[发明专利]通过在塑化期间溶解气体在注塑成型的固体零件中生产较长纤维的方法

说明书

本公开内容涉及固体零件，以及制造固体零件的装置和方法。方法包括将玻璃纤维填充的聚合物材料引入至注塑成型机的料斗，其中玻璃纤维具有预成型长度，熔融玻璃纤维填充的聚合物材料以在塑化单元中形成熔体，使用起泡剂增压注塑成型机的塑化单元，将起泡剂溶解入熔体，将熔体注入模具型腔直到100％体积，和形成固体零件。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年9月4日提交的美国专利申请号62/214,642的权益和优先权，其由此通过引用以其全部并入本文。

背景技术

1.领域

本公开内容涉及利用改进的发泡注塑成型过程生产固体零件的方法；具体地涉及利用改进的发泡注塑成型过程生产具有较长纤维的固体零件的装置和方法；并且更具体地涉及通过利用产生较长纤维的改进的发泡注塑成型过程的装置和/或方法生产的固体零件。

2.相关技术

形成的聚合物零件(例如，汽车零件)期望重量较轻而不降低零件的机械或物理性质。然而，使用长玻璃纤维填充的材料的注塑成型通常导致大量纤维断裂以及机械性质比如强度、刚度、和抗冲击性的本征损耗。泡沫注塑成型可以提供与通过其它方法形成的零件比较更轻重量的零件，但是使用长玻璃纤维填充的材料的泡沫注塑成型还通常导致大量纤维断裂以及机械性质比如强度、刚度、和抗冲击性的本征损耗。

更具体地，长玻璃填充的材料的加工是复杂的过程，其中硬件和加工参数对最小化在材料塑化期间的纤维断裂是至关重要的。熟知如果使用适当的工具指南，则大多数纤维断裂在塑化期间在筒/螺杆中发生。经常可以通过使用非常温和的塑化设置——其导致较长的周期时间——或通过利用特殊的器材比如特殊的长纤维增强热塑性材料螺杆或预热处理来减少纤维断裂。所有这些措施减小操作窗口并且增加总体零件成本，因而降低长纤维增强热塑性材料竞争力。将气体溶解入聚合物熔体被用于使得产物能够发泡。为了实现这个目标，需要熔体和气体的良好均质化，但是现有技术水平需要使用苛刻的混合条件，导致较严重的纤维断裂。

因而，本领域对如下存在需要：固体零件、用于制造固体零件的装置、和用于制造固体零件的方法，所述固体零件由具有有限断裂的玻璃纤维的纤维填充的材料制成以便最大化机械性能。

发明内容

根据本公开内容的一方面，提供了制造固体零件的方法，其中固体零件中玻璃纤维的成型后长度大于在未增压塑化单元的情况下制造的类似尺寸的固体零件中玻璃纤维的成型后长度，方法包括将玻璃纤维填充的聚合物材料引入至注塑成型机的料斗，其中玻璃纤维具有预成型长度，熔融玻璃纤维填充的聚合物材料以在塑化单元中形成熔体，使用起泡剂增压注塑成型机的塑化单元，将起泡剂溶解入熔体，将熔体注入模具型腔(moldcavity)直到100％体积，和形成固体零件。

方法可以进一步包括在将熔体注入模具型腔后给模具型腔施加保压压力。方法可以进一步在将熔体注入模具型腔后给模具型腔施加保压压力以限制溶解的起泡剂膨胀，并且限制在固体零件中形成泡沫。在一方面，固体零件中玻璃纤维的成型后长度大于在未使用描述的气体溶解的情况下制造的类似尺寸的固体零件中玻璃纤维的成型后长度。起泡剂可以是气态起泡剂。起泡剂可以是来自氮气、氧气、二氧化碳气体的至少一种，和包括前述中的至少一种的组合。聚合物材料可以是来自聚碳酸酯、聚丙烯、聚芳酯、聚酯、聚苯醚、聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚醚、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氯乙烯、聚硅氧烷的至少一种，和包括前述中的至少一种的组合。

根据本公开内容的另一方面，配置为生产固体零件的注塑成型装置包括料斗，其配置为引入玻璃纤维填充的聚合物材料，其中玻璃纤维具有预成型长度；塑化单元，其配置为熔融玻璃纤维填充的聚合物材料以形成熔体；气体源，其配置为使用起泡剂增压注塑成型装置的塑化单元；和塑化单元，其进一步配置为将熔体递送入模具型腔直到100％体积以形成固体零件。