[发明专利]向注射模塑成形机中供应树脂材料的方法、装置和发泡成形品

说明书

[发明领域]

本发明涉及以惰性气体作为发泡剂进行发泡成形时使用的、向注射模塑成形机中供应树脂材料的方法、装置以及发泡成形品。

[发明背景] 

发泡成形的历史悠久，以前通过注射模塑成形获得树脂的发泡成形品的技术，例如USP3268639、USP3384691中已经公开，近年来通过合成树脂成形的教材等，能够获知使用化学发泡剂和物理发泡剂的发泡成形的方法。

然而，现有的发泡成形采用泡沫聚苯乙烯等，正如所知道的那样发泡倍率非常高，因而在减轻重量方面优越，但是存在机械强度差的缺点。此外，对于化学发泡剂，大多采用具有热分解性的发泡材料和树脂材料在即将成形之前混合的母料法，该方法存在有害性、模具腐蚀、成形环境恶化、操作困难等许多问题。

与此相对，USP3796779号公报公开了直接向熔化的树脂材料中吹入二氧化碳等惰性气体，使树脂中浸透气体，随后冷却获得发泡体。通过发泡剂使用惰性气体，解决了有害性、模具腐蚀、成形环境恶化、操作困难等问题。

但由于USP3796779号公报中仍是直接向熔化的树脂中喷射气体，树脂和气体混合不均，形成各种各样气泡形状的海岛结构，有部分的强度下降等，控制发泡状态是非常困难的。

为克服这些缺点，在1980年初，在美国马萨诸塞州工科大学，发现了由微晶粒构成的非常小的发泡体的成形方法。在USP4473665、USP5158986、USP5160674、USP5334356、USP5571848、USP5866053号公报中公开了该方法和装置。如果采用美国马萨诸塞州工科大学建议的方法和设备，则向注射模塑成形机的可塑化装置的树脂熔化部分吹入超临界状态的惰性气体，通过静态混合器，使熔化的树脂和气体充分混合。然后，进行压力和温度的控制，其结果是发泡成形品中的25微米以下的小气泡呈多数且分散均匀，由于气泡直径小，可以获得几乎没有成形品的强度变差的产品。

而且作为改善发泡成形品外观质量的方法，在向模具内注入树脂时，预先用气体填充模具，且施加大气压以上的压力，之后，进行注入，在完全填充树脂后，去掉施加在模具内的气体压力，由该减压进行树脂中的气体发泡的方法也是已知的。

采用现有的方法，由于直接向熔化的树脂材料中吹入气体，在吹入气体时，与气体接触的熔化树脂部分被骤冷，如果连续吹入，则多数熔化树脂被冷却，结果使粘度增加，恢复到适应于再次成形的树脂温度和粘度需要时间的。

此外，在把气体事先加热到接近树脂的熔融温度附近的情况下，由于随着温度的上升，气体的体积增大，因此如果直接向熔融树脂中吹入气体，因为树脂内的气压低，存在填充到模具内之后发泡倍率非常低的缺点。

因此为了弥补该缺点，有在提高气体温度的同时也提高压力，并在维持气体浓度基础上向熔融树脂中吹入气体的方法，但是在该种情况下，气体的压力非常高，在吹入瞬间由于气体流入熔融树脂，所以控制气体的吹入量是困难的。此外，由于突然向熔化树脂中吹入，结果被吹入了的熔化树脂已经形成气体和树脂的2层分离体，为了使气体均匀分散于树脂中，必须再次使用静态混合器等进行反复机械混合。因此，存在装置变复杂的同时周期延长，而有损生产性的缺点。

此外，原来为除去材料中的或计量中的空气，注射膜塑成形机和挤出机的塑化装置具有向熔化树脂施加一定程度的压力的结构，因此如果像原来那样向熔化树脂中计量吹入气体，则存在在吹入的气体完全融入树脂之前已经从可塑化装置的计量部排出的缺点。

而且，在向模具内注射时，用气体填充模具内且施加大气压以上的压力，在树脂填充后去掉气体的压力的方法中，填充速度快时，不能控制填充于模具内的气体的压力，结果已经填充的气体成为障碍，造成注料量短。此外，树脂的填充速度慢时，能够控制填充于模具内的气体，填充树脂时，能够控制填充后的压力，但是因为填充速度慢，所以从模具开始的冷却，造成了从与模具相接的表面开始固化的表层增大，因此在成形品的泡沫分布中，存在表面和中心肉厚、以及入口附近和最后的填充部分之间发泡差异变大的缺点。

此外，在使含有热分解的化学发泡材料的粒料和不含有发泡材料的粒料在成形之前混合，即所谓母料方式中，使可塑化过程中的化学发泡材料分散均匀是非常困难的，结果形成成形品的发泡体的分散不均匀，在强度、精度方面都不够充分。

[发明的概述]

因此，鉴于上述的问题，本发明的目的是提供向注射模塑成形机中供应树脂材料的方法和装置，能够使气泡均匀分散于成形品中以及发泡成形品。