專利名稱：制造光催化過程用的模具的溶膠-凝膠方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造適于使用光催化過程形成材料的模具的溶膠-凝膠方法。
本發(fā)明還涉及拉擠成型方法、擠壓方法和模制方法，其中提供了根據(jù) 上述方法制造的模具。
具體地說，本發(fā)明涉及包括復(fù)合材料和硅氧垸類的各種材料的加工領(lǐng) 域，在這一領(lǐng)域拉擠成型、擠壓和模制是特別重要的。
背景技術(shù)：
己知通過在基于玻璃纖維、碳纖維、織物或其它材料的增強(qiáng)下結(jié)合熱 硬化的樹脂，例如聚酯或環(huán)氧化物獲得復(fù)合材料(或者增強(qiáng)塑料)。這種結(jié)合 給在廣泛的工業(yè)部門中使用的材料賦予特殊的機(jī)械強(qiáng)度性質(zhì)。
就硅氧烷類而言，有包含基于硅-氧鏈和與硅原子連接的有機(jī)官能團(tuán)的
聚合物的有機(jī)硅化合物；它們特殊特征是它們特別能抵制溫度、化學(xué)攻擊 和氧化，并且是優(yōu)異的電絕緣體。硅氧烷類可以分成許多應(yīng)用類別，包括 液體、乳液、潤滑劑、樹脂、彈性體。它們明顯具有非常寬的應(yīng)用，從粘 合劑到潤滑劑、絕緣劑和修補(bǔ)物。
已知在主要的工業(yè)過程中，并且特別是在拉擠成型(對于復(fù)合材料)、擠 壓和模制過程中，復(fù)合材料和硅氧垸類經(jīng)歷稱作聚合的交聯(lián)處理，通常通 過熱方法，特別是通過使材料與加熱的模具接觸發(fā)生聚合，在所述模具中 材料經(jīng)歷聚合和塑性變形并且獲得終產(chǎn)品的最終或半成品形狀。
在己知技術(shù)中，因?yàn)槟＞弑仨毮褪芨叩挠捎谠谛纬刹牧蠒r(shí)塑性變形應(yīng) 力引起的機(jī)械負(fù)荷、以及由于它們所進(jìn)行的重復(fù)熱聚合循環(huán)引起的熱負(fù)荷， 所以它們通常由金屬制成。
這類模具不利的特征在于特別高的質(zhì)量，因此這種由金屬制成的模具 所產(chǎn)生的困難不僅僅是無關(guān)緊要的配送(logistical)困難。此外，在金屬制造模具需要從澆鑄或者塑性變形金屬片的操作的下游 機(jī)械精加工粗片，從而獲得與所需形狀一致的模具。通常通過碾磨，或者 在某些情況中通過車削或者其它加工經(jīng)過除去切屑來進(jìn)行模具的機(jī)械加 工，并且特別是當(dāng)加工大尺寸的模具時(shí)，因?yàn)樗枰獜?fù)雜的設(shè)備，結(jié)果是 非常昂貴的。
結(jié)果，金屬模具的制造還具有它需要較長的加工時(shí)間的缺點(diǎn)，這是對 這種模具的制造成本具有不利影響的另一個(gè)因素，也反映了影響金屬制的 模具的許多缺點(diǎn)。
如前面所述，工業(yè)中許多過程需要使用模具；具體地說下面還將參照
所用的設(shè)備說明拉擠成型、擠壓和模制方法。這些已知的方法構(gòu)成了制備 和形成根據(jù)本發(fā)明方法的復(fù)合材料和硅氧烷類材料的主要但不是唯一的方 法。
拉擠成型是用來制造復(fù)合材料的操作并且是通常用于制備管道、具有 中空剖面和各種剖面的物品的制備方法，其中用催化的樹脂浸漬增強(qiáng)纖維 的連續(xù)層，然后使用"牽拉"復(fù)合材料的適當(dāng)機(jī)器使之穿過加熱的金屬模。 如此獲得然后可以切割并發(fā)送用于隨后加工的產(chǎn)品的連續(xù)生產(chǎn)線。
另一方面，擠壓方法包括進(jìn)料例如硅氧烷的要成形的材料，然后例如 通過包含例如旋轉(zhuǎn)螺桿的柱塞或連續(xù)的推進(jìn)裝置推動(dòng)所述材料通過具有重 現(xiàn)所需部分剖面的形狀的沖模。另外，在此情況下，產(chǎn)生然后要送到隨后 加工位置的通常是半成品的連續(xù)生產(chǎn)線。
另一方面，模制包括將例如硅氧烷的要模制的材料放在模具中，使其
填充模具并且接受(adopt)它的形狀。例如可以在材料處于液態(tài)下時(shí)將其注入 模具中。與材料的聚合平行進(jìn)行模具的加熱。
在每種這些方法中，通過熱作用發(fā)生聚合并且需要非常精確的時(shí)間， 在某些情況中時(shí)間可能過長。這在低的生產(chǎn)率和相對高的生產(chǎn)成本方面具 有不利的作用。
作為所述熱硬化塑料材料的方法的可選方案，用來實(shí)現(xiàn)聚合并且如果 適當(dāng)?shù)脑捊宦?lián)它們的具有可接受結(jié)果的光催化過程至少在實(shí)驗(yàn)室水平上是 已知的。
不幸地是這些方法因其內(nèi)在的困難而沒有工業(yè)化。例如，在光催化過程中， 一個(gè)明顯的困難是模具的本性必須具有明顯的光學(xué)透明性和機(jī)械及 熱機(jī)械強(qiáng)度性質(zhì)。更不用說可能需要明顯技巧的適合于特定目的的形狀。

發(fā)明內(nèi)容
在此情況下，本發(fā)明下的技術(shù)任務(wù)是提供一種能夠克服上述缺點(diǎn)的模 具的制造方法。
在該技術(shù)任務(wù)的背景中，本發(fā)明的一個(gè)重要目的是提供一種模具的制 造方法，特別是在使用這些模具的拉擠成型、擠壓和模制方法中，其能夠 降低加工時(shí)間，結(jié)果甚至是很大地增加了生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)了降低生產(chǎn)成本的 作用。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供質(zhì)量小于傳統(tǒng)金屬模具，同時(shí)保持良好的 機(jī)械和熱強(qiáng)度的模具的制造方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供消除了，或者至少是盡可能降低了對所得 模具實(shí)施機(jī)械加工的需求并因此降低了模具自身生產(chǎn)成本的模具的制造方 法。
根據(jù)一個(gè)或多個(gè)下述技術(shù)裝備，通過制造至少一個(gè)部分對紫外線透明 的模具的溶膠-凝膠方法基本上實(shí)現(xiàn)了指定的技術(shù)任務(wù)和指定的目的。
因此，下面本發(fā)明的目的包括如下所述的制造至少一個(gè)部分對紫外線 透明的模具的溶膠-凝膠方法。
本發(fā)明的主題是制造至少一個(gè)部分對紫外線透明的模具的溶膠-凝膠方 法，其包括下面的階段
a) 提供容器(l)，其是要制造的模具(2)的所述對紫外線透明的至少一個(gè) 部分(2a)的陰模(negative)，并且該容器(1)內(nèi)部限定有室(3);
所述室(3)具有至少一個(gè)第一表面(3a)，該第一表面(3a)基本上是所制 造的模具(2)的所述至少一個(gè)透明部分(2a)的相應(yīng)外表面(2b)的陰模；以及至 少一個(gè)第二表面(3b)，該第二表面(3b)基本上是所制造的模具(2)的所述至少 一個(gè)透明部分(2a)的相應(yīng)內(nèi)表面(2c)的陰模，
b) 用溶膠填充室(3),
c) 膠凝所述溶膠，得到所謂的凝膠，
d) 將所述凝膠和相應(yīng)的溶劑加熱設(shè)定的時(shí)間，由此實(shí)現(xiàn)優(yōu)選高于凝膠中存在的溶劑的臨界值的預(yù)定溫度和壓力值以及所述溶劑的蒸發(fā)，所述加 熱引起凝膠干燥，
e)通過加熱至預(yù)定溫度致密化和/或燒結(jié)干燥的凝膠，所述預(yù)定溫度優(yōu) 選高于進(jìn)行干燥階段d)的溫度，由此形成模具的所述透明部分(2a)，其具有 玻璃堅(jiān)硬度(vitreous consistency)并且至少對紫外線是透明的，所述模具適于 通過光催化合成過程形成拉擠(pultmsion)成型產(chǎn)品禾B/或擠壓(extrusion)產(chǎn)品
和/或塑料材料模制品。
在本發(fā)明的方法中，制造的模具(2)的所述至少一個(gè)透明部分(2a)的外表 面(2b)在模具(2)的操作條件下面向外部環(huán)境，并且允許紫外線通向內(nèi)部，而 模具(2)的所述至少一個(gè)透明部分(2a)的內(nèi)表面(2c)在操作條件下與要形成和 聚合的產(chǎn)品接觸。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，容器(1)可以包括至少一個(gè)限定室(3)的所述至
少一個(gè)第二表面(3b)的插入物(5)。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，所述至少一個(gè)插入物(5)可以是不能壓縮的。 在根據(jù)本發(fā)明的方法中，所述至少一個(gè)插入物(5)可以是圓柱形的。 在根據(jù)本發(fā)明的方法中，膠凝溶膠的階段d)可以包括取出所述至少一
個(gè)插入物(5)的操作。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，可以在所述膠凝階段中的預(yù)定時(shí)間取出所述
至少一個(gè)插入物(5)，以防止在形成中的凝膠內(nèi)形成裂縫。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中.，可以使所述容器(l)旋轉(zhuǎn)，從而利用作用在形
成中的凝膠上的離心力來輔助取出所述至少一個(gè)插入物(5)。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，可以使所述容器(l)軸向旋轉(zhuǎn)，從而在離心力
的作用下，溶膠接受容器的形狀，其外部邊界由所述容器的內(nèi)表面限定，
并且其內(nèi)部邊界由與離心力場垂直的等勢面限定。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，容器(1)可以具有多個(gè)插入物(5)。 在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在階段b)之前進(jìn)行下面的階段 -制備包含至少一種金屬醇鹽的水懸浮液或者水/醇懸浮液， -對上述懸浮液進(jìn)行水解，得到溶膠。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，可以在階段C)和階段d)之間包括用非質(zhì)子溶 劑置換所述溶劑的階段C')。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，可以在階段C')和階段d)之間包括將所述凝膠 放入高壓釜并且接受惰性氣體流的階段C")。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，可以在階段d)和階段e)之間包括高壓釜減壓 的階段d')，從而放出蒸氣并任選回收所述蒸氣。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，可以在階段d')和階段e)之間包括階段d"),其 中使惰性氣體流過包含所述凝膠的高壓釜。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，可以在階段d")和階段e)之間包括階段d"')， 其中冷卻所述干燥的凝膠并將其從高壓釜中取出。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在階段c')中使用的非質(zhì)子溶劑可以選自丙酮、 二噁烷和四氫呋喃。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，階段a)還可以包括在室(3)內(nèi)定位并附著至少 一個(gè)插入物(5)的操作。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，模具(2)可以是全部都對紫外線透明的。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，模具(2)可以包括至少對紫外線透明的部分(2a) 和對紫外線不透明的部分(9)。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，模具(2)可以包括至少對紫外線透明的半個(gè)模 具(2a)和對紫外線不透明的半個(gè)模具(9)。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，面向形成產(chǎn)品的所述對紫外線不透明的部分(9) 的表面(9a)可以涂有反射材料(10)。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，所述反射材料(IO)可以是鋁膜(IO)。
本發(fā)明另一個(gè)主題是拉擠成型方法，其包括下面的階段
-制備預(yù)定數(shù)量的連續(xù)纖維，
-采用根據(jù)權(quán)利要求1的步驟提供對紫外線透明的模具(2)，所述模具(2) 具有定形成使所述連續(xù)纖維塑性變形的通的空腔(4)， -用適當(dāng)?shù)膬?yōu)選熱硬化的樹脂浸漬所述連續(xù)纖維， -使所述浸漬過的連續(xù)纖維通過模具(2)， -當(dāng)所述連續(xù)纖維穿過模具(2)時(shí)通過紫外線使它們聚合。本發(fā)明的另一個(gè)主題是擠壓方法，其包括下面的階段 -制備甩于擠壓的材料，-采用根據(jù)權(quán)利要求1的步驟提供至少對紫外線透明的模具(2)，所述 模具(2)具有定形成使擠壓的材料塑性變形的通的空腔(4)， -提供迫使擠壓的材料穿過模具(2)的推進(jìn)裝置，-在模具(2)的方向上對擠壓的材料施用推進(jìn)，-迫使擠壓的材料穿過模具(2)，當(dāng)其穿過模具(2)時(shí)對擠壓的材料施加 塑性變形，-當(dāng)所述材料穿過模具(2)時(shí)，通過將材料暴露于紫外線下而使它們聚擠壓的材料可以屬于基于硅氧垸和橡膠的材料。可以向擠壓的材料中添加優(yōu)選熱硬化的催化劑，從而當(dāng)擠壓的材料暴 露于紫外線下時(shí)使其聚合。本發(fā)明的另一個(gè)主題是模制方法，其包括下面的階段-制備用于模制的材料，-采用根據(jù)權(quán)利要求1的步驟提供包含至少兩個(gè)配套部分的模具(2)， 其中至少一個(gè)是對紫外線透明的，所述模具(2)內(nèi)部限定有可以全部暴露于 紫外線下的空腔(4)，-連接模具(2)的所述部分，-在空腔(4)內(nèi)插入要模制的材料，-當(dāng)所述材料在空腔(4)內(nèi)時(shí)，通過將其暴露于紫外線下時(shí)使材料聚合。模制的材料可以屬于基于硅氧烷和橡膠的材料，或者熱硬化的材料。 優(yōu)選可以向模制的材料中添加熱硬化的催化劑，從而當(dāng)模制的材料暴 露于紫外線下時(shí)使其聚合。本發(fā)明的模制方法可以包括注?；驂耗?。


下面根據(jù)附圖，通過實(shí)施例但是非排他性地說明制備至少一個(gè)部分對紫外線透明的模具的溶膠-凝膠方法的優(yōu)選實(shí)施方案，附圖中 -圖1顯示了用于根據(jù)本發(fā)明的模具制造的容器的剖視圖， -圖2顯示了根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方案的模具的剖視圖， -圖3-5顯示了根據(jù)其它實(shí)施方案的模具的剖視圖，-圖6顯示了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案的模具的剖視圖，-圖7顯示了用于圖6中的模具制造的兩個(gè)容器的剖視圖，-圖8和9顯示了根據(jù)其它實(shí)施方案的模具的剖視圖。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明用于制造至少一個(gè)部分對紫外線透明的模具的溶膠-凝膠方法的優(yōu)選實(shí)施方案包括下面的階段a) 提供容器1 ，其具有要制造的模具2的至少一個(gè)透明部分2a的陰模 形狀，并且該容器內(nèi)部限定有室3，b) 用膠體懸浮液(溶膠)填充室3，c) 進(jìn)行溶膠的膠凝，得到所謂的凝膠，d) 在高壓釜中將凝膠和相應(yīng)的溶劑加熱設(shè)定的時(shí)間，從而達(dá)到基本上 高于所述溶劑的臨界值的預(yù)定溫度和壓力值，并且溶劑的驅(qū)出引起凝膠的 干燥，e) 通過加熱至預(yù)定溫度，優(yōu)選高于干燥階段d)中指定的溫度，來致密 化和/或燒結(jié)干燥的凝膠，由此形成至少對紫外線透明的玻璃體。通過使一種或多種包含金屬醇鹽的前體與溶劑混合，在前面的階段a') 中制備出階段b)的膠體懸浮液(溶膠)。所述溶劑可以是水或者水/醇混合物， 并且分別產(chǎn)生水懸浮液或者水/醇懸浮液。另外，優(yōu)選每種前體中的金屬是屬于元素周期表中第3、 4、 5族的元 素。通常用來形成前體的金屬是硅，并且有時(shí)是鋁。為了能夠進(jìn)行階段b)，還需要在更前面的階段a")中實(shí)施在階段a')中產(chǎn) 生的懸浮液的水解，得到溶膠。這通常通過向懸浮液中添加酸或者堿催化 劑來實(shí)現(xiàn)。所述催化劑優(yōu)選是鹽酸水溶液。還應(yīng)該指出， 一旦完成水解，在開始膠凝之前，可以向溶膠中添加在階段b)的懸浮液前體中存在的金屬氧化物的膠體懸浮液。例如，在使用包含硅的醇鹽或由硅的醇鹽構(gòu)成的前體時(shí)，可以向溶膠中添加通過混合水、 熱解二氧化硅和酸或堿制備的膠體懸浮液。這還可以調(diào)節(jié)懸浮液的pH值； 實(shí)際上已知pH是對膠凝階段，特別是該階段的持續(xù)時(shí)間和所得凝膠的強(qiáng)度 影響最大的因素。實(shí)際上實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)增加pH值引起膠凝所需的時(shí)間降 低，實(shí)現(xiàn)了幾分鐘量級(jí)的階段，并且同時(shí)它還給所得的凝膠賦予更大的強(qiáng)度，因而可以制造出較大尺寸的產(chǎn)品。詳細(xì)地說，從pH值介于3至6之間 的溶膠獲得凝膠強(qiáng)度方面改善的結(jié)果。為了增加懸浮液的pH，可以通過控 制的漸進(jìn)方式向溶液引入例如氫氧化銨。然后，可以將所得的溶膠倒入容器1中并且進(jìn)行至膠凝階段。該階段 通過使溶膠在低于4(TC的溫度下維持從幾分鐘到幾小時(shí)的時(shí)間來進(jìn)行。所 得凝膠具有凝膠狀稠度(gelatinous consistency)和多孔結(jié)構(gòu)并且將其浸在溶 劑中，特別是如前面所述的水或者水/醇混合物中。為了能夠進(jìn)行至凝膠干燥的階段d)，需要提供溶劑置換，因?yàn)樗龈?燥優(yōu)選發(fā)生在溶劑臨界溫度和壓力之上的溫度和壓力下，并且由于在高溫 下水對凝膠具有侵蝕性，當(dāng)存在過量的水時(shí)，實(shí)現(xiàn)這些壓力和溫度將對凝 膠的完整性非常有害。就此而言，在膠凝階段c)和加熱室3并干燥凝膠的 后一階段d)之間的階段c')期間，例如通過洗滌凝膠用非質(zhì)子溶劑置換室3 和凝膠孔洞中存在的溶劑。所述非質(zhì)子溶劑優(yōu)選選自丙酮、二噁垸和四氫 呋喃并且顯然在高溫下比水對凝膠侵蝕更小。將所制備的凝膠在與在如已知技術(shù)(Joseph G. Van Lierop等-US 4,806,328)中所述的超臨界條件或"準(zhǔn)超臨界"條件下討論的高壓釜溶劑提 取的規(guī)范兼容的溶劑水平下，直接放入高壓釜中。然后，當(dāng)溫度超過該質(zhì) 子溶劑的臨界溫度時(shí)，在實(shí)現(xiàn)大于非質(zhì)子溶劑臨界壓力的總壓所需的壓力 下，使凝膠接受通過惰性氣體，優(yōu)選氮?dú)獾倪M(jìn)一步階段c")。與通過在低于 臨界條件的條件下干燥獲得的凝膠相比，如此超過臨界條件具有獲得更好 地匹配所需尺寸的凝膠的優(yōu)點(diǎn)。作為可選的方法，在階段c")其間，在實(shí)現(xiàn)低于先前引入的非質(zhì)子溶劑 的臨界值的總壓和溫度所需要的，但是與在已知技術(shù)(US 5,966,832; US 5,875,564; US 5,473,826; US 5,343,633; PCT/EP 2003/014759)中所述的次臨界條件下提取的規(guī)則兼容的壓力下，使惰性氣體通過。然后，加熱凝膠；在加熱后非質(zhì)子溶劑基本上完全蒸發(fā)并且發(fā)生凝膠的干燥。隨后在階段d')中，將高壓釜減壓，隨之放出蒸氣?？梢栽谡J(rèn)為是方便 的或者需要的地方回收這些蒸氣。在隨后的階段d")中，使優(yōu)選是氮?dú)獾亩栊詺怏w流過容納凝膠的高壓釜， 從而除去殘留的痕量蒸氣。在隨后的階段d'")中，冷卻干燥的凝膠并且將其 從高壓釜中取出。為了給干燥的凝膠賦予所需的透明性質(zhì)，提供最后的燒結(jié)階段e)，其中將凝膠加熱至優(yōu)選高于進(jìn)行干燥階段d)的溫度的預(yù)定溫度 下，并且發(fā)生凝膠的玻璃化。通常通過將凝膠放入加熱爐(未顯示)中并且在 用來煅燒凝膠的也可以包含氧氣的氣氛中，將加熱爐的溫度升高至IO(TC以 上并且直至甚至90(TC來進(jìn)行所述階段e)。在所述處理后，為了消除凝膠中 的任何殘留的氫氧化物，可以引入含氯或其前體的氣體，達(dá)到IO(TC至1250 匸的溫度下。最后將加熱爐的溫度增加至90(TC至1650'C之間，如此引起 凝膠的致密化并因此引起其玻璃化，得到至少對紫外線透明的具有玻璃堅(jiān) 硬度的模具?，F(xiàn)在將說明用來實(shí)行上述方法的裝置的一些特征。如前面所述，階段a)的實(shí)施需要提供圖1中顯示的容器1，其在內(nèi)部限 定了室3。然后，將溶膠倒入室3中。有利地，室3是想要獲得的模具2的最終形狀或者最終形狀的一部分 的陰模，考慮到在膠凝階段期間對溶膠作用的逐漸收縮和隨后與干燥和致 密化和/或燒結(jié)階段相關(guān)的收縮，將其尺寸適當(dāng)放大。圖2中顯示了模具2。詳細(xì)地說，室3具有至少一個(gè)第一表面3a，它基本上是所制造的模 具2的至少一個(gè)透明部分2a的相應(yīng)外表面2b的陰模形狀；以及至少一個(gè) 第二表面3b，它基本上是所制造的模具2的至少一個(gè)透明部分2a的至少一 個(gè)相應(yīng)內(nèi)表面2c的陰模。所述內(nèi)表面2c在模具內(nèi)限定了空腔(4)，優(yōu)選是 通的空腔。關(guān)于圖2，在工作條件下，所制造的模具2的所述至少一個(gè)透明部分 2a的外表面2b面向外部環(huán)境并且允許紫外線通向內(nèi)部，而所制造的模具2 的所述至少一個(gè)透明部分2a的內(nèi)表面2c則與要形成和聚合的產(chǎn)品接觸。詳細(xì)地說，可以在模具外部提供產(chǎn)生紫外線的裝置。這些產(chǎn)生紫外線的裝置必須面向模具2，特別是透明部分2a的外表面2b。如此，在工作條 件下，紫外線將導(dǎo)向模具2，并且借助模具2對紫外線的透明性將穿過它到 達(dá)內(nèi)部空腔4。將需要成形并聚合的材料，通常是復(fù)合材料或硅氧烷適當(dāng)?shù)?引入空腔4中，借助剛才所述的產(chǎn)生的紫外線發(fā)生聚合。然后，在需要成 形并聚合的材料位于模具內(nèi)下將其暴露于紫外線下。有利地，在需要成形 并聚合的材料通過模具2的空腔4運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過使其曝光而發(fā)生聚合。但 是，可以設(shè)想為了完成聚合過程可以臨時(shí)停止需要成形并聚合的材料的流 動(dòng)。在非工作條件下，空腔4是空的并因此未填充需要成形的材料。 還可以提供連接裝置(未顯示)來將模具2固定到裝置，例如拉擠成型、擠壓或模制裝置上。出于下面將闡明的原因，制造根據(jù)本發(fā)明的模具最關(guān)鍵的操作之一是空腔4的制備。為了制備所述空腔4(例如參見圖1-5)，需要使用必須附著到容器1上， 特別是室3內(nèi)的插入物5。通常，為了制備空腔4，需要至少一個(gè)必須附著 到容器上的插入物5，以限定室3的第二表面3b。就此而言，階段a)還包 括在室3內(nèi)定位并附著插入物5的階段。根據(jù)圖1和2中所示的第一實(shí)施方案，作為一個(gè)模塊制備模具2。這種 使用前面所述的溶膠-凝膠方法制備的模具2整體對于紫外線是透明的并且 具有圓柱形的外表面2b和也是圓柱形的內(nèi)表面2c。為了制造這種模具2， 室3的第一表面3a和第二表面3b是圓柱形的。在室3內(nèi)，還安裝了插入 物5，其限定了基本上是要制造的模具2的內(nèi)表面2c的陰模的第二表面3b。 插入物5優(yōu)選是不可壓縮的，從而耐受膠凝階段期間由周圍溶膠產(chǎn)生的壓 縮力。通常，優(yōu)選使用圓柱形插入物5在模具2內(nèi)產(chǎn)生圓柱形的空腔4并由 此產(chǎn)生用于通過其的聚合材料的恒定剖面的通道。作為可選方案，可以使 用截頭圓錐形(frustoconical)的插入物5(未顯示)，它可以從凝膠中更容易除 去，但是只能在對于聚合材料的通過需要空腔4具有可變剖面的情況中使 用。按照完全相似的方法，可以獲得如圖3-5中所示以及在任何情況下根據(jù) 未顯示的其它實(shí)施方案和相應(yīng)組合的完全透明的模具2的不同實(shí)施方案。 例如，使用包含多個(gè)插入物5的容器1，可以獲得具有多個(gè)空腔4的模具2。 圖3具體顯示了在同樣多的方向上在彼此平行延伸的直線中具有三個(gè)圓柱 形空腔4的圓柱形模具2。圖4顯示了基本上具有方形剖面并且具有三個(gè)成 直線并在彼此平行的方向上延伸的矩形剖面的空腔的模具2。最后，圖5顯 示了基本上具有方形剖面并且具有四個(gè)沿著方形的邊角布置的平行圓柱形 空腔的模具2。在存在插入物5時(shí)，膠凝階段d)還提供了當(dāng)溶膠凝時(shí)從中取出插入物5 的操作。插入物5的取出已經(jīng)證明是十分復(fù)雜的操作，因?yàn)楫?dāng)從溶膠形成 凝膠時(shí)，凝膠具有"脫水收縮"階段，即形成的凝膠材料在質(zhì)心方向上"移 動(dòng)"，從而體積收縮的階段。明顯地在此情況中，任何插入物5將被具有凝 膠狀的并且不是非常強(qiáng)的稠度的形成中的凝膠緊緊抓住。因此，需要在凝 膠過度抓緊這些插入物5之前，但是無論如何不在凝膠已經(jīng)充分堅(jiān)固成能 夠支持內(nèi)部空腔4的存在之前將其除去。因此，為了避免將會(huì)危害其完整 性的不可逆地?fù)p傷凝膠，需要在精確規(guī)定的時(shí)間取出每個(gè)插入物5。為此，如在已知技術(shù)(US 6,799,442)中所述，可以使容器1旋轉(zhuǎn)，優(yōu)選 繞著將要取出的插入物5的對稱軸旋轉(zhuǎn)，從而借助作用于膠凝的溶膠上的 離心力取出所述插入物5。在另一種情況中，如在已知技術(shù)(US 4,680，045)中所述，可以完全基于 作用于溶膠上的離心力方便地制備圓柱形模具2，所述溶膠位于適當(dāng)?shù)目焖?軸向旋轉(zhuǎn)的水平圓柱形容器中。在這種布局中，體積占據(jù)了容器體積預(yù)定比例的溶膠在離心力的作用 下取得圓柱形狀，其外部邊界由所述容器的內(nèi)表面限定，并且其內(nèi)部邊界 由等勢面(equipotential surface)限定，該等勢面也是圓柱狀的，其與離心力 場垂直且存在于膠凝階段期間。上述方法和裝置可以獲得對紫外線全部透明的模具。圖2還通過標(biāo)記6 示意性地表示了紫外線的局部源。但是，有利地使用一個(gè)或多個(gè)在模具2 的整個(gè)周圍上方分布并且面向模具2的整個(gè)周圍的紫外線源6，來均勻輻照 所有要形成和聚合的材料。在另一個(gè)實(shí)施方案中，如圖6所示，模具2由兩個(gè)對紫外線都透明并 且彼此完全相同的半模具7組成，將它們準(zhǔn)確地放在一起獲得整個(gè)透明的 模具2。從圖7中可以看出，為了制造兩個(gè)半模具7，需要兩個(gè)完全相同的 容器l，每個(gè)容器內(nèi)部具有室3，其限定了基本上是所制造的半模具7的外 半圓柱形表面7a的陰模的第一半圓柱形表面8a、基本上是半模具7的內(nèi)半 圓柱形表面7b的陰模的第二半圓柱形表面8b以及在每個(gè)半模具7中允許 兩個(gè)半模具7緊密配合在一起的兩個(gè)平接觸面7c陰模形式的兩個(gè)平閉合表 面8b。有利地，在此愔況下不必在室3內(nèi)附著插入物5。但是，可以使用一個(gè)容器來連續(xù)制造兩個(gè)半模具7。根據(jù)此處未顯示的實(shí)施方案，所述方法可以拓展至制造還包括兩個(gè)以 上連接一起的透明部分2a的完全透明的模具2。如下面兩個(gè)實(shí)施方案所述，還可以制造包括使用所述溶膠-凝膠方法制 備的對紫外線透明的部分2a和對紫外線不透明的部分9的模具2?？梢允?用傳統(tǒng)的材料，例如金屬來制造對紫外線不透明的部分9并且還可以使用 加工工具來加工。此外，有利地，出于下面將說明的原因，面向要定型并 且聚合的產(chǎn)品的不透明部分9的表面9a可以涂有反射材料10。圖8顯示了包括對紫外線透明的半模具(與前面提到的透明部分2a相應(yīng)) 和對紫外線不透明的半模具9的一個(gè)具體實(shí)施方案。兩個(gè)半模具限定了用 于通過要定形和聚合的材料的空腔4。在這種結(jié)構(gòu)中，紫外線來自面向透明 半模具的一個(gè)或多個(gè)紫外線源6并且被導(dǎo)向模具2的內(nèi)部，特別是導(dǎo)向空 腔4。在圖9所示的另一個(gè)實(shí)施方案中，面向空腔4并因此在工作條件下面 向要定形和聚合的材料的不透明半模具9的內(nèi)表面9a涂覆有反射材料10， 例如鋁膜10。它可以反射任何紫外線，否則這些紫外線向著產(chǎn)品散射并因 此增加了模具2的聚合效率。還可以使用如上所述根據(jù)所述制造方法獲得的模具2，來實(shí)施便于通過 紫外線聚合工作材料的具有工業(yè)應(yīng)用的過程。特別關(guān)注前面所述的拉擠成型、擠壓和模制方法。拉擠成型方法的非限制性實(shí)施方案包括下面的階段-制備預(yù)定數(shù)量的連續(xù)纖維，例如玻璃或碳纖維，構(gòu)成終產(chǎn)品的高強(qiáng)度部分，-使用前面所述的方法提供對紫外線透明的模具2，并且該模具具有定 形成使所述連續(xù)纖維塑性變形的通的空腔4，-用適當(dāng)?shù)膬?yōu)選熱硬化的樹脂浸漬所述連續(xù)纖維，-使所述浸漬過的連續(xù)纖維通過模具2，-當(dāng)所述連續(xù)纖維穿過模具2時(shí)通過紫外線使它們聚合。對于這種拉擠成型方法的工業(yè)應(yīng)用，提供大量例如玻璃或碳的連續(xù)纖 維來形成優(yōu)選平行的纖維束。用熱硬化的樹脂，通常是聚酯樹脂浸漬這些 纖維。舉例來說，可以通過使每根纖維通過浸有所述樹脂的一個(gè)或多個(gè)輥 上方來進(jìn)行纖維的浸漬。還可以用至少一層涂層在外面束縛纖維束。但是， 該涂層必須至少對紫外線是透明的，從而可以通過紫外線發(fā)生纖維的聚合并因此可以使用至少部分對紫外線透明的模具2。然后，將浸漬的纖維束輸送到模具2。特別是通過在行進(jìn)的方向上施加 拉力迫使纖維進(jìn)入模具2中。在模具2中，纖維匯聚并且如果存在涂層由涂層涂布，產(chǎn)生復(fù)合材料。 還可以提供這些涂層用于隨后的纖維壓縮。除此之外，這種裝置還可以隨 后用來定形或者限定壓縮的復(fù)合材料的尺寸。擠壓方法的非限制性實(shí)施方案包括下面的階段-制備必須要擠壓的材料，-使用前面所述的方法提供對紫外線透明的模具2，并且該模具具有定 形成使擠壓的材料塑性變形的通空腔4，-提供迫使擠壓的材料穿過模具2的推進(jìn)裝置， -在模具2的方向中對擠壓的材料施用推進(jìn)，-迫使擠壓的材料穿過模具2，當(dāng)其穿過模具2時(shí)對擠壓的材料施加塑 性變形，-當(dāng)所述材料穿過模具時(shí)，通過將材料暴露于紫外線下而使它們聚合。與拉擠成型方法相似，在擠壓方法中提供如前面所述制造的至少部分 對紫外線透明的模具2。擠壓的材料優(yōu)選屬于包括基于硅氧垸材料的組中并且添加催化劑，例 如熱硬化催化劑，從而當(dāng)模制的材料暴露于紫外線下時(shí)使其聚合。要擠壓 的材料還優(yōu)選以半液態(tài)存在或者在任何情況下具有足以塑料變形的可展 性。還提供迫使擠壓材料穿過模具2的推進(jìn)裝置。就此而言，模具必須具有定形成塑料變形擠壓材料的通空腔4?？梢酝ㄟ^活塞或者旋轉(zhuǎn)螺桿來提供推進(jìn)裝置。因此，在模具2的方向上對通過推進(jìn)裝置擠壓的材料施加推進(jìn)，迫使 它穿過模具2并且在其上面施加塑料變形。當(dāng)擠壓的材料穿過模具2時(shí)，其被暴露到激活其聚合的紫外線下。模制方法的非限制性實(shí)施方案包括下面的階段-制備要模制的材料，-通過前面所述的方法提供兩個(gè)可以連接在一起的半模具，其至少一個(gè) 是對紫外線透明的，兩個(gè)半模具內(nèi)部限定了可以全部暴露于紫外線下的空 腔(4)，-連接兩個(gè)半模具，-在空腔4內(nèi)插入要加制的材料，-當(dāng)所述材料在空腔4內(nèi)時(shí)，通過紫外線聚合該材料。與拉擠成型和擠壓方法相似，在模制方法中，提供根據(jù)前面所述制造 至少部分對紫外線透明的模具2。作為至少兩個(gè)可以連接在一起的部分構(gòu)造 該模具，其中至少一個(gè)是對紫外線透明的，并且在內(nèi)部限定了可以完全暴 露于紫外線下的空腔4。要模制的材料優(yōu)選屬于基于硅氧垸和橡膠的材料，并且提供了添加催 化劑，例如熱硬化的催化劑，從而當(dāng)模制的材料暴露于紫外線下時(shí)使其聚 合。模制的材料還優(yōu)選以半液態(tài)存在或者在任何情況下具有足以被迫填充 模具內(nèi)存在的空腔的可展性。所述方法將要模制的材料加入空腔4內(nèi)。優(yōu)選通過在模具的至少一部 分中制造的至少一個(gè)孔洞進(jìn)行這種加入，通過該孔洞在壓力下將材料注入 空腔4內(nèi)。然后，迫使模制的材料匹配空腔4的形狀。一旦已經(jīng)注入，可以隨后通過在其仍在空腔4內(nèi)時(shí)將其暴露于紫外線 下來聚合該材料。
明顯地，所用的模具可以用于熱硬化材料的注模。 除此之外，上述技術(shù)還可以壓模熱硬化材料。
還應(yīng)當(dāng)指出為了能夠獲得中空物件，可以在模具內(nèi)安置例如金屬，但 是還有利地是石英的插入物。
本發(fā)明提供了很大的優(yōu)點(diǎn)。
首先，使用對紫外線透明的模具可以在要形成的材料仍位于模具中時(shí) 通過紫外線使之聚合并且這樣明顯降低了加工時(shí)間，特別是因?yàn)榭梢允褂?聚合作用明顯快于使用加熱模具情況的紫外線。這就具有大大增加生產(chǎn)設(shè) 施(例如在所述實(shí)施例中拉擠成型、擠壓和模制設(shè)施)的生產(chǎn)率的優(yōu)點(diǎn)。
除此之外，可以在要成形并聚合的材料在模具內(nèi)移動(dòng)時(shí)，將它們有利 地暴露于紫外線下，從而帶來調(diào)整生產(chǎn)率并進(jìn)一步增加生產(chǎn)率的優(yōu)點(diǎn)。
通過降低模具的生產(chǎn)成本提供了另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)制備對紫外線透明的模 具的溶膠-凝膠方法提供了具有高精確限定的表面的模具，并且模具的表面 不需要通過加工工具進(jìn)行任何其它加工。經(jīng)濟(jì)上的好處還在于生產(chǎn)率的大 大增加還在每單位產(chǎn)品成本(特別是固定成本)，包括制造模具的成本方面 的實(shí)質(zhì)性降低中具有積極的作用。
這些模具在膠凝、干燥和燒結(jié)階段發(fā)生收縮，但是事先考慮了這種尺 寸降低的量，可以適當(dāng)增加包含溶膠的室的初始尺寸。因此，最終的作用 是獲得具有高的尺寸精確性和高透明度及清晰度的模具。
最后，通過溶膠-凝膠技術(shù)制造模具大大降低了這種模具的重量，解決 了配送上由重金屬模具引起的問題。
權(quán)利要求
1.一種制造具有至少一個(gè)對紫外線透明的部分的模具的溶膠-凝膠方法，其包括下面的階段a)提供容器(1)，其是要制造的模具(2)的所述對紫外線透明的至少一個(gè)部分(2a)的陰模，并且該容器(1)內(nèi)部限定有室(3)；所述室(3)具有至少一個(gè)第一表面(3a)，該第一表面(3a)基本上是所制造的模具(2)的所述至少一個(gè)透明部分(2a)的相應(yīng)外表面(2b)的陰模；以及至少一個(gè)第二表面(3b)，該第二表面(3b)基本上是所制造的模具(2)的所述至少一個(gè)透明部分(2a)的相應(yīng)內(nèi)表面(2c)的陰模，b)用溶膠填充室(3)，c)膠凝所述溶膠，得到所謂的凝膠，d)將所述凝膠和相應(yīng)的溶劑加熱設(shè)定的時(shí)間，由此實(shí)現(xiàn)優(yōu)選高于凝膠中存在的溶劑的臨界值的預(yù)定溫度和壓力值以及所述溶劑的蒸發(fā)，所述加熱引起凝膠干燥，e)通過加熱至預(yù)定溫度致密化和/或燒結(jié)干燥的凝膠，所述預(yù)定溫度優(yōu)選高于進(jìn)行干燥階段d)的溫度，由此形成模具的所述透明部分(2a)，其具有玻璃堅(jiān)硬度并且至少對紫外線是透明的，所述模具適于通過光催化合成過程形成拉擠成型產(chǎn)品和/或擠壓產(chǎn)品和/或塑料材料模制品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中制造的模具(2)的所述至少一個(gè)透明部 分(2a)的外表面(2b)在模具(2)的操作條件下面向外部環(huán)境，并且允許紫外線 通向內(nèi)部，而模具(2)的所述至少一個(gè)透明部分(2a)的內(nèi)表面(2c)在操作條件 下與要形成和聚合的產(chǎn)品接觸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述容器(l)包括至少一個(gè)限定室 (3)的所述至少一個(gè)第二表面(3b)的插入物(5)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述至少一個(gè)插入物(5)是不能壓縮的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4的方法，其中所述至少一個(gè)插入物(5)是圓柱形的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2-5任何一項(xiàng)的方法，其中膠凝所述溶膠的階段d)包 括取出所述至少一個(gè)插入物(5)的操作。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中在所述膠凝階段中的預(yù)定時(shí)間取出所 述至少一個(gè)插入物(5)，以防止在形成中的凝膠內(nèi)形成裂縫。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7的方法，其中使所述容器(l)旋轉(zhuǎn)，從而利用作 用在形成中的凝膠上的離心力來輔助取出所述至少一個(gè)插入物(5)。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求任何一項(xiàng)的方法，其中使所述容器(l)軸向旋轉(zhuǎn)， 從而在離心力的作用下，溶膠接受容器的形狀，其外部邊界由所述容器的 內(nèi)表面限定，并且其內(nèi)部邊界由與離心力場垂直的等勢面限定。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3-8任何一項(xiàng)的方法，其中所述容器(l)具有多個(gè)插 入物(5)。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求任何一項(xiàng)的方法，其中在階段b)之前進(jìn)行下面 的階段-制備包含至少一種金屬醇鹽的水懸浮液或者水/醇懸浮液， -對上述懸浮液進(jìn)行水解，得到溶膠。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求任何一項(xiàng)的方法，其中在階段c)和階段d)之間 包括用非質(zhì)子溶劑置換所述溶劑的階段c')。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中在階段c')和階段d)之間包括將所述 凝膠放入高壓釜并且接受惰性氣體流的階段c")。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中在階段d)和階段e)之間包括高壓釜 減壓的階段d')，從而放出蒸氣并任選回收所述蒸氣。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中在階段d')和階段e)之間包括階段 d")，其中使惰性氣體流過包含所述凝膠的高壓釜。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中在階段d")和階段e)之間包括階段 d"')，其中冷卻所述干燥的凝膠并將其從高壓釜中取出。
17. 根據(jù)前述權(quán)利要求任何一項(xiàng)的方法，其中在階段c')中使用的非質(zhì) 子溶劑選自丙酮、二噁烷和四氫呋喃。
18. 根據(jù)權(quán)利要求3-17任何一項(xiàng)的方法，其中階段a)還包括在室(3)內(nèi) 定位并附著至少一個(gè)插入物(5)的操作。
19. 根據(jù)前述權(quán)利要求任何一項(xiàng)的方法，其中所述模具(2)是全部對紫 外線透明的。
20. 根據(jù)前述權(quán)利要求任何一項(xiàng)的方法，其中所述模具(2)包括至少對 紫外線透明的部分(2a)和對紫外線不透明的部分(9)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述模具(2)包括至少對紫外線透明 的半個(gè)模具(2a)和對紫外線不透明的半個(gè)模具(9)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述面向形成產(chǎn)品的所述對紫外線 不透明的部分(9)的表面(9a)涂有反射材料(10)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中所述反射材料(10)是鋁膜(10)。
24. 拉擠成型方法，其包括下面的階段-制備預(yù)定數(shù)量的連續(xù)纖維，-采用根據(jù)權(quán)利要求1的步驟提供對紫外線透明的模具(2)，所述模具(2) 具有定形成使所述連續(xù)纖維塑性變形的通的空腔(4)， -用適當(dāng)?shù)膬?yōu)選熱硬化的樹脂浸漬所述連續(xù)纖維， -使所述浸漬過的連續(xù)纖維通過模具(2)， -當(dāng)所述連續(xù)纖維穿過模具(2)吋通過紫外線使它們聚合。
25.擠壓方法，其包括下面的階段 -制備用于擠壓的材料，--采用根據(jù)權(quán)利要求1的步驟提供至少對紫外線透明的模具(2)，所述 模具(2)具有定形成使擠壓的材料塑性變形的通的空腔(4)， -提供迫使擠壓的材料穿過模具(2)的推進(jìn)裝置， -在模具(2)的方向上對擠壓的材料施用推進(jìn)，-迫使擠壓的材料穿過模具(2)，當(dāng)其穿過模具(2)時(shí)對擠壓的材料施加 塑性變形，-當(dāng)所述材料穿過模具(2)時(shí)，通過將材料暴露于紫外線下而使它們聚
26. 根據(jù)權(quán)利要求25的擠壓方法，其中所述擠壓的材料屬于基于硅氧 烷和橡膠的材料。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25或26的擠壓方法，其中向擠壓的材料中添加優(yōu) 選熱硬化的催化劑，從而當(dāng)擠壓的材料暴露于紫外線下時(shí)使其聚合。
28. 模制方法，其包括下面的階段 -制備用于模制的材料，-采用根據(jù)權(quán)利要求1的步驟提供包含至少兩個(gè)配套部分的模具(2), 其中至少一個(gè)是對紫外線透明的，所述模具(2)內(nèi)部限定有可以全部暴露于 紫外線下的空腔(4)，-連接模具(2)的所述部分，-在空腔(4)內(nèi)插入要模制的材料，-當(dāng)所述材料在空腔(4)內(nèi)時(shí)，通過將其暴露于紫外線下時(shí)使材料聚合。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28的模制方法，其中所述模制的材料屬于基于硅氧 烷和橡膠的材料，或者熱硬化的材料。
30. 根據(jù)權(quán)利要求27或28的模制方法，其中向模制的材料中添加優(yōu) 選熱硬化的催化劑，從而當(dāng)模制的材料暴露于紫外線下時(shí)使其聚合。
31. 根據(jù)權(quán)利要求28的模制方法，其特征在于它包括注?；驂耗?。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造用于光催化過程的模具的溶膠-凝膠方法。本發(fā)明還涉及使用根據(jù)本發(fā)明溶膠-凝膠方法制造的模具的工業(yè)拉擠成型、擠壓和模制方法。本發(fā)明方法提供了膠凝的溶膠、排出溶劑干燥凝膠然后通過加熱致密化/燒結(jié)凝膠，形成了具有能夠允許紫外線通過的玻璃堅(jiān)硬度的透明模具。
文檔編號(hào)B29C33/38GK101321610SQ200680045366
公開日2008年12月10日 申請日期2006年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日
發(fā)明者L·潘澤里, L·科斯塔 申請人:德古薩諾瓦拉科技股份公司;P.C.R.有限公司