一种用于注射薄塑料部件的方法.pdf

本发明涉及一种利用注射单元(10)注射塑料材料部件的方法，所述方法包括下述步骤：由热塑性聚合物料粒和过氧化物料粒制成混合物，所述混合物包括重量比0.5％-10％的过氧化物；将混合物加入所述塑料材料注射单元(10)的所述入口(16)；在所述注射单元内驱动所述混合物，同时在混合物在所述注射单元(10)内的移动期间渐渐提高所述混合物的温度；以及通过所述注射单元(10)的所述出口(18)将所述混合物注射入所述模具(20)。

1.  一种利用注射单元(10)注射塑料部件的方法，所述注射单元包 括材料入口(16)、朝向模具(20)的材料出口(18)和用于在所述材料 入口(16)和所述材料出口(18)之间传送材料的装置(14)，其特征在 于，所述方法包括下述步骤：
-产生混合物，所述混合物包括热塑性聚合物料粒和过氧化物料粒， 所述混合物包括重量比0.5％-10％的过氧化物；
-将所述混合物加入所述塑料注射单元(10)的所述入口(16)；
-在所述注射单元(10)内传送所述混合物并同时在混合物在所述注 射单元(10)内的移动期间渐渐提高所述混合物的温度，温度增长使得在 所述混合物离开所述注射单元(10)之前至少重量比90％的过氧化物被分 解；
-通过所述注射单元(10)的所述出口(18)将所述混合物注射入所 述模具(20)。

2.  根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物包括重量比0.5％-5％ 的过氧化物。

3.  根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中用于在所述注射 单元(10)中传送所述混合物的所述装置(14)包括蜗杆。

4.  根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中在所述混合物离 开所述注射单元之前，至少重量比95％，优选重量比98％的过氧化物被分 解。

5.  根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述注射单元(10) 包括至少两个用于加热容纳在所述注射单元(10)内的所述混合物的加热 带(22、24、26、28)，在第一加热带(22)和塑料离开所述注射单元(10) 的出口(18)之间，温度上升20℃-60℃，其中所述第一加热带定位在接 近塑料进入所述注射单元(10)的入口(16)的位置。

6.  根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中在混合物进入和 离开所述注射单元(10)之间的时间间隔为小于15分钟，优选地小于10分 钟。

7.  根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述塑料选自聚 丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯。

8.  根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述过氧化物选 自十小时半衰期温度大于或等于90℃，优选大于或等于110℃的过氧化物。

9.  根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述混合物还包 括塑料增强物，例如滑石或玻璃纤维。

10.  一种由注射成形获得的塑料部件(42、44、46、48)，其特征在 于，所述塑料部件在微米尺度上具有至少两个相，第一相以颗粒的形式分 布在所述部件内，连接相包覆并连接所述第一相的所述颗粒。

11.  根据权利要求10所述的部件(42、44、46、48)，其中所述连接 相展示出交联。

12.  根据权利要求11所述的部件(42、44、46、48)，其中这种交联 形成贯穿所述连接相的连续的网状物。

13.  根据权利要求11或12所述的部件(42、44、46、48)，所述连接 相的某些交联链形成介于连接相和第一相之间的中间相，这些链与所述第 一相的聚合物链连接。

14.  根据权利要求10-13中的任一项所述的部件(42、44、46、48)， 所述部件由权利要求1-9中的任一项所述的方法制成。

15.  根据权利要求10-14中的任一项所述的部件(42、44、46、48)， 所述部件为机动车辆的部件。

16.  根据权利要求15所述的部件(42、44、46、48)，所述部件为机 动车辆的照射装置的部件。

17.  根据权利要求16所述的部件(42、44、46、48)，所述部件为屏 蔽件或外壳。

18.  一种车辆照明装置，包括如权利要求16或17所述的部件(42、44、 46、48)。

19.  一种如权利要求1-9中任一项所述的用于注射塑料部件的方法， 其中所述部件为如权利要求10-17中任一项所述的部件。

一种用于注射薄塑料部件的方法
技术领域
本发明涉及塑料注射技术领域，具体地用于制造用于机动车辆的光学 器件的塑料部件。
背景技术
现有技术已知一种注射塑料制品的单元，其具有包括材料入口和出口 的注射筒以及容纳在该注射筒中的往复螺杆。这种螺杆为蜗杆类型的螺 杆，用于混合塑料并用于从材料入口向材料出口传送塑料，然后将塑料注 射入模具。
塑料以塑料料粒的形式加入注射单元。术语“料粒”的含义是尺寸大于 约0.5mm的元件，优选地大于1mm，更优选地甚至等于约2mm。
添加剂，例如染料、增塑剂等，也可加入该装置。
然而，人们越来越多地力图降低用于生产给定部件的塑料的量，并由 此以降低生产成本和部件的重量，而保持部件良好的机械性能。
然而，当期望降低部件的壁的厚度时，要求材料所注射入的模具的腔 更薄。然而这种更薄的腔对熔融塑料的流动形成更大的阻力。这需要更大 的注射压力，导致需要更大功率并通常更大的注射单元。
为了避免增加给定注射单元的压力，可以降低所注射塑料的粘性。然 而，注射期间粘性的降低常常以一旦冷却后部件的机械性能损失为代价。
可以想象采用多点注射将塑料注入模具，而不改变所注射塑料的粘 性。然而，这种方法将导致形成使部件变弱的线，被称为熔接线。此外， 这些熔接线从美观角度常常不可接受。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于注射塑料部件的方法，能够生产壁厚降 低并保持良好机械性能的塑料部件。
为此目的，本发明的一个主题是一种利用注射单元单元注射塑料部件 的方法，注射单元包括材料入口、朝向模具的材料出口和用于在材料入口 和材料出口之间传送材料的装置，所述方法包括下述步骤：
-产生混合物，混合物包括热塑性聚合物料粒和过氧化物料粒，混合 物包括重量比0.5％-10％的过氧化物；
-将混合物加入塑料注射单元的入口；
-在注射单元内传送混合物，同时在混合物在注射单元内的移动期间 渐渐提高混合物的温度，温度增长使得在混合物离开注射单元之前至少重 量比90％的过氧化物被分解；
-通过注射单元的出口将混合物注射入模具。
由于本发明的方法，以料粒形式加入到注射单元内的过氧化物和塑料 相互反应。
通过在混合物在注射单元内的移动期间使混合物的温度逐渐升高，在 注射单元内，该单元的入口和出口之间，形成温度梯度；这也被称作温度 曲线或热曲线。在本实例中，在注射单元的入口和出口之间，温度曲线是 上升的。
选定热曲线起点的温度使在注射单元内过氧化物和塑料的相互反应 能够尽快开始，以便在注射单元传送装置内尽快引起相互反应和分配不均 匀的混合物的效应，例如蜗杆的行程。
然而，考虑混合物中过氧化物的量、料粒的尺寸和温度曲线，在注射 单元中获得的混合物在物理上是不均匀的，也就是说，不是所有的塑料都 与过氧化物反应：只有在过氧化物和塑料之间直接接触的区域进行两种复 合物之间的反应。因此，在注射单元的出口，仍有一部分塑料未与过氧化 物接触。因此，与过氧化物反应的部分塑料和未与过氧化物接触的部分塑 料具有不同的物理特性。
注射单元通常被分为三个连续的区域：与材料入口邻近的进料区、受 压区和与材料出口邻近的均化区。
在进料区，更多的流体相被形成，小批量地出现在混合物中。这些更 多的流体相主要由塑料和已经在表面与塑料料粒通过破坏聚合物链而反 应的过氧化物形成，例如通过聚合物的中间，具体地通过β裂解反应来实 现。该相比由还未与过氧化物反应的塑料形成的相更加流体化。
此后，沿着螺杆对混合物的传送(也称作运输)和混合导致更多的流 体相的剪切扩散以及还未与塑料反应的过氧化物的分布。这样，还未反应 的过氧化物将与更多的塑料接触，并与其反应，增加了更多的流体相的量。 同时，这些更多的流体相趋于覆盖还未与过氧化物接触的塑料。
通过在塑料料粒之间形成粘性比塑料的粘性低的膜，过氧化物与部分 塑料的反应降低了混合物的粘性。该膜对应于更多的流体相。在将混合物 注射入模具期间，该膜将在模具内充当润滑剂。因此混合物可被注射入模 具中，以形成厚度减小的部件，例如小于2mm的部件，而不必在将混合物 注射入模具期间施加非常高的压力。而且，因为混合物更流体化，因此可 更容易地填入模具的腔内。
然而，由于不是所有的塑料都与过氧化物反应，注射后的部件与那些 没有添加过氧化物的部件保持相似的机械性能，或者甚至相同的机械性 能。
实际上，由于混合物的不均匀性，冷却后的混合物的机械性能不像均 匀混合物那样与粘性降低成比例地降低。
在注射之后，在塑料部件的冷却期间，分解的过氧化物继续与聚合物 链反应，并在链之间形成交联，这也使改进一旦冷却后的部件的机械性能 成为可能。
这样，通过与塑料注射领域通常的实践相反，也就是说寻找尽可能均 匀的混合物的实践，本发明的方法能够以标准的注射单元生产薄的塑料部 件，其机械性能在注射并冷却后不会明显降低或根本不降低，其具有均匀 的表面外观。
而且，注射方法可包括一个或更多个下面的单独的或组合的特征：
-塑料和过氧化物料粒的尺寸相近。这样发生在不同尺寸的料粒中的 两种复合物的分离现象可以被削弱。而且，混合物的分布得以保持，而没 有由于重力或静电力产生的不同性质的料粒之间的分离。
-料粒的尺寸大于0.5mm，优选大于1mm，更优选等于约2mm。因此 能够使用标准尺寸的料粒进行塑料注射。由此，该方法不会产生与特殊尺 寸的料粒相关的额外的花费。
-混合物包括重量比0.5％-5％的过氧化物。混合物粘性的降低进一步 是有利的，获得了聚合物机械性能的保持。例如，为了生产机动车辆前照 灯外壳，可以使用包含重量比1％-1.5％的过氧化物的混合物。
-用于在注射单元内传送混合物的装置包括蜗杆。这样使用包括简单 并有效的传送装置的标准的注射单元。用于传送混合物的这些装置也是用 于在注射单元内混合混合物的装置。
-在混合物离开注射单元之前，至少重量比95％的，优选至少重量比 98％的过氧化物被分解。这样改善了本方法的效率，并且过氧化物的量可 有利地降低。由此，在注射单元内过氧化物和塑料之间的相互反应完全被 启动。
-注射单元包括至少两个用于加热容纳在注射单元内的混合物的加 热带，在第一加热带和塑料离开注射单元的出口之间，温度上升 20℃-60℃，其中第一加热带定位在接近塑料进入注射单元的入口的位置。 例如通过注射单元的加热带施加的温度曲线为范围从200℃-225℃的上升 的温度曲线。由于这种温度上升，在注射单元中获得不均匀的混合物。
-混合物进入和离开注射单元的时间间隔为小于15分钟，优选地小于 10分钟。过氧化物可以分解并与塑料反应，以降低注射单元内混合物的粘 性。
-塑料选自聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸 丁二醇酯。这些塑料是经常使用的，尤其是用于生产机动车辆的部件。
-过氧化物选自十小时半衰期温度大于或等于90℃，优选大于或等于 110℃的过氧化物。根据所使用的塑料选择十小时半衰期温度。在具有半 衰期温度大于90℃的过氧化物之中，可以为叔烷基过氧化酯、二-(叔烷基) 过氧缩酮和二-叔烷基过氧化酯。十小时半衰期温度含义是在该温度下十小 时后50％的过氧化物被分解。
-混合物还包括塑料增强物，例如滑石或玻璃纤维。增强物使得能够 增强成形部件的机械性能。
本发明的另一个主题是一种由注射成形获得的塑料部件，该塑料部件 在微米尺度上具有至少两个相，第一相以颗粒的形式分布在部件内，连接 相(joining phase)包覆并连接第一相的颗粒。
根据本发明的一个实施例，连接相展示出交联。为了本发明的目的， 应考虑连接相展示出交联，因为该相的交联大于还没与过氧化物反应的聚 合物的交联。
在一个有利的实施例中，这种交联形成贯穿连接相的连续的网状物。
根据本发明的塑料部件的一个实施例，如上一段所述的展示出交联的 连接相，连接相的某些交联链形成介于连接相和第一相之间的中间相，这 些链与所述第一相的聚合物链连接。
术语“微米尺度”含义是小于毫米的尺寸，优选是几百微米的量级，或 者甚至几十微米。
塑料部件的微观结构可具体地使用原子力显微镜(atomic force  microscope，AFM)在“轻敲”模式(“tapping”mode)下观察，即进行振幅 调制，其中悬臂在它的固有共振频率下以某一振幅振动。当安装在悬臂端 部的尖端与部件的表面相互作用时，它的振幅被改变。振幅的改变表征了 材料的弹性。因此能够获得所研究的部件中的材料的性质的二维呈现。
部件可通过上面限定的方法获得。
根据本发明的实施例，根据本发明的部件可以为机动车辆的部件，尤 其是机动车辆照射装置的部件，特别是道路照明装置、信号指示装置或车 内照明装置；道路照明装置可为车辆车前灯，或称为车辆前照灯；信号指 示装置可为后信号灯，具体地为执行刹车灯、位置灯、方向指示和/或倒车 指示功能的后信号灯，或其它执行高位刹车灯功能的后信号灯；车内照明 装置可具体为顶灯或其它侧面设备，用于照亮机动车辆的乘客室。
在一个实施例中，这种机动车辆照射装置的部件为机动车辆照射装置 的屏蔽件或外壳，具体地为车辆车前灯或后灯的屏蔽件或外壳。根据本发 明的部件在大表面面积的壁的情况下是特别有利的，因为壁在与传统部件 坚固度相同的情况下可以更薄。因此，对于这种壁，可以相当显著地节省 重量和材料，尤其是对于车灯装置的屏蔽件甚至是外壳，特别是对于车前 灯或后信号灯的外壳。
本发明的另一个主题是一种机动车辆照射装置，其包括根据本发明的 部件，它能用于该照射装置，以具体作为道路照明装置，信号指示装置或 车内照明装置。道路照明装置可为车辆车前灯，或称为车辆前照灯；信号 指示装置可为后信号灯，具体地为执行刹车灯、位置灯、方向指示和/或倒 车指示功能的后信号灯，或其它执行高位刹车灯功能的后信号灯；车内照 明装置可具体为顶灯或其它侧面设备，用于照亮机动车辆的乘客室。
根据本发明的另一个主题是一种机动车辆，其包括根据本发明的部件 和/或照射装置。
根据本发明的一个实施例，根据本发明的注射方法为一种用于注射根 据本发明的塑料部件的方法。
根据本发明可以使用的过氧化物的实例

附图说明
通过阅读下面以示例单独给出的说明，并参考附图，将能更好地理解 本发明，其中：
图1为能够实施本发明的方法的注射单元的剖视图；
图2为示出五个塑料部件，其中四个由本发明的方法获得；
具体实施方式
图1示出了塑料注射单元10的剖视图。该单元10包括基本圆柱形的注 射筒12和可旋转地安装在注射筒12内的蜗杆14。蜗杆14包括在图1中以点 划线示出的旋转轴线36。该轴线36与注射筒12的对称轴大体一致。
注射筒12包括入口16和朝向模具20的出口18。注射单元10还包括围绕 注射筒12的外表面、传统的加热带22、24、26、28。在由示例单独给出的 本实施例中，有四个这种带22、24、26、28。
在本实施例中，蜗杆14形成用于在注射单元10内传递混合物的装置， 以及混合装置。
为了便于加入待注射的混合物，入口16包括料斗30。
由于使用加热带22、24、26、28，可以在注射单元10内在混合物的移 动过程中渐渐提高混合物的温度。实际上，可控制每个带的温度在不同于 其他带的温度的设定点的温度。在本实例中，如被期望的，随着混合物经 过注射单元10朝向出口18行进而增加混合物的温度，从带22到带28，设定 点的温度将增加。因此，固定的温度曲线被施加在注射单元10的注射筒12 内。
注射单元10还包括用于绕旋转轴线36旋转蜗杆14的常规装置32，以及 用于平行于旋转轴线36平移蜗杆14的装置34。
下文描述根据本发明的、用注射单元10实施的方法的两个示例。
示例1：聚丙烯的混合物，包括重量比30％的玻璃纤维和重量比5％的 过氧化二异丙苯。
在该示例中，注射筒12的内直径为35mm。
圆柱形的聚丙烯料粒具有2mm的高度和1.5mm的直径，包括重量比 30％的玻璃纤维，并混以相同尺寸的重量比5％的过氧化二异丙苯料粒。
混合物被加入料斗30中。在料斗30的底部，即在注射筒12的入口处， 混合物经过区域的温度设定点约为50℃。
加热带22、24、26、28可以限定注射筒12内的温度曲线。
在注射筒12的入口16和出口18之间，可以限定三个区域：第一区域， 也称作进料区52，位于邻近注射筒12的入口16处，第二区域，也称作受压 区54，以及第三区域，也称作均化区56，位于邻近注射筒12的出口18处。
在进料区52中温度约200℃，在受压区54中约215℃，并且在均化区56 中温度约225℃。
在注射单元10内停留3分钟、5分钟和7分半钟后，在注射前分别有约 88％、97％和至少99.5％的过氧化二异丙苯被分解。
在注射入模具20期间，混合物具有约220℃的温度。
停留时间，即混合物进入和离开注射单元之间的时间间隔，为7分半 钟。
示例2：聚丙烯的混合物，包括重量比40％的滑石(talc)和重量比2％ 的过氧化二异丙苯。
基本呈立方体形的聚丙烯料粒具有2mm的边长，包括重量比40％的滑 石，并混以相同尺寸的重量比2％的过氧化二异丙苯料粒。
该方法的其它步骤与示例1描述的步骤相似。
在注射单元10内停留3分钟、5分钟和7分半钟后，分别有约88％、97％ 和至少99.5％的过氧化二异丙苯被分解。
包括重量比30％的玻璃纤维和重量比0％、2％和5％的过氧化二异丙 苯的聚丙烯混合物的比较。
下表比较了在所有其它参数一致时，将混合物注射入模具并产生在 300mm长度上具有2.25m厚度的部件所需的注射压力，以及一旦冷却后部 件的弹性模量。

可以看出将塑料注射入模具所需的压力显著下降，而机械性能损失相 对较低；机械损失与压力下降不成比例。
包括重量比40％的滑石和重量比0％、2％和5％的过氧化二异丙苯的 聚丙烯混合物的比较。
下表比较了在所有其它参数一致时，将混合物注射入模具并产生在 300mm长度上具有2.25m厚度的部件所需的注射压力以及一旦冷却后部件 的弹性模量。

可以理解的是，由于本发明的方法，能够生产较薄的塑料部件，同时 保持模制部件的良好的机械强度，这可以减轻部件的重量，并因此，在用 于机动车辆部件的情况下，降低车辆的燃油消耗量。
图2示出了五个部件40、42、44、46、48，其中四个根据上面限定的 方法获得。从左至右，包括重量比30％的玻璃纤维的聚丙烯混合物分别包 括重量比0％、1％、2％、3％和5％的过氧化二异丙苯(因此部件40不是根 据本发明的方法生产)。
可以看出，当混合物中过氧化物的量增加时，部件的表面外观更均匀。 这样，图2中，从左到右，即当混合物中过氧化二异丙苯增加时，外观问 题，即流线60和小波62的外观，减小。还可看出，在不增加混合物中的过 氧化物的情况下，在用上文中相同的温度操作的注射压力下，不能生产具 有300mm长度的部件。
当使用具有25mm或50mm直径的蜗杆时，结果几乎是一样的。
通常来说，可用下面的方法评估根据本发明的部件的交联或根据本发 明的方法获得的部件的交联。对于给定的一组聚合物，交联度D可通过聚 合物在溶剂中的溶解度来测量。由于聚合物在溶剂中可溶解，交联的部分 自身将不能溶解。
通过只考虑聚合物的表面厚度的质量：
D＝处理后的在溶剂中不可溶解的聚合物的重量/聚合物的总重量。
例如，聚丙烯的交联度可如下测量：
D＝在60℃在二甲苯中不可溶解的聚丙烯的重量/聚丙烯的总重量。
对于聚丙烯，在温度高于130℃时也可使用十氢化萘。
最后，聚丙烯的不可溶解的部分对应于交联的部分。根据本发明，这 种交联的部分是已与过氧化物发生反应的部分，即连接相和可选地介于连 接相和第一相之间的中间相。
如果该用于测量交联度的方法用于不同方式获得的部件，用使用注射 单元的注射方法，该注射单元包括材料入口、朝向模具的材料出口和用于 在材料入口和出口之间传递材料的装置，这种方法包括：加入给定热塑性 聚合物料粒(例如聚丙烯)而不与过氧化物混合的步骤，将塑料传送到注 射单元中并同时在混合物在注射单元内移动期间渐渐提高混合物温度的 步骤，以及将该材料通过注射单元的出口注射入模具的步骤，然后获得参 考交联度D₀。
通过使用该方法测量根据本发明的部件的交联度或根据本发明的方 法获得的部件的交联度，获得第一交联度D₁，其中聚合物与用于测量参考 交联度D₀的聚合物一致。
然后将看到第一交联度D₁大于参考交联度D₀。由此，在根据本发明的 部件中相比于用其它方法获得的部件将看到增加的交联。
已经描述了平行六面体的部件，但是该方法当然可用于生产复杂形状 的部件。例如，能够生产用于机动车辆照明和/或信号指示装置的塑料部件， 例如前照灯屏蔽件、前照灯壳，灯座或者空调系统的外壳。
这样，由于本发明的方法，尤其是在前照灯屏蔽件的应用中，甚至车 辆照射装置的外壳的应用中，尤其是为照明装置和/或信号指示装置，具体 地为前照灯，由于这些部件具有大的表面区域，能够显著降低部件的重量。 重量的降低通过降低了所用材料的量，能够降低生产成本，并且也降低了 打算安装这种照明装置和/或信号装置的车辆的耗油量。
由于降低了待注射的混合物的粘性，也能够增加在多点注射中两个注 射点之间的间距。