CN111479666A - 用于微铸型制品的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于微成型制品的方法。该方法包括在塑料筒内将热塑性材料熔化和预加压至第一水平。在热流道内将热塑性材料的熔体压力控制到第二水平。在阀门喷嘴内将热塑性材料的熔体压力控制到超腔填充压力。

Description

用于微铸型制品的方法
背景
除非本文另有指出，否则本部分所描述的材料不是本申请中权利要求的现有技术，并且不可由于其包含在本部分中而被承认为现有技术。
技术领域
该主题一般涉及注塑成型。更具体地但非排他性地，本主题涉及微型部件的注塑成型，控制注塑成型设备内熔融材料的压力和温度，并延长熔融材料的熔体停留时间；并且还隐含的涉及到可测量的型腔填充时间。
背景技术
现有技术中用于在一个或多个模具型腔中浇铸重量为一克或多克的热塑性塑料部件的注塑机使用一种带有内部柱塞螺杆的加热注入筒。热塑性(也可称为塑料)颗粒进入筒内，并通过在筒内旋转螺杆进行运输。螺杆长度与直径比通常为20:1，并且塑料颗粒在朝着螺杆前端移动时熔化。在螺杆的前端处，塑料材料达到最终加工温度和所需的熔体粘度。螺丝的末端设计成带有止回阀的柱塞，以防止熔体回流或倒流。螺杆前部的腔室体积用于计量所需的塑料熔体注入体积。为了测量注入的体积，螺杆旋转再缩回到受控位置。这种螺杆运动在每个浇铸周期都会给熔体腔室再充注，这就是所谓的再充注阶段。此时，腔室中的熔体处于低压(由于背压)，并且加热的熔体膨胀处于最高水平。接下来的注入阶段将熔体从筒内转移到模具中，填充一个模具型腔或若干个模具型腔。随着注入阶段的开始，筒内的螺杆向前移动从而加压并替换螺杆前面的熔体。螺杆向前运动的控制的力度和速度以及熔体粘度决定了逐渐增大的注入压力和型腔的填充时间，因为塑料熔体是可压缩的流体，在逐步增长注入压力及熔体密度增大或特定熔体体积减小期间，熔体的体积会发生变化。
不是螺杆前面的所有熔体都被注入型腔；在筒腔室的前端留有一定数量的熔体作为熔体垫，以防止螺杆在注射行程中触底。并且，由于熔体分布在模具内部的热流道***中，热流道熔体通道包含另外的剩余熔体体积。螺杆前面的总熔体加起来有相当大的粘弹性、可压缩体积，这表示注塑计量问题，尤其是涉及到浇铸小型塑料部件时。
用于常规注塑机的最小螺杆直径对于常规尺寸的塑料颗粒计量为14.0mm，并且注入压力可以达到高达200MPa。注入高粘度塑料熔体通常需要这样的熔体压力。PC、PSU或PEI等热塑性材料确实需要如此高的熔体压力来填充带有薄壁和精细特征的模具型腔。当产生这种高压时，较小直径的螺杆会塌陷。由于1.0mm冲程将产生154mm3的注入体积，因此不可能用14.0mm的注入螺杆精确计量小的注入尺寸。因此，小于100mm3的塑料微型部件需要更高的计量冲程分辨率，尤其是考虑到塑料熔体是粘弹性的可压缩流体，在高压下会改变其特定的体积。
为了克服使用称为单步注入法的单个单位螺杆/柱塞组合来计量小熔体体积的缺点，本领域的新技术微型注塑机具有称为两步注入法的螺杆和柱塞组合。在螺杆的筒中将塑料材料充分熔融和加热到建议的加工温度，并用单独的柱塞注入熔体是两个功能机械部件，这两个功能机械部件由止回阀或关闭阀分开。单独加热的筒中的螺杆正在熔化塑料颗粒，并将熔体加热到建议的熔融加工温度。一个单独的柱塞筒可补充注入量，并产生熔体注入的注入压力和速度。采用这种设计，较小的柱塞直径(例如4.0mm)会导致较长的柱塞冲程。这提供了更精细的分辨率和更精确的注入冲程控制。例如，冲程为1.0mm的直径4.0mm的柱塞表明仅12.56mm3的充注量。在这个例子中，理论上，为了获得100mm3的微部件体积，可能需要8.0mm的柱塞冲程。
然而，用4.0mm柱塞测量小于10mm3的微型部件将带来另一个注入控制挑战，尤其是当微型部件需要一个又一个周期循环且部件重量稠度小于±5％时。在这种情况下，柱塞的冲程必须控制在±0.04mm以内。当微型部件进一步缩小到1mm3时，柱塞冲程将重复需要控制到0.004mm的精度。然而，这并不是唯一的限制。
微型部件体积越小，用4.0mm柱塞精确计量微型部件体积就变得越来越困难。现有技术的两步微型注塑机中的柱塞冲程增加了熔体粘度、熔体注入体积和熔体密度的动态变化。模具中的这些工艺变量随着模具型腔的增加而增加，因为从柱塞到微型模具型腔的熔体分配通道包含的熔体体积比微型部件本身大得多。因此，两步法柱塞注塑机仅限于使用低型腔模具。这导致产量低。仅用一个柱塞将熔体计量成适用于多个微腔(例如，8、16、32个腔)中，并在称为冷流道或热流道的模具内通过多分支、自然分支的熔体流道***分配熔体会产生更大的熔体体积。这些流道通道会使柱塞前面的可压缩熔体体积呈指数增加。例如，在230℃下，当聚丙烯熔体的流道体积为1000mm3时，可以将熔体压力从0MPa压缩20％到200MPa。体积变化为200mm3。换句话说，熔体吸收了20％的柱塞冲程，并将其中的一部分储存为粘弹性能和内耗热能。在这些条件下，难以控制和维持一致且可重复的微型注塑过程。
在浇铸体积越来越小的小于10mm3的微型部件时，随着熔体停留时间的延长，也变得更加复杂。熔体停留时间是熔体从螺杆的筒进入柱塞并从柱塞通过分配流道进入模具型腔时暴露在加工温度下的时间。热塑性材料和添加剂在没有经过热降解和物理性能损失的情况下不能长期暴露在加工温度下。微型部件通常是注塑成型，周期时长为3至6秒或每分钟10至20个成型周期，这将导致熔体停留时间超过一个小时。在这些条件下，许多热塑性材料都会经历显著的熔体降解。例如，POM在200℃加工温度下的熔体停留时间仅约为10-15分钟。又例如，PSU在385℃加工温度下的熔体停留时间约为20-30分钟。在这些情况下，通常将10倍、100倍甚至1000倍的冷流道体积附接到实际的微型部件上，以便通过增加注入体积来改善熔体停留时间。然而，冷流道是废弃材料。它削弱了工艺控制，在加工价格可能超过100美元/公斤或甚至超过1000美元/公斤的昂贵热塑性材料时，肯定不是一个选项。
微型部件是由重量小于1000毫克的部件来限定的。但重量小于100毫克甚至小于10毫克的部件的注塑成型工艺要求越来越高。
微型部件的尺寸仅为毫米或更小，且尺寸公差通常限定在微米范围内。将全自动化生产保持在规定的公差范围内是至关重要的。但是，保持模具型腔部件的公差和重量，并复制模具型腔部件的微观特征并不是唯一的目标。微型部件的质量可能具有高要求的光学性能、电性能和机械性能。由于微型部件中的聚合物形态与大型塑料部件中的聚合物形态不同，因此微型部件浇铸工艺与大尺寸塑料部件的注塑成型工艺不能直接相提并论。例如，体积通常小于塑料颗粒的微型部件的熔融热焓非常低。因此，当熔体填充模具型腔时，熔体在几分之一秒内迅速冷却。这种在高型腔室熔体压力下的快速冷却时间比两步注塑工艺的凝固速度快得多。
单步和两步浇铸工艺试图通过在保持阶段或填充阶段向型腔中施加另外的熔体来补偿收缩。只要流速孔或浇口打开且尚未凝固，冷却阶段的填充阶段仅在型腔内部有效。这限制了尺寸工艺控制。热流道阀门是一种主动关闭装置，它还提供更大的阀门孔，这将使阀门持续打开的状态足够长的时间以供填充。微型部件从型腔中喷出后，部件继续收缩。这会导致与实际型腔尺寸不同的尺寸公差进一步改变。传统的微型注塑机试图用可以使用柱塞施加的填充压力来补偿塑料部件在凝固之前的收缩。成型周期中的这一阶段旨在将更多的熔体输送到微型型腔中，同时部件在冷却过程中体积收缩。由于两步工艺中的微型部件通常是用附接的冷流道浇铸的，因此冷流道和微型型腔之间的连接流道(所谓的管道浇口)会凝固，并且不可能通过向型腔提供所需的另外的熔体来补偿部件收缩。其最终结果就是质量差的微型部件和包装良好的冷流道作为废弃材料副产品。
于1987年5月5日授予给Husky的美国专利第4,662,837号示出了一种用于制备模具制品的传统注塑成型。熔融的塑料材料使用压力成型方式通过注射管道进入歧管。然后，熔融的塑料材料通过注射喷嘴流道被引流到注射喷嘴中。带有模具型腔的模具组件设置在喷嘴的尖端。喷嘴将熔融的塑料材料注入模具型腔。根据本专利的装置从材料引入注射管道到其离开喷嘴尖端的时间不能增加熔融塑料材料的压力和温度。当材料的熔体温度在(本专利申请的)设备中保持不变时，材料经历热降解和物理性能的损失。
由Hummingbird于2003年10月8日提交的美国专利第10/681,065号示出了一种筒，其带有螺杆，该螺杆用于将塑料材料从该筒中注入到歧管中。该熔融塑料材料在由歧管限定的流道***内流动。计量装置连接到歧管上，以计量出从歧管排出并进入注射装置(喷嘴)的所需熔体。注射装置将计量的熔体注入模具型腔。
欧洲专利第1912773号说明了一种用于制造模具部件的方法。该熔体被引入一种模具。模具将熔体的压力增加到使熔体凝固的程度。然后对熔体进行冷却，以获得所需的产品。本发明的专利还描述了一种用于改变模具型腔内的压力的控制机构，其可以使用计算机程序来控制。本发明的专利从材料引入注射管道到离开喷嘴尖端未能增加熔融塑料材料的压力和温度。当材料的熔体温度在(本专利申请的)设备中保持不变时，材料经历热降解和物理性能的损失。此外，该专利显示出比预期更大的收缩率。
申请人为Kazmer且发明名称为“Dynamic Feed”的美国专利66320791采用多腔室阀门热流道***及熔体压力传感器，该传感器用于在注塑填充时间及保持压力时间期间控制机器熔体压力。在多个型腔模具中，阀销的一部分形状为锥形，它在热流道熔体通道内单独充当可调节流器，供每个喷嘴在填充和填充各个模具型腔时改变熔体压力分布。该优势是每个模具型腔都可以接收各自的熔体压力分布，从而优化部件收缩率，因而可以在一个多腔室模具内浇铸具有不同壁厚和部件几何形状的精密部件。
申请人为Lauterbach且发明名称为“A Method For Controlling The HoldingPressure Phase During The Injection Molding Of Thermoplastics”的欧洲专利0461143A1以及申请人为Wippenbeck且发明名称为“Process And Device ForControlling The Compression Phase In The Injection Molding Of ThermoplasticMolding”的德国专利3608973A1都教授了如何用机器螺杆控制来控制成型参数。每个注射周期的常规注射压力分布总是从大气熔体压力开始。机器螺杆筒的压力上升以填充腔室。通过螺杆向前运动进行的熔体压缩是注射计量的一部分。在型腔填充阶段结束时，遵循填充压力，该压力补偿塑料材料在冷却直至转变温度达到固态时的体积收缩。从转变温度开始，在模腔内的热塑性部件继续收缩直到其达到部件喷出温度且最终冷却至室温。
鉴于上述讨论，需要一种用于浇铸微型部件并改善成型设备内的停留时间的改善和提高技术。
发明内容
在一实施例中，提供了一种用于微铸型制品的方法，当热塑性材料从塑料筒经过阀门喷嘴离开进入所述模具型腔时，以级联方式升高该热塑性材料的温度和压力。该方法包括在塑料筒内将热塑性材料熔化并预加压至第一水平。在热流道内将所述热塑性材料的熔体压力控制到第二水平。处于所述第一水平的压力小于处于所述第二水平的压力。在阀门喷嘴内将热塑性材料的熔体压力控制到超腔填充压力。处于所述第二水平的压力小于超腔填充压力。
在另一实施例中，在该热塑性材料离开塑料筒之前将该热塑性材料加热至第一温度。该第一温度大于该热塑性材料的熔融温度且小于该热塑性材料的加工温度。此外，在该热塑性材料离开歧管之后但在该热塑性材料离开阀门喷嘴之前将该热塑性材料加热至加工温度。
在又一实施例中，调节加热的第一歧管中的该热塑性材料的温度。此外，调节该第一歧管分支中的加热子歧管中的该热塑性材料的温度。另有，调节加热喷嘴中的该热塑性材料的温度，该热塑性材料通过该加热喷嘴进入模具型腔。加热的喷嘴本身可以带有多个温度分布的加热区，其中最接近模具型腔的温度控制所需的熔体加工温度。
在又一实施例中，激活第一移动组件从而将所述热塑性材料从塑料筒中排出并进入歧管。激活第一移动组件包括旋转位于塑料筒内的螺杆。此外，激活第二移动组件从而控制所述热塑性材料从所述歧管排出并进入喷嘴的量。激活第二移动组件包括，基于热塑性材料从歧管排出并进入喷嘴的所需量，柱塞在第一方向或与第一方向相反的第二方向上移动。另外，激活第三移动组件从而调节所述热塑性材料从所述喷嘴排出并进入模具型腔。激活第三移动组件包括喷嘴柱塞朝着打开的方向移动从而允许所述热塑性材料从所述喷嘴中排出或朝着关闭的方向移动从而阻止所述热塑性材料从所述喷嘴中排出。
在又一实施例中，防止所述热塑性材料从子歧管回流并经过第一歧管止回阀进入第一歧管，其中该子歧管从第一歧管分支出来。此外，防止所述热塑性材料从第一歧管回流并经过塑料筒止回阀进入塑料筒，其中所述第一歧管接收来自所述塑料筒的所述热塑性材料。
附图说明
实施例通过示例进行阐释且不限制于附图中的图形，其中相像的参考符号表示相似的部件，且其中：
图1为根据一实施例的用于微铸型制品的成型设备的示例性图示；
图2为用于微铸型制品的成型设备的替换示例性实施例；
图3和4为阀门喷嘴106的细节图；
图5为半结晶聚合物根据所提出的方法移动时的ρVT曲线图；
图6为非晶态聚合物根据所提出的方法移动时的ρVT曲线图；
图7为示出了热塑性材料在经历传统现有技术和所提出方法的循环的各个阶段处的压力的曲线图；
图8为半结晶聚合物根据所提出的方法移动时的ρVT曲线图；
图9为示出了传统***中的温度曲线与所提出方法的级联温度之间的比较的曲线图；
图10为示出了熔体降解重量损失与熔体停留时间关系的曲线图；
图11为示出熔体降解重量损失与熔体温度关系的曲线图；
图12为半结晶聚合物根据所提出的方法移动时的ρVT曲线图；以及
图13为示出了熔体的压力和密度随时间变化的曲线图。
具体实施方式
下面的详细描述包括对附图的参考，该附图形成具体实施方式的一部分。附图示出了根据示例性实施例的说明。这些示例性实施例(本文中也指“示例”)用了足够多的细节来进行描述从而使得本领域的技术人员能够实践本主题。然而，本发明无需这些特定的细节也可实践，这对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。在其他情况下，未详细描述公知的方法、过程和组件，以避免不必要地模糊实施例的各个方面。在不背离权利要求的范围的情况下，可以结合实施例，可以利用其他实施例，或者可以进行结构、逻辑和设计上的改变。因此，下面的详细描述并不用于限制，并且该范围由所附权利要求及其等价物所限定。
在本文件中，使用的术语“一”或“一个”(如专利文件中常见的那样)包括一个或多个。在本文件中，除非另有说明，否则使用的术语“或”指非排他性的“或者”，因而“A或B”包括“A而不是B”、“B而不是A”以及“A和B”。
应当理解，本公开文本中描述的本发明的性能和附图中所示的部件可以以各种形式的硬件、固件、软件、可记录介质或其组合来实施。
本发明公开了一种用于通过热塑性材料从塑料筒经过阀门喷嘴离开进入所述模具型腔时，以级联方式升高所述热塑性材料的温度和压力的方法。热塑性材料在塑料筒内熔化并预加压至第一水平。热塑性材料离开塑料筒并进入歧管。塑料筒止回阀防止热塑性材料从歧管回流并进入塑料筒。在热流道内将所述热塑性材料的熔体压力控制到第二水平。处于所述第一水平的压力小于处于所述第二水平的压力。在阀门喷嘴内将所述热塑性材料的熔体压力控制到超腔填充压力。处于所述第二水平的压力小于超腔填充压力。此外，在所述热塑性材料离开所述塑料筒之前将所述热塑性材料加热至第一温度，其中所述第一温度大于所述热塑性材料的熔融温度且小于所述热塑性材料的加工温度。在所述热塑性材料离开歧管之后但在所述热塑性材料离开阀门喷嘴之前将所述热塑性材料加热至加工温度。
参照图1和图2，提供了一种用于微铸型制品的成型设备。在一实施例中，成型设备中的熔体压力在一系列步骤中从大气压力增大到超腔填充压力。成型设备包括塑料筒102、歧管108以及喷嘴116。
该热塑性材料可用漏斗138以颗粒136的形式引入塑料筒102中。在一实施例中，使用第一移动组件从而将所述热塑性材料从塑料筒102中排出并进入歧管108。第一移动组件包括在塑料筒102内采用发动机进行旋转的螺杆118。在一实施例中，可以使用线性电动发动机或带有变频器的步进发动机。根据螺杆118的旋转方向旋转螺杆118可以驱动螺杆118向前或向后。塑料筒内的螺杆118将热塑性材料预加压至第一水平。塑料筒102内的热塑性材料可以保持恒定压力。螺杆118驱动热塑性材料进入第一歧管110。位于螺杆118尖端的塑料筒止回阀134防止热塑性材料从第一歧管110回流并进入塑料筒102。
当螺杆118由旋转发动机156驱动时，螺杆118的位置由施加力F在螺杆118上的两个气缸的位置控制。气缸施加力F还用于通过在前后位置的限位开关152、154之间移动来维持筒102中的固定压力。
在一实施例中，第一歧管110限定热流道104。第一歧管110向外分支成子歧管112。子歧管112限定热流道104。由第一歧管110从塑料筒102接收的热塑性材料流经热流道104并进入子歧管112的热流道104。
在一实施例中，歧管108的热流道104将热塑性材料的熔体压力增大至第二水平。在一实施例中，处于第一水平的压力小于处于第二水平的压力。
在一实施例中，第二移动组件控制所述热塑性材料从所述歧管108排出并进入喷嘴116的量。第二移动组件包括柱塞120，用于将定量的热塑性材料排放到喷嘴116中。柱塞120在第一方向124或第二方向122上的移动将所需数量的热塑性材料从歧管108排出并进入喷嘴116。在一实施例中，第一方向124与第二方向122彼此方向相反。
在一实施例中，可用第一歧管止回阀132控制热塑性材料从子歧管112中回流并进入第一歧管110。
在一实施例中，提供第三移动组件用于调节热塑性材料从所述喷嘴116中排出并进入模具型腔114。第三移动组件包括喷嘴柱塞126。
参照图3，喷嘴柱塞126在打开方向128上的移动允许热塑性材料从喷嘴116排出并通过阀门喷嘴进入模具型腔114。喷嘴柱塞126的打开位置标注为“O”。在位置“P”处，喷嘴柱塞126在喷嘴116内***，以在热塑性材料上的微腔150中形成超腔填充压力，并将热塑性材料注入模具型腔114中。
参照图4，喷嘴柱塞126在闭合方向130上的移动阻止热塑性材料从喷嘴116排出并进入微腔150且通过阀门喷嘴。喷嘴柱塞126的闭合位置标注为“C”。在一实施例中，位置“P”处的喷嘴柱塞126可以对热塑性材料施加额外的推力，以将其压力填充到模具型腔114中。从打开位置移动到关闭位置允许获得比现有技术***中更大的压力。在一实施例中，处于第二水平的压力小于超腔填充压力。在一实施例中，模具型腔114内的超腔填充压力可达到300MPa至600MPa。
在一实施例中，热塑性材料从塑料筒102经过阀门喷嘴106离开进入所述模具型腔114时，以级联方式升高所述热塑性材料的温度。
在一实施例中，在所述热塑性材料离开所述塑料筒102进入歧管108之前将所述热塑性材料加热至第一温度。所述第一温度大于所述热塑性材料的熔融温度且小于所述热塑性材料的加工温度。此外，在热塑性材料离开歧管108并进入喷嘴116之后将热塑性材料加热至加工温度。热塑性材料在喷嘴中一直维持加工温度，直到热塑性材料离开阀门喷嘴106并进入模具型腔114形成所需的模具制品。当模具制品已冷却至脱模温度且足够刚硬，模具型腔114打开并弹出模具制品。在模具型腔114外，模具制品进一步冷却至室温。
图5、8和12为半结晶聚合物在***实践该方法移动时的ρVT(密度/体积/温度)曲线图。塑料筒102内的压力保持恒定。此时，半结晶聚合物的比容达到最大。并且，半结晶聚合物在塑料筒102内被加热至第一温度。该温度可以高于半结晶聚合物的结晶转变温度，并且低于半结晶聚合物的加工温度。例如，参考图5中的曲线图，在塑料筒102内用于半结晶聚合物的压力可以在0-50MPa之间。当半结晶聚合物离开塑料筒102并进入歧管108(热流道104)时，歧管108(热流道104)内的压力增大至第二水平，并且温度可级联。并且在这样做时，半结晶聚合物的比容比塑料筒102中的比容小。例如，参照图5中的曲线图，在歧管108(热流道104)内用于半结晶聚合物的压力可以在50-150MPa之间。当半结晶聚合物离开歧管108(热流道104)并进入喷嘴116，喷嘴116内的压力增大至超腔填充压力且温度进一步级联至加工温度。并且在这样做时，半结晶聚合物的比容比歧管108(热流道104)中的比容小。超腔填充压力在阀门喷嘴106处达到最大。例如，参照图5中的曲线图，在喷嘴116内用于半结晶聚合物的压力可以在150-400MPa之间。
图5还示出了半结晶聚合物从固体熔化的结晶转变线。此外，还示出了半结晶聚合物的级联熔融加工温度线。
另外，参照图8，在所提出的方法中，在填充(3)、冷却(4)以及成型部件从模具型腔中弹出期间，其密度保持一致。室温下成型部件没有收缩。然而，在现有技术中，成型部件的密度在填充阶段(B)较高而在冷却阶段(C)会减小且在成型部件弹出阶段(D)其密度会继续减小。此外，当成型部件达到室温，该成型部件会再次收缩导致该成型部件密度减小。
图6为非晶态聚合物在***实践该方法移动时的ρVT(密度/体积/温度)曲线图。最初塑料筒102内的压力保持在第一水平。此时，非晶态聚合物的比容达到最大。并且，非晶态聚合物在塑料筒102内被加热至第一温度。该温度可以高于非晶态聚合物的结晶温度，并且低于非晶态聚合物的加工温度。例如，参照图6中的曲线图，在塑料筒102内用于非晶态聚合物的压力可以在0-50MPa之间。当非晶态聚合物离开塑料筒102并进入歧管108(热流道104)时，歧管108(热流道104)内的压力增大至第二水平，并且温度可级联。并且在这样做时，非晶态聚合物的比容比塑料筒102中的比容小。例如，参照图6中的曲线图，在歧管108(热流道104)内用于非晶态聚合物的压力可以在50-150MPa之间。当非晶态聚合物离开歧管108(热流道104)并进入喷嘴116，喷嘴116内的压力增大至超腔填充压力且温度进一步级联至加工温度。并且在这样做时，非晶态聚合物的比容比歧管108(热流道104)中的比容小。超腔填充压力在阀门喷嘴106处达到最大。例如，参照图6中的曲线图，在喷嘴116内用于非晶态聚合物的压力可以在150-400MPa之间。
图6还示出了非晶态聚合物从固体熔化的熔融范围转变线。此外，还示出了非晶态聚合物的级联熔融加工温度线。
图7示出了热塑性材料在经历传统现有技术和所提出的方法的循环的各个阶段的压力。在塑料筒102、歧管108内的压力用线1表示并且在整个循环时间内保持恒定。歧管108内的压力用线2表示。歧管108内的压力大于塑料筒102的腔室内的压力，但是歧管108内的压力不会降低至低于螺杆柱塞的最小压力(即压力A)。该筒有一个最小阈值和最大阈值。旋转发动机可以不同的速度(rpm，例如，在40-80rpm之间)旋转从而通过调整充注量来控制螺杆的位置。充注过程独立于机器循环且可在几次浇铸循环之后充注。这使得在多次循环中保持预加压熔体。阀门喷嘴106处的压力用线3表示。线3处的骤升是阀门喷嘴106处的压力猛增。线4和5为传统柱塞和传统腔室压力线。与所提出的方法相反，传统柱塞和传统腔室中的压力骤降至0。由于传统柱塞和传统腔室中的压力骤降至0，所提出的方法能达到的压力峰值和熔体峰值(腔室填充时间)在传统***中无法获得。
图9为传统***中的温度曲线与所提出方法的级联温度之间的比较的曲线图。如图所示，与传统***相比，在所提出的方法中，聚合物从漏斗处的室温达到加工温度所需的时间更短。这对于在所提出的方法中聚合物的停留时间有着很大的影响。也就是说，由于在***中温度级联，聚合物在所提出的方法中花费更少的时间，因此与传统***相比，保持了聚合物的物理属性。
图10为示出了熔体降解重量损失与熔体停留时间关系的曲线图。该曲线图示出了该熔体在***中越久，熔体重量愈发骤降。当熔体重量持续骤降时，熔体经历的材料降解和物理属性损失就越多。
图11为示出熔体降解重量损失与熔体温度关系的曲线图。该曲线图示出了各种材料的重量损失，描绘了在成型的各个阶段级联温度而不是保持高温的优势。
图13为示出了熔体的压力和密度随时间变化的曲线图。A表示塑料筒102，其中恒力F施加到螺杆118上。塑料筒腔室102a内的压力固定在第一水平A。当熔体进入歧管B，歧管柱塞126在熔体上施加力F1，在该过程中将熔体压力增大至B并增大熔体的密度。阀门打开且腔室充满。阀销柱塞可在熔体上施加力F2，当阀销柱塞在该处关闭时，增大熔体压力至C并增大熔体的密度。在喷嘴116内可使用喷嘴柱塞126在熔体上施加力F3。熔体在阀门喷嘴的微腔150处达到最大压力D继而增大熔体的密度。熔体流道末端的浇口或微腔150为气缸腔室，阀销的前端***其中以增大到最大压力D。微体积(V4)移入腔室以提供最终的压力峰值。微腔150的直径和柱塞126的端部之间的比率使得产生高压，特别是在止回阀到达D之前关闭时产生高压。在进入模具型腔的阀门打开之前，压力的这种最终上升使得在D处产生所需的峰值。
与传统的单步或两步注塑成型工艺不同，该方法不需要在筒内全部达到加工温度或注入压力。采用该方法，塑料筒102和歧管108中的热塑性材料可以保持在更低的压力和温度，但是是在刚好的温度下，从而使得热塑性材料高于熔化范围或微晶熔点以便获得足够低分熔体粘度以向热塑性材料供压继而通过歧管108并进入阀门喷嘴106。例如，图12中所示出的，聚丙烯熔融温度为160℃且加工温度为230℃。那么塑料筒中聚丙烯的第一温度可为如180℃。又例如，聚碳酸酯熔融温度为150℃且加工温度为290℃。那么塑料筒中聚碳酸酯的第一温度可为如250℃。塑料筒102可有两个或三个温控区。第一歧管110将热塑性材料输送到具有两个温控区的子歧管112中，并且热塑性材料最终抵达具有独立温控区的阀门喷嘴106处。在阀门喷嘴106处，热塑性材料将达到适于注入的最适宜加工温度。热塑性材料温度的级联改善了熔体停留时间，特别是对于热敏材料(如POM、PC)，并且它可以加工体积在1mm 3到10mm3之间的直接门控微型部件，而不会在冷流道中产生废弃材料，也不会发生热降解。该方法改进了注塑工艺，从而获得了更高质量的微型部件。
采用这种方法，HDPE、PP、PBT、PA等半结晶聚合物在模具型腔内结晶的时间窗口极短。较小的微晶和较少的微晶结构确实会导致微型部件性能的不同。由于预压热塑性材料形成的极快注入在几毫秒内填充模具型腔114。模具型腔114填充过程不会导致在模具型腔114的壁处形成冻结层，这与较大部件的情况不同。该方法大大缩短了熔体压力必须从大气压上升到熔体压力的单步或两步注射成型过程中与熔体压缩和注入速度相关的相对较长的填充时间。此外，采用该方法，热塑性材料填充到达模具型腔的末端速度更快。采用该方法，模具制品内部和整个模具制品的塑料形态更加匀称，且模具制品表现出较小的内应力。与模具钢相比，热塑性材料具有高得多的热膨胀系数，并且这确实影响模具型腔114中模具制品的精确复制。模具制品在从加工温度冷却期间确实会收缩或缩小。这与热塑性材料温度升高时的熔体膨胀相反。
所提出的方法通过在几毫秒内的型腔填充时间将热塑性材料注入具有预压热塑性材料的模具型腔114中，从而达到300至500MPa的熔体型腔压力，克服了现有技术的收缩问题。与已知的两步柱塞注射相比，该注射在柱塞再充注之后以较低的注射压力开始，注射压力上升到填充压力并下降到填充压力后开始，所提出的方法以已经高达100至150MPa的高压注入热塑性材料，其中喷嘴柱塞126位于模具型腔114附近。这样做的优点是，当通向模具型腔114的阀门喷嘴106打开时，热塑性材料已经处于压缩状态，并且导致超高的填充时间，从而在模具型腔114中达到高熔体密度。随着阀门喷嘴106在模具型腔114填充之后立即关闭，热塑性材料密度在压力为300至500MPa的模具型腔114内进一步增大。由于较高压力和热塑性材料密度的增大，聚合物分子在模具型腔114中变得紧密地堆积在一起。因此，模具制品在冷却阶段不会收缩。这将产生模具制品，该模具制品是模具型腔114的精确复制。
本文描述的示例性实施例可以在操作环境中实践，该操作环境包括安装在计算机上的软件、硬件或软件和硬件的结合。
在一个实施例中，计算机可包括处理模块、存储模块、输入模块、输出模块和通信模块。
处理模块以一个或多个处理器的形式实现，并且可以适当地以硬件、计算机可执行指令、固件或其组合来实践。处理模块的计算机可执行指令或固件实践可包括以任何合适的编程语言编写的计算机可执行或机器可执行指令，以执行所描述的各种功能。
存储器模块可包括永久存储器，例如硬盘驱动器，可配置为存储数据和由处理器实现的可执行程序指令。存储器模块可以以主存储器和辅助存储器的形式实现。存储器模块可以存储可在处理模块上加载和执行的附加数据和程序指令，并存储在执行这些程序期间生成的数据。此外，存储器模块可以是易失性存储器，诸如随机存取存储器和/或磁盘驱动器，或非易失性存储器。存储器模块204可包括可拆卸存储器，诸如快闪记忆卡、记忆棒、SM卡、多媒体卡、安全电子存储器或当前存在或将来可能存在的任何其他存储器。
输入模块可以为其他输入设备中的诸如键盘，触摸屏，鼠标，麦克风和触笔之类的输入设备提供接口。
输入模块可为显示屏、扬声器、打印机和触觉反馈装置等输出设备提供接口。
例如，通信模块可以是GPRS模块或实现通信的其他模块。通信模块可以包括调制解调器、网络接口卡(例如以太网网卡)、通信端口或个人计算机存储卡国际协会(PCMCIA)插槽等。通信模块可包括既支持有线协议又支持无线协议的设备。电子、电磁、光学等信号形式的数据可以通过通信模块传输。
应当注意，上述过程被描述为步骤序列；这仅仅是为了阐释。因此，可设想添加一些步骤，省略一些步骤，可以重新排列步骤的顺序，或者可以同时执行一些步骤。
尽管已参考具体的示例性实施例描述了实施例，但是显然在不背离本文描述的***和方法的更广泛的主旨和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应视为说明性的，而不是限制性的。
对于本领域的普通技术人员来说，在阅读了前述描述之后，本发明的许多更改和修改无疑将变得显而易见。应当理解，本文使用的用语或术语是为了描述而不是限制。应当理解，上述描述包含许多说明书；这些描述不应被解释为限制本发明的范围，而仅仅是提供本发明的一些个人优选实施例的说明。因此，本发明的范围应该由所附权利要求及其法律等价物来决定，而不是由所给出的例子来限定。

Claims (22)

1.一种用于微铸型制品的方法，其特征在于，所述方法包括：
在塑料筒内将热塑性材料熔化并预加压至第一水平；
在所述热塑性材料进入模具型腔之前，在热流道内将所述热塑性材料的熔体压力控制到第二水平；以及
在微腔内将所述热塑性材料的熔体压力控制到超腔填充压力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，处于所述第一水平的压力小于处于所述第二水平的压力，且处于所述第二水平的压力小于所述超腔填充压力。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括当所述热塑性材料从塑料筒经过阀门喷嘴离开进入所述模具型腔时，以级联方式升高所述热塑性材料的温度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述热塑性材料离开所述塑料筒之前将所述热塑性材料加热至第一温度，其中所述第一温度大于所述热塑性材料的熔融温度且小于所述热塑性材料的加工温度；
在所述热塑性材料离开歧管之后但在所述热塑性材料离开阀门喷嘴之前将所述热塑性材料加热至加工温度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述热塑性材料离开所述塑料筒之前将所述热塑性材料加热至第一温度，其中所述第一温度大于所述热塑性材料的熔融温度且小于所述热塑性材料的加工温度；
调节加热的第一歧管中的所述热塑性材料的温度；
调节所述第一歧管分支中的加热子歧管中的所述热塑性材料的温度；以及
调节加热喷嘴中的所述热塑性材料的温度，所述热塑性材料通过所述加热喷嘴进入模具型腔。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
激活第一移动组件从而将所述热塑性材料从塑料筒中排出并进入歧管；
激活第二移动组件从而控制所述热塑性材料从所述歧管排出并进入喷嘴的量；以及
激活第三移动组件从而调节所述热塑性材料从所述喷嘴排出并进入模具型腔。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，激活所述第一移动组件包括旋转位于所述塑料筒内的螺杆。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，激活所述第二移动组件包括，基于所述热塑性材料从所述歧管排出并进入喷嘴的所需量，柱塞在第一方向或与第一方向相反的第二方向上移动。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，激活所述第三移动组件包括喷嘴柱塞朝着打开的方向移动从而允许所述热塑性材料从所述喷嘴中排出或朝着关闭的方向移动从而阻止所述热塑性材料从所述喷嘴中排出。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括，防止所述热塑性材料从子歧管回流并经过第一歧管止回阀进入第一歧管，其中所述子歧管从所述第一歧管分支出来。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括，防止所述热塑性材料从所述第一歧管回流并经过塑料筒止回阀进入所述塑料筒，其中所述第一歧管接收来自所述塑料筒的所述热塑性材料。
12.一种用于微铸型制品的***，其特征在于，包括：
一种含有控制器的微铸型机器；所述控制器含有执行计算机可读指令的处理器，以在所述微铸型机器的塑料筒内将热塑性材料熔化并预加压至第一水平；
在所述微铸型机器的热流道内将所述热塑性材料的熔体压力控制到第二水平；以及
在微腔内将所述热塑性材料的所述熔体压力控制到超腔填充压力。
13.根据权利要求12所述的***，其特征在于，处于所述第一水平的压力小于处于所述第二水平的压力，且处于所述第二水平的压力小于所述超腔填充压力。
14.根据权利要求12所述的***，其特征在于，当所述热塑性材料从塑料筒经过阀门喷嘴离开进入所述模具型腔时，以级联方式升高所述热塑性材料的温度。
15.根据权利要求12所述的***，其特征在于，所述处理器还执行计算机可读指令，以在所述热塑性材料离开所述塑料筒之前将所述热塑性材料加热至第一温度，其中所述第一温度大于所述热塑性材料的熔融温度且小于所述热塑性材料的加工温度；
在所述热塑性材料离开歧管之后但在所述热塑性材料离开所述阀门喷嘴之前将所述热塑性材料加热至加工温度。
16.根据权利要求12所述的***，其特征在于，所述处理器还执行计算机可读指令，以在所述热塑性材料离开所述塑料筒之前将所述热塑性材料加热至第一温度，其中，所述第一温度大于所述热塑性材料的熔融温度且小于所述热塑性材料的加工温度；
调节加热的第一歧管中的所述热塑性材料的温度；
调节所述第一歧管分支中的加热子歧管中的所述热塑性材料的温度；以及
调节加热喷嘴中的所述热塑性材料的温度，所述热塑性材料通过所述加热喷嘴进入模具型腔。
17.根据权利要求12所述的***，其特征在于，所述处理器还执行计算机可读指令，以激活第一移动组件从而将所述热塑性材料从所述塑料筒中排出并进入歧管；
激活第二移动组件从而控制所述热塑性材料从所述歧管排出并进入喷嘴的量；以及
激活第三移动组件从而调节所述热塑性材料从所述喷嘴排出并进入模具型腔。
18.根据权利要求17所述的***，其特征在于，激活所述第一移动组件包括旋转位于所述塑料筒内的螺杆。
19.根据权利要求17所述的***，其特征在于，激活所述第二移动组件包括，基于所述热塑性材料从所述歧管排出并进入喷嘴的所需量，柱塞在第一方向或与第一方向相反的第二方向上移动。
20.根据权利要求17所述的***，其特征在于，激活所述第三移动组件包括喷嘴柱塞朝着打开的方向移动从而允许所述热塑性材料从所述喷嘴中排出或朝着关闭的方向移动从而阻止所述热塑性材料从所述喷嘴中排出。
21.根据权利要求12所述的***，其特征在于，所述处理器还执行计算机可读指令从而防止所述热塑性材料从子歧管回流并经过第一歧管止回阀进入第一歧管，其中所述子歧管从所述第一歧管分支出来。
22.根据权利要求21所述的***，其特征在于，所述处理器还执行计算机可读指令从而防止所述热塑性材料从所述第一歧管回流并经过塑料筒止回阀进入所述塑料筒，其中所述第一歧管接收来自所述塑料筒的所述热塑性材料。
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