專利名稱:生產(chǎn)泡沫熱塑性材料的方法和裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種通過(guò)將熱塑性塑料與發(fā)泡劑和其它所所需要的添加劑均勻混合并連續(xù)地?cái)D出此混合物而產(chǎn)泡沫熱塑性塑料材料的方法和裝置。
生產(chǎn)泡沫熱塑性材料可使用各種各樣的方法，目前擠出機(jī)也被廣泛地用于這一目的。使用擠出機(jī)生產(chǎn)泡沫熱塑性材料的優(yōu)點(diǎn)是熱塑性塑料與發(fā)泡劑或其它添加劑是在受壓情況下均勻混合的，然后此混合物在低壓下被擠出，以連續(xù)地制造具有所要求形狀(例如片狀或板狀)的泡沫熱塑性材料。
然而，在上述的制造方法中，重要的是必須使發(fā)泡劑或其他添加劑與熔融的熱塑性塑料均勻混合，并且使含有發(fā)泡劑的熔融塑料混合物被均勻而充分地冷卻到適于發(fā)泡的溫度，然后擠出此組合物。
為止，已經(jīng)提出多種均勻混合熱塑性塑料與發(fā)泡劑并均勻冷卻此含有發(fā)泡劑的熔融塑料混合物的方法和裝置。根據(jù)美國(guó)專利3751377號(hào)公開的方法和裝置，為了混合熔融的塑料和發(fā)泡劑以及將混合物均勻冷卻到適于發(fā)泡的溫度，其中有一個(gè)靜態(tài)混合器被裝在螺桿擠出機(jī)之后。盡管，這種配置的裝置在生產(chǎn)厚、大和低密度泡沫材料中已得到某種程度的成功，但是，其缺點(diǎn)是擠出速率降低，因?yàn)殪o態(tài)混合器對(duì)塑料的流動(dòng)阻力很大，尤其是當(dāng)混合器在外表面冷卻時(shí)還會(huì)引起其局部變形或破壞;并且在混合后發(fā)泡劑的分散性仍不夠理想。
迄今已作出不少的努力來(lái)彌補(bǔ)上述缺陷。如在美國(guó)專利4454087號(hào)中所公開的，其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)混合冷卻器和一種作為靜態(tài)混合器的折流混合器(Zigzag mixer)被同時(shí)安裝在擠出機(jī)之后。盡管在此方法中，折流混合器由于未被冷卻而能避免變形，但是它卻不能保證提供更好的添加劑均勻分散性，以用于制造所希望的更低密度的泡沫材料。
另一方面，在美國(guó)專利4419014號(hào)中公開了一種將熔融的塑料、橡膠等與其他添加劑均勻混合的方法，其中擠出機(jī)-混合器組中裝有一個(gè)與擠出機(jī)所裝螺桿的前端直接相聯(lián)的凹槽輸送混合機(jī)。
本發(fā)明把使用在上述擠出機(jī)-混合器組中的凹槽輸送混合機(jī)應(yīng)用到制造泡沫熱塑性材料中，并發(fā)現(xiàn)通過(guò)將凹槽輸送混合機(jī)引入到常用的擠出過(guò)程中，能制造出性能更佳的泡沫熱塑性材料。
本發(fā)明是針對(duì)解決至今存在于以上述現(xiàn)有技術(shù)為基礎(chǔ)的泡沫塑料制造中的問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)泡沫熱塑性材料的方法和裝置，其中該裝置包括一個(gè)用來(lái)熔融和擠出熱塑性材料的擠出機(jī)和一個(gè)將含有發(fā)泡劑的熔融熱塑性塑料冷卻到適于發(fā)泡的溫度的冷卻器，其改進(jìn)之處在于將一轉(zhuǎn)子裝在位于擠出機(jī)和冷卻器之間的定子內(nèi)，定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙被用作熔融的熱塑性塑料的通道，并且在定子的內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子的外表面上分別形成若干個(gè)相隔離的、相對(duì)排列的凹槽，在旋轉(zhuǎn)時(shí)定子和轉(zhuǎn)子上的凹槽彼此重迭，并且由于熔融塑料在各凹槽間被輸送而成為一個(gè)混合器。在混合器的上流側(cè)，熔融塑料同發(fā)泡劑或其他任何的添加劑相混合。
本發(fā)明的目的是提供一種能使一種熱塑性塑料與大量的發(fā)泡劑均勻混合，以便獲得高發(fā)泡、低密度、厚的熱塑性材料的方法和裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種能保證發(fā)泡劑或其他添加劑在熔融塑料中更好地均勻分散、以便使所得到的均勻發(fā)泡劑的熱塑性材料具有卓越的物理性質(zhì)和質(zhì)量的方法和裝置。而且，也能獲得具有均勻分散的成核劑如細(xì)滑石粉、微孔和卓越的隨后加工性的泡沫材料。
本發(fā)明還有一個(gè)目的提供一種能均勻混合多種不相容的熱塑性塑料、而使許多類熱塑性塑料成為能相混的方法和裝置。而且，能制得具有合乎要求性能的泡沫材料。
本發(fā)明更進(jìn)一步的目的是要提供一種能使熱塑性塑料與一種被認(rèn)為與它不易混合的發(fā)泡劑均勻混合的方法和裝置。對(duì)于制造各種泡沫材料來(lái)說(shuō)這是有利的，因?yàn)檫@樣一來(lái)發(fā)泡劑就能從許多類材料中選擇之。
圖1是本發(fā)明裝置一個(gè)實(shí)例的縱剖面圖。
圖2a～h是解釋使用凹槽輸送混合器進(jìn)行混合和攪拌原理的示意圖。
圖3是本發(fā)明裝置另一個(gè)實(shí)例的縱剖面圖。
圖4是圖1和圖3裝置的改型冷卻器的縱剖面圖。
圖5是圖4Ⅴ-Ⅴ截面的剖視。
圖6是本發(fā)明裝置又一個(gè)實(shí)例的縱剖面圖。
根據(jù)本發(fā)明而被擠出-發(fā)泡的熱塑性塑料并未受到嚴(yán)格的限制。有代表性的熱塑性塑料包括聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丙烯腈-丁二烯共聚物、苯乙烯-順丁烯二酸酐共聚物、苯乙烯-乙烯共聚物、聚-α-甲基苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚氯乙烯、聚甲基丙烯醋甲酯、聚酰胺，等。這些共聚物可以分別或相結(jié)合地使用。由于根據(jù)本發(fā)明相對(duì)說(shuō)來(lái)是不相容的共聚物可被均勻地混合，所以熱塑性塑料可以在很大范圍內(nèi)選擇。結(jié)果，可以方便地生產(chǎn)出具有理想的物理性能的熱塑性塑料。
可以在本發(fā)明中使用的發(fā)泡劑也不受限制。通常使用揮發(fā)性的或易分解的發(fā)泡劑。
作為揮發(fā)性發(fā)泡劑可以提出的有脂屬烴如丙烷、丁烷、異丁烷、戊烷、新戊烷、異戊烷、等等;脂環(huán)烴如環(huán)丁烷、環(huán)戊烷、環(huán)己烷等等;氯代甲烷;二氯甲烷;二氯氟甲烷;氯三氟甲烷;二氯二氟甲烷;氯二氟甲烷;三氯氟甲烷;三氯三氟乙烷;和二氯四氟乙烷。作為易分解的發(fā)泡劑可以提出的有二亞硝基五亞甲基四胺;三亞硝基三亞甲基三胺;P-P′氧代二(苯磺酰肼);偶氮二酰胺等等。這些發(fā)泡劑可單獨(dú)地或聯(lián)合地使用。
根據(jù)本發(fā)明發(fā)泡劑被加在混合器的上流側(cè)。正規(guī)的混合方法包括在擠出機(jī)內(nèi)加熱和熔融熱塑性塑料，以及在壓力下將發(fā)泡劑加入到擠出機(jī)。另一種方法是將含有發(fā)泡劑的熱塑性塑料加入到擠出機(jī)。
當(dāng)為了獲得低密度泡沫材料而混合大量發(fā)泡劑，例如100份重量的熱塑性塑料與5～50份重量的揮發(fā)性發(fā)泡劑相混時(shí)，最好在擠出機(jī)中或通過(guò)其他混合裝置予捏和熔融的熱塑性塑料和發(fā)泡劑，然后再將此混合物供入混合器。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)制造泡沫材料時(shí)加入一種正常使用的添加劑。
作為添加劑有成核劑、阻燃劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、增塑劑、著色劑、填料等等。
根據(jù)本發(fā)明用來(lái)熔融和擠出熱塑性塑料的擠出機(jī)是單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)，在發(fā)泡劑被高壓加入之后，它們的螺桿上最好裝有銷或其他混合工具。
根據(jù)本發(fā)明適用的冷卻器是為生產(chǎn)泡沫材料而研制和常用的冷卻器，這樣的冷卻器帶有熱交換裝置并能控制各種塑料的溫度。最好使用在外冷卻機(jī)筒內(nèi)部裝有帶葉片旋轉(zhuǎn)軸的冷卻器，如在美國(guó)專利4454087號(hào)、2669751號(hào)和日本特許544/73和42026/79號(hào)中所公開的。最好使用比熔化熱塑性塑料用的擠出機(jī)之直徑要大的冷卻器或擠出機(jī)，以便通過(guò)螺桿以較小的抽吸作用來(lái)低速攪動(dòng)熱塑性塑料而使它均勻地冷卻。
根據(jù)本發(fā)明可以使用的混合器是熔化熱塑性塑料的凹槽輸送混合器，它具有被支承在定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙被用作熔融塑料的通道。在定子的內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子的外表面上分別形成許多凹槽。形成在定子和轉(zhuǎn)子上各凹槽的位置應(yīng)使它們?cè)谛D(zhuǎn)時(shí)能彼此重迭。凹槽可以是半球形、圓柱形和菱形，但是最好應(yīng)是半球形，因?yàn)樗鸬娜廴谒芰暇奂^小。各凹槽應(yīng)該在定子和轉(zhuǎn)子的各自的軸向和周向上交叉地設(shè)置在定子的內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子的外表面上(參見(jiàn)附圖)。凹槽孔口的總面積，用它們的輸送面積來(lái)說(shuō)的話，可以增大到占定子的內(nèi)表面面積或轉(zhuǎn)子的外表面面積的60%以上?；旌掀鲬?yīng)處于在擠出-發(fā)泡過(guò)程中溫度和壓力均是最高的位置。因此，混合器可與擠出機(jī)的螺桿前端相連接，以便使混合器與螺桿同步旋轉(zhuǎn);或者以使它能獨(dú)自旋轉(zhuǎn)的方式來(lái)安裝混合器。在后一種情況能方便地控制加熱和混合操作，因?yàn)檗D(zhuǎn)數(shù)可以根據(jù)熱塑性塑料的種類、發(fā)泡劑和其它添加劑的種類而隨意地調(diào)整。換言之，當(dāng)使用易受熱分解的阻燃劑和容易被所施加的高剪切力切斷的纖維材料時(shí)，混合器可以低速旋轉(zhuǎn);而當(dāng)使用具有與塑料有不同粘度的揮發(fā)性發(fā)泡劑時(shí)，混合器可以高速旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)本發(fā)明可以使用的機(jī)頭模具有常用的T型模具、衣架形模具、魚尾形模具、圓形模具等，必要時(shí)還可帶有定形模具。
現(xiàn)將根據(jù)本發(fā)明所選的實(shí)施例對(duì)發(fā)明的構(gòu)成和效果進(jìn)行具體的介紹。
參考圖1對(duì)本發(fā)明裝置的一個(gè)實(shí)施方案加以說(shuō)明。在圖1中顯示出一種以主混合器1、冷卻擠出機(jī)2和混合器3排列的方案。冷卻擠出機(jī)2與主混合器1相平行地安裝，并且其軸與后者的軸相偏移。混合器3裝在擠出機(jī)1、2之間。
主擠出機(jī)1包括第一機(jī)筒4;第一懸臂螺桿5，它可轉(zhuǎn)動(dòng)地插在第一機(jī)筒4中;第一捏和裝置6，它被安裝在第一螺桿5的前端;圓柱7，它裝在螺桿軸的前端;若干根銷8，它們由圓柱7的內(nèi)表面上突出;發(fā)泡劑進(jìn)口9，被用來(lái)在壓力下導(dǎo)入發(fā)泡劑，并處于第一機(jī)筒4的第一螺桿5和第一捏和裝置6之間的分界線上;出口11，它處于第一機(jī)筒4的與螺桿懸置端有間隙的位置上;進(jìn)口12，它處于第一機(jī)筒4的與螺桿支承端有間隙的位置上;料斗13，它裝在進(jìn)口12處;以及若干個(gè)加熱器14，它們裝在第一機(jī)筒4的外表面。
冷卻擠出機(jī)2包括具有螺旋形的冷卻劑通道17的第二機(jī)筒16;冷卻劑通道17的進(jìn)口18和出口19;可旋轉(zhuǎn)地插入在第二機(jī)筒16中的第二懸臂螺桿20;機(jī)頭模具21被固定在第二機(jī)筒16的與螺桿20的懸置端有間隙的端部，機(jī)頭模具21上帶有一個(gè)熱塑性塑料出口;軸承23用來(lái)旋轉(zhuǎn)支承第二螺桿20的端部;密封件24;密封推動(dòng)器25;冷卻密封件的冷卻劑通道26;導(dǎo)入熱塑性塑料的進(jìn)口27位于第二機(jī)筒16的螺桿20的被支承端;和一根將冷卻劑供入到第二螺桿20內(nèi)部的管子28。
混合器3包括固定機(jī)筒30;一根可轉(zhuǎn)動(dòng)地插裝在固定機(jī)筒30之中的懸臂轉(zhuǎn)子31，其軸線與第一和第二螺桿5、20的軸線相垂直;進(jìn)口32，它位于固定機(jī)筒30中的轉(zhuǎn)子31的被支承端側(cè)，并與主擠出機(jī)1的出口11相通;出口33，它位于固定機(jī)筒30中的轉(zhuǎn)子31的懸置端側(cè)，并與將熱塑性塑料送入到冷卻擠出機(jī)2的進(jìn)口27相通;安裝在固定機(jī)筒30的內(nèi)表面上的定子34;若干個(gè)相隔離的半球形凹槽35、36，它們形成在定子34的內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子31的外表面上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)時(shí)在定子34的內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子31的外表面上的凹槽35、36部分地重迭;軸承37用來(lái)旋轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)子31;密封件38;密封推動(dòng)器39;冷卻密封件的冷卻劑通道40;排列在固定機(jī)筒30外周面上的加熱器41;和用來(lái)將冷卻劑供入到轉(zhuǎn)子31內(nèi)部的管子42。
現(xiàn)介紹圖1所示裝置的操作。通過(guò)以箭頭A、B方向轉(zhuǎn)動(dòng)第一和第二螺桿5、20，并以箭頭C方向旋轉(zhuǎn)與第一和第二螺桿5、20相分開的轉(zhuǎn)子31，熱塑性塑料從料斗13供入到第一機(jī)筒4。材料，即塑料通過(guò)第一螺桿5以箭頭D方向被輸送，通過(guò)加熱器14加熱并使其熔化。在壓力下通過(guò)進(jìn)口9將發(fā)泡劑加到熔融塑料中，通過(guò)第一捏和裝置6的各銷子8使發(fā)泡劑與熱塑性塑料進(jìn)行予混。緊接著使含發(fā)泡劑的熱塑性塑料在被送入到混合器3的固定機(jī)筒30之前先通過(guò)出口11和進(jìn)口32。在混合器3中，通過(guò)轉(zhuǎn)子31上的凹槽36和定子34上的凹槽35進(jìn)行攪拌和混合，使發(fā)泡劑均勻地分散在熱塑性塑料中。
參考附圖2a-h來(lái)介紹使用線型材料的獨(dú)特的混合和攪拌原理。由圖2a左側(cè)凹槽35之底部被擠出的線型材料沿其內(nèi)周邊延展，如圖2b所示線型材料的前端被沿C方向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子31的凹槽36的邊緣ⅰ所扯開，從而引起其方向的改變，以致與圖2C所示的狀態(tài)相一致。如圖2d所示線型材料的前端被邊ⅱ所折疊，并如圖2e所示其前端被邊ⅱ和定子34所切斷，并如圖2f所示它的前端被邊ⅲ所彎曲，并如圖2g所示它的前端被邊ⅲ和定子34所切斷，并如圖2h所示它的前端被邊ⅳ所彎曲。以后重復(fù)同樣的操作，從而使線型材料之前端被連續(xù)地切斷，切斷部份被堆積在凹槽內(nèi)。
根據(jù)這個(gè)原理，塑料被延展而形成薄板，并被切成片狀，在片中發(fā)泡劑或其他添加劑被均勻分散在熱塑性塑料中。帶有均勻分散在其中的發(fā)泡劑的熱塑性塑料通過(guò)出口33和進(jìn)口27被送入到冷卻擠出機(jī)2的第二機(jī)筒16中。含有發(fā)泡劑的熱塑性塑料通過(guò)以箭頭E方向旋轉(zhuǎn)的第二螺桿20而被輸送，并被通過(guò)冷卻通道17通入的冷卻劑冷卻到適于發(fā)泡的溫度。它繼續(xù)被輸送并從出口22擠出供發(fā)泡用。
參考圖3介紹本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案。在圖3中，相同的標(biāo)號(hào)代表如圖1所示的相同部件，并略去有關(guān)這些部件的說(shuō)明。在圖3的裝置中，冷卻裝置44包括與混合器3的定子34的出口相配合的聯(lián)接器45;與聯(lián)接器45相配合的中間連接件46;裝在中間連接件46一側(cè)中央的芯47;外機(jī)筒48與內(nèi)芯47以同心相配合，其一端與中間連接件46相聯(lián);和一個(gè)固定在外機(jī)筒48的另一端上的機(jī)頭模具49。在內(nèi)芯47和外機(jī)筒48之間的間隙成為熱塑性塑料通道50，它通過(guò)連通管道51與混合器3相通，連通管道51處于聯(lián)接器45和中間連接件46之間。在內(nèi)芯47中形成冷卻空間52，冷卻劑的進(jìn)口53和出口54由中間連接件46的周面一直通到冷卻空間52。在外機(jī)筒48中有螺旋形冷卻劑通道55，出口56開在機(jī)頭模具49上。一根L形管子58用來(lái)使主擠出機(jī)1的出口11與混合器3的進(jìn)口32相通。靜態(tài)混合器59被設(shè)置在連通管58的與混合器相連的一側(cè)，而節(jié)流嘴60被設(shè)置在連通管58的與擠出機(jī)相連的一側(cè)。數(shù)字61代表排列在連通管58外周面上的加熱器。
現(xiàn)在介紹圖3中所示設(shè)置的操作。從擠出機(jī)1出口11中擠出的熔融塑料的速度通過(guò)節(jié)流嘴60而被加速，由進(jìn)口9供應(yīng)的發(fā)泡劑在壓力下被加到加速流動(dòng)的熱塑性塑料中。含有發(fā)泡劑的熱塑性塑料被送到靜態(tài)混合器59使熱塑性塑料和發(fā)泡劑進(jìn)行予混合。接著，從靜態(tài)混合器59排出含發(fā)泡劑的熱塑性塑料，并將它送到混合器3，在混合器3中如同在第一實(shí)施例情況一樣的相同作用下，使熱塑性塑料與發(fā)泡劑徹底捏合。然后將含有均勻分散的發(fā)泡劑的塑料供入到冷卻裝置44的塑料通道50中。含發(fā)泡劑的熱塑性塑料在熱塑性塑料通道50中一邊沿箭頭E方向移動(dòng)，一邊被經(jīng)過(guò)通道55的冷卻劑所冷卻，然后從孔56中排出供發(fā)泡用。
在實(shí)施本發(fā)明的方法時(shí)，如圖4所示的冷卻器63或如圖3所示的冷卻裝置44也可以用來(lái)取代圖1所示的冷卻擠出機(jī)2。以下詳細(xì)介紹在圖4和圖5中所示的，并且按照本發(fā)明的第一和第二實(shí)施方案而安裝在混和器3下游側(cè)的冷卻器63。冷卻器63包括一個(gè)具有螺旋形冷卻劑通道65的外機(jī)筒64;一根能轉(zhuǎn)動(dòng)地插裝在外機(jī)筒64中的懸臂式主軸66;一個(gè)位于外機(jī)筒64的主軸支承處附近的熱塑性塑料進(jìn)口67;一個(gè)帶有孔69的機(jī)頭模具68;和一根將冷卻劑供應(yīng)到位于主軸66中的冷卻空間的管子70。主軸66包括通過(guò)軸承71而被旋轉(zhuǎn)地支承在外機(jī)筒64上的大徑端部66A;中央的小徑部66B和大徑前端66C，一個(gè)環(huán)形的凸出件66D被安裝在稍為靠近于面對(duì)塑料進(jìn)口的中央小徑66B的下游側(cè)。許多柵格型捏和條72由比中央小徑部66B的環(huán)形凸出件66D遠(yuǎn)一些的下游部分突起。
在圖4所示的冷卻器63中，含發(fā)泡劑的并從混合器3經(jīng)過(guò)塑料進(jìn)口67而被引入到外機(jī)筒64中的塑料沿著箭頭E方向被迫越過(guò)環(huán)形凸出件66D，并且借助于沿箭頭F方向轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸66上的捏和條72而被捏和，然后通過(guò)大直徑前端部66C和外機(jī)筒64之間的隙縫，而從孔69壓出。
實(shí)施例1、2和3以及比較例1被使用在實(shí)施例1、2和3中的圖1裝置，具有以下的技術(shù)條件擠出機(jī)1的第一機(jī)筒4的內(nèi)徑為50毫米;冷卻擠出機(jī)2的第二機(jī)筒16的內(nèi)徑為65毫米;混合器3的定子34的內(nèi)徑為50毫米;定子34和轉(zhuǎn)子31之間的間隙為0.4毫米;在定子34和轉(zhuǎn)子31的圓周方向上分別有六個(gè)凹槽，而在它們的軸向上有七排凹槽35、36;半球形的凹槽35、36的直徑分別為23毫米和24.5毫米;凹槽35、36的深度是8和9.5毫米;在軸向上兩凹槽中心間距為22毫米;混合器3的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為106轉(zhuǎn)/分;通過(guò)冷卻擠出機(jī)2出口的熔融塑料的溫度為123℃;機(jī)頭模具21的孔22之寬度為100毫米，高度為1毫米。
作為基礎(chǔ)樹脂的100份重量的聚苯乙烯〔朝日會(huì)社的Styron679〕與作為成核劑的0.3份重量的細(xì)滑石粉和作為阻燃劑的2.0份重量的六溴環(huán)癸烷均勻混合，并被供入到主擠出機(jī)1，主擠出機(jī)以材料擠出速率為55公斤/小時(shí)進(jìn)行操作。此外，作為發(fā)泡劑的二氯二氟甲烷以每100份重量基礎(chǔ)熱塑性塑料使用12.5份重量發(fā)泡劑的比例在壓力下從進(jìn)口9加入之。結(jié)果，通過(guò)裝在機(jī)頭模具21上的定形器制得寬250毫米、厚25毫米、密度為40公斤/立方米的泡沫板(參見(jiàn)表1)。
通過(guò)改變發(fā)泡劑量和轉(zhuǎn)子31的轉(zhuǎn)速進(jìn)行類似試驗(yàn)，獲得顯示實(shí)施例2和3的結(jié)果。表1中的比較例顯示從圖1的裝置中除去混合器3的情況。
實(shí)施例4和比較例2在本實(shí)施例中使用圖1的裝置，具有以下的技術(shù)條件擠出機(jī)1的第一機(jī)筒4的內(nèi)徑為50毫米;冷卻擠出機(jī)2的第二機(jī)筒的內(nèi)徑為65毫米;混合器3的定子34的內(nèi)徑為90毫米;定子34和轉(zhuǎn)子31之間的間隙為0.2毫米;在定子34和轉(zhuǎn)子31的圓周方向上各有十個(gè)凹槽，而在它們的軸向上有七排凹槽35、36;半球形凹槽35、36的直徑分別為27毫米和28毫米;凹槽35、36的深度為8和9.5毫米;在軸向上兩凹槽中心的距離為25毫米;混合器3的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分;通過(guò)冷卻擠出機(jī)2的熔融材料溫度為159℃;機(jī)頭模具21上的孔22為直徑60毫米、間隙0.6毫米的圓環(huán)形開口。
作為基礎(chǔ)熱塑性塑料的100份重量的聚苯乙烯〔朝日會(huì)社的Styron691〕與作為成核劑的2.0份重量的細(xì)滑石粉均勻混合，并被供入到主擠出機(jī)1中，主擠出機(jī)以材料擠出速率為28公斤/小時(shí)進(jìn)行操作。另外，作為發(fā)泡劑的丁烷以每100份重量基礎(chǔ)熱塑性塑料使用3.5份重量發(fā)泡劑的比例在壓力下從進(jìn)口9加入之。結(jié)果，通過(guò)附裝在機(jī)頭模具一定距離上的冷卻心棒和在擠出方向上某處的縫隙得到寬633毫米、厚25毫米、單位重量為179公斤/立方米的冷卻的定型的均勻微孔泡沫板。
另外，將這樣制得的泡沫材料在室溫下熟化七天，然后按照美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)ASTM D2842-69測(cè)量微孔的直徑，在此，材料在120℃加熱12秒鐘以檢驗(yàn)二次發(fā)泡厚度作為評(píng)價(jià)可成形性。其結(jié)果被顯示在表2內(nèi)。
進(jìn)行一個(gè)實(shí)施例4所用的裝置中去掉混合器3的類似試驗(yàn)，通過(guò)將熱塑性塑料的溫度調(diào)整到158℃，得到厚2毫米、寬633毫米和單位重量為176公斤/平方米的泡沫片。然而，從帶有大微孔的薄片中可以觀察到許多集聚的滑石粉粒子。二次發(fā)泡情況也很差。
表1發(fā)泡劑用量以 發(fā)泡 排料量 熔融樹 轉(zhuǎn)子31 泡沫基礎(chǔ)熱塑性塑 情況 (公斤/ 脂溫度 的轉(zhuǎn)速 的密度料的重量百分比計(jì)小時(shí)) (℃) (轉(zhuǎn)/分) (公斤/米3)實(shí)施例1 12.5 均勻穩(wěn)定 55 123 106 40發(fā)泡實(shí)施例2 14.6 均勻穩(wěn)定 56 124 200 35發(fā)泡實(shí)施例3 12.8 均勻穩(wěn)定 57 124 100 40發(fā)泡比較例1 11.0 不均勻發(fā)泡 55 125 - 46具有非正規(guī)的氣孔表2微孔直徑(毫米) 二次發(fā)泡厚度機(jī)器方向 橫向 垂直方向 (毫米)實(shí)施例4 0.22 0.21 0.21 3.28比較例2 0.28 0.31 0.27 3.04實(shí)施例5在此實(shí)施例中除了使用根據(jù)實(shí)施例1的機(jī)頭模具21和冷卻心棒以外，其余采用實(shí)施例4中所用的裝置。
在按這樣布置的裝置中，使用聚苯乙烯〔Yukaron HE-30(MI＝0.3) of Mitsubishi Yuka株式會(huì)社〕作為基礎(chǔ)熱塑性塑料。100份重量的基礎(chǔ)熱塑性塑料與10份重量的相互浸透的聚合物〔Piocelan of Sekisui Kaseihin Kogyo K.K.〕，這聚合物由聚合單體時(shí)通過(guò)浸漬苯乙烯單體于聚乙烯塑料中而獲得，它由30%重量的乙烯和70%重量的苯乙烯組成，具有18.6%重量的交聯(lián)鍵比，和0.5份重量的作為成核劑的滑石粉。交聯(lián)鍵比的獲得可由，例如，在沸騰的二甲苯中測(cè)量單位樣品的不溶組成物的量來(lái)得出。這樣獲得的混合物以每小時(shí)30公斤的速度供給擠出機(jī)。
另一方面，在壓力下加入作為發(fā)泡劑的14份重量的由70%(重量)二氯二氟甲烷與30%(重量)丁烷組成的混合物。然后混合器3以100轉(zhuǎn)/分進(jìn)行擠出，經(jīng)過(guò)冷卻出機(jī)的用于發(fā)泡的熔融熱塑性塑料的溫度為110℃。所得的泡沫材料為外觀精細(xì)、發(fā)泡均勻的薄片，其厚度為20毫米、寬230毫米、密度為33公斤/立方米。
比較例3此比較例按實(shí)施例5的方法進(jìn)行，除了從裝置中取消混合器3外。由于派西蘭(PIOCELAN)樹脂的混合和分散不良，出現(xiàn)高比重的泡沫部位和許多發(fā)泡劑氣腔，因此只能制得不平坦表面的泡沫薄片。
參考圖6現(xiàn)在介紹本發(fā)明的另一實(shí)施方案。在圖6中，同樣的標(biāo)號(hào)表示與圖1、圖4同樣和相應(yīng)的部件，其中擠出機(jī)1和冷卻器63平行布置，但是它們的軸線彼止相偏離。熱塑性塑料供應(yīng)管32a連接擠出機(jī)1的出口11和冷卻器63的注入部分67。數(shù)字31代表一根與圓柱7同心相連并安裝在螺桿5前端的轉(zhuǎn)子，若干個(gè)下凹的、隔開的半球形凹槽35、36分別形成在轉(zhuǎn)子31的外表面和機(jī)筒4的內(nèi)表面上，它們相對(duì)排列。機(jī)筒4和轉(zhuǎn)子31的凹槽35和36分別彼此重迭，在它們之間形成輸送塑料的混合器。
轉(zhuǎn)子31的長(zhǎng)度應(yīng)是螺桿5直徑的二到八倍(最好為四到八倍)。如果長(zhǎng)度小于直徑的二倍，捏和就不充分反之，如果轉(zhuǎn)子31的長(zhǎng)度超過(guò)螺桿5直徑的八倍，就會(huì)使加熱太過(guò)。
圓柱7的長(zhǎng)度通常是螺桿5直徑的一到七倍(最好是二到五倍)。如果長(zhǎng)度小于螺桿的直徑，予捏和就不充分;反之，如果長(zhǎng)度大于直徑的七倍，捏和效果就不會(huì)再進(jìn)一步地提高。
應(yīng)使允許熱塑性塑料通過(guò)圓柱7的橫截面積大于螺桿5的前端面積(最好為一倍半到三倍)。否則，供應(yīng)到圓柱7的熱塑性塑料量將過(guò)多并使充分捏和成為不可能。作為裝在圓柱7上的突出件8有圓柱形的銷，切斷的螺旋螺紋和Dulmage螺旋。
螺桿5和主軸66分別以箭頭A和F方向旋轉(zhuǎn)，而材料、即熱塑性塑料通過(guò)進(jìn)口12被供入到機(jī)筒4。螺桿5以箭頭D方向輸送熱塑性塑料，并且同時(shí)通過(guò)加熱器14使其升溫和熔融。發(fā)泡劑在壓力下從進(jìn)口9加到熔融的熱塑性塑料中，由此使發(fā)泡劑與熱塑性塑料一起予混合。接著，含發(fā)泡劑的熱塑性塑料被迫進(jìn)入到轉(zhuǎn)子31和機(jī)筒4之間的隙縫中，并被凹槽35、36捏和，以便使發(fā)泡劑被均勻地分散在熱塑性塑料中。捏和原理與圖2中所述的一樣。其中含有均勻分散的發(fā)泡劑的熱塑性塑料通過(guò)供料管32a被送到冷卻器63的外圓筒64，然后沿箭頭E方向越過(guò)環(huán)形凸出件66D。熱塑性塑料被以箭頭F向旋轉(zhuǎn)的柵格形捏和條捏和，在被適當(dāng)冷卻后穿過(guò)大徑前端部分66C和外圓機(jī)筒64之間的間隙，并從出口69擠出供發(fā)泡用。
實(shí)施例6和比較例4使用圖6所示的裝置，并具有以下的技術(shù)要求擠出機(jī)1的第一機(jī)筒4的內(nèi)徑為50毫米;螺桿5的直徑為50毫米;圓柱7的長(zhǎng)度為250毫米;轉(zhuǎn)子31的長(zhǎng)度為250毫米;轉(zhuǎn)子31和機(jī)筒4之間的間隙為0.4毫米;六個(gè)凹槽分別處在轉(zhuǎn)子31和機(jī)筒4的圓周向，而在軸向有七排凹槽35、36;半球形凹槽35、36各自的直徑為23.0毫米和24.5毫米;凹槽35、36的深度為8毫米和9.5毫米;凹槽在軸向間的間距為22毫米，螺桿5的轉(zhuǎn)速為106轉(zhuǎn)/分;穿過(guò)冷卻器63的熔融料溫度123℃;機(jī)頭模具68的孔69之寬度為100毫米、高度為1毫米。
作為基碳熱塑性塑料的100份重量的聚苯乙烯〔朝日會(huì)社的Styron679〕與作為成核劑的0.3份重量的滑石粉和作為阻燃劑的2.0份重量的六溴環(huán)癸烷均勻混合，并被供入到主擠出機(jī)1，主擠出機(jī)以材料擠出速率為55公斤/小時(shí)進(jìn)行操作。此外，作為發(fā)泡劑的二氯二氟甲烷以每100份重量基礎(chǔ)熱塑性塑料使用12.5份重量發(fā)泡劑的比例在壓力下從進(jìn)口9加入之。結(jié)果，通過(guò)裝在機(jī)頭模具21上的定型器得到寬250毫米、厚25毫米、密度為40公斤/立方米的泡沫片(參見(jiàn)表3)。
在比較例4中，轉(zhuǎn)子31被去掉，從而省去機(jī)筒4的凹槽35。
從表3明顯可見(jiàn)，根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置能夠制得均勻的泡沫材料。
表3發(fā)泡劑用量以 發(fā)泡 排料量 熔融樹 螺桿5 泡沫基礎(chǔ)熱塑性塑 情況 (公斤/ 脂溫度 的轉(zhuǎn)速 的密度料的重量百分比計(jì)小時(shí)) (℃) (轉(zhuǎn)/分) (公斤/米3)實(shí)施例6 12.5 均勻穩(wěn)定 55 123 106 40發(fā)泡比較例4 11.0 不均勻發(fā) 55 125 106 46泡帶有非正規(guī)的氣孔
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)泡沫熱塑性材料的方法包括在螺桿擠出機(jī)中熔化和擠出所說(shuō)的熱塑性材料；添加發(fā)泡劑到熔融的熱塑性塑料中；在混合裝置中混合所說(shuō)的發(fā)泡劑和熔融的熱塑性塑料和在冷卻裝置中冷卻所形成的發(fā)泡劑和熱塑性塑料的混合物到適于發(fā)泡的溫度；所說(shuō)的混合裝置包括一根被支承在定子中的轉(zhuǎn)子，以便在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)形成一間隙作為發(fā)泡劑和熱塑性塑料混和物的通道；所說(shuō)的轉(zhuǎn)子具有形成在其外表上的多個(gè)凹槽，而所說(shuō)的定子具有形成在其內(nèi)表面上的多個(gè)凹槽，在所說(shuō)的轉(zhuǎn)子上的多個(gè)凹槽和在所說(shuō)的定子上的多個(gè)凹槽被排列成在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)能彼此重迭的形式，并且在混和物通過(guò)所說(shuō)的混合裝置的通道的過(guò)程中，使各凹槽間的發(fā)泡劑與熱塑性塑料的混和物得以被輸送。
2.按照權(quán)利要求
1的生產(chǎn)泡沫熱塑性材料的方法，其中熱塑性塑料和發(fā)泡劑在所說(shuō)的混合裝置中被進(jìn)一步混合前，先進(jìn)行予混合。
3.按照權(quán)利要求
1的生產(chǎn)泡沫熱塑性材料的方法，其中所說(shuō)的混合裝置之轉(zhuǎn)子與所說(shuō)的擠出機(jī)之螺桿是獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)的。
4.按照權(quán)利要求
1的生產(chǎn)泡沫熱塑性材料的方法，其中所說(shuō)的混合裝置之轉(zhuǎn)子與所說(shuō)的擠出機(jī)之螺桿的前端相連接的。
5.一種生產(chǎn)泡沫熱塑性材料的裝置包括用來(lái)熔融和擠出所說(shuō)的熱塑性塑料的螺桿擠出機(jī);與所說(shuō)的螺桿擠出機(jī)相連通的混合裝置，用來(lái)接受來(lái)自所說(shuō)的螺桿擠出機(jī)的發(fā)泡劑和所說(shuō)的熔融熱塑性塑料的混合物，以及混合所說(shuō)的發(fā)泡劑和所說(shuō)的熔融塑料;與所說(shuō)的混合裝置相連通的冷卻裝置，用來(lái)將在所說(shuō)的混和裝置中形成的發(fā)泡劑和熱塑性塑料混合物冷卻到適于發(fā)泡的溫度;所說(shuō)的混合裝置包括一根被支承在定子中的轉(zhuǎn)子，以便在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)形成一間隙作為發(fā)泡劑和熱塑性塑料的通道;所說(shuō)的轉(zhuǎn)子具有形成在其外表面上的多個(gè)凹槽，而所說(shuō)的定子具有形成在其內(nèi)表面上的多個(gè)凹槽，在所說(shuō)的轉(zhuǎn)子上的多個(gè)凹槽和在所說(shuō)的定子上的多個(gè)凹槽被排列成在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)能彼此重迭，并在混和物通過(guò)所說(shuō)的混合裝置的通道的過(guò)程中，使凹槽間的發(fā)泡劑與熱塑性塑料的混合物得以被輸送，在該混合裝置的上游端備有發(fā)泡劑的注入部。
6.按照權(quán)利要求
5的生產(chǎn)泡沫熱塑性材料的裝置，其中所說(shuō)混合器的轉(zhuǎn)子能與所說(shuō)螺桿擠出機(jī)的螺桿旋轉(zhuǎn)無(wú)關(guān)地進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。
7.按照權(quán)利要求
5的生產(chǎn)泡沫熱塑性材料的裝置，其中所說(shuō)混合器的轉(zhuǎn)子能與所說(shuō)螺桿擠出機(jī)的螺桿前端相連接的，擠出機(jī)備有發(fā)泡劑的所述注入部。
8.按照權(quán)利要求
7的生產(chǎn)泡沫熱塑性材料的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)在所說(shuō)的螺桿擠出機(jī)和所說(shuō)的混合裝置之間的予捏和裝置。
專利摘要
一種生產(chǎn)泡沫熱塑性材料的方法和裝置。一個(gè)凹槽輸送混合器被裝在熔化或熔融熱塑性塑料的螺桿擠出機(jī)和冷卻器之間。凹槽輸送混合器能形成均勻和混合良好的、由發(fā)泡劑和熱塑性材料和任意的其他需要添加劑組成的摻合物。
文檔編號(hào)B29C47/84GK86105207SQ86105207
公開日1987年8月5日 申請(qǐng)日期1986年7月24日
發(fā)明者藤崎弘, 林基茲, 吉井基員 申請(qǐng)人:積水化成品工業(yè)株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan