[发明专利]用于生产膨胀的泡沫坯体的装置和方法

说明书

背景技术

本发明涉及一种生产基于适当聚合物的多孔、膨胀的材料的装置和方法。

现今，PVC基刚性泡沫聚合物材料广泛用作军舰或航空部门中的夹层结构中的芯材料、或者作为在建筑部门中的热/声绝缘体。在一种夹层结构中，该芯使两种结构上更刚性的材料(如纤维增强的塑料(FRP)、金属或类似物)分开。与更传统的单层结构相比，此类夹层结构具有许多优点，如较低的重量、绝缘特性等。尽管其他刚性泡沫聚合物材料(如发泡聚氨酯等)可以使用流线型的连续方法生产，PVC基刚性泡沫聚合物材料的生产涉及在一个压力机中在高压下模制离散的部分膨胀的本体(在下文中称为坯体(embryo)本体)。随后使这些坯体本体经受一种化学-物理处理以获得该刚性泡沫聚合物材料。

更详细地，PVC基刚性泡沫聚合物材料的生产方法最初涉及形成一种增塑溶胶糊剂的，该糊剂由粉末(PVC和其他化合物)和液体物质(特别是异氰酸酯)的一种混合物组成。将该糊剂填充在一个闭合的模腔中并且在高压下经受一种加热和随后的冷却工艺，从而产生一种部分膨胀的坯体本体。然后通过一种附加的热处理在水和/或一个蒸汽烘箱中进一步膨胀该坯体本体。最终刚性发泡材料的形成是在该材料中存在的异氰酸酯基的水解反应与随后使该化学结构交联的聚合物积聚的一种结果。该模制工艺包括在一个闭合的模具中加热该增塑溶胶，由此通过该增塑溶胶的热膨胀和溶解于其中的发泡剂的活化创造了一个高压。将该增塑溶胶保持在升高的温度下持续一段预定的时间段以便允许该增塑溶胶凝胶化，在这之后将该模腔冷却至一个温度，该温度足够低以允许从该模具中移出该坯体本体而没有该坯体本体不可控制地膨胀。

从增塑溶胶开始可获得的产品的特征为某些范围的机械特性，并且这些发泡产品要求在压力下长的凝胶化时间、长的膨胀时间和长的固化时间。

如以上描述的，该多孔发泡聚合物产品是通过将粉末(PVC、酸酐、化学发泡剂，颜料)与液体(例如异氰酸酯和液体酸酐以及有时增塑剂)混合成一种相当粘性的混合物(被称为“增塑溶胶”)生产的。高粘度的所述混合物(在溶解器中被混配之后)浇注至一个模具内，并且然后在压力下提高温度，直到达到150℃至200℃的温度，以便引起聚氯乙烯的凝胶化以及该发泡剂的分解发生。这些化学发泡剂分解以形成气态氮，该氮或者溶解至该最近形成的凝胶内或形成微小的气泡。这种半发泡凝胶被称为“坯体”。在足够用于坯体实现所希望的组成的一段预定长度的时间之后，允许该模具和坯体冷却。

一旦该坯体温度已经下降对于它足以变得形状稳定的，使得它可以从该模具中释放而没有损害或不可控制的膨胀，将它转移到一个膨胀工艺单元(如室或槽)，在那里可以使它发泡，即，通过在热水或蒸汽存在下加热允许它膨胀至所希望的密度。该热水或蒸汽膨胀导致随着该坯体升温该坯体的粘度的降低。一旦该坯体具有足够低的粘度，该坯体将由于所溶解的氮以及通过该凝胶的异氰酸酯成分与扩散至该凝胶内的水的反应形成的附加的气体的压力而膨胀。这些化学反应在该初始压缩模制过程中(其中这些化学发泡剂分解并且释放氮气)以及在稍后的膨胀过程中(当一系列复杂的水，异氰酸酯和酸酐反应发生、给出具有交联的化学结构的最终固化的泡沫时，该化学结构可被描述为一种聚酰胺-聚酰亚胺-PVC-聚异氰脲酸酯-聚脲)均发生。

从本说明书将明显的是这种分批工艺的工业实践是复杂的。此外，在该压缩模制步骤中它要求大量能量来加热这些金属模具和压板以形成这些坯体，并且此能量的大部分在释放该坯体之前允许该模具冷却时损失。此外，这些模具必须被移入和移出该压力机，这由于它们的重量和尺寸是劳动密集的并且费时的。通常每个模具构造为能够仅产生单一厚度的坯体，这限制了该系统的灵活性。随着这些模具被加热、凝胶化发生时维持温热，并且然后必须在可以释放该坯体之前冷却，该周期时间是高的(1.5-2.0min/mm模具深度)。只有当使用具有高pH值的乳液聚合的PVC(ePVC)时，该方法才令人满意地起作用，因为在该ePVC中的乳化剂有助于生成对于加速在该工艺中使用的深模具的中心的胶凝工艺所必需热的催化化学反应。这种反应还要求硅酮基表面活性剂和/或季铵羧酸盐以便触发生成该增塑溶胶内部的热并且加速该胶凝工艺的化学反应。出于ePVC使用的另一个原因是它处于小颗粒的形式，这些小颗粒可以容易地凝胶化而不需要摩擦力。较便宜的悬浮聚合的PVC(sPVC)不能用于这种工艺中，因为该sPVC是处于大颗粒的形式，这些大颗粒需要使用摩擦快速熔化以便产生一种均匀的熔体。