专利名称：多孔泡沫材料的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及泡沫材料，更具体地涉及适用于音响处理的热塑性聚合物泡沫材料。
在建筑业，公知用板材作为间壁将建筑面积分成不同的区域如房间和办公室。它们通常由绝缘矿物纤维芯、和包围所述芯、及空隙或空心空间的两个外表面层组成。绝缘材料如矿物纤维以这样的方式安排在面层之间以隔热和/或隔音。然而，这种有矿物纤维芯的间壁或板材的主要缺点是此纤维无机械强度，因而需要较贵的支承结构或压实。此外，矿物纤维产品不便操作引起皮肤过敏并可能危害健康。
也已用泡沫材料作为隔音材料。例如，WO95/14136公开了多层绝缘板或元件，在优选实施方案中包括(a)两个外表面层，和(b)软的合成芯材，该芯材是单一、连续、软的、合成、闭孔泡沫材料空心芯层。通过交替模型的接触点使所述芯材与两个外层紧密接触，从而在芯层和相对外层之间形成空隙。然而，WO95/14136中用作芯层的闭孔泡沫材料隔音性不适合于要求高的应用。
虽然不希望受任何特殊理论限制，但本申请的发明人相信特定聚合物泡沫材料在音响处理(例如吸音和隔音)方面的有效性与该泡沫材料有一或多种以下性质有关1)平均泡孔尺寸大于约2mm；2)大体上开孔结构；和3)连接泡孔的较大孔。为使泡沫材料有效消音，该泡沫材料应具有大体的开孔结构和相对较低的气流阻抗。还相信也是这些性质之一或多种使泡沫材料有效用于过滤和流体吸收。
已知一些大孔的开孔泡沫材料。但它们也有一或多种缺陷。例如，热固性树脂如三聚氰胺和半硬质聚氨酯可用于制备显示出据信是音响处理所需的要求大孔开孔结构的泡沫材料。然而，热固性树脂不能循环利用，生产成本较高，因其水解不稳定性而不适用于潮湿环境。热塑性聚合物泡沫材料一般通过方便的挤出法生产成本较低，可循环利用，表现出水解稳定性，因而优于热固性树脂。但通过方便的直接挤出法难以获得有开孔结构的大孔热塑性泡沫材料。由于泡孔打开和泡沫材料膨胀相互矛盾而存在这些困难。即在泡沫材料内生长的泡孔要生长必须保持关闭，但形成大孔需要在膨胀结束之前必须很快地在泡孔壁上形成洞。此外，虽然已报道某些热塑性聚合物适用于音响处理，但其音响处理性能适合于要求高的应用还不能肯定。参见例如1988年2月11日公开的DE3626349(Dynamit Nobel AG),1988年2月11日公开的DE3626350(Dynamit Nobel AG)，和1995年5月26日公开的WO 95/14136(Dow Chemical)。
因此，本领域仍需要提供适合于要求高的应用的隔音性、有机械强度、可经济地生产、且水解稳定的泡沫材料。
本发明满足此需要。因此，本发明提供具有适合于要求高的应用的隔音性、有机械强度、可经济地生产、且水解稳定的热塑性聚合物泡沫材料。
在本发明一实施方案中，提供平均泡孔尺寸大于约4mm的热塑性聚合物泡沫材料。
另一实施方案中，提供平均泡孔尺寸大于约2mm的热塑性聚合物泡沫材料，其中多于约50％的泡孔已通过机械手段打开。
另一实施方案中，本发明提供气流阻抗小于约800000Rayls/m且平均泡孔尺寸大于约2mm的热塑性聚合物泡沫材料，其中多于约50％的泡孔已通过机械手段打开。
再另一实施方案中，本发明提供平均泡孔尺寸大于约2mm的热塑性聚合物泡沫材料结构的制备方法，其中多于约50％的泡孔已通过机械手段打开。
本发明泡沫材料特别适用于吸音、隔音、流体吸收、过滤、减震包装和要求以下性质之一或多种的其它应用隔音或消音性、机械强度、经济地生产、和水解稳定性。
图1示出本发明泡沫材料的制备方法，其中通过穿孔打开泡沫材料内的闭孔。
图2示出本发明泡沫材料的制备方法，其中通过穿孔打开泡沫材料内伸长的闭孔。
图3示出本发明泡沫材料的制备方法，其中通过斜角穿孔打开泡沫材料内伸长的闭孔。
图4示出本发明泡沫材料的制备方法，其中通过压缩然后穿孔打开泡沫材料内的闭孔。
图5示出本发明泡沫材料的吸音曲线。
图6示出本发明泡沫材料的吸音曲线。
图7示出本发明泡沫材料的吸音曲线。
图8示出本发明泡沫材料的吸音曲线。
图9示出本发明泡沫材料的构型，该构型称为I。
图10示出本发明泡沫材料的构型，该构型称为U。
图11示出本发明泡沫材料的构型，该构型称为W。
本发明提供具有适合于要求高的应用的隔音性能、有机械强度、可经济地生产、且水解稳定的热塑性聚合物泡沫材料。本发明泡沫材料表现出迄今难以(若非不可能的话)实现的性能或性能组合。因此，本发明泡沫材料表现出以下性质之一或多种1)平均泡孔尺寸大于约2mm；2)大体的开孔结构；和3)连接泡孔的较大孔。
为使泡沫材料有效消音，该泡沫材料应具有大体的开孔结构和相对较低的气流阻抗。根据本发明，通过机械地打开平均泡孔尺寸大于约2mm的泡沫材料制备具有大体的开孔结构和相对较低气流阻抗的泡沫材料。多数情况下，此机械开孔产生连接泡孔的较大孔。
适用于本发明的热塑性树脂包括可通过挤出法发泡的所有类型的热塑性聚合物和共混物。适用于本发明的热塑性聚合物树脂的例子包括但不限于聚苯乙烯和聚烯烃树脂，包括聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、以及乙烯-苯乙烯共聚物(ESI)与聚烯烃树脂的共混物如聚乙烯和ESI或聚丙烯和ESI的共混物，优选聚乙烯树脂、聚乙烯树脂的共聚物、和聚乙烯树脂的共混物。这种树脂的例子是低密度聚乙烯树脂，如熔体指数为约0.4dg/min、密度为0.922g/cm3的那些。
上述乙烯-苯乙烯共聚物是包含聚合形式的ⅰ)一或多种α-烯烃单体和ⅱ)一或多种乙烯基或亚乙烯基芳烃单体和/或一或多种空间受阻的脂族或环脂族乙烯基或亚乙烯基单体和可选地ⅲ)其它可聚合的烯属不饱和单体的基本上无规共聚物。
本文所用术语“共聚物”意指其中至少两种不同的单体聚合产生共聚物的聚合物。
术语“基本上无规”是本文所用聚合ⅰ)一或多种α-烯烃单体和ⅱ)一或多种乙烯基或亚乙烯基芳烃单体和/或一或多种空间位阻的脂族或环脂族乙烯基或亚乙烯基单体和可选地ⅲ)其它可聚合的烯属不饱和单体所得基本上无规共聚物，一般意指所述共聚物的单体分布可通过伯努力统计模型或通过一或二级马尔科夫统计模型描述，如J.C.Randall在“聚合物序列测定，C-13NMR方法(POLYMER SEQUENCEDETERMINATION,Carbon-13 NMR Method)”,Academic Press NewYork,1977,pp.71-78中所述。优选地，聚合一或多种α-烯烃单体和一或多种乙烯基或亚乙烯基芳烃单体和可选地其它可聚合的烯属不饱和单体所得基本上无规共聚物不包含占嵌段中乙烯基或亚乙烯基芳烃单体总量多于15％的多于3个单元的乙烯基或亚乙烯基芳烃单体。更优选地，所述共聚物不以高度全同立构规整度或间同立构规整度为特征。这意味着所述基本上无规共聚物的C-13 NMR波谱中对应于代表内消旋二单元组或外消旋二单元组序列的主链亚甲基和次甲基碳的峰面积应不超过主链亚甲基和次甲基碳的总峰面积的75％。下文中所用术语“基本上无规共聚物”意指由上述单体产生的基本上无规共聚物。
适用于制备所述基本上无规共聚物的α-烯烃单体包括例如含2至20、优选2至12、更优选2至8个碳原子的α-烯烃单体。特别适用的是乙烯、丙烯、丁烯-1、4-甲基-1-戊烯、己烯-1或辛烯-1或乙烯与丙烯、丁烯-1、4-甲基-1-戊烯、己烯-1或辛烯-1之一或多种相混合。最优选的是乙烯或乙烯与C3-8α-烯烃的混合物。这些α-烯烃不含芳基部分。
其它可选的可聚合烯属不饱和单体包括应变环烯烃如降冰片烯和C1-10烷基或C6-10芳基取代的降冰片烯，共聚物的例子是乙烯/苯乙烯/降冰片烯共聚物。
可用于制备所述基本上无规共聚物的乙烯基或亚乙烯基芳烃单体包括例如以下式Ⅰ所示那些式Ⅰ其中R1选自氢和含1至4个碳原子的烷基，优选氢或甲基；每个R2独立地选自氢和含1至4个碳原子的烷基，优选氢或甲基；Ar为苯基或被1至5个选自卤基、C1-4-烷基、和C1-4-卤代烷基的取代基取代的苯基；和n有0至4的值，优选0至2，最优选0。特别适用的此单体包括苯乙烯及其低级烷基或卤素取代的衍生物。优选的单体包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯、苯乙烯的低级烷基(C1-C4)或苯基环上取代的衍生物如邻-、间-和对-甲基苯乙烯、叔丁基苯乙烯、环上卤代的苯乙烯如氯苯乙烯、对乙烯基甲苯或其混合物。更优选的芳族单乙烯基单体是苯乙烯。
最优选的基本上无规共聚物是乙烯和苯乙烯的共聚物及乙烯、苯乙烯和至少一种含3至8个碳原子的α-烯烃的共聚物。
所述基本上无规共聚物通常含0.5至65、优选1至55、更优选2至50％(摩尔)至少一种乙烯基或亚乙烯基芳族单体和/或空间位阻的脂族或环脂族乙烯基或亚乙烯基单体；和35至99.5、优选45至99、更优选50至98％(摩尔)至少一种有2至20个碳原子的脂族α-烯烃。这些共聚物可根据引入本文供参考的WO98/10014来制备。
可选地，可向所述可发泡共混物中加入成核剂。用于制备本发明泡沫材料的成核剂量将根据所要泡孔尺寸、发泡温度和成核剂的组成改变。例如，需要大泡沫材料尺寸时，应使用较少或不使用成核剂。适用的成核剂包括碳酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸钙、滑石、粘土、二氧化钛、氧化硅、硬脂酸钡、硅藻土、柠檬酸和碳酸氢钠的混合物。使用时，成核剂的用量可在0.01至5重量份/100重量份聚合物树脂共混物(pph)的范围内。
适用于制备本发明泡沫材料的发泡剂包括本领域已知的所有类型发泡剂；物理和化学发泡剂及其混合物，包括无机发泡剂、有机发泡剂、和化学发泡剂。适用的无机发泡剂包括二氧化碳、氮气、氩气、水、空气、和氦气。有机发泡剂包括有1-6个碳原子的脂族烃、有1-3个碳原子的脂族醇、和有1-4个碳原子的全部和部分卤代的脂族烃。脂族烃包括甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、和新戊烷。脂族醇包括甲醇、乙醇、正丙醇、和异丙醇。全部和部分卤代的脂族烃包括含氯烃、含氟烃、和含氯氟烃。适用于本发明的含氯烃包括氯甲烷、二氯甲烷、氯乙烷、和1,1,1-三氯乙烷。适用于本发明的含氟烃包括氟甲烷、二氟甲烷、氟乙烷、1,1-二氟乙烷(HFC-152a)、1,1,1-三氟乙烷(HGC-143a)、1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)、1,1,2,2-四氟乙烷(HFC-134)、五氟乙烷、全氟乙烷、2,2-二氟丙烷、1,1,1-三氟丙烷、和1,1,1,3,3-五氟丙烷。适用于本发明的部分氢化的含氯氟烃包括一氯二氟甲烷(HCFC-22)、1,1-二氯-1-氟乙烷(HCFC-141b)、1-氯-1,1-二氟乙烷(HCFC-142b)、1,1-二氯-2,2,2-三氟乙烷(HCFC-123)、和1-氯-1,2,2,2-四氟乙烷(HCFC-124)。全卤代含氯氟烃也可使用，但由于环境的原因不优选。适用于本发明的化学发泡剂包括偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、苯磺酰肼、4,4-羟苯磺酰-氨基脲、对甲苯磺酰氨基脲、N,N=-二甲基-N,N=-二亚硝基对苯二酰胺、和三肼基三嗪、碳酸氢钠、碳酸氢钠和柠檬酸的混合物。所有这些发泡剂的混合物也在本发明范围内。优选用于制备可塑颗粒的挤出法和间歇法的发泡剂是物理发泡剂，优选挥发性有机发泡剂，最优选低级烃(例如丙烷和丁烷)。优选用于交联发泡法的发泡剂是可分解的发泡剂和氮气。
掺入所述聚合物熔体材料中制备发泡凝胶的发泡剂量根据达到预定密度的需要而改变。
本发明泡沫材料可选地还包含红外吸收剂(阻透剂)如炭黑、石墨、或二氧化钛以提高隔热能力。使用时，基于泡沫材料中聚合物共混物的重量，所述红外吸收剂可占1.0和25％(重)之间，优选在2.0和10.0％(重)之间。炭黑可以是本领域已知的任何类型炭黑如炉法炭黑、热炭黑、乙炔黑、和槽法炭黑。
优选本发明泡沫材料表现出尺寸稳定性。由上述泡沫材料生产基本上闭孔结构的厚(即大于4mm)板和板条产品(厚度大于约12mm)中特别需要稳定控制剂。相反，形成大体的开孔泡沫材料时可能不必或不需要附加的稳定控制剂。
通过在泡沫材料膨胀后30秒内测量老化过程中泡沫材料体积，取其占泡沫材料初始体积的百分率作为尺寸稳定性。利用此定义，在一个月内恢复所述初始体积的80％或更高的泡沫材料尚可接受，优选恢复85％或更多的泡沫材料，特别优选恢复90％或更多的泡沫材料。体积通过适合的方法如排水体积测量。
优选的稳定控制剂包括C10-24脂肪酸的酰胺和酯。该试剂教导在US3644230和4214054中。最优选的稳定控制剂包括硬脂酰硬脂酰胺、甘油单硬脂酸酯、甘油monobenenate、和山梨糖醇单硬脂酸酯。典型地，该稳定控制剂的用量在0.1至10份/百份聚合物的范围内。
所述泡沫材料中还可掺入各种添加剂如无机填料、颜料、抗氧化剂、除酸剂、紫外吸收剂、阻燃剂、加工助剂、或助挤剂。
本发明聚合物泡沫材料可通过本领域技术人员公知的技术和方法制备，包括挤出法以及使用可分解发泡剂和交联剂的间歇法，优选挤出法。在挤出法中，泡孔尺寸受多个参数影响，包括发泡剂的类型和含量、聚合物类型、模孔的几何形状、模头处的剪切速率、成核剂含量、扩孔剂的使用、和发泡温度。为使泡孔尺寸大，通常不加成核剂。而可加入扩孔剂。其余参数中，发泡剂的类型和含量对泡孔尺寸影响最大。通常，溶解度较高和分子尺寸较小的发泡剂在相对较低的含量下提供大泡孔尺寸。这种发泡剂的例子包括丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、氯甲烷、二氯甲烷、氯乙烷、甲醇、乙醇、二甲醚、水、和含这些发泡剂之一或多种的混合发泡剂。通过高压自由基法制备的支化烯属聚合物树脂用这些发泡剂发泡时趋于提供大泡孔。扩大泡孔尺寸的添加剂一般是用于使聚合物树脂增塑的那些化合物。孔尺寸扩孔剂的例子包括如US4229396中所述有较低熔点的蜡状材料和如US5489407中所公开的非蜡状低分子量化合物。此外，在模孔处的剪切速率较低导致泡孔尺寸大。本发明聚合物泡沫材料可以是交联或非交联的。聚合物泡沫材料结构的制备和加工方法教导在C.P.Park，“聚烯烃泡沫材料材料(Polyolefin Foam)”,Chapter 9，“聚合物泡沫材料材料及技术手册(Handbook of Polymer Foams and Technology)”,editedby D.Klempner and K.C.Frisch,Hanser Publishers,Munich,Vienna,New York Barcelona(1991)中。
本发明非交联泡沫材料可通过传统的挤出发泡法制备。所述泡沫材料结构一般这样制备加热热塑性聚合物树脂(即聚合物材料)形成增塑或熔融的聚合物材料，向其中加入发泡剂形成可发泡凝胶，通过模具挤出该凝胶形成泡沫材料产品。与发泡剂混合之前，将聚合物材料加热至其玻璃化转化温度或熔点的温度或更高的温度。可通过本领域已知的任何手段如用挤出机、混合机、或掺混机等将发泡剂掺入或混入所述熔融聚合物材料中。在足以防止所述熔融的聚合物材料显著膨胀并使发泡剂均匀地分散于其中的升压下使发泡剂与熔融聚合物材料混合。可选地，增塑或熔融之前可将成核剂混入聚合物熔体中或与聚合物材料干混。典型地使所述可发泡凝胶冷却至更低的温度以优化泡沫材料结构的物性。然后通过要求形状的模头将所述凝胶挤出或输送至减压或较低压力的区域形成泡沫材料结构。所述较低压力的区域处于比通过模头挤出之前所述可发泡凝胶所保持的压力更低的压力下。所述较低压力可以是超大气压或低于一大气压(真空)，但优选在大气压力水平。
本发明非交联泡沫材料可通过多孔模头挤出热塑性聚合物树脂(即聚合物材料)制成聚结丝束形式。所述模孔这样排列以致在发泡过程中相邻熔融挤出物流之间发生接触，所述接触表面以足够的粘合力相互粘合形成单元泡沫材料结构。离开所述模头的熔融挤出物流为丝束或异型材，它们理想地发泡、聚结、并相互粘合形成单元结构。理想地，所述聚结的单丝束或异型材应保持粘附在单元结构中以防止丝束在泡沫材料的制备、成形和使用中所遇到的应力下分层。用于生产聚结丝束形式泡沫材料结构的装置和方法教导在US3573152和4324720中。
本发明泡沫材料结构还可制成适用于模塑成制品的非交联泡沫材料颗粒。所述泡沫材料颗粒可通过挤出法或间歇法制备。在挤出法中，将与传统泡沫材料挤出装置相连的多孔模头中出来的泡沫材料线料颗粒化形成泡沫材料颗粒。在间歇法中，将离散树脂颗粒如粒状树脂颗粒悬浮于它们基本上不溶于其中的液体介质如水中；在高压釜或其它压力容器中在加压和升温下向所述液体介质中加入发泡剂使之被发泡剂浸渍；迅速排入大气或减压区域中发泡形成泡沫材料颗粒。该方法教导在US4379859和4464484中。
本发明交联泡沫材料可通过采用可分解发泡剂的交联发泡法或通过传统挤出法制备。
利用所述采用可分解发泡剂的交联发泡法时，本发明交联泡沫材料可通过以下方法制备共混并加热所述热塑性聚合物树脂(即聚合物材料)与可分解化学发泡剂形成可发泡的增塑或熔融聚合物材料，将所述可发泡熔融聚合物材料通过模头挤出，诱导所述熔融聚合物材料中产生交联，使所述熔融聚合物材料暴露于升高的温度中释放所述发泡剂而形成所述泡沫材料结构。可使所述聚合物材料和化学发泡剂混合，通过本领域已知的任何手段如利用挤出机、混合机、或掺混机等共混所述熔体。在将所述聚合物材料加热至熔融形式之前，优选使化学发泡剂与聚合物材料干混，但也可在所述聚合物材料处于熔融态时加入化学发泡剂。通过加入交联剂或通过辐射诱导交联。诱导交联和暴露于升高的温度下实现发泡或膨胀可同时或相继地发生。如果使用交联剂，则以与化学发泡剂相同的方式掺入聚合物材料中。此外，如果使用交联剂，则将所述可发泡熔融聚合物材料加热或暴露于优选低于150℃的温度下以防止所述交联剂或发泡剂分解和防止过早交联。如果采用辐射交联，则将所述可发泡熔融聚合物材料加热或暴露于优选低于160℃的温度下以防止发泡剂分解。将所述可发泡熔融聚合物挤出或通过要求形状的模头输送形成可发泡结构。然后在升温或高温(典型地150-250℃)下如在烘箱中使所述可发泡结构交联和膨胀形成泡沫材料结构。利用辐射交联时，使所述可发泡结构受到辐射而使聚合物材料交联，然后如上所述在升温下发泡。所述结构可能利于按上述方法使用交联剂或辐射制成片材或薄板条形式。
在使用可分解发泡剂的交联发泡法中除使用交联剂或辐射之外，还可如C.P.Park,Supra,Chapter 9中所述利用硅烷交联进行交联。
本发明交联泡沫材料还可通过GB2145961A中所述使用长成形段模头的挤出法制成连续板条结构来制备。该方法中，将聚合物、可分解发泡剂和交联剂在挤出机中混合；在长成形段模头中加热所述混合物使聚合物交联并使发泡剂分解；使泡沫材料结构成形而离开所述模头，其中通过适合的润滑材料润滑泡沫材料结构与模头的接触。
本发明交联泡沫材料还可制成适用于模塑成制品的交联泡沫材料颗粒。为制备所述泡沫材料颗粒，使离散树脂颗粒如颗粒化树脂颗粒悬浮于它们基本上不溶于其中的液体介质如水中；在高压釜或其它压力容器中在加压和升温下用交联剂和发泡剂浸渍；迅速排入大气或减压区域中发泡形成泡沫材料颗粒。该方法的另一变形中，用发泡剂浸渍聚合物颗粒，冷却，从容器中排出，然后通过加热或用水蒸汽发泡。上述方法的衍生方法中，可使苯乙烯单体与交联剂一起浸入所述悬浮颗粒中与所述聚合物材料形成接枝共聚物。可使发泡剂浸入悬浮液中的树脂颗粒或不含水状态的树脂颗粒中。然后用水蒸汽加热使所述可发泡颗粒发泡，并通过用于可发泡聚苯乙烯泡沫材料颗粒的传统模塑方法模塑。
然后可通过本领域已知的任何手段模塑所述泡沫材料颗粒，如将泡沫材料颗粒装入模具中，给模具加压以压缩所述颗粒，将颗粒加热如用水蒸汽加热使颗粒聚结和熔合形成制品。可选地，在装入模具中之前可用空气或其它发泡剂预热所述颗粒。以上加工和模塑方法的极好教导见于C.P.Park,Supra,pp.227-233,US3886100；3959189；4168353；和4429059中。还可通过在适合的混合装置或挤出机中制备聚合物、交联剂和可分解发泡剂的混合物，将混合物制成颗粒，将颗粒加热使之交联和发泡，制备泡沫材料颗粒。
适用于模塑成制品的交联泡沫材料颗粒的另一制备方法是使聚合物材料熔融，在传统的泡沫材料挤出装置中与物理发泡剂混合形成基本上连续的泡沫材料线料。使泡沫材料线料颗粒化或造粒形成泡沫材料颗粒。然后通过辐射使泡沫材料颗粒交联。然后如前面对其它泡沫材料颗粒法所述使交联的泡沫材料颗粒聚结，模塑成各种制品。该方法的其它教导见US3616365和C.P.Park,Supra,pp.224-228。
此外，所述挤出法中可采用硅烷交联技术。该方法的教导见于C.P.Park,Supra,Chapter 9和US4714716中。硅烷交联法与传统挤出法一起使用时，使聚合物与乙烯基官能硅烷或叠氮基官能硅烷接枝并挤出形成泡沫材料。然后使挤出的泡沫材料暴露于温湿空气中交联。
可通过混合聚合物材料、交联剂和发泡剂形成料片，在模具中加热该混合物以使交联剂可交联所述聚合物材料并使发泡剂可分解，通过模具中压力的释放使所述泡沫材料发泡，以泡沫材料胶料形式制备本发明交联泡沫材料。可选地，可将压力释放时形成的泡沫材料胶料再加热进一步发泡。
用高能束辐射聚合物片或加热含化学交联剂的聚合物片制备交联的聚合物片材。将交联的聚合物片材切成要求的形状，在高压和高于聚合物软化点的温度下用氮气浸渍。卸压实现膜泡的成核并使所述片材有一些膨胀。在高于软化点的压力下在低压容器中再加热所述片材，卸压使泡沫材料可膨胀。
通过以上方法制备的泡沫材料表现出10至300kg/m3的密度，优选密度为15至100kg/m3的泡沫材料，特别优选密度为15至60kg/m3的泡沫材料。此外，通过以上方法制备的泡沫材料表现出2至15mm的平均泡孔尺寸，优选2至10mm的泡孔尺寸、更优选3至10mm、特别优选4至8mm。此外，通过以上方法制备的泡沫材料可以是开孔或闭孔的。
根据以上方法制备的泡沫材料可在无附加工艺步骤的情况下用于音响处管理。例如，在不考虑该泡沫材料拥有的其它性能且不需要附加工艺步骤的情况下，通过以上方法制备的平均泡孔尺寸大于约4mm的泡沫材料表现出适用作吸音材料的足够低的气流阻抗。典型地，对于音响处理应用，希望气流阻抗低于约800000Rayls/m(即800000Pa·s/m2)，根据泡沫材料的最终用途，低于400000 Rayls/m(即400000Pa·s/m2)、低于100000 Rayls/m(即100000Pa·s/m2)、低于50000 Rayls/m(即50000Pa·s/m2)逐渐地更理想。
然而，在通过以上方法制备的基底泡沫材料未表现出足够的音响处理性能的情况下，通过机械手段打开基底泡沫材料内的闭孔可给所述基底泡沫材料加入或增加诸如1)大体的开孔结构和2)连接泡孔的较大孔等性能。
如前面所述，为使泡沫材料具有消音性，所述泡沫材料应有大体的开孔结构和较低的气流阻抗。根据本发明，通过机械地打开平均泡孔尺寸大于约2mm的泡沫材料制备有大体的开孔结构和较低气流阻抗的泡沫材料。多数情况下，此机械开孔产生连接泡孔的较大孔。例如，向基底热塑性聚合物泡沫材料至少一表面的至少某些部分施加用于打开多孔热塑性聚合物泡沫材料中闭孔的手段，此手段的施加程度足以导致基底聚合物泡沫材料中至少一部分闭孔被打开，从而可打开泡沫材料内的闭孔。当然，通过机械手段打开的闭孔部分与用于打开所述闭孔的手段的施加程度有关。例如，如果要打开较少百分率的闭孔，则仅向基底泡沫材料的一部分表面施加此开孔手段和/或仅延伸通过基底泡沫材料的部分厚度。然而，如果要打开较大百分率的闭孔，则向更多的基底泡沫材料表面施加此开孔手段和/或进一步延伸至泡沫材料厚度。
所述用于打开闭孔的手段施加的方向并不重要，可垂直于挤出方向或相对于基底泡沫材料表面呈任何角度进行。
用于打开闭孔的手段可以是足以打开闭孔的任何手段，但典型地包括穿孔、切片、压缩或其组合。典型地，穿孔包括用一或多个锐利物刺穿基底泡沫材料。适用的锐利物包括针、销钉、大头针、或钉子。此外，穿孔可包括钻、激光切削、高压流体切削、气枪、或射弹。图1示出包括许多闭孔2的本发明基底泡沫材料1的横截面，泡沫材料1用多个锐利物3穿孔。
此外，通过在发泡期间拉伸泡沫材料线料可制备有长泡孔的基底泡沫材料。此拉伸在不改变或通常增加水平方向泡孔尺寸的情况下形成长泡孔。因此，拉伸导致与垂直方向成直角的方向平均泡孔尺寸(EH平均值)增加，有利于穿孔。图2示出包括许多在挤出方向伸长的闭孔4的本发明基底泡沫材料1的横截面，已用多个锐利物3穿孔。图3示出包括许多在挤出方向伸长的闭孔4的本发明基底泡沫材料1的横截面，已用多个锐利物3以斜角穿孔。
基底泡沫材料的穿孔可以任何图形进行，包括正方形和三角形。此外，优选穿孔之间的距离与泡沫材料内的泡孔尺寸相当以使大多数泡孔穿孔。因此，要求大多数泡孔被穿孔时，优选以这样的方式进行穿孔以使穿孔之间的距离不大于基底泡沫材料内泡孔平均直径的2倍，优选不大于1.5倍，更优选等于基底泡沫材料内泡孔的平均直径，最优选小于基底泡沫材料内泡孔的平均直径。虽然用于给基底泡沫材料穿孔的锐利物的具体直径的选择取决于许多因素，包括平均泡孔尺寸、想要的穿孔间距，但适用于制备本发明某些泡沫材料的锐利物典型地直径为1至4mm。
切片可通过足以切透至少一部分泡沫材料的任何方式进行，包括刀和锯。通过切片打开基底泡沫材料的泡孔必然仅打开切割表面的那些泡孔，泡沫材料内部的泡孔未改变。因而，切片不降低整个泡沫材料厚度的气流阻抗。然而，通过切片打开表面泡孔对于某些音响处理应用足够，特别是当泡孔尺寸足够大和/或留下的未切泡沫材料足够薄时。虽然不希望受任何理论限制，但本发明人相信为有效吸音，不必在整个泡沫材料厚度中有低气流阻抗。因为声音是通过空气分子以振动方式移动(即空气分子在固定的平均位置前后移动、碰撞相邻空气层中的分子等)传播的空气压缩波。空气分子本身不移至泡沫材料厚度末端的最大距离。因此，在声音传送期间实际上没有气流通过泡沫材料基质。但空气分子前后移动在泡孔壁上产生摩擦形成的热量使声音消失。由于分子以一般垂直于其移动的方向冲击薄膜使薄膜振动从而使另一侧的空气振荡，所以作为压缩波的声音通过阻挡其通道的软膜。因此，软薄膜的一些薄层如表面泡孔已被切片的本发明泡沫材料的未改变内芯不过度伤害泡沫材料的吸音能力。
作为打开泡孔手段的压缩可通过足以给泡沫材料的一或多个表面施加外力从而使基底泡沫材料内的泡孔爆裂和打开的任何方式进行。在穿孔期间或之后压缩在使与穿孔产生的通道相邻的泡壁破裂方面特别有效，因为在泡壁两侧产生高压差。此外，与针刺不同，压缩可导致面向所有方向的泡壁破裂，从而产生吸音所要求的曲折路径。
机械地打开基底泡沫材料的闭孔通过在泡壁和支柱中产生大孔使基底泡沫材料的气流阻抗降低。无论如何，不管采用何种手段，机械地打开基底热塑性聚合物泡沫材料内的闭孔起到提高泡沫材料的吸音、隔音、流体吸收和过滤性能的作用。
当然，机械打开的泡孔百分率与许多因素有关，包括泡孔尺寸、泡孔形状、开孔手段(即穿孔、切片、压缩)、和用于开孔的手段施于基底泡沫材料的程度。为使气流阻抗最大地降低，优选通过上述机械手段打开基底泡沫材料内多于50％的闭孔，更优选多于70％，最优选多于90％。为使机械打开的泡孔百分率最大，优选用压缩和穿孔组合打开泡孔。图4示出包括许多在挤出方向伸长的闭孔4的本发明基底泡沫材料1的横截面，先将泡沫材料压缩，然后在压缩泡沫材料的同时用多个锐利物3穿孔。
除在如前面所述挤出之前在聚合物材料中包括阻燃剂的选择之外，还可在挤出之后，优选在经过任何附加工艺步骤如拉长和机械地打开闭孔之后，用阻燃剂浸渍本发明泡沫材料材料。
用于隔音时，本发明泡沫材料可在由面层、与其相连的泡沫材料芯层、和固定所述芯层的结构组成的多层隔音板中作为芯层，所述结构利用条纹、斑点、块、或其它几何形状的突出(下文中统称为接触点)在分开的接触点固定所述芯层，在所述芯层和所述结构之间留有间隙，在跨度长和/或面层薄的情况下，传音阻止部分(travel stop)使芯层与所述结构保持一定距离。在分开的接触点固定所述芯层的结构可以是壁或顶板或任何其它适合的构件。或者，所述结构可以是第二面层。所得夹心板可用作分隔件或间壁。所述板适用于建筑业和其它工业用于改善建筑物和/或机械的隔音性。该板的例子描述在1995年5月26日公开的WO95/14136中。
在多层板中作为芯层时，本发明泡沫材料可以任何方式制成异形材。例如，本发明泡沫材料可做成平直构型。图9示出这样构型的由平直构型的泡沫材料芯5组成的本发明泡沫材料，称为I。但本发明泡沫材料也可以做成这样的构型以使表现出低动态刚度。例如，本发明泡沫材料可做成这样的构型以致它们由泡沫材料芯5组成，同一或另一泡沫材料窄条6在泡沫材料芯5的两端连接在同一侧。图10的构型称为U。此外，本发明泡沫材料可做成这样的构型以致它们由泡沫材料芯5组成，同一或另一泡沫材料窄条6交替地连接在泡沫材料芯5的相对侧，而且同一或另一泡沫材料窄条6连接在泡沫材料芯5两端连接在相对两侧。图11的构型称为W。本发明泡沫材料做成这样的构型而放在面板之间时，这些设计将对面板的压缩应变转变成对泡沫材料芯的弯曲应变。在支承条之间有足够的距离，该结构提供理想的极低动态刚度。在构型W的情况下，泡沫材料芯5同侧窄条6中点之间的距离为至少250mm，优选在300和600mm之间。在构型U的情况下，窄条中点间距离为至少350mm，优选在450和600mm之间。
本发明泡沫材料的以下实施例不应解释为限制。除非另有说明，所有百分率、份数和比例均基于重量。
实施例1该实施例说明用于本发明的泡沫材料和通过挤出法制备该泡沫材料材料的方法。用工业用泡沫材料材料挤压设备制备表Ⅰ中所列泡沫材料材料。该设备是在用于进料、熔融和计量的普通连续区域末端有两个附加的混合和冷却区的螺杆型挤出机。用于注射发泡剂的开口设置在挤出机筒上计量区和混合区之间。在冷却区末端连接有一般为矩形开口的模孔。
将熔体指数为约0.4dg/min(按ASTM D-1238,190℃/2.16kg)、密度为0.922g/cm3的低密度聚乙烯与少量甘油单硬脂酸酯一起匀速地加入该挤出机。为保持大泡孔尺寸不加成核剂。挤出机各区域内保持的温度为进料区160℃，熔融区200℃，计量区210℃，混合区190℃。将异丁烷以11.8份/百份聚合物(pph)的匀速注入混合区。冷却区和模体的温度逐渐下降以产生良好的泡沫材料。在110℃的冷却区温度和108℃的模头温度下，得到密度约23kg/m3的大泡孔尺寸的大体的闭孔泡沫材料材料。保存厚约105mm、宽约600mm的泡沫材料材料(PEF1)，然后拉伸使其厚度降至约80mm，也保存此拉伸的泡沫材料材料(PEF2)。拉伸是要使泡孔在与垂直方向成直角的方向伸长。如表Ⅰ中所示，拉伸不仅使泡孔在挤出方向伸长，而且使平均泡孔尺寸增加。在与垂直方向成直角的方向泡孔尺寸大(EH平均值)有利于穿孔。
表Ⅰ
*不是本发明泡沫材料的实施例1按ASTM D-3756测定的垂直方向泡孔尺寸2按ASTM D-3756测定的挤出方向泡孔尺寸3按ASTM D-3756测定的水平方向泡孔尺寸4挤出和水平方向平均泡孔尺寸5所有三个方向平均泡孔尺寸表1中所列其它聚乙烯泡沫材料(PEF)通过与对PEF1和PEF2所述基本相同的步骤制备。改变异丁烷含量使产生的泡沫材料达到要求的密度，加入少量成核剂用于泡孔尺寸控制。所有泡沫材料都有大体的闭孔结构。
试验1穿孔试验将泡沫材料切成厚约55mm的厚片，以预定间距的方形在泡沫材料厚片中穿孔。为以10、5和4mm的间距穿孔，使用直径2mm的针。用有多个固定成要求图形的1.5mm针的穿孔板穿间距3mm的孔。穿孔程度可方便地由孔密度(即每平方厘米的孔数)表示。以10、5、4和3mm的正方形穿孔导致孔密度分别为1、4、6.25和11.1孔/cm2。由每个泡沫材料试样，将直径29mm的圆柱形样品钻孔至55mm的整个厚度，按ASTM D-2856步骤C测定样品的开孔含量。每个泡沫材料样品和穿孔图形的开孔数据示于表Ⅱ中。
表Ⅱ
*不是本发明的泡沫材料材料实施例。
1挤出时泡沫材料的开孔含量(％)。ND=未测量。
2作为泡沫材料体积百分率的表面切孔体积(按ASTM D-2856)。
3以10mm间距穿孔的泡沫材料体的开孔含量(％)。
4以5mm间距穿孔的泡沫材料体的开孔含量(％)。
5以4mm间距穿孔的泡沫材料体的开孔含量(％)。
6以3mm间距穿孔的泡沫材料体的开孔含量(％)。
该数据显示泡孔越大，越容易通过穿孔形成开孔。为穿破大多数泡孔，孔间距需等于或小于泡孔尺寸。由于穿孔至更大密度成本较高，优选泡孔尺寸较大的泡沫材料材料。工业上通常在泡孔尺寸低于2mm的泡沫材料材料上穿1孔/cm2。4孔/cm2也可容易地实施。穿孔多于4孔/cm2并非不可能，但难以实施。此外，未穿孔的大孔泡沫材料样品(例如PEF1和PEF2)已经有很高的开孔量。高开孔含量多来自样品的表面切孔。例如，PEF2的表面切孔总计为该泡沫材料77％总开孔含量的约59％。
试验2压缩试验将来自实施例1的泡沫材料PEF1先用直径2mm的针以5×5mm的正方形穿孔。穿孔后的泡沫材料开孔含量约93.5％(通过ASTM D-2856步骤C测定)。从该泡沫材料板切出截面为11×11cm、厚7cm的泡沫材料样品，用加压机在厚度方向压缩至厚度变成5mm。压缩期间，听到爆裂声表明泡孔破裂。泡沫材料的开孔含量增至96.7％，接近该泡沫材料的最大可能开孔含量(即约97％)。显然，压缩使剩余的闭孔多数裂开。
试验3气流试验该试验显示在大孔泡沫材料材料中穿孔比小孔泡沫材料材料更易产生较大的流动通道。此试验中所用装置是与ASTM D-3574和ISO 9053(方法A)中所述相似的气流测试仪。由内径10cm的通过Instron测试仪的运转驱动的空气活塞、由内径7cm的塑料管和盖制成的试样架、水压计和各种连接管组成。在固定的速率泵送空气通过载于支架中的样品，用测压计测量经过该样品的压降。
实际上，在此试验中选择三种不同泡孔尺寸的泡沫材料材料实施例1中制备的两种聚乙烯泡沫材料材料PEF4和PEF5，和聚丙烯泡沫材料。所述聚丙烯泡沫材料是用多孔模头在结构与实施例1中相似的泡沫材料材料挤出线上制备的聚结丝束泡沫材料材料。该聚丙烯泡沫材料材料(PPF)的泡孔尺寸(3D平均值)为约0.4mm，密度约17kg/m3，开孔含量为84％(ASTM D-2856步骤A)。将该泡沫材料材料平行于挤出方向切成厚35mm的厚片。从该厚片中切出直径6.4cm的圆形样品，载于试样支架中。用填缝料密封对着管表面的边缘。先在低空气流速(在约1-1.5mm/min的活塞速度下)下测量经过样品的压降以确保边缘适当密封，测量该初生泡沫材料材料的气流阻抗。然后，用预定直径的针在泡沫材料样品上穿孔，在适合的流速下测量压降。继续此步骤直至在样品中穿9个孔。由单位压力梯度的气流量(压降/样品厚度)和孔数之间回归线的斜率计算每个孔的气流量。气流量表示空气如何流过孔。用2、3和4mm的针穿孔的泡沫材料样品的气流数据在m4/GPa·s(m3/giga Pascal/m/s)为单位示于表Ⅲ中。对于给定的针尺寸，泡孔较大的泡沫材料形成气流量比泡孔较小的泡沫材料更高的孔。此外，对于所有泡沫材料，较大的针形成气流量比小针更高的孔。对于泡孔尺寸较大的泡沫材料材料，针尺寸对气流的影响更大。
表Ⅲ
*不是本发明的实施例。
1通过用2mm针穿过泡沫材料体的孔的气流。
2通过用3mm针穿过泡沫材料体的孔的气流。
3通过用4mm针穿过泡沫材料体的孔的气流。
试验4不同泡孔尺寸的泡沫材料间气流阻抗和吸音性的对比该实施例中所用装置是Model 4206声音阻抗管和Model 3555信号分析仪，均由Brueel and Kjaer A/S,Naerum,Denmark提供。用该装置按ASTM E-1050中所述方法测量泡沫材料材料的正入射吸音系数。实际上，从试验3中所用泡沫材料材料中钻出直径29mm、厚35mm的样品。用所选直径的针在厚度方向在样品中穿7个孔。这些孔等间距呈三角形，其中之一位于中心，其余位于边长9mm的六角形的角处。计算孔密度为约1.06孔/cm2。采用2、3和4mm直径的针。还测试无孔的初生泡沫材料材料用于对比。由表Ⅲ中所示每个孔的气流量计算有孔泡沫材料样品的比气流阻抗。初生泡沫材料的比气流阻抗直接测量。比气流阻抗和吸音系数示于表Ⅳ中。
表Ⅳ
*不是本发明的实施例。
1用于穿孔的针的尺寸。
2以千瑞利测量的35mm厚样品的比气流阻抗。
3按ASTM E-1050测定的在500Hz频率下的吸音系数。
4按ASTM E-1050测定的在1000Hz频率下的吸音系数。
5按ASTM E-1050测定的在2000Hz频率下的吸音系数。
6在低于1600Hz频率下的最大吸音系数；NE=不存在。
7出现最大吸音时的频率。
所有初生泡沫材料材料都有非常高的比气流阻抗，穿孔使气流阻抗明显下降。泡沫材料材料的泡孔越大和使用的针越大，比气流阻抗的下降越大。初生泡沫材料的吸音性很差。显然，穿孔泡沫材料的吸音性比初生泡沫材料好。一般地，比气流阻抗越小，泡沫材料的吸音系数越大。穿孔泡沫材料的吸音曲线一般如图5中所示，其中对比用3mm直径的针穿孔的泡沫材料。该吸音曲线在低于1000Hz的频率下经过最大值，下降，然后在6400Hz的测量频率范围内经过几个峰丘。由于低于2000Hz的吸音特性、更重要的低于1000Hz的吸音特性是首要的，所以表Ⅳ和图5中示出那些数据。在图5中，即使泡沫材料样品用相同的针以相同的孔密度穿孔，大泡孔的PEF4泡沫材料(试验号4.3)吸音性也比小泡孔的PEF5(试验号4.7)和PPF(试验号4.11)好得多。吸音能力的差别不只是来自比气流阻抗之差。例如，用4mm针穿孔的泡沫材料PEF5吸音性比用3mm针穿孔的泡沫材料PEF4差得多，尽管前者的比气流阻抗比后者低。由试验1可推断大泡孔的泡沫材料通过穿孔打开的体积比小泡孔泡沫材料大。
试验5大泡孔尺寸的泡沫材料之间开孔含量和吸音性对比此试验中研究孔间距对吸音性和开孔含量的影响。使如实施例1中制备的大泡孔泡沫材料(初生的和穿孔的)经试验4中的吸音试验。样品与实施例1的开孔试验中所用的相同，但其长度缩短至约35mm。数据示于表Ⅴ中。
表Ⅴ
ND=未测定。
无=未穿孔(初生泡沫材料)。
1正方形分布的孔间间距。
2按ASTM D-2856步骤C测定的开孔含量；与表Ⅰ中数据相同。
3按ASTM D-1050测定的在500Hz频率下的吸音系数。
4按ASTM D-1050测定的在1000Hz频率下的吸音系数。
5按ASTM D-1050测定的在2000Hz频率下的吸音系数。
6在低于1600Hz频率下的最大吸音系数。
7出现最大吸音时的频率。
所有泡沫材料都表现出吸音能力。意外地，初生的大泡孔泡沫材料显示出极好的吸音能力(试验号5.1和5.6)。图6中对比这些泡沫材料和初生PEF4泡沫材料(试验号4.1)的全吸音曲线。在图6中显而易见大泡孔泡沫材料具有优异的吸音能力。推断在泡沫材料样品表面切开的泡孔使泡沫材料具有突出的吸音性。在大泡孔PEF2的情况下，初生泡沫材料的吸音性优于穿孔泡沫材料，对于用2mm针穿的孔，随着孔密度增加，吸音能力趋于变差。此倾向在图7中更明显。开孔含量和比气流阻抗都影响吸音性。已知比气流阻抗太低不利于吸音。这解释了为什么吸音性随着孔密度增加而下降。3mm孔间距泡沫材料的倾向相反可能是由于使用较小的针(1.5mm直径)。在PEF3中，以10mm间距穿孔的泡沫材料样品提供最佳吸音性(试验号5.7)。在有较小泡孔尺寸的PEF4中，以5mm间距穿孔的泡沫材料样品(试验号5.12)吸音性比有10mm间距孔的(试验号5.11)稍好一些。
试验6饰面膜对吸音性的影响此试验中研究皮层和附加薄膜对穿孔泡沫材料PEF2样品吸音性的影响。用DAF 899牌粘着膜(购自The Dow Chemical Company)作为泡沫材料样品的面层。该膜由PRIMACORE*3330乙烯/丙烯酸共聚物(The Dow Chemical Company的商标)制备。将厚约37μm的膜熨烫在已去掉皮层的泡沫材料样品表面。该熨斗用TeflonTM四氟乙烯含氟烃聚合物(Du Pont de Nemours Co.的商标)片衬里以防止该膜粘于熨斗。此实施例的试验中采用以10mm和5mm间距穿孔的泡沫材料。将薄膜饰面的样品与去掉皮层的样品对比。在以10mm间距穿孔的泡沫材料样品情况下，试验包括一侧留有皮层的样品。所有样品的厚度都固定在35mm，用有薄膜或皮层的表面面对声源测定样品的吸音系数。吸音试验的结果示于表Ⅵ和图8中，图8中对比试验6.4和6.5的结果。
表Ⅵ
1正方形分布的孔间间距(mm)。
如表Ⅵ和图8中所示，附着薄膜显著地改善了泡沫材料在低频的吸音性能。在以5mm间距穿孔的泡沫材料样品的情况下，该薄膜在低于1000Hz的整个频率范围内使吸音性增强。
试验7作为W型低刚度异型材插入物的隔音性此试验中研究穿孔泡沫材料作为插入物用于双片隔板的隔音性。在CEBTP实验室中进行传声试验。CEBTP的传声降设备有55m3体积的声源和51m3的接收室。在36cm厚的分隔壁中间，设有宽0.96m、厚1.96m、从声源室看深12cm的开口。壁厚的其余部分中孔扩大至1.08m×2.06m尺寸，在此安装测试板。将1.05m×2.05m尺寸的板安装在此开口中。按ISO R717-1968中所述方法测量和计算通过安装在此开口中的板的传声损失。
实际上，将实施例1中制备的大泡孔聚乙烯泡沫材料用示于表Ⅶ中的所选针以所选孔分布图形穿孔。此试验中还包括隔音聚氨酯泡沫材料用于对比。如表Ⅵ的注释中所示将泡沫材料做成低刚度构型(W)。还试验平直的插入物(Ⅰ)用于泡沫材料材料对比。此实施例中用厚13mm的加压木板作为所有板的面板。用工业粘板胶将这些板粘在一起。壁和样品边缘之间的外围间隙填充纤维玻璃，然后用填缝料密封。
表Ⅶ
*不是本发明的实施例。
1W=有在接触面板的相对侧交替地由337mm间距(相同侧板条中点之间的距离)的40mm宽、7mm厚的板条支承的35mm厚泡沫材料芯的插入物(参见图11)。
I=54mm厚的平直板条芯(参见图9)。
2穿孔用针的直径(mm)。
3以正方形分布的穿孔间间距(mm)。
4按ASTM D-2856步骤C用直径45mm、长35mm的圆柱形样品测定的开孔含量(％)。
5在CEBTP测量的声降指数(分贝(A))。
通过板的传声损失数据以粉红噪音的A-加权声降指数示出。该数据一般以泡孔尺寸、针尺寸、和孔密度的顺序排列。考察该数据揭示影响隔音性的参数插入物构型；泡沫材料类型；开孔含量；和气流阻抗(孔密度和针尺寸)。低刚度芯构型(W)的泡沫材料芯提供的隔音性比平直的(Ⅰ)好得多(比较试验7.2和7.14)。在有W构型的穿孔泡沫材料中，开孔含量对隔音性的影响最大，然后是气流阻抗。穿孔至开孔含量大于90％的PEF2泡沫材料异型材的声降指数(SRI)在42至43dB(A)之间。尽管比聚氨酯泡沫材料稍低一点，但此性能相当令人满意。由含67-82％开孔的PEF2、PEF3和PEF4泡沫材料制成的泡沫材料样品显示SRI在40.0至41.2dB(A)的范围内。以10mm×10mm的图形穿孔的PEF4样品开孔含量为52-55％，临界SRI在37.6至39.1dB(A)的范围内。其中，用大针穿孔的样品产生较大的隔音性。小泡孔的PEF5记录了令人不满意的36.6dB(A)性能。
试验8作为U型低刚度异型材插入物的隔音性此试验中，将用2mm针以5mm×5mm图形穿孔的PEF2泡沫材料切成表Ⅷ的注释中所示不同低刚度泡沫材料构型，作为插入物用于双片隔板试验。构型(U)由在端部有40mm宽、7mm厚支承的42mm厚平直泡沫材料板条构成。通过与试验6中相同的步骤测试该U-型泡沫材料芯的隔音性能。数据示于表Ⅷ中。
表Ⅷ
1形状如图10中所示有42mm厚泡沫材料体和在端部的40mm宽、7mm厚的两个支承的1.05m宽插入物。
2穿孔用针的直径(mm)。
3以正方形分布的穿孔间间距(mm)。
4按ASTM D-2856步骤C用直径45mm、长35mm的圆柱形样品测定的开孔含量(％)。
5在CEBTP测量的声降指数。
可见以U型插入双片板时穿孔的大孔泡沫材料提供令人满意的隔音性能。
试验9吸水性从试验8中所用穿孔聚乙烯泡沫材料中切出12cm×12cm×3.5cm的样品，在普通自来水中浸泡约30秒。将试样从水中取出，表面水流尽之后称重。发现该样品比吸水之前的样品重10.5倍。水很容易从样品中挤出。试验结果显示这种穿孔的大孔泡沫材料可用于制备清洁垫中需要吸水性的材料。
试验10阻燃剂的浸渍由试验8中所用穿孔泡沫材料制备约31cm×53cm×1.25cm的泡沫材料样品。由Norfire AS of Norway提供的阻燃剂制备30％水溶液。该专有阻燃剂指示含12-15％硫酸铵、1-4％十水合四硼酸钠、1-4％氯化钠和1-4％磷酸钠。实际上，将泡沫材料样品浸入装在浅盘中的阻燃剂溶液中。观察到泡沫材料样品迅速吸收所述阻燃剂溶液。从溶液中取出时，该样品将所吸收的大多数溶液保留在其中。在试验号10.3中，从泡沫材料样品中挤出溶液。将浸渍溶液的样品称重，在环境温度下干燥4小时，然后在60℃的烘箱中过夜。干燥期间监测泡沫材料样品的重量。在试验10.2和10.3中，刮去松散地附着在泡沫材料样品表面的阻燃剂晶体，测量阻燃剂在泡沫材料中的最终保留量。使泡沫材料样品经极限氧指数(LOI)试验。如表Ⅸ中所示，泡沫材料样品吸收大量溶液，水较容易从开孔泡沫材料中干燥出。挤出溶液的样品(试验号10.3)显示在6小时(在环境温度下4小时，在60℃下2小时)的干燥过程中失去大多数吸收水。浸渍阻燃剂的泡沫材料表现出较高的LOI。
表Ⅸ
1否=未挤出溶液；是=施用后挤出溶液。
2泡沫材料体吸收的溶液量(g)。
3在环境温度下干燥4小时后泡沫材料体剩余的溶液量(g)。
4在60℃下干燥2小时后泡沫材料体剩余的溶液量(g)。
5在60℃下干燥4小时后泡沫材料体剩余的溶液量(g)。
6在60℃下干燥16小时后泡沫材料体剩余的溶液量(g)。
7刮去后泡沫材料体保留的最终固体阻燃剂量(g)。
8极限氧指数在试验条件下开始在室温下刚好支持物料燃烧的氧氮混合气中最低氧浓度(以％体积表示)。
实施例2此实施例中所用设备是构型与实施例1中所用基本相同的工业泡沫材料挤出线。该实施例中，由低密度聚乙烯树脂和该树脂与乙烯-苯乙烯共聚物(ESI)树脂的共混物制备另外三种大孔聚烯烃泡沫材料。所述聚乙烯树脂的熔体指数为1.8dg/min(190℃/2.16kg)，密度为0.923g/cm3。所用ESI树脂是The Dow Chemical Company用几何受限催化剂生产的INDEX DS 201牌树脂。约70/30苯乙烯/乙烯共聚物树脂的熔体指数(190℃/2.16kg)为1.1。由所述聚乙烯树脂和ES共聚物树脂的70/30共混物以及聚乙烯树脂制备泡沫材料。
泡沫材料挤出方法与实施例1中基本相同。此实施例中所制备的泡沫材料列于表Ⅹ中。所有泡沫材料的制备中均使用9.13pph的异丁烷作为发泡剂。如实施例1，加入少量甘油单硬脂酸酯以控制泡沫材料的尺寸稳定性。为制备聚乙烯泡沫材料(PEF6)和ESF1 PE/ESI共混物泡沫材料，以浓缩物形式(在相同的聚乙烯中50％滑石)加入少量滑石用于控制泡孔尺寸。有效的滑石含量为PEF6泡沫材料0.068pph,ESF1泡沫材料0.034pph。ESF2未加成核剂。
ESF1和ESF2泡沫材料均由相同的聚乙烯和ESI树脂的70/30共混物制备。三种泡沫材料中均掺入少量(0.05pph)抗氧化剂(Irganox1010,Ciba Geigy Corp.)。在冷却区温度约110℃和模头温度111℃下，三种配方都产生质量极好的泡沫材料。泡沫材料的横截面尺寸为厚约60mm，宽620mm。如表Ⅹ中所示，这些泡沫材料有约29-30kg/m3的密度和大泡孔尺寸。平均泡孔尺寸在5.6-6.7mm的范围内。
表Ⅹ
注释(1)至(5)=与表Ⅰ中相同。
试验11通过穿孔和压缩形成开孔将泡沫材料切成35mm厚的厚片，用2mm直径的针以10mm和5mm的间距穿孔。从所述厚片中钻出直径45mm的圆柱形样品。将孔间距5mm的样品之一压缩至其厚度的95％进一步形成开孔。所有压缩的泡沫材料都很好地恢复至接近其原厚度。用直径45mm、厚35mm的圆柱形样品测定开孔。按ASTM D-2856步骤C测定开孔含量。如表Ⅺ中所示，通过穿孔形成要求的高开孔量。由于以5mm间距穿孔已经产生在92-95％范围内的开孔含量，通过压缩进一步形成的开孔很少。正如预料的，泡孔比其余稍小的ESF1形成的开孔稍少一些。
表Ⅺ
(1)以10mm间距穿孔的泡沫材料体的开孔含量(％)(2)以5mm间距穿孔的泡沫材料体的开孔含量(％)(3)以10mm间距穿孔然后压缩至原厚度的95％的泡沫材料体的开孔含量(％)试验12机械和振动衰减特性测量穿孔泡沫材料的机械和振动衰减特性以知道该泡沫材料材料在夹芯板中作为插入物的适用性。用振动台测定动态刚度和损失因子。将直径10cm、厚35mm圆板型泡沫材料样品安装在振动台上。在样品上面负载相同直径的圆形刨花板。该刨花板的表面重量约10kg/m2。一个加速计连在振动台下面，另一个在刨花板上面配重。以任意频率振动所述振动台，用试验4中所用Brueel and Kjaer Model 3555信号分析仪由加速计的信号确定共振频率和衰减率。由共振频率计算动态刚度，由衰减率计算损失因子。泡沫材料的机械和振动性能示于表Ⅻ中。
表Ⅻ
注释ND=未测量。
(1)正方形分布的孔间间距(mm)。
(2)按ASTM D-3575测定的垂直方向压缩强度(kPa)。
(3)按ASTM D-3575测定的垂直方向压缩模量(kPa)。
(4)按ASTM D-3575测定的垂直方向断裂拉伸强度(kPa)。
(5)按ASTM D-3575测定的垂直方向拉伸模量(kPa)。
(6)按ASTM C-3575测定的垂直方向抗张伸长(％)。
(7)在10kg/m2的表面重量下用35mm厚的泡沫材料样品测量的动态刚度(百万牛顿/立方米)。
(8)在与测量动态刚度相同条件下测定的损失因子。
如该表中所示，这些泡沫材料有适用作夹芯板插入物的足够压缩强度和拉伸韧性。正如预料的，在ESI树脂中共混产生较软的泡沫材料。如伸长率较大所示，PE/ESI共混泡沫材料更坚韧。以5mm间距的较高密度穿孔导致压缩强度下降较小。穿孔密度越高，对动态刚度的影响越大。有利地，动态刚度的下降程度比压缩强度更大。所有泡沫材料均表现出良好的衰减特性，损失因子在0.35至0.48的范围内。由高衰减的ESI树脂预计，PE/ESI共混泡沫材料一般有比PE泡沫材料更高的损失因子，但在10mm间距孔泡沫材料之间的差很小。有趣的是PE/ESI共混泡沫材料随着穿孔增多损失因子有利地增加。相反，PE泡沫材料随着其中穿孔增多损失因子下降。
试验13吸音系数用试验4中所述装置按ASTM E-1050测量穿孔的大孔泡沫材料的吸音系数。如表ⅩⅢ中所示，聚合物组成对泡沫材料吸音能力影响较小。如前面所观察的，孔密度增高使吸音能力变差。以10mm间距穿孔的泡沫材料再一次证明大孔泡沫材料的良好吸音性能。
表ⅩⅢ
注释(1)以正方形分布的孔间间距(mm)。
(2)按ASTM E-1050测定的在250Hz频率下的吸音系数。
(3)按ASTM E-1050测定的在500Hz频率下的吸音系数。
(4)按ASTM E-1050测定的在1000Hz频率下的吸音系数。
(5)按ASTM E-1050测定的在2000Hz频率下的吸音系数。
(6)在低于1600Hz频率下的最大吸音系数。
(7)出现最大值时的频率。
权利要求
1．平均泡孔直径大于4mm的多孔热塑性聚合物泡沫材料。
2．平均泡孔直径大于2mm的多孔热塑性聚合物泡沫材料，其中多于50％的泡孔通过机械手段打开。
3．权利要求2的多孔热塑性聚合物泡沫材料，其中平均泡孔直径大于3mm。
4．权利要求3的多孔热塑性聚合物泡沫材料，其中平均泡孔直径大于4mm。
5．气流阻抗低于800 000Rayls/m且平均泡孔直径大于2mm的多孔热塑性聚合物泡沫材料，其中多于50％的泡孔通过机械手段打开。
6．权利要求5的多孔热塑性聚合物泡沫材料，其中平均泡孔直径大于3mm。
7．权利要求6的多孔热塑性聚合物泡沫材料，其中平均泡孔直径大于4mm。
8．权利要求5的多孔热塑性聚合物泡沫材料，气流阻抗低于400000Rayls/m。
9．权利要求6的多孔热塑性聚合物泡沫材料，气流阻抗低于400000Rayls/m。
10．权利要求7的多孔热塑性聚合物泡沫材料，气流阻抗低于400000Rayls/m。
11．权利要求5的多孔热塑性聚合物泡沫材料，气流阻抗低于100000Rayls/m。
12．权利要求6的多孔热塑性聚合物泡沫材料，气流阻抗低于100000Rayls/m。
13．权利要求7的多孔热塑性聚合物泡沫材料，气流阻抗低于100000Rayls/m。
14．权利要求5的多孔热塑性聚合物泡沫材料，气流阻抗低于50000Rayls/m。
15．权利要求6的多孔热塑性聚合物泡沫材料，气流阻抗低于50000Rayls/m。
16．权利要求7的多孔热塑性聚合物泡沫材料，气流阻抗低于50000Rayls/m。
17．一种多孔热塑性聚合物泡沫材料结构的制备方法，包括以下步骤a)提供平均泡孔直径为2-15mm的第一多孔热塑性聚合物泡沫材料结构，其中至少一部分泡孔为闭孔；和b)向所述第一热塑性聚合物泡沫材料结构的至少一表面的至少一些部分施加用于打开多孔热塑性聚合物泡沫材料中闭孔的手段，足以产生其中多于50％的泡孔已通过施加所述用于打开多孔热塑性聚合物泡沫材料中闭孔的手段打开的平均泡孔直径为2-15mm的多孔热塑性聚合物泡沫材料结构。
18．权利要求17的方法，其中所述第一多孔热塑性聚合物泡沫材料结构是大体闭孔的。
19．权利要求17的方法，其中所述第一多孔热塑性聚合物泡沫材料结构是大体开孔的。
20．权利要求17的方法，其中所述第一多孔热塑性聚合物泡沫材料结构平均泡孔直径为2-10mm。
21．权利要求20的方法，其中所述第一多孔热塑性聚合物泡沫材料结构平均泡孔直径为3-10mm。
22．权利要求21的方法，其中所述第一多孔热塑性聚合物泡沫材料结构平均泡孔直径为4-8mm。
23．权利要求17的方法，其中所述第一多孔热塑性聚合物泡沫材料结构由烯烃聚合物制备。
24．权利要求23的方法，其中所述烯烃聚合物选自乙烯聚合物、共聚物、或其共混物。
25．权利要求23的方法，其中所述烯烃聚合物为聚丙烯。
26．权利要求23的方法，其中所述烯烃聚合物为聚丙烯和乙烯-苯乙烯共聚物的共混物。
27．权利要求24的方法，其中所述烯属聚合物是低密度聚乙烯。
28．权利要求24的方法，其中所述烯属聚合物为低密度聚乙烯和乙烯-苯乙烯共聚物的共混物。
29．权利要求28的方法，其中所述乙烯-苯乙烯共聚物的苯乙烯含量为至少60％(重)。
30．权利要求28的方法，其中所述低密度聚乙烯和乙烯-苯乙烯共聚物的共混物含有至少50％(重)的低密度聚乙烯。
31．权利要求17的方法，其中所述多孔热塑性聚合物泡沫材料结构的多于70％的泡孔已通过施加所述用于打开多孔热塑性聚合物泡沫材料中闭孔的手段打开。
32．权利要求17的方法，其中所述多孔热塑性聚合物泡沫材料结构的多于90％的泡孔已通过施加所述用于打开多孔热塑性聚合物泡沫材料中闭孔的手段打开。
33．权利要求17的方法，其中所述多孔热塑性聚合物泡沫材料结构的气流阻抗低于800 000Rayls/m。
34．权利要求33的方法，其中所述多孔热塑性聚合物泡沫材料结构的气流阻抗低于400 000Rayls/m。
35．权利要求34的方法，其中所述多孔热塑性聚合物泡沫材料结构的气流阻抗低于100 000Rayls/m。
36．权利要求35的方法，其中所述多孔热塑性聚合物泡沫材料结构的气流阻抗低于50 000Rayls/m。
37．权利要求17的方法，其中所述开孔手段选自穿孔、切片、压缩、或其组合。
38．权利要求37的方法，其中所述开孔手段包括切片。
39．权利要求37的方法，其中所述开孔手段包括压缩。
40．权利要求39的方法，其中所述开孔手段是穿孔然后压缩。
41．权利要求37的方法，其中所述开孔手段包括穿孔。
42．权利要求41的方法，其中所述穿孔包括一或多个正方形图形。
43．权利要求41的方法，其中所述穿孔以一或多个三角形图形进行。
44．权利要求41的方法，其中所述开孔手段是压缩然后穿孔。
45．权利要求41的方法，其中所述穿孔以这样的方式进行以使所述穿孔之间的间距不大于所述第一多孔热塑性聚合物泡沫材料结构内泡孔平均直径的2倍。
46．权利要求45的方法，其中所述穿孔以这样的方式进行以使所述穿孔之间的间距不大于所述第一多孔热塑性聚合物泡沫材料结构内泡孔平均直径的1.5倍。
47．权利要求46的方法，其中所述穿孔以这样的方式进行以使所述穿孔之间的间距近似等于所述第一多孔热塑性聚合物泡沫材料结构内泡孔平均直径。
48．权利要求46的方法，其中所述穿孔以这样的方式进行以使所述穿孔之间的间距小于所述第一多孔热塑性聚合物泡沫材料结构内泡孔平均直径。
49．权利要求41的方法，其中所述穿孔包括用一或多个锐利物刺穿所述第一多孔热塑性聚合物泡沫材料结构。
50．权利要求49的方法，其中所述锐利物选自针、销钉、大头针、或钉子。
51．权利要求48的方法，其中所述穿孔可包括通过钻、激光切削、高压流体切削、气枪、或射弹刺穿所述第一多孔热塑性聚合物泡沫材料结构。
52．权利要求1的泡沫材料，还包含阻燃剂。
53．权利要求1的泡沫材料，其中所述泡沫材料制成有低动态刚度的异型件。
54．权利要求1的泡沫材料，其中所述泡沫材料由烯烃聚合物制备。
55．权利要求54的泡沫材料，其中所述烯烃聚合物选自烯属聚合物、共聚物、或其共混物。
56．权利要求54的泡沫材料，其中所述烯烃聚合物为聚丙烯。
57．权利要求54的方法，其中所述烯烃聚合物为聚丙烯和乙烯-苯乙烯共聚物的共混物。
58．权利要求55的方法，其中所述烯属聚合物为低密度聚乙烯。
59．权利要求55的方法，其中所述烯属聚合物为低密度聚乙烯和乙烯-苯乙烯共聚物的共混物。
60．权利要求59的方法，其中所述乙烯-苯乙烯共聚物的苯乙烯含量为至少60％(重)。
61．权利要求5的方法，其中所述低密度聚乙烯和乙烯-苯乙烯共聚物的共混物含有至少50％(重)的低密度聚乙烯。
62．权利要求53的泡沫材料，其中所述异型件由相同或不同多孔热塑性聚合物泡沫材料窄条交替地连接在泡沫材料芯的相对两侧的多孔热塑性泡沫材料芯组成。
63．权利要求62的泡沫材料，其中所述多孔热塑性聚合物泡沫材料窄条中点之间的距离为至少250mm。
64．权利要求63的泡沫材料，其中在所述泡沫材料芯的同一侧所述多孔热塑性聚合物泡沫材料窄条中点之间的距离为300-600mm。
65．权利要求53的泡沫材料，其中所述异型件由在所述泡沫材料芯的两端相同或不同多孔热塑性泡沫材料结构窄条连接在同侧的多孔热塑性泡沫材料芯组成。
66．权利要求65的泡沫材料，其中所述窄条中点之间的距离为至少350mm。
67．权利要求66的泡沫材料，其中所述窄条中点之间的距离在450-600mm之间。
68．权利要求2的泡沫材料，其中所述泡沫材料制成低动态刚度的异型件。
69．权利要求68的泡沫材料，其中所述异型件由相同或不同多孔热塑性聚合物泡沫材料窄条交替地连接在泡沫材料芯的相对两侧的多孔热塑性泡沫材料芯组成。
70．权利要求69的泡沫材料，其中所述多孔热塑性聚合物泡沫材料窄条中点之间的距离为至少250mm。
71．权利要求70的泡沫材料，其中在所述泡沫材料芯的同一侧所述多孔热塑性泡沫材料窄条中点之间的距离为300-600mm。
72．权利要求68的泡沫材料，其中所述异型件由在所述泡沫材料芯的两端相同或不同多孔热塑性泡沫材料结构窄条连接在同侧的多孔热塑性泡沫材料芯组成。
73．权利要求72的泡沫材料，其中所述窄条中点之间的距离为至少350mm。
74．权利要求73的泡沫材料，其中所述窄条中点之间的距离在450-600mm之间。
全文摘要
提供具有适用于要求高的应用的隔音性的热塑性聚合物泡沫材料，它有机械强度、可经济地生产、且水解稳定。还提供这些泡沫材料的制备方法。该泡沫材料适用于音响处理、减震包装、过滤和流体吸收，表现出一或多种以下性质1)平均泡孔尺寸大于约2mm；2)大体开孔结构；和3)连接泡孔的较大孔。为使泡沫材料具有消音性，该泡沫材料应具有大体的开孔结构和相对较低的气流阻抗。通过机械地打开平均泡孔尺寸大于约2mm的泡沫材料制备有大体的开孔结构和较低气流阻抗的泡沫材料。多数情况下，此机械开孔产生连接泡孔的较大孔。
文档编号B29C44/34GK1318078SQ99810985
公开日2001年10月17日 申请日期1999年5月27日 优先权日1998年9月17日
发明者C·P·朴 申请人:陶氏化学公司