CN112714688A - 聚合物泡沫加工系统和方法 - Google Patents

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Abstract

聚合物泡沫加工系统和方法。例如，该系统可以用于生产注射成型的聚合物泡沫制品。该系统可以构造成以一定范围内的有效溶解度比进行操作，以促进包括微孔聚合物泡沫制品的高质量聚合物泡沫制品的形成。

Description

聚合物泡沫加工系统和方法
技术领域
本发明总体上涉及聚合物泡沫加工，并且更特别地，涉及聚合物泡沫加工系统和方法。
背景技术
聚合物泡沫在聚合物基质中包括多个空隙，也称为孔。聚合物泡沫使用多种技术进行加工。例如，聚合物泡沫可以通过将物理发泡剂注射到挤出机内的聚合物材料中而被加工。例如，许多常规的系统通过挤出机的机筒中的发泡剂端口将发泡剂注射到挤出机内的聚合物材料的流体流中。发泡剂可以与聚合物材料混合以在挤出机内形成溶液。溶液例如可以注射到模具中以形成注射成型的聚合物泡沫制品。
微孔泡沫是一种类型的聚合物泡沫，微孔泡沫的特征在于具有小的孔尺寸和高的孔密度。微孔泡沫可以具有许多性能和加工优势。当形成微孔泡沫时，某些加工步骤可能是需要的(或优选的)。这些步骤包括充分混合聚合物材料和发泡剂以足以在挤出机内形成均匀的混合物(例如，单相溶液)、保持均匀的混合物内的高压以防止微孔过早成核以及迅速降低压力以使微孔在期望的时间内成核。
某些常规的注射成型系统不能满足生产微孔聚合物泡沫所需的所有上述步骤。通常，设计这种系统的意图是在与微孔聚合物泡沫的生产不一致的一组条件下进行操作。已经专门设计了其他系统来生产微孔聚合物泡沫。一些这样的系统涉及昂贵的设备改型和/或牺牲了其他性能指标(例如，输出)。
因此，需要可以用于生产微孔聚合物材料而无需昂贵的设备改型和/或其他性能缺点的注射成型系统。
发明内容
描述了聚合物泡沫加工系统和方法。
在一个方面，提供了一种系统。该系统设计成加工聚合物泡沫材料。该系统包括挤出机，该挤出机包括构造成在机筒中旋转以在机筒内的加工空间中向下游传送聚合物材料的螺杆。挤出机构造成在螺杆旋转以传送聚合物材料时保持螺杆上的背压Pb。螺杆被设计成包括混合区段和下游端部。该系统包括发泡剂源，该发泡剂源构造成通过形成在机筒中且位于螺杆的发泡剂接收区段处的发泡剂端口将发泡剂引入到挤出机中的聚合物材料中，以在加工空间中形成发泡剂和聚合物材料的混合物。混合物中的发泡剂浓度为C。该系统包括连接至挤出机的出口的模具。螺杆构造成在机筒中沿下游方向周期性地移动至注射位置，以将聚合物材料和发泡剂的注料注射到模具中，注料具有体积Vs，其中，螺杆构造成在旋转的同时从注射位置向上游退回。混合体积Vm被定义为：当螺杆处于注射位置时，在螺杆的发泡剂接收区段与螺杆的下游端部之间的加工空间中的发泡剂和聚合物材料的混合物的体积。该系统的有效溶解度比的特征在于：有效溶解度比＝Pb/(C×Vr)，其中，Vr＝Vs/Vm。该系统构造成具有大于1500的有效溶解度比。
在一个方面，提供了一种加工聚合物泡沫材料的方法。该方法包括提供包括安装在机筒中的螺杆的挤出机。螺杆被设计成包括螺杆的混合区段和下游端部。该方法包括旋转螺杆以在机筒内的加工空间中向下游传送聚合物材料，同时在螺杆旋转以传送聚合物材料时保持螺杆上的背压Pb。该方法还包括将来自发泡剂源的发泡剂通过形成在机筒中且位于螺杆的发泡剂接收区段处的发泡剂端口引入，以在加工空间中形成发泡剂和聚合物材料的混合物。混合物中的发泡剂浓度为C。该方法还包括使螺杆在机筒中沿下游方向移动至注射位置，以将聚合物材料和发泡剂的注料注射到模具中。注料具有体积Vs。该方法还包括从模具中回收聚合物泡沫制品。混合体积Vm被定义为：当螺杆处于注射位置时，在螺杆的发泡剂接收位置与螺杆的下游端部之间的加工空间中的发泡剂和聚合物材料的混合物的体积。该方法以有效溶解度比进行操作，该有效溶解度比的特征在于：有效溶解度比＝Pb/(C×Vr)，其中，有效溶解度比大于1500。
在另一方面，提供了一种设计成加工聚合物泡沫材料的系统。该系统包括挤出机，该挤出机包括构造成在机筒中旋转以在机筒内的加工空间中向下游传送聚合物材料的螺杆。该系统还包括构造并布置成附接至机筒的下游端部的模块化机筒延伸部。模块化机筒延伸部包括发泡剂端口，该发泡剂端口构造成连接至发泡剂源，以将发泡剂引入到模块化机筒延伸部中的聚合物材料中。该系统还包括构造并布置成附接至螺杆的下游端部的螺杆延伸部。螺杆延伸部构造成在机筒延伸部内旋转以在机筒延伸部内的发泡剂端口的下游的加工空间中向下游传送聚合物材料和发泡剂。该系统还包括螺杆延伸部，该螺杆延伸部包括定位成在螺杆旋转时位于机筒中的发泡剂端口的上游的限制元件。螺杆延伸部包括位于限制元件的下游的发泡剂接收区段和位于发泡剂接收区段的下游的混合区段。限制元件构造成在成型循环的注射部分期间防止聚合物材料和发泡剂向上游流动。该系统还包括连接至模块化机筒延伸部的出口的模具。
通过结合附图考虑本发明的以下详细描述，其他方面和特征将变得明显。
附图说明
图1示意性地图示了根据实施方式的聚合物泡沫加工系统。
图2示意性地图示了根据实施方式的包括模块化机筒延伸部的聚合物泡沫加工系统。
图3是示出了针对示例1中所描述的多个样品的有效溶解度比的图。
具体实施方式
本文中描述了聚合物泡沫加工系统和方法。例如，该系统可以用于生产注射成型的聚合物泡沫制品。如下文进一步描述的，该系统可以构造成以一定范围内的有效溶解度比进行操作，以促进包括微孔聚合物泡沫制品的高质量聚合物泡沫制品的形成。有效溶解度比可以通过包括体积比和加工比的某些设备参数和加工参数来计算，这将在下面更详细地描述。有利地，该系统可以不需要昂贵的设备改型和/或设计。
参照图1，示意性地示出了聚合物泡沫加工系统10。该系统包括用于输送物理发泡剂(例如，氮气和/或二氧化碳)的发泡剂引入系统12。在该实施方式中，该系统是包括挤出机14和模具16的注射成型系统。料斗18向挤出机提供(例如，呈粒状物形式的)聚合物材料。挤出机包括螺杆20，螺杆20设计成在机筒22内旋转以塑化聚合物材料。(例如，由挤出机机筒上的加热器提供的)热和(例如，通过使螺杆旋转而提供的)剪切力起到使聚合物材料熔融以形成流体聚合物流的作用。该流通过螺杆的旋转而沿下游方向传送。
在图示的实施方式中，发泡剂引入系统包括物理发泡剂源26(例如，氮气源)，物理发泡剂源26连接至挤出机的机筒中的一个或更多个端口28。该系统构造成控制物理发泡剂从源到挤出机中的流体聚合物流中的流动。螺杆上的发泡剂被引入的位置在本文中被称为发泡剂接收区段31。如下文进一步描述的，螺杆可以包括专门设计成接收发泡剂的区段和/或在引入位置的下游的使发泡剂混合的区段(例如，混合区段32)。
聚合物材料和发泡剂的混合物通过螺杆的旋转而在挤出机机筒中沿下游方向传送。在一些实施方式中，混合物是单相溶液，其中，物理发泡剂在注射到模具中之前被溶解在聚合物材料中。
混合物(例如，单相溶液)的注料可以在挤出机内在螺杆的下游积聚，从而使螺杆在机筒内沿上游方向退回。当达到合适的条件(例如，在预定的时间段之后，在预定的螺杆位置处等)时，螺杆停止退回和旋转以使成型循环的塑化周期结束。在成型循环的注射周期期间，螺杆可以在机筒内向下游迫压至注射位置，以在与挤出机的出口相关联的阀29打开的同时将混合物注射到模具的腔中。混合物在注射期间经受压降，该压降使大量的孔成核，并且在模具中形成聚合物泡沫制品。螺杆可以再次开始旋转，以开始另一成型循环。通常重复该方法以生产多个聚合物泡沫制品。
应当理解的是，聚合物泡沫加工系统可以包括在附图中未图示的多个常规部件。尽管发泡剂引入系统被图示为与注射成型系统结合使用，但是应当理解的是，发泡剂引入系统可以与其他类型的聚合物加工系统结合使用。
参照图2，示意性地示出了聚合物泡沫加工系统10A。类似于图1中的实施方式，该系统包括具有螺杆20的挤出机14，螺杆20设计成在机筒22内旋转以塑化聚合物材料。如上所述，(例如，由挤出机机筒上的加热器提供的)热和(例如，通过使螺杆旋转而提供的)剪切力起到使聚合物材料熔融以形成流体聚合物流的作用，该流体聚合物流通过螺杆的旋转而沿下游方向传送。在该实施方式中，模块化机筒延伸部50附接至机筒的下游端部，并且螺杆延伸部52附接至螺杆的下游端部。当螺杆在机筒内旋转时，螺杆延伸部在机筒延伸部内旋转。该组件具有增加螺杆的整体加工长度(和长径比)的作用。
应当理解的是，模块化机筒延伸部可以附接至现有的挤出机的常规机筒。也就是说，可以将用于加工聚合物材料的现有的挤出机修改成包括模块化机筒延伸部和螺杆延伸部。在一些情况下，例如与图1中示出的系统相比，这种修改可以具有降低设备成本的优点。
如所示出的，模块化机筒延伸部包括发泡剂端口28，该发泡剂端口28连接至发泡剂引入系统10的物理发泡剂源26(例如，氮气源)。该系统构造成控制物理发泡剂从源到挤出机中的流体聚合物流中的流动。如下文进一步描述的，螺杆延伸部可以包括专门设计成接收发泡剂的区段(即发泡剂接收区段31)和/或在引入位置的下游的使发泡剂混合的区段(即混合区段32)。在这些实施方式中，螺杆的另一部分通常不包括这样的区段。
聚合物材料和发泡剂混合物通过螺杆延伸部的旋转而在模块化机筒延伸部中沿下游方向传送。在一些实施方式中，混合物是单相溶液，其中，物理发泡剂在注射到模具中之前被溶解在聚合物材料中。
混合物(例如，单相溶液)的注料可以在模块化机筒内的螺杆延伸部的下游积聚，从而使螺杆(包括螺杆延伸部)沿上游方向退回。当达到合适的条件(例如，在预定的时间段之后，在预定的螺杆位置处等)时，螺杆(包括螺杆延伸部)停止退回和旋转以使成型循环的塑化周期结束。在成型循环的注射周期期间，螺杆(包括螺杆延伸部)可以向下游迫压至注射位置，以在与模块化机筒的出口相关联的阀29打开的同时将混合物注射到模具的腔中。混合物在注射期间经受压降，该压降使大量的孔成核，并且在模具中形成聚合物泡沫制品。螺杆(包括螺杆延伸部)可以再次开始旋转，以开始另一成型循环。通常重复该方法以生产多个聚合物泡沫制品。
如上所述，系统可以构造成以一定期望范围内的有效溶解度比进行操作。有效溶解度比可以使用以下等式来计算：
有效溶解度比＝Pb/(C×Vr)
在等式中，Pb是比背压，比背压在本领域中有时也称为塑背压，并且与液压背压(psi)区分开，当螺杆在成型循环的塑化周期期间旋转以传送聚合物材料(以及引入之后发泡剂的发泡剂)时，在螺杆上保持该液压背压(psi)。
在等式中，C是聚合物材料和发泡剂(例如，氮气)的混合物中的发泡剂的浓度，该浓度可以表示为基于混合物中的聚合物材料的总重量的发泡剂的重量百分比。
在等式中，Vr被称为体积比，并且由以下等式来确定：Vr＝Vs/Vm。Vm(in3)被定义为：当螺杆处于注射位置时，在螺杆的发泡剂接收位置与螺杆的下游端部(包括螺杆延伸部，如果存在的话)之间的加工空间中的发泡剂和聚合物材料的混合物的体积。
在等式中，Vs(in3)被定义为引入到模具中的聚合物材料和发泡剂的注料的体积。
发明人认识到的是，有效溶解度比是确定所得到的聚合物泡沫成型制品的质量的重要参数。例如，以至少1500的有效溶解度比(例如，使用氮气作为发泡剂)进行操作对于生产包括小的孔尺寸的高质量聚合物(例如，聚丙烯)泡沫(例如，微孔泡沫)制品是重要的。在一些实施方式中，以至少2000的有效溶解度比(例如，使用氮气作为发泡剂)进行操作对于生产高质量的聚合物(例如，尼龙)泡沫制品是重要的；并且在一些实施方式中，至少2300的有效溶解度比(例如，使用氮气作为发泡剂)是重要的。在一些实施方式中，有效溶解度比小于3000。
在某些实施方式中，体积比(Vr)也可以是评估所得到的聚合物泡沫制品的质量的有用参数。在一些情况下，可能期望以某些期望的体积比进行操作。例如，在一些实施方式中，体积比大于2.5可能是优选的；在一些情况下，大于1.5可能是优选的；并且在一些情况下，大于1.0可能是优选的。
混合物中的发泡剂的浓度(C)可以小于基于混合物中的聚合物材料的总重量的5重量％。在一些实施方式中，浓度可以小于基于聚合物材料的总重量的2重量％，并且在其他实施方式中，小于基于聚合物材料的总重量的约1％。特别地，当将氮气用作发泡剂时，氮气的量可以小于基于聚合物材料的重量的0.5重量百分比或小于基于聚合物材料的重量的0.25重量百分比。在一些实施方式中，发泡剂的存在量大于基于聚合物材料的重量的0.01重量百分比。
如上所述，在本文中描述的系统和方法中，可以使用氮气作为物理发泡剂。在其他实施方式中，可以使用二氧化碳。应当理解的是，在一些实施方式中，可以使用其他物理发泡剂类型(例如，烃、稀有气体等)。发泡剂可以以任何可流动的物理状态、比如气体、液体或超临界流体被供应。在一些实施方式中，可以优选地使用呈超临界状态(例如氮气)的发泡剂。
当螺杆在成型循环的塑化周期期间旋转以传送聚合物材料(以及引入发泡剂之后的发泡剂)时，系统可以在螺杆上的一定背压(Pb)范围内进行操作。例如，背压可以为至少1000psi；在一些实施方式中，为至少2000psi；并且在一些实施方式中，为至少3000psi。在一些实施方式中，背压小于4000psi。
包括螺杆延伸部(如果存在的话)的螺杆的构型在实现充分混合以促进机筒内的单相溶液的形成方面可能很重要。例如，螺杆可以设计成具有发泡剂接收区段(例如，擦拭区段)和/或足够长的混合区段。在包括螺杆延伸部的实施方式中，延伸部可以包括发泡剂接收区段(例如，擦拭区段)和/或足够长的混合区段。
发泡剂接收区段通常在加工期间定位在一个或多个发泡剂端口下方，使得该区段接收引入到加工空间中的发泡剂。在一些实施方式中，接收区段可以被称为擦拭区段，该擦拭区段包括穿过发泡剂端口(包括孔口，如果存在的话)下方的螺杆螺纹(例如，不间断的螺杆螺纹)，以增强发泡剂在被引入到聚合物材料中时的分散。例如，擦拭区段可以具有螺杆的直径的约一半至约三倍之间的长度。
螺杆的混合区段定位在发泡剂接收区段的下游。在包括螺杆延伸部的实施方式中，延伸部可以包括混合区段。混合区段增强发泡剂和聚合物材料的混合；该混合可以是分布式的或分散式的或两者的任意组合。如上所述，增强的混合能够形成聚合物材料和发泡剂的单相溶液，这对于微孔加工而言是期望的。混合区段可以具有本领域已知的多种合适的设计。例如，混合区段可以包括间断的螺杆螺纹。混合区段的某些已知设计被称为Maddock、螺旋Maddock、菠萝段、销、齿轮和捏合混合器(及其组合)。混合区段的长度可以在螺杆直径的约0倍至3倍之间。
在一些实施方式中，混合区段和发泡剂接收区段(例如，擦拭区段)的组合长度是螺杆直径的至少3倍；并且在一些实施方式中；是螺杆直径的至少4倍。
在某些实施方式中，螺杆被设计成具有定位在发泡剂接收区段的上游的限制元件44(并且当螺杆被安装在机筒内时，限制元件44定位在发泡剂端口42的上游)。在包括螺杆延伸部的实施方式中，延伸部可以包括限制元件。限制元件构造成在将注料注射到模具中的同时限制(并且在一些情况下基本上防止)加工空间中的聚合物材料和发泡剂的混合物向上游流动。因此，限制元件保持聚合物加工空间中的混合物的压力，以防止发泡剂过早地从溶液中析出。例如，限制元件可以在整个注射循环中将聚合物材料以至少1000psi的压力保持在限制元件的下游；在其他情况下，以至少约2000psi的压力保持在限制元件的下游；或整个注射周期中以至少约3000psi的压力保持在限制元件的下游。
在一些情况下，限制元件是阀，该阀在打开构型中允许聚合物材料向下游流动通过该阀并且在闭合构型中限制聚合物材料向上游流动通过该阀。例如，阀可以在阀的下游的聚合物材料的压力超过阀的上游的聚合物材料的压力时从闭合构型移动至打开构型。合适的限制元件设计已经在共同拥有的美国专利No.6,322,347中进行了描述，该美国专利通过参引并入本文中。
在一些实施方式中，在某些常规系统中，螺杆不需要包括存在于螺杆的下游端部处的梢部阀。这可以是本文中描述的系统相对于此类常规系统的优点，因为消除梢部阀可以简化结构和操作。在一些实施方式中，螺杆仅包括(例如，呈限制元件的形式的)单个阀。
如上所述，发泡剂通过一个或更多个端口引入到挤出机中。通常，在机筒中的一定位置处形成有一个或多个端口42，使得聚合物加工空间内的聚合物材料和发泡剂混合物的均匀混合物能够在注射到模具中之前形成。如上所述，一个或多个端口可以相对于螺杆的具体区段定位，如下文进一步描述的。应当理解的是，其他端口位置也可能是合适的。例如，通过位于机筒中的不同位置处的多个端口引入发泡剂可以促进聚合物材料和发泡剂的均匀混合物的形成。当利用多个端口时，端口可以围绕机筒径向地布置或沿着机筒的长度轴向地布置。在一些实施方式中，发泡剂端口。在某些实施方式中，发泡剂端口可以具有小于80mm2的横截面积。
在一些情况、尽管不是在所有情况下，可能期望通过与发泡剂端口中的一个或更多个发泡剂端口相关联的多个孔口将发泡剂引入到聚合物加工空间中的聚合物材料中。例如，通过多个孔口引入发泡剂可以促进聚合物材料和发泡剂的均匀混合物的形成。
如上所述，该系统可以包括与挤出机的出口相关联的截止喷嘴阀。在聚合物材料和发泡剂的注料的积聚期间，截止喷嘴阀处于闭合构型，以保持机筒内的聚合物材料/发泡剂混合物的压力足够高。高压确保发泡剂保持溶解在形成于挤出机内的聚合物材料和发泡剂的单相溶液中。注射阀的开口允许聚合物材料流入到模具中，并且允许混合物在引入到模具中时成核。一个或更多个加热单元与截止喷嘴阀相关联。应当理解的是，在某些系统中可能不存在截止喷嘴阀。
如上所述，发泡剂源可以将物理发泡剂(例如氮气)供应至挤出机。发泡剂引入系统可以包括连接至源的出口的计量装置，以监测和控制由源供应的发泡剂的流量。计量装置可以是本领域已知的任何类型的计量装置。在一些实施方式中，计量装置计量发泡剂的流量。在这些实施方式中，由源供应的发泡剂的质量流量可以根据特定加工的需要在较宽的范围内变化。例如，发泡剂质量流量通常在约0.001lbs/hr至100lbs/hr之间，在一些情况下，在约0.002lbs/hr至60lbs/hr之间，并且在一些情况下，在约0.02lbs./hr至约10lbs./hr之间。应当理解的是，在一些实施方式中，由于聚合物材料在某些加工(例如，注射成型过程)中的不连续塑化，因此进入聚合物材料中的发泡剂流可能是不连续的。
发泡剂引入系统还可以包括定位在源与端口之间的喷射器阀。当喷射器阀处于打开构型时，从源到挤出机中的聚合物材料的发泡剂流停止。当喷射器阀处于打开构型时，允许来自源的发泡剂流动通过该阀并且进入到挤出机中的聚合物材料中。因此，喷射器阀可以用于选择性地控制发泡剂引入到改装系统中的聚合物材料中。
在一些实施方式中，聚合物加工系统包括有助于系统的操作的控制系统。控制系统可以接收来自系统的一个或更多个部件的输入信号并且将输出信号发送至系统的一个或更多个部件。控制系统还可以响应于操作者的键入而接收手动输入信号。特别地，控制系统25可以用于使注射成型系统的操作和发泡剂引入同步。
如上所述，该系统和方法可以用于形成聚合物泡沫制品。在一些实施方式中，该系统和方法可以用于形成微孔聚合物泡沫。合适的微孔聚合物泡沫已经例如在国际公开No.WO 98/31521(Pierick等人)中进行了描述，该国际出版物通过参引并入本文中。微孔泡沫具有小的孔尺寸和高的孔密度。如本文中所使用的，术语“孔密度”被定义为原始未发泡的聚合物材料每立方厘米的孔的数目。如本文中所使用的，术语“平均孔尺寸”是形成在制品中的孔的尺寸的数值平均值。平均孔尺寸可以例如通过对制品的代表性区域的扫描电子显微镜(SEM)分析来确定。
在一些实施方式中，微孔泡沫具有小于100微米的平均孔尺寸；并且在其他实施方式中，具有小于50微米的平均孔尺寸。在这些微孔实施方式中的一些实施方式中，孔尺寸可以是均匀的，尽管少数孔可能具有明显更大或更小的孔尺寸。在一些情况下，制品的不同区域可能具有不同尺寸的孔。例如，制品的边缘区域通常可能具有与制品的内部区域相比更小的孔尺寸。此外，边缘区域甚至可能不具有孔，而内部区域具有孔。
使用本文中描述的系统和方法生产的包括微孔泡沫制品的聚合物泡沫制品可以在较宽范围的空隙分数内生产。可以使用具有约1％至约99％之间的空隙分数的聚合物泡沫。在一些实施方式中，使用具有小于50％的空隙分数的较高密度的泡沫，在其他情况下，使用具有小于30％的空隙分数的较高密度的泡沫，并且在一些情况下，使用具有约5％至约30％之间的空隙分数的较高密度的泡沫。具体的空隙分数将取决于应用。
该系统和方法通常可以用于加工任何合适类型的聚合物材料。合适的材料包括可以是无定形、半结晶或结晶材料的热塑性聚合物。聚合物材料的典型示例包括苯乙烯聚合物(例如，聚苯乙烯、ABS)、聚烯烃(例如，聚乙烯和聚丙烯)、含氟聚合物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚碳酸酯、聚苯醚(PPE)、热塑性弹性体、卤乙烯(例如，PVC)、丙烯酸(例如，PMMA)、乙缩醛、其他高温塑料(例如，PEEK、PEKK、PES、PPS、PEI、PPA)等。聚合物材料还可以包括本领域已知的任何数目的其他添加剂，比如增强剂、润滑剂、塑化剂、着色剂、填料、稳定剂等。可选地，制品可以包括成核剂，比如滑石或碳酸钙。在许多实施方式中，制品不含成核剂。制品通常不含残留的化学发泡剂或化学发泡剂的反应副产物。例如，当超临界流体添加剂是大气气体(例如，氮气、二氧化碳)时，制品通常也不含非大气发泡剂。
示例
以下示例说明了系统和方法在一定的有效溶解度比范围内进行操作的重要性。
在该示例中使用与图1中示出的系统类似的系统。该系统在各种不同的条件和构型下进行操作，以加工玻璃填充的尼龙聚合物材料。生产了一系列不同的成型聚合物泡沫制品，并且对质量(例如，孔尺寸)进行检查。图3示出了针对不同样品的有效溶解度比。如所示出的，当有效溶解度比大于2000时，那么样品质量较高，而当有效溶解度比小于2000时，样品质量较低。
本领域技术人员将容易领会的是，本文中列出的所有参数意在是示例性的，并且实际参数将取决于使用本发明的方法和制品的具体应用。因此，应当理解的是，前述实施方式仅通过示例的方式呈现，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，本发明可以以与具体描述的方式不同的方式来实实践。此外，应当理解的是，本文中描述的系统可以是新制造的系统或改装系统。

Claims (25)

1.一种设计成加工聚合物泡沫材料的系统，所述系统包括：
挤出机，所述挤出机包括螺杆，所述螺杆构造成在机筒中旋转以在所述机筒内的加工空间中向下游传送聚合物材料，其中，所述挤出机构造成在所述螺杆旋转以传送聚合物材料时保持所述螺杆上的背压Pb，其中，所述螺杆被设计成包括混合区段和下游端部；
发泡剂源，所述发泡剂源构造成通过形成在所述机筒中且位于所述螺杆的发泡剂接收区段处的发泡剂端口将发泡剂引入到所述挤出机中的聚合物材料中，以在所述加工空间中形成发泡剂和聚合物材料的混合物，其中，所述混合物中的发泡剂浓度为C；
模具，所述模具连接至所述挤出机的出口；
其中，所述螺杆构造成在所述机筒中沿下游方向周期性地移动至注射位置，以将聚合物材料和发泡剂的注料注射到所述模具中，所述注料具有体积Vs，其中，所述螺杆构造成在旋转的同时从所述注射位置向上游退回；
其中，混合体积Vm被定义为：当所述螺杆处于所述注射位置时，在所述螺杆的所述发泡剂接收区段与所述螺杆的下游端部之间的所述加工空间中的发泡剂和聚合物材料的混合物的体积；并且
其中，所述系统的有效溶解度比的特征在于：
有效溶解度比＝Pb/(C×Vr)
其中，Vr＝Vs/Vm
其中，所述系统构造成具有大于1500的有效溶解度比。
2.一种加工聚合物泡沫材料的方法，所述方法包括：
提供挤出机，所述挤出机包括安装在机筒中的螺杆，所述螺杆被设计成包括所述螺杆的混合区段和下游端部；
使所述螺杆旋转，以在所述机筒内的加工空间中向下游传送聚合物材料，同时在所述螺杆旋转以传送聚合物材料时保持所述螺杆上的背压Pb；
将来自发泡剂源的发泡剂通过形成在所述机筒中且位于所述螺杆的发泡剂接收区段处的发泡剂端口引入，以在所述加工空间中形成发泡剂和聚合物材料的混合物，其中，所述混合物中的发泡剂浓度为C；
使所述螺杆在所述机筒中沿下游方向移动至注射位置，以将聚合物材料和发泡剂的注料注射到模具中，所述注料具有体积Vs；以及
从所述模具中回收聚合物泡沫制品，
其中，混合体积Vm被定义为：当所述螺杆处于所述注射位置时，在所述螺杆的发泡剂接收位置与所述螺杆的所述下游端部之间的所述加工空间中的发泡剂和聚合物材料的混合物的体积；并且
其中，所述方法以有效溶解度比进行操作，所述有效溶解度比的特征在于：
有效溶解度比＝Pb/(C×Vr)
其中，所述有效溶解度比大于1500。
3.根据任一前述权利要求所述的系统或方法，还包括在所述加工空间中形成聚合物材料和发泡剂的单相溶液以及将所述单相溶液注射到所述模具中。
4.根据任一前述权利要求所述的系统或方法，其中，所述发泡剂是氮气。
5.根据任一前述权利要求所述的系统或方法，包括保持至少2000psi的背压Pb。
6.根据任一前述权利要求所述的系统或方法，其中，Vr为至少2.5。
7.根据任一前述权利要求所述的系统或方法，其中，所述有效溶解度比为至少2000。
8.根据任一前述权利要求所述的系统或方法，其中，所述有效溶解度比为至少2300。
9.根据任一前述权利要求所述的系统或方法，其中，所述螺杆包括定位在所述发泡剂端口的上游的限制元件。
10.根据任一前述权利要求所述的系统或方法，其中，所述螺杆的所述发泡剂接收区段包括具有不间断的螺杆螺纹的擦拭区段。
11.根据任一前述权利要求所述的系统或方法，其中，所述螺杆包括位于所述发泡剂接收位置的下游的混合区段。
12.根据任一前述权利要求所述的系统或方法，其中，所述混合区段具有0与3之间的L：D比。
13.根据任一前述权利要求所述的系统或方法，其中，所述螺杆的所述下游端部不包括阀。
14.根据任一前述权利要求所述的系统或方法，其中，所述聚合物泡沫制品具有小于100微米的平均孔尺寸。
15.根据任一前述权利要求所述的系统或方法，其中，所述系统包括单个阀，以限制聚合物材料和发泡剂向上游流动。
16.根据任一前述权利要求所述的系统或方法，其中，所述机筒包括附接至机筒区段的下游端部的模块化机筒延伸部。
17.根据任一前述权利要求所述的系统或方法，其中，所述发泡剂端口形成在所述模块化机筒延伸部中。
18.根据任一前述权利要求所述的系统或方法，其中，所述螺杆包括附接至螺杆区段的下游端部的螺杆延伸部。
19.根据任一前述权利要求所述的系统或方法，其中，所述螺杆延伸部包括所述发泡剂接收区段、所述混合区段和所述限制元件。
20.一种设计成加工聚合物泡沫材料的系统，所述系统包括：
挤出机，所述挤出机包括螺杆，所述螺杆构造成在机筒中旋转以在所述机筒内的加工空间中向下游传送聚合物材料；
模块化机筒延伸部，所述模块化机筒延伸部构造并布置成附接至所述机筒的下游端部，所述模块化机筒延伸部包括发泡剂端口，所述发泡剂端口构造成连接至发泡剂源，以将发泡剂引入到所述模块化机筒延伸部中的聚合物材料中；以及
螺杆延伸部，所述螺杆延伸部构造并布置成附接至所述螺杆的下游端部，所述螺杆延伸部构造成在所述机筒延伸部内旋转以在所述机筒延伸部内的所述发泡剂端口的下游的加工空间中向下游传送聚合物材料和发泡剂，
所述螺杆延伸部包括限制元件，所述限制元件定位成当所述螺杆旋转时位于所述机筒中的所述发泡剂端口的上游，所述螺杆延伸部包括位于所述限制元件的下游的发泡剂接收区段以及位于所述发泡剂接收区段的下游的混合区段，
其中，所述限制元件构造成在成型循环的注射部分期间防止聚合物材料和发泡剂向上游流动；以及
模具，所述模具连接至所述模块化机筒延伸部的出口。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述发泡剂源包括氮气。
22.根据权利要求20所述的系统，其中，所述发泡剂端口的横截面面积小于80mm2。
23.根据权利要求20所述的系统，其中，所述混合区段具有0与3之间的L：D比。
24.根据权利要求20所述的系统，其中，所述螺杆的所述下游端部不包括阀。
25.根据权利要求20所述的系统，其中，所述系统构造成在所述模块化机筒延伸部中的所述加工空间中形成聚合物材料和发泡剂的单相溶液。
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