[发明专利]铝模具的硅烷基涂层

说明书

技术领域

本发明涉及模具，具体地涉及以铝材形成并且涂覆有硅烷基(基于硅烷的，硅烷类，silane-based)涂层的模具，例如注射模制(注塑，injection molding)模具。

背景技术

以前，铝并未广泛用于器具制造，然而，由于铝特性，尤其是铝的机械特性的改善，现在已熟知铝用于器具制造。在模制中，尤其是在塑料和聚合物模制中，铝已被广泛地用于原型模具(prototyping mold)，因为制造该模具比制造钢模具更为便宜快速，另外重量轻得多，使得它们适用于原型模制(prototype molding)。

铝模具通常通过镀铬或镀镍涂覆，或者它们可被阳极化(anodized)。这些涂层防止铝模具腐蚀和磨损和开裂。此外，涂层增大模具的耐磨性。同样，PVD过程可用于沉积例如TiN、TiC等。钢仍是用于形成被设计用来大体积生产的模具的主要材料，并且钢模具通常涂覆有碳化钨或氮化硅，通常层厚为5μm至200μm。

为获得铝模具、甚至在原型模具中所必需的耐腐蚀性和耐磨性，需要提供一种高效涂层。如上所述涂层的典型涂层厚度范围从5μm到200μm，其中PVD涂层可允许有最薄涂层，尽管也是非常复杂的过程。

这些厚涂层可充当热屏障，因此可限制热通量通过模具表面，从而使热交换减慢并且延长循环时间。此外，相比模具的本体，这些涂层通常具有不同的热膨胀系数，这在模具的热应力期间，可导致例如层离或片状剥落的故障而产生界面的应力和应变。另外，如果涂层受损，则难以对表面进行修复，因为涂层既不易被修复，也不易被移除，使得模具常常被丢弃而不是被修复。

已知使用铝模具冲压，例如压印、例如纳米压印，并且已知例如根据US2005/0039618使用铝压模来转移纳米级的图案，其中铝压模具有硅烷基单分子抗粘滞涂层。然而，因为对于模具冲压过程远没有例如注射模制严酷，通常如例如US2003/0080458中所公开的，所以在采用用于模制液体材料例如PUR的铝模具时，铝模具使用刷涂或喷涂技术在模制循环之间施加抗粘滞涂层。此类技术可适合一些目的，但是，对于其他目的而言，层厚的精确度等将是不足的，此外，在模制期间，当通过刷涂或喷涂施加剥离剂时，对于确保模具紧紧闭合也是挑战。

此外，US2011/0139959公开了通过提供对模制热塑性部件有效的化学键合的硅烷基抗粘滞涂层来制备铝模具的方法。然而，甚至该硅烷基涂层对于模具而言也并未产生显著较高的使用寿命，并且要求频繁地重复涂覆模具，以确保模具的抗粘滞特性。

因此，需要有用于铝模具的改善的涂层。

发明内容

因此，本发明的目的是提供具有克服现有技术中的一个或多个缺点的涂层的模具。

根据本发明，提供了具有至少一个腔体的模具，至少一个腔体的至少一个表面是涂覆有硅烷基涂层的铝表面。模具可以至少部分地由包括至少50wt％的铝的铝材形成。优选地，腔体被配置成用于接收模制材料。在本发明的另一个方面，提供了限定至少一个腔体并且被配置成用于接收模制材料的模具。模具可以至少部分地由包括至少50wt％的铝的铝材形成。腔体的至少一个表面可以是涂覆有硅烷基涂层的铝表面。

在本发明的另一个方面，提供了制备用于注射模制的模具例如铝模具的方法。该方法包括以下步骤：提供具有至少一个表面的铝模具，使至少一个表面经受气相或液相硅烷从而形成抗粘滞(防粘连，anti-stiction)涂层，该抗粘滞涂层包括在至少一个表面上的硅烷化合物的化学键合或共价键合的单层。涂覆有抗粘滞涂层的至少一个表面可被配置成耐受在高于100Mpa压力的注射模制过程。硅烷可以是卤代硅烷。

在本发明的又一个方面，提供了具有至少一个表面的铝模具，该至少一个表面具有抗粘滞涂层。抗粘滞涂层包括在至少一个表面上的硅烷化合物的化学键合或共价键合的单层。涂覆有抗粘滞涂层的至少一个表面可被配置成耐受在高于100Mpa压力的模制过程。硅烷可以是卤代硅烷。

本发明人出乎意料地发现通过提供化学键合到模具的至少一个表面并且包括卤代硅烷的抗粘滞涂层，铝模具的抗粘滞特性在例如注射模制期间显著增加。

抗粘滞涂层的另一个优点在于没有抗粘滞涂层的残余物转移到模制物体。