專利名稱：用于注射模塑多層物品的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
相關(guān)申請的交叉引用本申請要求2001年10月18日申請的號碼為60/330397的美國在先申請的權(quán)益。
背景技術(shù)：
注射模塑機最普通的商業(yè)形式是通常所說的“往復(fù)螺桿”。在這種形式的機器中，熱塑聚合物被融化、混合，并通過螺桿被輸送，該螺桿具有一條或兩條螺紋，在一被加熱的壓力容器內(nèi)旋轉(zhuǎn)。該螺桿還能夠軸向移動，以便在螺桿的端部聚集融化了的材料。當(dāng)聚集了足夠的融化物時，該螺桿被停止，并向前移動而將融化了的材料注射進一封閉的塑模。按慣例，一止回閥位于該螺桿的下游端，用于防止在注射期間回流進入該螺桿的螺紋。
該工藝的一個改型，即通常所說的共注塑(co-injection moldig)或夾心注塑(sandwich molding)，已在商業(yè)上實施許多年了。在其最普通的實施例中，如圖1中的例子所示，共注塑是通過安裝有一個或多個增塑單元的模塑機實現(xiàn)的，所述的每一個增塑單元都包含一個往復(fù)螺桿，所述往復(fù)螺桿被封閉在不同的加熱槍筒內(nèi)。這些增塑單元的輸出被通過一集合管系統(tǒng)匯合在一起，所述集合管把幾種材料輸送到噴入塑模的噴射點。根據(jù)眾所周知的粘性流原理，進入塑模的第一種材料基本保持在模塑件的外側(cè)，后來的噴射材料基本保持在該模塑件的芯部。這導(dǎo)致“夾心”結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有幾個優(yōu)點，主要優(yōu)點是(1)使零件具有一化學(xué)發(fā)泡芯，獲得的發(fā)泡零件重量輕，壓力低，和表面平，在外表面沒有特別的斑點；(2)使用低成本再生材料，“等外(off-spec)”材料或未染色材料，這不是明顯的優(yōu)點；(3)使零件在內(nèi)外側(cè)具有不同的特性，例如具有或不具有加強纖維或其它的特性變化添加劑。
但是，這些優(yōu)點被這種機器需要兩個或多個獨立的往復(fù)螺桿所帶來的高成本和復(fù)雜性，以及同時和/或順序注射的相關(guān)控制所抵消。如在圖2的例子中所示，已經(jīng)做出許多嘗試來降低這種復(fù)雜性，即通過至少使用一個元件來完成注射功能，在一個聚集空間內(nèi)建立包含多種融化材料的合成注射。這樣的例子包括授予Kersemakers等的美國專利4978493，授予Yasuike等人的美國專利3966372，和授予Jaroschek等人的美國專利5443378。在所有這些現(xiàn)有技術(shù)的例子中，一個第二擠出螺桿及其槍筒，或多于一個，被通過一些融化-攜帶集合管結(jié)構(gòu)與基本槍筒相連通，第二注射部分通過該融化-攜帶集合管結(jié)構(gòu)充注。由于多個槍筒和螺桿驅(qū)動，這種形式的機器仍然具有缺點，包括所需部件和相關(guān)控制能力的高初始成本。
本發(fā)明人的在先美國專利申請09/850696進一步降低了多材料機器的復(fù)雜性，其中使用兩個共軸的螺桿來增塑一個槍筒空間內(nèi)的兩種材料。然而，制造一個螺桿及足夠大的中心孔的成本和復(fù)雜性，以及相關(guān)的磨損和鋼鐵強度結(jié)果，都是潛在的限制，這些限制會限制這樣的一個共軸結(jié)構(gòu)，使機器具有大的槍筒直徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種裝置，其中在一個加熱槍筒內(nèi)能夠完成夾心或共注射模塑過程，并且所利用的機器具有一個往復(fù)螺桿。這使得利用傳統(tǒng)的單一材料模塑機來完成共注射模塑過程、并且具有相對較小和低的成本費用成為可能。
本發(fā)明的進一步目的是提供一種共注塑機，其操作基本上與傳統(tǒng)的機器相同，而不需要操作以上所述的傳統(tǒng)機器所正常需要的高技術(shù)。
本發(fā)明的進一步目的是提供一種共注塑機，其中的機器比上述傳統(tǒng)的機器操作所消耗的能量更少，所占據(jù)的空間更小。
本發(fā)明的進一步目的是提供一種共注塑機，其中的機器可以從傳統(tǒng)的單一材料形式快速地轉(zhuǎn)換成一共注塑形式，并再轉(zhuǎn)換回來，而不損失原來的性能。
本發(fā)明的進一步目的是提供一種共注塑轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換不減小原機器的注射容積，壓力和速度。
本發(fā)明的進一步目的是提供一種共注塑技術(shù)，這種技術(shù)在小機器上是實際和經(jīng)濟的。
為了達到這些目的，本發(fā)明的一個實施例提供一種注射單元或槍筒(其能夠被從外部加熱)，該注射單元或槍筒封閉一個螺桿，該螺桿具有至少兩個螺紋階段或增塑區(qū)域。該螺桿可軸向地和旋轉(zhuǎn)地移動來分別增塑和注射一計量數(shù)量的熱塑材料。該螺桿具有一個中空的圓柱孔或通道，該圓柱孔或通道從該螺桿的中途一點沿螺桿的長度延伸到螺桿下游端的一開口，該圓柱孔或通道使來自基本螺紋或第一增塑區(qū)域的材料被擠進位于該螺桿前面的一個聚集空間，并與一第二增塑區(qū)域旁通。該開口優(yōu)選地設(shè)置一止回閥，用于防止材料泄漏回流到該通道。
另外，除了用于該第一增塑區(qū)域的一基本給料喉管外，在緊鄰一無螺紋屏障區(qū)域的下游設(shè)置一第二給料喉管，用于使粒狀原材料進入螺桿的下游位置(第二增塑區(qū)域)的螺紋。這樣被第二增塑區(qū)域增塑的材料被該螺桿的旋轉(zhuǎn)作用輸送經(jīng)過一第二止回閥，于是該材料經(jīng)過一開口進入該螺桿前面的一共聚空間內(nèi)。
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于融化聚合材料的裝置，該裝置具有(1)一具有一個上游端和一個下游端的槍筒；(2)一個第一材料源；(3)一第二材料源；(4)一螺桿，其具有至少一個第一增塑區(qū)域，該區(qū)域從該第一材料源沿增塑材料的螺桿的第一長度延伸，用于向該下游端輸送第一融化物，和一個第二區(qū)域，該區(qū)域從該第二材料源沿增塑材料的螺桿的第二長度延伸，用于向該下游端輸送第二融化物，其中該第一長度和第二長度是該螺桿的不重疊部分；和(5)用于分隔該第二融化物和該第一融化物的裝置。
該裝置還能夠具有(1)在槍筒中的至少一個開口，用于把該第一材料和該第二材料獨立地引入各自的第一增塑區(qū)域和第二增塑區(qū)域；(2)一通道，來自第一增塑區(qū)域的該第一融化物流經(jīng)該通道到達槍筒內(nèi)的一積聚空間；和/或(3)一個或多個止回閥，用于在該槍筒內(nèi)的一積聚空間前融化。
該裝置還可以設(shè)置成，該第一和第二融化物在一個或多個各自的開口進入槍筒內(nèi)的一積聚空間；每一個開口形成在該積聚空間內(nèi)的不同位置。進一步地，所述一個或多個各自的開口可形成在該積聚空間的大約下游端，而另外的一個或多個各自的開口可形成在該積聚空間的大約上游端。另外，在該第一融化物和第二融化物之一的一個或多個各自的開口之間可設(shè)置連接。
該裝置還可以包括(1)用于沿該槍筒的縱向軸線移動的移動裝置；和(2)該螺桿具有一長形尖端，該移動裝置使該長形尖端接近槍筒的出口，從而使經(jīng)過該尖端被輸送的材料向著該積聚空間的一上游端移動該積聚空間內(nèi)的材料。
該裝置還包括控制該第一區(qū)域和第二區(qū)域之一相對于另一個區(qū)域的增塑速率，該裝置具有(1)至少一個速率受控的托盤進料器；(2)在該通道內(nèi)的一個可變限制；(3)在螺桿和槍至少之一內(nèi)的回流通道；(4)該第一區(qū)域用至少一個第一螺紋形成，和該第二區(qū)域用至少一個第二螺紋形成，以使至少一個第一螺紋和該至少一個第二螺紋被構(gòu)形得對由于回壓的流量損失較為其它的區(qū)域更敏感；和/或(5)該第一區(qū)域被保持在一個第一溫度，和該第二區(qū)域被保持在一個第二溫度，以使該第一溫度和第二溫度之一相對于另一溫度變化。
本發(fā)明的另一目的是提供一種模塑機，其具有(1)一個第一材料源；(2)一第二材料源；(3)一螺桿，其具有至少一個第一增塑區(qū)域，該區(qū)域從該第一材料源沿增塑材料的螺桿的第一長度延伸，用于向一個第一積聚空間輸出第一融化物，和一個第二增塑區(qū)域，該區(qū)域從該第二材料源沿增塑材料的螺桿的第二長度延伸，用于向一個第二積聚空間輸出第二融化物；和(4)一個可移動屏障，用于分隔該第一積聚空間和該第二積聚空間。該模塑機還可具有移動裝置，用于沿縱向軸線移動該螺桿，以使該可移動屏障從該各個積聚空間推動該第一融化物和第二融化物。
本發(fā)明的進一步目的是提供一種生產(chǎn)模塑制品的方法，該模塑制品具有一合成結(jié)構(gòu)，該合成結(jié)構(gòu)包括一芯層和一外層，該方法具有的步驟是(a)使一個具有一縱向軸線的螺桿旋轉(zhuǎn)(1)在一個第一增塑區(qū)域融化第一材料，該增塑區(qū)域沿該螺桿的第一長度延伸，并使被融化的第一材料流經(jīng)一通道和一第一止回閥而進入該螺桿前面的一個積聚空間；和(2)同時融化在一第二增塑區(qū)域內(nèi)的第二材料，該第二增塑區(qū)域沿該螺桿的一第二長度延伸，使融化的第二材料流經(jīng)一第二止回閥進入該螺桿前面的該積聚空間，從而使該第一材料和該第二材料之一形成基本上朝向該積聚空間的后和外邊緣，因而形成一合成注射，該合成注射沿該縱向軸線向后推動該螺桿；和(b)將該合成注射注入一塑模。
本發(fā)明的另一目的是提供一種生產(chǎn)模塑制品的方法，該模塑制品具有一合成結(jié)構(gòu)，該合成結(jié)構(gòu)包括不相似的材料區(qū)域，該方法具有的步驟是(a)使一具有一縱向軸線的一螺桿旋轉(zhuǎn)(1)在一個第一增塑區(qū)域融化第一材料，該增塑區(qū)域沿該螺桿的第一長度延伸，并使被融化的第一材料流經(jīng)一通道和一第一止回閥而進入一屏障前面的一個第一積聚空間，因而沿該縱向軸線向后推動該螺桿；(2)同時融化在一第二增塑區(qū)域內(nèi)的第二材料，該第二增塑區(qū)域沿該螺桿的一第二長度延伸，使被融化的第二材料流經(jīng)一第二止回閥進入該屏障后面的一第二積聚空間；和(b)軸向移動該螺桿而注射(1)在該第一積聚空間內(nèi)的被融化的第一材料經(jīng)過一第一通道；和(2)在該第二積聚空間內(nèi)的被融化的第二材料經(jīng)過一第二通道，作為一合成注射進入一塑模。該軸向移動該螺桿而注射的步驟包括(1)同時注射該被融化的第一材料和該被融化的第二材料；或(2)順序注射該被融化的第一材料和被融化的第二材料。


圖1表示現(xiàn)有技術(shù)最慣用的的共注射，具有兩個注射槍筒和一個匯集管，該匯集管用于融化流在被注射時的匯集。
圖2表示具有一個積聚空間的現(xiàn)有技術(shù)共注射的一種形式，如美國專利5443378所教示的那樣。
圖3表示示意形式的本發(fā)明的一個實施例。
圖4圖表表示對于兩個螺紋設(shè)計的回壓和螺桿輸出之間的關(guān)系。
圖5表示具有一可調(diào)機械式限制的本發(fā)明的一個實施例。
圖6表示具有一個回流通道的本發(fā)明的一個實施例。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一個螺桿的一條具有間隙的螺紋。
圖8表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于驅(qū)動和再混合材料的靜力混合元件。
圖9表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一個爆破式(torpedo)式噴料器。
圖10表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一可移動屏障。
圖11根據(jù)本發(fā)明一個實施例的另一個可移動屏障。
圖12表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的散布孔，該散布孔圍繞該螺桿的圓周表面徑向設(shè)置。
圖13表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖12中表示的螺桿尖端的一橫截面視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明以一典型的標(biāo)準(zhǔn)注射模塑機的部件開始。這些部件包括一被加熱的圓柱形壓力容器，即槍筒10，其設(shè)置有圓柱孔12，塑性材料在該圓柱孔內(nèi)融化和積聚。該槍筒10設(shè)置有一開口，即給料喉管14，原材料通過該喉管被引入該圓柱孔12。該圓柱孔的端部或噴嘴16與該給料喉管相對，設(shè)置有一個直徑基本上成錐形減小的終端，該終端在與一塑模相通的小直徑通道出口18終止。
一標(biāo)準(zhǔn)的注射模塑機進一步設(shè)置有一注射壓盤20，該注射壓盤安裝在一導(dǎo)軌上并利用液壓缸22在一直線方向移動。該壓盤20還包括用于一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動23的安裝點，典型的所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動是一個在低旋轉(zhuǎn)速度下具有高扭矩液壓或電馬達。
如圖3中所示，本發(fā)明的一個實施例脫離了標(biāo)準(zhǔn)注射模塑機的形式，其中槍筒10設(shè)置有一第二給料喉管24。一螺桿26具有至少兩條外螺紋或螺紋28，30，用于從兩個給料喉管14，24向槍筒10內(nèi)輸送材料并把材料轉(zhuǎn)化成液態(tài)形式。設(shè)置有分隔裝置，一孔或通道32和一開口34，使被融化材料排出到該螺紋28，30的下游端和在該螺桿26的前端積聚。還設(shè)置有另外的裝置用于防止發(fā)生回流；為了防止這樣積聚的材料重新進入該螺紋部分。該功能的最普通實施例是一環(huán)形阻止閥36或一球形交叉閥38。
特別地，該螺桿26設(shè)置有一個圓柱孔或通道32，該孔或通道傳輸來自該基本螺紋部分或第一增塑區(qū)域40的融化物，使該融化物經(jīng)過該第二螺紋部分或第二增塑區(qū)域42，通過在該螺桿26的尖端46的一開口44并進入該共同積聚空間48。該開口44設(shè)置有一止回閥，例如一球形阻止閥38。當(dāng)融化物被這樣積聚時，通過該注射壓盤20的向后運動，能使該共同積聚空間48的容積被增大。
同時地或順序地，該第二螺紋部分或第二增塑區(qū)域42輸送來自在本區(qū)域螺紋30的融化物，使該融化物經(jīng)過一個位于該螺桿26和該槍筒10之間的開口34，并進入已經(jīng)流出該通道32的融化物的邊緣。該開口34設(shè)置有一個止回閥，例如一環(huán)形阻止閥36。
在該螺桿36的增塑區(qū)域40，42之間，一個屏障49阻止在該第一增塑區(qū)域40的融化物繼續(xù)沿著該槍筒10去與在第二增塑區(qū)域42的融化物混合。相反地，該屏障49引導(dǎo)在該第一增塑區(qū)域42的融化物進入該通道32。
在本發(fā)明的一個實施例中，該屏障49是該螺桿26的一個沒有螺紋的部分，該部分具有的直徑大約等于該槍筒的內(nèi)部直徑。在該實施例中，該屏障49被設(shè)置得緊鄰該通道32的入口的下游處。
該螺桿的向后的軸向運動是通過融化物的積聚產(chǎn)生的，該融化物來自圓柱形通道26的開口44和/或來自位于該螺桿26和該第二增塑區(qū)域下游槍筒10之間的開口34。
用這種方式在該積聚空間48內(nèi)形成了融化的熱塑材料層。該積聚的融化物然后被利用液壓缸22注射進一封閉的塑模。最靠近該積聚空間48的出口18的材料將首先進入該塑模，并且將面對該塑模的表面開始冷卻。離該出口最遠的材料將隨后進入該塑模并將變成物品或零件的芯部。采用這種方式，被模塑的零件包含了一個芯部，該芯部的成分不同于零件的表面成分。
另外，加熱元件(未示出)，典型地是電的，在該槍筒的外面可以升高該槍筒的溫度，以便達到融化所述材料的理想條件。在一個實施例中，在各個增塑區(qū)域40，42的周圍可以保持不同的溫度，這對于各個融化材料的不同特性特別有用。
實驗已經(jīng)證明，利用所述螺桿26上的一長形尖端46，能夠消除微量的芯部材料對所模制零件外表面的污染。在一個擠出循環(huán)的開始，當(dāng)螺桿充分地向前時，該長形尖端46的端部幾乎與該機器噴嘴16的后面50接觸。因此，當(dāng)表面材料被擠出該長形尖端46時，被保持在該槍筒內(nèi)的任何微量的芯部材料被向后向著該積聚空間48的后部推壓。隨后芯部材料的擠出進入該積聚空間48的上游端將在該兩種材料的界面產(chǎn)生一凹形。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)所述材料被注射時，這樣的凹形界面在所述材料間產(chǎn)生一比較突然的和限定的轉(zhuǎn)變，有效地最大化了芯部材料對外表材料的比率。
在該發(fā)明的實際申請中，常常希望在完成的零件中控制這兩種材料的相對含量。通過使用一個或多個以下機構(gòu)，通過控制兩種材料在各自的螺桿螺紋區(qū)域40，42中被增塑的速率，可以完成上述相對含量的控制。
通過設(shè)置一個可控速率給料器52能夠減小一個螺桿的融化速率，所述給料器通常被稱為“給料不足(starve)給料器”或“托盤給料器”，其被設(shè)置在給料喉管14，24之一上或之兩個上。這種裝置一般使用一個由一調(diào)速電機56驅(qū)動的螺旋給料器(augur)54，其只允許一減少量的粒狀原材料進入所述增塑區(qū)域40，42的螺桿螺紋。與最慣用的粒狀材料溢出所述增塑區(qū)域40，42的螺桿螺紋的做法相反，可控速率給料器52允許所述螺桿26在螺紋被部分充注下工作，并減小所述增塑區(qū)域40，42的輸出。
例如，正如圖5中所示，能夠被使用的另外一個機構(gòu)是一個位于出口或通道32內(nèi)的可調(diào)整的機械約束件110，其可設(shè)置在一個或多個增塑區(qū)域40，42。該可調(diào)整的機械約束件110可以是一個如圖5所示的針閥。放置這樣的針閥的一個優(yōu)選位置是在所述圓柱形孔道32內(nèi)。
例如，如在圖6中所示，能夠被用于控制流動速率的另外一個機構(gòu)是一個回流通道112，該通道連接所述增塑區(qū)域40，42的螺桿螺紋的一個下游點和同一個增塑區(qū)域的一個上游點。這樣的一個通道112可以是所述螺桿26本身內(nèi)的一個鏜孔，或可形成在槍筒的壁內(nèi)。在該通道112兩端之間的壓差將使材料從高壓下游處流回和重新進入上游端的增塑區(qū)域40，42的螺桿螺紋。該通道112可選擇地設(shè)置一個如上所述的可調(diào)整約束件。
控制流動速率的再另外一個機構(gòu)是設(shè)計所述增塑區(qū)域40，42之一中的螺紋，使該被設(shè)計的螺紋對于因壓力變化引起的沿螺紋的回流比另外的螺紋更為敏感。例如在圖7中所示，上述功能可被這樣實現(xiàn)，即在該連續(xù)的螺紋中設(shè)置間隙或槽120，或在螺紋的一部分或全部長度上增加螺紋和槍筒壁之間的空間。在這樣的情況下，如圖4所示，這樣改進的所述增塑部分或區(qū)域的輸出將在螺桿旋轉(zhuǎn)130期間較高的回壓下比較快速地減小，并且通過改變回壓可以達到不同的輸出速率。
保證在一定的回壓范圍下具有一個比較穩(wěn)定的輸出的手段，是設(shè)置平行于螺桿柄方向的進給區(qū)域槽。這種槽可以在該槍筒10內(nèi)的內(nèi)側(cè)表面上形成，并提供一沿該槍筒的在平行方向的小溝，以使塑料不隨該螺桿26旋轉(zhuǎn)。這樣的旋轉(zhuǎn)能導(dǎo)致所述融化材料的不穩(wěn)定的間歇旋轉(zhuǎn)滑移。通過在一個螺紋部分上設(shè)置一較長的計量部分，也能增強壓力穩(wěn)定性。
控制該螺紋部分的相對輸出量的再一個手段是，通過控制該槍筒周圍的溫度來調(diào)整它們的各自的溫度。對大多數(shù)材料而言，槍筒溫度的變化將影響其增塑速率，這主要是通過融化物相對于該槍筒10和螺桿26的粘性和附著力的變化影響的。
特別是在傳統(tǒng)機器改型的情況下，常希望在與傳統(tǒng)機器的原螺桿一樣長的槍筒長度內(nèi)安裝該兩階螺桿10，典型地其具有的長度/直徑比率(L/D)是20∶1。由于兩個全融化階段(增塑區(qū)域)必須存在于原來被一個融化階段占據(jù)的長度上，所以在較小的距離內(nèi)必須完成更多的融化。然而，由于在兩個階段的同時融化，任一個階段都不能融化用于注射的充足量，所以在每個單獨的階段的每轉(zhuǎn)的輸出量就可被減小，而在恢復(fù)時間不產(chǎn)生負(fù)影響。
在一個短的螺桿內(nèi)獲得好的融化質(zhì)量的技術(shù)有許多。特別地，這樣的后繼市場螺桿公司，如Spirex Corporation of Youngstown，ohio，WestlandCorporation of Wichita，Kansas，和Xaloy Corporation of Pulaski，Virginia，已經(jīng)完成了有孔(vented)兩階20∶1螺桿的工作。這些公司使用的一項技術(shù)是減小所述螺桿的螺紋螺距，在相同的螺桿長度內(nèi)產(chǎn)生較長的總?cè)诨窂?。第二種技術(shù)是增加螺紋的深度。當(dāng)與前面的技術(shù)組合時，產(chǎn)生的融化通道的形狀類似于一個較小的全長螺桿的融化通道的形狀。
在一個較短的螺桿內(nèi)改進融化質(zhì)量的另一項技術(shù)，是在輸出速率損失的情況下，增加混合元件。存在許多混合幾何結(jié)構(gòu)，所有的混合幾何結(jié)構(gòu)都是針對通過分離和組合融化流而增加分布混合或通過局部化的高剪切區(qū)域來增加分布混合。如在上段中所述，允許高程度回流的螺桿設(shè)計，也會改進剪切的增加和比較徹底的融化。
在上游階段的情況下，在該第一增塑區(qū)域40和通向該積聚空間48的開口44之間的孔或通道32，可被用于融化調(diào)節(jié)。特別地，該通道32可以設(shè)置有靜力混合元件140，該元件在推動融化流時驅(qū)動該融化流和對其重新組合，例如在圖8中所示。另外，“爆破式”式噴料器150被設(shè)置在該通道32內(nèi)，用于提供局部化的剪切加熱和分布混合，例如在圖9中所示。用于融化的其它加熱也可通過該槍筒壁被導(dǎo)入，以便進一步改進均質(zhì)融化。
本發(fā)明根據(jù)注射模塑已得到基本的描述。然而，由于往復(fù)螺桿可被用于其它場合，例如象注射吹模和擠出吹模，所以本發(fā)明也可適用于這樣的場合。
根據(jù)一個包括一往復(fù)螺桿的實施例，本發(fā)明已經(jīng)得到了描述。把相同的發(fā)明使用在這樣的一個實施例中也是可能的，在這樣的實施例中，該螺桿是被軸向固定的，例如象在一個擠出壓力的作用下。
另外，根據(jù)一個包括一液壓機的實施例，本發(fā)明已經(jīng)得到了描述。對于注射功能是由滾珠絲杠，線性電機，或其它代替該液壓缸22的非液壓裝置完成的機器來說，本發(fā)明應(yīng)用于這些機器是等同應(yīng)用。
本發(fā)明已經(jīng)根據(jù)這樣的一個實施例得以描述，在該實施例中，該基本(上游)的螺紋部分或第一增塑區(qū)域40產(chǎn)生被完成物品的外表材料和該下游螺紋部分或第二增塑區(qū)域42產(chǎn)生該物品芯部材料。通過重新定向進入該積聚空間的各融化流，即，使上述結(jié)構(gòu)相反，也就是說，在第二增塑區(qū)域42產(chǎn)生該外表材料。
本發(fā)明的一個實施例是通過具有兩個螺紋增塑區(qū)域40，42得到說明的。然而，在一個實施例中這樣實施本發(fā)明也是可以的，即，其中使用多于兩個的區(qū)域或部分。在這樣的一個實施例中，所述通道可以不在該螺桿的中心而把該上游部分連接到該積聚空間。
本發(fā)明已經(jīng)根據(jù)這樣的一個實施例得以描述，其中具有一個共同的積聚空間48和一個噴嘴16。通過使用在該積聚空間內(nèi)的一個可移動屏障160，來保持各材料在積聚期間的分離和甚至通過不同的噴嘴把各材料注射進塑模，也是可以的。這些融化流一旦進入了塑模，根據(jù)該塑模的設(shè)計，就可在塑模的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)內(nèi)或塑模凹腔本身內(nèi)被結(jié)合在一起。
圖10是本發(fā)明的一個實施例，表示這樣的一個可移動屏障160。該可移動屏障160位于注射槍筒164的噴嘴區(qū)域162內(nèi)，并且是中空圓柱形狀，其允許材料通過螺桿尖端166被擠出，積聚在前面的空間168內(nèi)。通過阻止閥170被擠出的其它材料保持積聚在分隔的后部空間172內(nèi)，直到通過該螺桿組件的向前運動發(fā)生位移而通過第二孔174。屏障160在注射前的位置決定于通過這兩個各自的出口，該尖端166和該第二孔174的被擠出材料量。
圖11表示在圖10中所示實施例的變型。在該實施例中，該第二孔在該可移動屏障160到達其足夠遠的向前行程前是被堵塞的。這樣保證了積聚在該前面空間168內(nèi)的所有材料在該后面空間172內(nèi)的材料被排出前已經(jīng)被充分地排出了。
圖12表示本發(fā)明的另一個實施例。可能希望，被制造的零件具有隨機多樣化的外表，例如模仿大理石或龜殼的外表。兩個或多個增塑區(qū)域的輸出可被制得從一系列交替孔182，184流入該積聚空間，所述交替孔例如徑向地圍繞該螺桿尖端186的外圓周。一組孔182可從該通道188分出支路，而另一組孔184可以在該螺桿尖端的邊緣成鋸齒狀。當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時，該材料流基本上成隨機格式積聚。
本發(fā)明已經(jīng)根據(jù)熱塑注射模塑得以描述。本發(fā)明也能用于注射模制粉末金屬，合成材料，觸變(thixotropic)金屬漿(slurries)或反應(yīng)熱固聚合物的實踐。
例1一注射模塑機具有一個45毫米的槍筒直徑，該槍筒是由FerromatikMilacron of Batavia，ohio生產(chǎn)的，該注射模塑機安裝有一槍筒和根據(jù)本發(fā)明的螺桿。一個單一給料不足式給料器安裝在下游的給料喉管。使用多種塑模，可生產(chǎn)具有12克到250重量的多層零件。在這些零件中，內(nèi)芯層的重量在總重量的10％到70％之間變化成功地使用的熱塑材料包括聚丙烯，聚乙烯，丙稀晴丁二烯苯乙烯，尼龍，氧化聚亞苯基，聚氯乙烯和聚碳酸酯。
例2在例1中的機器中，一第二給料不足式給料器被安裝到上游進料喉管。由于具有該第二給料器，所生產(chǎn)的零件具有的芯部重量比高達95％，具有的芯部材料是聚丙烯，外表材料是熱塑性人造橡膠。
例3例1中的機器安裝有圖11中所示的前端部件。使用的一個塑模具有兩個獨立的轉(zhuǎn)子，用于向一個共同空腔的不同點給料，所生產(chǎn)的零件具有的區(qū)域全部由兩種不同的材料構(gòu)成，而不是一種夾心結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明現(xiàn)在已根據(jù)特殊實施例得以描述，本發(fā)明包含了所有的改型和改進，包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的便利手段，這些都落入該說明書和權(quán)利要求的實質(zhì)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于融化聚合材料的裝置，包括一槍筒，具有一上游端和一下游端；一個第一材料源；一個第二材料源；一螺桿，其具有至少一個第一增塑區(qū)域，該區(qū)域從該第一材料源沿用于增塑材料的螺桿的第一長度延伸，用于向該下游端輸送第一融化物，和一個第二增塑區(qū)域，該區(qū)域從該第二材料源沿用于增塑材料的螺桿的第二長度延伸，用于向該下游端輸送第二融化物，其中該第一長度和第二長度是該螺桿的不重疊部分；和分隔裝置，用于分隔該第二融化物和該第一融化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括在該槍筒內(nèi)的至少一個開口，用于獨立地把該第一材料和該第二材料引入各自的該第一增塑區(qū)域和該第二增塑區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中，該分隔裝置包括一通道，來自該第一增塑區(qū)域的第一融化流經(jīng)過該通道進入一在槍筒內(nèi)的積聚空間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中，該第一融化流和第二融化流的每一種都經(jīng)過至少一個止回閥進入該槍筒內(nèi)的一個積聚空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中，該第一融化流和第二融化流的每一種在一個或多個各自的開口進入該槍筒內(nèi)的一個積聚空間；這樣的每一個開口形成在該積聚空間內(nèi)的不同位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其中，一個或多個各自的開口大約形成在該積聚空間的一下游端，并且另外的一個或多個各自的開口大約形成在該積聚空間的一上游端。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，還包括在該第一融化物和該第二融化物之一的一個或多個各自開口之間的一連接件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中，該裝置還包括移動裝置，用于沿該槍筒的一縱向軸線移動；和該螺桿還包括一長形尖端；該移動裝置使該長形尖端接近槍筒的出口，從而使經(jīng)過該長形尖端被輸送的材料向著該積聚空間的一上游端移動該積聚空間內(nèi)的材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括至少一個速率受控的托盤進料器，用于控制該第一區(qū)域和第二區(qū)域之一相對于另一個區(qū)域的增塑速率。
10.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，還包括一在該通道內(nèi)的可變約束件，用于控制該第一區(qū)域和第二區(qū)域之一相對于另一個區(qū)域的增塑速率。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括位于該螺桿和槍筒至少之一內(nèi)的一個回流通道，用于控制該第一區(qū)域和第二區(qū)域之一相對于另一個區(qū)域的增塑速率。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中該第一區(qū)域形成有至少一個第一螺紋；和該第二區(qū)域形成有至少一個第二螺紋；以使至少一個第一螺紋和至少一個第二螺紋被構(gòu)形得對由于回壓的流量損失較其它的區(qū)域更為敏感，用于控制該第一區(qū)域和第二區(qū)域之一相對于另一個區(qū)域的增塑速率。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中該第一區(qū)域被保持在一個第一溫度；和該第二區(qū)域被保持在一個第二溫度；以使該第一溫度和第二溫度之一相對于另一溫度變化，用于控制該第一區(qū)域和第二區(qū)域之一相對于另一個區(qū)域的增塑速率。
14.一種注射模塑機，其包括一個第一材料源；一個第二材料源；一螺桿，其具有至少一個第一增塑區(qū)域，該區(qū)域從該第一材料源沿增塑材料的螺桿的第一長度延伸，用于向一個第一積聚空間輸出第一融化物，和一個第二增塑區(qū)域，該區(qū)域從該第二材料源沿增塑材料的螺桿的第二長度延伸，用于向一個第二積聚空間輸出第二融化物；和一個可移動屏障，用于分隔該第一積聚空間和該第二積聚空間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的注射模塑機，其還包括移動裝置，用于沿縱向軸線移動該螺桿，以使該可移動屏障從各個所述積聚空間推動該第一融化物和第二融化物。
16.一種生產(chǎn)模塑制品的方法，該模塑制品具有一合成結(jié)構(gòu)，該合成結(jié)構(gòu)包括一芯層和一外層，該方法包括以下步驟使一個具有一縱向軸線的螺桿旋轉(zhuǎn)(1)在一個第一增塑區(qū)域融化第一材料，該增塑區(qū)域沿該螺桿的第一長度延伸，并使被融化的第一材料流經(jīng)一通道和一第一止回閥而進入該螺桿前面的一個積聚空間；和(2)同時融化在一第二增塑區(qū)域內(nèi)的第二材料，該第二增塑區(qū)域沿該螺桿的一第二長度延伸，使融化的第二材料流經(jīng)一第二止回閥進入該螺桿前面的該積聚空間，從而使該第一材料和該第二材料之一形成基本上朝向該積聚空間的后和外邊緣，因而形成一合成注射，該合成注射沿該縱向軸線向后推動該螺桿；和將該合成注射注入一塑模。
17.一種生產(chǎn)模塑制品的方法，該模塑制品具有一合成結(jié)構(gòu)，該合成結(jié)構(gòu)包括不相似的材料區(qū)域，該方法包括以下步驟使一具有一縱向軸線的一螺桿旋轉(zhuǎn)(1)在一個第一增塑區(qū)域融化第一材料，該增塑區(qū)域沿該螺桿的第一長度延伸，并使被融化的第一材料流經(jīng)一通道和一第一止回閥而進入一屏障前面的一個第一積聚空間，因而沿該縱向軸線向后推動該螺桿；和(2)同時融化在一第二增塑區(qū)域內(nèi)的第二材料，該第二增塑區(qū)域沿該螺桿的一第二長度延伸，使被融化的第二材料流經(jīng)一第二止回閥進入該屏障后面的一第二積聚空間；軸向移動該螺桿而注射(1)在該第一積聚空間內(nèi)的被融化的第一材料經(jīng)過一第一通道；和(2)在該第二積聚空間內(nèi)的被融化的第二材料經(jīng)過一第二通道，作為一合成注射進入一塑模。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中，該軸向移動該螺桿而注射的步驟還包括同時注射該被融化的第一材料和該被融化的第二材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中，該軸向移動該螺桿而注射的步驟還包括順序注射該被融化的第一材料和被融化的第二材料。
全文摘要
一種用于注射模塑兩種相容合成材料的設(shè)備，其中在一螺桿(26)上的兩個或多個增塑區(qū)域(40，42)被用于同時或順序地通過分隔的通道把這兩種材料增塑進一共同的積聚空間(48)。通過該螺桿相對于封閉它的槍筒(10)的向前的軸向運動，包括多層材料的裝料然后被注射進一封閉的塑模。一旦進入該塑模，該第一材料形成一外表層，該外表層全部或部分地包圍著其它材料。以這種方式，可在一次操作中生產(chǎn)具有多種材料特性的零件。
文檔編號B29C45/50GK1571719SQ02820673
公開日2005年1月26日 申請日期2002年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月18日
發(fā)明者J·湯普森 申請人:公共事業(yè)公司