CN1485193A - 渗透了气体的材料的保管方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是以良好的生产效率获得高精度的发泡成形品。为了实现此目的，本发明是用于保管渗透了气体的材料，使渗透了气体的材料在模具内进行成形之前维持渗透了气体的状态的、渗透了气体的材料的保管方法，将渗透了气体的材料在规定的气氛压力和气氛温度内进行保管，从而防止气体从渗透了气体的材料脱离。

Description

渗透了气体的材料的保管方法
技术领域
本发明涉及使非活性气体等发泡剂渗透到树脂聚合物和橡胶材料中，进行注射模塑成形或挤压成形，获得模制品内部发泡的发泡成形品的技术。
背景技术
发泡成形的历史很久，通过注射模塑成形获得树脂发泡成形品的技术，在例如美国USP3268639号专利公报、USP3384691号专利公报中公开过，在合成树脂成形的教科书等中可以查到采用化学发泡剂或物理发泡剂进行发泡成形的方法。
最近，美国马萨诸塞州工科大学找到了成形由微小泡室构成的非常小的发泡体的方法，该方法及装置公开于美国USP4473665号公报、USP5158986号公报、USP5160674号公报、USP5334356号公报、USP5571848号公报、USP5866053号公报。根据美国马萨诸塞大学提议的方法和装置，将超临界状态的非活性气体吹射到注射模塑成形机的增塑装置的树脂熔融的部分，通过静态搅拌器，使充分熔融化的树脂与气体混合。并且，进行压力和温度控制，结果，发泡成形品，其25微米以下的小气泡均匀地分散很多，由于气泡直径很小，所以得到成形品的强度几乎不减弱的成形品。另外，还记载着将树脂材料注入压力容器内，将超临界状态的非活性气体渗透后，在树脂的熔融温度附近急剧地减压，使之发泡的方法，和在温度和压力一旦下降后，急剧使温度上升，使之发泡的方法。
另外，在日本特开平8-85128号公报及特开平8-85129号公报中，记载了在注射模塑成形机的料斗部安装耐压室，在高压下，使气体渗透到熔融树脂或树脂粉末中，进行成形的方法。
也就是说，如果将现有技术的发泡成形进行大的分类，分为化学发泡和物理发泡。化学发泡包括将因热度产生化学反应的发泡剂与树脂材料在粉末状态下混合的标准间歇法和搅拌入树脂材料中的方法，物理发泡包括使非活性气体从注射模塑成形机或挤压成形机的增塑装置部分直接渗透到熔融树脂的方法，和预先进行成形，将成形的树脂成形品在压力容器内通过高温高压将非活性气体渗透后，由于温度或压力的急剧变化，从而在压力容器内使之发泡的间歇法。
然而，现有技术的化学发泡，大多采用将热分解性发泡材料和树脂材料在将要成形之前进行混合的标准间歇法，因此存在有害性、腐蚀模具、成形环境恶化、安装困难等诸多问题。而物理发泡是无害的，没有模具腐蚀性，氮气、二氧化碳存在于自然空气中等方面看，因而可以说有优势。然而，使非活性气体直接渗透到熔融树脂中的方法，其缺点在于，由于是直接将气体吹射到熔融状态的树脂材料中，所以当吹射气体时，与气体接触的熔融树脂部分被急剧冷却，如果连续地进行吹射，就有很多熔融化树脂被冷却，其结果，导致粘度增加，要回复到适合再次成形的树脂温度和粘度就要花费很长时间。
而且，存在这样的问题：在预先将气体加热到树脂的熔融温度附近时，随着温度上升，气体的体积变大，因此，当直接向熔融树脂进行吹射时，由于树脂内的气体压力较低，所以向模具内填充后的发泡倍率非常低。
为了弥补该缺点，还有在升高气体温度的同时也升高压力，在保持气体浓度的基础上向熔融树脂进行吹射的方法，此种情况下，其缺点在于，由于气体的压力非常高，在向熔融树脂进行吹射的瞬间注入气体，因而很难控制气体的吹射量，气体向树脂中的渗透量不均匀，另外，由于急剧地向熔融树脂中进行吹射，所以被吹射的熔融树脂在吹射口附近就变成气体与树脂两层分离体，为了均匀地使气体分散到树脂中必须再用静态搅拌器等，反复进行机械式混匀，同时，需要将树脂与气体的混合体自身变成高压，促进气体溶解到树脂中。因此，其存在的问题在于，装置变得复杂，同时气体向材料中的渗透量不均匀，从而成形体的尺寸精度不稳定，零件质量恶化，同时循环变长，影响生产效率。
采用非活性气体的间歇法，虽然解决了化学发泡和直接将气体吹射到熔融树脂中的物理发泡的缺点，但是，由于是通过间歇处理的间断的生产方法，所以另外存在生产效率显著地恶化的缺点。
于是，如日本特开平8-85128号专利公报所示，采用间歇法使气体渗透到树脂材料之后在注射模塑成形机上进行连续成形的方法弥补了前述缺点，然而其存在的缺点在于，当成形循环或气体渗透处理时间即使发生很小的变化时，向粉末等固体的树脂材料中浸透的气体的量就会由于气体的压力、温度和时间发生变化，而导致向树脂材料中渗透的气体的量发生变化，从而成形品的发泡状态发生改变，改变了精度。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，目的是以良好的生产效率获得高精度的发泡成形品。
为了解决上述课题实现上述目的，本发明第一方面的渗透了气体的材料的保管方法，是一种渗透了气体的材料的保管方法，用于保管渗透了气体的材料，使所述渗透了气体的材料在模具内进行成形之前维持渗透了气体的状态；其特征在于，将所述渗透了气体的材料在规定的气氛压力和气氛温度内进行保管，从而防止所述气体从所述渗透了气体的材料脱离。
本发明第二方面的渗透了气体的材料的保管方法，其特征在于，使气体以4(MPa)以上的渗透压P(MPa)和温度T(℃)渗透到材料中，然后，在材料的种类及气体的渗透时间决定的系数为m(-0.05＜m＜0.2)时以p＝P(0.02P+m)表示的压力p(MPa)，和当20℃≤T≤60℃时以0.1875T-10＜t＜0.5T-10表示、当T＞60℃时以0.1875T-10＜t≤20℃表示的温度t所决定的气氛中，对前述材料进行保管。
本发明第三方面的气体浸透材料的保管方法，其特征在于，在使0.1重量百分比～1.5重量百分比的超临界状态的二氧化碳气体渗透到粉末状的固体树脂材料中后，以比前述二氧化碳气体渗透时的气体温度低的温度并且以较高的气体密度对前述固体树脂材料进行保管。
本发明第四方面的气体浸透材料的保管方法，其特征在于，使0.1重量百分比～1.5重量百分比的气体密度为0.08g/cm2～0.2g/cm2的超临界状态的二氧化碳气体渗透到粉末状的固体树脂材料中后，以0.7g/cm2～1.0g/cm2的气体密度对前述固体树脂材料进行保管。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施例的装置的图。
图2是表示图1所示的容器1的内部结构的图。
图3是表示处于现有的方法中使非活性气体渗透到HIPS材料中后的大气压下和常温下的材料的重量变化的图。
图4是表示将本实施例的装置用于注射模塑成形机的料斗部分的实例的图。
图5是表示用本实施例的保管方法进行一个小时保管之后进行注射模塑成形的成形品的截面的发泡气泡状态的图。
图6是表示没有使用本发明，放置一个小时后进行注射模塑成形的成形品的截面的发泡气泡状态的图。
图7是表示一个实施方式中的第一实施例的图。
图8是表示一个实施方式中的第二实施例的图。
具体实施方式
下面根据附图来详细地介绍本发明的具体实施方式。
图1是表示本发明的一个实施例的装置的图。
图1中，1是容器、2是搅拌器、3是高压气体发生器、4是冷却剂控制装置、5是加热器、6是加热器控制装置。
图2是表示图1所示的容器1的内部结构的图。
图2中，7是冷却剂进行循环的配管、8是搅拌翼。作为发泡剂的非活性气体渗透的固体材料，在容器1内，通过与搅拌器2连接的搅拌翼8被搅拌，同时，通过制冷剂控制装置4被控制在规定温度的制冷剂在配管7中进行循环，从而被冷却。另外，将通过高压气体发生器3被增压至规定压力的非活性气体充满在容器1内。在容器1的外侧设置加热器5，并且，通过加热器控制装置6控制容器1的温度。
图7是表示一个实施方式的第一实施例的图。
参照图7说明第一实施例。
作为树脂材料采用三种(用A、B、C表示)高冲击性聚苯乙烯(用HIPS表示)。作为发泡剂的非活性气体使用二氧化碳。图7表示了使二氧化碳渗透到树脂材料中的渗透压和渗透温度、渗透时间，还有本实施例的保管压力和保管温度。
图7中的保管时间，是指在渗透气体后，控制在本实施例的保管压及保管温度后的经过时间，重量变化是指，将以本实施例的保管压和温度进行保管之后即经过保管时间后、在大气中进行重量测量之后的值，与气体渗透完了后在大气中五分钟后的重量进行比较，计算出变化率。
从图7的保管时间和重量变化明显看出：即使经过了保管时间，向树脂材料中渗透的气体量的变化也小于1％，几乎没有变化。
也就是，通过以本实施例的保管条件保管使气体渗透的树脂材料，可以将从树脂材料中泄漏的气体控制在极微小的量。
作为具体的保管条件，使气体以4(MPa)以上的渗透压P(MPa)和温度T(℃)渗透到到树脂材料中，然后，在由材料的种类及气体的渗透时间决定的系数为m(-0.05＜m＜0.2)时，以p＝P(0.02P+m)表示的压力p(MPa)，和当20℃≤T≤60℃时以0.1875T-10＜t＜0.5T-10表示、当T＞60℃时以0.1875T-10＜t≤20℃表示的温度t所规定的环境介质中，保管树脂材料。
而且，使保管后的气体渗透量为0.1重量％～0.4重量％。
更具体地讲，就是使0.1重量百分比～1.5重量百分比的超临界状态的二氧化碳气体向粉末状的固体树脂材料中渗透后，以比二氧化碳气体渗透时的气体温度低的温度并且以较高的气体密度对固体树脂材料进行保管。
另外，在使0.1重量百分比～1.5重量百分比的气体密度为0.08g/cm2～0.2g/cm2的超临界状态的二氧化碳气体向粉末状的固体树脂材料中渗透后，以0.7g/cm2～1.0g/cm2的气体密度对固体树脂材料进行保管。
图5表示用本实施例的控制方法保管一小时后的注射模塑成形的成形品截面的发泡气泡状态。图6表示不采用本发明保管一小时后的注射模塑成形的成形品截面的发泡气泡状态。从图5和图6的比较可以很容易地理解本实施例的控制方法对于维持发泡状态是有效的。图8是表示一个实施方式的第二实施例的图。
参照图8来介绍第二实施例。
树脂材料为高冲击性聚苯乙烯(用HIPS表示)、聚碳酸酯和丙烯腈丁二烯苯乙烯的合金材料(用PC/ABS表示)、聚笨撑醚(用PPE表示)、在聚笨撑醚中填充填充料的树脂(用PPE+GF表示)、在聚笨撑醚和聚苯乙烯的合金中加进填充料的树脂(用PPE+PS表示)、聚碳酸酯(用PC表示)的六种材料，作为发泡剂的非活性气体使用二氧化碳气体。使二氧化碳气体渗透到树脂材料中的渗透压和渗透温度、渗透时间，还有本实施例的保管压力和保管温度表示在图8中。
从图8的保管时间和重量变化看出，由于根据树脂的材料和渗透时间，在本实施例的范围内，对保管压力和保管温度进行调整，所以，即使经过保管时间，也能够使向树脂材料渗透的气体量的变化控制在1％以内。
图3表示按现有技术的方法使非活性气体渗透到HIPS材料中后的大气压下和常温下的材料的重量变化。测量上，将气体渗透后五分钟后作为零，在任何渗透压力和温度下都可以确认气体随着时间从材料中泄漏的状态。
图4表示将本实施例的装置用于注射模塑成形机的料斗部分的例子。
图4中，9是注射模塑成形机、10是模具、11是增塑装置、12是本实施例的料斗、13是气瓶、14是气体加压渗透装置、15是气体渗透容器、16和17是泵、18是材料筒、19是配管。料斗12由图1及图2所示的结构构成。
接着参照图4来介绍成形过程。
将粉末状的树脂材料储存在材料筒18中，成形时，通过泵17将所需的量送到气体渗透容器15。作为发泡材的气体，从气瓶13经加压装置14加压，送至气体渗透容器15。在气体渗透容器15内将气体渗透到树脂材料中。渗透了气体的树脂材料通过泵16被送至料斗12。在料斗12内，气体渗透的树脂材料以实施例的压力和温度进行保管，同时，被送至增塑装置11的送料部，进行增塑混均，被填充到设于模具10内的希望形状即型腔内。渗透了作为发泡材的气体的树脂被填充到模内的同时开始发泡，冷却后，模具打开将成形品取出。
如上所述，将二氧化碳、氮气等非活性气体渗透到固体高分子材料中后，通过以本实施例的压力和温度进行保管，可以总是维持规定的气体渗透状态。因此，通过将本实施例用于注射模塑成形或挤压成形机的料斗部分，可以经常提供稳定的气体渗透量的材料。使用了本实施例的树脂成形及成形品对于环境是安全的，尺寸稳定性和生产效率优秀。
以上的介绍中，对于树脂材料发泡成形的情况进行了说明，但是本发明不仅限于树脂材料，当然也可以用在橡胶或所谓的高分子材料中。
另外，图7及图8中，以保管压为1MPa～2.5MPa为例进行了说明，实际上，通过将保管压设定在0.5MPa～4MPa的范围也可以获得本发明的效果。
图7及图8中，以保管温度为-3℃～15℃为例进行了说明，实际上，将保管温度设定在-5℃～20℃的范围也可以获得本发明的效果。
如上所述，根据上述实施例，可以以较好的生产效率获得高精度的发泡成形品。

Claims (12)

1.一种渗透了气体的材料的保管方法，用于保管渗透了气体的材料，使所述渗透了气体的材料在模具内进行成形之前维持渗透了气体的状态；
其特征在于，将所述渗透了气体的材料在规定的气氛压力和气氛温度内进行保管，从而防止所述气体从所述渗透了气体的材料脱离。
2.如权利要求1记载的渗透了气体的材料的保管方法，其特征在于，所述规定的气氛压力是0.5～4MPa。
3.如权利要求1记载的渗透了气体的材料的保管方法，其特征在于，所述规定的气氛温度是-5℃～20℃。
4.一种渗透了气体的材料的保管方法，其特征在于，使气体以4(MPa)以上的渗透压P(MPa)和温度T(℃)渗透到材料中，然后，在材料的种类及气体的渗透时间决定的系数为m(-0.05＜m＜0.2)时以p＝P(0.02P+m)表示的压力p(MPa)，和当20℃≤T≤60℃时以0.1875T-10＜t＜0.5T-10表示、当T＞60℃时以0.1875T-10＜t≤20℃表示的温度t所决定的气氛中，对所述材料进行保管。
5.如权利要求4记载的渗透了气体的材料的保管方法，其特征在于，所述材料是树脂材料。
6.如权利要求4记载的渗透了气体的材料的保管方法，其特征在于，所述材料是橡胶材料。
7.如权利要求1至4中的任一项记载的渗透了气体的材料的保管方法，其特征在于，所述材料是固体的粉末。
8.如权利要求1至4中的任一项记载的渗透了气体的材料的保管方法，其特征在于，所述气体是非活性气体。
9.如权利要求8记载的渗透了气体的材料的保管方法，其特征在于，所述非活性气体是二氧化碳气体。
10.如权利要求1至4中的任一项记载的渗透了气体的材料的保管方法，其特征在于，保管后的气体渗透量是0.1重量％～0.4重量％。
11.一种渗透了气体的材料的保管方法，其特征在于，在使0.1重量百分比～1.5重量百分比的超临界状态的二氧化碳气体渗透到粉末状的固体树脂材料中后，以比前述二氧化碳气体渗透时的气体温度低的温度并且以较高的气体密度对所述固体树脂材料进行保管。
12.一种渗透了气体的材料的保管方法，其特征在于，使0.1重量百分比～1.5重量百分比的气体密度为0.08g/cm2～0.2g/cm2的超临界状态的二氧化碳气体渗透到粉末状的固体树脂材料中后，以0.7g/cm2～1.0g/cm2的气体密度对所述固体树脂材料进行保管。
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