CN100417679C - 用于隔音和隔热应用的聚烯烃泡沫 - Google Patents

用于隔音和隔热应用的聚烯烃泡沫 Download PDF

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Abstract

一种丙烯聚合物挤出、聚结泡沫线材，它在开孔时可用于隔音应用而在闭孔时可用于隔热应用。一种适于制备这种具有膨胀断面的泡沫的设备。

Description

用于隔音和隔热应用的聚烯烃泡沫
本发明涉及可用于隔音和隔热应用的开孔聚乙烯泡沫及其制备方法。
美国专利(USP)5,348,795公开了尺寸不变的开孔聚丙烯泡沫产品的制备方法。丙烯聚合物树脂优选的是支链或轻度交联的。与挤出聚结泡沫线材结构相关的实例具有34-72％的开孔量、孔径0.36-0.85毫米(mm)且密度22.1-31.7千克/立方米(kg/m3)。本发明还公开了通过聚四氟乙烯薄板排列的石墨板的应用。
本发明的一个方面是一种包含丙烯聚合物材料的挤出、开孔、聚结泡沫线材，它的密度是22kg/m3或更小(≤)，优选≤20kg/m3，开孔量至少(≥)是50％，且孔径≤2mm。
在相关方面，该聚合物物质的开孔量≥80％。优选不需机械诱导穿孔通道的结构。
本发明的第二方面是包含丙烯聚合物材料的挤出、开孔、声学活跃的(acoustically active)、聚结泡沫线材，它的密度≤100kg/m3、开孔量≥50％、孔径≤2mm且在其挤出方向上的降噪系数≥0.3。在此，该泡沫已经限定了大部分穿孔通道，这些通道的方向通常与挤出方向垂直。
本发明的第三方面是包含丙烯聚合物材料的挤出、开孔、聚结泡沫线材，它的密度≤20kg/m3且开孔量≤50％。
本发明的第四方面是包含丙烯聚合物材料的挤出、完全闭孔、聚结泡沫线材，它的密度是20kg/m3或更小、开孔量＜20％且孔径2mm或更小。
本发明的第五方面是发泡设备，它包括：
d)泡沫挤出物接受辊轴装置；
e)第二辊轴装置，它与泡沫挤出物接受辊轴装置通过至少一个铰接装置相连；和
f)泡沫拉伸装置，它与第二辊轴装置相隔离但有操作关系。在相关方面，该设备还包括制板装置。该制板装置可替换第二辊轴装置或补充装置a)和b)。作为替代品，该制板装置优选通过至少一个铰链装置与泡沫挤出物接受辊轴装置相连。作为补充物，该制板装置优选通过相同的方式与第二辊轴装置相连，且与泡沫拉伸装置相隔离但有操作关系。该制板装置优选操作上连接至少一个润滑剂喷洒器。该润滑剂喷洒器优选在该设备操作过程中向与泡沫材料相接触的制板装置表面提供润滑物质。
具体来说，例示性而非限制性的，本发明提供了一种包含丙烯聚合物材料的挤出、开孔、聚结泡沫线材，其密度≤22千克/立方米且开孔量≥80％。
对于本发明所述的第一和第二方面的线材，其中的泡沫还具有小于25千帕斯卡秒/米2的气流阻率。
对于本发明所述的线材，其中穿孔通道由机械力产生。
对于本发明所述的第二方面的线材，其中密度小于或等于60千克/米3。
对于本发明所述的第二方面的线材，其中该泡沫的压缩强度比率(垂直方向和挤出方向之比)大于0.3。
附图概述
图1是本发明第五方面发泡设备的示意图。
图2是与第五方面相关方面的示意图。
本发明第一和第二方面的挤出、聚结泡沫线材或结构具有一种开孔量≥50％，优选≥70％，更优选≥80％的开孔结构。本发明第四方面的挤出、聚结泡沫线材具有完全闭孔结构，其开孔量小于20％。第三方面的物质要么具有开孔量20-≤50％的开孔结构，要么具有开孔量小于20％的开孔结构。美国测试和材料学会的测试D2856-A(ASTMD2856-A)简要描述了测定开孔量的方法。
具有相对较低特定气流阻力(国际标准组织(ISO)9053：1991(E))的开孔泡沫结构在声音管理应用中提供足够的声吸收。声吸收最适宜的特定气流阻力值大约在800-2000帕斯卡秒/米。为在25mm厚度条件下具有这样的特定气流阻力，开孔泡沫应当具有大约32-80千帕秒/平方米(kPa s/m2)的气流阻率。虽然气流阻率小于32kPas/m2的泡沫对声吸收是次优选择，但它也可用于声音管理，具体来说，可用于隔音。
利用聚烯烃泡沫获取这种气流阻率出现了制造上的难题。本发明通过将线性聚烯烃树脂转化成高(如后面所限定的)开孔量的挤出、聚结泡沫线材结构克服了这些难题。所得泡沫结构在其挤出方向上的气流阻率不超过(≤)70kPa s/m2。这在挤出方向上提供了满意的吸音水平。为在与挤出方向垂直的方向上获得满意的声吸收，优选在垂直方向上穿孔，比如利用针。
挤出、聚结泡沫线材在挤出方向的气流阻率(AFR)≤70kPa s/m2，优选≤50kPa s/m2，更优选5-20kPa s/m2。依据ISO9053：1991(E)的方法A测定AFR。
该挤出泡沫线材可以，但优选，进行穿孔以使其具有限定的穿孔通道。穿孔有助于增加泡沫材料相对于其穿孔前的平均吸音系数(ASC)。ASC是在频率250、500、1000和2000赫兹(Hz)下、依据ASTM E-1050测得的厚度为25mm的泡沫样品吸音系数的数学平均值。只要泡沫材料的ASC大于等于(≥)0.3，优选大于(＞)0.3，任何穿孔模式或频率都可以使用。合适的话，虽然可以使用频率小于(＜)1孔/厘米2的穿孔模式，但是频率≥1孔/厘米2且孔间距大约10mm的穿孔模式提供令人满意的结果。优选频率≥4孔/厘米2且孔间距大约5mm。熟练技术人员技术人员公认依据ASTM E-1050测得的实验数据，如ASC，提供了物质降噪系数(NRC)的合理近似值。NRC是利用混响室在频率250、500、1000和2000Hz条件下依据ASMC-423测量的吸音系数的数学平均值。ASTM E-1050方法依靠阻抗管。
适宜于声音吸收应用的本发明聚结、挤出泡沫线材优选在泡沫挤出方向上的ASC≥0.3。
任何常规穿孔方法都可用于对本发明挤出、聚结泡沫线材进行穿孔。机械方法，如一个2mm的锥形针或该类针的一个格栅，可产生非常满意的结果。优选在与挤出方向垂直的方向上进行穿孔。
本发明的挤出、聚结泡沫线材适用于隔音应用(如，作为夹心板结构的核物质)。在此类应用中，该物质必须具有低动刚度。本发明的低密度、开孔、挤出、聚结泡沫线材具有低动刚度。如后面将描述的，此类泡沫材料的弹性化将产生更低的动刚度。优选弹性化技术包括快速施加足够的压力以使泡沫压缩其初始厚度的≥50％，优选≥80％，更优选≥90％，再优选≥95％，然后释放施加的压力。
该弹性泡沫的动态弹性模数小于1牛顿/毫米2(N/mm2)，优选小于0.6牛顿/mm2，更优选小于0.4牛顿/mm2。根据定义，动态弹性模数大于0牛顿/mm2。
本发明挤出、聚结泡沫线材的孔径优选不超过2mm。孔径更优选≤1.5mm，再优选≤1mm。
本发明第二方面聚结线材的密度(ρ)≤100kg/m3，适宜密度≤60kg/m3，优选≤30kg/m3，更优选≤20kg/m3。第三和第四方面聚结线材的密度≤20kg/m3。对本发明的所有产品，无论是否具有在此限定的穿孔通道，其优选和更优选密度都能得到令人非常满意的结果。密度同样＞0kg/m3，适宜密度≥5kg/m3，优选≥10kg/m3，更优选≥10-20kg/m3。
本发明挤出、聚结泡沫线材还可用于隔热，这是因为它们的导热率是45毫瓦/米开氏度(mW/m°K)或更小，优选40mW/m°K或更小，更优选35mW/m°K或更小。适宜于隔热应用的挤出、聚结泡沫线材可以是开孔量小于80％的开孔泡沫材料，优选开孔量小于70％，更优选小于60％。其它合适的聚结泡沫线材被认为是闭孔泡沫，因为它们的开孔量小于20％。
当用本发明第五方面或其相关方面的发泡设备制备该聚结泡沫线材时，它易于形成光滑外表面。
希望通过包含线性聚烯烃树脂或线性聚烯烃树脂和不同热塑树脂混合物的聚合体组合物来制备该聚结泡沫线材。当用作线性聚烯烃树脂时，聚丙烯(PP)均聚物和聚丙烯共聚物树脂提供满意的结果。USP 5,527,573在第3栏、27-52行公开了适宜的丙烯聚合物，其制备方法在此引入作为参考。该丙烯聚合物包括(a)丙烯均聚物，(b)丙烯和一种选自乙烯、含4-10个碳原子(C1-4)的1-烯烃(α-烯烃)和C1-4二烯的烯烃的随机和嵌段共聚物，和(c)丙烯和两种选自乙烯和C4-10 α-烯烃的单体的随机三元共聚物。C4-10 α-烯烃可以是直链烃或支链烃，但优选直链烃。合适的丙烯聚合物的熔体流动速率或MFR(ASTM D-1238，条件230℃/2.16千克(kg))是0.01-100克/10分(g/10min)，优选0.01-50g/10min，更优选0.05-10g/10min，再优选0.1-3g/10min。
如果需要，PP和丙烯共聚物树脂可以是通过该领域中已知的分枝方法制备的高熔融强度树脂。该方法包括用高能电子束照射(USP4,916,198)、与叠氮功能基硅烷耦合(USP 4,714,716)以及在多重乙烯基功能单体存在下与过氧化物反应(EP 879,844-A1)。但是，应用较便宜的树脂或添加剂可以得到满意的结果。
希望使用常规挤出方法和设备(如USP 3,573,152和USP4,824,720中描述的)制备适宜的聚结泡沫线材。这些专利中的方法在此提出用作参考。
在常规挤出发泡方法中，可将聚合物成分转化成聚合物熔体并将发泡剂和其它添加剂(必要的话，如核)加入聚合物熔体中以形成可发泡凝胶。然后挤出可发泡凝胶穿过模具并进入降低了的或较低的压力区以促进发泡并形成满意产品。降低了的压力低于发泡凝胶在挤出穿过模具前时的压力。较低的压力可以超过大气压或是低于大气压(真空)，但优选处于一个大气压水平。
为制备本发明的聚结泡沫线材产品，要将可发泡凝胶穿过多孔模具并进入较低压力区以利于发泡。模具上的孔按一定要求排列以便于发泡过程中熔融挤出物相邻股之间相互接触且接触表面通过足够的粘结力相互粘结在一起以形成均匀的泡沫结构。从模具中流出的熔融挤出物每股都呈线或孔的形状，它们按要求发泡、聚结、并相互粘结以形成均匀结构。令人满意的是，聚结单根股线或外侧面在均匀结构内相互粘结以避免这些股线在制备、成型和应用泡沫时所施加的压力下分层。
在挤出可发泡凝胶穿过模具前，通常应将可发泡凝胶从促进熔融混合的温度冷却到较低的最优发泡温度。凝胶可在挤出机或其它混合装置中冷却，也可在分离冷却器内冷却。最优发泡温度通常超过每种聚合物成分的玻璃化转变点温度(Tg)，或对于具有熔点(Tm)的可充分结晶成分，接近Tm。“接近”是指处于、超过或低于且主要取决于稳定泡沫存在的温度。满意的温度在Tm上下30度(℃)以内。对于本发明的泡沫，最优发泡温度在泡沫不破裂的温度范围内。
发泡剂可与通过本领域内任何已知的方法(如利用挤出机、混合器或搅拌机)熔融的聚合物合并或混合在一起。发泡剂与在有效避免熔融聚合物明显膨胀并使发泡剂在其内均匀分散的递增压力下熔融的聚合物相混合。选择性地，在成塑或熔融前，可将熔融成核剂搅拌进熔融聚合物内或将干燥成核剂与聚合物相混合。
任何常规发泡剂都可用于制备本发明的聚结泡沫线材产品。USP5,348,795在第3栏、15-61行公开了大量适宜的发泡剂，其制备方法在此引入用作参考。优选发泡剂包括含有1-9个碳原子的α-烃，尤其是丙烷、正丁烷和异丁烷，更优选异丁烷。
本发明的泡沫还可利用聚积挤出方法和设备(如USP 4,323,528和USP 5,817,705中所示)来制备，这些方法在此引入用作参考。这种设备，通常被看作是“挤出-聚积系统”，使得工作人员可以通过间歇过程而非连续过程进行操作。该设备包括可发泡凝胶保持不发泡的准备区或聚积器。准备区装备有出口模具且其开口处位于较低压力(如大气压)区。该模具有一个可开放或闭合的孔，优选用作准备区外部的闸门。该闸门的应用除了允许发泡组合物流经模具外，对其没有其它影响。打开闸门并同时通过机械作用(如机械撞击)将机械压力施加到凝胶上以迫使凝胶穿过模具进入较低压力区。该机械压力可有效迫使可发泡凝胶以足够快的速度穿过模具而避免其在模具内明显发泡，而足够慢的速度将降低、最好避免泡沫断面区或外形上产生不规则形状。这样，非间歇操作，该方法和其成品与通过连续挤出方法制备的产品非常相似。
本发明的聚结泡沫线材可应用于隔热和隔音。它们具备孔径和开孔结构的组合，还可通过穿孔通道相互连接以使其能有效应用于两种用途。
本发明的聚结泡沫线材可含有一种或多种常规添加剂。添加剂包括但不局限于，成核剂、无机填料、传导型填料、色素、抗氧化剂、酸清除剂、阻燃剂、紫外线吸收体、加工助剂、挤出助剂、渗透性调节剂、抗静态剂、辐射阻隔物和其它热塑聚合物。特定添加剂，如无机和传导型填料，也可用作成核剂，促进形成开孔或兼具两种作用。聚结泡沫线材优选至少含有一种辐射阻隔物，如炭黑和阻燃剂。
固体颗粒添加剂，如辐射阻隔物和阻燃剂助剂(如二氧化锑或Sb2O3)利于成核，因此限制了泡沫膨胀并最终限制了泡沫断面部分的尺寸。为抵消此作用，可添加孔径放大剂，如熔点相对较低的含蜡物质(USP 4,229,396)或不含蜡的低分子量化合物(USP 5,489,407)。这两个专利中的方法在此引入用作参考。
通过在聚结线材结构中、略(1-15℃，优选1-5℃)高于制备闭孔泡沫最高温度的温度下挤出PP树脂来制备大孔泡沫，可选择利用如第五方面或其相关方面所述的辊轴在模具内逐渐形成泡沫体。
附图中，所用的每个数字，如第二泡沫拉伸装置40，在每个图中都指相同的成分。使用该数字的变形，如40’，指相似的成分。
图1简要显示了发泡设备10。设备10包含泡沫挤出物接受辊轴装置20、第二辊轴装置30和泡沫拉伸装置40。
泡沫挤出物接受辊轴装置20具有第一组辊轴21和与第一组辊轴21隔离但与之平行的第二组辊轴25。第一组辊轴21包含第一辊轴架22和很多辊轴23。第二组辊轴25包含第二辊轴架26和很多辊轴27。
第二辊轴装置30具有第三组辊轴31和与第三组辊轴31隔离但与之平行的第四组辊轴35。第三组辊轴31包含第三辊轴架32和很多辊轴33。第四组辊轴35包含第四辊轴架36和很多辊轴37。
第一辊轴架22通过至少一个，优选至少两个铰接装置24(只显示其中一个)与第三辊轴架32操作连接。第二辊轴架26通过至少一个，优选至少两个铰接装置28(只显示其中一个)与第四辊轴架36操作连接。
泡沫拉伸装置40包含第一传输带41和与第一传输带41隔离但与之平行的第二传输带46。第一传输带41逆时针旋转，第二传输带46顺时针旋转。虽然图1显示了传输带且传输带提供非常满意的结果，但熟练技术人员易于认为其它设备也可用作泡沫拉伸装置。此类设备是一对反向驱动滚轮。
通过运行装备有发泡模具12(优选多孔泡沫线材模具)的熔体加工设备11(显示挤出机的部分剖面)将可发泡凝胶14填入由第一组辊轴21和第二组辊轴25限定的较低压力区。该可发泡凝胶膨胀直到它与到两组辊轴(21和25)接触并至少部分凝固形成泡沫体15。
来自设备11的压力与包含在辊轴组21和25中的辊轴的作用共同将泡沫体15从第一和第二组辊轴21和25移入第二辊轴装置30，并使第三组辊轴31和第四组辊轴35隔离开。泡沫体15离开辊轴装置30并进入泡沫拉伸装置40，在此它与第一传输带41和第二传输带46接触。传输带41和46共同将泡沫体从第二辊轴装置30抽出。
一旦泡沫拉伸装置40开始起作用并推进泡沫体15穿过该装置，可以调节装置20中第一和第二组辊轴21和25间及装置30中第三和第四组辊轴31和35间的空隙(如果必要或需要校准)以在泡沫体穿过设备10时向其施加更大或更小的压缩力。
熟练技术人员公认铰接装置24使得第一组辊轴21和第三组辊轴31的临近端向相同的方向移动。也就是说，如果辊轴组21的该端离开泡沫体15，辊轴组31的最近端或靠近端也将离开泡沫体15。连接第二组辊轴25和第四组辊轴35的铰接装置28与铰接装置24运作方式相同。
图2简要显示了发泡设备10’。设备10’包含泡沫挤出物接受装置20、制板装置50和泡沫拉伸装置40。
图2中显示的熔体加工设备11、泡沫挤出物接受装置20和泡沫拉伸装置40与图1显示的相应部分最好相同。图中在比例上显示的任何差异完全是偶然造成的。
制板设备50具有上层板装置51和与上层板装置51隔离但与之平行的下层板装置55。上层板装置51包含上层基座壳52、与壳52操作连接的小摩擦泡沫接触板53、以及与壳52操作连接并与接触板53有液体联系的润滑剂喷洒器54。润滑剂喷洒器54的另一端与润滑剂源有液体联系(未示出)。下层板装置55包含下层基座壳56、与壳56操作连接的小摩擦泡沫接触板57、以及与壳56操作连接并与接触板57有液体联系的润滑剂喷洒器58。润滑剂喷洒器58的另一端与润滑剂源有液体联系(未示出)。
第一辊轴架22通过至少一个，优选至少两个铰接装置24(只显示其中一个)与上层板装置51操作连接。第二辊轴架26通过至少一个，优选至少两个铰接装置28(只显示其中一个)与下层板装置55操作连接。
运行时，熔体加工设备11最好与图1描述的相同设备运作方式相同。
来自设备11的压力与包含在辊轴组21和25中的辊轴的作用共同将泡沫体15从第一和第二组辊轴21和25移入制板装置50，并使上层板装置51与下层板装置55隔离开。泡沫体15离开制板装置50并进入泡沫拉伸装置40，在此它与第一传输带41和第二传输带46接触。传输带41和46共同将泡沫体从第二辊轴装置30抽出。
一旦泡沫拉伸装置40开始起作用并推进泡沫体15穿过该装置，可以调节装置20中第一和第二组辊轴21和25间及装置50中上层和下层板间的空隙(如果必要或需要校准)以在泡沫体穿过设备10’时向其施加更大或更小的压缩力。
考虑制板装置50和第二辊轴装置30间的差异，铰接装置24和28与它们在图1中的相应部件运作方式应当相同。
下面的实施例解释但决不限制本发明的范围。阿拉伯数字表示本发明的实施例而字母表示对比实施例。除非指明，所有等分和百分比都是按重量计算且温度以℃为单位。
实施例1
在进料、熔融和测量的标准连续区之后，使用具有两个额外混合及冷却连续区的两寸长(2”)(50.8mm)螺旋形挤出机。在测量和混合区之间提供开口用于注入发泡剂。在冷却区之后附着具有在此限定的132个圆孔(共6排，每排22孔)的线材底模。每个孔的直径是0.8mm。孔以等边三角形的模式排列，孔间距3.6mm。虽然该实施例使用圆孔，熟练技术人员认为，如果需要也可使用其它孔形。
将PP均聚物树脂颗粒(PP-1，Moplen
Figure C0180668600141
D50G，0.3g/10minMFR，Montell Polyolefins)同每百份重量PP(pph)中含0.05份的抗氧化剂(AO-l，Irganox1010，Ciba-Geigy Corp.)一起以55kg/小时(kg/h)的速率填入挤出机。使挤出机维持在下面设定温度：进料区＝160℃，熔融区＝190℃，测量区＝200℃，混合区＝200℃。以17pph的均匀比率将异丁烷注入混合区。
将冷却区和底模的温度降低到160℃。调整底模内的模空隙以制备不会预发泡的稳定聚结泡沫线材结构。该结构虽然稳定，但仍含有软核。
将聚结泡沫线材推入本发明的发泡设备，优选如图1所示(第五方面)，以生产用于试验1.1的样品。辊轴装置和泡沫拉伸装置组合使用可生产表面光滑的聚结泡沫线材，且断面面积超过不组合使用所得线材的50％以上。
将冷却区和底模温度降低到157℃并获得稳定的聚结泡沫线材结构。取出一些泡沫线材结构的样品用于试验1.2。
进一步将冷却区和底模温度降低到155℃生产完全闭孔的聚结泡沫线材。
表1列出了试验1.1和1.2的特性和参数。
表1
*T＝厚度，W＝宽度
试验1.1泡沫的线材中有大量开口或互连内孔。试验1.2的泡沫比试验1.1的泡沫具有更多完整的内孔。开孔量支持该测定。试验1.1和1.2泡沫的导热系数分别是38.5毫瓦/米开氏度(mW/m°K)和42.2mW/m°K。
实施例2
重复实施例1，试验1.2用以实施试验2.1，并通过去除应用发泡设备修改试验2.1以实施试验2.2。表2A和2B列出了试验2.1和2.2的特性和参数。依据ASTM D3575，测定10％偏差时挤出方向(E)和垂直方向(V)的压缩力。
表2A
Figure C0180668600161
表2B
Figure C0180668600162
表2A和2B中的数据表明使用该发泡设备生产的泡沫(试验2.1)比不使用该设备生产的相同的泡沫组合物(试验2.2)的断面面积大62％以上。此外，相对于不使用该发泡设备，使用该设备加工相同泡沫组合物可增加模压。
表2A和2B的数据还表明，使用该发泡设备(试验2.1)比不使用该设备(试验2.2)产生更大的密度、导热率和垂直方向(V/E)上的相对强度。虽然两种泡沫材料都适合本发明的目的，但是试验2.1的泡沫提供了比2.2更优的性能。
实施例3
重复实施例1，但进料速率降低到50kg/h，把抗氧化剂换成Irganox
Figure C0180668600163
XP 621(Ceiba-Geigy Corp.)，并修改组合物使分别在2.5pph、3pph和1pph的水平下添加炭黑、阻燃剂和三氧化锑(Sb2O3)。阻燃剂是四溴双酚A-双(2，3-二溴丙基)醚(PE-68TM，Great Lakes ChemicalCorp.)。阻燃剂以在低密度聚乙烯(LDPE)中的30wt％浓缩物形式、Sb2O3以在LDPE中的80wt％浓缩物形式且炭黑(Aerosperse
Figure C0180668600164
15，Engineered Carbons)以在聚烯烃塑料(POP)中的30wt％浓缩物形式添加。该LDPE的熔融指数(I2)是20克/10分钟(g/10min)(ASTMD-1238，190℃/2.16kg)。该POP的密度(ρ)是0.9g/cm3且I2是1.0(AFFINITY* PL 1880，陶氏化学公司)。*陶氏化学公司的一个商标。
冷却区和底模使用150℃的温度以生产稳定的泡沫，其样品用于试验3.1。该温度使得底模中的一些孔被堵。由于失去股线，孔被堵塞进而将在泡沫中产生一些开孔通道。试验3.1的泡沫厚22mm、宽88mm、密度19.2kg/m3、孔径0.4mm、开孔量87vol％。其导热系数(TC)是34.0mW/m°K。
实施例4
重复实施例3，但是除去炭黑，将阻燃剂减少到2.5pph，将Sb2O3增加到1.25pph，并且将冷却区和底模温度增加到155℃。Sb2O3以在非晶态聚丙烯(TMS级(粒径0.9-1.8微米)Sb2O3，Fyrebloc
Figure C0180668600171
5AO-080Y8，Great Lakes Chemical Corporation)中的浓缩物形式添加。表3A和3B列出了试验4.1和4.2的特性和参数。试验4.2使用实施例1的发泡设备。试验4.1不使用该设备且它不是本发明的实施例。
表3A
Figure C0180668600172
表3B
Figure C0180668600173
如实施例2，表3A和3B中的数据表明使用本发明的发泡设备可得到满意的性能结果。导热系数值表明泡沫产品可用于隔热(依据德国工业标准(DIN)4102的B2级)。
实施例5
重复实施例3，但是用2.5pph石墨(PF-426级，Graphite Sales Inc.)取代炭黑，将阻燃剂含量降低至2.5pph，将进料速率降低至45kg/h，将抗氧化剂含量增加到0.1pph，并将冷却区和底模温度调至156℃(试验5.1)和154℃(试验5.2)用以制备泡沫材料。试验5.1和5.2中含有在POP中的10％甘油单硬脂酰酯(GMS，Atmer
Figure C0180668600181
129，ICIAmericas)浓缩物，这足以为试验5.1提供0.5pph的GMS并为试验5.2提供1.5pph的GMS。试验5.2使用实施例1的发泡设备，但试验5.1不使用。试验5.1和5.2的泡沫比实施例1的泡沫具有更多的闭孔结构，但是它们的导热系数(参照表4)足够低而可有效用于隔热材料。表4A和4B列出了试验5.1和5.2的特性和参数。
表4A
Figure C0180668600182
*非本发明的实施例
表4B
Figure C0180668600183
*非本发明的实施例
表4A和4B中的数据证明了使用实施例1描述的发泡设备的好处和该泡沫产品由于其相对低的导热系数而应用于隔热的适用性。
实施例6
重复实施例1并做几处改动来制备用于试验6.1的泡沫样品。将模具调整为120孔的模具(8排，每排15孔，且如实施例1描述的，孔以等边三角形的模式排列，孔径0.9mm，孔间距3.46mm)。调整聚合物为90wt％的PP树脂(PP-2，Pro-fax
Figure C0180668600184
6823，0.5g/10min MFR，Montell Polyokefins)和10wt％的用于实施例2的POP的混合物。将进料速率提高到60kg/h并将异丁烷降低至16pph。在冷却区和底模温度为160℃时制备该泡沫。
试验6.1的泡沫是每股线中有很多气孔的聚结泡沫线材产品。气孔利于在泡沫的每股线中产生空心通道。试验6.1的泡沫厚30mm、宽68mm、密度20.8kg/m3、孔径0.6mm、开孔量87％。
实施例7
重复实施例1并做几处改动来制备用于试验7.1、7.2和7.3的泡沫样品。使用6”(152.4mm)挤出机而非实施例1中的2”(50.8mm)挤出机和具有孔径1.02mm以孔间距3.92mm呈三角形排列的多孔模具。选择性开放足够的孔以达到满意的断面尺寸。
使用三种树脂的混合物用于制备试验7.1、7.2和7.3。所选树脂是PP-2、PP-3和实施例3的POP，并有如下的重量比：试验7.1和7.2的泡沫是68/20/12，试验7.3的泡沫是49/39/12。PP-3是一种高熔融强度的PP树脂(Pro-fax
Figure C0180668600191
PF-814，3g/10min MFR，MontellPolyokefins)。将混合物以363kg/h的速率填入挤出机。对试验7.1和7.2注入14pph异丁烷发泡剂，而对试验7.3注入12pph。
试验7.1和7.2使用的AO-1和AO-2均为0.1pph。试验7.3使用0.6pph的AO-1和0.1pph的AO-2。AO-2是另一种抗氧化剂(Ultranox
Figure C0180668600192
626，通用电器)。试验7.1和7.2使用0.2pph的硬脂酸钙和0.4pph的滑石用作成核剂而试验7.3则使用0.2pph的硬脂酸钙和0.65pph的滑石。
使用下列设定温度：进料区＝170℃，熔融区＝190℃，测量区＝210℃，混合区＝195℃。以表5显示的规定速率注入异丁烷。以167℃的冷却区和底模温度生产用作试验7.1泡沫的稳定泡沫。降低温度至165℃生产用作试验7.2泡沫的完全闭孔泡沫。进一步降低温度至160℃生产用作试验7.3泡沫的完全闭孔泡沫。
表5列出了试验7.1、7.2和7.3的特性和参数。
表5
Figure C0180668600201
*非本发明的实施例
表5中的数据表明当利用大型设备来制备开孔聚结泡沫线材板制品时，需保持冷却区的温度高于生产闭孔泡沫冷却区的温度。
实施例8
重复实施例1，但是将挤出机进料速率提高至60kg/h、使用均为0.035pph的AO-1和AO-2与0.05pph的滑石、将异丁烷进料比率提高至21pph并将发泡温度降低至158℃以制备用于试验8.1和8.2的完全闭孔泡沫。表6A和6B列出了试验8.1和8.2的特性和参数。试验8.2使用实施例1的发泡设备。试验8.2不用且它不是本发明的实施例。
表6A
Figure C0180668600202
表6B
Figure C0180668600203
表6A和6B中的数据表明使用实施例1的发泡设备(试验8.2)可制备出完全闭孔结构(开孔量＜20vol％)的低密度泡沫且大面积的断面可通过发泡进行制备。
实施例9
对实施例1、3、6和7的泡沫进行气流阻率试验(ISO 9053：1991(E)方法A)。对每种试验材料，叠加足够多的样品以产生足够的厚度用于取出直径65mm、厚35mm(厚度方向上排列的泡沫线材)的圆柱形试验样品。试验前用填缝化合物填充试验3.1的开孔通道。表7列出了指示试验泡沫的气流阻率和开孔量。
表7
试验   气流阻率(kPas/m<sup>2</sup>) 开孔量(％)
  7.3*   1093   13
  7.2*   74.5   10
  7.1   21.3   55
  1.2   19.9   81
  1.1   7.1   88
  3.1   5.7   87
  6.1   4.3   87
*非用于声音隔离的本发明实施例
表7以气流阻率的降序进行排列。气流阻率通常和开孔量呈反向关系。试验7.2和7.3的泡沫是在挤出方向上具有高气流阻率的完全闭孔泡沫。低气流阻率利于在声音隔离中的应用。
实施例10
重复实施例3，但是做大量改动。降低阻燃剂含量至2.5pph、炭黑含量至2pph。提高AO-1含量至0.1pph、异丁烷至19pph且发泡温度至151℃。利用实施例4的Sb2O3浓缩物提供含量1pph的Sb2O3、实施例5的GMS浓缩物提供含量0.4pph的GMS。对试验10.2-10.4，向混合区注入2pph的商标VORANOL* 9287的聚醚型多元醇(陶氏化学公司)和乙醇以75/25重量比混合的混合物用于孔径放大。*陶氏化学公司的商标。试验10.1和10.3不使用实施例1的发泡设备且不能代表本发明。试验10.2和10.4使用该设备。表8A和8B列出了试验10.1-10.4的特性和参数。该泡沫达到与实施例4泡沫相同的B2级DIN可燃率。
表8A
Figure C0180668600221
表8B
Figure C0180668600222
表8A和8B中的数据表明在不增加开孔量的条件下，发泡对模压、泡沫断面尺寸、泡沫密度和孔径有很好的效果。此外，VORANOL/乙醇混合物的应用可有效降低生成泡沫的密度。
实施例11
利用来自丹麦Naerum，Brueel and Kjaer A/S的4206型声学阻抗管和3555型信号分析仪，对实施例1、3、6和7的泡沫试验样品进行声吸收试验。它根据ASTM E-1050测量了正入射吸音系数。对29mm和100mm直径的样本进行了测试。
29mm的样本得到比100mm样本更精确的高频声吸收数据。低频时相反。100mm样本的低频数据和29mm样本的高频数据组合起来形成了合成声吸收曲线。
通过在垂直方向上叠加两个或更多泡沫板以增大样品厚度来制备具有长25mm的试验样本。在挤出方向上从叠加块中钻孔制备试验样本。
对于垂直方向的声学测试，叠加两个或更多样品以使每个样品的厚度互相叠加。第一组样本完全没有穿孔(V0h)。第二组用2mm的针穿孔并产生密度1孔/cm2(孔间距约10mm)(V1h)的穿孔通道。第三组用2mm的针穿孔并产生密度4孔/cm2(孔间距约5mm)(V4h)的穿孔通道。表9A-D列出了声学测试数据。对所有表9A-D，E＝挤出方向，Max＝如果有的话，在第一个峰处测得的最大吸收系数，其出现在合成声吸收曲线的低频端。fmax＝最大吸收发生的频率。
表9A
Figure C0180668600231
表9B
表9C
Figure C0180668600251
*指非本发明的实施例
表9D
Figure C0180668600261
*指非本发明的实施例
正如所预期的，实施例1、3和6制备的多孔开孔泡沫在低气流阻力、挤出方向上吸音效果很好。试验7.1的部分开孔泡沫在挤出方向上显示出很小的声吸收特征。试验7.2和7.3制备的完全闭孔泡沫在挤出方向上的吸音效果不能令人满意。即使是对于一些适于无穿孔应用的试验6.1的泡沫(空心泡沫)，穿孔也可增强垂直方向上的声吸收。没有穿孔，所有泡沫(空心聚结泡沫线材(试验6.1)或许例外)都不能在垂直方向上有令人满意的声吸收，而该方向是泡沫的常用方向。一些泡沫材料要求比其它物质更多的穿孔以使ASC达到0.3或更高。还有一些泡沫材料根本就不需穿孔以使ASC达到0.3或更高。
实施例12
对试验1.1、7.1和7.2的泡沫进行动刚度测试。从泡沫上切取两组10cm×10cm的样本。一组样本在不压缩态下进行测试，其厚度列于表11。另一组先进行压缩、使其自由回复、然后切成表11所列厚度。压缩或弹性化是通过施加足够的压力使样本压缩至其初始厚度的95％，然后释放所施加压力并使泡沫回复。在泡沫样本上放置一10cm×10cm、2kg的重物以提供200千克/米2(kg/m2)的表面重力并依据ISO 9052-1测定动刚度。将动刚度测量值与样本厚度相乘计算动态模量。表11指明了泡沫试验号、样本厚度(T，单位：mm)、样品是否弹性化(压缩)、动刚度(DS，单位：兆牛顿/米3(MN/m3))和动态模量(DM，单位：牛/毫米2(N/mm2))。
表11
  泡沫试验   T(mm)   压缩(Y/N)   DS(MN/m<sup>3</sup>)   DM(N/mm<sup>2</sup>)
  1.1   25   N   27   0.7
  1.1   17.5   Y   4   0.1
  7.1   25   N   43   1.1
  7.1   25   Y   28   0.7
  *7.2   10   N   79   0.8
  *7.2   10   Y   62   0.6
*指非本发明的实施例
表11中的数据表明，和试验*7.2的闭孔泡沫相比，本发明的开孔泡沫(试验1.1和7.1)具有较低的动刚度和动态模量(特别是经过压缩/弹性化之后)。从动刚度和动态模量都有接近7倍的变化可看出，泡沫试验1.1易于弹性化。这种泡沫可用作夹心板或石膏板层(PBL)以及冲击声隔离应用的插入物。所得板层可用于墙结构的热和声音隔离。
实施例13
重复实施例1，但是利用装备有实施例7模具的3-1/2寸(89mm)挤出机将70/30重量比的聚丙烯/乙烯-辛烯-1(PP/EO)聚合物混合物转化成试验11.1的泡沫。将挤出机保持在下面的设定温度：进料区＝170℃，熔融区＝205℃，测量区＝220℃，混合区＝190℃，冷却区和挤出模＝153℃。AO-1和AO-2均以0.13pph的比率、滑石以0.15pph的比率、HCFC-142b以12pph的比率进行填充。
PP是熔体流动速率(MFR)为0.6克/10分(g/10min)(ASTMD-1238，230℃/2.16kg)(Himont Incorporated)的发展性高熔融强度树脂合成物。该合成物是支链PP共聚物树脂(MFR为2g/10min)和常规PP均聚物(MFR为0.3g/10min)以50/50重量比混合的混合物。该EO是乙烯/辛烯-1共聚物(AFFINITY* FW 1650.密度0.902g/cm3，熔融指数(I2)3.0g/10min(ASTM D-1238，190℃/2.16kg)，陶氏化学公司)。
所得泡沫具有完全开孔结构(依据ASTM D 2856的方法A，开孔量85％)且孔径为0.94mm。该泡沫的密度为40.4g/m3、断面面积为45mm×505mm。
对该泡沫进行如实施例11的声吸收测试(如表12显示的使用较少的频率)并将结果列于表12中。
表12
Figure C0180668600291
利用105cm×205cm的薄板依据ISO 717/1-1982测量声衰减指数(R’w)数据。利用试验用两种结构中之一种并使用初生泡沫(只是形成而无穿孔)或如V1h的穿孔泡沫。一种结构(称为“I”)是厚50mm的平面泡沫板。另一种结构(称为“W”)是由间隔205mm位于板交错侧的泡沫带支撑的40mm厚的泡沫板。该泡沫带宽40mm、厚5mm。测试机构如Centre Experimental de Recherche et d’Etudes duBatimen et des Travaux Publics(CEBP)易于进行这种测试。
初生泡沫的R’w在I结构中是31dB，在W结构中是33dB。穿孔泡沫的R’w是39dB。此数据表明穿孔的益处。
实施例14
重复实施例1并做几处改动来制备用于泡沫试验14.1的泡沫材料。将挤出机换成6”(152.4mm)挤出机并将模具换成1950孔的模具(13排，每排150孔，如实施例1中的三角形模式排列，孔径0.84mm，孔间距3.53mm)。将PP-2树脂同0.2pph的抗氧化剂粉末(Ultranox815P，通用电器(AO-3))和0.8pph的AO-1浓缩物(15wt％，熔融指数(I2)1.8克/10分(g/10min)(ASTM D-1238，190℃/2.16kg)且密度0.923g/cm3的低密度聚乙烯树脂中，基于AO-1浓缩物重量)一起以544kg/h的速率填入挤出机。改变设定温度如下：进料区＝170℃、熔融区＝190℃、测量区＝210℃、混合区＝195℃。降低异丁烷的进料比率至16.5pph。将冷却区和底模温度设定为158℃以制备稳定泡沫。
表13列出了试验14.1的特性和参数。
表13
Figure C0180668600301
表13中的数据显示了利用大型设备制备本发明的开孔聚结泡沫线材板制品。
实施例15
对试验14.1的泡沫进行如实施例12的动态模量和动刚度测试，并进行如实施例10的吸音系数测试。挤出并穿孔后测试泡沫(如实施例10的V4h)并对其进行压缩处理测试(如实施例12)。表14A和14B列出了试验数据。
表14A列出了试验15的动态模量和气流阻率。
表14A
  泡沫处理   T(mm)   DS(MN/m<sup>3</sup>)   DM(N/mm<sup>2</sup>)
  挤出   45   47   0.51
  穿孔并压缩   45   15   0.16
表14B列出了试验15的吸音系数。
表14B
  频率   挤出   穿孔并压缩
  100   0.06   0.09
  125   0.08   0.13
  160   0.09   0.20
  200   0.10   0.33
  250   0.11   0.47
  315   0.12   0.60
  400   0.12   0.83
  500   0.12   0.83
  630   0.13   0.64
  800   0.14   0.48
  1000   0.13   0.40
  1250   0.15   0.41
  1600   0.17   0.39
  2000   0.18   0.52
  2500   0.20   0.76
  3150   0.25   0.74
  4000   0.53   0.62
  5000   0.53   0.56
  ASC   0.14   0.55
表14A和14B中的数据表明，当穿孔并压缩时，试验14中制备的泡沫材料变成具有低动刚度和高吸音系数的优质声学材料。
实施例16
利用挤出泡沫(实施例14)和穿孔并压缩的泡沫(实施例15)制备石膏板层(PBL)。在制备PBLs的过程中，平铺第一层泡沫以制备厚77mm的泡沫板，然后将泡沫板压成13mm厚的石膏板。用少许灰浆将每块PBL粘合到160mm厚的混凝土墙上并完全覆盖2.5m×4m的墙，并根据国际标准组织(ISO)测试717-1，对形成的结构在如表15中所列频率下进行声音传输损耗测量(单位：分贝(dB))，并计算声衰减指数(R’w)。测试机构如CEBTP进行了此测试。
表15
频率   160mm混凝土   粘有用挤出泡沫制备的PBL   粘有用穿孔并压缩泡沫制备的PBL
  (Hz)   (dB)   (dB)   (dB)
  100   47.0   42.7   42.1
  125   37.7   35.9   40.7
  160   42.5   39.7   47.0
  200   43.0   46.2   53.1
  250   47.1   53.3   59.4
  315   49.0   60.1   64.3
  400   52.0   65.7   68.8
  500   57.9   73.8   75.2
  630   62.1   79.2   78.4
  800   64.9   82.6   84.5
  1000   66.0   82.0   90.2
  1250   68.8   89.2   93.3
  1600   70.9   96.0   96.7
  2000   72.6   93.8   95.0
  2500   73.7   89.2   90.0
  3150   76.5   96.5   96.4
  4000   79.0   100.8   99.2
  5000   80.3   99.6   98.2
  R’<sub>w</sub>   58   62   67
表15中的数据表明试验14中制备的开孔泡沫用作隔音层效果很好，尤其是经过穿孔和压缩。在PBL结构中，穿孔并压缩泡沫比混凝土裸墙的R’w改善了9dB。
根据本发明制备的其它泡沫也可得到相似的结果，尤其是那些利用本发明发泡设备制备的泡沫。

Claims (24)

1. 一种包含丙烯聚合物线材的挤出、开孔、聚结泡沫线材，其密度为20千克/立方米或更小、开孔量大于50％且孔径为2毫米或更小。
2. 一种包含丙烯聚合物线材的挤出、开孔、聚结泡沫线材，其密度为20千克/立方米或更小、开孔量大于20％且小于或等于50％、孔径为2毫米或更小。
3. 一种包含丙烯聚合物线材的挤出、开孔、声学活跃的、聚结泡沫线材，其密度为100千克/立方米或更小、开孔量至少50％、孔径为2毫米或更小，且在其挤出方向上的降噪系数至少是0.3，该泡沫具有已限定的大部分穿孔通道，且这些通道的方向与挤出方向垂直。
4. 一种包含丙烯聚合物线材的挤出、开孔、聚结泡沫线材，其密度≤22千克/立方米且开孔量≥80％。
5. 根据权利要求1或3所述的线材，其中该泡沫还具有小于25千帕斯卡秒/米2的气流阻率。
6. 根据权利要求1或3所述的线材，其中开孔量至少是80％。
7. 根据权利要求3所述的线材，其中穿孔通道的频率至少是1孔/厘米2且孔间距10毫米。
8. 根据权利要求3所述的线材，其中穿孔通道的频率至少是4孔/厘米2且孔间距5毫米。
9. 根据权利要求3所述的线材，其中穿孔通道由机械力产生。
10. 根据权利要求3所述的线材，其中该线材在弹性化之后的动态弹性模数小于1牛顿/毫米2。
11. 根据权利要求10所述的线材，其中动态弹性模数小于0.6牛顿/毫米2。
12. 根据权利要求10所述的线材，其中动态弹性模数小于0.4牛顿/毫米2。
13. 根据权利要求3所述的线材，其中密度小于或等于60千克/米3。
14. 一种至少包含一层如权利要求10-12任一项所述线材的隔音结构。
15. 根据权利要求1所述的线材，其中该线材的开孔量低于80％、并且导热率不超过45毫瓦/米开氏度。
16. 根据权利要求15所述的线材，其中还包含阻燃剂或辐射阻隔物或二者都有。
17. 根据权利要求15所述的线材，其中所述线材的开孔量低于70％、并且导热率不超过40毫瓦/米开氏度。
18. 根据权利要求15所述的线材，其中所述线材的开孔量低于60％、并且导热率不超过35毫瓦/米开氏度。
19. 根据权利要求11所述的线材，其中该泡沫的压缩强度比率大于0.3，该压缩强度比率为垂直方向和挤出方向之比。
20. 一种用于制备权利要求1所述线材的发泡设备，它包括：
a)泡沫挤出物接受辊轴装置；
b)第二辊轴装置，它与泡沫挤出物接受辊轴装置通过至少一个铰接装置相连；和
c)泡沫拉伸装置，它与第二辊轴装置相隔离但有操作关系。
21. 根据权利要求20所述的设备，其中该泡沫挤出物接受辊轴装置是一对对置、平行、但隔离的可调辊轴组，每个辊轴组具有第一端和第二端，且每个辊轴组的第二端靠近第二辊轴装置。
22. 根据权利要求20所述的设备，其中第二辊轴装置是一对对置、平行、但隔离的可调辊轴组，每个辊轴组都与泡沫挤出物接受辊轴装置的辊轴在同一平面，且具有第一端和第二端，第二辊轴装置的每个辊轴组的第一端与泡沫挤出物接受辊轴装置共面辊轴的第二端相靠近并铰接。
23. 根据权利要求20所述的设备，其中泡沫拉伸装置是一对反向传输带，传输带相互隔离但彼此平行，每个传输带都具有靠近第二辊轴装置的进口端和与进口端隔离并处于另一端的出口端，传输带的运动足以将线材从第二辊轴装置的第二端推至传输带的出口端。
24. 一种用于制备权利要求1所述线材的发泡设备，其包括：
a)泡沫挤出物接受辊轴装置；
b)通过至少一个铰接装置与泡沫挤出物接受辊轴装置连接的制板装置；和
c)泡沫拉伸装置，它与制板装置隔离但与之有操作关系。
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