專利名稱：塑料成型方法及其所使用的壓模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及塑料成型方法的改進，尤其涉及一種高質(zhì)量轉(zhuǎn)制系統(tǒng)，該系統(tǒng)適用于精密塑料模制產(chǎn)品，如存儲唱片、照相機鏡、電子設(shè)備或存儲器的部件。
在本說明書中，術(shù)語“主平面”是指空白坯件的一個平面，其上將用于模壓成型。主平面可以是，例如，一個用來制作CD-ROMs產(chǎn)品的空白坯件平面或一個用來制作精密透鏡的平面。術(shù)語“母平面”是指一個壓模平面，該平面用于將要求的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)制到空白坯件的主平面上。術(shù)語“模壓部件”是指壓模母平面上類似CD-ROM上孔的、小的凸出物。
然而，這種注塑成型方法不可避免地伴有殘余應(yīng)力和應(yīng)變的現(xiàn)象。這主要是由共同作用的流體化作用、粘性材料的冷卻及因塑料材料通常的低導(dǎo)熱性而形成的冷卻效果不均勻造成的。殘余應(yīng)力和應(yīng)變的存在將產(chǎn)生如變形和孔洞等表面缺陷。
由上述缺陷而引起的表面缺陷還包括短的裂口(cut)和連線。
在與注入端口相對的模具壁附近的空腔區(qū)域，由于與低溫的模具壁突然接觸，而高溫的塑料材料的粘性較高，因此會削弱其轉(zhuǎn)制能力。于是，在諸如電子裝置記錄用的媒體模制產(chǎn)品帶有大量精密的凹槽和/或凸峰(crest)的情況下，通常很難精確地獲得預(yù)期的凹槽和/或凸峰。
在同樣的空腔區(qū)域，因為上述的溫度差距，會產(chǎn)生不同粘性的塑料材料層，這種溫度差距產(chǎn)生一種高定向的塑料材料層。這導(dǎo)致雙折射和折射局部的變化，引起模制產(chǎn)品光學(xué)特性的偏移。當(dāng)該模制產(chǎn)品用于光學(xué)鏡頭或類似的光學(xué)部件時，這種光學(xué)偏移將造成內(nèi)部缺陷的問題。
要試圖消除上述注塑成型中固有的表面和/或內(nèi)部的不足，可以考慮降低冷卻速度、提高塑料材料的溫度并提高注入壓力，以便獲得較高的注入速度。
為了降低冷卻速度，可以使用緩慢冷卻塑料材料并提高鑄模溫度的方法。然而，這個解決方法，還伴有一個基本問題，即注塑成型工藝的最大量問題，其能確保在短的操作時間內(nèi)進行大批量的生產(chǎn)。
根據(jù)在發(fā)明人進行的實驗研究結(jié)果證實，用提高模具溫度的方法不能得到可觀的最大量。
同樣地，發(fā)明人的實驗研究證實，用提高模制壓力的方法不能得到可觀的最大量。
更主要地，在注塑成型中使用較高的操作壓力，必須采用尺寸較大的設(shè)備。由于這個原因，在零售商處進行定制生產(chǎn)是不可實行的，其通常不具有大尺寸的設(shè)備。
本發(fā)明的另一個目的是通過裝置的最小化而使在零售商處的模制產(chǎn)品定制生產(chǎn)成為可能。
按照本發(fā)明的基本方面，準(zhǔn)備一個由塑料材料制成的、具有一個主平面的空白坯件，固定空白坯件并露出的主平面，一個壓模的母平面，該母平面至少部分地由可透過紅外線的材料制成，其與空白坯件的主平面保持緊密配合，且沿朝空白坯件的方向?qū)⒓t外線照射到壓模。
由于對紅外線能量的吸收，在主平面附近區(qū)域的塑料材料的溫度升高，一方面可以降低它的粘性。另一方面，由于基本上沒有紅外線能量被吸收，壓模的溫度保持原來的溫度。
為了實施上述方法，該壓模必須是可以透過紅外線的。但是，常用的壓模非常不適合這種方法，因為它們一般是由可吸收紅外線的金屬制成。
鑒于本領(lǐng)域的這種情況，本發(fā)明的另一個目的是提供一種能很好地適合于上述塑料成型方法的壓模。
按照本發(fā)明的第二目的，至少除了壓模主平面外的其他主體部件主平面，是由可以透過紅外線的材料制成。
在本發(fā)明的壓模的一個優(yōu)選實施方案中，模壓部件被刻在壓模的主平面上。
在本發(fā)明的壓模的另一個實施方案中，模壓部件被固定到壓模的主平面。
在本發(fā)明的壓模的另一個實施方案中，主平面是由金屬圓片組成的，其一體地設(shè)有模壓部件。
在操作過程中，紅外線通過由可以透過紅外線材料制成的主體照射到空白坯件，通過吸收能量，空白坯件的主平面附近區(qū)域的溫度被升高。
其次，如圖2所示，空白坯件1被緊固在模具3上，且主平面11朝上露出。
然后，如圖3所示，準(zhǔn)備一個帶有母平面51的壓模5。這個壓模5是由可透過紅外線的材料如硒化鋅(ZnSe)、藍寶石或可透過紅外線的玻璃制成。在圖示實施方案下，壓模整體是由可透過紅外線的材料制成。但是，除了母平面的區(qū)域，壓模的其他部分可由其他材料制成。當(dāng)壓模被用于CD-ROM光盤的生產(chǎn)時，母平面帶有與光盤上的孔對應(yīng)的、小的凸出部分。
進而如圖4所示，壓模5和空白坯件1被結(jié)合在一起，母平面51與主平面11緊密配合。在保持這種狀態(tài)的同時，紅外線沿朝向空白坯件1的方向照射在壓模5上。
紅外線的光源，可以用碳的氧化物氣體激光、YAG激光或紅外線燈。按照工藝條件，適當(dāng)?shù)剡x擇紅外線的頻率，使其限定在可由高聚合體構(gòu)成的塑料材料很好吸收的頻率范圍內(nèi)。
按照本發(fā)明的第一個實施方案的壓模，如圖5所示，其中模壓部件107被刻在壓模101主體103上的母平面105之上，該壓模是由一種可透過紅外線的材料制成。
然而，這種壓模很難制造，因為模壓部件的雕刻要求很高的精確度。由于可透過紅外線的材料通常比常用壓模使用的金屬的硬度低，刻出的模壓部件容易被磨損，而與常用鑄模相比使用次數(shù)更少。所以，為了在生產(chǎn)中保持較高的精確度，必須頻繁地替換磨損了的壓模，因而使總體生產(chǎn)成本的升高。
圖6所示的實施方案可以很好地解決成本升高的問題，其中獨立的模壓部件109是通過諸如光刻(photo engraving)連接并固定在由可透過紅外線材料制成的主體103的母平面105上。這種壓模在成本上比第一實施方案的有優(yōu)越性，這是因為光刻比直接雕刻更易于操作，同時能保證生產(chǎn)中的高精確度。
另外，在除去用于某種類型的已完成的塑料成型模壓部件后，可以通過諸如光刻很容易地用于另一種的塑料成型的新模壓部件被附上。這種可能性進一步降低了生產(chǎn)成本。
在上述實施方案的條件下，壓模完全是由可透過紅外線的材料制成，結(jié)果是，必須應(yīng)用長波長的紅外線射線，這導(dǎo)致高的安裝成本。
這個成本問題可以應(yīng)用圖7所示的第三實施方案來解決，其中主體103的母平面以帶有模壓部件113的金屬圓片(wafer)111的形式出現(xiàn)。圓片的厚度有幾微米。應(yīng)用金屬圓片111可以使用波長較短的紅外線，因此降低安裝成本。厚度小使得它的熱容量很小，并確保吸收紅外線能量后能迅速、輕易地升高溫度。
工業(yè)應(yīng)用由于在靠近母平面附近區(qū)域的塑料材料粘性被降低，即使在相當(dāng)復(fù)雜的并十分精確的母平面結(jié)構(gòu)，也可預(yù)期得到高的轉(zhuǎn)制能力，因此能顯著改進模制產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的精確度。由于同樣的原因，沒有產(chǎn)生不同粘性的結(jié)構(gòu)層而減少高聚合體的不必要的方向性，并保證模制產(chǎn)品均勻的物理性能。
由于操作中沒有高溫也就不需要冷卻處理，結(jié)果也不會降低該方法固有的生產(chǎn)率。
整個制造方法可以分成兩個獨立的階段，即，生產(chǎn)空白坯件和紅外線成型。另外，在該方法中不使用高溫可以確保使用簡單的裝置。這些特點甚至可以在零售商出也能應(yīng)用該裝置。因此，當(dāng)準(zhǔn)備出不同類型的壓模后，在零售商處也能毫不困難地進行定制生產(chǎn)。
由于實質(zhì)上幾乎所有的壓模部件都是由可透過紅外線的材料制成，紅外線的能量平穩(wěn)地轉(zhuǎn)移到空白坯件上，并促進其溫度的升高。
權(quán)利要求
1.一種塑料成型方法，包括以下步驟準(zhǔn)備出一個空白坯件，該工件由塑料材料制成且?guī)в幸粋€主平面，固定所述空白坯件，并露出所述主平面，使所述空白坯件的所述主平面與壓模的母平面保持緊密配合，該母平面至少部分是由可透過紅外線的材料制成，且在朝空白坯件的方向上將紅外線照射到所述壓模上。
2.一個用于塑料成型的壓模，其特征在于所述壓模帶有一個母平面，且至少所述壓模的主體除母平面外的其他部分，是由一種可透過紅外線的材料制成。
3.如權(quán)利要求2所述的壓模，其特征在于所述壓模的母平面刻有模壓部件。
4.如權(quán)利要求2所述的壓模，其特征在于所述壓模的所述母平面固定有獨立的模壓部件。
5.如權(quán)利要求2所述的壓模，其特征在于所述母平面是由一種金屬圓片制成，該圓片上一體地設(shè)有模壓部件。
全文摘要
在塑料成型方法中，準(zhǔn)備一個由塑料材料制成并具有主平面的空白坯件，使該空白坯件保持在使主平面露出的位置，空白坯件的主平面與壓模的母平面保持緊密配合，該母平面至少部分地由可透過紅外線的材料制成，并且在朝空白坯件的方向上將紅外線照射到壓模上。在母盤和主平面附近相對較低塑料粘性，及模制產(chǎn)品均勻的物理性能，保證了高的轉(zhuǎn)制能力。
文檔編號B29C33/42GK1402666SQ00816468
公開日2003年3月12日 申請日期2000年11月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月2日
發(fā)明者黑崎晏夫 申請人:黑崎晏夫