[发明专利]用于在低恒定压力下注塑的设备和方法

说明书

技术领域

本发明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注塑部件的设备和方法。

背景技术

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。在重复性注塑过程中，将塑性树脂（最常见的为小珠或粒料形式）引入注塑机中，注塑机在热、压力和剪切下使所述树脂珠熔融。将这样熔融的树脂强力地注入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被保持在压力下，冷却，然后作为固化部件被取出，所述固化部件具有基本上复制了模具的腔体形状的形状。模具自身可具有单个腔体或多个腔体。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缩短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，典型的注塑程序包括四个基本的操作：(1)将塑料在注塑机中加热，以允许其在压力下流动；(2)将熔化的塑料注入限定于已闭合的两个模具半块之间的一个或多个模具腔体中；(3)允许所述塑料处于压力下的同时在所述一个或多个腔体中冷却并硬化；以及(4)打开模具半块以使部件从模具中弹出。

将熔融塑性树脂注入模具腔体中，并且通过注塑机的注射元件迫使塑性树脂挤过腔体，直至所述塑性树脂到达腔体中的最远离所述浇口的位置。部件的所得长度和壁厚起因于模具腔体的形状。

尽管可能期望减小注塑部件的壁厚以减少塑料含量，并因此降低最终部件的成本；但是使用常规注塑法减小壁厚可能是昂贵且不易完成的任务，尤其是当对壁厚的设计小于15、10、5、3或1.0毫米时。在常规注塑方法中，当液态塑性树脂被引入注射模具中时，邻近腔体壁的材料会立即开始“冻结”或硬化和固化。随着材料流动通过模具，抵靠模具的侧面会形成材料的边界层。随着模具的继续填充，边界层继续增厚，最终封闭住材料流动的路径并阻止附加材料流入模具中。当模具冷却时，塑性树脂在模具壁上冻结的问题变得更严重，使用某种技术来减小每个部件的循环时间并增加机器的吞吐量。

也可能期望设计出一种部件和对应的模具，使得液态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。增加模具的某些区域中厚度能够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“厚处向薄处”的流动路径要求可导致对塑料的低效使用，并且对于注塑部件的制造商来讲会导致更高的部件成本，因为附加的材料必须在其中不需要材料的位置模塑成部件。

一种用以减小部件壁厚的方法是，当液态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态材料进入到模具中。然而，增加压力会具有成本和性能两方面的缺点。当模塑所述组件所需的压力增加时，模塑设备必须具有足够的强度以耐受附加的压力，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，给定部件的壁厚的减小可导致显著的用以通过常规注塑技术实现所述制造的资本费用。

另外，当液态塑性材料流入注射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，冻结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、具有减小的机械特性、以及具有减小的对化学暴露的抗性。对于注塑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特性是尤其重要的。

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模具腔体壁趋于减小塑性材料的粘度，由此允许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模具被完全填充之前冻结。