用于微铸型制品的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于微成型制品的方法。该方法包括在塑料筒内将热塑性材料熔化和预加压至第一水平。在热流道内将热塑性材料的熔体压力控制到第二水平。在阀门喷嘴内将热塑性材料的熔体压力控制到超腔填充压力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于微铸型制品的方法背景除非本文另有指出，否则本部分所描述的材料不是本申请中权利要求的现有技术，并且不可由于其包含在本部分中而被承认为现有技术。
该主题一般涉及注塑成型。更具体地但非排他性地，本主题涉及微型部件的注塑成型，控制注塑成型设备内熔融材料的压力和温度，并延长熔融材料的熔体停留时间；并且还隐含的涉及到可测量的型腔填充时间。
技术介绍
现有技术中用于在一个或多个模具型腔中浇铸重量为一克或多克的热塑性塑料部件的注塑机使用一种带有内部柱塞螺杆的加热注入筒。热塑性(也可称为塑料)颗粒进入筒内，并通过在筒内旋转螺杆进行运输。螺杆长度与直径比通常为20:1，并且塑料颗粒在朝着螺杆前端移动时熔化。在螺杆的前端处，塑料材料达到最终加工温度和所需的熔体粘度。螺丝的末端设计成带有止回阀的柱塞，以防止熔体回流或倒流。螺杆前部的腔室体积用于计量所需的塑料熔体注入体积。为了测量注入的体积，螺杆旋转再缩回到受控位置。这种螺杆运动在每个浇铸周期都会给熔体腔室再充注，这就是所谓的再充注阶段。此时，腔室中的熔体处于低压(由于背压)，并且加热的熔体膨胀处于最高水平。接下来的注入阶段将熔体从筒内转移到模具中，填充一个模具型腔或若干个模具型腔。随着注入阶段的开始，筒内的螺杆向前移动从而加压并替换螺杆前面的熔体。螺杆向前运动的控制的力度和速度以及熔体粘度决定了逐渐增大的注入压力和型腔的填充时间，因为塑料熔体是可压缩的流体，在逐步增长注入压力及熔体密度增大或特定熔体体积减小期间，熔体的体积会发生变化。不是螺杆前面的所有熔体都被注入型腔；在筒腔室的前端留有一定数量的熔体作为熔体垫，以防止螺杆在注射行程中触底。并且，由于熔体分布在模具内部的热流道系统中，热流道熔体通道包含另外的剩余熔体体积。螺杆前面的总熔体加起来有相当大的粘弹性、可压缩体积，这表示注塑计量问题，尤其是涉及到浇铸小型塑料部件时。用于常规注塑机的最小螺杆直径对于常规尺寸的塑料颗粒计量为14.0mm，并且注入压力可以达到高达200MPa。注入高粘度塑料熔体通常需要这样的熔体压力。PC、PSU或PEI等热塑性材料确实需要如此高的熔体压力来填充带有薄壁和精细特征的模具型腔。当产生这种高压时，较小直径的螺杆会塌陷。由于1.0mm冲程将产生154mm3的注入体积，因此不可能用14.0mm的注入螺杆精确计量小的注入尺寸。因此，小于100mm3的塑料微型部件需要更高的计量冲程分辨率，尤其是考虑到塑料熔体是粘弹性的可压缩流体，在高压下会改变其特定的体积。为了克服使用称为单步注入法的单个单位螺杆/柱塞组合来计量小熔体体积的缺点，本领域的新技术微型注塑机具有称为两步注入法的螺杆和柱塞组合。在螺杆的筒中将塑料材料充分熔融和加热到建议的加工温度，并用单独的柱塞注入熔体是两个功能机械部件，这两个功能机械部件由止回阀或关闭阀分开。单独加热的筒中的螺杆正在熔化塑料颗粒，并将熔体加热到建议的熔融加工温度。一个单独的柱塞筒可补充注入量，并产生熔体注入的注入压力和速度。采用这种设计，较小的柱塞直径(例如4.0mm)会导致较长的柱塞冲程。这提供了更精细的分辨率和更精确的注入冲程控制。例如，冲程为1.0mm的直径4.0mm的柱塞表明仅12.56mm3的充注量。在这个例子中，理论上，为了获得100mm3的微部件体积，可能需要8.0mm的柱塞冲程。然而，用4.0mm柱塞测量小于10mm3的微型部件将带来另一个注入控制挑战，尤其是当微型部件需要一个又一个周期循环且部件重量稠度小于±5％时。在这种情况下，柱塞的冲程必须控制在±0.04mm以内。当微型部件进一步缩小到1mm3时，柱塞冲程将重复需要控制到0.004mm的精度。然而，这并不是唯一的限制。微型部件体积越小，用4.0mm柱塞精确计量微型部件体积就变得越来越困难。现有技术的两步微型注塑机中的柱塞冲程增加了熔体粘度、熔体注入体积和熔体密度的动态变化。模具中的这些工艺变量随着模具型腔的增加而增加，因为从柱塞到微型模具型腔的熔体分配通道包含的熔体体积比微型部件本身大得多。因此，两步法柱塞注塑机仅限于使用低型腔模具。这导致产量低。仅用一个柱塞将熔体计量成适用于多个微腔(例如，8、16、32个腔)中，并在称为冷流道或热流道的模具内通过多分支、自然分支的熔体流道系统分配熔体会产生更大的熔体体积。这些流道通道会使柱塞前面的可压缩熔体体积呈指数增加。例如，在230℃下，当聚丙烯熔体的流道体积为1000mm3时，可以将熔体压力从0MPa压缩20％到200MPa。体积变化为200mm3。换句话说，熔体吸收了20％的柱塞冲程，并将其中的一部分储存为粘弹性能和内耗热能。在这些条件下，难以控制和维持一致且可重复的微型注塑过程。在浇铸体积越来越小的小于10mm3的微型部件时，随着熔体停留时间的延长，也变得更加复杂。熔体停留时间是熔体从螺杆的筒进入柱塞并从柱塞通过分配流道进入模具型腔时暴露在加工温度下的时间。热塑性材料和添加剂在没有经过热降解和物理性能损失的情况下不能长期暴露在加工温度下。微型部件通常是注塑成型，周期时长为3至6秒或每分钟10至20个成型周期，这将导致熔体停留时间超过一个小时。在这些条件下，许多热塑性材料都会经历显著的熔体降解。例如，POM在200℃加工温度下的熔体停留时间仅约为10-15分钟。又例如，PSU在385℃加工温度下的熔体停留时间约为20-30分钟。在这些情况下，通常将10倍、100倍甚至1000倍的冷流道体积附接到实际的微型部件上，以便通过增加注入体积来改善熔体停留时间。然而，冷流道是废弃材料。它削弱了工艺控制，在加工价格可能超过100美元/公斤或甚至超过1000美元/公斤的昂贵热塑性材料时，肯定不是一个选项。微型部件是由重量小于1000毫克的部件来限定的。但重量小于100毫克甚至小于10毫克的部件的注塑成型工艺要求越来越高。微型部件的尺寸仅为毫米或更小，且尺寸公差通常限定在微米范围内。将全自动化生产保持在规定的公差范围内是至关重要的。但是，保持模具型腔部件的公差和重量，并复制模具型腔部件的微观特征并不是唯一的目标。微型部件的质量可能具有高要求的光学性能、电性能和机械性能。由于微型部件中的聚合物形态与大型塑料部件中的聚合物形态不同，因此微型部件浇铸工艺与大尺寸塑料部件的注塑成型工艺不能直接相提并论。例如，体积通常小于塑料颗粒的微型部件的熔融热焓非常低。因此，当熔体填充模具型腔时，熔体在几分之一秒内迅速冷却。这种在高型腔室熔体压力下的快速冷却时间比两步注塑工艺的凝固速度快得多。单步和两步浇铸工艺试图通过在保持阶段或填充阶段向型腔中施加另外的熔体来补偿收缩。只要流速孔或浇口打开且尚未凝固，冷却阶段的填充阶段仅在型腔内部有效。这限制了尺寸工艺控制。热流道阀门是一种主动关闭装置，它还提供更大的阀门孔，这将使阀门持续打开的状态足够长的时间以供填充。微型部件从型腔中喷出后，部件继续收缩。这会导致与实际型腔尺寸不同的尺寸公差进一步改变。传统的微型注塑机试图用可以使用柱塞施加的填充压力来补偿塑料部件在凝固之前的收缩。成型周期中的这一阶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于微铸型制品的方法，其特征在于，所述方法包括：/n在塑料筒内将热塑性材料熔化并预加压至第一水平；/n在所述热塑性材料进入模具型腔之前，在热流道内将所述热塑性材料的熔体压力控制到第二水平；以及/n在微腔内将所述热塑性材料的熔体压力控制到超腔填充压力。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于微铸型制品的方法，其特征在于，所述方法包括：
在塑料筒内将热塑性材料熔化并预加压至第一水平；
在所述热塑性材料进入模具型腔之前，在热流道内将所述热塑性材料的熔体压力控制到第二水平；以及
在微腔内将所述热塑性材料的熔体压力控制到超腔填充压力。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，处于所述第一水平的压力小于处于所述第二水平的压力，且处于所述第二水平的压力小于所述超腔填充压力。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括当所述热塑性材料从塑料筒经过阀门喷嘴离开进入所述模具型腔时，以级联方式升高所述热塑性材料的温度。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述热塑性材料离开所述塑料筒之前将所述热塑性材料加热至第一温度，其中所述第一温度大于所述热塑性材料的熔融温度且小于所述热塑性材料的加工温度；
在所述热塑性材料离开歧管之后但在所述热塑性材料离开阀门喷嘴之前将所述热塑性材料加热至加工温度。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述热塑性材料离开所述塑料筒之前将所述热塑性材料加热至第一温度，其中所述第一温度大于所述热塑性材料的熔融温度且小于所述热塑性材料的加工温度；
调节加热的第一歧管中的所述热塑性材料的温度；
调节所述第一歧管分支中的加热子歧管中的所述热塑性材料的温度；以及
调节加热喷嘴中的所述热塑性材料的温度，所述热塑性材料通过所述加热喷嘴进入模具型腔。


6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
激活第一移动组件从而将所述热塑性材料从塑料筒中排出并进入歧管；
激活第二移动组件从而控制所述热塑性材料从所述歧管排出并进入喷嘴的量；以及
激活第三移动组件从而调节所述热塑性材料从所述喷嘴排出并进入模具型腔。


7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，激活所述第一移动组件包括旋转位于所述塑料筒内的螺杆。


8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，激活所述第二移动组件包括，基于所述热塑性材料从所述歧管排出并进入喷嘴的所需量，柱塞在第一方向或与第一方向相反的第二方向上移动。


9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，激活所述第三移动组件包括喷嘴柱塞朝着打开的方向移动从而允许所述热塑性材料从所述喷嘴中排出或朝着关闭的方向移动从而阻止所述热塑性材料从所述喷嘴中排出。


10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括，防止所述热塑性材料从子歧管回流并经过第一歧管止回阀进入第一歧管，其中所述子歧管从所述第一歧管分支出来。


11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括，防止所述热塑性材料从所述第一歧管回流并经过塑料筒止回阀进入所述塑料筒，其中所述第一歧管接收来自所述塑料筒的所述热塑性材料。


12.一种用于微铸型制品的系统，其特征在于，包括：
一种含有控制器的微铸型机器；所述控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈拉尔德·施密特，
申请(专利权)人：第三威斯特法尔收购股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US