CN1222563C - 具有较低熔点的非交联聚丙烯树脂的粒料型泡沫材料和用于生产它的方法和设备以及由其得到的模塑泡沫材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有熔点125-140℃的粒料型非交联聚丙烯泡沫材料，和用于生产所述泡沫材料的方法和设备。因为本发明的非交联聚丙烯的粒料型泡沫材料具有较低熔点和闭孔含量80%或更多，模塑这些泡沫材料是有利的。本发明还涉及一种由以上粒料型非交联聚丙烯泡沫材料模塑的制品。

Description

具有较低熔点的非交联聚丙烯树脂的粒料型泡沫 材料和用于生产它的方法和设备以及 由其得到的模塑泡沫材料
技术领域
本发明涉及一种具有熔点125℃-140℃的粒料型非交联聚丙烯泡沫材料，一种用于生产所述泡沫材料的方法，一种用于实现所述方法的设备和由所述泡沫材料模塑的制品。
背景技术
由于其优异的机械强度和缓冲性能，聚丙烯树脂泡沫材料广泛用作包装材料，建筑材料，隔热材料和类似物，但因为聚丙烯具有高结晶度和低熔体粘度且难以交联，迄今十分难以由聚丙烯得到高度膨胀的产物。
US专利No.5,527,573(1996/6/18授权)公开了挤出的闭孔聚丙烯树脂泡沫材料和几种用于生产所述泡沫材料的方法。US专利的这种泡沫材料是厚板形式并具有最小横截面积约5×2.54平方厘米，最小厚度12.7毫米和密度约5磅/立方英尺。该形式和性能使得难以将泡沫材料模塑成所需成型制品。US专利No.6,051,617(2000/4/19授权)公开了一种可用于模塑发泡的模塑制品的发泡聚丙烯树脂颗粒及其制备方法。但该发泡聚丙烯树脂颗粒通过将乙烯基共聚单体接枝到聚丙烯树脂颗粒上以形成改性的共聚物树脂颗粒并将该改性的共聚物树脂颗粒发泡而制成。
US专利No.6,077,875(2000/6/20授权)公开了由非交联丙烯-乙烯无规共聚物制成的用于模塑的聚丙烯树脂的发泡和膨胀的珠粒。US专利的这种发泡珠粒具有最多40％，最优选25％的开孔含量和具有熔点至少141℃。
本发明的公开内容
非交联聚丙烯树脂的优点在于，它可回收且由该树脂制成的粒料型泡沫材料可容易模塑。但通过挤塑非交联聚丙烯树脂得到的粒料型泡沫材料包含开孔的程度不低，因此是无用的。对于其实用性，粒料型泡沫材料必须为了机械强度而包含大量的闭孔。世界上只有日本的JSP公司在商业上成功地由非交联聚丙烯树脂生产粒料型泡沫材料。尽管公认具有较低熔点的粒料型非交联聚丙烯泡沫材料由于其容易模塑和优异的回收性而非常有价值，但尚未生产出具有熔点140℃和更低的粒料型非交联聚丙烯泡沫材料。
因此，本发明的一个目的是提供一种由非交联聚丙烯树脂制成以确保回收能力，具有高含量的闭孔以提供令人满意的机械强度并可模塑成各种形状的包装材料的具有熔点140℃或更低的粒料型聚丙烯树脂泡沫材料及其生产方法。发明人已经成功地通过以下步骤生产出包含约至少40％闭孔的具有熔点125-140℃的非交联聚丙烯的粒料型泡沫材料：提供具有多个具有特意不同的温度的温度区的串联挤出机，使具有熔点138-140℃的非交联聚丙烯树脂熔体流过温度区，在120-130℃的较低温度下机械匀化经过这些区的聚丙烯树脂熔体，在压力下将匀化熔体通过多个在模头中形成的孔膨胀，并切割从模头的孔排出的膨胀的泡沫材料。
在一个方面，本发明提供了一种具有熔点125-140℃的粒料型非交联聚丙烯泡沫材料。
在另一方面，本发明提供了一种用于制备具有熔点125-140℃的粒料型非交联聚丙烯泡沫材料的方法，包括以下步骤；(a)将具有熔点138-140℃的非交联聚丙烯无规共聚物通过串联挤出机挤出；所述串联挤出机的组成为被分成其中设定温度147-153℃的第一温度区，其中设定温度167-172℃的第二温度区，其中设定温度168-172℃的第三温度区，其中设定温度218-225℃的第四温度区，其中设定温度197-203℃的第五温度区，和其中设定温度188-193℃的第六温度区的第一挤出机，被分成其中设定温度167-173℃的第一温度区，其中设定温度147-152℃的第二温度区，其中设定温度142-147℃的第三温度区，其中设定温度137-141℃的第四温度区，其中设定温度137-142℃的第五温度区，和其中设定温度132-137℃的第六温度区的第二挤出机，和其中设定温度248-255℃的连接第一挤出机和第二挤出机的导向装置；(b)通过在温度125-140℃下抽吸使挤出的材料强制流动；(c)将挤出的材料在温度120-130℃下匀化；(d)使匀化材料膨胀通过模头；和(e)切割膨胀的材料以得到粒料型泡沫材料。
在另一方面，本发明提供了一种用于生产具有熔点125-140℃的粒料型非交联聚丙烯泡沫材料的设备。
在另一方面，本发明提供了由具有熔点125-140℃的粒料型非交联聚丙烯泡沫材料模塑的制品。
具体地说，本发明公开了以下内容：
1.一种用于制备具有熔点125-140℃的粒料型非交联聚丙烯泡沫材料的方法，包括步骤：
(a)将具有熔点138-140℃的非交联聚丙烯无规共聚物挤过串联挤出机；所述串联挤出机的组成为被分成其中设定温度147-153℃的第一温度区，其中设定温度167-172℃的第二温度区，其中设定温度168-172℃的第三温度区，其中设定温度218-225℃的第四温度区，其中设定温度197-203℃的第五温度区，和其中设定温度188-193℃的第六温度区的第一挤出机，被分成其中设定温度167-173℃的第一温度区，其中设定温度147-152℃的第二温度区，其中设定温度142-147℃的第三温度区，其中设定温度137-141℃的第四温度区，其中设定温度137-142℃的第五温度区，和其中设定温度132-137℃的第六温度区的第二挤出机，和具有温度248-255℃的连接第一挤出机和第二挤出机的导向装置；
(b)通过在温度125-140℃下抽吸使挤出的材料强制流动；
(c)将挤出的材料在温度120-130℃下匀化；
(d)使匀化材料膨胀通过模头；和
(e)切割膨胀的材料以得到粒料型泡沫材料。
2.上款1的用于制备粒料型非交联聚丙烯泡沫材料的方法，其中所述泡沫材料具有闭孔80％或更多。
3.上款1或2的用于制备粒料型非交联聚丙烯泡沫材料的方法，其中所述泡沫材料具有熔点125-130℃。
4.由上款1的方法制备的粒料型非交联聚丙烯树脂泡沫材料。
5.一种用于生产具有熔点125-140℃的粒料型非交联聚丙烯泡沫材料的设备，包括第一挤出机，连接到第一挤出机上的第二挤出机，连接到第二挤出机上的抽吸部分，连接到抽吸部分上的匀化部分和连接到匀化部分上的模头部分，其中
第一挤出机包括其中可旋转地安装有螺旋轴的圆柱形机筒，安装在机筒的末端用于旋转螺旋轴的驱动装置和多个安装在机筒的外周上的冷却装置和加热装置，所述机筒分别具有在对应于驱动装置的其端部上形成的用于向其中供给原料聚丙烯和成核剂的入口，在其另一端部分上形成的出口，在其中部上形成的用于供给添加剂和发泡剂的入口，这样通过入口供给至机筒的原料通过根据驱动装置旋转的螺旋轴而被强制供给至出口；其中第一挤出机的机筒根据供给至机筒的聚丙烯熔体的温度条件被分成六个温度区，每个区的温度通过安装到机筒的外周上的冷却装置和加热装置调节，聚丙烯熔体的温度在第一温度区是147-153℃，在第二温度区是167-172℃，在第三温度区是168-172℃，在第四温度区是218-225℃，在第五温度区是197-203℃和在第六温度区是188-193℃；
第二挤出机包括其中通过温度为248-255℃的连接第一挤出机和第二挤出机的导向装置供给从第一挤出机的机筒出料的聚丙烯熔体的机筒，和多个安装到机筒的外圆周表面上的冷却装置和加热装置以调节熔体在机筒中的温度；其中第二挤出机的机筒根据供给至机筒的聚丙烯熔体的温度条件被分成六个温度区，每个区的温度通过安装到机筒的外周上的冷却装置和加热装置调节，聚丙烯熔体的温度在第一温度区是167-173℃，在第二温度区是147-152℃，在第三温度区是142-147℃，在第四温度区是137-141℃，在第五温度区是137-142℃和在第六温度区是132-137℃；
抽吸部分包括其内部空间供给有从第二挤出机的机筒排出的聚丙烯熔体的套管，一对在套管中可旋转地安装并相互咬合的齿轮，和用于旋转齿轮的驱动装置，这样供给其中的聚丙烯熔体强制流动；
匀化部分包括其中供给有从抽吸部分的机筒排出的聚丙烯熔体的第一圆柱形外壳，所述第一外壳被可旋转地安装，用于旋转第一外壳的驱动装置，连接到第一外壳的出口端上的螺杆，位于螺杆的外周上的第二外壳，安装到第二外壳的外周上的支架以在第二外壳和支架之间形成气密空间，和安装在第二外壳的后部上的匀化装置；其中螺旋空间在螺杆和第二外壳之间沿着螺杆的整个长度而形成，这样从第一外壳排出的聚丙烯熔体在形成于螺杆和第二外壳之间的空间中流动并排出至外部，热转移流体油在形成于第二外壳和支架之间的空间中流动以调节在第二外壳中流动的聚丙烯熔体的温度，且匀化装置粉碎聚丙烯熔体；
其中供给有从匀化部分中排出的聚丙烯熔体的模头部分由出料部分，切割部分和驱动装置组成，这样膨胀的泡沫材料被切成一定的尺寸。
6.上款5的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中安装到第一和第二挤出机机筒上的每个冷却装置是其中流动有从外部供给的冷却水的套管，供给至套管的冷却水与机筒的表面接触并沿着套管流动，这样在机筒中流动的聚丙烯熔体的温度变得较低，安装在两个套管之间的加热装置是其中安装有加热线圈的加热器。
7.上款5的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中聚丙烯和成核剂被供给至第一挤出机的机筒的第一温度区，抗静电剂被供给至第三温度区，和发泡剂被供给至第四温度区。
8.上款5的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中供给至第一挤出机的机筒的发泡剂是由用于供给CO2的设备排出的CO2，所述用于供给CO2的设备包括用于储存CO2的罐，连接到罐上的用于汽化和冷凝CO2的单元，用于将从用于汽化和冷凝的单元供给的CO2转变成蒸气的稳定化单元；和用于储存由稳定化单元供给的CO2的储存单元以将CO2供给至第一挤出机的第一机筒。
9.上款5的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中安装在抽吸部分的套管的内部空间中的两个齿轮按照相互相反的方向朝向内部空间的中心旋转以使聚丙烯熔体强制移动至下一工艺位。
10.上款5的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中匀化部分的第一外壳通过多个轴承座被可旋转地承载在载体板上，驱动装置的驱动链轮与固定到第一外壳的外周表面上的驱动链轮进行齿轮传动，这样第一外壳响应驱动装置的操作而旋转。
11.上款5的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中匀化部分的匀化装置由可旋转地安装的旋转板和与旋转板接触的固定板组成，所述旋转板具有多个径向排列的开口且固定板具有多个圆形孔，这样在所供给的聚丙烯熔体到达旋转板并经过在旋转板上形成的开口之后，聚丙烯熔体被旋转板的每个开口的边缘切割，并随后该粉碎的聚丙烯熔体在旋转板和固定板之间通过旋转板研磨。
12.上款5的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中模头部分的出料部分由中空导向杆和位于导向杆的外部的机筒组成，所述导向杆具有多个在其外周上在导向杆的纵向上形成的腔，这样从匀化部分排出的聚丙烯熔体在每个腔中流动，多个透孔在对应于腔的机筒的部分上形成；
切割部分包括位于出料部分的后侧的载体板和固定到支撑板上并可移动地位于机筒外部的切割元件，每个切割元件具有多个在分别对应于机筒的多个透孔的位置上形成的透孔；和
驱动装置包括能够通过发动机旋转的偏心凸轮，连接到偏心凸轮上并响应凸轮旋转而旋转的曲柄，和用于将曲柄的旋转运动转化成线性运动并将线性运动传输至其上固定有切割元件的载体板的连接到曲柄上的功率转化和传输装置；这样每个切割元件沿着机筒的外周根据驱动装置的操作而往复运动，这样由机筒的每个透孔膨胀的泡沫材料被切割元件的透孔的边缘所切割。
13.上款12的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中在机筒上形成的每个透孔的直径低于切割元件的每个透孔的直径，机筒的每个透孔位于起始位置上的切割元件的相应的透孔的中心部分。
14.上款12的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中机筒具有多个在其外周上在纵向上形成的凹槽，其端部固定到载体板上的连杆相应地被可移动地设置在凹槽中，且每个切割元件是固定通过固定装置固定到每个连杆上，这样，每个切割元件在机筒的外周上通过沿着机筒的每个凹槽往复运动的每个连杆而往复运动。
15.上款12的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中模头部分进一步包括解压装置以防膨胀的和挤出的泡沫材料的温度和压力的急剧变化，所述解压装置是能够将出料部分和切割部分从外部大气氛围隔离的套管，所述套管具有借以流动空气的入口孔和借以在两侧排出空气的出口孔。
16.上款12的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中模头部分进一步包括用于冷却机筒的冷却设备，其中所述冷却设备包括：
其中供给有从外部供给的热转移流体油的供给管，所述供给管位于机筒的前面；
具有连接到供给管上并沿着机筒的整个长度安装在机筒中的入口端的多个流动管；和
位于机筒的前面并连接到的流动管的出口端的出料管，用于接受与机筒交换热的热转移流体。
附图的简要描述
本发明的以上和其它目的，特点和其它优点根据以下的详细描述并结合附图得到更清楚的理解，其中：
图1显示了按照本发明的用于生产非交联聚丙烯的粒料型泡沫材料的总体结构；
图2是平面图，显示了图1所示的第一挤出机的机筒；
图3是沿着图2中的线A-A的断面图；
图4是示意图，显示了用于供给CO2的设备的结构；
图5是断面图，显示了图1所示的抽吸部分和匀化部分的内部结构；
图6A和图6B是前视图，显示了匀化部分的每个元件；
图7是平面图，显示了图1所示的模头部分的结构；
图8是沿着图7的线B-B的断面图；
图9是沿着图8的线A-A的断面图；
图10A是侧视图，显示了其上安装有冷却设备的模头部分的机筒；
图10B是图10A的前视图；
图11是按照本发明制成的粒料型聚丙烯泡沫材料(实施例1)的DSC曲线；
图12是按照本发明制成的粒料型聚丙烯泡沫材料(实施例2)的DSC曲线；
图13是用于制备本发明粒料型聚丙烯泡沫材料的RP2400(聚丙烯-聚乙烯(3％))共聚物的DSC曲线；
图14显示了按照本发明制成的粒料型聚丙烯泡沫材料的FT-IR分析的结果；
图15显示了用于制备本发明粒料型聚丙烯泡沫材料的RP2400(聚丙烯聚乙烯(3％))共聚物的FT-IR分析；
图16A是由光学显微镜在x100放大率下拍摄的照片，显示了按照本发明制成的粒料型聚丙烯泡沫材料；
图16B是由光学显微镜在x400放大率下拍摄的照片，显示了按照本发明制成的粒料型聚丙烯泡沫材料；
在附图的这几个图中，类似的参考数是指类似的部件。
用于实现本发明的最佳方式
在本发明之前，不可能制备具有熔点140℃或更低的粒料型泡沫材料。其熔点是138℃的纯聚丙烯不能在138℃或更低的温度下加工，因为它在其熔点或更低的温度下迅速固化。因此，还认为不可能制备出具有熔点140℃或更低的粒料型泡沫材料。
但发明人已经开发出具有熔点140℃或更低和开孔含量约20％或更低的粒料型非交联聚丙烯泡沫材料。这些粒料型泡沫材料通过许多发现的组合和应用而开发出。例如，发明人已经发现，开孔在泡沫材料中的含量可通过使用串联挤出方法作为基础，为第一和第二挤出工艺设定特定的温度条件，和在125-130℃的较低温度下匀化得自挤出机的熔体而明显降低。另外，发明人已经发现，只有当具有熔点138-140℃的非交联聚丙烯树脂在挤塑和膨胀过程中的温度保持在特定温度范围内，可形成80％或更多的闭孔。另外，发明人已经发现，由具有熔点138-140℃的非交联聚丙烯树脂制成的泡沫材料的熔点可通过按照本发明的特定工作条件而降至138℃或更低。
现在详细描述根据本发明的用于制备非交联聚丙烯的粒料型泡沫材料的方法。本发明的制造方法包括挤出，抽吸，匀化，膨胀和造粒步骤。
(1)挤出
按照本发明的挤出工艺可通过使用本领域常用并熟知用于制备泡沫材料的串联挤出机作为基础或其变型而进行。按照本发明的用于制备非交联聚丙烯的粒料型泡沫材料的材料包括具有熔点138-140℃的非交联聚丙烯无规共聚物，成核剂，发泡剂和添加剂，如果需要。
本发明的基础树脂是具有熔点138-140℃的非交联丙烯无规共聚物。可与丙烯共聚的其它共聚单体的例子包括乙烯，1-丁烯，1-戊烯和1-己烯。丙烯无规共聚物可以是二元共聚物如丙烯-乙烯无规共聚物或丙烯-丁烯无规共聚物或三元聚合物如丙烯-乙烯-丁烯共聚物。除了丙烯之外的其它共聚单体组分在共聚物中的比率优选为0.05-10％重量。
成核剂用于分散发泡剂并调节泡沫材料的泡孔尺寸。可用于本发明的成核剂的例子包括，但不限于此，碳酸氢钠，碳酸钠，碳酸氢钾，碳酸钾，碳酸氢铵或碳酸铵。碳酸氢钠是优选的。成核剂的用量越多，泡沫材料的泡孔尺寸越小。相反，成核剂的用量越少，泡沫材料的泡孔尺寸越大。在本发明中，所用的成核剂是基于树脂重量的0.1-0.4％。如果成核剂的用量超过0.4％，会出现不足的分散或聚集作用，结果泡孔生长得大于预定尺寸。相反，如果成核剂的用量是0.1％或更低，成核活性过弱，这样不能降低泡孔直径。
作为可用于本发明的发泡剂，有有机发泡剂和无机发泡剂。有机发泡剂的例子是脂族烃如丙烷，丁烷，己烷和庚烷，脂环族烃如环丁烷和环戊烷，和卤化烃如氯氟甲烷，三氟甲烷，1，1-二氟乙烷，1，2，2，2-四氟乙烷，甲基氯，乙基氯和二氯甲烷。另外，可用的有机发泡剂包括二氯四氟乙烷，三氯三氟乙烷，三氯单氟甲烷，二氯二氟甲烷，二氯单氟甲烷和二溴四氟乙烷。考虑到成型可加工性，无毒性和阻燃性，这些氟氯化烃是优选的。这些有机发泡剂可单独或以两种或多种的混合物使用。无机发泡剂的例子包括氮，二氧化碳，氩和空气。这些无机发泡剂可单独或以两种或多种的混合物使用。另外，可以使用任意选择的两种或多种有机发泡剂和无机发泡剂的任何混合物。最优选的发泡剂是无机发泡剂，因为它们不破坏臭氧层且不昂贵。发泡剂的用量取决于所要得到的泡沫材料粒料的膨胀比率和所用的树脂和发泡剂的种类。发泡剂在本发明中的用量是约20％-30％重量，基于树脂的重量。
另外，可以使用各种添加剂。这些添加剂的例子包括抗氧化剂，UV吸收剂，阻燃剂，着色剂，染料，金属钝化剂和类似物。这些添加剂的用量可以是0.1-0.3％重量，基于共聚物树脂的重量。在本发明中的一个优选实施方案中，使用石蜡。这有助于共聚物树脂流动并用作抗静电剂以去除共聚物树脂的静电。石蜡的用量是约0.1％重量。
用于本发明的以上材料通过其中特定物理条件根据本发明设定的串联挤出机挤出，以下描述该工艺。串联挤出机由第一挤出机，第二挤出机和连接第一和第二挤出机的导向装置组成。螺杆压缩比一般为3∶1。通常，第一挤出机的机筒的内径是约60-70mm。第二挤出机的机筒的内径通常是约90-95mm。
第一挤出机根据其温度被分成六个区，其中每个区对应于300-400LD。六个区是148-153℃的第一温度区，167-172℃的第二温度区，167-172℃的第三温度区，218-225℃的第四温度区，197-203℃的第五温度区，和188-193℃的第六温度区。
非交联聚丙烯无规共聚物树脂和成核剂以恒定速度通过料斗供给并随后在其中温度设定为148-153℃的第一温度区中熔化。流动速度可通过螺杆的旋转速度调节且通常是约20-30rpm。螺杆的这种旋转速度决定了原料的流入速度和熔体的流动速度。在这种情况下，树脂的流入速度是约25km/小时。尽管共聚物树脂和成核剂可通过一个料斗同时供给，优选的是，它们通过各个料斗独立地供给。第二和第三温度区保持在温度167-172℃下，其它添加剂如石蜡被引入第三温度区的起始点。石蜡在其熔化之后被抽吸加入。另外，第四温度区的温度设定为218-223℃并将发泡剂通过抽吸操作供给至第四温度区的起始点。来自第四温度区的熔体经过其中温度设定为197-203℃的第五温度区并随后引入其中温度设定为188-193℃的第六温度区。
来自第一挤出机的第六温度区的熔体通过连接第一和第二挤出机的导向装置被引入第二挤出机。在此，导向装置的温度设定为248-255℃且导向装置的LD是300-400mm。
第二挤出机也根据温度分成六个区，其中每个区对应于470-520mm。六个区是168-173℃的第一温度区，147-152℃的第二温度区，143-147℃的第三温度区，137-142的第四温度区，137-142℃的第五温度区，和132-137℃的第六温度区。第二挤出机的螺杆速度通常是8-12rpm。
第一和第二挤出机中的每个区可通过装置任何一种水冷却型，油冷却型和空气冷却型方法而保持为具体规定的温度。其中，使用水压力调节温度的水冷却方法是优选的。例如，可以使用水冷却型设备，它具有成型为空心形状的冷却水体，这样它可安装在挤出机的机筒周围并将机筒插入其中，而且它具有与本体整体形成的冷却水通道，这样冷却水直接与机筒的表面接触。
(2)抽吸
按照本发明的方法，第二挤出机的第六温度区可对应于一个连接用于压碎熔体的装置的凸缘。因为该凸缘的温度通过本发明独特地保持为132-137℃且该温度低于聚丙烯树脂的熔点138℃，熔体的流动速度可明显下降。因此，需要使熔体强制流动，这样它可流畅地移动。这种强制流动可通过装置泵而实现。此时，温度通过水冷却型设备保持为125-138℃。
(3)匀化
根据本发明，通过在温度125-140℃下抽吸而由挤出机转移的熔体在温度120-130℃下匀化。在此，匀化是指，熔体以磨石的方式同时被切割和粉碎。另外，通过匀化，熔体变得在内部和外部中具有均匀温度。在匀化过程中，机筒中的温度优选通过水冷却型或油冷却型方法，更优选油冷却型方法保持为120-130℃。此时，机筒内的压力达到约120kgf/cm2。
(4)膨胀
匀化熔体通过模头膨胀。如上所述，因为熔体在其中匀化的机筒内的压力达到约120kgf/cm2，将解压装置按照在模头上以保持压力0.3-0.7kgf/cm2。聚丙烯树脂通过模头的孔膨胀。在此，每个孔的直径通常是0.5-1.0mm，且膨胀比率通常是微孔的直径的5倍。
(5)粒料
将膨胀通过模头的孔而形成的泡沫材料排出并同时用切割元件切割制成粒料型泡沫材料。
用于生产按照本发明具有熔点125-140℃的非交联聚丙烯的粒料型泡沫材料的设备包括第一挤出机，连接到第一挤出机上的第二挤出机，连接到第二挤出机上的抽吸部分，连接到抽吸部分上的匀化部分和连接到匀化部分上的模头部分。
第一挤出机包括其中可旋转地安装有螺旋轴的圆柱形机筒，位于机筒末端的驱动装置以旋转螺旋轴和位于机筒的圆周表面上的多个冷却装置和加热装置，并配有在靠近驱动装置的机筒端部的用于将聚丙烯和成核剂供给至机筒的入口和在机筒的合适的中部的用于供给添加剂如抗静电剂和发泡剂的入口以及在机筒的另一端部的出口。通过入口供给机筒至的聚丙烯和成核剂通过一个利用驱动装置旋转的螺旋轴被强制转移至出口。
通过导向装置连接到第一挤出机上的第二挤出机包括其中通过导向装置供给有从第一挤出机的机筒出料的聚丙烯熔体的机筒，和多个安装到机筒的外圆周表面上的冷却装置和加热装置以调节熔体在机筒中的温度。
用于将从第二挤出机中出料的聚丙烯熔体其中移动至下一设备的抽吸部分包括其内部空间供给有从第二挤出机的机筒排出的聚丙烯熔体的套管，一对旋转地安装在套管中的齿轮，所述齿轮相互咬合，和用于旋转齿轮的驱动装置。
匀化部分包括其上供给有从抽吸部分的机筒排出的聚丙烯熔体的圆柱形第一外壳，所述第一外壳可旋转地安装，用于旋转第一外壳的驱动装置，连接到第一外壳的出料端的螺杆，位于螺杆的外周部分上的第二外壳，安装到第二外壳的外周部分上的支架用于在第二外壳和支架之间形成气密空间。在螺杆和第二外壳之间沿着螺杆的整个长度形成螺旋空间，且从第一外壳排出的聚丙烯熔体从中流过以排出和排出至外部。热传送液体油在第二外壳和支架之间所形成的空间中流过以调节流过第二外壳的聚丙烯熔体的温度。
匀化部分包括均匀地粉碎聚丙烯熔体的匀化装置。匀化装置由可旋转地安装的旋转板和设置成与旋转板连接的固定板。旋转板配有多个径向排列的裂隙且固定板配有多个圆形孔。被引入匀化部分的聚丙烯熔体到达旋转板，然后在经过旋转板的同时被旋转板的每个开口的边缘所切割。然后，该切割的聚丙烯熔体通过旋转板在旋转板和固定板之间的空间中粉碎。
从匀化部分排出的粉碎聚丙烯熔体供给至包括出料部分，切割部分和驱动装置的模头部分，其中膨胀的泡沫材料被切成预定尺寸。
在本发明中，安装到第一或第二挤出机的机筒上的冷却装置具有密闭套管，其中流动有从外部供给的冷却水。被引入套管内部的冷却水在接触机筒的表面的同时流过套管，这样在机筒内流动的聚丙烯熔体的温度下降。位于两个套管之间的加热装置采用其中安装有加热线圈的加热器。
第一挤出机的机筒根据机筒中流动的聚丙烯熔体所应该满足的温度条件被分成六个温度区。每个区的温度通过安装到机筒的外周上的冷却装置或加热装置调节。聚丙烯熔体的温度应该保持为147-153℃(在第一温度区)，167-172℃(在第二温度区)，168-172℃(在第三温度区)，218-225℃(在第四温度区)，在197-203℃(在第五温度区)和188-193℃(在第六温度区)。
第二挤出机的机筒根据机筒中流动的聚丙烯熔体所应该满足的温度条件也被分成六个温度区。每个区的温度通过安装到机筒的外周上的冷却装置或加热装置调节。聚丙烯熔体的温度应该保持为167-173℃(在第一温度区)，147-152℃(在第二温度区)，142-147(在第三温度区)，137-141℃(在第四温度区)，在137-142℃(在第五温度区)和132-137℃(在第六温度区)。
连接第一挤出机和第二挤出机的导向装置应该保持为温度248-255℃。
位于抽吸部分的套管的内部空间中的两个齿轮按照相互相反的方向朝向内部空间的中心旋转以使聚丙烯熔体其中移动至下一工艺位置。另外，匀化部分的第一外壳通过多个轴承座可旋转地承载在支撑板上。驱动装置的驱动链轮用固定到第一外壳的外周表面上的驱动链轮齿轮传动，这样第一外壳响应驱动装置的操作而旋转。
模头部分的出料部分包括中空导向杆和位于导向杆之外的机筒。导向杆在导向杆的纵向上具有多个在其外周上形成的腔。从匀化部分排出的聚丙烯熔体流过每个腔。多个透孔在机筒分别对应于这些腔的部分上形成。
模头部分的切割部分包括位于出料部分的后侧上的载体板和固定到载体板上并可移动地位于机筒之外的切割元件。切割元件配有多个在分别对应于机筒上的多个透孔的位置上形成的透孔。驱动装置包括能够通过发动机旋转的偏心凸轮，连接到偏心凸轮上并响应凸轮旋转而旋转的曲柄，和用于将曲柄的旋转运动转化成线性运动并将线性运动传输至其上固定有切割元件的载体板的连接到曲柄上的功率转化和传输装置，这样切割元件沿着机筒的外周通过操作驱动装置而往复运动且由机筒的透孔膨胀的泡沫材料被切割元件的透孔边缘所切割。
同时，机筒在其预定位置上具有多个在纵向上形成的凹槽。每个凹槽具有可移动地位于其中并一端固定到载体板上的连杆。切割元件通过固定装置固定到每个连杆上且通过一个沿着机筒的每个凹槽往复运动的连杆在机筒的外周上往复运动。
现在结合附图更详细描述按照本发明的用于生产粒料型泡沫材料的设备的特殊结构和操作。
图1显示了按照本发明的用于生产非交联聚丙烯的粒料型泡沫材料的总体结构。按照本发明的用于生产泡沫材料的设备第一挤出机100，通过导向装置150连接到第一挤出机100上的第二挤出机200，连接到第二挤出机200上的抽吸部分300，连接到抽吸部分300上的匀化部分400和用于将从匀化部分400排出的泡沫材料混合物成型为粒料型泡沫材料的模头部分500。以下分别描述以上提及的相应部件。
A.第一挤出机100。
图2是显示图1所示第一挤出机100的机筒的平面图1和图3是沿着图2的线A-A的断面图。这些图显示第一挤出机100的结构。第一挤出机100包括具有某些长度的圆柱形机筒101，安装在机筒101的末端上的驱动装置102，安装在机筒101中并能够通过驱动装置102旋转的螺旋轴103，和安装在机筒101的外周表面上的冷却装置104和加热装置105。
在靠近驱动装置102的机筒101的端部分，形成有入口101a，101b(仅在图3的断面图中显示出一个入口101a)用于分别将原料聚丙烯和成核剂(例如，碳酸氢钠)供给至机筒101。出口101c在机筒101的另一端部分上形成。另外，在机筒101的中间部分，形成有用于供给抗静电剂(例如，石蜡)的入口101d和用于供给发泡剂(例如，LPG或CO2)的入口101e。
另一方面，机筒101的内部根据供给至机筒101的聚丙烯的温度条件分成六个温度区。冷却装置104和加热装置105在对应于相应的温度区的位置上安装到机筒101的外周表面上以调节聚丙烯熔体的温度。
图2是平面图，显示了安装到图1所示第一挤出机100的机筒101的外周表面上的冷却装置104和加热装置105。现在参考图3详细描述冷却装置和加热装置。
安装到对应于每个区的机筒101的外周表面上的冷却装置104具有一个其中流过有从外部供给的冷却水的环形形状的气密套管。被引入套管104的冷却水在接触机筒101的表面的同时流过套管104。因此，机筒101内的温度，即，其中流动的聚丙烯熔体的温度可降低。
安装在两个套管104(即，冷却装置)之间的加热装置105是其中安装有加热线圈的加热器。加热装置将已通过冷却装置104降低的聚丙烯熔体的温度升至预定温度。
具有上述结构的第一挤出机100的功能根据相应的附图进行描述。随着驱动装置102的活动，聚丙烯和成核剂分别通过入口101a，101b供给至机筒101。螺旋轴103在机筒101中通过驱动装置102的作用而旋转(当然，与驱动装置的旋转速度相比，螺旋轴的旋转速度通过减速器而下降)，这样供给至机筒101的聚丙烯和成核剂在同时强制移动至机筒101的另一端的同时而熔化和混合。
在上述的工艺中，抗静电剂和发泡剂通过在机筒101的中间部分上形成的另一入口101d，101e供给至机筒101以与聚丙烯熔体混合。
如上所述，第一挤出机100的机筒101根据其中流动的聚丙烯熔体的温度条件被分成六个温度区Z1-Z6，如图2所示。每个温度区Z1-Z6具有长度约300-400mm。在优选的方面，机筒101具有内径65mm和LD约358mm且聚丙烯熔体根据机筒的每个温度区Z1-Z6的温度条件和其它条件如下。
1)第一温度区Z1：其中供给有聚丙烯和成核剂，保持为温度150℃的区，保持以上温度的长度，即，第一温度区Z1的长度是360mm。
2)第二温度区Z2：流过第二温度区Z2的聚丙烯熔体保持为温度170℃。
3)第三温度区Z3：流过第三温度区Z3的聚丙烯熔体保持为温度170℃，与第二温度区Z2的温度相同。石蜡作为抗静电剂供给至第三温度区Z3。
4)第四温度区Z4：流过第四温度区Z4的聚丙烯熔体保持为温度220℃。CO2或LPG作为发泡剂在第四温度区Z4供给至机筒101。
5)第五温度区Z5：流过第五温度区Z5的聚丙烯熔体保持为温度200℃。
6)第六温度区Z6：聚丙烯熔体保持为温度190℃。
为了满足聚丙烯熔体在相应的温度区Z1-Z6中的温度条件，合适地操作安装在温度区中的冷却装置104和加热装置105。即，聚丙烯熔体在相应的温度区Z1-Z6中的温度通过控制供给至冷却装置104的套管的冷却剂的量和温度或供给至构成加热装置105的加热线的电流和施加电流的时间而调节以满足上述的条件。
另一方面，如果使用CO2作为供给至第一挤出机100的机筒101的发泡剂，使用用于供给CO2的其它的设备。用于本发明的用于供给CO2的设备如下：
参照图4，该图是显示用于供给CO2的设备的结构的示意图，用于供给CO2的设备110包括用于储存CO2的罐110A，用于汽化和冷凝的单元110B，用于供给CO2的单元110C，用于稳定化的单元110D和储存单元110E。储存在储存CO2罐110A中的CO2被转移至用于汽化和冷凝的单元110B，其中它转化成蒸气相。即，在经过用于汽化和冷凝的单元110B的冷冻机的过程中，CO2被气化和汽化，并随后通过泵由用于供给CO2的单元110C供给至用于稳定化的单元110D。在用于稳定化的单元110D中，蒸气形式的CO2转化成气相。气相中的CO2储存在储存单元110E中。如果工艺开始，储存在储存单元110E中的CO2供给至上述第一挤出机100的第一机筒101。
满足温度区Z1-Z6中的温度条件的聚丙烯熔体移动(通过螺旋轴103移动)至机筒101的末端并随后通过导向装置150供给至第二挤出机200。经过导向装置150的聚丙烯熔体保持为温度250℃。
B.第二挤出机200
聚丙烯熔体通过导向装置150所供给的第二挤出机200具有与第一挤出机100相同的结构。即，构成第二挤出机200的机筒201根据在机筒201中流动的聚丙烯熔体的温度条件被分成六个温度区。冷却装置和加热装置在对应于相应的温度区的位置上安装到机筒201的外周表面上以调节聚丙烯熔体的温度。
冷却装置和加热装置还具有与安装到图2所示第一挤出机100的机筒101的外周表面上的冷却装置104和加热装置105相同的结构。因此，省略对冷却装置和加热装置的结构的描述。
第二挤出机200的机筒201根据其中流动的聚丙烯熔体的温度条件被分成六个温度区。每个温度区具有长度约470-520mm。在优选的方面，机筒201具有内径90mm和LD是约495mm。机筒201中的聚丙烯熔体在温度区中的温度条件如下。
1)第一温度区(入口部分)：170℃。
2)第二温度区：150℃。
3)第三温度区：145℃。
4)第四和第五温度区：140℃。
5)第六温度区(出口部分)：135℃。
C.抽吸部分300
将从第二挤出机200中排出的温度135℃的聚丙烯熔体供给至抽吸部分300。因为聚丙烯的熔点是138℃，从第二挤出机200中排出的聚丙烯熔体已明显降低了其流动速度。在本发明中，抽吸部分300用于将这些聚丙烯熔体强制移动至随后的工艺。
图5是断面图，显示了图1所示的抽吸部分300和匀化部分400的内部结构。相应地，左边表示抽吸部分300的内部结构和右边表示匀化部分400的内部结构。
其中供给有从第二挤出机200的机筒201中排出的聚丙烯熔体的抽吸部分300包括具有内部空间的套管301，一对相互咬合并可旋转地安装在套管301的内部空间的齿轮302A和302B，和用于旋转齿轮302A和302B的驱动装置303。套管301的入口部分通过凸缘304连接到第二挤出机200的机筒201上。
从第二挤出机200的机筒201中排出的聚丙烯聚丙烯熔体通过入口部分供给至套管301的内部空间并随后通过两个在相反方向上朝向套管的内部空间的中心旋转的齿轮302A和302B而强制排出至出口部分。从第二挤出机200的机筒201中排出的聚丙烯熔体具有温度135℃，和明显降低的流动性。因此，抽吸部分300用于将聚丙烯熔体强制转移至下一工艺。
D.匀化部分400
连接到抽吸部分300的套管301上的匀化部分400被分成旋转部分400A和粉碎部分400B。旋转部分400A由中空圆柱形形状的第一外壳401，固定到第一外壳401的外表面上的驱动链轮402和其上固定有驱动链轮403的驱动装置404。
第一外壳401通过多个轴承座405和406可旋转地承载到支撑板407和408上。驱动装置404的驱动链轮403用固定到第一外壳401的外表面上的驱动链轮402齿轮传动，这样第一外壳401响应驱动装置404的操作而旋转。第一外壳401的一端对应于抽吸部分300的套管301的出口部分，因此，从抽吸部分300中排出的聚丙烯熔体在第一外壳401中流动。在第一外壳401中，聚丙烯熔体的温度根据位置(即，第一外壳的内部空间的中心部分和外部)而变化。但因为聚丙烯熔体通过第一外壳401的旋转运动耳热混合，整个聚丙烯熔体在某个温度下保持恒定。在此，因为新的聚丙烯熔体通过抽吸部分400强制地连续供给，聚丙烯熔体的旋转的同时移动。
粉碎部分400B由连接到第一外壳401的出口部分上的螺杆410，位于螺杆410的外周上的第二外壳411和安装在第二外壳411的外周上支架412组成，这样在第二外壳411和支架412之间形成气密空间。螺杆410是一个具有在其外周表面上形成的一定深度的螺旋的圆柱形元件且螺旋状空间在螺杆410和第二外壳411之间形成并延伸至螺杆410的整个长度。因此，在高压力下从旋转部分400A的第一外壳401排出的聚丙烯熔体沿着螺杆410和第二外壳411之间的螺旋状空间移动并从粉碎部分400B排出。
同时，传热用油在形成于第二外壳411和支架412之间的空间中流动。即，用于供给传热用油的入口孔412A在支架412的一面上形成，用于排出传热用油的出口412B在支架412的另一面上形成。通过入口孔412A被引入第二外壳411和支架412之间的空间的传热用油直接与第二外壳411的表面接触以调节在第二外壳411中流动的聚丙烯熔体的温度。在第二外壳411和支架412之间的空间中流动以调节聚丙烯熔体温度的传热用油通过出口孔412B排出。用于流入，调节温度和排出的过程连续地进行，这样在第二外壳411和螺杆410之间的螺旋状空间中流动的聚丙烯熔体的温度被调节至预定温度。
在匀化部分400的背部，即，第二外壳411的出口部分设置有一个匀化装置450，用于粉碎和匀化排出的聚丙烯熔体和成核剂的混合物。
图6A和图6B分别是构成匀化装置450的旋转板451和固定板452的前视图。旋转板451和固定板452具有相同的形状且安装使得它们相互接触，前提是旋转板451可旋转地安装。
多个开口451A在旋转板451上径向形成，每个开口451A朝向旋转板451的中心倾斜。另外，多个圆形孔452A在固定板452上形成。
从第二机筒411中排出的聚丙烯熔体到达正旋转的旋转板451并经过在旋转板451上形成的每个开口451A。此时，聚丙烯熔体被每个开口451A的边缘切割，这样所有的聚丙烯熔体均匀地被粉碎。粉碎的聚丙烯熔体通过在旋转板451和固定板452之间的空间中旋转的旋转板451研磨并通过固定板452的孔452A排出。
E.模头部分500
将从匀化部分400排出的温控聚丙烯熔体供给至模头部分500以生产粒料型泡沫材料。
图7是显示图1所示模头部分的结构的平面图和图8是沿着图7的线B-B的断面图，和图9是沿着图8的线C-C的断面图。模头部分500被分成出料部分500A，切割部分500B和驱动装置500C。
出料部分500A由中空圆筒状导向杆501和位于导向杆501之外的机筒502组成。在导向杆501的外周上在导向杆501的纵向上形成有多个腔501A。从匀化部分400排出的聚丙烯熔体流过每个腔501A。多个透孔502A在机筒502对应于相应的腔501A的部分上形成。
切割部分500B由位于出料部分500A的后侧上的载体板506和固定到载体板506上的切割元件503组成。切割元件503可移动地位于机筒502之外并具有多个在对应于机筒502的多个透孔502A的位置上形成的透孔503A，如图9所示。如图所示，在机筒502上形成的透孔502A的直径低于在切割元件503上形成的透孔503A。在起始位上，机筒502的每个透孔502A位于切割元件503的相应的透孔503A的中心部分。
同时相应地，多个凹槽502B在纵向上在机筒502的外周上形成且连杆505位于凹槽502B中。切割元件503通过固定装置如螺栓固定到连杆505上，这样切割元件503在机筒502的外周上通过沿着机筒502的凹槽502B往复运动的连杆505往复运动。
模头部分500的驱动装置500C由通过发动机510驱动的偏心凸轮511，连接到偏心凸轮511上并响应凸轮511的旋转而旋转的曲柄512，和连接到曲柄512上用于将曲柄512的旋转运动转化成线性运动并将线性运动传输至载体板506的功率转化和传输装置513。
一旦偏心凸轮511通过发动机510的操作而旋转，曲柄512的旋转运动通过功率转化和传输装置513转化成线性运动，并随后传输至其端部固定有连杆505的载体板506。因此，切割元件503沿着机筒502的外周往复运动。
同时，从匀化部分400排出的聚丙烯熔体在压力下注射至在导向杆501上形成的多个腔501A并随后通过机筒502的透孔502A膨胀。此时，通过操作驱动装置510使切割元件503往复运动，如果机筒502的每个透孔502A对应于切割元件503的每个透孔503A，经过透孔502A和503A的聚丙烯熔体随后膨胀至具有一定长度的切割元件503之外。然后，如果机筒502的透孔502A通过切割元件503的运动离开与切割元件503的透孔503A相应的状态，膨胀的聚丙烯熔体被切割元件503的透孔503A的边缘切割。在此，切割泡沫材料的尺寸(长度)由切割元件503的移动速度决定。
因此，在聚丙烯熔体通过机筒502的透孔502A膨胀并被切割元件503切割之后，形成粒料型泡沫材料。机筒502的每个透孔502A的直径是0.7mm和膨胀率是透孔直径的约5倍。另外，切割元件503以速度600转/分钟往复运动。
由粉碎部分400B转移的聚丙烯熔体在模头部分中处于压力120kgf/cm2下。如果模头中的聚丙烯熔体直接暴露于大气，大多数泡沫材料是开孔的。为了防止产生开孔，在本发明中，解压装置安装在模头部分之外。
在图7中，显示了安装在模头部分上的解压装置的一个例子。解压装置600是用于将模头部分500的出料部分500A和切割部分500B从外部(大气)隔离的套管601。可以理解，套管601的形状不受限制。用以引入空气的入口孔602在套管601的一面上形成，用以排放空气的出口孔603在套管601的另一面上形成。
供给至套管601的空气的温度是室温或更低且可通过冷却装置(未示)而保持。另外，不言而喻，为了适当地保持套管601中的压力(例如，0.8Kgf/cm2)，供给至套管601的空气的量可通过泵(未示)控制。同时，出口孔603可与排出的空气一起连接到用于储存所制粒料型泡沫材料的储存装置上。
构成模头部分500的机筒502中的温度非常高，因此，机筒502的温度应该适当地保持。为此，本发明使用一个安装在模头部分上的使用传热用油的冷却设备700。
图10A是显示了其上安装有冷却设备的模头部分的机筒的侧视图和图10B是10A的前视图。简便起见，没有显示在图7中说明的解压装置600的套管601。
用于本发明的冷却设备700包括位于机筒502的前面并用以从外部供给传热用油的环一型供给管701，多个通过其入口端702A连接到供给管701上并安装在机筒502中的流动管702，和位于机筒502的前面并连接到流动管702的出口端702B的出料管703。
位于机筒502的前面的用于供给热转移油的环-型管701在一端连接到强制流动装置(未示)如泵上，这样热转移油在恒定压力下供给至供给管。热转移油通过连接到供给管701上的流动管702的入口端702A注射至多个流动管702。
以有规律的间隔位于机筒502的整个外周上的多个流动管702沿着机筒502的整个长度延伸，且流动管702的每个入口端702A和每个出口端702B暴露于机筒502的前端。因此，通过每个入口端702A由热转移油供给管701供给的传热用油沿着机筒502的整个长度流过流动管702(即，在进行热交换之后)，并随后通过每个出口端702B排出。
位于机筒502前面的用于排出热转移油的环型管703在一端连接到热转移油储存罐(未示)上。因此，在流过流动管702时与机筒502进行热交换的传热用油通过出口端702B流入热转移油出料管703并随后导向热转移油储存罐。
如上所述，在流过热转移油供给管701，安装在机筒702中的流动管702和热转移油出料管703的过程中，热转移油和机筒502之间实现热交换，这样机筒可恒定地保持为合适的温度以生产泡沫材料。
同时，用于将热转移油供给至流动管702的供给管701和其中供给有来自流动管702的传热用油的出料管703具有环的形状，使得传热用油同时被供给至和接收自安装在环形截面的机筒502的外周上的流动管702。但供给管701和出料管703的形状不限于环且可具有不同的形状，例如多边形形状。
本发明现在通过以下实施例更详细描述。但可以理解，以下实施例用于说明本发明的其它各个方面，而无意于在任何方面限定本发明的范围。
实施例1
为了制备按照本发明的非交联聚丙烯的粒料型泡沫材料，对具有内径65mm的第一挤出机和内径900mm的第二挤出机的串联挤出机进行变更。齿轮泵和模头部分先后连接到第二挤出机的后端。将图3所示的匀化装置安装在其中熔体从齿轮泵中排出的位置上，压缩装置位于模头之外。模头的透孔具有直径0.7mm且模头中的压力保持为0.5kgf/cm2。第一挤出机的转速设定为24rpm和第二挤出机的转速设定为9rpm。
将40kg购自Yuhwa Korea Petrochemical Ind.Co.，Ltd.的无规共聚物RP2400(聚丙烯-3％重量乙烯；熔化指数0.25；熔点138℃)和800g购自Keum Yang Co.，Ltd.的碳酸钠通过相应的料斗供给至挤出机。将300g购自Leochemical Co.，Ltd(Kimhae，Korea)的石蜡MI供给至第一挤出机的第三温度区。12kg LPG通过使用计量泵供给至挤出机的第四温度区。从挤出机至匀化设备所规定的温度条件示于表1，和每个温度区的LD是360mm。
表1：温度条件
  设备   温度区No.   温度(℃)
  第一挤出机   第一   150
  第二   170
  第三   170
  第四   220
  第五   200
  第六   190
  导向装置*   250
  第二挤出机   第一   170
  第二   150
  第三   144
  第四   139
  第五   138
  第六   136
  齿轮泵   133
  匀化设备   130
*安装在第一挤出机和第二挤出机之间用于将已经过第一挤出机的第六温度区的熔体导向第二挤出机的第一温度区。
实施例2
设备中的温度条件按照表2所述进行设置且粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料制成。
表2：温度条件
  设备   温度区No.   温度(℃)
  第一挤出机   第一   150
  第二   170
  第三   170
  第四   220
  第五   200
  第六   190
  导向装置   250
  第二挤出机   第一   170
  第二   150
  第三   145
  第四   140
  第五   138
  第六   135
  齿轮泵   130
  匀化设备   125
实施例3
设备中的温度条件按照表3所述进行设置且粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料制成。
表3：温度条件
  设备   温度区No.   温度(℃)
  第一挤出机   第一   147
  第二   167
  第三   168
  第四   218
  第五   202
  第六   188
  导向装置   248
  第二挤出机   第一   167
  第二   147
  第三   142
  第四   137
  第五   137
  第六   132
  齿轮泵   130
  匀化设备   129
实施例4
设备中的温度条件按照表4所述进行设置且粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料制成。
表4：温度条件
  设备   温度区No.   温度(℃)
  第一挤出机   第一   151
  第二   170
  第三   170
  第四   219
  第五   202
  第六   190
  导向装置   252
  第二挤出机   第一   170
  第二   150
  第三   146
  第四   141
  第五   140
  第六   135
  齿轮泵   130
  匀化设备   127
实施例5
设备中的温度条件按照表5所述进行设置且粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料制成。
表5：温度条件
  设备   温度区No.   温度(℃)
  第一挤出机   第一   153
  第二   172
  第三   172
  第四   225
  第五   203
  第六   193
  导向装置   255
  第二挤出机   第一   173
  第二   152
  第三   147
  第四   141
  第五   142
  第六   137
  齿轮泵   134
  匀化设备   130
实施例6
设备中的温度条件按照表6所述进行设置且粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料制成。
表6：温度条件
  设备   温度区No.   温度(℃)
  第一挤出机   第一   149
  第二   170
  第三   171
  第四   224
  第五   200
  第六   191
  导向装置   250
  第二挤出机   第一   170
  第二   150
  第三   145
  第四   140
  第五   140
  第六   135
  齿轮泵   134
  匀化设备   130
实施例7
设备中的温度条件按照表7所述进行设置且粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料制成。
表7：温度条件
  设备   温度区No.   温度(℃)
  第一挤出机   第一   150
  第二   170
  第三   170
  第四   220
  第五   200
  第六   190
  导向装置   250
  第二挤出机   第一   167
  第二   152
  第三   142
  第四   141
  第五   137
  第六   132
  齿轮泵   134
  匀化设备   130
对比例1
粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料并将设备中的温度条件按照表1所述进行设置而制成，只是没有操作匀化设备。匀化设备保持为温度130℃但没有活动。因此，来自齿轮泵的熔体经过130℃温度区而没有匀化以进入模头。
对比例2
粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料并将设备中的温度条件按照表1所述进行设置而制成，只是第一挤出机的第一温度区设定为146℃。
对比例3
粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料并将设备中的温度条件按照表1所述进行设置而制成，只是第二挤出机的第一温度区设定为173℃。
对比例4
粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料并将设备中的温度条件按照表1所述进行设置而制成，只是第三挤出机的第一温度区设定为173℃。
对比例5
粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料并将设备中的温度条件按照表1所述进行设置而制成，只是第四挤出机的第一温度区设定为226℃。
对比例6
粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料并将设备中的温度条件按照表1所述进行设置而制成，只是第五挤出机的第一温度区设定为205℃。
对比例7
粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料并将设备中的温度条件按照表1所述进行设置而制成，只是第六挤出机的第一温度区设定为187℃。
对比例8
粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料并将设备中的温度条件按照表1所述进行设置而制成，只是导向装置设定为256℃。
对比例9
粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料并将设备中的温度条件按照表1所述进行设置而制成，只是第二挤出机的第一温度区设定为174℃。
对比例10
粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料并将设备中的温度条件按照表1所述进行设置而制成，只是第二挤出机的第一温度区设定为153℃。
对比例11
粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料并将设备中的温度条件按照表1所述进行设置而制成，只是第三挤出机的第一温度区设定为148℃。
对比例12
粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料并将设备中的温度条件按照表1所述进行设置而制成，只是第四挤出机的第一温度区设定为142℃。
对比例13
粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料并将设备中的温度条件按照表1所述进行设置而制成，只是第五挤出机的第一温度区设定为143℃。
对比例14
粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料并将设备中的温度条件按照表1所述进行设置而制成，只是第六挤出机的第一温度区设定为138℃。
对比例15
粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料并将设备中的温度条件按照表1所述进行设置而制成，只是齿轮泵设定为141℃。
对比例16
粒料型泡沫材料通过使用与实施例1相同的步骤和材料并将设备中的温度条件按照表1所述进行设置而制成，只是匀化设备设定为131℃。
实验实施例1
根据试验方法KSM3050-2001测定由实施例1和实施例2得到的粒料型泡沫材料的DSC(示差扫描量热计；10℃/min至200℃，50cc/min N2清洗)转变温度。结果示于图11和图12。如图11和图12中的DSC曲线所示，实施例1和实施例2的泡沫材料分别具有熔点137.62℃和128.38℃，低于用作原料的无规共聚物(RP2400(聚丙烯-聚乙烯(3％)无规共聚物)的熔点138℃。测定作为对照物的RP2400无规共聚物的DSC转变温度。结果示于图13。
实验实施例2
将得自实施例1的粒料型泡沫材料和作为对照物的RP2400(聚丙烯-聚乙烯(3％))无规共聚物进行元素分析。
该分析通过使用CE EA-1110元素分析器来进行。结果示于以下给出的表8。
表8：元素分析的结果
  样品               分析项
  C(％)   H(％)   N(％)
  RP2400无规共聚物   85.1   15.0   N.D.*
  实施例1的粒料型泡沫材料   84.2   14.8   0.5
N.D.装置″不可检测″。N的检测限度是0.1％。
实验实施例3
将得自实施例1的粒料型泡沫材料和作为对照物的RP2400(聚丙烯-聚乙烯(3％))无规共聚物进行FT-IR分析。该分析使用Bio-RadDigilab FTS-165 FT-IR分光光度计进行。结果分别示于图14和图15。根据结果可以指出，得自实施例1的粒料型泡沫材料和RP2400无规共聚物具有聚丙烯主要组分。
实验实施例4
在实施例和对比例中制成的粒料型泡沫材料的开孔含量根据描述于ASTM D 2856-70的步骤C测定。结果示于以下给出的表9。
表9
  No.   开孔
  实施例   1   6％
  2   13％
  3   12％
  4   16％
  5   14％
  6   7％
  7   12％
  对比例   1   68％
  2   49％
  3   52％
  4   38％
  5   44％
  6   39％
  7   52％
  8   40％
  9   37％
  10   36％
  11   31％
  12   53％
  13   29％
  14   28％
  15   26％
实验实施例5
在实施例1中制成的泡沫材料的其它物理性能根据常规方法测定。结果示于以下给出的表10。
表10
    项目     实施例1的泡沫材料
    放大率     25
    外观颜色     浅乳白色
    泡孔尺寸     300μm
    压缩强度     0.81kgf/cm2
实验实施例6
将得自实施例1的粒料型泡沫材料通过使用模塑机500GF 4(由Daekong Machinery Co.，Ltd.生产)在设定为2.5kgf/cm2的模塑压力(温度约138℃)下进行模塑，得到模塑良好的制品。在生产这种模塑良好的制品的整个过程中，可以证实按照本发明的粒料型泡沫材料在温度138℃下熔化以相互粘附，导致泡沫材料之间的稳固连接。
实验实施例7
将得自实施例2的粒料型泡沫材料通过使用模塑机500GF 4(由Daekong Machinery Co.，Ltd.生产)在设定为2.4kgf/cm2的模塑压力(温度约132℃)下进行模塑，得到模塑良好的制品。在生产这种模塑良好的制品的整个过程中，可以证实按照本发明的粒料型泡沫材料在温度132℃下熔化以相互粘附，导致泡沫材料之间的稳固连接。
由以上描述可以理解，本领域熟练技术人员可将本发明体现为其它特定形式而不背离本发明的主旨和不可缺少的特点。对此应该理解，上述的实施例和实验实施例作为例子给出而非用于限定。应该理解，由下述权利要求和等同物而非以上描述和其等同物得出的所有的改性和改变意味着包括在本发明的范围内。
按照本发明的非交联聚丙烯的粒料型泡沫材料具有闭孔含量80％或更多和熔点125-140℃，这样本发明的粒料型泡沫材料在形成和再生的角度上明显可利用。

Claims (16)

1.一种用于制备具有熔点125-140℃的粒料型非交联聚丙烯泡沫材料的方法，包括步骤：
(a)将具有熔点138-140℃的非交联聚丙烯无规共聚物挤过串联挤出机；所述串联挤出机的组成为被分成其中设定温度147-153℃的第一温度区，其中设定温度167-172℃的第二温度区，其中设定温度168-172℃的第三温度区，其中设定温度218-225℃的第四温度区，其中设定温度197-203℃的第五温度区，和其中设定温度188-193℃的第六温度区的第一挤出机，被分成其中设定温度167-173℃的第一温度区，其中设定温度147-152℃的第二温度区，其中设定温度142-147℃的第三温度区，其中设定温度137-141℃的第四温度区，其中设定温度137-142℃的第五温度区，和其中设定温度132-137℃的第六温度区的第二挤出机，和具有温度248-255℃的连接第一挤出机和第二挤出机的导向装置；
(b)通过在温度125-140℃下抽吸使挤出的材料强制流动；
(c)将挤出的材料在温度120-130℃下匀化；
(d)使匀化材料膨胀通过模头；和
(e)切割膨胀的材料以得到粒料型泡沫材料。
2.权利要求1的用于制备粒料型非交联聚丙烯泡沫材料的方法，其中所述泡沫材料具有闭孔80％或更多。
3.权利要求1或2的用于制备粒料型非交联聚丙烯泡沫材料的方法，其中所述泡沫材料具有熔点125-130℃。
4.由权利要求1的方法制备的粒料型非交联聚丙烯树脂泡沫材料。
5.一种用于生产具有熔点125-140℃的粒料型非交联聚丙烯泡沫材料的设备，包括第一挤出机，连接到第一挤出机上的第二挤出机，连接到第二挤出机上的抽吸部分，连接到抽吸部分上的匀化部分和连接到匀化部分上的模头部分，其中
第一挤出机包括其中可旋转地安装有螺旋轴的圆柱形机筒，安装在机筒的末端用于旋转螺旋轴的驱动装置和多个安装在机筒的外周上的冷却装置和加热装置，所述机筒分别具有在对应于驱动装置的其端部上形成的用于向其中供给原料聚丙烯和成核剂的入口，在其另一端部分上形成的出口，在其中部上形成的用于供给添加剂和发泡剂的入口，这样通过入口供给至机筒的原料通过根据驱动装置旋转的螺旋轴而被强制供给至出口；其中第一挤出机的机筒根据供给至机筒的聚丙烯熔体的温度条件被分成六个温度区，每个区的温度通过安装到机筒的外周上的冷却装置和加热装置调节，聚丙烯熔体的温度在第一温度区是147-153℃，在第二温度区是167-172℃，在第三温度区是168-172℃，在第四温度区是218-225℃，在第五温度区是197-203℃和在第六温度区是188-193℃；
第二挤出机包括其中通过温度为248-255℃的连接第一挤出机和第二挤出机的导向装置供给从第一挤出机的机筒出料的聚丙烯熔体的机筒，和多个安装到机筒的外圆周表面上的冷却装置和加热装置以调节熔体在机筒中的温度；其中第二挤出机的机筒根据供给至机筒的聚丙烯熔体的温度条件被分成六个温度区，每个区的温度通过安装到机筒的外周上的冷却装置和加热装置调节，聚丙烯熔体的温度在第一温度区是167-173℃，在第二温度区是147-152℃，在第三温度区是142-147℃，在第四温度区是137-141℃，在第五温度区是137-142℃和在第六温度区是132-137℃；
抽吸部分包括其内部空间供给有从第二挤出机的机筒排出的聚丙烯熔体的套管，一对在套管中可旋转地安装并相互咬合的齿轮，和用于旋转齿轮的驱动装置，这样供给其中的聚丙烯熔体强制流动；
匀化部分包括其中供给有从抽吸部分的机筒排出的聚丙烯熔体的第一圆柱形外壳，所述第一外壳被可旋转地安装，用于旋转第一外壳的驱动装置，连接到第一外壳的出口端上的螺杆，位于螺杆的外周上的第二外壳，安装到第二外壳的外周上的支架以在第二外壳和支架之间形成气密空间，和安装在第二外壳的后部上的匀化装置；其中螺旋空间在螺杆和第二外壳之间沿着螺杆的整个长度而形成，这样从第一外壳排出的聚丙烯熔体在形成于螺杆和第二外壳之间的空间中流动并排出至外部，热转移流体油在形成于第二外壳和支架之间的空间中流动以调节在第二外壳中流动的聚丙烯熔体的温度，且匀化装置粉碎聚丙烯熔体；
其中供给有从匀化部分中排出的聚丙烯熔体的模头部分由出料部分，切割部分和驱动装置组成，这样膨胀的泡沫材料被切成一定的尺寸。
6.权利要求5的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中安装到第一和第二挤出机机筒上的每个冷却装置是其中流动有从外部供给的冷却水的套管，供给至套管的冷却水与机筒的表面接触并沿着套管流动，这样在机筒中流动的聚丙烯熔体的温度变得较低，安装在两个套管之间的加热装置是其中安装有加热线圈的加热器。
7.权利要求5的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中聚丙烯和成核剂被供给至第一挤出机的机筒的第一温度区，抗静电剂被供给至第三温度区，和发泡剂被供给至第四温度区。
8.权利要求5的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中供给至第一挤出机的机筒的发泡剂是由用于供给CO2的设备排出的CO2，所述用于供给CO2的设备包括用于储存CO2的罐，连接到罐上的用于汽化和冷凝CO2的单元，用于将从用于汽化和冷凝的单元供给的CO2转变成蒸气的稳定化单元；和用于储存由稳定化单元供给的CO2的储存单元以将CO2供给至第一挤出机的第一机筒。
9.权利要求5的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中安装在抽吸部分的套管的内部空间中的两个齿轮按照相互相反的方向朝向内部空间的中心旋转以使聚丙烯熔体强制移动至下一工艺位。
10.权利要求5的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中匀化部分的第一外壳通过多个轴承座被可旋转地承载在载体板上，驱动装置的驱动链轮与固定到第一外壳的外周表面上的驱动链轮进行齿轮传动，这样第一外壳响应驱动装置的操作而旋转。
11.权利要求5的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中匀化部分的匀化装置由可旋转地安装的旋转板和与旋转板接触的固定板组成，所述旋转板具有多个径向排列的开口且固定板具有多个圆形孔，这样在所供给的聚丙烯熔体到达旋转板并经过在旋转板上形成的开口之后，聚丙烯熔体被旋转板的每个开口的边缘切割，并随后该粉碎的聚丙烯熔体在旋转板和固定板之间通过旋转板研磨。
12.权利要求5的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中模头部分的出料部分由中空导向杆和位于导向杆的外部的机筒组成，所述导向杆具有多个在其外周上在导向杆的纵向上形成的腔，这样从匀化部分排出的聚丙烯熔体在每个腔中流动，多个透孔在对应于腔的机筒的部分上形成；
切割部分包括位于出料部分的后侧的载体板和固定到支撑板上并可移动地位于机筒外部的切割元件，每个切割元件具有多个在分别对应于机筒的多个透孔的位置上形成的透孔；和
驱动装置包括能够通过发动机旋转的偏心凸轮，连接到偏心凸轮上并响应凸轮旋转而旋转的曲柄，和用于将曲柄的旋转运动转化成线性运动并将线性运动传输至其上固定有切割元件的载体板的连接到曲柄上的功率转化和传输装置；这样每个切割元件沿着机筒的外周根据驱动装置的操作而往复运动，这样由机筒的每个透孔膨胀的泡沫材料被切割元件的透孔的边缘所切割。
13.权利要求12的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中在机筒上形成的每个透孔的直径低于切割元件的每个透孔的直径，机筒的每个透孔位于起始位置上的切割元件的相应的透孔的中心部分。
14.权利要求12的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中机筒具有多个在其外周上在纵向上形成的凹槽，其端部固定到载体板上的连杆相应地被可移动地设置在凹槽中，且每个切割元件是固定通过固定装置固定到每个连杆上，这样，每个切割元件在机筒的外周上通过沿着机筒的每个凹槽往复运动的每个连杆而往复运动。
15.权利要求12的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中模头部分进一步包括解压装置以防膨胀的和挤出的泡沫材料的温度和压力的急剧变化，所述解压装置是能够将出料部分和切割部分从外部大气氛围隔离的套管，所述套管具有借以流动空气的入口孔和借以在两侧排出空气的出口孔。
16.权利要求12的用于生产粒料型泡沫材料的设备，其中模头部分进一步包括用于冷却机筒的冷却设备，其中所述冷却设备包括：
其中供给有从外部供给的热转移流体油的供给管，所述供给管位于机筒的前面；
具有连接到供给管上并沿着机筒的整个长度安装在机筒中的入口端的多个流动管；和
位于机筒的前面并连接到流动管的出口端的出料管，用于接受与机筒交换热的热转移流体。
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