DE29825166U1

DE29825166U1 - Spritzguss mikrozellulären Materials

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Publication number: DE29825166U1
Application number: DE29825166U
Authority: DE
Original assignee: Trexel Inc
Current assignee: Trexel Inc
Priority date: 1997-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2008-01-17
Also published as: EP1264672A1; DE29825165U1; ES2225692T3; EP1264672B1; ATE272482T1; DE69805957T2; CA2480025C; JP2007015398A; ES2178148T3; JP4460074B2; CA2278147A1; DE69825498D1; EP0952908B1; WO1998031521A3; EP1475208B1; DE29825167U1; JP2010047022A; AU5919198A; CA2480025A1; WO1998031521A2

Abstract

System zum Herstellen spritzgegossenen, mikrozellulären Materials umfassend:
einen Extruder, der einen Einlass zum Aufnehmen polymeren Materials, das extrudiert werden soll, aufweist;
eine Gießkammer;
einen abgeschlossenen Durchgang, der den Einlass des Extruders mit der Gießkammer verbindet, wobei der abgeschlossene Durchgang eine Öffnung umfasst, die mit einer Quelle eines physikalischen Treibmittels verbunden ist; und
einen Kernbildungsdurchgang stromabwärts der Öffnung, wobei der Kernbildungsdurchgang ein stromaufwärts liegendes Polymeraufnahmeende, das eine homogene, flüssige Einphasenlösung des polymeren Materials und des physikalischen Treibmittels aufnimmt und ein stromabwärts liegendes, Kernbildung aufweisendes Polymerauslassende, das ein Kernbildung aufweisendes polymeres Material in die Gießkammer auslässt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Verarbeitung polymeren Strukturschaumstoffs und insbesondere mikrozelluläre Strukturschaumstoffe und Systeme und Verfahren zur Herstellung.
Hintergrund der Erfindung
Strukturierte Schaumstoffmaterialien sind bekannt und können hergestellt werden durch Einspritzung eines physikalischen Treibmittels in einen geschmolzenen Polymerstrom, Verteilen des Treibmittels in dem Polymer, um eine Zweiphasenmischung von Treibmittelzellen im Polymer auszubilden, Einspritzen der Mischung in eine Gussform, die eine gewünschte Form hat und Aushärten lassen der Mischung darin. Ein Druckabfall in der Mischung kann die Zellen dazu bringen, in dem Polymer zu wachsen. Als Alternative zu einem physikalischen Treibmittel kann ein chemisches Treibmittel verwendet werden, das eine chemische Reaktion, die die Bildung eines Gases bewirkt, in dem Polymermaterial durchführt. Chemische Treibmittel sind im Allgemeinen organische Verbindungen niedrigen Molekulargewichts, die bei einer kritischen Temperatur zerfallen und ein Gas, wie beispielsweise Stickstoff, Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid, abgeben. Unter bestimmten Bedingungen können die Zellen dazu gebracht werden, isoliert zu bleiben und ein geschlossenzelliges Schaumstoffmaterial resultiert. Unter anderen, im Allgemeinen stärkeren, Aufschäumbedingungen reißen die Zellen auf oder verbinden sich und ein offenzelliges Material resultiert. Eine Auswahl von Standardspritzgusstechnologien, die in der Patentliteratur beschrieben sind, folgt.
US-Patent Nr. 3,436,446 (Angell) beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen geschäumter Plastikartikel mit einer festen Außenhaut durch Kontrolle des Druckes und der Temperatur der Gussform.
US-Patent Nr. 4,479,914 (Baumrucker) beschreibt ein Verfahren zum Formen eines geschäumten Artikels, bei dem ein Formungshohlraum mit einem Gas unter Druck gesetzt wird, um eine vorzeitige Diffusion des Treibgases aus dem in den Hohlraum eingespritzten Material zu vermeiden. Das Vordruckgas wird während des Einspritzens des zu schäumenden Materials abgelassen, bis endgültig eine Vakuumkammer ein Vakuum ausbildet, das das Material durch den gesamten Gießhohlraum zieht.
Mikrozelluläres Material ist typischerweise definiert durch einen Polymerschaum sehr kleiner Zellgröße und verschiedenes mikrozelluläres Material wird in den US-Patenten mit den Nummern 5,158,986 und 4,473,665 beschrieben. Diese Patente beschreiben das Aussetzen einer Einphasenlösung aus einem polymeren Material und einem physikalischen Treibmittel einer thermodynamischen Instabilität, die dazu notwendig ist, Orte der Kernbildung einer sehr hohen Dichte auszubilden, gefolgt von kontrolliertem Zellenwachstum, um ein mikrozelluläres Material herzustellen. US-Patent Nr. 4,473,665 (Martini-Vvedensky) beschreibt ein Gießsystem und ein Verfahren zum Herstellen mikrozellulärer Teile. Polymerpellets werden durch ein gasförmiges Treibmittel mit Druck vorbeaufschlagt und in einem konventionellen Extruder geschmolzen, um eine Lösung des Treibmittels und des geschmolzenen Polymers auszubilden, die dann in einen mit Druck beaufschlagten Gießhohlraum extrudiert wird. Der Druck in der Gussform wird für eine gegebene anfängliche Sättigung bei Schmelztemperaturen über dem Lösungsdruck des gasförmigen Treibmittels gehalten. Wenn die Temperatur des geformten Teils auf eine entsprechende kritische Kernbildungstemperatur absinkt, wird der Druck auf das gegossene Teil gesenkt, typischerweise auf Umgebungsdruck, und das Teil kann aufschäumen.
US-Patent Nr. 5,158,986 (Cha et al.) beschreibt ein alternatives Gießsystem und Verfahren zum Herstellen mikrozellulärer Teile. Polymerpellets werden in einen konventionellen Extruder eingebracht und geschmolzen. Ein Treibmittel aus Kohlendioxid in seinem überkritischen Zustand wird in den Extruderzylinder eingebracht und vermischt, um eine homogene Lösung des Treibmittels und des polymeren Materials zu erhalten. Ein Bereich des Extruderzylinders wird geheizt, so dass, während die Mischung durch den Zylinder fließt, eine thermodynamische Instabilität erzeugt wird, wodurch Orte der Kernbildung in dem geschmolzenen Polymermaterial gebildet werden. Das mit Kernbildung versehene Material wird in eine mit Druck beaufschlagte Gussform extrudiert. Der Druck in der Druckform wird durch Gegendruck von Luft aufrechterhalten. Zellwachstum tritt innerhalb der Gussform auf, wenn die Gussform expandiert wird und der Druck darin schnell reduziert wird; die Expansion der Gussform bildet einen geformten und geschäumten Artikel mit einer kleinen Zellgröße und einer hohen Zelldichte. Die Ausbildung der Kerne und das Zellwachstum finden gemäß dieser Technik getrennt voneinander statt; thermisch hergeführte Kernbildung findet in dem Zylinder des Extruders statt und das Zellwachstum in der Gussform.
Während die oben genannten und andere Berichte unterschiedliche Techniken darstellen, die mit der Herstellung mikrozellulären Materials und der Herstellung von Material durch Spritzguss verbunden sind, besteht ein Bedarf in diesem Bereich für ein verbessertes mikrozelluläres Spritzgussverfahren.
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, Spritzgusssysteme und Verfahren anzugeben, die effektiv bei der Herstellung mikrozellulären Stukturschaumstoffs und insbesondere sehr dünnen Artikeln sind. Eine andere Aufgabe ist es, Systeme und Verfahren anzugeben, die nützlich beim Spritzgießen mikrozellulären Strukturschaumstoffs sind, aber ebenso nützlich beim Spritzgießen herkömmlicher Schäume und der kontinuierlichen Extrusion mikrozellulärer oder konventioneller Schäume sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Spritzgusssysteme und Verfahren, die dazu in der Lage sind, gegossene Artikel zu formen und auf Systeme und Verfahren zum Formen einer Vielzahl geschäumter Materialien. In jedem der unterschiedlichen Aspekte der Erfindung, die hier beschrieben wird, ist in einer Gruppe von Ausführungsbeispielen das Material ein konventionell geschäumtes Material (Zellgrößen, Dichten, etc., die ein nicht-mikrozelluläres Material definieren) und in einer anderen Gruppe von Ausführungsbeispielen ist das Material ein mikrozelluläres Material.
Die vorliegende Erfindung betrifft, gemäß einem Aspekt, ein Spritzgusssystem, das dazu ausgebildet ist, mikrozelluläre Strukturschaumartikel herzustellen. Das System umfasst einen Extruder, der an seinem Einlassende einen Einlass aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Vorprodukt eines mikrozellulären Materials aufzunehmen, eine Gusskammer und einen geschlossenen Durchgang, der den Einlass mit der Gusskammer verbindet. Die Gusskammer ist ausgebildet und angeordnet, um eine keine Kernbildung enthaltende, homogene, flüssige Einphasenlösung eines polymeren Materials und eines Treibmittels aufzunehmen, um die keine Kernbildung aufweisende, homogene, flüssige Einphasenlösung des polymeren Materials und des Treibmittels in einem flüssigen Zustand bei erhöhtem Druck innerhalb des Durchgangs zu halten und die Lösung als einen Flüssigkeitsstrom innerhalb des Durchgangs in einer Stromabwärtsrichtung von dem Einlassende zu der Gusskammer zu fördern. Der abgeschlossene Durchgang umfasst einen Kernbildungsdurchgang, in dem Kerne aus dem in der hindurchgeführten Einphasenlösung enthaltenen Treibmittel gebildet werden. Der Kernbildungsdurchgang ist so konstruiert, dass er ein Polymeraufnahmeende umfasst, das eine homogene flüssige, Einphasenlösung eines polymeren Materials und ein nicht mit Kernen versehenes Treibmittel aufnimmt, ein mit Kernen versehenes Polymerauslassende aufweist, das so konstruiert und angeordnet ist, dass es ein mit Kernen versehenes Polymermaterial auslässt und einen Flüssigkeitsdurchgang, der das Aufnahmeende mit dem Auslassende verbindet. Optional kann das Polymerauslassende eine Öffnung der Gusskammer definieren oder es kann in Flüssigkeitsverbindung mit der Gusskammer stehen. Der Kernbildungsdurchgang ist so ausgebildet, dass er Längen- und Querschnittsabmessungen so hat, dass, wenn ein Flüssigpolymer, dem ungefähr 6 Gew.-% CO₂ homogen beigemischt ist, durch den Durchgang mit einer Durchflussrate von ungefähr 40 Pfund (lbs) Flüssigkeit pro Stunde durchgeströmt wird, ein Druckabfallverhältnis (pressure drop rate) in dem Flüssigpolymer zumindest ungefähr 0,1 GPa/sec oder mindestens ungefähr 0,3 GPa/sec oder mindestens ungefähr 1,0 GPa/sec oder zumindest 3 GPa/sec erzeugt wird. Der Kernbildungsdurchgang kann auch so ausgebildet sein, dass er variable Querschnittsabmessungen hat, so dass ein Flüssigpolymer, das durch den Durchgang hindurch fließt, einem variablen Druckabfallsverhältnis und/oder Temperaturanstieg ausgesetzt werden kann.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein System vorgesehen, das eine Gusskammer aufweist, die so konstruiert und angeordnet ist, dass sie ein mit Kernen versehenes Polymermaterial unter einem erhöhten Druck aufnimmt, um Zellenwachstum bei dem erhöhten Druck zu verhindern. Die mit Druck versehene Gusskammer kann mittels einer Flüssigkeit oder mechanisch mit Druck beaufschlagt werden, um das mit Kernen versehene Polymermaterial auf einem solchen erhöhten Druck zu halten. Nach einer Reduktion des Druckes auf die mit Druck beaufschlagte Gusskammer kann das Polymermaterial in der Form eines gewünschten mikrozellulären Polymerartikels aushärten, da die Gusskammer so konstruiert und angeordnet ist, dass sie eine solche innere Form aufweist. Gemäß noch eines anderen Aspektes der Erfindung ist das System vorgesehen mit einem Zylinder, der einen Einlass aufweist, der so ausgebildet ist, dass er ein Vorprodukt eines extrudierten Materials aufnimmt, einem Auslass, der dazu ausgebildet ist, eine flüssige, nicht mit Kernen versehene Mischung eines Treibmittels und eines geschäumten Polymerartikelvorprodukts zu dem Vorprodukt auszulassen, ein Öffnung, die mit einer Quelle des Treibmittels verbindbar ist und eine Schnecke, die zur Durchführung einer Hin- und Herbewegung innerhalb des Zylinders angeordnet ist. Das Extrusionssystem kann weiterhin zumindest zwei Öffnungen aufweisen, die mit einer Quelle des Treibmittels verbunden sind und die Öffnung kann längs entlang der Achse des Zylinders angeordnet sein, um nacheinander die nicht mit Kernen versehene Mischung durch zumindest die zwei Öffnungen in den Zylinder einzubringen, während sich die Schnecke hin- und herbewegt. Das System kann weiterhin einen zweiten Extrusionszylinder aufweisen, der in einer Tandemanordnung mit dem ersten Zylinder verbunden ist, wobei der zweite Zylinder einen Einlass aufweist, der dazu ausgebildet ist, die flüssige, nicht mit Kernen versehene Mischung aufzunehmen und eine Schnecke aufweist, die eine Hin- und Herbewegung innerhalb des Zylinders ausführt.
Gemäß einem weiteren Aspekt gibt die Erfindung an ein Verfahren zum Herstellen eines kontinuierlichen Stroms der nicht mit Kernen versehenen, flüssigen Einphasenlösung des polymeren Vorproduktes und des Treibmittels, Versehen des Stromes mit Kernen, um einen mit Kernen versehenen Strom der Mischung zu erzeugen, Führen des mit Kernen versehenen Stromes in das Gehäuse und aushärten lassen der Mischung in der Form des Gehäuses. Optional kann der Strom kontinuierlich mit Kernen versehen werden durch kontinuierliches Aufbringen eines Druckabfalls in einem Verhältnis von zumindest ungefähr 0,1 GPa/sec, während der Strom in das Gehäuse geführt wird, um einen kontinuierlichen Strom mit Kernen versehenen Materials zu erzeugen. Alternativ umfasst das Verfahren ein periodisches Versehen des Stromes mit Kernen dadurch, dass er einem Druckabfall in einem Verhältnis von zumindest 0,1 GPa/sec ausgesetzt wird, während der Strom in das Gehäuse eingebracht wird, so dass nicht mit Kernen versehenes Material zuerst in das Gehäuse eingebracht wird, gefolgt von mit Kernen versehenem Material. Umgekehrt kann der mit Kernen versehene Strom in das Gehäuse geführt werden, so dass als erstes mit Kernen versehenes Material in das Gehäuse eingebracht wird, gefolgt von nicht mit Kernen versehenem Material. Das Verfahren umfasst auch das Entnehmen eines mikrozellulären Artikels aus dem Gehäuse und in einem Zeitabschnitt von weniger als 10 Minuten das Zuführen einer zweiten mit Kernen versehenen Mischung in das Gehäuse, Aushärten lassen der zweiten Mischung in der Form des Gehäuses und Entnehmen eines zweiten ausgehärteten mikrozellulären Artikels aus dem Gehäuse.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren bereit, das das Speichern einer Charge eines Vorprodukts eines geschäumten polymeren Materials und eines Treibmittels umfasst, Aufheizen einer ersten Menge der Charge, die zumindest ungefähr 2% der Charge definiert, auf eine Temperatur zumindest 10°C höher als die Durchschnittstemperatur der Charge und Einspritzen der Charge in eine Gusskammer.
Weiterhin wird ein Verfahren angegeben umfassend das Speichern in einem mit einer Gusskammer in Flüssigkeitsverbindung stehenden Speicher einer eine erste Menge umfassenden Charge, die ein flüssiges Polymermaterial umfasst, das im Wesentlichen frei von einem Treibmittel ist und einer zweiten Menge, die ein flüssiges Polymermaterial umfasst, das mit einem Treibmittel vermischt ist, und Einspritzen der Charge aus dem Speicher in eine Gusskammer.
Weiterhin vorgesehen ist ein Verfahren umfassend das Einspritzen einer flüssigen Einphasenhösung eines Vorprodukts eines geschäumten Polymermaterials und eines Treibmittels in eine Gusskammer von einem Speicher aus, der in Flüssigkeitsverbindung mit einer Extrusionsvorrichtung steht, während Kerne in die Lösung eingebracht werden, um eine mit Kernen versehene Mischung herzustellen und Aushärten lassen der Mischung in der Gusskammer als polymerer mikrozellulärer Artikel.
Weiterhin wird ein Verfahren bereitgestellt, das das Einspritzen eines Treibmittels in einen Extruderzylinder einer Polymerextrusionsvorrichtung umfasst, während eine Extrusionsschnecke sich axial innerhalb des Zylinders bewegt.
Weiterhin wird ein Verfahren bereitgestellt, das das Einspritzen eines Treibmittels von einer Extrusionsschnecke in einen Zylinder einer Polymerextrusionsvorrichtung umfasst.
Weiterhin wird ein Verfahren angegeben, umfassend die Ausbildung eines flüssigen Polymerartikelproduktes in einem Zylinder einer Extrusionsvorrichtung, Entnehmen einer Menge des flüssigen Vorproduktes aus dem Zylinder, Mischen der Menge des flüssigen Vorproduktes mit einem Treibmittel, um eine Mischung aus dem Treibmittel und der Menge des flüssigen Vorproduktes herzustellen und Einführen der Mischung in das Gehäuse.
Weiterhin angegeben ist ein Verfahren, das ein polymeres Material mit einer Zumischung eines überkritischen flüssigen Additivs in eine Gussform umfasst, die einen Bereich umfasst, der innere Abmessungen von weniger als ungefähr 0,125 Inch aufweist und Aushärten lassen des polymeren Materials in der Gussform, wobei die Einbringungs- und Aushärtungsschritte in einem Zeitabschnitt von weniger als 10 Sekunden stattfinden.
Weiterhin wird ein Verfahren vorgestellt, umfassend das Einbringen eines polymeren Materials, dem ein überkritisches Fluid zugefügt ist, in eine Gussform, die einen Bereich aufweist, der innere Abmessungen von weniger als ungefähr 1,125 Inch aufweist und Aushärten lassen des polymeren Materials in der Gussform.
Weiterhin angegeben ist ein Verfahren, das die Ausbildung einer Mischung von zumindest zwei unterschiedlichen geschmolzenen polymeren Komponenten mit einem überkritischen flüssigen Treibmittel umfasst und Extrudieren der Mischung, um einen nicht delaminierten Schaum der zumindest zwei Komponenten auszubilden.
Weiterhin bereitgestellt wird ein Verfahren, umfassend das Einspritzen einer Einphasenlösung eines polymeren Materials und eines Treibmittels in eine offene Gussform, dann Schließen der Gussform und Ausformen eines mikrozellulären Artikels in der Form der Gussform.
Weiterhin angegeben ist ein Verfahren, umfassend die Ausbildung einer einphasigen, nicht mit Kernen versehenen Lösung eines polymeren Materials und eines Treibmittels, Einbringen der Lösung in eine Gusskammer, während die Lösung mit Kernen versehen wird, Ausbrechen aus der Form und dabei Erlauben von Zellwachstum und Entnehmen eines mikrozellulären polymeren Artikels, der eine Form ähnlich zu der der Gusskammer aufweist, aber größer ist, als die Gusskammer.
Weiterhin vorgesehen ist ein Verfahren umfassend die Ausbildung einer nicht mit Kernen versehenen, homogenen, flüssigen Einphasenlösung eines Vorproduktes eines mikrozellulären Polymermaterials und eines Treibmittels in einem Extruder, Füllen einer Gusskammer mit der Lösung während Kerne in der Lösung gebildet werden, um in der Gusskammer ein mit Kernen versehenes, mikrozelluläres Polymermaterialvorprodukt herzustellen.
Weiterhin angegeben ist ein Verfahren umfassend das Einspritzen einer polymeren/Treibmittelmischung in eine Gusskammer bei einer Schmelztemperatur von weniger als ungefähr 400 °F und Formen eines festen Schaumpolymerartikels in der Kammer, der ein Leervolumen von zumindest ungefähr 5% und ein Längen-zu-Dickenverhältnis von zumindest ungefähr 50:1 aufweist.
Die Systeme der Erfindung umfassen eines, das einen Speicher umfasst, der einen Einlass zur Aufnahme eines Vorproduktes eines geschäumten polymeren Materials und eines Treibmittels hat und einen Auslass, eine Gusskammer, bei der ein Einlass in Flüssigkeitsverbindung mit dem Auslass des Speichers steht und eine Heizvorrichtung, die mit dem Speicher verbunden ist und die so konstruiert und angeordnet ist, um während des Betriebs des Systems eine erste Sektion des Speichers nahe der Gusskammer auf eine Temperatur zumindest ungefähr 10° höher als die durchschnittliche Temperatur des Speichers zu heizen.
Weiterhin angegeben ist ein System umfassend einen Extruder, der einen Einlass zum Aufnehmen eines Vorproduktes eines geschäumten polymeren Materials aufweist und so konstruiert und angeordnet ist, dass er ein flüssiges polymeres Material aus dem Vorprodukt erzeugt, einen ersten Auslass, der so angeordnet ist, dass er flüssiges polymeres Material von dem Extruder liefert, einen Treibmitteleinlass stromabwärts des ersten Auslasses, der mit einer Quelle eines physikalischen Treibmittels verbindbar ist, einen Mischungsbereich stromabwärts des Treibmitteleinlasses, der so konstruiert und angeordnet ist, dass er eine Mischung des flüssigen polymeren Vorproduktes und des Treibmittels herstellt und einen zweiten Auslass stromabwärts des Mischbereichs, der so angeordnet ist, dass er die Mischung des flüssigen polymeren Vorproduktes und des Treibmittels liefert und einen Speicher, der einen ersten Einlass aufweist, der in Flüssigkeitsverbindung mit dem ersten Auslass des Extruders steht und einen zweiten Einlass, der in Flüssigkeitsverbindung mit dem zweiten Auslass des Extruders steht.
Weiterhin vorgesehen ist ein System zur Herstellung spritzgegossenen mikrozellulären Materials umfassend einen Extruder, der einen Auslass an seinem Auslassende aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine nicht mit Kernen versehene, homogene, flüssige Einphasenlösung eines polymeren Materials und eines Treibmittels auszulassen und eine Gusskammer, die einen Einlass in flüssiger Verbindung mit dem Auslass des Extruders aufweist. Das System ist konstruiert und angeordnet, um die Einphasenlösung von dem Extruderauslass zu dem Gusskammereinlass zu liefern und während des Füllens der Gusskammer die Einphasenlösung mit Kernen zu versehen und innerhalb der Kammer ein mit Kernen versehenes mikrozelluläres Polymermaterialvorprodukt auszubilden.
Weiterhin vorgesehen ist ein Extrusionssystem umfassend einen Zylinder, der einen Einlass hat, der dazu ausgebildet ist, ein Vorprodukt extrudierten Materials aufzunehmen, einen Auslass, der dazu ausgebildet ist, eine flüssige Mischung eines nicht mit Kernen versehenen Treibmittels und dem Vorprodukt auszulassen, eine Öffnung, die mit einer Quelle des Treibmittels verbindbar ist und eine Schnecke, die innerhalb des Zylinders so angeordnet ist, dass sie eine Hin- und Herbewegung ausführen kann.
Weiterhin vorgesehen ist ein System zum Herstellen spritzgegossenen mikrozellulären Materials umfassend einen Extruder, der an seinem Auslassende einen Auslass hat, der dazu ausgebildet ist, ein Vorprodukt eines mikrozellulären Polymermaterials und eines Treibmittels auszulassen und eine Gusskammer, die einen Einlass in Flüssigkeitsverbindung mit dem Auslass des Extruders aufweist. Das System ist konstruiert und angeordnet, um zyklisch das Vorprodukt des mikrozellulären Polymermaterials und des Treibmittels in die Gusskammer einzuspritzen.
Die Erfindung gibt weiterhin ein Extrusionssystem an, umfassend einen Zylinder, der einen Einlass aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Vorprodukt eines extrudierten Materials aufzunehmen und einen Auslass, der dazu ausgebildet ist, eine flüssige Mischung eines nicht mit Kernen versehenen Treibmittels und des Vorproduktes auszulassen und eine Öffnung, die mit einer Quelle des Treibmittels verbunden ist. Eine Schnecke ist zur Hin- und Herbewegung innerhalb des Zylinders angeordnet.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren bereit, das das Einspritzen eines Treibmittels in einen Extruderzylinder einer Polymerextrusionsvorrichtung umfasst, während sich eine Extrusionsschnecke axial innerhalb des Zylinders bewegt. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Einspritzen eines Treibmittels von einer Extrusionsschnecke aus in einen Zylinder einer Polymerextrusionsvorrichtung. Diese Einspritztechnik kann verwendet werden mit jedem einer großen Vielzahl von mikrozellulären und konventionellen Techniken. In einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung eine Extrusionsschnecke, die konstruiert und angeordnet ist zur Drehung innerhalb eines Zylinders einer Polymerextrusionsvorrichtung, die innerhalb der Schnecke ein Lumen umfasst, das mit einer Öffnung in einer Oberfläche der Schnecke kommuniziert. Das Lumen kann dazu verwendet werden, ein Treibmittel in den Extruderzylinder einzublasen.
In einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein System zum Herstellen von Spritzgießartikeln bereit. Das System umfasst einen Extruder, eine Gusskammer, einen Ansaugkanal, der die Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Extruder und der Gusskammer herstellt und eine Temperaturkontrollvorrichtung in thermischer Verbindung mit dem Ansaugkanal. Unter einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung das Ausbilden einer flüssigen Mischung des Treibmittels und des Spritzgußmaterialvorproduktes in einem Extruder, Leiten der Mischung durch einen Ansaugkanal in eine Gusskammer, Aushärten der Menge der flüssigen Mischung in der Kammer, während eine Menge der Mischung in dem Ansaugkanal in einem flüssigen Zustand gehalten wird, und Spritzen zusätzlicher flüssiger Mischung in den Ansaugkanal, wobei die Menge der flüssigen Mischung und der Ansaugkanal in die Kammer gedrückt werden.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren bereit umfassend die Entnahme einer Menge eines flüssigen Polymerartikelvorproduktes aus einem Extruderzylinder, Mischen der Menge des flüssigen Vorproduktes mit einem Treibmittel, um eine Mischung auszubilden und Rückeinführen der Mischung in den Zylinder.
Die Erfindung stellt weiterhin ein System bereit umfassend einen Extruder mit einem Extruderzylinder, eine Gusskammer, und eine Mischkammer in flüssiger Verbindung mit einer ersten, stromaufwärts liegenden Öffnung in dem Zylinder, einer zweiten, stromabwärts liegenden Öffnung in dem Zylinder und einer Quelle eines Treibmittels.
Unter einem anderen Aspekt stellt die Erfindung einen geformten geschäumten Artikel bereit, der eine Form aufweist, die im Wesentlichen identisch zu der einer Gusskammer ist, umfassend zumindest einen Bereich, der eine Querschnittsabmessung von nicht mehr als ungefähr 0,125 Inch aufweist.
Ein weiterer Aspekt umfasst einen dreidimensionalen, mikrozellularen polymeren Artikel, der drei sich schneidende Hauptachsen, die mit den drei Dimensionen korrespondieren, aufweist, wobei eine der Dimensionen mit einer ersten Achse verbunden ist, die als Funktion der Position entlang einer zweiten, dazu senkrechten Achse variiert und der Artikel zumindest einen Abschnitt einer Querschnittsabmessung von nicht mehr als 0,125 Inch aufweist.
Unter einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein spritzgegossenes Teil bereit, das ein Längen-zu-Dickeverhältnis von zumindest ungefähr 50:1 aufweist, wobei das Polymer einen Schmelzindex von weniger als ungefähr 10 aufweist.
Unter einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein spritzgegossenes Polymerteil bereit, das ein Längen-zu-Dickenverhältnis von zumindest ungefähr 120:1 aufweist, wobei das Polymer eine Schmelzflussrate (melt flow rate) von weniger als ungefähr 40 aufweist.
Unter einem anderen Aspekt stellt die Erfindung einen spritzgegossenen Polymerschaum bereit, der ein Leervolumen von zumindest ungefähr 5% aufweist und eine Oberfläche aufweist, die frei von rauen Oberflächen und Wirbeln ist, die für das unbewaffnete menschliche Auge sichtbar sind.
Unter einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung einen Artikel bereit, der eine Dicke von weniger als ungefähr 0,125 Inch bei einem Leervolumen von mindestens ungefähr 20% aufweist. Ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Artikels ist auch angegeben, das umfassen kann, dem polymeren Material eine überkritische Flüssigkeit zuzumischen in einer Form, umfassend einen Bereich, der innere Abmessungen von weniger als ungefähr 0,125 Inch aufweist und Aushärten lassen des polymeren Materials in der Form, wobei die Einführungs- und Aushärtungsschritte innerhalb eines Zeitabschnitts von weniger als 10 Sekunden stattfinden.
Andere Vorteile, neue Merkmale und Aufgaben der Erfindung werden klar werden durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung der Erfindung, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird, die schematisch und nicht maßstabsgerecht gezeichnet sind. In den Figuren wird jede identische oder nahezu identische Komponente, die in unterschiedlichen Figuren gezeigt ist, durch ein einziges Bezugszeichen repräsentiert. Aus Gründen der Klarheit ist weder jede Komponente in jeder Figur beschriftet noch ist jede Komponente in jedem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, wenn deren Darstellung nicht dazu notwendig ist, dem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung zu verstehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Figuren:
1 zeigt ein mikrozellulares Spritzguß- oder Intrusionsgußsystem der vorliegenden Erfindung, umfassend ein Extrudersystem, das einen Kernbildungsdurchgang aufweist, der eine Öffnung einer Gusskammer definiert;
2 zeigt ein mikrozelluläres Spritzgusssystem der Erfindung umfassend einen Speicher;
3 zeigt eine Ausführungsform einer Gusskammer der Spritzgusssysteme der Erfindung umfassend eine bewegliche Wand;
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Gusskammer, wobei die Gusskammer eine mit Gasdruck beaufschlagte Gussform ist;
5 zeigt einen Zustand der Bedienung eines Systems zum Speichern und Spritzgießen eines mikrozellulären Materials, um einen Artikel auszubilden, der eine feste Wand und ein mikrozelluläres Innenteil (Treibmittel reiche und Treibmittel arme Bereiche) aufweist, in dem ein Speicher vor dem Einspritzen gefüllt ist;
6 zeigt das System der 5 in einem Betriebszustand unmittelbar nach dem Einspritzen;
7 zeigt das System der 5 in einem Betriebszustand nach einem Einspritzzyklus während des Füllens des Speichers;
8 zeigt ein mikrozelluläres Spritzgusssystem zum Ausbilden Treibmittel reicher und Treibmittel armer Bereiche geschmolzenen Polymers, umfassend eine Schmelzpumpe, einen Gaseinspritzbereich und einen Mischer;
9 zeigt eine schraubenförmige Schnecke zur Verwendung in Spritzgusssystemen oder anderen Extrusionssystemen, umfassend ein Lumen, das durch einen Schneckengang hindurchgeht und in flüssiger Verbindung mit einer Quelle des Schäumungsmittels steht zur Verteilung eines Schäumungsmittels in einem Zylinder eines Extruders;
10 ist eine Fotokopie einer Mikrofotografie eines spritzgegossenen Artikels, der unter Verwendung der Systeme und Verfahren der vorliegenden Erfindung geformt wurde;
11 ist eine Fotokopie einer Mikrofotografie eines mikrozellulären spritzgegossenen Artikels der Erfindung;
12 ist eine Fotokopie einer Mikrofotografie eines anderen mikrozellulären Spritzgussteils der Erfindung;
13 ist eine Fotokopie einer Mikrofotografie eines anderen mikrozellulären Spritzgussartikels der Erfindung;
14 ist eine Fotokopie einer Mikrofotografie eines anderen mikrozellulären Spritzgussartikels der Erfindung;
15 ist eine Fotokopie eines anderen mikrozellulären Spritzgussteils der Erfindung;
16 ist eine Fotokopie einer Mikrofotografie einer Oberfläche eines vergleichbaren, dem Stand der Technik gebildeten, festen, nicht aufgeschäumten Spritzgussartikels;
17 ist eine Fotokopie einer Mikrofotografie einer Oberfläche eines mikrozellulären Spritzgussartikels der Erfindung, die eine weiche Oberfläche frei von Rauhigkeiten und Wirbeln, die sichtbar für das unbewaffnete menschliche Auge sind, aufweist; und
18 ist eine Fotokopie einer Mikrofotografie einer Oberfläche eines spritzgussgeschäumten Polymerartikels, der Wirbel aufweist, die für das unbewaffnete menschliche Auge sichtbar sind.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung der Anmelderin mit der Serien-Nr. 08/777,709 mit dem Titel "Verfahren und Vorrichtung zur mikrozellulären Polymerextrusion", die am 20. Dezember 1996 eingereicht wurde und die gleichzeitig anhängige internationale Patentanmeldung der Anmelderin mit der Serien- Nr. PCT/US/97/15088, die am 26. August 1997 eingereicht wurde, werden hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
Die unterschiedlichen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung werden besser verstanden werden durch die folgenden Definitionen. So wie sie hierin verwendet wird, definiert "Kernbildung" („nucleation") ein Verfahren, durch das sich eine homogene Einphasenlösung polymeren Materials, in dem Moleküle einer Art, die unter Atmosphärenbedingungen ein Gas sind, gelöst sind, einer Formation von Klumpen von Molekülen dieser Art unterzieht, die "Orte der Kernbildung" („nucleation sites") bilden, von denen aus Zellen wachsen werden. "Kernbildung" meint daher eine Veränderung von einer homogenen Einphasenmischung zu einer Mischung, in dem Orte einer Anhäufung von zumindest einigen Molekülen des Treibmittels ausgebildet werden. Kernbildung definiert den Übergangsstatus, wenn in Lösung mit einer Polymerschmelze stehendes Gas außer Lösung kommt, um eine Suspension aus Blasen innerhalb der Polymerschmelze zu bilden. Im Allgemeinen wird dieser Übergangsstatus durch eine Änderung der Löslichkeit der Polymerschmelze erzwungen, von einem Status einer ausreichenden Löslichkeit, in dem eine bestimmte Menge von Gas in Lösung gehalten wird, zu einem Status einer nicht ausreichender Löslichkeit, um die gleiche Menge von Gas in Lösung zu halten. "Kernbildung" kann erzeugt werden durch Aussetzen der homogenen, Einphasenlösung einer schnellen thermodynamischen Instabilität, wie beispielsweise einem schnellen Temperaturwechsel, einem schnellen Druckabfall oder beidem. Ein schneller Druckabfall kann durch die Verwendung eines Kernbildungsdurchgangs, der weiter unten definiert ist, erzeugt werden. Eine schnelle Temperaturänderung kann erzeugt werden durch die Verwendung eines geheizten Bereiches eines Extruders, eines heißen Glyzerinbads oder ähnlichem. Ein "Kernbildungsmittel" („nucleation agent") ist ein dispergiertes Mittel, wie beispielsweise Talkum oder andere Füllpartikel, die einem Polymer hinzugefügt sind und die dazu fähig sind, die Ausbildung von Orten der Kernbildung in einer einphasigen, homogenen Mischung zu fördern. Daher definieren "Kernbildungsorte" nicht Orte innerhalb eines Polymers, an denen sich Kernbildungsmittel befinden. "Mit Kernbildung versehen" („nucleated") bezieht sich auf einen Status eines flüssigen Polymermaterials, das in einer einphasigen, homogenen Lösung eine gelöste Art umfasst, die unter atmosphärischen Bedingungen ein Gas ist, ohne Kernbildungsorte. Ein "nicht mit Kernen versehenes" („nonnucleated") Material kann Kernbildungsmittel, so wie Talkum umfassen. Eine "polymeres Material/Treibmittelmischung" kann eine einphasige, nicht mit Kernen versehene Lösung von zumindest den beiden, eine mit Kernen versehene Lösung von zumindest den beiden oder eine Mischung, in der Treibmittelzellen gewachsen sind, sein. "Im Wesentlichen geschlossenzelliges" mikrozelluläres Material soll Material definieren, das bei einer Dicke von ungefähr 100 Mikron, keinen verbundenen Zellendurchgang durch das Material aufweist. "Kernbildungsdurchgang" („nucleation pathway") soll einen Durchgang definieren, der einen Teil einer mikrozellulären Polymerschaumextrusionsvorrichtung definiert und in dem unter Bedingungen, in denen die Vorrichtung zum Betrieb ausgebildet ist (typischerweise bei Drücken von ungefähr 1500 bis ungefähr 30.000 psi stromaufwärts des Kernbildners und bei Durchflussraten von größer als 10 Pfund polymeren Materials pro Stunde) fällt der Druck einer Einphasenlösung eines polymeren Materials, dem ein Treibmittel zugemischt ist, in dem System unter den Sättigungsdruck für die jeweilige Treibmittelkonzentration in einem Verhältnis oder Verhältnissen, die schnelle Kernbildung vereinfachen. Ein Kernbildungsdurchgang definiert, optional zusammen mit anderen Kernbildungsdurchgängen, eine Kernbildung oder Kernbildungsregion einer Vorrichtung der Erfindung. "Verstärkungsmittel" wie hierin verwendet, bezieht sich auf zusätzliches, im Wesentlichen festes Material, das konstruiert und angeordnet ist, um dem Material dimensionale Stabilität hinzuzufügen oder Stärke oder Härte. Solche Mittel sind typifiziert durch Fasermaterialien, wie sie in den US-Patenten mit den Nummern 4,643,940 und 4,426,470 beschrieben sind. "Verstärkungsmittel" umfasst nicht, per Definition, notwendigerweise Füllmittel oder andere Zusätze, die nicht dazu konstruiert und angeordnet sind, dimensionale Stabilität hinzuzufügen. Fachleute auf dem Gebiet können ein Additiv testen um herauszufinden, ob es ein Verstärkungsmittel in Verbindung mit einem speziellen Material ist.
Die vorliegende Erfindung stellt Systeme und Verfahren für Intrusions- und Spritzgießen polymeren Materials bereit, umfassend mikrozelluläres polymeres Material und Systeme und Verfahren, die nützlich sind im Intrusions- und Spritzguss und auch nützlich in Verbindung mit anderen Techniken sind. Zum Beispiel, obwohl Spritzguss und Intrusionsguss vorrangig beschrieben sind, kann die Erfindung durch Fachleute einfach zur Verwendung in anderen Gießtechniken modifiziert werden, wie beispielsweise, ohne Einschränkung, Tiefdruckgießen, Co-Spritzguss, laminarer Guss, Einspritzkompression und ähnliches. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist mikrozelluläres Material als geschäumtes Material definiert, das Zellen einer Größe von weniger als ungefähr 100 Mikron im Durchmesser aufweist oder Material einer Zellendichte von im Allgemeinen größer als zumindest ungefähr 10⁶ Zellen pro Kubikzentimeter oder bevorzugt beides. Der Bruchteil des Leerraums mikrozellulären Materials variiert im Allgemeinen zwischen 5% und 98%. Supermikrozelluläres Material wird für Zwecke der Erfindung durch Zellgrößen kleiner als 1 Mikrometer und Zelldichten größer als 10¹² Zellen pro Kubikzentimeter definiert.
In bevorzugten Ausführungsbeispielen wird mikrozelluläres Material der Erfindung produziert, das eine durchschnittliche Zellgröße von weniger als ungefähr 50 Mikron aufweist. In einigen Ausführungsformen ist eine besonders kleine Zellengröße gewünscht und in diesen Ausführungsformen hat das Material der Erfindung eine durchschnittliche Zellgröße von weniger als ungefähr 20 Mikron, bevorzugter weniger als ungefähr 10 Mikron und noch bevorzugter noch weniger als ungefähr 5 Mikron. Das mikrozelluläre Material hat bevorzugt eine maximale Zellgröße von ungefähr 100 Mikron. In Ausführungsformen, in denen eine besonders kleine Zellgröße erwünscht ist, kann das Material eine maximale Zellgröße von ungefähr 50 Mikron aufweisen, bevorzugter ungefähr 25 Mikron, noch bevorzugter ungefähr 15 Mikron, noch bevorzugter ungefähr 8 Mikron und noch bevorzugter ungefähr 5 Mikron.
Eine Gruppe von Ausführungsbeispielen umfasst alle Kombinationen dieser beschriebenen Durchschnittszellengrößen und maximaler Zellgrößen. Zum Beispiel umfasst ein Ausführungsbeispiel in dieser Gruppe von Ausführungsbeispielen mikrozelluläres Material, das eine durchschnittliche Zellgröße von weniger als ungefähr 30 Mikron mit einer maximalen Zellgröße von ungefähr 50 Mikron aufweist und als ein anderes Beispiel eine durchschnittliche Zellgröße von weniger als ungefähr 30 Mikron mit einer maximalen Zellgröße von ungefähr 35 Mikron aufweist, etc. Daher kann mikrozelluläres Material, das für eine Vielzahl von Zwecken ausgebildet ist, produziert werden, das eine besondere Kombination von Durchschnittszellgröße und einer maximalen Zellgröße aufweist, die für diesen Zweck vorteilhaft ist. Die Kontrolle der Zellgröße ist detaillierter weiter unten beschrieben.
In einem Ausführungsbeispiel wird im Wesentlichen geschlossenzelliges mikrozelluläres Material in Übereinstimmung mit den Techniken der vorliegenden Erfindung produziert. So wie es hierin verwendet wird, meint "im Wesentlichen geschlossenzellig" ein Material zu definieren, das bei einer Dicke von ungefähr 100 Mikron keinen verbundenen Zellendurchgang durch das Material aufweist.
Bezug nehmend nun auf 1 ist ein Gusssystem 30 schematisch gezeigt, das dazu verwendet werden kann, Gießen entsprechend einer Vielzahl von Ausführungsbeispielen der Erfindung durchzuführen. Das System 30 der 1 umfasst ein Zylinder 32, der ein erstes, stromaufwärts gelegenes Ende 34 und ein zweites, stromabwärts gelegenes Ende 36 umfasst, das mit einer Gusskammer 37 verbunden ist. Drehbar innerhalb des Zylinders 32 angeordnet ist eine Schnecke 38, die an ihrem Stromaufwärtsende mit einem Antriebsmotor 40 antreibbar verbunden ist. Obwohl dies nicht detailliert gezeigt ist, umfasst die Schnecke 38 Zuführ-, Übergangs-, Gaseinspritz-, Misch- und Messabschnitte.
Zusätzlich sind entlang des Zylinders 32 Temperaturkontrolleinheiten 42 angeordnet. Die Kontrolleinheiten 42 können elektrische Heizer sein, können Durchgänge für Temperaturkontrollflüssigkeiten umfassen oder ähnliches. Die Einheiten 42 können dazu verwendet werden, einen Strom von pelletiertem oder flüssigem Polymermaterial innerhalb des Zylinders zu heizen, um das Schmelzen zu vereinfachen und/oder um den Strom zu kühlen, um die Viskosität zu kontrollieren und, in einigen Fällen, die Treibmittellösbarkeit. Die Temperaturkontrolleinheiten können an unterschiedlichen Orten entlang des Zylinders unterschiedlich betrieben werden, also, um einen oder mehrere Orte zu heizen oder an einem oder mehreren unterschiedlichen Orten zu kühlen. Jegliche Anzahl von Temperaturkontrolleinheiten kann vorgesehen sein.
Das Zylinder 32 ist konstruiert und angeordnet, um ein Vorprodukt des polymeren Materials aufzunehmen. So wie es hier verwendet wird, sollen mit "Vorprodukt des polymeren Materials" („precursor of polymeric material") alle Materialien umfasst sein, die flüssig sind oder eine Flüssigkeit ausbilden können und die darauf folgend aushärten können, um einen mikrozellulären Polymerartikel auszubilden. Typischerweise ist das Vorprodukt definiert durch thermoplastische Polymerpellets, kann aber auch andere Arten umfassen. Zum Beispiel kann das Vorprodukt in einer Ausführungsform durch Arten definiert sein, die miteinander reagieren, um mikrozelluläres polymeres Material, wie beschrieben, unter einer Vielzahl von Bedingungen zu bilden. Die Erfindung soll eine Produktion von mikrozellulärem Material aus jeder Kombination von Arten umfassen, die zusammen reagieren können, um ein Polymer zu formen, typischerweise Monomere oder niedrig molekulargewichtige polymere Vorprodukte, die vermischt und aufgeschäumt werden, wenn die Reaktion stattfindet. Im Allgemeinen umfassen die Arten, die von der Erfindung umfasst sind, duroplastische Polymere, bei denen ein signifikanter Anstieg des Molekulargewichts des Polymers während der Reaktion auftritt und während des Schäumens aufgrund der Kreuzverbindung von polymeren Komponenten. Zum Beispiel Polyamide des Kondensations- und Additionstypus, umfassend aliphatische und aromatische Polyamide wie Polyhexamethylenadipamide, Poly(ecaprolactam), Polyene, wie cykloaromatische Polymere umfassend Polydicyclopentadien, Acrylpolymere wie Polyacrylamid, Polyacrylamat, Acrylesterpolymere wie 2-Cyanoacrylische Esterpolymere, Acrylonitrilpolymere und Kombinationen.
Bevorzugt wird ein thermoplastisches Polymer oder eine Kombination von thermoplastischen Polymeren ausgesucht aus amorphen, semikristallinen und kristallinen Materialien umfassend Polyaromaten wie Styrenpolymer umfassend Polystyrol, Polyolefine, wie Polyethylen und Polypropylen, Fluoropolymere, kreuzvernetzbare Polyolefine, Polyamide, Polyaromaten wie Polystyrole und Polyvinylchlorid. Thermoplastische Elastomere können ebenfalls verwendet werden, besonders metallocenkatalysierte Polyethylene.
Typischerweise verwendet das Einbringen des vorpolymeren Vorproduktes einen Standardtrichter 44 zur Aufnahme pelletierten polymeren Materials zum Einführen in den Extruderzylinder durch die Öffnung 46, obwohl ein Vorprodukt ein flüssiges Prepolymermaterial sein kann; das durch eine Öffnung eingespritzt und in dem Zylinder durch, zum Beispiel, zusätzliche Polymerationsmittel, polymerisiert wird. In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung ist es nur wichtig, dass ein Flüssigkeitsstrom von polymerem Material in das System eingebracht wird.
Unmittelbar stromabwärts des Stromabwärtsendes 48 der Schnecke 38 in 1 ist ein Bereich 50, der ein Temperatureinstellungs- und Kontrollbereich, zusätzlicher Mischbereich, zusätzlicher Pumpbereich oder ähnliches sein kann. Zum Beispiel kann der Bereich 50 Temperaturkontrolleinheiten zur Einstellung der Temperatur eines flüssigen Polymerstroms vor der Kernbildung umfassen, wie weiter unten beschrieben. Der Bereich 50 kann stattdessen, oder zusätzlich, zusätzliche Standardmischeinheiten (nicht gezeigt) umfassen oder eine Flusskontrolleinheit, wie eine Getriebepumpe (nicht gezeigt). In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Bereich 50 durch eine zweite Schnecke in Tandemanordnung ersetzt werden, die einen Kühlbereich aufweisen kann. In einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Schnecke 38 eine hin- und hergehende Schnecke in einem Spritzgusssystem ist, wie es vollständiger unten beschrieben ist, kann der Bereich 50 eine Speicherregion definieren, in der eine einphasige, keine Kernbildung aufweisende Lösung des Polymermaterials und eines Treibmittels vor dem Einspritzen in die Gussform 37 gespeichert wird.
Mikrozelluläre Materialherstellung entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet bevorzugt physikalische Treibmittel, also ein Mittel, das ein Gas unter Atmosphärenbedingungen (vollständiger weiter unten beschrieben) ist. Chemische Treibmittel können jedoch verwendet werden und mit polymeren Pellets, die in den Trichter 44 eingebracht werden, formuliert sein. Verwendbare chemische Treibmittel umfassen diese typischerweise relativ niedrigmolekulargewichtigen organischen Verbindungen, die bei einer kritischen Temperatur oder einer anderen Bedingung, die bei der Extrusion erzielbar ist, zerfallen und ein Gas oder Gase, wie Stickstoff, Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid freisetzen. Beispiele umfassen Azo-Verbindungen, wie Azodicarbonamid.
Wie erwähnt, wird in den bevorzugten Ausführungsbeispielen ein physikalisches Treibmittel verwendet. Ein Vorteil von Ausführungsbeispielen, in denen ein physikalisches Treibmittel verwendet wird und nicht ein chemisches Treibmittel, ist, dass die Recyclierbarkeit des Produktes maximiert wird. Die Verwendung von chemischen Treibmitteln vermindert typischerweise die Attraktivität eines Polymers für das Recycling, da übrig bleibendes chemisches Treibmittel und Treibmittelbeiprodukte zu einem nicht einheitlichen recyclierbaren Materialpool beitragen. Da Schäume, die mit einem chemischen Treibmittel aufgeblasen wurden, inherent sowohl einen Rückstand nicht reagierten chemischen Treibmittels aufweisen, nachdem ein endgültiges Schaumprodukt produziert wurde, als auch chemische Beiprodukte der Reaktion, die ein Treibmittel ausbilden, umfasst Material der vorliegenden Erfindung in dieser Gruppe von Ausführungsbeispielen verbleibendes chemisches Treibmittel oder Reaktionsbeiprodukte des chemischen Treibmittels in einem Anteil von weniger als das inhärent in Artikeln, die mit 0,1% pro Gewicht chemischen Treibmittels oder mehr aufgeblasen wurden, bevorzugt in einem Anteil von weniger als das inhärent in Artikeln gefundene, die mit 0,05% pro Gewicht chemischen Treibmittels oder mehr aufgeblasen wurden. In besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen ist das Material dadurch gekennzeichnet, dass es im Wesentlichen frei von übrig bleibenden chemischen Treibmitteln oder frei von Reaktionsbeiprodukten des chemischen Treibmittels ist. Sie umfassen daher weniger übrig bleibendes chemisches Treibmittel oder Beiprodukt, das inhärent in Artikeln gefunden wird, das mit irgendeinem chemischen Treibmittel aufgeblasen wurde. In diesem Ausführungsbeispiel steht entlang des Zylinders 32 des Systems 30 zumindest ein Anschluss 54 in Flüssigkeitsverbindung mit einer Quelle 56 eines physikalischen Treibmittels. Jedes einer großen Vielzahl von physikalischen Treibmitteln, die dem Fachmann bekannt sind, wie Kohlenwasserstoffe, Fluorchlorkohlenstoffe, Stickstoff, Kohlendioxid und ähnliche können in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden oder deren Mischungen und, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, stellt die Quelle 56 Kohlendioxid als Treibmittel bereit. Überkritische Flüssigtreibmittel sind besonders bevorzugt, insbesondere überkritisches Kohlendioxid. In einem Ausführungsbeispiel wird lediglich überkritisches Kohlendioxid als Treibmittel verwendet. Überkritisches Kohlendioxid kann in den Extruder eingebracht und dazu gebracht werden, schnell eine Einphasenlösung des polymeren Materials zu bilden, entweder durch Einspritzen des Kohlendioxids als überkritische Flüssigkeit oder Einspritzen von Kohlendioxid als Gas oder Flüssigkeit und durch die Bedingungen innerhalb des Extruders das Kohlendioxid überkritisch werden zu lassen. Einspritzung von Kohlendioxid in den Extruder in einem überkritischen Zustand ist bevorzugt. Die Einphasenlösung des überkritischen Kohlendioxids und polymeren Materials, die auf diese Weise geformt ist, hat eine sehr geringe Viskosität, die bevorzugt niedrigen Temperaturguss erlaubt, sowie ein schnelles Füllen von Gussformen, die geringe Toleranzen aufweisen, um sehr dünne gegossene Teile zu bilden, wie es detaillierter weiter unten diskutiert wird.
Ein Druck- und Messgerät 58 ist typischerweise zwischen der Treibmittelquelle 56 und dem zumindest einen Anschluss 54 vorgesehen. Das Gerät 58 kann dazu verwendet werden, das Treibmittel zu messen, um den Anteil des Treibmittels in dem Polymerstrom innerhalb des Extruders zu messen, um das Treibmittel auf einem Niveau zu halten, gemäß einer Gruppe von Ausführungsbeispielen, zwischen ungefähr 1% und 25% des Gewichts, bevorzugt zwischen 6% und 20% des Gewichts, bevorzugter zwischen ungefähr 8% und 15% des Gewichts, noch bevorzugter zwischen ungefähr 10% und 12% des Gewichts, basierend auf dem Gewicht des Polymerstroms und Treibmittels. Das jeweilig verwendete Treibmittel (Kohlendioxid, Stickstoff, etc.) und der Anteil von verwendetem Treibmittel hängt häufig von dem Polymer, der Dichteverminderung, der Zellgröße und gewünschten physikalischen Eigenschaften ab.
Das Druck- und Messgerät kann mit einer Steuerung (nicht gezeigt) verbunden werden, die weiterhin mit dem Antriebsmotor 40 verbunden ist, um das Messen des Treibmittels in Relation zum Fluss polymeren Materials zu messen, um sehr genau die Gewichtsprozente des Treibmittels in der flüssigen Polymermischung kontrollieren zu können.
Obwohl die Öffnung 54 an einer Vielzahl von Orten entlang des Zylinders angeordnet sein kann, ist sie, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, nur stromaufwärts eines Mischbereichs 60 der Schnecke und an einem Ort 62 der Schnecke, an dem die Schnecke ungebrochene Schneckengänge aufweist, angeordnet.
Ein überkritisches Flüssigtreibmittel stellt ebenso den Vorteil bereit, dass es eine schnelle, enge Mischung von ungleichen Polymermaterialien erleichtert und dadurch eine Methode zum Mischen und Gießen ungleicher Polymermaterialien bereitstellt, ohne ein Delaminieren nach dem Gießen. Ungleiche Materialien umfassen, zum Beispiel, Polystyrol und Polypropylen oder Polystyrol und Polyethylen. Diese ungleichen Materialien haben typischerweise signifikant unterschiedliche Viskositäten, Polaritäten oder chemische Funktionalitäten, die, bei den meisten Systemen, die Ausbildung einer gut gemischten, homogenen Verbindung ausschließen, die zum Delaminieren oder anderen physikalischen Eigenschaftsverminderungen oder physikalischen Eigenschaftsverschlechterungen führen. Vorzugsweise sind in diesem Ausführungsbeispiel zumindest zwei unähnliche Komponenten vorgesehen, jeweils in einem Betrag von zumindest ungefähr 1% des Gewichts, bevorzugt zumindest ungefähr 5%, bevorzugter zumindest ungefähr 10% und noch bevorzugter zumindest ungefähr 20%.
Typische Techniken in dem Stand der Technik zum Ausbilden von Kombinationen unähnlichen polymeren Materials umfassen Extrudieren und Pelletieren unähnlichen polymeren Materialien, die dann als Pellets in den Trichter 44 eines Systems, wie dem der 1, geliefert werden. Die Verwendung eines überkritischen flüssigen Treibmittels eliminiert in Übereinstimmung mit diesem Aspekt der Erfindung die Notwendigkeit zur Verwendung vorgemischter Pellets oder eine Mischungsausrüstung. Unter diesem Aspekt kann eine Mischung von unterschiedlichen Polymerpellets, zum Beispiel eine Mischung aus Polystyrolpellets und Polypropylenpellets in dem Trichter 44 vorgesehen, geschmolzen, eng vermischt mit einem überkritischen flüssigen Treibmittel und extrudiert als eine gut gemischte, homogene Mischung werden. Unter diesem Aspekt der Erfindung kann eine Einphasenlösung des Treibmittels und eines polymeren Multikomponentenmaterials, das ungleiche Materialien umfasst, bei Durchflussraten und innerhalb von Zeitabschnitten, die weiter unten spezifiziert sind, ausgebildet werden. Dieser Aspekt der Erfindung kann dazu verwendet werden, polymere Artikel zu produzieren, die aus zumindest zwei unähnlichen polymeren Materialien zusammengesetzt sind, die durch Extrusion einer Delamination widerstehen, wobei sie wie hierin beschrieben geformt werden, oder mit anderen Techniken.
Die beschriebene Anordnung erleichtert ein Verfahren, das gemäß einiger Ausführungsformen der Erfindung durchgeführt wird, in Verbindung mit Spritzguss oder Intrusionsguss. Das Verfahren umfasst das Einbringen in ein flüssiges polymeres Material, das mit einer Rate von ungefähr 0,4 bis ungefähr 1,4 Pfund/Stunde fließt, ein Treibmittel, das ein Gas unter Umgebungsbedingungen ist und in einem Zeitabschnitt von weniger als einer Minute das Ausbilden einer Einphasenlösung des Treibmittelfluids in dem Polymer. Das Treibmittelfluid ist in der Lösung vorhanden in einer Menge von zumindest ungefähr 2,5 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht der Lösung in der Anordnung. In einigen Ausführungsbeispielen ist die Durchflussrate des flüssigen polymeren Materials ungefähr 6 bis 12 Pfund/Stunde. In diesen Anordnungen wird das Treibmittelfluid hinzugefügt und eine Einphasenlösung wird innerhalb einer Minute ausgebildet, wobei Treibmittel in der Lösung vorgesehen ist in einer Menge von zumindest ungefähr 3 Gew.-%, bevorzugter ungefähr 5 Gew.-%, bevorzugter ungefähr zumindest 7 % und noch bevorzugter zumindest ungefähr 10 % (obwohl, wie genannt, in einer anderen bevorzugten Gruppe von Ausführungsbeispielen niedrigere Niveaus des Treibmittels verwendet werden). In diesen Anordnungen werden zumindest ungefähr 2,4 Pfund/Stunde Treibmittel, bevorzugt CO₂, in den Flüssigkeitsstrom eingebracht und dazu zugemischt, um eine Einphasenlösung auszubilden: Die Einbringungsrate des Treibmittels wird an die Flussrate des Polymers angepasst, um die optimale Treibmittelkonzentration zu erreichen.
Stromabwärts des Bereiches 50 ist ein Kernbildner 66 konstruiert, um einen Druckverlustkernbildungsdurchgang 67 zu umfassen. So wie es hierin verwendet wird, soll "Kernbildungsdurchgang" in diesem Zusammenhang einen schnellen Druckverlust in einem Durchgang definieren, der einen Teil eines mikrozellulären Polymerschaumextrusionsgerätes ausbildet, und in dem, unter Bedingungen, für die das Gerät im Betrieb ausgelegt ist (typischerweise bei Drücken von ungefähr 1500 bis ungefähr 30.000 psi stromaufwärts des Kernbildners und bei Flussraten von größer als ungefähr 5 Pfund polymeres Material pro Stunde), der Druck einer Einphasenlösung des polymeren Materials, dem ein Treibmittel zugemischt ist, in dem System unterhalb den Sättigungsdruck für die besondere Treibmittelkonzentration fällt, in einer Rate oder Raten, die die Kernbildung erleichtern. Der Kernbildungsdurchgang 67 umfasst ein Einlassende 69 zur Aufnahme einer Einphasenlösung des polymeren Materialvorprodukts und Treibmittels als einen flüssigen Polymerstrom und ein mit Kernen versehenes Polymerauslassende 70 zum Liefern eines polymeren Materials mit Kernbildung an eine Gusskammer oder Gussform 37. Der Kernbildner 66 kann in einer Vielzahl von Orten stromabwärts des Bereichs 50 und stromaufwärts der Gussform 37 angeordnet sein. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Kernbildner 66 in direkter Flüssigkeitskommunikation mit der Form 37 angeordnet, so dass der Kernbildner eine Öffnung definiert, die den Exruder mit der Gusskammer verbindet und das mit Kernen versehene Polymerauslassende 70 eine Öffnung der Gusskammer 37 definiert. Gemäß einer Gruppe von Ausführungsbeispielen liegt die Erfindung darin, einen Kernbildner stromaufwärts einer Gussform anzuordnen. Obwohl dies nicht gezeichnet ist, umfasst ein anderes Ausführungsbeispiel des Kernbildners 66 einen Kernbildungsdurchgang 67, der dazu konstruiert und angeordnet ist, eine variable Querschnittsabmessung aufzuweisen, also, einen Durchgang, der in seinem Querschnitt angepasst werden kann. Ein Kernbildungsdurchgang mit einem variablen Querschnitt erlaubt es der Druckabfallrate in einem Strom eines flüssigen polymeren Materials, der dort hindurch geht, variiert zu werden, um eine gewünschte Kernbildungsdichte zu erreichen.
In einem Ausführungsbeispiel wird ein Kernbildungsdurchgang verwendet, der sich in seiner Querschnittsabmessung entlang seiner Länge ändert. Insbesondere kann ein Kernbildungsdurchgang, der in der Querschnittsabmessung in einer Stromabwärtsrichtung abnimmt, die Druckabfallrate signifikant erhöhen und es dadurch ermöglichen, dass mikrozelluläres Material einer sehr hohen Zelldichte gebildet werden kann bei Verwendung von relativ geringen Niveaus von Treibmittel. Diese und andere beispielhafte und bevorzugte Kernbildner werden in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 08/777,709 mit dem Titel "Verfahren und Gerät zur mikrozellulären Extrusion" und der internationalen Patentanmeldung mit der Serien-Nr. PCT/US97/15088 mit dem Titel "Verfahren und Gerät zur mikrozellulären Polymerextrusion", die beide oben genannt sind, von Anderson, et al. beschrieben.
Während der Durchgang 67 einen Kernbildungsdurchgang definiert, kann einige Kernbildung auch in der Form selbst stattfinden, wenn der Druck auf das polymere Material in einer sehr hohen Rate während des Auffüllens der Form abfällt.
Das System der 1 veranschaulicht eine generelle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der eine einphasige, keine Kerne aufweisende Lösung von polymerem Material und Treibmittel mit Kernen versehen wird durch einen schnellen Druckabfall, während sie durch die Drehbewegung der Schnecke 38 in die Gusskammer 37 getrieben wird. Diese Ausführungsform zeigt eine Intrusionsgießtechnik und in diesem Ausführungsbeispiel muss nur eine Treibmitteleinspritzöffnung 54 verwendet werden.
In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Schnecke 38 des Systems 30 eine hin- und hergehende Schnecke und das System definiert ein Spritzgusssystem. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Schnecke 38 zur Hin- und Herbewegung in dem Zylinder 32 angeordnet und umfasst eine Mehrzahl von Treibmitteleinlässen oder Injektionsöffnungen 54, 55, 57, 59 und 61, die axial entlang des Zylinders 32 angeordnet sind und jede mit dem Zylinder 32 in Flüssigkeitsverbindung stehen und an Druck- und Messgeräte 58 und eine Treibmittelquelle 56 angeschlossen sind. Jede der Einspritzöffnungen 54, 55, 57, 59 und 61 kann ein mechanisches Schließventil 154, 155, 157, 159 und 161 umfassen, das es erlaubt, den Fluss des Treibmittels in den Extruderzylinder 38 als eine Funktion der Axialposition der Hin- und Herschnecke 38 innerhalb des Zylinders zu kontrollieren. Im Betrieb wird, gemäß diesem Ausführungsbeispiel, eine Charge des flüssigen polymeren Materials und Treibmittels (die in einigen Ausführungsbeispielen eine einphasige, keine Kerne aufweisende Charge sein kann) in einem Bereich 50 stromabwärts des Stromabwärtsendes 48 der Schnecke 38 gespeichert. Die Schnecke 38 wird distal (stromabwärts) in den Zylinder 32 gezwängt, wodurch die Charge in dem Bereich 50 dazu gebracht wird, in die Form 37 eingespritzt zu werden. Ein mechanisches Abschlussventil 64, das nahe der Öffnung 70 der Gussform 37 angeordnet ist, kann dann geschlossen werden und die Gussform 37 kann geöffnet werden, um ein spritzgegossenes Teil auszulösen. Die Schnecke 38 dreht sich dann, während sie sich proximal (in Richtung des Stromaufwärtsendes 34 des Zylinders) zurückzieht und das Abschlussventil 161 geöffnet wird, während die Abschlussventile 155, 157, 154 und 159 alle geschlossen sind, wodurch ermöglicht wird, dass das Treibmittel in den Zylinder nur durch die am distalsten gelegene Öffnung 61 eingespritzt wird. Während das Zylinder während der Drehung zurückgezogen wird, wird das Abschlussventil 161 geschlossen, während das Abschlussventil 159 geöffnet wird, dann wird das Ventil 159 geschlossen, während das Ventil 154 geöffnet wird, etc. Die Abschlussventile, die die Einspritzung des Treibmittels von der Quelle 56 in den Zylinder 32 kontrollieren, sind daher so gesteuert, dass sich der Ort des Einspritzens des Treibmittels proximal bewegt (in einer Stromaufwärtsrichtung) entlang des Zylinders, während sich die Schnecke 38 proximal zurückzieht. Das Ergebnis ist das Einspritzen des Treibmittels in einer Position entlang der Schnecke 38, die im Wesentlichen konstant bleibt. Daher wird Treibmittel zum flüssigen polymeren Material hinzugefügt und mit dem polymeren Material bis zu einem Grad und für eine Zeitperiode gemischt, die konsistent ist unabhängig von der Position der Schnecke 38 innerhalb des Zylinders. Dazu kann mehr als eines der Abschlussventile 155, 157, etc. offen sein oder zumindest teilweise gleichzeitig offen sein, um einen weichen Übergang zwischen den Einspritzöffnungen, die offen sind, zu erreichen und um einen im Wesentlichen konstanten Ort der Einspritzung des Treibmittels entlang des Zylinders 38 aufrecht zu erhalten.
Nachdem der Zylinder 38 voll zurückgezogen ist (wobei Treibmittel gerade nur durch die Einspritzöffnung 55 eingebracht wurde), werden alle der Treibmittelabschlussventile geschlossen. An diesem Punkt ist innerhalb des distalen Bereichs 50 des Zylinders eine im Wesentlichen gleichmäßige flüssige polymere Material/Treibmittelmischung vorhanden. Abschlussventil 64 wird dann geöffnet und die Schnecke 38 wird distal dazu gezwungen, die Charge des polymeren Materials und des Treibmittels in die Gussform 37 einzuspritzen.
Die Ausführungsform der Erfindung umfassend eine hin- und hergehende Schnecke kann dazu verwendet werden, konventionellen oder mikrozellulären Schaum herzustellen. Wenn konventioneller Schaum produziert werden soll, kann die Charge die in einen distalen Bereich 50 gespeichert ist, eine Multiphasenmischung umfassend Zellen des Treibmittels in dem polymeren Material bei relativ geringen Drücken sein. Einspritzung einer solchen Mischung in die Form 37 resultiert im Zellwachstum und Produktion von konventionellem Schaum. Wenn mikrozelluläres Material produziert werden soll, wird eine einphasige, keine Kerne aufweisende Lösung im Bereich 50 gespeichert und in die Gussform 37 eingespritzt, während Kernbildung stattfindet.
Die beschriebene Anordnung erleichtert ein Verfahren der Erfindung, das gemäß einer anderen Gruppe von Ausführungsbeispielen durchgeführt wird, indem unterschiedliche Konzentrationen von Treibmitteln in flüssigen polymeren Materialien an unterschiedlichen Orten in einer Charge erzeugt werden, die in einem distalen Bereich 50 des Zylinders gespeichert wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Abschlussventile 155, 157, 154, 159 und 161 gesteuert werden, um eine nicht einheitliche Treibmittelkonzentration zu erreichen. Bei dieser Technik können Artikel mit variierenden Dichten produziert werden, wie, zum Beispiel, ein Artikel, der eine feste Außenseite und eine geschäumte Innenseite aufweist. Eine Technik zum Formen von Artikeln, die Bereiche haben, die in ihrer Dichte variieren, ist vollständiger weiter unten beschrieben mit Bezugnahme auf die 5 bis 7.
Obwohl nicht gezeigt, kann die Gusskammer 37 Belüftungen umfassen, um es der Luft innerhalb der Form zu erlauben, während des Einspritzens zu entweichen. Die Belüftungen können so abgemessen sein, dass sie hinreichenden Gegendruck während des Einspritzens bereitstellen, um das Zellwachstum so zu kontrollieren, dass eine gleichmäßige mikrozelluläre Schäumung auftritt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine einphasige, keine Kerne aufweisende Lösung eines polymeren Materials und Treibmittels mit Kernen versehen, während sie in eine offene Form eingebracht wird und dann die Form geschlossen, um einen mikrozellulären Artikel zu formen.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist ein Spritzgusssystem, das einen separaten Speicher verwendet, vorgesehen. Bezug nehmend nun auf 2 umfasst ein Spritzgusssystem 31 einen Extruder, der ähnlich zu dem in 1 ausgebildet ist. Der Extruder kann eine hin- und hergehende Schnecke wie in dem System der 1 umfassen. Zumindest ein Speicher 78 ist vorgesehen zum Speichern geschmolzenen polymeren Materials vor der Einspritzung in die Gusskammer 37. Der Extruder umfasst einen Auslass 51, der mit einem Einlass 59 des Speichers in Flüssigkeitsverbindung steht mittels eines Durchgangs 53 zur Lieferung einer keine Kerne aufweisenden Einphasenlösung des polymeren Materials und des Treibmittels an. dem Speicher.
Der Speicher 78 umfasst, innerhalb eines Zylinders 81, einen Kolben 83, der dazu konstruiert und angeordnet ist, sich axial innerhalb des Speicherzylinders zu bewegen (proximal und distal). Der Kolben kann sich proximal zurückziehen und es erlauben, dass der Speicher mit polymeren Material/Treibmittel durch den Einlass 79 gefüllt wird und dann distal geschoben wird, um die polymere Material/Treibmittelmischung in die Form 37 zu zwingen. Wenn er in seiner zurückgezogenen Position ist, kann eine Charge, die durch eine Einphasenlösung geschmolzenen polymeren Materials und Treibmittels definiert ist, in dem Speicher 78 gespeichert werden. Wenn der Speicher 78 voll ist, zwingt ein System, wie zum Beispiel ein hydraulisch gesteuerter zurückziehbarer Einspritzzylinder (nicht gezeigt), die gespeicherte Charge durch den Kernbildner 66 und die resultierende mit Kernen versehene Mischung in die Gusskammer 37. Diese Anordnung verdeutlicht ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem eine nicht mit Kernen versehene Einphasenlösung polymeren Materials und Treibmittels als ein Ergebnis des Prozesses des Füllens der Gusskammer mit Kernen versehen wird. Alternativ kann ein Druckabfallkernbildner stromabwärts des Bereiches 50 angeordnet werden und stromaufwärts des Speichers 78, so dass mit Kernen versehenes polymeres Material eher gespeichert wird, als nicht mit Kernen versehenes Material, das dann in die Form 37 eingespritzt wird.
In einer anderen Anordnung kann ein Hin- und Herschneckenextruder, wie der in der 1 gezeigte, mit dem System 31 der 2 verwendet werden, um nacheinander Chargen von polymeren Material und Treibmittel einzuspritzen (das ohne Kernbildung verbleiben kann oder kerngebildet werden kann, während es aus dem Extruder in den Speicher gezwungen wird), während der Druck auf den Kolben 83 konstant bleibt, so dass eine Kernbildung innerhalb des Speichers verhindert wird (oder, falls kerngebildetes Material in dem Speicher verwendet wird, Zellwachstum verhindert wird). Wenn eine Vielzahl von Chargen in den Speicher eingebracht wurden, kann das Abschlussventil 64 geöffnet werden und der Kolben 83 distal angetrieben werden, um die Charge innerhalb des Speichers in die Form 37 zu treiben. Dies kann bei der Herstellung von sehr großen Teilen vorteilhaft sein.
Ein Kugelrückschlagventil 85 ist innerhalb des Einlasses 79 des Speichers angeordnet, um den Fluss des Materials in den Speicher zu regulieren und um einen Rückfluss in den Extruder zu verhindern und um einen Systemdruck aufrecht zu erhalten, der dazu notwendig ist, die Einphasenlösung des nicht mit Kernen versehenen Treibmittels und geschmolzenen polymeren Materials aufrecht zu erhalten oder, alternativ, Zellwachstum des darin eingebrachten Kerne aufweisenden Materials zu verhindern. Optional kann ein Spritzgusssystem 31 mehr als einen Speicher in Flüssigkommunikation mit dem Extruder 30 und der Gusskammer 37 umfassen, um die Produktionsraten zu erhöhen.
Das System 31 umfasst einige zusätzliche Komponenten, die genauer weiter unten beschrieben werden.
3 und 4 zeigen Gusskammern gemäß alternativen Ausführungsbeispielen zur Verwendung mit Spritzgusssystemen der Erfindung. In 3 ist schematisch eine Gusskammer 71 mit bewegbaren Wänden gezeigt, umfassend eine Gießausnehmung 84, Temperaturkontrollelemente 82, bewegbare Wand 80, Druckaufbringungsmittel (nicht gezeigt) und in dem bevorzugten, gezeigten Ausführungsbeispiel zumindest einen Kernbildner 66 umfassend einen Kernbildungsdurchgang 67, der ein Einlassende 69 und ein Auslassende 70 hat, das eine Öffnung der Gießausnehmung 84 definiert. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Gusskammer 71 mit der bewegbaren Wand eine Vielzahl von Kernbildnern 66. Die bewegbare Wand 80 kann dazu eingestellt werden, das Volumen der Gussform zu erhöhen, während die Gussform mit einer Kerne aufweisenden Mischung von polymerem Vorprodukt und Treibmittel gefüllt wird und dadurch ein konstanter Druck innerhalb der Gussform aufrechterhalten wird. Auf diese Weise kann Zellwachstum angemessen begrenzt oder gesteuert werden.
In 4 ist eine Gusskammer 73 mit Gasgegendruck schematisch gezeigt, umfassend eine Gießausnehmung 84, Temperaturkontrollelemente 82, Drucksteuerung 86, Dichtungen 92 und in dem bevorzugten, gezeigten Ausführungsbeispiel zumindest einen Kernbildner 66 umfassend einen Kernbildungsdurchgang 67 umfassend eine Öffnung der Gusskammer 73. Wie vorgehend beschrieben ist, hat der Kernbildungsdurchgang 67 ein Einlassende 69 und ein Auslassende 70, das eine Öffnung der Kammer 84 definiert. Der Druck innerhalb der Gussform kann aufrechterhalten werden durch die Drucksteuerung 86, um das Zellwachstum in der Kerne umfassenden Mischung, die in die Gussform eingebracht wird, zu begrenzen oder zu steuern.
Jede Kombination einer Gussform mit beweglicher Wand, einer Gussform, die eine Gasdrucksteuerung aufweist und Temperaturkontrollelemente in einer Gussform kann für unterschiedliche Zwecke verwendet werden. Wie diskutiert, können die Bedingungen gesteuert werden, um Zellwachstum in einer mit Kernen versehenen Mischung in der Gussform beschränkt oder gesteuert werden. Eine andere Verwendung für Temperaturkontrollmessungen ist, dass ein Bereich der Gussformwand, oder die gesamte Gussformwand, auf einer relativ hohen oder relativ niedrigen Temperatur gehalten werden kann, die relativ größere oder relativ weniger Zellwachstum in Bereichen nahe der Wand bewirken kann (Bereiche an und nahe der Außenhaut der mikrozellulären Formung und des Produkts) bezüglich Regionen nahe dem Zentrum des Artikels, der in der Gussform geformt wird.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird relativ dickes mikrozelluläres Polymermaterial gegossen, zum Beispiel Material umfassend zumindest einen Bereich, der eine Dicke von zumindest 0,500 Inch durch Ausbildung eines Kerne aufweisenden, mikrozellulären Polymervorproduktes in einer Gussform und schnelles "Aufbrechen" („cracking") oder Öffnen der Gussform, um ein Teil, das größer als die Innenseite der Gussform selbst ist sich formen zu lassen. Wenn die Gussform aufgerissen wird, tritt Zellwachstum aufgrund eines entsprechenden Druckabfalls auf. Die Kerne umfassende Mischung kann teilweise in der Form der Gussform oder des Einschlusses aushärten, um einen ersten mikrozellulären Polymerartikel in der Form des Gehäuses zu formen, wird aus dem Einschluss entfernt und kann weiter expandieren, um einen zweiten mikrozellulären Polymerartikel zu formen, der eine Form hat, die größer ist, als die Form des Gehäuses. Unter einigen Aspekten kann die Einspritzung oder die Intrusion nach dem Aufbrechen der Form fortgeführt werden, um die Dichte und Zellstruktur zu steuern. Das bedeutet, eine Lösung kann in die Gussform eingebracht werden während sie Kerne ausbildet und, gleichzeitig, kann die Gussform aufgebrochen und dann weiter geöffnet werden, um den Gießdruck in der Gussform zu steuern und um die Größe des endgültigen Teils und die Zelldichte und die Struktur zu steuern. Dies kann auch mit der analogen Gussform mit bewegbaren Wänden erreicht werden, die hierin beschrieben wird.
Die Erfindung erlaubt schnelles, zyklisches Polymerschaumformen. Nach Einspritzen und Formen, in einem Zeitintervall von weniger als 10 Minuten, kann eine zweite, Kerne aufweisende Mischung hergestellt werden durch Einspritzen in die Gusskammer und aufschäumen und aushärten lassen in der Form des Gehäuses und dann entfernt zu werden. Bevorzugt ist die Zykluszeit weniger als ungefähr eine Minute, noch bevorzugter weniger als ungefähr 20 Sekunden. Die Zeit zwischen dem Einbringen von Material in die Gussform und der Aushärtung ist typischerweise weniger als ungefähr 10 Sekunden. Niedrige Zykluszeiten werden bereitgestellt aufgrund reduzierten Gewichts im Schaummaterial (weniger Masse zu kühlen) und niedrigen Schmelztemperaturen, die möglich sind durch reduzierte Viskosität eines überkritischen Treibmittelfluids. Durch niedrigere Schmelztemperaturen wird weniger Temperaturabsorption beim Ausstoß benötigt.
Bezug nehmend nun auf die 5 bis 7 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das das System 31 verwendet, beschrieben und System 31 wird nun genauer beschrieben. System 31 umfasst auch einen treibmittelfreien Durchgang 88, der einen Auslass 90 des Extruders mit einem Speichereinlass 91 verbindet. Der Einlass 91 des Speichers ist an der Stirnseite des Kolbens 83 des Speichers positioniert. Ein mechanisches Abschlussventil 99 ist entlang des Durchgangs 88 positioniert, bevorzugt nahe dem Auslass 90. Der Extruderauslass 90 ist angeordnet an dem Extruder stromaufwärts des Treibmitteleinlasses 54 (oder einer Mehrzahl von Treibmitteleinlässen, wie in der Extruderanordnung, die in 1 gezeigt ist, in der die Anordnung verwendet wird in dem System, wie es in den 5 bis 7 beschrieben wird), aber weit genug stromabwärts in dem Extruder, damit er flüssiges polymeres Material 94 liefern kann. Das flüssige polymere Material 94, das durch den Durchgang 88 geliefert wird, ist Treibmittel armes Material und kann im Wesentlichen frei von Treibmittel sein. Daher umfasst das System einen festen ersten Auslass 90 des Extruders, der so angeordnet ist, dass er flüssiges polymeres Material liefert, das im Wesentlichen frei von Treibmittel ist oder in einer reduzierten Treibmittelkonzentration, von dem Extruder zu einem ersten Einlass 91 des Speichers und einem zweiten Auslass 51 stromabwärts des Mischbereichs des Extruders, der so angeordnet ist, dass er eine Mischung von flüssigem polymerem Material und Treibmittel liefert (eine höhere Treibmittelkonzentration, als aus dem Auslass 90 geliefert wird, also Treibmittel reiches Material) zu einem zweiten Einlass 79 des Speichers. Der Speicher kann Heizeinheiten 96 umfassen, um die Temperatur des polymeren Materials darin zu steuern. Der Speicher umfasst einen Auslass, der der Einlass 69 des Kernbildners 66 ist. Ein Durchgang (oder Öffnung), die einen Kernbildungsdurchgang 67 definiert, verbindet den Speicher 78 mit der Gusskammer 37.
Eine Serie von Ventilen, umfassend Kugelrückschlagventile 98 und 85, die an den ersten und zweiten Einlässen zu dem Speicher angeordnet sind, und mechanische Ventile 64 und 99 jeweils, steuern den Fluss des Materials von dem Extruder zu dem Speicher und von dem Speicher zu der Gussform, wie gewünscht, wie nachfolgend gemäß einigen Ausführungsbeispielen beschrieben.
Die Erfindung umfasst, in allen Ausführungsbeispielen, die Möglichkeit, den Druck innerhalb des gesamten Systems adäquat aufrecht zu erhalten, um eine vorzeitige Kernbildung zu verhindern, wo Kernbildung nicht gewünscht ist (stromaufwärts des Kernbildners) oder Zellwachstum, wo Kernbildung stattgefunden hat aber Zellwachstum nicht gewünscht ist oder gewünscht ist, dieses zu steuern.
Die Ausführung des Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Einspritzen Treibmittel armen Materials in eine Form, um eine nahezu feste Außenhaut zu formen, gefolgt von Einspritzen von Treibmittel reichem Material in die Form, um einen geschäumten Kern zu formen. Dies wird beschrieben mit Bezugnahme auf die 5 bis 7. Obwohl nicht beschrieben, kann, mit guter Synchronisation, diese Methode auch dazu verwendet werden, Artikel zu formen, die ein geschäumtes Äußeres und ein festes Inneres aufweisen.
5 zeigt eine Situation, in der polymeres Material, das kein Treibmittel umfasst, oder Treibmittel nur zu einem begrenzten Ausmaß enthält (Material 94) an dem distalen Ende des Speichers vorgesehen ist und am proximalen Ende des Speichers. Also wird Treibmittel armes Material 94 gerade vor dem Kolben 83 vorgesehen und in dem Kernbildungsdurchgang 67 und gerade stromaufwärts des Kernbildungsdurchgangs 67. Zwischen diesen Regionen von Treibmittel armen Material 94 ist ein Bereich Treibmittel reichen Materials 101 in dem Speicher. An diesem Punkt wird das mechanische Ventil 64, das mit der Form 37 verbunden ist, geöffnet und der Kolben 83 stromabwärts getrieben, um das Material aus dem Speicher 78 in die Gussform 37 zu zwingen. Dies ist in 6 gezeigt. Der erste Abschnitt des Treibmittel armen Materials gleitet die Außenseite der Gussform entlang, wodurch eine im Wesentlichen feste Außenwand geformt wird, dann füllt das Treibmittel reiche Material 101 das Zentrum der Gussform und wird mit Kernen versehen, während es in die Gussform kommt. Die distale Begrenzung der Bewegung des Kolbens stoppt kurz vor dem Ende des Speichers und der Bereich des Treibmittel armen Materials, das gerade vor dem Kolben angeordnet war, wird nun an dem distalen Ende des Speichers angeordnet und füllt den Kernbildungsdurchgang des Speichers. Das Ventil 64 wird dann geschlossen und das resultierende Teil aus der Gussform 37 entnommen. Bei geschlossenem mechanischen Ventil 99 wird der Extruder angetrieben, um Treibmittel reiches Material einzubringen, bevorzugt als einphasige, keine Kerne aufweisende Lösung eines polymeren Materials und eines Treibmittels, in den Speicher, während der Kolben sich proximal zurückzieht, wie in 7 gezeigt. Der Kolben bringt einen im Wesentlichen konstanten Druck auf das Material im Speicher auf, und hält das Material 101 in einem nicht Kern gebildeten Zustand. Wenn der Kolben nahezu seine proximale Begrenzung erreicht, wird das mechanische Ventil 99 geöffnet und Treibmittel armes Material 94 kann einen Abschnitt des Speichers genau vor dem Kolben, wie in 5 gezeigt, auffüllen. 5 repräsentiert die Beendigung des Zyklus, gerade vor dem Einspritzen in die Gussform.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, unter Bezugnahme auf 5 bis 7, kann ein spritzgegossener, mikrozellulärer Artikel, der eine Treibmittel arme äußere Wand und ein Treibmittel reiches mikrozelluläres geschäumtes Innenteil hat, geformt werden, ohne die Notwendigkeit, den Speicher 78 mit Treibmittel reichem Material sandwiched zwischen Treibmittel armem Material zu füllen, wie gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel füllt Treibmittel reiches Material die Gussform, aber der am weitesten distale Teil des Speichers, der durch den Kernbildungsdurchgang 67 definiert ist, wird zu einem größeren Anteil geheizt, als der Rest des Speichers. Dies kann mittels Verwendung von Heizeinheiten 103, die an dem Kernbildner angeordnet sind, erreicht werden. Wenn es notwendig ist, können zusätzliche Heizeinheiten vorgesehen werden, um Material in dem Speicher stromaufwärts des Kernbildungsdurchgangs zu heizen. Material in dem am meisten distalen Bereich des Speichers wird in einem hinreichend großen Umfang geheizt, damit, wenn die Charge in dem Speicher in die Gussform eingespritzt wird, Treibmittel in dem hoch geheizten Bereich sehr schnell aus dem Polymer diffundiert und durch in der Gussform vorgesehene Entlüftungen (nicht gezeigt) diffundiert. In dem polymeren Material stromaufwärts des am meisten distalen, noch höher geheizten Chargenbereichs, tritt Zellwachstum, zum Formen mikrozellulären Materials schneller auf, als Treibmittel aus dem Polymer heraus diffundieren kann. Der am distalsten gelegene Bereich der Charge, der geheizt wird, kann zumindest ungefähr 2% einer Charge definieren, oder zumindest ungefähr 5%, oder zumindest ungefähr 10%, oder zumindest ungefähr 20% aus der Charge und kann auf eine Temperatur zumindest ungefähr 10 °C höher als die durchschnittliche Temperatur der Charge, oder zumindest ungefähr 20 °C, 40 °C oder 80 °C höher als die durchschnittliche Temperatur der Charge geheizt werden, vor dem Einspritzen der Charge in eine Gusskammer.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine einphasige, homogene Mischung polymeren Materials und Treibmittels in eine Gussform eingespritzt werden, während der Druck in der Gussform hoch genug gehalten wird, um Kernbildung zu vermeiden. Die Einspritzung findet daher ohne Kernbildung statt. Die homogene, Einphasenlösung kann in einen festen Zustand in der Gussform gefroren werden und die Gussform geöffnet werden. An diesem Punkt findet Kernbildung und Aufschäumung nicht statt. Der geformte Artikel kann dann aufgeheizt werden, um Kernbildung und Aufschäumung zu erzeugen, zum Beispiel durch Platzierung in einem Glyzerinbad.
Eine Vielzahl von Artikeln kann gemäß der Erfindung produziert werden, zum Beispiel Konsumentengüter und Industriegüter, wie zum Beispiel polymeres Besteck, Komponenten für die Automobilindustrie und eine große Variation von anderen Spritzgussteilen.
8 zeigt schematisch ein Spritzgusssystem 100 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Spritzgusssystem 100 umfasst einen Extruder, der ähnlich zu dem in 1 gezeigten sein kann, umfassend einen Zylinder 102, der ein erstes, stromaufwärts gelegenes Ende 104 und ein zweites, stromabwärts gelegenes Ende 106 aufweist, das mit einer Gusskammer 108 verbunden ist. Angeordnet zur Hin- und Herbewegung und Drehung innerhalb des Zylinders 102 ist eine Schnecke 110, die an ihrem stromaufwärts gelegenen Ende mit einem Antriebsmotor (nicht gezeigt) treibend verbunden ist. Ein Seitenstrom 114, der einen Einlass 113 und einen Anschluss 115 des Zylinders verbindet, wobei der Anschluss stromabwärts des Einlasses liegt, umfasst eine Schmelzpumpe 116 und einen Mischer 118, die fluidmäßig sequentiell miteinander verbunden sind. Die Schmelzpumpe 116 kann eine Getriebepumpe oder ein kleiner Extruder sein, die im Stand der Technik bekannt sind.
Die oben beschriebene Technik der Erfindung kann auch verwendet werden in Gas assistierter Co-Einspritzung. Bei dieser Technik wird ein Vorprodukt mikrozellulären Materials extrudiert und Kerne gebildet während es in einer Gussform eingebracht wird, wie oben beschrieben, während Gas in den Schmelzstrom auf eine solche Weise eingespritzt wird, dass es in der Gussform eine äußere Lage gegen die Gussformwände aus mit Kernen versehenen, polymeren Materials ausformt und ein zentraler Hohlraum mit dem co-eingespritzten Gas gefüllt ist. Zellwachstum kann wie in anderen Ausführungsformen erzeugt werden. Der Mischer 118 umfasst einen Treibmitteleinspritzanschluss 120 zum Einbringen eines Treibmittels. Der Mischer 118 kann ein statischer Mischer oder ein Hohlraumtransfermischer sein, die auch im Stand der Technik bekannt sind. Die Anordnung, die in 8 gezeigt ist, vereinfacht ein anderes Verfahren der Erfindung, das nützlich ist zum Formen spritzgegossener mikrozellulärer Teile, die variierende Materialdichten aufweisen, wie vorgehend beschrieben. Das Verfahren umfasst das Einbringen eines präpolymeren Materials in den Extruderzylinder 102, Schmelzen des präpolymeren Materials und Fördern des geschmolzenen polymeren Materials 124 in Richtung des stromabwärts gelegenen Endes 106 des Extruders 100. Während das geschmolzene polymere Material 124 durch den Extruderzylinder 102 gefördert wird, wird ein Teil abgezweigt und durch den Einlass 113 in einen Seitenstrom 114 durch die Schmelzpumpe 116 gefördert (zum Beispiel nachdem das distale Ende der Schnecke 110 proximal zurückgezogen ist aus dem Einlass 113 des Seitenarms 114). Während das geschmolzene polymere Material im Seitenstrom 114 durch den Mischer 118 gefördert wird, wird Treibmittel aus der Gaseinspritzöffnung 120 eingebracht und sorgfältig darin gemischt, um eine einphasige, keine Kernbildung aufweisende Lösung des Treibmittels und des geschmolzenen polymeren Materials zu bilden, das von dem Seitenstrom 114 in das stromabwärts gelegene Ende 106 des Extruderzylinders 102 durch die Öffnung 115 gefördert wird, wie in 8 gezeigt, während sich die hin- und hergehende Schnecke 110 voll zurückzieht. Dies bildet eine Treibmittel reiche Region 122 an dem am weitesten distalen Ende des Zylinders und eine Treibmittel arme Region proximal der Treibmittel reichen Region. Der relative Anteil des Treibmittel reichen Materials und eines Treibmittel armen Materials kann durch das Verhältnis, in dem Material durch den Seitenarm 14 gebracht wird und mit Treibmittel angereichert wird, gesteuert werden. Danach wird die Hin- und Herbewegung der Schnecke 110 dazu verwendet, die Treibmittel reiche Einphasenlösung des keine Kernbildung aufweisenden Treibmittels und geschmolzenen polymeren Materials 122 einzuspritzen, gefolgt von einer Menge des Treibmittel armen geschmolzenen polymeren Materials 124 in die Gusskammer 108.
In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Erfindung dazu vorgesehen, eine Technik zum schnellen und effizienten Einbringen eines Treibmittels in ein flüssiges, polymeres Vorprodukt in dem Spritzgussgerät, wie hierin beschrieben, anzugeben sowohl als auch in einem Extrusionsgerät gemäß im Wesentlichen jeder Anordnung. Dieses Ausführungsbeispiel umfasst eine Extrusionsschnecke, gezeigt in 9, die eine Öffnung in einer Oberfläche der Schnecke aufweist, die innerhalb eines Extrusionszylinders (nicht gezeigt) positionierbar ist, die in Flüssigkeitsverbindung mit einer Quelle des Treibmittels steht. Die Öffnung definiert das Ende eines Lumens, das sich von einem Ort aus, der mit der Quelle verbindbar ist, erstreckt, an einen Ort an dem proximalen Ende der Schnecke. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Lumen längs entlang der Drehachse der Schnecke von dem proximalen Ende der Schnecke aus und ist mit einem oder mehreren Öffnungen an der Oberfläche der Schnecke verbunden. Die eine oder mehreren Öffnungen sind bevorzugt an äußeren Oberflächen der Schneckengänge angeordnet oder können leicht zurückgesetzt von den äußeren Oberflächen der Schneckengänge sein, wobei diese Positionierung das Einführen eines Treibmittels auf eine Weise erlaubt, dass das Treibmittel eine Scherung/Diffusion gegen die innere Oberfläche des Zylinders erfährt. Eine oder mehrere Öffnungen können ebenfalls in Bereichen zwischen den Schneckengängen angeordnet sein oder eine Kombination von Öffnungen in einer Vielzahl von Orten kann verwendet werden. Bezug nehmend auf 9 umfasst eine Exruderschnecke 130 einen Schneckengang 132 und ein Lumen 134, das eine Kommunikation mit einer Öffnung 136 auf einer äußeren Oberfläche 138 des Schneckengangs 132 bereitstellt. Bereich 140 des Lumens 134 erstreckt sich von dem Lumen an der zentralen Achse der Schnecke aus zu der Öffnung 136 hin. Ein Vorzug bei dem Einbringen des Treibmittels durch eine Öffnung innerhalb der Schnecke ist, dass die Einheitlichkeit des Treibmittels innerhalb eines polymeren Vorproduktes gegeben sein kann in einer Einrichtung, die eine hin- und hergehende Schnecke verwendet.
Artikel können produziert werden, die Dicken- oder Querschnittsabmessungen von weniger als 0,100 Inch, bevorzugt nicht mehr als 0,075 Inch, noch bevorzugter nicht mehr als ungefähr 0,050 Inch, noch bevorzugter nicht mehr als ungefähr 0,025 Inch und noch bevorzugter nicht mehr als ungefähr 0,010 Inch aufweisen, durch den Spritzguss, da eine Einphasenlösung des polymeren Vorproduktes und überkritischen Fluids eine besonders niedrige Viskosität hat und, auf diese Weise, in eine Gussform eingespritzt werden kann und als ein geschäumter Artikel darin geformt werden kann. Zum Beispiel kann eine Einphasenlösung eines überkritischen Fluids und eines polymeren Vorproduktes in eine Gussform eingebracht werden und ein konventionell geschäumter oder mikrozellulärer Artikel kann dadurch produziert werden. Die niedrige Viskosität des Fluids, das in die Gussform eingespritzt wird, erlaubt Spritzgusszykluszeiten, wie oben beschrieben, von weniger als 10 Minuten, bevorzugt weniger als 5 Minuten, und noch bevorzugter weniger als 1 Minute, bevorzugt weniger als 30 Sekunden, noch bevorzugter weniger als 20 Sekunden, bevorzugter weniger als 10 Sekunden und noch bevorzugter weniger als 5 Sekunden.
Die Erfindung stellt auch die Produktion von gegossenen mikrozellulären Polymerartikeln in der Form einer Gusskammer bereit, umfassend zumindest einen Bereich, der eine Querschnittsabmessung von nicht mehr als ungefähr 0,125 Inch oder, in anderen Ausführungsbeispielen, kleineren Dimensionen, die oben genannt wurden, umfasst, wobei der Artikel ein Leervolumen von zumindest ungefähr 5% aufweist. Bevorzugt ist das Leervolumen zumindest ungefähr 10%, bevorzugter zumindest ungefähr 15%, bevorzugter zumindest ungefähr 20%, noch bevorzugter zumindest ungefähr 25% und noch bevorzugter zumindest ungefähr 30%. In anderen Ausführungsbeispielen hat der Artikel ein Leervolumen von zumindest ungefähr 50%. Dies ist eine signifikante Verbesserung darin, dass es eine Herausforderung in dem Stand der Technik ist, eine Gewichtsreduktion in polymerem Material anzugeben, mittels Schaumleervolumens, bei Artikeln, die sehr kleine Dimensionen aufweisen. Die Artikel der Erfindung umfassen die oben genannten Leervolumen in den Bereichen, die von einer Querschnittsdimension von nicht mehr als ungefähr 0,125 Inch, oder anderen, oben genannten kleineren Dimensionen umfassen.
Die Verfahren der Erfindung ermöglichen auch die Produktion einer höheren Gewichtsreduktion, wie hierin beschrieben, und kleinere Zellen in Spritzgussteilen, die Dicken größer als 0,125 Inch, zum Beispiel zwischen 0,200 Inch und ungefähr 0,500 Inch Dicke aufweisen.
Die Erfindung stellt weiterhin ein System und ein Verfahren bereit, um dicke und dünne Schaum geformte Teile mit Oberflächen, die feste Teile widerspiegeln, bereit. Zumindest einen Bereich der Oberfläche dieser Teile ist frei von rauen Oberflächen und Wirbeln, die für das unbewaffnete menschliche Auge sichtbar sind. Die 16 bis 18 in Verbindung mit dem Beispiel 9 (unten) zeigen die Ausbildung von polymeren Teilen, die Oberflächen frei von rauen Oberflächen und einem Wirbel, die für das unbewaffnete menschliche Auge sichtbar sind, haben. Solche geformten Teile können produziert werden, wenn die Temperatur der Schmelze und die Temperatur der Gussform und eine Treibmittelkonzentration optimiert ist, um es dem Treibmittel zu erlauben, von der Oberfläche des Teils weg zu diffundieren, so dass die Oberfläche eine Außenhautlage umfasst, die im Wesentlichen frei von Zellen ist. Diese Außenhautlage ist im Wesentlichen festes Polymer und daher erscheint das Teil als ein festes polymeres Teil für das unbewaffnete menschliche Auge. Raue Oberflächen und Wirbel im geschäumten polymeren Material werden durch Kerne an der Oberfläche erzeugt, die gegen eine Gussformwand gedrückt werden. Wo die Kerne an der Oberfläche entfernt werden, durch Temperatursteuerung, werden raue Oberflächen und Wirbel vermieden. In diesen Ausführungsbeispielen werden geformte Teile produziert, die eine äußere Haut aus im Wesentlichen festem polymeren Material frei von Zellen aufweisen, die eine Dicke von zumindest drei mal der durchschnittlichen Zellgröße des Schaummaterials aufweisen. Bevorzugt ist die äußere Außenhautdicke zumindest ungefähr fünf mal der durchschnittlichen Zellgröße des Materials. Ein anderer Grund dafür, dass geformte Teile produziert werden, gemäß der Erfindung, die frei von sichtbaren rauen Oberflächen und Wirbeln sind, ist, dass die Diffusionsrate des überkritischen Treibmittelfluids nach Meinung der Erfinder schneller ist, als die von typischen Treibmitteln, wodurch eine Diffusion an der Oberfläche des Artikels auftreten kann, wie beschrieben, um eine feste Hautschicht zu bilden.
Wie erwähnt, erlaubt die Erfindung die Produktion von geformtem schaumpolymerischen Material, bevorzugt mikrozellulärem Material, das dünne Abschnitte aufweist. Insbesondere können Artikel, die ein hohes Längen-zu-Dickenverhältnis aufweisen, produziert werden. Die Erfindung stellt spritzgegossene polymere Materialien bereit, die Längen-zu-Dickenverhältnisse von zumindest ungefähr 50:1 aufweisen, bei denen das Polymer einen Schmelzindex von weniger als ungefähr 10 aufweist. Bevorzugt ist das Längen-zu-Dickenverhältnis zumindest ungefähr 75:1, noch bevorzugter zumindest ungefähr 100:1 und noch bevorzugter zumindest 150:1. Ein Beispiel eines Materials, das einen Schmelzindex von weniger als ungefähr 10 aufweist, ist Polystyrol. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Artikel bereit gestellt, der ein Längen-zu-Dickenverhältnis von zumindest ungefähr 120:1, wobei das Polymer eine Schmelzflussrate von weniger als ungefähr 40 aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Längen-zu-Dickenverhältnis bevorzugt zumindest ungefähr 50:1, bevorzugter zumindest 175:1, noch bevorzugter zumindest ungefähr 200:1 und noch bevorzugter zumindest 250:1. Ein Beispiel eines Materials mit einer Schmelzflussrate weniger als ungefähr 40 ist Polyolefin wie zum Beispiel Polyethylen. Längen-zu-Dickenverhältnisse, in diesem Kontext, definieren das Verhältnis der Länge der Ausdehnung eines Bereichs des polymeren geformten Teils, das sich von dem Einspritzort in der Form (Öffnung) weg erstreckt und die Dicke quer zu dieser Entfernung.
Eine besonders vorteilhafte Kombination von Merkmalen der Erfindung ist ein dünnes geformtes Teil bei einem relativ hohen Leervolumen. Insbesondere stellt die Erfindung geschäumte polymere Artikel, die einen Bereich eine Dicke von weniger als ungefähr 1,2 mm und ein Leervolumen von zumindest 30% aufweisen, bereit. In einem anderen Ausführungsbeispiel hat ein polymerer Artikel eine Dicke von weniger als ungefähr 0,7 mm und ist so ausgebildet, ein Leervolumen von zumindest 15% zu haben.
In bevorzugten Ausführungsbeispielen sind Teile vorgesehen, die Dicken, wie hierin definiert, aufweisen, bei Leervolumina, die hierin definiert werden, wobei die maximale Dicke existiert über zumindest 25% des Artikels, also zumindest ungefähr 25% der Fläche eines dünnen geformten Teils eine Dicke von weniger als der beschriebenen aufweist. In anderen Ausführungsbeispielen kann mehr des Teils von einer Dicke weniger als dem definierten Maximum sein, zum Beispiel 50% oder 100%.
Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass die produzierten Artikel opak sein können, ohne die Verwendung von Trübungsmitteln. Dies ist der Fall, weil polymerer Schaum Licht beugt und daher im Wesentlichen opak ist und ein weißes Erscheinungsbild hat. Es ist ein Merkmal der Erfindung, dass mikrozelluläre Schäume stärker opak sind und gleichmäßiger als konventionelle Schäume. Dies ist ein signifikanter Vorteil in Verbindung mit Artikeln, die konstruiert und angeordnet sind, um Material zu enthalten, das Zerstörung ausgesetzt ist durch die Aussetzung von Licht, wie beispielsweise Nahrungsbehältnisse. Ein solches Material kann Nahrung umfassen, die von Tieren wie Menschen konsumiert wird und Vitamine umfasst, die bei Aussetzung von Licht zerstört werden. Während Trübungsmittel, wie beispielsweise Pigmente, typischerweise zu solchen Artikeln zugesetzt werden, ist pigmentiertes Material weniger zugänglich zu Recycling. Die vorliegende Erfindung stellt dünne, opake Artikel bereit, die weniger als ungefähr 1 Gew.-% zusätzliches Trübungsmittel umfassen, bevorzugt weniger als ungefähr 0,05 Gew.-% zusätzlichen Trübungsmittel und am bevorzugtesten Material, das im Wesentlichen frei von zusätzlichem Trübungsmittel ist. "Zusätzliches Trübungsmittel" meint in der vorliegenden Erfindung, Pigmente zu definieren, Farbstoffe oder andere Typen, die dazu ausgebildet sind, spezifisch Licht zu absorbieren oder Talkum oder andere Materialien, die Licht beugen oder blockieren. Der Fachmann kann testen, ob ein Additiv ein Trübungsmittel ist. Mikrozelluläre, geblasene, geformte Artikel der Erfindung haben ein Aussehen von im Wesentlichen festen, weißen, Plastikartikeln, die signifikanten kommerziellen Anreiz bieten.
Die Systeme der Erfindung können beheizte Eingüsse umfassen (nicht gezeigt). Der Begriff "Einguss" („runner") ist hierin verwendet, um einen flüssigen Durchgang zu definieren, der das Auslassende des Einspritzsystems (Auslass des Kernbildners gemäß einigen Ausführungsbeispielen) flüssigkeitsmäßig mit der Gusskammer verbindet und/oder flüssigkeitsmäßig unterschiedliche Abschnitte der Schmelzausnehmung verbindet, zum Beispiel wo komplexe geformte Formen gewünscht sind. Eingüsse sind im Stand der Technik bekannt. In einigen konventionellen Schaumgussspritzgusssystemen härtet Material, das in den Eingüssen verbleibt, aus und wird zusammen mit dem geformten Teil entfernt. Die vorliegende Erfindung stellt Eingüsse bereit, die von thermischen Steuereinheiten behandelt werden, so wie Durchgänge zum Fließen eines erhitzten Fluids. Dies ist nützlich in Übereinstimmung mit bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, in denen es vorteilhaft ist, dass polymere Artikel Vorproduktmaterial in einem flüssigen Zustand in den Eingüssen halten, um einen Druckabfall zu eliminieren, der auftreten kann, wenn eine Lücke in dem Material auftreten würde innerhalb des Eingusses, wenn, beispielsweise, ausgehärtetes Material entfernt wurde. Die Anordnung der Erfindung kann umfassen, zum Beispiel, einen Extruder zum Bereitstellen einer flüssigen Einphasenlösung des polymeren Materials und Treibmittels in einem Kernbildungsdurchgang und stromabwärts des Durchgangs einen Einguss zwischen dem Durchgang und einer Gusskammer, wobei der Einguss ein Ventil an seinem stromabwärts gelegenen Ende umfasst, das geöffnet wird, wenn die Gussform gefüllt werden soll und geschlossen wird, wenn die Gussform geöffnet werden soll und ein Artikel entfernt werden soll. Wenn geschmolzenes polymeres Material verwendet wird, dann wird, wenn der Einguss erhitzt wird, das mit Kernen versehene Material in dem Einguss flüssig bleiben und ist dazu geeignet, in die Gussform eingespritzt zu werden. Das Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst Temperatur gesteuerte Eingüsse und kann Verwendung finden in einer weiten Vielzahl von Spritzgusssystemen, umfassend jede Anzahl von Eingüssen zwischen unterschiedlichen Komponenten und positionierten Ventilen, falls notwendig, und ist angemessen, um Gussformen oder Gießbereiche periodisch zu füllen, ohne die Notwendigkeit für das Entfernen und Wegwerfen von ausgehärtetem Material aus den Eingüssen. Der Einguss kann der Kernbildungsdurchgang sein.
Die Funktion und Vorteile von diesem und anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird genauer verstanden werden durch die unten genannten Beispiele. Die folgenden Beispiele sind dazu gedacht, die Vorzüge der vorliegenden Erfindung zu zeigen, aber erläutern nicht den vollen Umfang der Erfindung. Die Beispiele weiter unten demonstrieren Vorteile des Spritzgießens einer Charge von polymerem Material und überkritischem Treibmittelfluid, dadurch dass Artikel geformt werden, die eine Oberfläche, korrespondierend mit einer inneren Oberfläche einer Schmelzkammer geformt werden, die frei sinn vo nrauen Oberflächen und Wirbeln, die für das unbewaffnete menschliche Auge sichtbar sind.
Beispiel 1
Ein zwei-Stufen-Spritzgießgerät (Hersteller Engel) wurde mit einer 32:1 l/d, 40 mm Plastifizierungseinheit, die geschmolzenes Polymer in einen 44 mm Kolben einbringt, konstruiert. Der Kolben und Plastifizierungseinheit waren durch eine Feder beaufschlagte Kugelhakenverbindervorrichtung verbunden. Der Kolben konnte in eine Gussform einspritzen durch eine typische, pneumatisch angetrieben Absperröffnung. Einspritzung von überkritischem CO₂ wurde durchgeführt durch Anordnung eines Einspritzsystems bei ungefähr 16 bis 20 Durchmessern von der Zuführsektion aus, die einen radial angeordneten Anschluss umfassend 176 Öffnungen von 0,02 Inch Durchmesser aufwies. Das Einspritzsystem umfasste ein bedientes Steuerventil, um eine Massenflussrate des Treibmittels bei Raten von 0,2 bis 12 Pfund/Stunde zu steuern.
Der Plastifizierer war mit einer Zweistufenschnecke ausgerüstet, umfassend eine konventionelle erste Stufe der Zufuhr, Barrierenüberwindungs- und Messsektion, gefolgt von einer mit vielen Schneckengängen versehenen Mischsektion zur Homogenisierung des Treibmittels. Das Zylinder war mit Heiz/Kühlbändern ausgerüstet. Das Design erlaubte die Homogenisierung und Kühlung der homogenen Einphasenlösung des Polymers und Gases.
Das hydraulische System, das dazu verwendet wurde, alle Teile der Einspritzmaschine zu bewegen, wurde angepasst, um einen Schmelzdruckdruck von zumindest 1000 psi, aber nicht mehr als 28.000 psi jederzeit aufzuweisen. Diese Technik steuert und hält die Einphasenlösung des Polymers und Gases jederzeit aufrecht, vor der Einspritzung des Plastiks in die Gussform.
Beispiel 2: Spritzgießen mikrozellulären Polystyrols
Die Gießmaschine, wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde verwendet, um mikrozelluläre Polystyrolplatten zu formen. Polystyrolpellets (Novacor 2282, 11 M.I.) wurden in den Plastifizierer eingeführt und, in den meisten Fällen, mit Treibmittel gemischt, um eine Einphasenlösung zu bilden, dann Kerne gebildet durch Einspritzung in eine 5 × 11 × 0,050 Inch, zentral verschlossene Plattenform. Die Einspritzung fand durch einen kalten Einguss statt. Die Einspritzrate wurde variiert, um die Beziehung zwischen den Prozessvariablen und der Zellgröße und der Gewichtsreduktion zu erfahren. Die Zellgröße wurde auf 30 Mikron gesteuert und eine Gewichtsreduktion von so hoch wie 20%. Vergleiche Tabelle 1 und 2 und die korrespondieren 10 bis 15.
Tabelle 1: Effekt der Einspritzgeschwindigkeit auf die Zellgröße und Gewichtsreduktion
Tabelle 2: Effekt der Gaskonzentration auf die Zellengröße und Gewichtsreduktion

Schmelztemperatur = 160 °C
Gussformtemperatur = 66 °C
Injektionsgeschwindigkeit = 4,0 Inch/sec
Einguß = 0,375 Inch Durchmesser

Beispiel 3: Spritzgießen mikrozellulären Polyethylen Terephthalats
Die Spritzgussmaschine, die in Beispiel 1 beschrieben wurde, wurde verwendet, um PET (Eastman, 0,95 IV) zu formen in einer 5 × 11 × 0,200 Inch Hohlform nach dem Trocknen für vier Stunden bei 350 F. Die Prozesstemperatur der Schmelze war 550 F, die Temperatur der Gussform war 151 F und wurde mit 12% CO₂ eingespritzt. Der Druck in der Druckform wurde bei 3000 psi aufrechterhalten und die Einspritzgeschwindigkeit war 5,0 Inch pro Sekunde.
Die Gewichtsreduktion war 30% und die Zellgröße war 30 bis 40 Mikron im Durchmesser.
Beispiel 4: Spritzgießen von Polypropylen zu hohen Niveaus der Gewichtsreduktion
Die Spritzgussmaschine, die in Beispiel 1 beschrieben wurde, wurde dazu verwendet, Polypropylen (4 Schmelzflussrate (MFR), Copolymer, Montell 7523), Polypropylen (20 MFR, Copolymer, Montell SD-376) und ein Talkum gefülltes Polypropylen (4 MFR, 40% Talk gefüllt, Montell 65f4-4) zu formen in eine 5 × 11 × "variable Dicke" Inch Platte. Hohe Gewichtsreduktionen wurden erreicht durch Verwendung der folgenden Bedingungen: Tabelle 3:
Beispiel 5: Spritzguss von Polystyrolteilen mit Dichtereduktionen größer als 70%
Die Spritzgussmaschine, die in Beispiel 1 beschrieben wurde, wurde dazu verwendet, Polystyrol zu formen unter Bedingungen, die ähnlich zu den in Beispiel 2 gefundenen waren, aber mit Temperaturen der Gussform, die von 150 F bis 250 F reichten und Kühlzeiten, die von 3,2 bis 22,8 Sekunden reichten. Große Dichtereduktionen wurden erkannt wie folgt: Tabelle 4:
Beispiel 6: Nachformungskernbildung und Zellenwachstum eines ausgehärteten Polymers/überkritischen Fluidteils
Die Spritzgussmaschine, die in Beispiel 1 beschrieben wurde, wurde dazu verwendet, Polystyrol (Novacor 2282, 11 M.I.) zu formen. Polystyrolpellets wurden in den Plastifizierer eingebracht und wie im Beispiel 2 eingespritzt. Das Material, das in die Gussform eingespritzt wurde, wurde in der Gussform auf eine Temperatur unterhalb der Aushärtungstemperatur des Polystyrols gekühlt. Die Gussform wurde geöffnet und das Teil wurde entnommen in einem nicht geschäumten Zustand. Das Teil wurde dann einer externen Wärmequelle (Glyzerinbad) ausgesetzt, wodurch Kerne gebildet wurden und Zellen gewachsen wurden. Ein mikrozellulärer Artikel resultierte.
Beispiel 7: Demonstration der Viskositätsreduktion beim Polymerformen
Dieses Beispiel demonstriert die Vorteile der Verwendung von überkritischem Treibmittelfluid, um die Viskosität zu reduzieren zur Einbringung des polymeren Materials in eine Gussform bei relativ niedrigen Schmelztemperaturen, während die Vorteile des mikrozellulären Schäumens realisiert werden.
Eine Formungsmaschine wurde verwendet um Polystyrol zu formen, wie im Beispiel 2 beschrieben, mit der folgenden Ausnahme. Die Gussform hatte Dimensionen von 5 × 11 × 0,020 Inch. Unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 2 wurde Polystyrol eingespritzt mit 0% Treibmittel. Die maximale Flusslänge, die erreichbar war, war 1 Inch, resultierend in einem Längen-zu-Dickenverhältnis von 50. Ein identisches Experiment wurde durchgeführt mit 15% überkritischem Kohlendioxidtreibmittel. Die maximale Flusslänge war zumindest 5,5 Inch mit einem Längen-zu-Dickenverhältnis von 270.
Beispiel 8: Spritzauß von Polypropylen unterhalb seines kristallinen Schmelzpunktes
Die Spritzgussmaschine, beschrieben im Beispiel 1, wurde verwendet, um Polypropylen (4MFR, Copolymer, Montell 7523) in einer 5 × 11 × 0,050 Inch Gussform zu formen. Mit 0% Treibmittel, ist die typische Schmelztemperatur, die notwendig ist, um eine solche Gussform zu füllen, ungefähr 430 °F. Mit 15% überkritischem Kohlendioxid-Treibmittel war es möglich, Polypropylen unterhalb seines kristallinen Schmelzpunktes, der nominell 325 °F beträgt, einzuspritzen. Die aktuelle Schmelztemperatur war 310 °F.
Beispiel 9: Demonstration eines mikrozellulären geschäumten Artikels mit einer nahezu perfekten Oberfläche
Eine Formungsmaschine, wie im Beispiel 2 beschrieben, wurde verwendet, um Polystyrol (Novacor 2282 11 M.I.) zu formen. Polystyrolpellets wurden in einen Plastifizierer eingeführt und mit CO₂ Teibmittel gemischt, um eine Einphasenlösung von überkritischem CO₂ Polystyrol auszubilden, dann Kernbildung durch Einspritzung in eine 5 × 11 × 0,050 Inch Plattengussform. Die Prozessbedingungen wurden optimiert, um die angemessenen Bedingungen zu identifizieren, um eine hohe Kernbildungsdichte zu erhalten, genau so wie eine fest aussehende Außenhaut. Fotokopien von Mikrophotographien sind als 16 bis 18 vorgelegt, um die Effektivität dieser Technik zu demonstrieren. 16 ist zum Vergleich angegeben und zeigt festes, nicht geschäumtes Polystyrol, spritzgegossen, verwendend standardisierte, Nichtschaumeinspritzgusstechniken.
Wie man sehen kann, umfassen die idealen Bedingungen eine Balance der Schmelztemperatur, der Temperatur der Gussform und der Konzentration des Treibmittels. Die Schmelztemperatur muss hoch genug sein, so dass die Treibmitteldiffusionsrate in der Schmelze relativ schnell ist und die Temperatur der Gussform muss hoch genug sein, so dass die Diffusion des Treibmittels aus der Schmelze zu einem signifikanten Grad an der Oberfläche stattfindet, aber die Temperatur der Gussform muss niedrig genug sein, um eine Durchbiegung oder andere Verzerrungen des Produktes zu vermeiden. Die Treibmitteldiffusionsrate hängt von der Schmelztemperatur, der Treibmittelkonzentration, dem differentiellen Druck und der Temperatur der Gussform ab. Die Diffusionsrate des Treibmittels aus der Schmelze heraus muss größer sein als die Rate, mit der die Polymeroberfläche kühlt und aushärtet.
Tabelle 5:
Der Fachmann wird leicht einsehen, dass alle Parameter, die hierin aufgelistet sind, nur exemplarisch anzusehen sind und dass wirkliche Parameter von der spezifischen Anwendung, für die das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, abhängen. Es soll, daher, verstanden werden, dass die vorhergehenden Ausführungsbeispiele nur beispielhaft gezeigt wurden und dass, innerhalb des Umfangs der angehängten Ansprüche und deren Äquivalente, die Erfindung anders ausgeführt werden kann, als spezifisch beschrieben.

Claims

System zum Herstellen spritzgegossenen, mikrozellulären Materials umfassend: einen Extruder, der einen Einlass zum Aufnehmen polymeren Materials, das extrudiert werden soll, aufweist; eine Gießkammer; einen abgeschlossenen Durchgang, der den Einlass des Extruders mit der Gießkammer verbindet, wobei der abgeschlossene Durchgang eine Öffnung umfasst, die mit einer Quelle eines physikalischen Treibmittels verbunden ist; und einen Kernbildungsdurchgang stromabwärts der Öffnung, wobei der Kernbildungsdurchgang ein stromaufwärts liegendes Polymeraufnahmeende, das eine homogene, flüssige Einphasenlösung des polymeren Materials und des physikalischen Treibmittels aufnimmt und ein stromabwärts liegendes, Kernbildung aufweisendes Polymerauslassende, das ein Kernbildung aufweisendes polymeres Material in die Gießkammer auslässt.
System gemäß Anspruch 1, wobei ein Speicher innerhalb des abgeschlossenen Durchgangs definiert ist.
System gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Extruder ein Gehäuse und eine Schnecke innerhalb des Gehäuses umfasst.
System gemäß Anspruch 3, wobei ein Bereich des abgeschlossenen Durchgangs zwischen dem Gehäuse und der Schnecke ausgebildet ist.
System gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen Mischbereich stromabwärts der Öffnung.
System gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen Mischbereich stromabwärts der Schnecke.
System gemäß einem der Ansprüche 5 und 6, wobei der Mischbereich eine Mischeinheit umfasst.
System gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Auslassende eine Öffnung der Gießkammer definiert.
Mikrozellulärer Artikel, der mit einem System gemäß einem der vorstehenden Ansprüche erhaltbar ist.
Mikrozellulärer Artikel gemäß Anspruch 9, der ein Leervolumen von zumindest ungefähr 5% aufweist.
Mikrozellulärer Artikel gemäß einem der Ansprüche 9 bis 10, der eine Dicke von weniger als ungefähr 3,175 mm (0,125 Inch) aufweist.
Mikrozellulärer Artikel gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, der ein Längen-zu-Dickenverhältnis zumindest von ungefähr 75:1 aufweist.
Mikrozellulärer Artikel gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, der zumindest einen Abschnitt aufweist, der eine Querschnittsabmessung von nicht mehr als 2,540 mm (0,100 Inch) aufweist.
Mikrozellulärer Artikel gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, der eine durchschnittliche Zellengröße von 100 Mikron oder weniger aufweist.
Mikrozellulärer Artikel gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, der im Wesentlichen frei von restlichem chemischen Treibmittel und frei von Reaktionsbeiprodukten des chemischen Treibmittels ist.