專利名稱：具有非連續(xù)織物表面區(qū)域的模制件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及注塑塑料件，在該塑料件表面具有非連續(xù)的織物表面區(qū)域(例如，表面凹部，開口，造型等)，該區(qū)域位于塑料件表面區(qū)域內(nèi)或其周圍。許多類型的制品，其塑料外殼需要開口，握持表面和類似種類的非連續(xù)表面區(qū)域，該表面區(qū)域用于按鍵片、按鈕、開關(guān)、顯示器、美感裝飾物等。本發(fā)明提供具有美觀且堅(jiān)固的織物表面的此類塑料件，以及制造這些制品的方法，其中織物邊緣以非常有效且美感性令人滿意的方式定位并確?？煽俊Ｋ圃斓闹破肪哂袃?yōu)良的外形，精確的尺寸，薄橫截面以及穩(wěn)定、可靠的織物邊緣覆蓋(coverings)。
背景技術(shù)：
有許多用于在模制塑料件的部分或全部表面上形成織物表面層的方法，所述織物表面層為例如皮革或人造革。使用注塑方法以及在模具前端或模具之內(nèi)預(yù)先插入織物表面塊的方法已經(jīng)在JP54-018,039；JP57-029,436；DE4,015,071；EP1,157,799；以及美國專利No.4,849,145披露。
DE4,015,071和JP57-029,436講述了在織物和注射的熔融塑料之間使用薄膜的方法。在EP1,157,799中，可熱成形的塑性箔首先層壓在織物上，然后通過形成層壓材料制備預(yù)制件，例如通過深拉(deep drawing)工藝，以便大致符合最終的制品表面設(shè)計(jì)。然后將預(yù)制件插入注射模具內(nèi)，在織物/箔層壓預(yù)制件后，熔融塑料注射入其中，從而形成部件，該部件具有部分或全部設(shè)計(jì)層作為最終制品的外表面。
然而，沒有任何現(xiàn)有技術(shù)的參考文獻(xiàn)講述用于制備薄壁模制品的高效和有用的方法，該模制品具有精確定位的織物表面，該表面具有光滑的織物表面區(qū)域，并且有意使其在下面的模制塑料制品內(nèi)具有不連續(xù)，孔隙或開口(也就是說，非線性織物邊緣)，且其不連續(xù)孔隙或開口對應(yīng)且對準(zhǔn)底下模制塑料制品中的不連續(xù)、孔隙或開口。相反，源自這些方法的織物表面區(qū)域傾向于起折皺，和/或需要后續(xù)的加工步驟，用以在織物和/或底下的塑料制品中形成孔隙或開口。此外，沒有任何現(xiàn)有技術(shù)的參考文獻(xiàn)講述這樣一種方法，其用于在最終模制品中精確定位織物，從而消除對第二次加工的需要。織物表面所帶來的難題在低模量彈性織物中尤為明顯，在模制步驟中，該織物更容易被拉伸或壓縮。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供一種制備模制塑料制品的方法，該制品包括具有不連續(xù)面或孔隙的基底塑料元件和織物表面區(qū)域，該織物表面上的不連續(xù)面或孔隙對應(yīng)且對準(zhǔn)基底塑料元件中的不連續(xù)面或孔隙，該方法包括如下步驟(a)將載體層層壓至織物后面，(b)切割或成形層壓的織物，使其與所需織物表面區(qū)域的形狀和尺寸相一致，并加入不連續(xù)面或孔隙，該不連續(xù)面或孔隙與塑料基底元件中的不連續(xù)面或孔隙相一致，(c)將來自步驟(b)的成形的層壓織物塊插入模腔，該模腔具有不連續(xù)面和/或孔隙，該不連續(xù)面和/或孔隙與型面完全對準(zhǔn)，并恰當(dāng)固定該層壓織物塊，以及(d)在模腔內(nèi)模制塑料基底元件，以及(e)從模具內(nèi)移去模制塑料制品。優(yōu)選使用中間粘合聚合物，將載體層層壓到織物，該聚合物優(yōu)選使用EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)聚合物粘合劑。在另外一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，載體層包括聚碳酸酯，和/或在織物塊和載體層之間具有泡沫塑料層，和/或織物是合成皮革或絨面革。在另外一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明也是按照先前方法的實(shí)施例制備的模制品。
本發(fā)明因而提供了更好的織物層合塑料件，和創(chuàng)新方法以及制品設(shè)計(jì)，其中以快而有效的方法提供高品質(zhì)，精確定位的光滑織物表面?？椢锟梢赃x自廣泛的織物類型并層壓至載體層。然后，該織物層壓體被預(yù)切割，壓印(stamped)和/或其它成形方法成形為所需尺寸。用手或任何通常所公知的機(jī)械/機(jī)器人裝置將層壓織物塊插入模腔，然后粘附至塑料基底元件，該元件插入模腔，從而提供織物層壓塊，該織物層壓塊用于進(jìn)一步加工步驟，或組裝成具有令人滿意的美感性及耐久織物覆蓋的最終產(chǎn)品。載體材料、塑料基底材料和織物組合的適當(dāng)選擇，在模制過程中提供了必需的可加工性和剛性，從而防止織物材料的損害或扭曲，還提供了足夠的粘性來抑制在使用中模制品的分層或剝離。


圖1是按照本發(fā)明制備的舉例制品的前面透視圖。
圖2是按照本發(fā)明制備的舉例制品沿線A-B的橫截面視圖。
具體實(shí)施例方式
按照本發(fā)明的舉例制品1的透視圖(圖1)和橫截面視圖(圖2)(未按比例繪制)示出了織物表面塊10和預(yù)層壓到織物上的薄載體層11。在織物表面塊的外部邊緣處，織物表面區(qū)域具有織物周圍邊緣13，其中在織物表面塊內(nèi)具有孔隙的地方還具有內(nèi)部織物邊緣14，該孔隙對應(yīng)于塑料制品對應(yīng)位置的孔隙91。在圖1和圖2中也顯示的是基底元件20，在這種情況下其延伸超越織物塊，并不能為織物塊所完全覆蓋。在塑料制品和織物中存在多種形狀和尺寸的孔隙或開口91，以及不連續(xù)面或不規(guī)則織物周圍邊緣段13A。這兩種情況下，要求織物塊在模腔內(nèi)仔細(xì)恰當(dāng)?shù)囟ㄎ缓凸潭ǎ⑦@些織物邊緣區(qū)域上的流體力很容易在織物表面形成缺陷。
織物表面材料廣泛的織物材料可用于本發(fā)明的織物表面區(qū)域。這是按照本發(fā)明提供的制品和方法的極大優(yōu)勢。適宜的織物材料包括但并不局限于天然和合成皮革(包括皮革和絨面革)以及任何類型的紡織品或紡織品類材料，例如紡織、無紡、和針織織物，其來自天然或合成纖維/材料，所述纖維/材料包括凝結(jié)聚氨酯層壓制品(coagulated polyurethanelaminates)、PVC及其他柔性薄膜或片材。適宜的“織物”可以包括所述兩種或以上材料結(jié)合而成的疊層和結(jié)構(gòu)，和使用所述具有粘附“墊層材料”(backing materials)的一種或多種。盡管載體層的后續(xù)層壓通常使其沒有必要，″墊層材料″可以做成市售存在的織物，如果需要更好粘附到載體層、強(qiáng)化織物和/或防止塑料被過分?jǐn)D入或穿過織物背面，″墊層材料″還可以附加到織物上。墊層材料可以包括各類天然或合成材料或紡織品，包括編織、非編織、和針織織物，所述織物來自天然或合成纖維/材料、泡沫材料、薄膜或塑料片材。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，包括泡沫層是有利的，泡沫層可以作為墊層材料，該墊層材料用于織物塊或雜織物表面塊和載體層之間的中間層。當(dāng)使用可壓縮類型泡沫材料時(shí)，這可以提供或改善織物表面的柔性或緩沖手感。這一層可以存在于供使用的織物之上，也可以在載體層層壓過程中或載體層層壓過程之前被層壓到織物上。通常，泡沫材料可為開放氣室式泡沫或者封閉氣室式泡沫，其需要具有充分的耐熱性，以便在后續(xù)加工步過程保持其所需的特性，例如不熔融或斷裂到不可接受的程度。適宜的泡沫材料密度處于大約每立方米5至95千克(Kg/m3)范圍之內(nèi)，優(yōu)選為約20至75Kg/m3，而這取決于其所需的層厚度以及緩沖或壓縮的程度。在泡沫材料中所用的塑料材料可以是熱固性或熱塑性的，而優(yōu)選泡沫塑料層包括發(fā)泡熱固性聚氨酯。
墊層材料粘結(jié)到織物可以通過火焰層合、粘合、電磁輻射粘結(jié)、或熱引發(fā)粘合例如陶氏膠膜(Dow Adhesive Film)來實(shí)現(xiàn)。
載體層在按照本發(fā)明工藝的第一步中，所選擇的織物然后層壓在具有載體層的后側(cè)表面(也就是說，與所需的最終制品表面相反的一側(cè))。如上所述，也可以層合到中間泡沫層，而這取決于外觀和制品所需的手感。通常，載體層理想的為薄片材、薄膜或塑料材料層，該塑料材料層具有足夠的耐熱性和/或厚度，從而在模制過程中充分抗熔融軟化和拉伸。層壓薄片材或?qū)拥姆椒ɑ蚬に嚥⒉恢匾?，只要其在織物上提供通常連續(xù)層并不會(huì)有害影響織物或其前端表面到這樣一種程度，即對最終制品表面不可用或不受歡迎的程度。載體層粘合到織物(或者，其中所用的是織物墊層或泡沫層)可以通過以下方法來實(shí)現(xiàn)，例如對諸如乙烯-乙酸乙烯共聚物、低溫?zé)崴苄跃郯滨ァ⒕垡蚁?、聚丙烯、共聚多酯、乙烯丙烯?ethylene acrylic acid)、以及還包括這些材料兩種或以上的混合物和層合體的層或膜進(jìn)行火焰層合、粘合、電磁輻射粘結(jié)、或熱引發(fā)粘合。
通常，用于薄載體層的材料，層合方法以及粘結(jié)到織物的層合粘合劑(如果必要)是這樣選擇的，即由此獲得能夠結(jié)合織物和塑料基底材料的足夠的粘附力。另外，選擇塑料材料的載體層，從而在模制過程中提供足夠的剛性，由此使織物起折皺最小化，并且尤為重要的是在模制過程使織物拉伸最小化。這通常意味著在模制過程中，載體層的全部厚度不會(huì)熱軟化并維持足夠的剛性，從而防止織物起折皺和拉伸。通常，在模制過程中，對于無定形熱塑性塑料材料載體層的全部厚度不應(yīng)當(dāng)超過Tg(玻璃化轉(zhuǎn)變溫度)，或者對于半結(jié)晶塑料材料不應(yīng)當(dāng)超過Tm(晶體熔點(diǎn))。在織物和載體層材料之間需要充分粘合，從而避免在進(jìn)行切割和模制織物塊的后續(xù)加工處理步驟產(chǎn)生分層。在織物、塑料材料載體層和塑料基底材料之間的模制品中的粘合，對于保證最終制品在使用織物表面模制結(jié)構(gòu)的最終產(chǎn)品后續(xù)組裝中或者在最終產(chǎn)品的使用中不容易分離是關(guān)鍵因素。
適用于塑料材料載體層的材料顯而易見取決于所用的塑料基底材料，該材料包括例如，諸如聚氨酯、環(huán)氧樹脂、或熱固性硅樹脂的熱固性塑料，和基于或包括如下聚合體的熱塑性塑料，比如聚碳酸酯(″PC″)、ABS、聚丙烯(″PP″)、耐沖擊聚苯乙烯(″HIPS″)、聚乙烯(″PE″)、聚酯(例如PET)、聚乙酰、熱塑性彈性體、熱塑性聚氨酯(″TPU″)、尼龍、含離子鍵的聚合物(例如Surlyn)、聚氯乙烯(″PVC″)、以及包括兩種或以上的所述熱塑性塑料的混合物，其中所述熱塑性塑料為例如PC和ABS或者例如PC、ABS和TPU組成。
可以接受的是，載體層塑料材料的耐熱性至少和基底元件塑料材料一樣，優(yōu)選為比其耐熱性更好。在無定形熱塑性塑料中，這就意味著所具有的Tg相當(dāng)或者優(yōu)選更高，而在結(jié)晶或半結(jié)晶塑料中，這就意味著所具有的熔點(diǎn)或晶體熔點(diǎn)(crystalline melting point)相當(dāng)或者優(yōu)選更高。
載體層材料和制備塑料基底的模制/加工溫度的選擇將決定，在模制過程中載體層維持層壓織物塊足夠剛性所需要的厚度。通常，載體層的厚度應(yīng)在大約0.0005英寸至大約0.05英寸(0.013至1.3毫米或mm)之間，優(yōu)選在大約0.001至大約0.01英寸(0.025至0.25mm)之間，更優(yōu)選在大約0.003至大約0.007英寸(0.076到0.178mm)。例如，對于PC載體層和PC/ABS基底元件，載體層厚度應(yīng)在大約0.001英寸至大約0.01英寸(0.025到0.25mm)的范圍內(nèi)。例如，對于PET載體層和元件，載體層厚度應(yīng)在大約0.001英寸至大約0.01英寸(0.025到0.25mm)的范圍內(nèi)。
根據(jù)便于制品的制造以及提供所需的尺寸、形狀、不規(guī)則性、孔隙、開口等需要，可將織物表面塊(由載體層預(yù)層壓而成)按需切割或成形。這就意味著該織物塊可以通過公知方法進(jìn)行切割、沖壓、定形、成形和/或預(yù)成形，該公知方法為例如，已知的用于制備預(yù)成形體的深拉法，該預(yù)成形體將會(huì)插入模具中。取決于最終制品的設(shè)計(jì)，顯而易見可以具有用于制品不同表面段的不同的織物類型。
塑料基底元件通常，基底元件可以由廣泛的塑料材料制備，該塑料材料包括諸如聚氨酯、環(huán)氧樹脂或熱固性硅樹脂的熱固性塑料，和諸如聚碳酸酯(″PC″)、ABS、聚丙烯(″PP″)、耐沖擊聚苯乙烯(″HIPS″)、聚乙烯(″PE″)、聚酯、聚乙酰、熱塑性彈性體、熱塑性聚氨酯(″TPU″)、尼龍、含離子鍵的聚合物(例如Surlyn)、聚氯乙烯(″PVC″)的熱塑性塑料，還包括兩種或以上的諸如PC和ABS的所述熱塑性塑料的混合物。這些材料可以含有顏料、添加劑和/或填充劑，而這些都有助于任何所需的成本和/或性能特點(diǎn)，該性能特點(diǎn)為例如表面形狀、阻燃性、模量、剛度、電磁干擾屏蔽(EMI shielding)等等。還應(yīng)注意根據(jù)基底和載體層塑料材料以及載體層材料厚度選擇，在載體層和基底元件塑料層之間可能有也可能沒有可見的邊界層。
塑料基底元件可以通過一般公知的模制方法來制備，該方法適宜提供必需的塑料基底或基材部件，該基底或基材部件具有恰當(dāng)定位和充分粘附的織物表面塊。優(yōu)選的模制方法是通過制備預(yù)切割織物塊的注塑法，該織物塊能夠適當(dāng)定位并且在注塑步驟中充分固定在注塑模具的型面內(nèi)。在注塑步驟中，熔融塑料被注入模具，填充模具，使層壓的織物塊與模具形狀相一致，同時(shí)將織物塊層壓或粘合到基底元件。其它適宜用于成形基底和/或粘附織物的方法包括熱成型、注射壓縮模塑、氣體輔助注塑、結(jié)構(gòu)泡沫材料注塑、微孔泡沫成型方法、分層注塑(laminar injection molding)、水注塑(water injection molding)、外部氣體模制(external gas molding)、剪切控制取向模制(shear controlledorientation molding)，以及氣體計(jì)數(shù)管壓力注塑(gas counter pressureinjection molding)。
也可以采用公知方法，使用熱固性或可熱固性塑料同樣地制備塑料基底元件，而這些方法適用于反應(yīng)注塑法(reaction injection molding)或樹脂傳遞模塑法(transfer molding)。
按照本發(fā)明實(shí)施例，在注塑塑料基底的模制步驟中，有兩模具部件。第一模具部件可以稱為“型芯”，第二模具部件可以稱為“模腔”。切出和/或成形的織物表面塊10放置于模具中，通常在模腔部分中，然后通常通過真空在模腔內(nèi)表面上固定。然后，注射塑料元件材料20(參見圖1)。用手、機(jī)器人或任何通常所公知的能夠準(zhǔn)確定位和對準(zhǔn)孔隙區(qū)域邊緣和不規(guī)則邊緣的裝置，將織物塊放入模具，從而使其與模制品表面上所需的位置一致。顯而易見，織物塊放置于模具中，使得在模制品表面上所需織物一側(cè)貼著模具腔壁，而具有載體層塑料材料的一側(cè)面向敞開的模腔，并且注射塑料將貼著載體層流動(dòng)且與其接觸。
用于基底的熔融塑料通過注射澆口(injection gate)以足以填充模具的速率和壓力注射入模具，完全覆蓋織物塊的背面，將織物塊壓緊在模腔型面，并且將注射塑料粘附到織物塊12背面的載體層塑料材料上。
可以使用任何公知的表面加工方法將模制塑料基底的模腔型面加工出紋理，其希望用于在后續(xù)步驟中對其表面的任何層壓/粘合，或者用于織物和基底塑料材料暴露部分的外形或紋理。然后，在注射步驟中，塑料進(jìn)入模具，填充模具，使織物塊與模具形狀相一致，然后將模具表面/顆粒/紋理傳遞到織物或基底材料表面之上。
實(shí)例通常如圖1所示的本發(fā)明制品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程如下。無紡聚酯織物層壓至一0.005英寸(大約0.013mm)厚的聚碳酸酯薄膜，且通過使用熱引發(fā)乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)膠膜來層壓，而該膠膜是由陶氏化學(xué)公司(Dow Chemical Company)市售獲得商品名為Integral 801的產(chǎn)品。層壓是在220℃用于加熱輥的(設(shè)定溫度值)下在兩輥層壓機(jī)上進(jìn)行的。制成的層壓制品被預(yù)切割到所需尺寸和形狀(包括內(nèi)開口)，然后插入注射模具的型芯和模腔之間的所需位置內(nèi)。放置要求仔細(xì)對準(zhǔn)，以便織物開口和其邊緣與型面對準(zhǔn)，其中開口及其外部織物邊緣要與其所需位置對準(zhǔn)。所需的織物前端表面貼模腔放置，并且通過使用真空而適當(dāng)固定。塑料基底材料為PC/ABS混合物，將其注入模具，該模具與PC薄膜相接觸。注射的PC/ABS流提供壓力和熱量至層壓織物的背面，所述壓力和熱量足夠使織物形成為模腔表面的形狀。一旦制品脫模，其鑒定是顯而易見的，即織物表面正確定位于所有邊緣區(qū)域，緊緊且可靠的粘附在PC/ABS熱塑性基底上，并且當(dāng)塑料基底材料注射和填充模具時(shí)，其沒有被扭曲，起折皺或其他損壞。
相比之下，沒有預(yù)層壓PC薄膜，使用相同織物將導(dǎo)致預(yù)切割織物在模制的填充和充滿階段在模具內(nèi)顯著拉伸、起折皺和移位。在冷卻和出模的塑料制品中的織物表面具有與所需尺寸顯著不同的尺寸，以及與預(yù)切割織物尺寸完全不同的尺寸。
權(quán)利要求
1.制備模制塑料制品的方法，該制品包括具有不連續(xù)面或孔隙的基底塑料元件，以及與基底塑料元件上的不連續(xù)面或孔隙相對應(yīng)且對準(zhǔn)的織物表面區(qū)域，該方法包括如下步驟(a)將載體層層壓至織物背面，(b)切割或成形層壓的織物，使其與所需織物表面區(qū)域的形狀和尺寸基本相一致，并加入與塑料基底元件中的不連續(xù)或孔隙相對應(yīng)的不連續(xù)面或孔隙，(c)將來自步驟(b)的成形的層壓織物塊插入模腔，該模腔具有不連續(xù)面和/或孔隙，該不連續(xù)面和/或孔隙與型面完全對準(zhǔn)，并恰當(dāng)固定該塊，以及(d)在模腔內(nèi)模制塑料基底元件，以及(e)從模具內(nèi)移出模制塑料制品。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用中間粘合聚合物將載體層層壓到織物。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中粘合聚合物是EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)聚合物粘合劑。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中載體層包括聚碳酸酯。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中成形的織物塊通過一個(gè)或以上的真空孔適當(dāng)固定于模腔內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中基底塑料材料是選自如下的熱塑性塑料，聚碳酸酯(″PC″)，ABS，聚丙烯(″PP″)，耐沖擊聚苯乙烯(″HIPS″)，聚乙烯(″PE″)，聚酯，聚乙酰，熱塑性彈性體，熱塑性聚氨酯(″TPU″)，尼龍，含離子鍵的聚合物，聚氯乙烯(″PVC″)，以及包括兩種或以上所述熱塑性塑料的混合物組成。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在織物塊和塑料材料的載體層之間具有泡沫塑料層。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中織物是合成皮革或絨面革。
9.一種模制品，其根據(jù)權(quán)利要求1所述方法制成。
10.如權(quán)利要求9所述的模制品，其中織物為合成皮革或絨面革。
11.如權(quán)利要求9所述的模制品，其中在織物塊和塑料材料載體層之間具有泡沫塑料層。
12.如權(quán)利要求11所述的模制品，其中泡沫是開放氣室式泡沫。
全文摘要
本發(fā)明提供了織物層壓塑料制品(1)及其創(chuàng)新制造方法，在該方法中，形成表面的織物(10)通過載體層預(yù)層壓，然后提供給用于模制塑料基底元件(20)模制過程?？椢锉砻鎵K(10)精確定位，并通過載體層塑料材料的選擇可靠粘結(jié)，該塑料材料具有足夠的耐熱性和/或厚度，足以防止模制過程中的熔融軟化和拉伸。該方法和織物層壓塑料制品尤其適宜用于制備薄壁制品，該制品需要精確定位，光滑織物表面區(qū)域，該區(qū)域?qū)?yīng)于下面模制塑料制品的不連續(xù)面、孔隙和開口。
文檔編號(hào)B29C33/12GK1671533SQ03818251
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月29日
發(fā)明者E·L·馬奇班克斯, C·E·彼德森, T·A·德明特, A·P·金努寧, K·T·本尼克, T·E·范科內(nèi)特, M·E·胡斯 申請人:陶氏環(huán)球技術(shù)公司