[发明专利]挤出形成发泡产品的方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及挤出形成发泡产品的方法及其系统。 

技术背景

以化学发泡剂或物理发泡剂之一与熔融聚合物母体混合，可制造聚合物发泡产品。例如使用一般是低分子量有机化合物的化学发泡剂与熔融聚合物混合，并加热至一临界温度上释放至少一种气体，以制造聚合物发泡产品。物理发泡剂在大气环境下基本上为气体，在加工过程中被引入与熔融聚合物混合，或在压力下成为聚合物蕴含的一种成份，以制造聚合物发泡产品。早期发泡技术制造的聚合物发泡产品具有的泡孔或气室的尺寸大于100微米与不一致的气室尺寸分布，且具有较低的气室密度。 

为获得更强健与更轻的发泡产品，而有各种获得更小气室尺寸与更高气室密度的发泡成型加工技术被揭露。研究表明，为降低气室尺寸与增加气室密度，可混合熔融聚合物与物理发泡剂的超临界流体状态，形成一相互溶解的单相溶液，而后在单相溶液上引起热力学不稳定，以诱导其成核作用发生。 

其中，单相溶液上的成核作用，可视为：超临界流体的分子进入聚合物中带有清楚分界的稳定气穴的族群转变。 

在古典成核作用理论中，引起一热力学不稳定，可透过迅速改变压力、温度或两者。因在一熔融聚合物内的超临界流体的溶解度，随压力和温度而变，且气室成核作用率将随压降率的增加而增加。故迫使单相溶液遭受一足够大的热力学不稳定，是获得高气室密度的一关键。 

理想上，在单相溶液上的压力改变，希望压降瞬间产生，但这是不可能。实际上，压降必须经过一有限的时间段。越更迅速的压降将引起更大的热力学不稳定，使越更大数量的气室被成核；而微孔材料上的更高气室密度，一般对应至更小气室尺寸。 

Park等人在美国专利5,866,053号与6,051,174号中，揭露用于挤出发泡技术的微孔聚合物制品的一种连续加工过程。其中，对熔融聚合物中超临界流体的含量，当在单相溶液上的保持压力大于22MPa(3200psi)时，最高可溶解在聚合物内的超临界二氧化碳被估计为可超过按重量的7.5％；以及当在单相溶液上的保持压力超过4000psi之上时，最高可溶解在那些聚合物内的超临界二氧化碳被估计为超过按重量计的10％。 

在Park等人的先前研究揭示，二氧化碳在熔融聚合物中的最高溶解度，随着在其上的工作压力的增加而增加。其中，对于单相溶液成核，在可模拟的成核条件下，单相溶液中发泡剂含量越多，成核位置就越多，且成核泡孔尺寸较小。该先前技术揭示，将发泡剂含量增加至一临界值，并提供成核需要的一高压降率，可获得较多的成核位置；而后快速冻结成核后的料液，阻止其上的泡孔成长。 

故而熔融聚合物中超临界流体的高溶解度，是获得高气室密度的另一关键。 

上述技术，通过缩小成核位置的尺寸，并在发泡期间通过冷却以减低在每一成核位置中包含的气体分子能量，而减小每一成核位置的内压力，实现保持极小泡孔的需求。换言之，可通过生成许多成核位置，以减少每一成核位置中包含的气体分子，实现减小与每一成核位置有关的内压力。 

对单相溶液的料液具有高发泡剂含量的状况，早先发泡技术，易因泡孔密度过高，导致泡孔相互连接。反之，当料液具有低发泡剂含量时，早先预期发泡剂含量略低于0.1％时，产品的泡孔尺寸将会过大，且材料的空隙体积将减少；而且当材料的发泡剂含量更低于0.1％时，最后接近密实材料的产品。 

但中国专利01809941.6号中揭露，在料液中的发泡剂含量在大约0.08％或更低的低发泡剂含量的状况下，制造过程中的特别高压降率，可促进料液成核时产生更高的成核作用率，使料液具有更小尺寸的成核，获得微孔材料产品。且因料液成核后，发泡剂的含量不足，不易引起显著的泡孔生长，而降低或消除料液成核后快速冻结的需要。 

例如：中国专利01809941.6号中例示，单相溶液中含按重量计0.08％的发泡剂，并以5.0英寸/秒的注射速度与1209psig的液压压力被注射成型，所得的发泡产品和流道比密实的产品和流道的重量少5％。另一例示，单相溶液中含按重量计0.06％的发泡剂，并以5.3英寸/秒的注射速度与2333psig的液压压力被注射成型，所得的发泡产品和流道比密实的产品和流道的重量少15％。而且，上述两例示的实施例的发泡产品的泡孔结构在直径方面均小于40微米。其例示更特别高的压降率，获得的发泡产品具有更高空隙率。 

因而，单相溶液的料液在成核时遭受特别高的压降率，是生产更强健的微孔产品的一重要因素。