CN115214105A - 挤出成型的模具、塑料制造装置和塑料制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种挤出成型的模具，包括挤出口和塑料通道。挤出口构造成挤出含有至少一种塑料的塑料组成物。塑料通道被配置为使供给的塑料组成物流向挤出口。塑料通道包括第一通道、第二通道和第三通道。第二通道连接至第一通道并且具有沿塑料组成物的流动方向向下游逐渐减小的通道截面积。第三通道连接到第二通道并配置为使塑料组成物流向挤出口。第三通道具有沿塑料组成物的流动方向向下游逐渐减小的通道截面积。
Description
技术领域
本发明涉及一种挤出成型的模具、一种塑料制造装置和一种塑料制造方法。
背景技术
作为以往公知的挤出成型的模具(mold)的一个示例，包括挤出口和塑料通道，从该挤出口挤出含有至少一种塑料的塑料组成物(plastic composition)，供给的塑料组成物在该塑料通道中流向该挤出口。
在日本专利第4573505号中，塑料通道包括第一通道、连接到第一通道的第二通道、以及连接到第二通道并让塑料组成物流向挤出口的第三通道。第二通道以通道截面积沿塑料组成物的流动方向向下游逐渐减小的方式形成。第三通道以使塑料组成物沿远离挤出中心轴的方向流动的方式形成。在包括挤出中心轴且平行于挤出中心轴的截面中，挤出口的间隙(GB)与第二通道与第三通道的连接部的间隙(GA)的比值(GB)/(GA)为5比20，且第三通道的通道截面积朝向挤出口增加。
然而，在发泡塑料中可能形成波纹折痕。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种挤出成型的模具包括挤出口和塑料通道。挤出口构造成挤出含有至少一种塑料的塑料组成物。塑料通道被配置为使供给的塑料组成物流向挤出口。塑料通道包括第一通道、第二通道和第三通道。第二通道连接至第一通道并且具有沿塑料组成物的流动方向向下游逐渐减小的通道截面积。第三通道连接到第二通道并配置为使塑料组成物流向挤出口。第三通道具有沿塑料组成物的流动方向向下游逐渐减小的通道截面积。
根据本发明的一个方面，可以抑制发泡塑料中波纹折痕的出现。
附图说明
图1是根据一个实施例的用于制造发泡塑料的塑料制造装置的结构示意图。
图2是制造母料的混捏设备的结构示意图。
图3是传统模(die)的示意性截面图。
图4是实施例的模的与挤出中心轴平行的截面图。
图5是根据示例2的模的与挤出中心轴平行的截面图。
图6是根据示例3的模的与挤出中心轴平行的截面图。
图7是根据示例4的模的与挤出中心轴平行的截面图；以及
图8是根据比较例1的模的与挤出中心轴平行的截面图。
附图旨在描述本发明的示例性实施例并且不应被解释为限制其范围。相同或相似的附图标记在各个附图中表示相同或相似的部件。
具体实施方式
本文使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。
如本文所用，单数形式旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。
在描述附图中所示的优选实施例时，为了清楚起见可以使用特定术语。然而，本专利说明书的公开并不旨在限于如此选择的特定术语，并且应当理解，每个特定元素包括具有相同功能、以相似方式操作并达到相似结果的所有技术等效物。
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
首先，描述由发泡塑料制成的塑料发泡片材的制造方法。塑料发泡片材的制造方法
根据本发明的塑料发泡片材的制造方法包括混捏(kneading)步骤、发泡步骤等，并且根据需要包括其他步骤。
混捏步骤和发泡步骤可以同时进行或作为单独的步骤进行。
混捏步骤
混捏步骤是混捏塑料和必要时的填充剂的步骤。在混捏步骤中，可以添加发泡剂以促进更有效的发泡。根据成型品的用途，还可以混入交联剂、抗氧化剂、着色剂、各种光吸收剂、抗静电剂、导电材料等。混捏步骤可以在可压缩流体的存在下进行，以更有效地发泡或更有效地混捏。
在获得最终模制品的过程的中间步骤中产生的塑料、填料和混合物也可以称为塑料组成物或母料。
塑料
塑料的例子包括：苯乙烯基均聚物(styrene-based homopolymers)，例如，聚苯乙烯(polystyrene)和聚对甲基苯乙烯(poly-p-methylstyrene)；苯乙烯基共聚物(styrene-based copolymers)，例如，苯乙烯-马来酸酐共聚物(styrene-maleic anhydridecopolymer)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(styrene-acrylonitrile copolymer)、苯乙烯-丁二烯共聚物(styrene-butadiene copolymer)、苯乙烯-丙烯腈-丁二烯共聚物(styrene-acrylonitrile-butadiene copolymer)、苯乙烯-丙烯酸共聚物(styrene-acrylic acidcopolymer)、苯乙烯-甲基丙烯酸共聚物(styrene-methacrylic acid copolymer)；苯乙烯基树脂(styrene-based resin)，例如，聚苯乙烯(polystyrene)和聚苯醚(polyphenyleneoxide)的混合物；脂肪族聚酯树脂(aliphatic polyester resin)，例如，聚乳酸(polylactic acid)、聚乙二醇酸(polyglycol acid)、聚-3-羟基丁酸酯(poly(3-hydroxybutyrate))、聚-3-羟基丁酸酯-3-羟基己酸酯(poly(3-hydroxybutyrate-3-hydroxyhexanoate))、聚-3-羟基丁酸酯-3-羟基戊酸酯(poly(3-hydroxybutyrate-3-hydroxyvalerate))、聚己内酯(polycaprolactone)、聚丁二酸丁二醇酯(polybutylenesuccinate)、和聚丁二酸丁二醇酯-聚己二酸丁二醇酯共聚物(poly(butylene succinate-adipate))。
其中，优选可通过微生物进行生物降解的生物降解树脂和脂肪族聚酯树脂，它们是环境友好的低环境负负担高分子材料，更优选聚乳酸，它是碳中和材料并且相对便宜。通过含有90质量％(mass％，质量百分数)以上的聚乳酸，可以获得生物降解性发泡塑料。
填料
上述填料(以下也称为“发泡体芯材”)是为了调整发泡片材的发泡状态(大小、数量、排列方式)，为了降低成本的目的、和提高强度的目的。
前述填料可以是无机填料、有机填料等。这些填充剂可以单独使用一种，也可以并用两种以上。
无机填料的实例包括滑石、高岭土、碳酸钙、层状硅酸盐、碳酸锌、硅灰石、二氧化硅、氧化铝、氧化镁、硅酸钙、铝酸钠、铝酸钙、铝硅酸钠、硅酸镁、玻璃球、炭黑、锌氧化物、三氧化二锑、沸石、水滑石、金属纤维、金属晶须、陶瓷晶须、钛酸钾、氮化硼、石墨、玻璃纤维、碳纤维。
有机填料的实例包括自然界中存在的聚合物，例如淀粉、纤维素颗粒、木粉、豆腐渣、稻壳和麸皮，以及它们的改性产物，山梨糖醇化合物、苯甲酸、它们化合物的金属盐，磷酸盐酯金属盐和松香化合物。
其中，作为无机成核剂的二氧化硅是优选的，因为它与可压缩流体的高亲和力，这将在下面讨论。如果使用二氧化硅以外的填料作为基体，则优选用二氧化硅进行表面处理的填料。
发泡剂
作为发泡剂，优选以下物理发泡剂，因为可以获得具有高膨胀比的塑料发泡片材：烃类，包括低级烷烃如丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷和己烷，醚类如二甲醚、卤代烃如氯甲烷和氯乙烷，以及可压缩气体如二氧化碳和氮气。
其中，优选使用可压缩气体如二氧化碳和氮气，因为它们没有气味，可以安全地处理，并且对环境的影响低。
可压缩流体
例如，可用作上述可压缩流体的物质包括一氧化碳、二氧化碳、一氧化二氮、氮气、甲烷、乙烷、丙烷、2,3-二甲基丁烷、乙烯和二甲醚。其中，优选二氧化碳，因为它具有约7.4MPa的临界压力和约31℃的临界温度，容易形成超临界状态，并且不易燃且易于处理。这些可压缩流体可以单独使用一种，也可以并用两种以上。
由于可压缩流体的溶解度根据塑料和可压缩流体的组合、温度和压力而变化，因此需要相应地调整可压缩流体的供给量。
例如，在聚乳酸和二氧化碳的组合的情况下，优选的值大于等于2质量％且小于等于30质量％。如果供给2质量％以上的二氧化碳，则可以防止增塑效果受限的问题。如果二氧化碳的供给量为30质量％以下，则可以防止二氧化碳与聚乳酸发生相分离而不能得到厚度均匀的发泡片材的问题。
混捏装置
混捏步骤中使用的混捏装置可以采用连续进行混捏步骤和发泡步骤的连续方法，或分批方法。最好考虑到设备效率，产品特性，质量等，来选择反应过程。
至于混捏设备，可以使用单螺杆挤出器、多螺杆挤出器、混捏机、非螺杆笼型搅拌器、住友重工(Sumitomo Heavy Industries,Ltd.)制造的BIVOLAK、三菱重工(MitsubishiHeavy Industries,Ltd.)制造的N-SCR、日立制造的眼镜刀片(spectacle blades)或格子叶片(lattice blades)、Kenix或Sulzer SMLX型静态混合器配备管式聚合罐等，因为这些设备可以处理适合混捏的粘度。在色调方面，给出了整理机、N-SCR、双螺杆挤出器等自清洁聚合设备。其中，从树脂的色调、稳定性、耐热性而言，优选整理机、N-SCR。就生产效率而言，优选单螺杆挤出器和多螺杆挤出器。
发泡步骤
在发泡步骤中，发泡剂膨胀以使塑料组成物发泡。在可压缩流体的情况下，可以通过释放压力来去除膨胀剂和发泡剂。至于发泡步骤期间的温度，优选设定为使塑料组成物增塑至可挤出的程度的温度。
作为在发泡步骤中使塑料组成物流动的驱动力，可以使用来自上述混捏装置的压力，或者可以使用单独的机械设备例如单螺杆或多螺杆挤出器或圆筒来进行发泡步骤。
其他步骤
其他步骤不限于特定步骤，并且可以是通常用于制造塑料发泡片材的步骤，并且可以根据目的适当地选择。步骤的实例包括模制成片的步骤。
模制步骤可以是例如真空模制、压力空气模制和压制模制。在本实施例中，将圆筒状母料成型，该母料通过成型步骤被制成片材，得到塑料发泡片材。
图1是根据一个实施例的用于制造发泡塑料的塑料制造装置的结构示意图。
塑料制造装置20串联连接作为实施混捏步骤的混捏装置的第一挤出器21A和实施发泡步骤的第二挤出器21B。
在第二挤出器21B的一端(挤出方向下游端)安装作为挤出成型的模具的模1，塑料组成物在发泡的同时从模1中挤出以形成发泡塑料。。
第一挤出器21A包括原料混合熔融区域(a)、可压缩流体供给区域(b)和混捏区域(c)，而第二挤出器21B包括挤出区域(d)。
第一挤出器21A和第二挤出器21B是双螺杆挤出器(由JSW制造，螺杆直径42mm，L/D＝48)。
原料混合熔融区域
在原料混合熔融区域a中，由第一定量供给器22A供给填料，由第二定量供给器22B供给聚乳酸等树脂材料。代替填料，由混捏装置10(见图2)制造的母料可以从第一定量供给器22A供给。
可压缩流体供给区域
气体导入部23与可压缩流体供给区域b连接。气体导入部23具备储存包含发泡剂的可压缩流体的气体罐231和将气体罐231内的规定量的可压缩流体供给至可压缩流体供给区域b的计量泵232。
在原料混合熔融区域a中，树脂颗粒通过加热熔融以润湿填料。通过计量泵132向该状态的原料混合物供给包含发泡剂的可压缩流体，使熔融树脂塑化。
混捏区域
在可压缩流体供给区域b中被供给可压缩流体的塑料组成物被挤出到混捏区域c。
在混捏区域c中，设定温度以达到适合混捏填料的粘度。设定温度取决于设备的规格、树脂类型、树脂的结构、分子量等。因此，温度没有特别限定，但在市售的重均分子量(Mw)为200,000左右的聚乳酸的情况下，通常在高于聚乳酸的熔点的10℃至20℃的设定温度下进行混捏。相反，与可压缩流体混捏允许在低于聚乳酸熔点的温度下混捏。通过将温度设定为低于树脂的熔点，可以在较高粘度下进行混捏。具体而言，固化温度优选为20℃至80℃，更优选为低于树脂的熔点的30℃至60℃。为简单起见，例如可以基于设备的搅拌功率的当前值来设置温度。
通过在低于熔点的温度下混捏塑料组成物，可以提高混捏效率，并且可以使模1内的发泡速度在塑料组成物中均匀。因此，可以抑制在成型的发泡塑料中出现局部波纹折痕。可以获得额外的效果；例如，能够抑制挤出器11内的降解、碳化、氧化、焦油、燃烧沉积物的分解的发生。
通过在低于熔点的温度下混捏塑料组成物，可以提高混捏效率，并且可以使模1内的发泡速度在塑料组成物中均匀。因此，可以抑制在成型的发泡塑料中出现局部波纹折痕。可以获得额外的效果；例如，能够抑制挤出器11内的降解、碳化、氧化、焦油、燃烧沉积物的分解的发生。
挤出区域
塑料组成物在第一挤出器21A的混捏区域c中被混捏，并被供给到第二挤出器21B的挤出区域d。作为挤出成型的模具的模1安装在挤出区域d的端部(挤出方向的下游端)。当塑料组成物从模1中挤出时，塑料组成物发泡，从而生产圆柱形发泡塑料。
至于进行使塑料组成物发泡的发泡步骤的挤出区域d的设定温度，优选将塑料组成物从模1挤出时的温度设定为低于塑料组成物的熔点。通过将塑料组成物从模1挤出时的温度设定为低于塑料组成物的熔点的温度，可以使塑料组成物增稠，从而可以得到高膨胀比的发泡塑料。
模制加工区
用于冷却从模1挤出的管状发泡塑料的心轴25放置在模制加工区域e中。从模1挤出的管状发泡塑料沿着心轴25放置，并且它的外表面被从空气环吹出的空气冷却以成型管状发泡塑料。之后，冷却的管状发泡塑料被切割器切开以形成平片材。平片材通过辊26后，平片材由收卷辊27卷绕，得到发泡片材。
接着，说明由第一定量供给器22A供给到第一挤出器21A的母料的制造。
图2是制造母料的混捏设备10的结构示意图。
混捏设备10是双螺杆挤出器(由JSW制造，螺杆直径42mm，L/D＝48)。类似于图1所示的塑料制造装置20，混捏设备10包括原料混合熔融区域(a)、可压缩流体供给区域(b)、混捏区域(c)、挤出区域(d)、以及模制加工区域(e)。
在原料混合熔融区a中，由第一定量供给器12A供给填料，由第二定量供给器12B供给聚乳酸等树脂材料。然后，在可压缩流体供给区域b中，从气体导入部13供给规定量的可压缩流体。然后，材料在混捏区域c中被混捏，然后被挤出到挤出区域d。
挤出区域d包括压力阀14。在打开压力阀14并将塑料组成物的可压缩流体排放到外部后，塑料组成物被挤出成股状。挤出的股状塑料组成物冷却，然后在模制加工区e用切割机造粒，以生产粒料形式的母料。
具有较高膨胀比的发泡塑料更具成本效益。从成本的观点出发，发泡塑料的膨胀比优选为5倍以上，更优选为10倍以上，进一步优选为20倍以上，进一步优选为30倍以上，尤其优选为40倍以上。另外，膨胀比为45倍以上的发泡塑料强度低，作为一般的发泡塑料构件的性能较差，其用途仅限于包装材料等用途。
然而，高膨胀比增加了在发泡塑料中产生波纹折痕的风险。在包装材料的应用中，从审美的角度来看，波纹折痕是可以接受的；但是，为了避免叠放性变差，最好不要有波纹折痕。
将成型的发泡塑料片材进行一次性容器、泡罩包装等二次成型时，膨胀比优选为1至30倍，更优选为1至10倍，进一步优选为1至3倍。在这种应用中，膨胀比低；然而，波纹折痕的产生会降低外观，并且波纹折痕可能会引发强度下降，从而导致二次成型失败。因此，波纹折痕在此应用中是不可接受的。
可通过综合控制以下一项或多项因素来获得所需的膨胀比：混捏温度、停留时间、环境温度、发泡剂浓度、发泡剂种类、发泡剂均匀度、塑料分子量分布、从模1的出模速度等。
已知波纹折痕与膨胀比有关，膨胀比越高，波纹折痕越多。然而，如上所述，最佳膨胀比取决于模制发泡塑料的应用，并且降低膨胀比以抑制波纹折痕具有局限性。
图3是传统模100的示意性截面图。
如图3所示，传统模100包括外模101a，外模101a包括沿塑料组成物的挤出方向(图中从右到左)延伸的通孔，以及设置在外模101a的通孔内的内模101b。
通过外模101a的通孔的内周面和内模101b的外周面，形成与挤出中心轴g正交的截面形状为环状的塑料通道102。作为内模101b和外模101a之间的间隙的塑料通道102具有上游通道102a和下游通道102b。
上游通道102a的通道截面积(垂直于通道中塑料组成物流动方向的截面)在通道中塑料组成物流动方向向下游减小。
下游通道102b被配置为具有沿通道中塑料组成物的流动方向向下游逐渐增加的直径。下游通道102b被配置为使得通道截面积在塑料组成物的流动方向向下游逐渐增加。
获得具有高膨胀比的发泡塑料片材会导致波纹折痕。申请人的深入研究已经阐明，施加到下游通道102b中的塑料组成物的压力变得小于或等于塑料组成物开始发泡的压力，并且塑料组成物在下游通道102b中开始发泡。当塑料组成物在狭窄的下游通道102b中发泡并且塑料组成物的体积增加时，所产生的发泡体去不了任何地方。结果，据认为塑料组成物在塑料组成物的上游和下游发泡以寻找逃逸位置，从而导致这些波纹折痕。
鉴于此，在本实施例中，设计塑料组成物在其中流动的塑料通道的形状以优化施加到塑料通道中的塑料组成物的压力。因此，获得了具有较高膨胀比和较少波纹折痕的发泡塑料片材。下面结合附图进行具体说明。
图4是本实施例的模的与挤出中心轴平行的截面图。
图4是包括且平行于模1的挤出中心轴g的截面图。
上述挤出中心轴g是内模1b的尺寸中心与外模1a的尺寸中心重合的环状塑料通道111的中心线。当内模1b的尺寸中心线与外模1a的尺寸中心线不重合时，以包含在环形塑料通道111中流动的塑料流体的重心的直线作为挤出物中心轴g.在本实施例中，模制造圆管状的模制品，但上述说明同样适用于制造方管状的模制品的模1。
模1包括外模1a和内模1b，外模1a包括沿塑料组成物的挤出方向(图中从右到左)延伸的通孔101，和设置在外模1a的通孔101内的内模1b。
外模1a和内模1b可以由S45C、S50C、SS400、SCM440、SUS316、SUS304等材料制成。为了提高耐久性，可以采用各种镀层，例如镀硬铬，或者为了提高热导率，可以选择C2810、A5052、氧化铝等。石英玻璃或其他材料可用于分析目的，或者镜面抛光处理可用于提高脱模性的目的。可以进行喷砂处理或用脱模剂涂覆。此外，可以使用具有可变模具结构的模具。
外模1a的通孔101为正圆形，具有从挤出方向上游内径恒定的第一内周面4a、在挤出方向向下游内径减小的第二内周面4b，内径在挤出方向向下游增大的第三内周面4c。
内模1b的挤出方向各位置的外周面5为正圆，具有从挤出方向上游起直径恒定的第一外周面5a，和外径在挤出方向向下游增加的第二外周面5b。
外模1a的通孔的内周面4成为塑料组成物流动的塑料通道2的外内壁面。位于通孔中的内模1b的一部分的外周面成为塑料通道2的内内壁面。
作为内模1b和外模1a之间的间隙的塑料通道2具有第一通道2a、第二通道2b和第三通道2c。第一通道2a具有恒定的通道截面积。第二通道2b连接至第一通道2a，并且其通道截面积在塑料组成物流动方向向下游减小。第三通道2c连接至第二通道2b，塑料组成物流动方向的下游端为环形挤出口3，塑料组成物从该挤出口3挤出。
第三通道2c被配置为使得其通道截面积在塑料组成物的流动方向向下游逐渐减小。通过通道截面积在塑料组成物流动方向向下游逐渐减小的结构，第三通道2c在塑料流动方向上游压力高，压力因压力损失而向下游减小，并且在挤出口3，压力变为最低。
结果，当将挤出口3处的塑料组成物的压力调节至预定压力(例如，7MPa)时，施加于第三通道2c中的塑料组成物的压力可以达到7MPa或更高，并且可以抑制第三通道2c中塑料组成物的发泡。因此，可以抑制波纹折痕的产生。
为了获得具有高膨胀比的发泡塑料，塑料组成物在高压(例如，30MPa)下从挤出器供给。承受该高压(例如，30MPa)的塑料组成物需要在挤出口3处减压至预定压力(例如，约7Ma)。鉴于此，有必要通过在塑料通道2中造成压力损失，将从挤出口3挤出的塑料组成物的压力降低到预定压力。
如果可能的话，塑料组成物的压力损失优选发生在塑料通道的下游侧。这是因为在塑料通道的下游侧引起塑料组成物的压力损失，使得更容易将挤出口3处的塑料组成物的压力控制到预定压力。
因此，在根据本实施例的模1中，第一通道2a具有宽的通道截面积，同时塑料组成物在第一通道2a中平行于挤出中心轴g流动以抑制第一通道2a中的压力损失。
如果塑料组成物的流动在与挤出口3连接的第三通道2c处受阻，导致较大的压力损失，则塑料组成物的流动可能在第三通道2c处中断。结果，塑料组成物不能顺利地从挤出口3挤出，并且可能出现波纹状的折痕。
因此，第三通道2c被设计为具有逐渐变窄的通道截面积，使得塑料组成物不会停滞在第三通道2c中，而施加于塑料组成物的压力逐渐失去。因此，通过防止塑料组成物在第三通道2c中停滞，可以防止塑料组成物在第三通道2c中的流动受到干扰，并且塑料组成物可以顺利地从挤出口3挤出。因此，可以适当地抑制波纹折痕的产生。
第三通道2c的通道截面积是与第三通道2c中的塑料组成物的流动方向(第三通道2c的通道中心线h3)正交的截面。第三通道2c具有环形形状，并且在图4的截面中，随着沿塑料组成物的流动方向向下游移动，第三通道2c与挤出中心轴线g分开。因此，第三通道2c的通道截面积是圆锥体表面的一部分被切除的三维平面。通道截面积可以通过解析计算得到。如果解析计算困难，例如使用不是正圆的空心模时，可以使用3D CAD等方法通过实际测量确定截面积。
然而，仅上述第三通道2c中的压力损失不足以将从挤出器以高压供给的塑料组成物的压力降低到挤出口3之前的预定压力(约7MPa)。因此，第二通道2b具有在与第一通道2a的连接部分A(第二通道2b的入口)处的通道截面积D1与在与第三通道2c的连接部分B(第二通道2b的出口)处的通道截面积D2的大比率(D1/D2)。通过增加比率(D1/D2)，可以增加该第二通道2b中塑料组成物的压力损失。由此，能够将从挤出口3挤出的塑料组成物的压力减压至规定的压力(例如7MPa左右)，能够得到膨胀比高的发泡塑料片材。
连接部分A(第二通道的入口)处的通道截面积D1与与第三通道2c的连接部分B(第二通道的出口)处的通道截面积D2之比率(D1/D2)优选为3或3以上，即，通道截面积D1优选为通道截面积D2的3倍或3倍以上。通过将该比率设为3倍以上，能够适当地在第二通道2b中引起塑料组成物的压力损失，能够将从挤出口3挤出的塑料组成物的压力降低至规定的压力。因此，可以获得具有高膨胀比的发泡塑料片材。
第一通道2a与第二通道2b的连接部分A为第一通道2a的通道中心线h1与第二通道2b的通道中心线h2的交点。第二通道2b与第三通道2c的连接部分B为第二通道2b的通道中心线h2与第三通道2c的通道中心线h3的交点。
连接部分A(第二通道的入口)处的通道截面积D1是与包括第一通道2a的通道中心线h1和第二通道2b的通道中心线h2相交的交点的挤压中心轴线g正交的截面。连接部分B(第二通道的出口)处的通道截面积D2是与包括第二通道2b的通道中心线h2和第三通道2c的通道中心线h3相交的交点的挤压中心轴线g正交的截面。
在图4所示的截面中，第二通道2b的通道中心线h2与挤出中心轴g的角度α优选为大于等于10°且小于等于45°，更优选为大于等于15°且小于等于40°，甚至更优选大于等于20°且小于等于35°。如果角度α小于10°，则该第二通道2b中的塑料组成物的压力损失可能不足，并且在塑料组成物到达挤出口3之前塑料组成物的压力可能不会降低到塑料组成物发泡的压力。另一方面，如果角度α超过45°，则塑料组成物的流动方向在与第三通道的连接部分B处发生很大变化，其中塑料组成物沿远离挤压中心轴g的方向流动，如图4所示。结果，在连接部分B的出口处的第三通道2c的上游侧，塑料组成物的流动可能被扰乱。因此，塑料组成物不能顺利地从挤出口3挤出，这可能导致波纹折痕。此外，由于塑料组成物的流动受到干扰而导致较大的压力损失，因此存在塑料组成物在通道内发泡的风险。
通过将第二通道2b的通道中心线h2与挤出中心轴g的角度α设为大于等于10°且小于等于45°，能够抑制第三通道2c中的塑料组成物的流动扰乱，并且可以将挤出口3处的塑料组成物降低到规定的压力。因此，可以抑制波纹折痕的产生，并且可以获得具有高膨胀比的发泡塑料片材。
第二通道2b的挤出中心轴方向的长度优选为10mm以上。如果长度小于10mm，则挤出中心轴g与在外模1a的内周面上构成第二通道2b的外内壁面的第二内周面4b之间的角度会变得过大。因此，在第一通道中流出的塑料组成物在平行于挤出中心轴g流动之后，通过该第二内周面4b迅速改变其方向，从而在朝向挤出中心轴g的方向上流动。因此，塑料组成物的流动在第二通道2b中受到干扰。如果以这种方式扰动通道中的流动，则在扰动流动的点处会出现大的压力损失，这可能导致塑料组成物在通道内发泡。如果流动受到干扰，例如，涡流出现又消失，通道中塑料组成物的压力变得不稳定。
另一方面，第二通道2b的挤出中心轴方向的长度为10mm以上，因此第二内周面4b的倾斜平缓。此外，可以抑制第二通道2b中的塑料组成物流动的干扰，并且可以适当地控制通道中的塑料组成物的压力。
在本实施例中，如图4所示，第一通道2a的内内壁面和构成第二通道2b的内内壁面的内模1b的第一外周面5a，与挤压中心轴g平行。因此，在第一通道2a内流动的塑料组成物直接在平行于挤压中心轴线g的第二通道2b中流动，而不改变流动方向。因此，可以抑制第二通道2b中的塑料组成物流动的干扰，并且可以适当地控制通道中的塑料组成物的压力。
内模1b的第一外周面5a的直径优选为20mm或20mm以下。如果与图4类似的塑料通道2形成为第一外周表面5a的直径超过20mm，则模将变大。通过将内模1b的第一外周面5a的直径设定为20mm或20mm以下，能够抑制模1的大型化，并且能够扩大第一通道2a的通道截面积，能够成功抑制第一通道2a中塑料组成物的压力损失。
在图4所示的截面中，从挤出口3挤出的塑料组成物的挤出方向(第三通道2c的通道中心线h3)与挤出中心轴线g之间的角度β优选为大于等于50°且小于等于90°。如果角度β小于50°，当塑料组成物从第二通道2b流到第三通道2c时塑料组成物的压力损失可能不足，并且可能无法将挤出口3处的塑料组成物的压力降低到预定压力。结果，可能无法获得具有高膨胀比的发泡塑料片材。
如果角度β为90°或90°以下，则塑料组成物的流动方向在连接部分B处发生很大变化。结果，在连接部分B的出口处的第三通道2c的上游侧，塑料组成物的流动可能被扰乱。因此，塑料组成物不能顺利地从挤出口3挤出，这可能导致波纹折痕。此外，由于塑料组成物的流动受到干扰而导致较大的压力损失，因此存在塑料组成物在通道内发泡的风险。
通过将角度β设定为大于等于50°且小于等于90°，可以抑制第三通道2c中的塑料组成物的流动的扰乱，并且可以将挤出口3处的塑料组成物的压力降低到预定压力。因此，可以抑制波纹折痕的产生，并且可以获得具有高膨胀比的发泡塑料片材。
在图4所示的示例中，第一通道2a平行于挤压中心轴g(第一通道2a的通道中心线h1与挤压中心轴之间的角度γ＝0°)，但第一通道2a可以稍微倾斜于挤压中心轴g。如果第一通道2a的通道中心线h1与挤压中心轴的角度γ为大于等于-10°且小于等于30°，则塑料组成物能够从第一通道2a顺畅地流向第二通道2b。因此，能够抑制第一通道与第二通道的连接部分A的压力损失。更优选的角度γ为大于等于-10°且小于等于20°，进一步优选的角度γ为大于等于-10°且小于等于10°。
关于上述角度γ，第一通道2a的挤压方向下游侧比其上游侧更靠近挤压中心轴g的倾斜处，第一通道2a的通道中心线与挤压中心轴g的角度为正。另一方面，在第一通道2a的挤压方向上游侧比其下游侧更靠近挤压中心轴g的倾斜处，第一通道2a的通道中心线与挤压中心轴g的角度为负。
接着，说明申请人进行的评估试验。
首先，描述了用于评估的塑料发泡片材的制备。
塑料发泡片材的制备
使用图1所示的塑料制造装置20制备塑料发泡片材。双螺杆挤出器(由JSW制造，螺杆直径42mm，L/D＝48)被使用作为塑料制造装置20中的第一挤出器21A和第二挤出器21B。在第二挤出器21B的挤出方向下游端附接后述的示例1至3和比较例1的模，制造片状发泡塑料，评估有无波纹折痕。示例1至3和比较例1的模的外径为70mm，由镀铬的SCM440制成。
使用图2所示的混捏设备10制备含有3质量％填料的填料母料。将该母料设置在图1所示的塑料制造装置20的第一定量供给器22A中。母料从第一定量供给器22A以每单位时间1.67kg/hr供给到第一挤出器21A的原料混合熔融区域a。另外，聚乳酸树脂(Revode 110，HISUN公司制，熔点160℃)从第二定量供给器22B以每单位时间8.33kg/hr供给到原料混合熔融区域a。由此，得到含有90质量％以上的聚乳酸的塑料组成物。
在可压缩流体供给区域b中，二氧化碳作为可压缩流体被供给。通过改变供给的可压缩流体的量来调节膨胀比。
供给有可压缩流体的塑料组成物在第一挤出器21A的混捏区域c中被混捏，并被供给到第二挤出器21B的挤出区域d。可压缩流体在模1的挤出通道部分111b处挤出区域d中从混捏的塑料组成物中除去；因此，获得了挤出发泡体。来自模1的塑料组成物的排出速度设定为10kg/h，从模1挤出的塑料组成物的温度设定为150℃。
将第一挤出器21A中的原料混合熔融区域a和可压缩流体供给区域b的温度设定为190°。第一挤出器21A中的混捏区域c的温度设定为150℃，比聚乳酸的熔点温度(160℃)低10℃。第二挤出器21B的挤出区域d的温度被设定为使得从模1挤出的塑料组成物的温度变为约150℃或更低。从可压缩流体供给区域b到第二挤出器21B(更详细而言，模1的供给通道部分111a)的混捏区域c和挤出区域d的压力设为7.0MPa或更高。
发泡体的评估方法
膨胀比
发泡塑料的膨胀比可以通过将构成发泡塑料的组成的密度(真密度(truedensity)ρ0)除以体积密度(bulk density)(ρ1)来获得，如以下等式(*)所示。膨胀比＝真密度(ρ0)/体积密度(ρ1)...(*)
这里的真密度是作为最终塑料组成物保留的塑料组成物的密度，可以是文献值，也可以通过非发泡复合颗粒的实际测量来测定。在聚乳酸的情况下，真密度约为1.25g/cm3。
体积密度通过测量获得。体积密度的测量方法不限于特定的方法，并且可以适当地采用任何体积密度测量方法。例如，可以使用以下方法测量体积密度。测定在温度23℃、相对湿度50％的环境中放置24小时以上的发泡片材的外形尺寸，求出毛体积。然后，测量该发泡片材的重量。发泡片材的体积密度通过发泡片材的重量除以毛体积获得。
波纹折痕的评估
为了评估波纹折痕，通过目测表面和截面来检查波纹折痕的存在与否。评估项目包括当通过上述任意方法改变膨胀比时出现波纹的膨胀比范围。
示例1
示例1中的模是图4所示的模1，其中第一通道2a的通道截面积是恒定的，第二通道2b和第三通道2c的通道截面积在塑料组成物的流动方向向下游减小。角度β为60°，角度α为30°，角度γ为0°。
将示例1的模附装在第二挤出器21B的前端，有意地改变供给的可压缩流体的量，从而得到膨胀比为1至50倍的发泡体。
结果，获得了膨胀比为1至50倍且没有波纹折痕的合适发泡体。此外，波纹部分没有破损或透明。
示例2
图5是根据示例2的模1的与挤出中心轴g平行截面图。
根据示例2的模具有与示例1中的模相同的构造，不同之处在于角β设置为45°，如图5所示。根据示例2的模附接到第二挤出器21B的末端，并且以类似于示例1的方式获得发泡体。
结果，在膨胀比为1至30倍的发泡体中未观察到波纹折痕，但在膨胀比为30至50倍的发泡体中观察到波纹折痕，并且在膨胀比40倍以上的片材出现撕裂和透明现象。
示例3
图6是根据示例3的模1的与挤出中心轴g平行截面图。
根据示例3的模1具有与示例1的模相同的构造，不同之处在于角度α被设置为10°。根据示例3的模附接到第二挤出器21B的末端，并且以类似于示例1的方式获得发泡体。
结果，在膨胀比为1至30倍的发泡体中未观察到波纹折痕，但在膨胀比为30至50倍的发泡体中观察到波纹折痕，并且在膨胀比40倍以上的片材出现撕裂和透明现象。
示例4
图7是根据示例4的模1的与挤出中心轴g平行截面图。
根据示例4的模1具有与示例1的模相同的构造，不同之处在于角度γ被设置为30°。根据示例4的模附接到第二挤出器21B的末端，并且以类似于示例1的方式获得发泡体。
结果，在膨胀比为1至30倍的发泡体中未观察到波纹折痕，但在膨胀比为30至50倍的发泡体中观察到波纹折痕，并且在膨胀比40倍以上的片材出现撕裂和透明现象。
比较例1
图8是根据比较例1的模1的与挤出中心轴g平行截面图。
比较例1的模具有与示例1的模相同的构造，不同之处在于第三通道2c具有其中通道截面积沿塑料组成物的流动方向向下游逐渐增加的构造，如图8所示。根据比较例1的模附接到第二挤出器21B的末端，并且以类似于示例1的方式获得发泡体。
结果，在膨胀比为1.5至50倍的发泡体中观察到波纹折痕。特别是在与挤出方向正交的方向上的周期性涟漪明显，该发泡体不能用于实用。最重要的是，5倍以上的高膨胀比下的波纹褶皱不仅会导致厚度偏差，而且还会导致发泡体的透明性和由于波纹作为缺陷而导致的破裂。
比较例1具有第三通道2c的截面积沿塑料组成物的流动方向向下游逐渐增大的结构。据认为，相应地，塑料组成物在第三通道2c中发泡。在高膨胀比的情况下，体积增加大，如果在狭窄的第三通道2c中发生发泡体，发泡体将无处可逃逸。结果，在1.5倍或更大的膨胀比下，塑料组成物在塑料组成物的上游和下游发泡以寻找逃逸位置，从而导致这些波纹折痕。
与此相对，示例1至4均具有第三通道2c的截面积沿塑料组成物的流动方向向下游逐渐减小的结构。据认为，因此，抑制了第三通道2c中的塑料组成物的发泡，并且获得了在至少1至30倍的膨胀比下没有波纹折痕的合适的发泡体。特别地，在示例1中，获得了至少1至50倍的膨胀比的没有波纹折痕的合适的发泡体，并且获得了没有波纹折痕的高膨胀比的合适的发泡体。
以上仅为示例，以下各方面各有其具体效果。
方面1
挤出成型的模具，例如，模1包括挤出口3，包含至少一种塑料的塑料组成物从该挤出口3挤出，以及塑料通道2，供给的塑料组成物在塑料通道2中流向挤出口3，其中塑料通道2包括第一通道2a，连接到第一通道2a并且具有沿塑料组成物的流动方向向下游逐渐减小的通道截面积的第二通道2b，以及第三通道2c连接到第二通道2b并且使塑料组成物流向挤出口3，以及第三通道2c具有沿塑料组成物的流动方向向下游逐渐减小的通道截面积。
在评估试验中如上述那样在塑料组成物的流动方向的下游侧形成通道截面积逐渐减小的第三通道，能够抑制波纹状的折痕，从而使发泡塑料具有高膨胀比可以得到比例。
方面2
在方面1中，第一通道2a与第二通道2b的连接部分A的通道截面积为第二通道2b与第三通道2c的连接部分B的通道截面积的3倍或3倍以上。
根据该方面，第二通道2b中的压力损失可以如实施例中所说明的那样增加，并且可以将挤出口3处的塑料组成物的压力降低到预定压力。因此，可以获得具有高膨胀比的发泡体。
方面3
在方面1或2中，挤出成型的模具包括：具有通孔的外模1a；以及内模1b，该内模设置在该通孔中，与该通孔的内周面4有间隙，其中其中，通过外模1a的通孔的内周面4和内模1b的外周面5，形成与挤压中心轴g正交的截面形状为环状的塑料通道2，该内周面形成第二通道2b，例如，外模1a的通孔的第二内周面4b具有内径沿塑料组成物的流动方向向下游逐渐减小的形状，该内周面形成第三通道2c，例如，外模1a的通孔的第三内周面4c具有内径沿塑料组成物的流动方向向下游逐渐增加的形状，该外周面形成第三通道2c，例如，内模的第二外周面5b具有内径沿塑料组成物的流动方向向下游逐渐增大的形状，并且，形成第三通道2c的内模的外周面与形成第三通道2c的外模1a的通孔的内周面之间的间隙沿塑料组成物的流动方向向下游逐渐减小。
根据该方面，如实施例中所述，可以形成具有环形形状的第一通道2a、具有沿塑料组成物的流动方向向下游减小的通道截面积的环形形状的第二通道2b、和具有沿流动方向向下游增加直径的环形形状的第三通道2c。另外，可以形成通道截面积沿塑料组成物的流动方向向下游侧减小的第三通道2c。
方面4
在方面3中，内模1b的形成第一通道2a的外周面和形成第二通道2b的外周面与挤出中心轴g平行。
根据该方面，如实施例中所述，在第一通道2a内(靠近挤出中心轴g)流动的塑料组成物在平行于挤出中心轴g的第二通道2b中保持流动，而不改变流动方向。因此，可以抑制第二通道2b中的塑料组成物流动的干扰，并且可以适当地控制通道中的塑料组成物的压力。
方面5
在方面4中，内模1b的形成第一通道2a的外周面和形成第二通道2b的外周面的外径为20mm或20mm以下。
根据该方面，如实施例所说明的那样，能够抑制模1等挤出成型的模具的大型化的同时，增大第一通道2a的通道截面积，能够适当地抑制第一通道2a内的压力损失。
方面6
在方面1至5的任一方面，在包含挤出中心轴g且平行于挤出中心轴g的截面中，从挤出口挤出的塑料组合物的挤出方向与挤出中心轴g的角度β大于等于50°且小于等于90°。
根据该方面，如实施例所述，可以抑制第三通道2c中的塑料组成物的流动的扰乱，并且可以将挤出口3处的塑料组成物的压力降低到预定压力。因此，可以抑制波纹折痕的产生，并且可以获得具有高膨胀比的发泡塑料片材。
方面7
在方面1至6中的任一方面中，在包含挤出中心轴g且与挤出中心轴g平行的截面中，第二通道2b的通道中心线h2与挤出中心轴g的角度α为大于等于10°且小于等于45°。
根据该方面，如实施例所述，可以抑制第三通道2c中的塑料组成物的流动的扰乱，并且可以将挤出口3处的塑料组成物的压力降低到预定压力。因此，可以抑制波纹折痕的产生，并且可以获得具有高膨胀比的发泡塑料片材。
方面8
在方面1至7的任一方面中，在包含挤出中心轴g且与挤出中心轴g平行的截面中，挤出中心轴g与第一通道2a的通道中心线h1的角度γ大于等于-10°且小于等于30°，其中，第一通道2a的通道中心线h1在塑料组合物的流动方向上的上游侧与挤出中心轴g相交时的角度为负，第一通道2a的通道中心线h1在塑料组合物流动方向上的下游侧与挤出中心轴g相交时的角度为正。
根据该方面，如实施例所述，塑料组成物能够顺畅地从第一通道2a流向第二通道2b，能够抑制第一通道与第二通道的连接部分A的压力损失。
方面9
在方面1至8的任一方面中，第二通道2b的挤出中心轴方向的长度为10mm或10mm以上。
根据该方面，如实施例所说明的那样，可以抑制第二通道2b中的塑料组成物流动的干扰，并且可以适当地控制通道中的塑料组成物的压力。
方面10
塑料制造设备20包括模具，例如模1，含有至少一种塑料的塑料组成物被供给到该模具，塑料组成物从模具的挤出口3挤出以制造发泡塑料，其中，使用上述方面1至9中任一方面所述的挤出成型的模具作为模具。
因此，可以提高产生波纹折痕的膨胀比。
方面11
在方面10中，塑料制造设备20包括混捏部分，例如混捏区域c，以通过在可压缩流体的存在下在低于塑料熔点的温度下混捏至少一种塑料来获得塑料组成物。
根据该方面，如实施例中所述，混捏效率提高，并且可以使塑料组成物内的模具(例如模)中的发泡速度均匀。因此，可以抑制部分波纹折痕的产生。另外，能够抑制设备内的降解、碳化、氧化、焦油、燃烧沉积物的分解的发生。
方面12
在方面10或11中，塑料制造设备20包括挤出成型部分，例如挤出区域d，其在可压缩流体的存在下，在低于塑料(例如聚乳酸)的熔点的温度下，从模具(例如模1)中挤出塑料组合物，以模制发泡塑料。
根据该方面，与塑料组成物在高于塑料熔点的温度下从模具(例如，模1)挤出以形成发泡塑料的情况相比，可以增加塑料组成物的粘度。因此，可以通过在高粘度状态下挤出塑料组成物来模制发泡塑料，并且可以获得没有任何发泡体破裂的合适的发泡体。
方面13
在方面10至12的任一方面中，塑料组成物含有90质量％以上的聚乳酸。
根据该方面，可以提供如实施例所述的生物降解性发泡塑料组成物的制造装置。
方面14
在用于从模具(例如，模1)的挤出口3挤出包含至少一种塑料的塑料组成物以制造发泡塑料的发泡塑料制造方法中，使用根据方面1至8中任一方面所述的挤出成型的模具作为模具。
根据该方面，能够制造具有大于等于1倍且小于等于30倍的膨胀比且波纹折痕少的发泡塑料。
上述实施例是说明性的并且不限制本发明。因此，根据以上教导，许多额外的修改和变化是可能的。例如，在本公开和所附权利要求的范围内，本文中不同说明性和示例性实施例的至少一个元素可以相互组合或相互代替。另外，实施例的构成要素的个数、位置、形状等的特征并不限定于实施例，可以优选设定。因此应当理解，在所附权利要求的范围内，本发明的公开可以以不同于本文具体描述的方式实施。
此处描述的方法步骤、过程或操作不应被解释为必然要求它们以所讨论或图示的特定顺序执行，除非具体指定执行顺序或通过上下文明确指定。还应当理解，可以采用附加的或可替代的步骤。
Claims (14)
1.一种挤出成型的模具，其特征在于，包括：
挤出口，所述挤出口被配置为挤出含有至少一种塑料的塑料组成物；和
塑料通道，所述塑料通道被配置为使供给的塑料组成物流向所述挤出口，其中
所述塑料通道包括第一通道、第二通道和第三通道，所述第二通道连接到所述第一通道并且具有沿所述塑料组成物的流动方向向下游逐渐减小的通道截面积，所述第三通道被连接到所述第二通道并被配置为使所述塑料组成物流向所述挤出口，以及
所述第三通道具有沿所述塑料组成物的流动方向向下游逐渐减小的通道截面积。
2.根据权利要求1所述的挤出成型的模具，其特征在于，所述第一通道与所述第二通道的连接部的通道截面积为所述第二通道与所述第三通道的连接部的通道截面积的三倍或三倍以上。
3.根据权利要求1或2所述的挤出成型的模具，其特征在于，还包括：
外模，所述外模包括通孔；和
内模，所述内模设置在所述通孔中，与所述通孔的内周面有间隙，其中
具有与挤出中心轴正交的环形截面形状的所述塑料通道由所述外模的所述通孔的内周面和所述内模的外周面形成，
所述外模的所述通孔的形成所述第二通道的内周面具有内径沿所述塑料组成物的流动方向向下游逐渐减小的形状，
所述外模的所述通孔的形成所述第三通道的所述内周面具有内径沿所述塑料组成物的流动方向向下游逐渐增大的形状，
所述内模的形成所述第三通道的外周面具有内径沿所述塑料组成物的流动方向向下游逐渐增大的形状，以及
所述内模的形成所述第三通道的外周面和所述外模的所述通孔的形成所述第三通道的内周面之间的间隙沿所述塑料组成物的流动方向向下游逐渐减小。
4.根据权利要求3所述的挤出成型的模具，其特征在于，所述内模的形成所述第一通道的所述外周面和形成所述第二通道的所述外周面与所述挤出中心轴平行。
5.根据权利要求4所述的挤出成型的模具，其特征在于，所述内模的形成所述第一通道的所述外周面和形成所述第二通道的所述外周面的外径为20mm或20mm以下。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的挤出成型的模具，其特征在于，在包含所述挤出中心轴且平行于所述挤出中心轴的截面中，从所述挤出口挤出的所述塑料组成物的挤出方向与所述挤出中心轴之间的角度β大于等于50°且小于等于90°。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的挤出成型的模具，其特征在于，在包含所述挤出中心轴且与所述挤出中心轴平行的截面中，所述第二通道的通道中心线与所述挤出中心轴之间的角度α大于等于10°且小于等于45°。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的挤出成型的模具，其特征在于，在包含所述挤出中心轴且与所述挤出中心轴平行的截面中，所述挤出中心轴与所述第一通道的通道中心线之间的角度γ大于等于-10°且小于等于30°，其中，所述第一通道的通道中心线在所述塑料组成物的流动方向上的上游侧与所述挤出中心轴相交时的角度为负，并且所述第一通道的所述通道中心线在所述塑料组成物的流动方向上的下游侧与所述挤出中心轴相交时的角度为正。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的挤出成型的模具，其特征在于，所述第二通道在所述挤出中心轴方向上的长度为10mm或10mm以上。
10.一种包括模具的塑料制造装置，其特征在于，所述塑料制造装置被配置为向所述模具供给包含至少一种塑料的塑料组成物，并从所述模具的挤出口挤出所述塑料组成物以制造发泡塑料，其中
使用权利要求1至9中任一项所述的挤出成型的模具作为所述模具。
11.根据权利要求10所述的塑料制造装置，其特征在于，还包括混捏部，所述混捏部被配置为在可压缩流体的存在下以低于所述至少一种塑料的熔点的温度混捏所述至少一种塑料，以获得所述塑料组成物。
12.根据权利要求10或11所述的塑料制造装置，其特征在于，还包括挤出成型部，所述挤出成型部被配置为在可压缩流体的存在下以低于所述至少一种塑料的熔点的温度从所述模具中挤出所述塑料组成物，以模制发泡塑料。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的塑料制造装置，其特征在于，所述塑料组成物含有90质量％或更多的聚乳酸。
14.一种塑料制造方法，用于从模具的挤出口挤出包括至少一种塑料的塑料组成物以制造发泡塑料，其特征在于，
使用权利要求1至9中任一项所述的挤出成型的模具作为所述模具。
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