专利名称：生产热塑性树脂发泡制品的方法
技术领域：
本发明涉及一种真空成形生产热塑性树脂发泡制品的方法。
背景技术：
热塑性树脂发泡制品在重量轻的性能、循环利用性、绝热性能等上优异，因此，用在各种应用中，例如汽车零件材料、建筑或结构材料和包装材料。
在这些应用中使用热塑性树脂发泡制品的许多情况中，首先生产热塑性树脂发泡片材，然后通过二次成形例如真空成形方法将该片材成形为需要的形状，将该发泡片材加工成热塑性树脂发泡制品。就热塑性树脂发泡片材的真空成形方法而言，例如日本专利申请公开第54-148863号公开了一种生产热塑性树脂发泡制品的方法，在闭合模具时，将热塑性树脂发泡片材供应在一对限定预定空间的雌雄模具之间，闭合模具和在使模具闭合时通过模具真空抽吸将发泡片材成形为空间形状。
最好发泡片材具有高的膨胀比和大的厚度。根据上述方法，可以得到具有比用于真空成形的未处理的发泡片材更高的膨胀比和更大的厚度的片材。但是，使用上述方法，未处理的发泡片材只能膨胀到模具闭合时形成的空间体积。因此，得到的热塑性树脂发泡片材具有未处理发泡片材厚度的至多约两倍大的厚度。这种方法得到的膨胀比也是不满意的。
为了生产具有比相应的未处理发泡片材更令人满意的高膨胀比和令人满意的大厚度的热塑性树脂发泡片材，该方法必须使用具有大空间的模具。当使用这样的模具时，即使进行真空抽吸时，有时该空间也不能填充满未处理的发泡片材，难以生产出具有比未处理发泡片材更大膨胀比和更大厚度的热塑性树脂发泡片材。
发明内容
本发明提供生产具有高膨胀比和大厚度的热塑性树脂发泡制品的方法。
第一方面，本发明提供一种使用成型设备真空成形生产热塑性树脂发泡制品的方法，所述成型设备包括一对模具和将热塑性树脂发泡片材夹持在模具之间预定位置的夹持装置，所述一对模具中的每个模具都有可以经其进行真空抽吸的陶形曲面(molding surface)，所述方法包括步骤(1)加热热塑性树脂发泡片材使它软化；(2)将步骤(1)软化的热塑性树脂发泡片材供应在模具之间；(3)在用模具之间的夹持装置夹持软化的热塑性树脂发泡片材时，闭合模具，直到模具的陶形曲面的周边部分之间的空隙到达不大于软化热塑性树脂发泡片材的预定值；(4)在从在模具的陶形曲面的周边部分之间的空隙到达软化热塑性树脂发泡片材的厚度到所述空隙到达步骤(3)中所限定的预定值之间的时间段中的一时间点，通过模具的陶形曲面开始真空抽吸；(5)在继续真空抽吸时，打开模具，直到热塑性树脂发泡片材具有比软化热塑性树脂发泡片材在步骤(3)开始时更大的预定厚度，从而成形该片材以生产模制品；和(6)停止真空抽吸、打开模具和除去模制品的组合。
第二个方面，本发明提供一种使用成型设备真空成形生产热塑性树脂发泡制品的方法，所述成型设备包括第一个模具、第二个模具和将热塑性树脂发泡片材夹持在模具之间的预定位置的夹持装置，所述第一个模具具有经其可以进行真空抽吸的陶形曲面，所述第二个模具具有至少在陶形曲面的周边部分配备片材夹持装置的陶形曲面，所述方法包括步骤(1)加热热塑性树脂发泡片材使它软化；(2)将步骤(1)中软化的热塑性树脂发泡片材供应在第一个和第二个模具之间；(3)在用模具之间的夹持装置夹持软化的热塑性树脂发泡片材时，闭合模具，直到模具的陶形曲面的周边部分之间的空隙到达不大于软化热塑性树脂发泡片材的预定值，从而使第二个模具的陶形曲面的全部面积接触发泡片材的一个表面；(4)在步骤(3)中第二个模具的陶形曲面的全部面积接触发泡片材的所述表面之后，通过第一个模具的陶形曲面开始真空抽吸；(5)在继续真空抽吸和用片材夹持装置将片材固定在第二个模具的陶形曲面上时，打开模具，直到热塑性树脂发泡片材具有比软化热塑性树脂发泡片材在步骤(3)开始时更大的预定厚度，从而成形该片材生产模制品；和(6)停止真空抽吸、打开模具和除去模制品的组合。
本发明的方法可以提供具有高膨胀比和大厚度的热塑性树脂发泡制品。
在附图中图1是表示生产热塑性树脂发泡片材的设备的一个例子的图；图2是表示生产热塑性树脂发泡片材所使用的圆模的横截面形状的一个例子的图；图3是表示本发明的真空成形热塑性树脂发泡片材方法的一个方案的示意图；图4是表示本发明的真空成形热塑性树脂发泡片材方法的另一个方案的示意图；图5是表示本发明的真空成形热塑性树脂发泡片材方法的再一个方案的示意图；图6是表示本发明的真空成形热塑性树脂发泡片材方法的又一个方案的示意图；图7是表示真空成形热塑性树脂发泡片材的传统方法的示意图；和图8是表示本发明的真空成形热塑性树脂发泡片材的方法的一个方案的示意图。
附图中的符号具有下列意思1生产热塑性树脂发泡片材的设备；2Φ50mm的双螺杆挤压机；3Φ32mm的单螺杆挤压机；4圆模；5供应二氧化碳气体的泵；6心轴；7Φ50mm的双螺杆挤压机的头；8Φ32mm的单螺杆挤压机的头；9a、9b、10a、10b、10c、10d、11a、11b通道；12圆模的出口；13热塑性树脂发泡片材；14夹钳；15红外线加热器；16、17、19、20、22、23模具；18气密夹持件；21气密夹持件；24可以通过其进行真空抽吸的第一个模具；25具有片材夹持装置的第二个模具；和26片材夹持装置。
具体实施例方式
首先解释本发明第一个方面的方案。下面参考图3详细地描述典型方案，但是本发明不局限于这个方案。
在本发明中，使用包括一对相对的模具的成型设备，每个模具都有一个可以经其进行真空抽吸的陶形曲面。相对的模具的例子包括一对一雌一雄的模具、一对两雌模具和成对的两个平模具。
具有经其可以进行真空抽吸的陶形曲面的模具的例子包括每个都有陶形曲面的模具，所述陶形曲面的至少一部分由烧结合金组成，和，每个都有陶形曲面的模具，至少在它限定的部分配备一个或多个排出空气的孔。模具配备的孔的数目、位置和直径不特别地限定，只要供应在模具之间的热塑性树脂发泡片材能成形为模具的陶形曲面的形状就可以。
对模具的材料没有特别的限定，但是从形状稳定性、耐久性和导热性的角度考虑，它们通常由金属制成。从成本和重量的角度考虑，模具优选由铝制成。优选模具的构造使得可以用加热器或加热介质控制其温度。为了改善发泡片材的润滑性或防止发泡片材在成形完成之前冷却，模具的陶形曲面优选在30～80℃的范围内调节，更优选50～60℃。应该注意本段的描述也适用于后面描述的本发明的第二个方面的方案。
最好至少一个模具是具有气密夹持功能的模具。使用这样的模具在真空抽吸时容易维持模腔内的真空度，可以生产收缩非常低的模制品。具有气密夹持功能的模具的一个例子是这样的模具，其中，其陶形曲面的周边部分可以移向对面的模具。优选模具的结构使得可移动部分可以塌陷到模具中从而在模具闭合时可移动部分的顶面和陶形曲面处于相同水平。因为这么模具的构造使得打开模具时可移动部分突起，所以使用这样的模具在后面叙述的模具打开步骤中容易维持模腔内的真空度。应该注意，本段的描述也适用于后面描述的本发明的第二个方面的方案。
具有气密固定功能的模具的另一个例子是在陶形曲面的周边部分上具有减震垫料的模具，如图4所示。发泡片材通常在它们的表面具有微小的不均匀性。当使用具有减震垫料的模具时，因为在模具闭合过程中减震垫料始终紧密地接触发泡片材的微细不平整表面，所以在进行真空抽吸时容易维持模腔内的真空度。减震垫料可以是橡胶、泡沫材料等。
也可以使用例如图5所示的一对模具，当闭合模具时，一个模具用配置在另一个模具周边上的气密夹持件覆盖。
模具可以在陶形曲面和/或陶形曲面周边部分上具有固定发泡片材的装置。这样的装置的例子包括粘合剂、插销、挂钩、夹钳和缝隙(slit)。使用具有这样的固定发泡片材的装置的模具容易将发泡片材成形为陶形曲面的形状。
关于成型设备，最好使用这样的成型设备，在模具闭合完成时在两个模具的陶形曲面之间限定一个模腔，其高度是步骤(1)中软化的发泡片材厚度的0.8～2倍。这儿所指的模腔的高度是指在供应在模具之间的发泡片材的厚度方向上陶形曲面之间的距离。模腔不需要在模腔的所有地方都具有相同的高度。模腔可以具有对应于所需模制品形状的形状。如果在模具闭合完成时所限定的模腔的高度太小，当模具闭合时，发泡片材内的胞室(cell)破碎。如果太大，如后面所述，即使进行真空抽吸，也难以通过使发泡片材的表面接触模具的陶形曲面而成形发泡片材。即使使发泡片材接触陶形曲面，发泡片材也容易破碎胞室。应该注意，本段的描述也适用于后面描述的本发明的第二个方面的方案。
图3-(1)表示加热热塑性树脂发泡片材以使其软化的步骤(1)。在步骤(1)中，发泡片材一般夹持在夹钳中，用例如远红外线加热器、近红外线加热器和接触型加热板等加热设备加热。因为远红外线加热器能在短时间内高效地加热发泡片材，所以优选使用远红外线加热器。当组成发泡片材的树脂是晶体树脂时，最好是加热发泡片材使发泡片材的表面温度接近该树脂的熔点，或者，当该树脂是非晶体树脂时，使其接近该树脂的玻璃转变温度。应该注意，本段的描述也适用于后面描述的本发明的第二个方面的方案的对应步骤(图8-(1)所示)。
图3-(2)表示步骤(1)中软化的热塑性树脂发泡片材供应在一对模具之间的状态，每个模具都有可以进行真空抽吸的陶形曲面。
图3-(3)表示在用模具之间的夹持装置夹持软化的热塑性树脂发泡片材时，闭合模具直到模具的陶形曲面的各周边部分之间的缝隙到达不大于软化的热塑性树脂发泡片材的预定值为止的步骤。进行模具闭合使得模具的相对的陶形曲面相对地相互接近。例如，固定一个模具，另一个移向固定的这个。备选地，以相反的方向移动两个模具，使模具相互接近。
图3-(4)表示通过模具的陶形曲面进行真空抽吸的状态。可以在从在陶形曲面的周边部分之间的缝隙到达软化的热塑性树脂发泡片材的厚度直到所述缝隙到达不大于所述发泡片材的预定值期间的任意时间点开始真空抽吸。例如，当陶形曲面的周边部分之间的缝隙等于软化的热塑性树脂发泡片材的厚度时，可以开始真空抽吸，在继续真空抽吸的同时，模具进一步闭合到小于比发泡片材厚度的预定厚度。备选地，也可以在缝隙变为不大于软化的热塑性树脂发泡片材厚度的同时或之后，开始真空抽吸。当在发泡片材具有预定厚度之后进行真空抽吸时，通常最好在发泡片材冷却之前和发泡片材具有预定厚度后的3秒钟内开始真空抽吸。
为了得到具有均匀内结构的模制品，最好通过一个模具开始真空抽吸，同时通过另一个模具真空抽吸。但是，除非发泡片材被冷却，否则可以在两个真空抽吸开始之间存在时间差。当在通过另一个模具开始真空抽吸之后开始通过一个模具的真空抽吸时，两个开始真空抽吸之间的时间差优选在3秒钟内。
真空抽吸程度不特别地限定，但是最好抽吸使得模腔内的真空度从-0.05MPa变为-0.1MPa。真空度是模腔内相对于大气压的的压力。即，“真空度为-0.05MPa”是指模腔内的压力低于大气压0.05MPa。真空度越高，发泡片材越强烈地吸到模具上。因此，可以将发泡片材成形为接近模腔形状的形状。模腔的真空度是在经其进行真空抽吸的孔的开口(配置在模腔上)测定的值。应该注意，本段的描述也适用于后面描述的本发明的第二个方面的方案。
图3-(5)表示打开模具直到热塑性树脂发泡片材的厚度到达大于软化的发泡片材在模具闭合步骤开始时的厚度的预定值，从而片材成形，形成模制品。在继续真空抽吸时进行模具的打开。调节模具的打开速度和模具打开时的真空度使发泡片材能成功地成形为所需模制品的形状。
在以预定缝隙敞开模具时，完全冷却发泡片材。然后停止真空抽吸，进一步打开模具。最后，除去得到的模制品。图3-(6)表示打开模具(未表示出)除去模制品的状态。
下面解释本发明的第二个方面的方案。下面参照图8详细地描述典型方案，但是本发明不局限于这个方案。
如图8所示，使用具有可以经其进行真空抽吸的陶形曲面的第一个模具(4)和具有陶形曲面的第二个模具(5)，在第二个模具的陶形曲面的至少周边部分上配备片材夹持装置(6)，成型用红外线加热器(3)加热和软化的热塑性树脂发泡片材(1)。在这个操作中，发泡片材(1)用夹持装置夹子(2)固定。构造第二个模具使得可以经过其陶形曲面进行真空抽吸。用于该方法的模具的例子包括一对一雄一雌模具、两雌模具和成对的平板模具。如果当闭合模具直到模具的陶形曲面的周边部分之间的缝隙到达不大于发泡片材厚度的预定值时第二个模具的陶形曲面的全部面积接触发泡片材的表面，就可以使用任何成对模具。
具有可以经其进行真空抽吸的陶形曲面的模具的例子包括具有陶形曲面的模具，其中至少部分陶形曲面由烧结的合金组成，和具有陶形曲面的模具，至少在它的限定部分配置一个或多个经其排出空气的孔。如果供应在模具之间的热塑性树脂发泡片材可以成形为模具的陶形曲面的形状，模具配备的所述孔(一个或多个)的数目、位置和直径不特别地限定。
具有气密固定功能的模具的另一个例子是在陶形曲面的周边部分上具有减震垫料的模具。发泡片材通常在其表面具有微小的凹凸。当使用具有减震垫料的模具时，因为在模具闭合时减震垫料始终紧密接触发泡片材的细小凹凸表面，所以当进行真空抽吸时，容易维持模腔内的真空度。减震垫料可以是橡胶、发泡材料等。
也可以使用一对这样的模具，其中当闭合模具时，一个模具用配置在另一个模具的周边上的气密夹持件覆盖。
如图8-(2)所示，第二个模具至少在它的陶形曲面的周边部分上具有片材夹持装置(6)。片材固定装置也可以配置在一部分陶形曲面上。片材固定装置可以是如下的任何装置在经第一个模具的陶形曲面继续真空抽吸时，在后面描述的步骤(5)中打开模具时能将发泡片材固定在第二个模具的陶形曲面上。这样的装置的例子包括粘合剂、插销、挂钩、夹子和缝隙。使用具有这样的固定发泡片材用装置的模具可以容易地将发泡片材成形为陶形曲面的形状。第一个模具也可以在它的陶形曲面的周边部分上和如果需要在其它部分上具有片材固定装置。
图8-(1)表示加热热塑性树脂发泡片材以使其软化的步骤(1)。因为这个步骤的细节和本发明的第一个方面的前述方法的步骤(1)相同，所以这里忽略这个步骤的描述。
图8-(2)表示步骤(1)中软化的热塑性树脂发泡片材供应在具有可以经其进行真空抽吸的陶形曲面的第一个模具和具有在陶形曲面的至少周边部分上配备有片材固定装置的陶形曲面的第二个模具之间的状态。
图8-(3)表示这样的状态在软化的热塑性树脂发泡片材用模具之间的夹持装置固定时，闭合模具直到模具的陶形曲面的各周边部分之间的缝隙到达不大于软化的热塑性树脂发泡片材的预定值，因此第二个模具的陶形曲面的整个面积接触发泡片材的一个表面。当闭合模具直到模具的陶形曲面的周边部分之间的缝隙到达不大于发泡片材厚度的预定值时，用配置在第二个模具的陶形曲面的周边部分上的片材夹持装置将发泡片材固定在第二个模具的陶形曲面的周边部分上，第二个模具的陶形曲面的整个面积最终接触发泡片材的一个表面。因此，发泡片材成形为第二个模具的陶形曲面的形状。进行模具闭合使得模具的相反的陶形曲面相对地相互接近。例如，固定一个模具，另一个模具移向固定的这个。备选地，以相反方向移动两个模具使模具相互接近。
图8-(4)表示通过第一个模具的陶形曲面进行真空抽吸的状态。在第二个模具的陶形曲面的整个面积开始接触发泡片材的一个表面之后，开始真空抽吸。这里所指的“在第二个模具的陶形曲面的整个面积开始接触发泡片材的一个表面之后”包括“在第二个模具的陶形曲面的整个表面开始接触发泡片材的一个表面的同时”。当在第二个模具的陶形曲面的整个表面开始接触发泡片材的一个表面之后开始真空抽吸时，最好在发泡片材冷却之前和第二个模具的陶形曲面的整个表面开始接触发泡片材的一个表面后的3秒钟内开始真空抽吸。
当使用具有可以经其进行真空抽吸的陶形曲面的模具作为第二个模具时，可以在步骤(1)至步骤(4)的任何时间开始通过第二个模具的真空抽吸。在典型情况中，当模具闭合直到步骤(3)中两个模具之间的缝隙等于或小于发泡片材的厚度时，开始真空抽吸。也通过第二个模具进行真空抽吸，可以在较短的时间内将发泡片材成形为第二个模具的陶形曲面的形状。
图8-(5)表示打开模具直到热塑性树脂发泡片材的厚度达到比软化发泡片材在步骤(3)开始时的厚度大的预定值，从而片材成形和形成模制品。在继续真空抽吸时进行模具的打开。调节模具打开速度和模具打开时的真空度使发泡片材保持接触模具的陶形曲面，发泡片材最终成形为所需模制品的形状。
当以预定的缝隙保持打开模具时，完全冷却发泡片材。然后停止真空抽吸，进一步打开模具。最后除去得到的模制品。图8-(6)表示已打开模具(未表示出)以除去模制品的状态。
应该理解，下列说明适用于本发明的第一个方面的方案和本发明的第二个方面的方案。
在本发明中，在将软化的发泡片材供应在模具之间之前，可以将表皮材料放在一个或每个模具的陶形曲面上。如果可以通过表皮材料真空抽吸将发泡片材成形为陶形曲面的形状，对于表皮材料的材料和厚度，不特别地限定。表皮材料的原材料的例子包括例如热塑性树脂和热固树脂等的树脂、例如热塑弹性体等的橡胶、例如大麻纤维、黄麻纤维等的天然纤维、例如硅酸钙的矿物质。表皮材料的形式的例子包括膜、片材、非纺织织物和纺织织物。除了上述材料外，也可以使用由基于丙烯的树脂或基于苯乙烯的树脂制成的合成纸和例如铝和铁等的金属的薄板或箔片。表皮材料可以由一层或两层或更多层组成。表皮材料可以配备装饰，例如纹理图案、印花和染色等的凹凸不平的图案。
本发明使用的热塑性树脂发泡片材不特别地限定。可以使用已知的发泡片材。
组成热塑性树脂发泡片材的树脂的例子包括基于烯烃的树脂，例如，例如乙烯、丙烯、丁烯、戊烯和己烯等的具有6个以下碳原子的烯烃均聚体，共聚选自具有2～10碳原子的烯烃中的两个或更多个单体生产的烯烃共聚物、乙烯-乙烯基酯共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸酯共聚物、酯树脂、酰胺树脂、基于苯乙烯的树脂、丙烯酸树脂、基于丙烯腈的树脂和离聚物树脂。这些树脂可以单独地使用或以两个或更多个的树脂的混合物形式使用。在这些树脂中，从可成形性、耐油性和成本的角度考虑，优选使用基于烯烃的树脂。从得到的模制品的刚性和耐热性角度考虑，特别优选使用基于丙烯的树脂。
当使用由基于丙烯的树脂制成的发泡片材时，组成发泡层的基于丙烯的树脂的例子包括丙烯均聚物和含有至少50摩尔％的丙烯单元的基于丙烯的共聚物。所述共聚物可以是嵌段共聚物、无规共聚物和接枝共聚物。适合使用的基于丙烯的共聚物的例子包括丙烯和乙烯或具有4～10个碳原子的α-烯烃的共聚物。具有4～10个碳原子的α-烯烃的例子包括1-丁烯、4-甲基戊烯-1、1-己烯和1-辛烯。在基于丙烯的共聚物中除丙烯外的单体单元的含量，对于乙烯优选最高为15摩尔％，对于具有4～10个碳原子的α-烯烃优选最高为30摩尔％。可以使用单一类基于丙烯的树脂。备选地，也可以组合地使用两种或更多种的基于丙烯的树脂。
当以形成发泡层的热塑性树脂的50重量％或更高的量使用长链支化的基于丙烯的树脂或具有1×105或更高的重量平均分子量的基于丙烯的树脂时，可以生产含有较细胞室的基于丙烯的树脂发泡片材。在这些基于丙烯的树脂中，因为在片材的循环利用过程中形成较少的凝胶，所以优选使用非交联的基于丙烯的树脂。
这里使用的长链支化的基于丙烯的树脂是指支化指数[A]满足0.20≤[A]≤0.98的基于丙烯的树脂。支化指数[A]满足0.20≤[A]≤0.98的长链支化的基于丙烯的树脂的一个例子是Basell生产的丙烯PF-814。
支化指数量化聚合物中长链支化程度，用下列式子定义。
支化指数[A]＝[η]Br/[η]Lin在式子中，[η]Br是长链支化的基于丙烯的树脂的固有粘度。[η]Lin是由和长链支化的基于丙烯的树脂相同的单体单元组成的、具有和长链支化的基于丙烯的树脂相同的重量平均分子量的、线性的基于丙烯的树脂的固有粘度。
也称为特性粘度值的固有粘度是聚合物提高其溶液粘度能力的量度。固有粘度特别依赖于分子量和聚合物分子的支化程度。因此，可以使用长链支化聚合物的固有粘度和分子量等于长链支化聚合物的线性聚合物的固有粘度的比值作为长链支化聚合物支化程度的量度。基于丙烯的树脂的固有粘度可以用通常知道的方法确定，例如Elliott等在应用聚合物科学杂志(J.Appl.Polym.Sci.)，14，2947-2963(1970)中描述的方法。例如，将基于丙烯的树脂溶解在四氢化萘或邻二氯苯中在135℃下测定固有粘度。
可以用通常使用的各种方法确定基于丙烯的树脂的重量平均分子量(Mw)。特别优选使用的是M.L.McConnel等在美国实验室(AmericanLaboratory)，May，63-75(1978)中报道的方法，即低角度激光散射强度测定方法。
通过聚合生产具有1×105或更高的重量平均分子量的高分子量的基于丙烯的树脂的方法的一个例子是其中如日本专利申请公开第11-228629号所描述的首先生产高分子量组分，然后生产低分子量组分的方法。
在长链支化的基于丙烯的树脂和高分子量的基于丙烯的树脂中，优选具有5或更大的单轴熔融伸长粘度比η5/η0.1的基于丙烯的树脂，更优选10或更大，所述单轴熔融伸长粘度比是在比树脂的熔融点高约30℃的温度下在下列条件下测定的。单轴熔融伸长粘度比η5/η0.1是使用单轴伸长粘度分析仪(例如Rheometrix生产的单轴伸长粘度分析仪)在1秒-1的伸长应变率下测定的值，其中η0.1表示开始变形后0.1秒检测到的单轴熔融伸长粘度，η5表示开始变形后5秒检测到的单轴熔融伸长粘度。使用具有这样的单轴伸长粘度性能的基于丙烯的树脂可以生产具有更多微小胞室的发泡片材。
就制备发泡片材使用的发泡剂而言，可以使用化学发泡剂或物理发泡剂。并且，可以一起使用两种类型的发泡剂。化学发泡剂的例子包括已知的可热分解化合物，例如分解形成氮气的可热分解发泡剂(例如偶氮二碳酰胺、偶氮二异丁腈、二亚硝基五次甲基四胺、对甲苯磺酰肼、P，P’-氧-双(苯磺酰肼))；和可热分解无机发泡剂(例如碳酸氢钠、碳酸铵和碳酸氢铵)。物理发泡剂的具体例子包括丙烷、丁烷、水和二氧化碳气体。在作为例子上面提供的发泡剂中，合适地使用水和二氧化碳气体，这是因为在发泡片材在真空形成中加热时由二次发泡产生较少的变形，并且因为这些试剂在高温条件下是惰性物质和对火是惰性的。以发泡剂的种类和使用的树脂为基础，恰当地确定发泡剂的使用量，从而获得所需要的膨胀比。但是，100重量份的热塑性树脂通常使用0.5～20重量份的发泡剂。
本发明中使用的生产热塑性树脂发泡片材的方法不进行限定。但是，优选使用平模(T模)或圆模的挤出。特别优选挤出熔融树脂，同时用圆模发泡，然后拉伸挤出物和在心轴上冷却的方法等。当挤出生产发泡片材时，也可以用模子挤出熔融树脂，冷却固化，然后拉伸。发泡片材可以是单层片材或多层片材。但是，为了在片材生产时防止胞室破碎，优选具有非发泡表面层的多层结构的发泡片材。组成非发泡层的树脂可以是作为形成发泡层的树脂的例子所提供的树脂。非发泡层的树脂理想地是和形成发泡层的树脂相同类型的树脂。例如，当发泡层由基于丙烯的树脂制成时，最好非发泡层也是由基于丙烯的树脂制成。
本发明使用的热塑性树脂发泡片材也可以是单层或多层发泡片材和另一种材料层压制备的复合片材。这样的复合片材可以是用干层压、夹心层压、热滚层压、热气层压等将发泡片材和另一种材料层压而生产的。
和发泡片材一起层压的材料可以选自前面为表皮材料所提出的相同材料。当用本发明的方法生产汽车内零件时，广泛地使用热塑性树脂或例如毛纺织物、大麻纤维和黄麻纤维等的天然纤维的片材或非纺织织物。当生产食品容器时，广泛使用具有一层由乙烯一乙烯醇共聚物、CPP膜等制成的层的单层或多层阻气膜。
多层热塑性树脂发泡片材可以是发泡层和非发泡层组成的多层发泡片材。它也可以是相互层压的不同发泡层组成的多层发泡片材。由相互层压的不同发泡层组成的多层发泡片材的例子包括具有膨胀比Xα为2～20、厚度Tα为2～20mm、纸张定量Rα为600～3000g/m2的发泡层α和膨胀比Xβ为4～40、厚度Tβ为2～12mm、纸张定量Rβ为100～600g/m2的发泡层β的那些，其中Rα/Rβ为2～30。当用本发明的真空成形方法真空形成这样的多层热塑性树脂发泡片材时，因为发泡层β比发泡层α膨胀得多，所以可以生产出刚性和减震性能优异的模制品。
本发明使用的热塑性树脂发泡片材可以含有添加剂。添加剂的例子包括填料、抗氧剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、增塑剂、防静电剂、着色剂、脱模剂、流化剂和润滑剂。填料的具体例子包括例如玻璃纤维和碳纤维等的无机纤维和例如云母、粘土、二氧化硅、氧化钛、碳酸钙和硫酸镁等的无机颗粒。
因为本发明的真空成形方法生产的模制品具有高膨胀比、大厚度和重量轻以及绝热性能优异，所以它们可以用作包装材料，例如食品容器、汽车内零件、建筑或结构材料和家用电器。汽车内零件的例子包括门贴脸、顶蓬和行李箱侧板。使用本发明生产的模制品作为这些零件，可以在调节温度后长时间地维持车内温度。当模制品用作食品容器时，因为它们可以是例如杯子、盘子和碗等的各种形状和它们在绝热性能上优异，所以优选用作加热到高温的汤的容器和用于微波炉蒸煮的食品容器。
实施例下面描述本发明第一个方面的方案的例子。但是本发明不局限于这些实施例1用下述方法生产两种三层热塑性树脂发泡片材，其中非发泡层层压在发泡层的每一侧。
(形成发泡层的原料)向100重量份的由日本专利申请公开第11-228629号中所述的方法制备的具有下述物理性能的基于丙烯的聚合物粉末中，加入0.1重量份的硬脂酸钙、0.05重量份的酚类抗氧剂(商品名Irganox 1010，由Ciba SpecialtyChemicals，Inc.生产)和0.2重量份的酚类抗氧剂(商品名Sumilizer BHT，由住友化学株式会社生产)，混合。在230℃下熔融捏合该混合物。这样生产出基于丙烯的聚合物颗粒(i)。根据JIS K6758在2.16kgf的负荷和230℃下测定，基于丙烯的聚合物颗粒(i)的熔融流动速率(MFR)为12g/10min。基于丙烯的聚合物颗粒(i)用作形成发泡层的原料。
基于丙烯的聚合物的物理性能组分(A)的固有粘度(用日本专利申请公开第11-228629号公开的方法得到的基于丙烯的聚合物中含有的两种组分中分子量较高的那个组分)([η]A)＝8dl/g；组分(A)中乙烯衍生单元的含量(C2inA)＝0％；组分(B)的固有粘度(用日本专利申请公开第11-228629号公开的方法得到的基于丙烯的聚合物中含有的两种组分中分子量较低的那个组分)([η]B)＝1.2dl/g；组分(B)中乙烯衍生单元的含量(C2inB)＝0％。使用Rheometrics Co.生产的单轴拉伸粘度分析仪在180℃的温度和0.1秒-1的伸长应变速率下测定，η5＝71000Pa·s和η0.1＝2400Pa·s。
(形成非发泡层的原料)将聚丙烯(ii)(均聚丙烯FS2011DG2，由住友化学株式会社生产，MFR2.5g/10min(230℃，2.16kgf))、聚丙烯(iii)(长链支化的均聚丙烯，名称PF814，由Basell生产，MFR 3g/10min(230℃，2.16kgf))、聚丙烯(iv)(丙烯一乙烯无规共聚物W151，由住友化学株式会社生产，乙烯衍生结构单元含量为4.5重量％，MFR 8g/10min(230℃，2.16kgf))、滑石母料(masterbatch)(v)(基于嵌段聚丙烯的滑石母料MF110，由住友化学株式会社生产，滑石含量为70重量％)和钛母料(vi)(钛母料PPM2924，由Tokyo Printing Ink Mfg.Co.Ltd.生产，钛含量60重量％，无规聚丙烯基的MFR30g/10min(230℃，2.16kgf))，以(ii)/(iii)/(iv)/(v)/(vi)的重量比＝12/30/15/43/5干混合，生产用于形成非发泡层的原料。
(生产发泡片材)使用上述形成发泡层和非发泡层的原料，使用图1和2所示的设备(1)进行挤出成形，其中挤出发泡层的Φ50mm双螺杆挤压机(2)和挤出非发泡层的Φ32mm单螺杆挤压机(3)连接到Φ90mm的圆模(4)上。按下列方式生产热塑性树脂发泡片材。
将0.1重量份的成核剂(由三协化成株式会社生产的MB1023)混合到100重量份的形成发泡层的原料中制备原料，将该原料经料斗供应到Φ50mm的双螺杆挤压机(2)，在加热到180℃的圆筒中捏合。
当形成发泡层的原料和成核剂在Φ50mm的双螺杆挤压机(2)中熔融捏合至完全混合和成核剂经热分解发泡时，从连接到液化二氧化碳液压缸的泵(5)中加入0.5重量份作为物理发泡剂的二氧化碳气体。加入二氧化碳气体之后，进一步捏合该混合物使树脂状原料被二氧化碳气体浸渍。然后将得到的混合物供应给圆模(4)。
将形成非发泡层的原料在Φ32mm的单螺杆挤压机(3)中熔融捏合，然后供应给圆模(4)。
将形成发泡层的原料通过Φ50mm的双螺杆挤压机的头(7)引入到圆模(4)中，通过通道(9a)运输到圆模的出口。在通道(9a)的半道上，原料通过通路p分叉，并且运输到通道(9b)。
通过Φ32mm的单螺杆挤压机的头(8)将形成非发泡层的原料引入到模子中，然后分成通道(10a)和(10b)。分叉后，在供应时原料运输到模子的出口，以层压在通道(9a)的两侧。在点(11a)上，实现层压。供应到通道(10a)和(10b)的形成非发泡层的原料分叉，通过类似通路p的分叉通路(未表示出)运输到通道(10c)和(10d)。在运输时原料运输向模子的出口，使得层压在通道(9b)的两侧。在点(11b)，达到层压。
从圆模(4)的出口(12)挤压出在(11a)和(11b)处形成管状两类三层结构的熔融树脂。管状树脂释放到大气压使形成发泡层的原料中含有的二氧化碳膨胀，形成胞室。这样形成发泡层。
在牵引到最大直径700mm的心轴(6)上形成管子时，拉伸从模子挤出的两类三层发泡片材，冷却。沿纵向方向在两处切割得到的管状发泡片材形成两个1080mm宽的平板片材。在卷绕滚筒上卷起每张片材。生产出两个膨胀比为3和厚度为1.5mm的热塑性树脂发泡片材。
使用真空成型机(VAIM0301，株式会社佐藤铁工所生产)将由上述方法得到的一个热塑性树脂发泡片材进行真空成型，如图3所示。模具(16)、(17)都是环氧树脂制成的雌模具。每个模具都有由300mm×300mm的正方形底面和四个300mm×0.5mm的侧面组成的陶形曲面。每个模具在陶形曲面的外边缘都有15mm宽的分模面。每个模具在陶形曲面的底面的四个角和四个侧面都有总共12个直径为1mm的间隔10cm的真空抽吸孔。在成型时将模具的温度调节到60℃。
发泡片材(13)固定在夹钳(14)内，然后用红外线加热器(15)加热使片材表面达到160℃。这样，片材软化。软化的片材具有1.5mm的厚度。
在固定在夹钳中时，将软化的片材供应在模具(16)和(17)之间。
使模具(16)和(17)相互接近闭合它们，直到模具的分模面之间的缝隙变为1mm。在完成模具闭合的同时，通过模具开始真空度为-0.09MPa的真空抽吸。
开始真空抽吸后0.5秒，以20mm/min的速度打开每个模具。在模腔高度即面对面的陶形曲面的底表面之间的距离为5mm的位置停止模具5秒钟。
然后停止真空抽吸，打开模具。最后，除去生产的模制品。得到的模制品的评价结果表示在表1中。
实施例2使用实施例1中使用的相同发泡片材和实施例1中使用的类似真空成型机，如图4所示进行真空成形。构造模具使得沿实施例1使用的模具的分模面的整个周边形成气密固定件(18)。每个气密固定件(18)都是发泡橡胶制成的减震垫料，宽10mm，厚3mm。在14Mpa的表面压力下在模具闭合时，它具有压缩到0.2mm厚的性能。在成型时将模具的温度调节到60℃。
发泡片材(13)固定在夹钳(14)内，然后用红外线加热器(15)加热使片材表面达到160℃。这样，片材软化。软化的片材具有1.5mm的厚度。
在固定在夹钳中时，将软化的片材供应在模具(19)和(20)之间。
使模具(19)和(20)相互接近闭合它们，直到模具的分模面之间的缝隙变为1mm。在模具闭合完成的同时，开始通过模具的真空度为-0.09MPa的真空抽吸。
开始真空抽吸后0.5秒，以20mm/min的速度打开每个模具。然后在模腔高度即面对面的陶形曲面的底表面之间的距离为5mm的位置停止模具5秒钟。
然后停止真空抽吸，打开模具。最后，除去生产的模制品。得到的模制品的评价结果表示在表1中。
实施例3使用在实施例1中生产发泡片材所使用的相同原料和设备，将物理发泡剂二氧化碳气体的量改变为1.3重量份，生产膨胀比为5和厚度为1.5mm的发泡片材。这个发泡片材使用真空成型机(VAIM0301，株式会社佐藤铁工所生产)进行真空成形，如图5所示。一个模具是实施例1中使用的模具(17)。另一个模具是其中实施例1中使用的模具(16)配备气密夹持部分(21)的模具(22)。在成型时将模具的温度调节到60℃。
发泡片材(13)固定在夹钳(14)内，然后用红外线加热器(15)加热使得片材表面达到160℃。这样，片材软化。软化的片材具有1.5mm的厚度。
在固定在夹钳中时，将软化的片材供应在模具(22)和(17)之间。
使模具(22)和(17)相互接近闭合它们，直到模具的分模面之间的缝隙变为1mm。在模具闭合完成的同时，开始通过模具的真空度为-0.09MPa的真空抽吸。
开始真空抽吸后0.5秒，以20mm/min的速度打开每个模具。然后在模腔高度即面对面的陶形曲面的底表面之间的距离为6mm的位置停止模具5秒钟。
然后停止真空抽吸，打开模具。最后，除去生产的模制品。得到的模制品的评价结果表示在表1中。
实施例4使用实施例3中使用的相同发泡片材和实施例3中使用的类似真空成型机，如图6所示进行真空成型。一个模具是实施例2中使用的具有气密固定部分(18)的模具(20)。另一个模具是其中实施例2中使用的模具(19)沿模具(19)的周边配备气密夹持部分(21)的模具(23)。在成型时将模具的温度调节到60℃。
发泡片材(13)固定在夹钳(14)内，然后用红外线加热器(15)加热使片材表面达到160℃。这样，片材软化。软化的片材具有1.5mm的厚度。
在固定在夹钳中时，将软化的片材供应在模具(20)和(23)之间。
使模具(20)和(23)相互接近闭合它们，直到模具的分模面之间的缝隙变为1mm。在完成模具闭合的同时，开始通过模具的真空度为-0.09MPa的真空抽吸。
开始真空抽吸后0.5秒，以20mm/min的速度打开每个模具。然后在模腔高度即面对面的陶形曲面的底表面之间的距离为6mm的位置停止模具5秒钟。
然后停止真空抽吸，打开模具。最后，除去生产的模制品。得到的模制品的评价结果表示在表1中。
对比例1使用实施例1中使用的相同发泡片材和模具，如图7所示进行真空成型。在成型时将模具的温度调节到60℃。
发泡片材(13)固定在夹钳(14)内，然后用红外线加热器(15)加热使片材表面达到160℃。这样，片材软化。软化的片材具有1.5mm的厚度。
在固定在夹钳的同时，将软化的片材供应在模具(16)和(17)之间。
使模具(16)和(17)相互接近闭合它们，直到模具的分模面之间的缝隙变为1mm。在模具闭合完成的同时，开始通过模具的真空度为-0.09MPa的真空抽吸。真空抽吸状态维持10秒钟。
然后停止真空抽吸，打开模具。最后，除去生产的模制品。得到的模制品的评价结果表示在表2中。
对比例2实施例1中使用的相同发泡片材进行真空成型。两个模具都是环氧树脂制成的雌模具。每个模具都有由300mm×300mm的正方形底面和四个300mm×2mm的侧面组成的陶形曲面。每个模具在陶形曲面的外边缘都有15mm宽的分模面。每个模具在陶形曲面的底面的四个角和四个侧面都有总共12个直径为1mm的间隔10cm的真空抽吸孔。在成型时将模具的温度调节到60℃。
发泡片材(13)固定在夹钳(14)内，然后用红外线加热器(15)加热使得片材表面达到160℃。这样，片材软化。软化的片材具有1.5mm的厚度。
在固定在夹钳中时，将软化的片材供应在模具之间。
使模具相互接近闭合它们，直到模具的分模面之间的缝隙变为1mm。在模具闭合完成的同时，开始通过模具的、真空度为-0.09Mpa的真空抽吸。真空抽吸状态维持10秒钟。
然后停止真空抽吸，打开模具。最后，除去生产的模制品。由于胞室的破碎产生收缩，所以导致得到的模制品在表面上具有深的不凹凸，因此不能成形为模具表面的形状。得到的模制品的评价结果表示在表2中。
对比例3以对比例2的相同方式进行真空成形，不同的是使用实施例3使用的相同发泡片材。由于胞室的破碎产生收缩，所以得到的模制品在表面上具有深的凹凸，因此不能成形为模具表面的形状。得到的模制品的评价结果表示在表2中。
(膨胀比的测定)使用水中置换式密度计(自动比重计D-H100，由东洋精机制作所株式会社生产)测定20mm×20mm大小的产品样品的比重。在形成产品的原料的密度基础上计算膨胀比。
(导热系数的评价)使用英弘精机株式会社生产的热传导率测定装置(AUTO-A系列HC-074)按照JIS A-1412测定导热性。基于该测定，计算导热系数。测定条件如下低温平板温度20℃，高温平板温度30℃。导热系数越小，绝热性能越好。
表1
表2
*1关于厚度和膨胀比，对比例2、3的模制品随位置变化大。
权利要求
1.一种通过使用成型设备真空成形而生产热塑性树脂发泡制品的方法，所述成型设备包括一对模具和用于将热塑性树脂发泡片材夹持在模具之间预定位置的夹持装置，每个模具都有可以经其进行真空抽吸的陶形曲面，所述方法包括步骤(1)加热热塑性树脂发泡片材使它软化；(2)将步骤(1)中软化的热塑性树脂发泡片材供应在模具之间；(3)在用模具之间的夹持装置夹持所述软化的热塑性树脂发泡片材时，闭合模具，直到模具的陶形曲面的周边部分之间的空隙达到不大于所述软化的热塑性树脂发泡片材的预定值；(4)在如下期间中的一时间点，经由模具的陶形曲面开始真空抽吸从，在模具的陶形曲面的所述周边部分之间的空隙达到所述软化的热塑性树脂发泡片材的厚度，到，所述空隙达到步骤(3)中所限定的所述预定值；(5)在继续真空抽吸的同时，打开模具，直到所述热塑性树脂发泡片材开始具有比在步骤(3)开始时所述软化的热塑性树脂发泡片材大的预定厚度，从而成形该片材以生产模制品；和(6)停止真空抽吸、打开模具和除去模制品的组合。
2.一种通过使用成型设备真空成形生产热塑性树脂发泡制品的方法，所述成型设备包括第一个模具、第二个模具和用于将热塑性树脂发泡片材固定在模具之间预定位置的夹持装置，所述第一个模具具有可以经其进行真空抽吸的陶形曲面，第二个模具具有陶形曲面并且至少在该陶形曲面的周边部分上配备有片材固定装置，所述方法包括步骤(1)加热热塑性树脂发泡片材使它软化；(2)将步骤(1)中软化的热塑性树脂发泡片材供应在第一个和第二个模具之间；(3)在用模具之间的夹持装置夹持软化的热塑性树脂发泡片材时，闭合模具，直到模具的陶形曲面的周边部分之间的空隙到达不大于所述软化的热塑性树脂发泡片材的预定值，从而使第二个模具的所述陶形曲面的全部面积接触发泡片材的一个表面；(4)在步骤(3)中第二个模具的所述陶形曲面的所述全部面积接触到发泡片材的所述表面之后，经由第一个模具的陶形曲面开始真空抽吸；(5)在继续真空抽吸和用所述片材固定装置将片材固定在第二个模具的陶形曲面上的同时，打开模具，直到所述热塑性树脂发泡片材开始具有比在步骤(3)开始时所述软化的热塑性树脂发泡片材的厚度大的预定厚度，从而成形该片材以生产模制品；和(6)停止真空抽吸、打开模具和除去模制品的组合。
全文摘要
公开了真空成形生产具有高膨胀比和大厚度的热塑性树脂发泡制品的方法，它们使用一对可以进行真空抽吸的模具和将热塑性树脂发泡片材夹持在模具之间的预定位置的夹持装置，或使用成型设备，所述设备包括第一个模具、第二个模具和将热塑性树脂发泡片材夹持在模具之间预定位置的夹持装置，所述第一个模具具有可以进行真空抽吸的陶形曲面，第二个模具具有至少在陶形曲面的周边部分上配备有片材夹持装置的陶形曲面。在所述方法中，加热软化的发泡片材供应在模具之间，当合适地闭合模具时开始真空抽吸。因此，发泡片材真空成形为模制品。
文档编号B29C44/42GK1788974SQ200510095969
公开日2006年6月21日 申请日期2005年8月29日 优先权日2004年8月31日
发明者花田晓, 大村吉典 申请人:住友化学株式会社, 住化塑料技术株式会社