一种透明件边缘强化的注射挤压一体化成型方法

摘要

本发明属于橡塑注射成型技术领域，涉及一种使用低压注射成型和边缘挤压成型制造具有边缘高强度要求的精密透明件的生产技术，具体涉及一种透明件边缘强化的注射挤压一体化成型方法。本发明综合了低压注射成型高光学质量和边缘挤压制造取向强化结构的技术优势，通过一套模具将两种工艺有机结合，利用模具的边缘挤压模块实现了局部温度控制与挤压动作等功能，完成了高分子链的强制取向与定构成型，进而达到产品的边缘强化效果，使成型出的透明件具备高透光性、高精度和边缘强化功能等优点，省去透明件的二次边缘加工、粘接及后处理等强化过程，工序简单，操作便利，缩短了产品的生产周期，降低了研制成本，提高了透明件的综合性能与服役寿命。

权利要求

1.一种透明件边缘强化的注射挤压一体化成型方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将待成型的树脂材料进行除尘和干燥处理；树脂材料包括聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、环烯烃类共聚物或聚砜的透明聚合物；

(2)加热模具至模芯表面温度接近成型树脂的玻璃化温度；

(3)将模具型腔预先扩张，使型腔的厚度大于产品设计值；

(4)树脂原料在料筒内经加热与剪切转变为熔体，将熔体计量并经热流道低压注射进模具型腔；

(5)减小模具型腔至产品设计值，压缩熔体充填整个型腔；

(6)在压缩的同时对预制型坯进行冷却；

(7)通电加热使边缘区域的温度处于树脂的玻璃化温度和熔融温度之间；

(8)驱动模具上的边缘挤压模块，挤压型坯边缘区域，使产生瞬时塑性大变形，多余材料进入边缘挤压模块中的溢料槽；

(9)以>30℃/min的速度冷却型坯的挤压区域并固化定型；

(10)模具打开，取出透明件。

2.根据权利要求1所述的一种透明件边缘强化的注射挤压一体化成型方法，其特征在于，所述步骤(1)中的除尘处理采用金属分离器和旋风除尘器，干燥处理采用鼓风干燥机或者真空干燥机。

3.根据权利要求1所述的一种透明件边缘强化的注射挤压一体化成型方法，其特征在于，所述步骤(2)中的加热模具采用油、高压水或高压蒸汽介质。

4.根据权利要求1所述的一种透明件边缘强化的注射挤压一体化成型方法，其特征在于，所述步骤(3)中通过模具型腔周边的顶出块或者动模与定模的紧密配合实现扩张型腔的封闭。

5.根据权利要求1所述的一种透明件边缘强化的注射挤压一体化成型方法，其特征在于，所述步骤(3)中模腔厚度大于产品设计值1/4以上。

6.根据权利要求1所述的一种透明件边缘强化的注射挤压一体化成型方法，其特征在于，所述步骤(6)和步骤(9)中的冷却介质采用冷水或者冷空气。

7.根据权利要求1所述的一种透明件边缘强化的注射挤压一体化成型方法，其特征在于，所述步骤(8)中模具边缘挤压模块的驱动装置为伺服电动缸或者高压油缸。

说明书

一种透明件边缘强化的注射挤压一体化成型方法

技术领域

[0001] 本发明属于橡塑注射成型技术领域，涉及一种使用低压注射成型和边缘挤压成型制造具有边缘高强度要求的精密透明件的生产技术，具体涉及一种透明件边缘强化的注射挤压一体化成型方法。

背景技术

[0002] 飞机、潜艇和高速列车等运载系统中都应用到了大量的透明件，包括了飞机的座舱透明件和潜艇的观察视窗等，这类特殊的透明件产品不仅要求观测区域的高光学质量，还要求边缘连接区域的高强度。

[0003] 边缘强化可以满足透明件边缘区域高强度的需求，有效保证了边缘连接的承载能力和透明件的安全服役。目前，国内外多采用在透明件边缘部位二次粘接复合材料来进行边缘强化，通过复合材料的组分、工艺和结构形式调控边缘的强化程度，导致透明件的加工周期长，合格率低，成本高，且所使用到的粘接剂和溶剂会造成二次环境污染，极大限制了透明件设计的灵活性和施工过程的安全性。如何简化透明件的边缘强化过程，同时兼顾透明件的高光学质量与低成本制造已成为限制新一代透明件研制的重要问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于针对现技术中存在的不足，提出一种可实现透明件边缘强化的注射挤压一体化成型方法，该方法既保证了透明件的结构完整性与良好光学质量，又明显提高了透明件的边缘强度。

[0005] 为实现本发明的目的，提供以下具体的技术方案：

[0006] (1)将待成型的树脂材料进行除尘和干燥处理；树脂材料包括聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、环烯烃类共聚物或聚砜的透明聚合物；

[0007] (2)加热模具至模芯表面温度接近树脂玻璃化温度；

[0008] (3)将模具型腔预先扩张，使型腔的厚度大于产品设计值；

[0009] (4)树脂原料在料筒内经加热与剪切转变为熔体，将熔体计量并经热流道低压注射进模具型腔；

[0010] (5)减小模具型腔至产品设计值，压缩熔体充填整个型腔；

[0011] (6)在压缩的同时对预制型坯进行冷却；

[0012] (7)通电加热使边缘区域的温度处于树脂的玻璃化温度和熔融温度之间；

[0013] (8)驱动模具上的边缘挤压模块，挤压型坯边缘区域，使产生瞬时塑性大变形，多余材料进入边缘挤压模块中的溢料槽；

[0014] (9)以>30℃/min的速度冷却型坯的挤压区域并固化定型；

[0015] (10)模具打开，取出透明件。

[0016] 所述步骤(1)中的除尘处理采用金属分离器和旋风除尘器，干燥处理采用鼓风干燥机或者真空干燥机。

[0017] 所述步骤(2)中的加热模具采用油、高压水或高压蒸汽介质。

[0018] 所述步骤(3)中通过模具型腔周边的顶出块或者动模与定模的紧密配合实现扩张型腔的封闭。

[0019] 所述步骤(3)中模腔厚度大于产品设计值1/4以上。

[0020] 所述步骤(6)和步骤(9)中的冷却介质采用冷水或者冷空气。

[0021] 所述步骤(8)中模具边缘挤压模块的驱动装置为伺服电动缸或者高压油缸。

[0022] 本发明的有益效果是：本发明综合了低压注射成型高光学质量和边缘挤压制造取向强化结构的技术优势，通过一套模具将两种工艺有机结合，利用模具的边缘挤压模块实现了局部温度控制与挤压动作等功能，完成了高分子链的强制取向与定构成型，进而达到产品的边缘强化效果，使成型出的透明件具备高透光性、高精度和边缘强化功能等优点，省去透明件的二次边缘加工、粘接及后处理等强化过程，工序简单，操作便利，缩短了产品的生产周期，降低了研制成本，提高了透明件的综合性能与服役寿命，具有经济效益与军事效益。

附图说明

[0023] 图1平板透明件边缘强化的注射挤压一体化流程图；

[0024] 图2注射挤压一体化成型的曲面透明件产品。

具体实施方式

[0025] 下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细说明。

[0026] 具体步骤如下：

[0027] (1)将待成型的树脂材料进行除尘和干燥处理；树脂材料包括聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、环烯烃类共聚物或聚砜的透明聚合物；

[0028] (2)加热模具至模芯表面温度接近树脂玻璃化温度；

[0029] (3)将模具型腔预先扩张，使型腔的厚度大于产品设计值；

[0030] (4)树脂原料在料筒内经加热与剪切转变为熔体，将熔体计量并经热流道低压注射进模具型腔；

[0031] (5)减小模具型腔至产品设计值，压缩熔体充填整个型腔；

[0032] (6)在压缩的同时对预制型坯进行冷却，以上(1)-(6)的具体实施过程可参见专利CN201410772837.8；

[0033] (7)通电加热使边缘区域的温度处于树脂的玻璃化温度和熔融温度之间；

[0034] (8)驱动模具上的边缘挤压模块，挤压型坯边缘区域，使产生瞬时塑性大变形，多余材料进入边缘挤压模块中的溢料槽；

[0035] (9)以>30℃/min的速度冷却型坯的挤压区域并固化定型；

[0036] (10)模具打开，取出透明件。

[0037] 所述步骤(1)中的除尘处理采用金属分离器和旋风除尘器，干燥处理采用鼓风干燥机或者真空干燥机。

[0038] 所述步骤(2)中的加热模具采用油、高压水或高压蒸汽介质。

[0039] 所述步骤(3)中通过模具型腔周边的顶出块或者动模与定模的紧密配合实现扩张型腔的封闭。

[0040] 所述步骤(3)中模腔厚度大于产品设计值1/4以上。

[0041] 所述步骤(6)和步骤(9)中的冷却介质采用冷水或者冷空气。

[0042] 所述步骤(8)中模具边缘挤压模块的驱动装置为伺服电动缸或者高压油缸。

[0043] 实施例1

[0044] 如图1所示，平板透明件局部强化的注射挤压一体化可以分为低压注射成型和边缘挤压成型两个阶段，具体实施如下：

[0045] (1)将待成型的聚甲基丙烯酸甲酯通过金属分离器和旋风除尘器进行除尘，通过鼓风干燥机进行干燥处理，再通过上料装置将原料运送至注塑机料斗；

[0046] (2)向模具的温度控制管路内通高压水，加热模具至模芯表面温度达到90℃(聚甲基丙烯酸甲酯的玻璃化温度为105℃)；

[0047] (3)将模具型腔进行预先扩张，使型腔的厚度比产品设计值大1/2，通过动模与定模的紧密配合封闭型腔；

[0048] (4)分段设定注射机料筒的温度在220℃～270℃，聚甲基丙烯酸甲酯在料筒内经加热与剪切转变为熔体，将熔体计量并经热流道低压注射进模具型腔；

[0049] (5)注射机动模板移动，减小模具型腔至产品设计值，压缩熔体充填整个型腔；

[0050] (6)向模具的温控管路内通20℃水，将型坯进行压缩与冷却。

[0051] (7)在型坯边缘部分的对应模具区域，通电加热使该区域的温度处于130℃～180℃之间；

[0052] (8)采用伺服电动缸驱动模具上的边缘挤压模块，快速挤压型坯的边缘加热区域，使产生瞬时塑性大变形，多余材料进入边缘挤压模块中的溢料槽；

[0053] (9)停止通电加热，再次向模具的温度控制管路内通5℃冷水，使边缘挤压区域的型坯以>30℃/min的冷却速度进行冷却定型；

[0054] (10)模具打开，将边缘强化的透明件取出。

[0055] 实施例2

[0056] 选择曲面风挡透明件开展注射挤压一体化成型，制造出的产品如图2所示，实施过程与实施例1相似，具体如下：

[0057] (1)将待成型的聚碳酸酯通过金属分离器和旋风除尘器进行除尘，通过鼓风干燥机进行干燥处理，再通过上料装置将原料运送至注塑机料斗；

[0058] (2)向模具的温度控制管路内通高压水，加热模具至模芯表面温度达到130℃(聚碳酸酯的玻璃化温度为145℃)；

[0059] (3)将模具型腔进行预先扩张，使型腔的厚度比产品设计值大1/3，通过动模模芯镶件四周的顶出块顶出封闭型腔；

[0060] (4)分段设定注射机料筒的温度在270℃～310℃，聚碳酸酯在料筒内经加热与剪切转变为熔体，将熔体计量并经热流道低压注射进模具型腔；

[0061] (5)注射机动模板移动，减小模具型腔至产品设计值，压缩熔体充填整个型腔；

[0062] (6)向模具的温控管路内通20℃水，将型坯进行压缩冷却；

[0063] (7)在型坯需要强化部分的对应模具区域，通电加热使该区域的温度处于180℃～240℃之间；

[0064] (8)采用伺服电动缸驱动模具上的边缘挤压模块，快速挤压型坯的边缘加热区域，使产生瞬时塑性大变形，多余材料进入边缘挤压模块中的溢料槽；

[0065] (9)停止通电加热，再次向模具的温度控制管路内通5℃冷水，使边缘挤压区域的型坯以>30℃/min的冷却速度冷却定型；

[0066] (10)模具打开，将边缘强化的风挡透明件取出。