CN1596179A - 用于以旋转工艺制造塑料空心体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造塑料空心体的方法，它至少局部地用泡沫材料颗粒填充。该塑料空心体通过旋转成型制造并在旋转模具中至少局部地填充泡沫材料颗粒。为了简化再回收而使用泡沫材料颗粒，它由同一种类型的聚烯烃塑料制成，也由聚烯烃塑料制造出空心体壁。

Description

用于以旋转工艺制造塑料空心体的方法
技术领域
本发明涉及一种用于以旋转工艺(旋转成形)制造塑料空心体的方法，塑料空心体至少局部地以泡沫材料颗粒填充。
背景技术
已知通过旋转成形制造塑料空心体。在此将热塑性塑料的粉末或颗粒加进一个可加热的模具并通过围绕一个或多个轴线旋转模具来均匀分布并熔化在模具壁上，模具壁包围成型空腔或“成型巢”。通过这种方式不仅可以制造空心体如桶或罐，而且可以制造三维成形的装饰层、最好是聚氯乙稀(PVC)基的装饰层，例如用于仪表盘或其它的汽车内装饰件。
另一种用于制造空心体的已知方法是吹制成形工艺，其中将预成形件或软管挤出物通过成型空腔内的一个吹管吹制。
DE 199 30 903 A1描述了用由热塑性塑料、如聚氨酯或聚丙烯制成的预膨胀的泡沫材料颗粒(珠体)填充吹制成形的空心体。珠体以压缩状态被吹进空心体，卸压并在那里经受体积放大，但是没有相互间的焊接或连接。
在EP 0 583 542 A1中描述了一种吹制成形的壳与泡沫填充的组合，其中，首先通过预成形物的扩张来制造空心体，它在另一工艺步骤中用由热塑性塑料、如聚乙烯或聚丙烯制成的预膨胀的泡沫材料颗粒填充。然后通过热蒸汽使珠体膨胀并相互焊接。
EP 0 774 819 A2描述了与旋转成形的结构部件相结合的体积填充，其中，通过事后加入泡沫材料或聚合物的反应发泡实现两个塑料壳体之间的体积填充，壳体用于容纳电缆或电元件。
经常也结合装饰和强化层来建立由颗粒泡沫构成的连接结构，其中泡沫颗粒在部件成形过程中通过热蒸汽焊接，如在DE 100 03 595A1中所描述的那样。
此外已知各种结构部件，其中空腔用聚胺酯泡沫(PUR-E)或聚苯乙烯(EPS)填充。在这里示例性地列举发泡的运动船、划艇、浮标和护舷靠垫。
吹制成形或旋转成形的空心体由于工艺技术的进步可以廉价地大批量制造，但是它们具有相当大的机械和声学方面的缺陷。除了有限的抗弯强度以外，首先承压性也受到限制。足够的抗弯强度只有通过叠层结构，即通过抗压的泡沫芯体才能保证。由于缺少吸收能量的组成部分使冲击能吸收同样受到限制。由于这个原因，例如保险杠配有泡沫芯体。在声学上一个未填充的空心体尤其是对于固体声激励总是用作声发射器或声放大器。在这里例如只列举旋转成形的玩具，如婴儿车，它们由于大多未缓冲的轮子的机械激励在使用时产生明显的声压。
吹制成形工艺需要待制造的结构部件的一个几何形状上简单的结构，而旋转成形工艺也能够制造复杂的几何形状。吹制成形体的壁厚由于不同的伸长程度而非常剧烈地变化。对于聚合物在吹制成形时在熔化应力方面同样比在旋转成形时提出更多要求。在吹制成形工艺中制造的、用泡沫材料填充的空心体的制造需要明显高的技术费用。泡沫材料颗粒的事后加入、空腔的发泡和建立连接结构分别需要许多工作步骤。为此对于完工的成型部件由于损伤薄壁件或整个部件变形的危险而产生明显增加的费用。泡沫材料颗粒在吹制成形部件中的焊接目前在工艺技术上是难以转换的。高频技术(微波)的使用经常导致形成过热区(热点)。
用聚苯乙烯泡沫填充空心体大多需要两个分开的工艺步骤，即，泡沫成形和旋转成形的步骤。在聚苯乙烯泡沫中的主要缺陷与聚胺酯泡沫一样是成形部件有限的再回收性，因为空心体壁形式的外壳和泡沫材料充填物由不同的塑料制成，即不是同一种材料。
发明内容
本发明的目的是，提供一种由同一种塑料制造空心体的方法，这种塑料空心体具有改进的机械和声学特性。
这个目的按照本发明通过在旋转模具的旋转成形空心体中填充由同一种材料族制成的泡沫材料颗粒而实现，其中，在这里优选使用聚丙烯(EPP)或聚乙烯(EPE)基的泡沫材料珠体。
因此本发明的内容是一种用于以泡沫材料颗粒填充的空心体的制造方法，其中空心体壁通过旋转成形制造，并且空心体至少局部地用泡沫材料颗粒填充，不仅泡沫材料颗粒而且空心体壁由同一种类型的聚烯烃塑料制成。
“同一种类型的聚烯烃塑料”的概念并不意味着，所述泡沫材料颗粒和空心体壁必需准确地由同一种聚合产物制成，尽管这一点当然是能够实现的。而是意味着，形成一种在回收利用技术中称为“同一种”的产品，即，一种例如只由聚丙烯或只由聚乙烯制成的产品，但是可以使用完全不同类型的聚丙烯，例如具有不同链长、不同熔点或软化点和其它其化学和物理特性方面的差别，但是绝不是两种不同类型的聚烯烃，例如对于空心体壁使用聚丙烯而对于泡沫材料颗粒使用聚乙烯。
当然，在本发明的范围里也可以使用由不同烯烃单体制成的共聚产物或者这种具有弹体成份(聚烯烃弹体)的共聚产物，但是必需是同一种类型的共聚合物不仅用于泡沫材料颗粒而且用于空心体壁，由此实现单一类别的产品。
按照本发明方法的一个有利实施例的特征在于，使用膨胀的聚丙烯颗粒(EPP)、膨胀的聚乙烯颗粒(EPE)或热塑性聚烯烃(TPO)颗粒或者由交联或未交联的聚乙烯泡沫薄膜(PEX)或聚乙烯泡沫块借助粉碎过程制成的颗粒作为泡沫材料颗粒，以及特征在于，空心体壁由聚乙烯或聚丙烯或以其为基材的热塑性聚烯烃、如一种共聚物或一种热塑性弹性体制成。
所述空心体壁最好实心地或以空壳(slush skin)形式制成。
对于按照本发明方法的另一优选实施例，首先将一个芯体加到模具的成型空腔中，接着将在模具壁与芯体之间的空腔发泡。在此可以使用空心体或一个实心体作为芯体。
对于另一优选的实施例，将在模具壁与芯体之间的空腔发泡，并其将芯体的空腔在填充期间置于流体静压力下和/或加热。
由其构成空心体壁的塑料最好含有一种发泡剂，它在旋转成形期间或之后起作用。
为了形成空心体壁，最好使用TPO粉末或颗粒或者泡沫材料颗粒本身。
在旋转成形期间并由此在形成空心体壁期间或直接在形成空心体壁之后添加泡沫材料颗粒。
所述泡沫材料颗粒最好熔接到空心体壁上。
对于另一优选的实施例，在旋转成形期间将一部分泡沫材料颗粒加到模具中。
在形成空心体壁之后且这个空心体壁还是至少部分塑性的时候，可以将泡沫材料颗粒加到模具中。但是也可以在形成空心体壁之后且在这个空心体壁已经冷却和凝固的时候，将泡沫材料颗粒加进模具。
在按照本发明方法的另一有利的实施例中，将泡沫材料颗粒在流体静压力的反压力下加进模具的成型空腔，并且通过接着的卸压实现容积填充和泡沫材料颗粒的楔紧。也可以将泡沫材料颗粒在机械压力下加进模具的成型空腔。在接着的减压或卸压之后再实现容积填充和泡沫材料颗粒的楔紧。
将泡沫材料颗粒最好在加压状态、即预应力的状态下加进模具的成型空腔，在该状态下颗粒的内压大于环境的大气压力。
对于空心体壁和泡沫材料颗粒最好使用同一种类型的聚烯烃塑料，尽管它们可以是不同的，但是具有近似熔点或软化点。
将泡沫材料颗粒最好借助于蒸汽冲击方法、即借助渗透颗粒的热蒸汽焊接，将热蒸汽加进旋转模具并穿过空心体壁。为此最好使用这种珠体，它由同一种类型的、但是具有低熔点外壳的共同挤出的塑料制成。珠体的低熔点外壳在其加到旋转模具中之前通过将低熔点塑料缠绕到泡沫材料颗粒上实现。
最后，所述泡沫材料颗粒可以事后通过微波加热焊接或者通过可压力激活的粘接剂连接。
所述空心体的外壳、即空心体壁的成形首先通过以旋转工艺制造空心体来实现，其中通过添加聚合物粉末或通过使用泡沫材料颗粒形式的聚合物。在外壳预成形后在处理期间吹进其它的泡沫材料颗粒，其中可以相对于模具的内部压力例如1至5bar输送泡沫材料颗粒，以便实现泡沫材料颗粒的压缩。珠体的添加同样在机械压力下、最好通过一个转塔系统实现。必要时只有部分区域或只在紧靠外壳的区域设有泡沫材料颗粒。在空心体壁上泡沫材料颗粒与外壳的熔合最好通过适配的温度控制实现。
按照本发明方法的那些方案提供一个优选的实施例，其中一个低熔点的颗粒外壳或一个粘接剂装备保证泡沫材料颗粒相互焊接或粘附和/或用于形成空心体壁。
填充过程后的压力平衡使压缩的泡沫材料颗粒膨胀并因此使泡沫材料颗粒完全填充容积和楔紧，由此保证泡沫材料颗粒的固定并由此保证成形体的形状稳定性，因此不必强制使泡沫材料颗粒相互间事后焊接。使用泡沫材料颗粒能够以较少的费用实现具有较高尺寸稳定性的结构部件的制造并明显改善能量吸收能力。由于具有较高的稳定性，结构部件的重量增加可以通过减小壁厚得到补偿。此外泡沫材料填充使经常起到谐振体作用的成形部件空心体积产生一个重要的噪声衰减。
最后，泡沫填充的体积可以通过使用芯体而减小，它同样可以是一个空心体，它最好可以用在这里所述的方法通过旋转成形制造。
附图说明
下面借助于附图详细描述本发明。附图中：
图1为通过旋转成形模具制造以泡沫材料颗粒填充的空心体的示意截面图；
图1a为图1中空心体壁的局部放大视图；
图2为用于制造以泡沫材料颗粒和芯体填充的空心体的旋转模具的示意截面图。
具体实施方式
一个两件的成形模具4(图1)夹紧在一个可通过驱动装置1驱动的模具固定架1上并这样支承，使它可以围绕两个相互垂直的轴线旋转。旋转方向通过箭头表示。模具固定架3和模具4安置在炉子2内部，使得模具可以被加热或者以所期望的方式调节温度。一个空心体5位于模具4的成型空腔内，该空心体用泡沫材料颗粒填充物6填充。
通过将一种热塑性聚烯烃的粉末、颗粒或泡沫材料颗粒装入模具4的成型空腔并在那里同时旋转模具的条件下熔化，由此制造空心体5。在旋转期间并由此在形成空心体壁9期间(图1a)，将聚烯烃泡沫材料颗粒8、最好是直径为约2至15mm的EPP或EPE珠体加进成型空腔的内部。泡沫材料颗粒的添加至少可以部分地在旋转过程中实现，以便实现泡沫材料颗粒8与空心体壁9(图1a)的局部熔接。
不仅泡沫材料颗粒8而且空心体壁9都由同一种类型的聚烯烃塑料制成，其中所使用的材料至少具有相近的熔点，以便使泡沫材料颗粒8熔合或粘附在内部的空心体壁9上。
所述泡沫材料颗粒8也可以紧接着旋转过程加入，由此实现与还是部分塑性的空心体壁9的局部熔合。
在执行按照本发明方法的另一方案中，泡沫材料颗粒8可以被分成多分量地分级添加。一部分可以在旋转过程期间已添加，而另一部分为了完全填充容积紧接着旋转过程在冷却状态期间加进位于模具4中的空心体5，以构成泡沫颗粒填充体6。
在另一方案中，为了制造空心体5可以仅使用泡沫材料颗粒8，它们不仅用于形成空心体壁9而且用于形成泡沫材料颗粒填充体6。
形成空心体的聚合物以及泡沫材料颗粒的输送可以通过外部的在图中未示出的输送装置、管道、软管等实现，或者通过组合在模具固定架3中的添加系统实现。
在另一实施例(图2)中，在空心体5中保留的芯体7以实心体的形式或一另一空心体的形式组合进模具4的成型空腔，以限定用泡沫材料颗粒8填充的空间。所述芯体7可以在执行旋转过程之前、期间或之后加入，但无论如何是在添加将剩余空间填满的泡沫材料颗粒8之前。
泡沫材料颗粒的输送在相对于最好1至5bar的模具内压具有最好0.1至3.0bar的压差条件下实现，一方面为了压缩泡沫材料颗粒，另一方面为了产生流动并由此填充模具。当分成多级填充时，为了在空心体壁上形成空心体和泡沫区，在第一级中可以有选择地通过提高内压和压差进行填充或者几乎无压力地实现模具填充，并且在第二级中提高压差。
通过在填充后卸压实现被压缩的泡沫材料颗粒的膨胀，这使得泡沫材料颗粒楔紧并几乎完全充满空心体的容积。根据所选择的填充压力和填充期间的反压力可以影响泡沫材料颗粒填充体6的密度。当选择高的压差时，这可以在填充和卸压之后使得通过泡沫材料珠体的再变形和容积填充还产生一定的过压，这一点起到有利的影响，因为这赋予泡沫组织一个内部稳定性。通过分级填充和必要时将空心体分成单个的区域或腔室也可以在空心体内部实现泡沫材料填充体的密度和硬度的变化。此外可以在空心体上设有可封闭的开孔，以便能够在事后改变泡沫填充体。
通过以热蒸汽或微波辐射挤入泡沫材料颗粒填充体6，可以使泡沫材料颗粒8相互间焊接和/或与空心体壁9焊接。

Claims (24)

1.一种用于制造以泡沫材料颗粒填充的空心体的方法，其特征在于，空心体壁通过旋转成形制造并且将空心体至少局部地填充泡沫材料颗粒，不仅泡沫材料颗粒而且空心体壁都由同一种类型的聚烯烃塑料制成。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用膨胀的聚丙烯颗粒(EPP)或膨胀的聚乙烯颗粒(EPE)或热塑性聚烯烃(TPO)颗粒或者由交联或未交联的聚乙烯泡沫薄膜(PEX)或聚乙烯泡沫块借助粉碎过程制成的颗粒作为泡沫材料颗粒。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述空心体壁由聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)或者以其为基材的热塑性聚烯烃(TPO)制成。
4.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述空心体壁实心地制成。
5.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述空心体壁由空壳制成。
6.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，首先将一个芯体加到模具的成型空腔中，并接着将模具壁与芯体之间的空腔发泡。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，使用一个空心体或一个实心体作为芯体。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，将在模具壁与芯体之间的空腔发泡，并且将芯体空腔在填充期间置于流体静压力下和/或加热。
9.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由其构成空心体壁的塑料含有一种发泡剂，它在旋转成形期间或之后起作用。
10.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用TPO粉末或TPO颗粒或泡沫材料颗粒本身用于形成空心体壁。
11.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在旋转成形期间并由此在形成空心体壁期间、或者直接在形成空心体壁之后添加泡沫材料颗粒。
12.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述泡沫材料颗粒熔接到空心体壁上。
13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，在旋转成形期间将一部分泡沫材料颗粒加进模具中。
14.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，在形成空心体壁之后并且这个空心体壁还至少部分地是塑性的时候，将泡沫材料颗粒加进模具中。
15.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，在形成空心体壁并且这个空心体壁已经凝固之后，将泡沫材料颗粒加进模具中。
16.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将泡沫材料颗粒在流体静压力的反压力下加进模具的成型空腔中，并且通过接着的卸压实现容积填充和泡沫材料颗粒的楔紧。
17.如权利要求1至15中任一项所述的方法，其特征在于，将泡沫材料颗粒在机械压力下加进模具成型空腔中，并且通过接着的卸压实现容积填充和泡沫材料颗粒的楔紧。
18.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将泡沫材料颗粒在加压的状态下加进模具的成型空腔。
19.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于空心体壁和泡沫材料颗粒使用同一种类型的具有近似熔点或软化点的聚烯烃塑料。
20.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述泡沫材料颗粒通过渗透的热蒸汽焊接，将热蒸汽加进旋转模具中并且穿过空心体壁。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，使用与一种低熔点的外壳共同挤出的珠体作为泡沫材料颗粒。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，为了形成外壳将一种低熔点的塑料在其加入到旋转模具中之前缠绕到泡沫材料颗粒上。
23.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述泡沫材料颗粒事后借助微波加热焊接。
24.如权利要求1至22中任一项所述的方法，其特征在于，所述泡沫材料颗粒借助一种可压力激活的粘接剂连接。
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