[发明专利]塑料粘度控制方法和设备

说明书

参照的相关申请

本申请是1999年6月15日提交的、题为“在模塑操作之前控制熔融塑料的粘度方法和设备”的美国专利申请09/333,544号部分延续申请，在此援引该申请以供参考。

发明领域和背景

本发明总的涉及用聚合物进行模塑，尤其涉及一种用于通过剪切稀化和/或解开来控制各种聚合材料的粘度的新颖且实用的设备和方法，以及用于控制能够在一可防止在最佳条件下发生解开的温度上冷却的同时又结晶的聚合材料的粘度的特殊措施。例如，这是针对诸如尼龙66之类的半结晶聚合物的情况。

众所周知，对于模塑聚合材料而言，加工参数(例如，温度、压力、流率、流程等)是由高分子的缠结状态所决定的熔体粘度的直接结果。树脂“熔体指数”通常表现熔体流度的特征，并可用于确定适用于给定的模塑应用的某种树脂等级。该熔体指数是高分子链的分子量及其缠结度的函数。高熔体指数对应于高流动性树脂。模塑产品的机械性能也是其分子量特性的强大函数，高分子链越长，成品就越坚固和坚硬。不幸的是，塑料在其使用期间所需的高强度往往导致在模塑操作过程中缺乏流度，其结果是带来高操作模塑成本和模塑缺陷(熔接线、下陷痕迹(sink mark)等)。设计用来补偿这种缺乏对熔体流度的控制的一种公认的作法包括减小被模塑的高分子的分子量。虽然这样能降低粘度，显著改善流程，但往往会导致机械性质、尤其是强度和硬度的降低。此外，这种作法不能使用在那些其中模塑成品必须极小和/或薄、诸如薄壁注射成型应用之类的场合中。

树脂供应商已成功地向塑料工业提供降低粘度以便于(ease up)加工、或者通过使不同的分子量级混和来提高熔体弹性的手段。此种方案的问题在于，同样大大降低了分子量较小的聚合物的机械性能，加工者们不得不想出用于较佳的加工性能的折衷方案。

该工业应欢迎一种能降低塑料熔体的粘度而无须改变树脂的分子量、同时又能有利地降低树脂厂商不得不提供的等级数量的处理。

塑料的剪切稀化是众所周知的，实际上它用于在注射模塑的充填阶段通过加快注射柱塞的速度来降低熔体粘度。这尤其适用于薄壁注射模塑的情况中，在这种情况下，当熔体粘度保持准牛顿(quasi-Newtonian)时，需要相当大的力来充满模具。

同样众所周知的是，可在给定温度下通过增加剪切率或者增大熔体以固定振幅的振荡频率来获得剪切稀化。尤其，众所周知的是，通过由振动所引起的剪切稀化可降低塑料熔体的粘度。参见Lee的美国专利4,793,954号；J.P.Ibar的“通过在注射模塑的充填期间进行振动来降低塑料熔体的粘度”(ANTEC 1997，Toronto，SPE再版本(1997))；以及，J.P.Ibar的“通过振动控制的剪切稀化和取向的新型塑料加工方法”(1997ASME国际机械工程大会暨展览会再版本MD-Vol.79，pp 223-348，1997)。

剪切稀化不要求采用与用于通过解开来大幅度地降低粘度所需的相同的粘度降低机构。例如，参见Ibar的美国专利5,885,495号。剪切稀化是由称之为构象异构体的高分子部分之间的相互作用的网络的弹性协同度所产生的。粘度降低是瞬间的，而仅仅在振动下才会发生，即，倘若振动停止的话，则它也停止。然而，剪切稀化是有用的，并可根据本发明以本技术领域中的普通技术人员不知晓或显而易见的方式来使塑料最优化或最有利。

由振动剪切稀化所引起的粘度降低是已知的。J.P.Ibar的“通过振动控制的剪切稀化和取向的新颖塑料加工方法”(1997ASME国际机械工程大会暨展览会)中描述了一种例子。

美国专利5,885,495号中讲授了利用振动来改变模塑处理和/或模塑材料的性质的三种已知的处理：

1.机械震动/振荡或超声波振动装置，用于以宏观级或是微观级使模塑材料的密度在液化阶段或是在固化阶段均匀且增大：参见Lemelson的美国专利4,288,398号；Pendleton的美国专利3,298,065号；以及Allen等人的美国专利4,925,161号。这些专利没有直接涉及利用振动来降低熔体粘度以便提高它们在转化期间的加工性能，也没有提出利用填料(packing)振动来提高熔体弹性。