用于制备模塑部件的注射成型方法，通过注射成型制备的模塑部件以及注射模具技术

本发明专利技术涉及用于制备注射成型的增强模塑部件的方法，所述模塑部件的纤维取向在局部基础上特别地调整。通过对所使用的注射模具的壁进行适当的、动态控制的补充加热(变温可加热通道)，据此局部腔区域在注射时被加热至聚合物(塑性材料模塑材料)固化温度的温度范围中或固化温度以上的温度(在部分结晶的塑性材料的情况下，无论如何在结晶温度以上，或在非晶的塑性材料的情况下，在玻璃化转变温度以上)。

Injection molding process for producing molded parts, molding parts prepared by injection molding, and injection molds

The present invention relates to a method for preparing an injection molding enhanced molding part, wherein the fiber orientation of the molding member is specially adjusted on a local basis. Supplementary heating dynamic control of the injection mold, the proper use of the wall (temperature heating channel), according to the local cavity region is heated to a polymer (plastic material in injection moulding materials) temperature range the curing temperature or curing temperature above the temperature (partial crystallization in plastic material the case, in any case in the crystallization temperature, or in the amorphous plastic material under the condition of the above glass transition temperature).

【技术实现步骤摘要】
用于制备模塑部件的注射成型方法，通过注射成型制备的模塑部件以及注射模具
本专利技术涉及用于制备注射成型的增强模塑部件的方法，所述增强模塑部件的纤维取向在局部基础上被特别地调整。通过对使用的注射模具的壁进行适当的、动态控制的补充加热(变温可加热的通道)，局部腔区域从而在注射时被加热至聚合物(塑性材料模塑材料)固化温度的温度范围中或固化温度以上的温度(无论如何，在部分结晶的塑性材料的情况下，在结晶温度以上，或在非晶的塑性材料的情况下，在玻璃化转变温度以上)。
技术介绍
在常规的注射成型中，将塑性材料熔体注射到温度控制的模具中，模具的模具壁温度通常低于各自塑性材料的固化温度(在部分结晶的塑性材料的情况下的结晶温度，或在非晶的塑性材料的情况下的玻璃化转变温度)。熔体前沿的核从而保持可流动，通过注射压力驱使塑性材料到腔中，同时模具壁附近的边缘区域迅速地冷却和固化。一旦填满模具腔，塑性材料完全固化，模塑部件从模具中脱模。在整个的注射成型循环中，模具壁保持相同的温度。因此模具温度控制可以被理解为冷却以消散在每个注射期间被引入到模具中的熔体的热能，所述熔体的热能包括任何可能的结晶热。在长的流动路径和同时薄的壁厚度的情况下，这会导致横截面的凝结，从而阻碍腔的完全填充。此外，结构化和高光泽的表面并没有完全被复制。此外，如果流动前沿一起流动，其结果是形成可见的合模线。所谓的变温模具温度控制提供了对于上述问题的解决方案。通过补充加热，将腔在注射时被加热至部分结晶的塑性材料(或在非晶的塑性材料情况下的玻璃化转变温度)的熔体温度水平(至少在结晶温度以上)，在模具填充完成后，其被冷却至显著低于固化温度的温度。从而基本实现在整个表面上均匀地加热模具壁。在注射成型期间，用该方法可以实现的更高熔体温度和模具温度的结果是聚合物熔体的黏度显著地减少，有问题部件的模塑被改善，或使其完全成为可能。因此，温度变化必须尽可能迅速地实现从而可以保证充足的产量。变温模具温度控制的优点为：·较少的部件扭曲和变形·形成高光泽表面，甚至用发泡的塑性材料·避免模塑部件表面上的纤维痕迹·薄壁部件能够模塑·在厚壁部件的情况下减少循环时间·较高的均一性和由此较大的强度·无可见的合模线在该变温模具温度控制的类型中，在注射成型循环期间，加热或冷却整个腔(模具壁)。在非增强的模塑材料的情况下，可以确定的是，在合模线强度被明显的改善，与此相反，如果是包括例如碳纤维或玻璃纤维作为增强纤维的增强的模塑材料被注射时，相比于常规的注射成型方法，用变温模具温度控制并不改变纤维取向，因为纤维取向主要通过浇口位置和由其产生的流动路径而确定。因此，事实上，一些合模线尽管视觉上从模塑部件的表面消失，但其并未从模塑部件本身中消失。因为基于增强的模塑材料的模塑部件的强度通过纤维取向控制，因此合模线强度决不会改善。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种新的注射成型方法，其可以通过局部受限的变温模具温度控制以明确的方式调节塑性材料熔体中增强纤维的取向，从而改善在模具部件的主要加载方向(主要的压力方向)上的强度。此外，本专利技术的目的是提供相应的模塑部件，其中存在被包含的纤维的特殊取向排列。本专利技术的另一目的是提供用于制备根据本专利技术模塑部件或用于实施根据本专利技术方法的相应的注射模具。通过权利要求1的特征实现关于根据本专利技术方法的该目的，通过权利要求17的特征实现关于相应制备的模塑部件的该目的，通过权利要求19的特征实现关于注射模具的该目的。各从属权利要求从而代表有利的发展。因此，本专利技术涉及用于制备由热塑性模塑材料制成的模塑部件的注射成型方法，这些模塑材料包含增强纤维。从而将热塑性模塑材料以增塑态填充到注射模具中，此时注射模具具有产生待制备的模塑部件外形的腔。热塑性模塑材料从而被加热至指定的温度θFM，由此选择如此高的该温度使其确保热塑性模塑材料处于增塑态，可以实现注射成型。注射模具从而具有浇口位置，热塑性模塑材料可以经由该浇口位置被注入注射模具的腔中。通常，注射模具具有单一的浇口位置，然而本专利技术不限制为该具体的实施方案，注射模具具有多个浇口位置是同样可能的。根据本专利技术的方法，目前提供的注射模具的腔用热塑性模塑材料过量填充、完全填充或部分填充至规定的填充量。据此，过量填充指相比于注射模具的腔体积，将更大体积的热塑性模塑材料注入注射模具的腔中。因此，过量填充注射模具的腔意味着部分热塑性模塑材料，即过量的模塑材料体积必须从注射模具的腔中冒出。这可以通过例如为此目的在注射模具的腔中提供的排放口实现，还可以通过使过量的模塑材料经由接触点冒出而实现，接触点例如形成注射模具的两个子模具和附有腔。然而同样地，注射模具的腔完全填充是可能的，据此，精确地将与注射模具的腔体积相符的热塑性模塑材料的体积注入到注射模具的腔中。或者，注射模具的腔仅部分地填充是可能的，例如相比于注射模具的腔体积，据此将较小体积的热塑性模塑材料注入注射模具中至规定的填充水平。根据本专利技术，条件是注射模具的腔在至少一个壁中的具有至少一个变温可加热的通道，其沿轨迹延伸。通过该至少一个变温可加热的通道，限定注射模具腔的壁的非均匀加热是可能的。通过至少一个变温可加热的通道，从而可以在注射模具的壁中实现温度梯度。相比于现有技术，通过变温温度控制技术从而实现的不是注射模具腔的壁的完全表面加热，而是能够使前述效果实现的仅局部受限的温度控制。因此，将变温可加热通道嵌入注射模具的壁中。变温可加热通道从而作为注射模具壁进而腔表面的温度控制。变温可加热的通道的轨迹被理解为采用平行于限定注射模具腔的壁的通道方向。优选地，轨迹为平行于限定注射模具腔的壁延伸的向量分量，其是投射到表面上的投影，再现了变温可加热的通道进程。在将变温可加热的通道构形为均匀宽的带的情况下，轨迹例如沿着该通道的中心线形成。同样地，在变温可加热的通道改变宽度的情况下，可以进行沿中心线的轨迹的确定。从而优选轨迹是可微分的和/或在其整个进程中是恒定的；例如，该区域被排除在通道的分支外，从而还提供相应的轨迹。通过举例的方式，轨迹的进程从而可以是线性的、曲线的、波状的或甚至是共同流入和流出的圆形。根据优选的实施方案，条件是在注射模具的壁中仅存在一个单一的变温可加热的通道，或注射模具的每个壁存在一个单一变温可加热的通道。同样地，可能的是，至少一个变温可加热的通道具有分支点并可以延伸，在多个区域中其可以再次绑在一起以形成单一变温可加热的通道。在注射模具具有多个变温可加热的通道的情况下，必须确保这些通道彼此有足够大的间隔使得不实现模具腔的壁的均匀加热，更确切地说实现非均匀的温度模式。据此必须确保在注射成型过程中，变温通道的区域中热塑性模塑材料仍旧保持可加工性，即熔化的，同时在剩余区域具有较高的黏度，或热塑性模塑材料已经固化。在根据本专利技术方法的情况下，提供在注射模具的填充之前、过程中和/或之后，将具有至少一个壁的变温通道的注射模具永久地或至少有时设置为温度θVT，将注射模具的壁的剩余区域设置为温度θW，其适用θW<θVT。保持该温差至少至热塑性模塑材料的最终冷却。可以在例如根据本专利技术方法即注射成型循环的整个过程中保持在注射模具的不同区域中的前述温差，然而至少值至热塑性模塑材料冷却的固化。例如可以通过不再加热或积极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通过注射成型由包含增强纤维的热塑性模塑材料制备模塑部件的方法，其中，用被加热至规定温度θ

【技术特征摘要】
2015.12.23 EP 15202456.81.一种用于通过注射成型由包含增强纤维的热塑性模塑材料制备模塑部件的方法，其中，用被加热至规定温度θFM，以增塑态存在，且包含增强纤维的热塑性模塑材料过量填充、完全填充或部分填充注射模具的腔至预定的填充水平，所述注射模具的腔在至少一个壁上具有沿轨迹延伸的至少一个变温可加热通道，在所述注射模具被填充之前、填充期间和/或填充之后，将具有至少一个变温通道的壁的注射模具区域设置为温度θVT，将注射模具的壁的剩余区域永久地或至少有时设置为温度θW，其适用θW<θVT，在过量填充、完全填充或部分填充至预定的填充水平后，将包含增强纤维的所述热塑性模塑材料冷却直至固化，固化的模塑部件从所述注射模具中脱模。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述注射模具被过量填充，所述注射模具具有至少一个溢出开口，其优选地分别在溢出腔中终止，各个溢出腔与注射模具的腔流体连通，所述至少一个变温可加热通道从注射模具的浇口位置开始，并被引导至至少一个溢出开口，使得热塑性模塑材料在注射模具过量填充的情况下可以涌出注射模具的腔，经由至少一个溢出开口进入各个溢出腔中。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于实现所述注射模具的过量填充，使得注射模具的腔体积被过量填充5体积％至100体积％，优选10体积％至70体积％，特别优选15体积％至50体积％，在完全填充后，开始过量填充之前保持2秒至60秒的等待时间，期间优选地升高具有所述至少一个变温通道的壁的注射模具区域的温度θVT，和/或降低注射模具的壁的剩余区域中的温度θW，和/或过量填充持续超过2秒至60秒的时间跨度。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过调节温差θW<θVT，实现对热塑性模塑材料中增强纤维的取向调节，得到沿所述至少一个变温可加热通道的轨迹的增强纤维的基本各向异性的取向。5.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述增强纤维的取向由包含在一个有限的体积元中的n个增强纤维的群组的取向张量(aij)定义，有：其元素aij定义如下：纤维的取向由取向张量(aij)的对角元a11、a22和a33确定，或分别表示长度1的向量的分量，其平行于第k个纤维延伸，其适用：在局部坐标系中，分别在所述至少一个变温可加热通道的区域的每个被研究的有限体积元中显示了向量其中x轴在各自被研究的有限体积元中，其分别固定地与至少一个变温可加热的通道轨迹相切，y轴正交于x的方向，z轴正交于x和y的方向，如果取向张量(aij)的元素a11的值在各自给定的有限体积元中为至少0.5，优选0.5至0.98，更优选0.6至0.95，进一步优选0.65至0.9，特别是0.7至0.85，则建立了基本各向异性的取向。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于其适用于：θVT>θG或θVT>θK，优选θVT–θG≥10K或θVT–θK≥10K，θG指非晶的热塑性模塑材料的玻璃化转变温度，θK为部分结晶的热塑性模塑材料的结晶温度，θVT＝θFM±40K和/或θVT–θW≥50K，优选θVT–θW≥100K。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述注射模具的壁上的腔的一侧或两侧配置所述至少一个变温可加热通道。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个变温可加热通道的面积总和构成1％至50％，优选3％至30％，特别优选4％至20％，特别是5％至10％的所述注射模具的腔的内表面。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述注射模具具有至少一个突出部，其引起待制备的模塑部件中的缺口，所述突出部具有例如圆形、椭圆形、n角形构造，n为3或更大的自然数。10.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，以完全延伸的方式或至少在所述至少一个突出部，优选地各个突出部周围的圆周区域中配置所述至少一个变温可加热通道，围绕着各个突出部周围的变温可加热通道被分别配置在注射模具的壁上的腔的一侧或两侧。11.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，以完全延伸的方式或至少在所述至少一个突出部周围的圆周区域中配置的所述至少一个变温通道具有至少一个流入方向上的延续和至少一个流出方向上的延续，优选地，流入方向上的延续持续到所述注射模具的浇口位置和/或流出方向上的延续持续到所述至少一个溢出开口。12.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，在所述突出部的投影中所述流入方向上的延续和所述流出方向上的延续被配置为相对于彼此而抵消，优选被配置为相对于彼此至少120°而抵消，特别地被配置为相对于彼此180°±10°而抵消。13.根据两个前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述待制备的模塑部件在使用中具有主拉伸负载方向，在所述突出部的投影中彼此独立的流入方向上的延续和流出方向上的延续分别具有方向，其偏离主拉伸负载方向至多60°，优选至多50°，进一步优选至多40°，特别地至多30°。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，a)所述热塑性模塑材料包含至少一种热塑性基体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明鉴，
申请(专利权)人：EMS专利股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH