[发明专利]由热塑性颗粒或类似物直接成型非纺织品元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种组合式的聚合物加工和物品制造方法，特别是涉及一种以互连结构形成具有独特形状的聚合物元件的方法和加工过程。

背景技术

塑料的使用已经渗透到目前所有类型的制品中了。将塑料成型为制品或以特定元件的形式结合成制品的方法被精心地研制出来，以总体上提高制品产量和所形成的塑料制品的功能特性。通常，聚合物加工用于形成某种单独的制品或元件，例如包装结构(塑料瓶)，或是形成大型制品中的单个元件(小功率传动链中的啮合件，或者用于组合成纱织品或合成织品的热塑性纤丝)。

传统的众所周知的塑料成型方法包括注射成型、吹塑成型、挤出成型以及其他等等。这些成型方法中的每一种分别具有若干相关的附属处理技术，但最终均依赖于至少一个共同特点：塑料必须在初始阶段转化成熔态，再经受预期的加工处理。熔态热塑性料流通常是这样产生的，即通过搅拌塑料颗粒(可能包含一些从前次成型过程的废料“重新磨碎”而获得的材料)，从而将形成的物料加热成熔化温度。这种熔化需要使用相对复杂的设备，而且工艺参数必须精确地控制，才能成功地完成加工。上述成型方法还具有一定的局限性，即它们可以加工的制品的类型受到限制。利用这些成型方法制作出的最终制品的材料参数，例如表面性质、耐化学性、电性、光学性质、熔化性质、抗拉强度、剪切强度、弹性和刚性等，取决于这些传统的塑料成型过程。这些成型过程中的一些还会产生很多废料，这些废料可以在下次加工之前回收到熔态塑料中。

在要求塑料制品具有柔性、耐用、结实和容易组装时，例如制品是非纺织品时，上述这些限制就变得严重了。在这里，非纺织品指的是由互连的单个元件制成的大致柔性片材，这种片材具有纺织品的很多特性，但这些特性并非基于纤维或纤维加工方法而获得的。非纺织品的一个例子是锁子铠甲。

另一种塑料成型方法是固态成型，这种方法也被壳牌发展公司(Shell Development Company)称作“超塑性成型”，被道氏化学公司(Dow Chemical Company)称作“塑料制品的无废品成型”。这种固态成型方法用于制作具有较高热变形温度的塑料制品、带整体形成表皮的膨胀或多孔分层制品、由超高分子量聚合物制成的制品以及由两种或多种材料制成的混合或多层结构。还有一种相关的方法用在金属特别是铝的成型中，用以将精确形成的铝制料块锻造成铝制品形状。虽然固态成型可以用于制作塑料制品，以基本上克服前面所述成型方法中的缺点，但固态成型本身尚没有被用于直接制作互连结构。

这些塑料成型方法的另一项缺点是，要在随后的将成型制品组合成最终产品的加工步骤中对成型制品作进一步的处理。这种组装最终产品的附加处理会在劳动成本和生产速度两个方面均造成费用增多。

发明概述

这里描述的发明可以克服前面所述聚合物成型方法中的缺点，并且包含：优选利用由传统方式生成的聚合物颗粒并且凭借固态成型方法成型为互连元件，并同时将互连元件就地成型为非纺织品。这种组合方法被称作直接成型。互连元件被直接模制成型在它们的组装位置上，以构成连续片材或其他形状的非纺织品。将元件成型为最终的组装结构，即与其他元件互联的结构，就不再需要在组装过程中对元件进一步处理了，所述组装过程可以是例如聚集很多元件，再将聚集的元件以一定次序排列，从而将元件阵列连接在一起。因此，本发明的方法可以使劳动成本和废品成本显著降低，并且显著提高生产效率。此外，这里使用的术语非纺织品指的是由互连的独立元件构成的大致柔性片材，片材具有纺织品的许多特性，但这些特性并非基于纤维或与纤维相关的加工过程而获得的。

本发明的创造性固态成型方法通过将单一的聚合物颗粒或团块在单一成型步骤中压制成一个独立元件，从而可利用传统的颗粒化热塑性材料成分成型出非纺织品元件。用于形成特定非纺织品的元件可以有很大的差别，但出于举例的目的，如后文中详细描述，元件包含互连在一起的板和铆钉。

加工步骤大致包括：a)将一个颗粒安置在模腔中或附近；b)强制颗粒进入模腔并接触模腔成型面，以使颗粒塑性变形，并导致颗粒获得模腔的形状。模腔具有用于成型预期元件所需的形状，而且模腔容积基本上与颗粒体积相等。强制成型步骤或操作优选借助于一定的能量和速度实施，以使颗粒超塑性变形而基本上充满模腔的容积。这一过程重复进行，以将特定的元件以适宜的次序成型出来，从而形成例如互联的板和铆钉，并最终产生非纺织品。