CN1216728C - 向注射模塑成形机中供应树脂材料的方法、装置和发泡成形品 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供向能够使气泡均匀分散于成品中的注射模塑成形机中供应树脂材料的方法。为实现该目的，具备了在压力容器内的加压了的惰性气体中放置树脂材料、使该惰性气体吸收于上述树脂材料中的吸收工序，以及向注射模塑成形机中供应已经吸收了上述惰性气体的树脂材料的供应工序。

Description

向注射模塑成形机中供应树脂 材料的方法、装置和发泡成形品

[发明领域]

本发明涉及以惰性气体作为发泡剂进行发泡成形时使用的、向注射模塑成形机中供应树脂材料的方法、装置以及发泡成形品。

[发明背景]

发泡成形的历史悠久，以前通过注射模塑成形获得树脂的发泡成形品的技术，例如USP3268639、USP3384691中已经公开，近年来通过合成树脂成形的教材等，能够获知使用化学发泡剂和物理发泡剂的发泡成形的方法。

然而，现有的发泡成形采用泡沫聚苯乙烯等，正如所知道的那样发泡倍率非常高，因而在减轻重量方面优越，但是存在机械强度差的缺点。此外，对于化学发泡剂，大多采用具有热分解性的发泡材料和树脂材料在即将成形之前混合的母料法，该方法存在有害性、模具腐蚀、成形环境恶化、操作困难等许多问题。

与此相对，USP3796779号公报公开了直接向熔化的树脂材料中吹入二氧化碳等惰性气体，使树脂中浸透气体，随后冷却获得发泡体。通过发泡剂使用惰性气体，解决了有害性、模具腐蚀、成形环境恶化、操作困难等问题。

但由于USP3796779号公报中仍是直接向熔化的树脂中喷射气体，树脂和气体混合不均，形成各种各样气泡形状的海岛结构，有部分的强度下降等，控制发泡状态是非常困难的。

为克服这些缺点，在1980年初，在美国马萨诸塞州工科大学，发现了由微晶粒构成的非常小的发泡体的成形方法。在USP4473665、USP5158986、USP5160674、USP5334356、USP5571848、USP5866053号公报中公开了该方法和装置。如果采用美国马萨诸塞州工科大学建议的方法和设备，则向注射模塑成形机的可塑化装置的树脂熔化部分吹入超临界状态的惰性气体，通过静态混合器，使熔化的树脂和气体充分混合。然后，进行压力和温度的控制，其结果是发泡成形品中的25微米以下的小气泡呈多数且分散均匀，由于气泡直径小，可以获得几乎没有成形品的强度变差的产品。

而且作为改善发泡成形品外观质量的方法，在向模具内注入树脂时，预先用气体填充模具，且施加大气压以上的压力，之后，进行注入，在完全填充树脂后，去掉施加在模具内的气体压力，由该减压进行树脂中的气体发泡的方法也是已知的。

采用现有的方法，由于直接向熔化的树脂材料中吹入气体，在吹入气体时，与气体接触的熔化树脂部分被骤冷，如果连续吹入，则多数熔化树脂被冷却，结果使粘度增加，恢复到适应于再次成形的树脂温度和粘度需要时间的。

此外，在把气体事先加热到接近树脂的熔融温度附近的情况下，由于随着温度的上升，气体的体积增大，因此如果直接向熔融树脂中吹入气体，因为树脂内的气压低，存在填充到模具内之后发泡倍率非常低的缺点。

因此为了弥补该缺点，有在提高气体温度的同时也提高压力，并在维持气体浓度基础上向熔融树脂中吹入气体的方法，但是在该种情况下，气体的压力非常高，在吹入瞬间由于气体流入熔融树脂，所以控制气体的吹入量是困难的。此外，由于突然向熔化树脂中吹入，结果被吹入了的熔化树脂已经形成气体和树脂的2层分离体，为了使气体均匀分散于树脂中，必须再次使用静态混合器等进行反复机械混合。因此，存在装置变复杂的同时周期延长，而有损生产性的缺点。

此外，原来为除去材料中的或计量中的空气，注射膜塑成形机和挤出机的塑化装置具有向熔化树脂施加一定程度的压力的结构，因此如果像原来那样向熔化树脂中计量吹入气体，则存在在吹入的气体完全融入树脂之前已经从可塑化装置的计量部排出的缺点。

而且，在向模具内注射时，用气体填充模具内且施加大气压以上的压力，在树脂填充后去掉气体的压力的方法中，填充速度快时，不能控制填充于模具内的气体的压力，结果已经填充的气体成为障碍，造成注料量短。此外，树脂的填充速度慢时，能够控制填充于模具内的气体，填充树脂时，能够控制填充后的压力，但是因为填充速度慢，所以从模具开始的冷却，造成了从与模具相接的表面开始固化的表层增大，因此在成形品的泡沫分布中，存在表面和中心肉厚、以及入口附近和最后的填充部分之间发泡差异变大的缺点。

此外，在使含有热分解的化学发泡材料的粒料和不含有发泡材料的粒料在成形之前混合，即所谓母料方式中，使可塑化过程中的化学发泡材料分散均匀是非常困难的，结果形成成形品的发泡体的分散不均匀，在强度、精度方面都不够充分。

[发明的概述]

因此，鉴于上述的问题，本发明的目的是提供向注射模塑成形机中供应树脂材料的方法和装置，能够使气泡均匀分散于成形品中以及发泡成形品。

为解决上述问题、实现本发明的目的，向本发明的注射模塑成形机中供应树脂材料的方法的特征是由以下所述而构成的。

即具备在压力容器内的加压了的惰性气体中放置树脂材料、使该惰性气体被吸收到上述的树脂材料中的吸收工序，以及向注射模塑成形机中供应上述已经吸收了惰性气体的树脂材料的供应工序。

此外，如果根据本发明的第一个方面，则向本发明的注射模塑成形机中供应树脂材料的装置的特征是由以下所述而构成的。

即具备从大气中分离惰性气体的分离装置、向通过该分离装置分离的惰性气体施加压力的加压装置、容纳树脂材料和被加压了的上述惰性气体的压力容器和从该压力容器向注射模塑成形机中供应上述树脂材料的供应装置。

此外，如果根据本发明的第二个方面，则向本发明的注射模塑成形机中供应树脂材料的装置的特征是由以下所述而构成的。

即特征在于具备从大气中分离惰性气体的分离装置、向通过该分离装置分离的惰性气体施加压力的加压装置、容纳树脂材料和被加压了的上述惰性气体的压力容器、向上述压力容器中导入液体的导入装置和从该压力容器向注射模塑成形机中供应上述树脂材料的供应装置。

此外，本发明的发泡成形品的特征在于：是使用上述向注射模塑成形机中供应树脂材料的方法或装置进行成形的。

[附图的简单说明]

图1是表示与本发明的一个实施方式有关的装置图。

图2是表示装置动作的示意图。

图3是压力容器内部的详图。

图4是压力容器部分的详图。

图5是表示成形品截面的气泡状态示意图。

[实施方案的详细说明]

以下对本发明的一个优选实施方案进行说明。

本实施方案的第1个特征是发泡材料使用惰性气体。优选是二氧化碳、氮、氩气等。通过使用惰性气体，防止了有害性和对环境恶化的影响，维持了安全性。

第2个特征是将发泡体浸透于不到热变形温度的固体状态的树脂材料中。如上所述，解决了原来的将发泡体混合于熔化树脂中时所产生的问题。

第3个特征是通过加压使惰性气体渗透于树脂中。通过以给定的压力加压，能加快惰性气体向树脂材料中的浸透速度，能够提高生产率。

第4个特征是将溶液与树脂材料气化接触后，渗透惰性气体。由此，能够显著地提高惰性气体在树脂材料中的的渗透速度和渗透深度，结果可使生产率和气泡形成状态(气泡数、分散性)良好。

第5个特征是在适当的湿度中保持树脂材料之后，渗透惰性气体。通过使树脂材料吸附适当的水分，能够加快惰性气体向树脂材料中的渗透速度。对除聚碳酸酯等水解树脂外的树脂是非常有效的。

以下，对于本发明的一个实施方式进行具体说明。

图1是表示本发明的发泡成形装置的一个实施方案的构成示意图。在图1中，1是高压气体制备装置，2是压力容器，3是气体制备装置，4是搅拌装置，5是电磁阀，6是溶液供应装置，7是供应泵，8是注射模塑成形机，9是漏斗装置，10是材料贮罐，11是材料输送机。还有，气体制备装置3具有从大气中分离惰性气体的功能。

其次，参照图1解释操作。

普通树脂材料是通过槽车和25kg装的袋运送的，并贮存在材料贮罐10中。在材料贮罐10中贮存的材料由材料输送器11经过材料输送管和电磁阀被运送到压力容器2中。压力容器2通过电磁阀用管道与高压气体制备装置1相连，以规定量向压力容器2供应了材料后，闭合压力容器的电磁阀，由高压气体制备装置1供应惰性气体。

在压力容器2内惰性气体的压力上升到规定的压力后，闭合电磁阀，在规定时间内，维持该状态向树脂材料中渗透惰性气体。在压力容器2中内装有与搅拌装置4相连的搅拌板，以规定的旋转速度恒定旋转，搅拌材料。此外，根据材料的种类，压力容器内的温度用加热器25和温度控制装置26(参照图3)来控制。通常，控制温度在25-35℃，压力为4-6MPa，处理时间约2小时。

如图1中所示，本发明实施方案的装置具有多个压力容器。经过预先设定的时间后，将树脂材料向压力容器2C中适量转移。转移量取决于在注射膜塑成形机上所设置的漏斗装置9的容量和每次注料量的成形品重量，以及成形周期。通常，输送成形时间约30分钟左右的树脂量。压力容器2C的容量比压力容器2A和2B小，但是内部压力以相同的方式进行管理、控制。此外，从压力容器2A或2B向2C输送材料时，压力容器2C的出口侧的电磁阀关闭，防止压力容器2A、2B的压力降到大气压。

而且，从压力容器2C将树脂材料向漏斗装置9输送时，关闭压力容器2A或2B与压力容器2C之间的电磁阀5，压力容器2C内的高压气体的大部分回收到高压气体制备装置。通常，把在6MPa下在压力容器2A或2B内处理了约2小时的树脂材料输送到压力容器2C中后，再按顺序送入漏斗装置9中，在注射膜塑成形机8中塑化，向模具内注入，制成树脂成形品。

图2是表示本实施方案的装置的操作概要图。

图中，压力容器A、B、C各自表示压力容器2A、2B、2C内的压力的时间变化，漏斗表示漏斗9内的树脂量。此外，图中的箭头表示树脂材料的输送方向。

间隔30分钟一次把材料从压力容器2B向压力容器2C内输送，之后，向漏斗9中转移材料。漏斗内树脂量在20％-100％之间变动。4次转移、即总计经过2小时后，停止压力容器2B向压力容器2C的供应，由压力容器2A向压力容器2C供应材料。由材料输送器11向压力容器2B内供应新的树脂材料，在6MPa下再加压处理2小时。即由压力容器2A和2B向压力容器2C的材料供应是每次以间隔一定时间(这种情况下是2小时)交替进行。

图3是表示本实施方案的压力容器的内部详图。

在图3中，12是搅拌板，13是压力计，14是安全阀，15是惰性气体，16是排气电磁阀，17是溶液供应口电磁阀，18是与压力容器2相连的管道，19是与材料供应口相连的管道，20是与高压气体制备装置相连的管道，21是气体入口电磁阀，22是与高压气体制备装置相连的管道，23是表示压力容器内部的截面，24是树脂材料，25是加热器，26是温度控制装置。

其次，参照图3解释操作。

把树脂材料24放入压力容器2中，凭借搅拌装置4和搅拌板12的旋转进行搅拌。通过该操作，使得树脂材料的所有表面与惰性气体15接触，惰性气体均匀渗透于各树脂材料粉末中。通常使用旋转数为10-30RPM的相对较慢的旋转。

此外，溶液供应装置6通过电磁阀17装配在压力容器2上。在溶液供应装置6中内装溶液罐和计量器、注入器，只能以设定量向压力容器2内供应。PPE树脂材料的情况下，相对于200L的压力容器，供应3-5cc的异丙醇。

由溶液供应装置6供应的溶液通过设置在图4中所示的真空泵27的减压装置在压力容器内气化，均匀渗透于树脂材料中。此外，加压处理中的压力容器2内的压力由压力计13监控，在升压到规定值以上的情况下，安全阀14开始工作，减压直到规定值。

因为惰性气体向树脂材料中的渗透速度和量随着压力和时间及温度而变化，所以压力容器2的温度由加热器25和温度控制装置26控制在一定的温度。还有，该温度不到树脂材料的热变形温度时，树脂材料维持固体状态。由此，惰性气体可均匀渗透于树脂材料中。

图4是本实施方案的压力容器部分的详图，27是真空泵，28是真空泵用的电磁阀。

其次，参照图4解释操作。

如前所述，树脂材料投入后，压力容器2内由真空泵27设置在减压状态，随后，打开电磁阀17供应溶液，搅拌一定时间后，通过打开电磁阀21供应惰性气体。升压过程中，除了惰性气体供应路线以外的电磁阀全部关闭，升压到规定压力后，电磁阀21也关闭。经过一定时间处理后，打开电磁阀5b把树脂材料送入压力容器2C中。

表1为用图1所示的本实施方案的装置加工时的加工条件，图5中表示其成形品截面的气泡状态。

如上说明，如果根据上述的实施方式，由于一面在压力容器内搅拌树脂材料，一面将其放置在高压的惰性气体中，所以可以向树脂材料中进行均匀的惰性气体浸透，以规定的周期顺序切换多个压力容器，通过输送已经浸透了气体的材料可以实现发泡树脂材料的稳定供应。

在本实施方案中，如前所述，由于不向熔化树脂材料中注入惰性气体，所以树脂材料塑化时气体和树脂均匀溶在一起，此外，由于所有的树脂粉末均内涵气体，所以解决了用原来的母料法时由于形成气泡而形成所谓发泡材料(气体)不均匀分散的问题。而且，还有原来的问题是惰性气体向固体树脂材料中的溶解速度慢，生产效率低，本实施方案的特征是凭借醇类溶液和湿度控制显著地提高了溶解速度，随着通过先前所述的多个压力容器的周期发泡树脂供应，显著地提高生产率。

总之，根据本实施方案，随着能够把作为发泡材料的惰性气体均匀溶解分散于树脂材料中，大幅度地提高了生产率。另外，与前述的在注射膜塑成形机的筒体上安装气体注入装置并向熔融树脂中吹入气体的方法比较，用本实施方案，不必对以往的(现有的)注射膜塑成形机施加任何改造等，因此对于设备投资也有效果。

如以上所说明的，根据上述实施方案，则能使气泡均匀分散于成形品中。

还有，本发明在不超越主要发明内容的范围内，修正或改变上述实施方案也是适用的。

                                   表1

		条件1	条件2	条件3	条件4	条件5
							树脂材料		PC/ABS	PPE+PS	ABS	HIPS	PPS
材料干燥		70℃120分	70℃120分	70℃120分	70℃120分	120℃120分
							气体渗透时间分		120	120	120	120	180
溶液种类			IPA			IPA
							溶液加入量毫升			5			5
容器内湿度％					45
							惰性气体种类		氮气	氮气	氮气	氮气	二氧化碳
压力容器温度℃		35	40	35	35	60
							气体压力MPa		3	3	3	3	6
塑化装置	背压力(MPa)	2	2.5	1.5	1	2.5
								喷嘴部分温度(℃)	220	260	200	160	270
	塑化部分温度(℃)	210	250	190	150	260
								漏斗下温度(℃)	45	45	45	45	45
	注射压力(MPa)	100	110	100	90	120
								注射速度(米/秒)	2	2	2.5	2.5	2
	注射时间(秒)	0.8	0.9	0.7	0.6	0.8
								保持压力(MPa)	0	0	0	0	0
	保持压力时间(秒)	0	0	0	0	0
								冷却时间(秒)	8	7	8	8	9
	成形周期(秒)	21	20	21	21	22
							成形品	部件重量(g)	251	270	231	224	277
	平均气泡直径(μm)	26	45	33	50	32
								气泡化率(％)	11	10	12	9	8

Claims (3)

1.向注射模塑成形机中供应树脂材料的方法，其特征在于具备：将上述压力容器内的温度控制在不到树脂材料的热变形温度，树脂保持固体状态的温度的温度控制工序；将树脂材料置于压力容器内的加压了的惰性气体中、使上述树脂材料吸收该惰性气体的吸收工序，其中将上述压力容器保持规定的压力值，使上述的树脂材料吸收上述的惰性气体；以及向注射模塑成形机中供应已经吸收了上述惰性气体的树脂材料的供应工序。

2.权利要求1所记载的向注射模塑成形机中供应树脂材料的方法，其特征在于在上述的吸收工序之前，具备在上述的压力容器内装入上述的树脂材料的投料工序、将前述的压力容器内减压的减压工序和向上述的压力容器内定量引入醇类溶剂的引入工序。

3.权利要求1所记载的向注射模塑成形机中供应树脂材料的方法，其特征在于在上述压力容器内的上述惰性气体的压力在0.5-6MPa的范围内。

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