专利名称：制备热塑性树脂制品的方法
技术领域：
本发明涉及制备热塑性树脂制品的方法。
背景技术：
由成型发泡热塑性树脂片材制备的发泡制品具有优良的轻便性、再循环利用性、绝热性等，因此，被用于各种应用，如汽车部件和建筑或施工材料。由其上局部支持或熔合有不发泡热塑性树脂功能构件如肋条、轮毂、和吊钩的这样的发泡制品组成的热塑性树脂制品还可用作汽车的内部部件等。至于制备这样的热塑性树脂制品的方法，已知有一种包括以下步骤(1)-(4)的方法(参见，例如JP 2001-121561 A)(1)提供预先在一对模具之间的预定形状中成型的发泡热塑性树脂片材的步骤，其中模具中的至少一个具有凹部，凹部具有将要形成的功能构件的形状；(2)闭合模具，用发泡热塑性树脂片材密封凹部开口的步骤；(3)将熔融热塑性树脂通过具有凹部的模具备有的导管进料到凹部，使得在保持模具闭合并且保持凹部开口被发泡热塑性树脂片材密封的同时将热塑性树脂引导至凹部，从而将热塑性树脂和发泡热塑性树脂片材熔合形成热塑性树脂制品的步骤；和(4)冷却步骤(3)中形成的热塑性树脂制品并且将其从模具中取出的步骤。
但是，在上述常规方法中，当要制备具有复杂构造的热塑性树脂制品时，例如当制品中熔合功能构件的部分具有曲面时，进料用于形成功能构件的熔融热塑性树脂可能从模具中的凹部渗漏出来。
发明内容
本发明提供用于制备热塑性树脂模塑制品的方法，所述热塑性树脂模塑制品包括以预定形状成型的发泡热塑性树脂片材和热塑性树脂的功能构件，该功能构件局部地位于发泡片材上并且与其熔合成为具有没有树脂溢料的良好外观的制品。
本发明提供一种制备热塑性树脂制品的方法，所述热塑性树脂制品包括以预定形状成型的发泡热塑性树脂片材和热塑性树脂的功能构件，该功能构件局部地位于发泡片材上并且与发泡片材熔合，其中该方法包括以下步骤(1)使预定形状的发泡热塑性树脂片材与模具的模塑面接触的步骤，所述模具中有用于将功能构件成型的凹部，其中将所述模具设计为可以通过其进行抽气；(2)通过模具开始抽气，从而将发泡热塑性树脂片材粘附在模具上以便密封凹部的步骤；(3)在通过模具抽气开始的同时或之后，通过在模具中提供的导管向所述的凹部中进料熔融热塑性树脂以引导至凹部，从而将熔融热塑性树脂和发泡热塑性树脂片材熔合形成热塑性树脂制品的步骤；(4)在熔融热塑性树脂的进料停止的同时或之后，停止抽气并且取出热塑性树脂制品的步骤。
通过使用本发明的制备热塑性树脂制品的方法，所述热塑性树脂制品包括以预定形状成型的发泡热塑性树脂片材和局部地位于发泡片材上并且与发泡片材熔合的热塑性树脂的功能构件，即使当要制备具有复杂构造的热塑性树脂制品时，例如当制品中熔合功能构件的部分具有曲面时，也可以在不出现树脂渗漏的情况下制备具有良好外观的热塑性树脂。
图1示意性地图示了本发明用于制备热塑性树脂制品的的方法。
图2示意性地图示了用于制备热塑性树脂制品的常规方法。
图3-(a)是具有肋条的车门装饰件(后表面)的平面图。图3-(b)是沿着图3-(a)中A-A’线的横截面。
附图中的符号的含义如下
1以预定形状成型的发泡热塑性树脂片材；2夹钳；3模具；4导管；5凹部；6功能构件(肋条)；7热塑性制品(车门装饰件)。
具体实施例方式
本发明中使用的模具是这样一种模具，通过该模具可以进行抽气，并且该模具具有用于将其中的功能构件成型的凹部。所述模具可以是凸形模具、凹形模具、扁平模具等。只要求模具的模塑面具有这样一种构造以便当进行抽气或供应压缩空气时，事先以预定形状成型的发泡热塑性树脂片材至少粘附到围绕凹部的模塑面的区域上。在典型的情况下，使用的是模塑面构造与用于将发泡热塑性树脂片材塑造成预定形状的模具的模塑面构造相同的模具。
本发明中，根据将要形成的一种或多种功能构件的数量和形状，使用配备有一个或适当数量的具有适当形状的凹部的模具。所述模具中拥有用于将熔融热塑性树脂进料到凹部的导管。将进料到凹部中的熔融热塑性树脂冷却以形成功能构件。本发明中制备的热塑性树脂制品中的功能构件是一种突出地形成在发泡热塑性树脂片材上的部件。对功能构件的位置和数量没有特别限制。功能构件的具体实例包括具有加强热塑性树脂制品功能的肋条，以及具有将热塑性树脂制品连接在另一元件上的功能的轮毂、夹具、吊钩等。
本发明中，使用通过其可以进行抽气的模具，如具有这样一种模塑面的模具，所述模塑面的至少部分由烧结合金组成，和具有这样一种模塑面的模具，所述模塑面至少在其受限制部分拥有一个或多个通孔。对模具拥有的通孔的位置和直径没有特别限制。但是，接近凹部处形成一个或多个抽气孔是适宜的。
在凹部的壁(侧壁、底部或者两种)中形成抽气孔也是适宜的。在这种情况下，通过在熔化的热塑性树脂进料到凹部中的过程中经过凹部壁中的抽气孔抽气，可以使热塑性树脂容易进料到凹部中并且还可以降低将热塑性树脂进料到凹部中所需的注射压力。结果，可以制造具有良好外观的产品。
对模具的材料没有特别限制，但是从尺寸稳定性和耐用性考虑，它们典型地由金属制成。从成本和重量考虑，优选模具由铝或不锈钢制成。优选将模具构造为具有能够通过金属或陶瓷杆状加热器或加热介质来控制其温度。在热塑性树脂制品的制备过程中，模具模塑面的温度优选为30至80℃，更优选为50至60℃。
下面将参考图1描述本发明制备热塑性树脂制品的方法。
在步骤(1)中，将事先以预定形状成型的发泡热塑性树脂片材与模具的模塑面接触，所述模具中有用于将功能构件成型的凹部，其中将所述模具设计为可以通过其进行抽气。图1-(1)显示了发泡热塑性树脂片材已经与模具的模塑面接触的状态。
在之后的步骤(2)中，开始通过模具抽气，从而将发泡热塑性树脂片材粘附在模具上以便密封凹部。图1-(2)显示了发泡热塑性树脂片材粘附在模具上并且模具中的凹部已经被密封的状态。对抽气程度没有限制。适宜的是抽气使得模具和将安放的发泡片材之间的真空度在-0.05至-0.1MPa范围内。所述的真空度是模具和发泡片材之间空间中相对于大气压的压力。例如，“真空度为-0.05MPa”是指模具和发泡片材之间空间中的压力比大气压低0.05MPa。模具和发泡片材之间空间中的真空度是在形成与模具中的抽气导管的开口处测量的。
在步骤(3)中，在步骤(2)中开始抽气之后，通过在模具中提供的导管向所述的凹部中进料熔融热塑性树脂以引导至凹部。从而将熔融热塑性树脂和发泡热塑性树脂片材熔合形成热塑性树脂制品。图1-(3)显示了熔融热塑性树脂已经通过提供在模具中用以导向凹部的导管进料到凹部，同时发泡热塑性树脂片材保持粘附在模具上，并且熔融热塑性树脂已经和发泡热塑性树脂片材熔合的状态。还可以在步骤(2)中开始通过模具抽气的同时将熔融热塑性树脂进料至模具的凹部。通过将熔融热塑性树脂进料至模具的凹部同时保持发泡片材粘附在模具上，即使当发泡片材具有复杂构造，因此很难粘附到模具上时，也可以在不出现树脂从凹部渗漏的情况下将熔融热塑性树脂和发泡片材熔合。
在熔融热塑性树脂的进料停止的同时或之后，停止抽气并且取出获得的制品。图1-(4)显示了已经将制品从模具中取出的状态。
本发明中，进料到凹部用于形成功能构件的热塑性树脂实例包括烯烃-基树脂，如含有2至6个碳原子的烯烃的均聚物，所述烯烃例如乙烯、丙烯、丁烯、戊烯和己烯；通过两种或多种单体的共聚而制备的烯烃共聚物，所述单体选自含有2至10个碳原子的烯烃；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；苯乙烯类树脂；丙烯酸类树脂；丙烯腈-基树脂和离子键树脂。用于形成功能构件的树脂可以由单种树脂组成，或者由两种或多种树脂的共混物组成。从可成型性、耐油性和成本考虑，优选使用烯烃-基树脂。从得到的功能构件的刚性和耐热性考虑，特别优选丙烯-基树脂。在使用聚丙烯树脂的情况下，从树脂的流动性和得到的功能构件的强度考虑，优选使用熔体流动速度为50至100g/10min的树脂。
进料到凹部用于形成功能构件的热塑性树脂可以含有发泡剂。当使用含有发泡剂的热塑性树脂时，形成的是发泡功能构件。至于发泡剂，可以使用化学发泡剂或物理发泡剂中的任一种。此外，可以将两类发泡剂一起使用。化学发泡剂的实例包括已知的热分解性化合物，如通过它们的分解生成氮气的热分解性发泡剂(例如，偶氮二甲酰胺、偶氮双异丁腈、二亚硝基五亚甲基四胺、对甲苯磺酰肼、对，对’-氧基-双(苯磺酰肼))；以及热分解性无机发泡剂(例如碳酸氢钠、碳酸铵和碳酸氢铵)。物理发泡剂的具体实例包括丙烷、丁烷、水和二氧化碳气体。优选使用热分解性发泡剂。特别优选使用偶氮二甲酰胺和碳酸氢钠的混合物，因为使用这种混合物容易形成具有高膨胀比的功能构件。可以通过常规方法将发泡剂与热塑性树脂混合。发泡剂的用量是基于发泡剂和使用的树脂的种类而适当确定的，以达到所需的膨胀比。但是，对于100重量份的热塑性树脂，通常使用0.5至20重量份的发泡剂。
进料到凹部的热塑性树脂可以含有添加剂。添加剂的实例包括填料、抗氧化剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、增塑剂、抗静电剂、着色剂、防粘剂、流化剂和润滑剂。填料的具体实例包括无机纤维，如玻璃纤维和碳纤维，以及无机粒子，如滑石、粘土、硅石、二氧化钛、碳酸钙和硫酸镁。为了提高功能构件的强度或者减小热塑性树脂在其模塑过程中的收缩，将5至30重量％的滑石或玻璃纤维与热塑性树脂结合是适宜的。
本发明中，使用的是已经用常规技术以预定形状成型的发泡热塑性树脂片材，所述常规技术如挤压成形、真空成形、压力成形、真空-压力成形等。尽管在膨胀率和厚度方面对发泡热塑性树脂片材没有特别限制，但是典型使用的是膨胀比为2至10并且厚度为1至10mm的发泡片材。
用于形成本发明中使用的发泡热塑性树脂片材的热塑性树脂的实例包括烯烃-基树脂，如含有2至6个碳原子的烯烃的均聚物，所述烯烃例如乙烯、丙烯、丁烯、戊烯和己烯，通过两种或多种单体的共聚而制备的烯烃共聚物，所述单体选自含有2至10个碳原子的烯烃；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；苯乙烯-基树脂；丙烯酸类树脂；丙烯腈-基树脂和离子键树脂。这些树脂可以单独使用或者它们的两种或多种组合使用。从可成型性、耐油性和成本考虑，优选使用烯烃-基树脂。从得到的制品的刚性和耐热性考虑，特别优选丙烯-基树脂。
丙烯-基树脂的实例包括丙烯均聚物和至少含有50摩尔％丙烯单元的丙烯-基共聚物。共聚物可以是嵌段共聚物、无规共聚物和接枝共聚物。适合采用的丙烯-基共聚物的实例包括丙烯和乙烯或者含有4至10个碳原子的α-烯烃的共聚物。含有4至10个碳原子的α-烯烃的实例包括1-丁烯、4-甲基戊烯-1、1-己烯和1-辛烯。优选丙烯-基共聚物中丙烯以外的单体单元的含量为乙烯最高为15摩尔％，含有4至10个碳原子的α-烯烃最高为30摩尔％。可以使用单一种类的丙烯-基树脂。备选地，还可以将两种或多种丙烯-基树脂组合使用。
当长链支化丙烯-基树脂或者重均分子量大于等于1×105的丙烯-基树脂的用量大于等于形成发泡层的热塑性树脂的50重量％时，可以制备具有细小泡孔的发泡丙烯-基树脂。在这样的丙烯-基树脂中，优选使用非交联的丙烯-基树脂，因为在再循环过程形成较少的凝胶。
此处使用的长链支化丙烯-基树脂是指支化指数[A]满足0.20≤[A]≤0.98的丙烯-基树脂。
支化指数[A]满足0.20≤[A]≤0.98的长链支化丙烯-基树脂的一个实例是Basell Co.制备的Propylene PF-814。
支化指数定量表示聚合物中长链支化程度，并且由下式定义支化指数[A]＝[η]Br/[η]Lin
式中，[η]Br是长链支化丙烯-基树脂的特性粘度。[η]Lin是线性丙烯-基树脂的特性粘度，所述线性丙烯-基树脂由与长链支化丙烯-基树脂的单体单元相同的单体单元组成，并且其重均分子量与长链支化丙烯-基树脂的重均分子量相同。
特性粘度，也称作极限粘度值，是聚合物提高其溶液的粘度的能力的度量。特性粘度具体取决于分子量和聚合物分子的支化程度。因此，长链支化聚合物的特性粘度与分子量等于长链支化聚合物的分子量的线性聚合物的特性粘度的比率可以用作长链支化聚合物支化程度的一个度量。丙烯-基树脂的特性粘度的测定方法可以是常规已知的方法，如Elliott等在J.Appl.Polym.Sci.，14，2947-2963(1970)中所述的方法。例如，可以通过将丙烯-基树脂溶解在四氢化萘或邻二氯苯中，在135℃下测量特性粘度。
可以采用通常使用的各种方法测定丙烯-基树脂的重均分子量(Mw)。特别优选采用的是M.L.McConnel在American Laboratory，May，63-75(1978)报道的方法，即低角激光散射强度测量方法。
通过聚合制备重均分子量大于等于1×105的高分子量丙烯-基树脂的方法的一个实例是如JP 11-228629 A中所述的，其中首先制备高分子量组分，然后制备低分子量组分的方法。
长链支化丙烯-基树脂和高分子量丙烯-基树脂中，优选的是单轴熔体拉伸粘度比η5/η0.1大于等于5、更优选大于等于10的丙烯-基树脂，所述的单轴熔体拉伸粘度比η5/η0.1是在下面所给的条件下在比树脂熔点高约30℃的温度下测量的。单轴熔体拉伸粘度比η5/η0.1是使用单轴拉伸粘度分析仪(例如，Rheometrix制造的单轴拉伸粘度分析仪)在1sec-1的拉伸应变率下测量的数值，其中η0.1表示在开始拉紧后0.1秒检测的单轴熔体拉伸粘度，η5表示在开始拉紧后5秒检测的单轴熔体拉伸粘度。通过使用具有这种单轴拉伸粘度性质的丙烯-基树脂，可以制备具有更微小泡孔的发泡片材。
至于发泡片材的制备中使用的发泡剂，可以使用化学发泡剂或物理发泡剂中的任一种。此外，可以将两类发泡剂一起使用。化学发泡剂的实例包括已知的热分解性化合物，如通过它们的分解生成氮气的热分解性发泡剂(例如，偶氮二甲酰胺、偶氮双异丁腈、二亚硝基五亚甲基四胺、对甲苯磺酰肼、对，对’-氧基-双(苯磺酰肼))；以及热分解性无机发泡剂(例如碳酸氢钠、碳酸铵和碳酸氢铵)。物理发泡剂的具体实例包括丙烷、丁烷、水和二氧化碳气体。在上面作为实例提供的发泡剂中，适合采用水和二氧化碳，因为发泡片材由在真空成形的加热过程中二次发泡造成的变形较小，而且这些试剂是在高温条件下惰性且不燃烧的物质。发泡剂的用量是基于发泡剂和使用的树脂的种类而适当确定的，以达到所需的膨胀比。但是，对于100重量份的热塑性树脂，典型地使用0.5至20重量份的发泡剂。
对以预定限制成型的发泡热塑性树脂片材的制备方法没有限制。但是，使用扁平模头(T模头)或圆口模头的挤出成形法是优选的。特别优选的是这样一种方法，其中将熔融树脂挤出并且同时通过圆口模头发泡，然后将挤出物拉伸并在模芯等上冷却。当通过挤出制备发泡片材时，还可以将熔融树脂通过模头挤出、冷却至凝固，然后拉伸。所述发泡片材可以是单层或多层片材中的任一种。但是，为了防止泡孔在片材制备过程中爆裂，优选具有不发泡表面层的多层结构的发泡片材。用于形成不发泡层的树脂可以是作为形成发泡层的树脂的实例而提供的树脂。不发泡层的树脂适宜为和形成发泡层的树脂种类相同的树脂。例如，当发泡层由丙烯-基树脂制成时，则不发泡层也由丙烯-基树脂制成是适宜的。
用于本发明的以预定限制成型的发泡热塑性树脂片材还可以是通过将单层或多层发泡片材与另一材料层压而制备的复合片材。这样的复合片材是通过以下层压方法将发泡片材与另一材料层压，然后成型为预定的形状，所述的压方法为干法层压、夹心层压、加热辊层压、热空气层压等。
将要层压到发泡片材上的材料是起到装饰、加强或保护发泡片材作用的材料，如机织织物、无纺织物、片材、膜、泡沫塑料、网等形式的材料。这样的材料可以由例如以下制成热塑性树脂如烯烃-基树脂、氯乙烯-基树脂和苯乙烯-基树脂，橡胶或热塑性弹性体如聚丁二烯和乙烯-丙烯共聚物，以及纤维素纤维如棉、麻和竹。这些材料的应用形式可以是不均匀图案如颗粒图案，印刷或染色，并且可以是单层结构或多层结构中的任一种。
用于本发明的发泡热塑性树脂片材可以含有添加剂。添加剂的实例包括填料、抗氧化剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、增塑剂、抗静电剂、着色剂、防粘剂、流化剂和润滑剂。填料的具体实例包括无机纤维，如玻璃纤维和碳纤维，以及无机粒子，如滑石、粘土、硅石、二氧化钛、碳酸钙和硫酸镁。
通过使用本发明而制备的热塑性树脂制品可用作包装材料如食品容器、汽车内部部件、建筑或施工材料以及家用电器。汽车内部部件包括车门装饰件、车厢顶棚材料、车尾行李箱侧板等。由用本发明方法制备的具有作为功能构件的肋条的热塑性树脂制品组成的汽车内部部件具有高强度。用本发明方法制备的具有作为功能构件的轮毂或钩子的热塑性树脂制品可以容易地连接到其它汽车部件上。
实施例下面将参考实施例解释本发明。但是，本发明不限于这些实施例。
通过使用设计用于将发泡片材成型为车门装饰件形状的阴模和插塞，将膨胀比为3并且厚度为3mm的发泡聚丙烯片材(Sumika Plastech Co.，Ltd.制造的SUMICELLER)成型为车门装饰件形状。使用得到的以车门装饰件形状成型的发泡聚丙烯片材(1)，采用图1所示的方法制备热塑性树脂制品。以下程序中使用的模具(3)是具有形状与用于塑造发泡片材(1)的阴模的模塑面相同的模塑面，并且能够形成车门装饰件背面的模具。模塑面具有抽气孔和用于形成作为功能构件的宽2.5mm、高10mm的肋的凹部(5)。模具中具有导管(4)，通过该导管可以将熔融热塑性树脂进料到凹部。在模具(3)使用的同时将其调节到60℃。
将以车门装饰件形状成型的发泡片材(1)固定在装备有挤出机的真空成形机(Satoh Machinery works，Co.，Ltd.制备的VAIM0301)的夹钳中。使模具(3)与保持在夹钳中的由发泡片材(1)制成的车门装饰件背面接触。进行通过模具(3)的抽气。如此，将发泡片材(1)粘附到模具(3)上，使其密封凹部，并且将模具和发泡片材之间的真空度调节到-0.09MPa。抽气开始后5秒，通过模具(3)的导管(4)在15秒内将240℃的熔融热塑性树脂(NOBLENAX568，Sumitomo Chemical Co.，Ltd.制备的聚丙烯；MI＝65g/min)进料到凹部。从而用熔融热塑性树脂填满凹部。在熔融热塑性树脂进料完成5秒后，停止抽气，并且通过冷却风扇吹扫空气以冷却得到的制品，然后将其取出。切除不必要的尾部，从而制备出图3所示的具有肋条的车门装饰件。在肋条的结合处没有出现树脂渗漏，并且得到的车门装饰件具有优异的外观。
通过使用与实施例1相同的发泡片材、热塑性树脂和模具，但是不进行通过模具的抽气，制备车门装饰件。其略图示于图2。
将事先以车门装饰件形状成型的发泡聚丙烯片材(1)固定在真空成形机(3)的夹钳(2)中并且使模具(3)与夹钳中的车门装饰件背面接触。通过模具(3)的导管(4)在15秒内将240℃的熔融热塑性树脂进料到凹部。从而用熔融热塑性树脂填满凹部。通过冷却风扇吹扫空气以冷却得到的制品。打开模具并取出制品。切除不必要的尾部，从而制备出具有肋条(6)的车门装饰件(7)。在得到的具有肋条的车门装饰件中，在肋条的结合处有树脂渗漏。
权利要求
1.一种制备热塑性树脂制品的方法，所述热塑性树脂制品包括以预定形状成型的发泡热塑性树脂片材和热塑性树脂的功能构件，该功能构件局部地位于发泡片材上并且与发泡片材熔合，其中所述方法包括以下步骤(1)使预定形状的发泡热塑性树脂片材与模具的模塑面接触的步骤，所述模具中有用于将功能构件成型的凹部，其中将所述模具设计为可以通过其进行抽气；(2)通过模具开始抽气，从而将发泡热塑性树脂片材粘附在模具上以便密封凹部的步骤；(3)在通过模具抽气开始的同时或之后，通过在模具中提供的导管向所述的凹部中进料熔融热塑性树脂以引导至凹部，从而将熔融热塑性树脂和发泡热塑性树脂片材熔合形成热塑性树脂制品的步骤；(4)在熔融热塑性树脂的进料停止的同时或之后，停止抽气并且取出热塑性树脂制品的步骤。
全文摘要
公开了一种制备热塑性树脂制品的方法，所述热塑性树脂制品包括以预定形状成型的发泡热塑性树脂片材和热塑性树脂的功能构件，该功能构件局部地位于发泡片材上并且与发泡片材熔合。在所述方法中，使用其中具有用于将功能构件成型的凹部的模塑面的模具。通过抽气将发泡热塑性树脂片材粘附在模塑面上以便用发泡片材密封凹部。然后将熔融热塑性树脂进料到凹部。从而熔融热塑性树脂和发泡片材熔合形成热塑性树脂制品。
文档编号B29C45/14GK1810482SQ200610006200
公开日2006年8月2日 申请日期2006年1月23日 优先权日2005年1月25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