TWI394650B - Forming Method of Environmental Protection Thermoplastic Resin Foam - Google Patents

Description

環保熱塑性樹脂發泡物之成型方法

本發明係與一種環保發泡物有關，更詳而言之，特別是指一種將熱塑性樹脂熔融後，再將中空膨脹球加入於擠壓機內混合發泡之環保熱塑性樹脂發泡物之成型方法。

按，請參閱第一圖所示，係為中華民國申請案號第90109926號「熱塑性樹脂組成物之製造方法」發明專利案，習知擠壓機10一側設有一馬達11，該馬達11帶動連設之變速齒輪12，而驅動橫向穿樞之螺桿13往前作動，該擠壓機10位於擠壓方向上游部份係設有一上游端供給部14，其係供給熱塑性樹脂於擠壓機10內，該擠壓機10兩側係各設有加熱器15，且該上游端供給部14之後接設一混練區段16，以加熱混練熱塑性樹脂，而該擠壓機10位於擠壓方向下游部份係設有一下游端供給部17，其係供給中空球體於擠壓機10內，使螺桿13往前作動攪拌混合熱塑性樹脂與中空球體，最後，通過一成型噴嘴18，以成型一熱塑性樹脂組成物，另，該混練區段16與下游端供給部17間及下游端供給部17與成型噴嘴18間之上方，係各開設有一通風口19，供排放產生之氣體，使其熱塑性樹脂組成物為封閉式胞體(close cell)之構成方式，其係為具較高硬度材質之熱塑性樹脂組成物。

另，請參閱第二圖所示，係為美國申請案號第5889064號「PROCESS AND APPARATUS FOR PRODUCING A FOAMED POLYMER」發明專利案，另一習知擠壓機20一側設有一馬達21，該馬達21驅動一橫向穿設之螺桿22往前作動，該擠壓機20前端部分係設有一進給段23，該進給段23上方開設有一入料口231，其係供給熱塑性樹脂於擠壓機20內，接著，即進入一熔融段24，其兩側係各設有加熱管241，以加熱熔融熱塑性樹脂，該熔融段24之後係接設一混合段25，該混合段25與熔融段24相接處上方係設有一發泡供給裝置251，其係藉由一泵浦2511供給二氧化碳發泡劑於擠壓機20內，以混合熱塑性樹脂與二氧化碳發泡劑，之後，混合後之熱塑性樹脂與二氧化碳發泡劑進入一冷卻段26冷卻，再進入一成型段27，其係設有一成型裝置271，以拉取冷卻後之熱塑性樹脂與二氧化碳發泡劑成型為熱塑性樹脂發泡物，另，其係使用二氧化碳發泡劑氣體發泡，供熱塑性樹脂發泡成型，且沒有排氣孔可以排放氣體出去，使其熱塑性樹脂組成物為開放性胞體(open cell)之構成方式，其係為具可吸水性材質之熱塑性樹脂組成物。

惟，習知擠壓機10係於下游端供給部17供給中空球體於擠壓機10內，主要係採用中空球體玻璃材質製成之不發泡材，再混合熱塑性樹脂混合包覆於中空球體外圍，藉以減輕其熱塑性樹脂組成物之重量，當擠壓機10內之加熱溫度過高時，易造成中空球體之毀壞或受螺桿13之剪切損壞，而對成型後之熱塑性樹脂組成物有所破壞，同時利用上述製程製成之熱塑性樹脂組成物係採用兩種以上不同物性材質之混合物，當該組成物製程之物品需淘汰或損壞更換時，往往無法有效的直接粉碎回收使用，須將內含之中空玻璃球體分離後方可達到環保回收廢料之目的；另，該下游端供給部17係位於該擠壓機10中段位置，因此，當該中空球體由該此加入於擠壓機10內時，受到螺桿13進給作動之行程仍長，因此，極易使該中空球體受到更多之剪切破壞，而影響其發泡物品質。

其次，另一習知擠壓機20係以發泡供給裝置251藉由泵浦2511供給二氧化碳發泡劑於擠壓機20內，以混合熱塑性樹脂與二氧化碳發泡劑，提供一種化學發泡製程使組成物形成為具開放性胞體之柔軟吸水性發泡材，因此，其製造過程中，須要大量之二氧化碳發泡劑，雖然該擠壓機採用密閉式空間來防止二氧化碳發泡劑之氣體洩漏，惟，其發泡過程中若該擠壓機部份產生洩露狀態，使二氧化碳洩露於工作場所時，極易造成當時作業人員吸入過量有害氣體而造成安全上之危險，同時，當該組成物發泡成型輸出成品後，採用之二氧化碳發泡劑之氣體仍須排放出去，對作業人員仍有安全上之疑慮，且該氣體終究仍須隨該產品散發於大氣中，對於地球環境而言仍存在著空氣污染疑慮者；同時，此種利用二氧化碳發泡劑達到發泡之技術，由於是採用氣體為發泡劑，而氣體一旦遇熱，熱空氣會往上移動，故，此種利用氣體發泡劑製成之發泡物，該發泡物之上、下層密度往往無法平均，極易造成發泡物之上層密度較鬆散，下層密度較緊實之缺點者。

本發明提供一種環保熱塑性樹脂發泡物之成型方法，係使用具作動螺桿之一擠壓機，該擠壓機包含有進給段、熔融段、混合段及加熱成型段等，供預定熱塑性樹脂於擠壓機內熔融、混合、發泡成型，其中，該等熱塑性樹脂於熔融段中受熱熔融進入混合段時，在該混合段中加入預定比例具發泡特性之中空膨脹球，使其均勻混合於融熔之熱塑性樹脂中，此時，該中空膨脹球已略受熱發泡膨脹，待其進給至加熱成型段中，再施予較高之預定發泡溫度，使中空膨脹球依該發泡溫度成型至預定之發泡膨脹比率，進而予以冷卻成型一環保熱塑性樹脂發泡物者。

本發明所提供之環保熱塑性樹脂發泡物之成型方法，令熱塑性樹脂熔融後，於混合段中再將中空膨脹球加入混合發泡，可令該中空膨脹球於混合段中先行軟化微發泡，再施予以較高溫度使其完全發泡，有效降低中空發泡球之發泡熱損失，並精準的控制其發泡密度者；另，該等中空膨脹球係可發泡膨脹至2~50倍，其係可減輕成型後之熱塑性樹脂發泡物重量，以達到輕量化之功效，且該中空膨脹球同為熱可塑性樹脂之材質，可有效提供產品回收後之粉碎再生製造，達到極佳環保回收處理之功效者。

請參閱第三、四圖所示，本發明提供一種環保熱塑性樹脂發泡物之成型方法之較佳實施例，其中，一擠壓機30之一側設有一馬達40，該馬達40帶動連設之變速齒輪41以驅動其內軸樞之雙螺桿31轉動往前進給，該等螺桿31係為橫向穿樞於擠壓機30內部者；其步驟包含有：

(一)該擠壓機30前端部分係設有一進給段32，該進給段32上方開設有一入料口321，供給預定之熱塑性樹脂50進入擠壓機30內；

(二)該等熱塑性樹脂50經由進給段32後，進入一熔融段33，其環周係設有加熱元件331，因該擠壓機30內之雙螺桿31係轉動往前進給攪拌，此時，該熱塑性樹脂50之熔融點概約130℃，因此，該加熱元件331加熱溫度係控制在130℃左右，藉以加熱使熱塑性樹脂50呈熔融狀態，另，該熔融段33上方係開設有一排氣口332，供熱塑性樹脂50加熱熔融時，其所產生之氣體由排氣口332排放出去，該排氣口332可以配合預定之抽氣裝置333將氣體有效快速的排放於擠壓機30外側者；

(三)該熔融段33後方接設有一混合段34，該混合段34的上方係開設有一發泡供給口341，其係供給預定之中空膨脹球60於擠壓機30內，同時，該發泡供給口341位置係較靠近於該擠壓機30之端，請配合參閱第五圖所示，其中，該中空膨脹球60外徑係選用5~50 μm大小之熱塑性樹脂材質之球體，其內部係 包含一由碳氫化合物所構成之核心61且其外徑至核心61外徑之厚度係為2~12 μm之間，同時，該等熱塑性樹脂50與中空膨脹球60之份量比率為8：2或9：1，此時，該雙螺桿31轉動進給時，即可攪拌混合該熱塑性樹脂50與中空膨脹球60，其中，該中空膨脹球60雖同為熱塑性樹脂材質，但其具有較高約200℃以上之融熔點、130℃左右之軟化點及140-200℃間之完全發泡膨脹點，是以，當該中空膨脹球60進入混合段34時僅呈軟化及微發泡狀，與熔融之熱塑性樹脂50混合者，上述中空膨脹球60的製作方法乃為習知的技術，其係所屬業界中作為發泡劑用之一種常見材料，其名稱常被翻譯為「中空膨脹球」、「中空球體」、「熱膨脹性中空球體」……等，其相關技術可參考台灣第090109926號專利之說明書第8頁第9行至第9頁第6行之內容及台灣第093122706號專利之說明書第8頁第4至6行與第16至20行之內容。例如：該中空膨脹球商品可為市面上「松本油脂製藥(股)公司」製造之松本微球粒。

(四)請再配合參閱第六圖所示，該混合段34末端位置係縱向隔設有一濾網35，該濾網35後方接設固定有一支撐板體351，其中，該濾網35上係均勻佈設有20目~200目之網孔352，該支撐板體351則均勻佈設有1.5~15mm大小之孔洞3511，供該熔融之熱塑性樹脂50與軟化微發泡之中空膨脹球60通過，此時，由於該 濾網35及支撐板體351之孔徑較小，因此，該熔融之熱塑性樹脂50與軟化微發泡之中空膨脹球60通過之流量受到該濾網35及支撐板體351之限制，使其在混合段34中之流速變慢，亦即該濾網35相對於該混合段34形成一背壓，如此，即可利用螺桿31之轉動更充份的將融熔之熱塑性樹脂50與軟化之中空膨脹球60攪伴混合，達到最佳均勻之混合效果；

(五)當混合後之融熔熱塑性樹脂50與軟化微發泡之中空膨脹球60通過濾網35及支撐板體351後，進入一加熱成型段36，該加熱成型段36具有加熱元件361提供預定之溫度，此時，該加熱成型段36之加熱溫度設定介於140~200℃之間，可利用其加熱溫度，控制中空膨脹球60之發泡膨脹比率，之後，該加熱成型段36後段再接設一預定型式之成型噴嘴37，供發泡後之熔融熱塑性樹脂50與膨脹後之中空膨脹球60之發泡物基材通過成型噴嘴37，成型出預定厚度及形狀之一環保熱塑性樹脂發泡物，待其冷卻即成型為一發泡物成品者。

繼續，該擠壓機30之排氣口332係可供氣體排放出去，以避免該發泡物產生開放性胞體(open cell)之組成，故此成型方法產生之熱塑性樹脂發泡物係為封閉式胞體(close cell)結構，另，環保熱塑性樹脂發泡物係可成型為板狀或條狀，且成型為條狀後，可加工切割，使其成型為顆粒狀，另，環保熱塑性樹脂發泡物係可應用於鞋 材、運動器材及電子產品等用品。

另，該熱塑性樹脂50或中空膨脹球60加入擠壓機之前，係可預先混合攪拌預定比例之金屬粉末，該金屬粉末具有導電性功能，俾使成型之熱塑性樹脂發泡物中佈設均勻的金屬粉末，如此，可使該發泡物具有抗靜電功能或導電性，提高產業使用之範圍者。

最後，茲將本發明之特徵及其可達成之預期功效陳述如下：

1、本發明中藉由不同區段方式將具發泡特性之中空膨脹球體加入已熔融之熱塑性樹脂中，令該中空膨脹球先行軟化微發泡，再施予以較高溫度使其完全發泡膨脹至預定比率，同時，該中空膨脹球係較接近於擠壓機末端位置再加入，因此，可有效減少被剪切破泡之情形發生，大幅降低中空膨脹球之發泡熱損失，藉此更能精準的控制其所欲達成發泡密度，並使中空膨脹球之發泡分佈更為均勻者。

2、本發明之中空膨脹球可發泡膨脹2~50倍，當其填充於熱塑性樹脂中，除可獲得極佳品質之發泡物供應產業使用外，更可有效減輕成型後之熱塑性樹脂發泡物重量，達到輕量化功效者。

3、本發明之中空膨脹球係為物理性發泡，發泡過程中，不影響其物性，且中空膨脹球係採用熱可塑性樹脂之材質所構成，與本發明採用之主原料熱塑性樹脂為相同材質，是以當其應用於產品上，使用一段時間須淘汰或損壞 更換時，該發泡物回收後可以直接進行加工粉碎成再生料，過程中不須再做任何之分離加工，只要將加熱至可熔融溫度，使其完全熔融還原即可，整體而言對於環保回收再生之處理過程更加簡易、方便。

4、本發明之中空膨脹球係為物理性發泡，發泡過程中，不影響其物性，直接利用其發泡倍率之設定達到成型發泡物之目的，過程中不用添加有害氣體以達到發泡效果，對於作業人員之安全更有保障，環境污染亦可降低至最低者。

綜上所述，本發明在同類產品中實有其極佳之進步實用性，同時遍查國內外關於此類結構之技術資料，文獻中亦未發現有相同的構造存在在先，是以，本發明實已具備發明專利要件，爰依法提出申請。

惟，以上所述者，僅係本發明之一較佳可行實施例而已，故舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

【習知】

10．．．擠壓機

11．．．馬達

12．．．變速齒輪

13．．．螺桿

14．．．上游端供給部

15．．．加熱器

16．．．混練區段

17．．．下游端供給部

18．．．成型噴嘴

19．．．通風口

20．．．擠壓機

21．．．馬達

22．．．螺桿

23．．．進給段

231．．．入料口

24．．．熔融段

241．．．加熱管

25．．．混合段

251．．．發泡供給裝置

2511．．．泵浦

26．．．冷卻段

27．．．成型段

271．．．成型裝置

【發明】

30．．．擠壓機

31．．．螺桿

32．．．進給段

321．．．入料口

33．．．熔融段

331．．．加熱元件

332．．．排氣口

333．．．抽氣裝置

34．．．混合段

341．．．發泡供給口

35．．．濾網

351．．．支撐板體

3511．．．孔洞

352．．．網孔

36．．．加熱成型段

361．．．加熱元件

37．．．成型噴嘴

40．．．馬達

41．．．變速齒輪

50．．．熱塑性樹脂

60．．．中空膨脹球

61．．．核心

第一圖係習知擠壓機之剖面圖。

第二圖係另一習知擠壓機之剖面圖。

第三圖係本發明環保熱塑性樹脂發泡物之成型方法之方塊示意圖。

第四圖係本發明較佳實施例擠壓機之剖面圖。

第五圖係本發明較佳實施例中空膨脹球之剖面圖。

第六圖係本發明較佳實施例濾網之示意圖。

30．．．擠壓機

31．．．螺桿

32．．．進給段

321．．．入料口

33．．．熔融段

331．．．加熱元件

332．．．排氣口

333．．．抽氣裝置

34．．．混合段

341．．．發泡供給口

35．．．濾網

351．．．支撐板體

36．．．加熱成型段

361．．．加熱元件

37．．．成型噴嘴

40．．．馬達

41．．．變速齒輪

50．．．熱塑性樹脂

60．．．中空膨脹球

Claims (13)

1. 一種環保熱塑性樹脂發泡物之成型方法，一具作動螺桿之擠壓機中包含有進給段、熔融段、混合段及加熱成型段等，供預定熱塑性樹脂於擠壓機內熔融、混合、發泡成型為一發泡物者；其特徵係在於：該擠壓機一側設有一馬達，該馬達提供動力驅動預定之螺桿轉動，該螺桿係橫向穿設於擠壓機內部者；其成型步驟包含：(一)該擠壓機前端部分係設有一進給段，該進給段上方開設有一入料口，供給預定之熱塑性樹脂於擠壓機內；(二)該等熱塑性樹脂經由進給段之後，利用螺桿轉動進給至環周設有加熱元件之熔融段，以加熱熔融熱塑性樹脂，同時，該熔融段上方開設有一排氣口，供該等熱塑性樹脂加熱熔融時所產生的氣體經由排氣口排放出去；(三)該熔融段後接設有一混合段，該混合段與熔融段相接處上方係開設有一發泡供給口，其係供給預定比例具發泡特性之中空膨脹球進入擠壓機內，並利用螺桿轉動攪拌混合熔融之熱塑性樹脂及微發泡之中空膨脹球，此時該中空膨脹球已略受熱發泡膨脹；(四)該混合段末端縱向隔設有一濾網，該濾網表面上開設有預定之網孔，該網孔可供熔融之熱塑性樹脂與微發泡之中空膨脹球通過，此時，該濾網利用佈設之網孔規格控制通過流量及流速，俾相對於該混合段形成一背壓作用，使該熔融之熱塑性樹脂與微發泡之中空膨脹球在混合 段增加攪拌混合之時間，達到混合更為均勻；(五)混合後之熱塑性樹脂與中空膨脹球通過濾網後，進入一加熱成型段，並加熱控制中空膨脹球之發泡膨脹比率者；該加熱成型段末端再接設一預定之成型噴嘴，供發泡成型後之發泡物基材通過成型噴嘴，冷卻成型一預定厚度及形狀之熱塑性樹脂發泡物。
2. 如申請專利範圍第1項所述之環保熱塑性樹脂發泡物之成型方法，其中，該濾網之網孔規格係介於20目~200目間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之環保熱塑性樹脂發泡物之成型方法，其中，該濾網之後方固設有一支撐板體，該支撐板體表面佈設有1.5~15mm之孔洞。
4. 如申請專利範圍第1項所述之環保熱塑性樹脂發泡物之成型方法，其中，該等熱塑性樹脂與中空膨脹球之份量比率為8：2者。
5. 如申請專利範圍第1項所述之環保熱塑性樹脂發泡物之成型方法，其中，該等熱塑性樹脂與中空膨脹球之份量比率為9：1者。
6. 如申請專利範圍第1項所述之環保熱塑性樹脂發泡物之成型方法，其中，該等中空膨脹球係為熱可塑性樹脂之材質。
7. 如申請專利範圍第1項所述之環保熱塑性樹脂發泡物之成型方法，其中，該中空膨脹球外徑係為5~50 μm大小，其內部包含一由碳氫化合物所構成之核心，且中空 膨脹球外徑至核心外徑之厚度係為2~12 μm者。
8. 如申請專利範圍第1項所述之環保熱塑性樹脂發泡物之成型方法，其中，該等中空膨脹球之發泡率係介於2~50倍之間。
9. 如申請專利範圍第1項所述之環保熱塑性樹脂發泡物之成型方法，其中，該中空膨脹球之熔融點係高於該等熱塑性樹脂之熔融點者。
10. 如申請專利範圍第1項所述之環保熱塑性樹脂發泡物之成型方法，其中，該擠壓機之螺桿係為雙螺桿者。
11. 如申請專利範圍第1項所述之環保熱塑性樹脂發泡物之成型方法，其中，該擠壓機之螺桿係為單螺桿者。
12. 如申請專利範圍第1項所述之環保熱塑性樹脂發泡物之成型方法，其中，熱塑性樹脂發泡物係成型為板狀或條狀，且成型為條狀後，可加工切割，使其成型為顆粒狀。
13. 如申請專利範圍第1項所述之環保熱塑性樹脂發泡物之成型方法，其中，該熱塑性樹脂或中空膨脹球加入擠壓機之前，係可預先混合攪拌預定比例之金屬粉末，俾使成型之熱塑性樹脂發泡物中佈設有金屬粉末者。