[发明专利]制造包括芯和至少一个表皮区域的复合部件的方法

说明书

一种制造复合部件的方法，所述复合部件包括芯(16)和至少一个由附接至其上的表皮聚合物形成的表皮区域(20，22)，该表皮聚合物是低摩擦热塑性聚合物，该方法包括以下步骤：a)提供具有可加热模具腔体的模具；b)将芯元件装载到模具腔体中，该芯元件的表面具有至少一个提供有多个锚固部位(10)的接触区域，以及事先或随后将呈粉末形式的表皮聚合物层以邻近所述接触区域并且嵌入锚固部位的方式装载到模具腔体中；c)施加热压步骤，由此使表皮聚合物粉末熔融形成熔融的表皮聚合物基体(20，22，32)；d)施加冷却步骤，由此表皮聚合物基体固化形成表皮区域，该表皮区域机械接合到形成芯的芯元件的锚固部位中。该方法允许生产具有表皮区域的优异表面性质的轻质复合部件。

技术领域

本发明涉及一种制造复合部件的新颖的方法，所述复合部件包括芯和至少一个由附接至其上的表皮热塑性聚合物形成的表皮区域。此外，本发明涉及一种复合部件，所述复合部件包括芯元件和至少一个由附接至其上的表皮热塑性聚合物形成的表皮区域。

背景技术

常规的聚乙烯聚合物(即低密度和高密度聚乙烯)是蜡状固体，其已知不具有优异的强度性质。由于它们相对柔软，尽管通常润滑，但容易磨损。另一方面，超高分子量聚乙烯(又称为“UHMWPE”)是一种异常坚固和耐用的聚合物，完全不同于其较差的同类物。

UHMWPE通过特殊的聚合方法制备，其中聚乙烯链获得异常高的分子量，典型地数均分子量为1.5x10⁶至1x10⁷道尔顿，其以树脂粉末供应。正是它们非常长的聚合物链使这些聚合物与众不同。然而，此相同特征也是造成主要加工问题的原因。尽管普通聚乙烯(甚至包括非常高分子量的聚乙烯)可熔融挤出，但是熔融挤出UHMWPE的尝试基本上都没有成功，尽管在这方面进行了许多研究。实际上，所有UHMWPE产品都是通过压缩模塑或柱塞挤出(ram extrusion)生产的。如美国专利5,286,576所示，适用于常规热塑性塑料的加工方法(例如连续挤出、压延和注射模塑)通常不适用于UHMWPE。

与UHMWPE的加工相关的问题部分地由于聚合物在高于其结晶熔融温度(大约135℃至150℃)时的凝胶状性质。在该温度下，普通聚乙烯是粘性的、糖蜜稠密的液体，而UHMWPE是一种溶胀的凝胶，其具有极高的粘度，并且对挤出机等的壁产生异常的摩擦应力。美国专利3,883,631、3,887,319相当清楚地描述了与UHMWPE相关的问题。出于其中讨论的原因，到目前为止，柱塞挤出和压缩模塑是被广泛使用的生产UHMWPE产品的唯一方法。

在压缩模塑中，将UHMWPE粉末引入到截面非常厚的棺材状模具中。然后将适合模具腔体内的厚盖放置在粉末的顶部上，并且将整个组装体加热至高于结晶熔融温度，同时将其压缩至非常高的压力。然后将模具缓慢且均匀地冷却，并且将通常呈厚板形式的产品脱模。可看出，压缩模塑是生产UHMWPE产品的成本密集型型和劳动密集型方法。然而，其基本上是唯一可用于制造大宽度的面板或片材的方法，因此仍然是一种非常常用的方法。

与由于其非常低的摩擦系数而产生的高耐磨性和优异的滑动性质相比，UHWMPE具有低刚度，其E模量典型地为500至1'000MPa。因此，UHMWPE不能整体用作结构部件，而是需要作为衬里施用。换句话说，从由例如钢、木材或其他聚合物制成的机械性能结构体开始构建结构部件，然后在二次操作中衬以UHMWPE。

应注意的是，UHMWPE不能简单地通过并入增强纤维来增强，因为UHMWPE对增强纤维的粘附非常差。

因此，期望提供一种改进的制造复合部件的方法，所述复合部件包括机械性能芯和至少一个由附接至芯的表面区域的UHMWPE或其他低表面能热塑性聚合物制成的表皮区域。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种制造复合部件的方法，所述复合部件包括芯和至少一个由附接至其上的表皮聚合物形成的表皮区域，该表皮聚合物是低表面能热塑性聚合物，该方法包括以下步骤：

a)提供具有可加热模具腔体的模具；