專利名稱：生產(chǎn)發(fā)泡聚合材料的方法和實施該方法的擠出機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種通過添加物理發(fā)泡劑對聚合物進行擠出，生產(chǎn)具有閉孔結構的低密度聚烯烴發(fā)泡聚合材料的方法，并涉及一種用于實施該方法的擠出機。
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，由于其對環(huán)境的負面影響，尤其因為它們被懷疑對地球大氣的保護臭氧層有破壞作用，而被認為是不理想的，并因此正逐漸被停止使用。采用其它對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，因為它們非常易燃。
例如，已有建議采用諸如二氧化碳、氮、氬氣及水的無機發(fā)泡劑來替代CFC和HCFC，它們不易燃而且對環(huán)境幾乎沒有影響。但是，作為單一發(fā)泡劑單獨使用這些劑本身時，一般不可能獲得諸如利用常規(guī)發(fā)泡劑所達到的所需密度的泡沫體。因此，在本領域的研究已轉向利用基于幾種發(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、低級醇及水的組合所構成的一種發(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，也涉及使用具備獨特物理和機械特性的擠出方法。
本發(fā)明的目的之一在于提供一種通過添加物理發(fā)泡劑對聚合材料進行擠出來生產(chǎn)導熱系數(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和互穿的(interpenetrating)螺桿的雙螺桿擠出機中完成的，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，而且其中兩個同向旋轉螺桿具有多個混合區(qū)(返混)和多個交替泵送區(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/分以下的轉速旋轉。
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?？捎玫木酆衔锇ㄉ倭康牟伙柡蛦蜗╂I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，因為它大大增加了原料費用。
本發(fā)明方法利用發(fā)泡劑諸如二氧化碳、氮、氬氣和氦時特別有利；但是，本發(fā)明范圍也擴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)明的另一個目的在于提供一種用于實施如上所述方法的擠出機，包括兩個同向旋轉、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，該螺桿具有多個混合區(qū)(返混)和多個交替泵送區(qū)，其混合和泵送區(qū)之間的長度比為65-75％。
通過隨后的詳細說明并參考附圖所表明的非限制性實施例的具體實施方案，本發(fā)明另外的特征和優(yōu)點會顯得更清楚，其中


圖1為說明實施本發(fā)明的一種擠出裝置的一系列部件的剖面示意圖。
圖2為設置在圖1的擠出設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是實施本發(fā)明的擠出裝置的一種螺桿的側視圖。
參照圖1，管式擠出機主體10一般顯示有被設置在其內(nèi)腔中的兩個同向旋轉、互穿的螺桿12，其特征如上所述。通過未被說明的給料設備，沿該螺桿的初始運送區(qū)14將聚合材料注入擠出機的該空腔中。該螺桿12包括(參見圖7)被三個返混區(qū)18a、b及c隔開的四個泵送區(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區(qū)16b被引入至擠出機主體最接近第一返混區(qū)18a的下游處。
擠出機頭的壓力為200-280巴，優(yōu)選為240-280巴。顯然，擠出機內(nèi)溫度與所用聚合物的特定特征相關，由操作者來控制。
在離開最后流動/泵送區(qū)16d后，熔化的聚合材料被注入靜態(tài)混合器/均質器單元20中。這個單元可以是一種已知類型的并優(yōu)選由本申請人的USP A-4 222 729中所描述的設備組成。
總之，在利用本發(fā)明方法時，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，其中一對側面34比另一對側面36明顯更長。
通道26有第二部分38，其被設置在第一部分28的下游，其橫斷面(參見圖3)是逐漸變化的，側面34進一步伸長，而側面36進一步縮短。
最后，兩個相對模唇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。
實施例I采用了同向旋轉的雙螺桿擠出機，螺桿具有前已描述的特征，其長徑比(L/D)為24。螺桿的進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。
在試驗過程中螺桿的旋轉速度為18-25轉/分。
擠出機頭壓力維持在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的方法測定，所得發(fā)泡板的閉孔結構占至少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。
實施例II采用一種同向旋轉的雙螺桿擠出機，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。
采用與實施例I相同的聚合材料，同時發(fā)泡劑量也在2-5％之間變化。
擠出機頭壓力在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。
權利要求
1.一種通過添加物理發(fā)泡劑對聚合材料進行擠出生產(chǎn)具有導熱系數(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和互穿的螺桿(12)的雙螺桿擠出機中完成擠出，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)具有多個混合區(qū)(返混)(18a-c)及多個交替泵送區(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/分的速度旋轉。
2.按照權利要求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％，同時外徑減小4-8％。
3.按照前述權利要求中任一項的方法，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％，同時外徑減小1-3％。
4.按照前述權利要求中任一項的方法，其特征在于，口模(22)被設置在擠出機下游，該擠出機有一主體(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)，其中一對側面(34)比另一對側面(36)明顯更長。
5.按照權利要求4的方法，其特征在于，所述通道(26)有一第二部分(38)，其被設置在第一部分(28)的下游，其斷面進一步地變化使側面(34)更長，而側面(36)更短。
6.按照前述權利要求中任一項的方法，其特征在于，在輸送通道(26)出口處構成限制所述通道(26)的流通截面的兩個相對模唇(40)。
7.一種用于實施按照前述權利要求中任一項的方法的擠出機，它包括兩個同向旋轉、互穿的螺桿(12)，所述擠出機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混合區(qū)(返混)(18a-c)及多個交替泵送區(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.按照權利要求7的擠出機，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％，同時外徑減小4-8％。
9.按照權利要求7或8的擠出機，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)泡劑對聚合材料擠出生產(chǎn)導熱系數(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、互穿的螺桿(12)的雙螺桿擠出機中完成,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)具有多個混合區(qū)(返混)(18a－c)及多個交替泵送區(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/分的速度旋轉。
文檔編號B29C47/14GK1387548SQ00815464
公開日2002年12月25日 申請日期2000年11月3日 優(yōu)先權日1999年11月9日
發(fā)明者R·卡拉那 申請人:L.M.P.設備有限責任公司