中空塑料制品的成型方法及所涉及的装置

摘要

本发明涉及一种中空塑料制品的成形方法及所涉及的装置，特别是一种利用气体辅助注射成型技术生产含有结构筋板的薄板类塑料制品的方法及所涉及的装置——可控溢料腔。本发明至少包括将熔融塑料注入到模具内型腔中，使型腔中充满或基本充满熔融塑料材料，随即，继续向模具型腔内推料保压，在保压期间，控制溢料腔的可控活塞退出一段位移，随即，将可控加压气体/液体通过进气/液控制装置导入到上述型腔中的熔融塑料材料中，注塑机螺杆进一步推动上述型腔内部塑料内的熔融塑料进入控制溢料腔的可控活塞继续退出而空出的腔体内，控制可控加压气/液体压力和溢料腔可控活塞的移动及位置，使可控加压气体充分进入型腔里较厚位置段的塑料内部，并保持气体压力，使塑料在型腔中固化。

说明书

技术领域

本发明涉及一种中空塑料制品的成形方法及所涉及的装置，特别是一种利用气体辅助注射成型技术生产含有结构筋板的薄板类塑料制品的方法及所涉及的装置——可控溢料腔。

技术背景

德国Rohm GmbH的Ernst Friederich是第一个发明气体辅助注射成型工艺的人。1975年德国专利文献公开的专利号为2501314的一种通过注射成型将热塑性塑料制成中空制品的成型方法，该专利文献揭示的方法包括使用注射喷嘴将足够的熔融物料注射到已经准备好的上述中空制品的模具中，然后将已加压的气体也通过上述喷嘴上的孔注入到熔融物料当中使熔融物料与模具内表面充分接触。于是在上述模具中通过将气体注射进入制品当中形成中空制品，对制品进行冷却，降温至软化温度以下，使制品内部压力与周围环境压力相等，然后打开模具取出制品。标准气体辅助注射成型工艺也称欠料注射。模具中只充入部分塑料熔体，而没有必要完全充满。在塑料注入后，立即或稍后注入气体。模具仅依靠气体压力来使熔体完全充满，为了保证气体不穿透熔体前锋，在注入气体之前应注入足够量的塑料，所述的方法主要主要适用于成型棒类及板类制品，而不适用于薄板类塑料制品。另一种气体辅助注射成型工艺技术中，模具型腔被塑料熔体完全充满，然后将气体注入。在型腔塑料熔体令却过程中，气体进入由于型腔塑料熔体体积收缩而减小的体积，该方法在实践中由于型腔内的塑料熔体体积收缩而减小的体积非常小，故没有实际使用价值。在一种气体辅助注射成型工艺技术是将膜腔全部充满，然后通过注入气体挤压一些熔体到另外一个腔体，即所谓的溢流腔。这项技术应用大约30年的历史了，但根据所生产产品的不同人们一致再探索其工艺的优化及改进。溢流腔用来控制芯部材料的流动，从而实现芯部材料的均匀分布。比如，在型腔与溢流腔之间可设置一个控制阀，当使用有控制阀控制的溢流腔技术时，可以注射成型含有大气道的厚薄不均板状制品，但在模具制造过程中，溢流腔体积要与被排出人的塑料熔体的体积相对应。由于在试验和成型前排出熔体的体积无法准确计算。所以，在开始或后来的模型检查试验后，需要反复调整溢流腔的体积，这样给模具加工带来极大的不便，而且塑料材料的变化、工艺中熔体温度的高低、成型机参数改变、型腔温度高低、气体推动型腔较厚位置内熔融塑料的排出开始时间与注入塑料时间的间隔、排料时间长短等都影响到排出料量的多少，即影响溢流腔的体积，溢流腔与型腔的连接是通过一段小通道连接，一般的控制阀装置是由一截断小通道的小柱塞及其控制装置、控制系统组成，控制部分可以移动小柱塞位置即对小通道的开关控制，在工艺生产中，塑料熔体在接触型腔壁后，形成凝固层，而小柱塞位置熔料更容易凝固，当小柱塞打开既控制阀打开后，需要注入较大气体压力，才能使塑料内部熔体冲破小柱塞位置熔体凝固层，流入溢流腔，当熔融塑料熔体开始流入溢流腔后，熔体前峰就失去阻力，造成气体瞬间将型腔塑料芯部熔体推入溢流腔，气体压力最后对腔内塑料形成冲击，较大气体压力及冲击容易使气体穿透产品薄壁层，造成产品强度降低，及产品表面有明显气痕缺陷，或使气体返回料筒，容易造成生产中断，另，较高气压还会浪费气体能源。

发明内容

本发明目的在于是根据上述现有技术的诸多不足之处，提出一种利用气体辅助注射成型技术在模具上设置可控溢料腔装置及利用该装置生产有结构筋板(包括螺钉柱、加强筋等)的薄板类塑料制品的方法。具体的讲：本发明目的在于提供一种用于塑料注射成型的工艺技术和装置，用来更优化的生产含有较大气道、含有不规则较大气道、含有至少一个较大气道、含有至少一个不规则较大气道的薄厚不均的板状类制品。

本发明目的实现由技术方案完成

本发明所述一种中空塑料制品的成型方法，至少包括以下步骤：

a.通过注塑机螺杆将熔融塑料材料注入到模具内型腔中，使型腔中充满或基本充满熔融塑料材料；b.随即，注塑机螺杆继续向模具型腔内推料，使模具型腔保压2.5～6秒钟；c.在注塑机螺杆推料保压的期间，控制溢料腔的可控活塞退出一段位移，使注塑机螺杆推动型腔中的熔融塑料排入控制溢料腔的可控活塞退出而空出的腔体内；d.随即，将可控加压气体/液体通过进气/液控制装置导入到上述型腔中的熔融塑料材料中，进一步推动上述型腔内部塑料内的熔融塑料进入控制溢料腔的可控活塞继续退出而空出的腔体内；e.控制可控加压气/液体压力和溢料腔可控活塞的移动及位置，使可控加压气体充分进入型腔里较厚位置段的塑料内部，并保持气体压力，使塑料在型腔中固化；f.模具内型腔内塑料固化后，将加压气/液体排出型腔，打开模具，取出塑料制品。

所述的将熔融塑料材料注入到模具型腔中的步骤是在该模具内型腔中无塑料的情况下进行的；所述的溢料腔为一液压缸或电动的或任一传统的可控制活塞行程，使得溢料腔的容积大小可以控制，并当初始溢料进入时可以控制压力及位移；所述的注塑机螺杆的推进压力和作用时间与溢料腔中活塞的压力及作用时间相匹配，使得模具型腔中的熔融塑料在一定压力下进入溢料腔；所述的溢料腔内的一端为阶梯状；所述的溢料腔一端与模具型腔连接处是内腔截面积为1～20mm²、长度为1～5mm较小的长条状空腔，在溢料腔内并与长条状型腔衔接处是一内腔为截面积为25～100 mm²、长度为3～10mm的长条状空腔，该长条状空腔与溢料腔及较小长条状空腔形成阶梯状；所述的初始排出的溢料是通过注塑机螺杆的推进压力及作用时间与溢料腔中活塞的压力及作用时间相匹配实现的，之后排出到溢料腔中的塑料是控制气/液体压力及作用时间来实现的；所述的成型方法制作的塑料制品在其一段较厚部位的中间形成空腔；所述的模具上可以设置一个或一个以上的溢料腔，各溢料腔的活塞动作是通过注塑机的油压控制系统或外置油压控制系统、外置电动控制系统等控制的。

本发明优点是由于采用可控溢料腔技术以及优化工艺，故在生产含有结构筋板的薄板类塑料制品时，与同类产品工艺比较产品合格率明显提高，在产品的较厚部位基本没有收缩或裂痕，同时可大大提高制品的生产效率。产品的排料口很小，且产品本身薄板处不会有气体乱冲入的现象。在工艺生产中，控制输出气体压力的大小要比传统工艺控制输出气体压力小的多，从而引发多项好处，如减小耗气量、延长气体辅助注入设备寿命、延长模具寿命等。

附图说明

图1示意本发明过程中，注塑机料筒、模具型腔及可控溢料腔的初始状态。

图2是示意图1中模具型腔A-A方向的剖面图。

图3示意本发明过程中注塑机已向模具型腔中注入熔融塑料的状态。

图4示意本发明过程中注塑机继续向模具型腔中注入熔融塑料及，可控溢料腔活塞已动作的状态。

图5示意图4中模具型腔A-A方向的剖面图。

图6示意本发明过程中注塑机继续向模具型腔中注入熔融塑料的过程已停止，可控的高压气体开始注入，可控溢料腔活塞继续退出的状态。

图7示意本发明过程中可控的高压气体继续注入，可控溢料腔活塞退出到终了位置的状态。

图8示意图7中模具型腔A-A方向的剖面图。

图9示意本发明过程中可控的高压气体从模具型腔排出的状态。

图10，显示为型腔内压力时间变化图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明特征及其它相关特征作进一步详述：

本实施例以制品厚度为2～6毫米的板类制品进行说明。

参见图1中标号5表示注塑机料筒中的熔融塑料，该塑料是任何一种可以用于注塑成型的热塑性塑料材料；标号1表示注塑机的储料筒；2表示注塑机的注射料筒；标号4表示注射料筒内螺杆；标号3表示射嘴；注塑机可以是任何一种类型注塑机，如螺杆式或杆塞式；标号6表示一模具型腔；型腔6可以是传统的任何一种注塑模具的型腔；标号7表示模具；标号9、10分别表示模具型腔与可控溢料腔的的相邻连接口。其中，连接口9为截面积较小，为1～20mm²，长度为1～5mm的较小长条状空腔，连接口10为截面积较大，为25～100mm²，长度为3～10毫米的较大长条状空腔，标号8表示模具上与型腔6连接的一进气装置，可以是任何传统的机构，如气针、活动气针等；标号11示意可控溢料腔活塞，通过一油缸12控制；注塑机注射料筒2通过射嘴3与模具型腔6连接；进气装置8位于型腔6内一段较厚位置的一端，连接口9位于较厚位置的另一端。

参见图2，连接口14表示型腔内较厚一段位置，截面积最好为接近圆形的形状，其截面积为36～150mm²、长度大于100mm；标号13表示型腔内一螺钉柱位置或筋板位置。

以下阐述工艺的具体步骤：

第一步，参见图3，注塑机将注射料筒内熔融塑料5通过螺杆4推动，注入到模具型腔6中，在这一步骤中，注塑机对螺杆进行加压，注塑机螺杆4推动料筒内的熔融塑料进入模具型腔6，使模具型腔内基本充满或充满熔融塑料，注塑机螺杆应留有一段位置X(可为3～50毫米)，以便在进一步动作中，注塑机螺杆继续向模具型腔中推料。

第二步，参见图4，注塑机射料筒内螺杆4继续推动熔融塑料5进入到模具型腔6中，补充模具型腔6内熔融塑料因在冷却过程中体积收缩而减小的体积，特别是位置14，在这一过程中，注塑机对螺杆进行加压到60～120Mpa，注塑机螺杆4再向前推动料筒内的熔融塑料进入模具型腔6的过程中，可控溢料腔中的活塞初始位置在关闭位置，此时，可控溢料腔中的活塞在小于注射压力的控制下缓慢后退，借助注塑机对螺杆的压力，使模具型腔内塑料芯部熔融塑料进入因可控溢料腔的活塞11退出而空出的腔体内，15表示溢料腔。

本发明工艺有别于传统气辅注塑工艺，在传统气辅工艺中，注塑机对模具型腔内注完料后，不会再用注塑机通过螺杆向模具型腔内推料。位置13处塑料收缩造成的表面凹痕无法解决，只有通过气体进入塑料位置13内部，在冷却过程中通过气体保压来解决表面凹痕，但这样会造成产品表面气痕及强度下降问题。而本发明过程中，是通过注塑机螺杆推动熔融塑料进入模具型腔6内部，补充熔融塑料因在冷却过程中体积收缩而减小的体积，特别是位置13，解决其表面凹痕，而不影响产品强度。

参见图5，模具型腔内充满熔融塑料

第三步，参见图6，使熔融塑料从排料口已开始排出的过程中或之后很短时间，控制可控压力气体通过进气装置8进入模具型腔位置14塑料芯部。

本发明工艺有别于传统气辅注塑工艺，在传统气辅工艺中，排料口是直接通向溢料腔，也可通过阀控制排料口的通断，模具型腔向溢料腔的排料是通过气体进入型腔推动型腔内熔融塑料完成的。众所周知，排料口的截面积较小，以减少成品的局部缺陷，而注气一般是熔融塑料已注入型腔后一段时间后进行，此时的排料口已凝固，要使型腔内芯部熔融塑料排入到溢料腔中，需要突破排料口的凝固层，所以需要型腔内注入较大气压，如28Mpa，而较大气压容易在型腔塑料芯部乱窜，使气体返回料筒或进入产品内薄壁处，造成生产中断或产品表面出现气痕、或产品强度不够。

而本发明的排料通过一段位置10，此位置10截面及长度较大，可缓解熔融塑料在排料口的固化，有效减少排料阻力。另一方面，本发明的工艺中，型腔内塑料的排出是注塑机螺杆在其注塑机压力作用和溢料腔中活塞本身的压力控制下完成的，注塑机螺杆压力140Mpa远大于可控加压气体压力350bar，更容易对模具型腔塑料施加作用力，使型腔内芯部熔融塑料排入到溢料腔中。

型腔中熔融塑料接触到型腔壁的已形成凝固层，但较厚位置14较厚部分芯部还是熔融的，在熔融塑料从排料口已开始排出的过程中或之后很短时间，控制可控压力气体通过进气装置8进入，此时，可控加压气的压力的值(如10Mpa)比传统气辅工艺中气体压力值(如15Mpa)要小的多，有效的避免了高压气体在熔融塑料内乱窜的现象。

第四步，参见图7，通过控制控制装置的油压及速度，控制可控溢料腔活塞缓慢退出，可控加压气体注入到模具型腔6内位置14内部，推动熔融塑料继续从排量口排出。在此过程中控制可控压力气体值及溢料腔活塞的运动，可控加压气体平稳的注入到模具型腔6内位置14内部，控制可控溢料腔活塞的位置，可使可控加压气体均匀穿透位置14内部塑料，保持可控加压气体压力，继续补充产品在冷却过程中因熔体体积收缩而空出的体积，保证型腔内塑料的表面紧贴住型腔壁。以便更好的对产品重复复制，此后，塑料在模具型腔内冷却，固化。

传统溢料腔的排料口一旦被打开，型腔内熔融塑料被迅速排出，造成型腔内气压产生冲击变化，造成气体容易返回料筒或气体在产品内充入不该充入的薄壁部分，而本发明在此过程中，控制可控压力气体值及溢料腔活塞的运动，可控加压气体平稳的注入到模具型腔6中较厚塑料的芯部，有效的避免了此现象。

传统气辅工艺中，排出的部分量料的体积是直接由溢料腔的大小决定的，排出料量的多少与模温、塑料材料的性质、塑料材料在型腔内形成的凝固层的厚度等诸多因素有关，为了使气体充分均匀，进入型腔位置14内部，需要反复实验、调整溢料腔的大小，当材料及工艺变化时，溢料腔的大小还要调整，给模具制造及生产带来了极大的不便。而本发明使用了可控溢料腔这种结构，便避免了此项弊端。

参见图8，模具型腔位置14内部已形成中空

第五步，参见图9，此时，注塑机料筒可以在第四步过程中储料，当产品冷却、固化后，控制可控加压气体从进气装置8排出模具型腔塑料内部，此后，注塑机开模，产品顶出，取出塑料制品，在下一过程中之前，可控溢料腔活塞移动到初始复位。

参见图10，显示为型腔内压力时间变化图

在图10中，横向表示型腔内产品注塑成型时间，纵向为型腔内部压力。

模具型腔内压力初始时为零，注塑机将熔融塑料注入型腔时，型腔内压力开始增加，如线51，当型腔内塑料充满后，塑机螺杆继续前进推动推动料筒内的熔融塑料进入模具型腔，如线52，随后，溢料腔活塞11、a点开始退出。如线X1。此时，通过注塑机螺杆压力，推动型腔内产品芯部熔融料从排料口排出，型腔内压力开始下降，如线53。退到一定位置停止，在b点，可控加压气体开始注入模具型腔产品内部，同时可控活塞11再后退，可控加压气体推动型腔位置14内部熔融塑料从排料口10排出，型腔内气体压力升高，如线61。在c点，可控活塞11开启完毕，可控活塞11再继续后退，可控加压气体推动型腔位置14内部熔融塑料从排料口27排出，型腔气压如线61、62，继续补充因型腔内塑料因冷却收缩而减少的体积，型腔内压力如线63、64、65。最后型腔内产品冷却、凝固，可控加压气体从进气口排出型腔，可控加压气体压力降为大气压。随后，模具开模，取出产品。

为了更好的实施这一方案，可用吸热更好的可控加压气体或流体。例如：水、空气、油等。

参见图10中，横向表示型腔内产品注塑成型时间，纵向表示型腔内压力。

模具型腔内压力初始时为零，注塑机将熔融塑料注入型腔时，型腔内压力开始增加，如线16，当型腔内塑料充满后，塑机螺杆继续前进，如线17，随后，可控溢料腔中的活塞在小于注射压力的控制下在a0点缓慢后退，到位置a1，如线x1表示，模具型腔内塑料芯部熔融塑料进入因可控溢料腔的活塞退出而空出的腔体内。推动型腔内产品芯部熔融料从排料口排出，型腔内压力开始下降，如线18，在c点，可控加压气体开始注入模具型腔产品内部，继续推动型腔位置14内部熔融塑料从排料口排出。可控溢料腔中的活塞继续缓慢后退，如线x2，型腔内气体压力升高，如线19。在a2点，可控活塞开启完毕。型腔气压如线20，继续补充因型腔内塑料因冷却收缩而减少的体积，型腔内压力如线21、22、23。最后型腔内产品冷却、凝固。可控加压气体从进气口排出型腔，可控加压气体压力降为大气压。随后，模具开模，取出产品。

虽然以上已经参照附图对按照本发明目的的构思和实施例作了详尽说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，而这种改进和变换仍然应当属于本发明的保护范围。