中，型腔4的工作通道與腔室13和14分離且獨(dú)立，工作流體比如加壓空氣、蒸汽、壓力減小的空氣和冷卻水，經(jīng)第一開口30a和30b直接在型腔4內(nèi)起作用，因此，擴(kuò)大了工作操作的適應(yīng)性。
當(dāng)要減小型腔4內(nèi)的壓力時(shí)，例如，在常規(guī)模具的情況下兩腔室內(nèi)的壓力也必須減小，但根據(jù)本發(fā)明，可以僅對(duì)型腔4進(jìn)行減壓操作，型腔容量是腔室的1/10。因?yàn)榉磻?yīng)比現(xiàn)有類型快，所以可操作性顯著提高。
因?yàn)榍皇?3和14在獨(dú)立于型腔4的空間內(nèi)形成，且每一空間的加熱條件可獨(dú)立地調(diào)節(jié)，所以該組模具2和3的溫度可通過供應(yīng)給兩腔室13和14的蒸汽針對(duì)每一模具獨(dú)立地調(diào)節(jié)，以便調(diào)節(jié)與模具2和3接觸的發(fā)泡成型制品的表面性質(zhì)，且填充在型腔4內(nèi)的原料珠粒通過供應(yīng)給型腔4的蒸汽而被加熱、膨脹并熔化，以獨(dú)立于表面性質(zhì)調(diào)節(jié)原料珠粒5的熔化率。這使得可制造具有美觀表面的發(fā)泡成型制品，同時(shí)保持該發(fā)泡成型制品的內(nèi)部熔化率較低，減小成型的循環(huán)時(shí)間，結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)率和商業(yè)價(jià)值。
(2)在第二種類型的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置1A中，作為將狹縫形第一開口30a和30b連接到外部工作管15-18的連接通道，模具內(nèi)通道33a和33b沿模具2和3的接合處部分從型腔4側(cè)到外側(cè)地形成，且當(dāng)模具關(guān)閉時(shí)模具內(nèi)空間34a和34b由框架10的接合處部分包圍形成，如圖3所示。因?yàn)槠渌慕Y(jié)構(gòu)與模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置1相同，相同的部件用相同的參考字符標(biāo)示，因此省略了詳細(xì)描述。
在模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置1A中，現(xiàn)有的通氣孔不在模具2和3上形成，當(dāng)模具關(guān)閉時(shí)，型腔4與兩腔室13和14氣密隔離地形成，且第一開口30a和30b以及將這些第一開口30a和30b連接到工作管15-18的連接通道，也就是模具內(nèi)通道33a和33b與模具內(nèi)空間34a和34b，沿模具2和3的接合處以及框架以不同于第一種類型的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置1的方式從型腔4側(cè)到外側(cè)地形成。
根據(jù)圖3所示的發(fā)泡成型裝置1A，在成型過程中可以象模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置1一樣地操作工作流體，因此這里也可得到上面提及的所有優(yōu)點(diǎn)(Ⅰ)-(Ⅵ)，此外，制造時(shí)需要管線加工的獨(dú)立的內(nèi)部管32a和32b不再需要，因此該發(fā)泡成型裝置的制造成本降低且不需要維護(hù)。
(3)在第三種類型的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置1B中，如圖4和圖5所示，通向型腔4的第一開口30c和30d在型芯模2中靠近型芯模2和型腔模3的接合處附近形成，設(shè)置有由固定在型芯模內(nèi)側(cè)的通道形成元件38所構(gòu)成的從而包圍第一開口30c和30d的連接空間39a和39b以及用于將連接空間39a和39b連接到外部工作管道15-18的內(nèi)部管道40a和40b，作為將第一開口30c和30d連接到外部工作管道15-18的連接通道，從而使工作流體可以經(jīng)連接空間39a和39b以及內(nèi)部管道40a和40b獨(dú)立地供應(yīng)到第一開口30c和30d或排出。因?yàn)槠渌慕Y(jié)構(gòu)與模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置1相同，相同的部件用相同的參考字符標(biāo)示，因此省略了詳細(xì)描述。
在模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置1B中，不在模具2和3上形成用于連接型腔4和腔室12、13的常規(guī)通氣孔，當(dāng)模具關(guān)閉時(shí)，型腔4與兩腔室13和14氣密隔離，且第一開口30c和30d以及將這些第一開口30c和30d連接到工作管15-18的連接通道，也就是連接空間39a和39b與內(nèi)部管道40a和40b，以不同于上述兩種情況的方式形成。
對(duì)于第一開口30c和30d，通孔或狹縫可直接在型芯模2上形成，但在這種情況下，內(nèi)表面可能被流經(jīng)蒸汽磨損，所以優(yōu)選的是形成對(duì)應(yīng)于第一開口30c和30d的排氣塞安裝孔，且如現(xiàn)有發(fā)泡成型裝置一樣地安裝可去除的排氣塞。
根據(jù)圖4和圖5所示的發(fā)泡成型裝置1B，在成型過程中可象模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置1一樣地操作工作流體，因此這里也可得到上面提及的優(yōu)點(diǎn)(Ⅴ)-(Ⅵ)。因?yàn)樾纬闪诉B接型腔4和連接空間39a和39b的排氣塞，所以上述優(yōu)點(diǎn)(Ⅰ)-(Ⅳ)不可得到，但排氣塞的數(shù)目可更少，因?yàn)榕艢馊幌蟋F(xiàn)有類型那樣在模具的整個(gè)表面上均勻地形成。而且可以很容易地防止第一開口30c和30d被蒸汽磨損，這使得設(shè)計(jì)更實(shí)用。在第三種類型的發(fā)泡成型裝置1B中，可以在左右框架10的接合處之間形成模具內(nèi)空間，就象第二種類型的發(fā)泡成型裝置一樣，省略內(nèi)部管道32a和32b。
在圖4所示的情況下，第一開口30c和30d在型芯模2側(cè)形成，但如果發(fā)泡成型制品的內(nèi)表面?zhèn)?型芯模2側(cè))暴露于外側(cè)，優(yōu)選的是在型腔模側(cè)形成第一開口30c和30d，用來提高發(fā)泡成型制品的美感。
現(xiàn)在將解釋當(dāng)?shù)谝婚_口形成在輔助部件，比如充填組件23和脫模桿24附近的情況。
當(dāng)?shù)谝婚_口形成在輔助部件附近時(shí)，如圖1、圖3和圖4所示，大致具有圓柱形狀的外部元件41固定在對(duì)應(yīng)于型腔模3的充填組件23和脫模桿24的位置。充填組件23和脫模桿24插入并安裝在外部元件41中，用于獨(dú)立地連接到工作管道15-18的連接通道42和43在充填組件23、脫模桿24和外部元件41之間形成，通向型腔4的第一開口30e和30f分別在連接通道42和43的端部形成，且工作管道15-18經(jīng)工作閥SV5和SV6連接到連接通道42和43，從而供應(yīng)所需的蒸汽和加壓空氣或者進(jìn)行減壓操作，就象上述第一開口30a-30d的情況。
在這種情況下，通過僅設(shè)置第一開口30e和30f而不用設(shè)置第一開口30a-30d就可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，但優(yōu)選的是也布置第一開口30a-30d。
更優(yōu)選的是設(shè)置在充填組件23和脫模桿24的端部附近的第一開口30e和30f以及與上述第一開口30a-30d，如圖1、圖3和圖4所示，且形成將各個(gè)第一開口30連接到外部工作管道15-18的獨(dú)立通道。在這種情況下，可供應(yīng)工作流體的第一開口30位于至少三個(gè)位置，它們是型腔4的相對(duì)兩端和型腔4的中心部分，因此工作流體可以所需的質(zhì)量供應(yīng)，且擴(kuò)大了控制操作的適應(yīng)性，比如供應(yīng)和停止工作流體，結(jié)果，根據(jù)發(fā)泡成型體的類型和形狀進(jìn)行最佳的工作操作。
在圖1、圖3和圖4所示的情況下，第一開口30e和30f布置在充填組件23和脫模桿24端部附近，但本發(fā)明不限于這種模式，也可采用其他可安裝到模具上的輔助部件，比如冷卻水管裝配件。只要均勻地給型腔4內(nèi)的所有原料珠粒5供應(yīng)蒸汽，那么不需要在充填組件23和脫模桿24的外側(cè)形成連接通道42和43，且可以省略第一開口30e和30f中的一個(gè)或兩個(gè)，其中第一開口30e和30f相應(yīng)地根據(jù)例如將要成型的發(fā)泡成型制品的形狀而形成。第一開口30a-30d可以形成為用于排出從第一開口30e和30f供應(yīng)到型腔4的蒸汽的專用開口。在圖1、圖3和圖4中，充填組件23和脫模桿24形成在型腔模3側(cè)，但如果發(fā)泡成型制品的外表面?zhèn)?型腔模3側(cè))暴露于外側(cè)，優(yōu)選的是在型芯模2側(cè)設(shè)置充填組件23和脫模桿24，用來提高發(fā)泡成型制品的美感。
本發(fā)明的第二個(gè)特點(diǎn)是第二開口50形成在上述模具2和3的一部分上，在該部分工作流體在型腔內(nèi)的流動(dòng)變得不均勻，用于連接第二開口50和外部工作管道的連接通道設(shè)置成工作流體可被供應(yīng)或排出。
當(dāng)在模具2和3內(nèi)形成凹入?yún)^(qū)域51和52時(shí)，工作流體的流動(dòng)變得不均勻的部分是例如凹入?yún)^(qū)域51和52的內(nèi)部，如圖6-圖8所示，以及模具2和3的中心部分，如圖8所示，但也可是其他部分。
第二開口50可以是類似現(xiàn)有通氣口的圓點(diǎn)形或具有一定長度的狹縫形，但在任一情況下，在型腔4側(cè)的開口寬度必須是要填充的原料珠粒5的外徑尺寸或更小，從而使開口不被原料珠粒5所堵塞。
(1)當(dāng)?shù)诙_口50在凹入部分51和52上形成時(shí)，形成通向凹入?yún)^(qū)域51和52的內(nèi)部的第二開口50a和50b，如圖6所示的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置1C，其中第二開口50a經(jīng)內(nèi)部管道53連接到內(nèi)部管道32a，第二開口50b連接到獨(dú)立的內(nèi)部管道54并經(jīng)工作閥SV7連接到工作管15-18。第二開口50a和50b可以經(jīng)內(nèi)部管道32a和32b連接到工作管15-18，或者直接連接到工作管15-18。
因?yàn)楠?dú)立地連接到外部工作管道15-18的第二開口50a和50b在工作流體的流動(dòng)變得不均勻的凹入?yún)^(qū)域51和52內(nèi)部形成，這些工作操作，比如蒸汽供應(yīng)、壓縮空氣供應(yīng)、用于型腔4的抽真空的排氣、或者型腔4內(nèi)壓力的調(diào)節(jié)以及水從型腔4的排放，可根據(jù)要求獨(dú)立地經(jīng)第二開口50a和50b進(jìn)行，就象上面的第一開口30a和30b的情況，因此可以解決工作流體的非均勻性。
根據(jù)模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置1C，正如該構(gòu)造清楚地所示出，采用第一開口30a和30b與第二開口50a和50b代替常規(guī)的通氣孔，使下面的事情變得可能，在發(fā)泡成型方法中上述的預(yù)先膨脹的原料珠粒5被填充到型腔4內(nèi)，壓力減少并排氣，珠粒由加熱蒸汽進(jìn)行加熱、膨脹和熔化，然后冷卻、固化，作為由預(yù)定可膨脹的合成樹脂制成的發(fā)泡成型體而取出。
例如，隨著壓力的下降而排氣時(shí)，通過從第一開口30a和30b中的一個(gè)或兩個(gè)伴隨著壓力下降而排氣，使型腔內(nèi)的壓力直接減少之后，且然后以同樣的方式直接供應(yīng)用于預(yù)熱的蒸汽，此時(shí)，如果需要，在凹入?yún)^(qū)域51和52的工作流體的非均勻性可通過使用第二開口50a和50b而得以解決。
為了加熱和熔化，處于熔化溫度的蒸汽可從第一開口30a和30b中的一個(gè)或兩個(gè)開口以同樣的方式直接供應(yīng)到型腔4內(nèi)的原料珠粒5，且蒸汽以同樣的方式采用第二開口50a和50b供應(yīng)到凹入?yún)^(qū)域51和52，從而加熱僅由來自第一開口30a和30b的蒸汽熱量不容易到達(dá)的部分。在這種情況下，無必說的是，如果需要，所有的模具2和3可通過從腔室13和14供應(yīng)所需的蒸汽而從后面加熱。
當(dāng)在圖3所示的發(fā)泡成型裝置1A上形成第二開口50a和50b時(shí)，用于連接第二開口50a和50b與模具內(nèi)空間34a的內(nèi)部管道55，例如，如圖7中的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置1D所示那樣地布置。在這種情況下，至少一個(gè)內(nèi)部管道55可以獨(dú)立地經(jīng)工作閥連接到工作管道15-18，在此未示出。
根據(jù)該實(shí)施例，除上述優(yōu)點(diǎn)外，成型操作的時(shí)間可以減少，因?yàn)樵谟糜诔尚偷募訜岷屠鋮s時(shí)，模具內(nèi)通道33a和33b以及模具內(nèi)空間34a和34b的外圍區(qū)域可以有效地被加熱或冷卻，其中模具內(nèi)通道是模具2和3的一部分且在此熱容相對(duì)較大。
(2)為了防止在模具2和3中央部分的工作流體的非均勻流動(dòng)，第二開口50c形成在流動(dòng)變得不均勻的部分處，從而經(jīng)內(nèi)部管道56連接到內(nèi)部管道34a和34b、或者連接到內(nèi)部管道32a和32b、或者經(jīng)工作閥連接到工作管道15-18，如圖8中示出的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置1E所示。
當(dāng)用于供應(yīng)或排出工作流體的開口30和50之間的間隔為100mm或更大時(shí)，易于發(fā)生工作流體的非均勻流動(dòng)，所以當(dāng)一對(duì)第一開口30a和30b布置在外圍區(qū)域的相對(duì)位置，將型腔4夾在中間，且第一開口30a和30b之間的間隔為100mm或更大時(shí)，如圖2所示，第二開口50可以形成在第一開口30a和30b的中間位置，如圖8所示。優(yōu)選的是這樣形成第二開口50，即第一開口30和第二開口50之間的距離以及第二開口50之間的距離為100mm或更小。
根據(jù)該實(shí)施例，一對(duì)第一開口30a和30b相對(duì)地形成，將型腔4夾在中間，可采用從第一開口中的一個(gè)經(jīng)過型腔到達(dá)另一第一開口供應(yīng)工作流體比如蒸汽的操作，且尤其是，用蒸汽代替填充在型腔4內(nèi)的原料珠粒5之間的空氣的操作和加熱原料珠粒5的操作可快速實(shí)現(xiàn)。
而且所需數(shù)目的第二開口50是以最大為100mm的間隔形成，這有助于使工作流體的流動(dòng)平滑，防止型腔4內(nèi)產(chǎn)生工作流體的不均勻流動(dòng)和不均勻速度。因此，即使型腔中心的平坦部分具有高的長/厚比形狀，例如20或更大的長/厚比形狀，在中心的平坦部分處的密度不均勻性和發(fā)泡不均勻性也可得到控制。
現(xiàn)在將解釋采用圖1所示的發(fā)泡成型裝置1成型發(fā)泡成型制品的方法。
該成型方法分成三個(gè)工藝將原料珠粒5填充在型腔5內(nèi)的填充工藝，用于加熱、膨脹和熔化填充在型腔4內(nèi)的原料珠粒5的加熱工藝、以及冷卻發(fā)泡成型制品的冷卻工藝。
首先解釋填充原料珠粒5的填充工藝。
在該工藝中，型芯模2和型腔模3關(guān)閉，同時(shí)，排出閥DV3和DV4打開，供應(yīng)到型腔4內(nèi)的空氣通過第一開口30a和30b被排出到型腔4的外側(cè)，同時(shí)將原料珠粒5連帶空氣流一起從充填組件23供應(yīng)到型腔4，原料珠粒5被填充入型腔4。這里，可以留下一大約為發(fā)泡成型制品的底壁厚度的10％的裂縫敞開，而不完全關(guān)閉型芯模2和型腔模3，以便通過該裂縫排出型腔4內(nèi)的空氣。
現(xiàn)在將解釋通過蒸汽加熱填充在型腔4內(nèi)的原料珠粒5的加熱工藝。
首先，在排出閥DV1和DV2打開的狀態(tài)下打開工作閥SV1和SV2，蒸汽供應(yīng)到腔室31和32中以便用蒸汽替代腔室31和32內(nèi)的空氣。該工藝可在填充工藝中進(jìn)行。
然后，關(guān)閉排出閥DV1和DV2，同時(shí)，蒸汽供應(yīng)到腔室31和32一段預(yù)定加熱時(shí)間并控制工作閥SV1和SV2，從而使腔室31和32內(nèi)為預(yù)定的蒸汽壓力，在此型芯模2和型腔模3被加熱，且接觸型芯模2和型腔模3的原料珠粒5被膨脹并熔化，以便成型該發(fā)泡成型制品的表面部分。
另一方面，平行地進(jìn)行加熱填充在型腔4內(nèi)的原料珠粒5的工藝，且該工藝大致一分為三。
在該工藝的第一部分，排出閥DV4打開，同時(shí)排出閥DV3關(guān)閉，工作閥SV3、SV5和SV6打開，同時(shí)工作閥SV4關(guān)閉，蒸汽供應(yīng)到型腔4，以便用蒸汽代替原料珠粒5之間的空氣。
在該工藝的第二部分，排出閥DV4關(guān)閉，同時(shí)排出閥DV3打開，工作閥SV3關(guān)閉，同時(shí)工作閥SV4、SV5和SV6打開，這與該工藝的第一部分相反，且蒸汽供應(yīng)到型腔4，以便用蒸汽代替原料珠粒5之間的空氣。然而，該工藝的第二部分可省略。
在該工藝的第三部分，排出閥DV3和DV4關(guān)閉，同時(shí)蒸汽供應(yīng)到型腔4僅預(yù)定的加熱時(shí)間并控制工作閥SV3-SV6，從而型腔4內(nèi)變?yōu)轭A(yù)定的蒸汽壓力，原料珠粒5被加熱、膨脹并熔化，以在發(fā)泡成型制品內(nèi)部成型。
這樣，發(fā)泡成型制品的表面部分和發(fā)泡成型制品內(nèi)部可以通過供應(yīng)到腔室31和32的蒸汽與供應(yīng)到型腔4的蒸汽獨(dú)立地加熱，因此，發(fā)泡成型制品的表面性質(zhì)和發(fā)泡成型制品的內(nèi)部熔化率可以獨(dú)立地調(diào)節(jié)。
在接下來的冷卻工藝中，冷卻水閥CV1和CV2打開，冷卻水從噴嘴20噴入型芯模2和型腔模3內(nèi)，以便經(jīng)型芯模2和型腔模3冷卻型腔4內(nèi)的發(fā)泡成型制品。因?yàn)榭諝馔饪?，比如排氣塞和通氣孔不在型芯?和型腔模3中形成，所以發(fā)泡成型制品得到冷卻而不接觸冷卻水。因此發(fā)泡成型制品中的水分僅是從型腔4液化和排出的蒸汽，含量僅是常規(guī)成型方法的1/5-1/10。
冷卻之后，模具2和3打開，利用脫模桿24從模具中取出發(fā)泡成型制品。
采用這種成型方法，表面部分的加熱和發(fā)泡成型制品內(nèi)部的加熱可在加熱工藝中獨(dú)立地進(jìn)行，因此，在例如機(jī)械強(qiáng)度不是主要要求的發(fā)泡成型制品的情況下，成型的循環(huán)時(shí)間可通過保持發(fā)泡成型制品的內(nèi)部熔化率較低同時(shí)保持足夠的表面性質(zhì)而減少，結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)率和商業(yè)價(jià)值。
以這種方式成型的發(fā)泡成型制品成為具有美觀表面而在外表面上沒有排氣塞和通氣孔痕跡的發(fā)泡成型制品。在該發(fā)泡成型制品中，表面性質(zhì)可以設(shè)定為基于常規(guī)成型技術(shù)制造的同樣加熱的發(fā)泡成型制品，但是內(nèi)部熔化率可以設(shè)定為比具有上述表面性質(zhì)的同樣加熱的發(fā)泡成型制品更低或更高。換句話說，在常規(guī)成型方法的情況下，在加熱、膨脹和熔化原料珠粒的過程中，原料珠粒的表面和內(nèi)部在同樣的條件下加熱，如果發(fā)泡成型制品的內(nèi)部熔化率設(shè)定較低，在發(fā)泡成型制品內(nèi)的珠粒5A邊界處形成間隙6，在發(fā)泡成型制品的表面部分形成凹痕7，如圖9(a)所示，但在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)泡成型制品的情況下，表面和內(nèi)部被獨(dú)立地加熱，可僅將內(nèi)部熔化率設(shè)定較低，所以可以完成一具有在發(fā)泡成型制品表面的珠粒5B邊界處幾乎沒有凹痕7的平滑表面的美觀發(fā)泡成型制品，雖然在發(fā)泡成型制品內(nèi)部珠粒5A的邊界處形成有間隙6，如圖9(b)所示。將內(nèi)部熔化率設(shè)定較低可適于要求高表面性質(zhì)但機(jī)械強(qiáng)度不是主要需求的發(fā)泡成型制品，比如用于具體物品表面的裝飾形式，或容器的蓋子和絕熱材料，將內(nèi)部熔化率設(shè)定較高可適于表面性質(zhì)不是主要需求但機(jī)械強(qiáng)度是主要需求的發(fā)泡成型制品，或者適于可經(jīng)受重復(fù)使用的發(fā)泡成型制品，比如用于汽車各種部件和可回收容器的發(fā)泡成型制品。本發(fā)明對(duì)于具有復(fù)雜形狀的相對(duì)較大的發(fā)泡成型制品而不是具有簡單形狀的小發(fā)泡成型制品更有效和更有用，比如用于封裝在杯中的速食面的容器。本發(fā)明對(duì)于有厚壁部分和薄壁部分的發(fā)泡成型制品尤其有用。
現(xiàn)在將對(duì)用上述成型方法的評(píng)價(jià)試驗(yàn)和對(duì)由此方法制造的發(fā)泡成型制品的質(zhì)量評(píng)價(jià)試驗(yàn)解釋。
我們?cè)诒?所示的加熱條件下成型聚丙烯制成的原料珠粒，并測(cè)量發(fā)泡成型制品的表面性質(zhì)和內(nèi)部熔化率。
這里表面性質(zhì)根據(jù)圖9(a)所示的凹痕7出現(xiàn)的頻率而評(píng)價(jià)為五個(gè)等級(jí)，其中較高的值表示較好的表面性質(zhì)，有更小的凹痕7出現(xiàn)頻率。熔化率基于發(fā)泡成型制品被剖開時(shí)橫截面的珠粒狀態(tài)評(píng)價(jià)，更具體地說，是通過測(cè)量確定的破損珠粒的比例，當(dāng)珠粒自身沒有破損但沿其表面有一裂縫時(shí)認(rèn)為珠粒沒熔化，當(dāng)珠粒自身破損時(shí)認(rèn)為珠粒熔化了。
表1
如結(jié)果所示，發(fā)泡成型制品的表面性質(zhì)和內(nèi)部熔化率可以通過控制腔室13和14的加熱條件以及由來自第一開口30a和30b的蒸汽對(duì)型腔4的加熱條件而獨(dú)立地控制。采用常規(guī)成型方法，僅可制造質(zhì)量相當(dāng)于表1中的示例B和F的發(fā)泡成型制品，但采用本發(fā)明，可以制造相當(dāng)于示例A-I的具有表面性質(zhì)和熔化率的不同組合的發(fā)泡成型制品，成型的適應(yīng)性顯著提高。
例如，可制造具有良好的表面性質(zhì)和低內(nèi)部熔化率的發(fā)泡成型制品，如示例D和G所示。在這樣的發(fā)泡成型制品中，機(jī)械強(qiáng)度較低，因?yàn)閮?nèi)部熔化率低，但膨脹和熔化時(shí)間以及冷卻時(shí)間可減少，生產(chǎn)率可提高，同時(shí)保持良好的表面性質(zhì)，因此這些發(fā)泡成型制品適于用作機(jī)械強(qiáng)度不是主要需求的發(fā)泡成型制品，比如具體物品表面的裝飾框架、或容器的蓋子和絕熱材料。為了用現(xiàn)有成型方法制造這樣的發(fā)泡成型制品，如果表面性質(zhì)評(píng)價(jià)為3或更高的制品被認(rèn)為是無缺陷的，那么成型的循環(huán)時(shí)間需要250秒或更多，如示例F所示，但采用本發(fā)明的成型方法，這樣的制品可分別如示例D、E、G和H所示以150秒、220秒、170秒和230秒的循環(huán)時(shí)間成型，因此生產(chǎn)率提高。而且能量成本可以降低，因?yàn)椴辉龠M(jìn)行多于需要的加熱。
而且，可以制造如示例C所示的內(nèi)部熔化率高而表面性質(zhì)稍低的發(fā)泡成型制品。在這樣的發(fā)泡成型制品中，機(jī)械強(qiáng)度高，因?yàn)閮?nèi)部熔化率高，但可降低膨脹和熔化時(shí)間以及冷卻時(shí)間，第一開口30a和30b的蒸汽壓力可設(shè)定較低，而提高了生產(chǎn)率，節(jié)省了能量，同時(shí)充分增大機(jī)械強(qiáng)度，因此，這些發(fā)泡成型制品適于用作表面性質(zhì)不是主要需求但機(jī)械強(qiáng)度是主要需求的發(fā)泡成型制品，比如用于汽車各種部件和可回收容器的發(fā)泡成型制品。為了用現(xiàn)有成型方法制造這樣的發(fā)泡成型制品，如果具有熔化率為80的制品被認(rèn)為是無缺陷的，那么成型的循環(huán)時(shí)間需要250秒或更多，如示例F所示，但采用本發(fā)明的成型方法，這樣的制品可以240秒的循環(huán)時(shí)間成型，如示例C所示，因此生產(chǎn)率提高。而且通過降低腔室13和14內(nèi)蒸汽壓力可以降低能量成本，因?yàn)榍皇?3和14內(nèi)的蒸汽壓力對(duì)于示例F設(shè)定為3.5kg/cm2，但對(duì)于示例C則是3.0kg/cm2。
根據(jù)第一方面的合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，第一開口的痕跡不降低發(fā)泡成型制品的外觀美感，因?yàn)榈谝婚_口僅在用來成型發(fā)泡成型制品不顯著部分的模具成型部分上形成。
如果獨(dú)立于型腔的腔室形成在兩模具的后側(cè)，如在第二方面所述，且這些腔室和型腔連接到工作管道形成分離系統(tǒng)，那么可以制造具有美觀表面同時(shí)減少成型的循環(huán)時(shí)間的發(fā)泡成型制品，且可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)率和商業(yè)價(jià)值。而且可以防止發(fā)泡成型制品中的含水量由于接觸冷卻水而增加，并可以獲得清潔的發(fā)泡成型制品，而不必嚴(yán)格控制冷卻水處于清潔狀態(tài)。
如果第一開口沿該組模具接合處形成為狹縫形狀，如第三方面所述，那么可以使排氣塞安裝孔的數(shù)目最少或消除，這使得可以構(gòu)成薄的模具，降低制造成本，提高控制精度，提高模具的生產(chǎn)率，并可以減少或消除由于水垢而造成的通氣孔堵塞所需的維護(hù)操作，且進(jìn)一步提高了發(fā)泡成型制品的外觀美感，因?yàn)闇p少或消除了將在發(fā)泡成型制品上形成的排氣塞和通氣孔痕跡。
如果連接狹縫形第一開口和外部工作管道的連接通道沿模具接合處從型腔側(cè)到外側(cè)地形成，如第四方面所述，或者如果第一開口形成在該組模具接合處附近，如第五方面所述，那么這兩種情況都是優(yōu)選的，因?yàn)檎羝删鶆虻毓?yīng)到型腔內(nèi)。
如果工作通道形成在不包括模具接合處的位置，且如果在接合處附近形成的第一開口通向工作通道，如第六方面所述，那么可以防止由于蒸汽而造成的接合處部分磨損。
如果第一開口形成在安裝到至少一個(gè)模具上的輔助部件比如原料珠粒充填組件和脫模桿的暴露于型腔的部分，如第七和八方面所述，那么可以防止發(fā)泡成型制品的外觀下降，因?yàn)榈谝婚_口的痕跡不顯著。
如果形成多個(gè)第一開口且分成兩組，如第九方面所述，蒸汽可均勻地供應(yīng)到型腔內(nèi)，這尤其是優(yōu)選的，因?yàn)橛谜羝娲畛溆谛颓粌?nèi)的原料珠粒之間空氣的操作或者加熱原料珠粒的操作可以很快地進(jìn)行。
如果在模具上形成通向工作流體流動(dòng)變得不均勻的型腔部分的第二開口，比如凹入?yún)^(qū)域的內(nèi)部和第一開口的中間位置的第二開口，如第十至十二方面所述，那么可提高發(fā)泡成型制品的質(zhì)量，因?yàn)榭煽刂圃谔畛湓现榱r(shí)的密度不均勻以及加熱和冷卻不均勻的出現(xiàn)。
如果第二開口和第一開口連接到工作管道形成不同系統(tǒng)，如第十三方面所述，那么可以制造具有更高質(zhì)量的發(fā)泡成型制品，因?yàn)榭梢钥刂票热缡紫葘⒃现榱Ｌ畛涞桨既雲(yún)^(qū)域，以便控制原料珠粒的填充密度，在凹入?yún)^(qū)域中填充原料珠粒是困難的。
如果可更換的開口形成元件布置在模具上，如第十五方面所述，那么可以防止由于流過第一和第二開口的蒸汽所造成的磨損。
根據(jù)第十六方面的合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法，其中由于對(duì)型腔和對(duì)該組腔室的加熱條件是獨(dú)立控制的，原料珠粒的熔化率可以獨(dú)立于表面性質(zhì)而被調(diào)節(jié)。這使得可以減少成型的循環(huán)時(shí)間，同時(shí)保持發(fā)泡成型制品的內(nèi)部熔化率較低，以及也可制造出美觀的發(fā)泡成型制品，因此可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)率和商業(yè)價(jià)值。
如果多個(gè)第一開口被分成兩組，那么針對(duì)這兩組的四種加熱條件，也就是，對(duì)型腔的加熱條件和對(duì)兩腔室的加熱條件可獨(dú)立地控制，如第十七方面所述，那么發(fā)泡成型制品在模具一側(cè)的表面的表面性質(zhì)和在模具另一側(cè)的表面性質(zhì)可以獨(dú)立地控制，這擴(kuò)大了對(duì)發(fā)泡成型制品表面性質(zhì)設(shè)計(jì)的適應(yīng)性。
如果蒸汽壓力和時(shí)間作為加熱條件來控制，如第十八方面所述，那么不需要構(gòu)造一新的控制系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1．一種合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，其特征在于，通向型腔的第一開口形成在用于成型一發(fā)泡成型制品的一組模具的成型部分上，該成型部分是用來成型發(fā)泡成型制品的不顯著部分，且設(shè)置有連接第一開口和外部工作管道的連接通道。
2．如權(quán)利要求1所述的合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，其特征在于，獨(dú)立于型腔的腔室形成在兩個(gè)所述模具的后側(cè)上，且這些腔室和型腔作為分離的系統(tǒng)連接到工作管道。
3．如權(quán)利要求1或2所述的合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，其特征在于，所述第一開口沿該組模具接合處呈狹縫形狀形成。
4．如權(quán)利要求3所述的合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，其特征在于，用于連接狹縫形第一開口和外部工作管道的連接通道沿模具的接合處從型腔側(cè)到外側(cè)地形成。
5．如權(quán)利要求1-4任一所述的合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，其特征在于，所述第一開口在該組模具的接合處附近形成。
6．如權(quán)利要求5所述的合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，其特征在于，所述工作通道形成在不包括模具接合處的位置，且在接合處附近形成的第一開口通向所述工作通道。
7．如權(quán)利要求1-6任一所述的合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，其特征在于，所述第一開口形成在安裝到至少一個(gè)模具上的輔助部件的暴露于型腔的部分上。
8．如權(quán)利要求7所述的合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，其特征在于，所述輔助部件是一個(gè)原料珠粒填充組件和一脫模桿中的至少一個(gè)。
9．如權(quán)利要求1-8任一所述的合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，其特征在于，形成多個(gè)第一開口并分成兩組，從而使工作流體可從一組的第一開口經(jīng)型腔供應(yīng)到另一組的第一開口。
10．如權(quán)利要求1-9任一所述的合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，其特征在于，在所述模具上形成通向型腔內(nèi)工作流體的流動(dòng)變得不均勻的部分的第二開口，且設(shè)置有用于連接所述第二開口和外部工作管道的連接通道。
11．如權(quán)利要求10所述的合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，其特征在于，所述第二開口形成在模具凹入?yún)^(qū)域的內(nèi)部。
12．如權(quán)利要求10或11所述的合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，其特征在于，形成一對(duì)狹縫形的所述第一開口，且當(dāng)?shù)谝婚_口之間的間隔為100mm或更大時(shí)，在第一開口中間位置的模具表面上形成所述第二開口。
13．如權(quán)利要求9-12任一所述的合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，其特征在于，所述第二開口和第一開口作為不同系統(tǒng)連接到工作管道。
14．如權(quán)利要求1-13任一所述的合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，其特征在于，所述第一開口和第二開口的開口寬度設(shè)定為將要填充的原料珠粒的外徑或更小。
15．如權(quán)利要求1-14任一所述的合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，其特征在于，第一開口和第二開口是通過將可更換的開口形成元件設(shè)置到所述模具上而形成。
16．一種用于合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法，其特征在于，采用根據(jù)權(quán)利要求1-15任一所述的合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，其中獨(dú)立于型腔的腔室分別在該組模具的后側(cè)形成，從而將蒸汽作為工作流體獨(dú)立地供應(yīng)給型腔和兩個(gè)腔室，兩個(gè)腔室的加熱條件和型腔的加熱條件在熱塑性合成樹脂制成的原料珠粒填充在型腔內(nèi)的狀態(tài)下被控制，填充在型腔內(nèi)的原料珠粒被加熱、膨脹并熔化，同時(shí)隨意控制內(nèi)部熔化率且保持發(fā)泡成型制品的表面性質(zhì)。
17．如權(quán)利要求16所述的合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型方法，其特征在于，多個(gè)第一開口被分成兩組，內(nèi)部熔化率可隨意被控制并保持發(fā)泡成型制品的表面性質(zhì)，同時(shí)獨(dú)立控制四種加熱條件，也就是，通過這兩組開口對(duì)型腔的加熱條件和對(duì)兩個(gè)腔室的加熱條件。
18．如權(quán)利要求16或17所述的合成樹脂的模具內(nèi)膨脹發(fā)泡成型裝置，其特征在于，蒸汽壓力和時(shí)間被作為加熱條件進(jìn)行控制。
全文摘要
獨(dú)立于型腔(4)的腔室(13、14)設(shè)置在制造發(fā)泡成型制品的一對(duì)模具(2、3)后側(cè)。通向型腔(4)的第一開口(30a、30b)沿模具(2、3)配合表面形成,該表面是用來成型發(fā)泡成型制品的不顯著部分。第一開口(30a、30b)不是通過管線而是通過包括模具內(nèi)通道(31a、31b)和內(nèi)部管道(32a、32b)的連接通道連接到外部工作管道(15—18),從而使給型腔(4)供應(yīng)或從其排出工作流體獨(dú)立于給腔室(13、14)供應(yīng)或從其排出工作流體而進(jìn)行。對(duì)現(xiàn)有發(fā)泡成型制品模具不可缺少的通氣孔被省略。模具制造成本下降,模具維護(hù)被簡化,工作流體的控制精度提高,發(fā)泡成型制品的特性提高,且發(fā)泡成型制品的質(zhì)量也提高。
文檔編號(hào)B29C44/58GK1295507SQ99804748
公開日2001年5月16日 申請(qǐng)日期1999年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月31日
發(fā)明者野原巖男, 中嶋富男, 井田清孝, 鮫島昌彥, 小林喜幸, 山口健二 申請(qǐng)人:戴伸工業(yè)公司