专利名称：发泡塑料产品射出成型的方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及发泡塑料产品的成型方法及其设备。
背景技术：
化学发泡剂或物理发泡剂之一与熔融聚合物母体混合，可制造聚合物的发泡产品。例如使用一般是低分子量有机化合物的化学发泡剂与熔融聚合物混合，并加热至一临界温度上释放至少一种气体，以制造聚合物的发泡产品。而物理发泡剂在大气环境下基本上为气体，在加工过程中被引入与熔融聚合物混合，或在压力下成为聚合物蕴含的一种成份，以制造聚合物的发泡产品。早期发泡技术制造的聚合物发泡产品常具有相对大的空隙 或气室，亦即，其气室尺寸大于100微米，且在发泡产品中有非一致的气室尺寸分布与较低的气室密度。为了获得更强健与更轻的发泡产品，而有各种获得更小气室尺寸与更高气室密度的发泡成型加工技术被揭露。有研究表明，为降低气室尺寸与增加气室密度，混合熔融聚合物与物质的超临界流体状态，形成一相互溶解的单相溶液，而后在单相溶液上引起热力学的不稳定，以诱导其气室成核发生。已知传统上，各种发泡加工技术以引起单相溶液上的热力学不稳定，获得发泡产品。例如，挤塑、注塑、模塑之类的发泡加工技术。其中，单相溶液上的成核作用，可视为超临界流体的分子进入在聚合物中带有清楚分界的稳定气穴的族群转变。透过引起热力学的不稳定，在一单相溶液上取得一极高比率的气室成核作用，是获得高气室密度的关键之一。对引起一热力学的不稳定，可透过迅速改变压力、温度或两者。因在一熔融聚合物内的超临界流体的溶解度，随压力和温度而变。在古典成核作用理论中，气室成核作用率将随压降速率的增加而增加。因此，透过使单相溶液遭受一迅速压降，促进一高气室成核作用比率。理想上，希望压降瞬间产生，但这是不可能的。实际上，压降必须经过一有限的时间段。越更迅速的压降引起更大的热力学不稳定，使越更大数量的气室被成核；而微孔材料上的更高气室密度，一般对应至更小气室尺寸。在一些研究中揭示超临界流体在单相溶液内的最大可溶总数量，取决施加于单相溶液上的工作压力和温度。例如在相同温度下更高压力可促进超临界流体的更大最大可溶总数量。而且，在相同的压力和温度条件下的单相溶液，在相同成核条件下，当单相溶液中含较少的发泡剂溶解度时，所生成的聚合物发泡产品中气室密度也较少。因而，溶融聚合物中超临界流体的闻溶解度，是获得闻气室密度的另一关键。显然提高施加在单相溶液上的压力，可提高聚合物混合物内超临界流体的溶解度，及易于获得更为巨大的压降速率以提升成核过程中的热力学不稳定，利于提高发泡产品内的气室成核数量与获得更为强健的微孔发泡产品。习知的发泡塑料产品射出成型方法成核区都被设计在喷嘴外，这里是料液的压降最大的地方，此外为了保证进入模具的料液的成核状态尽量稳定，成核区也需要靠近模具。
该方法存在以下缺点1.注射只能提供短时间高压，成核区的压降速率难以长时间保持稳定，加工大质量的产品难度较大，因为大质量产品的料液量大，不能在短时间内注射完毕，因而难以确保产品各部分的料液成核情况前后一致；2.产品咋模具内成型之初需要保压，因此需要采用特殊设计的模具，模具上需要带保压装置，增加了生产成本。对注射之类的不连续发泡成型加工过程，常使用一额外的带有柱塞的单相溶液蓄积器，在压挤加工过程中生产的单相溶液被注射前，在高压下蓄积足够注射所需的单相溶液，而后藉由注射产生瞬间的更大高压提供更为巨大的压降速率。此额外蓄积器常作为注射前的单相溶液的适当冷却，以 利于泡孔固定。然而，对注塑之类的不连续发泡加工过程，其工艺使聚合物材料输入周期性停顿，而不利于发泡剂与聚合物的稳定混合比例。例如当聚合物材料输入停顿时，在发泡剂引入口附近的熔融聚合物，因长时间的驻留而易含有较高剂量的发泡剂，使导致引入的发泡剂在混合物中的不均匀分布；此可能使混合物的粘度变动而不利于生产发泡产品的工艺控制。而且，发泡剂在混合物中的不均匀分布，不利于发泡产品的一致性。为解决注射机构的周期性的塑料输入停顿而导致发泡剂在塑料中的不均匀分布，中国专利第97111630. X号公布了一种注射发泡成型的热塑性树脂产品及其生产方法，将发泡剂的引入与溶解操作从注射与成型操作中分离，使挤压筒内的压力得到较好的保持，以获得较稳定的发泡剂计量，从而得到气体发泡剂与塑料的稳定混合比例。实施该方法的例示系统中，包括连接有输气装置、料斗、加热装置的加料筒，加料筒内设有与旋转驱动机构连接的螺杆，加料筒的前端分别与两个出料筒的内腔连通，作为储料室的出料筒的内腔与射嘴连通，且有阀门控制射嘴的打开或关闭，并于射嘴打开时连通储料室与模具的模腔。而且，每个出料筒可分别对应一个模具，或是全部的出料筒同时对应一个模具。其中，加料筒内的螺杆，一般包括进料、传输、发泡剂引入、混合、与计量部分。图I为上述系统的概要示意显示。其工作过程是料斗109中的颗粒状聚合物进入作为加料筒的一具有螺杆的加工装置101中加热成熔融状态，并与引入作为发泡剂的超临界流体混合且在进入冷却步骤前相互溶解，使料液形成一种非成核、均质、流体、单相的溶液；来自加料筒中的料液通过连接通道102经由开关103被可选择的加入配备柱塞的出料筒108的其中之一，在作为注射器的出料筒108前的开关103可作为该选择作用之用，连接信道102中可安置静态混合器；当料液经由开关103对出料筒108的其中之一计量加料时，引起该其中之一的出料筒108的柱塞后退，通过控制柱塞以促使料液保持在相互溶解状态；当该其中之一的出料筒计量完成后，接着注射至模具中成型；在该其中之一的出料筒注射的同时，开关103对该其中之一的出料筒闭合而对另一出料筒连通以计量加料，当该另一出料筒计量完成后，接着注射至模具中成型；在该另一出料筒注射的同时，开关103对该另一出料筒闭合而对原先的该其中之一的出料筒连通以计量加料；如此交替加料、注射，在短时间内连续生产注射成型的微孔发泡产品。此种系统结构，使注射时的压力波动可不影响到发泡剂的引入。此方法存在以下缺点1、当料液中具有高浓度的发泡剂时，为获得由加料筒101进入出料筒108的单相、非核、均匀的料液，加料筒内必须提供远高于发泡剂临界压力的背压；因而导致将发泡剂注入加料筒内的注入压力升高，注入难度加大，成本上升。2、为提供足够高的出料筒内的持续压力，以保持出料筒内的高浓度发泡剂的溶解，使有利于提高气室成核的数量，加料筒内需要很高的压力才能将料液注入到出料筒中，因而增大加料螺杆的阻力、造成机筒的承压大，成本高。对获得更高气室密度的聚合物发泡产品，传统上已知热力学的不稳定与超临界流体在聚合物内的溶解度是两个主要关键。相对于挤塑之类的连续发泡加工技术，上述注塑之类的不连续发泡加工技术，可藉由发泡剂的引入与溶解操作从注射与成型操作中分离，提供注射瞬间的很高压降速率，以产生更大的热力学不稳定。然而，对传统注塑技术，若在注射料液前发泡剂溶解尚未完成以形成单相溶液，则必须控制压力在持续足够高压下等待单相溶液的形成，此将影响到产品成型周期，与不利于发泡产品的生产。因为，在注射料液前若料液中的发泡剂是在静态下完成完全溶解，易于导致发泡剂在料液混合物中不均匀分布，而不利于 < 于在成核前对单相溶液的溶解操作之外。因而传统上，控制压力以获得单相溶液过程中，该料液上的控制压力的变动将影响发泡剂的引入。例如，当加工过程中有更高的控制压力需求时，必须相应提高发泡剂的引入压力。此外，对注塑技术，料液中的聚合物母体中引入过量发泡剂或每个周期的压力脉动，将使发泡剂在加工过程中不易完全溶解于聚合物母体，而不利于发泡产品的气室大小一致性。此种困扰，可藉由增加在注射料液前出料筒的料液上施加更高持续背压的控制压力，或是依发泡剂在单相溶液中的最大可溶总数量相应降低发泡剂在单相溶液中的浓度，以获得缓解。但传统上，注射提供的短时间高压，其目的是在产生更大的热力学不稳定，而非保证发泡剂在加工过程中完全溶解于聚合物母体；故而传统技术中，在注射前的出料筒内提供超过发泡剂溶解需要的很高持续背压，将导致必须相应提高发泡剂的引入压力、力口料筒内的溶解操作压力，而造成加工过程中的一定程度困扰。而且，即使对发泡剂的一般溶解度操作，亦有类似困扰。而且，对于传统挤塑之类的连续发泡加工技术，单相溶液成核前对其料液维持很高的更高压力，以降低或防止环境波动造成的不想要的发泡剂成核，亦有需要。类同于注塑技术，对一挤压发泡成型加工过程，为获得熔融聚合物中超临界流体的更高溶解度，必须在聚合物混合物上施加更高的足够压力。此种情形，必需相应配合进一步提高被提供发泡剂的压力，以获得该更高溶解度的单相溶液。因而相对困扰在聚合物内超临界流体必须引入在相对更高的压力下。而且，当获得单相溶液的发泡剂溶解操作需要很高的压力时，将使加工过程中熔融聚合物与发泡剂的螺杆混合步骤变成较为困难，且此种高压阻力可能造成加料螺杆的空转，而不利于生产发泡产品，特别是当料液本身的黏性较低时。对一般发泡加工过程，为引入在环境条件下呈气态的发泡剂进入熔融聚合物中，其发泡剂的被提供压力通常必须高于邻近发泡剂引入口的聚合物上的施加压力至少50psio但是，因为传统发泡加工过程未分离发泡剂的引入与溶解操作，因而在获得单相溶液的发泡剂的引入与溶解的连续操作过程中，由引入发泡剂至熔融聚合物，发泡剂与熔融聚合物的混合、溶解，到单相溶液的获得，常被要求在进入单相溶液的成核操作过程之前中完成。故而，对于更高的发泡剂引入压力，将使发泡剂更易于向聚合物流体的上游流动，需特别增加额外处置，以减少或防止发泡剂从聚合物流体的上游的进料口逸出，特别是在发泡剂的引入停止时。此外，对传统挤塑技术，为引入发泡剂在较低压力下，相对限制施加在成核前单相溶液上的维持压力，不利于在成核时提供更大的热力学不稳定。例如在传统挤塑发泡加工过程中，为获得强健的挤塑微孔发泡产品，需要对成核前的单相溶液施加一高的压降速率，但因不易在成核前的单相溶液上施加一很高的维持压力，故其常藉由钢模间隙的开口横断面面积尽可能减少达成。然而，当钢模间隙的开口横断面的面积减少时，将造成生产的发泡制品变薄，而不能制造厚的发泡制品；反之，为了制造厚的发泡制品，而增大钢模间隙的开口横断面的面积，将降低料液成核时的压降速率，致使不能获得想要的微孔发泡产品。但是，那些发明人没有查觉到，分离发泡剂的引入操作与单相溶液的形成操作，可易于提供极高压力于单相溶液的形成操作，以获得单相溶液中发泡剂的更高溶解度。而且，此种状况，可在较低或相同的发泡剂引入压力下，易于提供更高的维持压力于成核前的单 相溶液上，以解决传统上为配合发泡剂的引入压力，而使在成核前的单相溶液上的维持压力受限，因而不得不降低发泡剂的引入剂量，以防止因环境波动造成在成核前的单相溶液中的次相形成。因此，有一需要，发展一种发泡加工技术，在较低的压力下引入发泡剂至聚合物中，以获得在聚合物混合物内有与传统相同的发泡剂溶解度。此种状况，利于引入发泡剂在较低压力下，与进一步提高发泡剂在聚合物混合物内的溶解度。而且，也需要一种技术，提供极高维持压力于成核前的单相溶液上，且无需同时配合进一步提高发泡剂的引入压力，以防止因环境波动造成不想要的单相溶液成核。
发明内容
本发明要解决现有发泡塑料产品的生产方法和设备不适应大质量产品的生产的缺点，提供一种适用大质量产品的生产的发泡塑料产品的注射生产方法和设备。本发明的另一目的在提供在成核前的单相溶液上维持类同于传统的持续高压，而发泡剂的引入压力可相对低于传统的引入压力，使发泡剂的引入相对变成较容易。因而，在较低的发泡剂引入压力下，加料螺杆相对不易因高压阻力而造成空转，而利于生产发泡产品，特别是当料液本身的黏性较低时。而且，较低的发泡剂引入压力，有利于减少或防止发泡剂从聚合物流体的上游的进料口逸出。本发明的一其它目的在提供在成核前的单相溶液上易于维持高于传统的持续高压，以利于降低或防止压力波动造成的不想要的发泡剂成核。本发明所述的发泡塑料产品的注射生产方法包含I)、料液生成、发泡剂的引入步骤，在一具有螺杆的加料筒中输送聚合物材料，并引入在环境条件下呈气态的发泡剂进入该聚合物材料形成聚合物混合物的料液；2)料液输送步骤，输送该料液从加料筒的出口进入一被选择的储料筒，且控制压力使该料液的发泡剂的一部分溶解于聚合物材料中；3)单相溶液的获得步骤，控制储料筒内的压力使该被选择的储料筒中的料液的发泡剂与聚合物材料相互溶解，以获得单相溶液；其中该获得单相溶液过程中该储料筒内的压力的变动不影响发泡剂的引入；
4)料液的成核步骤，将储料筒出口的料液引导至射料筒，使储料筒的压力与射料筒的压力之差大于料液的成核压力，在所述的射料筒的进料口形成料液的发泡成核区，射料筒内的料液是发泡成核后的料液；5)产品成型步骤，和缓地将射料筒内的成核料液注入模具中，冷却成型。进一步，在步骤I中发泡剂在料液中的含量小于5%。本发明方法与已有技术的主要区别在于本发明的料液的成核发泡过程在射料筒内完成，而不是在射料筒的喷嘴外完成，只要控制射料筒内的压力和储料筒内的压力，就能够确保成核区有持续稳定的压降速率，因而可以持续地获得发泡成核情况均匀稳定的料液。这一优点对于需要大量料液的大质量产品的成型特别有优势。附带地，由于无需在模具内成核发泡，模具无需保压，因此在注射成型发泡产品时可以使用普通模具，降低了生产 成本。在低发泡剂含量(小于5%)时，本发明方法特别有效。本发明所述的生产方法的专用设备，包括用于输送塑料的一具有螺杆的加料筒，所述的加料筒上设有塑料加入机构和发泡剂引入机构，其特征在于加料筒的出口分别通过单向阀同时连接两个带有活塞杆的储料筒，所述的储料筒的出口连通一带有活塞杆的射料筒；所述的储料筒的压力与射料筒的压力之差大于料液的成核压力，在所述的射料筒的进料口形成料液的发泡成核区；所述的射料筒的喷嘴最准成型模具。本发明的优点是可以持续地获得发泡成核情况均匀稳定的料液，有利于制作大质量产品；在射出法制作发泡产品时，无需模具保压，节省成本；料液的压力环境稳定，持续性好，便于控制发泡成核过程；加料螺杆所受压力较小。
图I是中国专利第97111630. X号的结构示意图。图2是本发明的设备的结构示意图。
具体实施例方式参照附图2 本发明所述的发泡塑料产品的注射生产方法包含I)、料液生成、发泡剂的引入步骤，在一具有螺杆的加料筒中输送聚合物材料，并引入在环境条件下呈气态的发泡剂进入该聚合物材料形成聚合物混合物的料液；2)料液输送步骤，输送该料液从加料筒的出口进入一被选择的储料筒，且控制压力使该料液的发泡剂的一部分溶解于聚合物材料中；3)单相溶液的获得步骤，控制储料筒内的压力使该被选择的储料筒中的料液的发泡剂与聚合物材料相互溶解，以获得单相溶液；其中该获得单相溶液过程中该储料筒内的压力的变动不影响发泡剂的引入；4)料液的成核步骤，将储料筒出口的料液引导至射料筒，使储料筒的压力与射料筒的压力之差大于料液的成核压力，在所述的射料筒的进料口形成料液的发泡成核区，射料筒内的料液是发泡成核后的料液；5)产品成型步骤，和缓地将射料筒内的成核料液注入模具中，冷却成型。
进一步，在步骤I中发泡剂在料液中的含量小于5%。本发明方法与已有技术的主要区别在于本发明的料液的成核发泡过程在射料筒内完成，而不是在射料筒的喷嘴外完成，只要控制射料筒内的压力和储料筒内的压力，就能够确保成核区有持续稳定的压降速率，因而可以持续地获得发泡成核情况均匀稳定的料液。这一优点对于需要大量料液的大质量产品的成型特别有优势。附带地，由于无需在模具内成核发泡，模具无需保压，因此在注射成型发泡产品时可以使用普通模具，降低了生产成本。
在低发泡剂含量(小于5%)时，本发明方法特别有效。本发明所述的生产方法的专用设备，包括用于输送塑料的一具有螺杆的加料筒1，所述的加料筒上设有塑料加入机构2和发泡剂引入机构3，其特征在于加料筒I的出口分别通过单向阀4、5同时连接两个带有活塞杆的储料筒6、7，所述的储料筒6和储料筒7的出口连通一带有活塞杆的射料筒8 ;所述的储料筒6、7的压力与射料筒8的压力之差大于料液的成核压力，在所述的射料筒8的进料口 81形成料液的发泡成核区；所述的射料筒8的喷嘴9对准成型模具10。本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
权利要求
1.发泡塑料产品的注射生产方法，包含 1)、料液生成、发泡剂的引入步骤，在一具有螺杆的加料筒中输送聚合物材料，并引入在环境条件下呈气态的发泡剂进入该聚合物材料形成聚合物混合物的料液； 2)料液输送步骤，输送该料液从加料筒的出口进入一被选择的储料筒，且控制压力使该料液的发泡剂的一部分溶解于聚合物材料中； 3)单相溶液的获得步骤，控制储料筒内的压力使该被选择的储料筒中的料液的发泡剂与聚合物材料相互溶解，以获得单相溶液；其中该获得单相溶液过程中该储料筒内的压力的变动不影响发泡剂的引入； 4)料液的成核步骤，将储料筒出口的料液引导至射料筒，使储料筒的压力与射料筒的压力之差大于料液的成核压力，在所述的射料筒的进料口形成料液的发泡成核区，射料筒内的料液是发泡成核后的料液； 5)产品成型步骤，和缓地将射料筒内的成核料液注入模具中，冷却成型。
2.如权利要求I所述的发泡塑料产品的注射生产方法，其特征在于在步骤I中发泡剂在料液中的含量小于5%。
3.权利要求2所述的生产方法的专用设备，包括用于输送塑料的一具有螺杆的加料筒，所述的加料筒上设有塑料加入机构和发泡剂引入机构，其特征在于加料筒的出口分别通过单向阀同时连接两个带有活塞杆的储料筒，所述的储料筒的出口连通一带有活塞杆的射料筒；所述的储料筒的压力与射料筒的压力之差大于料液的成核压力，在所述的射料筒的进料口形成料液的发泡成核区；所述的射料筒的喷嘴最准成型模具。
全文摘要
发泡塑料产品的注射生产方法，包括如下步骤料液生成发泡剂的引入、料液输送、单相溶液的获得、料液的成核、产品成型，其中料液的成核是指将储料筒出口的料液引导至射料筒，使储料筒的压力与射料筒的压力之差大于料液的成核压力，在所述的射料筒的进料口形成料液的发泡成核区，射料筒内的料液是发泡成核后的料液。本发明方法的专用设备，包括用于输送塑料的一具有螺杆的加料筒，所述的加料筒上设有塑料加入机构和发泡剂引入机构，加料筒的出口分别通过单向阀同时连接两个带有活塞杆的储料筒，所述的储料筒的出口连通一带有活塞杆的射料筒；所述的储料筒的压力与射料筒的压力之差大于料液的成核压力，在所述的射料筒的进料口形成料液的发泡成核区；所述的射料筒的喷嘴最准成型模具。
文档编号B29C45/00GK102729394SQ20121020204
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月15日 优先权日2012年6月15日
发明者陆纬庭 申请人:联塑(杭州)机械有限公司, 陆孝庭