專利名稱：薄聚苯乙烯泡沫板材的熱成型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提供由薄聚苯乙烯泡沫板材制成的改進(jìn)的熱成形制品的方法，制備此板材用的發(fā)泡劑僅含或主要含二氧化碳(CO2)。本發(fā)明特別適用于制造那種厚度小于1/2英寸(12.7毫米)的聚苯乙烯泡沫板材，這種板材經(jīng)熱成形可制成像容器那樣的制品，如盤、杯、管，以及類似制品。從環(huán)保原因和遵守有關(guān)規(guī)定來看，采用發(fā)泡劑而不用鹵代烴或脂肪烴來制備聚苯乙烯泡沫板，已日益顯得重要了。用基本上由二氧化碳組成的發(fā)泡劑來生產(chǎn)這種泡沫板，正如在美國專利U.S.5,250,577中所闡述的那樣，是一個(gè)解決問題的辦法。該專利的發(fā)明之一即本專利發(fā)明人。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在擠出用CO2作為單一組分的發(fā)泡劑的聚苯乙烯泡沫時(shí)，在較大厚度如約大于0.16英寸(4.1毫米)和在低密度即約低于4磅/立方英寸(64.1千克/立方米)的情況下，要控制厚度的變化，其困難增加了，這是由于CO2濃度較高，以及隨后的發(fā)泡速度不斷增加之故。這種厚度變化有時(shí)被稱之為起皺，它不僅對氣囊大小、表面特性和以脆性來衡量的盤的總官能度(Overall tray functionali-ty)，以及相應(yīng)容器的外包裝性均有不良影響，而且也影響到最終制品的外形美。所以，希望制造厚的、低密度的熱成型聚苯乙烯泡沫板制品，該制品有滿意的氣囊尺寸、滿意的表面特性和物理性能。
厚度較薄的、用CO2發(fā)泡的聚苯乙烯泡沫板較易加工，本發(fā)明利用這一點(diǎn)來制造超厚的、低密度的，并具有比目前可能獲得的更好的物理與美學(xué)特性的聚苯乙烯泡沫板制品。隨著厚度的提高，擠出過程的困難也增加了。本發(fā)明利用下列事實(shí)即擠出一個(gè)厚度變化最小的和具有較小的氣囊尺寸的較薄的制品是比較容易進(jìn)行的。通過擠出兩個(gè)或更多的厚度小于最終要求的厚度的料片，在熱成形前將它們連結(jié)成具有所要求的厚度的單一板材，就使結(jié)果獲得了改進(jìn)。熱成形向泡沫料片提供了輕微的壓力和通常足夠的熱量，這不僅可使用以常規(guī)的方法可熱成形的材料來成形料片，而且使結(jié)合在一起的組成料片內(nèi)表面間得到良好的粘合。加工過程的最后是用常規(guī)的方法對用板材熱成形得到的制品進(jìn)行修飾整理。


圖1是按照本發(fā)明提出的熱成形加工過程制作制品的示意圖。
圖2是圖1所示加工過程的部段分解剖面圖，正如2-2段所表示的，它表示在熱成形過程中多條料片匯集在一起形成板材。
美國專利U.S.5,520,577闡明了本發(fā)明中所用聚合物和形成聚苯乙烯泡沫薄板的加工過程中所用的發(fā)泡劑。為了說明的目的，這里所敘述的泡沫板材是用二氧化碳作為單一發(fā)泡劑制造的聚苯乙烯泡沫。雖然本發(fā)明可以應(yīng)用于其它樹脂和發(fā)泡劑，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，采用這種泡沫板材是特別有利的。
本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方案在圖1中示意地作了說明。然而，對加工過程作些變動(dòng)是可以的，而且仍能獲得本發(fā)明的有益效果。圖1顯示了卷筒10和12，其上卷裝著擠出的聚苯乙烯泡沫薄料片14和16，其厚度大約是熱成形要求的泡沫板材最終厚度的一半。為了說明的目的，料片14和16是用基本上為CO2的單一發(fā)泡劑發(fā)泡的聚苯乙烯制造的。
盡管料片14和1 6被預(yù)先擠出，并作為卷筒10和12卷存起來，但也可以設(shè)想，在完全連續(xù)的加工過程中，料片14和16可以由兩臺(tái)擠出機(jī)直接擠出來代替。無論是來自于卷筒10和12，還是直接來自于擠出機(jī)，料片14和16在此后相匯合，但未必在接合點(diǎn)18相匯合。當(dāng)料片14和16在未加熱的情況下接合時(shí)，如果要求料片間粘結(jié)度高，則可以使用一個(gè)內(nèi)表面加熱器20。然而，內(nèi)表面加熱器20在有些情況下不一定非要采用，因?yàn)橐呀?jīng)發(fā)現(xiàn)，可以在熱成形過程本身可獲得足夠的熱量與壓力，其所提供的足量的熱量已基本使薄板在最終制品中相互粘接起來。
空轉(zhuǎn)滾筒22輔助將料片14和16通常在接合點(diǎn)18結(jié)合在一起，它們各自的界面26和28處于緊密的貼合中而成為板材24的組成部分。形成板材24的料片隨后通過一個(gè)常規(guī)的熱成形機(jī)和加熱通道30；它包含有加熱單元32和34，并裝有鏈欄36和銷接鏈38(像帶有凸出的銷的自行車鏈)，以抓住板材24的邊緣，并將板材24運(yùn)行至成形臺(tái)40。
成形臺(tái)40包含有常規(guī)的熱成形配合模具42和44，裝有一個(gè)陽模凸臺(tái)46和一個(gè)陰模凹槽48，其形狀符合要求成形的容器制品。如果在加工前期沒有適當(dāng)連結(jié)的話，那么通過緊密匹配的模具所產(chǎn)生的擠壓力和產(chǎn)生的熱量一般也能使料片界面26和28相互牢固粘合起來。這樣熱成形臺(tái)就同時(shí)提供了雙重功能，即如圖中已指明的料片在該過程中粘合和成形。當(dāng)模具42和44按常規(guī)方式閉合并加入板材24時(shí)，就形成了如板材段50所示的所需形狀的容器。然后板材24前進(jìn)到一個(gè)常規(guī)的修整臺(tái)52，它包含有位于模具部件56上的修飾刀具54和承接修飾刀具54的在匹配模具60中的插孔58，以修飾所要得到的制品62，將板材修整成形成為制品62。隨后，眾多的經(jīng)修整的制品62經(jīng)脫模而堆積在堆放臺(tái)64上，或用任何一種本領(lǐng)域熟知的常規(guī)方式人工地運(yùn)走。
由多層較薄的料片制成單一板材的加工過程，在下文中被稱作“共熱成形”或通過共熱成形過程被稱為“共熱成形”板。正如前面所提到的，本發(fā)明利用以下事實(shí)，即以CO2作為單一的或主要發(fā)泡劑制造的聚苯乙烯泡沫在擠出時(shí)，具有低密度、最小厚度變化的厚度較小的產(chǎn)品，與厚度較大的同樣密度的產(chǎn)品相比，可被更容易地?cái)D出。采用較薄厚度的料進(jìn)行擠出成形，其優(yōu)點(diǎn)在于可以利用較高程度的成核作用和較小的氣囊尺寸而使泡沫表面較為光滑，而且沒有因皺紋而出現(xiàn)過大的厚度變化。由皺紋嚴(yán)重的板材成形的制品，由于其破碎率高而導(dǎo)致出現(xiàn)令人不滿意的浪費(fèi)，如裹裝食品的盤太脆時(shí)。在聚苯乙烯泡沫板熱成形的產(chǎn)品中，氣囊尺寸大會(huì)導(dǎo)致脆性，而氣囊尺寸小剛會(huì)賦予可延展性和盤的堅(jiān)韌性。實(shí)施1本發(fā)明予以實(shí)踐的一個(gè)共熱成形的具體例子是，將兩個(gè)料片如厚度約為0.1英寸(2.55毫米)的料片14和16相結(jié)合，共熱成形成為厚0.2英寸(5.1毫米)聚苯乙烯泡沫板。表1公開了用圖1表示的工藝過程的詳細(xì)條件和結(jié)果(B欄)，并與以前的實(shí)例(A欄)相比較。正如在表1中所見，取代生產(chǎn)用CO2為發(fā)泡劑的密度為3磅/立方英尺(48.1千克/立方米)和約厚0.2英寸(5.1毫米)(A欄)的聚苯乙烯板制品，生產(chǎn)用CO2發(fā)泡的有同樣密度即3磅/立方英尺(48.1千克/立方米)而厚度約為一半左右約0.1英寸(2.54毫米)、表1
*MD＝機(jī)器方向，CD＝橫截方向，VD＝豎直方向。0.098英寸(2.49毫米)的聚苯乙烯泡沫料片(B欄)。組成較薄厚度的板材的兩條料片材自卷筒10和12上退卷，向前運(yùn)行，匯集于接合點(diǎn)18，成為較松的板材24，然后喂入鏈欄36。板材24邊緣一旦被銷接鏈條38夾住，板材即被拉向前，進(jìn)入熱成形機(jī)的加熱通道40，在通道中料片24的外表面受到加熱。然后，由料片材14和16組成的板材24被引向成形臺(tái)52。此處的配合模具閉合至特定的模具間隙而使制品62成形，它可以是具有確定器壁的盤。被加熱的泡沫板材稍加壓縮，不僅能使料片形成板材24，而且也能確保料片14和16相應(yīng)的兩個(gè)內(nèi)表面26和28之間極好地粘合而成板材24。然后，由板材24制得的熱成形最終制品在整理臺(tái)52上以常規(guī)方式進(jìn)行修飾。以改善產(chǎn)品性能與外觀。利用本發(fā)明的熱成開方法，可以使共熱成形產(chǎn)品中的氣囊尺寸小于0.4毫米(約0.3毫米)。按照常規(guī)的熱成形方法生產(chǎn)的普通標(biāo)準(zhǔn)的聚苯乙烯泡沫制品，其氣囊尺寸約大于0.4毫米，比如說0.5毫米，這已是非常滿意的了。盡管表1中闡明的兩種試驗(yàn)產(chǎn)品表明，盤的堅(jiān)韌性是令人滿意的或是優(yōu)異的。同時(shí)可以知道，由于標(biāo)準(zhǔn)板材(A欄)的脆性要大于共熱成形的氣囊尺寸小的板材(B欄)，盤子包裝時(shí)，可以估計(jì)到其破碎率是較高的。生產(chǎn)的泡沫板材沒有超過規(guī)定的厚度變化范圍且氣囊尺寸較小，就可以得到較光滑的、多功能性的、滿意的最終產(chǎn)品，并且一般說來，可以提供一個(gè)可覺察到的，以及實(shí)際上增強(qiáng)了的產(chǎn)品，這是因?yàn)樵诔尚萎a(chǎn)品中沒有厚度變化。此外，顯而易見的是，加工成為板材24的料片可以在較高速度下擠出，因?yàn)槔鋮s所需要的停留時(shí)間減少了。
盡管本發(fā)明的共熱成形方法專門闡述聚苯乙烯泡沫板的熱成形，其中CO2是主要的或單一的發(fā)泡劑，但是應(yīng)認(rèn)為，本發(fā)明也可以適用于其它樹脂材料和發(fā)泡劑。最終產(chǎn)品可以是容器類，例如食品用產(chǎn)品等，但也可以應(yīng)用于非容器類產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.用于制造可熱成形的熱塑性泡沫板材的共熱成形方法，包括以下步驟a.制備多個(gè)聚苯乙烯泡沫薄料片，其總厚度基本上等于將被熱成形成為制品的板材的總厚度，每個(gè)所述料片材具有一個(gè)界面與另一片相對。b.使所述泡沫薄料片在它們的界面上緊密貼合，形成所述板材。c.將所述板材加熱到熱成形溫度。d.使所述料片彼此粘合，熱成形該板材為具有指定形狀的制品，并且e.修飾和收集所述的熱成形產(chǎn)品。
2.權(quán)利要求1的方法，其中薄料片的界面在連結(jié)成板材之前要進(jìn)行預(yù)熱。
3.權(quán)利要求1的料片，是由以二氧化碳發(fā)泡劑制備的聚苯乙烯泡沫所制成的。
4.權(quán)利要求3的方法，其中二氧化碳發(fā)泡劑是用于使熱塑性片材成形的單一發(fā)泡劑。
5.權(quán)利要求1的方法，其中共熱成形的制品的氣囊尺寸約小于0.4毫米。
6.權(quán)利要求1的方法，其中料片的密度約低于4磅/立方英尺(64.1千克/立方米)。
7.權(quán)利要求1的方法，其中每塊經(jīng)熱成形的料片的厚度約小于0.16英寸(4.1毫米)，并且由料片結(jié)合形成的板材的厚度約大于0.16英寸(4.1毫米)。
8.按權(quán)利要求1中的方法制備的泡沫板材形成的制品。
9.具有由兩層或更多層泡沫料片結(jié)合在一起形成的器壁的共熱成形制品，其中所述的器壁密度低、氣囊尺寸小。
10.權(quán)利要求9的共熱成形制品，其中的器壁由聚苯乙烯泡沫構(gòu)成，該泡沫氣囊直徑約小于0.4毫米。
全文摘要
用于形成密度低、氣囊尺寸小的熱塑性泡沫板材的共熱成型方法。該板由多層厚度較薄的聚苯乙烯泡沫材片形成，這可以改善對氣囊大小的控制和用此種板材熱成型所得產(chǎn)品的最終的功能性。在熱成型過程中，多層片材被粘合在一起。這種共熱成型制品改進(jìn)了延展性和表面特性。
文檔編號(hào)B29C51/08GK1146745SQ95192737
公開日1997年4月2日 申請日期1995年2月2日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月24日
發(fā)明者G·C·維爾施, M·達(dá)爾逖 申請人:陶氏化學(xué)公司