高热导率共注塑系统技术方案

本发明专利技术公开了一种低恒定压力共注塑机，所述低恒定压力共注塑机通过在6,000psi和更小的低恒定压力下将熔融热塑性材料注入模具腔体中来形成模塑部件。因此，所述低恒定压力注塑机包括由易机加工的材料形成的模具，所述模具在制造上比典型的注塑模具更便宜且更快速。可以使用嵌入的可持续材料，诸如聚乳酸(PLA)、淀粉、消费后可再循环物(PCR)以及工业后可再循环物(PIR)来共注L/T比大于100的薄壁部件，所述可持续材料通过厚度小于0.5mm的耐滤出材料的阻隔层与表面隔离。所述共注塑机设有包含平均热导率大于30BTU/HR FT℉的材料的螺杆。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高热导率共注塑系统
本专利技术涉及用于注塑的设备和方法，并且更具体地涉及在低恒定压力下制备共注 塑部件的设备和方法。
技术介绍
注塑是一种通常用于大批量制造由可熔融材料制成的部件（最常见的是由热塑 性聚合物制成的部件）的技术。在重复注塑过程中，将塑性树脂（最常见的为小珠或粒料 形式）引入到注塑机中，注塑机在加热、压力和剪切下使所述树脂小珠熔融。此类树脂可包 括母料材料连同一种或多种着色剂、添加剂、填料等。现在熔融树脂被强力注入到具有特定 腔体形状的模具腔体中。注入的塑料在模具腔体中在压力下保持，冷却，然后作为固化部件 取出，所述固化部件具有基上复制了模具的腔体形状的形状。模具自身可具有单一腔体或 多个腔体。每个腔体均可通过浇口连接至流动通道，所述浇口将熔融树脂流引导至腔体中。 模塑部件可具有一个或多个浇口。常见的是大部件具有两个、三个或更多个浇口以减少聚 合物为填充模塑部件而必须行进的流动距离。每个腔体的一个或多个浇口可位于部件几 何形状上的任何位置，并具有任何横截面形状诸如基本上圆形或以1.1或更大的纵横比成 型。因此，典型的注塑规程包括四个基本操作：（1)将塑料在注塑机中加热，以使其在压力 下流动；（2)将熔融塑料注入被限定在已闭合的两个模具半块之间的一个或多个模具腔体 中；（3)使塑料在一个或多个腔体中在压力下冷却并硬化；以及（4)打开模具半块以使部件 从模具中被顶出。 将熔融塑性树脂注入模具腔体中并且通过注塑机迫使塑性树脂挤过腔体，直至塑 性树脂到达腔体中的最远离浇口的位置。所得的该部件的长度和壁厚取决于模具腔体的形 状。 虽然可期望减小注塑部件的壁厚以减少塑料含量，从而降低最终部件的成本；但 是使用常规的注塑方法减小壁厚可能是昂贵且不易完成的任务，特别是当壁厚的设计小于 约1.0毫米时。在以常规注塑方法将液态塑性树脂引入到注塑模具中时，邻近腔体壁的材 料立即开始冻结或硬化或固化，因为液态塑性树脂冷却至低于材料的不流动温度的温度 并且液态塑料的一些部分开始静止。当材料流过模具时，材料的边界层抵靠模具的侧面而 形成。随着模具的继续填充，边界层继续增厚，最终会封闭住材料流动的路径并且阻止额外 的材料流入模具中。当模具冷却时，塑性树脂在模具壁上冻结的问题会变得更严重，使用某 种技术来缩短每个部件的循环时间并增加机器的通过量。 也可期望设计出一种部件和对应的模具，使得液体塑性树脂从具有最厚壁厚的区 域流向具有最薄壁厚的区域。增加模具的某些区中的厚度可确保有足够的材料流入其中需 要强度和厚度的区域中。这种厚向薄的流动路径要求可导致塑料的使用效率低，并且对 于注塑部件的制造商来讲会导致更高的部件成本，因为额外的材料必须在其中不必需要材 料的位置被模塑成部件。 -种用以减小部件的壁厚的方法是，当液体塑性树脂被引入模具中时增加其压 力。通过增加压力，模塑机能够在流动路径被封闭之前继续迫使液体材料进入模具中。然 而，增加压力会具有成本和性能两方面的缺点。当模塑组件所需的压力增加时，模塑设备必 须具有足够的强度以承受额外的压力，这一般等同于更昂贵的费用。制造商可能不得不购 买新的设备以适应这些增加的压力。因此，减小给定部件的壁厚可产生用以通过常规注塑 技术实现所述制造的大量资本费用。 另外，当液态塑性材料流入注塑模具中并快速冻结时，聚合物链会保持当聚合物 处于液态时所存在的高水平的应力。当分子取向在部件中被锁定时，所冻结的聚合物分子 保持较高水平的流动诱发的取向，从而导致冻结内应力态。这些模塑在内的应力可导致 部件在模塑之后翘曲或凹陷、具有减小的机械性能、以及具有减小的对化学暴露的抗性。对 于注塑的部件诸如薄壁盆状物、活动铰链部件和闭合件来讲，控制和/或最小化这种减小 的机械性能是尤其重要的。 为了避免上述的一些缺点，很多常规的注塑操作使用剪切致稀塑性材料以改善塑 性材料进入模具腔体中的流动。在将剪切致稀塑性材料注入模具腔体中时，在塑性材料和 模具腔体壁之间产生剪切力并且该剪切力趋于减小塑性材料的粘度，由此使塑性材料更自 由且容易地流入模具腔体中。因此，可足够快地填充薄壁部件以避免材料在完全填充模具 之前冻结。 粘度的减少与在塑性材料和给料系统之间，以及在塑性材料和模具腔体壁之间产 生的剪切力的量值直接相关。因此，这些剪切致稀材料的制造商和注塑系统的操作者已努 力驱使注塑压力更高以提高剪切，从而降低粘度。通常，注塑系统在15, OOOpsi或更大的熔 融压力下将塑性材料注入模具腔体中。剪切致稀塑性材料的制造商教导注塑操作者在高于 最小熔融压力下将塑性材料注入模具腔体中。例如，通常在大于6, OOOpsi (由聚丙烯树脂 制造商推荐的范围通常大于6, OOOpsi至约15, OOOpsi)的压力下加工聚丙烯树脂。树脂制 造商推荐不超过所述范围的顶端。压机制造商和加工工程师通常推荐在所述范围的顶端 或显著更高下加工剪切致稀聚合物，以实现最大的潜在剪切致稀，其通常大于15, OOOpsi， 以从塑性材料中提取最大致稀和更好的流动性能。剪切致稀热塑性聚合物一般在超过 6, OOOpsi至约30, OOOpsi的范围内加工。 用于注塑机的模具必须能够承受这些高熔融压力。此外，形成模具的材料必须具 有能够承受对于模具在其寿命过程中被预期运行的总循环数而言的最大循环应力的疲劳 极限。因此，模具制造商通常从具有大于30RC，且更通常大于50RC的高硬度材料诸如工具 钢来形成模具。这些高硬度材料是耐用的并被装备成承受注塑加工期间使模具组件保持相 对于彼此压紧所需的高夹紧压力。另外，这些高硬度材料也能够更好地抵抗来自模塑表面 和聚合物流之间重复接触的磨损。 生产薄壁消费品的高产注塑机（即，101级和102级模塑机）仅使用模具中的大部 分由高硬度材料制成的模具。高产注塑机通常生产500, 000个部件或更多。工业品质生产 模具必须被设计成生产至少500, 000个部件，优选地多于1，000, 000个部件，更优选地多于 5, 000, 000个部件，以及甚至更优选地多于10, 000, 000个部件。这些高产注塑机具有多腔 体模具以及复杂的冷却系统以提高生产速率。上述高硬度材料比低硬度材料更能够承受重 复的高压夹紧和注射操作。然而，高硬度材料诸如大多数工具钢，具有相对低的热导率，一 般小于约20BTU/HR FT °F，这导致在将热经由高硬度材料从熔融塑性材料传递到冷却流体 时的较长的冷却时间。 为了减少循环时间，典型的具有由高硬度材料制成的高产注塑机包括使冷却流体 在模具内循环的相对复杂的内部冷却系统。这些冷却系统加速模塑部件的冷却，由此允许 机器在给定量的时间内完成更多循环，这增加了生产速率并由此增加了生产的模塑部件的 总量。在一些101级模具或401级模具中，可制备多于1百万或2百万个部件，有时将这些 模具称为超高产量模具。在行业内，有时将以300吨或更大压力运行的101级模具称为 400级模具。 对于模具使用高硬度材料的另一个缺点是高硬度材料诸如工具钢，一般相当难以 机加工。因此，已知的高生产量注塑模具要求大量机加工时间和昂贵的机加工设备来形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种共注塑系统(#10，图1)，包括：螺杆(#22，图1)，所述螺杆用于将第一材料给料于模具(#28，图1)中，所述模具包含具有大于30BTU/HR FT℉的平均热导率的材料；所述系统的特征在于所述模具包括至少一个模具腔体(#32，图1)，所述模具包括下述中的至少一个：L/T比大于100的模具腔体(图2)；至少四个模具腔体(图6A、6B)；一个或多个受热的流道(#64，图4)；平衡的熔融塑料给料系统(#60，图5)；导引的顶出件；大于100％的铣削机加工指数(表1)；大于100％的钻削机加工指数(表1)；以及大于100％的电火花线切割机加工指数(表1)；第一浇口(图6A)，其用于将至少第一材料(#184，图7)和不同的第二材料(#188，图7)递送入所述至少一个模具腔体中；在所述模具的入口处的至少一个喷嘴(#26，图1)；以及与所述至少一个喷嘴之一流体连通的传感器(#52，图1)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.24 US 61/602,6501. 一种共注塑系统（#10,图1)，包括： 螺杆（#22,图1)，所述螺杆用于将第一材料给料于模具（#28,图1)中，所述模具包含具 有大于30BTU/HR FT °F的平均热导率的材料； 所述系统的特征在于所述模具包括至少一个模具腔体（#32,图1)，所述模具包括下述 中的至少一个： L/T比大于100的模具腔体（图2); 至少四个模具腔体（图6A、6B); 一个或多个受热的流道（#64,图4); 平衡的熔融塑料给料系统（#60,图5); 导引的顶出件； 大于100%的铣削机加工指数（表1); 大于100 %的钻削机加工指数（表1);以及 大于100%的电火花线切割机加工指数（表1); 第一浇口（图6A)，其用于将至少第一材料（#184,图7)和不同的第二材料（#188,图 7)递送入所述至少一个模具腔体中； 在所述模具的入口处的至少一个喷嘴（#26,图1);以及 与所述至少一个喷嘴之一流体连通的传感器（#52,图1)。2. 根据权利要求1所述的共注塑系统，其中当所述两种材料的外部的厚度小于0. 5mm 时，在共注入所述至少一个模具腔体中期间，所述第一材料和所述第二材料中的一种可相 对于所述第一材料和所述第二材料中的另一种流动。3. 根据权利要求1所述的共注塑系统，其中所述第一材料和所述第二材料中的一种包 括包含聚乳酸（PLA)、淀粉、聚烯烃、乙烯、工业后可再循环物（PIR)以及消费后可再循环物 (PCR)在内的组中的至少一种，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·J·小伯格，G·M·艾尔托宁，R·E·纽法斯，E·C·博斯韦尔，J·M·雷曼，
申请(专利权)人：宝洁公司，
类型：发明
国别省市：美国;US