專利名稱：使?jié)L塑應用中的收縮和翹曲最小化的方法
使?jié)L塑應用中的收縮和翹曲最小化的方法 本發(fā)明公開了用于對滾塑應用中發(fā)生的三維變形進行預測并由此對其進行控制
的方法。 滾塑通常用于需要復雜且精確的幾何結構的應用中。因此希望將收縮和翹曲最大
程度地減小或者至少知道其最有可能在哪里發(fā)生以及如何發(fā)生。 通常使用二維方法來研究翹曲和收縮。 翹曲以所研究的平面水平面和固定標記之間的垂直距離來度量。如果所研究的表 面具有復雜的形狀，這當然不是精確的。 收縮是通過將已知尺寸的格柵插入模制部件中測量的，但是由于格柵部分地阻礙
了收縮過程或者至少與收縮過程相互作用，因此這樣的測量也是不精確的。 最后但是并非最不重要的是，在二維體系中測量的變形遠小于所得三維變形。


圖1表示在多層模制部件的幾個部分中溫度(單位°C )隨時間(單位分鐘) 的變化。
圖2是翹曲發(fā)展的示意圖。
圖3表示模具中滾塑部件的設置。 圖4表示7. 5 L滾塑瓶的收縮的三維繪圖，所述收縮通過滾塑部件和模具之間的 間距而度量，其中已經(jīng)進行了設置以減小模具和模制部件之間的距離平均值。
圖5表示對于樹脂Rl R8而言的相對于模具容積的總體變形，單位為％。
圖6表示隨樹脂類型和峰值內部空氣溫度而變化的球晶尺寸(單位P m)。
圖7表示對于不同樹脂、對于不同壁厚和對于不同烘箱溫度，滾塑部件的體積增 加(單位升)。 圖8表示具有4. 5mm壁厚的IOL瓶使用200， 000個測量點測得的外表面尺寸在浸
泡前后的變化。外表面尺寸的變化的單位為mm。 已經(jīng)在貝爾法斯特皇后大學廣泛地研究了翹曲和收縮。 在固態(tài)下，聚合物例如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚偏二氟乙烯特征在于包括無序 的無定形區(qū)域和高度有序的結晶區(qū)域的半結晶結構。由于固態(tài)中有序程度比液態(tài)中高，因 此當聚合物從液態(tài)轉為固態(tài)時其密度增加。 結晶度水平由聚合物的化學結構所決定并且因此由其制備方法所決定。例如，已 經(jīng)觀察到使用雙-四氫茚基催化劑體系制備的聚乙烯的球晶尺寸比使用齊格勒-納塔催化 劑體系制備的聚乙烯的球晶尺寸小。 在滾塑應用中發(fā)生的收縮和翹曲與材料的結晶度有關，而材料的結晶度自身又與 其熱歷史有關。 觀察到快速冷卻與大量無規(guī)或無定形結構的存在、低的收縮和良好的沖擊性有 關，而緩慢冷卻與呈現(xiàn)出顯著收縮和差的沖擊性的高結晶材料有關。 還觀察到，滾塑模具內的熱交換不是均勻的，如圖1中所示。模具的各個部分中出
3現(xiàn)的冷卻速率的差異在冷卻著的固體內產(chǎn)生張力，從而導致如圖2中所示的翹曲。 因此，滾塑部件中發(fā)生的變形是受到不同因素影響的各種效應的綜合迭加。 如果無法對變形進行精確測量，則無法控制或減小變形的大小。 因此，需要開發(fā)精確測量滾塑部件中發(fā)生的三維變形的方法和了解造成所述變形
的滾塑參數(shù)。 本發(fā)明的目的是開發(fā)測量滾塑制品的三維變形的方法。 本發(fā)明的目的還在于確定造成滾塑制品中觀測到的變形的參數(shù)。 本發(fā)明的另一目的是開發(fā)使?jié)L塑制品的變形最小化的方法。 本發(fā)明至少部分實現(xiàn)了這些目的中的任意一個。 因此，本發(fā)明公開了使?jié)L塑部件的收縮和翹曲最小化的方法，其包括如下步驟 a)通過光學數(shù)字化對滾塑部件的外表面進行三維分析； b)通過Rx數(shù)字化對滾塑部件的外表面和內表面進行三維分析； c)通過光學數(shù)字化對模具的內表面進行三維分析； d)通過Rx數(shù)字化對模具的內表面和外表面進行三維分析； e)將模制部件嵌置(key)到模具中； f)逐點測繪出模具和模制部件之間的體積圖； g)使用不同樹脂產(chǎn)生一組圖； h)使用不同的烘箱溫度產(chǎn)生一組圖； i)使用不同的冷卻速率產(chǎn)生一組圖； j)選擇步驟g)和/或h)和/或i)中給出最佳平衡變形的參數(shù)。 Rx數(shù)字化是用于醫(yī)學領域的計算機斷層照相法(computed tomography)，其中
斷層照相法通過剖面進行成像。數(shù)字幾何處理用于從環(huán)繞單一旋轉軸所拍攝的大量二維
x-射線圖像產(chǎn)生物體內部的三維圖像。這種方法主要用于醫(yī)學中，但是也用于非破壞性材
料測試。 可使用如下幾種技術將模制部件嵌置到模具中-將模具的重心嵌置到模制部件的重心。-將模制部件的固定點嵌置到模具。-使模具和模制部件之間的距離的平均值最小化。 優(yōu)選使用最后一種方法。典型的設置可參見圖3。 滾塑部件和模具之間的間距的三維繪圖可例如參見圖4。
實施例 對若干用于制備滾塑制品的樹脂進行測試。對于所有樹脂而言，模具、烘箱溫度和
冷卻速率是相同的。
樹脂如下 Rl是由Total Petrochemicals以名稱M3581 UV出售的茂金屬制造的聚乙烯，其 具有0. 935g/cm3的密度和8dg/min的熔體流動指數(shù)MI2。密度根據(jù)標準測試ASTM 1505的 方法在23°C的溫度下測量，和熔體指數(shù)MI2根據(jù)標準測試ASTM D 1238的方法在190°C的R2是與紅色顏料一起擠出的樹脂Rl。
R3是與白色顏料一起擠出的樹脂Rl。
R4是樹脂Rl和黑色顏料的干燥共混物。
R5是樹脂Rl和綠色顏料的干燥共混物。
R6是由Arkema以名稱Rilsan②RDG232出售的聚酰胺。
R7是茂金屬制造的無規(guī)的丙烯共聚物，其具有15dg/min的熔體指數(shù)和2重量％的 t。所述熔體指數(shù)根據(jù)標準測試ASTM D 1238的方法在2. 16kg的負載和23(TC的溫
R8是由Arkema以名稱Kynar⑧:3200G出售的PVDFC




乙烯含 度下測
R9是由Total Petrochemicals以名稱M4041 UV出售的茂金屬制造的聚乙烯，并 具有0. 940g/cm3的密度和4dg/min的熔體流動指數(shù)MI2。 R10是使用齊格勒_納塔催化劑體系制造的聚乙烯，其具有0. 940g/cm3的密度和 4dg/min的熔體流動指數(shù)MI2。 Rll是由Borealis以名稱RM8343出售的茂金屬制造的聚乙烯，其具有0. 934g/cm3 的密度和6dg/min的熔體流動指數(shù)MI2。 作為收縮和翹曲的組合的總體變形以相對于模具內部容積的％表示。對于樹脂 Rl R8，在圖5中示例了所述變形?？梢钥闯?，樹脂的性質、添加劑的性質和添加的方法在 模制部件的總體性能中發(fā)揮作用。 在接下來的實例中，對結晶程度(以球晶尺寸表示)隨樹脂的性質和烘箱溫度的 變化進行研究。結果示于圖6中。 圖6的第一排表示在各種峰值內部空氣溫度(PIAT)下將樹脂類型從第二代茂金 屬樹脂(樹脂R1或R9)變化到第一代茂金屬樹脂(樹脂Rll)時球晶尺寸的總體變化?？?體變化為增加約30 ii m。 第二排表示對于177. 3°C的PIAT當將樹脂類型從第二代茂金屬樹脂(樹脂Rl或 R9)變化到第一代茂金屬樹脂(樹脂Rll)時球晶尺寸的變化。該變化為增加約19iim。
第三排表示對于254. 8°C的PIAT當將樹脂類型從第二代茂金屬樹脂(樹脂Rl或 R9)變化到第一代茂金屬樹脂(樹脂Rll)時球晶尺寸的變化。該變化為增加約42ym。
第四排表示對于所有類型的樹脂當將PIAT從177. 3。C增加到254.『C時球晶尺寸 的總體變化。該變化為增加約9ym。 第五排表示對于樹脂Rl當將PIAT從177. 3"C增加到254. 8"C時球晶尺寸的變化。 該變化為增加約4 ii m。 第六排表示對于樹脂R9當將PIAT從177. 3"C增加到254. 8"C時球晶尺寸的變化。 該變化為增加約3 ii m。 第七排表示對于齊格勒_納塔聚乙烯當將PIAT從177. 3。C增加到254. 8。C時球晶 尺寸的變化。該變化為增加約2 ii m。 第八排表示對于樹脂Rll當將PIAT從177. 3"C增加到254. 8"C時球晶尺寸的變 化。該變化為增加約26iim。 因此，可以斷定影響球晶尺寸的主要因素是樹脂的性質。使用"第二代"茂金屬催 化劑體系例如雙_四氫茚基制備的樹脂Rl和R9通常具有相對于PIAT非常穩(wěn)定的球晶尺
5寸。使用"第一代"茂金屬催化劑體系例如未橋接的雙環(huán)戊二烯基制備的樹脂Rll對于PIAT 非常敏感。 還研究了幾種模具厚度、烘箱溫度和冷卻速率下模制部件的總體積。如果滾塑部
件的總體積增加，則意味著收縮下降。所述樣品為7. 5L的滾塑瓶。 觀察到，隨著模具厚度的增加和烘箱溫度的增加，收縮下降，如圖7中所示。 第一排表示從樹脂R9變化到樹脂Rl時，模制部件的體積增加(單位L)。 第二排表示模制部件的壁厚(WT)從3mm增加到6mm時體積的增加。 第三排表示PIAT從177. 3"C增加到254. 8。C時模制部件的體積的增加。 在另一實施例中，使用具有0. 934g/cc的密度和2. 7dg/min的熔體流動指數(shù)MI2
的樹脂M3423 lA^通過滾塑制備10L瓶。它們具有4. 5或6. 0mm的壁厚。這些瓶裝有純的
生物柴油或30%的生物柴油并在70°C的溫度下儲存6星期。通過斷層照相法使用200， 000
個測量點測量浸泡前后的壁厚和外部表面尺寸。令人驚訝地觀察到，雖然瓶壁中吸收了一
些柴油，但是浸泡后總體壁厚下降。平均壁厚結果(單位mm)總結于表I中。 表I
30%生物柴油 浸泡前30%生物柴油 浸泡后純生物柴油 浸泡前純生物柴油 浸泡后
4. 3424. 3284. 3594. 326
5. 9685. 9685. 9835. 944 外部表面尺寸的結果示于圖8中。在該圖中，可以看出浸泡后瓶的外部表面尺寸 增加。
權利要求
使?jié)L塑部件的收縮和翹曲最小化的方法，包括如下步驟a)通過光學數(shù)字化對所述滾塑部件的外表面進行三維分析；b)通過Rx數(shù)字化對所述滾塑部件的外表面和內表面進行三維分析；c)通過光學數(shù)字化對模具的內表面進行三維分析；d)通過Rx數(shù)字化對所述模具的內表面和外表面進行三維分析；e)將所述模制部件嵌置到所述模具中；f)逐點測繪出模具和模制部件之間的體積圖；g)使用不同樹脂產(chǎn)生一組圖；h)使用不同的烘箱溫度產(chǎn)生一組圖；i)使用不同的冷卻速率產(chǎn)生一組圖；j)選擇步驟g)和/或h)和/或i)中給出最佳平衡變形的參數(shù)。
2. 權利要求l的方法，其中步驟e)的嵌置通過使所述模具和所述模制部件之間的距離 平均值最小化而進行。
3. 權利要求1的方法，其中所述樹脂是使用雙-四氫茚基催化劑體系制造的聚乙烯。
全文摘要
本發(fā)明公開了對滾塑應用中發(fā)生的三維收縮和翹曲進行測繪和控制的方法。
文檔編號B29C41/04GK101715386SQ200880019918
公開日2010年5月26日 申請日期2008年6月6日 優(yōu)先權日2007年6月11日
發(fā)明者埃里克·馬齊爾斯 申請人:道達爾石油化學產(chǎn)品研究弗呂公司