挤出复合物挤压注射方法和装置 对相关申请的交叉引用
本发明要求2001年8月16日提交的美国临时专利申请60/312,723的权利。
背景技术
本发明针对挤压注射技术领域，适于成型多种聚合物材料制品。本发明对于需要特殊材料和物理性能的模塑制品具有特定的适用性，所述特殊材料和物理性能包括：高强度、多层(包括埋入式泡沫核)、混合聚合物材料(天然的、次级的(widespec)和回收聚合物)、位于聚合物制品内侧或外侧的特殊镶嵌物、覆盖物、插入物和/或模内插入物、特殊添加剂和特殊处理外层。
已知在传统的高压注射成型技术中，通过狭小的开口注射聚合物来填充模腔，通常用于加工薄壁制品。使用高压注射聚合物以保证快速和适当的填充。在这种情况下，聚合物受到巨大的应力作用，该应力会导致材料强度变差以及产生大量的应力线，减弱结构的整体性。还已知使用多个喷嘴进行低压注射(即，使用低压结构泡沫进行加工)，以减小由于注射压力引起的聚合物内的应力。但是，通过不同的注射口注射成型的物料之间仍然存在焊缝线。这些也是结构弱化线，能减弱聚合物制品的强度。在以上两种方法中，聚合物仍然必须经由一个或多个相对较小的喷嘴口被挤出。这样，可用的聚合物就被局限于具有较高熔融指数的聚合物，它们通常比具有较低熔融指数的聚合物具有更低的强度因数。
在传统的压缩模塑法中，聚合物被注入敞开的模具中并挤压成型。该技术存在的问题是，聚合物仍然被挤压并放置在模具中，引起应力、弱化线以及可能破坏制品地翘曲。该技术和其他常规注射技术存在的另一个问题是，聚合物是单一的均匀材料，不能形成具有独特功能的各层。
在纸幅成型方法中，聚合物冷却时被挤压并缠绕成一层。此方法的缺点是，不能将制品成型为除片状以外的其他不同形状。在许多聚合物应用中，将特殊功能赋予聚合物制品通常是困难的和/或昂贵的。特殊功能包括紫外(UV)保护、抗静电、颜色、高强度、阻挡、阻火以及抗冲击和/或绝缘泡沫。以阻火性为例。不仅阻火助剂非常昂贵，而且使用该助剂得到的聚合物具有非常脆的物理性能。由于相似的原因，通常不希望将助剂混入整个制品中，而且这样混入整个聚合物中有时会产生额外的开支以及导致聚合物的化学和物理性能变差。
相似地，由于速度、工程、美学、经济、生态和/或健康和安全等原因，希望在制品中使用不同聚合物的组合，例如混合使用HDPE、HDPP、尼龙和其他工程塑料，或者混合使用天然和回收的聚合物。然而，在大多数传统的注射和压缩模塑法中，聚合物的混合使用被限制到较低的混合比，因为许多聚合物不能很好地混合，例如尼龙和HDPE，等等。同时，当以高比例混合时，混合聚合物的物理完整性会受到很大的破坏。
还有吹塑成型瓶子和其他小件制品的共挤压法。吹塑共挤压法的缺点是，由于存在悬挂强度(hang-strength)问题而且各层之间经常缺少相对的粘结亲和力，使所生产的制品的尺寸和所使用和共混合的材料的类型受到相对限制。而且，聚合物型坯的性质限制共挤压仅能用于分层，排除了成型结构元件或其他特殊元件的可能性，如不同聚合物的肋材、条状、块状和其他特殊形式，这些形式对于工程、美学、经济、生态，和/或健康和安全等原因而言是期望的。
在一种典型的共挤压方法中，在挤压过程中随意地独立改变各个聚合物的挤压速度是非常困难的。这就限制了机器正确和独立地改变各层的量和厚度从而更好地设计最终产品的特性的能力。
在制品的模塑方法中，希望通过模内注塑法将外部物体置于制品中或制品上，例如聚合物铰链的固定螺纹头等。但是，模内注射和挤压法的性质使得插入除了较小物体外的任何物体都非常困难。引入特殊的镶嵌物、覆盖物或插入物是不可能的，而且大量地模内引入物体和/或材料使其位于聚合物制品内部和外部是不允许的。
已知当许多聚合物助剂在挤压机和/或储料器的剧烈环境中被磨碎时，它们被长时间的高温和/或高剪切力所破坏。例如，当玻璃纤维被推动而经挤压机螺杆挤出时，它们被剪成较短的长度。同时，并不总是希望将助剂混入整个制品中，因为这样混入会增加额外的开支并造成物理性能包括强度的破坏。
由于特定的工程、美学、经济，和/或健康和安全等原因，希望聚合物制品具有特殊的外层。然而，获得这种外层是很困难的，特别是需要薄且均匀的外层时。
【发明内容】
理解现有模塑技术的障碍、问题和缺点以及生产制品的限制之后，开发一种能在生产大型和小型模塑制品时克服上述障碍的新技术是有利的和必需的。本发明模塑方法和装置能够克服以前各种类型的装置的困难和缺点，包括从至少一个喷嘴中将聚合物挤入模腔中；在挤出步骤中移置喷嘴和模腔至少两者之一，从而将聚合物层的至少一部分置于模腔中；以及接下来用配合模具部分闭合模腔，生产模塑制品。
可以理解，本发明还有其他以及不同的具体实施方式，在不偏离本发明的情况下，能从各方面对本发明的几个细节进行改变。因此，附图及描述应被认为是阐述性而非限制性的。
【附图说明】
图1A是本发明聚合物模塑装置的俯视图。
图1B、1C、1D、1E、1F、1G、1H和1I是本发明喷嘴机构的各种实现方式的局部放大图。
图2是表示本发明的模压机的构造和操作的侧视图。
【具体实施方式】
本发明涉及一种挤压注射方法，用于成型多层的大型和小型制品，以得到使用传统方法无法得到的产品、益处和灵活性。如图1A和1B所示，此模塑装置使用一个将一种或多种聚合物材料放入具有一个或多个敞开模腔的印模底台的喷嘴机构。
传统方法的限制包括妨碍成型具有期望强度、大小和类型的产品。在使用本发明挤出复合物挤压注射方法中，通过将相对于模塑工作台快速移动的多排挤压机构并排直线排列，从而均匀和高效地填充一种或多种不同的聚合物材料，克服了传统挤压方法不能生产均匀层制品的缺陷。本方法还具有挤压不同的复合物层的能力，包括挤压粘结材料，用于提供在传统的模塑方法中通常是不相容的各层之间的粘结力。现在使用此方法能够将这些层高效和有效地放置，用于特定目的。此方法被设计成能够生产多层产品，即使它也能很好用于生产单层产品。
如图1A和1B所示，喷嘴机构12包括一排或多排喷嘴14。根据被挤压的聚合物的类型，这些喷嘴能够被堆叠成各种形式，如图1E、1F和1G所示。
喷嘴14被设计成将聚合物喷入敞开的模腔16中，从而提供具有比外界大气压高出基本上零个模压的聚合物喷射。喷嘴14优选以基本上邻接的方式设置，以至于从每排喷嘴中挤出的聚合物材料在流下的过程中有效地形成一层材料，优选以均匀的厚度进入模腔16。根据要填充的模腔的类型、布局和模腔数，各排喷嘴可以仅包括一个具有长且窄的开口21和23的喷嘴，分别如图1C和1D所示。或者，可以使用多个具有更小的开口20和22的喷嘴。在优选实施方式中，使用了多个具有相同或不同尺寸和模腔形式的模腔16，以满足各种生产要求。模腔16相对于喷嘴机构12被移置，从而使用各条路径将材料从模腔的一端铺到另一端。在优选实施方式中，模腔16被置于相对于静止的喷嘴机构12往复运动的穿梭板18上，从而在每个往复运动过程中放置一层材料。但是，应当理解，在不偏离本发明的情况下，穿梭板18也可以保持固定且喷嘴机构12可以被移置，从而用每条路径放置层状材料。
如图所示，喷嘴机构12包括第一排20喷嘴14和第二排22喷嘴14。材料优选分别从第一挤压机/储料器装置24和第二挤压机/储料器装置26喷入喷嘴14。挤压机/储料器装置24和26都优选被设计成能分散不同类型的聚合物材料，但是如果需要的话它们都能分散同种材料。这样，喷嘴机构12能够使用每条往复路径分散多层聚合物。应当理解，为了控制使用每个往复路径放置的聚合物的层数、褶皱和类型，喷嘴机构12可以包括任何排数和每排任何数目的喷嘴14。优选将每排喷嘴设计成用于接收来自挤压机/储料器装置的材料，优选每排喷嘴能放置一种不同的聚合物材料层，下面将详细描述这些材料层。另外，每个喷嘴14包括一个分离的制动器28，如伺服电机，用于独立地打开和关闭喷嘴14，从而建立独立的控制。这些制动器能够可变地控制各喷嘴14中的内部阀门，以改变有效的阀门开口的大小，从而改变经由喷嘴14的聚合物的流动。为了更好地调节聚合物材料的流动，以得到更好的产品质量和一致性，在每台挤压机/储料器装置和相应的一排挤出喷嘴之间设置一个可编程的挤压控制机构37。优选控制机构37是一个阀门，如一个压力调节阀。该机构用于几种目的。控制机构37提供过压力保护，防止挤压机/储料器装置的压力发生波动。该机构还用于控制和调节聚合物材料的流速和流量。它还能用于控制下降电压，以更好地控制输出，从而给喷嘴阀门提供一个附加的可编程机制，以更好地调节挤出量、速度和厚度，得到质量更好的产品。该机构还能够用作喷嘴机构的辅助性开关阀，可以降低喷嘴关闭过程中的压力和减小喷嘴的磨损和划伤。而且，当使用控制机构关闭聚合物供应线时，可以容易地完成喷嘴机构的快速维修。控制机构37能够手动或电动方式驱动。
在操作中，使用编程模式下的、带穿梭板18的喷嘴机构12精确地控制分层。例如，经过喷嘴14的挤压速度能够与穿梭板18的速度相协调，以用每条路径放置具有各种厚度的层。例如，更高的挤压速度和/或更大的阀门开口与更低的穿梭板运动速度协同工作以形成更厚的层，相反可生产更薄的层。另外，在单个往复路径中可以改变这些速度，以产生层的厚度梯度和局部变化。喷嘴排20和21可以选择性地打开和关闭，从而只允许精确地填充各模腔16，而且不允许材料进入模腔之间的空间，从而减少浪费。在单个往复路径中可以几次使用这种选择性的开启，从而挤出平行的聚合物排，而不是层。而且，一排喷嘴中的个别喷嘴14可选择性地打开，而其他喷嘴关闭，从而挤出与由选择性地开启整排喷嘴而形成的排垂直的平行聚合物排。这些聚合物排可以使用各往复路径放置，或者同时使用不同的各排喷嘴放置。这样，夹心、缠绕或交织在一起的聚合物排的各层能够被挤入模腔16中，以形成具有期望的内部组成的聚合物产品。例如，根据选择的聚合物材料和方法参数，这些步骤可以用在层沉积技术中，以成型内部结构元件例如增强肋、抗剪切织物或能够由沉积层形成的任何形状的其他任何结构。喷嘴14可以选择性地打开和关闭，使得在一个特定的往复路径中，聚合物材料被置于一个模腔16中，而不是另一个相邻的模腔中。在操作中，当需要额外的挤压控制时，可任选在多排喷嘴机构上设置一个收敛管道25，如图1H和1I所示。优选该收敛管道25是一个纵向延伸的元件，它延伸喷嘴机构的长度，且从至少一部分排的喷嘴中接收喷嘴14。每个喷嘴14填充各自的收敛孔。或者，每排喷嘴14填充各自的纵向延伸的收敛通道。阀片27可任选安装在收敛管道25上，能够编程控制在挤压过程中启动，以控制和改变组合式多层挤出的整体厚度或者完全地停止挤出。
为了与喷嘴机构12协同工作，穿梭板18具有若干运动等级，与标准的电脑数值控制(CNC)板相似，使板18能够相对于喷嘴机构12运动和翻转。穿梭板18可以设置在一系列导轨上，以允许在往复运动方向上的横向运动。该板还能可任选置于旋转的转盘上，从而在挤压层上产生圆形图案。通过改变模具板18的运动，可以产生其他任何形式的图案，包括正弦或锯齿形。而且，为了在一聚合物层中沉积非线性层或排，使喷嘴机构12倾斜θ角(如45度)是理想的。
本发明挤压机/储料器装置24和26包括一个典型的挤压机30，其中进料斗装有未加工的聚合物材料，当聚合物材料熔融时被进料斗送入挤压机体内。旋转挤压机螺杆32以填充一对储料器34和36。挤压机30连续运转，填充第一储料器34。当填满后，第一储料器34向喷嘴机构12喷射熔融聚合物。当第一储料器34喷射时，第二储料器36被填充聚合物。这样，挤压机30连续运转，使得聚合物不会发生过热。借助一个机械活塞或一个气压或液压驱动喷射装置，或者其他可用于本应用中的装置，使储料器34和36进行喷射。对于本应用，使用单个挤压机/储料器装置放置一种层状材料。特别地适应喷嘴机构12的要求，在各储料器管道的接合处使用一个定向阀38来控制和调节材料的流动。多个进料斗是由每一个将一种或多种材料运送到一个形成每层材料的挤压机中的进料斗组成的。对于单层产品，除了一台进料斗/挤压机外，其他都关闭，或者同种材料经过多个进料斗被输送，用于高速分层。每个进料斗都装有流比仪，以控制进入各进料斗中的进料量。该测量可以基于重量比或体积比，材料可以是液体、片、小球、浓缩物、粉末和预熔融塑料的组合。挤出站的类型和数量依赖于将要引入最终产品中的层的功能和类型。
本发明的模塑板18能够被制成任何大小，以满足各种生产方法的各种需要。例如，模塑板可以是4’×4’或更小的，或者是大于15’×15’以容纳大量的各种尺寸的模具。如图1A和2所示，当模腔16中充满了希望的层之后，穿梭板18移动，进入模压机40中，模压机40具有一个用于接收和支持板18的底部元件42和一个用于容纳模具的配合模46以使其对齐的顶部元件44。然后模压元件42和44移动到一起来成型最终产品。使用此方法能够快速地挤出聚合物，以至于挤出的聚合物在模具对闭合前不会冷却太多。由于一开始聚合物物料是相当平整地放置的，因此当模具对闭合时，填充空间的聚合物的移置度大大减小，从而在成型的聚合物制品中产生很少的应力，甚至不产生应力。另外，由于聚合物是在相对于周围大气压基本上零模压的条件下注射的，因此，与以前的方法不同，使用这种方式得到的产品没有受到应力作用，从而得到更结实的模塑产品。也可以这样设计模具，使得它们能被加热和冷却，以保持稳定的模塑条件并改善聚合物制品的表面质地和质量。由于本发明方法和设备的特点非常适合于原型以及大型和小型的生产运作，因此本发明的模塑板18是较大的往复系统的一部分，由此，辅助模塑板能够在模具进出的过程中移入和移出工作状态的生产线，使得机器处于连续的生产状态，而不需要关闭机器来更换模具等，从而节约大量时间，并且能够在必须不断地关闭机器来更换模具等时清除过热的材料。
本方法还可以用于一种或多种用于在产品外部产生额外的表面层的后续注射方法。例如，可以用具有期望的颜色、耐磨抛光层，或其他期望的性质的特殊材料或贵重材料给由便宜材料制得的粗糙产品涂层。例如，可以用这种涂层涂覆泡沫聚合物，制得使液体保持期望温度的热绝缘浴缸或其他产品。根据此方法，在进行后续注射时，模具被设计成能够略微收回，以打开一个围绕模塑制品的内部空间，如大约1/16”，用于接收注射聚合物涂层。通过用销悬挂制品，可产生周围的内部空间，优选将销以收缩方式安装在模腔内。在一个实施方式中，用于顶出最终产品的推顶杆也能提供这一功能。一个或多个注塑口52用于将聚合物注入模具中，以进行局部填充。然后当最终在制品的外层冷却后用销50将最终制品顶出。
除了上述装置，还有一个安装在模具内、用于特殊的局部产品加工的特殊浮雕机构。由于工程、美学、经济、生态，和/或健康和安全等原因，将这一特殊的浮雕机构设计成与后续注射方法协同工作，由此当模具靠近或暂时地略微分开时，驱动浮雕注射，产生构成聚合物的主要部分的浮雕图案。根据本发明的一个方面，浮雕机构包括具有它自身的注射口52的模具配合部分46的凹陷部分。当模具配合部分46最初与被放置的聚合物接触时，凹陷部分仍然是空的。通过注射口52进行单独的浮雕注射以填充凹陷部分。凹陷部分具有边缘，用于容纳单独注射的聚合物并阻止其溢出流至底层。通过仔细地选择凹陷部分的几何形状、控制浮雕注射的时间，或者调整底层的流动，只需要很少量的注射材料来产生浮雕特征，从而节约了贵重材料。
根据本发明的另一方面，浮雕机构还可以包括模具配合部分46的一个或多个分离的“饼干印模”部分，它们具有各自的注射口52，以接收不同的颜料和/或其他种类的材料。“饼干印模”部分可以用作模具中的一个单独的往复运动的拼合模块，它能够选择性地伸出和收回，从而在后续注射之前在制品表面或在后续注射之后在制品的顶部提供局部的浮雕。例如，这种浮雕可以用于在底层的隔离区域内覆上一层装饰性的用作防滑层的橡胶图样。其他任何特定的注射都可以应用在局部。这样，这种应用可以和产品的生产同步进行，从而减少生产步骤和加工时间，提高生产效率。
大致地描述了此工艺以后，下面讨论此方法和设备可使用的各种聚合物材料。这里公开了几种层状材料，它们的任意组合都能够用在此方法和设备中，用于生产各种具有被选择以满足工程、美学、经济、生态和/或健康和安全标准的各种分层设计的产品。这些层包括但并不限于下述各层：
颜料/色料层：采用所述多层法，可以将一层薄的外部颜料层涂覆在制品的主体部分，该颜料层可以由便宜的回收材料构成。该薄层可以是满足颜料要求而不会给生产者造成含颜料材料的成本过高所必需的任何形式。而且，颜料/色料可以加入到位于制品外部的其他任何层或添加剂中，带来进一步的节约。常见的挤压机都可以用于挤压该层。
UV层：所述多层法允许引入一层或多层外部UV层，提供对聚合物制品的有效保护，以防止来自太阳的有害紫外辐射。提供外部UV层的而不是给整个聚合物制品涂覆UV添加剂的附加好处是，不仅仅获得了在外部使用高浓度的UV添加剂的灵活性，用于提供更好的UV保护，而不会引起任何不必要的物理性能的恶化，而且获得了在紧邻外层的内层中使用低浓度的UV添加剂的灵活性，以及节省大量成本。
防滑层：任何防滑层都可以围绕结构体形成。例如，线性低密度聚合物层可以作为防滑层加入由同种材料构成的底层(典型地具有高密度)的外部。例如，柔软的摩擦性低密度聚乙烯防滑层可以被涂覆在高密度聚乙烯的刚性结构体外。此方法的这种应用具有许多有利之处。该层是整体成型的，不需要额外的劳动和处理。不像以前类型的防滑层，由于这种防滑层具有同种但是不同密度的聚合物基体，因而不需从底层上剥离或分离，从而提供理想的粘结。由于这些层都是由同种热塑性材料构成，因而这个制品是可以完全回收的。使用该方法得到的防滑层的理想摩擦性能可以通过调节树脂的密度方便地进行调节，以满足特定消费者的要求，因为树脂的摩擦性能是分子密度的函数。所形成的防滑层光滑且易于清洗，从而符合板材应用的FDA和USDA要求。该防滑层还可以是颜色匹配的，以用作颜料层。常见的挤压机都可以用于挤压该层。
阻火层：通过涂覆一阻火层，整体成本可以通过提供同样起到阻火作用的保护薄层而不在整个产品中使用昂贵的添加剂而大大降低。这样成层还解决了重量问题。为了尽可能减小脆性问题——断裂、裂纹和结构问题，在阻火层中形成特殊的强度层，以提供所需的必要的额外支持，或者是通过将阻火层夹在各层之间来实现。当仅使用薄层时，由于使用的阻火添加剂的量非常少，产品的可回收性还是可接受的。常见的挤压机都可以用于挤压该层。
强度层：在形成特定的强度层时，使用一种技术的两个单独的方面。该多层法本身提供了额外的机械强度作为多层材料的一种熟知的内在性能。而且，可以形成特定的强度层，使聚合物更加结实且仍然可回收。为了达到强度要求，可以在聚合物中混入长的玻璃纤维束、尼龙束和/或其他天然橡胶例如大麻。用于该层的材料可以是尼龙、聚乙烯或聚丙烯。为了保持纤维束的长度和完整性，挤压机可以和一个避开挤压机内的螺杆的剪切作用的下游进料器协同工作。引入强度层的另一个选择是仅使用尼龙作为工程聚合物用于该强度层，原因是尼龙内在的高强度。引入强度层的益处是非常多的。强度层能够补偿其他层的低结构强度，从而使用独特的特征和材料，以获得功能性应用，例如防滑、阻火等。
泡沫层：可以提供一层用于抗冲击、绝缘、减小重量和容量填充的泡沫层。所述多层法通过改变材料以及泡沫层和非泡沫层的厚度提供了期望的刚性和抗冲击水平。外部泡沫层也可以用作颜料层、防滑层和强度层。而且，大多数内层都具有使用天然材料或者回收材料的灵活性。提供泡沫层还可用于一个附加功能。通过组合式地改变发泡度和泡沫层的厚度能够实现绝缘因子的提高和重量的减小。在特定的具体应用中，发泡对于空腔的容量填充是有效的。发泡层还能提高机械强度，提供有利的质量/强度比。将泡沫引入塑料中有两种典型的方法。一种方法是使用标准挤压机，在进料斗或下游位置将化学发泡剂与塑料混合。另一种方法在挤压机的中间或下游引入氮气。如果使用泡沫层，则施加于挤压柱上的具体最小正气压对于保持用于泡沫层的期望发泡度和保证层的预期厚度是关键的。
阻挡层：特殊的密封材料可涂覆在制品外部以阻止内容物如水或溶剂从主体部分渗出或运动。该阻挡材料也能与颜料层或其他层结合使用。典型的挤压机可以用于此目的。通过使用少量的阻挡材料来保证适当的阻挡，原材料成本大大降低，特别是对于大型的塑料制品。而且，根据所用阻挡材料的类型，如果在整个制品中使用，这些材料可能具有过于昂贵和太重或太刚硬的问题。由于只需要一层阻挡材料，而不是在整个制品中使用这种材料，因而此方法不存在上述问题。
粘结层：可以提供一粘结层，将不相容和不能很好地粘结在一起的各层如聚乙烯层和尼龙层粘起来。如果相容性材料用在具有很好的天然粘结性的层之间，则不需要使用该粘结层。
回收层：为了降低原材料成本，可以涂覆一层回收材料。该层可以用其他更昂贵的层来增强，以提供强度、颜色或其他任何性能，从而提供具有期望性质的便宜产品。整个产品可以由可回收材料构成，从而提供可回收产品。
根据本发明的另一方面，本发明的分层法允许加入插入物和添加剂。例如，通过将长的玻璃纤维束置于层之间将纤维束加入模塑制品中。还可以加入其他材料，如麻纤维、橡胶条、颗粒物质，甚至液体。这样，可加入这些添加剂，而避免使挤压机处于使材料恶化并使长的纤维束断裂的高温和高剪切条件下。如图2所示，可以用悬挂在板18上的配料装置60来加入这些纤维束。配料装置60可以包括用于将纤维或颗粒振落到模腔16中的振动器。确定振动器60的方向，使之与模腔16呈预期角度放置纤维。还能使振动器60旋转，从而在交叉方向上放置纤维。另外，可以使用多个振动器在任何期望的方向上放置纤维束。该方法使添加剂能被放置在模塑制品的非常特定的区域或层。
除了含有添加剂外，配料装置60还能包括一个用于在模塑过程中向聚合物制品的内部或外部引入特殊的镶嵌物、覆盖物和插入物的机构。许多元件例如螺杆、把手和铰链都能够通过模内引入法加入制品中。例如，本发明允许两个模塑制品单独成型，铰链或其他元件可以放置在邻接模具之间。这样，最终制品可以就地成型，减少了加工步骤的时间和劳动，从而降低生产成本。在聚合物的外表面加入用于高质量图案的热敏贴纸也是可行的，可任选在周围注射透明保护层。在聚合物制品的内部加入射频识别(RFID)芯片/标签或者使附在聚合物制品外部的标签具有RFID功能也是可行的。
另外，此方法可用于引入结构件。例如，增强件如螺纹钢筋可以在聚合物制品内部成型，以提供较大的机械强度。而且，根据本发明可以将工字梁嵌入组合物中。这对于用在腐蚀性环境中的钢制结构件具有特殊的适用性，如对于用在海洋中的桥墩，在该环境下嵌入聚合物中的构件能够抵抗盐的腐蚀。当然，可以考虑其他任何插入物。
例如，具有预定形状的预制玻璃纤维网可被插入，并在其周围模塑成型。而且，例如由“凯夫拉尔(Kevlar)”纤维构成的钢筋件能够嵌入聚合物制品的内部或外部。这样，钢筋件能够由聚合物构成，与以前类型的钢筋板相比，其质量非常轻。所述插入模塑法有能力制造多种高强度且轻质的元件，这些元件可用于加工车辆部件、机身、建筑构件和其他类似用途。对于这些特定的插入法，配料装置60可以包括一个用于支撑插入物的夹具，该夹具人工地或机械地安装在模具内的需要位置。根据特定工艺的要求，夹具能够在一个或多个层的放置过程中支撑插入物，或者能够在放置过程后被取出。
根据本发明的另一方面，配料装置60可以包括一个被安装用于穿过穿梭板18滚压任意期望长度的层状材料的铺开机构。该铺开机构还包括一个自动地将层状材料切成任意需要长度的刀具。这样，所述层状材料就能被放入一个或多个模腔16中，从而为物体的插入提供强度或其他任何期望的物理性能。确定铺开机构的方向，使其旋转以提供具有任何期望取向的层状材料。当然，还应当理解，铺开机构包括不止一个铺开站，用于同时或顺序地将层状材料在期望方向上铺开，以满足理想过程的需要。
通过在聚合物放置过程中进行小心的精确控制，此方法能够使模具通常围绕插入物放置。根据本发明的一个方面，配合模部分46也能用于以最小的聚合物位错和溅散从而使材料应力最小化来进行细节加工。另外，通过小心地控制插入物的放置，能够计算和控制由于插入物的重量而导致的熔融聚合物的流体移置，从而保持较紧的公差。
应当理解，本发明的方法和设备是足够多样化的，能够进行传统的注射模塑操作、传统的压缩模塑操作，或者注射和压缩工艺的组合。注射机构可以构造成位于压具一侧或两侧的从多喷嘴热流道系统到单喷嘴系统。
应当意识到，本发明还具有其他不同的实施方式，在不偏离本发明的情况下，例如出于工程、美学、经济、生态和/或健康和安全等原因，可以在各个方面对本发明的一些细节进行变化。因此，附图和描述应被认为是阐述性而非限制性的。如上所述，本发明解决了与以前类型的装置有关的许多问题。但是，应当理解，本领域的熟练技术人员在本发明的原则和范围内，对于为解释本发明的本质所描述和阐述的细节、材料和部件的排布所做出的各种变化将在后附的权利要求中表述。