一种防止成型面粘连的模具组件及涂装热压成型设备的制作方法

1.本发明涉及热压成型设备、金属表面微处理技术领域，具体涉及一种防止成型面粘连的模具组件及涂装热压成型设备。


背景技术：

2.注塑成型、热压成型是聚合物加工成型的主要方法，易于实现自动化，因此，在家电、汽车、通讯设备、储能电源、科学仪器、光学器械等科技领域广泛应用。以手机外壳为例，产品更新换代加速了对成型制品的质量、性能标准的提高，进而成为了塑料制品加工成型技术进一步提高的限制因素。对于注塑成型，翘曲是最常见且难以避免的缺陷；对于热压成型，塑料制品与模具粘连、烧焦等属于常见问题。
3.热压成型工艺一般分为预热、加压、冷却等阶段。聚合物与模具接触，模具与热源接触，聚合物的温度升高至软化状态或熔融状态，并在特定压力下实现成型、固化和连接，冷却后，成型制品具有强度和形状。
4.热压成型过程中，模具与聚合物直接接触，模具接触面温度分布影响材料的成型质量。模具结构形式影响传热效率与温度分布。为了使塑料制品的热压成型完全，温度和压力均比设计参数较大，以期获得预想的质量和性能，模具结构影响温度分布，为使最薄弱部位达到设计参数温度，模具其他部位出现局部过热，在模具成型面处极易出现聚合物与模具粘连，甚至出现烧焦粘模情形，影响成型制品的外观质量。模具粘模不易清除，且不断积累，严重影响成型制品的质量，良率下降。
5.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于提供一种在热压成型过程中避免出现聚合物与模具粘连的模具结构，尤其是存在温度梯度，模具结构复杂的情形。
7.为实现上述目的，本发明提供一种防止成型面粘连的模具组件，包括上模、下模和用于固定下模的下模底板，上模与下模相向内侧面分别形成上模成型面和下模成型面，其中，上模成型面和下模成型面均设有微纳米级的凸起。
8.聚合物在上模与下模的高温压合下易出现粘连问题，通过在压合面设置微纳米级的凸起，形成结构色，通过降低表面自由能，形成超疏水界面，降低模具的成型面与聚合物的黏附力，有效解决了聚合物的粘连问题，尤其是3d复合材料，如丙烯酸酯橡胶(acm)、聚碳酸酯(pc)、聚氯乙烯(pvc)、abs塑料和玻璃增强热固性塑料(grp)的复合材料。
9.进一步的，微纳米级的凸起可以通过化学蚀刻、激光蚀刻、气相沉积、化学沉积、电化学沉积、阳极氧化、化学镀、电镀、机械研磨或微粒喷丸的方法得到。
10.进一步的，上模成型面和下模成型面还可以电镀一层金属铬或金属镍。
11.本发明还提出了一种具有防止成型面粘连的模具组件的涂装热压成型设备，包括
顶盖、底座和连接顶盖和底座的柱，底座上设有液压装置，液压装置升降连接工作平台，工作平台上设有模具组件，顶盖下端设有加热板，加热板下端固定设置与模具组件相对应的上模框，上模框侧壁开设有用于连接高压气体的进气接口，模具组件包括上模、下模和用于固定下模的下模底板，上模与下模相向内侧面形成上模成型面和下模成型面，上模成型面和下模成型面均设有微纳米级的凸起。
12.进一步的，上模成型面和下模成型面均电镀一层金属铬或金属镍。
13.进一步的，工作平台上设有滑轨装置与模具组件连接，滑轨装置呈矩形结构，滑轨装置的滑轨设有凸缘，凸缘内侧开设限位卡槽，滑轨装置的滑轨通过横椽连接，横椽上设有用于控制所述模具组件滑动的操作按钮，滑轨装置侧边固定设置带有弧形导轨的隔板。
14.进一步的，模具组件通过锁模板与滑轨装置滑动连接，锁模板顶部设有相互垂直的凹槽，锁模板底部与滑轨装置的凸缘和限位卡槽相配合，锁模板中间位置设有加热装置，锁模板前端靠近带有操作按钮的横椽设有防护罩。
15.进一步的，模具组件的下模底板侧边对应凹槽开设定位凹槽，下模底板顶部开设排气槽，上模前端靠近带有操作按钮的横椽对称设置开模扣基，开模扣基端部设置滚轮，滚轮与导轨相适配。
16.进一步的，模具组件的材质为不锈钢或硬质合金。
17.本技术针对热压成型设备，模具组件的成型面设有微纳米级的凸起，降低表面自由能，形成超疏水界面，降低模具的成型面与聚合物的黏附力，有效解决了在高温成型时模具压合聚合物出现的粘连问题，本技术技术方案通过液压装置控制工作平台上下移动，置于工作平台上的模具组件通过滑轨装置相对于工作平台水平移动，在滑轨装置侧边设置隔板，在隔板内侧设有弧形导轨，模具组件相对与工作平台移动，设置在模具组件的上模的开模扣基的滚轮与隔板的弧形导轨接触，控制模具组件相对于滑轨装置的移动，能够实现上模的打开或压合。
附图说明
18.图1是本发明实施例方案涉及的一种涂装热压成型设备的结构图；
19.图2是本发明实施例方案涉及的一种涂装热压成型设备的模具的压合状态结构图；
20.图3是本发明实施例方案涉及的一种涂装热压成型设备的模具的打开状态结构图；
21.图4是本发明实施例方案涉及的一种涂装热压成型设备的模具组件的成型面的结构图；
22.图5是本发明实施例方案涉及的一种具有成型制品的涂装热压成型设备的模具组件结构图。
23.附图标号及名称：
24.1、涂装热压成型设备；
25.11、顶盖；12、底座；13、柱；14、液压装置；
26.15、加热板；151、上模框；1511、进气接口；
27.16、工作平台；
28.17、滑轨装置；171、凸缘；172、限位卡槽；173、横椽；174、操作按钮；
29.18、模具组件；
30.181、上模；1811、开模扣基；1812、滚轮；1813、上模成型面；
31.182、下模；1821下模成型面；
32.183、下模底板；1831、定位凹槽；1832、排气槽；
33.18a、锁模板；18a1、凹槽；18a2、防护罩；
34.19、隔板；191、导轨；
35.2、成型制品
36.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
37.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
38.在热压成型过程中，由于模具的结构差异，在同一温度下，模具和聚合物的热膨胀率不同，膨胀率受温度变化影响，因此在成型时，聚合物受到不同程度的应力。内部应力积累且无法完全释放，导致成型制品存在翘曲、褶皱、层间破裂等一系列质量问题。通常采取增加温度和压力的措施，聚合物达到熔融状态(玻璃化温度状态)，使聚合物内部的应力得到释放。在加热和加压过程中，聚合物处于熔融状态或玻璃化温度状态下，具有高黏性，很容易出现塑料制品与模具粘连的问题，甚至出现烧焦粘模的情况。
39.本发明提供一种防止成型面粘连的模具组件和一种具有该模具组件的涂装热压成型设备，图1是本发明实施例方案涉及的一种涂装热压成型设备的结构图；图2是本发明实施例方案涉及的一种涂装热压成型设备的模具的压合状态结构图；图3是本发明实施例方案涉及的一种涂装热压成型设备的模具的打开状态结构图；图4是本发明实施例方案涉及的一种涂装热压成型设备的模具组件的成型面的结构图；图5是本发明实施例方案涉及的一种具有成型制品的涂装热压成型设备的模具组件结构图。
40.本技术实施例示出了一种防止成型面粘连的模具组件，参见图4和图5，该模具组件18一般为金属材质，有不锈钢、硬质合金或模具钢8566。
41.模具组件18包括上模181、下模182和用于固定下模的下模底板183，上模181与下模182相向内侧面分别形成上模成型面1813和下模成型面1821，上模成型面1813和下模成型面1821均设有微纳米级的凸起。
42.上模181与下模182可以铰接在一起，也可以是分体结构，示例中上模与下模采用铰接方式连接。
43.模具型腔内一般为橡胶材质或与模具材质相同，当模具型腔与模具材质相同，同为金属材质，成型面及型腔内部均可设置微纳米凸起，气压热压成型模具，可以仅在成型面设置微纳米级凸起。
44.本实施例技术方案利用表面微结构，在成型面形成微纳米级凸起，降低了成型面表面自由能，形成超疏水界面，降低了成型面与聚合物的黏附力，有效解决了聚合物的粘连问题。
45.3d复合材料具有可自由上色、可自由组合图形和图案、可定制图案等优点，如，丙烯酸酯橡胶(acm)、聚碳酸酯(pc)、聚氯乙烯(pvc)、abs塑料和玻璃增强热固性塑料(grp)。
这种复合板材上下层材料的熔点温度不同，加工过程中与加热后的上模和下模接触，合模后复合板材边缘与模具成型面接触，在成型面设置微纳米级凸起可以有效解决烧焦粘模的问题。
46.微纳米级的凸起可以通过化学蚀刻、激光蚀刻、气相沉积、化学沉积、电化学沉积、阳极氧化、化学镀、电镀、机械研磨或微粒喷丸的方法得到。上述处理方法属于表面微结构制备方法的现有技术。
47.示例性的，对于模具组件18，其上模成型面1813和下模成型面1821电镀一层金属铬或金属镍。
48.铬元素和镍元素可以降低成型面与聚合物接触面的黏附力，使成型面与聚合物更易分离。成型面与聚合物接触面越小越易分离，通过设置纳米级凸起和/或电镀金属铬或金属镍，降低表面自由能和黏附力，解决粘连的问题。
49.示例性的，实施例中还可以在成型面涂覆氟碳树脂涂层、氟硅氧烷涂层、有机硅化合物涂层或聚四氟乙烯涂层，通过涂覆防粘图层，降低表面能和弹性模量，使附着力减小，更易分离。
50.本技术实施例示出了一种具有防止成型面粘连的模具组件的涂装热压成型设备，参见图1至图5，涂装热压成型设备1为气压热成型设备，具体包括顶盖11、底座12和连接顶盖和底座的柱13。
51.底座12上设有液压装置14，液压装置14垂直底座12，且相对于底座12做上下伸缩运动。
52.液压装置14顶端连接工作平台16，工作平台16开设有沿柱13上下运动的通孔，使工作平台16升降平稳，避免出现晃动。工作平台16上设有模具组件18。
53.顶盖11下端设有加热板15，加热板15下端固定设置与模具组件18相对应的上模框151，上模框151侧壁开设有用于连接高压气体的进气接口1511。
54.模具组件18包括上模181、下模182和用于固定下模的下模底板183，上模181与下模182相向内侧面分别形成上模成型面1813和下模成型面1821，上模成型面1813和下模成型面1821均设有微纳米级的凸起。
55.模具组件中放置好聚合物复合板，聚合物复合板边缘被上模和下模的成型面夹持固定，启动液压装置，驱动工作平台上升，工作平台上的模具组件的上模与顶盖下端的上模框相适配，模具型腔内形成封闭空间，顶盖的加热板为模具提供热源，使模具型腔内的聚合物复合板软化，通过上模框侧壁开设的进气接口连接高压气体加压，一定温度下，持续加压一段时间，聚合物复合板热压成型完成，关闭高压气体，分离并打开模具组件获得成型制品，由于在上模成型面和下模成型面设有微纳米级的凸起，聚合物复合板加热软化，聚合物与成型面的黏附力减小，在开模时避免了粘连的问题。
56.上述实施例中，上模成型面1813和下模成型面1821还可以再电镀上一层金属元素，优选的为金属铬或金属镍。金属铬或金属镍能够降低表面自由能和黏附力，同样可以解决粘连的问题。
57.参见图2和图3，实施例中，涂装热压成型设备1的工作平台16上设有滑轨装置17并与模具组件18连接，滑轨装置17呈矩形结构，滑轨装置17的滑轨设有凸缘171，凸缘内侧开设限位卡槽172，滑轨装置的滑轨通过横椽173固定连接，横椽上设有用于控制所述模具组
件18相对于滑轨装置17滑动的操作按钮174，滑轨装置17侧边固定设置带有弧形导轨191的隔板19。
58.模具组件18通过锁模板18a与滑轨装置17滑动连接，锁模板18a顶部设有相互垂直的凹槽18a1，锁模板18a底部与滑轨装置的凸缘171和限位卡槽172相配合，锁模板18a中间位置设有加热装置，加热装置包括电感加热、电阻加热或红外(远红外)加热，锁模板18a前端靠近带有操作按钮的横椽173设有防护罩18a2，防止在放置聚合物复合板或取出成型制品2时发生烫伤事故。
59.模具组件18的下模底板183侧边对应凹槽18a1开设定位凹槽1831，用于固定模具组件18，下模底板183顶部开设排气槽1832，上模181前端靠近带有操作按钮174的横椽173对称设置开模扣基1811，开模扣基1811端部设置滚轮1812，滚轮1812与导轨191相适配。模具组件18的材质为不锈钢、硬质合金或模具钢8566。
60.涂装热压成型设备的工作流程：启动预热系统，加热板和锁模板达到预设温度，通过操作按钮，控制模具组件相对于滑轨装置移动，上模的开模扣基通过滚轮与隔板上的弧形导轨接触并沿导轨滚动，上模相对于下模打开，露出型腔，放置聚合物复合板，聚合物复合板边缘位置覆盖下模的部分下模成型面，也可通过定位孔定位，控制操作按钮控制模具相对于滑轨装置反向移动，实现上模与下模的压合，本实施例通过铰链装置实现上模与下模的准确压合定位，模具组件移动到设定位置后，启动液压装置驱动工作平台向顶盖方向移动，在移动过程中，模具组件的上模最先与上模框接触并闭合，实现密封状态，进一步加压，控制上模与下模的合模压力，连接好高压气体，通过上模框的进气接口向型腔内通入高压，聚合物复合板边缘位置被合模压合固定，上下热源对聚合物复合板进行加热，在软化状态下，高压气体对聚合物复合板热压成型，持续预定时间，完成热压成型，关闭高压气体，控制液压装置收缩，模具组件脱离上模框，通过操作按钮，打开上模，取出成型制品，进行下一流程。
61.示例性的，在进行手机盖、电池盖高压成型时，选用聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)和聚碳酸酯(pc)复合板，其中pmma厚度为0.035mm-0.055mm，pc厚度为0.38mm-1.50mm。加热板15的温度设置为135℃-140℃，锁模板18a的温度设置为125℃-135℃，合模压力为200kg，高压气体的压力8kg-15kg，保持时间2s-3s，压力50kg-70kg，保持时间5s-10s，总保压时间5s-10s。通过上述具有防止成型面粘连的模具组件的涂装热压成型设备按照设定的程序成型，可以获得肉眼可见的具有光滑净面的成型制品2，上模成型面1813和下模成型面1821均未发生粘连。
62.需要说明的是，虽然本技术技术方案针对气压热成型设备，对于热压成型设备和注塑成型同样适用。
63.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种防止成型面粘连的模具组件，包括上模(181)、下模(182)和用于固定所述下模(182)的下模底板(183)，所述上模(181)与所述下模(182)相向内侧面分别形成上模成型面(1813)和下模成型面(1821)，其特征在于，所述上模成型面(1813)和所述下模成型面(1821)均设有微纳米级的凸起。2.根据权利要求1所述的模具组件，其特征在于，所述凸起是通过化学蚀刻、激光蚀刻、气相沉积、化学沉积、电化学沉积、阳极氧化、化学镀、电镀、机械研磨或微粒喷丸的方法得到。3.根据权利要求2所述的模具组件，其特征在于，所述上模成型面(1813)和所述下模成型面(1821)均电镀一层金属铬或金属镍。4.一种具有防止成型面粘连的模具组件的涂装热压成型设备，包括顶盖(11)、底座(12)和连接所述顶盖和所述底座的柱(13)，所述底座(12)上设有液压装置(14)，所述液压装置(14)升降连接工作平台(16)，所述工作平台(16)上设有模具组件(18)，所述顶盖(11)下端设有加热板(15)，所述加热板(15)下端固定设置与所述模具组件(18)相对应的上模框(151)，所述上模框(151)侧壁开设有用于连接高压气体的进气接口(1511)，其特征在于，所述模具组件(18)包括上模(181)、下模(182)和用于固定所述下模(182)的下模底板(183)，所述上模(181)与所述下模(182)相向内侧面分别形成上模成型面(1813)和下模成型面(1821)，所述上模成型面(1813)和所述下模成型面(1821)均设有微纳米级的凸起。5.根据权利要求4所述的涂装热压成型设备，其特征在于，所述上模成型面(1813)和所述下模成型面(1821)均电镀一层金属铬或金属镍。6.根据权利要求5所述的涂装热压成型设备，其特征在于，所述工作平台(16)上设有滑轨装置(17)与所述模具组件(18)连接，所述滑轨装置(17)呈矩形结构，所述滑轨装置(17)的滑轨设有凸缘(171)，所述凸缘(171)内侧开设限位卡槽(172)，所述滑轨装置(17)的滑轨通过横椽(173)连接，所述横椽(173)上设有用于控制所述模具组件(18)相对于所述滑轨装置(17)滑动的操作按钮(174)，所述滑轨装置(17)侧边固定设置带有弧形导轨(191)的隔板(19)。7.根据权利要求6所述的涂装热压成型设备，其特征在于，所述模具组件(18)通过锁模板(18a)与所述滑轨装置(17)滑动连接，所述锁模板(18a)顶部设有相互垂直的凹槽(18a1)，所述锁模板(18a)底部与所述滑轨装置(17)的凸缘(171)和限位卡槽(172)相配合，所述锁模板(18a)中间位置设有加热装置，所述锁模板(18a)前端靠近带有操作按钮(174)的所述横椽(173)设有防护罩(18a2)。8.根据权利要求7所述的涂装热压成型设备，其特征在于，所述模具组件(18)的下模底板(183)侧边对应所述凹槽(18a1)开设定位凹槽(1831)，所述下模底板(183)顶部开设排气槽(1832)，所述上模(181)前端靠近带有操作按钮(174)的所述横椽(173)对称设置开模扣基(1811)，所述开模扣基(1811)端部设置滚轮(1812)，所述滚轮(1812)与所述导轨(191)相适配。9.根据权利要求6至8任一所述的涂装热压成型设备，其特征在于，所述模具组件(18)的材质为不锈钢或硬质合金。

技术总结
本发明公开了一种防止成型面粘连的模具组件，包括上模、下模和用于固定下模的下模底板，上模与下模相向内侧面形成上模成型面和下模成型面，其中，上模成型面和下模成型面均设有微纳米级的凸起。本发明还提出了一种具有防止成型面粘连的模具组件的涂装热压成型设备，通过在成型面表面设置微纳米级的凸起，并电镀一层金属铬或金属镍，减小了表面自由能，降低成型面与聚合物之间的黏附力，解决了热压成型分离时的粘连问题。分离时的粘连问题。分离时的粘连问题。


技术研发人员：汪艳林 侯俊敏 李勇 黄日斯
受保护的技术使用者：东莞华彩光学技术有限公司
技术研发日：2023.08.14
技术公布日：2023/10/20