用注射成型法生产鬃毛制品的方法 本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的用注射成型法生产鬃毛制品的方法。
自从鬃毛制品的鬃毛支架以及鬃毛都采用塑料以来，人们多次尝试，使用一种非机械紧固手段的形状固定和整体的连接方法来代替早期的鬃毛束在鬃毛支架上的机械固定方法。对此首推所谓地注射成型法，其中鬃毛束端部通过在其周围注射上用于鬃毛支架的熔融塑料而被嵌入并且被固定在鬃毛支架上。
鬃毛制品-主要的质量特征在于单根鬃毛或鬃毛束的抗拉强度，也就是说，鬃毛应这样嵌入其支架的塑料块中，使得在使用受力时不产生松动，已知的注射成型法中只示出了这样的有利点，即位于注射模型中的毛束端部且有一增厚部，它在周围浇注鬃毛支架塑料之后形成一锚固体并且使鬃毛在其紧固侧相互连接，从而使得在毛束或在单根鬃毛上作用的拉力导入增厚部并且由于其固定作用而被鬃毛支架吸收。
已知方法使用整个注射模型，其中的一个半模具有一个相应于鬃毛填充物的通道，鬃毛束穿过通道，其端部伸进模腔中。鬃毛束的鬃毛端可通过一形成增厚部的粘胶剂相互连接(FR 1453829/piotrowski)或者，若鬃毛由塑料单丝组成时，将其熔化，熔体凝固后就形成增厚部，该增厚部具有比其鬃毛束大的横截面积(DE8459331/schiffer)。
已知道，鬃毛束嵌入鬃毛支架部分越长，其抗拉强度也就越大，但这与以下要求相矛盾：即在使用由高级塑料如聚酰胺制成的鬃毛和使用鬃毛支架时，应尽可能使用少的材料，这可通过鬃毛相应较短的夹紧定位来实现。另外有这样的鬃毛制品，其支架由于实用技术的原因应具有一个尽可能小的壁厚。例如牙刷，由于狭窄的口腔条件因而要求一个包括鬃毛长度在内的尽可能短的结构。
已知方法中(EP0142885/Anchor)，紧固长度的减小是这样来实现的，即由于鬃毛端部的熔化而得到的增厚部通过在注射支架熔融塑料时的注射压力被挤压到毛束通道的口部，因而紧固(部分)长度实际上已降为增厚部的厚度并且毛束的紧固仅通过挤进增厚部和模型壁之间狭窄空隙的支架的塑料块来实现。以该已知方法可同时通过该增厚部而将通道密封，以避免喷射的熔融塑料在鬃毛束边缘或是在鬃毛之间流出(过注)和在加工完的刷子上形成毛边或至少形成令人不满意的外表。这也会不规则地影响在支架配属区域鬃毛的弯曲特性。但是由于多种原因，这种方法仍不令人满意。首先，增厚部在毛束通道口的施压是不确定的并且最主要的是它不具重现性。因而，由于注射物在模型中的引导，和由于增厚部的横截面积，特别是其超出毛束直径的长度，所述的增厚部分也可在熔体中漂移，即可部分地将毛束成从通道中推出并且插进熔体中，这样既不会产生密封效果，也不会得到一个鬃毛在支架外部的均匀的使用长度。鬃毛束的抗拉强度也不会令人满意，因为与该增厚部搭接的薄的材料板只具有一个中等的抗剪强度。
该方法的缺点可至少部分由另一个已知的方法(EP0326634/coronet)来消除，即在形成增厚部之后在毛束上作用一拉力，它使该增厚部相对于通道口密封。以这种方式可得到一个尽可能短的和对于所有毛束部相同的嵌入长度并且不会出现所谓的过注(überspritzen)(熔融塑料进入毛束之间和外毛束周围的通道)。但仍可在增厚部的紧固点保持一个中等的抗剪强度。
另一种已公开的方法中(DE1050304/Beck)中是这样来防止过注的：鬃毛制品所有部分的鬃毛综合成一单一的毛束并且在固定侧端部具有一板，它只是在其边缘才被鬃毛支架的塑料块从后部搭接上。在毛笔，画笔或类似物中这种形式是有利的，这些笔中几个小的鬃毛束的作用不是很重要。但是，该方法由此仅限于特殊的鬃毛制品。此外，此处可用于固定的横截面非常小，因而其抗剪强度不可能满足一般的应力和负载。
在已知的能得到最佳结果的方法中(EP142885和EP0326，634)，除了上述缺陷以外，按此方法生产的鬃毛制品特别是牙刷，还具有其它未曾预料的质量缺陷。即最迟在使用一段时间以后毛束产生扩胀和导致回复性能的明显破坏，即在这种方法中单根鬃毛的抗弯强度明显减小，但在较大的嵌入长度时却不会发生这种情况。DE845993和FR1453829所公开的方法中，除了不利的高的材料消耗外，还导致了另外的缺陷，例如在脱模之后有时会产生毛束不相互平行或者不垂直于鬃毛支架紧固侧的表面，而是相对于其额定位置偏斜或者鬃毛在其埋入区域发生弯曲。
在较大的鬃毛嵌入长度时(由于实用方面原因这是优选的)，就必须防止产生过注和因而形成的毛刺。因而为了使鬃毛密封地压在通道中，在这种方法中也推荐使用密封措施，即可例如通过在通道中的鬃毛束中间塞入一个芯子来实现密封，(DE3832520/Schiffer)。在另一方法中(DE2922877/zahoransky)，通道朝向型腔方向收缩，鬃毛束则被压进该收缩的通道中。此外，该通道从外面通有有压缩空气。
在所有已知的采用附加密封措施的方法中，即使它们具有一个所要求的较大的紧固长度，但其产品仍存在质量缺陷。在支架表面带有鬃毛束的部位会产生过注和形成不平，特别是材料起伏(波峰)，裂缝和凹洞，并且因而形成了毛刺和棱边。在截面中偶尔会有缩孔，在牙刷中这种表面缺陷会损害口腔粘膜因而是不希望产生的，在体刷(krperbürsten)中这同样也是不希望产生的。具有这种缺陷的牙刷或体刷不符合卫生要求，因为这会形成细菌的积累，特别会造成细菌的繁殖和传播。最后，这种缺陷也能导致抗拉强度的降低。
本发明的目的在于，进一步发展按权利要求1前序部分所述的方法，以尽可能小的材料消耗得到鬃毛束和单根鬃毛的足够大的抗拉强度，同时鬃毛的弯曲弹性和回复性能则保持不变，并且在支架上具有鬃毛的部分得到一个无缺陷满意的表面。
本发明基于已知的认识，即通过单丝的拉伸和热稳定而获得的鬃毛的弯曲强度或弯曲弹性(回复性能)由于为了形成增厚部使端部鬃毛熔化而受到影响。在增厚部直接连有鬃毛区域可产生分子的重新取向，因而在这些区域使单根鬃毛的弯曲性能恶化和导致一个抗拉强度的降低，前者对在通道中对增厚部进行密封的已知方法来说可能会导致鬃毛束扩胀。按本发明方法，在鬃毛和其支架使用尽可能少的材料条件下置入鬃毛热变软区域，使得鬃毛在支架以外的自由长度上完全保持由拉伸和热稳定所形成的特性，同时也改善了单根鬃毛的抗拉性能，因为变软的区域被固定住了。
在鬃毛体热熔化时，所涉及的熔化长度取决于多种因素，特别取决于熔化温度的高低和加热作用时间的长短，还取决于塑料类型和单丝直径。通过在单独的鬃毛束上熔化毛束端和施加一些交替弯曲应力或负载进行预试可确定实际受影响的(鬃毛)长度，因而就可确定注射成型法生产这种产品时必需的(鬃毛)嵌入长度。
如上所述，即使在不同的鬃毛和支架的连接关系时，即焊接相连时，(DE9206，990U1/Bickel)对鬃毛的热损伤也已有了了解。考虑到一种复杂的刷子结构，其中在鬃毛侧的刷体上设有一凹槽，鬃毛焊接在薄的塑料板上，该塑料板设在凹槽中并且由一个穿过毛束的孔板覆盖，在其孔中毛束被侧向支撑。最后还需要将孔板和带刷的毛束板紧固在一起的单独的部件。因而这种刷子既不能以一个合理的费用来生产，并且由于形成的棱边或间隙在用作牙刷和体刷时它不能满足生理卫生的要求，此外，这种方法仍没有能够解决单根鬃毛拉伸强度问题。
按本发明方法，只通过鬃毛支架塑料的包围而将热损区埋入。毛束的嵌入长度由增厚部到通道开口的距离来确定。但是按本发明该距离应满足另外一个条件，即它至少必须足够大，使得在模腔中被挤压的空气可通过通道必要时也可在鬃毛之间流出，因为这些空气在已知方法中可能会在带鬃毛支架部位形成凹坑，缩孔等缺陷。所述的空气最好流进凹槽，间隙内并因而最好流进鬃毛束上的增厚部后面。这可能同样适用于熔体中的脱气物(Carl Hanser出版社的“Kunst stoff-Lexikon”第六版)。因而本发明方法也可消除这种缺点。但是，增厚部到通道开口的距离不允许太大而形成过注。本发明确定了一个可能的最小距离的基本参数，即鬃毛加热变软的纵向区域的埋入区域的长度和为避免产生凹坑、缩孔等缺陷所采取的在埋入区内完全满意地排出模具中气体的措施以及通过避免产生过注而得到鬃毛支架的平滑表面的努力。本发明的特别点在于，不必在注射工艺早期对毛束通道进行密封。
实际实验表明，当鬃毛束这样定位和固定在通道中，即当增厚部到通道开口的距离为鬃毛直径的2到5倍时，普通的鬃毛制品即遵守了本发明所给出的参数。数字上仍可进一步限定，鬃毛直径小于0.3mm时，该距离调整在0.1-1.0mm之间，优选为0.4mm，鬃毛直径较大时，该距离调整在0.5-2.0mm之间，优选为1.5mm以下。
为了保证模型的排气和避免过注，按一个实施例所使用的毛束应设计成这样，使得鬃毛束的鬃毛总横截面积为导入鬃毛束沟道横截面积的50％到75％。
该结构方案中在鬃毛之间和鬃毛和通道壁之间的毛细通道足够大，用于特别在增厚部的侧切区域可得到一个完全满意的模型的排气，但是，该毛细通道又足够小，用以阻止熔融塑料挤进鬃毛间的毛细管道或者通道中，其中的熔融塑料通过合适的技术措施(引导和控制注射模的冷却，在毛束通道附近材料的选择，注射速度和压力的引导)使在有鬃毛束的部位得到尽可能快的冷凝。
这种按本发明要被遵循的参数可通过一个另外的适用的参数来确定，即鬃毛束在其通道中这样定位和固定，使得增厚部到通道开口的距离为该通道直径的20-50％，但在此应附加得到上述实施例中所给出的通道的填充率。
在实际的方法实施例中，毛束最好这样塞进通道中，其一端与通道入口具有一个距离A，然后使毛束在“L”＜“A”的长度上熔化，从而使得增厚部到通道开口的距离为“B”，随后将毛束拉回通道中，直到增厚部到通道开口具有要求的距离“C＜B”。
按本发明方法可特别简单地和精确地调整所要求的和尽可能小的距离。对此原则上可能，将引导毛束的通道直接设在注模的一个半模中并且毛束端部在注模开启时形成增厚层。但是最好将毛束定位在注模外部具有一通道的夹持体中且其端部熔化成一增厚部，随后将带有固定位置毛束的夹持体密封地和注模连接，所述的夹持体形成一个半模的补充部分。本方法技术优点在于：毛束的预加工不在持久运行时加热的注模中进行，而是在其外部进行，由此可避免由于注模散发热量而使鬃毛受到损伤，另一方面这可用于在毛束端部和夹持体区域熔融塑料的一个快速凝固并且因此可防止产生过注。
该方法仍可如此来得以优化，即夹持体在其从注射模过来和到注射模的传送路径上被冷却，或者也可是在生成增厚部分后冷却鬃毛束，使得鬃毛束和夹持体能总是保持在一个不变的低的可控制的温度之上并且在这种状态之下被输进注射模。
在使用上述方法时本发明的目的也可这样来实现：在毛束端部熔化之后形成的仍处于软塑料态的物块在鬃毛方向产生变形，使得它在鬃毛间或沿鬃毛束的周围受到挤压。同时至少在由于单丝的熔化产生的分子重新取向而受热变软的局部纵向区域围住这些鬃毛。
在此方法中，至少部分鬃毛变软的纵向区域由于仍为软塑料态的增厚部的变形而被鬃毛材料嵌入或固定，由此可进一步减小鬃毛束和增厚部的整个嵌入长度。
该方法仍可被进一步改变，即将鬃毛束这样插入通道中，使得在变形和产生增厚部后，该增厚部具有一个到通道开口的距离，以便使在单丝熔化时由于分子重新取向而变软的纵向区域局部由在变形成增厚部时从熔化的单丝挤压出来的物质所包围，局部则由注射进入的支架熔融塑料所包围，而不会使熔融塑料挤进通道中。
未由增厚部的挤压物包围的鬃毛局部长度在该方法中其尺寸只需这样选择，即使可通过通道在鬃毛束区域进行所要求的排气并且避免产生过注。
按另一实施例可这样来得到一个十分满意的模腔的特别是具有毛束区域的排气和避免产生过注，即注射熔体速度在开始时为最大并逐渐降低直到注射模完全填充满，而且一般施加的后续压力从一开始的一个低值升到一个较高值。
又一变型的方法以同样的方式作用：具有一个通道的半模在通道口附近具有一个与其同心的外形。该半模在增厚部和通道口的区域中由于熔融塑料流道的延长导致了其流速的降低和加快了熔体在该区域的冷却。
结构上可这样来实现毛束区流道的延长，即形成一个将通道延伸进模腔中的凸缘，或者在模壁上形成一个凹处并且通道的开口位于凹处的底上。
用本发明的技术方法不仅可以最小的废品率生产高质量的产品，特别是牙刷，而且也可使用注射成型方法，该方法可形成把手表面质量高的刷子，即例如在把手端部注射生成一个牙刷，此时通常要求一个高的注射压力，以完全满意地填充满模腔。而高的注射压力又导致了在模腔中空气压力的提高，但所述的空气可通过调整增厚部到通道开口边缘的距离来得到令人满意的排出。特别也可通过注射模分离面或附加的排气管来舍弃其它排气方法，即可紧密密封注模使得在分离面中不生成毛刺并且不会在鬃毛支架表面形成附加的注射成型点。
以下借助简要附图对本发明方法实施例进行详述，附图中：
图1到3示出了增厚部的形成和在1a，2a和3a中示出了对此所需装置的示意图，而图1b，2b，3b中则示出了作用区域的放大图；
图4为注射时注射模的示意图；
图5为刷子脱模时的示意图；
图6和7在图6a和7a中示出了带有必要的装置件的另一种增厚部生成方法变型，在图6b和7b中分别示出了其工作区域的放大示图；
图8到10示意示出了本发明方法的又一变型。
图1a到3a中描述了一毛束盒的相隔一定距离的两块孔板1和2，在其之间设有一个可沿箭头3推移的夹板4。夹板4和孔板1、2的孔形相应于所要生产的鬃毛件的毛束结构而设置。
夹板4开启时，被截短的或者无端长条状的束状鬃毛5伸进引导板1，2和夹板4的孔中，直到其超过孔板2一定距离。随后一加热装置6(图2a)移到突出的毛束端前，并无接触地加热该毛束端使其熔化，以形成一增厚部(图2a)，随后夹紧板4移向开启位置(图3a)，通过一个作用在增厚部7上的滑板8使毛束定位，之后夹板再移向未示出的闭合位置。
从图1b的放大图中可看出，引入毛束时鬃毛5超出孔板的尺寸为“A”。在按图2a中鬃毛端部熔化时在“ L”长度(图1b)上的鬃毛端转变为熔化态，这样，由此而形成的增厚部7具有一个到孔板2的最小距离“B”。通过滑板8(图3a)将增厚部7推向孔板2，直到其到孔板表面距离为所要求的“ C”(图3b)。
然后，通过由孔板1，2和夹板4所形成的盒和通过一个对中装置9使这样被夹紧的鬃毛束和一注射成型模11的半模10连接起来，其中所述的盒封闭半模10的模孔。使用另一半模12封闭住整个模型后，通过注射头13注入形成鬃毛架的熔融塑料，熔融塑料包住伸进模腔的鬃毛端亦即增厚部7和在长度“ C”上(图3b)的鬃毛。被挤压的空气从孔板2上的形成毛束通道的孔中排出并且鬃毛5在其长度“C”上由塑料熔液所围住，所述的塑料不会进入孔板2的毛束通道中。鬃毛支架或刷子把手被充分冷却后，则移开由孔板1，2和夹板4所组成的盒，再移走半模10，则可掉出成品刷子14。
在图6a的实施例中孔板2具有一个伸进模型架中对中的凸缘(kragen)15。以同样的方式将鬃毛5插入由孔板1，2和设置于孔板之间的敞开的夹板4中，如在图1a中所描述的那样。通过一个加热-成型合成装置16将超过孔板2的鬃毛端熔化，并且熔液成型在凸缘15上，这样又形成了增厚部7，其直径“D”在熔化之后首先略大于鬃毛束直径(图6b)，通过成型使得直径变大到“E”。成型之后鬃毛5或由鬃毛所构成的鬃毛束在开启的夹板3情况下由推板17向模腔方向推移，直到增厚部7到孔板2凸缘15的距离为“C”(图7b)。如图8到10所示，增厚部7中还是软塑料的成型也可这样来实现，即在由于热处理而变软的鬃毛之间和在鬃毛束的外周的仍为软的熔融塑料在鬃毛方向被挤压。由此如从图10中区域18可看出的，鬃毛5至少有一部分由于热变软的长度埋入熔体中。
为了防止过注和在毛束部件区域得到一个较快的鬃毛支架熔融塑料的冷却，半模或孔板2在其毛束通道区设置一个延长流道的对中的轮廓，例如凸缘15(图8)，或者也可为一个相应的凹口19，在其底部则开有毛束通道口。