用于成型薄壁产品的方法和设备以及由此制造的产品

技术领域

本发明涉及一种在模具中用塑料成型薄壁产品的方法。

背景技术

薄壁产品通常通过在模具中对塑料进行注射成型来制造。为 此，所用的材料应有相对高的熔融流动指数(Melt Flow Index， MFI)，至少应有高的熔点。如此高的MFI意味着可流动的塑料的 粘度低，因此能够流过型腔中的相对长的小尺寸流道。流道长度和 流道的最小通道高度的比例通常定义为熔融流动速率(Melt Flow Rate，MFR)。因此，高的MFR表示相对长的窄流道。原则上，用 具有高MFI的塑料，利用MFI和MFR之间存在的直接关系进行注 射成型是可能的。较高的MFR需要较高的MFI。因此，很明显， 具有低熔点，至少低MFI的塑料是不允许注射成型的，至少不能 成型薄壁塑料产品，因为成型薄壁塑料产品需要特别高的MFR。 即只有当壁相对较厚和流道相对较短地产品能用低熔点塑料注射 成型。而且，这样的方法需要相对大的闭合力和相对长的周期，这 在经济上是不利的。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种在模具中成型塑料产品的新方 法。

本发明的另一个目的在于提供一种在模具中用有相对低熔点的 塑料成型产品的方法。

本发明的另一个目的在于提供一种由塑料在模具中、在相对低 的闭合力下制造产品的方法，该方法可以获得比较短的成型周期。

根据本发明的方法，可以达到上述和更多的目的。

在根据本发明的方法中，塑料被引入型腔，其中型腔的体积同 要成型产品的体积稍有不同。只有当成型产品所必要的塑料被引入 型腔时，型腔才形成最终形状，从而使塑料移动并充满整个型腔。 这里，塑料原则上在较低压力下引入，从而较低的闭合力就足够了。 如果可能，该塑料被引入时受到的阻力将小于以传统方式用相同塑 料注射成型产品时的阻力。

在根据本发明的方法中，人们能相对快速的也即在短的制造周 期内用各种塑料成型塑料产品，并且产品具有相对小的壁厚，而且， 如果需要，产品可能将相当坚固。

在根据本发明的方法中的另一实施例中，低熔点塑料在加热状 态下被引入至少部分开口的型腔。勿庸置疑，结果是在模具的填充 通道的第一部分上，获得多个这样的流道：流道的MFR同引入塑 料的MFI相匹配。塑料被引入型腔以使模具被部分填充的期间或 之后，模具关闭，至少型腔的形状变成对应最终产品的形状，结果 塑料被进一步压入型腔。因为型腔最初只是部分填充，因此，由于 型腔打开时的型腔的整个体积大于型腔关闭成型时的最终体积，所 以形成一个填充前沿。此处，填充前沿应当理解成是型腔中引导流 体流动方向的塑料流体边缘。这样就能控制型腔的关闭，使得在填 充前沿的头部一直有一个流道，其熔融流动速率大致与所用塑料的 MFI相匹配，至少与所述MFI相等或小于所述MFI。这意味着它 将一直确保塑料在预定距离内移动，从而以简易方式完全填充型 腔。

根据本发明的方法中，所用的型腔优选是这样的：在完全封闭 状态，从塑料的每一个注射点开始，其有一个高于特别是明显高于 所用塑料的MFI的熔融流动速率，至少高于适于注射成型的塑料 的MFI。不过，当开始注射塑料时，可以对型腔的形状进行调整从 而得到适合于塑料的MFI的MFR。优选根据填充程度的增长，型 腔越来越朝所需要的最终成形方向变化。结果是，塑料持续运动， 且总使流道的当前部分或剩余部分保持一合适的MFR。

在根据本发明的方法中，优选在填满型腔期间，通过模具的各 个部分和/或型腔的各个部分的运动，塑料持续运动。这就避免了 不期望的固化现象的发生，从而，特别是当用透明塑料时，可避免 不期待的浑浊现象发生。特别对于有出的透明度和高冲击强度的 塑料，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)， 根据本发明的方法特别有用。因为在不用传统的吹塑法制造薄壁产 品的情况下，该方法也可以保持产品透明。

在更详细的描述中，根据本发明的方法尤其以权利要求5所述 方案为特征。

型腔成型部件与另一模具，至少与其冷却装置热绝缘具有如下 优点：可以延迟引入型腔的塑料的冷却，特别是直到模具部件或完 全封闭，至少型腔在最终成型中被完全充满。优选的热绝缘成型元 件的热容使其能被引入的热塑料快速加热，同时它们也能被模具的 冷却装置相对快速的冷却。在这样的方法中，加快塑料的流动效果 仍然较好，而且，对于透明塑料，透明度仍然可以保持的较好。

在另一个有利的实施例中，引入塑料时，在任意情况下封闭模 具时，至少型腔成型元件的一部分收缩，从而在模具基本封闭状态 下，型腔的体积大于最后成型产品的体积。在至少引入基本上所有 需要的塑料之后，收缩部分在型腔中移动，移动的塑料可以达到所 需要的完全填满，从而获得产品最终所需要的形状。

根据本发明的方法的另一优点是，至少可以省略大部分传统注 射成型中所需的模制后的压缩，从而简化所需要的设备，并得到较 短的生产周期。

尤其需要指出的是，在根据本发明的方法中，在塑料被引入型 腔之前先干燥，至少将存在的大部分湿气排出，从而避免湿度在型 腔中造成不期望的影响。对于透明塑料，这是特别有利的，因为较 好地避免了成型雾度(Haze)。

令人惊讶的是，已经发现，用根据本发明的方法，可以用简单 的方式制造薄壁产品，特别当制造整体铰链时。这种通常作为活动 铰链的整体铰链，有一个优点：无须必要的组装步骤就可以获得可 动构件。根据本发明的方法，用完全透明的产品也可成型这种铰链， 也就是说，能制成雾度小于5％，特别是小于3％的令人满意外表的 产品，例如，折叠包，容器及其类似物。

在另一个优选实施例中，该方法制造了至少部分是容器形状的 产品，该产品具有在内侧覆盖的标签或类似物，其将塑料产品与其 中的内装物隔开。这就防止了在使用中内装物和塑料之间接触，特 别有利的是，例如食物、药物或类似物可以储存于容器中。正如申 请中提到的，在这种方法中，再生塑料，如可以用例如再生的PE， PET，PS，及其类似物。而且，该方法体现了可以用相对经济的塑 料这一优点，如上所述，可以制造轻便但仍足够坚固的薄壁容器形 状的产品。

在另一实施例中，在容器内部有上述标签，在标签上有印刷物， 标签在正对壁的上边或在此壁上，用塑料制成的壁至少部分且最好 是完全透明，从而印刷物可从产品的外边看见。因此印刷物避免外 界影响从而得到保护，同时，在使用过程避免了塑料和内装物之间 接触。为应用标签，如可以用模内贴标技术，或者以后插入标签。 当然，印刷物位于容器内部，之后还能被例如油漆或类似物保护层 覆盖。在另一实施例中，在产品的容器形状的部分也能在两面，即 内表面和外表面上贴标签和/或印刷模制。

本发明进一步涉及模压成型的大致薄壁的塑料产品，其特征在 于权利要求18所述特征。

这样的产品具有这样的优点：所有的特殊产品都可以具有根据 现有技术不能获得的特点。因此，例如，可以用特别低的熔点例如 MFI小于18的塑料制成与设计的其他壁的尺寸相比壁厚特别小的 产品。例如，可以获得壁厚为十分之几毫米的弯曲或平的壁部件， 而另外的壁部分的外围尺寸为几厘米或更多的；且仅能用具有高 MFI的塑料获得，例如聚乙烯或聚苯乙烯塑料制造的产品。

根据本发明，可以在相对经济、方式简便的情况下用例如有冲 击强度、柔韧性好、整体铰链、水晶般透明或不透明的相对经济的 塑料制造产品，而且可以用对环境影响小的材料，如PVC。

根据本发明，可以制造一种产品，例如，用PET制造一种有至 少一个活动链、特别适合于作为储存装置的产品，例如可以作为盘 形数据CDs，CDi，CDRom，Chipcard，Simcard及其类似物的携带 物，也可用于其它物品，如纸、食物及其类似物的存储，也可作为 折叠包。

本发明进一步涉及一种根据本发明成型产品的设备或根据本发 明的方法的用途，其特征在于如权利要求27所述。

这种装置尤其能够用低熔点，至少是低MFI的塑料通过相对长 的流道即高的MFR方便地制造薄壁产品。因此，根据所选择的塑 料不同，制造的产品具有不同的特点，例如，高透明度，高冲撞强 度和高柔韧性、低成本，FDA批准的重复利用性，单层包，对低 和/或高温度的适应性及其他特性。

而且，根据本发明的方法、产品和装置还具有这样的优点：闭 合模具和保持闭合状态的闭合力相对于传统方式如通过注射成型 产品所需要的闭合力低。这就意味着，可以用相对小、轻便的设备。

附图说明

在从属权利要求中，进一步描述了根据本发明的方法、产品和 装置的其余有利的实施例。为使本发明更明确，根据本发明的方法、 产品和装置的典型实施例将参考附图详细解释。附图中：

图1示出根据本发明的一装置的侧剖视图；

图2和图3用两步示出根据图1所示的装置的用途；

图4A-C用三个步骤示出根据本发明的方法和装置的型腔填料 过程；

图5示出根据本发明的装置的另一实施例的剖视图；

图6-8示出根据本发明的储存装置的侧视图，俯视图和部分前 剖视图；

图9示出根据本发明的方法和装置制造的容器的侧视图；

图10A-C分三步示出根据本发明的装置的另一实施例的用途；

图11示出根据图10所示的装置制造的产品的透视图；

图12示出根据本发明的容器的另一个实施例；

图13A-B示出根据图12的产品的壁部分的剖视图；

图14示出根据本发明的装置的另一实施例的剖视图。

具体实施方式

在下面的描述中，相同或相应的部分用相同或相应的附图标记。 在此，用到了定义MFR，其是一种对流道，至少是最小流道中的 最小通道高度和流道长度比值的传统定义法。而且，用到了术语 MFI，其是以“可流动”的形式表示与材料相关的粘度指数，即在 一温度下，塑料至少在一定程度上可以流动。MFR和MFI在ISO 标准1133中标准化。很明显，本申请并不限于此。

图1示出根据本发明的装置1的一部分的侧剖视图，其包括一 模具2，模具2包括第一模具部件4和第二模具部件6。第二模具 部件6包括型腔10的凹模8；第一模具部件4包括型腔10的凸模 12。凸模12由成型元件14形成，其可在第一型腔部分4的腔室 16中移动。成型元件14有相对薄的壁18并中空设计，如虚线所 示，因此成型元件14的热容较低。在成型元件14周围、腔室16 高度的一部分上设置有热绝缘密封件20，第一和第二模具部件4， 6具有冷却装置22，其用具有泵24的直线示出。例如，冷却装置 22可以用传统方式设计成绕型腔10延伸的冷却通道(未示出)， 通过这些通道，冷却液可以在较低的温度下如几摄氏度下被泵送。

图1中，所示模具2处于打开状态，在接触面26之间有一距离 X，腔室16中具有将成型元件14推压到延伸位置的压力装置，如 图1所示，从而使凸模12与凹模8，至少与凹模8的底部之间有 相对小的距离H1。腔室16中的压力装置可以由例如能稍微压缩的 液体，弹性材料或类似物形成，或者是参考图5详细叙述的可控制 压力装置。腔室16中的压力装置28这样设计：当塑料30被引入 型腔10时，凸模12可以被压入腔室16，从而凸模12同凹模8之 间的距离增大，例如增大到距离H2。塑料30例如是一种PET或其 他低熔融流动指数的塑料，例如其流动指数小于18，特别是小于 12，优选约为6或更小，塑料在泵34或其他已知的注射成型方法 中所用的注射机的帮助下流经注射通道32进入型腔10，同时移动 形成元件的成型元件14，迅速将塑料的温度加热到一合适的温度， 例如对PET为约270℃，并用密封件20进行热绝缘。这避免了材 料性质的过早变化，特别是避免引起塑料30尤其是上面提到的PET 的固化或浑浊。在塑料30被引入型腔10之前，塑料30先在装置 36中干燥，例如通过适宜的预热，排出湿气38。

在塑料30作为相对稠、高粘度流体被引入型腔10之后，由于 距离H2的存在，型腔10的空间比较大，模具关闭，如图3所示。 在这种条件下，成型元件14完全进入腔室16，接触面26相互邻 接。型腔10完全充满塑料30，同时产品40成型为希望的形状。 这时，在模具部件4、冷却装置22和成型元件14之间有相对大的 接触，结果产品40得到理想的冷却，从而当完全打开时，即比图 1中的距离X更大时，可以取出产品40，模具可以为一个新的产品 制造周期作适当的准备。在填满型腔并关闭模具期间，应确保塑料 30在型腔10的各端部方向保持持续流动，以避免材料发生不期望 的过早变化。

已经发现，特别是在应用PET时，在将塑料引入模具并填充型 腔期间，使塑料保持持续流动是特别有利的，同时，在塑料引入之 前，此塑料先基本完全干燥，并在填充模具期间，型腔10的壁温 度相对较高，因为通过这种方式可以最大限度地保持塑料的清晰 度。这就为以图6-9的替换方式制造薄壁产品如聚苯乙烯、聚碳酸 酯、聚丙烯及其类似物提供了可能。

已经发现根据本发明的方法特别适于用透明塑料如PET，聚碳 酸酯等制造产品。勿庸置疑，这是单体和/或聚合链的取向的结果， 事实上，这样的塑料原则上在流体和固体形式之间有相对小的转变 范围。这种塑料有一个玻璃转化点而非玻璃转化范围，这样，模具 中的温度控制非常关键。根据本发明的方法能够控制塑料的温度从 而使之一直保持为流体状态直到型腔充满。因此，与此相应，就保 持了透明度。在相对低的压力下将塑料引入型腔的另一个优点是： 在引入塑料过程中，聚合链承受较低的负荷，从而塑料内部和最终 产品内部的应力显著降低。因此，能得到形状更稳定的产品，同时 避免了由于这种塑料表面的油渍作用引起的表面褪。塑料产品的 应力可以用紫外线验证。

图5示出根据本发明的装置的另一实施例的剖视图。在这个实 施例中，不但凸模12可以在腔室16中作为成型元件14的一部分 移动，第二成型元件14A上的凹模8也可在第二模具部件6的第二 腔室18A中移动。该实施例中，用于推压成型元件14，14A的装 置28被设计成至少一个带泵44的供应通道42，用于将压力流体 例如液压油引入腔室16，16A或将所述压力流体从腔室16，16A中排 出。通过压力流体，在每种情况下，都可精确控制两个成型元件 14，14A的反压力，从而精确控制距离H。而且，至少在图5所示 的位置内，模具部件4，6的成型元件14，14A被密封装置20，20A 热绝缘。只有当关闭模具2时，在模具部件4，6和成型元件14， 14A之间才产生热接触，用于冷却它们从而冷却产品。很明显如图 1-3和5所示，也可以进行不同部件之间的连接。

图4A-C示出在型腔10内的塑料30的流动。这些图中，塑料 30用阴影表示，型腔用矩形示意。

图4A中，模具部件之间的距离H2较大，结果，塑料30从入 口通道32经过一相对短的距离D1进入型腔10的任何一侧或至少 所有侧。流体前沿50因此位于入口32附近。

在所需要量的塑料30流入型腔10之后，供应通道32关闭，其 用一个交叉线示出。模具部件之间的距离减少为HX，结果，流体 前沿50沿离开供应通道32的方向移动，从而塑料30的整个流道 增长到D2，也即，在图4A和4B之间，塑料运动的距离为D2-D1， 减小的通道高度H。

当模具部件，至少是形成型腔10的模具部件彼此朝向移动时， 流道前沿50被压向前，直到完全充满型腔10，得到所需要的产品 厚度H1，如图4C所示。很明显，在达到如图4C所示的情况之前， 必须挤压塑料使其通过最小通道高度H1。因为这只是一个非常小 的距离，因此在每一种情况下可以得到与塑料相匹配的合适的熔流 速率。

在图6-8中示出国际专利申请PCT/NL/96/00459中公开的一种 储存装置70，其在此引作参考，可以理解此例在此并不作为限定 性参考。

根据本发明的装置70特别适宜储存和运输数据载体如CDs72。 数据载体在此是一个宽泛的概念，也可以包括其他数据携带产品， 如纸，卡，有印刷物、图片文章等的塑料。

根据本发明的储存装置70包括第一盖部件74，第二盖部件76， 以及连接两盖部件74，76的中间部件78。盖部件74，76有边缘 80，82，使得在封闭状态可以得到一封闭箱体，如图中虚线84所 示。封闭装置81，83可以保持储存装置70处于封闭状态。中间部 件78经与其成一体的链(活动链)将其两边连接到相邻盖部件74， 76上，中间部件78上有固定装置86，例如为多对夹紧指状物88 的形式，在两个夹紧指状物之间数据载体72的边可以被夹紧，如 图8所示。优选的是，指状物88可以通过脊90相互连接从而增强 夹持力。很明显，数据载体在储存装置70内可以以很多种形式如 所知的珠宝盒形式，被固定在一个或两个盖部件74，76上，至少 被封闭。实践中已知的其他夹紧手段也是有效的。

在另一个特别有利的实施例中，根据本发明如附图所示的储存 装置70，可以用一种透明的塑料如PET用上面叙述的方式制造， 从而完全保持透明度。这里，雾度例如小于5％，甚至小于3％。给 出合适的工艺参数，甚至可以获得完全透明的塑料，本领域普通技 术人员很容易确定这些参数的范围。

图9中示出了另一容器92，其形式为杯型容器94，具有通过铰 链96与之连接的盖98。铰链96整体形成，即，和容器94和盖98 是一体的。用同样的方法可以制造折叠包，例如通过将容器94设 计较低，同时用传统方式设置可整体形成的封闭装置，用于锁定包 装在折叠包中的产品。

根据本发明的方法中，如用到根据图9所示的容器92，不同部 分可获得不同程度的透明度，如通过快速冷却模具的盖部件98， 使该部件略带乳白，且透明度降低以及不透明。甚至对模具成型 元件的不同表面部分给出不同的冷却速率也是可能的，例如能在一 个相对透明的表面形成一个作为整体部件不太透明的图案，而无须 另外的粗加工，尽管经过粗加工也是可以的。

图10A-C示出根据本发明另一实施例的装置1的侧视图，其为 根据本发明的方法用到的三个连续步骤。同样的部件用相同的参考 数字。

图10A示出打开状态的模具1。下部模具部件6包括型腔10 的凹模8；上部模具部件4包括部分由滑件13限定的凸模12，滑 件13可沿固定部件12A滑动。在所示实施例中，滑件连接到连杆 28A和示意性画出的活塞缸组件28B上。当然，可以采用如前面所 述的任何其它合适的方式移动滑件13。如图10A所示，当模具1 打开时，滑件13收回，即朝上部模具部件4移动，离开凹模8。

图10B中，模具部件4，6互相朝对方移动，从而型腔10关闭， 滑件13处于收回状态，型腔10的体积大于将要制成的成型产品的 体积。在滑件13的自由端和凹模8的相对底面之间的距离H2较大。 这时，塑料经供应通道32进入型腔10。塑料的量调整到同最终形 成的产品例如图11所示的容器92的体积相同。

如图10C所示，塑料引入型腔10之后，滑件13进一步向型腔 10的凹模8内移动，滑件13的自由端和凹模8底面之间的距离H 同预定的壁厚相同，结果，在如上所示的方式中，塑料移动，从而 型腔10被完全填充，至少达到期望填充程度。

图11示出有容器形状部件93和后壁94的产品92的透视图， 其用如根据图10或14的装置制造。

图12示出根据本发明的容器形状产品92的另一个实施例，例 如，以黄油桶的形式，其包括有法兰上沿95的纵向壁94，在其内 部99可以容纳物品，例如食物：黄油或人造黄油，其他用于涂抹 的食品，药物或人体所需的物品等，或不同特性的产品。如图13A 所示，在壁94的内部99上，有一内衬97，特别是通过模内贴标 方式设置的塑料标签。标签97优选覆盖壁94的整个内部，延伸到 或延伸过纵向边沿95，从而避免壁94和内部99的容纳物之间直 接接触。壁94可以由例如无须美国食品与药品管理局(FDA)批 准的再生塑料制成，同时标签97优选适合接触食物、药物及其类 似物。此处，优选的是，壁94用透明塑料如PET制造，而在标签 97接近壁94的一边，有印刷物91，其从容器92的外边通过壁94 可以看见。另外，印刷物91也可以抵靠壁94设置，从而被覆盖物 例如标签97覆盖。

图13B示出了容器92的壁部分的侧视图，在其内表面有第一 标签97，在其外表面有第二标签97A。因此壁94两边都受保护， 同时得到一令人满意的表面。

图14示出了根据本发明的装置1的另一个实施例，其同图10 所表示的相似。在此实施例中，滑件13可在P1方向滑动，P1与P2 成直角，模具部件4，6可在P2方向彼此相对移动。一激活滑件28 作为滑件13的操作装置被设置在上部模具部件4内，可沿P3方向 滑动。在图14所示的实施例中，装置1内可形成产品92，其具有 容器状部件93和通过铰链96连接的盖98。当模具打开时(未示 出)，滑件13朝图14所示的左边最大程度移动，从而产品被推出。 此后，滑件13移回图14所示的位置，模具部件4，6互相朝对方 压紧，从而，型腔10的体积稍微大于待成型产品的体积。特别是， 对于图14中右侧示出的滑件13的自由端13E，有一空腔10A。自 由端13E和型腔的相对表面之间的距离H2大于预成型的壁厚。在 模具关闭和塑料30被引入之后，滑件28朝图14所示的下方移动。 从而，由于倾斜表面28C，28D的相互作用，滑件13朝右移动一 定距离，从而塑料压入腔室10A，自由端13E和相对表面之间的距 离减少到与所期望的底厚相对应的距离H。

例如在将模具部件4，6彼此压向对方的装置帮助下，可以使滑 件28运动，但是也能用不同的方式实现，例如通过外部手段，水 压、气压及其它。

图14所示的容器92可以是一如前所述的多媒体储存装置，但 也可以是一种具有用移动模具部件制成的部件的不同类型的装置。 很明显，作为例子提到的方法、装置、产品以及它们的部件和塑料 产品的任何组合都包含在本发明权利要求所要求保护的范围内。

根据本发明的方法和装置中，可以获得其余优点：可以用相对 低的注射压力。

本发明并不限于任何上述叙述或附图中所列举的具体实施例。 在权利要求所限定的范围内可以做出多种改变。

因此，可以结合或改变所描述的不同部件和不同实施例，如不 同的模具形状，为移动模具部件产生阻力的不同手段。一个单独的 模具也可以包括不同型腔，产品可以无铰链或有几个铰链。也可以 用其它具有相对低熔融流动指数的塑料，如PC，PON，PEN及其 它。有较高的MFI的塑料，如PP，PE及其他类似物也可以用于根 据本发明的方法，至少可以获得一部分优点。用根据本发明的方法 和装置也可以制造不同类型的产品，如盘子，家居用品，层叠元件， 同时可以用其余手段如螺杆，接合销钉，及其它整体成型的容器。 当然也可以用多种其他的装置推压可移动的成型元件。这些可移动 的成型元件可以这样设计：模具部件首先朝彼此运动，用此方式移 动每一个成型元件，如用图5所示的装置，型腔成为预定形状。显 而易见，上面叙述的方法的优点是用特别简单的方法除去型腔中的 空气。如果需要或必要，可以预先加热每一个可移动的模具部件。 根据本发明的模具中，应用了两组分方法和几个注射点。

可以理解，这些或更多可能的改变都在本发明权利要求所限定 的范围内。