相關申請的交叉引用

本申請要求于2014年11月21日提交的歐洲專利申請?zhí)?4194221.9的優(yōu)先權，出于所有目的將所述申請的全部內容通過援引方式并入本申請。

發(fā)明領域

本發(fā)明涉及具有降低的殘余內部應力的包覆模制插入件及其形成方法。具體地，本發(fā)明涉及具有錐形插入件和壓縮元件的包覆模制插入件，該錐形插入件和該壓縮元件結合地減少了包覆模制插入件中的殘余內部應力。

發(fā)明背景

包覆模制插入件通常涉及圍繞插入件的塑料殼體模制件。在一些實施例中，該插入件可以在該塑料模制件與另一種制品之間提供附接點。例如，在管道應用中，可以在包含螺紋的插入件上模制塑料管或配件。具有螺紋端的供給或排出線路或管道裝置可以經由螺紋連接到該插入件，以在該供給或排出線路與該塑料管之間提供流體流動。作為另外的實例，塑料手柄可以模制在包含螺紋的金屬插入件上，以接合例如工具或炊具(例如，平底鍋或平底鍋)。

發(fā)明概述

在第一方面，本發(fā)明涉及一種用于形成包覆模制插入件的方法。該方法包括提供具有布置在其中的錐形插入件和壓縮元件的模具。該錐形插入件包括金屬或金屬合金以及朝向該錐形插入件的遠端具有較大寬度的錐形。該壓縮元件被布置在鄰近該錐形插入件的遠端。該方法進一步包括在第一溫度下用第一聚合物組合物填充該模具以形成殼體并且冷卻該殼體。該冷卻壓縮在該殼體與該錐形插入件的遠端之間的壓縮元件。該第一溫度高于該聚合物組合物的軟化溫度，并且該壓縮元件的軟化溫度為該第一聚合物組合物的軟化溫度的約40％至約160％。該包覆模制插入件包括通道，該通道從在該殼體的第一端處的開口延伸并且延伸進入該錐形插入件。

在第二方面，本發(fā)明涉及一種包覆模制插入件，該包覆模制插入件包括具有第一聚合物組合物的殼體和錐形插入件，該錐形插入件具有朝向該錐形插入件(104，302)的遠端具有較大寬度的錐形，其中該錐形插入件包含金屬或金屬合金。該包覆模制插入件進一步包括布置在該殼體與該錐形插入件的遠端之間的具有金屬、金屬合金或第二聚合物組合物的壓縮元件，并且還包括通道，該通道延伸穿過在該殼體中的開口并且延伸進入該錐形插入件。該壓縮元件的軟化溫度為該第一聚合物組合物的軟化溫度的約40％至約160％。

附圖簡要說明

圖1(a)是具有包覆模制插入件的部件的透視圖的示意圖。

圖1(b)是圖1(a)的部件的透視圖的示意圖，其中該殼體的一部分被移除。

圖1(c)是圖1(a)的管的側視截面的示意圖。

圖2(a)是具有包覆模制插入件的歧管的透視圖的示意圖。

圖2(b)是圖2(a)的歧管的透視圖的示意圖。

圖2(c)是圖2(a)的歧管的側視截面的示意圖。

圖2(a)是具有插入件和壓縮元件的模具的截面的示意圖。

圖2(b)是圖2(a)的模具的截面的示意圖，示出了在聚合物冷卻過程中該聚合物組合物對該插入件的壓縮。

圖2(c)是圖2(b)的模具的截面的示意圖，描繪了在聚合物組合物的冷卻過程中該插入件的移動。

圖3(a)是具有錐形插入件和壓縮元件的模具的側視截面的示意圖。

圖3(b)是圖3(a)的模具的側視截面的示意圖，填充有聚合物組合物并且描繪了在冷卻過程中在錐形插入件上的力。

圖3(c)是圖3(b)的模具的側視截面的示意圖，描繪了在冷卻過程中插入件的相對移動。

圖3(d)是從圖3(a)至3(c)的模具中移除的包覆模制插入件的示意圖。

圖4(a)是具有圓錐形外表面的錐形插入件的透視圖的示意圖。

圖4(b)是圖4(a)的錐形插入件的側視截面的示意圖。

圖5(a)是具有截頭棱錐形外表面的錐形插入件的透視圖的示意圖。

圖5(b)是圖5(a)的錐形插入件的近端視圖的示意圖。

圖6是具有截頭棱錐形外表面的錐形插入件的近端視圖的示意圖，其中形成外表面的側面中的兩個是平行的，并且形成外表面的另外兩個側面是錐形的。

圖7(a)是錐形插入件的透視圖的示意圖，該錐形插入件只沿其長度的一部分是錐形的。

圖7(b)是圖7(a)的錐形插入件的側視截面的示意圖。

圖8是包括上緊元件的模具的側視截面。

發(fā)明的詳細說明

本披露涉及具有出人意料地降低的殘余內部應力的包覆模制插入件及其制造方法。在此根據本說明書的插入件包括殼體和布置在其中的錐形插入件和鄰近該錐形插入件的遠端表面的壓縮元件。如在此所使用的，該錐形插入件的遠端表面是指插入件的最接近該錐形起始處的點的端部(其中該錐形部分的寬度較大)，并且該插入件的近端表面是指插入件的最接近該錐形終止處的點的端部(其中該錐形部分的寬度較小)，其中該寬度是指該錐形插入件在垂直于其長軸方向上的尺寸。這些包覆模制插入件進一步包括通道，該通道延伸穿過該殼體以及該錐形插入件的至少一部分。該通道允許另一種制品經由該錐形插入件聯接到該包覆模制插入件。在一些實施例中，該通道可以延伸穿過該殼體以及該錐形插入件。在此類實施例中，該通道可以允許另一種制品聯接到該包覆模制插入件和/或提供穿過該包覆模制插入件的流體流動通路。已經出人意料地發(fā)現，該錐形插入件與該壓縮元件結合可以為這些包覆模制插入件提供顯著降低的殘余內部應力。具體地，在該包覆模制插入件的制造過程中，該壓縮元件在該錐形插入件的遠端表面與該殼體之間被壓縮，從而消散了否則會存在的殘余應力的顯著部分。

如權利要求12所述的包覆模制插入件，其中在室溫下，相對于在具有下述圓錐形插入件的相應包覆模制插入件的殼體上的相應的軸向或周向殘余應力，在該殼體(102，312)上的軸向或周向殘余應力的大小是從約50％至約99.5％，該圓錐形插入件具有與該錐形插入件(104，302)在垂直于該錐形插入件(104，302)的長軸的方向上的最大外徑基本上相似的外徑，并且其中該軸向或周向殘余應力是在該錐形插入件(104，302)的外表面(110，308)處以及在該錐形插入件(104，302)和該殼體(102，312)的界面處測量的。

包覆模制插入件

現在參考根據本說明書的包覆模制插入件的具體實施例。本領域普通技術人員將理解，這些實施例旨在是說明性的而不是限制性的。

圖1(a)至1(c)是根據本說明書的包覆模制插入件的實施例的示意圖。圖1(a)是具有包覆模制插入件的部件的透視圖的示意圖。圖1(b)與圖1(a)類似，其中該殼體的一部分被移除。圖1(c)是圖1(a)的部件的截面的示意圖。參見圖1(a)至1(c)，包覆模制插入件100包括殼體102、插入件104和壓縮元件106。殼體102具有由圖1(a)和圖1(c)中的虛線描繪的通道108，該通道穿過殼體102、插入件104以及壓縮元件106。通道108提供從包覆模制插入件100的外部區(qū)域穿過包覆模制插入件100的通路。插入件104包括錐形外表面110和任選的緊固件112。任選的緊固件112提供在另一種制品與包覆模制插入件100之間的連接界面。其他制品(例如，具有相應緊固件的管或管道裝置)可以通過插入件104的近端開口114或遠端開口116經由任選的緊固件112連接到包覆模制插入件100。在一些實施例中，插入件104可以包括沿插入件104的內表面的長度或該長度的一部分的螺紋。壓縮元件106在插入件104的遠端表面118與殼體102之間被壓縮。當存在時，任選的緊固件112可以包括但不限于螺紋或閂鎖緊固件。

通常，該殼體可以形成多種結構，這些結構包括但不限于管、歧管、葉輪、管件(例如管連接器)、閥蓋或其他管道裝置、手柄(例如，用于工具或商業(yè)或住宅炊具和烹飪器具)、炊具蓋(例如，用于商業(yè)或住宅炊具)、或其他使用包覆模制插入件的制品。在一些實施例中，該殼體可以包括或基本上組成為適合于該殼體的預期應用環(huán)境的聚合物組合物。例如，聚合物組合物可以針對在其預期應用環(huán)境中施加于殼體上的熱、化學和/或機械負荷來選擇。通常，針對在其中使用過程中施加于殼體上的熱、化學和機械負荷選擇聚合物組合物，以在預期應用環(huán)境中提供希望的強度和穩(wěn)定性。例如，在包括但不限于管道應用的應用中，該聚合物組合物可以包括但不限于聚砜、聚醚砜或聚苯砜。希望的聚砜和聚苯砜組合物是從蘇威特種聚合物公司(solvayspecialtypolymers,llc)(阿法樂特，喬治亞州(alpharetta,ga))分別地可商購的和聚砜和聚苯砜組合物可以具有在約180℃至約220℃之間的軟化溫度。如下所解釋的，該壓縮元件組合物可以至少部分地基于該聚合物組合物的軟化溫度來選擇。

如在此使用的，“軟化溫度”是指取決于所描述的聚合物組合物的組成的玻璃化轉變溫度或熔化溫度。本領域普通技術人員將認識到，無定形聚合物組合物具有玻璃化轉變溫度但不具有熔化溫度；半晶質聚合物組合物既具有玻璃化轉變溫度又具有熔化溫度；并且晶質聚合物組合物具有熔化溫度但不具有玻璃化轉變溫度。相應地，無定形聚合物組合物的軟化溫度是指該聚合物組合物的玻璃化轉變溫度；半晶質聚合物組合物的軟化溫度是指玻璃化溫度和熔化溫度中較高的那個；并且晶質聚合物組合物的軟化溫度是指該組合物的熔化溫度。

該錐形插入件可以提供在該包覆模制插入件與另一種制品之間的界面。在此描述的錐形插入件包括通道，該通道延伸進入該錐形插入件的至少一部分。在一些實施例中，該通道還可以延伸穿過該錐形插入件的長度(例如，通道108)。延伸穿過該插入件的通道可以接收另一種制品或該制品的一部分從該殼體的外部區(qū)域到該通道中。例如，該通道可以接收軸(例如泵軸、螺釘或螺栓)，并且該包覆模制插入件可以與該軸一起旋轉或允許該軸在該插入件內旋轉。在一些此類實施例中，該插入件可以是但不限于襯套、軸承、套筒等。在一些實施例中，該包覆模制插入件100可以進一步包括緊固件，該緊固件包括但不限于在該錐形插入件的內表面上并且沿該插入件的長度或該長度的一部分的螺紋、閂鎖或卡扣。具有對應緊固件(例如，螺紋端或具有閂鎖或卡扣的端部)的另一種制品可以插入延伸進入該錐形插入件的通道中并且可以經由該緊固件附接到該插入件。該緊固件可以有助于確保該連接的緊密性。通常，因為在該包覆模制插入件與聯接到該殼體的另一種制品之間的界面(例如，該插入件)可能經受增加的機械和/或熱負荷，所以該錐形插入件和另一種制品的相應界面是金屬的。該插入件可以包括或基本上組成為例如鋁、銅、鐵、鋼、鋅、黃銅、低鉛黃銅、不銹鋼或其任何合金或組合。

在一些實施例中，錐形插入件可以具有圍繞該錐形插入件的外表面(例如，插入件104的外表面110)并且在該錐形插入件的外表面與該殼體之間布置的機械墊圈。例如，該墊圈可以由乙烯丙烯二烯單體(“epdm”)或氟彈性體如(從杜邦公司(dupont)可商購)制成，以有助于將該圓錐形插入件固定在該殼體中并且有助于避免在該插入件與該聚合物之間的界面發(fā)生流體滲透。在一些實施例中，機械墊圈可以包括但不限于o形環(huán)。通常，o形環(huán)可以形成環(huán)面并且包括彈性體。

該壓縮元件在該錐形插入件的遠端表面與該殼體之間被壓縮。在制造過程中，該壓縮元件在該錐形插入件的遠端表面與該殼體之間被壓縮。如下面詳細解釋的，在制造過程中該壓縮元件的壓縮可以消散顯著量的在該殼體上的殘余內部應力，該殘余內部應力否則會存在于不具有可壓縮元件和/或錐形插入件的情況下形成的包覆模制插入件中。殘余內部應力是指在形成該包覆模制插入件后保留在該殼體中的應力。具體地，在形成過程中，由該殼體施加在該錐形插入件上的壓縮力的一部分通過使用它們來對該可壓縮元件做功(例如，以壓縮該可壓縮元件)而被消散。結果可能是下述包覆模制插入件，這些包覆模制插入件相對于沒有壓縮元件的包覆模制插入件具有擁有顯著降低的殘余內部應力的殼體。在一些實施例中，在該壓縮元件的聚合物冷卻驅動壓縮以降低殘余內部應力的基礎上或可替代地，如以下進一步詳細解釋的，可以在脫模(例如，從該模具移除該包覆模制插入件)后通過在該插入件上施加外力以使該插入件沿壓縮方向縱向移動將該壓縮元件進一步壓縮。

該通道可以部分地延伸進入該包覆模制插入件或者可以延伸穿過該包覆模制插入件。在一些實施例中，該通道可以是連續(xù)的并且可以延伸穿過殼體的一部分和該錐形插入件的一部分。在此類實施例中，如上所描述的，該通道可以從該錐形插入件的遠端或近端接收另一種制品進入該通道中，該制品可以聯接到該錐形插入件。例如，在此類實施例中，該殼體可以形成手柄，并且可以將工具、炊具或烹飪器具的軸接收到該通道中并且沿該插入件的內表面或該內表面的一部分聯接到螺紋。在其他實施例中，該通道可以是連續(xù)的并且延伸穿過該殼體、該錐形插入件以及該壓縮元件。在此類實施例中，該通路可以形成流體流動通路，并且此外，另一種制品可以接收在該通道中。在其中該錐形插入件在該插入件的內表面上包括緊固元件的實施例中，具有相應緊固件的另一種制品可以經由該緊固元件聯接到該插入件。相應地，流體可以流動到另一種制品或從另一種制品流出，并且穿過該包覆模制插入件。例如，通道108可以是流體流動通路。

相對于沒有結合錐形插入件和壓縮元件的相應包覆模制插入件，根據本說明書的包覆模制插入件可以具有顯著降低的殘余內部應力。在一些實施例中，在該聚合物殼體上的軸向殘余應力的大小可以是在約0.01兆帕(“mpa”)至約12mpa之間、或從約0.1mpa至約10mpa、或從約0.1mpa至約5mpa、或從約0.1mpa至約2.5mpa、或從約0.05mpa至約1mpa，其中該軸向殘余應力在室溫下在該殼體的外表面上并且徑向地遠離該錐形插入件測量。在一些實施例中，在該聚合物殼體上的周向殘余應力的大小可以是在約0.01兆帕(“mpa”)至約12mpa之間、或從約0.1mpa至約10mpa、或從約0.1mpa至約5mpa、或從約0.1mpa至約2.5mpa、或從約0.05mpa至約1mpa，其中該周向殘余應力在室溫下在該殼體的外表面上并且徑向地遠離該錐形插入件測量。如在實例中所解釋的，該殘余內部應力可以使用(i)根據astme837標準的鉆孔技術或(ii)根據astmd7474標準的化學方法(這兩者都是本領域熟知的)來測量。在一些實施例中，該包覆模制插入件可以包括錐形插入件和通道，該錐形插入件具有沿該錐形的圓錐形外表面，該通道延伸穿過該包覆模制插入件、圓錐形插入件和壓縮元件。在此類實施例中，如在該殼體的外表面上并且徑向地遠離該錐形插入件測量的，相對于具有下述圓錐形插入件的相應插入件，在室溫下在該聚合物殼體上的軸向和/或周向殘余應力的大小可以降低在約50％與約99.5％之間、或在約75％與約99.5％之間、或在約85％與99.5％之間、或在約90％與99.5％之間，該圓錐形插入件具有與該錐形插入件在垂直于該插入件長度的方向上的最大外徑基本上相似的外徑。本領域普通技術人員將認識到，在明確要求保護的范圍內，軸向殘余應力、周向殘余應力以及軸向和周向殘余應力的相對減小量的附加范圍被考慮并且在本披露的范圍內。如在此使用的，室溫是指從約20℃至約26℃的溫度范圍。

圖2(a)至2(c)是具有包覆模制插入件的歧管的示意圖。圖2(a)是具有包覆模制插入件的歧管的透視圖的示意圖。圖2(b)是圖2(a)的歧管的透視圖的示意圖，其中該殼體的一部分被移除。圖2(c)是圖2(a)的歧管的側視截面的示意圖。參見圖2(a)至2(c)，包覆模制插入件200包括殼體202、插入件204和壓縮元件206。殼體202形成氣體或液體歧管，并且由圖2(a)和圖2(c)中的虛線描繪的通道208延伸穿過殼體202、插入件204以及壓縮元件206。通道208是流體流動通道并且允許流體(例如，氣體或液體)通過包覆模制插入件200流動到包覆模制插入件200的外部區(qū)域并且從這些區(qū)域流出。插入件204包括錐形外表面210和螺紋212。螺紋212提供在另一種制品與包覆模制插入件200之間的連接界面。在一些實施例中，插入件204可以包括沿插入件204的外表面的長度或該長度的一部分的螺紋。雖然包覆模制插入件200示出為具有單個插入件，但是在其他實施例中，歧管可以包含沿通道208類似布置的并且與該通道流體連通的多個包覆模制插入件。

包覆模制插入件的制造

在此描述的用于形成具有降低的殘余內部應力的包覆模制插入件的方法包括在錐形插入件和壓縮元件上形成殼體，該壓縮元件被鄰近該錐形插入件布置。在處于或高于該殼體組合物的軟化溫度的溫度下形成該殼體，并且隨后將該包覆模制插入件冷卻以形成最終的固體部件。該殼體的冷卻壓縮在該錐形插入件與該殼體之間的壓縮元件。如下所解釋的，將具有適當的組成和相對定位的錐形插入件和壓縮元件結合到制造方法中可以顯著地減少包覆模制插入件的殘余內部應力。在一些實施例中，在制造過程中，由于隨該包覆模制插入件冷卻，該殼體的收縮大于該插入件，該插入件可能經受壓縮力。在此類實施例中，壓縮力的至少一部分可以通過使用它們在該壓縮元件上做功而被消散。具體地，響應于由該殼體施加在該錐形插入件上的壓縮力，該錐形插入件可以相對于該殼體移動并且可以壓縮在這兩者之間的壓縮元件，從而消散殘余應力的至少一部分，該殘余應力否則會在沒有該壓縮元件的情況下產生。在一些實施例中，可以通過在該錐形插入件上施加外力來輔助該壓縮元件的壓縮。圖3(a)是具有錐形插入件和壓縮元件的模具的側視截面的示意圖。

圖3(a)至3(d)是用于包覆模制插入件的制造方法的一個實施例的示意圖。圖3(a)是具有插入件和壓縮元件的模具的側視截面的示意圖。圖3(b)和3(c)是圖3(a)的模具的側視截面的示意圖，分別描繪了在冷卻過程中該錐形插入件上的力和該錐形插入件的移動。圖3(d)是從圖3(a)至圖3(c)的模具中移除的包覆模制插入件的截面的示意圖。參見圖3(a)至圖3(b)，插入件302和壓縮元件304被放置在模具306中。插入件302具有錐形外表面308(例如，圓錐形的)。壓縮元件304被布置在鄰近插入件302的遠端表面310。參見圖3(b)，將聚合物組合物312加熱到等于或大于其軟化溫度的加工溫度以便于加工，并且將該聚合物組合物填充到模具306中。聚合物組合物312形成包覆模制插入件300的殼體。模具306具有與包覆模制插入件300的外表面324的希望形狀對應的內表面。隨聚合物組合物312從其加工溫度冷卻到較低溫度，它比插入件302收縮得更多并且徑向向內壓縮插入件302，如圖3(b)中的箭頭314所表示的。由于錐形外表面306，插入件302沿插入件302的長軸316相對移動。插入件302的相對移動由圖3(b)中的箭頭318和圖3(c)中的虛線輪廓320表示。具體地，虛線輪廓320表示在該聚合物組合物的冷卻過程中某在先時間下插入件302的初始位置。由于插入件302的移動的結果，壓縮元件304被壓縮。圖3(d)示出了從模具306移除的包覆模制插入件300。圖3(d)中的虛線322表示由模具306通過包覆模制插入件300而形成的通道的邊界。

如圖3(a)至圖3(d)所示意性表示的，插入件的相對移動和該壓縮元件的伴隨壓縮可以顯著地減少包覆模制元件在其中形成的殘余內部應力。希望的插入件的相對移動可以通過選擇適當的插入件幾何形狀、壓縮元件的適當定位以及適當的壓縮元件組合物來實現。選擇該插入件的外部形狀使得在該包覆模制插入件的冷卻過程中該插入件相對于該殼體移動以壓縮在該殼體與該插入件之間的壓縮元件。通常，希望的插入件可以具有沿其長度或該長度的一部分連續(xù)漸縮的外表面。如在此使用的，該插入件的長度是指該插入件的沿該插入件的長軸并且在該插入件的近端與遠端之間的尺寸，并且插入件的寬度是指該插入件的垂直于該插入件的長軸的尺寸。另外，如在此所使用的，該插入件的遠端是指該插入件的最接近該錐形起始處的點的端部(其中該錐形部分的橫截面尺寸較大)，并且該插入件的近端是指該插入件的最接近該錐形終止處的點的端部(其中該錐形部分的橫截面尺寸較小)。在一些實施例中，該錐形可以在該遠端處開始并且沿該插入件的長度或該長度的一部分延伸。此外，具有下述錐形部分的插入件可以是特別希望的，該錐形部分在垂直于該插入件的長度的平面中具有對稱軸線的截面。具體地，此類幾何形狀可有助于保持該插入件在沿長度并且朝向該壓縮元件的方向上的相對運動。對于在此感興趣的插入件，該插入件的外表面可以形成但不限于沿該插入件的長度或該長度的一部分連續(xù)漸縮的橢圓體(例如，截頭的淚珠狀物)、圓錐體(例如，截頭圓錐形)或多面體(例如，截頭棱柱、平行六面體或棱錐)。

圖4(a)至7(b)是根據本說明書的插入件的實施例的示意圖。圖4(a)和4(b)是插入件400的相應的透視圖和側視圖的示意圖，該插入件具有沿其長度延伸的通道(由虛線指示的)，該通道具有在相應的遠端表面406和近端表面408處的開口402和404。插入件400具有沿其長度的圓錐形外表面410。圖5(a)和5(b)是插入件500的相應的透視圖和近端視圖的示意圖，該插入件具有沿其長度延伸的通道(由虛線指示的)，該通道具有在相應的遠端表面506和近端表面508處的開口502和504。插入件500具有截頭棱錐體形外表面510。圖6是插入件600的近端視圖，該插入件具有沿其長度延伸的通道，該通道具有在近端表面(未示出)處的開口和在遠端表面604處的開口602。插入件600具有截頭棱錐形外表面606，其中形成外表面606的兩個側面是平行的并且形成外表面606的另外兩個側面是錐形的。圖7(a)和7(b)是插入件700的相應的透視圖和側視圖的示意圖，該插入件具有沿其長度延伸的通道(由虛線指示的)，該通道具有在相應的遠端表面706和近端表面708處的開口702和704。插入件700只是沿其長度的一部分是錐形的。具體地，外表面710在插入件700的整個遠端部分是圓錐形的并且在插入件700的整個近端部分是圓柱形的。雖然為清楚起見圖4(a)至7(b)中沒有示出，但其中的插入件可以在沿該插入件的長度或該長度的一部分的內表面(例如，限定該通道的表面)或外表面上包括螺紋，如以上詳細描述的。類似地，雖然圖4(a)至7(b)中示出的插入件具有沿該插入件的整個長度延伸的通道，但是在其他此類實施例中，該通道可以僅連續(xù)延伸穿過該插入件的長度的一部分，如以上詳細描述的。

如上所提及，可以部分地通過該壓縮元件和該插入件的適當相對定位來實現具有降低的殘余內部應力的包覆模制插入件的制造。通常，選擇該壓縮元件的相對位置使得隨該殼體組合物冷卻，該壓縮元件在該殼體與該插入件之間被壓縮。在一些實施例中，可以將該壓縮元件放置在該插入件的遠端與該模具的內表面之間，使得當用該聚合物殼體組合物填充該模具時，它填充在該壓縮元件與該模具的內表面之間的空間并且不填充在該壓縮元件與該插入件的遠端表面之間的區(qū)域(例如，熔融的聚合物組合物在該壓縮元件與該插入件的遠端表面之間的區(qū)域的周圍流動)。在一些實施例中，可以將該壓縮元件放置在鄰近該插入件的遠端表面并且與模具的內表面間隔開。在此類構造中，在填充模具的過程中，該聚合物殼體組合物填充在該壓縮元件與該模具的內表面之間的區(qū)域，但不會在該壓縮元件與該插入件的遠端表面之間流動。在冷卻后，在該模具內和/或從該模具移除的情況下，該插入件沿其長度的相對運動能夠壓縮該壓縮元件，例如，如圖3(a)至3(d)所示。在一個此類實施例中，將該壓縮元件與該錐形插入件的遠端表面接觸地放置。在其他此類實施例中，可能存在布置在該插入件的遠端表面與該壓縮元件之間的區(qū)域中的結構，這些結構禁止該聚合物殼體組合物在該插入件的遠端表面與該壓縮元件之間的區(qū)域中的流動。

在一些實施例中，可以將該壓縮元件成形為類似于該插入件的遠端表面。例如，在其中該插入件的遠端表面是圓形的(例如，圓錐形插入件)的實施例中，鄰近該插入件的遠端表面的可壓縮元件的表面可以是圓形的(開放或閉合的)(例如，該可壓縮元件可以形成環(huán)面或開放或閉合的圓柱體)(參見例如圖1(a)至1(c))。作為另一個實例，在其中該插入件的遠端表面是矩形或梯形的實施例中，鄰近該插入件的遠端表面的可壓縮元件的表面可以分別是矩形或梯形的(開放或閉合的)(例如，該可壓縮元件可以形成開放或閉合的截頭棱柱、平行六面體或棱錐)。如在此使用的，開放的幾何形狀是指具有從其中通過的開口的幾何形狀，并且閉合的幾何形狀是指沒有從其中通過的開口的幾何形狀。例如，開放的圓是環(huán)，并且閉合的圓是圓盤。在一些實施例中，如以上和以下詳細描述的，該插入件可以包括在遠端和/或近端表面處具有開口的通道以接收制品(例如，管、其他管道配件或該包覆模制插入件附接到其上的其他制品)和/或便于從其中通過的流體流動。在其中在遠端表面處存在開口的實施例中，該壓縮元件可以成形為使得該開口是無阻礙的。在一些此類實施例中，該壓縮元件可以包括從其中通過的通道。

雖然以上參考的是單個壓縮元件，但在一些實施例中，也可以希望地使用多個壓縮元件。例如，多個壓縮元件可以以堆疊配置使用，其中這些壓縮元件是沿鄰近該插入件的遠端表面的插入件的長軸堆疊的。在此類實施例中，在該包覆模制插入件的冷卻過程中，壓縮元件的堆疊集體地在該殼體組合物與該插入件之間被壓縮。在其中實施多個壓縮元件的其他實施例中，可以將多個壓縮元件布置成鄰近該插入件的遠端表面，例如，其中使每個壓縮元件接觸該錐形插入件的遠端表面的不同部分。

另外，實現所希望的包覆模制插入件的降低的殘余內部應力至少部分地涉及該壓縮元件組合物的適當選擇。具體地，可以相對于該包覆模制插入件的制造溫度來選擇該壓縮元件組合物。包覆模制插入件的制造溫度至少部分地取決于該聚合物殼體的組成。具體地，該聚合物殼體組合物具有這樣的軟化溫度，該軟化溫度高于它在該包覆模制插入件的預期應用環(huán)境中的操作溫度。在制造過程中，將該聚合物殼體組合物加熱至高于其軟化溫度的加工溫度以達到對于所選填充方法而言所希望的粘度并且允許該組合物理想地流動到模具中。另外，在用該聚合物殼體組合物填充的過程中，通常使該模保持在升高的溫度下以防止該聚合物殼體組合物的驟冷和/或快速凝固。該升高的溫度通常低于該聚合物殼體組合物的軟化溫度，但足夠接近該聚合物殼體的軟化溫度，以使該聚合物殼體組合物逐漸冷卻并且避免驟冷。

因此，選擇該壓縮元件的組成使得它至少在該冷卻的初始部分期間保持柔軟，使得它能夠在壓縮過程中通過該插入件的相對移動被合理地壓縮。另外，選擇壓縮元件的組成以在相同的時間部分期間保持理想的剛性，使得它在將該殼體組合物填充到該模具中的過程中不會不希望地被擠壓或噴射。例如，該壓縮元件可以具有在與該殼體組合物的軟化溫度有關的選定范圍內的較低的軟化溫度。在一些實施例中，該壓縮元件組合物可以具有相對于該聚合物殼體組合物的軟化溫度在約-100℃至約100℃之間、在約-50℃至約50℃之間、或在約-20℃至約20℃之間的范圍內的軟化溫度。在一些實施例中，該壓縮元件可以具有該聚合物殼體的軟化溫度的在約40％至約160％之間、在約70％至約130％之間、或在約80％至約115％之間的軟化溫度。對于包含砜聚合物的殼體組合物，該壓縮元件組合物可以具有在約150℃與280℃之間或在約180℃與240℃之間的范圍內的軟化溫度。本領域普通技術人員將認識到在明確披露的范圍內的附加軟化溫度范圍是被考慮到的并且是在本披露的范圍內的。

在附加的或可替代的實施例中，可以選擇該壓縮元件的組成，使得該壓縮元件在該包覆模制殼體的制造過程中沿壓縮方向以相對于其平衡尺寸的選定量壓縮。如在此使用的，該平衡尺寸是指在室溫下并且在用加熱的聚合物殼體組合物填充該模具前在該模具內的壓縮元件的尺寸。在一些此類實施例中，可以選擇該壓縮元件的組成，使得在制造過程中壓縮元件相對于它沿壓縮方向的平衡尺寸壓縮至少約0.1％、至少約0.5％、至少約1％、至少約10％、至少約20％、至少約50％、從約0.1％至約50％、從約0.1％至約25％、從約0.5％至約10％、從約0.5％至約5％、從約0.1％至約2％或從約0.5％至約1％。本領域普通技術人員將認識到在明確披露的范圍內的附加壓縮范圍是被考慮到的并且是在本披露的范圍內的。

在一些實施例中，該壓縮元件可以具有或者基本上組成為金屬、金屬合金或聚合物組合物。金屬和金屬合金可以包括但不限于鋁、銅、鐵、鉛、錫、鋼、鋅、黃銅、低鉛黃銅、不銹鋼或其任何合金或組合。希望的聚合物組合物可包括但不限于聚酰胺、聚烯烴、部分硫化橡膠材料、聚酯、或其任何組合。不論該特定的壓縮元件組合物，該壓縮元件均具有在如以上所描述的范圍內的軟化溫度。本領域普通技術人員將了解如何基于本說明書選擇其他適當的壓縮元件組合物。

如以上所解釋的，在此所描述的包覆模制插入件是通過用該聚合物殼體組合物填充模具并且使該包覆模制插入件冷卻來制造的?？梢赃x擇該模具以具有與該包覆模制插入件的希望的外表面對應的內表面。例如，對于管道應用，該模具的內表面可以對應于管、配件、或歧管。在其他應用中，該模具的內表面可以對應于用于制品的手柄，該制品包括但不限于工具或炊具(例如，鍋、平底鍋和器具)。類似地，同樣如以上所解釋的，該模具可以具有內部結構以形成連續(xù)通道，該通道部分延伸穿過該殼體并且部分延伸進入該插入件，或者延伸穿過該殼體和該插入件。

該模具可以通過本領域熟知的方法用聚合物殼體組合物填充，并且本領域普通技術人員將了解如何基于本披露選擇適當的已知方法。例如，可以將該聚合物殼體組合物注塑模制、吹塑模制、擠出、熱成型或壓縮模制到該模具中。通常，如以上所解釋的，不論該具體方法，均將該聚合物殼體組合物加熱到高于其軟化溫度以達到適合于用來填充該模具以形成最終部件的具體方法的希望粘度。

在該模具內、當從該模具中移除時、或者兩者都有時，可以將該包覆模制插入件從該聚合物殼體組合物的加工溫度冷卻到低于該聚合物殼體組合物的軟化溫度的較低溫度(例如，到室溫)。參見圖3(a)至圖3(d)，該包覆模制插入件可以在該模具內開始冷卻。在一些實施例中，該包覆模制插入件可以在將其從該模具中移除后繼續(xù)冷卻。在此類實施例中，在將該包覆模制插入件從該模具中移除后，該插入件可以相對于該聚合物殼體繼續(xù)移動，并且該壓縮元件可以繼續(xù)在兩者之間壓縮。

如上所提及，在一些實施例中，可以通過對該錐形插入件施加外力來進一步減少在包覆模制插入件的殼體上的殘余應力。在此類實施例中，在該壓縮元件的溫度仍然高于其軟化溫度時，可以沿該錐形插入件的長度并且朝著該壓縮元件的方向對該錐形插入件施加外力以進一步壓縮該壓縮元件。在此類實施例中，由于該聚合物殼體的收縮而導致的在該錐形插入件上的力可以進一步部分地消散，并且在該聚合物殼體上的殘余內部應力可以進一步減少。具體地，當由于該殼體的收縮而導致的在該錐形插入件上的力不再期望地使該錐形插入件相對于該殼體移動時，可以對該錐形插入件施加外力以進一步壓縮該壓縮元件。在一個此類實施例中，形成通道進入該錐形插入件的模具的部分可以包括緊固元件，該緊固元件可以被緊固到位于該錐形插入件的內表面或該內表面的一部分。當該壓縮元件仍然高于其軟化溫度時，具有該緊固元件的模具的部分可在沿該錐形插入件的長度并且朝向該壓縮元件的方向上移動并且相應地進一步壓縮該壓縮元件。圖8中示意性地表示了一個此類實施例。

圖8是包括上緊元件的模具的側視截面。模具800包括主體802和上緊元件804。主體802填充有聚合物組合物806。上緊元件804延伸穿過壓縮元件808和錐形插入件810。壓縮元件808處于高于其軟化溫度的溫度。錐形插入件810包括沿其內表面的螺紋(未示出)，該內表面與沿上緊元件804的外表面的螺紋(未示出)配合?？梢栽谟上鄳难亻L軸814的箭頭812或沿長軸814的箭頭813所指示的方向上轉動或拉出上緊元件804。轉動或拉動該壓縮元件使得該錐形插入件在由箭頭816所指示的方向上移動。錐形插入件810的相對移動可以壓縮該壓縮元件808并且產生具有降低的殘余應力的包覆模制插入件。實例

本實例證明了具有降低的殘余應力的包覆模制插入件和相應的形成方法。

為了證明形成，形成4個包覆模制插入件樣品(一式兩份生產這4個樣品中的每一個，以便于如以下所描述的不同的應力測試方法)。為了形成每個樣品，用加熱的聚苯砜組合物填充含有黃銅插入件和壓縮元件的模具，該聚苯砜組合物從美國蘇威特種聚合物公司(solvayspecialtypolymersusa,llc)(阿法樂特，喬治亞州)以商品名可商購。該壓縮元件由聚丙烯酰胺mxd6制成，該聚丙烯酰胺mxd6從美國蘇威特種聚合物公司(阿法樂特，喬治亞州，美國)以商品名para1022可商購。mxd6由間二甲苯二胺(mxd)與己二酸的縮聚反應獲得。樣品1的插入件具有圓柱形外表面(無錐度)。樣品2至4的插入件沿該插入件的長軸具有4度錐度的圓錐形外表面。樣品2至4的插入件沿其長軸具有約17mm的長度。為了填充該模具，將該聚苯砜組合物加熱至約385-390℃以增塑該組合物(例如，以便于將組合物引入模具中)，并且隨后將該組合物注入該模具中。在注射過程中將該模具保持在約160℃的溫度下以防止熔融的聚苯砜組合物驟冷。在該模具中冷卻一段時間后，從該模具中移除該包覆模制插入件，并且使該包覆模制插入件繼續(xù)冷卻至室溫。達到室溫后，如下所描述的測量在該聚合物組合物(例如，聚合物殼體組合物)上的殘余應力。

在制造樣品2至4中使用的模具具有主體部分和上緊元件，該上緊元件形成從最終形成的樣品通過的通道。圖8是在制造樣品2至4中使用的模具的代表。該上緊元件包括沿著樣品2至4的錐形插入件的內表面與螺紋配合的螺紋。對于樣品3和4，在該模具中的初始冷卻時間段后，并且當該壓縮元件仍然高于其軟化溫度時，轉動該上緊元件以進一步壓縮在該模具中的壓縮元件。在樣品3和4的制造過程中，將該上緊元件分別轉動半圈和一整圈。在樣品2的制造過程中，該轉動元件沒有被轉動，并且相應地提供了用于證明對該插入件施加外力以進一步壓縮該壓縮元件的效果的對照。

為了證明包括圓錐形插入件的樣品(樣品2至4)的降低的殘余應力，使用鉆孔技術(根據astme837標準)和化學技術(根據astmd7474)測量這些樣品上的殘余應力。對于該鉆孔技術，軸向地(沿該插入件的長軸)以及周向地(圍繞該插入件的圓周)測量在該插入件與該殼體之間的界面處在該聚合物殼體組合物上的殘余內部應力。對于每個樣品，為了測試在該殼體上的軸向應力和周向應力，將應變計應變花(straingaugerosette)附接在這些外殼的外表面并且徑向遠離該插入件。將這些應變計應變花連接到電壓源。然后鉆孔(對于樣品1為約2mm，并且對于樣品2-4為約4mm)，并且測量產生的應變(反映在鉆孔過程中去除的殘余內部應力)。具體地，在應變花上的應變引起該應變花的變形，這改變了跨越該應變花的電壓。使用電壓表測量電壓的變化，并且計算相應的去除的殘余應力。結果呈現在以下表1中。本領域普通技術人員將認識到，由于該殘余內部應力是在該插入件與該殼體之間的界面處測量的，因此這些軸向和周向應力測量值相對表1中報告的厚度是有效不變的。

表1

包括圓錐形插入件的樣品相對于具有圓柱形插入件的樣品已顯著降低了殘余應力。參見表1，相對于樣品1，在樣品4至2的聚合物殼體上的軸向殘余應力的大小分別顯著地降低了約94％至約97％。此外，相對于樣品1，在樣品2至4的聚合物殼體上的周向殘余應力的大小分別顯著地降低了約98％至約99％。相對于樣品2至4，在插入件上施加外力以進一步壓縮該壓縮元件產生了甚至進一步降低的內部應力。具體地，相對于樣品2，樣品3和4展現出分別地軸向殘余應力的約14％和117％的減少以及分別地周向殘余應力的約16％和68％的減少。

相對于該化學技術，將這些樣品依次暴露于由100:0至50:50體積％的甲基乙基酮(“mek”):甲醇(“meoh”)組成的4種溶液。具體地，對于每個樣品，首先將樣品浸沒在50:50溶液mek:meoh中持續(xù)一分鐘，并且然后用水沖洗。然后目視檢查該樣品的裂縫或裂紋區(qū)域。如果存在裂縫或裂紋，則該聚合物殼體的殘余內部應力大于閾值(以兆帕(“mpa”)報告)。該閾值基于該溶液中的mek的濃度并且反映了在聚合物殼體的結構完整性方面產生失敗的最小應力水平。如果不存在裂縫或裂紋，則該聚合物殼體的殘余內部應力小于或等于該閾值。然后對剩余的3個溶液重復該過程。通常，產生裂縫或裂紋所需的mek的濃度越高，在該聚合物殼體上的殘余內部應力越小。結果示于表2中。標有“壓力”的行表示如以上所討論的閾值。例如，參見表2中的樣品2，該聚合物殼體的殘余內部應力大于約11.5mpa但小于或等于約14mpa。另外，在表2中，“n/a”表示在相應條件下沒有測試樣品。

表2

參見表2，具有圓錐形插入件的樣品(樣品2-4)相對于具有圓柱形插入件的樣品(樣品1)具有較小的殘余內部應力，類似于如表1所報告的使用鉆孔技術測量的那樣。應注意，該化學方法代表了完全的聚合物殼體的殘余內部應力水平，而如以上所描述的該鉆孔方法更局部化。因此，該化學方法對于小缺陷的存在可能更加敏感，并且因此相對于該鉆孔方法可以導致更高的內部殘余應力測量值。

以上實施例旨在是說明性的而不是限制性的。另外的實施例在發(fā)明構思內。此外，盡管已經參考具體實施例描述了本發(fā)明，但是本領域技術人員將認識到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式和細節(jié)上進行改變。任何通過援引方式對以上文件的并入是受限制的，使得沒有并入與在此的明確披露內容相反的主題。

如果通過援引方式并入本申請的任何專利、專利申請、以及公開物的披露內容與本申請的說明相沖突到了可能導致術語不清楚的程度，則本說明應該優(yōu)先。