專利名稱：生產(chǎn)發(fā)泡聚合材料的方法和實(shí)施該方法的擠出機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過添加物理發(fā)泡劑對(duì)聚合物進(jìn)行擠出，生產(chǎn)具有閉孔結(jié)構(gòu)的低密度聚烯烴發(fā)泡聚合材料的方法，并涉及一種用于實(shí)施該方法的擠出機(jī)。
在低密度聚烯烴泡沫體的生產(chǎn)中，最通常使用的發(fā)泡劑為包括氟烴的有機(jī)化合物，尤其是飽和氯氟烴(CFC)和氫氯氟烴(HCFC)及其它鹵代烴。但是，這種氯氟烴，由于其對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，尤其因?yàn)樗鼈儽粦岩蓪?duì)地球大氣的保護(hù)臭氧層有破壞作用，而被認(rèn)為是不理想的，并因此正逐漸被停止使用。采用其它對(duì)臭氧層沒有損害的鹵代烴，但用它們作為發(fā)泡劑卻存在其它問題，因?yàn)樗鼈兎浅Ｒ兹肌?br> 例如，已有建議采用諸如二氧化碳、氮、氬氣及水的無機(jī)發(fā)泡劑來替代CFC和HCFC，它們不易燃而且對(duì)環(huán)境幾乎沒有影響。但是，作為單一發(fā)泡劑單獨(dú)使用這些劑本身時(shí)，一般不可能獲得諸如利用常規(guī)發(fā)泡劑所達(dá)到的所需密度的泡沫體。因此，在本領(lǐng)域的研究已轉(zhuǎn)向利用基于幾種發(fā)泡劑組合的專門發(fā)泡體系，趨向于選擇具有特殊物理特性的聚合材料，并趨向于使用一些添加劑。
USP 5 244 927描述了利用由二氧化碳、低級(jí)醇及水的組合所構(gòu)成的一種發(fā)泡體系，來制造低密度聚苯乙烯泡沫體。
USP 5 554 661描述了利用具有特定熔融指數(shù)及熔融張力特征的乙烯聚合物和以二氧化碳及/或氬氣作為發(fā)泡劑，制得閉孔發(fā)泡的密度低于150千克/立方米的乙烯聚合物材料。
本發(fā)明另一方面涉及一種生產(chǎn)具有所需低密度及低導(dǎo)熱系數(shù)特征的發(fā)泡聚烯烴材料的方法，甚至使用了如二氧化碳、惰性氣體或水作為單一發(fā)泡劑，也涉及使用具備獨(dú)特物理和機(jī)械特性的擠出方法。
本發(fā)明的目的之一在于提供一種通過添加物理發(fā)泡劑對(duì)聚合材料進(jìn)行擠出來生產(chǎn)導(dǎo)熱系數(shù)在40mW/°K·m以下、密度小于50千克/立方米的發(fā)泡聚烯烴材料的方法，其特征在于擠出是在具有同向旋轉(zhuǎn)和互穿的(interpenetrating)螺桿的雙螺桿擠出機(jī)中完成的，在此軸向間距和直徑之間的比例為0.7-0.8，螺桿長/徑比(L/D)為22-30，而且其中兩個(gè)同向旋轉(zhuǎn)螺桿具有多個(gè)混合區(qū)(返混)和多個(gè)交替泵送區(qū)(輸送)，其混合區(qū)和泵送區(qū)之間的總長比為65-75％，其中所述螺桿以50轉(zhuǎn)/分以下的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明方法中所用的聚烯烴聚合物包括諸如聚乙烯、聚丙烯的聚烯烴和它們的共聚物和芳族鏈烯基聚合物。后者包括芳族鏈烯基化合物諸如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、乙烯基苯、乙烯基甲苯、氯代苯乙烯和溴代苯的聚合物。可用的聚合物包括少量的不飽和單烯鍵化合物，諸如可與芳族鏈烯基化合物共聚合的C2-C6烷基酸類(alkylylic acids)或C4-C6二烯，諸如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯腈、馬來酐、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和醋酸乙烯酯。但是，這些共聚物的使用并不特別理想，因?yàn)樗蟠笤黾恿嗽腺M(fèi)用。
本發(fā)明方法利用發(fā)泡劑諸如二氧化碳、氮、氬氣和氦時(shí)特別有利；但是，本發(fā)明范圍也擴(kuò)展至使用脂族化合物，諸如甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷和正戊烷和具有1-3個(gè)碳原子的脂族醇。此外，在本發(fā)明范圍內(nèi)也包括利用常規(guī)CFC和HCFC的方法。該聚合材料也可包括通常用于發(fā)泡材料擠出中的添加劑，諸如成核劑、阻燃劑和著色劑。用于控制泡沫體內(nèi)泡孔尺寸的成核劑，包括尤其是滑石、氧化鎂、硅酸鈣、硬脂酸鈣和檸檬酸與碳酸氫鈉的混合物。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種用于實(shí)施如上所述方法的擠出機(jī)，包括兩個(gè)同向旋轉(zhuǎn)、互穿的螺桿，其特征在于其軸向間距(I)和直徑(D)之間的比例為0.7-0.8，而長/徑比(L/D)為22-30，該螺桿具有多個(gè)混合區(qū)(返混)和多個(gè)交替泵送區(qū)，其混合和泵送區(qū)之間的長度比為65-75％。
通過隨后的詳細(xì)說明并參考附圖所表明的非限制性實(shí)施例的具體實(shí)施方案，本發(fā)明另外的特征和優(yōu)點(diǎn)會(huì)顯得更清楚，其中


圖1為說明實(shí)施本發(fā)明的一種擠出裝置的一系列部件的剖面示意圖。
圖2為設(shè)置在圖1的擠出設(shè)備部件下游的口模的斷面?zhèn)纫晥D。
圖3和4分別為取自圖2中線III-III和IV-IV線處的斷面圖。
圖5是圖2的口模的正視圖。
圖6是取自圖2中線VI-VI的斷面圖，和圖7是實(shí)施本發(fā)明的擠出裝置的一種螺桿的側(cè)視圖。
參照?qǐng)D1，管式擠出機(jī)主體10一般顯示有被設(shè)置在其內(nèi)腔中的兩個(gè)同向旋轉(zhuǎn)、互穿的螺桿12，其特征如上所述。通過未被說明的給料設(shè)備，沿該螺桿的初始運(yùn)送區(qū)14將聚合材料注入擠出機(jī)的該空腔中。該螺桿12包括(參見圖7)被三個(gè)返混區(qū)18a、b及c隔開的四個(gè)泵送區(qū)16a、b、c及d。
在第一泵送區(qū)16a的下游(參見附圖標(biāo)記17)，該螺桿12優(yōu)選芯桿直徑增大7-14％，外徑減小4-8％，在最后混合區(qū)18c的下游(參見附圖標(biāo)記19)，芯桿直徑增大2-5％，外徑減小1-3％。由于附圖比例和它們都比較小，圖1-7沒有顯現(xiàn)出這些變化。
該材料在初始給料器區(qū)14和輸送區(qū)16a內(nèi)被熔化；發(fā)泡劑優(yōu)選經(jīng)由未示出的注射器沿流動(dòng)區(qū)16b被引入至擠出機(jī)主體最接近第一返混區(qū)18a的下游處。
擠出機(jī)頭的壓力為200-280巴，優(yōu)選為240-280巴。顯然，擠出機(jī)內(nèi)溫度與所用聚合物的特定特征相關(guān)，由操作者來控制。
在離開最后流動(dòng)/泵送區(qū)16d后，熔化的聚合材料被注入靜態(tài)混合器/均質(zhì)器單元20中。這個(gè)單元可以是一種已知類型的并優(yōu)選由本申請(qǐng)人的USP A-4 222 729中所描述的設(shè)備組成。
總之，在利用本發(fā)明方法時(shí)，優(yōu)選的是靜態(tài)混合器單元要具有其產(chǎn)生的壓力降在30-80巴的特征。
在離開靜態(tài)混合器20后，物料最后在一般壓力為100-200巴下被注入口模22中(參見圖2至6)。
口模22有一主體24，主體上有一用于流過材料的內(nèi)通道26，其第一部分28的橫斷面(參見圖4、5及6)從圓截面30逐漸變?yōu)榛揪匦蔚慕孛?2，其中一對(duì)側(cè)面34比另一對(duì)側(cè)面36明顯更長。
通道26有第二部分38，其被設(shè)置在第一部分28的下游，其橫斷面(參見圖3)是逐漸變化的，側(cè)面34進(jìn)一步伸長，而側(cè)面36進(jìn)一步縮短。
最后，兩個(gè)相對(duì)模唇40(參見圖2)被裝配在流出通道26的外出口，它使得通道28的流通截面減小。
實(shí)施例I采用了同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出機(jī)，螺桿具有前已描述的特征，其長徑比(L/D)為24。螺桿的進(jìn)一步特征如下軸向間距I100毫米；螺桿直徑D132毫米；有效功率75千瓦。
所用聚合材料是聚苯乙烯，其熔融指數(shù)為1.7-1.8克/10分鐘，維卡點(diǎn)在100℃以上。
所用材料還包括作為成核劑的0.5-1.5重量％的滑石，4-5％的阻燃劑及著色劑。采用純二氧化碳作為發(fā)泡劑，在試驗(yàn)期間所用發(fā)泡劑的百分比不同，范圍在100份固體物料2-5％之間。
在試驗(yàn)過程中螺桿的旋轉(zhuǎn)速度為18-25轉(zhuǎn)/分。
擠出機(jī)頭壓力維持在200-280巴，口模內(nèi)壓力為100-200巴。
獲得的發(fā)泡材料板具有-寬度變化為600-800毫米；-厚度為20-60毫米；-密度變化為35-50千克/立方米；-泡孔大小變化為0.150-0.250毫米。
得到的導(dǎo)熱系數(shù)在擠出之后立即變化，其數(shù)值為26.5-28.2mW/°K·m。
這些變化均是由所用發(fā)泡劑和成核劑的不同百分比造成的。
按ASTM D 2856-A的方法測(cè)定，所得發(fā)泡板的閉孔結(jié)構(gòu)占至少95％。
生產(chǎn)率比率(有效功率/千克產(chǎn)品)為0.4-0.6千瓦/千克。
實(shí)施例II采用一種同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出機(jī)，其螺桿與以上所用的類型相同，其另外的特征如下-軸向間距I66毫米；-螺桿直徑D82毫米；-有效功率18千瓦。
采用與實(shí)施例I相同的聚合材料，同時(shí)發(fā)泡劑量也在2-5％之間變化。
擠出機(jī)頭壓力在200-280巴之間變化，而口模壓力為100-120巴。
獲得的發(fā)泡材料板具有-寬度為200-450毫米；-厚度為10-25毫米；-密度為35-50千克/立方米；-泡孔大小為0.150-0.250毫米。
權(quán)利要求
1.一種通過添加物理發(fā)泡劑對(duì)聚合材料進(jìn)行擠出生產(chǎn)具有導(dǎo)熱系數(shù)低于40mW/°K·m及密度在50千克/立方米以下的發(fā)泡聚烯烴材料的方法，其特征在于在具有同向旋轉(zhuǎn)和互穿的螺桿(12)的雙螺桿擠出機(jī)中完成擠出，軸向間距(I)與直徑(D)間的比例為0.7-0.8，長/徑比(L/D)為22-30，和其中所述螺桿(12)具有多個(gè)混合區(qū)(返混)(18a-c)及多個(gè)交替泵送區(qū)(16a-d)，混合區(qū)(18a-c)和泵送區(qū)(16a-d)之間的長度比為65-75％，而且其中所述螺桿(12)以低于50轉(zhuǎn)/分的速度旋轉(zhuǎn)。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，第一泵送區(qū)(16a)下游，所述螺桿(12)的芯桿直徑增加7-14％，同時(shí)外徑減小4-8％。
3.按照前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，最后混合區(qū)(18c)的下游，所述螺桿(12)的芯桿直徑增加2-5％，同時(shí)外徑減小1-3％。
4.按照前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，口模(22)被設(shè)置在擠出機(jī)下游，該擠出機(jī)有一主體(24)，主體上有一用于流過材料的內(nèi)通道(26)，其第一部分(28)的斷面從圓截面(30)變化為基本矩形的截面(32)，其中一對(duì)側(cè)面(34)比另一對(duì)側(cè)面(36)明顯更長。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于，所述通道(26)有一第二部分(38)，其被設(shè)置在第一部分(28)的下游，其斷面進(jìn)一步地變化使側(cè)面(34)更長，而側(cè)面(36)更短。
6.按照前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在輸送通道(26)出口處構(gòu)成限制所述通道(26)的流通截面的兩個(gè)相對(duì)模唇(40)。
7.一種用于實(shí)施按照前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法的擠出機(jī)，它包括兩個(gè)同向旋轉(zhuǎn)、互穿的螺桿(12)，所述擠出機(jī)的特征在于所述螺桿(12)的軸向間距(I)與直徑(D)間的比例為0.7-0.8，長/徑比(L/D)為22-30，且所述螺桿具有多個(gè)混合區(qū)(返混)(18a-c)及多個(gè)交替泵送區(qū)(16a-d)，混合區(qū)(18a-c)和泵送區(qū)(16a-d)之間的長度比為65-75％。
8.按照權(quán)利要求7的擠出機(jī)，其特征在于，第一泵送區(qū)(16a)下游，所述螺桿(12)的芯桿直徑增加7-14％，同時(shí)外徑減小4-8％。
9.按照權(quán)利要求7或8的擠出機(jī)，其特征在于，在最后混合區(qū)(18c)下游，所述螺桿(12)的芯桿直徑增加2-5％，同時(shí)外徑減小1-3％。
全文摘要
本方法涉及通過添加物理發(fā)泡劑對(duì)聚合材料擠出生產(chǎn)導(dǎo)熱系數(shù)低于40mW/°K·m,密度在50千克/立方米以下的發(fā)泡聚烯烴材料的方法。擠出在具有同向旋轉(zhuǎn)、互穿的螺桿(12)的雙螺桿擠出機(jī)中完成,軸向間距(I)與直徑(D)之間的比例為0.7－0.8,長/徑比(L/D)為22－30,和其中所述螺桿(12)具有多個(gè)混合區(qū)(返混)(18a－c)及多個(gè)交替泵送區(qū)(16a－d),混合區(qū)(18a－c)和泵送區(qū)(16a－d)之間的長度比為65－75%。在擠出過程中,螺桿以50轉(zhuǎn)/分的速度旋轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)B29C47/14GK1387548SQ00815464
公開日2002年12月25日 申請(qǐng)日期2000年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月9日
發(fā)明者R·卡拉那 申請(qǐng)人:L.M.P.設(shè)備有限責(zé)任公司