專利名稱：空心線料泡沫及其制備的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及含有多個空心的聚結(jié)泡沫體線料的泡沫結(jié)構(gòu)，其制備方法及用途，還有適于制造這種結(jié)構(gòu)的擠出發(fā)泡模頭。本發(fā)明還涉及泡沫體結(jié)構(gòu)，其包括空心的聚結(jié)泡沫體線料和實心的聚結(jié)泡沫體線料，以及它們的制備方法和用途，還有適于制造這種結(jié)構(gòu)的擠出發(fā)泡模頭。
許多專利出版物涉及發(fā)泡物體，它們含有多個聚結(jié)的，可辨別的，可膨脹的(發(fā)泡的)聚合物線料(線料泡沫體)。說明性的出版物包括美國專利3573152(第2欄，19-35行，第2欄，67行-第3欄，30行，第4欄25行-第5欄，19行和第5欄64行一第6欄46行)；4801484(第1欄，12-21行，第2欄，55行-第5欄，8行，第5欄，16-50行和第5欄，60行-第6欄，6行)；4824720(第2欄，57-68行，第3欄，57行-第5欄，32行和第5欄，50-58行)；5 124097(第3欄，34行-第4欄，3行，第5欄31行-第6欄，11行和第6欄，36-54行)；5110841；5109029和；歐洲專利申請0279668；日本專利申請60-015114-A；53-1262和H6-263909。這些專利的相關(guān)部分，尤其是特別說明的部分在此引作參考。
一般來說，線料泡沫體的制備包括擠出可發(fā)泡材料，一般是熱塑性聚合物材料，穿過多孔模板以便產(chǎn)生單個可發(fā)泡線料元件。該線料膨脹并聚結(jié)(例如，貼近的線料至少沿其各自長度的表面部分相互接觸，同時該線料保持足夠的表面粘性以實現(xiàn)線料-線料的粘結(jié))，從模板排出之后，仍然保持可辨別形體隨后恢復(fù)線料泡沫體。特別是當(dāng)?？谆蚩讖绞菆A形時，線料具有圓形截面。改變?？仔螤顬楠M縫形、方形或特殊形狀可導(dǎo)致線料截面相應(yīng)的局部改變。局部改變是線料排出?？诪閳A形泡沫體而不是保持實際的孔形狀而造成的。
線料泡沫體有許多性能優(yōu)勢。例如，線料泡沫體在橫斷擠出方向的平面內(nèi)具有極佳的強(qiáng)度。它們可提供預(yù)定的形狀而不需要修飾。它們可起到具有可辨別的聚結(jié)纖維素線料的低密度產(chǎn)品的作用。并且由于可改變或變換?？仔螤詈团帕校€料泡沫體易于適應(yīng)各種形狀。
當(dāng)可發(fā)泡凝膠含有的聚合物其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)接近蒸汽溫度(在大氣壓一般為100℃)時(例如，聚苯乙烯或聚苯乙烯與另一種聚合物的共混物如乙烯/苯乙烯共聚物)，本方法任選地包括后續(xù)步驟e。步驟e包括將空心多線料發(fā)泡擠出物暴露于蒸汽一段時間以便足以將泡沫體密度減小到如已發(fā)泡空心擠出線料的密度以下。常壓蒸汽在一分鐘內(nèi)就可產(chǎn)生令人滿意的結(jié)果。時間的長短可根據(jù)多個因素按照需要來采用，這些因素例如是所希望的密度減小量和設(shè)備操作參數(shù)。按照繼續(xù)的方式，步驟e可緊跟在步驟d之后，或者步驟d的空心多線料泡沫擠出物可被回收并稍后在步驟e中被處理。
回收空心多股線料泡沫擠出物采用常規(guī)方法和加工技術(shù)。例如，冷卻空心多線料泡沫擠出物至某一溫度，在該溫度可進(jìn)一步加工與此同時基本上保持泡沫尺寸穩(wěn)定性。
成膜組合物優(yōu)選至少包括一種可發(fā)泡材料，優(yōu)選熱塑性聚合物。然而，本發(fā)明包括熱塑性聚合物以外的材料。實際上，能夠形成薄膜的任何材料也可形成氣泡或泡沫，并看作是“可發(fā)泡材料”。只要泡沫體具有足夠的尺寸穩(wěn)定性以形成空心發(fā)泡線料，并具有足夠的物理性能和所希望的最終產(chǎn)品使用壽命，它就落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
發(fā)泡劑組合物必須簡單地實現(xiàn)成膜組合物的發(fā)泡。這種組合物的組分至少部分地確定制備本發(fā)明空心聚結(jié)線料泡沫體時所用的溫度。成膜組合物的組分也有助于確定這種溫度。例如，當(dāng)成膜材料是熱塑性聚合物時，一般在聚合物Tg以上的溫度進(jìn)行擠出，或者對于充分結(jié)晶而具有熔融溫度(Tm)的那些聚合物，則在接近Tm的溫度進(jìn)行擠出?！敖咏笔侵冈谠摐囟龋谄渲?，或者低于和高于該溫度，這取決于是否存在穩(wěn)定的發(fā)泡。所希望的溫度在30℃以上或Tm以下。本領(lǐng)域本領(lǐng)域的技術(shù)人員對任何成膜材料，不管是熱塑性聚合物或某些其他材料，都可簡單地確定適宜的溫度。
在第二方面，本發(fā)明包括一種用于生產(chǎn)發(fā)泡聚合物組合物的擠出模頭，該模頭包括一實心體，其具有第一主平面和相互隔開的基本上平行的第二主平面，該實心體在其中形成了熔融聚合物接收模腔，其具有開口端，在該處與第二主平面相交，且在第一和第二主平面之間配置有封閉端，第一主平面在其中至少形成兩組第一孔，它們與熔融聚合物接收模腔和第一主平面流體連通，每一個第一孔組都與其他第一孔組相互隔開，每個孔的形狀可形成整個空心幾何形狀的一部分或弓形孔(aperturesegment)，在同一組的所有孔彼此相互隔開，并以足以近似于整個空心幾何形狀的方式排列。當(dāng)整個形狀是圓環(huán)時，每一弓形孔優(yōu)選具有精確的形狀。每一個第一孔組都希望含有至少兩個弓形孔，它們相互聯(lián)合近似于整個空心幾何形狀。使用圓形或環(huán)形僅僅用于說明的目的，孔組的變體至少包括兩個精確的弓形孔。在只有兩個這種弓形孔近似于環(huán)形時，每個第一孔組一般有兩個半圓形孔。
第二方面的優(yōu)選變體包括可發(fā)泡的凝膠流動通道，其是聯(lián)合使用孔和銷、塞、頂桿或其他插頭或裝置形成的。通過對弓形孔研究，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地改變孔和相關(guān)聯(lián)的銷或其他裝置的形狀以實現(xiàn)所希望的空心幾何形狀。優(yōu)選的變換包括兩個用于生產(chǎn)可發(fā)泡聚合物組合物的擠出模頭，該模頭含有第一實心體部分(body segment)和第二實心體部分；第一實心體部分具有第一主平面和隔開的基本上平行的第二主平面，第一實心體部分在其中形成了可發(fā)泡組合物接收和分布模腔，該模腔有一開口端，在該處與第二主平面相交，且在第一和第二主平面之間配置有封閉端，第一實心體部分還附著多個銷，它們在模腔的封閉端開始并延伸到模腔的開口端；第二實心體部分具有第一主平面和隔開的基本上平行的第二主平面，第二實心體部分在其中形成了多個相互隔開的第一孔，它們與第一和第二主平面流體連通；當(dāng)組裝的第一實心體部分的第二主平面最接近第二實心體部分的第一主平面時，第一和第二實心體部分共同提供多個模頭間隙，該模頭間隙是由第一實心體部分的銷和第二實心體部分的第一孔聯(lián)合形成的，該模頭間隙提供從可發(fā)泡組合物接收和分布模腔至第二實心體部分的第二主平面流體的流動通道。
第二方面的進(jìn)一步變體沒有示于圖中，包括多個第三孔，它們可在其內(nèi)部引入至少一種，優(yōu)選全部空心發(fā)泡體線料的流體介質(zhì)、發(fā)泡劑或其它組分。第二方面中，每個第三孔優(yōu)選形成于由弓形孔形成的范圍內(nèi)。在第二方面的變體中，希望將這種第三孔形成于對應(yīng)銷內(nèi)。在兩種情況下，每個第三孔都與流體介質(zhì)、發(fā)泡劑或其它組分源頭和圖2所用模頭的第一主平面或最接近第二實心體部分的第二主平面的銷端點(diǎn)流體連通，二者無論那個都是合適的。
在第二方面的另一變體中(也沒有示于圖中)，第一實心體部分形成的模腔科再分成兩個或多個子模腔，每個子模腔與可發(fā)泡聚合物組合物源流體連通。這樣就提供了一種方案，即在單個多孔發(fā)泡體結(jié)構(gòu)中可使用不同的發(fā)泡組合物。
在另一方面，本發(fā)明的多孔泡沫結(jié)構(gòu)含有多個聚結(jié)的空心擠出線料。在這方面的變體中，泡沫結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括多個聚結(jié)的實心(非空心)發(fā)泡線料。實心和空心的線料都不需要，但是優(yōu)選，從相同的可發(fā)泡組合物形成。
在另一方面，本發(fā)明制造的制品至少部分來自上述的多孔泡沫結(jié)構(gòu)。制造的制品選自絕音結(jié)構(gòu)、絕熱結(jié)構(gòu)、能量吸收結(jié)構(gòu)、密封結(jié)構(gòu)、腔體填充結(jié)構(gòu)、氣體分布結(jié)構(gòu)、過濾器結(jié)構(gòu)沖擊能控制結(jié)構(gòu)、表面均化結(jié)構(gòu)、流體吸收和保留結(jié)構(gòu)、物體支撐結(jié)構(gòu)、綜合建筑結(jié)構(gòu)、地球物理結(jié)構(gòu)和層面結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，所列出的這些是說明性的，并不限制本發(fā)明。本發(fā)明的泡沫結(jié)構(gòu)在任何已知泡沫體的最終應(yīng)用中都有潛在的用途。
本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)通過以下的說明更為清楚。


圖1是說明適用于制造本發(fā)明空心泡沫管的擠出機(jī)模頭塊的底視圖。
圖2是說明適用于制造本發(fā)明空心泡沫管和實心泡沫線料連接體的擠出機(jī)模頭塊的底視圖。
圖3是說明圖2擠出機(jī)模頭塊的異構(gòu)體的底視圖。
圖4是說明具有實心聚結(jié)泡沫線料和空心聚結(jié)泡沫線料的結(jié)構(gòu)的異構(gòu)體視圖。
圖5a是說明本發(fā)明兩個模頭塊的底視圖。
圖5b是圖5a的兩個模頭塊的截面圖。
圖6是本發(fā)明多孔泡沫體結(jié)構(gòu)的示意圖，該泡沫體適于與由連接墻壁制造的墻體建筑結(jié)合使用。
發(fā)明的詳細(xì)說明術(shù)語“閉孔”一般是指泡孔被樹脂膜或“窗戶”包圍。與其相反，“開孔”表示泡孔的某些或者全部樹脂膜或者窗戶被穿透或者失去。
圖1是本發(fā)明的一個擠出機(jī)模頭塊的示意圖，用10表示。模頭塊10包括一梯形實心體，它具有底部11，頂部21(未顯示)，第一邊23和相對的第二邊25，第一端頭31和相對的第二端頭41。在底部11中形成模腔12。模腔12有底表面13、第一側(cè)壁14、與第一側(cè)壁14相互隔開并與其基本平行的第二側(cè)壁15、第一端壁16、和與第一端壁16相互隔開并與其基本平行的第二端壁18。每一端壁在與兩個側(cè)壁相遇的拐角處最好呈圓弧而不是方形。在底表面13中形成了多個孔對17。每一孔對由第一孔17A和第二孔17B組成。每個孔17A和17B都有相互隔開的精確形狀、基本平行的弧線，它們通過圓弧端線連接在一起(有時在此處稱作“半月”形孔)?？?7A和孔17B優(yōu)選是相對的，相互隔開以便形成兩個半圓形。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)為，當(dāng)可發(fā)泡凝膠穿過孔17A和孔17B時，這種構(gòu)形有利于形成發(fā)泡管。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還認(rèn)為，可以使用三個或者多個孔來產(chǎn)生相同的管形狀，適當(dāng)調(diào)節(jié)弧線尺寸(例如，當(dāng)用三孔時，大約120°，當(dāng)用四孔時，大約90°)。盡管以下的討論為了簡單起見用孔對表示，每個孔對的附圖標(biāo)記還表示更大數(shù)目的孔對。雖然孔的數(shù)目越大就可以提供越好的較大發(fā)泡管，但本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為其相應(yīng)地提高了模頭復(fù)雜程度和其附屬費(fèi)用，從而抵消了這種效果。
圖2是本發(fā)明的第二擠出機(jī)模頭塊的示意圖，用50表示。模頭塊50包括一梯形實心體，它具有底部51、頂部65(未顯示)、第一邊63和相對的第二邊65，第一端頭71和相對的第二端頭75。在底部51中形成模腔52。模腔52有底表面53，第一側(cè)壁54，基本平行的第二側(cè)壁55，它與第一側(cè)壁54相互隔開，第一端壁56和基本平行的第二端壁57，它與第一端壁56相互隔開。如圖1所示，每一端壁(56和57)在與兩個側(cè)壁相遇時都最好在拐角處呈圓弧而不是方形。在底表面53中形成了多個孔對58和多個單孔59。每一孔對58由第一孔58A和第二孔58B組成。單個孔59的形狀類似空心截頭錐體插入導(dǎo)管。該形狀也類似于實心體中的埋頭鉆孔。帶有錐形(埋頭)部分的導(dǎo)管比相同長度的導(dǎo)管促使較低的開孔含量，卻沒有錐形部分。所有的孔優(yōu)選與底表面53和模腔52流體相通，如圖所示，孔對聚集在一組，單孔或第二孔形成另一組。如上所述，每個孔對包括3或多個弓形孔。另外，圖2中所示孔數(shù)僅僅說明概念，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可簡單地確定適宜的孔尺寸，孔和孔對的數(shù)量以及這種孔和孔對的排列。
圖3以等比例減小的視圖，說明圖2所示的擠出機(jī)模頭塊50。圖3使用圖2中相同的標(biāo)記，底部51、第一邊63、第二邊65，第一端頭71、第二端頭75、模腔52、模腔底表面53、單個孔59、模腔側(cè)壁54和55，模腔端壁56和56，端頭71和75，端邊63和65。圖3顯示所希望的模頭塊50的梯形形狀以及比圖2更清楚的模腔52的形狀。
圖4是發(fā)泡體結(jié)構(gòu)或片材80的示意圖，其可用圖3所示擠出機(jī)模頭塊或其變體生產(chǎn)。發(fā)泡片材80包括兩排聚結(jié)的實心發(fā)泡線料81和三排聚結(jié)的空心發(fā)泡線料85。圖4顯示，所有的實心發(fā)泡線料81在一弓形部分，而所有的空心發(fā)泡線料85在另一弓形部分。另外，所有的實心發(fā)泡線料81有一尺寸，而所有的空心發(fā)泡線料85有另一尺寸。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地改變實心和空心發(fā)泡線料的數(shù)量、尺寸和空間排列以便實質(zhì)上近似于任何形狀而不背離本發(fā)明的范圍和精神。例如擠出機(jī)模頭塊中的孔，如圖3中的孔，可以排列為交替構(gòu)形、方形構(gòu)形或兩者兼有。一種這樣的變體包括實心和空心發(fā)泡線料的混合尺寸以達(dá)到所希望的密度分布圖。另一種這樣的變體以這樣的方式加入實心發(fā)泡線料的第二部分使空心發(fā)泡線料部分夾在兩個實心發(fā)泡線料部分之間。通常，實心發(fā)泡線料部分可位于兩個空心發(fā)泡線料泡沫體部分之間。
圖5A和5B是本發(fā)明的兩件模頭塊的示意圖。標(biāo)記100的模頭塊包括第一部分，標(biāo)稱底部部分101和第二或頂部部分110，底部部分101(圖5B)有第一端頭103，平行但間隔的第二端頭105，第一邊102(圖5A)，平行但間隔的第二邊104(圖5A)，底表面106(圖5B)和平行但間隔的上表面108(圖5B)。底部部分在其內(nèi)形成了多個孔107?？?07有空心直角圓柱截面使其與底表面106和上表面108流體連通。每個孔107優(yōu)選具有喇叭口或近似的錐口孔，并插入上表面108。換句話說，孔107優(yōu)選具有與孔59(圖2)大體相同的形狀而只是尺寸不同。僅在圖5B中縣示的頂部部分110有第一端頭113，和平行但間隔的第二端頭115，第一邊112(未顯示)，平行但間隔的第二邊114(未顯示)，底表面116和平行但間隔的上表面118。頂部部分118在其內(nèi)形成了接收并分布可發(fā)泡組合物的模腔119，當(dāng)模頭塊如圖5B所示組裝時，其與可發(fā)泡組合物源(未顯示)和多個孔107流體連接。頂部部分具有固定于其上的多個銷120，優(yōu)選在圖5A和5B所示的實施例中每個孔中有一個。每個銷120和孔107的結(jié)合優(yōu)選形成圓形環(huán)或模頭間隙109?？砂l(fā)泡的組合物從模腔119穿過多個圓形環(huán)109移動到底部101的底表面106，在該處排出模頭并開始發(fā)泡。
圖5A和5B是的模頭塊表示圖1所示模頭塊的變體。兩種模頭塊導(dǎo)致空心發(fā)泡線料結(jié)構(gòu)。圖5A和5B圖解的模頭塊可以按照與圖2說明的相類似的方式加以改進(jìn)以便在制備聚結(jié)的復(fù)合泡沫結(jié)構(gòu)(包括空心和實心發(fā)泡線料)中形成空心發(fā)泡線料結(jié)構(gòu)和實心發(fā)泡線料結(jié)構(gòu)。
圖6是本發(fā)明的多孔泡沫結(jié)構(gòu)的示意圖，其與建筑壁部分的框架連接元件共同使用。標(biāo)記200的多孔泡沫結(jié)構(gòu)由兩層聚結(jié)實心發(fā)泡線料205和三層聚結(jié)空心發(fā)泡線料210組成。兩層實心發(fā)泡線料提供相當(dāng)光滑和剛性或硬的表面，其進(jìn)一步有利于結(jié)構(gòu)活動性，例如安裝板壁、天花板或兩者以形成最終的外部建筑壁部分。三層空心發(fā)泡線料210排列時產(chǎn)生槽或狹縫202，其容納框架連接元件215。狹縫202優(yōu)選具有比框架連接元件215更窄的寬度。由于寬度的差別，空心發(fā)泡線料210比實心發(fā)泡線料205柔軟和可壓縮，提供摩擦接頭頂住相鄰框架連接元件215的表面。該摩擦接頭提供一種合格的方式干涉水分或冷空氣從墻壁的一側(cè)流動到另一側(cè)。實心發(fā)泡線料層和空心發(fā)泡線料層的數(shù)量要根據(jù)所選擇的應(yīng)用而大范圍變化。例如，可以省略實心發(fā)泡線料層或者要許多實心發(fā)泡線料層而至少要一層空心發(fā)泡線料層，優(yōu)選要幾層空心發(fā)泡線料層直至包括許多這種層。圖6僅僅說明一種使用聚結(jié)實心發(fā)泡線料層和空心發(fā)泡線料層的組合的場合。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，圖6僅表示建筑墻壁的一部分，實際上可以使用更寬的帶有多個槽的多孔泡沫結(jié)構(gòu)，每個槽容納一個框架連接元件215。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可理解，如圖4所示的結(jié)構(gòu)，在這種建筑墻壁中可以使用許該此泡沫結(jié)構(gòu)的變體。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地改變這些結(jié)構(gòu)和其在此所述的任何最終應(yīng)用中的多種變體。
上述方法具有超過常規(guī)連接墻壁結(jié)構(gòu)和絕緣層方法的許多優(yōu)點(diǎn)。首先，通過將連接空間插入泡沫結(jié)構(gòu)并通過可壓縮空心發(fā)泡管提供摩擦間隙，可使建筑容差小于連接之間確切的空間。其次，可使墻壁部分與同時或其后立即制造的部分絕緣。這可有效省略安裝玻璃纖維磚，在連接之間的空間吹入纖維素或產(chǎn)生聚氨酯泡沫所消耗的時間。第三，實心發(fā)泡線料部分有效用作房屋覆蓋物，因為發(fā)泡線料有皮層。第四，本發(fā)明的發(fā)泡片或泡沫結(jié)構(gòu)可完全回收而聚氨酯泡沫、玻璃纖維磚和吹入的纖維素則回收困難。雖然上述討論涉及連接墻壁結(jié)構(gòu)，類似的優(yōu)點(diǎn)可應(yīng)用于其他建筑結(jié)構(gòu)，例如椽子結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明發(fā)泡體結(jié)構(gòu)的整個寬度和長度要優(yōu)選使其尺寸和重量易于建筑工人操作。在美國，聚合物泡沫片材絕緣體通常以48英寸(122厘米)的寬度銷售，其易于適應(yīng)使用16英寸(40.6厘米)中心間距支撐元件的標(biāo)準(zhǔn)框架結(jié)構(gòu)。類似地，本發(fā)明的泡沫結(jié)構(gòu)優(yōu)選以等于多倍所建筑墻壁的支撐元件間距的寬度來制造。16英寸-96英寸(40.6-243.8厘米)的寬度是優(yōu)選的，更優(yōu)選32-64英寸(81.2-162.4厘米)的寬度。板的長度不是關(guān)鍵，按常規(guī)操作選擇。一般框架結(jié)構(gòu)中使用4-16英尺(1.22-4.88米)的長度，這也適用于本發(fā)明的板。在其它國家，聚合物發(fā)泡片材絕緣標(biāo)記和建筑實踐可能規(guī)定不同的片材尺寸。這種尺寸落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。
墻壁結(jié)構(gòu)除了用作絕緣目的，示于圖4的泡沫或結(jié)構(gòu)等也可用于填充和絕緣房頂結(jié)構(gòu)中椽子之間的空間或地板格柵之間的空間。希望使用空心和實心線料以賦予剛性和柔性的結(jié)合，而矩形結(jié)構(gòu)可滿足許多空間的要求，其它的形狀和尺寸也可以使用并且落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。如果希望的話，可以僅僅使用空心發(fā)泡線料填充這種空間。
本發(fā)明的泡沫結(jié)構(gòu)，無論僅含有空心發(fā)泡管或是含有空心發(fā)泡管和實心發(fā)泡管結(jié)合的線料，都具有多種應(yīng)用。例如，圖4或圖6所示的結(jié)構(gòu)，但是沒有狹縫202(圖6)，可用作水平板或表面，特別是用于不均勻磚石結(jié)構(gòu)和混凝土墻以及地板?；蛘?，這種結(jié)構(gòu)可用于更新改造和修復(fù)平屋頂，因為相對可壓縮的空心管可有效地省略石料搬運(yùn)的步驟而與這種石料的重量無關(guān)。僅僅包括空心發(fā)泡管的結(jié)構(gòu)可起到磚石腔體壁絕緣的作用，因為空心管比實心泡沫線料更加適用于不均勻磚狀物或石頭表面。這種空心線料結(jié)構(gòu)(帶或不帶連接間隙)也可用于填充連接體和預(yù)制體外墻，例如水泥或混凝土，磚石或砌石，墻板或擋板之間的空間。
泡沫結(jié)構(gòu)也可疊層到各種飾面材料，包括但不限于石膏板、水泥質(zhì)板、膠合板，和取向的線料板。這些層壓制品的發(fā)泡部分可以由空心線料構(gòu)成或由如上所述的實心和空心線料的結(jié)合體構(gòu)成。
當(dāng)垂直放置在澆鑄混凝土地基的下方時，僅具有空心發(fā)泡管的結(jié)構(gòu)至少減輕一些促使混凝土龜裂的應(yīng)力。垂直取向也提供填充料應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)，這是由于其高的能量吸收對密度的比值和內(nèi)在的排放能力。泡沫表面的打孔提供從相鄰空間排除聲音的結(jié)構(gòu)方式。該泡沫結(jié)構(gòu)，帶或不帶聚結(jié)的實心發(fā)泡線料都能產(chǎn)生絕熱和絕音的優(yōu)點(diǎn)，同時提供內(nèi)在的導(dǎo)線管。還發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的泡沫結(jié)構(gòu)可用于各種汽車應(yīng)用。例如，具有至少一層，優(yōu)選幾層(甚至更多層)的空心發(fā)泡管結(jié)構(gòu)，和任選的至少一層，優(yōu)選幾層(高達(dá)并包括幾打)的實心發(fā)泡線料可用作汽車內(nèi)車頂襯里的一部分或作為汽車內(nèi)乘客分隔間的能量吸收結(jié)構(gòu)的一部分。聚結(jié)空心發(fā)泡線料和任選的聚結(jié)實心發(fā)泡線料的數(shù)量和排列可在采用本領(lǐng)域的技術(shù)人員想象得到的任何構(gòu)型，而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
本發(fā)明生產(chǎn)的空心發(fā)泡管具有至少0.3磅/英尺3(pcf)(5千克/米3(kg/m3))的產(chǎn)品密度。本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，隨著聚合物或可發(fā)泡材料密度增加，所得到的泡沫結(jié)構(gòu)密度也增加到40pcf(640(kg/m3))。泡沫結(jié)構(gòu)密度優(yōu)選0.3-20pcf(5-320kg/m3)。產(chǎn)品密度為3-12pcf(48-192kg/m3)的空心發(fā)泡管可作為汽車保險杠，因為該管受沖擊時彎曲為能量分散提供相當(dāng)大的表面積。產(chǎn)品或所得的泡沫結(jié)構(gòu)密度據(jù)信可比泡沫密度提供更精確的密度映象，由于使用常規(guī)的水浸測試方法很難測定空心發(fā)泡管的密度。“泡沫密度”，當(dāng)與空心泡沫管一起使用時，指的是發(fā)泡管壁的密度而不是需用包括空心空間的整個發(fā)泡管。本發(fā)明要求的產(chǎn)品所具有的密度為0.35-60pcf(6-960kg/m3)，優(yōu)選0.5-40pcf(8-640kg/m3)。
泡沫結(jié)構(gòu)，特別是含有少量，如果需要，實心發(fā)泡線料的結(jié)構(gòu)可用作空氣通風(fēng)道的墊子或襯墊嵌入物。如果泡沫結(jié)構(gòu)具有高的開孔含量(通常為90％或更高數(shù)量級的開孔)，它們適于用于過濾或吸收(液體和氣體)。以上的潛在應(yīng)用的討論僅僅說明本發(fā)明泡沫結(jié)構(gòu)的幾個用途。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地想象更多。甚至在這種情況下，他們僅勾畫出潛在用途的表面現(xiàn)象。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可理解，可改變一或多個孔的數(shù)量、類型和空間而不背離本發(fā)明的范圍。也可以通過在所用制造泡沫結(jié)構(gòu)的模頭中堵或閉合一些模頭開孔而在泡沫結(jié)構(gòu)中形成開孔槽或空隙。美國專利4824720，相關(guān)的技術(shù)在此引作參考，其公開了這樣的技術(shù)，通過提高孔洞數(shù)量而進(jìn)一步提高所得的發(fā)泡制品尺寸。還可以例如排列孔對而形成所希望的除矩形以外的形狀?？讓Φ娜魏涡螤罨蚺帕锌赏ㄟ^在孔對中間隔單個孔而在空心管狀發(fā)泡線料中部署實心發(fā)泡線料而改變。實心發(fā)泡線料也可形成由空心管狀發(fā)泡線料圍繞的芯、由空心芯圍繞的壁、管狀發(fā)泡線料或它們的結(jié)合。本發(fā)明不受限于任何特殊幾何形狀或空心和實心線料的結(jié)合體。實際上，實心線料和空心線料的任何形狀或結(jié)合體都落入本發(fā)明范圍。這種形狀和結(jié)合體包括或?qū)嵭幕蚩招木€料的多層或區(qū)域。例如，多層厚板的第一和第三層可包括空心線料，而第二層或中間層含有實心線料?；蛘?，多截面泡沫的左側(cè)和右側(cè)可以是空心線料而中間部分可以是實心線料。通過這樣，就可以形成中心硬邊緣軟的板。
還可以使用不同的聚合物組合物形成發(fā)泡線料結(jié)構(gòu)的不同部分。例如可選用不同的聚合物組合物形成實心和空心線料。不同組合物的線料可通過任何方式粘合在一起，只要線料具有足夠的內(nèi)部-線料粘合力就行。已知的粘合技術(shù)包括使用粘合劑和應(yīng)用熱或熱輻射。優(yōu)選的技術(shù)是采用兩個或多個不同的擠出機(jī)連續(xù)擠出，線料分別離開它們的模頭孔板之后，線料—線料聚結(jié)。或者，發(fā)泡線料層可通過以上所述的粘合方式交叉層壓。
也可以生產(chǎn)這樣的結(jié)構(gòu)，其中每個空心線料或選擇的空心線料由兩種或多種不同的聚合物材料、有機(jī)或無機(jī)材料組成。其可通過共擠出、共成型、噴涂，或涂覆(用膠乳)材料或在空心線料的內(nèi)表面氣相沉積或通過將線料浸入溶液或分散液接著用另外的材料涂覆線料表面來生產(chǎn)。
本發(fā)明的泡沫結(jié)構(gòu)適于由可發(fā)泡組合物制造，該組合物含有有機(jī)聚合物、發(fā)泡劑和成核劑。該聚合物選自亞烷基芳香族聚合物，例如聚苯乙烯；橡膠改性的亞烷基芳香族聚合物通常稱作高抗沖擊聚苯乙烯(HIPS)；亞烷基芳香族共聚物，例如苯乙烯/丙烯腈或苯乙烯/丁二烯；氫化亞烷基芳香族聚合物和共聚物，例如氫化聚苯乙烯和氫化苯乙烯/丁二烯共聚物；α-烯烴均聚物，例如低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚丙烯；線形低密度聚乙烯(乙烯/辛烯-1共聚物)和乙烯與可共聚合單乙烯型不飽和單體(例如有3-20個碳原子的α-烯烴)的其它共聚物；丙烯與可共聚合單乙烯型不飽和單體(例如有4-20個碳原子的α-烯烴)的共聚物；乙烯與乙烯基芳香族單體的共聚物，例如乙烯/苯乙烯共聚物；乙烯與烷烴的共聚物，例如乙烯/己烷共聚物；熱塑性聚氨酯(TPU’s)；以及其共混物或混合物，尤其是聚苯乙烯和乙烯/苯乙烯共聚物的共混物。另外，上述聚合物之一與橡膠(例如聚丁二烯或聚異戊二烯)的共混物也能產(chǎn)生令人滿意的結(jié)果。其它適用的橡膠包括乙烯/丙烯橡膠、乙烯/丙烯/二烯單體(EPDM)橡膠和天然橡膠，此橡膠在交聯(lián)之前轉(zhuǎn)換成聚結(jié)的發(fā)泡線料。
適合的不飽和單體包括C1-4烷基酸和酯，這種酸的離聚物衍生物，C2-6二烯和C3-9烯烴。這種單體的例子包括丙烯酸、衣康酸、馬來酸、甲基丙烯酸、丙烯酸，這些酸的酯，例如甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯，乙烯基酯，例如醋酸乙烯酯、一氧化碳、馬來酸酐、丙烯、異丁烯、和丁二烯。乙烯共聚物的代表性實例包括乙烯/丙烯、乙烯/丁烯-1和乙烯/辛烯-1。
其它適合的聚合物包括聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酯，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酯共聚物，例如二醇類改性聚對苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、酚甲醛樹脂、熱塑性聚氨酯(TPUs)、可生物降解多糖，例如淀粉，和聚乳酸聚合物和共聚物。優(yōu)選的聚合物是聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)，PS和乙烯/苯乙烯共聚物(ESI)的共混物，ESI和PE的共混物，ESI和PP的共混物，PS、PE和ESI的共混物或ESI與一或多個聚烯烴或乙烯/α-烯烴共聚物的共混物，用金屬茂催化劑或受限幾何催化劑(例如Dow ChemicalCompany的INSITETM催化劑)生產(chǎn)的三聚物或共聚物。
美國專利3723586(其技術(shù)在此引作參考)在第6欄21-51行列出許多可發(fā)泡樹脂。這些樹脂包括一或多個亞乙烯基單體的聚合物。亞乙烯基單體包括，例如乙烯、丙烯、丁二烯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、鄰、間或?qū)ξ患谆揭蚁?，和其它芳香族烷基苯乙烯。該亞乙烯基單體還包括被取代的單體，例如丙烯腈、甲基丙烯腈、氯乙烯、醋酸乙烯酯和其它乙烯基酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯，和相應(yīng)的甲基丙烯酸酯。該樹脂包括增韌聚苯乙烯或經(jīng)物理或化學(xué)結(jié)合少量(基于聚合物重量1-15％重量)天然或合成橡膠(例如線形或支化的共軛二烯(如丁二烯，或異戊二烯)聚合物)的聚苯乙烯。該聚苯乙烯和增韌聚苯乙烯也可包括少量的一種或多種其它亞乙烯基單體，例如丙烯腈或甲基丙烯酸甲酯。
美國專利4824720在第3欄57-第4欄22行敘述了許多可發(fā)泡非芳香族烯烴聚合物。此專利技術(shù)在此引作參考。這些聚合物包括乙烯和可共聚的極性單體，尤其是含有羧基的共聚單體的共聚物。例子包括乙烯和丙烯酸或甲基丙烯酸以及C1-4(1到4個碳原子)烷基酯或其離聚物衍生物的共聚物；乙烯/醋酸乙烯酯(EVA)共聚物；乙烯/一氧化碳(ECO)共聚物；二烯和乙烯以外的可聚合烯烴單體的含有酸酐烯烴的共聚物，例如乙烯/丙烯/非共軛二烯(EPDM)聚合物；乙烯和α-烯烴的共聚物，其分子量很低(重均分子量或Mw)，例如密度低于0.92g/cc的那些共聚物；上述任何共聚物的共混物；以及上述任何共聚物與聚乙烯(高、中、和低密度)的共混物?！半x聚物”是用側(cè)羧酸基部分或全部中和的烯烴聚合物或共聚物(例如乙烯/丙烯酸(EAA)共聚物)。用陽離子基，例如NH4+、Na+、Zn++、和Mg++也可進(jìn)行中和。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)為，此處出現(xiàn)的對各種可發(fā)泡材料的說明只是解釋性的。他們也認(rèn)為許多所列出的材料可以根據(jù)需要組合或共混。
可發(fā)泡的組合物可包括一種或多種常規(guī)的發(fā)泡組合物添加劑，例如穩(wěn)定劑、填料和增強(qiáng)材料。填料和增強(qiáng)材料包括，例如常規(guī)材料如導(dǎo)電炭黑、爐法炭黑、熱裂解法炭黑、石墨、粘土、金屬填料或粉末、無機(jī)鹽(例如碳酸鈣)、木粉、磨碎的玉米殼、磨碎的稻米殼和納米材料(更通稱納米填料)。
適合的亞烷基芳香族聚合物包括至少一種單乙烯基芳香族單體例如苯乙烯、烷基苯乙烯，包括帶有至少一個1-4個碳原子的烷基取代基(C1-4)，和鹵代苯乙烯。具體的例子包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯、鄰、間或?qū)谆揭蚁⒁一揭蚁┮约奥缺揭蚁?。適合的共聚單體包括丙烯腈、丙烯酸、丙烯酸酯如丙烯酸丁酯、烯烴單體如乙烯或丙烯，以及單或多不飽和烯烴單體如丁二烯、異戊二烯和其混合物。
聚酯樹脂具有低熔融強(qiáng)度和高熔點(diǎn)溫度的結(jié)合，這使其通常很難生產(chǎn)低密度和大截面的發(fā)泡產(chǎn)品?；瘜W(xué)改性的聚酯樹脂，例如對馬來酸酐改性的對苯二甲酸乙二醇酯有類似的缺陷，一般不能生產(chǎn)高于一英寸(25mm)厚度密度小于2.5pcf(40kg/m3)的泡沫。本發(fā)明使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制備空心的低密度發(fā)泡聚酯樹脂結(jié)構(gòu)。假定空心線料結(jié)構(gòu)促進(jìn)快速冷卻和隨后的可發(fā)泡聚酯樹脂組合物的結(jié)晶?？招墓軜?gòu)型提高了失去發(fā)泡劑的表面積，結(jié)果加速了從組合物除去熱?？焖倮鋮s和結(jié)晶的結(jié)合使形成穩(wěn)定的發(fā)泡孔壁。
發(fā)泡組合物還包括發(fā)泡劑組合物或結(jié)合體。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地選擇適用的發(fā)泡劑組合物而不必實驗。發(fā)泡劑的代表性實例包括異丁烷(帶或不帶二氧化碳(CO2))、水、CO2、氮?dú)狻⑾∮袣怏w，例如氬，氧化氮如一氧化一氮(NO)、一氧化二氮(N2O)和二氧化氮，和空氣。發(fā)泡劑還可在現(xiàn)場由化學(xué)化合物例如，偶氮化合物(例如偶氮二碳酰胺，偶氮二異丁腈)，氧化亞氮化合物(例如N，N’-二亞硝基五亞甲基酯胺)，或芳香族酰肼(例如P，P’-羥苯磺?；ｋ?通過熱分解組合物產(chǎn)生氮?dú)猓⒂商妓猁}和酸的混合物產(chǎn)生二氧化碳。其它已知的發(fā)泡劑包括烴，例如，乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯、異丁烷、異丁烯、戊烷、異戊烷、環(huán)戊烷、己烷、庚烷、環(huán)己烷和其混合物；醚，例如二甲基乙醚(DME)、甲乙醚和二乙醚；醇，例如甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、戊醇、己醇和其混合物，和各種部分鹵代烴，例如氯乙烷、氯二氟甲烷(R-22)、1-氯-1，1-二氟乙烷(R-142b)、1，1，1，2-四氟乙烷(R-134)、五氟乙烷(R-125)、1，1-二氟乙烷(R-152a)、1，1，1-三氟乙烷(R-143a)、1-氟乙烷(R-161)、二氟甲烷(R-32)、1，1，1，3，3-五氟丁烷(HFC-245fa)、1，1，1，3，3-五氟丁烷(HFC-365mfc)和其混合物。
發(fā)泡劑組合物最好沒有可能損耗臭氧(ODP)的組分。該發(fā)泡劑組合物優(yōu)選含有至少一種發(fā)泡劑，其選自水、二氧化碳、氮?dú)?、二氧化氮、稀有氣體、空氣、碳?xì)浠衔?、醚、低?1-6個碳原子)醇、部分鹵代的烴、氨、水和兩種或多種這些發(fā)泡劑的混合物。特別適用的發(fā)泡劑組合物包括異丁烷(帶有或不帶有二氧化碳(CO2))、CO2(帶有或不帶有至少一種水、乙醇、異丙醇和二甲醚)、至少一種R-134a、R-134、R-142b和R-152a(帶有或不帶有至少一種乙醇、異丙醇、二甲醚、水和二氧化碳)、二甲醚(帶有或不帶有至少一種水、乙醇、異丙醇和二氧化碳)和水。上述組合物還可包括一種或多種烴，例如丙烷、丁烷、異丁烷、戊烷、異戊烷、新戊烷和環(huán)戊烷。
此處所述的發(fā)泡劑和發(fā)泡劑混合物僅僅說明本發(fā)明的一些實施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地為所選擇的發(fā)泡組合物選擇合適的發(fā)泡劑或發(fā)泡劑混合物。
將發(fā)泡劑摻入熔融聚合物材料形成發(fā)泡組合物的方法包括使用已知設(shè)備，例如擠出機(jī)、混合機(jī)或摻混機(jī)。優(yōu)選的工序包括將發(fā)泡劑與熔融聚合物在高壓下混合以防止熔融聚合物顯著膨脹并把發(fā)泡劑以大體均勻的方式分散到熔融聚合物中。
發(fā)泡劑的量要在發(fā)泡組合物排出模孔時足以達(dá)到所希望的發(fā)泡水平。合適的量為0.2-50％重量(wt％)，基于發(fā)泡組合物的重量。低于0.2wt％將使發(fā)泡程度不充分?？梢允褂酶哂?0wt％的量，但是會造成性能優(yōu)勢受限同時提高了費(fèi)用也增加了控制發(fā)泡不變形的難度。該量優(yōu)選為0.2-25wt％，基于發(fā)泡組合物的重量。
本發(fā)明的發(fā)泡組合物還可以含有一種或多種添加劑。合適的添加劑包括成核劑、擠出助劑、抗氧化劑、阻燃劑，著色劑和顏料。
成核劑有助于控制泡孔尺寸。常規(guī)的成核劑包括無機(jī)物質(zhì)，例如碳酸鈣、硅酸鈣、滑石、粘土、二氧化鈦、硅石、硫酸鋇、硅藻土、和檸檬酸與碳酸氫鈉的混合物。硬脂酸鹽，例如硬脂酸鈣和硬脂酸鎂也能提供令人滿意的結(jié)果。適量的成核劑為每100重量份聚合物樹脂0.01-5重量份(pph)，該范圍的兩個端點(diǎn)也包括在內(nèi)。優(yōu)選范圍為0.1-3pph。
制備本發(fā)明空心多股線料或空心聚結(jié)線料聚合物泡沫結(jié)構(gòu)包括多個工藝步驟。第一步包括提供發(fā)泡組合物，其含有發(fā)泡劑組合物和至少一種成膜組合物，優(yōu)選是一種可發(fā)泡聚合物。該聚合物優(yōu)選選自烯烴均聚物、烯烴共聚物、亞烷基芳香族聚合物和共聚物、聚酯，和乙烯/苯乙烯共聚物和聚苯乙烯的共混物。可發(fā)泡組合物優(yōu)選呈凝聚態(tài)。可發(fā)泡組合物任選地含有至少一種添加劑或改性劑，它們選自阻燃化學(xué)品、穩(wěn)定劑、抗氧化劑、著色劑、滲透性改性劑、增塑劑、靜電消散劑、抗靜電劑例如胺類、酰胺類和硬脂酸鹽、滲透改性劑，例如硬脂酸硬脂酰胺、甘油單硬脂酰酯(GMS)、甘油單-二-硬脂酰酯(GMDS)、表面活性劑和遮光劑。隨后的第二步驟重點(diǎn)是通過具有許多第一模孔的模頭擠出發(fā)泡組合物，產(chǎn)生空心擠出物。擠出一般在聚合物的Tg以上的溫度進(jìn)行，或?qū)τ谀切┚哂凶銐蚪Y(jié)晶度而具有Tm的聚合物在接近Tm的溫度進(jìn)行。第三步驟是將空心擠出物轉(zhuǎn)換為發(fā)泡空心擠出線料。第四步驟在高溫保持發(fā)泡空心擠出線料一段時間致使相鄰的單個線料之間足以進(jìn)行粘合并產(chǎn)出空心多股聚合物發(fā)泡擠出物。第五步驟使空心多股發(fā)泡擠出物冷卻至足以進(jìn)一步進(jìn)行加工和復(fù)原的溫度同時基本保持泡沫體的尺寸穩(wěn)定性。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可預(yù)見到許多替換工藝將線料相互粘合。它們包括，但不限于，使用粘合劑、升溫以便局部熔融線料表面，使用紅外線(IR)瞄準(zhǔn)、微波(MW)或射頻(RF)輻射對發(fā)泡管表面賦予粘合性能。“粘合”(以及其變體)是指相鄰線料沿著各自線料的長度在足夠多的點(diǎn)附著在一起，或是連續(xù)地(或幾乎是這樣)賦予泡沫結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)?！熬劢Y(jié)”可表示為粘合的特殊子系統(tǒng)，其中泡沫線料排出擠出機(jī)模頭一般保留著足夠的熱量使其表面發(fā)粘足夠長時間，當(dāng)相鄰線料相互接觸時實現(xiàn)相同的整體結(jié)構(gòu)。
制備發(fā)泡組合物的步驟包括在混合機(jī)，優(yōu)選加熱的擠出機(jī)中混合成膜組合物，特別是聚合物和發(fā)泡劑，形成可擠出的混合物，優(yōu)選呈熔融狀態(tài)，然后至少部分冷卻擠出混合物，從熔融狀態(tài)到凝膠狀態(tài)。雖然制備發(fā)泡組合物優(yōu)選使用加熱的擠出機(jī)，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地替代能夠完成相同目的其它裝置。美國專利5817705和4323528(其技術(shù)在此引作參考)，公開了一種這樣的裝置。該裝置一般稱作“擠出機(jī)-儲料缸系統(tǒng)”，可允許間歇操作而不是基本上連續(xù)操作。該裝置包括保持區(qū)或儲料器，在該處發(fā)泡組合物保持在防止發(fā)泡的狀態(tài)。該保持區(qū)裝配出口模頭，其開口至低壓區(qū)，例如大氣層。該模頭的?？卓蓮堥_或閉合，優(yōu)選通過澆口進(jìn)行操作，該澆口外延到保持區(qū)。澆口的操作除了使發(fā)泡組合物流過模頭并不影響該組合物。本發(fā)明第二方面的擠出模頭，或其變體優(yōu)選代替參考文獻(xiàn)中公開的模頭。
通過使可擠出的混合物通過本發(fā)明第二方面的擠出模頭，就可得到(a)許多分離擠出并隨后聚結(jié)的空心發(fā)泡線料或(b)許多分離擠出并隨后聚結(jié)的實心發(fā)泡線料和許多分離擠出并隨后聚結(jié)的空心發(fā)泡線料的混合物。在優(yōu)選的實施例中，一組實心聚結(jié)發(fā)泡線料形成部分多孔泡沫結(jié)構(gòu)復(fù)合體，而一組空心聚結(jié)發(fā)泡線料形成復(fù)合多孔泡沫結(jié)構(gòu)的第二部分。發(fā)泡劑組合物只是部分決定每一工藝步驟的溫度。制備這種組合物泡沫結(jié)構(gòu)優(yōu)選使用一種模頭，該模頭具有許多第一模孔或?？捉M，其可生產(chǎn)空心發(fā)泡線料，還有許多第二或單?？祝渖a(chǎn)實心發(fā)泡線料。
在擠出模頭提供實心和空心發(fā)泡線料的場合，用于實心和空心發(fā)泡線料的模頭孔或?？讕缀蹩刹捎萌魏蔚膸缀涡螤?，只要形狀、產(chǎn)率適于各個實心和空心發(fā)泡線料就行。合適的幾何形狀包括圓形、矩形、多邊形、X-形、十字形和星形。選擇特殊的形狀或形狀的組合可以生產(chǎn)具有特殊的外形或形狀的多孔泡沫結(jié)構(gòu)。該形狀優(yōu)選是圓形或環(huán)形，特別是用于空心發(fā)泡線料。本發(fā)明的多孔泡沫結(jié)構(gòu)包括空心發(fā)泡線料和實心發(fā)泡線料，其幾何形狀優(yōu)選是相同的，但不同也不背離本發(fā)明的范圍和精神。
發(fā)泡組合物從擠出機(jī)模頭擠出之后在通常的大氣環(huán)境中發(fā)生泡沫膨脹。然而，如果希望的話，也可以使用亞大氣環(huán)境，例如提供局部真空，或超大氣環(huán)境，例如提供超壓氣體。本領(lǐng)域的技術(shù)人員易于理解，使用各種壓力和測量來獲得此壓力。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還理解，當(dāng)發(fā)泡組合物含有聚苯乙烯時使用蒸汽加溫室以降低泡沫體密度。聚苯乙烯和乙烯/苯乙烯共聚物的共混物產(chǎn)生與蒸汽加溫室降低的泡沫密度相似的泡沫密度。
從擠出機(jī)模頭運(yùn)送所得到的泡沫結(jié)構(gòu)包括使用各種常規(guī)的運(yùn)送裝置。裝置的代表性例子包括連續(xù)皮帶或輥。如果希望的話，在該裝置中可加入溫度控制裝置。
如果希望的話，泡沫結(jié)構(gòu)可經(jīng)受任何一種或多種常規(guī)后處理工序。這些工序包括，例如將泡沫體暴露到高溫環(huán)境(例如由紅外線爐、蒸汽爐或熱空氣爐形成的高溫)減小泡沫密度以及通過，例如壓花，再熔融或粘合聚合物薄膜至泡沫結(jié)構(gòu)表面的表面改性。
泡沫結(jié)構(gòu)優(yōu)選含有泡沫線料，其中泡孔主要是閉孔的，根據(jù)ASTMD-2856A測定。該泡沫結(jié)構(gòu)優(yōu)選具有高于50％的閉孔，基于總泡孔數(shù)，不包括空室或泡沫線料之間的空隙或空心線料內(nèi)的通道，其至少形成部分泡沫結(jié)構(gòu)。在所給出的泡沫線料發(fā)泡部分內(nèi)，平均泡孔尺寸一般為25-7000微米(μm)，優(yōu)選50-2000μm，更優(yōu)選100-1500μm。這種泡沫結(jié)構(gòu)提供適宜的絕熱、絕音和尺寸穩(wěn)定性能。
盡管對于大量的場合優(yōu)選閉孔結(jié)構(gòu)，而其它場合則易于使用開孔結(jié)構(gòu)占主導(dǎo)的泡孔結(jié)構(gòu)。這些其它場合包括聲音控制、從泡沫快速釋放(處理)發(fā)泡劑，以及輕輕接觸具有柔軟感覺的發(fā)泡體。
如果發(fā)泡組合物含有可交聯(lián)組合物，例如聚乙烯或聚氨酯或多元醇-異氰酸酯共混物和一種或多種促進(jìn)交聯(lián)的添加劑，所得到的泡沫結(jié)構(gòu)可經(jīng)受實現(xiàn)交聯(lián)并將可交聯(lián)組合物轉(zhuǎn)換為熱固性聚合物的條件。對于任何給出的組合物，本領(lǐng)域的技術(shù)人員易于選擇適宜的交聯(lián)添加劑和交聯(lián)或固化條件而不用過分試驗。
以下的實施例用于說明本發(fā)明，而不限制本發(fā)明。除非另有說明，所有份數(shù)和百分比都基于重量。阿拉伯?dāng)?shù)字表示本發(fā)明的實施例，字母表示對比例。實施例1使用單螺桿擠出機(jī)和如圖1所示的模頭制備柔軟空心多股聚合物泡沫體。該模頭在其中形成了多個孔對。每個孔對的形狀類似半月形，構(gòu)成該形狀的弧線之間的間隙為0.030英寸(0.076厘米(cm))。每孔對中心有一銷，其直徑為0.025英寸(0.064cm)。銷和孔對的結(jié)合形成多個塞住的孔，每個孔與其最近的相鄰孔的距離是0.2英寸(0.508cm)。單螺桿擠出機(jī)(Killion KN-1.75英寸(3.18cm))的長徑比(L/D)是24，在足以將聚合物組合物轉(zhuǎn)換為流動熔體的條件下操作，并將流動熔體與一般均勻分散的發(fā)泡劑或膨脹劑混合以提供一種發(fā)泡凝膠。該發(fā)泡凝膠每100份(pph)聚合物組合物含有85.8重量份線形聚丙烯均聚物(熔體流動速率(MFR)，根據(jù)ASTM 1238測定為每10分鐘0.5克(g/10min)，可從Montell購買，商標(biāo)為Profax6823)、14pph異丁烷發(fā)泡劑和0.2pph滑石(成核劑)。發(fā)泡凝膠在158℃的發(fā)泡溫度從模頭排出擠出機(jī)，產(chǎn)出含有多個空心發(fā)泡管的柔軟發(fā)泡產(chǎn)品。每個管具有占主導(dǎo)的閉孔結(jié)構(gòu)，平均泡孔尺寸為0.25mm。實施例2使用KN-1.75單螺桿擠出機(jī)，其長徑比為24，結(jié)合使用實施例1的模頭，由聚苯乙烯組合物在135℃的發(fā)泡溫度制備空心多股發(fā)泡產(chǎn)品。該組合物含有100份聚苯乙烯樹脂(PS168，168000MW聚苯乙烯樹脂，可從Dow Chemical Company購買)、0.2份滑石(每100pph樹脂)、0.1pph硬脂酸鈣、7.5pph HCFC-142b(氫氯氟碳)、2.0pph乙基氯和1.0pph二氧化碳。擠出時，發(fā)泡空心線料相互粘合在一起形成聚結(jié)線料發(fā)泡產(chǎn)品，其具有占主導(dǎo)的閉孔結(jié)構(gòu)。由于發(fā)泡，該產(chǎn)品的密度為23kg/m3。將該產(chǎn)品暴露于蒸汽室處理3分鐘，使密度降低至13kg/m3。實施例3除了使用圖2所示模頭代替實施例1所用模頭以外，重復(fù)實施例2。所得到的聚結(jié)發(fā)泡線料產(chǎn)品具有兩組線料。一組包括實心(與空心相對)發(fā)泡線料，另一組含有空心發(fā)泡線料，如實施例1和實施例2所述。該發(fā)泡線料，不管是實心還是空心，都含有占主導(dǎo)的閉孔。實施例4除了使用聚丙烯(PP)組合物代替聚苯乙烯組合物并提高發(fā)泡溫度至158℃以外，重復(fù)實施例2。該P(yáng)P組合物包含75份PP均聚物(Profax6823，可從Montell購買)、25份支化PP(PF814，可從Montell購買)、0.4pph滑石(基于PP樹脂的總重量)、0.3pph硬脂酸鈣和10pph異丁烷。在所得到的聚結(jié)空心線料發(fā)泡產(chǎn)品中閉孔占主導(dǎo)，產(chǎn)品密度為16kg/m3。實施例5重復(fù)實施例4，但是使用實施例3的模頭生產(chǎn)聚結(jié)空心線料發(fā)泡產(chǎn)品，具有實心和空心發(fā)泡線料。實施例6將包括100pph支化聚丙烯聚合物ProfaxPF-814(購自Montell)、0.4pph滑石、0.6pph硬脂酸鈣和3pph異丁烷的配制物擠出過160℃的空心線料模頭，形成粘合在一起的大約112kg/m3密度的發(fā)泡管產(chǎn)品。該產(chǎn)品可用于如能量吸收結(jié)構(gòu)的制品，如汽車保險杠和側(cè)面防沖擊物。實施例7-涂覆的泡沫結(jié)構(gòu)浸漬實施例2生產(chǎn)的泡沫結(jié)構(gòu)至表面活性劑配制的羧基化苯乙烯-丁二烯膠乳(9℃的Tg，Dow latex CP 638 NA，可從Dow ChemicalCompany購買)中，以濕潤聚合物線料的聚合物表面。這樣就在線料外面形成一個包括苯乙烯/丁二烯聚合物的表面。
羧基化苯乙烯/丁二烯聚合物的性能依據(jù)諸如聚合物組合物等因素變化。于是，浸漬涂層形成的表面可從橡膠態(tài)和潛在的吸收沖擊至發(fā)粘而變化。該涂層可具有其它所希望的特殊性能。涂層性能可由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易地加以變化，僅僅選擇具有不同性能(例如Tg)的不同膠乳。用其它的膠乳(包括，但不限于，丙烯酸膠乳)可期望獲得類似的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)空心多股線料或空心聚結(jié)線料發(fā)泡制品的方法，包括a.提供可發(fā)泡組合物，其含有發(fā)泡劑組合物和至少一種成膜組合物，該發(fā)泡組合物呈凝膠態(tài)；b.將可發(fā)泡組合物通過模頭擠出，該模頭有多個第一模孔，每一個都可生產(chǎn)空心擠出物；c.在促進(jìn)發(fā)泡泡孔穩(wěn)定的溫度下將空心擠出物轉(zhuǎn)化為發(fā)泡空心擠出線料；和d.使發(fā)泡的空心擠出線料相互接觸，與此同時，這種線料至少保持一些表面粘度以便在相鄰的各個線料之間進(jìn)行粘合，從而生產(chǎn)空心多股線料泡沫體擠出物。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中發(fā)泡劑組合物含有至少一種發(fā)泡劑，該發(fā)泡劑選自二氧化碳、氮?dú)?、氧化氮、稀有氣體、空氣、烴、醚、低級(1-6個碳原子)醇、部分鹵代的烴、氨、水和兩種或多種這些發(fā)泡劑的混合物。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中模頭還包括多個產(chǎn)生實心擠出物的第二模孔，由此步驟b就生產(chǎn)出實心發(fā)泡擠出物和空心發(fā)泡擠出物的結(jié)合體，步驟d生產(chǎn)出多股發(fā)泡擠出物，其含有實心發(fā)泡擠出線料和空心發(fā)泡擠出線料兩種。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中實心發(fā)泡擠出線料形成多股發(fā)泡擠出物的一部分，空心發(fā)泡擠出線料形成多股發(fā)泡擠出物的第二部分，空心和實心發(fā)泡線料的存在構(gòu)成復(fù)合多孔泡沫結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中成膜組合物含有聚苯乙烯和任選的乙烯/苯乙烯共聚物，該方法進(jìn)一步包括后續(xù)步驟e，將空心多股線料發(fā)泡擠出物暴露于蒸汽一段時間以便足以將泡沫體密度減小到已發(fā)泡空心擠出線料的密度以下。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中成膜組合物含有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度接近蒸汽溫度的聚合物，該蒸汽溫度在大氣壓下公稱為100℃。
7.如權(quán)利要求1-6任意一項的方法，其中步驟c的溫度在聚合物的玻璃轉(zhuǎn)換溫度(Tg)之上，或?qū)τ诔浞纸Y(jié)晶而具有熔融溫度(Tm)的那些聚合物，則步驟c的溫度接近Tm。
8.一種生產(chǎn)發(fā)泡聚合物組合物的擠出模頭，該模頭包括一實心體，其具有第一主平面和相互隔開的基本上平行的第二主平面，該實心體在其中形成了熔融聚合物接收模腔，其具有開口端，在該處與第二主平面相交，且在第一和第二主平面之間配置有封閉端，第一主平面在其中至少形成兩組第一孔，它們與熔融聚合物接收模腔和第一主平面流體連通，每一個第一孔組都與其他第一孔組相互隔開，每個孔的形狀可形成整個空心幾何形狀的一部分，在同一組的所有孔彼此相互隔開，并以足以近似于整個空心幾何形狀的方式排列。
9.如權(quán)利要求8的模頭，進(jìn)一步包括至少兩個第二孔，該第二孔被限定于第一主平面并與熔融聚合物接收模腔流體連通，該第二孔也與第一組孔相互隔開。
10.如權(quán)利要求8或9的模頭，進(jìn)一步包括多個第三孔，該第三孔被限定在第一主平面內(nèi)并與流體介質(zhì)、發(fā)泡劑或其它組分源和第一主平面流體連通，每個第三孔被限定在所述第一主平面內(nèi)的完整空心幾何形狀范圍內(nèi)，該完整空心幾何形狀由圖2所示模頭第一孔組形成，或被限定在從第一實心體部分形成的模腔封閉端點(diǎn)至最遠(yuǎn)的銷端點(diǎn)，哪一個都是合適的。
11用于生產(chǎn)發(fā)泡聚合物組合物的雙片擠出模頭，該模頭包括第一實心體部分和第二實心體部分；第一實心體部分具有第一主平面和隔開的基本上平行的第二主平面，第一實心體部分在其中形成了可發(fā)泡組合物接收和分布模腔，該模腔有一開口端，在該處與第二主平面相交，且在第一和第二主平面之間配置有封閉端，第一實心體部分還附著多個銷，它們在模腔的封閉端開始并延伸到模腔的開口端；第二實心體部分具有第一主平面和隔開的基本上平行的第二主平面，第二實心體部分在其中形成了多個相互隔開的第一孔，它們與第一和第二主平面流體連通；當(dāng)組裝的第一實心體部分的第二主平面最接近第二實心體部分的第一主平面時，第一和第二實心體部分共同提供多個模頭間隙，該模頭間隙是由第一實心體部分的銷和第二實心體部分的第一孔聯(lián)合形成的，該模頭間隙提供從可發(fā)泡組合物接收和分布模腔至第二實心體部分的第二主平面流體的流動通道。
12.如權(quán)利要求11的模頭，進(jìn)一步含有至少兩個第二孔，該第二孔被限定于第二模頭實心體部分，并與所述第二模頭實心體部分的主平面流體連通，該第二孔與第一孔相互隔開。
13.如權(quán)利要求11或12的模頭，進(jìn)一步含有多個第三孔，每個第三孔以這樣的方式被限定在銷內(nèi)其與銷接近第二實心體部分的第二主平面的端點(diǎn)和流體介質(zhì)、發(fā)泡劑或其它組分源以及第一主平面流體連通。
14.含有多個聚結(jié)空心擠出線料的多孔泡沫結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求14的結(jié)構(gòu)，其中泡沫體含有至少一種成膜材料，其選自烯烴均聚物、烯烴共聚物、亞烷基芳香族聚合物和共聚物、聚酯和共聚物、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亞胺、鹵代烯烴聚合物和共聚物、天然聚合物、蛋白質(zhì)、多糖、熱塑性聚氨酯，和聚苯乙烯與乙烯/苯乙烯共聚物的共混物。
16.如權(quán)利要求14的結(jié)構(gòu)，其中線料具有不同的聚合物組合物。
17.如權(quán)利要求14的結(jié)構(gòu)，其中根據(jù)ASTM D-2856A測定，泡沫體具有高于50％的閉孔含量，基于泡孔的總數(shù)，不包括空室或泡沫線料之間的空隙或空心線料內(nèi)的通道，其至少形成部分泡沫結(jié)構(gòu)。
18.如權(quán)利要求14的結(jié)構(gòu)，其中根據(jù)ASTM D-2856A測定，泡沫體具有高于50％的開孔含量，基于泡孔的總數(shù)，不包括空室或泡沫線料之間的空隙或空心線料內(nèi)的通道，其至少形成部分泡沫結(jié)構(gòu)。
19.如權(quán)利要求14-18任一項的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括多個實心發(fā)泡線料。
20.如權(quán)利要求15的結(jié)構(gòu)，其中成膜材料是可交聯(lián)的多元醇-異氰酸酯共混物，泡沫體進(jìn)一步含有至少一種交聯(lián)促進(jìn)劑，致使該結(jié)構(gòu)在隨后暴露于交聯(lián)條件下，是一種熱固性結(jié)構(gòu)。
21.如權(quán)利要求14或19的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括一種面料，其選自石膏板、水泥板、膠合板和取向的線料板，該面料粘合到權(quán)利要求14結(jié)構(gòu)中聚結(jié)的空心擠出線料的至少外表面部分，或權(quán)利要求19結(jié)構(gòu)中聚結(jié)的空心擠出線料、實心發(fā)泡線料或空心和實心線料兩者的至少外表面部分。
22.一種至少部分由任何權(quán)利要求14-20的泡沫結(jié)構(gòu)制成的制品，其中該制品選自絕音結(jié)構(gòu)、絕熱結(jié)構(gòu)、吸收能量結(jié)構(gòu)、封裝結(jié)構(gòu)、模腔填充結(jié)構(gòu)、空氣分布結(jié)構(gòu)、過濾器結(jié)構(gòu)、沖擊能量控制結(jié)構(gòu)、表面調(diào)整結(jié)構(gòu)、流體和氣體吸收并保存結(jié)構(gòu)、物體支撐結(jié)構(gòu)、襯墊結(jié)構(gòu)、整體建筑結(jié)構(gòu)和地球物理學(xué)結(jié)構(gòu)。
全文摘要
制備一種含有空心聚結(jié)發(fā)泡線料和任選的實心聚結(jié)發(fā)泡線料的泡沫結(jié)構(gòu)，使用配備孔眼的擠出模頭塊，其促進(jìn)形成空心線料和任選的實心發(fā)泡線料。
文檔編號B29K105/04GK1402664SQ00816470
公開日2003年3月12日 申請日期2000年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月2日
發(fā)明者V·D·格林什蓬, M·E·舍勒, M·H·圖西姆, A·R·布魯施, J·D·帕克 申請人:陶氏環(huán)球技術(shù)公司