包括注塑成形的微孔低密度聚合物材料的模塑聚合物材料制造技术

这项发明专利技术提供用来制作微孔泡沫材料和微孔制品的注塑成形系统和方法。在一些实施方案中，压降速率和切应变速率是重要的特点，而这项发明专利技术提供在注塑成形系统中控制这些参数的系统。另一方面包括一种注塑成形系统，该系统包括位于加压模具上游的成核装置。另一方面包括一种用于形成发泡剂与聚合物材料的未成核的单相溶液的往复式螺杆挤塑系统。另一方面包括壁非常薄的薄壁微孔材料和薄壁聚合物材料。另一方面提供一种在表面与非泡沫制件没有显著差异的壁非常薄的薄壁制件中产生大幅度减重的方法。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
包括注塑成形的微孔低密度聚合物材料的模塑聚合物材料本案为申请日为1999年11月4日，申请号为99812883.X的中国专利技术专利申请的分案申请。本专利技术的
本专利技术一般地涉及聚合物结构泡沫材料加工，具体地说涉及微孔结构泡沫材料及其制造系统和方法。本专利技术的现有技术结构泡沫材料是已知的，它可以这样生产，即把物理发泡剂引入聚合物熔体流、使发泡剂分散在聚合物中以形成发泡剂微泡分散在聚合物中的二相混合物，然后把该混合物注入具有所需形状的模具并且让混合物在模具中固化。降低混合物中的压力可以使聚合物中的微泡增大。作为物理发泡剂的替代品，可以使用化学发泡剂，化学发泡剂在聚合物材料中发生化学反应引起气体的形成。化学发泡剂通常是在临界温度下分解并且释放气体(例如，氮气、二氧化碳或一氧化碳)的低分子量有机化合物。在某些条件下，可以使泡孔保持孤立状态，于是得到闭孔的泡沫材料。在另一些条件下，通常是在更猛烈的发泡条件下，泡孔将破裂或者相互连接起来，于是得到开孔的泡沫材料。标准的注塑成形技术将在下面的专利文献中予以说明。-->美国专利第3,436,446号(Angel)描述一种通过控制模具的压力和温度模塑带有固体表皮的泡沫塑料制品的方法和装置。美国专利第4,479,914号(Baumrucker)描述一种泡沫制品成形方法，在该方法中模腔是用气体加压的，以防止发泡剂过早地从注入的材料扩散到模腔中。预加压气体在注射待发泡材料期间最终被排放到真空腔，该真空腔建立真空条件以使所述材料遍布模腔。具体地说，低密度(高空隙体积)的模塑聚合物泡沫材料包括多孔聚丙烯(EPP)和多孔聚苯乙烯(EPS)。EPP或EPS的母料可以分别作为已经局部发泡或完全发泡的聚丙烯颗粒或聚苯乙烯颗粒被提供。这些颗粒通常被注入蒸汽夹板模具并且被融和在一起，以便用颗粒制作结构泡沫产品，在一些情况下，在蒸汽夹板内颗粒发生进一步的膨胀和发泡(通常用EPS)。就许多应用而言当EPS和EPP是有用的产品时，它们可以有不那么理想的外观。人们可以轻易地在诸如苯乙烯泡沫塑料杯和其他EPP或EPS产品之类的产品上用人的裸眼观察到颗粒之间的融合线。微孔材料通常是由泡孔尺寸非常小的聚合物泡沫材料定义的，各种微孔材料在美国专利第5,158,986和4,473,665号中曾作过介绍。这些专利介绍说为了生产微孔材料需要使聚合物材料和物理发泡剂的单相溶液经受热力学不稳定性以便形成密度非常高的成核部位，然后控制泡孔的生长。美国专利第4,473,665号(Martini-Vvedensky)描述了一种用于生产微孔制件的模塑系统和方法。聚合物颗粒在传统的挤塑机中用气体发泡剂预先加压并且熔融，以形成发泡剂和熔体聚合物的溶液，然后将该溶液挤入模腔。模具中的压力被维持在适合在熔体温度下维持给定的初始饱和度的气体发泡剂的溶解压力以上。当模塑制件的温度下降到-->适当的临界成核温度时，模具上的压力下降，通常下降到环境压力，于是允许该制件发泡。美国专利第5,158,986号(Cha等人)介绍另一种生产微孔制件的模塑系统和方法。聚合物颗粒被引入传统的挤塑机并且被熔化。为了形成发泡剂和聚合物材料的均匀溶液，使超临界状态的二氧化碳发泡剂在挤塑机筒中形成并且与聚合物材料混合在一起。这样给挤塑机的一段机筒加热，以致当混合物流过机筒时，形成热力学不稳定，借此在熔融的聚合物材料中形成成核部位。成核的材料被挤入加压的模腔。模具内的压力是由空气的反压维持的。当模腔扩大致使其中的压力迅速下降时，泡孔生长在模腔内发生；模具的扩展提供小泡孔尺寸和高泡孔密度的模塑发泡制品。按照这项技术成核作用和泡孔生长分开发生；热诱导的成核作用发生在挤塑机的机筒中，而泡孔生长发生在模具中。尽管上述的和其他的报告阐述了几种借助注塑成形制造微孔材料的相关技术，但是在技术上仍然需要改进的微孔注塑工艺。因此，本专利技术的目的是提供一些对生产微孔型的结构泡沫材料(特别是非常薄的制品)有效的注塑成形系统和方法。本专利技术的另一个目的是提供一些不仅对微孔型的结构泡沫材料的注塑成形有用而且对传统的泡沫材料的注塑成形和微孔型的或传统的泡沫材料的连续挤塑有用的系统和方法。本专利技术的概述本专利技术的方向是能够制造模塑制品的注塑成形系统和方法以及制造各种泡沫材料的系统和方法。就在此介绍的本专利技术的各个方面而言，在一组实施方案中，所述材料不是通过泡孔的尺寸-->和密度定义的微孔泡沫材料，而在另一组实施方案中，所述材料是微孔材料。按照一个方面，本专利技术包括为生产微孔结构泡沫制品而构成的注塑成形系统。该系统包括在入口端有为接收微孔材料的母料而设计的入口的挤塑机、模塑成形舱和把所述入口与模塑成形舱连接起来的封闭通道。模塑成形舱的结构和布局适合接收聚合物材料和发泡剂的未成核的、均匀的流体单相溶液，以便在升高的压力下把聚合物材料和发泡剂的未成核的均匀的流体单相溶液以流动状态容纳在所述通道内并且把所述溶液作为流体流在所述通道内按顺流方向从入口端向模塑成形舱推进。封闭通道包括成核路径，所述单相溶液中的发泡剂在通过该路径时成核。成核路径结构包括接收聚合物材料和未成核的发泡剂的均匀流体单相溶液的聚合物接收端、结构和布局适合释放成核的聚合物材料的成核聚合物释放端以及连接接收端和释放端的流动路径。聚合物释放端可以非必选地定义模塑成形舱的小孔，或者与模塑成形舱流体连通。成核路径的结构具有这样的长度和横截面尺寸，以致该系统能够使与发泡剂均匀混合的流体聚合物在通过所述通道时承受至少大约0.1GPa/sec、或至少大约0.3GPa/sec、或至少大约1.0GPa/sec、或至少大约3GPa/sec、或至少大约10GPa/sec、或至少大约100GPa/sec的压降速率。另外，成核路径的结构还可以具有可变的横截面尺寸，以致流过所述路径的流体聚合物承受可变化的压降速率和/或温升。按照本专利技术的另一方面，为了防止泡孔在升高的压力下生长，提供一种模塑成形舱的结构和布局适合在升高的压力下容纳成核的聚合物材料的系统。加压的模塑成形舱可以通过流体或者用机械方法加压，以便在这种升高的压力下容纳成核的聚合物材料。在加压的模塑成形舱减压之后，聚合物材料可以固化，所需-->的微孔聚合物制品的形状与构成和布局模塑成形舱时所具有的内部形状相同。按照本专利技术的另一方面，提供一种系统，该系统具有机筒、为接收挤塑材料的母料而设计的入口、为释放发泡剂和和发泡沫聚合物制品的母料的未成核的流体混合物而设计的出口、可与发泡剂源连接的小孔和安装在所述机筒内作往复运动的螺杆。该挤塑系统还可以具有至少两个可与发泡剂源连接的小孔，这些小孔可以沿着机筒轴线纵向布局，以便在螺杆作往复运动时至少通过这两个小孔把未成核的混合物按顺序引入机筒。另外，该系统还可以包括与第一机筒一前一后连接的第二挤塑机筒，在这种场合第二挤塑机筒具有为接收未成核的流体混合物设计的入口和安装在机筒内作往复运动的螺杆。按照另一方面，本专利技术提供一种用来建立聚合物母料和发泡剂的未成核的流体单相溶液的连续流、使该连续流成核形成所述混合物的成核流、让所述的成核流通过并流入闭合空间、然后使该混合物按闭合空间的形状固化的方法。该物料流可以非必选地被连续成核，其方法是在物料流进入闭合空间的同时让本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加工聚合物的系统，该系统包括：挤压机包括机筒和在机筒内可旋转的螺杆以向下游端传送聚合物母料；计量装置，该计量装置的入口与发泡剂源连通、出口与聚合物加工系统的发泡剂口连通，而且其结构和布局适合计量从发泡剂源流向聚合物母料的 质量流速；以及模塑成形舱，在挤压机的下游端，该模塑成形舱构建以接收聚合物母料和发泡剂的混合物。

【技术特征摘要】
US 1998-11-4 09/185,987;US 1999-6-18 09/335,9461.一种加工聚合物的系统，该系统包括：挤压机包括机筒和在机筒内可旋转的螺杆以向下游端传送聚合物母料；计量装置，该计量装置的入口与发泡剂源连通、出口与聚合物加工系统的发泡剂口连通，而且其结构和布局适合计量从发泡剂源流向聚合物母料的质量流速；以及模塑成形舱，在挤压机的下游端，该模塑成形舱构建以接收聚合物母料和发泡剂的混合物。2.根据权利要求1的系统，其中模塑成形舱接收的母料和发泡剂的混合物包括单相溶液。3.根据权利要求1或2的系统，其中发泡剂的质量流速在母料与发泡剂的混合物的重量在大约0.1％和25％之间。4.根据权利要求3的系统，其中发泡剂的质量流速在母料与发泡剂的混合物的重量在大约0.1％和2.5％之间。5.根据权利要求3的系统，其中发泡剂的质量流速在0.04磅/小时和70磅/小时之间。6.根据权利要求5的系统，其中发泡剂的质量流速在0.04磅/小时和12磅/小时之间。7.根据前述的任何一个权利要求的系统，其中发泡剂的质量流速可以被控制在±0.3％之内。8.根据前述的任何一个权利要求的系统，构建操作其中发泡剂包括二氧化碳。9.根据前述的任何一个权利要求的系统，构建操作其中发泡剂包括氮气。10.根据前述...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维E皮尔瑞克，杰里R安德森，车松W，陈丽琴，詹姆斯F史蒂文森，戴纳E莱英，
申请(专利权)人：特瑞赛尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]