CN1479671A - 材料加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明使用超临界和近超临界流体技术来加工不诱导发泡的聚合物和含聚合物的配方，其益处是可降低熔融粘度和/或降低熔融温度。其应用特别有益于难加工的材料，包括未增塑的PVC，聚碳酸酯，PTFE，UHMWPE和含有高装载量无机或有机源填料的聚合物。使用该方法还可以加工剪切和热敏感性材料，而降解的危险性较小，因为需要较低的剪切输入和降低的加工温度。还公开了采用这种方法生产发泡陶瓷材料和金属元件。

Description

材料加工方法
本发明涉及材料加工方法，特别是在加工过程需要引起材料流动的加工方法。其实例有通过挤出，模塑等形成制品。
通过挤出，模塑和类似方法生产制品受各种被加工材料的粘度限制。规定加工温度的结果将通常改变材料的粘度，其结果是将改变材料的固化时间。例如，如果一定要将材料加热到较高的温度以将其模塑，需要等待模具冷却以固化模塑制品。加工温度越高，所需冷却时间越长。而且，在任何可行的加工温度下，一些材料具有过高的被加工粘度。已知为了使聚合物发泡，可向聚合物中加入超临界二氧化碳。还已知超临界二氧化碳确实降低了聚合物熔体的粘度，但仅是作为发泡作用的副作用，而没有用作加工材料的部分。
更具体而言，在流动过程中，多数聚合物和聚合物基材料体系显示假塑性的流变学性能，这是非-牛顿学说。在加工过程中，通过引进剪切和温度可降低这些体系的粘度。设计聚合物和聚合物基材料加工设备以加热材料，施加剪切力，和在热塑性塑料的情况下，随后的在成形后对元件的冷却。在例如注塑加工中，材料被进料到加热的圆筒中，在该圆筒中通常需要50℃的典型最小加工温度在熔融温度之上，100℃的典型最小加工温度在玻璃化转变之上。在熔融塑炼和诸如模具的过程中引起剪切力，此处由于材料的粘性本质，需要压力高达50-100MPa。需要较大的夹持力以抵消这些高注射压力，其结果是制造了牢固并昂贵地机器和模具。而且，聚合物熔体地高粘度抑制了它们在加工过程中的流动，降低了挤出加工过程中的生产量，并使填充复杂的注塑模具腔复杂化。尽管升高熔体温度将降低材料的粘度，但成形后固化材料的冷却时间被延长，因此会降低生产速率。
很多问题，包括非塑化的聚氯乙稀(PVC)，聚碳酸酯(PC)和一些弹性聚合物，例如天然橡胶具有非常高的熔融粘度，在模塑和挤出过程中由于升高压力进一步恶化了加工问题。为了降低粘度和提高流动而提高熔融温度受聚合物的热稳定性限制，特别是在PVC的情况下。一些聚合物，如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，其分子量超过100万，通常不能用常规的熔融加工技术如挤出和注塑进行加工。在这些体系中缺乏流动性，必须对材料组成进行改进或改变加工方式，如在压力下烧结，以制造零件。聚四氟乙烯(PTFE)也存在类似的限制，因为在这种材料中存在较强的链间力。
由于各种理由，例如提高加工性，功能性或只是降低成本，在聚合物中加入添加剂。可能要求以高填料含量包含通常增加熔融粘度的填料(无机或有机源的)，由此明显限制了加工性。在陶瓷和金属粉末与充当溶剂的牺牲聚合物粘合剂组合使用以促进加工时，填料的装载量可超过60％体积。粘度可能被极大地提高，并在某些情况下流动可能被终止，这都是由于材料的膨胀(或剪力增稠)性质导致的，因而限制了上面的填料的可能装载量。
在高能聚合物配方中，在聚合物中含有热不稳定的***性添加剂，以通过熔融加工成形为最终的部件。但是，对于制品的功能性所需的高含量将增加材料的粘度，这应归于粘性聚合物熔体中产生的剪切热效应，其可引起局部热区和严重的安全隐患。
将超临界流体(SCF)技术应用于聚合物熔体加工中作为生产微孔泡沫塑料的方式已有报道，特别是Trexel Inc。通过其Mucell方法，已成功地将这种方法工业化，用于发泡聚烯烃和其它商品塑料。参见US-A-5,334,356；US-A-6,051,174；Lee L.J.和Tzoganakis C.和Park C.B的文章，Extrusion of PE/PS Blends with supercritical capbondioxide，Polym.Eng.Sci.38，1998，1112；英国专利申请No.0030182.0，；和Hornsby P.R.的文章，Rheology，compounding andprocessing of filled thermoplastics，Adv.in Polym.Sci.139，1999，156-217.Lee和Tzoganakis报道了在加工过程中存在超临界流体可改善聚合物体系如聚苯乙烯和聚乙烯之间的溶混性。还报道了，引入生产聚合物泡沫体的超临界二氧化碳(scCO2)具有在熔融加工过程中降低聚合物粘度的额外益处，可能经过溶剂化或塑化作用。
本发明寻求提供改善的材料加工方法。
根据本发明的一个方面，此处提供一种加工材料的方法，在加工工艺中需要材料的流动，该方法包括提供待加工的材料，向该材料中加入超临界流体以降低材料的粘度，并在其降低的粘度下进行加工。
在较低材料粘度下的加工便于进行，而不会引起或使材料发泡。如下所述，这可以各种方式实现，并可以包括例如将材料维持在预定的压力之上。
优选实施方案是向材料中加入不足以引起材料发泡的一定量的超临界流体。可通过实验确定超临界流体的精确量或比例。事实上，以还不足以引起发泡的超临界流体的含量，可实现约25％的粘度降低。
另一个实施方案提供了较高含量或比例的超临界流体，并且该方法包括在加工过程中防止材料发泡的步骤，例如通过控制压力和/或温度，以及在加工过程中或之后从材料中除去流体。按照这个实施方案，可以极大地降低粘度，同时仍能够避免使材料发泡，由此得到最终的产品。
本发明使用超临界或近超临界流体技术用于加工聚合物和含聚合物的配方而不会引起发泡，其益处是能降低熔体粘度和/和降低熔体温度。其应用对难于加工的材料特别有益，包括非增塑PVC，聚碳酸酯，PTFE，UHMWPE和含有高装载量有机或无机源填料的聚合物。还可以使用这种方法加工剪切和热敏感性材料，而降解的危险性较小，因为需要较小的剪切输出和降低的加工温度。
另一方面涉及使用超临界流体技术来生产模塑或挤出的发泡陶瓷和金属组分。通过改变加工参数，可以根据需要延缓或引发发泡。已经显示，这种方法可用于连续制造多孔陶瓷或金属组分，涉及在牺牲性聚合物粘合剂中含有的高装载量陶瓷或金属，所述聚合物粘合剂在形成阶段之后，在陶瓷或金属制品在高温被烧结和压实之前除去。已发现，相对于现在用于制造发泡陶瓷和金属的备选的间歇技术而言，这种技术更容易控制孔结构。
在实际的实施方案中，可通过强制提取(positive extraction)，如抽吸，和/或提供加工***的多孔部分来除去超临界流体，所述多孔部分可保留材料并使超临界流体流出。
在这种备选方法中，在加工过程中通过控制材料和流体组合的压力，可防止发泡。
超临界流体优选是二氧化碳。可以使用其它超临界流体，其实例有水或氮。
根据本发明的另一个方面，此处提供了一种加工材料的体系，在加工工艺中需要材料的流动，该体系包括含有待加工材料的装置，向材料中加入超临界流体以减少材料粘度的装置，和在其降低的粘度下可加工材料的加工装置。
优选实施方案包括控制装置，该控制装置能够控制加入到材料中的超临界流体数量，优选该量为不足以引起材料发泡的量。可择一地或额外地操作该控制装置来控制超临界流体的加入，以提供较高含量或比例的超临界流体，该体系包括择其加工过程中或之后从材料中除去流体的装置。该除去装置可提供强制提取，如通过抽吸和/或包括可保留材料并使超临界流体流出的多孔部分。
该优选实施方案可提供更快的材料加工方法，因为它们粘度较低和/或在较低温度下进行加工，其可以明显减少冷却时间。而且，其可以加工目前由于其粘度太高而不适合加工的材料。
根据本发明的另一个方面，此处提供了一种加工材料的方法，在加工工艺中需要材料的流动，该方法包括下列步骤：提供一种材料，该材料的粘度高于该工艺所需的粘度；向该材料中加入足够量的超临界流体以充分降低用于加工的材料粘度；并在其降低的粘度下加工该材料。
可采用所公开的方法加工的聚合物的实例有LDPE，PS，HDPE，PP，PA，PTFE和UHMWPE.  类似地，该技术可用于加工任何与聚合物粘合体系相容的金属或陶瓷粉末，并还可加工木粉，木纤维和天然纤维。还可加工那些不支持高剪切性的材料，例如高能材料。
具有太高粘度的材料的实例是超高分子量聚乙烯(分子量超过100万)，由于太高的熔体粘度一般不能用挤出或注塑装置加工，通常在压力下通过烧结粉末而加工成制成零件。
下面仅采用实施例的方式，并参照附图来描述本发明的一个实施方案，在附图中：
图1是体系实例的示意图；
图2是在180℃下，在熔融加工低密度聚乙烯的过程中，表观粘度相对于存在的CO2降低的图表；
图3A-3C是用于在线流变学测定的缝模实例的不同视图；
图4是用于在线流变学测定的加工设备实例的示意图；
图5是用于超临界和近超临界流体的加工设备实例的示意图，所述流体有助于注塑；
图6是用于超临界和近超临界流体的加工设备实例的示意图，所述流体有助于使用振荡共混技术的熔融加工；
图7显示使用图6的设备，通过振荡共混技术生产的构件；
图8所示为当用二氧化碳加工LDPE/氮化硅时的流变学性质的图表；
图9所示为用scCO2在180℃挤出的多孔氮化硅的实例；
图9b所示为用scCO2在100℃挤出的多孔氮化硅的实例；
图9c所示为用scCO2在180℃挤出的部分烧结的氮化硅的实例；
图10所示为用CO加工的铝/HDPE测试棒(生坯状态)，显示优先的多孔性，其中面积A处于比面积B高的压力之下；和
图11所示为烧结的Al2O3测试棒的内部多孔结构。
采用优选实施方案的体系，在熔融或树脂状态的聚合物中通过与超临界流体交互作用实现了明显的增塑作用。
尽管已知采用挤出或注塑生产微孔聚合物泡沫的‘Mucell’方法还涉及计量进入熔体中的超临界二氧化碳，所述实施方案涉及应用超临界流体以制造固态加工的聚合物零件。通过适当控制加工条件和/或使用改进的方法可防止发泡，其中通过使超临界流体减压形成的气体在形成加工零件之前或之中除去，由此在最终的制造物中不含气泡。实现此目的的潜在方式包括在挤塑模头和注塑模具中***孔隙来控制通风。也可通过所述设备制造发泡制品，下面给出其一些实例。
参照图1，该设备示意性地显示基本上包括超临界流体的供源1，所述超临界流体在这个实例中为二氧化碳。注射泵2位于供源1和单螺杆挤出机3之间，以控制进入挤出机的流体的流速。挤出机3包括一个入口，用于引入将被挤出的材料；和测量体系，其包括计算机6，数据收集设备5和缝模4，在这个实施方案中，缝模4具有三个Dynisco压力传感器，用于测量流经模口的聚合物的熔融粘度，以获得图2所示的数据。该体系可控制超临界流体在将被加工材料和随后的加工材料中的加入和混合，以防止发泡。还可以提供流体提取装置，以使用高浓度的超临界流体，并且其可以包括这样的元件，例如流体抽吸体系，压力体系和/或允许流体(气态)离开、但不允许材料离开的多孔膜。
现在参照图3，图3显示用于在线流变学测定的缝模构造的实例。图3a所示为缝模的侧视图，图3b所示为其正视图，图3c为平面视图。该缝模装有三个压力传感器20(其可以是Dynisco传感器)。该缝模具有在实验时材料的进入点22和离开点24。应该认识到，该模具不是按比例绘制的，所给的尺寸仅仅是为了说明尺寸的。
另一个加工设备的实例示于图4，其是为在线流变学测定设计的。在这个图中，被测试的聚合物或材料混合物30被进料到体系的料斗32中，然后进入到挤出机34中。流体来源38被连接到注射泵40上，在注射泵40中流体在控制的温度下被加压，然后进料到挤出机的入口42。缝模44提供用于获得测量数据的测量传感器，所述测量数据然后被传给数据收集设备进行分析。
参照图5，图5所示为用于超临界和近超临界流体的设备实例的示意形式，所述流体有助于注塑。将被模塑的聚合物或材料混合物50被进料到设备的料斗52并进入到注塑机54中。该注塑机54装有加热圆筒56。
流体来源58被连接到注射泵60上并在控制的温度下被加压。被加压的流体在注射点62进料到注塑机中，该注塑机装有模具64，用于将这样制得的组分成形。
参照图6，图6所示为使用振荡共混技术的、用于超临界和近超临界流体的工艺路线实例，所述流体有助于熔融加工。在这个实例中，提供陶瓷和金属粉末进料器70，粘合剂进料器72，用于将材料进料到双螺杆挤出机76的料斗74。来源78是流体来源，所述流体在控制的温度下用注射泵被加压，然后进料到注射点82，进入到双螺杆挤出机76。材料和流体通过改进的模具头84，并经过交叉管道进料到单螺杆注射单元86。当双螺杆挤出机76和单螺杆注射单元86实现适当的注入量时，停止旋转，并且氮螺杆90向前移动，导致材料/流体混合物注射进入模具92中。模具92具有合适的内腔压力传感器94，从这个传感器的输出94被Kistler AQCS和电荷放大器96，98接收。该输出可被反馈到振荡共混微处理器控制器100中进行闭合环路加工。
图7所示为使用振荡共混技术及图6的设备生产的元件。
主要考虑所述的实例在它们的熔融或流动状态与热塑性塑料和热固性塑料加工有关，但还可适用于很多其它材料，这些材料在液体状态与超临界流体相互作用，引起粘度下降。这可以包括食品；软固体或液体，表面活性剂基配方；或陶瓷混合物和金属混合物。含有可引起粘度明显增加的高装载量添加剂的易加工的聚合物配方，是重要的潜在应用领域，按现状使用超临界流体可促进聚合物的加工，所述聚合物由于其分子结构具有固有的高熔融粘度(例如，聚四氟乙烯，超高分子量聚乙烯和高分子量橡胶)。
使用填充的聚合物体系的具体范围包括：
-    热塑性组合物，其含有高含量的热敏性无机阻燃剂填料，能够在较低的温度和压力下加工，并能结合增加的填料含量以给出提高的阻燃性能；
-    聚合物基配方，其含有高含量的高能或活性填料，其中降低的熔融压力和温度将使加工过程中的***危险性降低；
-    聚合物基磁体，其中可以实现高填料含量和改善的磁性；
-    陶瓷和金属组合物，其使用牺牲聚合物粘合剂配制，以促进在挤出和注塑加工过程中的流动性。低熔融粘度可使组合物配方具有较高的填料含量；降低热脱粘合时间和所产生的缺陷级别；
-    通过降低熔融粘度，改善热塑性和热固性混合物中增强纤维的浸湿性和浸透性，得到这些复合物的改善的机械性能。
在使用中，使用应用到单螺杆挤出机的在线流变仪测量超临界二氧化碳在聚合物熔体中的增塑作用。流变仪优选只是用于定量表示可实现的粘度降低水平，在提供最终产品的挤出和模塑加工中不是一定需要的。
通过使加工条件，气体剂量率，温度和压力最佳化，可实现明显的粘度降低，提高加工性能。
对不同聚合物应用和可能应用这种作用是可能的，包括在陶瓷加工中使用的高填充的组合物。
当很好理解熔融加工过程中发生的机理时，可以形成新的技术，如新的反应性加工技术，原位材料循环，和不同材料的成形，而不论它们是加工敏感性的或是严重填充的组合物。
通过使加工最佳化，可除去超临界流体以避免发泡，由此生产固体元件，这意味着可利用SCF的益处来熔融加工宽范围的产品。
实施例1
使用具有常规聚烯烃螺杆形状的25mm Betol单螺杆挤出机。在内部设计专门的注射孔，其允许通过常规的压力传感器口直接注入scCO2。对挤出机1没有进行改进。
设计允许在线流变学测定的缝模4：该缝模含有三个Dynisco压力传感器和热电偶，它们都连接到Adept Strawberry Tree Data ShuttleExpress 4(Adept Scientific，Letchworth，UK)上。在控制的温度条件下、使用Isco 260D注射泵4(Isco，Inc.，Nebraska，USA)压缩液体二氧化碳。使用的压力分别为5.5MPa(800psi)和8.3MPa(1200psi)。该工艺路线示意性地示于图1中。使用低密度聚乙烯(Novex，BPChemicals，UK)来研究加工效果。加工细节列于表1中。表1：LDPE挤出的加工条件
温度(℃)  螺杆速度(rpm)
圆筒区域1 170  5
圆筒区域2 175  10
圆筒区域3 180  15
缝模180  20
尽管观测到的平均粘度降低低于前面研究者的报告，该25％的降低值对聚合物加工公司仍然是相当明显的，因为机械运转费用可被充分降低。图2所示为在存在或不存在CO2的条件下，粘度降低与剪切速率的关系。
当在加工过程中注入0.13重量％的超临界CO2时，记录粘度的降低。在超临界CO2压力(0.43重量％)下，也记录粘度的降低，但该降低显示不与CO2压力成比例。当在聚合物加工过程中使用SCF时通常报告的发泡可以被忽略，并发现其取决于螺杆速度，温度，CO2剂量率和压力。
当使用极低的CO2剂量率时，螺杆速度在控制发泡程度中起着简单但明显的作用。当螺杆速度增加时，CO2和聚合物熔体的分配混合被降低，并影响孔径大小的规则性。如果螺杆速度太低，过量的CO2对CO2在聚合物熔体中的过度饱和溶液有贡献，导致挤出后形成发泡元件。但是，可以调节螺杆速度以得到不发泡的降低粘度的加工方法。这种调节取决于聚合物，加工温度，气体剂量率和压力。
在使用备选的螺杆材料和操作模式下，在较高的气体速率下，可以降低或消除发泡。图9a和9b所示为脱粘合的氮化硅压出物。通过改变CO2计量，CO2压力，加工温度和螺杆速度，可以控制孔径大小。通过将加工温度降低约80℃，在模具离开时产生的孔隙被保留。这是由于加工过程中材料粘度降低导致的。应该注意到，在这些加工条件下有可能制造不借助于超临界二氧化碳的这种配方。
即使在加工过程中存在低含量的CO2，也可实现粘度的降低。已发现，在加工过程中，螺杆速度是实现不发泡制品的关键因素。由此得到了对于在聚合物熔融加工中采用SCF作为加工助剂，而不只是发泡剂的较高的适应性。
实施例2
不形成发泡成分的商品聚合物的降低的粘度性质实例2A：单螺杆挤出
使用具有常规聚烯烃螺杆形状的25mm Betol单螺杆挤出机。在研究中使用含有Dynisco压力传感器的缝模(图3)。在Adept StrawberryTree Data Shuttle Express(Adept Scientific，Letchworth，UK)上记录来自在线流变学测定实验的数据。在控制的温度条件下(32℃)使用Isco 260D注射泵(Isco，Inc.，Nebraska，USA)压缩液体二氧化碳。所采用的压力分别为5.5MPa(800psi)和8.3MPa(1200psi)。该工艺路线示意性地示于图4中。在内部设计专门的注射孔，其允许通过常规的压力传感器口直接注入CO2。对挤出机螺杆设计没有进行改进。在180℃下，在二氧化碳辅助或没有二氧化碳(二氧化碳的条件列于上面)辅助的条件下挤出低密度聚乙烯(Novex，BP Chemicals，UK)。当在加工过程中注入小于0.5重量％的二氧化碳时，在离开模具时没有压出物发泡的条件下报告表观粘度降低至少为25％。实例2B：双螺杆挤出
使用具有常规聚烯烃螺杆形状的Dassett共旋转的相互交错的双螺杆挤出机。如在实例2A一样，记录流变学性质。在聚合物不发泡的条件下发现30％的粘度降低。
实施例3
生产具有A类表面光洁度的模塑商品塑料实例3A：常规的注塑
在Demag Ergotech 25-80注塑机上模塑元件。超临界和近超临界的二氧化碳被注入到如图5所示的单螺杆预增塑单元中。超临界和近超临界流体条件类似于实施例2中给出的条件。当在增塑过程中注入二氧化碳时，与常规的方法相比，注射压力和注入量分别减少至少35％和25％。通过在模腔中熔体冷却过程中保持压力，可防止发泡。在这个实例中，对于低于25％的完全模塑循环而言，保持压力为注射压力的平均五分之一，这些数据适用于LDPE，但可根据下列条件而改变：聚合物，模具，注塑机，注入的流体类型和流体条件，如剂量率，压力和温度。实例3B：采用振荡共混技术的结合注塑的直接混合
采用振荡共混Mark IV型直接共混注塑机(图6)。在机器的混配机部分实现流体和熔融聚合物的良好混合。该混合物被直接进料到注射筒中，并当达到适当的注射量时，该混合物被注入到模具中。通过选择适当的注射速度，注射压力，保持压力，保持时间，夹紧力和冷却时间，可以根据需要发泡。控制孔隙度形成所需的工艺参数的组合取决于流体压力，流体给料水平，聚合物重复单元，加工温度和混配机螺杆速度。通过改变工艺参数，可以不进行发泡。注入量，保持压力和注射速度是重要的因素。
图7所示为采用相同的工艺参数模塑的元件，只是在右手侧的元件是在二氧化碳辅助下进行加工的。用CO2加工的元件具有降低的粘度，这改善了熔融聚合物注入模具中的流动性，当与没有CO2辅助下模塑的元件相比时提高了线性尺寸，该工艺公开于此。
实施例4
加工高温聚合物
如实例2B所述加工聚碳酸酯(GE Plastics，Lexan级)。在加工过程中，将超临界流体注入圆筒中，记录的初始粘度降低超过50％。
实施例5
高填充的材料体系的熔融加工
填充聚合物体系的整体趋势是粘度随填料装载量增加而增加。当使用如前面实施例所列的亚(或近)和超临界流体辅助技术加工材料体系时，粘度改变和流变学性质的改变是明显的。对这个实施例列出了两个实例，这些实例与实施例6(下面描述的)结合给出下列建议：在加工的同时注入近和超临界流体，可除去在填充体系中的流动限制。实例5A：使用单螺杆挤出机加工高填充的体系
将LDPE与50体积％的1μm氮化硅(Goodfellows Ltd.，Cambridgeshire，UK)用常规的加工助剂进行V-共混45分钟，然后在单螺杆挤出机上熔融加工之前在双螺杆挤出机上混合。当该配方在没有亚或超临界流体下熔融加工时，记录Dilatent性质，当注入亚和超临界流体时，该体系行为表现接近于牛顿流体。  这些实例制造的多孔压出物示于图9a-9c。实例5B：使用双螺杆挤出机加工高填充的体系
象实例5A那样制造62体积％的53μm氧化铝(Universal Abrasive)与PE和常规加工助剂的材料配方，只是该配方在加工前不混合。将该干混的配方进料到双螺杆混配机中，并象实例2B一样进行加工。备选地，使用如图6所示的单独进料器，可将材料直接进料到双螺杆挤出机中。增加剪切速率，流体剂量率和流体压力不影响粘度降低，因为一旦实现粘度降低，其就维持好像成为一个粘度降低阈值，该阈值取决于所用的材料体系和流体类型。可以加工高体积装载量的陶瓷和金属粉末。常规的加工路线可以加工50-60体积％的填料，但现在能加工填料含量高于60体积％的陶瓷/聚合物和金属/聚合物配方，使烧结时降低收缩的概念和接近纯净形状的元件成为可能。
实施例6
半连续法制造所需的多孔金属和陶瓷元件
如实例5A所示制备金属和陶瓷粉末配方，并用振荡共混直接混合注塑机进行干加工。通过如实例3B所示那样调节加工条件，制备出陶瓷和金属生坯状态元件。通过加工参数控制孔隙率的程度和孔/孔眼大小。生产出具有原位孔隙率的各种元件。
该技术提供稳定的尺寸稳定性并可以制造接近纯净形状的元件。目前烧结时的平均元件收缩为20％，该生产体系收缩小于7％是可能的。采用常规的陶瓷和金属粉末粘合剂体系，这种新的制造较大选择性的候选陶瓷和金属粉末技术可容易地用于包括款范围陶瓷和金属粉末的体系。
在挤出机上加工铝，氧化铝和氮化硅。所有粉末与各种粉末状聚合物和加工助剂共混。图10所示为生坯状态的PE/Al2O3测试棒，其使用Brunel University(Osciblend)开发的直接混合注塑机模塑而成。该样品表明，在加工过程中增加CO2注入量，可以制造多孔元件。通过改变加工参数也可以控制孔隙度。图10所示样品的右手末端是发泡的，因为区域B处于较低的压力下。图11所示为烧结的Al2O3测试棒的内部多孔结构。
因此，该体系也可生产控制的多孔陶瓷。在另一个实施例中，在Betol挤出机上加工在聚乙烯粘合剂(50体积％)中结合的氮化硅(1μm颗粒尺寸，Goodfellows Ltd.，Cambridgeshire，UK)。该配方首先V-共混45分钟，然后在200℃于双螺杆共旋转的Dassett挤出机(Dassett ProcessEngineering Ltd.，Daventry，U.K.)中混合。混合后，将材料造粒，并在存在或不存在scCO2下在单螺杆挤出机上进行加工。熔融加工后，选择样品，并通过热降解缓慢除去聚合物粘合剂。
控制孔隙率的发泡陶瓷制品是主要的发展。可以明显看出在加工过程中温度对材料粘度的影响及由此的孔稳定性。通过明显降低加工温度可实现孔稳定性。

Claims (24)

1.一种加工材料的方法，在加工工艺中需要材料的流动，该方法包括下列步骤：提供待加工的材料，向材料中加入超临界或近超临界流体以降低材料的粘度，和在其降低的粘度下加工材料。
2.根据权利要求1的方法，其中在较低的材料粘度下加工的步骤是在不引起或不使材料发泡的条件下进行的。
3.根据权利要求2的方法，其中在较低粘度下加工的步骤包括将材料保持在预定的压力之上。
4.根据前述任何一项权利要求的方法，包括向材料中加入一定量超临界流体的步骤，所述一定量的超临界流体不足以引起材料发泡。
5.根据前述任何一项权利要求的方法，包括通过控制压力和/或温度防止材料在加工过程中发泡的步骤。
6.根据前述任何一项权利要求的方法，包括在材料加工过程中或加工之后从材料中除去流体的步骤。
7.根据权利要求6的方法，其中流体是通过强制提取除去的。
8.根据权利要求7的方法，其中强制提取是通过抽吸进行的。
9.根据权利要求7或8的方法，其中强制提取是通过提供加工组件的多孔部分进行的，所述多孔部分保留材料并使超临界流体流出。
10.根据权利要求9的方法，通过控制材料和流体组合的压力来防止加工过程中的发泡。
11.根据前述任何一项权利要求的方法，其中超临界流体是二氧化碳。
12.根据权利要求1-10中任何一项的方法，其中超临界流体是水。
13.根据权利要求1-10中任何一项的方法，其中超临界流体是氮。
14.根据前述任何一项权利要求的方法，其中所述工艺是挤出或注塑工艺。
15.一种加工材料的体系，在加工工艺中需要材料的流动，该体系包括含有待加工材料的装置，向材料中加入超临界或近超临界流体以减少材料粘度的装置，和在其降低的粘度下可用于加工材料的加工设备。
16.根据权利要求15的体系，其中加入超临界或近超临界流体的装置包括超临界或近超临界流体的容器。
17.根据权利要求15或16的体系，包括可控制加入到材料中的超临界物质量的装置。
18.根据权利要求17的体系，其中控制装置可用于添加一定量的超临界或近超临界流体，该量不足以引起发泡。
19.根据权利要求15-18中任何一项的体系，包括在材料加工过程中或加工之后，从材料中除去超临界或近超临界流体的装置。
20.根据权利要求19的体系，其中除去装置包括一个抽吸设备。
21.根据权利要求19或20的体系，其中除去装置包括一个多孔部分，该多孔部分保留材料并允许超临界流体流出。
22.一种加工材料的方法，在加工工艺中需要材料的流动，该方法包括下列步骤：提供一种粘度高于该工艺所需粘度的材料，向该材料中加入足够量的超临界流体，以充分降低用于加工的材料的粘度，和在其降低的粘度下加工该材料。
23.一种生产模塑或挤出发泡陶瓷制品或元件的方法，该方法包括下列步骤：提供待加工的陶瓷材料，向该材料中加入超临界或近超临界流体，以降低材料的粘度，和在其降低的粘度下加工该材料。
24.一种生产模塑或挤出发泡金属制品或元件的方法，该方法包括下列步骤：提供待加工的金属材料，向该材料中加入超临界或近超临界流体，以降低该材料的粘度，和在其降低的粘度下加工该材料。
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