在单一加热周期内由两种或多种不同的可成型材料制备模塑制品的方法

摘要

一种在单一加热或模塑周期内由两种或多种不同可成型材料制备模塑制品的方法。将一种可成型材料(20，120)选作基准材料，并对其他可成型材料(22，122)进行改性，以使所有所述可成型材料基本上同时达到其各自的模塑温度。优选地，通过混合合适量的调节所述可成型材料的功率因数的添加剂来对其他各可成型材料(22，122)进行改性。然后将所有所述可成型材料置于传递模塑装置(10，110)中，在其中经由所述可成型材料施加交变介电场，以生成所述模塑制品。

说明书

发明领域

本发明一般性地涉及传递模塑(flow molding)领域，且更具体地涉及一种独特的传递模塑方法，该方法用于由两种或多种具有不同模塑温度的不同可成型材料在单一加热或模塑周期内制备模塑制品。

背景技术

本领域已知各种使用介电加热由可成型塑料材料模塑塑料部件的传递模塑装置。所有这些装置中，在两电极之间放置所述塑料材料，以使得所述材料能有效地成为电容器的电介质。所述电极之间产生的交变介电场(alternating electric field)会使得所述塑料材料内的极性分子被该电场快速变化的极性吸引或排斥。由这种分子运动产生的摩擦导致所述塑料材料整块变热，从而生成所述模塑制品。

本领域已知用于制备塑料部件的一种传递模塑装置包括，顶电极和底电极，以及位于其中间的顶塑模(mold)和底塑模。所述顶塑模和底塑模限定了可将塑料材料放入其中的模腔。优选地，所述电流场线沿其表面完全垂直于所述塑料材料各点，从而使所述材料整体温度均一。另外，所述顶电极和底电极与所述要装配的塑料部件的构造基本匹配，因此所述电极间距恒定，以对所述塑料材料进行均匀加热。操作中，经由所述模腔施加交变介电场，由此形成所述塑料部件。美国专利No.4,268,238中公开了这类传递模塑装置的例子。

本领域已知的用于制备塑料部件的另一传递模塑装置包括，顶电极和底电极，以及位于其间的塑模。所述塑模的厚度不均匀，以便由位于所述塑模和顶电极之间的塑料材料模塑不均匀塑料部件。为使所述塑料材料整体加热均匀，保持所述塑料部件各不同厚度部分的电容不变。这可通过平衡所述塑料材料和塑模之间的相对介电常数来实现，优选通过使用添加剂来改变所述塑模的相对介电常数。或者，可通过改变所述塑料部件不同厚度部分中所述顶电极和底电极之间的间距来平衡所述电容。美国专利No.4,441,876中公开了这类传递模塑装置的例子。

本领域已知用于制备泡沫塑料部件的另一传递模塑装置包括，顶电极和底电极，以及位于其间的塑模。可在所述塑模腔中放入泡沫塑料材料，并在加热周期内进行挤压。当所述加热结束后，使所述挤压的泡沫塑料材料在冷却时膨胀，以符合所述塑模的形状，并由此形成所述发泡塑料部件。美国专利No.4,524,037中公开了这类传递模塑装置的例子。

本领域已知用于制备发泡塑料部件的另一传递模塑装置包括，顶电极和底电极，以及位于其间的两片式塑模。所述塑模上有一隔膜，由此可在所述隔膜和底塑模之间放入泡沫塑料材料。经由所述塑模的隔膜以上注入流体，以便开始使所述隔膜倾斜，并由此由所述塑模中基本排出全部空气。然后在加热周期内从所述塑模中去除该流体，从而导致所述塑模内成真空，由此有助于所述泡沫塑料材料的膨胀。美国专利No.4,851,167中公开了这类装置的例子。

迄今为止，上述所有传递模塑装置已用于生产制备单一塑料材料的塑料部件。为制备由两层或多层不同塑料材料组成的塑料部件，必须在分别的模塑过程中装配各层，并将所述各层结合到一起以形成所述塑料部件。因此，本领域需要一种能够在单一加热或模塑周期内由两层或多层不同塑料材料制造所述塑料部件的模塑方法。

发明概要

本发明涉及一种在单一加热或模塑周期内由具有不同模塑温度的两种或多种不同可成型材料制备模塑制品的方法。通常，将一种所述可成型材料选作基准材料，并对其他可成型材料进行改性，以使所述所有可成型材料基本上同时达到其各自的模塑温度。优选地，通过混入适量添加剂来改性其余各可成型材料，以调节所述可成型材料的功率因数。然后将所有所述可成型材料放入传递模塑装置中，在其中经由所述可成型材料施加交变介电场，以生成所述模塑制品。

在一示例性方法中，由放置于传递模塑装置顶塑模和底塑模之间的两种不同的可成型材料制成模塑制品。该示例中，将第一可成型材料选作基准材料。因此，用第一可成型材料的功率因数来计算其模塑时间(即第一可成型材料达到其模塑温度所需的时间)。

然后用第一可成型材料的所述模塑时间计算第二可成型材料的所需功率因数。第二可成型材料的所需功率因数为使第二可成型材料在与第一可成型材料达到其模塑温度的基本相同的时间达到模塑温度的功率因数。通过使两类可成型材料的模塑时间相同，可在同一加热或模塑周期内生成所述模塑制品。

还用第一可成型材料的模塑时间来计算所述顶塑模和底塑模所需的功率因数。在该示例中，选择所述顶塑模和底塑模的温度，以使所述模塑制品在所有通过的路径上固化(cure all the way through)。因此，所述顶塑模所需的功率因数为容许与第一可成型材料接触的所述顶塑模表面，以在所述加热周期结束时达到基本上与第一可成型材料模塑温度相同的温度的功率因数。同样，所述底塑模所需的功率因数为容许与第二可成型材料接触的所述底塑模表面，以在所述加热周期结束时达到基本上与第二可成型材料模塑温度相同的温度的功率因数。或者，对于包括泡沫材料的可成型材料来说，与该材料接触的所述塑模温度可更低，从而在所述模塑制品表面形成硬化表层(hardened skin)。

然后，分别调节第二可成型材料、所述顶塑模和底塑模的功率因数，以与其各自所需的功率因数相匹配。对于所述各材料来说，通过选择添加剂，计算与所述材料混合以使所述功率因数基本上与所需的功率因数相匹配的所述添加剂的用量，然后将计算量的添加剂与所述材料混合来调节所述功率因数。最后，将第一和第二可成型材料放入所述传递模塑装置的顶塑模和底塑模之间。操作中，经由第一和第二可成型材料施加交变介电场，以将它们流动到一起并彼此结合，从而形成所述模塑制品。

通常，可使用本发明所述方法来制备模塑制品，其中将不同可成型材料置于不同层(即各可成型材料构成所述模塑制品不同的层)。或者，可使用所述方法来制备将所述不同可成型材料混在一起的模塑制品。此外，还可使用所述方法来制备带不同层的模塑制品，其中一层或多层包含不同可成型材料的共混物。

有益地，本发明所述方法可在单一加热或模塑周期内由不同的可成型材料制备模塑制品，以大大减少与模塑制品生产相关的加工时间和费用。另外，可用所述方法由不同可成型材料的共混物来制备模塑制品，以制备具有改良物理性能的具有新化学组成的模塑制品产品。

附图简述

下面将在发明详细内容中参考构成本发明一部分的附图更详尽地描述本发明所述的方法，其中：

图1为传递模塑装置图，其中在用于根据本发明方法制备模塑制品的装置的顶塑模和底塑模之间放有两种不同的可成型材料(两者都为非泡沫材料)；

图2为传递模塑装置图，其中在用于根据本发明方法制备模塑制品的装置的隔膜(diaphragm)和底塑模之间放有两种不同的可成型材料(一种泡沫材料和一种非泡沫材料)；

图3为根据本发明第一个实施例的各隔膜、泡沫塑料材料、橡胶材料和底塑模的温度(T)对功率因数(pf)的关系图；

图4为根据本发明第一个实施例的各隔膜、泡沫塑料材料、橡胶材料和底塑模的温度(T)对相对介电常数(ε)的关系图；

图5为根据本发明第一个实施例的各隔膜、泡沫塑料材料、橡胶材料和底塑模的温度(T)对比热(h)的关系图；

图6为根据本发明第二个实施例与硅橡胶3112混合的添加剂CyastatSN的百分比对功率因数当量(pf_eq)的关系图；和

图7为根据本发明第二个实施例的功率因数当量(power factorequivalent pf_eq)对与硅橡胶3112混合的添加剂Cyastat SN的百分比的关系图。

发明详述

本发明涉及一种在单一加热或模塑周期内由具有不同模塑温度的两种或多种不同可成型材料制备模塑制品的方法。根据该方法，将一种所述可成型材料选作基准材料，并对其他可成型材料进行改性，以使所述所有可成型材料基本上同时达到其各自的模塑温度。然后将所述可成型材料放入传递模塑装置中，在其中经由所述可成型材料施加交变介电场，以生成所述模塑制品。本领域技术人员应当清楚，本发明所述方法可用于生产各种可供不同行业使用的不同类型模塑制品。

如本文所述，术语“可成型材料”是指任何能够受热，并由此可在传递模塑装置的塑模内形成规定形状的材料，其包括但不限于热塑性塑料和热固性塑料。适用作可成型材料的热塑性塑料的实例包括ABS、缩醛(acetal)、丙烯酸类(acrylic)(有机玻璃)、丙烯酸甲基酯、聚酰胺(尼龙)、聚碳酸酯、聚酯、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、乙烯-乙烯醇共聚物、乙烯丙烯酸甲酯、聚氯乙烯(PVC)、增塑溶胶、聚偏二氟乙烯、surlyn ionomeror、热塑性聚氨酯和热塑性烯烃。适用作可成型材料的热固性塑料例如包括丙烯酸类、环氧树脂、酚醛树脂、聚酯、密胺甲醛、复合材料和橡胶。当然，其他热塑性和热固性塑料也可用于本发明。应当清楚，某些可成型材料的极性是不够的，因此，可混入一种或多种极性添加剂，以获得所需的极性(其实际上使得任何可成型材料可通过本发明方法进行模塑)。

对于某一类模塑制品来说，也许希望在可成型材料中混入发泡剂和/或交联剂，以生成泡沫材料。适用作可成型材料的泡沫材料的实例包括交联的PE-EVA泡沫、PVC泡沫、乙烯腈泡沫(vinyl nitrile foam)和氯丁橡胶泡沫。当然，其他泡沫材料也可用于本发明。

应当清楚，前述各可成型材料都具有相应的模塑温度和模塑时间。如本文所述，术语“模塑温度”是指可成型材料加热到的、可在传递模塑装置的塑模内形成规定形状的温度。例如，热塑性塑料的模塑温度通常为其熔融温度，且热固性塑料的模塑温度通常为其固化温度。另外，泡沫材料的模塑温度通常为该泡沫材料发泡和/或交联的温度。此外，本文所用的术语“模塑时间”是指可成型材料达到其模塑温度所需的时间量(如下所述，其可通过调节所述可成型材料的功率因数来改变)。

参考图1，将参考通常指定为数字10的传递模塑装置图来描述本发明的方法，其可用于由非泡沫材料制造模塑制品(可以看出，如下文所述，将参考图2来描述用于由泡沫材料制造模塑制品的装置)。传递模塑装置10包括顶电极12和底电极14，两者都与可操作的电磁能源相连接(未显示)，以在所述电极间生成交变电场。可在1MHz到500MHz的频率产生该交变电场，优选在10MHz到100MHz产生，且最优选在26MHz或40MHz产生。装置10中还包括顶塑模16和底塑模18，两者一起限定位于其中的模腔。

在所述示例中，在所述模腔内放入第一可成型材料20和第二可成型材料22(两者都包含非泡沫材料)，由此第一可成型材料20与顶塑模16的底面接触，且第二可成型材料22与底塑模18的顶面接触。当然，应当清楚所述模腔内还可放入多于两种可成型材料。操作中，经由第一和第二可成型材料20和22施加交变介电场，由此使它们流动到一起并彼此结合，从而形成所述模塑制品。

仍参考图1，可以看出在顶电极12和底电极14之间有四层材料，即顶塑模16(层1)、第一可成型材料20(层2)、第二可成型材料22(层3)和底塑模18(层4)。根据这四层材料可确定下列一般式(其在下文中用于描述本发明的方法)。应当清楚，这些方程式中下标i表示所述特定材料的层号(即下标1表示顶塑模16(层1)、下标2表示第一可成型材料20(层2)、下标3表示第二可成型材料22(层3)和下标4表示底塑模18(层4))。

首先，可由下述方程式表示各材料层的电容：