專利名稱：注塑可發(fā)泡塑料組合物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及注塑可發(fā)泡塑料的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)重量輕、絕熱性及硬度良好的模塑泡沫塑料制品的注塑方法，模塑制品的表面包括不或低發(fā)泡的致密結(jié)構(gòu)層和模塑制品的內(nèi)部包括高發(fā)泡層。
背景技術(shù)：
已有生產(chǎn)模塑泡沫塑料制品的方法，已知是一種在其體積與所需模塑制品體積相同的模腔中，注入體積量小于該模腔體積且內(nèi)含發(fā)泡劑的熱塑性組合物，利用組合物發(fā)泡體積增大的方法，使該組合物充填此模腔。但是，當所需模塑制品的末端為薄剖面的形狀時，這種方法就難于使組合物完全充滿模腔。甚至在所需模塑制品厚度超過4毫米時，發(fā)泡倍數(shù)也只限于1.2至1.5倍。這樣低的發(fā)泡倍數(shù)使所得模塑泡沫塑料制品的絕熱性和輕量化仍然存在問題。
作為一種注塑可發(fā)泡塑料的方法，日本專利公開昭62-246710公開了一種注塑方法，該方法中，將與注塑機的注料口相連的模具由一靜模部分和動模部分組成，在二者之間形成的模腔可以通過移動動模部分而擴大和縮小，在將發(fā)泡劑從注塑機注射到模具之前，通過退回動模部分使模腔擴大到預定的尺寸。
另外，日本專利公開平4-214311公開了一種注射壓塑方法，該方法中，一個能沿擴大或縮小模腔體積的方向相對移動的模具被放置在縮小預定模腔體積的位置，在通過維持壓力以防止樹脂發(fā)泡將可發(fā)泡的熔融樹脂注入模腔的同時，使模具沿擴大模腔體積的方向移動，通過沿縮小模腔體積的方向移動模具而使樹脂受壓，冷卻樹脂表面使其凝固，再次沿擴大模腔體積方向移動模具以使樹脂壓力降低到開始發(fā)泡的壓力狀態(tài)，這樣，使樹脂在模腔內(nèi)發(fā)泡，冷卻后，取出模塑制品。
然而，在這些現(xiàn)有的方法中，存在這樣一個問題，即模塑制品沒有較好的外觀。在上面的第一種方法中，問題的原因是這樣的因為模腔擴大與注射同時進行，模塑制品的表面部分發(fā)生癟泡，因而得不到無發(fā)泡或低發(fā)泡的，致密的泡孔結(jié)構(gòu)表面。在使用遠離澆口處有一薄壁的模腔結(jié)構(gòu)的模具的情形下，完全充模是困難的。在上面的第二種方法中，問題存在的原因是這樣的在使用遠離澆口處有一薄壁的模腔結(jié)構(gòu)的模具(例如，具有大的平坦表面，肋線和凸臺模的塑制品的模具)和常規(guī)模塑機的情況下，難以維持可發(fā)泡塑料的壓力以防止其發(fā)泡。如果通過使用大的模塑機而使注射得以在高速和高壓下進行，或者伴以反壓加工，可發(fā)泡塑料當然可以被維持在一定壓力下而不發(fā)泡。然而，在經(jīng)濟方面存在問題。而且，由于需要縮小和擴大模腔體積兩個步驟，也需更多勞力、費用和時間，用于確定模腔體積縮小和擴大，經(jīng)濟上仍然存在問題。
另外，上述現(xiàn)有方法還存在如下問題在生產(chǎn)端部具有大平面，薄壁肋線和壁面或凸臺的模塑制品時，樹脂不能完全地被填充至模塑制品的端部(稱“欠注射”)，這將導致殘次品的產(chǎn)生并不能生產(chǎn)具有致密表面和良好外觀的模塑制品。
產(chǎn)生上述問題的原因在于在上述任一種現(xiàn)有方法中，模腔擴大與注射同時進行或在注射過程中進行，也就是說，將被填充的模腔體積在樹脂進料的過程中增大。如果所述操作是針對有一個大平面的模腔進行的，樹脂進料速率可能跟不上模腔體積擴大速率。在這種情況下，將供給模腔的樹脂的壓力難以保持恒定，從而無法阻止樹脂開始發(fā)泡。在具有上述形狀的模腔中，為使樹脂充填至端部，要求樹脂注射壓力超出預定值。所以，欠注射是不可避免的。即使模腔在擴大之后被重新壓縮，大部分樹脂發(fā)泡那時已經(jīng)完成。因此，在壓縮模腔這一步，僅僅是發(fā)泡產(chǎn)生的泡孔被壓縮，并不能實現(xiàn)流體樹脂填充至端部。
與上述的原因相同，模腔內(nèi)部樹脂壓力的減小將在進料過程中促使樹脂發(fā)泡。這樣，發(fā)泡產(chǎn)生的泡孔將在進料樹脂的前段連續(xù)斷裂，在模塑制品表面留下痕跡，從而不會生產(chǎn)出具有優(yōu)良外觀的模塑制品。
為了防止上述的壓力減小，一個反壓方法曾被同時采用即將一些壓縮氣體事先封入模具以確保流體樹脂的前段壓力恒定。即便如此，還是發(fā)生了這樣的現(xiàn)象即樹脂流體受進料速率和模腔體積擴大速度的影響，在模腔平坦區(qū)樹脂流明顯停止或回流。因此在模塑制品表面留下痕跡或劃痕，致使所述制品外觀不好。
為了避免現(xiàn)有技術(shù)中的這些缺陷，唯一的方法是將模塑制品的形狀限制為棒狀，柱狀或是相對于平坦部分的投影面積來說在厚度方向有足夠厚度的形狀。這就是說，通過采用擴大模腔與注射同步進行或在注射過程中進行的步驟來生產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)良的模塑制品的形狀被限制在很窄的范圍內(nèi)。
因此，考慮到現(xiàn)有技術(shù)的這些缺陷，本發(fā)明被設計出來。本發(fā)明的目的在于通過使用遠離澆口處有一薄壁的模腔結(jié)構(gòu)的模具的常用注塑機，提供一種能夠生產(chǎn)出質(zhì)輕，絕熱性好，硬度高的模塑塑料泡沫制品的方法，該模塑塑料制品的表面包括一層不或低發(fā)泡的致密結(jié)構(gòu)的層和其內(nèi)部包括高發(fā)泡層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種注塑可發(fā)泡塑料組合物的方法，該方法包括以下步驟a)、將熔融可發(fā)泡塑料組合物注入體積按所需模塑制品體積計為10-95％的模腔中；b)、在注射充填完成之后，冷卻該組合物至其中與模具表面接觸的固化層和熔融內(nèi)層互相混合的狀態(tài)；c)、將此模腔體積擴大至所需模塑制品的體積；并d)、經(jīng)進一步冷卻后，取出模塑制品。
本發(fā)明也涉及按照上述方法生產(chǎn)的模塑泡沫塑料制品。
附圖簡述

圖1為說明按照本發(fā)明實施例生產(chǎn)的模塑制品內(nèi)部透視圖。圖2為說明按照本發(fā)明各實施例生產(chǎn)的模塑制品底部透視圖。在這些附圖中，1表示澆口位置，2表示模塑制品的頂部及從頂部切出用作測試硬度和絕熱性試樣的部位。
本發(fā)明最佳模式的說明用于本發(fā)明的可發(fā)泡塑料組合物包括熱塑性塑料和發(fā)泡劑。熱塑性塑料包括聚丙烯、聚乙烯、丙烯/乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、ABS樹脂、甲基丙烯酸樹脂、聚乙烯醇等等。發(fā)泡劑包括無機化合物，諸如碳酸銨和碳酸氫鈉，和有機化合物，諸如偶氮化合物、磺酰肼化合物、亞硝基化合物和疊氮化合物等等。偶氮化合物包括偶氮二碳酰胺(ADCA)、2，2’-偶氮二異丁腈、偶氮六氫化苯腈、重氮氨基苯等等。磺酰肼化合物包括苯磺酰肼、苯-1，3-二磺酰肼、二苯基砜-3，3’-二磺酰肼、二苯醚-4，4’-二磺酰肼等等。亞硝基化合物包括N，N’二亞硝基五亞甲基四胺(DNPT)、N，N’二甲基鄰苯二甲酸酯等等。疊氮化合物包括對苯二甲酰疊氮、對-叔丁基苯甲酰疊氮等等。
用于本發(fā)明的可發(fā)泡塑料組合物，例如可采用在滾混機等中將熱塑性塑料和按熱塑性塑料重量計為0.5-5％重的發(fā)泡劑進行干混的方法加以制備。
例如，按照本發(fā)明規(guī)定，具有按所需模塑制品體積計10-95％的體積的模腔，可以用所需模塑制品的體積除以所需模塑制品的發(fā)泡倍數(shù)所得出的體積數(shù)表示。例如，如果所需模塑制品的尺寸為200mm×200mm×4mm，發(fā)泡倍數(shù)為2，則具有體積為按所需模塑制品體積計為50％的模腔可表示為200mm×200mm×2mm。
體積小于10％的模腔不是優(yōu)選的，因為使用這樣的模腔會增加充填時對可發(fā)泡塑料組合物施加壓力的梯度，不能均勻充填及生產(chǎn)外觀良好的模塑制品。體積高于95％的模腔也不是優(yōu)選的，因為采用這樣的模腔注射時對可發(fā)泡塑料組合物施加的壓力會暫時降低，以致在完成充填之前就開始發(fā)泡，不能生產(chǎn)出外觀良好的模塑泡沫塑料制品。
擴大模腔體積可以通過，例如，合模機構(gòu)對模具的移動或通過安裝在模具上的滑動型芯的移動來實現(xiàn)。模腔體積的這一變化可以通過手動實現(xiàn)，但是通過模塑機或模具的自身機制，那么這種變化能得到盡如人意的控制。若擴大模腔體積是通過注塑機的合模機構(gòu)對模具的移動來實現(xiàn)的，那么注塑機最好有一個在成型過程中模具能被任意移動或停止的控制機構(gòu)。若擴大模腔體積體積是通過滑動型芯的移動來實現(xiàn)的，那么注塑機最好有一個能任意控制滑動型芯移動的機構(gòu)。
按照本發(fā)明方法，例如利用注射模具的冷卻裝置，在完成注射充填后保持該模腔具有按所需模塑制品體積計的10-95％體積的狀態(tài)1-20秒，即可將模腔內(nèi)容物冷卻到其中接觸模具表面的固化層與熔融內(nèi)層相混合的狀態(tài)。
如果需要，在不損及本發(fā)明目的范圍內(nèi)，用于本發(fā)明的可發(fā)泡塑料組合物還可與抗氧劑、防潮劑、紫外光吸收劑、抗靜電劑、著色劑、烯烴彈性體以及無機填料如滑石粉等相組合。
本發(fā)明方法的特征在于，在可發(fā)泡塑料注入模腔過程中，此模腔是處于體積縮小狀態(tài)，這就意味著模腔體積在注射過程中不必通過模腔的收縮或膨脹而變化，和冷卻/模腔膨脹/再冷卻的操作是在注射完成之后進行的。因此用這種方法生產(chǎn)的模塑制品具有良好的外觀和絕熱性等等，其中表面包括不或低發(fā)泡的致密結(jié)構(gòu)和內(nèi)部包括高發(fā)泡層。
對于模塑制品表面上不或低發(fā)泡的致密結(jié)構(gòu)層形成的原因，設想說明如下。由于直到本方法b)步驟，模腔體積一直保持在按所需模塑制品體積計的10-95％，亦即模腔處于模腔體積已被縮小而未增加的位置。注射壓力和注射保壓將被傳遞到已被注入到模腔的熔融可發(fā)泡塑料的端部。而且模腔體積的縮小會傳遞模具壓力。該狀態(tài)下的熔融可發(fā)泡塑料將處于無發(fā)泡或低發(fā)泡狀態(tài)。之后，將處于該狀態(tài)下的塑料冷卻到與模具表面接觸的凝固薄層同熔融內(nèi)部薄層混合的狀態(tài)，使得與模具接觸的熔融可發(fā)泡塑料以無發(fā)泡或低發(fā)泡狀態(tài)冷卻，從而形成與模具表面相同的表面。此后，即使擴大模腔體積也不會發(fā)生發(fā)泡。因此生產(chǎn)出的模塑制品表面有一帶有無發(fā)泡或低發(fā)泡的致密結(jié)構(gòu)的薄層，即，制品有良好的外觀。基于上述事實-注射壓力和注射保壓將被傳遞到已被注射到模腔內(nèi)的熔融可發(fā)泡塑料的端部，將熔化可發(fā)泡塑料填充到薄壁部分是有可能的，完全充模變得輕而易舉，即使在使用遠離澆口處有一薄壁的模腔結(jié)構(gòu)的模具時。當然，冷卻步驟直到達到與模具表面接觸的凝固薄層同熔融內(nèi)部薄層相混合的狀態(tài)才結(jié)束，這樣，在隨后的步驟c)中熔融內(nèi)部薄層開始發(fā)泡。在接下來的步驟d)中，冷卻熔融薄層以使其內(nèi)部凝固，其結(jié)果是生產(chǎn)出內(nèi)部具有高發(fā)泡薄層的模塑制品。
以下將通過利用下述組合物、注塑機和模具的實施例和對照例，對本發(fā)明進一步加以說明。
組合物組合物A通過將97份重的結(jié)晶丙烯均聚物，其桶混機流動速率按JIS K 7210試驗條件14(230℃，21.18N)為2.5克/10分鐘及熔點165℃，與3份重的偶氮二酰胺(ADCA)，在桶混機中加以攪拌混合，制備這種組合物。
組合物B通過將97份重的結(jié)晶丙烯/乙烯嵌段共聚物，其中包括85％重的丙烯均聚物和15％重的乙烯含量60％重的丙烯/乙烯共聚物，結(jié)晶丙烯的桶混機流動速率按JIS K 7210試驗條件14(230℃，21.18N)為2.5克/10分鐘和熔點165℃，與3份重的偶氮二酰胺(ADCA)，在桶混機中加以攪拌混合，制備這種組合物。
組合物C通過將97份重的結(jié)晶丙烯均聚物，其桶混機流動速率按JIS K 7210試驗條件14(230℃，21.18N)為2.5克/10分鐘，熔點165℃，與2份重的偶氮二酰胺(ADCA)和1份重的碳酸銨，在桶混機中加以攪拌混合，制備這種組合物。
注塑機這里采用的注塑機裝配有螺桿直徑90毫米的料筒和最大合模力為650噸的模具合模機構(gòu)。
模具這里采用具有生產(chǎn)成型箱式模制品的模腔的模具，該制品尺寸為長410毫米、寬295毫米、高50毫米，如圖1所示，其中模具的分模部分為配合型，模腔體積在模具移動位置是可變化的。
下述實施例和對照例所說明的特征，均用下述方法進行評價。從模制品切下的部分在圖1和2中以2指示。
充模評價在各實施例和對照例中所得模塑制品，均用下述標準制品加以對比，評價發(fā)生“欠注射”的末端部分的形狀。在其形狀與標準制品相同時，就表示為“G”。在形狀與標準制品不同時，表示為“N”。
標準制品采用桶混機流動速率按JIS K 7210試驗條件14(230℃，21.18N)為2.5克/10分鐘的聚丙烯，實施例所用的模塑機和模具按以下方式制備這種制品。注射機料筒溫度設定為210℃，模具冷卻劑溫度設定為50℃。取所述聚丙烯702克，注入頂部厚度5毫米和總體積780cc的模腔中。完成注射后，冷卻模腔50秒，再打開模具，取出制品。用這樣的模塑制品作為標準制品。
外觀將在實施例和對照例中所得模塑制品與上述標準制品進行比較，評價其表面狀態(tài)。表面狀態(tài)與標準制品相同的制品，以“G”表示，表面狀態(tài)與標準制品明顯不同的制品和觀察到表面不平坦的，以“N”表示。
發(fā)泡倍數(shù)從實施例和對照例所得的模塑制品上各切下100mm×100mm的試樣，測定其比重。用測定的試樣比重除以標準制品的比重所得的數(shù)值表示發(fā)泡倍數(shù)。
絕熱性從實施例和對照例所得的模塑制品上各切下100mm×100mm的試樣，再按照ASTM D2320(探針法)測定其導熱系數(shù)，用于作為絕熱性的指標(單位千卡/米.小時.℃)。導熱系數(shù)較低的表示絕熱性較好。
硬度從實施例和對照例所得的模塑制品上各切下15mm×119mm的試樣，再按照JIS K7203方法進行撓曲試驗。記錄最大撓曲負荷的試驗結(jié)果，作為硬度指標。
實施例1采用如上所述組合物A、注塑機和模具，另設定成型機料筒溫度230℃和模具冷卻劑溫度70℃，按下述步驟成型。
(i)、取396克該組合物，注入體積440毫升、與模塑制品頂部(如圖1及圖2中2所示)接觸的模腔間厚度為2.2毫米(靜、動模間距)的模腔中，此間距厚度此后簡寫為“頂部厚度”。三秒后完成注射；(ii)、完成注射充填后，繼續(xù)冷卻10秒，而后開始擴大模腔體積，開始后1.5秒完成擴大，使頂部厚度變?yōu)?.0毫米，總體積變?yōu)?80毫升。
(iii)、在體積擴大完成之后，持續(xù)冷卻100秒，打開模具，取出模塑制品，其尺寸為長410毫米，寬295毫米和高52.8毫米，體積為780毫升。模塑制品特征示于表1中。
實施例2采用如上所述的組合物A、注塑機和模具，并另設定成型機的料筒溫度230℃和模具冷卻劑溫度70℃，按實施例1的相同方法成型，但下述步驟(ii)除外(ii)、在完成注射充填之后，冷卻持續(xù)15秒，接著再開始擴大模腔體積。在體積擴大開始后1.5秒完成擴大，使頂部厚度變?yōu)?.0毫米和總體積為780毫升。
這樣得到一種模塑制品，其尺寸為長410毫米，寬295毫米和高52.8毫米，體積為780毫升。模塑制品特征示于表1中。
實施例3采用如上所述的組合物A、注塑機和模具，并另設定成型機的料筒溫度230℃和模具冷卻劑溫度70℃，按實施例1的相同方法成型，但下述步驟(i)除外(i)、取342克該組合物，注入總體積380毫升模腔中，頂部厚度1.7毫米，3秒后完成注射。這樣得到一種模塑制品，其尺寸為長410毫米，寬295毫米和高52.8毫米，體積為780毫升。模塑制品特征示于表1中。
實施例4采用如上所述的組合物B、注塑機和模具，并另設定成型機的料筒溫度230℃和模具冷卻劑溫度70℃，按實施例1步驟(I)-(iii)的相同方法成型。這樣得到一種模塑制品，其尺寸為長410毫米，寬295毫米和高52.8毫米，體積為780毫升。模塑制品特征示于表1中。
實施例5采用如上所述的組合物C、注塑機和模具，并另設定成型機的料筒溫度230℃和模具冷卻劑溫度70℃，按實施例1步驟(I)-(iii)的相同方法成型。這樣得到一種模塑制品，其尺寸為長410毫米，寬295毫米和高52.8毫米，體積為780毫升。模塑制品特征示于表1中。
對照例1采用如上所述的組合物A、注塑機和模具，并另設定成型機的料筒溫度230℃和模具冷卻劑溫度70℃，按下述方法成型；取396克該組合物，注入總體積780毫升及頂部厚度5.0毫米的模腔中，于三秒后完成注射。完成注射后，繼續(xù)冷卻120秒，再打開模具，取出模塑制品，模塑制品尺寸為，長410毫米，寬295毫米和高51.3毫米，體積為665毫升。模塑制品特征示于表1中。
對照例2采用如上所述的組合物A、注塑機和模具，并另設定成型機的料筒溫度230℃和模具冷卻劑溫度70℃，按下述方法成型；(i)、取396克該組合物，注入體積440毫升及頂部厚度2.2毫米的模腔中，三秒后完成注射；(ii)、在開始注射后2秒，開始擴大模腔體積，開始后1.5秒完成擴大，使頂部模腔厚度變?yōu)?.0毫米，總體積變?yōu)?80毫升。
(iii)、在模腔體積擴大完成之后，持續(xù)冷卻100秒，再打開模具，取出模塑制品，模塑制品尺寸為長410毫米，寬295毫米和高52毫米，體積為720毫升。模塑制品特征示于表1中。
對照例3采用如上所述的組合物A、注塑機和模具，并另設定成型機的料筒溫度230℃和模具冷卻劑溫度70℃，按下述方法成型；(i)、取396克該組合物，注入體積440毫升及頂部厚度厚度2.2毫米的模腔中，三秒后完成注射；(ii)、在注射起始的同時，開始擴大模腔體積，開始后1.5秒完成擴大，使頂部厚度變?yōu)?.0毫米，總體積變?yōu)?80毫升。
(iii)、在體積擴大完成之后，繼續(xù)冷卻100秒，再打開模具，取出模塑制品，模塑制品尺寸為，長410毫米，寬295毫米和高52毫米，體積為700毫升。模塑制品特征示于表1中。
表1

如表1所示，按照實施例1、2、3、4及5生產(chǎn)的模塑制品在充填評價、發(fā)泡倍數(shù)、絕熱性、硬度及外觀等方面性能都是優(yōu)異的。另一方面，按照對照例1、2、及3生產(chǎn)的模塑制品在充填評價、發(fā)泡倍數(shù)、絕熱性、硬度及外觀等方面性能是次劣的。因此，用于對照例1、2及3的注塑方法是不適用于本發(fā)明的。
工業(yè)適用性按照本發(fā)明的注塑方法，在常規(guī)注塑機中，使用具有遠離澆口有薄壁的模腔結(jié)構(gòu)的模具，可以經(jīng)濟地實現(xiàn)。按照這種方法生產(chǎn)的模塑泡沫塑料制品包括具有在表面上不或低發(fā)泡的致密結(jié)構(gòu)層和在其內(nèi)部的高發(fā)泡層，而且其重量輕、絕熱性好、硬度適宜，因此適用于作為汽車部件、家庭用具、工業(yè)部件或其它等。
權(quán)利要求
1.一種可發(fā)泡塑料組合物的注塑方法，該方法包括以下步驟a)、將熔融可發(fā)泡塑料組合物注入體積按所需模塑制品體積計為10-95％的模腔中；b)、在注射充填完成之后，冷卻該組合物至其中與模具表面接觸的固化層與熔融內(nèi)層互相混合的狀態(tài)；c)、擴大模腔體積至所需模塑制品的體積；并d)、經(jīng)進一步冷卻后，取出模塑制品。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中可發(fā)泡塑料組合物包括熱塑性塑料和發(fā)泡劑。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其中可發(fā)泡塑料組合物還包括抗氧劑、防潮劑、紫外光吸收劑、抗靜電劑、著色劑、烯烴彈性體以及無機填料等。
4.按照權(quán)利要求2的方法，其中加入按熱塑性塑料重量計為0.5-5％重的發(fā)泡劑。
5.按照權(quán)利要求1-4任一項的方法生產(chǎn)的泡沫塑料模制品。
全文摘要
一種使可發(fā)泡塑料組合物注塑的方法,其包括步驟:將熔融可發(fā)泡塑料組合物注入至其體積低于所需模塑制品體積的模腔中;在注射充填完成之后,冷卻該組合物使之達到其中與模具表面接觸的固化層與熔融內(nèi)層相混合的狀態(tài);擴大此模腔的體積至所需模塑制品的體積,而后經(jīng)進一步冷卻,取出模塑制品。這樣的模塑制品包括具有在表面上的不或低發(fā)泡的致密結(jié)構(gòu)的層和在內(nèi)部的高發(fā)泡層,而且它重量輕、絕熱性好。
文檔編號B29C44/02GK1229382SQ96180433
公開日1999年9月22日 申請日期1996年9月13日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月13日
發(fā)明者吉崎倫生, 本田孝一 申請人:智索股份有限公司