專利名稱：：成型擠塑聚苯乙烯泡沫的改進(jìn)方法及由其制備的制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及將擠塑聚苯乙烯泡沫成型為有用的型材的改進(jìn)方法。
背景技術(shù)：
：擠塑苯乙烯(XPS)泡沫已在聲音和絕緣應(yīng)用中使用了一段時(shí)間。泡沫通過將加熱的含有發(fā)泡劑的塑性樹脂通過模頭連續(xù)擠出，其在離開模頭時(shí)在例如蒸汽或真空下膨脹而形成。通常，這些泡沫被限于僅要求簡單型材或厚度薄的復(fù)雜型材的應(yīng)用。例如，簡單型材包括從板材模切出的大致為平坦的玩具，包括拼圖和仿制徽章。通常，其它較復(fù)雜的型材通過熱成型而制備。然而，熱成型在商業(yè)上被限于使用薄XPS片材的型材如牛奶箱。這歸因于將泡沫加熱和冷卻以使得可以將泡沫模塑所必需的長時(shí)間。更復(fù)雜的聚苯乙烯型材通常使用部分發(fā)泡的聚苯乙烯珠粒料形成，所述部分發(fā)泡的聚苯乙烯珠粒料仍含有發(fā)泡劑和由于泡沫1/2至6天的老化而擴(kuò)散在其中的空氣。然后將珠粒料放置于模具中并且充分加熱以使珠粒料進(jìn)一步膨脹，以便它們填滿模具并且彼此接合(weld)。這種方法制備的聚苯乙烯典型地稱作膨脹型聚苯乙烯(EPS)。EPS型材的實(shí)例包括，咖啡杯、緩沖包裝型材(例如，為運(yùn)輸?shù)奈锲诽峁┚彌_的型材)，和自行車頭盔。這種形成聚苯乙烯型材的方法受困于包括多個(gè)加熱和冷卻步驟的復(fù)雜方法以及需要加熱和冷卻的昂貴模具。其它三維聚苯乙烯泡沫型材通過模切(dyecutting)平坦型材并且將它們層壓到一起而制備，如在美國專利6，129,969中所述。此方法受困于制造成型制品的多個(gè)步驟。最后，聚苯乙烯泡沫性質(zhì)通過一次或多次均勻地?cái)D壓(crushing)泡沫而改變。這種彈性化/柔化使得泡沫可以在被碰撞之后彈回或在沒有破裂的情況下進(jìn)一步彎曲。對(duì)于擠塑泡沫，擠壓典型地通過輥壓完成。這樣的擠壓的實(shí)例描述于美國專利3，445，406;4，510，268;5，114，656;5，520，873;和5，718，968中。因此，適宜的是提供一種擠塑苯乙烯的成型方法，所述方法能夠迅速成型復(fù)雜的擠塑苯乙烯成型制品，并且特別是較厚的成型泡沫制品(例如，大于約幾毫米厚)。
發(fā)明內(nèi)容令人驚訝地，發(fā)現(xiàn)了一種迅速成型復(fù)雜的厚成型苯乙烯系聚合物泡沫型材的方法。本發(fā)明的第一方面是一種成型泡沫苯乙烯系聚合物的方法，所述方法包括(a)擠出含有發(fā)泡劑的苯乙烯系聚合物以形成苯乙烯系聚合物泡沫板條，所述板條具有頂表面和底表面，其中所述表面位于由板條的擠出方向和寬度限定的平面中，(b)通過以下步驟產(chǎn)生壓制表面5(i)從(a)頂表面，(b)底表面，(c)頂表面和底表面移除一層泡沫，或(ii)在頂表面和底表面之間切割泡沫板條，從而產(chǎn)生與頂表面和底表面相反的兩個(gè)壓制表面，(c)壓制具有壓制表面的泡沫板條，使得形成成型的苯乙烯系聚合物泡沫。本發(fā)明的第二方面是一種成型苯乙烯系聚合物泡沫型材的方法，所述方法包括(a)提供苯乙烯泡沫，所述苯乙烯泡沫在泡沫的表面處的開孔的濃度高于泡沫內(nèi)的開孔的濃度，(b)使具有較高濃度的開孔的表面與成型工具(formingtool)接觸，禾口(c)壓制泡沫使得形成復(fù)雜泡沫型材。令人驚訝地，本發(fā)明的方法允許在無需昂貴的熱模塑技術(shù)的條件下快速制備成型泡沫部件，所述成型泡沫部件在板條的一個(gè)或兩個(gè)面上具有復(fù)雜的曲率并且具有變化的厚度。所述方法可以用于成型至少一些部分的厚度大于幾微米的苯乙烯系聚合物泡沫型材。這樣的應(yīng)用的實(shí)例包括汽車能量吸收器(countermeasures)、汽車防曬板、汽車頭枕、汽車保險(xiǎn)杠、汽車門板、自行車頭盔泡沫填料、花似和工藝泡沫制品、內(nèi)部隔板、結(jié)合有用于連續(xù)液體循環(huán)地板加熱管的凹槽的混凝土地板絕熱體(thermalinsulation)、具有整體排水溝道的絕緣板、內(nèi)部和外部裝飾檐口、緩沖包裝制品和外部建筑外墻板。圖1是本發(fā)明的壓制泡沫中的階躍的示意圖。圖2是用于成型本發(fā)明的壓制泡沫的成型工具的照片。圖3是不使用本發(fā)明的方法制備的泡沫的照片。圖4是使用本發(fā)明的方法制備的壓制泡沫的照片。圖5是如由滲透的染料顯示的泡沫毛坯的開孔濃度的照片。圖6是如由滲透的染料顯示的泡沫毛坯的開孔濃度的照片。圖7是用于成型本發(fā)明的壓制泡沫的另一種成型工具的照片。圖8是不使用本發(fā)明的方法制備的泡沫的照片。圖9是使用本發(fā)明的方法制備的泡沫的照片。具體實(shí)施例方式本發(fā)明是一種由苯乙烯系聚合物泡沫迅速成型復(fù)雜型材的方法。在本發(fā)明的第一方面，將苯乙烯系聚合物與發(fā)泡劑一起擠出以形成苯乙烯系聚合物泡沫板條。本文中板條的使用僅為了方便而使用，應(yīng)當(dāng)理解可以擠出不同于具有矩形橫截面的平面板的其它型材?？梢允褂萌魏魏线m的擠出以將泡沫板條成型的方法，例如混合苯乙烯系聚合物與發(fā)泡劑，并且通過本領(lǐng)域已知方法擠出。例如，可以使用如在美國專利3，231，524;3，482，006、4，420，448和5，340，844中所描述的擠出苯乙烯泡沫的方法。根據(jù)慣例，但不受其所限，板條的擠出采取水平擠出(擠出的方向與重力方向正交)。使用這樣的慣例，當(dāng)擠出時(shí)，板條的頂表面距地最遠(yuǎn)，而板條的底表面距地最近，泡沫的高度(厚度)與地正交。在通過擠出制備泡沫時(shí)，使用發(fā)泡劑。發(fā)泡劑可以為任何合適的發(fā)泡劑，例如揮發(fā)性脂族烴、氯化烴、氟化烴、氯氟化烴、存在于大氣中的氣體(氧氣、氮?dú)?、二氧化碳、氫氣、氦氣?或它們的組合。揮發(fā)性烴的實(shí)例包括乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯、異丁烯、戊烷、環(huán)戊烷、異戊烷、己烷、庚烷，或它們的混合物。氯化烴、氟化烴和氯氟化烴的實(shí)例包括氯代甲烷、二氯二氟甲烷、八氟環(huán)丁烷、氯二氟甲烷、l，2-二氯四氟乙烷、l，l-二氯四氟乙烷、五氟乙烷、2-氯-1，1-二氟乙烷、2-氯-1，1，1-三氟乙烷、1，1，1，2-四氟乙烷、l，l，l-三氟乙烷、1，1，l-三氟丙烷、三氯三氟乙烷、二氟甲烷、2-氯-l，l，l，2-四氟乙烷、2，2-二氟丙烷、氯乙烷或它們的混合物示例性地，苯乙烯系聚合物泡沫典型地采用含氯氟烴作為氣體發(fā)泡劑。這些發(fā)泡劑趨于由于它們的緩慢擴(kuò)散速率而形成即使將泡沫長時(shí)間老化之后平均氣體壓力仍大于l個(gè)大氣壓的閉孔泡沫。當(dāng)泡沫閉合或具有顯著的閉孔(即，按泡孔數(shù)目計(jì)通常大于約25%)時(shí)，優(yōu)選的是，至少一種發(fā)泡劑或發(fā)泡劑混合物中的一種組分具有比空氣顯著更快的通過泡沫的擴(kuò)散速率，以促進(jìn)在老化泡沫例如1天以上之后具有1個(gè)大氣壓以下的氣體壓力的泡沫的形成。在此上下文中，顯著更快表示發(fā)泡劑的擴(kuò)散速率是空氣的擴(kuò)散速率的至少約2倍?？諝獾臄U(kuò)散視為氧氣和氮?dú)獾挠筛髯栽诳諝庵械拇嬖谶M(jìn)行加權(quán)的平均擴(kuò)散速率。優(yōu)選地，發(fā)泡劑的擴(kuò)散速率是空氣的擴(kuò)散速率的至少約3倍，更優(yōu)選至少4倍，還更優(yōu)選至少5倍，并且最優(yōu)選至少10倍。因?yàn)榄h(huán)境關(guān)注，發(fā)泡劑適宜地為二氧化碳、水或這二者，或由二氧化碳、水或這二者組成。為了有助于壓制之后的外形保留性和外觀，特別是閉孔泡沫在壓制之后的外形保留性和外觀，閉孔的平均氣體壓力通常應(yīng)當(dāng)為至多約1.4個(gè)大氣壓。適宜的是，泡孔的氣體壓力小于大氣壓，以將泡沫在壓制之后回彈從而導(dǎo)致比所需差的外形保留性例如發(fā)出尖叫聲或泡沫從結(jié)構(gòu)部件上移位的可能性最小化。優(yōu)選地，閉孔的平均氣體壓力為至多約1.0個(gè)大氣壓，更優(yōu)選至多約0.95個(gè)大氣壓，并且還更優(yōu)選至多約0.9個(gè)大氣壓，并且最優(yōu)選小于約0.8個(gè)大氣壓。在制備泡沫的初始時(shí)間已知的條件下，閉孔的平均氣體壓力可以使用氣體擴(kuò)散速率通過估計(jì)在不同時(shí)間在多孔材料中的氣體含量來計(jì)算(例如，ASTMD7132-05)。然而，因?yàn)榕菽某跏紩r(shí)間不總是已知的，泡孔壓力可以經(jīng)驗(yàn)性地確定，如在同時(shí)待審的美國專利申請(qǐng)11/391804中所述(所提交的申請(qǐng)的第15頁)。苯乙烯系聚合物應(yīng)當(dāng)理解為表示苯乙烯系單體或苯乙烯系單體與不是苯乙烯系單體的共聚單體的合成有機(jī)聚合物。苯乙烯系單體表示苯乙烯單體、苯乙烯單體的衍生物(例如取代的苯乙烯)或它們的組合。取代的苯乙烯的實(shí)例是鄰-甲基苯乙烯、間_甲基苯乙烯、對(duì)_甲基苯乙烯、2，4-二甲基苯乙烯、2，5-二甲基苯乙烯、對(duì)-叔丁基苯乙烯、對(duì)-氯苯乙烯。優(yōu)選地，苯乙烯系聚合物是聚苯乙烯。上述苯乙烯系單體(苯乙烯和苯乙烯單體的衍生物)和不是苯乙烯系單體的共聚單體的共聚物在本文中也稱為"聚苯乙烯系共聚物"。示例性共聚單體包括丙烯腈、聚(2，6-二甲基-l，4-亞苯基醚)、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯腈、馬來酰亞胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸酐、衣康酸酐或它們的組合。共聚單體優(yōu)選為丙烯腈、馬來酸酐或它們的組合。更優(yōu)選地，共聚單體為丙烯腈。通常，苯乙烯系共聚物中苯乙烯系單體的量為共聚物的至少約50摩爾％。典型地，共聚單體的量按聚苯乙烯系共聚物計(jì)為約1%至50%。優(yōu)選地，共聚單體的量按聚苯乙烯系共聚物計(jì)為至少約5%，更優(yōu)選至少約10%，還更優(yōu)選至少約20%，并且最優(yōu)選至少約25%。優(yōu)選的聚苯乙烯系共聚物是苯乙烯_丙烯腈共聚物(SAN)。SAN共聚物可以具有1重量％至50重量％的丙烯腈。優(yōu)選地，丙烯腈存在的量按SAN共聚物的重量計(jì)為至少約5%，更優(yōu)選至少10%，并且最優(yōu)選至少約15%，至優(yōu)選至多45%，更優(yōu)選至多約40%，并且最優(yōu)選至多約35%。苯乙烯系聚合物可以具有任意有用的重均分子量(Mw)。示例性地，聚苯乙烯系或聚苯乙烯系共聚物的Mw可以為10，000至1，000，000。聚合物可以具有任意有用的重均分子量(Mw)。示例性地，聚苯乙烯系聚合物的Mw可以為10，000至1，000，000。聚苯乙烯系聚合物的Mw適宜地小于約200，OOO，這令人驚訝地幫助將具有優(yōu)異的表面加工和尺寸控制的成型泡沫部件成型。在增加進(jìn)一步優(yōu)選的條件下，聚苯乙烯系或聚苯乙烯系共聚物的Mw小于約190，000、180，000、175，000、170，000、165，000、160，000、155，000、150，000、145，000、140，000、135，000、130，000、125，000、120，000、115，000、110，000、105，000、100，000、95，000和90，000。為了清晰，本文中的分子量(麗)以重均分子量的形式報(bào)告，除非另外明確地指出。麗可以通過任何合適方法如本領(lǐng)域已知的那些確定。此外，苯乙烯系聚合物還可以含有其它添加劑，例如通常用于擠塑聚苯乙烯系泡沫中的那些。其它添加劑的實(shí)例包括少量的交聯(lián)劑(例如，二乙烯基苯)、著色劑、uv-防護(hù)劑、抗氧化劑、填料、阻燃劑、穩(wěn)定劑，例如阻燃劑、抗靜電劑、泡核作用控制劑等。擠出之后的苯乙烯系聚合物為泡沫，S卩，其為多孔的。多孔(泡沫)具有本領(lǐng)域中通常理解的含義，其中聚合物具有由閉孔或開孔組成的顯著低的表觀密度。閉孔表示所述泡孔中的氣體被形成該泡孔的聚合物壁與另一個(gè)泡孔隔離。開孔表示該泡孔中的氣體未被這樣限制，而能夠在不穿過任何聚合物泡壁的情況下流動(dòng)到大氣中。泡沫可以具有任何量的開孔或閉孔。即便如此，對(duì)于一些應(yīng)用，一部分泡孔可能有利地是閉合的，例如，當(dāng)水的吸收對(duì)最終產(chǎn)品的功能有害時(shí)。盡管可以使用開孔或閉孔泡沫，但當(dāng)所需應(yīng)用受益于沒有水吸收時(shí)，泡沫優(yōu)選為閉孔。對(duì)于這樣的應(yīng)用，優(yōu)選的是，至少泡沫的泡孔中的至少約55%、更優(yōu)選至少約60%、還更優(yōu)選至少約75%并且最優(yōu)選至少約90%為閉孔。通常，泡沫可以具有約16kg/m3至約100kg/m3以上的密度。典型地，泡沫密度根據(jù)具體應(yīng)用選擇，例如，對(duì)于外部建筑外墻板，密度典型地為至少約24kg/m3至約64kg/m3。泡沫的泡孔可以具有約0.05至約5.Omm、特別是約0.1至約3.Omm的如通過ASTMD-3576-98測(cè)量的平均尺寸(最大尺寸)。當(dāng)泡沫不能具有如以下幾段所述的至少0.4的壓縮比時(shí)，具有較大平均泡孔尺寸的泡沫，尤其是最大尺寸為約1.0至約3.Omm或約1.0至約2.Omm的泡沫特別有用。復(fù)雜泡沫型材的成型令人驚訝地被具有如下這樣的泡沫促進(jìn)，所述泡沫具有在CE/CT、CV/CT和CH/CT中的至少一個(gè)至少為0.4的情況下的至少一個(gè)方向，所述CE/CT、CV/CT8和CH/CT中的一個(gè)(壓縮比)，CE、Cv和CH是多孔聚合物在三個(gè)正交方向E、V和H中的每一個(gè)上的壓縮強(qiáng)度，其中這些方向中的一個(gè)是泡沫中最大壓縮強(qiáng)度的方向，并且CT等于CE、Cv與Q的總和。當(dāng)在三個(gè)正交方向E、V和H上評(píng)價(jià)泡沫的壓縮強(qiáng)度時(shí)確定壓縮強(qiáng)度，其中E為擠出的方向，V為在其離開擠出模頭之后垂直膨脹的方向，而H為泡沫在離開擠出模頭之后它的水平膨脹的方向。這些測(cè)量的壓縮強(qiáng)度CE、CV和CH分別與這些壓縮強(qiáng)度的總和CT有關(guān)，使得CE/CT、CV/CT和CH/CT中的至少一個(gè)具有至少0.4的值，優(yōu)選至少兩個(gè)具有至少0.4的值，并且最優(yōu)選。優(yōu)選地，至少一個(gè)值至少為0.45。當(dāng)使用這樣的泡沫時(shí)，壓制方向適宜地平行于泡沫中的最大值。在泡沫板條成型之后，第一方面的方法需要通過如下產(chǎn)生壓制表面從頂表面或底表面移除一層或在頂表面和底表面之間切割泡沫板條，以產(chǎn)生與頂表面和底表面相反的兩個(gè)壓制表面?？赡苡杏玫姆椒ǖ膶?shí)例為使用例如帶鋸、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(CNC)磨蝕線材切害!j機(jī)(abrasivewirecuttingmachines)、CNC熱線材切害!j設(shè)備(hotwirecuttingequipment)等的設(shè)備切割。當(dāng)移除一層時(shí)，可以使用剛剛描述的相同的切割方法，并且可以使用其它方法例如刨平、研磨或砂磨。典型地，在移除或切割之后，板條為至少約幾個(gè)毫米厚至至多約60厘米厚。通常，當(dāng)移除一層時(shí)，材料的量為至少約1毫米，并且可以為任何可用于進(jìn)行所述方法的量，例如1.2、1.4、1.6、1.8、2、2.5、3、3.5、4、5毫米，或任何確定為可用的后續(xù)量，比如移除由于擠出苯乙烯系聚合物泡沫而形成的任何表皮的量，但是典型地不大于10毫米。在另一個(gè)實(shí)施方案中，將泡沫切割并且從與切割表面相反的頂表面或底表面移除一層，從而形成兩個(gè)壓制表面。在一個(gè)特殊的實(shí)施方案中，具有壓制表面的泡沫板條具有從壓制表面至泡沫板條的相反表面的密度梯度。通常，適宜的是從壓制表面至泡沫板條的相反表面具有至少5%、10%、15%、25%、30%或甚至35%的密度梯度。為了示出密度梯度，如果在表面處(即，在表面的1或2毫米內(nèi))的泡沫密度為3.0磅/立方英尺(pcf)，則在泡沫的中心處的密度將為10%的梯度即2.7或3.3pcf。盡管在壓制表面處的泡沫密度可以小于或大于在泡沫中心處的密度，但是在壓制表面處的泡沫密度優(yōu)選小于在所述泡沫板條的中心處的密度。同樣，如果泡沫板條具有兩個(gè)壓制表面，則兩個(gè)均適宜地具有上述密度梯度?？梢詫⑴c成型工具接觸之前的板條切割以適應(yīng)工具，或可以同時(shí)切割，例如在模切中同時(shí)切割，其中設(shè)置模切裝置使得在切割過程中將形狀同時(shí)壓制到壓制表面中。最后，可以從壓制部件切割出最終型材，例如，可以將泡沫板條進(jìn)行輥壓，以將形狀成型到壓制表面中，接著切割。當(dāng)切割泡沫時(shí)，可以使用任何合適的方法，例如本領(lǐng)域中已知的那些和之前對(duì)于切割泡沫以成型壓制表面所述的那些。此外，還可以使用涉及加熱的方法來切割泡沫，因?yàn)橐呀?jīng)將壓制的形狀形成在壓制表面中。板條的一個(gè)或多個(gè)壓制表面與成型工具如模頭面接觸。本文中模頭面表示任何具有壓痕形狀的工具，當(dāng)所述工具壓制到泡沫板條中時(shí)將使泡沫獲得模頭面的形狀。也就是說，構(gòu)成模頭面的材料是這樣的材料，即它在壓制在泡沫板條上時(shí)不變形，但是泡沫板條變形從而成型并且保持所需的模頭面形狀。典型地，當(dāng)壓制時(shí)，壓制泡沫的至少一部分，使得如圖1中所示，泡沫被壓縮至將9要壓制的泡沫厚度15的95%以下的厚度，這典型地對(duì)應(yīng)于恰好超過泡沫的屈服應(yīng)力。同樣，當(dāng)壓制部件時(shí)，泡沫的最大變形(泡沫的彈性性變形)典型地不大于準(zhǔn)備好被壓制的泡沫的初始厚度15的約20%。因?yàn)樾筒氖亲罱?jīng)常需要的，所以成型工具如模頭面典型地具有如圖1中所示在具有厚度15的泡沫10中產(chǎn)生高度30為至少1毫米的壓痕(階躍)的外形。壓痕的高度/深度30可以使用任何合適技術(shù)如接觸測(cè)量技術(shù)(例如，坐標(biāo)測(cè)量儀、直讀式厚度計(jì)、等高模板(contourtemplates))和非接觸技術(shù)如光學(xué)方法包括激光方法來測(cè)量。階躍30的高度可以大于1毫米，例如1.5、2、2.5、3、3.5、4、5、6、7、8、9和10至達(dá)到不再有泡沫泡孔坍塌因而進(jìn)一步壓制開始使泡沫的塑料(聚合物)彈性變形的點(diǎn)的高度。令人驚訝地，階躍可以在泡沫經(jīng)歷剪切的情況下形成。例如，在階躍30中泡沫可以具有約45°至約90°的從泡沫10的壓制表面40的剪切角20。應(yīng)當(dāng)理解，剪切角可以不是線性的，但是可以具有一些曲率，在這些情況下所述角度為橫跨曲率的平均值。令人驚訝地，所述角度可以大于60。、75°或甚至90°，而仍保持良好的表面光潔度和外觀。在本發(fā)明的另一方面，將在泡沫的表面處的開孔的濃度比泡沫內(nèi)的開孔的濃度高的苯乙烯系泡沫接觸并且壓制，以成型型材。在本發(fā)明的此方面，泡沫可以為任何苯乙烯系泡沫，例如上述擠塑苯乙烯系聚合物泡沫。其還可以是任何其他苯乙烯系聚合物泡沫，例如本領(lǐng)域中已知的那些，包括例如典型地在壓力下將發(fā)泡劑加入聚合物珠粒料中的那些，如由美國專利4，485，193和本專利在第3欄第6-13行引用的美國專利中每一個(gè)所描述的。關(guān)于此開孔梯度，所述梯度如以上對(duì)于密度梯度所述，其中如果在微觀上確定，開孔的濃度為開孔數(shù)目/表面處的全部泡孔。通常，本發(fā)明的此方面中在表面處的開孔的量至少為5%至完全開孔。適宜地，表面處的開孔以上升的次序?yàn)橹辽?%、7%、8%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和在表面處完全開孔。泡沫可以具有在表面處通過機(jī)械方法例如以上描述的那些(例如，刨平/機(jī)械加工或切割)形成的開孔，或可以例如通過使用合適的表面活性劑將表面處的閉孔爆破而化學(xué)地導(dǎo)致的開孔。具有較高開孔濃度的泡沫表面如上所述地與模頭面接觸和壓制。在一個(gè)用于這種泡沫的優(yōu)選實(shí)施方案中，模頭面被加熱，但是泡沫不被加熱(環(huán)境15-3(TC)并且壓制泡沫。令人驚訝地，被加熱的熱模頭面導(dǎo)致良好的表面外形和外觀，而當(dāng)使用在表面處沒有這樣的開孔的泡沫進(jìn)行相同的處理時(shí)，泡沫的外觀變差。當(dāng)用加熱的成型工具如模頭面壓制時(shí)，與泡沫的接觸時(shí)間典型地為約0.1秒至約60秒。優(yōu)選地，停留時(shí)間為至少約1秒至至多約45秒。當(dāng)用加熱的成型工具如模頭面壓制時(shí)，模頭面的溫度不是如此熱或保持太長時(shí)間而使得泡沫降解。典型地，模頭面的溫度為約5(TC至約20(TC。優(yōu)選地，所述溫度為至少約60°，更優(yōu)選至少約70°C，還更優(yōu)選至少約80°C，并且最優(yōu)選至少約90°C，至優(yōu)選至多約190°，更優(yōu)選至多約180。，還更優(yōu)選至多約17(TC，并且最優(yōu)選至多約160°C。測(cè)試方法穿過各個(gè)泡沫毛坯的厚度的密度分布使用如下儀器測(cè)試QMS密度斷面儀(DensityProfiler)，型號(hào)QDP-01X，來自QuintekMeasurementSystems,Inc.Knoxville，TN。高電壓kV對(duì)照設(shè)定為90X，高電壓電流對(duì)照設(shè)定為23X，并且檢測(cè)器電壓為大約8v。貫穿泡沫的整個(gè)厚度每隔0.06mm收集數(shù)據(jù)點(diǎn)。泡沫樣品在x_射線路徑的平面中的大致厚度位2英寸?；诒粶y(cè)試泡沫部件的測(cè)量線性密度，對(duì)每個(gè)樣品分別計(jì)算質(zhì)量吸收系數(shù)。表皮密度，P&，報(bào)告為最大值，而核密度，Pe，在大約5mm范圍內(nèi)進(jìn)行平均。然后根據(jù)下式計(jì)算以百分比為單位的密度梯度密度梯度(％)=雨如—P表皮)P表皮各個(gè)材料的壓縮響應(yīng)使用配置有5.O位移卡(displacementcard)和4，OOOlbf負(fù)荷卡(loadcard)的材料測(cè)試系統(tǒng)(MaterialsTestSystem)測(cè)量。將測(cè)量各個(gè)板條的大致厚度的立方體樣品在0.065s-l的壓縮應(yīng)變速率壓縮。因此，以英寸/分鐘為單位的MTS的滑動(dòng)橫梁速度(crossheadvelocity)根據(jù)下式程序控制滑動(dòng)橫梁速度=應(yīng)變速率*厚度*60其中泡沫樣品的厚度以英寸為單位測(cè)量。各個(gè)泡沫樣品的壓縮強(qiáng)度根據(jù)ASTMD1621計(jì)算，而總壓縮強(qiáng)度CST如下這樣計(jì)算CST—CSV+CSE+CSH其中CSV、CSE和CSH分別對(duì)應(yīng)于垂直、擠出和水平方向上的壓縮強(qiáng)度。因此，在各個(gè)方向上的壓縮平衡R可以如下所示計(jì)算Rv=CSV/CSTRE=CSE/CSTRH=CSH/CST開孔率通過使用阿基米德(Archimedes)法在25mmX25mmX50mm樣品上測(cè)量。實(shí)施例成型程序?qū)嵤├?-5和比較例1使用下列一般程序，在圖2中所示的1.77英寸厚原型杉木_木瓦(cedar-shake)鋁注塑工具的表面上，成型各個(gè)實(shí)施例1-5和比較例1的泡沫樣品，其中泡沫的相關(guān)特性、杉木木瓦工具的表面溫度和結(jié)果各自顯示于表l中。工具的表面預(yù)先由密歇根州Plymouth的SunCoatings進(jìn)行特氟龍(Teflon)涂覆以消除在加熱時(shí)泡沫在表面上的粘附。實(shí)施例1和4以及比較例1使用MPAXX700，得自密歇根州米德蘭的陶氏化學(xué)公司(TheDowChemicalCo.)。此泡沫為擠塑苯乙烯泡沫，其板條尺寸測(cè)量為在垂直(即厚度)、水平(即寬度)和擠出(即長度)方向上分別為100X600X2200毫米。聚苯乙烯具有約146,000的麗，并且使用二氧化碳和微量(即，O.35卯h)的異丁烷發(fā)泡。實(shí)施例3、5和6使用MPAXXTM300，可得自密歇根州米德蘭的陶氏化學(xué)公司，如上所述測(cè)試，其結(jié)果顯示于表l中。此泡沫為擠塑苯乙烯泡沫，其板條尺寸測(cè)量為在垂直(即厚度)、水平(即寬度)和擠出(即長度)方向上分別為110X600X2200毫米。聚苯乙烯具有約146，000的麗，并且使用二氧化碳發(fā)泡。將工具厚度平放在15-噸Carver壓塑機(jī)(型號(hào)3893)的移動(dòng)壓板表面上。此外，一系列約2.50英寸厚的金屬觸止塊使用Mitutoyo數(shù)字式卡尺(型號(hào)CD-8"CS)測(cè)量并且放置于移動(dòng)的壓板表面上，以防止上壓板與工具表面發(fā)生直接接觸。對(duì)于用加熱工具制備的那些部件，數(shù)字式地程序控制壓板溫度，并且使用Tegam871A數(shù)字溫度計(jì)測(cè)量工具的實(shí)際表面溫度。使用Rockwell帶鋸(型號(hào)14帶鋸)從擠塑苯乙烯(XPS)泡沫板條切割大約2.0英寸厚的XPS泡沫"毛坯"。各個(gè)泡沫板條在成型之前的厚度使用前述數(shù)字式卡尺測(cè)量。最后，則將泡沫毛坯雙面膠合(taped)到固定壓板的表面上，并且通過將固定壓板在觸止塊上觸底(bottoming)而成型部件。在壓制之后，將壓板打開并且將部件從工具中移出，并且對(duì)部件進(jìn)行例如裂紋和外形保留性檢查，這顯示在表1中。在表1和2中，當(dāng)將壓制表面稱為"表皮"時(shí)，這是期圖2的工具上壓制的表面，并且"表皮"表示泡沫板條在不從板條表面刨平(移除)任何材料的條件下照原樣使用。"刨平"表示通過刨平從板表面上移除約5-7mm的材料，并且將此刨平的表面放置在圖2的工具上。"切割"表示在板條的厚度的中間將泡沫板條切割，并且將此切割表面放置在圖2的工具上。實(shí)施例1和比較例1顯示在圖3和4中。制備這些壓制泡沫部件中的唯一差別在于，對(duì)于實(shí)施例l，將"切割"表面放置在杉木-木瓦工具上并且壓制，而對(duì)于比較例l，將泡沫所形成的表面放置在杉木-木瓦工具上。令人驚訝地，通過這樣做，實(shí)施例1的杉木木瓦具有優(yōu)異的外形保留性并且沒有可見的表面裂紋，而比較例1具有許多表面裂紋，并且壓制泡沫中的紋理保留性差。實(shí)施例2和3顯示當(dāng)將工具加熱至高于環(huán)境溫度時(shí)具有在壓制表面處有較多開孔的開孔梯度的適宜性，如由實(shí)施例2所示，具有比實(shí)施例3更好的壓制結(jié)果。實(shí)施例4顯示對(duì)于不同的泡沫，當(dāng)在"切割"表面上壓制時(shí)可以得到優(yōu)異的美學(xué)外觀。同樣，實(shí)施例5顯示，與使用"表皮"表面進(jìn)行相對(duì)于它的壓制相比，使用"刨平的"表面改善了泡沫。成型程序?qū)嵤├?-9和比較例2-5使用下列一般程序，在圖7中所示的1.01英寸厚波紋狀鋁注塑工具的表面上，成型各個(gè)實(shí)施例6-9和比較例2-5的泡沫樣品，其中泡沫的相關(guān)特性、波紋狀工具的表面溫度和結(jié)果各自顯示于表2中。工具的表面預(yù)先由密歇根州Plymouth的S皿Coatings進(jìn)行特氟龍(Teflon)涂覆以消除泡沫在加熱工具的表面上的粘附。將工具厚度平放在15-噸Carver壓塑機(jī)(型號(hào)3893)的移動(dòng)壓板表面上。此外，一系列約1.50英寸厚的金屬觸止塊使用Mitutoyo數(shù)字式卡尺(型號(hào)CD-8"CS)測(cè)量并且放置于移動(dòng)的壓板表面上，以防止上壓板與工具表面發(fā)生直接接觸。使用Rockwell帶鋸(型號(hào)14帶鋸)從擠塑苯乙烯(XPS)泡沫板條切割大約1.0英寸厚的XPS泡沫"毛坯"。各個(gè)泡沫板條在成型之前的厚度使用前述數(shù)字式卡尺測(cè)量。最后，則將泡沫毛坯雙面膠合到固定壓板的表面上，并且通過將固定壓板在觸止塊上觸底而成型部件。在壓制之后，將壓板打開并且將部件從工具中移出。實(shí)施例6和比較例2從由密歇根州米德蘭的陶氏化學(xué)公司生產(chǎn)的、從密歇根州米德蘭的Lowe'sHomeCenter,Inc.購買的R-10STYR0F0AMTMSC0REB0ARD擠塑苯乙烯(XPS)護(hù)套泡沫(sheathingfoam)的2"X48"X96"板條(商品號(hào)14541)成型。板條的表面含有來自生產(chǎn)過程的表皮。此泡沫由麗為約168,000的聚苯乙烯制備，并且使用HCFC142B(l-氯-l，l-二氟乙烷)發(fā)泡。實(shí)施例7和比較例3由得自密歇根少H米德蘭的陶氏化學(xué)公司的STYR0F0AMDECKMATEPlus牌絕緣材料(insulation)成型。此泡沫為擠塑苯乙烯泡沫，其板條尺寸測(cè)量為在垂直(即厚度)、水平(即寬度)和擠出(即長度)方向上分別為4X48X96英寸。板條的表面含有來自生產(chǎn)過程的表皮。聚苯乙烯具有約168，000的麗，并且使用HCFC142B(l-氯-l，l-二氟乙烷)發(fā)泡。實(shí)施例8和比較例4由得自密歇根州米德蘭的陶氏化學(xué)公司的SOLIMATE400成型。此泡沫為擠塑苯乙烯泡沫，其板條尺寸測(cè)量為在垂直(即厚度)、水平(即寬度)和擠出(即長度)方向上分別為100X570X2385毫米。板條的表面含有來自生產(chǎn)過程的表皮。聚苯乙烯具有約146，000的麗，并且使用二氧化碳發(fā)泡。實(shí)施例9和比較例5由得自密歇根州米德蘭的陶氏化學(xué)公司的FL00RMATE500SL-A成型。此泡沫為擠塑苯乙烯泡沫，其板條尺寸測(cè)量為在垂直(即厚度)、水平(即寬度)和擠出(即長度)方向上分別為100X600X1250毫米。板條的表面含有來自生產(chǎn)過程的表皮。聚苯乙烯具有約146,000的麗，并且使用二氧化碳發(fā)泡。這些實(shí)施例和比較例證明通過工具為多種同泡沫引入嚴(yán)格的(severe)表面形貌的方法。每個(gè)泡沫部件均通過本發(fā)明的方法被顯著改善(例如，比較例2與實(shí)施例6等相比)。示例性地，差異分別在圖8和9中通過比較例3相對(duì)于實(shí)施例7顯示。表l.杉木木瓦實(shí)施例和比較例<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>Rv為在施加的壓制力的方向上的壓縮平衡。*密度梯度為將要壓制的泡沫毛坯的梯度。#在真空下用肥皂狀的紅色染料(soapyreddye)通過板條的厚度滲透薄樣品約2分鐘，并且在用紙巾略微吸干之后從染料的滲透視覺觀察梯度(對(duì)于實(shí)施例2參見圖5，對(duì)于實(shí)施例3參見圖6)。<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>權(quán)利要求一種成型泡沫苯乙烯系聚合物的方法，所述方法包括(a)擠出含有發(fā)泡劑的苯乙烯系聚合物以形成苯乙烯系聚合物泡沫板條，所述板條具有頂表面和底表面，其中所述表面位于由所述板條的擠出方向和寬度限定的平面中，(b)通過以下步驟產(chǎn)生壓制表面(i)從(A)所述頂表面，(B)所述底表面，或(C)所述頂表面和所述底表面移除一層泡沫，或(ii)在所述頂表面和所述底表面之間切割所述泡沫板條，從而產(chǎn)生與所述頂表面和所述底表面相反的兩個(gè)壓制表面，(c)將所述泡沫板條的所述壓制表面與模頭面接觸，和(d)壓制所述泡沫板條，使得形成成型的苯乙烯系聚合物泡沫。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述頂表面或所述底表面移除至少約lmm的泡沫。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述壓制表面通過切割所述泡沫板條產(chǎn)生。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中在切割所述泡沫之后，從與所述壓制表面相反的所述頂表面或底表面移除一層泡沫，以形成第二壓制表面。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中在壓制過程中，在所述壓制表面中形成至少lmm高度的階躍，并且所述階躍具有約45。至90°的階躍角度。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述階躍角度為至少約60。。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述階躍角度為至少約75。。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述階躍角度為90。。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述苯乙烯系泡沫板條在所述壓制表面形成之后從所述壓制表面至所述泡沫板條的中心具有至少約5%的密度梯度。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述密度梯度為至少10%。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中在所述壓制表面處的密度大于在所述板條的中心處的密度。12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中在所述壓制表面處的密度小于在所述板條的中心處的密度。13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述泡沫板條具有兩個(gè)壓制表面，并且在所述壓制表面中的每一個(gè)處的密度大于在所述板條的中心處密度。14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述泡沫板條具有兩個(gè)壓制表面，并且在所述壓制表面中的每一個(gè)處的密度小于在所述板條的中心處密度。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述苯乙烯系聚合物泡沫板條表現(xiàn)出由CE/CT、CV/CT和CH/CT表示的各向異性行為，其中CE、Cv和CH分別表示所述板條在三個(gè)正交方向E、V和H中的每一個(gè)上的壓縮強(qiáng)度，所述壓縮強(qiáng)度如通過將25-50mm厚的多孔聚合物的樣品在0.08s—1的應(yīng)變速率壓縮至25%應(yīng)變所測(cè)量，CT表示CE、CV與CH的總和，并且CE/CT、CV/CT和CH/CT中的至少一個(gè)為0.40至0.70。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述泡沫板條的所述壓制在CE/CT、CV/CT和CH/&為0.40至0.70的方向上。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述泡沫板條的所述壓制在CE/CT、CV/CT和CH/&為至少0.50的方向上。18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述壓制使用模切進(jìn)行。19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述權(quán)利要求l，其中所述苯乙烯系聚合物泡沫為聚苯乙烯。20.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述苯乙烯系聚合物泡沫為苯乙烯系單體的聚合物，所述苯乙烯系單體為苯乙烯、鄰_甲基苯乙烯、間_甲基苯乙烯、對(duì)_甲基苯乙烯、2，4-二甲基苯乙烯、2，5-二甲基苯乙烯、對(duì)-叔丁基苯乙烯、對(duì)-氯苯乙烯，或它們的組合。21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述苯乙烯系聚合物為苯乙烯系單體與共聚單體的共聚物，所述共聚單體選自由以下各項(xiàng)組成的組丙烯腈、聚(2，6-二甲基-1，4-亞苯基醚)、丙烯酸甲酯、甲基丙烯腈、馬來酰亞胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸酐、衣康酸酐和它們的組合。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述共聚單體為丙烯腈。23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中以所述苯乙烯系聚合物的重量計(jì)，所述丙烯腈以約1%至約35%的量存在。24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述丙烯腈以至少約15%的量存在。25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述丙烯腈以至少約20%的量存在。26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述泡沫板條的所述擠出采用發(fā)泡劑，所述發(fā)泡劑為揮發(fā)性脂族烴、二氧化碳、水或它們的組合。27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述發(fā)泡劑為乙烷、乙烯、丙烷、丁烷、丁烯、異丁烯、戊烷、新戊烷、異戊烷、己烷、庚烷、二氧化碳、水，或它們的組合。28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述發(fā)泡劑為二氧化碳、水或它們的組合。29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中至少一種發(fā)泡劑具有的通過所述苯乙烯系聚合物泡沫板條的擴(kuò)散速率比空氣通過所述苯乙烯系聚合物的擴(kuò)散速率大。30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中全部的所述發(fā)泡劑具有的通過所述苯乙烯系聚合物的擴(kuò)散速率比空氣通過所述聚合物的擴(kuò)散速率大。31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述發(fā)泡劑為二氧化碳、水或它們的組合。32.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括在所述擠出從而形成所述苯乙烯系泡沫板條，所述板條的至少一部分泡孔為閉合的之后，將所述板條老化至少1天，使得所述閉孔的平均氣體壓力小于1個(gè)大氣壓。33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述閉孔的所述平均氣體壓力為至多0.95個(gè)大氣壓。34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述閉孔的所述平均氣體壓力為至多0.9個(gè)大氣壓。35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述閉孔的所述平均氣體壓力為至多0.8個(gè)大氣壓。36.—種成型苯乙烯系聚合物泡沫型材的方法，所述方法包括(a)提供苯乙烯系泡沫，所述苯乙烯系泡沫在所述泡沫的表面處的開孔的濃度高于所述泡沫內(nèi)的開孔的濃度，(b)將具有較高開孔濃度的所述表面與成型工具接觸，禾口(c)壓制所述泡沫使得所述復(fù)雜泡沫型材成型。37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中所述苯乙烯系泡沫為擠塑苯乙烯系聚合物泡沫。38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中在壓制之前加熱所述模頭面。39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中將所述模頭面加熱至約5(TC至約20(rC的溫度。40.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中步驟(a)的所述泡沫通過擠出苯乙烯系泡沫和從表面移除一層泡沫或切割所述泡沫而提供。41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中將所述泡沫在所述加熱的模頭面上保持1至約45秒。42.—種通過前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法制備的成型泡沫制品。43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的成型泡沫制品，其中所述成型泡沫制品為汽車能量吸收泡沫、汽車防曬板、汽車頭枕、汽車保險(xiǎn)杠、汽車門板、自行車頭盔泡沫填料、花似和工藝泡沫制品、內(nèi)部隔板、混凝土地板絕熱體、絕緣板、內(nèi)部裝飾檐口、外部裝飾檐口、緩沖包裝制品和外部建筑外墻板。全文摘要本發(fā)明為一種成型苯乙烯系聚合物泡沫(10)的復(fù)雜型材的方法，其中例如通過如下產(chǎn)生壓制表面將一層所形成的擠塑苯乙烯系聚合物板條刨平/機(jī)械加工，將所述板條與異形模頭面接觸，和將泡沫(10)壓制以成型復(fù)雜型材。文檔編號(hào)B29C69/00GK101795842SQ200880104923公開日2010年8月4日申請(qǐng)日期2008年8月26日優(yōu)先權(quán)日2007年8月27日發(fā)明者多米尼克斯·L·賓德爾斯,崔炳浩,瑞安·S·加斯東,米歇爾·L·博溫,約瑟夫·A·蘭梅德,羅伯特·J·克利爾曼,邁倫·J·毛雷爾,阿蘭·米切爾·安德烈·薩尼亞爾申請(qǐng)人:陶氏環(huán)球技術(shù)公司