CN101612774A - 发泡剂引进方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方法，包括：在挤塑机中塑炼高分子材料；在模塑周期的第一个塑化周期中在塑炼高分子材料的同时把第一剂量的发泡剂引进高分子材料中；在模塑周期的第一个塑化周期中在塑炼高分子材料的同时把第二剂量的发泡剂引进高分子材料中；以及把发泡剂和高分子材料的混合物注射到模具之中。

Description

发泡剂引进方法
本申请是申请日为2003年10月28日，发明名称为“发泡剂引进系统及方法”，申请号为200380107830.4的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明一般地涉及高分子泡沫塑料加工，更具体地说，涉及用来在高分子泡沫塑料加工工艺中把发泡剂引进高分子材料中的系统和方法。
背景技术
高分子材料是使用多种技术加工的。许多技术使用包括在机筒里面旋转以塑炼高分子材料的聚合物加工螺杆的挤塑机。诸如注塑和吹塑之类的一些加工技术可能是不连续的。换言之，在操作期间，螺杆不连续地塑炼高分子材料。不连续的工艺可能有重复的周期，其中包括螺杆旋转而且高分子材料集聚起来的塑化周期和跟在后面的螺杆不旋转而且集聚的高分子材料被注入模具(或通过模口喷出)的注射(或喷出)周期。聚合物泡沫塑料材料(包括微孔材料)可以通过把物理发泡剂通过机筒上的发泡剂口引进挤塑机内的高分子材料加工出来。许多传统的发泡剂引进系统把发泡剂连续地引进机筒内的高分子材料。在不连续的工艺(包括某些注塑和吹塑工艺)中，这种连续的引进系统可能在注入高分子材料的发泡剂的百分比上引起缺乏控制而且可能导致发泡剂在高分子材料中的不均匀分布。具体地说，当螺杆停止塑炼高分子材料的时候，邻近发泡剂口的高分子材料因为它在发泡剂注入口附近驻留时间增加可能包含较高数量的发泡剂。发泡剂的不均匀分布可能导致在挤塑机中的高分子材料之内粘度变化，这能引起输出不一致和其它的问题。这样的效果通常可能降低对工艺的控制而且可能使加工窗口变窄。
在一些聚合物加工工艺(包括一些不连续的加工工艺)中，这种传统的发泡剂引进系统可能是适当的。然而，在其它的加工工艺(例如，需要比较精确地控制发泡剂引进的不连续的加工工艺)中，传统的引进系统可能由于上述的一个或多个理由损害加工工艺。具体地说，某些用来生产小模塑制品和/或微孔泡沫塑料制品的加工工艺如果发泡剂未得到精确的控制可能受到不利的影响。
发明内容
本发明提供发泡剂引进系统、用来把发泡剂引进聚合物泡沫塑料加工系统的方法和包括发泡剂引进系统的聚合物加工系统。
在一个方面中，本发明包括发泡剂引进系统。在一组实施方案中，发泡剂引进系统包括有可连接到发泡剂源的入口和可连接到挤塑机的发泡剂口的出口的储料缸。系统进一步包括放置在发泡剂源和储料缸入口之间的压力调节装置。压力调节装置是为控制递送给储料缸的发泡剂的压力而设计的。系统进一步包括为测量挤塑机中高分子材料的压力而构造和安排的压力测量装置。系统进一步包括能够接收来自压力测量装置的代表挤塑机中高分子材料的压力的第一输入信号和把第一输出信号发送给压力调节装置以便把递送给储料缸的发泡剂的压力控制到比挤塑机中高分子材料的压力高的数值的控制系统。
在另一组实施方案中，本发明包括发泡剂引进系统。系统包括有可连接到发泡剂源的入口和可连接到挤塑机的发泡剂口的出口的储料缸。系统进一步包括放置在发泡剂源和储料缸入口之间的压力调节装置。压力调节装置是为控制递送给储料缸的发泡剂的压力而设计的。系统进一步包括与储料缸的出口相关联的出口阀和为测量挤塑机中高分子材料的压力而构造和安排的压力测量装置。系统进一步包括能够接收来自压力测量装置的代表挤塑机中高分子材料的压力的第一输入信号而且当递送给储料缸的发泡剂的压力高于挤塑机中高分子材料的压力的时候发送第一输出信号打开出口阀的控制系统。
在另一组实施方案中本发明包括一种发泡剂引进系统。系统包括有实质上固定的体积、可连接到发泡剂源的入口和可连接到挤塑机的发泡剂口的出口的储料缸。系统进一步包括能够根据挤塑机中高分子材料的压力调节储料缸中发泡剂的压力的控制系统。
在另一方面中，本发明提供一种系统。系统包括挤塑机，该挤塑机包括为在模塑循环的塑化周期期间在机筒里面旋转塑炼高分子材料而设计的螺杆。挤塑机有发泡剂口。系统进一步包括有入口可连接到发泡剂源和出口可连接到发泡剂口的储料缸。系统进一步包括与储料缸的出口相关联的出口阀和能够接收代表塑化周期开始的输入信号和发送输出信号打开出口阀的控制系统。
在另一方面中，本发明包括一种方法。在一组实施方案中，方法包括如下步骤：在挤塑机中塑炼高分子材料；在模塑周期的第一塑化周期中在塑炼高分子材料的同时把第一剂量的发泡剂引进高分子材料；在模塑周期的第一塑化周期中在塑炼高分子材料的同时把第二剂量的发泡剂引进高分子材料；以及把发泡剂和高分子材料的混合物注入模具。
在另一组实施方案中，本发明包括把发泡剂引进高分子材料的方法。方法包括如下步骤：在挤塑机中塑炼高分子材料，以及在模塑周期的第一塑化周期期间以第一速率、第二速率和第三速率把发泡剂相继地引进高分子材料。第二速率具有小于第一和第三速率的最大值之中较小者的50％的最小值。
在另一组实施方案中，本发明包括把发泡剂引进高分子材料的方法。该方法包括如下步骤：测量挤塑机中高分子材料的压力以及把储料缸中发泡剂的压力控制到比挤塑机中高分子材料的压力高大约50psi到大约1000psi的数值。方法进一步包括把来自储料缸的发泡剂引进挤塑机中的高分子材料。
本发明的其它的优点、新颖特征和目标在连同示意的未按比例绘制的附图一起考虑的时候将从下面关于本发明的非限制性实施方案的详细描述变得明显。在这些附图中，每个在各种不同的附图中举例说明的同一的或几乎同一的零部件通常是用单一数字表示的。为了清楚，并非每个零部件在每张附图中都被标注出来，在不必举例说明就允许熟悉这项技术的人理解本发明的场合，并非本发明的每个实施方案的每个零部件都被展示。在本说明书和通过引证被并入的文件包括相互矛盾的揭示的情况下，以这份说明书为准。
本发明还涉及以下方面：
1.一种发泡剂引进系统，其中包括：
有可与发泡剂源连接的入口和可与挤塑机的发泡剂口连接的出口的储料缸；
位于发泡剂源和储料缸入口之间的压力调节装置，压力调节装置被设计为能控制传递给储料缸的发泡剂的压力；
为测量挤塑机中的高分子材料的压力而构造和安排的压力测量装置；以及
能够接收来自压力测定装置的代表挤塑机中高分子材料的压力的第一输入信号和把第一输出信号发送到压力调节装置把传递给储料缸的发泡剂的压力控制到高于挤塑机中高分子材料的压力值的的控制系统。
2.根据项目1的系统，进一步包括与储料缸的出口相关联的出口阀。
3.根据项目2的系统，其中出口阀放置在距发泡剂口不足大约1.0英寸的位置。
4.根据项目2的系统，其中控制系统能够发送打开出口阀的第二输出信号。
5.根据项目4的系统，其中控制系统响应代表塑化周期期间螺杆在挤塑机中的轴向位置的第二输入信号发送第二输出信号。
6.根据项目4的系统，其中控制系统响应代表螺杆在挤塑机中开始旋转后的时间的第三输入信号发送第二输出信号。
7.根据项目2的系统，其中当储料缸中发泡剂的压力高于挤塑机中邻近发泡剂口的高分子材料的压力的时候，控制系统能够发送第二输出信号打开出口阀。
8.根据项目7的系统，其中当储料缸中的压力比挤塑机中邻近发泡剂口的高分子材料的压力高至少大约50psi的时候，控制系统发送第二输出信号。
9.根据项目7的系统，其中当储料缸中的压力比挤塑机中邻近发泡剂口的高分子材料的压力高至少大约200psi的时候，控制系统发送第二输出信号。
10.根据项目1的系统，进一步包括为测量储料缸中发泡剂的压力而构造和安排的第二压力测量装置，控制系统能够接收来自第二压力测量装置的第三输入信号。
11.根据项目1的系统，进一步包括连接发泡剂源和发泡剂口的导管。
12.根据项目11的系统，其中储料缸包括导管区段。
13.根据项目11的系统，其中储料缸包括横截面积大于导管的舱室。
14.根据项目1的系统，其中储料缸的体积小于大约10立方厘米。
15.根据项目1的系统，其中储料缸的体积小于大约1.0立方厘米。
16.根据项目1的系统，其中压力测量装置直接测量挤塑机中高分子材料的压力。
17.根据项目1的系统，其中压力测量装置间接测量挤塑机中高分子材料的压力。
18.根据项目1的系统，进一步包括与储料缸的入口相关联的入口阀。
19.根据项目18的系统，其中控制系统能够发送把入口阀移动到打开配置的第三输出信号。
20.根据项目1的系统，其中发泡剂的源包括二氧化碳或氮的源。
21.根据项目1的系统，其中储料缸的体积在注塑周期之间是可调的。
22.根据项目1的系统，进一步包括与储料缸相关联的温度测量装置。
23.根据项目22的系统，其中温度测量装置把代表储料缸中发泡剂的温度的信号发送给控制器。
24.根据项目1的系统，其中储料缸有实质上固定的体积。
25.一种发泡剂引进系统，其中包括：
有可与发泡剂源连接的入口和可与挤塑机的发泡剂口连接的出口的储料缸；
放置在发泡剂源和储料缸入口之间的压力调节装置，压力调节装置是为控制递送给储料缸的发泡剂的压力而设计的；
与储料缸的出口结合的出口阀；
为测量挤塑机中高分子材料的压力而构造和安排的压力测量装置；以及
能够接收来自压力测量装置的代表挤塑机中高分子材料的压力的第一输入信号和当递送给储料缸的发泡剂的压力高于挤塑机中高分子材料的压力的时候发送第一输出信号打开出口阀的控制系统。
26.根据项目25的系统，其中储料缸有实质上固定的体积。
27.根据项目25的系统，进一步包括为测量储料缸中发泡剂的压力而构造和安排的第二压力测量装置。
28.根据项目27的系统，其中控制系统能够接收来自第二压力测量装置的第三输入信号。
29.根据项目25的系统，其中控制系统把第二输出信号发送给压力调节装置以设定把递送给储料缸的发泡剂的压力控制到高于挤塑机中高分子材料的压力值的压力。
30.根据项目25的系统，其中压力调节装置是为使用者用手动操作把递送给储料缸的发泡剂的压力控制到高于挤塑机中高分子材料的压力的数值设计的。
31.根据项目25的系统，其中储料缸的体积在注塑周期之间是可调的。
32.根据项目25的系统，进一步包括与储料缸相关联的温度测量装置。
33.根据项目25的系统，进一步包括与储料缸的入口相关联的入口阀。
34.一种发泡剂引进系统，其中包括：
有实质上固定的体积、可与发泡剂源连接的入口和可与挤塑机的发泡剂口连接的出口的储料缸；以及
能够根据挤塑机中高分子材料的压力调节储料缸中发泡剂的压力的控制系统。
35.根据项目34的系统，进一步包括压力调节装置，其中控制系统能够把第一输出信号发送给压力调节装置以便根据挤塑机中高分子材料的压力调节储料缸中的压力。
36.根据项目34的系统，进一步包括为测量挤塑机中高分子材料的压力和把第一输入信号发送给控制系统而构造和安排的压力测量装置。
37.根据项目34的系统，进一步包括与储料缸的出口相关联的出口阀，其中控制系统能够发送第二输出信号打开出口阀。
38.根据项目37的系统，其中当储料缸中的压力高于挤塑机中邻近发泡剂口的高分子材料的压力的时候，控制系统能够发送第二输出信号打开出口阀。
39.根据项目34的系统，进一步包括与储料缸相关联的温度测量装置。
40.根据项目34的系统，进一步包括与储料缸的入口相关联的入口阀。
41.一种系统，其中包括：
包括为在机筒里面旋转在模塑循环的塑化周期期间塑炼高分子材料而设计的螺杆的挤塑机，挤塑机有发泡剂口；
有可与发泡剂源连接的入口和可与发泡剂口连接的出口的储料缸；
与储料缸的出口相关联的出口阀；以及能够接收代表塑化周期开始的输入信号和发送输出信号打开出口阀的控制系统。
42.根据项目41的系统，其中控制系统能够接收代表在塑化周期期间螺杆在挤塑机中的轴向位置的输入信号。
43.根据项目41的系统，其中控制系统能够接收代表螺杆在挤塑机中开始旋转后的时间的输入信号。
44.根据项目41的系统，其中系统进一步包括与挤塑机的出口连接的注塑模具。
45.根据项目41的系统，其中储料缸有实质上固定的体积。
46.一种方法，其中包括：
在挤塑机中塑炼高分子材料；
在模塑周期的第一个塑化周期中在塑炼高分子材料的同时把第一剂量的发泡剂引进高分子材料中；
在模塑周期的第一个塑化周期中在塑炼高分子材料的同时把第二剂量的发泡剂引进高分子材料中；以及
把发泡剂和高分子材料的混合物注射到模具之中。
47.根据项目46的方法，其中第一剂量被增压到比在挤塑机中邻近发泡剂口的高分子材料的压力高的压力。
48.根据项目46的方法，其中第一剂量与第二剂量有几乎相同的质量。
49.根据项目46的方法，其中第一剂量被增压到比在挤塑机中邻近发泡剂口的高分子材料的压力高50psi到1000psi。
50.根据项目46的方法，其中第一剂量被增压到比在挤塑机中邻近发泡剂口的高分子材料的压力高50psi到500psi。
51.根据项目46的方法，其中在引进第一剂量和引进第二剂量之间有至少大约1.0秒的时间周期。
52.根据项目46的方法，其中第一剂量和第二剂量都小于0.1克。
53.根据项目46的方法，其中第一剂量和第二剂量都小于0.01克。
54.根据项目46的方法，进一步包括在第一塑化周期中塑炼高分子材料的同时把附加剂量的发泡剂引进高分子材料。
55.根据项目46的方法，进一步包括把第一剂量和第二剂量与高分子材料混合在一起形成混合物。
56.根据项目55的方法，其中混合物是单相溶液。
57.根据项目46的方法，进一步包括形成微孔制品。
58.一种把发泡剂引进高分子材料的方法，其中包括：
在挤塑机中塑炼高分子材料；以及
在第一模塑循环的塑化周期期间以第一速率、第二速率和第三速率把发泡剂相继引进高分子材料，其中第二速率具有小于第一速率和第三速率的最大值之中较小者的50％的最小值。
59.根据项目58的方法，其中所述最小值小于25％。
60.根据项目58的方法，其中第二速率是零。
61.一种把发泡剂引进高分子材料的方法，其中包括：
测量挤塑机中高分子材料的压力；
把储料缸中发泡剂的压力控制到比挤塑机中高分子材料的压力高大约50psi到大约1000psi的数值；以及
把来自储料缸的发泡剂引进挤塑机中的高分子材料。
62.根据项目61的方法，包括把储料缸中发泡剂的压力控制到比挤塑机中高分子材料的压力高大约50psi到大约500psi的数值
附图说明
本发明的非限制性实施方案将作为例子参照附图予以描述，其中：
图1示意地举例说明用来把发泡剂引进注塑系统的挤塑机的发泡剂引进系统；
图2示意地举例说明用来把发泡剂引进注塑系统的挤塑机的另一种发泡剂引进系统；
图3示意地举例说明用来把发泡剂引进注塑系统的挤塑机的另一种发泡剂引进系统；
图4示意地举例说明包括多个发泡剂口与发泡剂引进系统的导管连接的挤塑机机筒区段；
图5示意地举例说明放置在挤塑机机筒中的发泡剂引进系统的阀门组件；
图6A和6B是展示在实施例3中生产的零件的代表性的横截面的SEM相片的副本；
图7A和7B是展示在实施例3中生产的零件的代表性的横截面的SEM相片的副本；而
图8A和8B是展示在实施例3中生产的零件的代表性的横截面的SEM相片的副本。
具体实施方式
本发明提供发泡剂引进系统和用来把发泡剂引入聚合物泡沫塑料加工系统的方法。这些方法可以包括在模塑循环的塑化周期期间把一种或多种剂量的发泡剂引进挤塑机中的高分子材料。在引进之前，剂量被限制在例如有限定在入口阀和出口阀之间的体积的储料缸中。如同下面进一步描述的那样，控制系统可以接收与系统参数(例如，挤塑机中高分子材料的压力、螺杆在机筒中的轴向位置、螺杆是否正在旋转，等等)有关的输入而且基于输入协调阀门的操作以限制和引进发泡剂剂量。引进系统可以用于不连续的塑化工艺，例如注塑和吹塑，而且在使用精确数量的发泡剂的工艺中可能是特别有用的。
参照图1，依照本发明的发泡剂引进系统10的说明性实施方案被展示与注塑系统14的挤塑机12连接。引进系统10把发泡剂从源22的经过发泡剂口24引进挤塑机12中的高分子材料。导管26把发泡剂源连结到引进系统的各个零部件和发泡剂口上。在源22的下游，引进系统包括增加发泡剂压力的泵85、储存发泡剂的高压储罐83和把装置下游的发泡剂调节到固定数值的压力调节装置(例如，减压调节器81)。引进系统还包括有体积限定在入口阀28和出口阀30之间的储料缸16。在图1的实施方案中，储料缸包括定义储料缸大部分体积的舱室20。在其它的实施方案中，舱室可能不定义储料缸的大部分体积。入口阀28放置在发泡剂源和储料缸之间以允许/禁止发泡剂流进储料缸，而出口阀30放置在储料缸和发泡剂口之间以控制发泡剂向发泡剂口的流动。在某些情况下和如图所示，出口阀靠近口24放置可能是优选的。如同下面进一步描述的那样，控制系统29可以接收来自注塑控制器31和/或引进系统10的输入信号和发送打开和关闭阀门28、30的输出信号，因此，控制引进系统的操作。在不包括注塑控制器31的系统中，控制系统29可以接收来自注塑系统的零部件的输入。
人们应该理解，在本发明的其它的实施方案中，引进系统可以有多种不同的配置。例如，如同在图2中展示并且在下面进一步描述的那样，储料缸可以不包括舱室。另外，在某些实施方案中，引进系统可以不包括某些零部件，例如，泵或高压储罐。在一些实施方案中，压力调节装置可以是图2所示的并在下面进一步描述的反压调节器。
注塑系统14可以是技术上已知的任何适当的类型。适当的注塑系统的例子已有描述，例如，在此通过引证并入的Pierick等人以“InjectionMolding of Microcellular Meterial(微孔材料的注塑)为题的国际专利申请公开第WO98/31521号中没。在图1说明实施的方案中，注塑系统包括有出口33与注塑模32流体连接的挤塑机12。挤塑机包括安装在机筒36里面的聚合物加工螺杆34。聚合物加工螺杆可以旋转和向下游方向轴向移动，例如，借助马达37。通常呈造粒形式的高分子材料经过孔口40从漏斗38喂入机筒36。螺杆紧34和机筒36定义其间的聚合物加工空间42，在该空间中高分子材料在循环的塑化周期期间借助螺杆的旋转向下游方向44输送。发泡剂口24是在机筒上形成的，以允许把发泡剂引进在聚合物加工空间中的高分子材料。机筒36可以在沿着它的轴向长度选择的位置配备温度控制单元46。温度控制单元46可以用来加热机筒(例如，促进粒状高分子材料熔化)或冷却机筒(例如增加聚合物熔体的粘度)。挤塑机12还可以包括热电偶和压力传感器之类的测量仪器(未展示)，以便沿着机筒的长度在各种不同的位置分别监测高分子材料的温度和压力。
发泡剂引进系统的操作可以与模塑循环的塑化周期结合。在模塑周期的起点，螺杆34如图1所示定位在机筒36的下游末端，而且某数量(或“剂量”)的发泡剂通常在储料缸16中被限制在比较高的压力下。螺杆34开始在机筒36内旋转以便在聚合物加工空间中塑炼高分子材料并且沿着下游方向输送高分子材料。在塑化周期的起点或塑化周期期间的任一时刻，出口阀30可以被控制系统29打开。例如，控制系统可以根据下面进一步描述的指定条件打开出口阀。例如，当储料缸中发泡剂的压力高于挤塑机中高分子材料的压力的时候，控制系统可以打开出口阀。当出口阀打开的时候，储料缸中的发泡剂膨胀，因此，通过发泡剂口进入高分子材料在聚合物加工空间中形成高分子材料和发泡剂的混合物。
在剂量被引进之后，出口阀关闭。通常，入口阀随后被打开，例如，借助来自控制系统的允许发泡剂流入储料缸的信号。然后，入口阀可以关闭以限制在关闭的入口阀和出口阀之间的储料缸中的发泡剂的剂量。在一些工艺中，如同下面进一步描述的那样，多重发泡剂剂量可以在单一的塑化周期期间引进。
在剂量被引进之后，高分子材料和发泡剂的混合物被正在旋转的螺杆向下游输送并且在机筒内螺杆下游的区域52中集聚。集聚的混合物产生使螺杆在机筒中向上游方向轴向缩回的压力。通常，塑炼继续进行，直到预期数量(或注射料)的混合物被集聚起来。在一些实施方案中，如同下面进一步描述的那样，在塑化周期期间引进的发泡剂的数量可以受到控制，以便产生有预期的发泡剂重量百分比的注射。例如，发泡剂的数量可以通过在单一塑炼周期中引进多重发泡剂剂量或通过控制剂量大小(例如，借助储料缸的体积和/或储料缸中发泡剂的压力和/或储料缸中发泡剂的温度)得到控制。
在注射料已经集聚在区段52中之后，螺杆34停止旋转并且缩回。然后，螺杆34沿下游方向(在图1中用44指出)被轴向移动以便将集聚的注射料通过挤塑机的出口33注入模具。与挤塑机的出口相关联的阀54可以被打开以允许混合物流入模具。高分子材料和发泡剂的混合物在模具中冷却，此后打开模具，产生泡沫塑料注塑制品。
如上所述，控制系统29可以接收来自模塑系统的零部件的输入信号和/或发送输出信号打开和/或关阀28、30并且控制引进系统的其它的零部件(例如，压力调节装置81)的操作。
在一些工艺中，控制系统29接收来自放置在储料缸20里面的温度测量装置94的输入信号。如同下面进一步描述的那样，控制器可以依据发泡剂温度和其它输入(例如，发泡剂压力)确定限制在储料缸中的发泡剂的质量(即，剂量大小)。如图所示，温度测量装置放置在舱室20里面，虽然人们应该理解它可以放置在储料缸中的其它地方。
在一些实施方案中，控制系统接收来自压力测量装置86的与在聚合物加工空间中邻近发泡剂口的高分子材料的压力有关的输入信号。在图1的实施方案中，压力测量装置86穿过在机筒上靠近发泡剂口形成的仪器口88插入。例如，仪器口88可以放置在距发泡剂口24大约12英寸、大约5英寸或大约1英寸的范围内。在其它的实施方案中，压力测量装置可以间接测量邻近发泡剂口的高分子材料的压力，例如，通过测量或测定在系统中其它地方的压力(例如，在螺杆后面的液压压力)然后推断或计算高分子材料的压力。
在某些情况下，控制系统可以把输出信号发送给引进系统的零部件来控制储料缸16中的发泡剂压力。例如，控制系统可以发送根据来自压力测量装置86的输入信号控制储料缸中的发泡剂压力的输出信号。储料缸中的发泡剂压力可以通过把输出信号发送给，例如，压力调节装置(例如，减压调节器81，图1；反压调节器19，图2)调节到预期的数值。当入口阀28打开的时候，压力调节装置依次固定递送给储料缸的发泡剂的压力。在其它的情况下，储料缸中发泡剂的压力可以通过把输出信号发送给其它能够固定递送给储料缸的压力的零部件得到调节。
控制系统能把供应给储料缸的发泡剂的压力设定在比在挤塑机中邻近发泡剂口的高分子材料的压力高的数值。通常，控制系统把发泡剂的压力设定为比高分子材料的压力至少高某个临界量。这个量是这样选择的，以保证即使当高分子材料的压力在挤塑机中变动的时候也有足够的驱动力引进发泡剂的剂量和贯穿引进过程始终维持发泡剂压力高与高分子材料压力。在某些情况下，控制系统可以发送设定储料缸中发泡剂的压力比邻近发泡剂口的高分子材料的压力高至少50psi的输出信号。在其它的情况，控制系统可以发送设定储料缸中发泡剂的压力比邻近发泡剂口的高分子材料的压力高至少200psi、或甚至至少400psi的输出信号。较高的压差在诸如以挤塑机中有比较高的压力起伏为特征的那些工艺中可能是令人想要的。较高的压差也可以增加发泡剂引进速率。
在一些实施方案中，控制系统把供应给储料缸的发泡剂的压力设定为高于挤塑机中高分子材料的压力，但是低于某个临界值。如果在储料缸中发泡剂的压力和挤塑机中高分子材料的压力之间的压力差太大，那么模塑工艺可能受到负面影响。例如，如果压力差不同太高，那么发泡剂可能在挤塑机中得不到适当的混合，这将影响模塑零件的质量。此外，如果压力差太高，那么发泡剂可能引起在挤塑机中回流。这些作用可能破坏工艺稳定性。在一些工艺中，控制系统可以发送把储料缸中发泡剂的压力设定为比邻近发泡剂口的高分子材料压力高某个少于比高分子材料压力高1000psi的数值的输出信号。在其它的工艺中，控制系统把储料缸中的发泡剂压力设定为比邻近发泡剂口的高分子材料的压力高某个少于比高分子材料压力高500psi的数值。特定的压力差可能取决于工艺。例如，一些工艺可能对较高的压力差更敏感。
人们应该理解，在某些工艺中，控制器把储料缸中发泡剂的压力设定为在某个临界范围内高于高分子材料的压力。这个范围的下限可以是前面揭示的任何数值(例如，50psi、200psi和400psi)而范围的上限可以是上面揭示的任何数值(例如，500psi或1000psi)。例如，控制器可以把储料缸中的发泡剂压力设定为比在挤塑机中邻近发泡剂口的高分子材料的压力高50psi到1000psi。在其它的情况下，控制器把储料缸中的发泡剂压力设定为比在挤塑机中邻近发泡剂口的高分子材料的压力高50psi到500psi。
然而，人们也应该理解，在本发明的一些实施方案中，控制系统不需要为了控制储料缸中的发泡剂压力把输出信号发送给引进系统的零部件。在一些实施方案中，使用者可以手动设定递送给储料缸的压力，例如，通过手动设定压力调节器。在其它的实施方案中，发泡剂可以以足够的压力提供给储料缸(例如，借助源22)，而不需要调节。
一旦在储料缸中发泡剂的压力达到预期的数值，控制系统就可以发送打开阀门30的输出信号，把发泡剂引进高分子材料。在某些情况下，引进系统包括确定何时储料缸中的发泡剂压力达到它的预期数值的压力测量装置90。在这些情况下，压力测量装置90可以把输入信号发送给控制系统。根据这些输入信号，控制系统在适当的压力条件已经达到的时候发送输出信号打开出口阀。
然而，人们应该理解，在一些实施方案中，引进系统可能不包括测量储料缸中的压力的装置。在这些实施方案中，储料缸中的压力被假定为某个数值，例如，压力调节装置设定的数值。取消压力测量装置90在某些情况下可以有利地简化引进系统的设计。
当压力测量装置90存在的时候，该装置可以经由仪器口插进储料缸的舱室20。人们还应该理解，压力测量装置90可以插进储料缸的其它区域(例如，导管26)。在其它的实施方案中，压力测量装置90可以间接测量发泡剂口的压力，例如，通过测量或测定系统中其它地方的压力并且推断或计算发泡剂的压力。
在另一组实施方案中，控制系统29可以根据来自注塑控制器31(或来自注塑系统的零部件)的与模塑循环的塑化周期起点(例如，基于螺杆的轴向位置或螺杆开始旋转后的时间)有关的输入信号而不是根据上述的与高分子材料的压力有关的输入信号发送打开出口阀的输出信号。因此，这些工艺可能不需要直接测量高分子材料的压力。人们应该理解，在一些工艺中，控制系统29可以接收来自注塑控制器31的与塑化周期的开始有关的输入信号和接收与挤塑机中的高分子材料压力有关的输入信号。
在一些实施方案中，当控制系统接收与塑化周期的开始有关的输入信号的时候，控制系统接收与螺杆在机筒内的轴向位置(例如，当螺杆在塑化周期期间缩回的时候)有关的输入信号。控制系统可以依次在螺杆在机筒中缩回到给定的轴向位置的时候发送打开出口阀的输出信号。在出口阀打开之前的回缩距离通常足够长，足以保证挤塑机中的压力已经相对稳定。在某些情况下，当螺杆已经从其原始位置缩回至少0.5英寸的时候，控制系统发送送打开阀门的输出信号。在其它的情况下，当螺杆已经缩回至少0.1英寸的时候，控制系统发送打开阀门的输出信号。人们应该理解，发送输出信号的螺杆回缩距离取决于多种因素(例如，在整个周期中总的回缩距离)，而且其它的回缩距离可能是适当的。
在其它的实施方案中，控制系统接收与螺杆开始旋转有关的输入信号。当螺杆开始旋转的时候或更典型地在其后某个指定的时间周期，控制系统可以依次发送打开出口阀的输出信号。这个指定的时间周期通常足够长，足以保证挤塑机中的压力已经相对稳定。在某些情况下，控制系统在螺杆开始旋转之后至少0.5秒或至少1.0秒发送打开阀门的输出信号。其它的时间也是适当的。
控制系统也可以发送关闭出口阀30的输出信号。出口阀通常在发泡剂的剂量已被引进高分子材料之后被关闭。换言之，出口阀通常是在储料缸中的发泡剂压力已经减少到近似等于挤塑机中的高分子材料压力之后关闭的。然而，人们应该理解，在某些情况下，出口阀可以在发泡剂压力变成与挤塑机中的高分子材料压力近似相等之前关闭。
在某些工艺中，控制系统在出口阀打开之后某个指定的时间周期发送关闭出口阀门的输出信号。换言之，控制系统在某个指定的时间周期里打开阀门。例如，这个指定的时间周期可以是0.5秒或更多。在其它的情况下，这个指定的时间周期可以是1.0秒或更多；在其它的情况，这个指定的时间周期可以是5.0秒或更多。其它指定的时间周期也是适当的。指定的时间周期取决于多种因素，其中包括剂量的大小、剂量的份数和塑化周期的时间。
人们应该理解，在一些工艺中，控制系统可以基于其它的系统参数发送关闭出口阀的输出信号。例如，控制系统可以因为挤塑机中或储料缸中的压力条件发送关闭出口阀的输出信号。
控制系统通常也控制入口阀28的操作。通常，当出口阀30打开的时候，入口阀是关闭的。当出口阀关闭的时候，控制系统可以发送打开入口阀的信号。如上所述，在一些工艺中，控制系统也发送调节或控制供应给储料缸的发泡剂压力(例如，使用压力调节装置)的信号。在这些情况下，可以入口阀在预期的供应压力达到之后被打开。一旦入口阀被打开，发泡剂就可以流入储料缸。一旦预期的剂量已集聚起来，入口阀可以被控制系统关闭以便把发泡剂限制在某个范围内。在某些情况下，入口阀甚至可以在剂量聚集起来之后仍然打开着，然后在打开出口阀之前立即关闭。
如上所述，某些工艺可以在单一的塑化周期期间引进不止一个剂量的发泡剂。在一组实施方案中，控制系统29在每个塑化周期期间把多个打开/关闭信号发送给阀门28和30，从而允许递送几份剂量的发泡剂。例如，控制系统可以引起在给定的塑化周期期间递送至少2、3、5、7、10、15或20份剂量的发泡剂。在单一的塑化周期期间引进的剂量的份数取决于许多因素，包括在注射料中预期的发泡剂重量百分比、注射料的大小和剂量的大小。人们应该理解，某些工艺可能利用单一剂量或任何其它适当的剂量份数。
在给定的塑化周期期间引进多样的剂量在某些工艺中可能是有利的。例如，多样的剂量考虑到在给定的注射中对引进高分子材料的发泡剂总量递增的控制。递增的控制部份地起因于使用较高的储料缸压力来减少由于高分子材料压力变化造成的不准确性。除此之外，较高的储料缸压力导致改善发泡剂进入高分子材料的引进。递增的控制使精确数量的发泡剂能够在给定的注射中引进。例如，这种精确性在某些生产发泡剂的数量比较小的(例如，不足大约2％的C02或不足0.1％的N2)注射料和/或生产比较小(例如，少于15克)的模塑制品和/或生产微孔泡沫塑料制品的工艺中可能是重要的。在整个塑化周期期间引进多样的剂量还可以提高注射料内发泡剂分布的均匀性。
人们应该理解，本发明的引进系统和工艺可以与各式各样的工艺结合使用。
在注射料中预期的发泡剂百分比取决于特别的工艺和发泡剂类型。例如，预期的发泡剂百分比可能是按高分子材料和发泡剂混合物的重量计小于大约5％。在利用CO2作为发泡剂的实施方案中，水平可能是按高分子材料和发泡剂混合物的重量计小于大约4％，而在其它的实施方案中，按高分子材料和发泡剂混合物的重量计小于大约2％。当使用N2作为发泡剂的时候，例如，水平可能是按高分子材料和发泡剂混合物的重量计小于大约0.5％、小于大约0.3％或小于大约0.1％。如上所述，本发明的引进系统可能特别好地适合在低的发泡剂重量百分比下形成发泡剂混合物。
注射量的大小也取决于特定的工艺而且，例如，可以在大约1克和大约200克之间。如上所述，引进系统可能特别好地适合把发泡剂引进比较小的注射料量，例如，小于15克的注射料量。在某些情况下，注射料量可以在大约1克和15克之间。
剂量大小通常是用质量测量的。剂量大小是限制在储料缸中要引进高分子材料的发泡剂的质量。如上所述，多样的剂量可能是在单一的塑化周期中引进的。在引进多样的剂量的情况下，在注射料中发泡剂的总量是剂量的份数乘以剂量的大小。
剂量大小取决于特定的工艺以及储料缸的体积和储料缸中发泡剂的压力和温度。例如，典型的剂量大小可以在大约0.005克和大约0.1克之间。在某些情况下，剂量大小可以小于小于0.1克；在其它的情况下，小于0.05克；而且在其它的情况下，小于0.005克。例如，较小的剂量大小可以用于提高精确性。人们应该理解，其它的剂量大小也是可能的。
在一组实施方案中，控制系统29可以控制引进注射料的发泡剂的总量和/或引进注射料的发泡剂的剂量份数和/或剂量的大小。控制系统也可以接收关于在聚合物和发泡剂的混合物中预期的发泡剂百分比和/或预期的剂量大小和/或预期的注射料量的手工输入。控制系统可以处理这些输入并且发送控制发泡剂进入混合物的引进的输出信号，以便形成有预期的发泡剂百分比的混合物。
在上述的一些实施方案中，引进系统10可以利用控制系统29接收来自压力测量装置90和温度测量装置94的分别与在储料缸中发泡剂的压力和温度有关的输入。控制系统也可以接收与将被限制在储料缸中的选定的发泡剂固定质量有关的手工输入；或者，作为替代，可以依据其它的输入计算将被限制在储料缸中的选定的发泡剂质量。控制系统可以是为递送一个或多个注射料量或预期的发泡剂在发泡剂和高分子材料混合物中的百分比而编程的。控制系统29也可以被配置成使用理想气体定律或其它的相平衡关系依据关于发泡剂温度、发泡剂压力和选定的发泡剂质量的输入计算将被限制在储料缸中的发泡剂的体积和/或质量。
储料缸16的体积被限定在入口阀和出口阀之间。在某些情况下，储料缸的体积可以被部份地限定在阀门组件内。在一些实施方案中，储料缸有实质上固定的或固定的体积。如同在本文中使用的那样，固定的体积指的是当发泡剂从储料缸引进高分子材料的时候恒定不变的和/或在模塑循环的塑化周期期间恒定不变的体积。换言之，在这些实施方案中，储料缸不包括在引进发泡剂的时候和/或在塑化期间移动的壁或活塞组件。取消活动的壁或活塞组件在某些情况下可能是有利的，因为这样的设计能使构造和操作变复杂。
在一些实施方案中，储料缸有在发泡剂引进和塑化期间固定但在模塑周期之间能调整的体积。这些类型的储料缸也有在此定义的固定的体积。在一组实施方案中，储料缸可以被调整，例如，通过在周期之间调整控制储料缸的体积的活塞或螺杆，或通过用尺寸不同的另一个储料缸更换在用的储料缸。
人们还应该理解，在其它的实施方案中，储料缸可以没有固定的体积而且可以利用活动的壁和/或活塞。
储料缸的体积取决于特定的工艺，具体地说，取决于预期的剂量大小。在某些情况下，储料缸16可以有小于大约50cm3的体积。在其它的情况下，储料缸的体积可以小于大约10cm3、小于大约1cm3、小于大约0.1cm3或小于大约0.01cm3。
在一组实施方案中，储料缸16包括横截面大于导管的舱室20。舱室可以如图1所示与阀门28和30之间的流动路径串联；或者，舱室可以有任何这样的配置，以致它保持与阀门28和30流体连通，如图3所示。舱室可以有对于产生预期的体积和装增压的气体或流体必不可少的任何尺寸或形状，例如，矩形，球形或圆筒形。舱室可以是任何技术上已知的能够装发泡剂的类型的。例如，舱室可以是用诸如金属管之类适合装增压的气体、液体和/或超临界流体的材料制成的，优选用不锈钢制成。受益于本发明的储料缸的结构或体积的选择可以由熟悉这项技术的普通技术人员确定。
在另一组实施方案中，储料缸16可以由存在于阀门28和阀门30之间的导管限定，如图2所示。
阀门28、30可以是技术上有选择地允许增压气体、液化气体或超临界流体在一种配置中通过那里流动而在另一种配置中阻止这些流体通过那里流动的任何装置。适当类型的阀门包括电磁阀、滑阀或其它等效的阀门，而且它们可以是截止阀。在某些情况下，阀可以包括本身可以至少限定储料缸16的一部分体积的阀体或组件。在某些情况下，阀门28和30可能是相同类型的，而在其它情况下阀门可能是不同类型的。
在图1的说明性实施方案中，出口阀30是接近(例如，小于12英寸、小于3英寸或小于1英寸)或本质上毗邻发泡剂口24放置的。在某些情况下，为了使可以限制在出口阀和发泡剂口24之间的导管中发泡剂的体积最小，这种安排可能是优选的。然而，人们将理解，为了控制发泡剂向发泡剂口的流动，出口阀的位置可以相对于发泡剂口24在别的地方。
在靠近或毗邻发泡剂口24放置的时候，出口阀30可以是图5所示的并且在通过引证在此将它们的揭示并入的于2000年11月10日以“Valve for Injection Molding(用于注塑的阀门)”为题申请的共同拥有的未审的美国专利申请第09/710,756号和于2001年2月13日以“BlowingAgent Delivery System(发泡剂递送系统)”为题申请的共同拥有未审的美国专利申请第09/782,673号中描述的那种类型的。图5展示作为插在发泡剂口内并因此本质上偏离发泡剂口的注射器组件的一部份的出口阀30。如图所示，出口阀是部份地由插在注射器套筒170里面的阀体168形成的。举例说明的阀门包括阀杆171，后者相对于阀座172是可移动的，例如借助压缩空气，以便打开或关闭阀门。在打开位置(如图5所示)，阀杆与阀座分离，提供允许发泡剂通过与导管26连接的阀门的内部通道173流动的路径(图1)。在关闭位置，阀杆接触阀座，借此形成阻止发泡剂流过的密封。阀体168也可以非必选地包括止逆阀。如同举例说明的那样，止逆阀包括借助弹簧175向上偏置并且保持在适当位置的止逆球174，虽然其它的阀门构造也可以采用。在其它的实施方案中，弹簧不是必不可少的，而且球可以响应发泡剂和高分子材料自由移动。通常，当截止阀打开的时候，发泡剂的压力迫使止逆球174远离密封表面176，为发泡剂流向发泡剂口提供通道。
发泡剂口24是在挤塑机的机筒36中某个高分子材料通常呈流动状态的位置形成的。发泡剂口把发泡剂引进系统与聚合物加工空间42中的高分子材料连接在一起。发泡剂口24可以是安排在机筒上的单一的口或众多的口。当利用多个口的时候，这些口可以围绕着机筒呈径向排列或沿着机筒的长度以直线方式排列(图4)。如图4所示，发泡剂口24a、24b、24c沿着机筒长度的排列能在由于高分子材料和发泡剂的混合物的集聚使螺杆在机筒内(向上游方向)轴向移动的时候使相对于螺杆在相对不变的位置注入发泡剂变得容易。在采用径向安排的发泡剂口的时候，众多的口24可以围绕着挤塑机机筒放在12:00点、3:00点、6:00点和9:00点的位置，或依照需要按任何其它配置安排。
在图4中，分开的截止阀62a、62b、62c可以在每个发泡剂口24a、24b、24c处提供。截止阀62a、62b、62c能在塑化时间周期期间被个别地打开和关闭，以便相对于螺杆的位置把发泡剂的注入控制在预期的位置，例如，保证发泡剂是在螺杆的发泡剂注入段引进的。一个或多个阀门可以被同时打开。在说明性的实施方案中，每个发泡剂口被接到同一发泡剂引进系统上。然而，人们应该理解，在一些实施方案中，每个发泡剂口都可以被单独接到一个发泡剂引进系统上。
发泡剂口24可以包括单一的孔口或众多的孔口(178，图5)。在多孔口的实施方案中，发泡剂口可以包括至少大约2个；一些情况包括至少大约4个，而另一些情况包括至少大约10个，而另一些情况包括至少大约40个，而另一些情况包括至少大约100个，而另一些情况包括至少大约300个，而另一些情况包括至少大约500个，而在另外一种情况包括至少大约700个发泡剂孔口。在另一个实施方案中，发泡剂口24包括包含允许发泡剂从中流过进入机筒的多孔材料的孔口，不需要机械加工众多个别的孔口。
在某些优选的实施方案中，发泡剂口24可以在循环的塑化周期期间位于螺杆的发泡剂注入段48。螺杆的发泡剂注入段可以包括完全未断裂的螺纹路径。以这种方式，每条螺纹都在螺杆旋转的时候定期地通过或“刮擦”包括一些孔口的发泡剂口。这种刮擦增加发泡剂和高分子材料在挤塑机中的快速混合，结果是发泡剂的相对细小的孤立区域在注入机筒之后任何混合之前立即分布在高分子材料中。这促使在包括微孔加工的某些类型的高分子泡沫塑料加工中形成聚合物和发泡剂的预期的均匀混合物。在发泡剂注入段下游，螺杆可以包括有充分断裂的螺纹进一步混合聚合物和发泡剂的混合物促使均匀混合物在挤塑机内形成的混合段50。在某些情况下，优选的均匀混合物是均匀的单相溶液。在一些实施方案中，当形成微孔材料的时候，如同国际专利公开第WO98/31521号所描述的那样，高分子材料和发泡剂的均匀的单相溶液集聚在区域52中而且在装料注入模具的时候是成核的。
源22有比储料缸16大的体积。源可以供应熟悉这项技术的人已知的任何类型的物理发泡剂，包括氮、二氧化碳、烃类、氯氟烃、惰性气体等等或它们的混合物。发泡剂可以以任何可流动的物理状态(例如，气体、液体或超临界流体)供应给舱室。依照一个优选实施方案，源22提供二氧化碳作为发泡剂。在另一个优选实施方案中，源22提供氮气作为发泡剂。在某些实施方案中，二氧化碳或氮气可以由源单独供应。注入挤塑机之后(和非必选地在注入之前也)呈超临界流体状态的发泡剂(具体地说，超临界二氧化碳和超临界氮)在某些实施方案中是特别优选的。
导管26可以是技术上已知适合输送发泡剂的任何类型的导管。例如，导管可以是用适合输送增压气体、液体和/或超临界流体的材料制成的管子，例如，金属管，优选用不锈钢制作的。导管也可以是用一块材料内的通道定义的，例如，在一块不锈钢之类的金属内钻出的通道。发泡剂导管通常有介于大约0.1毫米和大约1.0厘米之间的横截面直径，虽然其它的尺寸也是可能的。导管26的长度和构型不受限制，而且通常取决于诸如可用的制造空间以及发泡剂引进系统和注塑系统的布局之类的因素。在一些实施方案中，为了保证限制在导管内的过量的发泡剂对工艺没有重大影响，将导管的体积减小或减到最小可能是符合需要的。在一些实施方案中如同举例说明的那样，导管组件可以有一个或多个分支，例如，为了使与储料缸16的连接变得容易(图3)和提供对多重发泡剂口的连接(图4)。
控制系统29和注塑控制器31可以是技术上已知的任何适当类型的。适当的控制系统和控制器已被描述，例如，在通过引证在此并入的于2001年5月4日以“Method and Apparatus for Controlling FoamMolding Processing(用来控制泡沫塑料模塑加工的方法和装置)”为题申请的共同拥有的未审的美国专利申请第09/826,603号中。本发明的一些系统和工艺不利用注塑控制器。
泵85可以是技术上已知的用来增加源供应的发泡剂的压力的任何适当类型的泵。
高压储罐83也可以是技术上已知的用来储存发泡剂的任何适当类型的储罐。储罐83有比源22的体积小但是比储料缸16的体积大的体积。高压储罐是为了当泵运转的时候限制进入储料缸的压力波动的影响而提供的。储罐中典型的压力可以介于大约5,000psi和10,000psi之间(例如，大约7,000psi)。
压力调节装置也可以是技术上已知的用来把下游压力调节到固定数值的任何适当的类型。在某些情况下，如图1所示，压力调节装置是减压调节器。在减压调节器的下游末端的压力可以被固定在装置上游末端的压力以下。例如，压力在装置的上游末端可能是大约7,000psi，而在装置的下游末端，压力可能被减少到大约4,000psi。固定的较低压力是递送给储料缸的发泡剂的压力。
在其它的情况下，压力调节装置可以是如图2所示放置在导管的支管内的反压调节器19。反压调节器提供固定的上游压力，而且，例如，可能有向环境排放的出口。固定的上游压力是递送给储料缸的发泡剂的压力。
如上所述，在某些实施方案中，压力调节装置接收来自控制系统的输入信号，而且在响应中固定递送给储料缸的压力。在这些实施方案中，压力调节装置必须有能够响应来自控制系统的输入信号固定递送给储料缸的压力的适当的设计。
虽然发泡剂引进系统10是结合注塑系统举例说明的，但是人们将理解依照本发明的发泡剂引进系统可以与包括其它的不连续系统的其它聚合物加工系统(尤其是吹塑系统)结合使用。适当的吹塑系统的例子已被描述，例如，在通过引证在此并入的国际专利公开第WO 99/32544号(Anderson等人)中。
发泡剂引进系统可以用来形成各式各样模塑的高分子材料制品，具体地说，模塑的泡沫塑料制品。在一些实施方案中，模塑的微孔制品可以形成。适当的微孔制品已在通过引证被并入的国际专利申请第WO98/31521号(Pierick等人)中予以描述。在一些实施方案中，微孔制品有小于100微米的平均微孔尺寸，在其它的实施方案中小于50微米的、在其它的实施方案中小于25微米的、在其它的实施方案中小于5微米的、而在其它的实施方案中甚至更小的微孔尺寸是能实现的。
本发明的这些和其它实施方案的功能和优点将从下面的实施例中得到更充分的理解。下面的实施例倾向于举例说明本发明的优势，但是不提供本发明的完整范围的例证。
实施例1
这个实施例阐明本发明的一个实施方案的使用。
所用的注塑机是有20毫米的螺杆的55吨的机器。发泡剂引进系统被接到注塑机上。发泡剂引进系统包括入口阀、并入发泡剂注射器组件的出口阀和如同下面描述的那样在引进聚合物熔体之前把发泡剂的装料或剂量聚集在其中的用来建立储料缸体积的特定长度的导管。供应给储料缸体积的压力是使用在有向空气排放的出口的导管的T形部分上的反压调节器监测和控制的。管道系统的温度是使用手持式表面热电偶装置测量的。
储料缸体积是作为注射器组件体积、截止阀座下游的入口阀体积和把阀门接结到注射器上的导管的体积之和计算的。就0.659cm3的总体积而言，注射器组件有0.18cm3的体积，阀门有0.41cm3的体积，而管道系统有0.069cm3的体积。在注塑机中模具被用来生产固体部分重量为1.6克的试样聚丙烯零件。
使用氮气密度作为温度和压力的函数的方程，在引进聚合物熔体的参照体积中的氮气质量是基于储料缸体积中的初始压力和储料缸体积内的终止压力计算的。初始压力是预先设定的受反压调节器控制的大于终止压力的数值。装置不包括在参照体积内的压力转换器，所以，假定参照体积内的终止压力实质上与熔融聚合物内的压力相同。聚合物熔体压力是使用位于毗邻注射器阀门出口的熔融聚合物之中的压力传感器监测的。
为了引进氮气的剂量，在储料缸下游的截止阀被打开1秒之久。单一的氮气剂量是在塑化周期期间引进的。在储料缸下游的截止阀被关闭之后，延迟0.5秒的时间打开储料缸上游的截止阀，以便限制附加的氮气剂量。
塑炼期间的工艺参数如下：
螺杆的圆周速度          4英寸/秒
螺杆上特定的反压        1500psi
聚合物配料体积          0.15英寸3
入口阀关闭体积位置        0.03英寸3
储料缸体积的平均温度      250°F
在氮气注入位置的聚合物熔体压力是在螺杆回缩期间测量的，为2310psi到2360psi。参照体积中的氮气压力被设定成2550psi。使用每1.6克塑料重量0.375％的用量计算出的氮气剂量是6毫克。
在不改变任何工艺设定的情况下，该工艺被重复一小时。生产出大约120个泡沫塑料零件。在整个工艺过程中生产的零件有相似的特性。测试零件的一致性说明工艺的稳定性和使用本发明的一个实施方案一致地投放少量氮气的能力。
实施例2
这是本发明的使用较低的发泡剂定量投料率的实施方案的实施例。
在这个实施例中，装置中工艺参数是与实施例1的相同，但是在储料缸体积中的氮气压力被设定为2475psi，而聚合物熔体压力为以2350psi。计算出的氮气递送量为大约的3.8毫克，而温度是大约250°F。系统参数在运行期间不改变，而且零件是在大约2小时里面一致地生产出来的。
实施例3
这个实施例阐明本发明的另一个实施方案的使用。具体地说，这个实施例阐明发泡剂引进系统连同总零件重量需要小百分比的机器行程的工艺一起使用。在这个实施例中，必需的行程是总机器容量的大约7％。典型的发泡剂引进系统不能轻易地以小于15％的机器行程容量一致地操作。
所用的注塑机是有30毫米螺杆的88吨的机器。这台注塑机被接到实施例1描述的发泡剂注射组件上。
注塑机中的模具用来生产固体部份重量为6.5克的U形零件。模具有两个借助居中的冷浇口连接起来的空腔。所用的材料是玻璃填充的尼龙6。
使用氮气密度作为温度和压力的函数的方程，基于储料缸体积中的初始压力和储料缸体积内的终止压力计算在参照体积中引进聚合物熔体的氮气质量。初始压力是大于终止压力的预先设定的数值。装置不包括在参照体积里面的压力传感器，所以，假定参照体积内的终止压力实质上与熔融聚合物的压力相同。聚合物熔体压力是使用位于毗邻注射器阀门出口的熔融聚合物之中的压力传感器监测的。
为了引进氮气的剂量，入口阀是关闭的，而在储料缸下游的出口阀被打开1秒之久。单一的氮气剂量是在塑化周期期间引进的。在储料缸的出口阀关闭之后，延迟0.3秒的时间打开储料缸的入口阀，以限制附加的氮气剂量。
塑炼期间的工艺参数如下：
螺杆的圆周速度          6英寸/秒
螺杆上特定的反压        2700psi
聚合物用量行程          0.45英寸
入口阀关闭位置          0.15英寸
储料缸体积的平均温度    200°F
周期时间                ～18秒
在氮气注入位置的聚合物熔体压力是在螺杆回缩期间测量的，为3050-3140psi。参照体积中的氮气压力被设定为四个不同的数值。
第一个设定值是为了在3300psi的储料缸压力下递送9.3毫克氮气(0.14wt％浓度)而计算的。系统经过调整，并且在收集零件之前运行大约20个周期。系统配置保持不变达大约一小时之久。高质量的泡沫塑料零件被生产出来。这些零件相对于固体塑料有大约3.1％的密度减少。这些零件有闭孔结构，其平均微孔尺寸为大约100微米。图6A和6B是展示零件的代表性横截面的SEM照片的副本。
第二个设定值是为了在3400psi的储料缸压力下递送13毫克氮气(.20wt％的浓度)而计算的。再一次收集零件达一小时之久，而且监测工艺和零件。高质量的零件被生产出来而且系统配置是稳定的。零件相对于固体塑料有大约4.1％的密度减少。零件有闭孔结构，其平均微孔尺寸为大约75微米。图7A和7B是展示零件的代表性横截面的SEM照片的副本。
两种其它的设定值曾被测试。一个是为递送16.5毫克氮气(按重量计0.25％的浓度)而设定的，另一个是递送18.5毫克氮气(按重量计0.28％的浓度)而设定的，其中储料缸压力的设定值分别为3500和3600psi。高质量的零件在这两种追加设定下被生产出来，而且系统配置是稳定的。
就18.5毫克氮气而言，零件相对于固体塑料有大约5.3％的密度减少和闭孔结构，其平均微孔尺寸为大约40微米。图8A和8B是展示零件的代表性横截面的SEM照片的副本。
熟悉这项技术的人将很容易领会到所有在此描述的参数和配置指的是可仿效的参数和配置，而实际的参数和配置将取决于使用本发明的系统和方法的特定应用。熟悉这项技术的人将认识到或能够用不多的例行实验查明在此描述的本发明的特定实施方案的许多等价方案。所以，人们将会理解，前面的实施方案仅仅是作为实例提交的，而且在权利要求书及其等价文件的范围内，本发明可以以不同于已明确描述的方式予以实践。本发明指向在此描述的每个个别的特征、系统或方法。除此之外，如果这样的特征、系统或方法不互相矛盾，两个以上这样的特征、系统或方法的任何组合被包括在本发明的范围之内。

Claims (12)

1.一种方法，其中包括：
在挤塑机中塑炼高分子材料；
在模塑周期的第一个塑化周期中在塑炼高分子材料的同时把第一剂量的发泡剂引进高分子材料中；
在模塑周期的第一个塑化周期中在塑炼高分子材料的同时把第二剂量的发泡剂引进高分子材料中；以及
把发泡剂和高分子材料的混合物注射到模具之中。
2.根据权利要求1的方法，其中第一剂量被增压到比在挤塑机中邻近发泡剂口的高分子材料的压力高的压力。
3.根据权利要求1的方法，其中第一剂量与第二剂量有几乎相同的质量。
4.根据权利要求1的方法，其中第一剂量被增压到比在挤塑机中邻近发泡剂口的高分子材料的压力高50psi到1000psi。
5.根据权利要求1的方法，其中第一剂量被增压到比在挤塑机中邻近发泡剂口的高分子材料的压力高50psi到500psi。
6.根据权利要求1的方法，其中在引进第一剂量和引进第二剂量之间有至少大约1.0秒的时间周期。
7.根据权利要求1的方法，其中第一剂量和第二剂量都小于0.1克。
8.根据权利要求1的方法，其中第一剂量和第二剂量都小于0.01克。
9.根据权利要求1的方法，进一步包括在第一塑化周期中塑炼高分子材料的同时把附加剂量的发泡剂引进高分子材料中。
10.根据权利要求1的方法，进一步包括把第一剂量和第二剂量与高分子材料混合在一起形成混合物。
11.根据权利要求10的方法，其中混合物是单相溶液。
12.根据权利要求1的方法，进一步包括形成微孔制品。
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