BG100288A

BG100288A - Пенополистиролен лист и метод за производството му

Info

Publication number: BG100288A
Application number: BG100288A
Authority: BG
Inventors: Phillip Wagner
Original assignee: Solo Cup Company
Priority date: 1993-06-22
Filing date: 1996-01-17
Publication date: 1996-07-31
Also published as: FI956285A; FI956285A0; AP9600776A0; HU9503804D0; NZ268517A; ES2142949T3; EP0706452B1; TW305859B; CN1128513A; WO1995000320A1; DE69422986T2; ATE189647T1; EP0706452A1; AU7175494A; DE69422986D1; AU681685B2; AP569A; PL312578A1; BG62282B1; US5364696A

Abstract

Изобретението се отнася до пенополистиролен лист,състоящ се от полистиролна смола, подходяща за формуване на дълбоко изтеглени изделия, съдържаща от1 до 15% каучуков компонент, чиито частички в по-голямата си част са с размер, по-малък от 0,45 м.Върху листа от разпенен полистирол, преди термоформуването му, може да се екструдират или наслоят един или два филма. По метода листът се загрява предварително, закрепва се между съответстващи си по профил поансон (10) и матрица (50) и формовъчните елементи се придвижват в крайно положение, при което през поансона и матрицата, към двете страни на порестия лист, се прилага вакуум. Следва охлажданена формувания лист за фиксиране на крайната форма.

Description

СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Опаковките са основната област на приложение и използване на разпенените полистиролни смоли. В много случаи опаковките се изработват от пенополистиролен лист чрез термичното му формоване в дълбоко изтеглени чаши, съдове, капаци, табли и други изделия. Желателно е да се разполага с лист от разпенена смола, подходящ за термоформоване на чашата или на друго дълбоко изтеглено изделие в една единствена термоформовъчна операция.

Задача на настоящето изобретение съответно е да осигури пенополистиролен лист, който може да бъде формован ефективно в дълбоко изтеглени изделия и наред с това да предостави термоформовани с дълбоко изтегляне изделия, произведени от пенополистиролни листове, които евентуално притежават поне

• · една високоплътна интегрална ципа.

Обект на изобретението е сътцо да осигури метод за производството на триразмерни гермоформовани, дълбоко изтеглени изделия от разлепена полистиролна сърцевина с ниска плътност, обвита евентуално с поне една високоплътна, интегрална ципа.

Κραί ко описание на ПРЕДИШНОТО СЪСТОЯНИЕ на техниката

Обикновено използваният в миналото метод за формоване на изделия от предварително формован термопластичен листов материал е моделното термоформоване, при което листът се изработва предварително чрез формоване, като се използва някой от известните методи за екструдиране на термопласти. Готовият лист последователно се загрява, поставя се между мъжката и женската половина на пресформата (поансона и матрицата), която при затварянето си пресова и формова листа в желаната конфигурация. Очевидно е, че при една такава операция разпределението на материала във формованото изделие ще зависи от формата на двете час™ на пресформата.

Друг вариант, който може да бъде използван за термоформоването на пластмасови листове е вакуумното формоване. Под предварително загрятия лист, който ще се формова, се прилага вакуум, така че под действие на атмосферното налягане лисгьт да се изтласка надолу във формата. При контакта на листа с формата той се охлажда и запазва желаната конфигурация. Обикновено тези участъци от листовия материал, които последни достигат до вакуумформата, са най-тънки, тъй като са подложени на по-голямо изтегляне в сравнение с останалия формован материал.

Друг от предшестващите методи за термоформоване включва двустепенно термоформоване, при което чрез използване на поансон предварително загрятият пластмасов лист се формова само частично в желаната конфигурация. След първата степен на предварително формоване следва степента на окончателното термоформоване, при което съответстващите си формовъчни елементи се съединяват, формовайки крайното желано изделие. Този метод за формоване е описан U.S. Pat. No. 3,825,166.

Друг пример е U.S. Pal. No. 3,141,595, който описва пластмасова чаша, произведена от ламинат от разпенен материал, например полис тирол с ниска плътност - около 0.1 - 0.16 g/cm³ и материал с висока плътност като лист от удароустойчив полис тирол с плътност около 1.009 g/cm³. По чашата има редица изпъкналости, които показват уплътнени участъци в стените, чиято плътност е по-ниска в сравнение с тази на отдалечените от изпъкналите части участъци от стените,. Според U.S. Pat. No. 3,141,595 уплътняването, съответно понижаването на плътността в някои участъци от стените се получава в резултат на мигрирането на включените газове през разрушените клетки в разпенения материал на граничната повърхност между разпенения мантериал с ниска плътност и неразпенения материал с висока плътност. Това изобретение не се отнася нито до получаването на непрекъсната външна повърхност върху стената, която е удебелена, нито до получаване н<1 удебелени участъци от стените в единична слоеста чаша.

В U.S. Pat. No. 4,528,221 се описва пенополистиролен лист, подходящ за термоформоване па съдове от вида на чаши и табли. Листът от разпенен полимер трябва да съдържа полистиролна смола - ка то основна смола, 1 - 30% каучуков компонент и 1 - 20% пълнител. Освен това пенополистиролният лист трябва да има обемна плътност 0.13 - 0.7 g/cm³, относително удължение по малко от 1.25 и съдържание иа остатъчно пенообразуващо вещество по-малко от 0.3 mol/kg.

Едно от ограниченията на предшестващата техника е, че не осигурява възможност за лесно формоване на дълбоко изтеглени изделия при използване на посочените методи.

Обичайният подход за изработването на формовани изделия от разцепени или клетъчни термопласти е използването на двустепенен метод. Първата степен се състои в получаване на пенополистиролния лист чрез екструдиране и навиването му на рулони. Рулоните се съхраняват до провеждането на следващата степен, която използва традиционно термоформоващо съоръжение за повторно загряване иа материала върху придвижваща се напред платформа и за формоването му с използване на диферинциалио въздушно налягане, на пуансон или иа двете, след което формованата лента се транспортира до режеща машина за отделяне на формованите изделия от кантовете на лентата. Получаването на листовия материал чрез екструдиране е напълно отделена операция (по време и по отношение на използването на енергия за загряване) от операцията на формоване и обрязване на изделията.

Традиционният двустепенен метод има редица ограничения, отнасящи се до цената, до качествения и производствен контрол. Поради разделносгга на операциите на екструдиране и формоване качественият контрол е по-труден и по-скъп. Дефекти в листа, които не с<1 установени преди започване на формоването, впоследствие не могат да бъдат коригирани, което води до бракуването на големи количества материал. Тъй като листът от разпенен полистирол има отлични термоизолационни свойства, загряването му по време па етапа на формоване е трудно и скъгю. При листове от някои видове разпенени термопласти • · ♦ « * * • · · β » t » ’ * • · · « « • · · · · · ··· · · ·· съществува период на стареене, по време на който се дава възможност на летливите съставки, използвани в процеса на певообразуване да бъдат заместени от въздух. Следователно трябва да се отдава специално внимание на времето за повторно загряване по време на етапа на формоване, тъй като остатъчното съдържание на летливи компоненти може да окаже чувствителен ефект върху крайната плътност на изделието. Това налага контрол на операциите, който допълнително усложнява производствения процес. Поради трудностите при постигането на равномерно загряване и поради необходимостта от изчакване, докато по-големият процент от летливите компоненти се отделят от материала, не е възможно така лесно или с толкова дълбоко изтегляне да се формова пенообразен листов материал, както би било в другите случаи.

Освен това, проблемите, които затрудняват двустепенния процес се усложняват при опити да се термоформоват дълбоко изтеглени изделия от пенообразен термопластичен материал, състоящ се от сърцевина с ниска плътност, покрита с перазпенена интегрална ципа. Изключително трудно е да се загрее сърцевината до необходимата за формоване температура, без гова да се отрази неблагоприятно па ципата. Наличието на обвивка предизвиква склонност към неравномерно загряване на листа, което води до дефекти във формованите изделия. Ориентацията на молекулите на обвивката, която може да бъде важна за общата якост па формованото изделие е влошена или нарушена вследствие повторното загряване. Също така, в някои случаи получените с дълбоко изтегляне изделия могат да бъдат слепени помежду си поради трудността да се формова цялостно изделие от един единичен лист от разпенен материал.

Разгледания т по-горе метод не задоволява изискванията за • ·· 4 ··· · • · 4 · · ·· ;

• · · · s #· · ·· 4 4 4 4« · <4 • 44 · *4 • 4 444 ··44 успешното му прилагане за получаване на дълбоко изтеглени пенообразни термопластични изделия.

Кратко описание па изобретението

Пенополистиролният лист представлява полистиролна смола, съдържаща от 1 до 15% тегловни каучуков компонент (по отношение на теглото на полистироли ата смола) като размерът на по-голямата част от частичките му е по-малък от около 0.45 μπι. Установено е, че пенополистиролен лист с обемна плътност 0.04 до 0.16 g/cm³ и дебелина от 0.4 до 6.5 ппп е най-подходящ за формоване на дълбоко изтеглени термоформовани изделия.

Метод за термоформовапе па тези дълбоко изтеглени изделия от разпопен термопластичен материал, включващ степен на предварително загряване на изходния лист от термопластичен материал, съдържащ от 1 до 15% тегловни каучуков компонент (по отношение на теглото на полистиролната смола), чиито частички в по-голямата си част са с размер по-малък от около 0.45 микрона, с обемна плътност на листа 0.04 до 0.16 g/cm³ и с дебелина от 0.4 до 6.5 mm, следващо закрепване на посочения, предварително загрят преработван материал във фиксирано положение между съответстващи си по профил поансон и матрица (мъжкия и женския формовъчен елемент на пресформата), относително преместване на поансона и матрицата в крайното положение за формоване, така че листът да навлезе в кухината на матрицата, прилагане на вакуум през поансона и матрицата към двете страни на листа, по времето, когато формовъчните елементи се преместват в крайно положение за формоване, така че да се подпомогне разтягането на листа по цялата повърхност и на двата елемента на пресформата и следващо охлаждане на преработения материал за фиксиране на крайната форма.

····· ·· · ·· · · • · · ···· ··· • · ·· · ····· • · ·· · · · · · · · · • · ··· · · · ···· ·· ··· ·· ··

Ί

Описани са също и дълбоко изтеглени изделия от пенополистиролен лист и методът на настоящето изобретение. Кратко описание на фигурите

Фигура 1 представлява фотомикрография с 9000 кратно увеличение на удароустойчив полистирол с размер на каучуковите частички 2.8 цгп.

Фигура 2 представлява фотомикрография с 9000 кратно увеличение на каучуковите частички в клетъчните стени на листа от пеноматериал, където присъстват каучукови частички с два размера - 0.2 и 1.8 μιη, като осемдесет и седем процента (87%) са с размер 0.2 μιη.

Фигура 3 представя разрез на ггресформа - поансон/ матрица, използвана за формоване на дълбоко изтеглени термоформовани изделия, в случая па чаша.

Фигура 4 изобразява дълбоко изтеглено изделие - чаша, за чието формоване е използвана пресформата от фигура 3.

Фигура 5 изобразява напречно сечение на стената на чашата от Фигура 4.

Подробно описание

Пенополистролният лист от изобретението представлява лист от разненен материал с дебелина 0.4 до 6.5 mm, състоящ се основно от полистиролна смола.

Предпочита се листът да включва също и един или два филма от неразпенена смола, които могат да бъдат нанесени чрез екструдиране или наслояване, като свързването им с пеномагериала става чрез стапяне върху едната или двете му основни повърхности по общоизвестните в тази област на техниката начини. Филмът от неразпенена смола е филм от термонласгична смола с дебелина от 5 до 600 μιη.

Листьт от разцепена смола съдържа от 1 до 15% тегловни • · · ·

• ·· • ·· · · ♦ · · *· • ·· (по отношение на теглото на полистирола) каучуков компонент. За предпочитане е пенополистиролният филм да съдържа от 1 до 5% тегловни каучуков компонент. Физичните характеристики на каучуковия компонент са критични по отношение на получаването на дълбоко изтеглените изделия от изобретението.

Търговският удароустойчив полистирол (HIPS) и някои удароустойчиви модифицирани акрилонитрил-стирол-бутадиенови (ABS) смоли съдържат присадени каучукови частици с широко разпределение на частичките по размер при среден размер на частичките в интервала от 1 до 5 μιη (1000 - 5000 nm). Някои производители считат този относително голям размер на частичките за необходим за постигане на най-добрите удароустойчиви характеристики па ароматните полимерни смеси. Размер на частичките, обаче, по-голям от 400 шп е крайно неудачен по отношение па прозрачността на смесите, тъй като в този интервал ог размери разсейването на видимата светлина е много чувствително към размера на частичките.

Прозрачността не е изискване за пенополистиролните листови изделия и така предварителният размер на частичките и разпределението на каучуковите частички по размер не се счита като важна променлива при производството на листове от разпопен полимер.

С цел да се осигури възможност· за успешно и непрекъснато производство на дълбоко изтеглени термоформовани изделия листът трябва да включва в полистиролната матрица минимум 1%, за предпочитане поне 2%, каучуков компонент, като каучуковият компонент трябва да бъде със специфични характеристики. Обикновено такъв вид полимер е известен като удароустойчив полистирол. Удароустойчивият полистирол трябва да съдържа голяма част, за предпочитане над 70%, включени или • · · · • · ·· · ···· ··· • · ·· · ····· • · ·· · · · · · · · · ·· ··· ··· ···· ·· ··· · · ·· диспергирани каучукови частички със среден размер на частичките по-малък от 0.45 μιη и да има традиционната морфология - ядро-обвивка (т.е., каучукова обвивка или мембрана около полистиролно ядро). В случай, че са използвани и поголеми частички, диаметърът им не трябва да надвишава около

2.5 μιη. Особено предпочитано съотношение между малките и големите частички е поне 80/20 (малки/големи), като найпредпочитаното съотношение е 85/15.

Фигура 1 представлява микрография на удароустойчив полистирол с размер на каучуковите частички 2.8 μηι. Разпенен материал, получен от такъв удароустойчив полистирол или от смеси на такъв полистирол с полистиролен хомополимер не може да осигури устойчиво производство на дълбоко изтеглени термоформоваии изделия.

Фигура 2 представлява микрография на каучукови частички в клетъчните стени на листа от разпенен полимер, където са налице каучукови частички с два размера - 0.2 и 1.8 μηι, като 87% от частичките са с размер 0.2 μιη. Такъв разпенен материал може да осигури устойчиво производство на дълбоко изтеглени термоформоваии изделия.

Съдържанието на каучук в удароустойчивия полистирол трябва да бъде между 1 и 15% тегловни, за предпочитане между 1 и 10% тегловни по отношение на полисгиролния компонент, като каучукът е от вида на полибутадиена. За предпочитане е тегловното съдържание на каучука да бъде между 7 и 10%. Средната молекулна маса М трябва да бъде между 100 000 и 300 000, за предпочитане - между 150 000 и 200 000. Разпределението на молекулното тегло, M_w/M„, трябва да бъде между

2.7 и 2.9,

Един предпочитан пенополистиролен лист е листът, • · · ·

представляващ смес от тридесет процента удароустойчив полистирол и седемдесет процента полистиролен хомополимер с общо предназначение, със средна молекулна маса около 325 000 и скорост на изтичане на стопилкага от около 1.5 грама/10 минути, например STYRON 685D, доставим от Dow Chemical Company. Особено предпочитан е листът, съдържащ 20% удароустойчив полистирол, като останалата част съставлява полистирол с общо предиаз начение.

Пенополистиролнияг лист трябва да има обемна плътност от 0.04 до 0.16 g/cm³. За предпочитане е обемната плътност да бъде от 0.04 до 0.128 g/cm³.

Пенополистиролнияг лист от изобретението се характеризира с много добра обработваемост при термоформоване с дълбоко изтегляне. Той е особено подходящ за производството на формовани с дълбоко изтегляне чашкообразни части с желаната якост и с относително изтегляне (b/а, където b е дълбочината и а е най-големият диаметър) по-голямо от 1.0 (т.е. отношението на дълбочината към най-големият диаметър е 1:1).

Изделието, специфицирано в настоящата заявка, е получена чрез дълбоко изтегляне чаша, обичайно използвана за напълване с горещи течности и за предпазване на ползващия я от изгаряне с тях. Такива чаши могат да бъдат изработени със стандартни размери, например 177.4 cm³, 236.6 cm³ и с по-големи размери. Чашата от разпенен термопластичен полимер с клетъчна структура може да има върху външната си повърхност много гладък, неразпенен уплътнен ципес т слой и евентуално вътрешна уплътнена, много гладка повърхност, а сърцевината и да е с клетъчна структура и с ниска плътност. Горният и ръб може да бъде подвит навътре посредством подходящо валцоващо • · · · • · ·· · ···· ··· • · ·· · ····· • · · · · · · ···· · • · ··· ··· · · · ·· · · · ·· ··

II съоръжение от гина на обичайно използваните винтови кантоващи ролки.

Полистиролиата смола, съставляваща пенополистиролния лист от изобретението, включва полимери, получени от винилни мономери от стиролен тип, например стирол, метилстирол и диметилстирол, като се включват и съполимери, получени от винилни мономери от стиролен тип и други мономери като акрилна киселина, метакрилна киселина и техни естери, акрилонитрил, акриламид, метакрилопитрил и малеинов анхидрид. Пеиополистиролният лист от изобретението може да бъде получен чрез екструдиране с разцепване на полистиролна смола, заедно с определените необходими количества каучукова съставка и, при необходимост, с пълнител. Споменатият каучуков компонент може да бъде прибавен директно, но обикновено се прибавя към удароустойчивия полистирол, който впоследствие се смесва с полистиролния хомополимер. Каучуковият компонент може да присъства в удароустойчивия полистирол във всяко известно в практиката количество, но така, че когато последният бъде смесен с нолистиролен хомополимер, крайното съдържание на каучук в разцепената полимерна смес не трябва да надвишава 15%, за предпочитане - 10% и най-добре - 5%. Каучуковият компонент може да включва бутадиенов каучук, етиленпропиленов каучук, стирол-бутадиенов каучук и полиетилен. Той може да бъде прибавен директно към полистиролиата смола. Каучуковият компонент, в случаите когато се използва като съполимерен компонент, включва мономери от типа на бутадиен, изопрен, и хлоропрен, както и техни олигомери. Те се подлагат па сънолимеризация с полистиролиата смола при предварително определено молно съотношение. (В случая, когато като полистиролна смола е използван съполимер, каучуковият • · · · • · • · · • · · · · • · · · · · • · · • · · · · компонент се явява като терполимер). Предпочитани за изобретението са тези удароустойчиви полистиролни смоли, които като каучуков компонент използват стирол/бутадиенов съполимер.

Ако съдържанието на каучуковия компонент е по-малко от 1%, полученият пенополистиролен лист не е подходящ за изработването на дълбоко изтеглени части. На чаши, произведени от такъв лист, липсва якост и са изложени на счупване по ръба. Освен това такъв слой е незадоволителен по отношение на относителното удължение и преработваемостта. От друга страна, при повишаване на съдържанието на каучуковия компонент над 15%, не се наблюдава допълнително подобрение в качествата на термоформовапите с дълбоко изтегляне изделия. Освен това такъв лист може да отделя миризма па каучук и не е подходящ за производството на съдове за храна и напитки.

Пълнителят, който често е и зародишообразуващ агент, е ефективен по отношение подобряването на вида, точността на размерите и стабилността па формованата част. Въпреки че не е абсолютно задължително, използването на пълнител, особено когато участва като зародишообразуващ агент, обикновено се предпочита при производството на листове от разпенен полимер. Ако съдържанието на пълнител е много малко, това може да затрудни съответния контрол на газовите и клетъчни характеристики, а следователно контролирането на дебелината на преработвания лист и на термоформованата част. От друга страна, ако съдържанието на пълнител е в повече, макар и да могат да се контролират газовете и клетките, полученият лист е незадоволителен по отношение на относителното удължение по време на формоването. Съдържанието на пълнител според настоящето изобретение, в случай че се изисква използването му, • · · ·

• · · · · · · • · · · ···· • · · · ···« · • · · · · · ·· ·· · · · · · е от 0.005 до 1.4% тегловни, като за предпочитане е то да бъде от 0.005 до 0.9% тегловни. Особено предпочитано е съдържание на пълнителя от 0.005 до 0.5 % тегловни по отношение на общото количество смола.

Обичайните примери за пълнители включват талк, калциев карбонат, инфузорна пръст, гипс, черен въглен, бял въглен, магнезиев карбонат, глина, естествен силиций и други традиционни неорганични пълнители и метални прахове.

Дебелината, обемната плътност и относителното удължение на пенополистиролния лист могат да се регулират чрез количеството на пълнителя, използван при производството на листа.

От съществено значение е дебелината па листа от разпенен материал. Ако тя е по-малка от 0.4 ппп, листът не може да бъде изтеглен дълбоко и получената формована част е незадоволителна по отношение на съпротивлението па свиване. Ако дебелината превишава 6.5 ппп, влошава се преработваемостта; особено трудно е да се балансира дебелината на стените и дебелината на дъното. Предпочетената дебелина на листа (включваща филма от неразпенена смола) трябва да се определя, макар и частично, от вида па изделието, което ще се формова с дълбоко изтегляне. Дебелината може да се контролира чрез настройване на процепа на дюзата на екструдера. Обемната плътност трябва да бъде от 0.04 до 0.16 д/сш³. Ако плътността е по-голяма от 0.16, за формоването е необходимо по-голямо количество смола и топлинна енергия, което води и до удължаване на цикъла на формоването. От друга страна, ако обемната плътност е под 0.04, якостта на формования лист е незадоволителна, а при формоването му се проявява и тенденция към неточност в размерите. Обикновено се предпочита обемна плътност от 0.04 до ·· · · · · · ··· • · ·· · ····· * · · · · · · ♦ · · · · ·· ··· ··· ···· ·· ··· ·· · ·

0.128 g/cm³. Добре! е! обемната плътност да се настройва чрез промяна на количеството на ценообразуващото вещество.

След първоначалното екструдиране, когато листът бъде подложен на напрежение? вследствие? на обичайното навиване на рулони, в него настъпва ориентиране? на макромолекулите. В случая, когато се? използва кръгообразна дюза, появява се биаксиална ориентация. В този случай екструдираният лист обикновено се плъзга и остава в хоризонтално положение преди да бъде? подложен па напрежение вследствие? навиването му на рулон. Приемлива е и еднопосочната ориентация, но двупосочната се? предпочита от гледна точка на здравината на получените формовани час ти.

Пенополистиролният лист от изобретението е получен чрез екструдиране? с разцепване?, при което се използва летлив непообразува тел в количество де? 20% тегловни по отношение па общото количество па състава. Примерите за летливи певообразуватели включват въглеводороди с температура на кипене 40 де? 45°С като пропан, бутан, изопропан и пентан; и пол ифлуоро въглеродни порос|юри, например 1,1 -дифлуороетан (IIFC-152a); 1,2-дифлуороетан (IIFC-152a); 1,1,1,2-тетрафлуороетан (HFC-134); 1,1,2,2-тетрафлуороетан (HFC-134); 1,1,1-трифлуороетан (HFC- 143а); 1,2,2-трифлуороетан (IIFC-143); пентафлуороетан (HFC-125), за предпочитане HFC-152a и HFC-134a и най-добре HFC-152а; хлорофлуоро въглеродни и хлорофлуоровъглеводородни певообразуватели като хлородифлуорометан (HCFC-22), дихлородис|?луо ром етап (CFC-12) и трихлорофлуорометан (CFC-12). Естествено, в съчетание с полифлуоровъглеродните пенообразуватели могат· да бъдат използвани азот; въглероден диоксид, други инертни газове, въглеводороди и химически ценообразуващи вещества.

• · · · • · • ·

В някои случаи като пеиообразуватели могат да бъдат използвани въглероден диоксид, азот, вода или комбинация от тези съединения. Предпочитаният пенообразувател е самостоятелно използван въглероден диоксид.

Във всеки случай, след формоването на листа от разпенен материал, за предпочитане е клетките на пяната да бъдат фактически изцяло запълнени с въздух, което прави такъв лист подходящ за използването му в контакт с хранителни продукти.

Пенообразувателят може да бъде въведен в екструдера по всеки от традиционните за практиката начини.

Количеството на остатъчния газ от ценообразуващото вещество или па въздуха, което се инфилтрира вътре в клетките в порестия лист, трябва да бъде такова, че да предотвратява настъпването на повторно ценообразуване или разрушаване на пяната, когато листът се загрява при формоването му, в резултат на което формоването на дадена част би било със слаба възпроизводимост.

Ако количеството на остатъчен газ, измерено непосредствено след изработването па листа е в излишък или в недостиг, трябва да се проведе обезгазяване или инфилтриране на въздух посредством загряване на листа до 40 - 50°С или чрез оставянето му да престои известен период от време. Когато като пенообразувател се използва въглероден диоксид, може да се окаже ииобходимо преди термоформоване листът от разпенен термоиласг да се остави да престои известно време, обикновено 20 часа, докато проникващите атмосферни газове от въздуха се уравновесят с освобождаващия се въглероден диоксид. Ако това не се постигне, пенообразният слой може да се разруши по време на термоформованего поради недостатъчно количество газ в клетките му.

• · • ·

Така полученият пенополистиролен лист осигурява задоволително качество на формованите части, тъй като количеството на газ в клетките се контролира и налягането в тях не е прекадено високо и обратно - не достига отрицателна стойност. Пенополистиролен лист, съдържащ от 1 до 15% тегловни каучуков компонент, е много удачен по отношение на относителното удължение, когато се загрява за термоформоване на изделия с дълбоко изтегляне. Използването на подходящо количество каучуков компонент с необходимите характеристики, увеличава преработваемостга на пенополистиролния лист от изобретението при използването му за термоформоване на дълбоко изтеглени час™.

Въпреки че не се изисква, желателно е поне върху една от повърхностите на листа от разпопен полимер да се наслои или нанесе чрез екструдиране неразпенен полимерен филм, с цел да се повиши относителното удължение на листа по време на формоването и съпротивлението на свиване на получената формована част. Този неразпенен полимерен филм е обикновено филм от термонластична смола с дебелина от 5 до 600 μιη. Филмът може да бъде запресован или екструдиран по някой от традиционните начини върху едната или върху двете повърхности на пенополистиролния лист. Термопластичните смоли за получаване на неразпенения полимерен филм включват, например, полистирол, полиетилен, удароустойчив полистирол или смес или сънолимер на полистирол с каучук, полипропилен и полиетилен-терефталат. Предпочитани измежду тях от гледна точка на преработваемостга им са удароустойчивият полистирол и полиетилен висока плътност'; като особено предпочитан е удароустойчивият полистирол. Изненадващо, докато удароустойчивият полистирол, показан на Фигура 1, не е подходящ за • ·

производството на пенополистиролпия лист от настоящето изобретение, същият е приемлив за получаване на неразпенения полимерен филм.

Ако дебелината на филма е по-малка от 5 μιη, не се наблюдава повишение на относителното удължение и механичната якост. Ако дебелината на филма надвишава 600 μπι появява се следният недостатък, а именно, че когато всяка една формована част (например чаша) се отдели от формования лист, клетките но ръба и се разрушават и остават отворени, при което наслоения филм се отлепва от листа. Освен това, извънредно дебелият филм е икономически неизгоден. Една предпочитана дебелина на филма е от 30 до 500 μιπ. Неочаквано, този неразпенен филм действа благоприятно по отношение на възможността за отпечатване и на свойствата на газа на граничната повърхност на получената термоформована част.

Неразпенения термопластичеп филм може да бъде наслоен върху пенополистиролпия лист по различни начини. Например, неразпененият термопластичеп филм може да бъде наслоен върху листа чрез използване на съексгрузиониа дюза (напречна дюза). Друг начин е листът и термопластичният филм, екструдирани с отделни дюзи, да бъдат наслоявани в непрекъснат режим, като възможно е и ламиниране на пенополистиролния лист с предварително екструдиран термопластичеп филм. Ламинирането може да бъде извършено с помощтта на адхезив или чрез слепване посредством затапяне. За ламинирането могат да бъдат използвани редица адхезиви, например етиленвинилацетатен съполимер (EVA съполимер) и с.тиролбутадиенов каучук (SBR) под формата на разтвор, емулсия или филм.

Полученият по споменатия начин лист от разпенен материал, ламиниран с неразпенен полимерен филм, има • · · ·

• ·· ·· • · · · · • · · · · · • · · · ♦ · · • · · · ··· ·· ·· предимството, че се повишава относителното му удължение по време на загряването, а също и съпротивлението на свиване на получената от него формована част. Това го прави приложим като изходен материал за формоване на различни изделия, които изискват голяма размерна точност и особено на дълбоко изтеглени изделия (отношение на изтегляне по-голямо от 1), от които се изисква високо съпротивление на свиване и задоволително относително удължение по време на формоването. Със или без неразпенен полимерен филм (филми), обаче, пенополистиролният листът от изобретението е превъзходен по отношение на преработваемосг, поради което е приложим като изходен листов материал за обемно производство на формовани с дълбоко изтегляне части.

Обичайният подход за производство на формовани изделия от разпенени или клетъчни термопласти е използването на двустепенен метод. В първата степен чрез екструдиране се получава листът от разпенен материал и се навива на рулони. На този етап листът може да се ламинира с един или повече филми. Рулоните се съхраняват до следващата степен, в която се използва традиционно термоформоващо съоръжение за повторно загряване на материала върху придвижваща се напред платформа и за следващото му формоване му при използване на диферинциално въздушно налягане, на пуансон или на двете, след което формованата лента се транспортира до режеща машина за отделяне на формованите изделия от кантовете на лентата. Получаването на листов материал чрез екструдиране е напълно отделна операция (по време и по отношение на използването на енергия за загряване) от операцията на формоване и обрязване на изделията.

Традиционният двустепенен метод има редица ограничения, отнасящи се до цената, до качествения и производствен контрол. Поради разделностга на операциите екструдиране и формоване качественият контрол е по-труден и по-скъп. Дефекти в листа, които не се проявяват преди започване на формоването, впоследствие не могат да бъдат коригирани, което води до бракуването па голями количества материал. Тъй като листът от разпенен полимер има отлични термоизолационни свойства, загряването по време на етапа на формоване е трудно и скъпо. При листове от някои видове разпенени термопластични смоли съществува период на стареене, по време на който се дава възможност па летливите съставки, използвани в процеса на ценообразуване да бъдат заместени от въздух. Следователно трябва да се отдава специално внимание на времето за повторно загряване по време на етапа на формоване, тъй като остатъчното съдържание па летливи компоненти може да окаже чувствителен ефект върху крайната плътност на изделието. Това налага контрол на операциите, който допълнително усложнява производствения процес. Поради трудността да се постигне равномерно загряване и поради необходимостта от изчакване, докато по-големият процент от летливите компоненти се отделят от материала, не е възможно така лесно или с толкова дълбоко изтегляне да се формова листов пеноматериал, както би било в другите случаи.

Освен това, проблемите, които затрудняват двустепенния процес се усложняват при опити да се термоформоват с дълбоко изтегляне изделия от пенопласт със сърцевина с ниска плътност, обвита с интегрална ципа. Изключително трудно е да се загрее сърцевината до необходимата за формоване температура без това да се отрази неблагоприятно на ципата. Наличието на обвивка предизвиква склонност към неравномерно загряване на листа, • · което води до дефекти във формованите изделия. Ориентацията на молекулите на обвивката, която може да бъде важна за общата якост на формованото изделие е влошена или нарушена вследствие на повторното загряване. Описаният по-горе непрекъснат метод, при който етапите на екструдиране и формоване следват един след друг без прекъсване, не може да отговори на изискванията за успешното му прилагане към дълбоко изтеглени разцепени термопласти с ниска плътност.

Примери

Произведен е пенополисгиролен лист чрез екструдиране на 80% полистиролен хомополимер със средна молекулна маса около 325 000 и скорост на изтичане на стопилката около 1.5 g за 10 минути и 20% удароустойчива полистиролна смола, съдържаща 8.5% каучук по отношение? на полистирола, със средна молекулна маса 165 000, скорост на изтичане на стопилката около 6.7 g за 10 минути и размери на каучуковите частички 0.2 μπι и 1.8 μπι. Отношението на малките частички към големите е 87/13. Използваният пенообразувател, в количество 4.8% по отношение на общото количество на състава, е хлородифлуорометан ((HCFC22). Освен това като пълнител е прибавен талк, 0.9%.

Пенополистиролният лист е с дебелина 3.43 - 3.56 mm, с размер на клетката 0.18 mm и плътност 0.10 g/cm'\ Впоследствие върху една от основните повърхности на листа чрез екструдиране е нанесен разтопен удароустойчив полистирол, така че да образува филм. Удароустойчивият полистирол съдържа 8% по отношение на полистирола каучук, има средна молекулна маса 170 000, скорост на изтичане на стопилката 8.5 g за 10 минути и размер на каучуковите частички 2.8 μιη. Филмът е екструдиран с три дебелини - 0.15, 0.23, 0.30 mm. След това листът е навит на рулони и оставен за стареене.

·· · · · · · ··· • · ·· · ····· • · ·· · · · ···· · • · ··· ··· •·· « ·· ··· ·· ··

Преди термоформоването, втората основна повърхност на пенополистиролния лист, която не е покрита чрез екструдиране, е ламинирана с друг ципест слой с дебелина 0.15 mm от същия удароустойчив полистирол.

От тези образци, на преса за термоформоване, снабдена с двойка формовъчни елементи - поансон и матрица, при непрекъснато придвижване на образците, са термоформовани чаши. Както може да се види от разреза на Фигура 3, двойката формовъчни елементи може да бъде видоизменена така, че да се осигури създаването на вакуум и в поансона и в матрицата, за да се подпомогне формоването на листа в чаша. Установено е, че важни условия за успешното формоване в съответствие с метода на настоящето изобретение са както специфичната конструкция на поансона и матрицата, така и материалът, от който са изработени. Формата и материалът на формовъчните елементи могат да контролират разпределението на порестия листов материал в стените на формованото изделие. Различните материали, от които е конструирана формата, водят до явни разлики в разпределението на материала. Конструктивният материал съответно трябва да бъде избран в зависимост от формата на изделието, което ще се формова, и от желаното разпределение на материала във формованото изделие. Подходящите за целта материали включват, например, стомана, найлон, алуминий и синтактичен пенополимер. Предпочетеният конструктивен формовъчен материал за посоченото изделие е алуминият. Разбираемо е, че методът от изобретението не се ограничава само до едногнездово формоване, а е възможно използването и на многогнездови пресформи.

Двойката пресформи е изработена от пет части. Поансонът 10 представлява една единиствева част. Матрицата 50 се състои • · • · t · · е···· • · ·· · · · · · · · · ·· · · · ··· •·· · ·· · · · ·· ·· от четири части - горна част на стената 70, горен страничен пръстен 100, долна част на стената 80 и изпъкнала дънна част 60. Горната част на стената 70, долната част на стената 80 и изпъкналата дънна част 60 са съединени помежду си с четири болта 90. Горният страничен пръстен е завинтен в горната част на стената 70 с три разположени на еднакви разстояния болта 110.

Поансонът 10 има четири, разположени на равни разстояния в изпъкналата си долна част, вакуумни отвори 12, чийто диаметър е 0.051 mm, както и четири отвора, описващи квадрат около централния долен край на централния вакуумен канал 14 в поансона, в точката на най-голямо изтегляне в кухината на матрицата 50. В най-горната част 17 на матрицата на изделието, което ще бъде термоформовано, в случая ръба на чашата, са разположени 32 допълнителни вакуумни отвора 16. Два от тези вакуумни отвора 16 се свързват с вакуумния канал 18, който се свърза и с вакуумния канал 14, докато другите тридесет вакуумни отвора имат канал с диаметър около 3.0 mm, достатъчно дълбок, за да могат тези отвори да се свързват с отворите, разположени срещуположно така, че да преминават изцяло през поансона, както вакуумният канал 18.

Частта 60 на матрицата има три вакуумни отвора със същия диаметър 0.05 mm, разположени в центъра 61 на изпъкналата дънна част 60 на матрицата, както и един отвор 62, разположен в най-високата изпъкнала точка, и други два отвора, разположени симетрично на централния отвор, на малки разстояния от него. И трите отвора комуникират с вакуумния канал 63. Частта 70 на матрицата има също така и осемнадесет, разположени на еднакви разстояния, отвори 77, всеки от които се свързва с вакуумния канал 78 и е с диаметър 3.0 min. Има също и осемнадесет допълнителни вакуумни отвори 79, които се свързват с • ·

вътрешното и външното пространство на частта 70 на матрицата. Пръстенът 100 на горната част на стената е с малко по-голям размер, за да се получи достатъчен процеп между горната част на стената 70 и пръстена 100 на горната част на стената, така че при понижаване на налягането да е осигурен достъп до вакуумните канали 78 и вакуумните отвори 79. На долната част на стената 80 на матрицата 50 има тридесет и два, разположени на равни разстояния, вакуумни отвори 84 с диаметър 5.08 mm, които се свързват с пръстеновиден канал, който представлява част от вакуумния канал 85. Пръстенът 67, с отвор около 0.635 ппп, се свързва с пръстеновидния вакуумен канал 68, разположен в изпъкналата дънна част 60. Пръстеновидният вакуумен канал 68 и вакуумният канал 63 се свързват посредством четири, разположени па еднакви разстояния канали 85. За разлика от отделните, несвързани вакуумни отвори, пръстенната конфигурация осигурява пълен кръгов вакуум при тер мофор моването.

Процепът между поансона 10 и матрицата може да бъде в интервала между около 0.25 - 1.78 ппп.

Двата елемента на пресформата се поставят като цяло в устройство, което може да бъде използвано за понижение на въздушното налягане и за получаване на парциален вакуум. Изненадващо, във формовъчните елементи от изобретението вакуум се създава и над (в поансона) и под (в матрицата) подложения на гермоформоване лист, противно на използването на вакуум просто за подпомагане на изтеглянето на листа в матрицата.

След това пенополистиролиият лист се термоформова в една от традиционните многогнездови преси при използване на вече описаните специфично конструирани формовъчни елементи.

« · · « · · · · • · · · · • · ♦ • · · ·

• · ·

Първоначално листът се загрява в предварително загрято пространство до температурата на размекване, така че да може да се формова в желаната чашкообразна форма.

Пенополистиролпият лист преминава от съоръжението за предварително загряване към масата за формоване и се позиционира върху пръстена 100 на горната странична стена на матрицата.

След това поансонът и матрицата се придвижват един към друг в крайното положение, при което се извършва формоването, така че листът да се разтегне около поапсона и вътре в кухината на матрицата.

След завършване на тази операция налягането се понижава до около 635 тш живачен стълб (при 33°С) (85 kPa), като по този начин се създава вакуум от двете страни па порестия лист, така че той да се изтегли в крайно положение.

Конфигурацията на така формования лист се фиксира чрез охлаждане. Охлаждането се осъществява, като се даде възможност на формовъчните елементи, чиято температура е малко под температурата на размекване (температурата на предварително загряване) на листа от разпенен полистирол, да осганаг в крайно положение достатъчно дълго, при което температурата на листа да се понижи под температурата на размекване.

Получените в примерите термоформовани чаши имат относително удължение от порядъка на около 1.25:1, обща дебелина на стената - около 1.12 mm и следните размери:

Височина	87.6 mm
Горен външен диаметър	69.8 mm
Долен външен диаметър	50.8 mm

От образец от пенополистиролен лист с нанесено чрез екструдиране покритие с дебелина 0.23 mm, ламиниран с ципест слой с дебелина 0.15 mm е получена чаша с обем 266.16 cm³която е с приемлива здравина на стената. Фигура 4 представлява разрез па тази чаша. На показаното в едър план на Фигура 5 напречно сечение на сгепага па чашата може да се види екструдираното покритие с дебелина 0.23 mm върху външната страна на стената 22 и наслоения филм с дебелина 0.15 mm върху вътрешна страна па стената 24, както и разлепения слой 26.

Проведени са изпитвания чрез прилагане на сила към стената на поставена в хоризонтално положение чаша на една трета разстояние от горния ръб па чашата, измерено от ръба и, на установка за изпитване на компресия, при скорост 250 mm на минута. Чашата трябва да бъде поставена в хоризонтално положение, като стената и се позиционира между неподвижен и подвижен елемен т, като и двата елемента са с по-голяма дължина от диаметъра па чашата при ръба и и имат цилиндрична повърхност с радиус най-малко 3.2 гпш, опираща се в стената на чашата. Взима се стойността в първата точка на провлачане, която представлява точката, в която стойността намалява или остава постоянна поради нарастващата деформация на стената. Това изпитване имитира поведението па чаша, когато се държи в ръка от потребителя.

Пример 1 е пример от настоящето изобретение и е описан по-горе като пример с екструдирано покритие с дебелина 0.23 mm и с наслоено покритие с дебелина 0.15 mm.

Даден е и сравнителен пример с чаша от пеноматериал, с полукръгъл профилиран ръб. Обикновено такива чаши се произвеждат чрез формоване на подвит ръб от пеноматериал в конструкцията на чашата.

• · • · · · · • · · · • · · · · • · 99

999 999 • 9«9 99

Ο · · · · ·· • 9 99

99 9999

ПРИМЕР 1	0.32 kg
СРАВНИТЕЛЕН ПРИМЕР	0.20 kg

За предпочитане е чашата от Пример 1 на изобретението да има заоблен ръб, както е обикновено в практиката, който би увеличил силата, необходима за деформиране на стената и. Дори без такъв ръб, обаче, чашата от Пример 1 изисква по-голяма сила за деформиране на стената и, отколкото чашата с ръб от пеноматериал от сравнителния пример, което означава, че чашата от изобретението има по-голяма устойчивост на счупване отколкото тази от сравнителния пример. Това ще рече, че е потрудно за човек, когато държи чашата от настоящето изобретение случайно да я с тисне така, че двете и стени да се доближат една до друга.

При едно друго изпитване към външната страна на стената иа обикновена картонена чаша и към пенополистиролната чаша ог изобретението се прикрепват термодвойки. Температурата на външната стена на чашите престава да нараства при темпера турата 97°С за чашата от обикновен картон срещу 87°С за чашата от изобретението. Когато се държат в ръка двете чаши, се констатира чувствителна разликата в температурата на външната им стена.

В друга серия експерименти е изработен пенополистиролен лист, аналогичен на този от предишния пример, но без каквито и да било покрития или наслоени филми и е термоформован в чаши с отношение на изтегляне по-голямо от 1:1.

Разбираемо е, че горните описания са само илюстрации на предпочитаните изпълнения на изобретението, от които експертите в тази област могат да направят редица варианти, попадащи в обсега на действие на следващите тук претенции, без да се отклоняват от смисъла им.

Claims

.· ·,

ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИ

1. Пенополистиролен лист, характеризиращ се с това, че се състои от полистиролна смола, съдържаща от 1 до 15% каучуков компонент на основата на полистиролна смола, чиито частички в по-голямата си част са с размер, по-малък от 0.45 μιη, като листът има плътност от 0.04 до 0.16 g/cm³ и дебелина от 0.4 до 6.5

ΙΙΗΠ.
2. Пенополистиролен лист съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че включва каучуков компонент в количество от 1 до 10% тегловни.
3. Пенополистиролен лист съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че включва каучуков компонент в количество от 1 до 5% тегловни.
4. Пенополистиролен лист съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че включва и от 0.005 до 1.4% тегловни пълнител.
5. Пенополистиролен лист съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че включва и от 0.005 до 0.9% тегловни пълнител.
6. Пенополистиролен лист съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че върху поне една от основните си повърхности има неразпенен филм.
7. Пенополистиролен лист съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че върху двете си основни повърхности има неразпенен филм.
8. Пенополистиролен лист съгласно претенция 6, характеризиращ се с това, че неразпененият филм е с дебелина от 5 до 600 μιη.
9. Пенополистиролен лист съгласно претенция 7, характеризиращ се с това, че неразпененият филм е с дебелина • · * · • · · · • · • · от 5 до 600 μπι.
10. Пенополистиролен лист съгласно претенция 6, характеризиращ се с това, че неразпененият филм е от полистирол, полиетилен, удароустойчив полистирол, полипропилен или иолиетилентерефталат.
11. Пенополистиролен лист съгласно претенция 7, характеризиращ се с това, че неразпененият филм е филм от полистирол, полиетилен, удароустойчив полистирол, полипропилен или иолиетилентерефталат.
12. Пенополистиролен лист съгласно претенция 6, характеризиращ се с това, че неразпененият филм е филм от полистирол, или удароустойчив полистирол.
13. Пенополистиролен лист съгласно претенция 7, характеризиращ се с това, че неразпененият филм е филм от полистирол, или удароустойчив полистирол.
14. Метод за термоформовапе на дълбоко изтеглени термопластични порести изделия, характеризиращ се с това, че включва последователни степени на:

а. предварително загряване на лист от изходен термопластичен пеноматериал, съдържащ от 1 до 15% каучуков компонент на основата на полистиролна смола, чиито частички в по-голямата си част са с размер, по-малък от 0.45 μιη, като пепополистиролният лист има плътност от 0.04 до 0.16 g/cm³ и дебелина около 0.4 до 6.5 mm;

б. закрепване на предварително загрятия изходен материал в неподвижно положение между съответстващи си по профил поансон и матрица; и

с. относително преместване на посочените формовъчни елементи на пресформата в крайно положение, за да се изтегли цитираният лист вътре в посочената кухина;

• · · ·

d. прилагане на вакуум през поансона и матрицата към двете страни на порестия лист по време па изпълнение на степен с), за да се подпомогне изтеглянето на листа в съответствие с фактически обединените в едно цяло повърхности на формовъчните елементи; и

e. охлаждане на заготовката за фиксиране на крайната форма.
15. Метод за термоформоване на дълбоко изтеглени изделия от разпенен термопласт съгласно претенция 14, характеризиращ се с това, че относително то изтегляне е по-голямо от 1:1.
16. Метод за термоформоване на дълбоко изтеглени изделия от разпенен термопласт съгласно претенция 14, характеризиращ се с това, че листът има неразпенен филм върху поне една от основните си повърхности.
17. Метод за термоформоване на дълбоко изтеглени изделия от разпенен термопласт съгласно претенция 14, характеризиращ се с това, че листът има неразпенен филм върху двете си основни повърхности.
18. Метод за термоформоване на дълбоко изтеглени изделия от разпенен термопласт съгласно претенция 14г характеризиращ се с това, че листът има неразпенен филм с дебелина от 5 до 600 μιη.
19. Метод за термоформоване на дълбоко изтеглени изделия от разпенен термопласт съгласно претенция 14, характеризиращ се с това, че листът има неразпенен филм с дебелина от 5 до 600 μιη.
20. Метод за термоформоване па дълбоко изтеглени изделия от разпенен термопласт съгласно претенция 14, характеризиращ се с това, че неразпененият филм е филм от полистирол, полиетилен, удароустойчив полистирол, полипропилен или полиетилентерефталат.
21. Метод за термоформоване на дълбоко изтеглени изделия и 14 от разпенен термопласт съгласно претенция 1 ^характеризиращ се с зова, че неразпепеният филм е филм от полистирол или удароустойчив полистирол.
22. Метод за термоформоване на дълбоко изтеглени изделия от разпенен термопласт съгласно претенция 14/характеризиращ се с това, че неразпепеният филм е филм от полистирол или удароустойчив полистирол.
23. Дълбоко изтеглени изделия, характеризиращи се с това, че са произведени по метода съгласно претенция 14.
24. Дълбоко изтеглени изделия, характеризиращи се с това, че се състоят от пенополистиролен лист съгласно претенция 1.

./1 .

I,