專利名稱：微孔泡沫塑料的擠塑/吹塑方法和借此制作的制品的制作方法
相關(guān)的申請這份申請是美國專利申請第60/068,173號(1997年12月19日申請)和第60/107,754號(1998年11月10日申請)的部分繼續(xù)申請，兩者都是由Jeer R.Anderson等人申請的，兩者的題目都是“Microcellular Extrusion/Blow Molding Process and ArticleMade Thereby(微孔擠塑/吹塑方法和借此制作的制品)”，在此通過引證把這兩份申請并入本文。
本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)聚合物泡沫塑料在其聚合物基體中包括大量的空隙(也稱之為泡孔)。通過用空隙代替固體塑料，聚合物泡沫塑料對于給定的體積所用的原材料比密實(shí)的塑料少。因此，在許多應(yīng)用中用聚合物泡沫塑料代替密實(shí)的塑料將降低材料成本。
微孔泡沫塑料與常規(guī)的聚合物泡沫塑料相比，它具有較小的泡孔尺寸和較高的泡孔密度。通常，微孔泡沫塑料被定義為平均泡孔尺寸小于100微米，且泡孔密度高于每立方厘米106個泡孔的固體塑料。在典型的連續(xù)形成微孔泡沫塑料的方法(如擠塑)中，作用在發(fā)泡劑和聚合物的單相溶液上的壓力迅速下降以使這些泡孔成核。成核速率必須足夠高才能形成微孔結(jié)構(gòu)。
幾份專利介紹了微孔材料和微孔工藝的各個方面。美國專利第4,473,665號(Martini-Vvedensky等人，1984年9月25日)介紹了一種泡孔直徑小于大約100微米的泡沫聚合物的制作方法。在Martini-Vvedensky等人的技術(shù)中，用發(fā)泡劑使材料母體飽和，把該材料置于高壓下，然后使壓力迅速下降，從而使發(fā)泡劑成核，并且為泡孔的形成創(chuàng)造條件。然后，將該材料迅速凍結(jié)以便保持所需的微泡分布。
美國專利第5,158,986號(Cha等人，1992年10月27日)介紹了利用超臨界流體作為發(fā)泡劑形成微孔聚合物材料的方法。在Cha等人的分批加工法中，塑料制品被浸沒在高壓超臨界流體中并持續(xù)一段時間，然后迅速地返回環(huán)境條件從而引起溶解度變化和成核作用。在連續(xù)法中，聚合物片被擠塑成形，然后在高壓下通過超臨界流體容器中的輥隙，然后快速地暴露在環(huán)境條件中。在另一種連續(xù)法中，用超臨界流體飽和的熔融聚合物形成物料流。該聚合物物料流被迅速加熱，借此獲得的熱力學(xué)不穩(wěn)定性(溶解度變化)形成成核作用部位，同時使該系統(tǒng)保持在壓力下以阻止泡孔的充分增長。然后將該材料注射到模腔中，在那里壓力被降低，從而為泡孔增長創(chuàng)造條件。
國際專利公布號WO98/08667(Burnham等人)提供了一些生產(chǎn)微孔材料和微孔制品的方法和系統(tǒng)。在Burnham等人的一種方法中，泡沫聚合物母體和發(fā)泡劑的流體單相溶液被連續(xù)地成核，其方法是把物料流分成若干個分開的部分并且單獨(dú)成核每個分開的部分。然后，被分開的物料流可以再次合并成一股成核的流體聚合物物料流。再次合并的物料流可以被塑造成所需的形狀，例如通過成型模頭。Burnham等人還介紹了一種有利于制作厚微孔制品的模頭，該模頭包括多路成核段。其它方法也介紹了非常薄的微孔產(chǎn)品的制作。具體地說，提供了一種方法，該方法適合連續(xù)地把微孔材料擠塑到金屬絲上，從而導(dǎo)致緊固在金屬絲上泡孔基本閉合的非常薄的微孔絕緣涂層。在一些其它方法中，壓降速率是一個重要的特征，并且介紹了控制這個參數(shù)和其它參數(shù)的技術(shù)。
聚合物的擠坯吹塑是一種已知的方法，在該方法中熔融聚合物材料作為型坯(基本呈圓筒形的聚合物套)從擠塑機(jī)的模頭擠出。這種型坯被放入模具，通常在該型坯足夠熱仍然柔軟可模塑時讓它承受圓筒內(nèi)部足夠高的氣壓，朝模具壁膨脹。許多通用制品(如飲料瓶、潤滑油瓶、藥物的包裝、化妝品的包裝以及類似的東西)是用這種技術(shù)制造的。
在許多案例中，型坯被擠塑成沿其長度具有厚度差異。比較厚的部分可以對應(yīng)于該制品需要較大程度地增強(qiáng)的位置，或者需要提供比其它區(qū)域大的膨脹程度的部分(例如在塑料洗滌劑瓶的吹塑成形中)，同時保持該模塑制品上基本上恒定的厚度。
美國專利第4,444,702號(Thomas等人)介紹了一種生產(chǎn)熱塑材料的管狀擠出型坯的系統(tǒng)，這種擠出型坯的壁厚是在擠塑期間改變的。
美國專利第3,939,236號(Hahn)介紹了一種涉及擠塑管狀微孔聚合物型坯、然后吹塑該型坯的技術(shù)。
美國專利第3,225,127號(Scott)介紹了一種方法，該方法涉及通過環(huán)形?？讛D塑包含發(fā)泡劑的熔融塑料以形成泡沫型坯，然后把該型坯放在吹塑模腔中并使該型坯在該模具內(nèi)膨脹。
美國專利第4,874,649號(Daubenbuchel等人)指出了在使已經(jīng)發(fā)泡的塑坯再膨脹的泡沫塑料制品擠坯吹塑法中存在的主要困難。Daubenbuchel等人指出仍然處于熱塑條件的塑坯中已發(fā)泡的材料在塑坯的長度和周邊上有一些呈現(xiàn)不同的強(qiáng)度值和發(fā)泡率值的區(qū)域，結(jié)果導(dǎo)致在內(nèi)部壓力的作用下在塑坯內(nèi)形成若干薄弱點(diǎn)，這些薄弱點(diǎn)引起塑坯壁或由該塑坯生產(chǎn)的模塑制品撕裂而產(chǎn)生廢品。Daubenbuchel等人聲稱通過共擠多層熱塑塑坯(其中至少有一層是不可發(fā)泡的)解決了這個問題。據(jù)稱，利用一層不發(fā)泡層為塑坯在材料已經(jīng)發(fā)泡后再膨脹創(chuàng)造了條件，而沒有形成薄弱點(diǎn)或穿透制品壁的孔的危險。當(dāng)這個不可發(fā)泡層安排在制品的外面時該制品將具有平滑的外表面。Daubenbuchel等人還介紹了為了避免在已發(fā)泡的材料中因受壓縮出現(xiàn)的泡泡或孔在數(shù)量級為1bar或低于大約0.5bar的壓力下塑坯的吹塑膨脹，他們以其作為特征的壓力顯著地低于在常規(guī)的擠坯吹塑法中使用的壓力。
在某些案例中，常規(guī)的發(fā)泡工藝在加工期間把成核劑(其中有一些是無機(jī)固體顆粒)并入聚合物熔體。這樣的成核劑可以有各種各樣的組成，例如滑石粉和碳酸鈣。具體地說，成核劑通常以低于聚合物熔體重量的1％的劑量并入聚合物熔體，以便降低用于泡孔成核的能量。成核劑在聚合物混合物內(nèi)的分散對于形成均勻的微孔結(jié)構(gòu)往往是十分關(guān)鍵的。在某些案例中，不采用較高的劑量，因?yàn)轭w粒形成絮團(tuán)可能導(dǎo)致具有異常的大泡孔的不均勻的微孔結(jié)構(gòu)。下面的美國專利介紹成核劑在發(fā)泡工藝中的運(yùn)用。
美國專利第3,491,032號(Skochdopole等人，1970年1月20日)介紹一種制作微孔聚合物材料的方法。在Skochdopole的方法中，細(xì)碎的固體物質(zhì)(如硅酸鈣、硬脂酸鋅、硬脂酸鎂和類似的東西可能有利于在膨脹前與聚合物或凝膠合并。這種細(xì)碎的物質(zhì)有助于控制微泡的尺寸，其用量按聚合物重量計從大約0.01％重量百分比到大約2.0％重量百分比。
美國專利第5,116,881號(Park等人，1992年5月26日)介紹一種聚丙烯泡沫塑料片及其制造方法。在Park的方法中，成核劑被用于形成氣泡開始出現(xiàn)的部位。優(yōu)選的是成核劑的粒度范圍從0.3微米至5.0微米以及成核劑的濃度按重量計小于每百份聚合物一份成核劑。按重量計，成核劑的濃度大于每百份聚合物五份成核劑將導(dǎo)致形成絮團(tuán)，即成核物質(zhì)的分散是如此不充分以致微泡直徑變得更大。
在聚合物泡沫塑料中的填料添加量通常按聚合物重量計算至少是20％重量百分比，在許多案例中大于30％重量百分比。上述內(nèi)容是在國際專利公布WO98/08667中介紹的，Burnham介紹了一些填料用量按聚合物重量計算至少為10％重量百分比的微孔材料實(shí)例，另一些實(shí)例填料用量按聚合物重量計算至少為25％重量百分比，另一些實(shí)例填料用量按聚合物重量計算至少為35％重量百分比，還有一些實(shí)例填料用量按聚合物重量計算至少為50％重量百分比。
高密度聚乙烯(HDPE)一直被認(rèn)為是難以加工成泡沫塑料的材料。這部分地是由于HDPE的熔體強(qiáng)度低引起的。為了用高密度聚乙烯生產(chǎn)泡沫塑料已經(jīng)開發(fā)了使用化學(xué)發(fā)泡劑的方法。此外，HDPE泡沫塑料通過分批工藝已被生產(chǎn)出來(例如，美國專利笫5,158,986號)。但是，申請人不知道不用化學(xué)發(fā)泡劑或不添加20％以上類似低密度聚乙烯(LDPE)或線形低密度聚乙烯(LLDPE)的添加劑是否能用HDPE生產(chǎn)擠塑的或泡沫模塑的泡沫塑料。
此外，擠塑微孔材料通?？赡苁菑?fù)雜的，因?yàn)榫獾膲航邓俾?、溫度、發(fā)泡劑含量以及模頭形狀和設(shè)計都可能影響擠塑的微孔制品的性能和外觀。
盡管用于泡沫聚合物材料的擠坯吹塑法是已知的，但是仍然存在對于用簡化的方法生產(chǎn)具有良好物理質(zhì)量的擠坯吹塑產(chǎn)品的需求。此外，雖然在生產(chǎn)泡沫塑料時已經(jīng)采用了低重量百分比的成核劑以及在生產(chǎn)常規(guī)的泡沫塑料和微孔泡沫塑料時已經(jīng)采用了高重量百分比的填料，但是發(fā)泡工藝尚未使用過中等劑量的成核劑。所以，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一些具有良好物理性能的擠坯吹塑的泡沫塑料制品和用于生產(chǎn)這些制品的技術(shù)。本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供壁厚比較薄的擠坯吹塑的泡沫塑料制品以及生產(chǎn)這些涉及控制泡沫塑料的均勻性和密度的制品的技術(shù)。本發(fā)明第三個目標(biāo)是提供一些在聚合物泡沫塑料中以最有利于結(jié)果的劑量存在的成核劑。本發(fā)明第四個目標(biāo)是提供非分批生產(chǎn)高質(zhì)量HDPE泡沫塑料的方法。
一方面，本發(fā)明提供一種制品。在一個實(shí)施方案中，所提供的制品包括聚合物微孔泡沫塑料的吹塑制品。
在另一個實(shí)施方案中，本發(fā)明提供適合吹塑的擠塑微孔型坯。
另一方面，本發(fā)明提供一些系統(tǒng)。一個系統(tǒng)包括具有擠塑機(jī)的擠塑裝置，其中所述擠塑機(jī)有為接收聚合物微孔材料的母體而設(shè)計的入口，而且其結(jié)構(gòu)設(shè)計適合提供聚合物材料和發(fā)泡劑的單相非成核溶液。一個吹塑成形模頭與該擠塑機(jī)流體連通，并且具有為釋放微孔材料型坯而設(shè)計的出口。該裝置包括一個把擠塑機(jī)的入口與吹塑成形模頭的出口連接起來的封閉通道。該通道包括一個具有為在發(fā)泡劑與流體聚合物材料的單相非成核溶液中形成，其速率足以引起微孔成核作用的壓降而選定的長度和橫截面尺寸的成核通道。一個吹塑模具也包括在內(nèi)，并且其位置是可調(diào)的，以便接收來自模頭出口的微孔材料型坯。
在另一個實(shí)施方案中，所提供的系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計適合提供聚合物泡沫塑料母料的擠塑機(jī)和與所述擠塑機(jī)相關(guān)聯(lián)的儲料缸。該儲料缸能夠接收來自所述擠塑機(jī)的聚合物泡沫塑料母料和聚集聚合物泡沫塑料母料的裝模料。在這個系統(tǒng)中還提供了吹塑裝置，該吹塑裝置是可以借助成型模頭定位的，以便接收儲料缸的產(chǎn)品。這種吹塑裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計適合把材料吹塑成聚合物泡沫塑料的吹塑制品。
在另一個實(shí)施方案中，所提供的系統(tǒng)包括上述的某些方面的組合。這個系統(tǒng)包括擠塑機(jī)，該擠塑機(jī)具有接收聚合物微孔材料母體的入口，而且其結(jié)構(gòu)設(shè)計適合提供聚合物材料和發(fā)泡劑的單相非成核溶液。同時還提供了儲料缸，而且它是可定位的，以便接收來自所述擠塑機(jī)的聚合物泡沫塑料母料和聚集聚合物泡沫塑料母料的裝模料。吹塑成形模頭與所述儲料缸流體連通，并且有為釋放微孔材料型坯而設(shè)計的出口。吹塑模具是可定位的，以便接收來自模頭出口的微孔材料型坯并且其結(jié)構(gòu)設(shè)計適合形成聚合物微孔泡沫塑料的吹塑制品。該裝置包括把擠塑機(jī)入口與模頭出口連接起來的封閉通道，該通道包括前面定義的成核通道。
第三方面，本發(fā)明提供一種成形模頭設(shè)備。這種模頭包括在其上游端結(jié)構(gòu)設(shè)計適合聚合物材料和在環(huán)境條件下呈氣態(tài)的發(fā)泡劑的單相非成核溶液的入口，以及在其下游端用于定義模頭間隙和釋放聚合物泡沫材料的出口。流體通道把該入口與該出口連接起來，并且包括成核通道。該模頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計適合在擠塑期間改變模頭間隙的寬度同時保持恒定的成核通道間隙。
第四方面，本發(fā)明提供一系列方法。在一個實(shí)施方案中，所提供的方法涉及擠塑來自擠塑機(jī)模頭的聚合物泡沫塑料擠出物，同時改變該擠出物的厚度。
在另一個實(shí)施方案中，所提供的方法包括提供聚合物微孔泡沫塑料擠出物型坯，并且讓該型坯承受吹塑條件。
在另一個實(shí)施方案中，所提供的方法涉及按加工方向擠塑來自擠塑機(jī)模頭的聚合物泡沫塑料擠出物，同時改變離開該模頭的擠出物的溫度。借此形成的擠出物具有第一部分和按加工方向與所述第一部分隔開的第二部分，第一部分和第二部分在材料密度上至少相差1.1倍。
在另一個實(shí)施方案中，所提供的方法涉及讓聚合物泡沫塑料型坯承受比較嚴(yán)酷的吹塑條件，同時保持相對恒定的型坯密度。型坯可以承受至少15psi的吹塑條件，借此至少使一部分型坯在圓周方向至少膨脹50％。這發(fā)生在型坯密度保持相對恒定的時候，具體地說，該密度增加將不超過大約20％。
本發(fā)明的第五方面涉及生產(chǎn)包含中等劑量的成核劑的泡沫塑料和微孔泡沫塑料的方法。這些微孔泡沫塑料可以用常規(guī)的聚合物加工技術(shù)(如擠塑、注塑和吹塑)來生產(chǎn)。這些泡沫塑料呈現(xiàn)極好的機(jī)械性能，并且可以在各種各樣的密度上構(gòu)成許多不同的泡沫塑料制品。
在本發(fā)明的這個方面，提供一種微孔制品的成形方法。該方法包括在聚合物加工裝置中朝下游方向輸送聚合物材料。這種聚合物材料包括半結(jié)晶的聚合物和按聚合物的重量計含量介于大約2.5％重量百分比和大約7％重量百分比之間的成核劑。該方法進(jìn)一步包括用該聚合物材料制成微孔制品。
在這個方面的某些實(shí)施方案中，該方法進(jìn)一步包括一個在該聚合物加工裝置中把按聚合物按重量計少于1.5％重量百分比的發(fā)泡劑引入聚合物材料，以形成發(fā)泡劑與聚合物材料的溶液的步驟。在某些實(shí)施方案中，該方法進(jìn)一步包括一個在發(fā)泡劑和聚合物材料的溶液中引發(fā)低于1.0GPa/秒的壓降速率的步驟。
第六方面，本發(fā)明提供一種微孔聚合物制品，該制品包括聚合物材料基體，在該基體中包含大量的平均尺寸小于大約60微米的微泡。這種聚合物材料包括半結(jié)晶的聚合物和按聚合物材料重量計含量介于大約2.5％重量百分比和大約7％重量百分比之間的成核劑。
在一些其它優(yōu)點(diǎn)當(dāng)中，本發(fā)明的某些實(shí)施方案提供一種有前途的生產(chǎn)微孔泡沫塑料制品的方法，由于存在成核劑該方法采用低發(fā)泡劑百分含量和/或低壓降速率。采用低發(fā)泡劑百分含量導(dǎo)致節(jié)約與發(fā)泡劑相關(guān)的成本，并且可以改善最終的微孔制品的表面質(zhì)量。與高壓降速率相反，使用低壓降速率可以為模頭設(shè)計提供更大的自由度，并且在某些案例中允許生產(chǎn)橫截面尺寸比較厚的泡沫塑料制品。
本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方案還提供一些用各種不同的半結(jié)晶聚合物材料生產(chǎn)各種不同類型的泡沫塑料制品(如擠塑制品、吹塑制品和注塑制品)的方法。
此外，本發(fā)明提供一種包含成核劑的含量足夠高(按聚合物材料的重量計介于2.5％重量百分比和7％重量百分比之間)的微孔泡沫塑料，以便以不可忽視的量取代固體塑料有效地起填料的作用。用這些成核劑取代固體塑料可以導(dǎo)致節(jié)約材料成本和改善機(jī)械性能。
此外，在許多案例中，這種微孔泡沫塑料不管是否存在無機(jī)顆粒都具有均勻而細(xì)小的微泡結(jié)構(gòu)。在許多實(shí)施方案中，微泡之間的互連性是最小的。再者，這些泡沫塑料可以在各種各樣的密度上生產(chǎn)。具體地說，可以生產(chǎn)性能與未發(fā)泡的密實(shí)塑料相當(dāng)?shù)拿芏缺容^高的泡沫塑料。
第七方面，本發(fā)明提供一種包括包含大量微泡的聚合物材料基體的泡沫塑料制品。該聚合物材料基本上是由高密度聚乙烯組成的，并且基本上沒有殘留的化學(xué)發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑的反應(yīng)副產(chǎn)物。這種制品具有基本上與連續(xù)擠出物的形狀或模具內(nèi)腔形狀一致的形狀。
第八方面，本發(fā)明提供泡沫塑料制品的成形方法。這種方法包括在聚合物加工裝置中朝下游方向輸送聚合物材料的步驟。該聚合物材料基本上是由高密度聚乙烯組成的。這種方法進(jìn)一步包括在聚合物加工裝置中把物理發(fā)泡劑引入聚合物材料的步驟和用所述聚合物材料形成泡沫塑料制品的步驟。
本發(fā)明還提供用物理發(fā)泡劑生產(chǎn)HDPE泡沫塑料的方法。在許多發(fā)泡方法中，用物理發(fā)泡劑代替化學(xué)發(fā)泡劑是有利的。例如，物理發(fā)泡劑往往比化學(xué)發(fā)泡劑便宜。此外，物理發(fā)泡劑不會把可能妨礙制品有效再生的活性物質(zhì)引入制品。最后，使用物理發(fā)泡劑的方法可以更有效、更可靠而且不必依靠化學(xué)反應(yīng)地確定發(fā)泡工藝期間釋放的發(fā)泡劑的量。
此外，本發(fā)明提供包含少量的或基本上沒有殘留的化學(xué)發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑的反應(yīng)副產(chǎn)物的HDPE泡沫塑料。在某些案例中，材料中存在殘留的化學(xué)發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑的反應(yīng)副產(chǎn)物是有害的并且可能限制它的用途。按照本發(fā)明，HDPE泡沫塑料有利地適合各種應(yīng)用(例如包裝食品)并且更容易在不產(chǎn)生任何不利影響的案例中得到再生。
第九方面，本發(fā)明提供對制作高質(zhì)量的微孔聚合物擠出物有用的特殊的模頭設(shè)計。該模頭可以作為擠塑系統(tǒng)的一部分提供。該模頭包括以大于4°的夾角朝下游方向使橫截面遞減的成核通道。
在另一個實(shí)施方案中，按照本發(fā)明這個方面的成型模頭包括這樣構(gòu)成的成核通道，以致當(dāng)聚合物材料和發(fā)泡劑的單相非成核溶液被引入該模頭并以大約每小時100磅的流速通過該模頭時，該溶液的成核作用發(fā)生，形成成核的聚合物物料流，該物料流在成核后用不超過大約0.002秒的時間周期從該模頭中釋放出來。
在本發(fā)明這個方面的另一個實(shí)施方案中，所提供的方法涉及把聚合物材料和發(fā)泡劑的單相非成核溶液引入聚合物成形模頭。在這個模頭內(nèi)，溶液被成核形成成核的聚合物物料流。該物料流作為聚合物微孔擠出物在成核后用不超過0.002秒的時間周期從該模頭出口被釋放出來。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、新穎特征和目標(biāo)通過結(jié)合附圖考慮下面的詳細(xì)說明將變得清晰起來，這些附圖是示意圖并且不傾向于按比例繪制。在這些附圖中，用不同的附解說明的每個完全一致或幾乎完全一致的零部件都用同一個數(shù)字表示。為了簡明扼要，在不需要圖解說明熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人就能理解本發(fā)明的場合，既不在每張附圖中標(biāo)注每個零部件，也不展示本發(fā)明的每個實(shí)施方案的每個零部件。
圖7是在實(shí)施例4中生產(chǎn)的材料的橫截面的SEM顯微照片的復(fù)制品。
圖8是在實(shí)施例5中生產(chǎn)的材料的橫截面的SEM顯微照片的復(fù)制品。
圖9是在實(shí)施例6中生產(chǎn)的材料的橫截面的SEM顯微照片的復(fù)制品。


圖10是在實(shí)施例7中生產(chǎn)的材料的橫截面的SEM顯微照片的復(fù)制品。
圖11是在實(shí)施例8中生產(chǎn)的材料的橫截面的SEM顯微照片的復(fù)制品。
圖12是在實(shí)施例9中生產(chǎn)的材料的橫截面的SEM顯微照片的復(fù)制品。
圖13是在實(shí)施例10中生產(chǎn)的材料的橫截面的SEM顯微照片的復(fù)制品。
本發(fā)明的詳細(xì)敘述共同擁有的未審國際專利申請WO98/08667號(1998年3月5日公布)、共同擁有的未審國際專利申請WO98/31521號(1998年7月23日公布)、共同擁有的未審美國臨時專利申請60/068,173號(標(biāo)題為“Microcellular Extrusion/Blow MoldingProcess and Article Made Thereby(微孔擠塑/吹塑成形方法以及借此制作的制品)”1997年12月19申請)、共同擁有的未審美國臨時專利申請60/107,754號(標(biāo)題為“MicrocellularExtrusion/Blow Molding Process and Article Made Thereby(微孔擠塑/吹塑成形方法以及借此制作的制品)”1998年11月10日申請)在此全部通過引證并入。
依據(jù)下面的定義將更好地理解本發(fā)明的各種實(shí)施方案和各個方面。文中所用的術(shù)語“成核(作用)”定義一種方法，借助這種方法由在環(huán)境條件下呈氣態(tài)的物種溶解在其中的聚合物材料的均勻的單相溶液將形成定義“成核部位”(微泡將從該部位開始生長)的該物種分子群蔟。換言之，“成核(作用)”意味著從均勻的單相溶液變成一種混合物，在這種混合物中形成聚集至少幾個發(fā)泡劑分子的部位。成核作用定義了溶解在聚合物熔體中的氣體從溶液中跑出來，在聚合物熔體內(nèi)形成氣泡懸浮液時出現(xiàn)的一種瞬時狀態(tài)。通常，這種瞬時狀態(tài)是由于聚合物熔體的溶解度從足以在溶液中包含某個數(shù)量的氣體的溶解度狀態(tài)變成不足以在溶液中包含同樣數(shù)量的氣體的溶解度狀態(tài)而被迫發(fā)生的。成核作用可以受均勻的單相溶液所承受的快速的熱力學(xué)不穩(wěn)定性(例如快速的溫度變化、快速的壓降或兩者)的影響?？焖俚膲航悼梢岳孟旅娑x的成核通道來實(shí)現(xiàn)?？焖俚臏囟茸兓梢岳脭D塑機(jī)的受熱部分、灼熱的甘油浴或類似的東西來實(shí)現(xiàn)。
“成核劑”是一種分散在聚合物中并且能夠促進(jìn)在均勻的單相溶液中形成成核部位的制劑，例如滑石粉或其它填料顆粒。因此，“成核部位”并非定義成核劑在聚合物內(nèi)的駐留位置?！疤盍稀笔菫榱舜婷軐?shí)塑料而添加的一種被分散的顆粒。
“成核的”指的是包含均勻的單相溶液(其中包括被溶解的在環(huán)境條件下呈氣態(tài)的物種)的流體聚合物材料在某種導(dǎo)致形成成核部位的事件(通常是熱力學(xué)不穩(wěn)定性)之后的一種狀態(tài)?！胺浅珊说摹敝傅氖怯删酆衔锊牧虾捅蝗芙獾脑诃h(huán)境條件下呈氣態(tài)的物種的沒有成核部位的均勻的單相溶液定義的一種狀態(tài)?！胺浅珊说摹辈牧峡梢园ǔ珊藙?如滑石粉)。
“聚合物材料/發(fā)泡劑的混合物”可以是至少由這兩者組成的非成核的單相溶液、至少由這兩者組成的成核的溶液或者是一種發(fā)泡劑形成的微泡已開始生長的混合物。
“基本上封閉的微泡”微孔材料意味著定義一種材料，該材料在大約200微米厚度范圍內(nèi)不包含通過該材料連在一起的微泡通道。
“成核通道”指的是定義一段通道，該通道構(gòu)成聚合物微孔泡沫塑料擠塑裝置的一部分，并且在該通道中該系統(tǒng)中與發(fā)泡劑混合的聚合物材料的單相溶液的壓力在該裝置的設(shè)計運(yùn)行條件下(通常在成核劑(段)上游壓力從大約1500psi到大約30,000psi，流速大于大約每小時10磅聚合物材料)，以一種或多種有利于快速成核的速率下降到適合特定的發(fā)泡劑濃度的飽和壓力以下。成核通道(非必選地與其它成核通道一起)定義了本發(fā)明的設(shè)備的成核作用部位即成核區(qū)域。
文中所用的術(shù)語“增強(qiáng)劑”指的是基本上呈固態(tài)的輔助材料，其結(jié)構(gòu)設(shè)計適合增加材料的尺寸、穩(wěn)定性、或強(qiáng)度、或韌性。這種制劑是以纖維材料為特征的，就象在美國專利第4,643,940號和第4,426,470號中所介紹的那樣?！霸鰪?qiáng)劑”按其定義并非必須包括結(jié)構(gòu)設(shè)計不增加尺寸穩(wěn)定性的填料、或其它添加劑。熟悉這項(xiàng)技術(shù)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以通過試驗(yàn)確定某種添加劑是否是某種特定材料的增強(qiáng)劑。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明所提供的微孔材料具有小于60微米或50微米的平均微泡尺寸。在一些實(shí)施方案中，特別小的微泡尺寸是需要的，在這些實(shí)施方案中，本發(fā)明的材料具有小于大約30微米、優(yōu)選小于大約20微米、更優(yōu)選小于大約10微米、最優(yōu)選小于大約5微米的平均微泡尺寸。這種微泡材料優(yōu)選具有大約100微米的最大微泡尺寸或優(yōu)選小于大約75微米。在一些需要微泡尺寸特別小的實(shí)施方案中，材料中的最大微泡尺寸可以是大約50微米、優(yōu)選大約35微米、更優(yōu)選大約25微米。一組實(shí)施方案包括這些顯著的平均微泡尺寸和最大微泡尺寸的所有組合。例如，在這組實(shí)施方案中的一種組合包括一種平均微泡尺寸小于大約30微米而最大微泡尺寸大約50微米的微孔材料，而作為另一個實(shí)施例其平均微泡尺寸小于大約30微米、最大微泡尺寸大約35微米，等等。換言之，為各種不同目的設(shè)計的微孔材料，都可以生產(chǎn)而且可以具有為那個目的優(yōu)選的平均微泡尺寸和最大微泡尺寸的特定組合。下面將更詳細(xì)地介紹如何控制微泡尺寸。
一方面，本發(fā)明提供一些系統(tǒng)和技術(shù)，這些系統(tǒng)和技術(shù)可用于擠坯吹塑微孔的和其它的聚合物泡沫材料和適合吹塑的微孔型坯，換言之，可用于能承受文中介紹的吹塑條件生產(chǎn)文中介紹的制品的型坯。具體地說，本發(fā)明提供的技術(shù)適合生產(chǎn)重量輕、強(qiáng)度好的微孔制品，該微孔制品能通過吹塑成形形成壁特別薄的微孔聚合物吹塑制品。一個特點(diǎn)是本發(fā)明能夠生產(chǎn)的制品沒有為支撐該泡沫塑料制品而定位的非泡沫塑料的結(jié)構(gòu)支撐。這意味著在生產(chǎn)諸如塑料瓶之類的東西時瓶壁可以完全與微孔泡沫塑料組成，而沒有固體支撐塑料的輔助層。
本發(fā)明涉及一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，即微孔材料解決了一些與某些現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的的問題，具體地說是解決了那些在吹塑中與常規(guī)熱塑性聚合物泡沫塑料固有的比較弱相關(guān)的問題。本發(fā)明的微孔材料令人驚喜地可以在比較高的壓力下進(jìn)行吹塑，具體地說，微孔型坯內(nèi)部壓力至少為大約1.5bar，在一些案例中至少大約2.5bar，在一些案例中至少大約5bar，在一些案例中至少大約7bar，在一些案例中至少大約10bar。這種強(qiáng)度即使在該微孔型坯甚至沒有增強(qiáng)劑的案例中，至少包括一些部分具有至少大約5％、優(yōu)選至少大約10％、優(yōu)選至少大約20％、更優(yōu)選至少大約30％、在某些案例中高達(dá)至少大約50％或至少大約70％的空隙率的時候，以及在形成薄壁(下面具體介紹其厚度)的微孔泡沫塑料終產(chǎn)品的時候也能實(shí)現(xiàn)。按這種考慮，所生產(chǎn)的微孔吹塑制品具有少于大約10％重量百分比的增強(qiáng)劑，優(yōu)選具有少于大約5％重量百分比的增強(qiáng)劑，更優(yōu)選具有少于大約2％重量百分比的增強(qiáng)劑，并且在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中本發(fā)明的制品基本上沒有增強(qiáng)劑。
本發(fā)明的微孔泡沫塑料型坯能夠在比較嚴(yán)酷的條件下進(jìn)行吹塑，而且在材料的密度方面沒有重大的變化也是一項(xiàng)令人驚喜的發(fā)現(xiàn)。具體地說，本發(fā)明的泡沫塑料型坯可以承受至少大約15psi或18psi或20psi或文中介紹的其它壓力的吹塑條件，借此至少使一部分型坯膨脹至少大約50％并形成吹塑制品，同時保持材料密度相對恒定不變，具體地說在從型坯變成吹塑制品時，型坯密度增加不超過大約20％。在優(yōu)選實(shí)施方案中，至少有一部分型坯在圓周方向膨脹至少大約75％、100％、150％、200％、300％或至少大約400％，同時保持型坯密度的增加不超過大約15％、10％、8％、5％、或優(yōu)選的3％。
在不指望與任何理論結(jié)合的案例中，我們相信本發(fā)明的微孔材料特別適用于比較苛刻的吹塑條件，因?yàn)楸景l(fā)明的尺寸非常小，微泡不容易被壓碎或以其它方式破壞。我們還相信隨著微泡尺寸減小，使各個微泡癟縮所需要的力將顯著增大。
本發(fā)明的模頭可以為了生產(chǎn)具有厚度不同的橫截面和空隙率不同的橫截面的吹塑制品而加工成形和受控。例如，吹塑的方形瓶子可以成形，它具有比瓶壁的其余部分厚的拐角截面。舉例說，比較厚的區(qū)域具有50％的空隙率，而比較薄的區(qū)域具有大約10％的空隙率。這些比較厚的區(qū)域是增強(qiáng)區(qū)域。增強(qiáng)區(qū)域也可以在定義瓶壁與瓶底之間或瓶壁與瓶頂之間的邊界的拐角處或在垂直的拐角處或在所有這些拐角處提供。
本發(fā)明的一個特點(diǎn)是可以在不用遮光劑的案例中，生產(chǎn)不透明的高強(qiáng)度薄壁制品。這是因?yàn)榫酆衔锱菽芰险凵涔饩€，因此它基本上是不透明的，并且具有白色的外觀。本發(fā)明的一個特點(diǎn)是微孔泡沫塑料比常規(guī)的泡沫塑料相比更均勻、更不透明。這在與某些為了包裝暴露于光線下時易于破壞的物質(zhì)(如食品包裝)而設(shè)計的制品結(jié)合時是一個顯著的優(yōu)點(diǎn)。這樣的物質(zhì)可能涉及供動物(如人)食用的食品，其中包含暴露于光線下可能遭破壞的維生素。在優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明提供數(shù)種微孔材料吹塑的牛奶容器，因?yàn)楸娝苤Ｄ讨械木S生素在暴露于熒光光線下時可能喪失。有人向牛奶瓶的容器生產(chǎn)者建議把色素引入牛奶瓶(通常是高密度聚乙烯牛奶瓶)以便防止牛奶接觸破壞維生素的光線。但是，含色素的聚合物材料不大適合再生。在一個實(shí)施方案中，本發(fā)明提供數(shù)種薄壁、不透明的吹塑容器，它們包含少于大約1％重量百分比的輔助遮光劑，優(yōu)選少于大約0.05％重量百分比的輔助遮光劑，并且更優(yōu)選基本上沒有輔助遮光劑的材料。在本發(fā)明中“輔助遮光劑”指的是定義數(shù)種色素、模頭、或特地為吸收光線而設(shè)計的其它物種、或滑石粉或其它能阻擋或折射光線的物質(zhì)。熟悉這項(xiàng)技術(shù)的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以通過試驗(yàn)確定某種添加劑是否是遮光劑。本發(fā)明的微孔材料吹塑制品具有基本上密實(shí)的白色塑料制品的外觀，它提供顯著的商業(yè)吸引力。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的材料是用物理發(fā)泡劑(如大氣氣體，特別是二氧化碳)發(fā)泡的，因此在這個實(shí)施方案中不需要附加費(fèi)用和復(fù)雜的配制包括化學(xué)發(fā)泡劑(即在擠塑條件下將發(fā)生反應(yīng)形成發(fā)泡劑的物種)的聚合物母料。由于用化學(xué)發(fā)泡劑發(fā)泡的泡沫塑料在生產(chǎn)出最終的泡沫塑料產(chǎn)品后，固有地包含殘留的未反應(yīng)的化學(xué)發(fā)泡劑，以及形成發(fā)泡劑的反應(yīng)副產(chǎn)物，所以在這組實(shí)施方案中本發(fā)明的材料包含殘留的化學(xué)發(fā)泡劑或化學(xué)發(fā)泡劑的反應(yīng)副產(chǎn)物，其含量小于在用0.1％重量百分比或更多化學(xué)發(fā)泡劑發(fā)泡的制品中必然發(fā)現(xiàn)的量，優(yōu)選小于在用0.05％重量百分比或更多化學(xué)發(fā)泡劑發(fā)泡的制品中必然發(fā)現(xiàn)的量。在更優(yōu)選的實(shí)施方案中，該材料的特點(diǎn)是基本上沒有殘留的化學(xué)發(fā)泡劑或沒有化學(xué)發(fā)泡劑的反應(yīng)副產(chǎn)物。換言之，這些材料包含比較少的在用任何化學(xué)發(fā)泡劑發(fā)泡的制品中固有發(fā)現(xiàn)的殘留的化學(xué)發(fā)泡劑或其副產(chǎn)物。
不使用或使用非常小劑量的化學(xué)發(fā)泡劑的實(shí)施方案的一個優(yōu)點(diǎn)是，產(chǎn)品的再生能力被最大化。使用化學(xué)發(fā)泡劑通常降低聚合物再生的吸引力，因?yàn)闅埩舻幕瘜W(xué)發(fā)泡劑和發(fā)泡劑的副產(chǎn)物將對再生材料庫中的非均質(zhì)性作貢獻(xiàn)。
如上所述，在一些實(shí)施方案中本發(fā)明是為吹塑空隙率比較高的薄壁制品準(zhǔn)備的。具體地說，本發(fā)明的制品具有小于大約0.100英寸、更優(yōu)選小于大約0.075英寸、更優(yōu)選小于大約0.050英寸、更優(yōu)選小于大約0.040英寸、并且在某些案例中低到0.025英寸、0.015英寸或0.010英寸或更小的壁厚。
在一組實(shí)施方案中，本發(fā)明表示除了在厚度或密度方面必須有所改變的微孔材料吹塑型坯之外，還解決了與擠塑形成具有各種各樣的微泡尺寸的聚合物泡沫塑料型坯相關(guān)的問題。在本發(fā)明這組實(shí)施方案中，提供了用于生產(chǎn)聚合物泡沫塑料型坯的技術(shù)，該型坯可以是微孔的，并且其厚度和/或密度可以沿其長度變化。具體地說，優(yōu)選的聚合物泡沫塑料擠塑型坯具有第一部分和在型坯的加工方向上與所述第一部分隔開的第二部分，所述的第一部分和第二部分在厚度上至少相差大約1.1倍。在其它優(yōu)選實(shí)施方案中，第一和第二部分在厚度上至少相差大約1.3、1.5或1.7倍。第一和第二部分在材料密度上至少相差大約1.1倍，并且在其它優(yōu)選實(shí)施方案中至少相差大約1.3、1.5或1.7倍。這種型坯適合吹塑成形，以便生產(chǎn)包括膨脹到第一程度的第一部分和至少膨脹1.5倍于第一程度的第二部分的制品。第一和第二部分在膨脹后，在厚度、材料密度和微泡密度每個方面相差都不超過大約5％。在這項(xiàng)技術(shù)中所提供的聚合物擠塑模頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計適合使熔融的聚合物材料和在大氣環(huán)境下呈氣態(tài)的物理發(fā)泡劑的正在流動的單相溶液承受一致的壓降速率同時改變在模頭出口的環(huán)形間隙，以利于生產(chǎn)厚度沿其長度變化的聚合物微孔泡沫塑料型坯。這種模頭由于實(shí)際上把成核與成形分開，所以在這種作業(yè)中是有效的。換言之，成核以一致的方式(基本上恒定的壓降速率)在成形(段)上游發(fā)生，因此差分成形(differential shaping)本質(zhì)上不影響微泡尺寸、微泡密度或材料密度。此外，該型坯可以在擠塑期間承受溫度變化，從而導(dǎo)致在加工方向上隨位置變化的局部材料密度。
現(xiàn)在參照圖1，本發(fā)明的擠坯吹塑系統(tǒng)6被示意地圖解說明。系統(tǒng)6包括與吹塑擠坯模頭10流體連通的擠塑機(jī)30和可為接收來自所述模頭出口的微孔材料型坯而定位的吹塑模具12。吹塑模具12可以是常規(guī)模具，因此，除了說一下本發(fā)明的泡沫塑料型坯可以在不加熱的案例中吹塑，因而模具12不需要包括輔助加熱系統(tǒng)之外，在本文中不詳細(xì)地介紹該模具。換言之，本發(fā)明的泡沫塑料型坯(優(yōu)選微孔泡沫塑料型坯)可以先被擠塑成形，然后可以在不對模具12中的型坯加熱的案例中用模具12吹塑成形。擠塑機(jī)30包括機(jī)筒39，該機(jī)筒有第一上游端37和連接模頭10的第二下游端36。安裝在機(jī)筒39內(nèi)可旋轉(zhuǎn)的是螺桿38，該螺桿在其上游端可操作地連接在驅(qū)動馬達(dá)40上。雖然沒有詳細(xì)地展示，但是螺桿38包括進(jìn)料段、過渡段、注氣段、混合段和計量段。聚合物加工空間35被定義在螺桿和機(jī)筒之間，在該空間中聚合物材料朝下游推進(jìn)。
非必選地沿著機(jī)筒39定位的是溫度控制單元42。控制單元42可以是電加熱器，可以包括供溫控流體流動的通道和/或類似的東西。單元42可以用于給機(jī)筒內(nèi)的粒狀聚合物材料或流體聚合物材料加熱以促進(jìn)熔融，和/或冷卻該物料流以控制粘度和在某些案例中控制發(fā)泡劑的溶解度。這個溫控單元可以沿著機(jī)筒在不同位置以不同的方式運(yùn)行，即可以在一個或多個位置加熱和在一個或多個位置制冷?？梢蕴峁┤魏螖?shù)量的溫控單元。還可以提供為連接在該擠塑系統(tǒng)上的模頭加熱的溫控單元。
機(jī)筒39的結(jié)構(gòu)設(shè)計適合接收聚合物材料的母料。文中所用的術(shù)語“聚合物材料的母料”意味著包括所有本身是流體或可以形成流體、并且本質(zhì)上可以變硬形成微孔聚合物制品的材料。通常該母料是由熱塑性聚合物粒料定義的，但是可以包括其它物種。例如，在一個實(shí)施方案中母料是由將在各種各樣的條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成所述的微孔聚合物材料的物種定義的。本發(fā)明有意包含由任何能一起反應(yīng)形成聚合物的物種的組合生產(chǎn)微孔材料，通常這些物種是混合在一起的，并且在發(fā)生反應(yīng)時發(fā)泡的單體或低分子量的聚合物母料。優(yōu)選的是熱塑性聚合物或熱塑性聚合物的組合選自無定形材料、半結(jié)晶材料和結(jié)晶材料，包括聚芳烴(例如包括聚苯乙烯在內(nèi)的苯乙烯聚合物)、聚烯烴(例如聚乙烯和聚丙烯)、含氟聚合物、可交聯(lián)的聚烯烴和聚胺。
雖然母料可以是通過進(jìn)料口注入的流體預(yù)聚物材料，并且借助(例如)輔助聚合劑在機(jī)筒內(nèi)聚合，但是引入預(yù)聚物母料通常是利用裝著準(zhǔn)備通過進(jìn)料口46添加到擠塑機(jī)機(jī)筒中的經(jīng)過造粒的聚合物材料的標(biāo)準(zhǔn)加料漏斗44。就本發(fā)明而言，唯一重要的是聚合物材料的流體物料流是在系統(tǒng)中形成的。從加料漏斗44接收的粒料進(jìn)入螺桿的進(jìn)料段，并且隨著螺桿旋轉(zhuǎn)在聚合物加工空間35中朝下游方向輸送。來自擠塑機(jī)筒39的熱量和由于螺桿旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生剪切力在過渡段內(nèi)起使粒料軟化的作用。通常，在靠近第一混合段的末端的地方，軟化的粒料已被變成膠體，即被膠著在一起形成本質(zhì)上沒有夾氣的均勻的流體物料流。
緊接在圖1所示螺桿38的下游端48的下游的是區(qū)域50，該區(qū)域是一個溫度調(diào)節(jié)和控制區(qū)、輔助混合區(qū)、輔助泵送區(qū)、或類似的東西。例如，區(qū)域50可以包括溫控單元，以便象下面介紹的那樣，在成核前調(diào)節(jié)流體聚合物物料流的溫度。區(qū)域50可以包括替代的或外加的額外的標(biāo)準(zhǔn)混合單元(未示出)，或諸如齒輪泵之類的流動控制單元(未示出)。在另一個實(shí)施方案中，區(qū)域50可以被可以包括冷卻區(qū)的一前一后的第二螺桿代替。
按照本發(fā)明，微孔材料的生產(chǎn)優(yōu)選采用物理發(fā)泡劑，即在環(huán)境條件下呈氣態(tài)的發(fā)泡劑。但是，化學(xué)發(fā)泡劑也可以使用并且可以與被引入加料漏斗44的聚合物粒料一起配制。適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)發(fā)泡劑通常包括那些在臨界溫度或另一種在擠塑時能實(shí)現(xiàn)的條件下分解并釋放諸如氮?dú)狻⒍趸蓟蛞谎趸贾惖囊环N或多種氣體的、分子量比較低的化合物。實(shí)例包括偶氮化合物，例如偶氮二酰胺。
在一個使用物理發(fā)泡劑的實(shí)施方案中，沿著擠塑機(jī)30的機(jī)筒有一個與物理發(fā)泡劑源56流體連通的口54。就本發(fā)明而言，熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人已知的任何物理發(fā)泡劑(例如烴類、含氯氟烴、氮?dú)狻⒍趸己皖愃频臇|西以及它們的混合物)都可以使用，并且按照優(yōu)選實(shí)施方案，氣源56提供二氧化碳或氮?dú)饣蛩鼈兊幕旌衔镒鳛榘l(fā)泡劑。超臨界的流體發(fā)泡劑是優(yōu)選的，特別是超臨界的二氧化碳和/或氮?dú)?。在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，只單獨(dú)使用二氧化碳或氮?dú)狻Ｔ谑褂贸R界的流體發(fā)泡劑的案例中，形成了聚合物材料和發(fā)泡劑的單相溶液，其粘度已降低到即使用熔體流動指數(shù)不超過0.2g/10min的材料也能輕易地完成擠塑和吹塑的程度。加壓和計量設(shè)備58通常是在發(fā)泡劑源56和口54之間。設(shè)備58可以用于計量發(fā)泡劑，以便控制在擠塑機(jī)內(nèi)聚合物物料流中發(fā)泡劑的量，使發(fā)泡劑的含量維持在特定的水平。在優(yōu)選實(shí)施方案中，設(shè)備58計量發(fā)泡劑的質(zhì)量流速。發(fā)泡劑通常少于聚合物物料流和發(fā)泡劑之和的大約15％重量百分比。按照一組實(shí)施方案，發(fā)泡劑的添加量以聚合物和發(fā)泡劑的總重量為基礎(chǔ)介于大約1％重量百分比和15％重量百分比之間、優(yōu)選介于大約3％重量百分比和12％重量百分比之間，更優(yōu)選介于大約5％重量百分比和10％重量百分比之間，最優(yōu)選介于大約7％重量百分比和9％重量百分比之間。在另一些實(shí)施方案中，非常低的發(fā)泡劑水平是適當(dāng)?shù)?，例如發(fā)泡劑水平低于大約3％重量百分比、低于大約2％重量百分比或低于大約1.5％重量百分比。這些發(fā)泡劑水平在某些使用成核劑的實(shí)施例中可以找到用途。
本發(fā)明的系統(tǒng)和方法允許在不使用成核劑的案例中形成微孔材料。但是這樣的制劑可以使用，并且在一些實(shí)施方案中包括諸如滑石粉之類的成核劑的聚合物材料被吹塑成形。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，按照本發(fā)明包括諸如滑石粉之類的填料的聚合物材料增大了在較高的壓力下制作比較厚的部分的能力，并且改善了微泡結(jié)構(gòu)。雖然不指望結(jié)合任何理論，但是我們相信使用諸如滑石粉之類的成核劑將降低所需的發(fā)泡劑(如二氧化碳或氮?dú)?的用量，因此該材料將具有比較高的粘度(因?yàn)槎趸蓟虻獨(dú)饨档瓦@種材料的粘度)。所以，可以增大成核通道和出口間隙的尺寸，同時以其它方式維持類似的擠塑條件，從而導(dǎo)致(形成)比較厚的部分。此外，諸如滑石粉之類的成核劑將增大熔融的聚合物材料固有的粘度，從而為形成比較厚的部分創(chuàng)造了條件。在本發(fā)明的這個實(shí)施方案中，成核劑(如滑石粉)的添加量至少是1％、或2％、或4％、或5.5％、甚至7％或更多。在一個實(shí)施方案中，滑石粉的添加量在2.5％至7％的范圍內(nèi)，它給出下面將全面介紹的特殊優(yōu)點(diǎn)。
在一些實(shí)施方案中，二氧化碳與其它發(fā)泡劑(如氮?dú)?結(jié)合使用，而在另一些實(shí)施方案中，單獨(dú)使用二氧化碳，不存在其它發(fā)泡劑。在另一些實(shí)施方案中，只要其它的發(fā)泡劑本質(zhì)上不改變發(fā)泡過程，二氧化碳就與其它發(fā)泡劑一起使用。類似地，在使用氮?dú)鈺r它可以單獨(dú)使用，或者與另一種提高或改變該發(fā)泡劑性能的發(fā)泡劑結(jié)合使用，或者與另一種本質(zhì)上不改變發(fā)泡過程的發(fā)泡劑結(jié)合使用。
為了非常精確地控制發(fā)泡劑在流體聚合物的混合物中的重量百分?jǐn)?shù)，加壓和計量設(shè)備可以與控制器(未示出)相連，而該控制器還可以與驅(qū)動馬達(dá)40和/或齒輪泵的驅(qū)動機(jī)構(gòu)(未示出)相連，以便控制與聚合物材料的流動有關(guān)的發(fā)泡劑的計量。
上述安排使按照本發(fā)明的幾個實(shí)施方案實(shí)踐與吹塑結(jié)合的方法變得比較容易。該方法涉及用少于大約1分鐘的時間周期，把在環(huán)境條件下呈氣態(tài)的發(fā)泡劑引入正在以至少大約10lbs/hr的流速流動的流體聚合物材料，從而形成發(fā)泡劑流體的聚合物單相溶液。在這種安排中，發(fā)泡劑流體在該溶液中的量至少是該溶液重量的大約2.0％重量百分比。在優(yōu)選實(shí)施方案中，流體聚合物的流速是至少大約40或60lbs/hr，更優(yōu)選至少大約80lbs/hr，在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中將大于至少大約100lbs/hr，而且在1分鐘之內(nèi)把發(fā)泡劑流體添加進(jìn)去并形成單相溶液，其中發(fā)泡劑是以至少大約3％重量百分比、更優(yōu)選至少大約5％重量百分比、更優(yōu)選至少大約7％重量百分比、更優(yōu)選至少大約10％重量百分比的量存在于溶液中的(雖然如所述在另一組一些實(shí)施方案中使用的發(fā)泡劑水平比較低)。在這些安排中，每小時至少有大約2.4lbs的發(fā)泡劑(優(yōu)選CO2)被引入流體物料流并且被混入其中形成單相溶液。引入發(fā)泡劑的速率是與聚合物的流速相匹配的，以便獲得最佳的發(fā)泡劑濃度。
雖然口54可以沿著機(jī)筒定位在任何位置，但是按照優(yōu)選實(shí)施方案它定位在剛好在螺桿混合段60的上游并且螺桿螺紋未斷的位置62。
現(xiàn)在參照圖2，本發(fā)明的模頭10示意地用橫截面予以圖解說明，該模頭包括環(huán)繞著內(nèi)模頭體24的環(huán)形外模頭體26以及依次被內(nèi)模頭體環(huán)繞著的內(nèi)型芯31。該模頭包括由擠塑機(jī)30的注射出口和模頭側(cè)壁流入口定義的流體入口14，其結(jié)構(gòu)設(shè)計適合接收聚合物流體和在環(huán)境條件下呈氣態(tài)的發(fā)泡劑組成的均勻的單相溶液。流體入口14與在外模頭體和內(nèi)模頭體之間的環(huán)形的環(huán)狀空隙18連通，該空隙與作為內(nèi)模頭體24與外模頭體26之間的間隙定義的環(huán)形通道20流體連通。通道20與模頭的環(huán)形段28流體連通，該環(huán)形段的寬度比通道20大。環(huán)形段28依次與定義具有間隙22的成核通道的變窄的環(huán)形部分29連通，該間隙的尺寸形成有利于喂入該模頭的單相溶液成核的快速壓降。在其下游端成核通道29與具有間隙34的模頭出口32流體連通。如圖所示，成核通道29沿其長度具有基本不變的橫截面尺寸。該通道也可以沿其長度改變其橫截面尺寸，例如朝下游方向逐漸減小橫截面尺寸，以便提供特別高的壓降速率，就象在通過引證并入的美國專利申請第08/777,709號和國際專利申請第PCT/US97/15088號中揭示的那樣。在通道橫截面尺寸朝下游方向遞減的案例中，單相溶液可以連續(xù)地成核，因?yàn)樵搯蜗辔锪狭魇且赃f增的速率流動的，所以其源源不斷的連續(xù)部分將經(jīng)歷連續(xù)遞減的壓力。
模頭10是這樣構(gòu)成的，以致內(nèi)模頭體24可以相對外模頭體26軸向移動。如圖2所示，內(nèi)模頭體24可以從上游位置移到下游位置，在該位置它幾乎填滿標(biāo)注成25的區(qū)域。因此，當(dāng)內(nèi)模頭體24定位在上游位置(如圖2所示)時，區(qū)域25定義了儲料缸。
在操作時，聚合物材料和發(fā)泡劑的單相溶液23從擠塑機(jī)30喂入模頭10，作為未成核的單相溶液首先進(jìn)入環(huán)形環(huán)18，然后通過通道20進(jìn)入儲料缸25(達(dá)到內(nèi)模頭體24在上游定位的程度)和模頭的環(huán)形段28，通過在成核通道29發(fā)生的快速壓降成核，然后在出口32處作為適合吹塑的型坯被擠出。在需要使用模頭10的聚集特征時，出口32可以被關(guān)閉(下面介紹)，于是聚合物材料和發(fā)泡劑的未成核的單相溶液23可以從擠塑機(jī)30喂入儲料缸25，而內(nèi)模頭體24朝上游方向移動。在這個過程中，在下游方向上對內(nèi)模頭體24施加載荷，以便在儲料缸25中維持基本不變的壓力，該壓力將使聚合物/發(fā)泡劑溶液維持在未成核的單相條件下。然后，打開出口32并且朝下游方向驅(qū)動內(nèi)模頭體24，以便成核和擠出微孔型坯。這個特征為擠塑機(jī)連續(xù)運(yùn)行而型坯擠出定期發(fā)生創(chuàng)造了條件。
盡管在某些實(shí)施方案中在成核通道29中成核的聚合物材料可以包括成核劑，但是在另一些實(shí)施方案中不使用成核劑。無論在哪種案例中，該通道都被構(gòu)成，以便不管是否有成核劑存在，都能夠在缺乏成核劑的案例中形成成核部位。具體地說，該成核通道具有通過該通道形成所需的壓降速率的尺寸。在一組實(shí)施方案中，壓降速率是比較高的，并且范圍相當(dāng)寬的壓降速率是可實(shí)現(xiàn)的。在與大約6％重量百分比的CO2均勻混合后，聚合物材料熔體可以以每小時大約40磅的速率通過該成核通道，通過該通道可以形成的壓降速率至少是大約0.1GPa/sec.。優(yōu)選的是在這些條件下通過調(diào)整該通道尺寸使通過該通道所形成的壓降速率為至少大約0.3GPa/sec.，更優(yōu)選至少大約1GPa/sec.，更優(yōu)選至少大約3GPa/sec.，更優(yōu)選至少大約5GPa/sec.，更優(yōu)選至少大約7、10或15GPa/sec.。該成核段的結(jié)構(gòu)設(shè)計適合使流動的物料流承受足以形成密度達(dá)到至少大約107、優(yōu)選108sights/cm3的成核部位的壓降速率。這種裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計適合使以至少20lbs/hr、優(yōu)選至少大約40lbs/hr、更優(yōu)選至少大約60lbs/hr、更優(yōu)選至少大約80lbs/hr、更優(yōu)選至少大約100、200甚至400lbs/hr的速度流動的聚合物材料和發(fā)泡劑的單相溶液的流體物料流連續(xù)成核。
模頭10具有這樣的結(jié)構(gòu)以致型芯31可以相對該模頭的其余部分軸向移動。這為關(guān)閉出口32創(chuàng)造了條件，如果需要可以朝上游方向移動型芯31，使?？诘膬?nèi)唇緣抵住模頭的外唇緣形成密封。
現(xiàn)在參照圖3，圖解說明模頭10，其中型芯31朝遠(yuǎn)端延伸，以致出口32包括一個間隙33，該間隙相對圖2所示間隙34變得相當(dāng)寬。在維持模頭成核段29的間隙22不變時，這種設(shè)計可能是有效的。這樣，當(dāng)該模頭生產(chǎn)厚度發(fā)生變化的型坯時，聚合物/發(fā)泡劑單相流體物料流的成核作用可以在恒定的壓降速率下發(fā)生。上面介紹的是利用模頭10生產(chǎn)的厚度在加工方向上發(fā)生變化的同時，具有基本上均勻一致的微孔結(jié)構(gòu)的微孔產(chǎn)品。
本發(fā)明還允許共擠泡沫塑料制品或微孔泡沫塑料制品。雖然沒有圖解說明適合擠塑這種兩層或多層制品的模頭，但是參照圖2可以清楚地理解這種模頭。在一個實(shí)施方案中，多層擠塑模頭包括多個共軸的獨(dú)立定義成核段的通道，它們一起把物料送入單一的出口32。換言之，該模頭包括圖2所示的成核段29和從成核段29朝外徑向隔開的、并且由類似于環(huán)形段28的環(huán)形段喂料的附加成核段。在分開的各層同時獨(dú)立地成核之后，在間隙32之前或在該間隙處把成核的各層接合起來發(fā)生諸層的合并和諸層的成形和注射。
按照本發(fā)明的另一方面，可以擠塑材料密度沿其長度有所不同的微孔聚合物型坯。在這個實(shí)施方案中，型坯的厚度也可以沿其長度有所不同。這可以利用圖4所示系統(tǒng)予以實(shí)現(xiàn)，在該系統(tǒng)中提供的模頭10類似于前幾張圖中的模頭。為了生產(chǎn)厚度發(fā)生變化的型坯，模頭10并非必須包括能在擠塑期間軸向移動的型芯但包括風(fēng)環(huán)52，以便使該型坯在擠塑期間承受變化的冷卻條件。這個風(fēng)環(huán)可以使型坯的不同部分承受不同的冷卻條件，因此可以使型坯的某些部分的微泡生長相對其它部分有所下降。以類似的方式，型坯的內(nèi)表面的選定部分可以通過使空氣通過在型芯31的內(nèi)型芯部分61和外型芯部分64之間形成的通道63得到冷卻。內(nèi)部的空氣冷卻可以與借助風(fēng)環(huán)52實(shí)現(xiàn)的外部空氣冷卻交替使用或結(jié)合使用。這樣得到的型坯可以被吹塑成形并且可以使某些部分的材料密度比其它部分高。由于擠塑后立即承受不同的冷卻的各個部分經(jīng)歷了不同的微泡成長過程，所以有不同的密度。
圖4所示系統(tǒng)還可以用于生產(chǎn)在需要高強(qiáng)度的位置具有增加的密度的吹塑制品。例如，在裝飲料的塑料容器上有往上擰螺紋蓋的螺紋嘴，人們或許希望該螺紋嘴具有比該塑料瓶其余部分高的材料密度以便增加強(qiáng)度。
本發(fā)明的特征之一是本發(fā)明的微孔擠塑型坯與現(xiàn)有技術(shù)的泡沫塑料型坯相比更能經(jīng)得起吹塑條件。這是因?yàn)楸容^小的微泡對吹塑期間施加的壓力有更大的承受力。許多現(xiàn)有技術(shù)的泡沫塑料暴露在吹塑條件下時將呈現(xiàn)癟泡。但是隨著微泡尺寸減小，引起癟泡需要更大的壓力。
在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，微孔型坯是與聚合物輔助層共擠成形的，該輔助層可以是該微孔型坯的內(nèi)部或外部或兩者。輔助材料既可以是泡沫塑料也可以不是泡沫塑料，而且為了形成特定的外觀(例如在需要有顏色的制品時微孔泡沫塑料芯可以用共擠的著色層覆蓋)可以添加輔助材料層。再者，為了在制品上提供良好的印刷能力或提供特定的表面紋理，可以添加共擠層。其它特征(例如化學(xué)相容性和類似的特征)也得到認(rèn)真考慮。在某些案例中，共擠層可以用在微孔型坯芯的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，以便把芯與制品里面裝的東西或外部環(huán)境隔離。在優(yōu)選實(shí)施方案中，共擠的輔助層大于結(jié)構(gòu)支撐不是必不可少的。換言之，微孔型坯可以被吹塑成形并且將為它自己提供適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)支撐，而共擠層僅僅用于表面修飾目的。在一個實(shí)施方案中，非泡沫塑料的非結(jié)構(gòu)支撐輔助層緊鄰泡沫塑料制品。這個膜層是為提供特殊的壁壘性能(例如為了與準(zhǔn)備裝在該制品中的物質(zhì)相兼容、聯(lián)邦法律的要求等等)而設(shè)計的。
按照本發(fā)明生產(chǎn)吹塑的微孔聚合物制品是令人驚奇的，因?yàn)榫痛邓芏苑弦蟮木酆衔锾卣鞑煌诘湫偷臄D塑工藝所要求的那些特征。就吹塑而言，為了成功地經(jīng)受吹塑條件通常需要高分子量的高粘度聚合物。與之相反，在標(biāo)準(zhǔn)的擠塑工藝中使用分子量比較低、粘度比較低的聚合物是符合高擠出量要求的。因此，擠坯吹塑包括固有的二重性，在使用泡沫塑料時這種二重性使問題變得更加復(fù)雜化。就受控的發(fā)泡而言，分子量比較高、粘度比較高的聚合物對于防止導(dǎo)致開孔材料的非受控的發(fā)泡是有利的。
本發(fā)明提供成功的高擠出量的微孔聚合物擠坯吹塑，因?yàn)榭梢允褂梅肿恿勘容^高的聚合物同時借助并入超臨界的流體發(fā)泡劑降低粘度。借助把超臨界流體發(fā)泡劑用于高擠出量的擠塑降低了分子量比較高的聚合物的粘度，而在擠塑和發(fā)泡劑氣化時高分子量的聚合物提供成功地控制微泡發(fā)泡所需要的強(qiáng)度。所以，如上所述聚合物泡沫塑料材料(優(yōu)選聚合物微孔泡沫塑料材料)的擠塑和吹塑可以用熔體流動指數(shù)不超過大約0.2g/10min、優(yōu)選不超過大約0.12g/10min、更優(yōu)選不超過大約0.1g/10min的材料來實(shí)現(xiàn)。
另一方面，本發(fā)明提供具有中等水平的成核劑的半結(jié)晶的微孔泡沫塑料。這種泡沫塑料中這些制劑的水平介于大約2.5％重量百分比和大約7％重量百分比之間。在優(yōu)選實(shí)施方案中，該泡沫塑料包括大約3％重量百分比至大約7％重量百分比的成核劑，在一些實(shí)施方案中，包括大約5％重量百分比至大約7％重量百分比的成核劑。在本發(fā)明的泡沫塑料中成核劑的水平通常高于在常規(guī)泡沫塑料加工中作為成核劑、阻燃劑或色素使用的水平。就上述的本發(fā)明的任何吹塑方面而言，這些包含2.5-7％重量百分比成核劑的半結(jié)晶微孔泡沫塑料都可以使用。
成核劑可以是技術(shù)上已知的任何材料，并且可以有任何種不同的形式。在某些實(shí)施方案中，成核劑是技術(shù)上通用的那些無機(jī)固體，例如滑石粉、碳酸鈣(CaCO3)、二氧化鈦(TiO2)、硫酸鋇(BaSO4)和硫化鋅(ZnS)。在某些實(shí)施方案中，有機(jī)固體(如纖維素類纖維)可以起成核劑作用。在某些案例中，泡沫塑料可以包括一種以上類型的成核劑，以致所有成核劑的總和介于2.5％重量百分比和7％重量百分比之間。具體地說，包含滑石粉和二氧化鈦兩者的微孔泡沫塑料已經(jīng)在生產(chǎn)。
雖然在某些案例中成核劑可以是纖維狀的或具有其它形式，但是成核劑通常是顆粒。成核劑可以有各種各樣的形狀，如球形、圓柱形或片形。通常，顆粒的尺寸在大約0.01微米至大約10微米范圍內(nèi)，而更經(jīng)常介于大約0.1微米和大約1.0微米之間。在一些實(shí)施方案中，顆?？梢杂帽砻婊钚詣┻M(jìn)行處理，以便提高它在聚合物熔體內(nèi)的分散性和防止顆粒聚集。
在某些案例中，成核劑依據(jù)它們的組成還可以起色素、阻燃劑或任何其它添加劑的作用。在2.5-7％重量百分比的范圍內(nèi)，該制劑還可以充當(dāng)填料。換言之，成核劑以不可忽視的量代替固體塑料，在某些實(shí)施方案中這將導(dǎo)致節(jié)約成本，因?yàn)樘盍媳裙腆w塑料便宜。在某些實(shí)施方案中，該制劑還可以提高微孔泡沫塑料的機(jī)械性能。在在某些案例中，這些顆粒可以提高結(jié)晶性。
本發(fā)明包含2.5-7％重量百分比成核劑的微孔泡沫塑料，至少可以部分地由任何半結(jié)晶聚合物組成。典型的半結(jié)晶聚合物包括、但不限于下述物質(zhì)聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乳酸、尼龍6、尼龍6/6、聚乙烯、聚丙烯、間同立構(gòu)聚苯乙烯和聚縮醛。在某些案例中，半結(jié)晶聚合物可以與非半結(jié)晶聚合物共混。半結(jié)晶聚合物還可以與其它半結(jié)晶聚合物共混。在優(yōu)選的案例中，半結(jié)晶聚合物是聚烯烴。在某些案例中，半結(jié)晶聚合物是聚丙烯。聚丙烯可以作為多種聚合物成分之一存在。在其它實(shí)施方案中，聚合物材料可以基本上由聚丙烯組成，換言之，該聚合物不包括不同于聚丙烯的其它聚合物成分，但除了添加成核劑之外還可以包括其它添加劑，下面將進(jìn)一步介紹。在另一組優(yōu)選實(shí)施方案中，半結(jié)晶材料是高密度聚乙烯。在某些案例中，高密度聚乙烯是作為多種聚合物成分之一存在的。在優(yōu)選的案例中，高密度聚乙烯的重量百分?jǐn)?shù)占聚合物材料的80％重量百分比以上。在某些優(yōu)選的案例中，高密度聚乙烯的重量百分?jǐn)?shù)占聚合物材料的90％重量百分比以上。在特別優(yōu)選的案例中，聚合物材料基本上是由高密度聚乙烯組成的，換言之，該聚合物不包括不同于高密度聚乙烯的其它聚合物成分，但除了添加成核劑之外還可以包括其它添加劑，下面將進(jìn)一步介紹。
除了成核劑之外，泡沫塑料組合物還可以非必選地包括技術(shù)上已知的其它添加劑。這類添加劑可以是工藝助劑，如增塑劑(例如低分子量的有機(jī)化合物)、潤滑劑、流動改進(jìn)劑和抗氧化劑。在許多優(yōu)選的案例中，聚合物材料基本上沒有殘留的化學(xué)發(fā)泡劑和反應(yīng)副產(chǎn)物，因?yàn)樵谶@種方法中只使用物理發(fā)泡劑。具體地說，許多高密度聚乙烯泡沫塑料基本上沒有殘留的化學(xué)發(fā)泡劑和反應(yīng)副產(chǎn)物。
出人意料的是即使成核劑的量大于2.5％重量百分比泡沫塑料依然具有比較均勻而細(xì)小的微泡結(jié)構(gòu)。成核劑沒有導(dǎo)致異常的大泡在泡沫塑料中出現(xiàn)。按照本發(fā)明的這個方面，泡沫塑料制品具有小于60微米的平均微泡尺寸，或具有上述的其它優(yōu)選的平均微泡尺寸或最大微泡尺寸或兩者的組合。
微孔泡沫塑料的微泡結(jié)構(gòu)優(yōu)選的是封閉的微泡結(jié)構(gòu)。我們認(rèn)為封閉的微泡結(jié)構(gòu)可以對提高泡沫塑料的機(jī)械性能產(chǎn)生有利的影響，因?yàn)闆]有長的互連通道，這種通道可能起導(dǎo)致材料過早破損的部位的作用。
按照本發(fā)明的這個方面，微孔泡沫塑料可以在相當(dāng)寬的密度范圍上生產(chǎn)。在許多實(shí)施方案中，空隙率大于10％，在其它實(shí)施方案中大于20％，而在另一些實(shí)施方案中大于50％。在另一組實(shí)施方案中，微孔泡沫塑料空隙率小于50％，在另一些實(shí)施方案中小于30％。在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，微孔泡沫塑料具有介于10％和50％之間的空隙率。空隙率在這個優(yōu)選的范圍(10％至50％)內(nèi)的泡沫塑料呈現(xiàn)極好的機(jī)械性能，例如拉伸強(qiáng)度和拉伸模量，同時仍然具有比固體塑料低得多的密度。
種類繁多的半結(jié)晶微孔泡沫塑料制品被本發(fā)明的這個方面所包圍。制品可以被擠塑、吹塑、注塑成層出不窮的形狀和形態(tài)。擠塑的片材還可以熱塑成形。在某些實(shí)施方案中，這種發(fā)泡的制品通常比常規(guī)的泡沫塑料制品薄，因?yàn)樵谖⒖着菽芰现破分校⑴莩叽绫仍诔Ｒ?guī)的泡沫塑料中的微泡尺寸小。在某些案例中，制品至少有一部分的厚度小于0.1英寸，在另一些案例中小于0.05英寸，而在另一些案例中小于0.01英寸，在許多案例中，微孔泡沫塑料制品具有需要的表面質(zhì)量，因?yàn)樵撝破房赡苁窃诘桶l(fā)泡劑百分比的情況下生產(chǎn)的，因此限制了通過泡沫塑料表面擴(kuò)散的氣體量。正象在微孔泡沫塑料加工領(lǐng)域中眾所周知的那樣，在某些案例中大量的氣體通過表面擴(kuò)散可能導(dǎo)致表面粗糙和不完整性。
用于生產(chǎn)具有中等劑量成核劑的微孔泡沫塑料的擠塑系統(tǒng)可以是類似于帶吹塑模模頭10和用于回收未充分進(jìn)一步加工的擠出物的帶擠塑模頭的吹塑模裝置12的非必選的替代品和/或用于注塑的模具的圖1所示系統(tǒng)。
正象在技術(shù)上已知的那樣，在某些案例中成核劑可以在與半結(jié)晶聚合物的濃縮共混物中以粒料形式添加。換言之，成核劑可以以濃縮的百分比(例如40％重量百分比)分散在半結(jié)晶聚合物的粒料中。這種濃縮的粒料可以與適當(dāng)數(shù)量的半結(jié)晶粒料共混，以生產(chǎn)具有2.5％重量百分比至7％重量百分比成核劑的聚合物材料。以這種方式，在聚合物材料的組成中，滑石粉的百分比可以通過控制濃縮物與純聚合物粒料的比例進(jìn)行調(diào)整。在熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人所熟知的其它實(shí)施方案中，成核劑可以以顆粒形式直接添加到聚合物材料中。任何技術(shù)上眾所周知的其它技術(shù)也都可以用于把成核劑以可控制的量并入聚合物的組合物。
令人驚奇的是業(yè)已發(fā)現(xiàn)在某些實(shí)施方案中本發(fā)明的微孔半結(jié)晶泡沫塑料可以用比較低的發(fā)泡劑百分比制成。我們認(rèn)為成核劑的存在增強(qiáng)了成核作用的驅(qū)動力，因此使微孔泡沫塑料的生產(chǎn)能在低發(fā)泡劑百分比下進(jìn)行，例如按聚合物物料流和發(fā)泡劑的重量計使用低于1.5％重量百分比的發(fā)泡劑。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，該方法涉及添加少于1.0％重量百分比的發(fā)泡劑，并且在另一些優(yōu)選的案例中，該方法涉及按聚合物物料流和發(fā)泡劑的重量計添加少于0.1％重量百分比。
現(xiàn)在參照圖5，更詳細(xì)地圖解說明發(fā)泡劑口的優(yōu)選實(shí)施方案，此外展示在機(jī)筒相對的頂面和底面上的兩個口。在這個優(yōu)選實(shí)施方案中，口154定位在螺桿的注氣段，它位于螺桿38(包括斷頭螺紋)的混合段60的上游區(qū)距混合段上游端不足4個全螺槽、優(yōu)選不足2個全螺槽或不足1個全螺槽。這樣定位，注入的發(fā)泡劑被非常迅速非常均勻地混合到流體聚合物物料流中，以促進(jìn)形成發(fā)泡材料母體與發(fā)泡劑的單相溶液。
在圖解說明的優(yōu)選實(shí)施方案中，口154是一個多孔口，它包括許多連接發(fā)泡劑源與擠塑機(jī)機(jī)筒的小孔164。如圖所示，在實(shí)施方案中圍繞著擠塑機(jī)機(jī)筒提供許多在不同位置的徑向口154，而且這些口可以彼此縱向?qū)R。例如，許多口154可以圍繞著擠塑機(jī)機(jī)筒安排在12點(diǎn)、3點(diǎn)、6點(diǎn)和9點(diǎn)的位置，每個口都包括許多個小孔164。以這種方式，在把每個小孔164都看作是一個發(fā)泡劑孔時，本發(fā)明包括具有至少大約10個、優(yōu)選至少大約40個、更優(yōu)選至少大約100個、更優(yōu)選至少大約300個、更優(yōu)選至少大約500、更優(yōu)選至少大約700個與擠塑機(jī)機(jī)筒流體連通的發(fā)泡劑孔使該機(jī)筒與發(fā)泡劑源流體連通的擠塑裝置。
在這些優(yōu)選實(shí)施方案中還包括一種設(shè)計(如圖5所示)，在這種設(shè)計中發(fā)泡劑孔沿著擠塑機(jī)機(jī)筒定位在這樣的的位置，即當(dāng)優(yōu)選的螺桿安裝在該機(jī)筒中時發(fā)泡劑孔與全斷頭螺紋165相鄰。以這種方式，在螺桿旋轉(zhuǎn)時每個螺紋都定期地通過或“擦刮”每個小孔。這種擦刮增進(jìn)發(fā)泡劑與流體發(fā)泡材料母體的迅速混合，在一個實(shí)施方案中基本上是通過迅速地打開和關(guān)閉每個小孔來促進(jìn)迅速混合的，因?yàn)楫?dāng)螺紋相對小孔足夠大足以在它與小孔對齊時完全阻斷小孔因而可以定期地阻斷每個小孔結(jié)果是一種分布，即在注入后混合前立即出現(xiàn)的一種被分得相當(dāng)細(xì)碎的發(fā)泡劑孤立區(qū)域在流體聚合物材料中的分布。在這種設(shè)計中，在大約30rpm的標(biāo)準(zhǔn)螺桿旋轉(zhuǎn)速度下，螺紋將以至少大約每秒0.5次、更優(yōu)選至少大約每秒1次、更優(yōu)選至少大約每秒1.5次、更優(yōu)選至少大約每秒2次的速度通過每個小孔。在優(yōu)選實(shí)施方案中，小孔154定位在距離螺桿始端(在上游端34)大約15至大約30個機(jī)筒直徑的位置。
再次參照圖1，螺桿38的混合段60(在注氣段后面的)，是為了使發(fā)泡劑與聚合物物料流混合，促進(jìn)形成發(fā)泡劑與聚合物的單相溶液而構(gòu)成的。該混合段包括斷頭螺紋，它將割斷物料流以促進(jìn)混合。在混合段下游，進(jìn)料段在聚合物-發(fā)泡劑物料流中建立壓力。在把母體用于按照模頭形狀釋放成形擠出物的場合，該模頭包括具有某種形狀和尺寸(模頭幾何尺寸)的內(nèi)部通道以控制擠出物的形狀。在這個實(shí)施方案中，模頭可以具有任何技術(shù)上已知的構(gòu)型，以便生產(chǎn)特定形狀的微孔泡沫塑料，例如片材、型材或線材?？梢允褂迷谕ㄟ^引證并入的國際專利申請第WO98/08667號中介紹的那些模頭。除了使從這樣的模頭中釋放的擠出物定型之外，模頭還可以完成使聚合物材料和發(fā)泡劑的單相溶液成核的功能。正象前面關(guān)于圖2至圖4的介紹那樣，當(dāng)單相溶液流過模頭的內(nèi)部通道時隨著該溶液中的壓力下降。發(fā)泡劑在聚合物中的溶解度也跟著下降，這是微泡成核作用的驅(qū)動力。壓降的程度取決于通道的尺寸。具體地說，影響壓降的尺寸包括通道形狀、通道長度和通道厚度。在各種加工條件下，跨模頭的壓降通常都大于1,000psi、優(yōu)選大于2,000psi、更優(yōu)選大于3,000psi。
本發(fā)明的模頭也可以象技術(shù)上已知的那樣，為了在單相溶液流經(jīng)該通道時提供壓降速率(dP/dt)而構(gòu)成。取決于模頭幾何尺寸和流速的壓降速率還影響微泡成核過程。通常，為了實(shí)現(xiàn)適合微孔材料的成核條件必須引發(fā)相當(dāng)大的壓降速率。我們認(rèn)為成核劑以2.5％重量百分比至7％重量百分比的量存在，將降低對壓降速率的要求。在某些案例中，使用低壓降速率的工藝是需要的。低壓降速率通常允許模頭結(jié)構(gòu)和最終制品尺寸的更大的自由度。在某些案例中，溶液中的壓降速率低于1.0GPa/s，在一些實(shí)施方案中低于0.10GPa/s，在一些實(shí)施方案中低于0.05GPa/s。在另一些實(shí)施方案中，利用比較高的壓降速率，例如在生產(chǎn)某種薄產(chǎn)品時。在一些案例中壓降速率高于1.0GPa/s，在另一些案例中高于5.0GPa/s，在另一些案例中高于10.0GPa/s。
在另一個實(shí)施方案中(未圖解說明)，壓降速率是在模頭前或模頭內(nèi)，用至少一個成核通道引發(fā)的。在未審的國際專利申請第WO98/08667號(1997年3月5日公布)中介紹了這種構(gòu)型，在此通過引證將它并入。
由于升高的溫度，從模頭擠出的擠出物通常被軟化到足以致使成核的微泡生長的程度。當(dāng)擠出物在大氣中冷卻并且變成更多的固體時，微泡的生長受到抑制。在某些實(shí)施方案中，提供外部冷卻裝置以加快擠出物的冷卻速度是有利于。例如，在這些實(shí)施方案中，冷卻可以通過朝擠出物吹風(fēng)、使擠出物接觸冷表面或者把擠出物浸沒在液體介質(zhì)中來完成。在需要時，可以在模頭下游使用其它設(shè)備把擠出物進(jìn)一步塑造成最終的形狀。
參照圖6，按照本發(fā)明生產(chǎn)微孔泡沫塑料的另一種擠塑系統(tǒng)170包括串聯(lián)式擠塑機(jī)生產(chǎn)線。該串聯(lián)式生產(chǎn)線包括按平行配置安排并通過轉(zhuǎn)移管176連接的主擠塑機(jī)172和輔擠塑機(jī)174。如上所述，粒料通過漏斗44供應(yīng)給主擠塑機(jī)。在一些實(shí)施方案中，輔擠塑機(jī)包括發(fā)泡劑注入口54，如圖所示。在另一些實(shí)施方案中，主擠塑機(jī)包括發(fā)泡劑注入口。
在其它實(shí)施方案中，圖5和圖6所示系統(tǒng)象技術(shù)上已知的那樣經(jīng)過修改以充當(dāng)注坯吹塑系統(tǒng)。特別優(yōu)選的注坯吹塑系統(tǒng)是通過引證并入的國際專利申請第WO98/31521號中介紹的系統(tǒng)。通常，注坯吹塑系統(tǒng)不包括擠塑模頭，而是包括與聚合物加工空間流體連通的通道，通過該通道聚合物與發(fā)泡劑的溶液被注入模具。
另一方面，本發(fā)明提供數(shù)種特殊的模頭設(shè)計，這些設(shè)計對于制作高質(zhì)量的微孔聚合物擠出物是有用的。一般的說，該模頭是為了提供HDPE片材或薄壁管材而設(shè)計的。更具體地說，該模頭可以為了提供適合吹塑應(yīng)用的HDPE型坯而構(gòu)成。在這個方面，本發(fā)明涉及一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，即供微孔聚合物成核的模頭有一個特定的錐角范圍，這個錐角范圍提供在擠塑過程中不破損或撕裂并且具有更均勻的表面外觀的HDPE擠出物，包括適合吹塑的型坯。
具體地說，在這方面提供一種聚合物成型模頭，該模頭包括一個橫截面以大于4°的夾角朝下游方向逐漸減小的成核通道。優(yōu)選的是該夾角大于6°。在一個實(shí)施方案中，該角度介于4°和18°之間、優(yōu)選介于4°和8°之間。文中所用的術(shù)語“夾角”意味著下游方向錐度的總角度。例如，在環(huán)形模頭中其外壁向內(nèi)以4°錐角逐漸變細(xì)而由型芯外部定義的內(nèi)壁沒有錐度，那么該夾角是4°。在同樣的情況下，如果型芯向外以2°錐角逐漸變細(xì)，那么該夾角將是6°。
本發(fā)明的模頭錐角定義從開始在模頭中成核到從模頭出口釋放之間的特定時間，而且這種定時定義了本發(fā)明的另一個方面。具體地說，提供了一種涉及在聚合物材料和發(fā)泡劑的未成核的單相溶液在模頭內(nèi)成核后的不足0.001秒的時間周期里把成核的物料流作為微孔聚合物擠出物從模頭出口釋放的方法。
本發(fā)明包括發(fā)現(xiàn)在擠塑HDPE片材和型材中存在的問題。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在微孔擠塑條件下，在使用并行的成核段時擠出物(特別是用于吹塑的HDPE型坯)傾向于在擠塑期間破損。在這些案例中，正常的微孔條件是通過使用成核段(它創(chuàng)造形成小微泡所需要的必要的壓降速率)和使用典型條件的發(fā)泡劑含量和熔體溫度來描述的。破損被定義為一種條件，在該條件下擠出物在離開模頭時沿著模頭長度在一個或多個位置撕破。這種撕裂妨礙均勻擠出物的形成，導(dǎo)致形成又長又薄的條形微孔材料。每條都是在每個觀察到撕裂的位置完全切斷擠塑的結(jié)果。這種現(xiàn)象用HDPE已被觀察到，而采用其它受試材料(包括聚丙烯)尚未觀察到，并且被認(rèn)為是由于HDPE分子的高度線形特性和在低作用力下分子易于相對滑移引起的。
按照本發(fā)明HDPE的破損問題是通過使用夾角范圍非常特殊的帶錐度的模頭(橫截面朝下游方向逐漸減小的模頭)得以緩和的。該錐角的最小值是通過解決這個破損問題并且仍然提供制作微孔材料必不可少的最小壓降速率的能力來確定的。角度小于4°不以商業(yè)上所需的合理的速率和可接受的總壓降產(chǎn)生微孔材料需要的壓降速率。角度等于和大于6°，可以實(shí)現(xiàn)充分的壓降速率并且可以完全解決破損問題。存在一個仍然能制成可接受的結(jié)構(gòu)的最大角度。角度大于大約18°，微孔結(jié)構(gòu)傾向于把它自己吹掉，導(dǎo)致適合吹塑目的的微孔結(jié)構(gòu)非常缺乏。
防止破損的結(jié)果是出乎意料的。雖然不指望與任何理論結(jié)合，但是我們認(rèn)為因?yàn)榇嬖谝粋€成核作用開始發(fā)生的臨界位置，所以錐形模頭起作用。這個位置是由聚合物/發(fā)泡劑熔體(聚合物材料和發(fā)泡劑的未成核的單相溶液)中的壓力降低到發(fā)泡劑在聚合物中的飽和壓力以下的那個點(diǎn)定義的。如果這個位置離模頭出口太遠(yuǎn)(不是用距離度量的，而是用駐留時間即成核的聚合物從成核作用的起始點(diǎn)行進(jìn)到釋放聚合物擠出物的模頭末端所花費(fèi)的時間來度量的)，那么當(dāng)作用在正在生長的微泡時的剪切力持續(xù)太長的時間，導(dǎo)致熔體撕裂時破損就會發(fā)生。如果該位置比這個臨界點(diǎn)更接近出口，那么發(fā)泡熔體不經(jīng)受足以引起撕裂的剪切。在壓降速率在整個成核作用區(qū)的長度上始終保持恒定并且在整個成核段上壓力線性下降的并行的成核段中，成核作用起始點(diǎn)離模頭出口太遠(yuǎn)。在壓降速率在整個成核段上遞增并且在最接近模頭出口的地方壓力下降的錐形模頭中，成核作用點(diǎn)非常接近模頭出口。結(jié)果是剪切僅僅在短暫的時間周期內(nèi)起作用并且不發(fā)生破損。被提議的理論使人不得不選擇既消除破損又慮及使壓降速率的標(biāo)準(zhǔn)條件得到滿足的特殊的錐角。
按照本發(fā)明生產(chǎn)的微孔材料可以在吹塑工藝中使用，例如生產(chǎn)吹塑的瓶子。此外，微孔聚合物材料(包括微孔HDPE)的片材既可用扁平的模頭設(shè)計也可用環(huán)形模頭設(shè)計來生產(chǎn)。用本發(fā)明的系統(tǒng)制作的材料還可以熱塑成形。在一個實(shí)施方案中，本發(fā)明的模頭提供通過相對外模頭體移動模頭的內(nèi)銷改變型坯厚度的能力。
除了模頭的角度和間隙開度之外，特殊的模頭還可以用制作無缺陷的微孔型坯所需的壓力和壓降速率來描述。
在一組實(shí)施方案中，基本上由高密度聚乙烯(HDPE)組成的泡沫塑料制品可以在不使用化學(xué)發(fā)泡劑的情況下成形。文中所述的高密度聚乙烯指的是密度高于0.94g/cm3的聚乙烯。低密度聚乙烯指的是密度低于0.94g/cm3的聚乙烯。在這些制品中，HDPE基本上是唯一的聚合物成分，但是該制品包括各種各樣技術(shù)上已知的添加劑，例如成核劑。因此，這種制品基本上沒有殘留的化學(xué)發(fā)泡劑及其反應(yīng)副產(chǎn)物。在這組實(shí)施方案的一些實(shí)施方案中，HDPE泡沫塑料制品是平均微泡尺寸小于100微米的微孔泡沫塑料。在某些案例中，微孔泡沫塑料具有小于50微米的平均微泡尺寸，在一些案例中小于20微米。在這組的其它實(shí)施方案中，HDPE泡沫塑料是常規(guī)泡沫塑料，其平均微泡尺寸大于100微米。這些制品可以在相當(dāng)寬的密度范圍上生產(chǎn)。在某些實(shí)施方案中，空隙率大于10％，在一些實(shí)施方案中，空隙率大于20％，在另一些實(shí)施方案中，空隙率大于50％。在一組優(yōu)選的實(shí)施方案中，制品具有介于10％和40％之間的空隙率。
高密度聚乙烯泡沫塑料制品的成形方法包括使用上述的物理發(fā)泡劑。在這組實(shí)施方案中，所生產(chǎn)的HDPE泡沫塑料制品具有與連續(xù)擠出物基本上一致的形狀或者與模具內(nèi)腔基本上一致的形狀。換言之，這些泡沫塑料制品是通過擠塑或模塑(包括吹塑)生產(chǎn)的。雖然一部分微泡生長可能發(fā)生在擠塑之后或模塑之后，但是制品保持著記憶中接近擠出物或模具的形狀。這將區(qū)別于象在采用現(xiàn)有技術(shù)的分批工藝中發(fā)生的那樣，通過諸如用發(fā)泡劑飽和、然后膨脹之類的方法在未發(fā)泡的狀態(tài)下擠塑或模塑然后進(jìn)行后期發(fā)泡的制品。
本發(fā)明的這些和其它實(shí)施方案的功能和優(yōu)點(diǎn)通過下面的實(shí)施例將被更全面地理解。下面的實(shí)施例傾向于詮釋本發(fā)明的益處，但不作為本發(fā)明完整范圍的例證。
實(shí)施例1用于吹塑的系統(tǒng)包括一臺2.5mm32:1L/D單螺桿主擠塑機(jī)(Akron Extruders,Canal Fulton,OH)和一臺3 36:1L/D單螺桿輔擠塑機(jī)(AkronExtruders,Canal Fulton,OH)的串聯(lián)式擠塑生產(chǎn)線系統(tǒng)是按直角配置安排的。一臺能夠以不超過30lb/hr的速度供料的定容喂料器安裝在主擠塑機(jī)的進(jìn)料喉上，以致配混的滑石粉添加劑粒料能夠經(jīng)過計量進(jìn)入主擠塑機(jī)。用于把CO2注入輔機(jī)的注射系統(tǒng)被放在距輔機(jī)入口大約8個直徑的地方。這個注射系統(tǒng)包括4個沿著圓周等間隔徑向定位的口，每個口包括176個小孔，每個小孔的直徑都是0.02英寸，總共704個小孔。該注射系統(tǒng)包括一個氣動閥，以便精確地計量在5500psi的壓力下以0.2至12lbs/hr的速度流動的發(fā)泡劑的質(zhì)量流速。
主擠塑機(jī)的螺桿是特殊設(shè)計的螺桿，以便在把發(fā)泡劑分散到聚合物中的混合段前面提供聚合物/滑石粉母料的進(jìn)料、熔化和混合。這臺主擠塑機(jī)的出口利用大約24英寸長的轉(zhuǎn)移管連接到輔擠塑機(jī)的入口上。
輔擠塑機(jī)配備了特殊設(shè)計的深螺槽多螺紋螺桿結(jié)構(gòu)，以便在發(fā)泡劑的注射口與通向安裝在輔機(jī)出口上的齒輪泵(LCI公司，Charlotte，NC)的入口之間冷卻聚合物并且維持微孔材料母體的壓力分布。該齒輪泵配備了用于加熱/制冷的整體式夾套并且為了以250lbs/hr的最大產(chǎn)出量、10,000psi額定的最大卸載壓力運(yùn)行對尺寸做了調(diào)整。
該系統(tǒng)在齒輪泵出口配備了模頭接套和垂直安裝的吹塑模頭(Magic公司，Monza，意大利)。該模頭接套配備了用于測量熔體剛好在進(jìn)入模頭前的溫度和壓力的旋塞。該吹塑機(jī)頭包括常規(guī)的支架型流料分配槽和模頭調(diào)整系統(tǒng)，后者允許模頭相對固定的定位尖梢移動以便提供取決于選定的加工的各種各樣的出口間隙。
剖開式瓶子模具安裝在夾具上，以便手動模塑樣品瓶子作為輔助方法。一半模具用夾具安裝在輔機(jī)上，而另一半安裝在線性滑塊上。安裝在輔機(jī)那半個模具上的快速合模器提供撞擊合模的機(jī)構(gòu)。利用一段軟管把磨尖的短鋼管安裝到0至50psi的調(diào)壓器上提供吹塑系統(tǒng)。模具直徑從瓶蓋區(qū)的大約1英寸變化到瓶體部分的2至3英寸。瓶子模具模腔的總長度大約10英寸。
實(shí)施例2型坯和瓶子成形高密度聚乙烯粒料(Equistar LR5403)被引入實(shí)施例1介紹的擠塑生產(chǎn)線的主加料漏斗，而預(yù)先配制的滑石粉母料(50％滑石粉在HDPE基礎(chǔ)中)被引入添加劑喂料器加料漏斗。安裝在吹塑機(jī)頭上的模具包括出口直徑0.663英寸、錐角6.2°的模頭和出口直徑0.663英寸、錐角2°的尖梢。這種尖梢與模頭的組合提供8.2°的聚流夾角。
擠塑機(jī)和齒輪泵的轉(zhuǎn)速被調(diào)節(jié)到在主機(jī)轉(zhuǎn)速大約為78rpm、輔機(jī)32rpm、齒輪泵50rpm時提供大約210lbs/hr的擠出量。輔機(jī)機(jī)筒溫度被調(diào)整，以便保持熔體溫度在模頭入口為大約315°F。添加劑喂料器經(jīng)過調(diào)整提供大約11lbs/hr的輸出能力，從而導(dǎo)致在材料中按聚合物重量計包含2.7％重量百分比的滑石粉。二氧化碳發(fā)泡劑以3.3lbs/hr的額定速率注入，從而導(dǎo)致在材料中按聚合物重量計包含1.6％重量百分比的發(fā)泡劑。
在上述條件下生產(chǎn)的型坯厚度0.045英寸、直徑1.3英寸、密度0.74g/cm3。根據(jù)額定的固體材料密度0.95g/cm3，實(shí)現(xiàn)的密度下降為23％。
樣品瓶子是以下述方式生產(chǎn)的擠塑出長度為大約16英寸的型坯，然后手工操作直接把該型坯從擠塑機(jī)移到模具中定位。將兩半模具迅速閉合并完成合模?？諝庹{(diào)節(jié)器設(shè)定在20psi，然后用磨尖的鋼管在模具的頂端刺入型坯并且把空氣引入現(xiàn)在被封閉在模具末端的型坯的ID。
在上述條件下生產(chǎn)的瓶子厚度大約0.015英寸、直徑大約2.5英寸、密度0.7g/cm3。
實(shí)施例3型坯和瓶子成形高密度聚乙烯粒料(Equistar LR5403)被引入實(shí)施例1介紹的擠塑生產(chǎn)線的主加料漏斗，而預(yù)先配制的滑石粉母料(50％滑石粉在HDPE基礎(chǔ)中)被引入添加劑喂料器加料漏斗。安裝在吹塑機(jī)頭上的模具包括出口直徑0.675英寸、錐角4.0°的模頭和出口直徑0.663英寸、錐角2°的尖梢。這種尖梢與模頭的組合提供6.0°的聚流夾角。
擠塑機(jī)和齒輪泵的轉(zhuǎn)速被調(diào)節(jié)到在主機(jī)轉(zhuǎn)速大約為66rpm、輔機(jī)30rpm、齒輪泵40rpm時，提供大約180lbs/hr的擠出量。輔機(jī)機(jī)筒溫度被調(diào)整，以便保持熔體溫度在模頭入口為大約310°F。添加劑喂料器經(jīng)過調(diào)整提供大約18lbs/hr的輸出能力，從而導(dǎo)致在材料中按聚合物重量計包含5.3％重量百分比的滑石粉。氮?dú)獍l(fā)泡劑以0.6lbs/hr的額定速率注入，從而導(dǎo)致在材料中按聚合物重量計包含0.33％重量百分比的發(fā)泡劑。
在上述條件下生產(chǎn)的型坯厚度0.080英寸、直徑1.2英寸、密度0.69g/cm3。根據(jù)額定的固體材料密度0.95g/cm3，實(shí)現(xiàn)的密度下降為29％。
樣品瓶子是以下述方式生產(chǎn)的擠塑出長度為大約16英寸的型坯，然后手工操作直接把該型坯從擠塑機(jī)移到模具中定位。將兩半模具迅速閉合并完成合模?？諝庹{(diào)節(jié)器設(shè)定在40psi，然后用磨尖的鋼管在模具的頂端刺入型坯并且把空氣引入現(xiàn)在被封閉在模具末端的型坯的ID。
在上述條件下生產(chǎn)的瓶子厚度大約0.037英寸、直徑大約2.0英寸、密度0.79g/cm3。
實(shí)施例4擠塑不含填料的微孔聚丙烯材料串聯(lián)式擠塑生產(chǎn)線(Akron Extruders，Canal Fulton，OH)被設(shè)計成包括一臺2.5英寸32/1 L／D主擠塑機(jī)和一臺3.0英寸34/1L/D輔擠塑機(jī)。用于把CO2注入輔機(jī)的注射系統(tǒng)被放在距離喂料段大約20個直徑的地方。這個注射系統(tǒng)包括4個沿著圓周等間隔徑向定位的口，每個口包括176個小孔，每個小孔的直徑都是0.02英寸，總共704個小孔。
主擠塑機(jī)的螺桿配備了兩級螺桿，包括常規(guī)的第一級喂料段、過渡段和計量段，后面是用于發(fā)泡劑分散的多螺紋(四螺紋)混合段。這種螺桿是為高壓注入發(fā)泡劑同時使第一級的計量段與發(fā)泡劑注入點(diǎn)之間的壓降減至最小而設(shè)計的?；旌隙伟?條在注入口處斷開的斷頭螺紋，以使這些小孔被螺紋刮擦(打開和關(guān)閉)。在螺桿轉(zhuǎn)速為80rpm時，每個小孔被螺紋以每秒5.3次的頻率刮擦。該混合段和注入系統(tǒng)考慮到非常迅速地形成發(fā)泡劑和聚合物材料的單相溶液。
注射系統(tǒng)包括氣動控制閥以便精確地計量在不超過5500psi壓力下以0.2至12lbs/hr的速率流動的發(fā)泡劑的質(zhì)量流速。
輔擠塑機(jī)配備了帶斷頭螺紋的深螺槽三螺紋冷卻螺桿，它提供在注入發(fā)泡劑與進(jìn)入成核點(diǎn)(在這種情況下是模頭)之間維持微孔材料母體的壓力分布曲線變化不超過大約1500psi，并且在大多數(shù)情況下要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這個值。
該系統(tǒng)包括允許測量熔體流壓力和溫度的測量儀器，從恰好在發(fā)泡劑注入口前面的那個位置到進(jìn)入模頭的那個點(diǎn)在該串聯(lián)系統(tǒng)上至少分布6個測量點(diǎn)，以便監(jiān)視材料狀況。沿著螺桿用紅外設(shè)備測量熔體溫度以避免干擾熔體流。
聚丙烯粒料靠重力從加料漏斗喂入該擠塑系統(tǒng)。所用的品級是名義熔體流動指數(shù)為0.5g/10min的標(biāo)準(zhǔn)均聚物樹脂，Montell’s 6823。這種聚合物材料基本上沒有成核劑。主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為90rpm從而提供大約84lbs/hr物料的總擠出量。輔機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為5rpm。輔擠塑機(jī)的機(jī)筒溫度經(jīng)過調(diào)整，以便在輔擠塑機(jī)末端測量的維持熔體溫度為386°F。二氧化碳發(fā)泡劑以4.0lbs/hr的速率注入，從而導(dǎo)致熔體中有4.8％的發(fā)泡劑。在輔擠塑機(jī)出料口的模頭接套被連接在具有4.5英寸寬的模頭出口和0.034英寸的間隙的平片T型模頭上。在該模頭內(nèi)包括一長度為0.5英寸間隙逐漸減小到出口尺寸0.015英寸的獨(dú)立的成核點(diǎn)。該模頭有熔體指示器和壓力指示器。在注射口與模頭入口之間的壓力分布曲線被維持在2120psi至3490psi之間。
圖7是該片材截面的SEM照片的復(fù)制品，表明平均直徑為大約25微米的微泡是均勻分散的。該片材的厚度大約為0.033英寸(0.83mm)。這種微孔泡沫塑料的密度是大約0.63g/cm3()39lbs/ft3)。
實(shí)施例5擠塑無填料的微孔聚丙烯片在這個實(shí)施例中使用與實(shí)施例4完全相同的擠塑系統(tǒng)、模頭和聚丙烯品級。這種聚合物材料基本上沒有成核劑。主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為75rpm，提供大約60lbs/hr物料的總擠出量。輔機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為20rpm。輔擠塑機(jī)的機(jī)筒溫度經(jīng)過調(diào)整，以便維持在輔擠塑機(jī)末端測量的熔體溫度為358°F。二氧化碳發(fā)泡劑以2.5lbs/hr的速率注入，從而導(dǎo)致熔體中有4.2％的發(fā)泡劑。在注射口與模頭入口之間的壓力分布曲線被維持在2180psi至3650psi之間。
利用三輥式堆片機(jī)收集片材，該三輥式堆片機(jī)利用循環(huán)油維持在100°F的溫度下。收卷速度大約為30ft/min，以便最終得到厚度大約為0.036英寸(0.93mm)的片材。圖8是該片材截面的SEM照片的復(fù)制品，表明呈現(xiàn)不均勻的非微孔結(jié)構(gòu)。平均微泡直徑大約為65微米，最大直徑為120微米。實(shí)測材料密度為0.79g/cm3(49.3lbs/ft3)。
實(shí)施例5生產(chǎn)的片材與實(shí)施例4生產(chǎn)的片材相比前者具有比較大的平均微泡尺寸，這在很大程度上是由于在實(shí)施例5中在不使用成核劑的情況下采用了比較低的發(fā)泡劑濃度。
實(shí)施例6擠塑具有滑石粉填料的微孔聚丙烯使用與實(shí)施例4所介紹的完全相同的聚丙烯材料和擠塑系統(tǒng)，聚丙烯粒料靠重力從加料漏斗喂入該擠塑系統(tǒng)。主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為48rpm，提供大約100lbs/hr物料的總擠出量。輔機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為16rpm。螺旋喂料器被用于把滑石粉/PP粒狀母料(EP5140Al，來自Spartech Polycom)喂入加料漏斗。螺旋喂料器上的螺桿轉(zhuǎn)速被調(diào)整到以12.5lbs/hr的速率把滑石粉母料輸送到加料漏斗中。這種速率對應(yīng)于基于總物料擠出量的12.5％。由于這種母料包含40％重量百分比的滑石粉，所以最終的配方中包含大約5％重量百分比的滑石粉。輔擠塑機(jī)的機(jī)筒溫度經(jīng)過調(diào)整，以便維持在輔擠塑機(jī)末端測量的熔體溫度為424°F。二氧化碳發(fā)泡劑以0.5lbs/hr的速率注入，從而導(dǎo)致熔體中有0.5％的發(fā)泡劑。在注射口與模頭入口之間的壓力分布曲線被維持在1580psi至1900psi之間。安裝在輔擠塑機(jī)末端的模頭是具有11英寸寬乘0.030英寸間隙的開口的t型扁平模頭。模唇是平行的，并且具有0.5英寸最終成形段長度。跨模唇的壓降速率為0.07GPa/s。
利用維持在100°F下同樣的三輥式堆片機(jī)以11.4ft/min的收卷速度收集片材，從而導(dǎo)致片材厚度大約為0.038英寸(0.97mm)。圖9是該片材截面的SEM照片的復(fù)制品，表明相當(dāng)均勻以閉孔為主的微孔結(jié)構(gòu)，其平均微泡直徑大約為50微米。最終片材密度為0.71g/cc(44.3lbs/ft3)。
實(shí)施例6說明利用比較低的氣體百分比和比較低的壓降速率生產(chǎn)包括中等水平滑石粉作為成核劑的微孔聚丙烯。實(shí)施例7擠塑具有滑石粉和二氧化鈦填料的微孔聚丙烯片材除了把二氧化鈦/PP母料按4份滑石粉母料對1份二氧化鈦(TiO2)母料的比例與滑石粉母料手工操作混合之外，所用的系統(tǒng)與實(shí)施例6介紹的系統(tǒng)完全相同。由于二氧化鈦母料也包含大約40％重量百分比的TiO2，所以這種填料由大約80％的滑石粉和大約20％的TiO2組成。主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為48rpm，提供大約100lbs/hr物料的總擠出量。螺旋喂料器以12.5lbs/hr的速率喂入濃縮粒料的共混物，從而導(dǎo)致在聚合物基體中包含大約5％成核劑的最終配方。輔擠塑機(jī)的機(jī)筒溫度被調(diào)整，以維持在輔擠塑機(jī)末端測量的熔體溫度為424°F。二氧化碳發(fā)泡劑以0.6lbs/hr的速率注入，從而導(dǎo)致熔體中有0.6％的發(fā)泡劑。在注射口與模頭入口之間的壓力分布曲線被維持在1550psi至1900psi之間。安裝在輔擠塑機(jī)末端的模頭在各個方面都與實(shí)施例6介紹的模頭完全一致?？缒４降膲航邓俾蕿榇蠹s0.07GPa/s。
利用同樣的三輥式堆片機(jī)，以11.7ft/min的收卷速度導(dǎo)致片材厚度大約為0.040英寸(1.0mm)、密度為0.73g/cc(45.6lbs/ft3)。圖10是該片材截面的SEM照片的復(fù)制品，表明相當(dāng)均勻以閉孔為主的微孔結(jié)構(gòu)，其平均微泡直徑大約為40微米。
實(shí)施例7說明包括滑石粉和TiO2作為成核劑的微孔聚丙烯的生產(chǎn)。
實(shí)施例8填充5％滑石粉的微孔聚丙烯管狀產(chǎn)品單一的NRM(Pawcatuck，CT)2.5英寸44/1L/D長擠塑生產(chǎn)線配備了把CO2注入輔機(jī)的注射系統(tǒng)，該系統(tǒng)被置于距離喂料段大約25個直徑的地方。這個注射系統(tǒng)包括4個沿著圓周等間隔徑向定位的口，每個口包括417個小孔，每個小孔的直徑都是0.02英寸，總共1668個小孔。
該擠塑機(jī)配備了兩級螺桿，包括常規(guī)的第一級喂料段、屏障式螺桿過渡段和計量段，后面是用于發(fā)泡劑分散的多螺紋(六螺紋)混合段。這種螺桿是為高壓注入發(fā)泡劑同時使第一級的計量段與發(fā)泡劑注入點(diǎn)之間的壓降減至最小而設(shè)計的。該螺桿的第二級包括6條螺紋在注入口處斷開的混合段，以使這些小孔被螺紋刮擦(打開和關(guān)閉)。在螺桿轉(zhuǎn)速為80rpm時，每個小孔被螺紋以每秒8次的頻率刮擦。該混合段和注入系統(tǒng)考慮到非常迅速地形成發(fā)泡劑和聚合物材料的單相溶液。注射系統(tǒng)包括氣動控制閥以便精確地計量在不超過5500psi的壓力下以0.2至50lbs/hr的速率流動的發(fā)泡劑的質(zhì)量流速。
該螺桿的第二級還配備了帶斷頭螺紋的深螺槽三螺紋冷卻段，它提供冷卻聚合物熔體流的能力。
該系統(tǒng)在擠塑機(jī)末端包括模頭接套和間隙0.34英寸、內(nèi)徑0.4英寸、成形段長度2英寸的圓柱(芯)環(huán)形模頭，該模頭接套配備了用于測量熔體恰好在進(jìn)入模頭前的溫度和壓力的旋塞。
該系統(tǒng)包括允許測量熔體流壓力和溫度的測量儀器，從恰好在發(fā)泡劑注入口前面的那個位置到進(jìn)入模頭的那個點(diǎn)在系統(tǒng)上至少分布7個測量點(diǎn)，以便精確監(jiān)視材料狀況。沿著螺桿用紅外設(shè)備測量熔體溫度以避免干擾熔體流。
名義熔體流動指數(shù)為5g/10min的標(biāo)準(zhǔn)均聚物樹脂，Solvay’sHB1301，被用作基礎(chǔ)樹脂。由40％重量百分比滑石粉分散在均聚物聚丙烯基體中形成的粒料組成的滑石粉母料(Montell Astryn65I24-4)利用失重型混合系統(tǒng)與HB1301混合，以產(chǎn)生包含5％重量百分比滑石粉(12.5％滑石粉母料)的混合物。然后，這種混合物靠重力從加料漏斗喂入擠塑系統(tǒng)。主螺桿轉(zhuǎn)速為50rpm，提供大約54lbs/hr物料的總擠出量。輔擠塑機(jī)的機(jī)筒溫度經(jīng)過調(diào)整，是在擠塑機(jī)末端測量的熔體溫度維持在422°F。二氧化碳發(fā)泡劑以0.3lbs/hr的速率注入，從而導(dǎo)致熔體中有0.55％的發(fā)泡劑。安裝在擠塑機(jī)出料口上的模頭接套連接在間隙為0.025英寸、外徑0.18英寸、成形段長度0.15英寸的圓柱(芯)環(huán)形模頭上。在注射口與模頭入口之間的壓力分布曲線被維持在2430psi至3540psi之間?？缒ｎ^的壓降速率為11.2GPa/s。
圖11是該片材截面的SEM照片的復(fù)制品，表明遍布管壁橫截面的通常呈球形的微泡平均直徑大約為50微米。產(chǎn)品壁厚大約為0.008英寸(0.21mm)。產(chǎn)品外徑大約為0.26英寸(6.60mm)。材料密度大約為0.51g/cm3(32lbs/ft3)。
實(shí)施例8說明在利用劑量比較低的發(fā)泡劑和比較高的壓降速率的同時，利用中等水平劑量的滑石粉作為成核劑生產(chǎn)薄壁微孔聚丙烯材料。
實(shí)施例9填充3％滑石粉的微孔聚丙烯管狀產(chǎn)品基礎(chǔ)聚丙烯樹脂品級與實(shí)施例8完全相同但包含3％滑石粉(7.5％滑石粉母料)的樹脂配方經(jīng)共混后靠重力從加料漏斗喂入擠塑系統(tǒng)。主螺桿轉(zhuǎn)速為50rpm，提供大約54lbs/hr物料的總擠出量。機(jī)筒溫度經(jīng)過調(diào)整，使在擠塑機(jī)末端測量的熔體溫度維持在427°F。二氧化碳發(fā)泡劑以0.27lbs/hr的速率注入，從而導(dǎo)致熔體中有0.5％的發(fā)泡劑。在實(shí)施例8中介紹的模頭被安裝在擠塑機(jī)出料口上。在注射口與模頭入口之間的壓力分布曲線被維持在2650psi至3900psi之間?？缒ｎ^的壓降速率為12.4GPa/s。
圖12是該擠出物截面的SEM照片復(fù)制品，表明遍布管壁橫截面的通常是直徑大約為60微米的球形微泡。產(chǎn)品壁厚大約為0.010英寸(0.25mm)。產(chǎn)品外徑大約為0.26英寸(6.60mm)。材料密度大約為0.52g/cm3(32.4lbs/ft3)。
實(shí)施例9生產(chǎn)的材料與實(shí)施例5生產(chǎn)的材料相比具有比較大的平均微泡尺寸，這是因?yàn)樵趯?shí)施例6中存在較少的成核劑。
實(shí)施例10填充1％滑石粉的非微孔聚丙烯管狀產(chǎn)品基礎(chǔ)聚丙烯樹脂品級與實(shí)施例8完全相同但包含1％滑石粉(2.5％滑石粉母料)的樹脂配方經(jīng)共混后靠重力從加料漏斗喂入擠塑系統(tǒng)。主螺桿轉(zhuǎn)速為50rpm，提供大約54lbs/hr物料的總擠出量。機(jī)筒溫度經(jīng)過調(diào)整，使在擠塑機(jī)末端測量的熔體溫度維持在428°F。二氧化碳發(fā)泡劑以0.48lbs/hr的速率注入，從而導(dǎo)致熔體中有0.9％的發(fā)泡劑。在實(shí)施例8中介紹的模頭被安裝在擠塑機(jī)出料口上。在注射口與模頭入口之間的壓力分布曲線被維持在2600psi至3880psi之間?？缒ｎ^的壓降速率大約為12.4GPa/s。
圖13是該擠出物截面的SEM照片復(fù)制品，表明遍布管壁橫截面的通常是直徑大約為150微米的球形微泡。產(chǎn)品壁厚大約為0.018英寸(0.46mm)。產(chǎn)品外徑大約為0.26英寸(6.60mm)。材料密度大約為0.53g/cm3(33.1lbs/ft3)。
實(shí)施例10用低于中等水平的成核劑(1％滑石粉)生產(chǎn)的材料不是微孔材料。
實(shí)施例11-14高密度聚乙烯微孔泡沫塑料包括一臺2.5mm32:1L/D單螺桿主擠塑機(jī)(Akron Extruders，Canal Fulton，OH)和一臺336:1L/D單螺桿輔擠塑機(jī)(AkronExtruders，Canal Fulton，OH)的串聯(lián)式擠塑生產(chǎn)線是按直角配置安排的。一臺能夠以不超過30lb/hr的速度供料的定容喂料器安裝在主擠塑機(jī)的進(jìn)料喉上，以致配混的滑石粉添加劑粒料能夠經(jīng)過計量進(jìn)入主擠塑機(jī)。用于把CO2注入輔機(jī)的注射系統(tǒng)被放在距離輔機(jī)入口大約8個直徑的地方。這個注射系統(tǒng)包括4個沿著圓周等間隔徑向定位的口，每個口包括176個小孔，每個小孔的直徑都是0.02英寸，總共704個小孔。該注射系統(tǒng)包括一個氣動閥以便精確地計量在不超過5500psi的壓力下以0.2至12lbs/hr的速度流動的發(fā)泡劑的質(zhì)量流速。
主擠塑機(jī)的螺桿是特殊設(shè)計的螺桿，以便在把發(fā)泡劑分散到聚合物中的混合段前面提供聚合物/滑石粉母料的進(jìn)料、計量和混合。這臺主擠塑機(jī)的出口利用大約24英寸長的轉(zhuǎn)移管連接到輔擠塑機(jī)的入口上。
輔擠塑機(jī)配備了特殊設(shè)計的深螺槽多螺紋螺桿結(jié)構(gòu)，以便在發(fā)泡劑的注射口與通向安裝在輔機(jī)出口上的齒輪泵(LCI公司，Charlotte，NC)的入口之間冷卻聚合物并且維持微孔材料母體的壓力分布。該齒輪泵配備了用于加熱/制冷的整體式夾套，并且為了以250lbs/hr的最大產(chǎn)出量、10,000psi額定的最大卸載壓力運(yùn)行對尺寸做了調(diào)整。
該系統(tǒng)在齒輪泵出口配備了模頭接套和垂直安裝的吹塑模頭(Magic Company,Monza,Italy)。該模頭接套配備了用于測量熔體剛好在進(jìn)入模頭前的溫度和壓力的旋塞。該吹塑機(jī)頭包括常規(guī)的支架型流料分配槽和模頭調(diào)整系統(tǒng)，后者允許模頭相對固定的定位尖梢移動以便提供取決于選定的加工的各種各樣的出口間隙。
上述的系統(tǒng)被用于生產(chǎn)包括實(shí)施例11-14所描述的中等水平的發(fā)泡劑的HDPE微孔泡沫塑料樣品。用于實(shí)施例上11-14的加工條件和所得到的產(chǎn)品特性也被扼要地列入下表
實(shí)施例15微泡擠塑系統(tǒng)除了輔擠塑機(jī)配備了深螺槽多螺紋螺桿結(jié)構(gòu)，以便在發(fā)泡劑的注射口與通向模頭接套和垂直安裝的吹塑模頭(Magic公司，Monza，意大利)的入口之間，冷卻聚合物并且維持微孔材料母體的壓力分布之外，使用在實(shí)施例1中介紹的串聯(lián)式擠塑生產(chǎn)線。模頭接套配備了用于測量熔體剛好在進(jìn)入模頭前的溫度和壓力的旋塞。吹塑機(jī)頭包括常規(guī)的支架型流料分配槽和模頭調(diào)整系統(tǒng)，后者允許模頭相對固定的定位尖梢移動以便提供取決于選定的加工的各種各樣的出口間隙。
實(shí)施例16對比實(shí)驗(yàn)…破損型坯的形成高密度聚乙烯(Equistar LR5403)粒料被引入實(shí)施例15所介紹的擠塑生產(chǎn)線的主加料漏斗。附著在吹塑機(jī)頭上的模具包括出口直徑為1.227的模頭和出口直徑1.181且?guī)?°錐角的尖梢。這種模具構(gòu)型提供0.023英寸的出口間隙和2°錐形夾角。
該擠塑機(jī)經(jīng)過調(diào)整在主機(jī)轉(zhuǎn)速大約為58rpm、輔機(jī)轉(zhuǎn)速大約為25rpm時提供大約140lbs/hr的擠出量。輔機(jī)機(jī)筒溫度經(jīng)過調(diào)整，以維持在模頭入口處的熔體溫度大約為305F°。關(guān)閉定容喂料器，不再添加混配的滑石粉。將二氧化碳發(fā)泡劑以4.8lbs/hr的名義速率注入，從而導(dǎo)致按聚合物重量計在該材料中包含3.4％的發(fā)泡劑。
在上述條件下，從聚合物的成核點(diǎn)到模頭出口的時間大約是0.060秒。這些條件導(dǎo)致產(chǎn)品的破損。
實(shí)施例17多用途擠塑系統(tǒng)除了把齒輪泵(LCI公司，Charlotte，NC)安裝在輔機(jī)出口和機(jī)頭入口之間之外，使用實(shí)施例15中的系統(tǒng)。該齒輪泵配備了用于加熱/制冷的整體式夾套并且為了以250lbs/hr的最大產(chǎn)出量、10,000psi額定的最大卸載壓力運(yùn)行對尺寸做了調(diào)整。
實(shí)施例18型坯的形成高密度聚乙烯(Equistar LR5403)粒料被引入實(shí)施例17介紹的擠塑生產(chǎn)線的主加料漏斗。附著在吹塑機(jī)頭上的模具包括出口直徑為0.685的模頭和出口直徑0.623且?guī)?°錐角的尖梢。這種模具構(gòu)型提供0.031英寸的出口間隙和4°錐形夾角。
該擠塑機(jī)和齒輪泵經(jīng)過調(diào)整在主機(jī)轉(zhuǎn)速大約為78rpm、輔機(jī)轉(zhuǎn)速約為32rpm、齒輪泵轉(zhuǎn)速為50rpm時，提供大約216lbs/hr的擠出量。輔機(jī)機(jī)筒溫度經(jīng)過調(diào)整，以維持在模頭入口處的熔體溫度大約為315F°。調(diào)整添加劑喂料器以提供大約11lbs/hr的輸出量，從而導(dǎo)致按聚合物重量計在材料中包含2.7％的滑石粉。將二氧化碳發(fā)泡劑以2.2lbs/hr的名義速率注入，從而導(dǎo)致按聚合物重量計在該材料中包含1.0％的發(fā)泡劑。
在上述條件下，從聚合物的成核點(diǎn)到模頭出口的時間大約是0.002秒。這些條件導(dǎo)致平均微泡尺寸大約為70微米且沒有破損的好泡沫塑料。
實(shí)施例19型坯的形成高密度聚乙烯(Equistar LR5403)粒料被引入實(shí)施例17介紹的擠塑生產(chǎn)線的主加料漏斗。附著在吹塑機(jī)頭上的模具包括出口直徑為0.661且?guī)?°錐角的模頭以及出口直徑為0.633且?guī)?°錐角的尖梢。這種模具構(gòu)型提供0.014英寸的出口間隙和6°錐形夾角。
該擠塑機(jī)和齒輪泵經(jīng)過調(diào)整在主機(jī)轉(zhuǎn)速大約為62rpm、輔機(jī)轉(zhuǎn)速大約為37rpm、齒輪泵轉(zhuǎn)速為50rpm時提供大約212lbs/hr的擠出量。輔機(jī)機(jī)筒溫度經(jīng)過調(diào)整，以維持在模頭入口處的熔體溫度大約為315F°。調(diào)整添加劑喂料器以提供大約11lbs/hr的輸出量，從而導(dǎo)致按聚合物重量計在材料中包含2.7％的滑石粉。將二氧化碳發(fā)泡劑以3.2lbs/hr的名義速率注入，從而導(dǎo)致按聚合物重量計在該材料中包含1.5％的發(fā)泡劑。
在上述條件下，從聚合物的成核點(diǎn)到模頭出口的時間大約是0.003秒。這些條件導(dǎo)致平均微泡尺寸大約為19微米且沒有破損的好泡沫塑料。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將很容易意識到本文中列出的所有參數(shù)都僅僅是示范性的，而實(shí)際參數(shù)將取決于使用本發(fā)明的方法和裝置的特定應(yīng)用。所以，應(yīng)當(dāng)理解上述的實(shí)施方案僅僅是通過實(shí)例的一種表達(dá)，而且在權(quán)利要求書及其等價文件的范圍內(nèi)本發(fā)明可以以不同于本說明書介紹的方式予以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1．一種制品，包括聚合物微孔泡沫塑料吹塑制品。
2．一種制品，包括適合吹塑的擠塑微孔型坯。
3．一種聚合物制品包括包含大量泡孔的聚合物材料基體，其中平均泡孔尺寸小于60微米，包括半結(jié)晶聚合物和成核劑的聚合物材料，其中成核劑的含量按聚合物材料的重量計在大約2.5％重量百分比和7％重量百分比之間。
4．一種泡沫制品，包括包含大量泡孔的聚合物材料基體，所述聚合物材料基本上由高密度聚乙烯組成、基本上沒有殘留的化學(xué)發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑的反應(yīng)副產(chǎn)物，并且具有與連續(xù)擠出物的形狀基本一致的形狀。
5．一種泡沫制品，包括包含大量泡孔的聚合物材料基體，該聚合物材料基本上由高密度聚乙烯組成、基本上沒有殘留的化學(xué)發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑的反應(yīng)副產(chǎn)物并且具有與模具內(nèi)部形狀基本一致的形狀。
6． 根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品包括半結(jié)晶聚合物材料，并且包括按聚合物材料重量計含量從大約2.5％重量百分比至大約7％重量百分比的成核劑。
7． 根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品基本上呈現(xiàn)白色的固態(tài)塑料制品的外觀。
8． 根據(jù)權(quán)利要求第1、3和5至7項(xiàng)中任何一項(xiàng)的制品，該制品是作為食品容器構(gòu)成的。
9． 根據(jù)權(quán)利要求第1、3和5至8項(xiàng)中任何一項(xiàng)的制品，該制品是作為牛奶容器構(gòu)成的。
10．根據(jù)權(quán)利要求第1、3和5至9項(xiàng)中任何一項(xiàng)的制品，該制品能裝食品。
11．根據(jù)權(quán)利要求第1、3和5至10項(xiàng)中任何一項(xiàng)的制品，該制品能裝牛奶。
12．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，其中聚合物基體包括按聚合物重量計介于大約5％重量百分比至大約7％重量百分比的成核劑。
13．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品包括殘留的化學(xué)發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑的反應(yīng)副產(chǎn)物，其含量小于在采用大約0.1％重量百分比以上化學(xué)發(fā)泡劑吹塑的制品中必然發(fā)現(xiàn)的含量。
14．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品包括殘留的化學(xué)發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑的反應(yīng)副產(chǎn)物，其含量小于在采用大約0.05％重量百分比以上化學(xué)發(fā)泡劑吹塑的制品中必然發(fā)現(xiàn)的含量。
15．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品基本上沒有殘留的化學(xué)發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑的反應(yīng)副產(chǎn)物。
16．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品具有小于大約0.1％重量百分比的輔助發(fā)色團(tuán)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計適合裝暴露于光線下時易遭破壞的物質(zhì)。
17．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品沒有為了支撐該泡沫塑料制品而定位的非泡沫塑料的結(jié)構(gòu)支撐材料。
18．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品包括至少兩個吹塑的聚合物微孔泡沫塑料層。
19．根據(jù)權(quán)利要求18的制品，該制品包括至少兩個共擠層。
20．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品包括與該泡沫塑料制品相鄰的輔助的非泡沫塑料的非結(jié)構(gòu)支撐層。
21．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品包括至少一個壁厚小于大約0.075英寸的部分。
22．根據(jù)權(quán)利要求第1、3和5至21項(xiàng)中任何一項(xiàng)的制品，其中該制品是一個容器，并且該容器至少有50％的壁厚小于0.075英寸。
23．根據(jù)權(quán)利要求22的制品，其中該制品是一個容器，并且該容器至少有50％的壁厚小于大約0.050英寸。
24．根據(jù)權(quán)利要求22的制品，其中該制品是一個容器，并且該容器至少有50％的壁厚小于大約0.040英寸。
25．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品是由熔體流速不超過0.2克/10分鐘的聚合物材料制成的。
26．根據(jù)權(quán)利要求第1、3和5至25中任何一項(xiàng)的制品，其中該制品是吹塑成形的，并且包括被膨脹到第一程度的第一部分和被膨脹到至少是第一程度的1.5倍的第二部分，第一和第二部分在各自的厚度、材料密度和泡孔密度方面相差不超過5％。
27．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品包括少于大約10％重量百分比的增強(qiáng)劑。
28．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品具有小于大約100微米的平均泡孔尺寸。
29．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品具有小于大約50微米的平均泡孔尺寸。
30．根據(jù)權(quán)利要求1的制品，該制品具有小于大約30微米的平均泡孔尺寸。
31．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品具有大約為75微米的最大泡孔尺寸。
32．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品具有大約為50微米的最大泡孔尺寸。
33．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品具有大約為35微米的最大泡孔尺寸。
34．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品具有小于大約30微米的平均泡孔尺寸和大約為75微米的最大泡孔尺寸。
35．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品具有小于大約20微米的平均泡孔尺寸和大約為50微米的最大泡孔尺寸。
36．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品具有小于大約10微米的平均泡孔尺寸和大約為25微米的最大泡孔尺寸。
37．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，其中泡孔主要是封閉的泡孔。
38．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品包括至少大約1％重量百分比的成核劑。
39．根據(jù)權(quán)利要求38的制品，其中成核劑是滑石粉。
40．根據(jù)權(quán)利要求2至4和6至39中任何一項(xiàng)的制品，該制品是作為適合吹塑的擠塑型坯成形的，它具有第一部分和在型坯加工方向上與該第一部分隔開的第二部分，第一部分和第二部分厚度差異至少是大約1.1倍。
41．根據(jù)權(quán)利要求40的制品，其中第一部分和第二部分厚度差異至少是大約1.3倍。
42．根據(jù)權(quán)利要求40的制品，其中第一部分和第二部分厚度差異至少是大約1.5倍。
43．根據(jù)權(quán)利要求40的制品，其中第一部分和第二部分厚度差異至少是大約1.7倍。
44．根據(jù)權(quán)利要求第2至4和6至43項(xiàng)中任何一項(xiàng)的制品，該型坯具有第一部分和在型坯加工方向上與該第一部分隔開的第二部分，第一部分和第二部分材料密度差異至少是大約1.1倍。
45．根據(jù)權(quán)利要求44的制品，其中第一部分和第二部分材料密度差異至少是大約1.3倍。
46．根據(jù)權(quán)利要求44的制品，其中第一部分和第二部分材料密度差異至少是大約1.5倍。
47．根據(jù)權(quán)利要求44的制品，其中第一部分和第二部分材料密度差異至少是大約1.7倍。
48．根據(jù)權(quán)利要求44的制品，其中第一部分和第二部分材料密度差異至少是大約2.0倍。
49．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品具有小于50％、大于10％的空隙率。
50．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，其中聚合物包括聚烯烴。
51．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，其中聚合物包括聚丙烯。
52．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，其中聚合物基本上是由聚丙烯組成的。
53．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，其中聚合物包括高密度聚乙烯。
54．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，其中聚合物至少包括80％高密度聚乙烯。
55．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，其中聚合物至少包括90％高密度聚乙烯。
56．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，其中聚合物基本上是由高密度聚乙烯組成的。
57．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品包含成核劑，該成核劑包括無機(jī)固體。
58．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品包含成核劑，該成核劑包括填料。
59．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的制品，該制品包含成核劑，該成核劑包括滑石粉。
60．一種微孔吹塑系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括擠塑裝置，該裝置包括具有為接收聚合物微孔材料的母料而設(shè)計的入口、結(jié)構(gòu)設(shè)計適合提供聚合物材料和發(fā)泡劑的單相非成核溶液的擠塑機(jī)和與該擠塑機(jī)流體連通并且具有為釋放微孔材料型坯而設(shè)計的出口的吹塑成形模頭，該裝置還包括連接擠塑機(jī)入口和模頭出口的封閉通道，該通道包括為在發(fā)泡劑和流體聚合物材料的單相非成核溶液中形成速率足以引起微孔成核作用的壓降而選定的長度和截面尺寸的成核通道；以及吹塑模具，該模具的位置是可調(diào)的，以便接收來自模頭出口的微孔材料型坯。
61．一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計適合擠塑聚合物泡沫塑料的母體材料的擠塑機(jī)；與所述擠塑機(jī)相關(guān)聯(lián)、能夠接收來自該擠塑機(jī)的聚合物泡沫塑料母體材料并且能夠聚集聚合物泡沫塑料母體材料的裝模料的儲料缸；以及為了接收儲料缸的產(chǎn)品可借助成形模頭定位的吹塑裝置，該裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計適合把所述材料吹塑成形，以便形成聚合物泡沫塑料的吹塑制品。
62．一種用于微孔吹塑成形的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有為接收聚合物微孔材料的母料而設(shè)計的入口，并且其結(jié)構(gòu)設(shè)計適合提供聚合物材料和發(fā)泡劑的單相非成核溶液的擠塑機(jī)；可以為了接收來自擠塑機(jī)的聚合物泡沫塑料母體材料和聚集聚合物泡沫塑料母體材料的裝模料而定位的儲料缸；與儲料缸流體連通并且具有為了釋放微孔材料型坯而設(shè)計的出口的吹塑成形模頭；以及可以為了來自模頭出口的微孔材料型坯而調(diào)整位置且其結(jié)構(gòu)設(shè)計適合形成聚合物微孔泡沫塑料吹塑制品的吹塑模具，該裝置包括一個連接擠塑機(jī)的入口與模具的出口的封閉通道，該通道包括成核通道，該成核通道的長度和截面尺寸是為了在發(fā)泡劑和流體聚合物材料的單相非成核溶液中形成速率足以引起微孔成核作用的壓降而選定的。
63．一種用于擠塑微孔聚合物材料的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括聚合物成形模頭，該模頭包括在其上游端為接收微孔擠出物母料而設(shè)計的入口、在其下游端定義模口間隙以便釋放發(fā)泡的聚合物材料的出口、以及連接入口和出口的流體通道，該流體通道包括一成核通道，該成核通道以大于4°的夾角使下游方向的橫截面逐漸減小。
64．一種微孔材料成形系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計適合提供包括聚合物材料和發(fā)泡劑的單相非成核溶液的微孔擠出物母料的擠塑機(jī)；可以為了接收來自擠塑機(jī)的微孔擠出物母料和聚集微孔擠出物母料的裝模料而定位的儲料缸；以及聚合物成形模頭，該模頭包括在其上游端為從擠塑機(jī)接收微孔擠出物母料而設(shè)計的入口、在其下游端定義模口間隙以便釋放發(fā)泡的聚合物材料的出口、以及連接入口和出口的流體通道，該流體通道包括一成核通道，該成核通道以大于4°的夾角使下游方向的橫截面逐漸減小。
65．一種微孔聚合物材料擠塑系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括聚合物成形模頭，該模頭包括在其上游端為接收微孔擠出物母料而設(shè)計的入口、在其下游端、定義?？陂g隙、用于釋放發(fā)泡聚合物材料的出口、以及連接入口和出口的流體通道，該流體通道包括成核通道，該成核通道是這樣構(gòu)成的，以致當(dāng)聚合物材料與發(fā)泡劑的單相非成核溶液以大約100lbs/hr.的流速引入該模頭并通過該模頭輸送時，該溶液的成核作用發(fā)生以致形成成核的聚合物流，該聚合物流在不超過大約0.002秒的時間周期內(nèi)從模頭中釋放出來。
66．根據(jù)權(quán)利要求第60至65項(xiàng)中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括成核通道，該成核通道的長度和橫截面尺寸致使當(dāng)流體聚合物以每小時大約40lbs的速率通過該成核通道時，在該流體聚合物中將形成至少大約0.3GPa/sec的壓降速率。
67．根據(jù)權(quán)利要求第60至66項(xiàng)中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括擠塑機(jī)，該擠塑機(jī)具有入口、出口和在入口與出口之間、結(jié)構(gòu)設(shè)計適合接收在環(huán)境條件下呈氣態(tài)的發(fā)泡劑、并且適合把發(fā)泡劑與母料混合以形成單相非成核溶液的、封閉的、容納螺桿的機(jī)筒。
68．根據(jù)權(quán)利要求第60至67項(xiàng)中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一結(jié)構(gòu)設(shè)計適合使微孔材料以至少大約60lbs/hr的速率成核的成核通道。
69．根據(jù)權(quán)利要求68的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一結(jié)構(gòu)設(shè)計適合使微孔材料以至少大約100lbs/hr的速率成核的成核通道。
70．根據(jù)權(quán)利要求68的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一結(jié)構(gòu)設(shè)計適合使微孔材料以至少大約400lbs/hr的速率成核的成核通道。
71．根據(jù)權(quán)利要求第60至70項(xiàng)中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中模頭具有引出間隙并且其結(jié)構(gòu)設(shè)計適合在擠塑期間改變引出間隙的大小，以便形成厚度隨著離開引出間隙的距離變化的擠出物。
72．根據(jù)權(quán)利要求第60至62和65至71項(xiàng)中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，該模頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計適合在不改變聚合物材料/發(fā)泡劑的混合物通過該模頭時所經(jīng)歷的壓降速率的實(shí)例中改變引出間隙的大小。
73．根據(jù)權(quán)利要求第60至72項(xiàng)中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括成核通道，該成核通道的橫截面尺寸沿其長度變化。
74．根據(jù)權(quán)利要求73的系統(tǒng)，其中成核通道使下游方向的橫截面逐漸減小。
75．根據(jù)權(quán)利要求第60至74項(xiàng)中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計適合形成吹塑的聚合物微孔泡沫塑料制品的吹塑模具。
76．根據(jù)權(quán)利要求第60至75項(xiàng)中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一模頭，該模頭包括一成核通道，該成核通道的長度和橫截面尺寸是為了在發(fā)泡劑和流體聚合物材料的單相非成核溶液中形成其下降速率以足以引起成核作用的壓降而選定的。
77．根據(jù)權(quán)利要求76的系統(tǒng)，其中所述模頭包括一成核通道，該成核通道的長度和橫截面尺寸是為了在發(fā)泡劑和流體聚合物材料的單相非成核溶液中形成下降速率足以引起微孔成核作用的壓降而選定的。
78．根據(jù)權(quán)利要求第61、62和66至77項(xiàng)中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括位置可調(diào)的模頭，以便接收儲料缸的產(chǎn)品和擠塑微孔聚合物型坯，并且該吹塑裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計適合把型坯吹塑成聚合物微孔泡沫塑料的吹塑制品。
79．根據(jù)權(quán)利要求第60至63和65至78項(xiàng)中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中模頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計適合在擠塑期間改變?？陂g隙的寬度，同時保持恒定的成核通道間隙。
80．根據(jù)權(quán)利要求第63和65至79項(xiàng)中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括結(jié)構(gòu)設(shè)計適合制備微孔擠出物母料，并且可以為了把該母料輸送到模頭入口而調(diào)整位置的擠塑機(jī)。
81．根據(jù)權(quán)利要求80的系統(tǒng)，其中所述擠塑機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計適合提供聚合物材料和發(fā)泡劑的單相非成核溶液，并且把該單相溶液輸送到模頭入口。
82．根據(jù)權(quán)利要求80的系統(tǒng)，其中成形模頭與所述擠塑機(jī)流體連通，并且具有為釋放微孔材料型坯而設(shè)計的出口的吹塑成形模頭，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括可為接收來自模頭出口的微孔材料型坯調(diào)整位置的吹塑模具。
83．根據(jù)權(quán)利要求80的系統(tǒng)，其中所述擠塑機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計適合接收在環(huán)境條件下呈氣態(tài)的發(fā)泡劑，并且把該發(fā)泡劑與母料混合成單相非成核溶液。
84．根據(jù)權(quán)利要求83的系統(tǒng)，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括與所述擠塑機(jī)流體連通、能夠接收來自所述擠塑機(jī)的聚合物泡沫塑料的母體材料和聚集聚合物泡沫塑料母體材料的裝模料的儲料缸；以及可以為了接收儲料缸的產(chǎn)品借助成形模頭調(diào)整位置的吹塑裝置，該裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計適合把材料吹塑成聚合物泡沫塑料的吹塑制品。
85．根據(jù)權(quán)利要求第60至84項(xiàng)中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中模頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計適合擠塑微孔材料的管狀型坯。
86．根據(jù)權(quán)利要求第60至84項(xiàng)中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中模頭具有引出間隙，并且其結(jié)構(gòu)設(shè)計適合在擠塑期間改變引出間隙的大小，以便形成厚度隨著距引出間隙的距離變化的擠出物。
87．根據(jù)權(quán)利要求第64至86項(xiàng)中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中成核通道以大于6°的夾角使下游方向的橫截面逐漸減小。
88．根據(jù)權(quán)利要求87的系統(tǒng)，其中成核通道以大于7°的夾角使下游方向的橫截面逐漸減小。
89．根據(jù)權(quán)利要求87的系統(tǒng)，其中成核通道以大于8°的夾角使下游方向的橫截面逐漸減小。
90．根據(jù)權(quán)利要求第64至86項(xiàng)中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中成核通道以大于4°且小于18°的夾角使下游方向的橫截面逐漸減小。
91．根據(jù)權(quán)利要求90的系統(tǒng)，其中成核通道以大于4°且小于8°的夾角使下游方向的橫截面逐漸減小。
92．根據(jù)權(quán)利要求65的系統(tǒng)，其中成核通道以大于4°的夾角使下游方向的橫截面逐漸減小。
93．一種方法，該方法包括在改變擠出物厚度的同時把聚合物微孔泡沫塑料擠出物擠出。
94．根據(jù)權(quán)利要求93的方法，該方法包括提供聚合物材料和在環(huán)境條件下呈氣態(tài)的發(fā)泡劑的單相非成核溶液、通過使該單相溶液承受高壓降速率使之成核、以及擠出作為該單相溶液的產(chǎn)物的聚合物泡沫塑料擠出物。
95．根據(jù)權(quán)利要求94的方法，該方法包括擠塑適合吹塑的微孔型坯。
96．根據(jù)權(quán)利要求95的方法，該方法進(jìn)一步包括將型坯吹塑成形，以便形成吹塑的微孔制品。
97．根據(jù)權(quán)利要求第93至96項(xiàng)中任何一項(xiàng)的方法，擠出物，即型坯具有至少大約10％的空隙率。
98．根據(jù)權(quán)利要求第93至97項(xiàng)中任何一項(xiàng)的方法，該方法包括形成泡沫聚合物材料母體和發(fā)泡劑的單相非成核流體溶液的物料流、使該溶液連續(xù)地成核以形成成核的聚合物流體、以及由成核的聚合物流體擠塑成聚合物泡沫擠出物。
99．根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中連續(xù)成核的步驟涉及在沒有輔助成核劑時，通過使物料流承受足以在溶液中形成成核部位的溶解度變化條件，在該物料流中形成發(fā)泡劑成核部位。
100．根據(jù)權(quán)利要求第93至99中任何一項(xiàng)的方法，該方法包括形成泡沫聚合物材料母體和超臨界流體發(fā)泡劑的流體單相非成核溶液的物料流。
101．根據(jù)權(quán)利要求第98至100中任何一項(xiàng)的方法，該方法涉及使該物料流承受壓降，其壓降速率足以形成成核部位。
102．根據(jù)權(quán)利要求101的方法，該方法涉及使該物料流承受壓降，其壓降速率足以以至少大約每立方厘米107個部位的密度形成成核部位。
103．根據(jù)權(quán)利要求101的方法，該方法涉及使該物料流在壓降速率至少大約為0.3GPa/秒的條件下承受壓降以便形成成核部位。
104．根據(jù)權(quán)利要求第93至103中任何一項(xiàng)的方法，該方法包括把聚合物泡沫擠出物從擠塑機(jī)模頭擠出到環(huán)境條件中，同時改變擠出物的厚度。
105．根據(jù)權(quán)利要求第93至104中任何一項(xiàng)的方法，該方法涉及形成泡沫聚合物材料母體和發(fā)泡劑的流體單相非成核溶液的物料流，其方法是把在環(huán)境條件下呈氣態(tài)的流體在不足大約1分鐘的周期內(nèi)引入至少以大約10lbs/hr的速度流動的流體聚合物材料從而形成該流體與聚合物的單相溶液，在該溶液中該流體的含量按溶液重量計至少為2％重量百分比。
106．根據(jù)權(quán)利要求105的方法，該方法包括使該溶液連續(xù)地成核，其方法是在以遞增的速度流動的單相物料流的逐次連續(xù)的諸部分內(nèi)連續(xù)地降低壓力。
107．根據(jù)權(quán)利要求106的方法，其中發(fā)泡劑在均勻的單相非成核溶液中的濃度按該溶液的重量計至少是大約5％重量百分比。
108．根據(jù)權(quán)利要求第93至107中任何一項(xiàng)的方法，該方法涉及形成泡沫聚合物材料的母體和發(fā)泡劑的流體單相溶液的物料流，其中發(fā)泡劑在均勻的單相非成核溶液中的濃度按該溶液的重量計至少是大約7％重量百分比。
109．根據(jù)權(quán)利要求108的方法，其中發(fā)泡劑在均勻的單相非成核溶液中的濃度按該溶液的重量計至少是大約10％重量百分比。
110．根據(jù)權(quán)利要求第108至109中任何一項(xiàng)的方法，其中發(fā)泡劑是超臨界的二氧化碳。
111．一種方法，包括提供擠出的聚合物微孔泡沫塑料型坯；以及使該型坯承受吹塑條件。
112．一種方法，包括提供聚合物泡沫塑料型坯；以及使該型坯承受至少大約15psi的吹塑條件，借此至少使一部分型坯在圓周上至少膨脹大約50％，并形成吹塑成形的制品，同時借助在從型坯變成吹塑制品的過程中，使該型坯的密度增加不超過大約20％保持相對不變的密度。
113．一種方法，包括提供聚合物微孔泡沫塑料型坯；以及在不給該型坯加熱的條件下，使該型坯承受吹塑條件。
114．根據(jù)權(quán)利要求第111至113中任何一項(xiàng)的方法，其中泡沫塑料型坯的孔隙度至少是大約10％。
115．根據(jù)權(quán)利要求第111至114中任何一項(xiàng)的方法，其中型坯具有不足大約0.100英寸的預(yù)吹厚度。
116.根據(jù)權(quán)利要求第111至115中任何一項(xiàng)的方法，該方法包括把聚合物材料與發(fā)泡劑的混合物擠塑成型坯，在該混合物中存在的發(fā)泡劑含量按混合物的重量計不足大約3％重量百分比。
117．根據(jù)權(quán)利要求第111至116中任何一項(xiàng)的方法，該方法包括把聚合物材料與超臨界發(fā)泡劑的單相溶液擠塑成型坯。
118．根據(jù)權(quán)利要求第116至117中任何一項(xiàng)的方法，其中發(fā)泡劑包括二氧化碳。
119．根據(jù)權(quán)利要求第116至117中任何一項(xiàng)的方法，其中發(fā)泡劑包括氮?dú)狻?br> 120．根據(jù)權(quán)利要求第111至119中任何一項(xiàng)的方法，其中承受步驟涉及在型坯內(nèi)部施加至少大約1.5bar的壓力。
121．根據(jù)權(quán)利要求120的方法，該方法涉及在型坯內(nèi)部施加至少大約3bar的壓力。
122．根據(jù)權(quán)利要求120的方法，該方法涉及在型坯內(nèi)部施加至少大約5bar的壓力。
123．根據(jù)權(quán)利要求120的方法，該方法涉及在型坯內(nèi)部施加至少10bar的壓力。
124．根據(jù)權(quán)利要求第111至123中任何一項(xiàng)的方法，該方法涉及形成基本上沒有非泡沫塑料支撐結(jié)構(gòu)的最終的吹塑制品，該制品基本上是閉孔的，其壁厚不足大約0.075英寸。
125．根據(jù)權(quán)利要求第111至124中任何一項(xiàng)的方法，該方法包括連續(xù)擠塑聚合物泡沫塑料擠出物和連續(xù)地使該擠出物承受吹塑條件。
126．根據(jù)權(quán)利要求第111至125中任何一項(xiàng)的方法，包括提供擠出的聚合物泡沫塑料型坯，該型坯具有第一部分和在型坯的加工方向上與第一部分隔開的第二部分，第一和第二部分在厚度上至少相差大約1.1倍；以及使該型坯承受吹塑條件。
127．根據(jù)權(quán)利要求126的方法，其中第一和第二部分在厚度上至少相差大約1.3倍。
128．根據(jù)權(quán)利要求126的方法，其中第一和第二部分在厚度上至少相差大約1.5倍。
129．根據(jù)權(quán)利要求126的方法，其中第一和第二部分在厚度上至少相差大約1.7倍。
130．根據(jù)權(quán)利要求第126至129中任何一項(xiàng)的方法，包括提供擠出的聚合物泡沫塑料型坯，該型坯具有第一部分和在型坯的加工方向上與第一部分隔開的第二部分，第一和第二部分在材料密度上至少相差大約1.1倍；以及使該型坯承受吹塑條件。
131．根據(jù)權(quán)利要求第111至130中任何一項(xiàng)的方法，包括提供熔體流不超過0.2g/10min的聚合物材料的擠塑型坯；以及使該型坯承受吹塑條件。
132．一種方法，包括按加工方向從擠塑機(jī)模頭擠出聚合物泡沫塑料擠出物，同時改變離開模頭的擠出物的溫度，借此形成具有第一部分和在加工方向上與第一部分隔開的第二部分的擠出物，第一部分和第二部分在材料密度上至少相差大約1.1倍。
133．根據(jù)權(quán)利要求132的方法，包括借助冷卻氣流連續(xù)地改變離開模頭的擠出物的溫度。
134．一種形成泡沫塑料制品的方法，包括在聚合物加工裝置中朝下游方向輸送聚合物材料，該聚合物材料基本上是由高密度聚乙烯組成的；在聚合物加工裝置中把物理發(fā)泡劑引入聚合物材料；以及由聚合物材料形成泡沫制品。
135．一種形成泡沫塑料制品的方法，包括在聚合物加工裝置中朝下游方向輸送聚合物材料，該聚合物材料包括半結(jié)晶的聚合物，以及按聚合物材料重量計含量介于大約2.5％重量百分比和大約7％重量百分比之間的成核劑；以及由該聚合物材料形成微孔制品。
136．根據(jù)權(quán)利要求134或135的方法進(jìn)一步包括在聚合物加工裝置中把按聚合物材料重量計不足1.5％重量百分比的發(fā)泡劑引入所述聚合物材料。
137．根據(jù)權(quán)利要求第134至136中任何一項(xiàng)的方法進(jìn)一步包括把按聚合物材料重量計不足0.5％重量百分比的發(fā)泡劑引入所述聚合物材料，以形成發(fā)泡劑與聚合物材料的溶液。
138．根據(jù)權(quán)利要求第134至137中任何一項(xiàng)的方法，該方法包括把發(fā)泡劑引入聚合物材料，其中發(fā)泡劑包括二氧化碳。
139．根據(jù)權(quán)利要求第134至137中任何一項(xiàng)的方法，該方法包括把發(fā)泡劑引入聚合物材料，其中發(fā)泡劑包括氮?dú)狻?br> 140．根據(jù)權(quán)利要求第134至137中任何一項(xiàng)的方法，該方法包括把發(fā)泡劑引入聚合物材料，其中發(fā)泡劑是二氧化碳與氮?dú)獾幕旌衔铩?br> 141．根據(jù)權(quán)利要求第134至140中任何一項(xiàng)的方法進(jìn)一步包括在發(fā)泡劑和聚合物材料的溶液中形成不足1.0GPa/s.的壓降速率。
142．根據(jù)權(quán)利要求141的方法，其中壓降速率不足0.10GPa/s。
143．根據(jù)權(quán)利要求141的方法，其中壓降速率不足0.05GPa/s。
144．根據(jù)權(quán)利要求第134至143中任何一項(xiàng)的方法，其中所述聚合物材料包括按聚合物材料重量計介于大約5％重量百分比和大約7％重量百分比之間的成核劑
145．根據(jù)權(quán)利要求第134至144中任何一項(xiàng)的方法，其中聚合物材料包括聚烯烴。
146．根據(jù)權(quán)利要求第134至145中任何一項(xiàng)的方法，其中聚合物材料包括聚丙烯。
147．根據(jù)權(quán)利要求第134至146中任何一項(xiàng)的方法，其中聚合物材料基本上是由聚丙烯組成的。
148．根據(jù)權(quán)利要求第134至147中任何一項(xiàng)的方法，其中聚合物材料包括高密度聚乙烯。
149．根據(jù)權(quán)利要求148的方法，其中聚合物材料至少包括80％的高密度聚乙烯。
150．根據(jù)權(quán)利要求148的方法，其中聚合物材料至少包括90％的高密度聚乙烯。
151．根據(jù)權(quán)利要求148的方法，其中聚合物材料基本上是由高密度聚乙烯組成的。
152．根據(jù)權(quán)利要求148的方法，其中所述制品基本上沒有殘留的化學(xué)發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑的反應(yīng)副產(chǎn)物。
153．根據(jù)權(quán)利要求第134至152中任何一項(xiàng)的方法，其中成核劑包括無機(jī)固體。
154．根據(jù)權(quán)利要求第134至152中任何一項(xiàng)的方法，其中成核劑包括填料。
155．根據(jù)權(quán)利要求第134至152中任何一項(xiàng)的方法，其中成核劑包括滑石粉。
156．根據(jù)權(quán)利要求第134至155中任何一項(xiàng)的方法，其中形成微孔制品包括通過與聚合物加工裝置的下游端相連的模頭把所述聚合物材料擠出。
157．根據(jù)權(quán)利要求第134至155中任何一項(xiàng)的方法，其中形成微孔制品包括通過與聚合物加工裝置的下游端相連的注塑模具模塑所述聚合物材料。
158．根據(jù)權(quán)利要求第134至155中任何一項(xiàng)的方法，其中形成微孔制品包括吹塑成該制品。
159．根據(jù)權(quán)利要求第134至158中任何一項(xiàng)的方法，其中所述泡沫塑料制品包括大量的泡孔，其平均泡孔尺寸小于100微米。
160．根據(jù)權(quán)利要求第134至158中任何一項(xiàng)的方法，其中所述泡沫塑料制品包括大量的泡孔，其平均泡孔尺寸小于50微米。
161．根據(jù)權(quán)利要求第134至158中任何一項(xiàng)的方法，其中所述泡沫塑料制品包括大量的泡孔，其平均泡孔尺寸小于20微米。
162．根據(jù)權(quán)利要求第134至161中任何一項(xiàng)的方法，其中所述聚合物材料基本上沒有殘留的化學(xué)發(fā)泡劑或化學(xué)發(fā)泡劑的副產(chǎn)物。
163．根據(jù)權(quán)利要求第134至162中任何一項(xiàng)的方法，其中所述泡沫塑料制品具有大于10％的空隙率。
164．根據(jù)權(quán)利要求163的方法，其中所述泡沫塑料制品具有大于20％的空隙率。
165．根據(jù)權(quán)利要求163的方法，其中所述泡沫塑料制品具有大于50％的空隙率。
166．根據(jù)權(quán)利要求163的方法，其中所述泡沫塑料制品具有大于10％且小于50％的空隙率。
167．一種方法，包括把聚合物材料和發(fā)泡劑的單相非成核溶液引入聚合物成形模頭的入口，使該溶液成核以形成成核的聚合物物料流，成核后用不超過大約0.002秒的時間周期把成核的物料流作為聚合物微孔擠出物從模頭出口釋放。
168．根據(jù)權(quán)利要求167的方法，其中模頭包括成核通道，該通道以大于4°的夾角使下游方向的橫截面逐漸減小。
169．根據(jù)權(quán)利要求167的方法，其中模頭包括成核通道，該通道以大于6°的夾角使下游方向的橫截面逐漸減小。
170．根據(jù)權(quán)利要求167的方法，其中模頭包括成核通道，該通道以大于7°的夾角使下游方向的橫截面逐漸減小。
171．根據(jù)權(quán)利要求167的方法，其中模頭包括成核通道，該通道以大于8°的夾角使下游方向的橫截面逐漸減小。
172．根據(jù)權(quán)利要求第167至171項(xiàng)中任何一項(xiàng)的方法，包括把HDPE和發(fā)泡劑的單相非成核溶液引入聚合物成形模頭的入口。
173．根據(jù)權(quán)利要求第167至172項(xiàng)中任何一項(xiàng)的方法，包括使聚合物材料和發(fā)泡劑單相非成核溶液在模頭中成核，其方法是使該溶液承受溶液中的壓降，其壓降速率至少為大約0.3GPa/秒。
174．根據(jù)權(quán)利要求笫167至173項(xiàng)中任何一項(xiàng)的方法，其中單相非成核溶液包括按該溶液的重量計不超過大約3％重量百分比的發(fā)泡劑。
175．根據(jù)權(quán)利要求第167至174項(xiàng)中任何一項(xiàng)的方法，包括成核后用不超過大約0.001秒的時間周期把成核的物料流作為聚合物微孔擠出物從模頭出口釋放。
176．根據(jù)權(quán)利要求第167至175項(xiàng)中任何一項(xiàng)的方法，包括通過使溶液承受高壓降速率的壓降成核該溶液。
177．根據(jù)權(quán)利要求176的方法，包括通過使溶液承受壓降速率足以引起微孔成核作用的壓降成核該溶液。
178．根據(jù)權(quán)利要求176的方法，包括通過使溶液承受壓降速率至少大約為1.0GPa/秒的壓降成核該溶液。
179．根據(jù)權(quán)利要求第167至178項(xiàng)中任何一項(xiàng)的方法，包括在從模頭出口釋放聚合物微孔擠出物時改變該模頭出口定義的模頭間隙寬度，同時保持恒定的成核通道間隙在使溶液成核的模頭內(nèi)。
180．根據(jù)權(quán)利要求第167至179項(xiàng)中任何一項(xiàng)的方法，其中所述模頭是吹塑成形模頭，該方法涉及把聚合物材料擠出物作為微孔型坯從模頭出口釋放出來，該方法進(jìn)一步包括把該型坯吹塑成微孔聚合物的吹塑制品。
181．根據(jù)權(quán)利要求第167至180項(xiàng)中任何一項(xiàng)的方法，其中發(fā)泡劑是大氣氣體。
182．根據(jù)權(quán)利要求181的方法，其中發(fā)泡劑是二氧化碳。
183．根據(jù)權(quán)利要求第180至182項(xiàng)中任何一項(xiàng)的方法，包括把聚合物材料和發(fā)泡劑的單相溶液從儲料缸引入模頭入口。
184．根據(jù)權(quán)利要求第167至183項(xiàng)中任何一項(xiàng)的方法，包括從模頭出口釋放厚度隨著至該模頭出口的距離變化的擠出物。
185．根據(jù)權(quán)利要求第112至131項(xiàng)中任何一項(xiàng)的方法，其中所述型坯是擠出的聚合物微孔泡沫塑料型坯。
186．根據(jù)權(quán)利要求第111至131項(xiàng)中任何一項(xiàng)的方法，其中所述泡沫塑料型坯的孔隙度至少大約為20％。
187．根據(jù)權(quán)利要求笫111至131項(xiàng)中任何一項(xiàng)的方法，其中所述泡沫塑料型坯的孔隙度至少大約為30％。
188．根據(jù)權(quán)利要求第111至131項(xiàng)中任何一項(xiàng)的方法，其中所述泡沫塑料型坯的孔隙度至少大約為40％。
189．一種設(shè)備，包括聚合物成形模頭，該模頭包括在其上游端結(jié)構(gòu)設(shè)計適合接收聚合物流體與在環(huán)境條件下呈氣態(tài)的發(fā)泡劑的均勻的單相溶液的入口、在其下游端用于釋放泡沫聚合物材料定義模頭間隙的出口、以及連接入口和出口的流體通道，該流體通道包括成核通道，該模頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計是為了在擠塑期間改變模頭間隙的寬度，同時保持恒定的成核通道間隙而設(shè)計的。
190．根據(jù)權(quán)利要求189的方法，其中所述成核通道具有這樣的長度和橫截面尺寸，以致當(dāng)流體聚合物以大于每小時40磅流體的速度通過該通道時，該通道將在流體聚合物中形成至少大約0.3GPa/秒的壓降。
全文摘要
這項(xiàng)發(fā)明介紹一種微孔注坯吹塑系統(tǒng)和方法以及借此生產(chǎn)的微孔吹塑制品。這種系統(tǒng)是為擠塑微孔材料而配備的,它在保持恰好在擠出前的成核期間的恒定壓降速率的同時按加工方向改變材料的厚度或密度或兩者,從而提供生產(chǎn)均勻一致性與材料厚度無關(guān)的微孔材料的能力。這種系統(tǒng)和方法在生產(chǎn)強(qiáng)度高、薄壁、無液體滲透而且不含增強(qiáng)劑、發(fā)色團(tuán)或殘留的化學(xué)發(fā)泡劑或化學(xué)發(fā)泡劑副產(chǎn)物的不透明容器時特別有用。這項(xiàng)發(fā)明還提供了一種包含中等劑量成核劑的半結(jié)晶的微孔泡沫塑料及其生產(chǎn)方法。這種微孔泡沫塑料可以用典型的聚合物加工方法(如擠塑、注塑和吹塑)來生產(chǎn)。這種泡沫塑料呈現(xiàn)極好的機(jī)械性能并且可以在非常寬的密度范圍內(nèi)被制成許多種不同的泡沫塑料制品。這項(xiàng)發(fā)明還提供了一些高密度聚乙烯泡沫塑料以及適合與HDPE泡沫塑料一起使用的模頭。
文檔編號C08J9/12GK1285856SQ98813127
公開日2001年2月28日 申請日期1998年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月19日
發(fā)明者杰里·R·安德森, 理查德·S·斯特拉福, 凱爾文·奧克蒙托, 肯特·布利澤德, 戴維·皮爾瑞克 申請人:特瑞塞爾公司