專利名稱：聚苯乙烯泡沫片材及其制造方法
背景技術(shù)：
包裝是使用與消耗泡沫聚苯乙烯樹脂的主要領(lǐng)域。這種包裝通常是由發(fā)泡聚苯乙烯片材通過熱成型發(fā)泡片材制成的深度撐壓杯、桶、碗、盤和類似物品而構(gòu)成的。希望有在一次的熱成型操作中適用于熱成型杯子和其他的深度撐壓物品的發(fā)泡片材。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種聚苯乙烯發(fā)泡片材，這種片材除了提供由聚苯乙烯發(fā)泡片和隨意地至少為一層的完整的、高密度的表層構(gòu)成的熱成型深度撐壓物品外還能有效地形成深度撐壓物品。
作為另一目的，本發(fā)明還提供一種生產(chǎn)由低密度聚苯乙烯發(fā)泡芯和隨意地至少為一層的完整的、高密度表層構(gòu)成的三維熱成型的深度撐壓物品的方法。
背景技術(shù)：
簡(jiǎn)述在過去，匹配的模熱成型已被普遍應(yīng)用于成型由預(yù)成型的熱塑性塑料片材來制成物品，這種片材是使用公知的熱塑性塑料擠塑法被首先成型的。隨后將此片材預(yù)熱并置于陽半模與陰半膜之間，當(dāng)二個(gè)半?？繑n時(shí)片材受壓并被成型成期望的形狀。顯然，在這樣的操作中，成型制品的材料分布取決于二個(gè)半模的形狀。
可被用來熱成型塑料片材的一種替換的成型方法是真空熱成型法。真空被施加在欲成型的預(yù)熱片材之下面，以致大氣壓力將片材下壓而與模具接觸。當(dāng)片材與模具接觸時(shí)它被冷卻并固化成期望的形狀。通常，最后達(dá)到真空模具件的片材料的那些區(qū)域由于與成型材料的其余部分相比受到更大程度的抽吸而是最薄的。
另外的現(xiàn)有技術(shù)的熱成型工藝包括二步成型法，該方法使用模塞，預(yù)熱的片材僅部分地被預(yù)成型成期望的形狀，而在預(yù)成型步驟之后，通過將對(duì)模件合在一起而完成熱成型步驟以形成期望的成品。美國專利第3825166號(hào)公開了這樣的成型方法。
在另一例子中，美國專利第3141595號(hào)公開一種由發(fā)泡材料例如具有密度約為6～10磅/立方英尺的低密度聚苯乙烯，和高密度材料諸如具有密度約為63磅/立方英尺的高抗沖聚苯乙烯的層壓材料制成的塑料杯。這種杯子具有一系列的突出部，這些突出部是增厚的側(cè)壁，其密度低于遠(yuǎn)離突出部的側(cè)壁部分。美國專利第3141595號(hào)由于在發(fā)泡的低密度材料和未發(fā)泡的高密度材料之間的界面處穿過泡沫材料中的存裂泡孔的被夾帶氣體遷移的結(jié)果，造成較厚和密度較低的側(cè)壁區(qū)。此公開物未涉及在增厚側(cè)壁上形成連續(xù)的、不間斷的外表面，也未涉及在單層杯中形成增厚的側(cè)壁區(qū)問題。
在美國專利第4528221號(hào)中公開了一種適于熱成型為容器、例如杯和盤的聚苯乙烯發(fā)泡片材。此發(fā)泡片材必須含有作為基礎(chǔ)樹脂的聚苯乙烯、1-30％的橡膠組分和1-20％的填料組分。此外，發(fā)泡片材必須具有體積密度為0.13-0.7g/cm3(8.12-43.7磅/立方英尺)，拉伸比小于1.25和殘留的發(fā)泡劑量為少于0.3摩爾/公斤的(每公斤發(fā)泡劑摩爾數(shù))。
在實(shí)施這些現(xiàn)有技術(shù)時(shí)所受到的限制是使用這些方法不可能方便地成型深度撐壓物品。
由發(fā)泡的或微孔的熱塑性塑料制造成型物品的慣用方法是二步法。在第一步中，發(fā)泡片被擠出和收集在輥上。將輥貯存到第二步。在第二步中使用慣用的熱成型機(jī)再加熱在漸進(jìn)的底基上的材料并在模具中通過使用不同的空氣壓力、陽模、或二者將其成型，然后將成型材料片送到切邊機(jī)從邊緣中切出成型物品。因此生產(chǎn)片料的擠出作業(yè)是與成型和切出成型物品的制造作業(yè)完全分離的作業(yè)(就時(shí)間與利用熱能而言)。
慣用的二步法在費(fèi)用、質(zhì)量控制和工藝控制方面受到許多限制。因?yàn)閷D出作業(yè)與制造作業(yè)相分離使質(zhì)量控制變得更加困難和費(fèi)錢。由于直到模塑開始時(shí)片材中的缺陷是不易發(fā)現(xiàn)的，因此也不能被校正而導(dǎo)致廢棄大量材料。由于發(fā)泡片具有卓越的隔熱性，因此在制造步驟中將它加熱到合適的程度是困難和費(fèi)用高昂的。就某些類型的熱塑性塑料泡沫片而言，需要一段陳化時(shí)期使發(fā)泡過程中所用的揮發(fā)性物質(zhì)揮發(fā)并被空氣所取代。因此，當(dāng)在制造步驟中進(jìn)行重新加熱時(shí)必須小心地控制時(shí)間，因?yàn)闅埩袅康膿]發(fā)性物質(zhì)能對(duì)產(chǎn)品的最終密度具有非常大的影響。這種必不可少的作業(yè)控制進(jìn)一步使該制造方法復(fù)雜化。由于難于達(dá)到均勻加熱并由于必須等待到大量的揮發(fā)性物質(zhì)已從材料中揮發(fā)掉，因此在此情況下不可能方便地或深度撐壓成型泡沫片材。
還有，當(dāng)試圖由具有被整體的表層覆蓋的低密度芯層的發(fā)泡熱塑料熱成型深度撐壓物品時(shí)，這些影響二步法的問題變得更嚴(yán)重。將芯層重新加熱到必須的成型溫度而同時(shí)不對(duì)表層產(chǎn)生不利影響是極難做到的，表層的存在容易形成對(duì)片材的不均勻的再加熱，從而使成型物品不完美。通過重新加熱會(huì)使表層的分子取向度降低或喪失，而這種分子取向?qū)Τ尚椭破返目倧?qiáng)度可能是十分重要的。另外，在某些情況下，由于難于從單塊泡沫片形成完整的物品，深度撐壓物品必須被拼合在一起。
迄今為上所研究的方法均不符合成功地應(yīng)用于深度撐壓低密度泡沫熱塑性物品的要求。
發(fā)明概述現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)一種特別適用于成型深度撐壓熱成型物品的聚苯乙烯泡沫片材，它是一種含有1-15％重量(以聚苯乙烯樹脂重量為基準(zhǔn)計(jì))的、大多數(shù)的粒徑為小于約0.45微米的橡膠組分的聚苯乙烯泡沫片材，其密度為0.04-0.16g/cm3(2.5-10磅/立方英尺)和厚度為0.4-6.5mm。
現(xiàn)還發(fā)現(xiàn)一種熱成型深度撐壓熱塑性泡沫物品的方法，該方法包括以下步驟預(yù)熱熱塑性泡沫坯料片，該坯料片含有1-15％重量(以聚苯乙烯樹脂重量為基準(zhǔn)計(jì))的，大多數(shù)的粒徑為小于約4.5微米的橡膠組分，其密度為0.04-0.16g/cm3(2.5-10磅/立方英尺)和厚度為0.4-6.5mm，然后將所說的預(yù)熱坯料夾持在配對(duì)的陽模件與陰模件之間的固定位置，相對(duì)移動(dòng)所說的陽模件和陰模件到最終的成型位置而將所說的片材拉伸到進(jìn)入陰模腔中，穿過陽模件和陰模件將真空施加到泡沫片材的二側(cè)，同時(shí)移動(dòng)各模具件到最終的成型位置，以有助于將片材膨脹到與二模具件的整個(gè)共同操作表面基本上相符合，然后驟冷坯料到設(shè)定形狀。
本申請(qǐng)還公開由本發(fā)明的聚苯乙烯泡沫片材和方法制成的深度撐壓物品。
附圖的簡(jiǎn)要說明

圖1為有橡膠粒徑為2.8微米和抗沖擊聚苯乙烯的9000倍顯微照片。
圖2為在泡沫中泡孔壁中的橡膠粒子的9000倍顯微照片，其中有二種橡膠粒徑，0.2與1.8微米，而0.2微米粒徑占87％。
圖3為被用來成型深度撐壓熱成型物品，在此例中為杯子，所用的陽/陰模具對(duì)的剖面圖。
圖4為使用圖3的模具對(duì)成型的深度撐壓物品-杯子。
圖5為圖4的側(cè)壁的剖面圖。詳細(xì)說明本發(fā)明的發(fā)泡聚苯乙烯片為主要由聚苯乙烯樹脂組成的厚度為0.4-6.5mm(毫米)的泡沫片材。
最好，發(fā)泡片還具有一層或二層的未發(fā)泡的樹脂薄膜，所說的樹脂薄膜通過熔融粘合被擠出貼面或?qū)訅旱脚菽w的一個(gè)或二個(gè)的主表面上，這些方法是現(xiàn)有技術(shù)中所公知的。未發(fā)泡的樹脂薄膜是厚度為5-600m(微米)的熱塑性樹脂薄膜。
此發(fā)泡片材含有1-15％重量(以聚苯乙烯重量為基準(zhǔn)計(jì))的橡膠組分。優(yōu)選的發(fā)泡片材含有1-10％重量的橡膠組分，最優(yōu)選的發(fā)泡片材含有1-5％重量的橡膠組分。就生產(chǎn)本發(fā)明的深度撐壓物品來說，橡膠組分的物理性質(zhì)是關(guān)鍵性的因素。
商品高抗沖擊聚苯乙烯(HIPS)樹脂和某些沖擊性改性丙烯腈-苯乙烯-丁二烯(ABS)樹脂具有廣粒徑分布為1-5微米(1000-5000毫微米，nm)的平均粒徑的接枝的橡膠顆粒。某些工作者認(rèn)為這樣的相對(duì)大的粒徑對(duì)在芳族共混聚合物中提供最好的沖擊性是必要的；然而，粒徑大于約40nm(毫微米)對(duì)共混料的清晰度是十分不利的，由于在此粒徑范圍內(nèi)的顆粒對(duì)可見光的散射很敏感。
聚苯乙烯泡沫片產(chǎn)品不需要清晰度，因此橡膠顆粒的前述的粒徑和粒徑分布并不被認(rèn)為是制造泡沫片時(shí)的重要的變數(shù)。
為了成功地和連續(xù)地生產(chǎn)深度撐壓熱成型物品，在聚苯乙烯母體與具有規(guī)定特性的橡膠組分中，泡沫片材必須含有最低量至少為1％、優(yōu)選為2％的橡膠組分。一類這樣的材料被通稱為抗沖擊聚苯乙烯?？箾_擊聚苯乙烯必須具有大部分并且優(yōu)選為高于70％的被包藏或分散的、平均粒徑小于約45微米的橡膠顆粒，并且通常應(yīng)具有芯殼形態(tài)(即，包圍聚苯乙烯芯的橡膠殼或膜)。如果還使用大顆粒的話，它們必須不超過約2.5微米的平均粒徑。更優(yōu)選的是小顆粒/大顆粒至少為80/20并且最優(yōu)選為85/15。
圖1為具有粒徑為2.8微米的橡膠顆粒的抗沖擊聚苯乙烯的顯微照片。泡沫體是由這種抗沖擊聚苯乙烯或這種抗沖擊聚苯乙烯與一貫不能生產(chǎn)深度撐壓熱成型物品的聚苯乙烯均聚物的共混料制成的。
圖2為在泡沫片泡孔壁中的橡膠顆粒的顯微照片，其中有二種橡膠粒徑，0.2與1.8微米，而0.2微米粒徑占87％。這種泡沫體能始終一貫地生產(chǎn)深度撐壓熱成型物品。
抗沖擊聚苯乙烯應(yīng)具有1-15％重量、優(yōu)選為1-10％重量的例如聚丁二烯橡膠的橡膠組分。最好，橡膠的重量百分比為7-10％。重均分子量Mw應(yīng)在100,000與300,000之間，并且優(yōu)選為150,000與200,000之間。分子量分布，Mw/Mn，應(yīng)為2.7-2.9。
一種優(yōu)選的泡沫片是30％的抗沖擊聚苯乙烯與70％的通用型聚苯乙烯均聚物的共混料，所說的通用型聚苯乙烯均聚物的重均分子量約為325,000和熔體流動(dòng)速率約為1.5g/10分鐘，其例子如從Dow Chemical Company購得的STYRON 685D。更優(yōu)選的泡沫片具有20％的抗沖擊聚苯乙烯和余量的通用型聚苯乙烯。
泡沫片應(yīng)具有0.04～0.16g/cm3(約2.5～約10磅/立方英尺)的體積密度。優(yōu)選的泡沫片具有0.04～0.128g/cm3(約2.5～約8磅/立方英尺)的體積密度。
當(dāng)被用于深度撐壓時(shí)，本發(fā)明的發(fā)泡片具有非常好的熱成型性。它特別適用于生產(chǎn)具有期望的強(qiáng)度和撐壓比(b/a，此處b為深度和a為最寬的直徑)大于1.0(即，深度與最寬直徑之比至少為1∶1)的深度撐壓杯狀成型件。
本申請(qǐng)中具體公開的物品是通常使用的盛熱流體和防止?fàn)C傷其持有人的杯子。這樣的杯子可制成標(biāo)準(zhǔn)尺寸，例如6盎司、8盎司和甚至更大的尺寸。此發(fā)泡的微孔熱塑性塑料杯可在內(nèi)表面上設(shè)置高光澤無孔硬化表面層，并可隨意地具有外部硬化的高光澤表面，以及低密度的微孔芯?？赏ㄟ^合適的唇狀邊輥軋裝置向內(nèi)輥軋出唇狀邊，這種唇狀邊輥軋裝置例如常用的螺施唇狀邊輥軋機(jī)。
構(gòu)成本發(fā)明的聚苯乙烯發(fā)泡片的聚苯乙烯樹脂包括由苯乙型乙烯基單體諸如苯乙烯、甲基苯乙烯、以及二甲基苯乙烯組成的聚合物，并且還包括由苯乙烯型乙烯基單體與其他乙烯基單體諸如丙烯酸、甲基丙烯酸或它們的酯、丙烯腈、丙烯酰胺、甲基丙烯腈、和馬來酐組成的共聚物。
本發(fā)明的聚苯乙烯發(fā)泡片可以通過擠出發(fā)泡由聚苯乙烯樹脂和特定要求量的橡膠組分以及如果需要時(shí)的填料組成的樹脂組合物來制備。上面提到的橡膠組分可被直接添加，但是，通常它被含在高抗沖擊聚苯乙烯中然后與聚苯乙烯均聚物共混。在高抗沖擊聚苯乙烯中的橡膠組分可以以現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何量存在，只要當(dāng)它與聚苯乙烯均聚合物共混時(shí)，在發(fā)泡制品中最終的橡膠組分含量不超過15％、優(yōu)選為不超過10％和最優(yōu)選為不超過5％即可。所說的橡膠組分可以包括丁二烯橡膠、乙烯-丙烯橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠、以及聚乙烯。它們可被直接添加到聚苯乙烯樹脂中。橡膠組分當(dāng)被用作共聚物組分時(shí)包括諸如丁二烯、異戊二烯、氯丁二烯以及它們的低聚物。它們可以以預(yù)定的摩爾比與聚苯乙烯樹脂共聚。(在使用共聚物作為聚苯乙烯樹脂時(shí)，含此橡膠組分的共聚物成為三元共聚物。)本發(fā)明優(yōu)選的是那些應(yīng)用苯乙烯/丁二烯共聚物作為橡膠組分的高抗沖擊聚苯乙烯。
如果橡膠組分的含量低于1％重量的話，得到的發(fā)泡片材不適用于生產(chǎn)深度撐壓件。由這樣的片材生產(chǎn)的杯子缺乏強(qiáng)度并且在唇邊處容易破裂。此外，這樣的片材在伸長(zhǎng)率與生產(chǎn)率方面均不充分。另一方面，如果橡膠組分的含量超過15％重量的話，在熱成型深度撐壓物品時(shí)沒有另外的好處。此外，發(fā)泡片材還可能發(fā)出橡膠氣味，并且不適用于制造食品或飲料容器。
填料，它通常還是核化劑，在改進(jìn)成型件的外觀、尺寸精度和穩(wěn)定性方面是有效的。盡管不是絕對(duì)地需要，但是當(dāng)制造泡沫片材時(shí)，使用填料，特別是用作核化劑通常是被優(yōu)選的。如果填料的含量太少的話，可能會(huì)對(duì)充分控制氣體和泡孔特性造成困難，并且隨之對(duì)控制泡沫片和熱成型件的厚度造成困難。另一方面，如果填料過量的話，得到的泡沫片在成型時(shí)伸長(zhǎng)率不足，盡管它可以控制氣體和泡孔。如果需用填料的話，本發(fā)明中的填料含量，以總的樹脂重量為基準(zhǔn)計(jì)，為0.005～1.4％重量、優(yōu)選為0.005～0.9％重量、而最優(yōu)選為約0.005～約0.5％重量。
填料的一般例子包括滑石、碳酸鈣、火山灰、石膏、炭黑、白炭黑、碳酸鎂、粘土、天然硅石、以及其他常用的無機(jī)填料和金屬粉末。
發(fā)泡片的厚度、體積密度和撐壓比可以通過用于生成發(fā)泡片材的填料的量加以控制。
發(fā)泡片的厚度是重要的。如果厚度小于0.4mm的話，發(fā)泡片材不能被深度撐壓并且得到的成型件之抗壓強(qiáng)度不足。如果厚度超過6.5mm的話，可成型性變得不良；特別是它難以平衡側(cè)壁厚度和底壁厚度。優(yōu)選的厚度(包括未發(fā)泡的樹脂膜薄)將至少部分地視被熱成型的深度撐壓物品而定。厚度可以通過調(diào)整擠出模頭的狹縫來加以控制。體積密度應(yīng)為0.04～0.16g/cm3。如果體積密度高于0.16g/cm3的話，成型時(shí)需要更多的樹脂和熱，導(dǎo)致成型周期延長(zhǎng)。另一方面，如果體積密度低于0.40g/cm3的話，發(fā)泡片材的強(qiáng)度不足并且當(dāng)它的片材被成型時(shí)，成型件易于失去尺寸精度。一般說來，優(yōu)選的體積密度為0.04～0.128g/cm3。最好，體積密度通過變化成泡劑的量來調(diào)整。
當(dāng)發(fā)泡片材在被開始擠出后，然后在通常是在被卷取到輥筒上所提供的張力下發(fā)生取向。雙軸取向發(fā)生在使用圓口模頭的場(chǎng)合。在這樣的場(chǎng)合下發(fā)泡片材通常是在被卷取到輥筒前仍然在張力下被切斷和展平的。盡管可以使用單軸向取向，但從所形成的成型件的強(qiáng)度觀點(diǎn)考慮雙軸向取向被優(yōu)選。
本發(fā)明的發(fā)泡片材是通過擠出發(fā)泡法生產(chǎn)的，其中使用，以組合物總重量為基準(zhǔn)計(jì)，為高達(dá)約20％重量的揮發(fā)性發(fā)泡劑。揮發(fā)性發(fā)泡劑的例子包括具有沸點(diǎn)為-40℃至45℃的烴類，諸如丙烷、丁烷、異戊烷和戊烷；多氟烴類發(fā)泡劑，諸如1，1-二氟乙烷(HFC-152a)、1，2-二氟乙烷(HFC-152)、1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)、1，1，2，2，-四氟乙烷(HFC-134)、1，1，1-三氟乙烷(HFC-143a)、1，1，2，-三氟乙烷(HFC-143)、五氟乙烷(HFC-125)，被優(yōu)選的是HFC-152a和HFC-134a，最優(yōu)選的是HFC-152a；含氯氟烴和氫氯氟烴(hydrochlorofluorocarbon)發(fā)泡劑，諸如一氯二氟甲烷(HCFC-22)、二氯二氟甲烷(dichlorodifluoromenthe，CFC-12)和三氯一氟甲烷(CFC-11)。氮、二氧化碳、其他的惰性氣體、烴類和化學(xué)發(fā)泡劑均可與多氟烴類發(fā)泡劑一起使用。
在某些情況下，二氧化碳、氮?dú)?、水或這些物質(zhì)的混合物均可被用作發(fā)泡劑。單獨(dú)被使用的二氧化碳是優(yōu)選的發(fā)泡劑。
在任何情況下，在發(fā)泡片材形成之后，最好用空氣充填發(fā)泡片的泡孔，使所生產(chǎn)的發(fā)泡片適用于接觸食物的應(yīng)用。
可以以現(xiàn)有技術(shù)中慣用的方式將發(fā)泡劑引入到擠出機(jī)中。
發(fā)泡劑的殘留氣體量或已滲入到發(fā)泡片泡孔中的空氣量應(yīng)是這樣的以使能防止在片材為成型而加熱時(shí)發(fā)生的第二次發(fā)泡或泡孔癟泡為度，第二次發(fā)泡或泡孔癟泡會(huì)形成具有不良的模具再現(xiàn)性的成型件。
如果在片材生產(chǎn)之后馬上測(cè)得的殘留氣體的量過度或不足的話，應(yīng)通過將片材加熱到40-50℃、或通過將片材放置某些時(shí)間進(jìn)行脫氣或空氣滲入。當(dāng)使用二氧化碳作為發(fā)泡劑時(shí)，在熱成型前可能有必要將發(fā)泡片放置一段時(shí)間，通常為長(zhǎng)達(dá)約20小時(shí)，直至進(jìn)入的空氣中的大氣與溢出的二氧化碳相平衡時(shí)為止。如果不采取此措施的話，在熱成型時(shí)由于在泡沫片泡孔中氣體之不足而可能產(chǎn)生泡沫片癟泡。
由此制造的聚苯乙烯發(fā)泡片提供令人滿意的成型件，因?yàn)樵谂菘字邪l(fā)泡氣的量受到控制并且泡孔中的壓力既未過高也未成為負(fù)壓。含有1-15％重量的橡膠組分的聚苯乙烯泡沫片，當(dāng)被加熱而用于成型深度撐壓物品時(shí)，伸長(zhǎng)率特別好。適量的具有所需特性的橡膠組分使本發(fā)明的泡沫片適于以提高的成型性生產(chǎn)深度撐壓熱成型件。
盡管并非必須，但是最好在發(fā)泡片的至少一個(gè)表面上層壓或擠出貼面非發(fā)泡熱塑性樹脂薄膜，以便提高片材在成型時(shí)的伸長(zhǎng)率和所得的成型件的抗壓強(qiáng)度。這種非發(fā)泡樹脂薄膜通常是5～600μm厚的熱塑性樹脂薄膜。此薄膜可以用慣用的方式被擠出貼到或?qū)訅旱桨l(fā)泡片的一面或二面上。用作非發(fā)泡薄膜的熱塑性樹脂包括，例如，聚苯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯與橡膠混合物或共聚物的高抗沖擊聚苯乙烯、聚丙烯、以及聚對(duì)苯二甲酸乙二酯。從可成型性觀點(diǎn)考慮，其中被優(yōu)選的是高抗沖擊聚苯乙烯和高密度聚乙烯，特別被優(yōu)選的是高抗沖擊聚苯乙烯。出人意料的是，盡管圖1中所示的高抗沖擊聚苯乙烯不適用于生產(chǎn)本發(fā)明的發(fā)泡片，但是用作非發(fā)泡樹脂薄膜卻是令人滿意的。
如果此薄膜厚度小于5μm的話，伸長(zhǎng)率或機(jī)械強(qiáng)度得不到改善。如果此薄膜厚度超過600μm的話，會(huì)出現(xiàn)以下的缺點(diǎn)。即，當(dāng)每一成型件(例如杯子)被從成型片材中沖切出時(shí)，唇狀邊處的泡孔被壓癟并成為開口而使層壓薄膜從發(fā)泡片上剝離。此外，過分厚的薄膜也是不經(jīng)濟(jì)的。優(yōu)選的薄膜厚度為30～500μm。順便說說，此非發(fā)泡薄膜對(duì)所得的熱成型件之可印刷性與隔氣性是有好處的。
非成型熱塑性塑料薄膜可以許多方式被層到發(fā)泡片上。例如，通過使用共擠塑模(例如，直角模頭)在模頭中可將此熱塑性塑料薄膜層壓到發(fā)泡片上。在另一種方式中，從各個(gè)模頭各自擠出的發(fā)泡片與熱塑性塑料薄膜可被連續(xù)地層壓，或者可將預(yù)先擠出的熱塑性塑料薄膜層壓到發(fā)泡片。層壓可以使用粘合劑或通過熔融粘合來實(shí)現(xiàn)。各種粘合劑均可被用于層壓，例如，溶液、乳液或薄膜形式的EVA共聚物和SBR。
按上述制得的與非發(fā)泡樹脂薄膜層壓的聚苯乙烯發(fā)泡片的優(yōu)點(diǎn)在于在加熱時(shí)發(fā)泡片的伸長(zhǎng)率得到改進(jìn)，并且還提高了制成的成型件的抗壓強(qiáng)度。因此，它作為用于成型各種要求高尺寸精度的制品、特別是在成型時(shí)需要高抗壓強(qiáng)度和足夠的伸長(zhǎng)率的深度撐壓物品(具有大于1的撐壓比)的片狀坯料是十分有用的。然而，不管有無非發(fā)泡樹脂薄膜，本發(fā)明的發(fā)泡片在再現(xiàn)性方面是非常優(yōu)越的，因此，作為大量生產(chǎn)深度撐壓成型件用的片狀坯料是十分有效的。
由發(fā)泡或微孔熱塑性塑料制造成型物品的慣用方法是二步法。在第一步驟中，發(fā)泡片材被擠出和卷取在卷輥上。在此步驟中，可將一層或多層的薄膜層壓到發(fā)泡片材上。然后將卷輥貯存直到進(jìn)行第二步驟時(shí)為止。在第二步驟中使用慣用的熱成型機(jī)預(yù)熱在漸進(jìn)的底基上的材料并在模具中通過使用不同的空氣壓力、陽模、或二者將其成型，然后將成型料片輸送到切邊機(jī)從邊緣中切出成型物品。因此生產(chǎn)片料的擠出作業(yè)通常是與成型和切出成品的制造作業(yè)完全分離的作業(yè)(就時(shí)間與利用熱能而言)。
慣用的二步法在費(fèi)用、質(zhì)量控制和工藝控制方面受到許多限制。因?yàn)閷D出作業(yè)與制造作業(yè)相分離使質(zhì)量控制變得更加困難和費(fèi)錢。由于直到模塑開始時(shí)片材中的缺陷是不易發(fā)現(xiàn)的，因此也得不到校正而導(dǎo)致廢棄大量材料。由于泡沫片材具有卓越的隔熱性，因此在制造步驟中將它加熱到合適的程度是困難和昂貴的。就某些類型的熱塑性塑料泡沫片材而言，需要一段陳化時(shí)間使發(fā)泡過程中所用的揮發(fā)性物質(zhì)揮發(fā)并被空氣所取代。因此，當(dāng)在制造步驟中進(jìn)行重新加熱時(shí)必須十分小心地控制時(shí)間，因?yàn)闅埩袅康膿]發(fā)性物質(zhì)能對(duì)制品的最終密度具有非常大的影響。這種必不可少的作業(yè)控制進(jìn)一步使該制造方法復(fù)雜化。由于難于達(dá)到均勻加熱并且由于必須等待到大量的揮發(fā)性物質(zhì)已從材料中揮發(fā)掉，因此在這種情況下不可能方便地或深度撐壓成型泡沫片材。
此外，當(dāng)試圖由被相同材料的整體表皮覆蓋的低密度芯的發(fā)泡的熱塑性塑料熱成型成深度撐壓物品時(shí)，這些影響二步法的問題變得更嚴(yán)重。將芯重新加熱到必須的成型溫度而同時(shí)不對(duì)表面產(chǎn)生不利的影響是難做到的。表面的存在容易形成對(duì)片材的不均勻的再加熱，從而使成型物品不完美。由于重新加熱會(huì)使表皮的分子取向度降低或喪失，而這種分子取向?qū)Τ尚椭破返目倧?qiáng)度可能是十分重要的。迄今為止已研究的連續(xù)法，其中擠出與制造步驟相繼進(jìn)行而未被中斷，不符合成功地應(yīng)用到深度撐壓低密度發(fā)泡熱塑性塑料的要求。實(shí)施例通過擠出用80％的具有重均分子量約為325000和熔體流動(dòng)速率約為1.5g/10分鐘的聚苯乙烯均聚物和20％的具有以聚苯乙烯重量為基準(zhǔn)計(jì)的8.5％橡膠、重均分子量為165000、熔體流動(dòng)速率為6.7g/10分鐘和橡膠顆粒粒徑為0.2微米和1.8微米的高抗沖擊聚苯乙烯樹脂生產(chǎn)泡沫片材。小顆粒與大顆粒之比為87/13。所用的發(fā)泡劑，以總重量計(jì)，為4.8％重量，它是一氯二氟甲烷(HCFC-22)。另外，添加0.9％的滑石粉作填料。
此泡沫片的厚度為0.135～0.140英寸(3.43～3.56毫米)、泡孔大小為0.18mm和密度為6磅/立方英尺(0.10g/cc)。然后通過擠出熔融抗沖擊聚苯乙烯到泡沫片形成薄膜而在泡沫片的一個(gè)主表面上被擠出貼面?？箾_擊聚苯乙烯具有以聚苯乙烯重量為基準(zhǔn)計(jì)為8％的橡膠，其重均分子量為170000、熔體流動(dòng)速率為8.5g/10分鐘和橡膠顆粒粒徑為2.8微米。薄膜以三種厚度0.006、0.009和0.012英寸(0.15、0.23、0.30mm)被擠出。該片材被卷繞在卷筒上并使之陳化。
然后在熱成型之前將同樣的抗沖擊聚苯乙烯的第二表皮層(厚度為0.006英寸)層壓到來被擠出貼面的泡沫片的另一主表面上。
然后由這些試樣在慣用的連續(xù)供料的熱成型機(jī)中熱成型杯子，該熱成型機(jī)具有陽和陰對(duì)模。陽和陰對(duì)?？梢妶D3的剖視圖，陽和陰對(duì)模已經(jīng)改變以便在陽和陰模件中均形成真空以促進(jìn)將此片成型為杯子。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，就根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行成功的成型而言，專門設(shè)計(jì)的陽和陰模件以及它們的構(gòu)成材料是一個(gè)重要的因素。模具體的形狀與材料能控制沿被成型物件側(cè)壁的泡沫片料分布。不同的構(gòu)造材料會(huì)導(dǎo)致材料分布的明顯差別。因此，模具件結(jié)構(gòu)材料必須根據(jù)被成型物品的情況和在成型物品中期望的材料分布來分別選擇。適用的材料包括例如鋼、尼龍、鋁以及組合的泡沫塑料。就此物品而言，鋁是優(yōu)選的模具體材料。當(dāng)然，本發(fā)明的方法并不限于單腔模操作，而且還可以應(yīng)用多腔模具。
該模具對(duì)由五塊構(gòu)成。陽模件10是單一塊。陰模件50分為四塊上側(cè)壁70、上側(cè)壁環(huán)100、底側(cè)壁塊80和中突的底塊60。通過四根母栓90將上側(cè)壁塊50、底側(cè)壁塊80和中突的底塊60固定在一起。上側(cè)壁環(huán)100用三根等間隔的母栓110擰緊到上側(cè)壁塊70。
陽模件10具有四個(gè)等間距的真空孔12，其直徑為0.020英寸(0.051毫米)，在該塊的中凹底部由此四個(gè)孔形成圍繞在陽模件中央真空通道14中心點(diǎn)的方陣，在此點(diǎn)陽模件10最大延伸到陰模件50中。在被熱成型物品的陽模件中在最上表面17處設(shè)有32個(gè)另外的真空孔16，在此情況被熱成型物品是杯邊緣。這2個(gè)真空孔16與真空通道18相通，而真空通道18還與真空通道14相通，盡管這另外30個(gè)真空孔具有一個(gè)直徑為0.12英寸的通道，當(dāng)相對(duì)地完全穿過陽模件時(shí)通道深度恰恰足以與這些孔相通，象真空通道18一樣。
陰模塊60有三個(gè)處于其中突底60中央61的相同直徑(0.020英寸)的真空孔，一個(gè)孔62位于最高的中突點(diǎn)而另外二個(gè)孔線形設(shè)置在中央孔的左、右側(cè)并以小的距離相隔開。所有的三個(gè)孔均與真空通道63相通。陰模塊70還具有十八個(gè)等間隔的孔77，每個(gè)孔均與直徑約為0.12英寸的真空通道78相通。還有十八個(gè)另外的真空孔79，它們連通陰模塊70的內(nèi)、外部。上側(cè)壁環(huán)100的尺寸稍微過大以使在上側(cè)壁70和上側(cè)壁環(huán)100之間產(chǎn)生足夠的縫隙，以致當(dāng)減壓時(shí)真空通道78和真空孔79是可及的。在陰模50的底側(cè)壁塊80中有32個(gè)等間距的直徑為0.020英寸的真空孔84，孔84與環(huán)形槽86相通，而所說的環(huán)形槽是真空通道85的一部分。環(huán)形67，它具有一約0.025英寸的開口，它與中突的底塊60中的環(huán)形真空通道68相通。環(huán)形真空通道68和真空通道63還與四個(gè)等間距的真空通道85相通。與在環(huán)成型時(shí)分隔并使真空孔互不連通相反，在熱成型時(shí)，環(huán)形環(huán)提供全環(huán)真空。
陽模件10和陰模件之間的間隙可處在約0.01～約0.07英寸(0.25～1.78mm)之間。
此對(duì)膜然后被配置成一體，后它可被用來減低空氣壓力和獲得部分真空。
令人驚奇的是，在本發(fā)明的各模具件中，真空既可被施加到被成型的發(fā)泡片之上(在陽模具件中)也可被施加到被成型的發(fā)泡片之下(在陰模具件中)，而與只使用真空以促進(jìn)將片材拉入到陰模具件不同。
然后使用先前所描述的專門設(shè)計(jì)的陽和陰模具件在慣用的多腔熱成型機(jī)中對(duì)泡沫片進(jìn)行熱成型。
首先在預(yù)熱區(qū)將泡沫片預(yù)熱到軟化點(diǎn)溫度以使其能被熱成型為期望的杯形。
泡沫片連續(xù)通過熱成型機(jī)到成型位置區(qū)并被夾持在上側(cè)壁環(huán)100處的適當(dāng)位置。
然后一起移動(dòng)陽和陰模具件進(jìn)入到最后的成型位置以繞陽模具件拉伸泡沫片并進(jìn)入到陰模腔。
當(dāng)進(jìn)行此步驟時(shí)壓力被減低約25英寸汞柱(85千帕，60°F)，由此將真空施加到正在被拉伸并進(jìn)入到最終成型位置的泡沫片的二側(cè)。
然后通過驟冷固化成最終的泡沫片形狀。驟冷完成，讓溫度剛好低于泡沫片軟化點(diǎn)(預(yù)熱溫度)的模具件繼續(xù)處在最終位置直到時(shí)間足以將泡沫片溫度降低到軟化點(diǎn)以下為止。
實(shí)施例中制造的熱成型杯具有約1.25∶1的撐壓比、總壁厚為約0.044英寸(1.12mm)并且還具有以下的尺寸高度 3.45英寸(87.6mm)上外直徑 2.75英寸(69.8mm)底外直徑 2.00英寸(50.8mm)具有約0.009英寸的擠出貼面層和0.006英寸的表面層連同泡沫的泡沫片試樣生產(chǎn)出具有合格的壁強(qiáng)度的9盎司容量的杯子。圖4是這種杯子的剖視圖。如圖5一側(cè)壁剖面的近視圖所示，可以看出0.009英寸厚的擠出貼面的外壁22和0.006英寸厚的層壓的內(nèi)壁層24和泡沫體層26。
通過壓縮試驗(yàn)機(jī)以每分鐘10英寸(250mm)的速度向距離從杯邊量起為1/3處的水平的杯側(cè)壁施力。杯必須被固定在水平位置，杯側(cè)壁處于固定件與移動(dòng)件之間，固定件與移動(dòng)件長(zhǎng)于邊緣處的杯直徑并具有與杯邊側(cè)壁相接觸的、半徑至少為3.2mm的接觸圓柱表面。然后在第一屈服點(diǎn)記錄該值，在第一屈服點(diǎn)時(shí)該值減少或由于側(cè)壁開始出破壞而仍保持相同。此試驗(yàn)被用來模擬當(dāng)使用者持杯時(shí)的情況。
實(shí)施例1是本發(fā)明的實(shí)施例并且作為具有0.009英寸的擠出貼面層和0.006英寸的層壓覆面層的例子已被預(yù)先作了介紹。
比較例是發(fā)泡珠粒料杯。這樣的杯子通常是通過將發(fā)泡珠粒料模塑成杯形而制造的。
實(shí)施例1 0.71磅比較例 0.45磅最好本發(fā)明的實(shí)施例1的杯子具有反卷的邊緣，這是現(xiàn)有技術(shù)中慣用的，它能增加破壞側(cè)壁所必須施加的力。然而，甚至不帶反卷的邊緣，實(shí)施例1的杯子與發(fā)泡珠粒料杯(比較例)相比也需要更大的力才能破壞側(cè)壁，這表明本發(fā)明的泡沫杯與比較例相比具有好得多的抗壓裂性。因此，當(dāng)手持本發(fā)明的杯子時(shí)，人們更不容易發(fā)生不慎將杯壁擠壓在一起的情況。
在另外的試驗(yàn)中將熱電偶緊貼在常用紙杯和本發(fā)明的泡沫杯的外側(cè)壁，當(dāng)外側(cè)壁的溫度不再提高時(shí)，常用紙杯的溫度為174°F，而本發(fā)明杯子的溫度為156°F。當(dāng)人手持每一種杯子時(shí)這種外壁溫度的差別是有重要意義的。
在另外一系列的實(shí)施例中，制備類似于先前實(shí)施例的泡沫片但沒有任何的貼面層或?qū)訅簩樱⑦€將熱成型撐壓比大于1∶1的杯子。
當(dāng)然，上述的說明書僅僅對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行說明，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員來說，在以下的權(quán)利要求的范圍和不背離其精神的前提下，還可能夠?qū)Ρ景l(fā)明作出許多改變。
權(quán)利要求
1.一種包含聚苯乙烯樹脂的聚苯乙烯泡沫片材，它含有以聚苯乙烯樹脂為基準(zhǔn)計(jì)的1-15％重量的橡膠組分，所說的的橡膠組分粒徑的大部分為小于約0.45微米，所說的發(fā)泡片材具有0.04～0.16g/cm3(2.5～10磅/立方英尺)的密度和約0.4～6.5mm的厚度。
2.權(quán)利要求1的聚苯乙烯發(fā)泡片材，含有1～10％重量的橡膠組分。
3.權(quán)利要求1的聚苯乙烯發(fā)泡片材，含有1～5％重量的橡膠組分。
4.權(quán)利要求1的聚苯乙烯發(fā)泡片材，它還含有0.005～1.4％重量的填料。
5.權(quán)利要求1的聚苯乙烯發(fā)泡片材，它還含有0.005～0.9％重量的填料。
6.權(quán)利要求1的聚苯乙烯發(fā)泡片材，在其至少一個(gè)主表面上有非發(fā)泡薄膜。
7.權(quán)利要求1的聚苯乙烯發(fā)泡片材，在其兩主表面上都有非發(fā)泡薄膜。
8.權(quán)利要求6的聚苯乙烯發(fā)泡片材，其中非發(fā)泡薄膜的厚度為5～600μm。
9.權(quán)利要求7的聚苯乙烯發(fā)泡片材，其中非發(fā)泡薄膜厚度為5～600μm。
10.權(quán)利要求6的聚苯乙烯發(fā)泡片材，其中非發(fā)泡薄膜為聚苯乙烯、聚乙烯、高抗沖擊聚苯乙烯、聚丙烯或聚對(duì)苯二甲酸乙二酯。
11.權(quán)利要求7的聚苯乙烯泡沫片材，其中非發(fā)泡薄膜為聚苯乙烯、聚乙烯、高抗沖擊聚苯乙烯、聚丙烯或聚對(duì)苯二甲酸乙二酯。
12.權(quán)利要求6的聚苯乙烯發(fā)泡片材，其中非發(fā)泡薄膜為聚苯乙烯或高抗沖擊聚苯乙烯。
13.權(quán)利要求7的聚苯乙烯發(fā)泡片材，其中非發(fā)泡薄膜為聚苯乙烯或高抗沖擊聚苯乙烯。
14.一種熱成型深度撐壓熱塑性樹脂泡沫物品的方法按順序包括以下步驟a、預(yù)熱熱塑性塑料泡沫坯料片，所說的熱塑性塑料泡沫坯料片含有1～15％重量的、具有大部分粒徑為小于約0.45微米的橡膠組分，泡沫片的密度為0..04～0.16g/cm3(2.5～10磅/立方英尺)和厚度為0.4～6.5mm；b、將所說的預(yù)熱坯料夾持在處于配對(duì)的陽和陰模具件之間的固定位置；c、相對(duì)地移動(dòng)所說的陽和陰模具件到最終的成型位置以使所說的坯料片拉伸進(jìn)入到所說的模腔；d、在進(jìn)行步驟c的同時(shí)，穿過陽和陰模具件對(duì)發(fā)泡片材的二面施加真空，以有助于將片材延伸為基本上與各模具件的協(xié)同操作表面相符；以及e、驟冷坯料以固化為最終形狀。
15.一種權(quán)利要求14中所述的熱成型深度撐壓熱塑性塑料泡沫物品的方法，其中撐壓比為大于1/1。
16.一種如權(quán)利要求14中所述的熱成型深度撐壓熱塑性塑料泡沫物品的方法，其中片材在其至少一個(gè)主表面上具有非發(fā)泡薄膜。
17.一種如權(quán)利要求14中所述的熱成型深度撐壓熱塑性塑料泡沫物品的方法，其中片材在其二個(gè)主表面上都具有非發(fā)泡薄膜。
18.一種如權(quán)利要求14中所述的熱成型深度撐壓熱塑性塑料泡沫物品的方法，其中片材具有厚度為5～600mu m的非發(fā)泡薄膜。
19.一種如權(quán)利要求14中所述的熱成型深度撐壓熱塑性塑料泡沫物品的方法，其中片材具有厚度為5～600μm的非發(fā)泡薄膜。
20.一種如權(quán)利要求14中所述的熱成型深度撐壓熱塑性塑料泡沫物品的方法，其中非發(fā)泡薄膜為聚苯乙烯、聚乙烯、高抗沖擊聚苯乙烯、聚丙烯或聚對(duì)苯二甲酸乙二酯薄膜。
21.一種如權(quán)利要求14中所述的熱成型深度撐壓熱塑性塑料泡沫物品的方法，其中非發(fā)泡薄膜為聚苯乙烯或高抗沖擊聚苯乙烯薄膜。
22.一種如權(quán)利要求14中所述的熱成型深度撐壓熱塑性塑料泡沫物品的方法，其中非發(fā)泡薄膜為聚苯乙烯或高抗沖擊聚苯乙烯薄膜。
23.通過權(quán)利要求14的方法制成的深度撐壓物品。
24.包含權(quán)利要求1的聚苯乙烯發(fā)泡片材的深度撐壓物品。
全文摘要
一種包含聚苯乙烯樹脂的聚苯乙烯泡沫片材，它含有1～15％重量的、具有大部分粒徑小于約0.45微米的橡膠組分。它非常適用于成型深度撐壓物品。在熱成型之前，可隨意地將一層或二層薄膜擠出貼面或?qū)訅旱酱伺菽?。還公開了熱成型此泡沫片材的方法，包括預(yù)熱片材；將片材夾持在配對(duì)的陽(10)和陰(50)模具件之間；移動(dòng)模具件到最終位置，同時(shí)穿過兩模具件將真空施加到發(fā)泡片的兩側(cè)，以及然后驟冷成型的發(fā)泡體而固化成最終形狀。
文檔編號(hào)B29C44/56GK1128513SQ94193023
公開日1996年8月7日 申請(qǐng)日期1994年6月17日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月22日
發(fā)明者菲利普·A·瓦格納 申請(qǐng)人:道氏化學(xué)公司