DE69825498T2

DE69825498T2 - Spritzgiessen von mikrozelligem Material

Info

Publication number: DE69825498T2
Application number: DE69825498T
Authority: DE
Inventors: David E. Pierick; Jere R. Anderson; Sung W. Cha; James F. Stevenson; Dana E. Laing
Original assignee: Trexel Inc
Current assignee: Trexel Inc
Priority date: 1997-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2018-01-17
Also published as: DE69805957D1; CA2480025A1; CA2278147A1; ES2178148T3; EP1475208B1; EP1475208A3; CA2278147C; DE29825165U1; EP1264672B1; DE29825166U1; ATE272482T1; JP5249181B2; CA2480025C; ATE218961T1; JP2007015398A; WO1998031521A3; EP0952908A2; EP1475208A2; AU5919198A; DE29825167U1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen die Herstellung von polymerischem Strukturschaum, und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Herstellen von spritzgussgeformten, mikrozellulären Strukturschäumen.
Hintergrund der Erfindung
Strukturgeschäumte Materialien sind bekannt und können durch Injizieren eines physikalischen Blähmittels in einen geschmolzenen polymerischen Strom, das Dispergieren des Blähmittels im Polymer, um eine zweiphasige Mischung von Blähmittelzellen im Polymer zu bilden, das Injizieren der Mischung in eine Form mit einer gewünschten Geometrie und durch das darin Aushärtenlassen der Mischung hergestellt werden. Ein Druckverlust in der Mischung kann dazu führen, dass die Zellen im Polymer wachsen. Als eine Alternative zu einem physikalischen Blähmittel kann ein chemisches Blähmittel eingesetzt werden, das einer chemischen Reaktion im Polymermaterial unterworfen ist, was die Bildung eines Gases erzeugt. Chemische Blähmittel sind im allgemeinen organische Komponenten mit geringem Molekulargewicht, die sich bei einer kritischen Temperatur zersetzen und ein Gas wie Stickstoff, Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid freisetzen. Unter einigen Bedingungen können die Zellen hergestellt werden, um isoliert zu verbleiben und ein geschlossenzelliges geschäumtes Material resultiert daraus. Unter anderen, typischerweise heftigeren Schäumbedingungen, reißen die Zellen oder werden miteinander verbunden und ein offenzelliges Material resultiert daraus. Eine Zusammenstellung von Standardspritzgussverfahren, die in der Patentliteratur beschrieben sind, folgt nun.
US-Patent Nr. 3,436,446 (Angell) beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung um geschäumte Kunststoffartikel mit einer festen Hülle zu formen, indem der Druck und die Temperatur in der Form geregelt wird.
US-Patent Nr. 4,479,914 (Baumrucker) beschreibt ein Verfahren zum Formen eines geschäumten Gegenstandes, bei dem ein Formhohlraum mit Gas unter Druck gesetzt wird, um eine frühzeitige Diffusion des Blähmittels von dem in den Hohlraum injizierten Material zu verhindern. Vordruckgas wird während des Injizierens von zu schäumendem Material abgezogen, abschließend zu einer Vakuumkammer, die ein Vakuum erzeugt, welches das Material durch den Formhohlraum zieht. Ähnliche Beschreibungen finden sich in der EP-A-799553, der US-A-5,334,356 und der WO89/00918.
Mikrozelluläres Material ist typischerweise durch polymerischen Schaum mit sehr kleiner Zellengröße definiert und unterschiedliche mikrozelluläre Materialien sind in US-Patent Nr. 5,158,986 und 4,473,665 beschrieben. Diese Patente beschreiben, dass eine einphasige Lösung aus polymerischen Material und physikalischem Blähmittel einer thermodynamischen Stabilität unterworfen wird, die benötigt wird, um Keimbildungsorte von hoher Dichte zu erzeugen, gefolgt von einem kontrollierten Zellenwachstum, um ein mikrozelluläres Material zu erzeugen. US-Patent Nr. 4,473,665 (Martini-Vvedensky) beschreibt ein Formsystem und ein Verfahren zum Herstellen mikrozellulärer Teile. Polymerische Pellets werden mit einem gasförmigen Blähmittel unter Vordruck gestellt und in einem herkömmlichen Extruder geschmolzen, um eine Lösung von Blähmittel und geschmolzenem Polymer zu bilden, die dann in einem Formhohlraum unter Druck extrudiert wird. Der Druck in der Form wird über dem Löslichkeitsdruck des gasförmigen Blähmittels bei Schmelztemperaturen für eine gegebene Anfangssättigung gehalten. Wenn die Temperatur des geformten Teiles auf die geeignete kritische Nukleationstemperatur abfällt, lässt man den Druck auf die Form absinken, typischerweise auf Umgebungsdruck, und man lässt das Teil schäumen.
US-Patent Nr. 5,158,986 (Cha et al.) beschreibt ein alternatives Formsystem und ein Verfahren zum Herstellen mikrozellulärer Teile. Polymerische Pellets werden in einen herkömmlichen Extruder eingegeben und geschmolzen. Ein Blähmittel von Kohlendioxid in seinem überkritischen Zustand wird in dem Extrusionszylinder aufgenommen und vermischt, um eine homogene Lösung von Blähmittel und polymerischem Material zu bilden. Ein Bereich des Extrusionszylinders wird so erhitzt, dass, wenn die Mischung durch den Zylinder fließt, eine thermodynamische Instabilität erzeugt wird und dabei Nukleationsorte in geschmolzenen polymerischen Material erzeugt werden. Das keimreiche Material wird in einen Formhohlraum unter Druck extrudiert. Der Druck innerhalb der Form wird durch Gegendruck von Luft aufrechterhalten. Zellwachstum tritt im Inneren des Formhohlraums auf, wenn der Formhohlraum aufgeweitet wird und der Druck darin sich schnell verringert; das Aufweiten der Form liefert einen geformten und geschäumten Artikel mit kleinen Zellgrößen und hohen Zelldichten. Die Nukleation und das Zellwachstum treten gemäß diesem Verfahren getrennt auf; die thermoinduzierte Keimbildung tritt im Zylinder des Extruders auf, und das Zellwachstum tritt in der Form auf.
Während die obigen und andere Berichte verschiedene Techniken darstellen, die im Zusammenhang stehen mit der Herstellung von mikrozellulärem Material und der Herstellung von Material mittels Spritzgussverfahren, besteht ein Bedürfnis in der Technik nach verbesserten mikrozellulären Spritzgussverfahren.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, Spritzgusssysteme und Verfahren vorzuschlagen, die bei der Herstellung von mikrozellulären Strukturschäumen und, insbesondere, sehr dünnen Gegenständen wirksam sind. Es ist eine andere Aufgabe, Systeme und Verfahren vorzusehen, die beim Spritzgießen von mikrozellulären Strukturschäumen nützlich sind, aber auch beim Spritzgießen herkömmlicher Schäume und einer kontinuierlichen Extrusion von mikrozellulären oder herkömmlichen Schäumen nützlich sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist bezüglich einem Aspekt im Systemanspruch 1, bezüglich eines anderen Aspekts im Verfahrensanspruch 14 bestimmt.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen bestimmt.
Die vorliegende Erfindung bezieht ein System ein, das einen Extruder mit einem Einlass an einem Einlassende desselben, der einen Vorläufer an mikrozellulärem Material aufnimmt, eine Formkammer und eine eingeschlossene Durchführung, die den Einlass mit der Formkammer verbindet, umfasst. Eine Durchführung ist derart aufgebaut und angeordnet, dass sie eine ohne erfolgte Keimbildung homogene, fluide Einphasenlösung aus einem polymerischen Material und einem Blähmittel aufnimmt, um die ohne erfolgte Keimbildung homogene, fluide Einphasenlösung aus dem polymerischem Material und dem Blähmittel in einem fluiden Zustand bei erhöhten Druck innerhalb der Durchführung zu enthalten und die Lösung als fluiden Strom in der Durchführung in eine Richtung stromabwärts von dem Einlassende zur Formkammer hin zu bewegen. Die eingeschlossene Durchführung umfasst einen Keimbildungspfad, in dem das Blähmittel in der hierdurch verlaufenden Einphasenlösung einer Keimbildung unterzogen wird. Der Keimbildungspfad ist derart aufgebaut, dass er ein Polymeraufnahmeende, welches eine homogene, fluide Einphasenlösung aus polymerischem Material und einem Blähmittel ohne erfolgte Keimbildung aufnimmt, ein nach erfolgter Keimbildung Polymerabgabeende, das derart aufgebaut und angeordnet ist, dass es ein Polymermaterial nach erfolgter Keimbildung freigibt, und einen Fluidpfad umfasst, der das Aufnahmeende mit dem Abgabeende verbindet. Das Polymeraufnahmeende bestimmt eine Öffnung der Formkammer, die in fluider Verbindung mit der Formkammer steht. Der Keimbildungspfad besitzt eine Länge und Querschnittsabmessungen, so dass, wenn ein fluides Polymer, das homogen mit ungefähr 6 Gew.-% CO₂ gemischt ist, durch den Pfad mit einer Rate von ungefähr 18 Kilogramm (40 Pfund) Fluid pro Stunde verläuft, eine Druckabfallsrate in dem fluiden Polymer von mindestens ungefähr 0,1 GPa/sec., oder zumindest ungefähr 0,3 GPa/sec., oder zumindest ungefähr 1,0 GPa/sec. oder zumindest ungefähr 3 GPa/sec. erzeugt. Der Keimbildungspfad kann ebenso eine variable Querschnittsabmessung besitzen, so dass ein fluides Polymer, das entlang dem Pfad fließt, einer variablen Druckabfallsrate und/oder Temperaturerhöhung ausgesetzt ist.
Die Erfindung beinhaltet ein System, das eine Formkammer besitzt, die ein Polymermaterial nach erfolgter Keimbildung bei erhöhtem Druck enthält, um Zellwachstum bei dem erhöhten Druck zu verhindern. Die unter Druck gesetzt Formkammer kann auf fluide oder mechanische Weise unter Druck gesetzt werden, um so das Polymermaterial nach erfolgter Keimbildung bei einem solch erhöhten Druck zu enthalten. Nach Verringerung des Druckes in der unter Druck gesetzten Formkammer kann sich das Polymermaterial in der Form eines erwünschten mikrozellulären Polymergegenstandes verfestigen, da die Formkammer eine solche Innenform besitzt.
Die Erfindung schließt ein System ein, das einen Kessel mit einem Einlass, der zur Aufnahme eines Vorläufers des extrudierten Materials bestimmt ist, einen Auslass, der zur Abgabe eines fluiden Gemisches ohne erfolgte Keimbildung aus einem Blähmittel und einem geschäumten, polymerischem Gegenstandsvorläufer an den Vorläufer bestimmt ist, und eine Öffnung, die mit einer Blähmittelquelle verbindbar ist, und eine Schnecke, die zur oszillierenden Bewegung innerhalb des Kessels befestigt ist, besitzt. Das Extrusionssystem kann ebenso mindestens zwei Öffnungen besitzen, die mit einer Blähmittelquelle verbindbar sind, und die Öffnung kann in Längsrichtung entlang der Kesselachse angeordnet sein, um so aufeinanderfolgend das Gemisch ohne erfolgte Keimbildung durch die zumindest zwei Öffnungen in den Kessel einzuführen, während die Schnecke die oszillierende Bewegung ausführt. Das System kann ebenso einen zweiten Extrusionskessel umfassen, der mit dem ersten Kessel verbunden ist, wobei der zweite Kessel einen Einlass, der zur Aufnahme des fluiden, Gemisches ohne erfolgte Keimbildung bestimmt ist, und eine Schnecke besitzt, die zur oszillierenden Bewegung innerhalb des Kessels befestigt ist.
Die Erfindung schließt ein Verfahren ein, bei dem ein kontinuierlicher Strom der fluiden Einphasenlösung nach erfolgter Keimbildung aus polymerischem Vorläufer und Blähmittel gebildet wird, der Strom einer Keimbildung unterzogen wird, um einen Strom des Gemisches nach erfolgter Keimbildung zu erzeugen, der Strom nach erfolgter Keimbildung in den Einschluss bewegt und das Gemisch zu einer Form des Einschlusses verfestigt wird. Wahlweise kann der Strom kontinuierlich dadurch einer Keimbildung unterzogen werden, dass er kontinuierlich einem Druckabfall mit einer Rate von mindestens ungefähr 0,1 GPa/sec. ausgesetzt wird, während der Strom in den Einschluss bewegt wird, um so einen kontinuierlichen Strom an Material nach erfolgter Keimbildung zu erzeugen. Alternativ beinhaltet das Verfahren das intermittierende Keimbilden des Stromes, indem er einem Druckabfall mit einer Rate von zumindest ungefähr 0,1 GPa/sec. ausgesetzt wird, während der Strom in den Einschluss bewegt wird, so dass das Material ohne erfolgte Keimbildung zuerst in den Einschluss bewegt wird, und anschließend das Material nach erfolgter Keimbildung folgt. Umgekehrt kann der Strom nach erfolgter Keimbildung in den Einschluss bewegt werden, so dass zunächst das Material nach erfolgter Keimbildung in den Einschluss bewegt wird, und im Anschluss das Material ohne erfolgte Keimbildung folgt. Das Verfahren beinhaltet ebenso das Entfernen eines verfestigten, mikrozellulären Gegenstandes aus dem Einschluss, und das Vorsehen eines zweiten Gemisches nach erfolgter Keimbildung in dem Einschluss während einer Zeitspanne von weniger als ungefähr 10 Minuten, Verfestigenlassen des zweiten Gemisches in der Form des Einschlusse und das Entfernen eines zweiten verfestigten mikrozellulären Gegenstandes aus dem Einschluss.
Die Erfindung beinhaltet ebenso ein Verfahren, das das Ansammeln einer Menge eines Vorläufers des geschäumten polymerischem Materials und eines Blähmittels, das Erwärmen eines ersten Abschnittes der Menge, die zumindest ungefähr 2% der Menge bestimmt, auf eine Temperatur, die um zumindest ungefähr 10°C höher als die Durchschnittstemperatur der Menge ist, und das Injizieren der Menge in eine Formkammer umfasst.
Ebenso umfasst ist ein Verfahren, das das Akkumulieren in einem Akkumulator, der auf fluide Weise mit einer Formkammer verbunden ist, einer Menge, die einen ersten Abschnitt, der ein fluides Polymermaterial aufweist, welches im wesentlichen frei an Blähmittel ist, und einen zweiten Abschnitt aufweist, der ein fluides Polymermaterial, welches mit einem Blähmittel vermischt ist, und das Injizieren der Menge von dem Akkumulator in eine Formkammer umfasst.
Ebenso umfasst ist ein Verfahren, das das Injizieren einer fluiden Einphasenlösung eines Vorläufers aus geschäumten Polymermaterial und eines Blähmittels in eine Formkammer, aus einem Akkumulator, der in fluider Verbindung mit dem Extrusionsgerät steht, während die Lösung einer Keimbildung unterzogen wird, um ein Gemisch nach erfolgter Keimbildung zu erzeugen, und das Verfestigenlassen des Gemisches als ein polymerischer, mikrozellulärer Gegenstand in der Formkammer umfasst.
Die Erfindung schließt ebenso ein Verfahren ein, das das Injizieren eines Blähmittels in einen Extruderkessel des Polymerextrusionsgerätes umfasst, während sich eine Extrusionsschnecke in axialer Richtung innerhalb des Kessels bewegt.
Die Erfindung schließt ebenso ein Verfahren ein, das das Injizieren eines Blähmittels von einer Extrusionsschnecke in einen Kessel der Polymerextrusionsvorrichtung umfasst.
Die Erfindung kann als Ausführungsform ein Verfahren beinhalten, das das Ausbilden eines Vorläufers eines fluiden polymerischen Gegenstandes in einem Kessel der Extrusionsvorrichtung, das Abziehen eines Abschnittes des fluiden Vorläufers aus dem Kessel, das Vermischen des Abschnittes des fluiden Vorläufers mit Blähmittel, um ein Gemisch aus Blähmittel und dem Abschnitt des fluiden Vorläufers zu bilden, und das Einführen des Gemisches in den Kessel umfasst.
Die Erfindung kann als Ausführungsform ein Verfahren beinhalten, das das Einführen des polymerischen Materials, welches mit einem superkritischen fluiden Additiv vermischt ist, in eine Form eingeführt wird, die einen Abschnitt mit einer Innenabmessung von weniger als ungefähr 3,2 mm (0,12 inch) besitzt, und das Verfestigenlassen des polymerischen Materials in der Form umfasst, wobei die Schritte des Einführens und des Verfestigenlassens innerhalb einer Zeitspanne von weniger als 10 Sekunden stattfinden.
Die Erfindung kann als Ausführungsform ein Verfahren beinhalten, das das Einführen des polymerischen Materials, das mit einem superkritischen Fluid vermischt ist, in eine Form, die einen Abschnitt mit einer Innenabmessung von weniger als ungefähr 3,2 mm (0,12 inch) und das Verfestigenlassen des polymerischen Materials in der Form umfasst.
Die Erfindung kann als Ausführungsform ein Verfahren beinhalten, das das Bilden einer Einphasenlösung vor erfolgter Keimbildung eines polymerischen Materials und eines Blähmittels, das Einführen der Lösung in eine Formkammer, während die Lösung einer Keimbildung unterzogen wird, das Brechen der Form, wodurch das Zellwachstum ermöglicht wird, und das Wiedergewinnen eines mikrozellulären polymerischen Gegenstandes mit einer Form ähnlich der der Formkammer, die aber größer als die Formkammer ist, umfasst.
Die Erfindung kann als Ausführungsform ein Verfahren umfassen, welches das Bilden einer, vor der Keimbildung, homogenen fluiden Einphasenlösung eines Vorläufers des mikrozellulären polymerischen Materials und eines Blähmittels in einem Extruder, das Füllen einer Formkammer mit der Lösung, während die Lösung einer Keimbildung unterzogen wird, um innerhalb der Formkammer einen keimgebildeten, mikrozellulären polymerischen Materialvorläufer zu bilden, umfasst.
Ebenso ist ein Verfahren umfasst, das das Injizieren eines polymerischen/Blähmittelgemisches in eine Formkammer bei einer Schmelztemperatur von weniger als ungefähr 205°C (400°F), und das Formen eines festen polymerischen Schaumgegenstandes mit einem Hohlraumvolumen von zumindest ungefähr 5% und einem Verhältnis von Länge zu Dicke von mindestens ungefähr 50:1 in der Formkammer umfasst.
Die Erfindung beinhaltet ebenso ein System, das einen Akkumulator mit einem Einlass zum Aufnehmen eines Vorläufers des geschäumten polymerischen Materials und eines Blähmittels, und einen Auslass, eine Formkammer mit einem Einlass, der in fluider Verbindung mit dem Auslass des Akkumulators steht, und eine Heizvorrichtung, die dem Akkumulator zugeordnet ist und die derart aufgebaut und angeordnet ist, dass sie während des Betriebs des Systems einen ersten Bereich des Akkumulators in der Nähe der Formkammer auf eine Temperatur erwärmt, die zumindest ungefähr 10°C höher als die Durchschnittstemperatur des Akkumulators ist, umfasst.
Ebenso ist ein System beinhaltet, das einen Extruder mit einem Einlass zum Aufnehmen eines Vorläufers des geschäumten polymerischen Materials besitzt, der derart aufgebaut und angeordnet ist, dass er ein fluides Polymermaterial aus dem Vorläufer herstellt, einen ersten Auslass, der angeordnet ist, um fluides Polymermaterial aus dem Extruder auszugeben, einen Blähmitteleinlass stromabwärts des ersten Auslasses, der mit einer physikalischen Blähmittelquelle verbindbar ist, einen Mischbereich stromabwärts des Blähmitteleinlasses, der derart aufgebaut und angeordnet ist, dass er ein Gemisch aus fluidem Polymervorläufer und Blähmittel herstellt, und einen zweiten Auslass stromabwärts des Mischbereichs, der zum Abgeben des Gemisches des fluiden Polymervorläufers und des Blähmittels angeordnet ist, und einen Akkumulator mit einem ersten Einlass, der auf fluide Weise mit dem ersten Auslass des Extruders verbunden ist, und einen zweiten Einlass, der auf fluide Weise mit dem zweiten Auslass des Extruders verbunden ist, umfasst.
Ebenso beinhaltet ist ein System zum Herstellen von spritzgussgeformten mikrozellulärem Material, das einen Extruder mit einem Auslass an einem Auslassende desselben, das zum Ausgeben eines, vor erfolgter Keimbildung, homogenen fluiden Einphasenlösung aus Polymermaterial und einem Blähmittel bestimmt ist, und eine Formkammer mit einem Einlass, der in fluider Verbindung mit dem Auslass des Extruders steht, umfasst. Das System ist derart aufgebaut und angeordnet, dass es die Einphasenlösung aus dem Extruderauslass an den Formkammereinlass ausgibt, und beim Füllen der Formkammer die Einphasenlösung einer Keimbildung unterzieht, um innerhalb der Kammer einen mikrozellulären polymerischen Materialvorläufer nach erfolgter Keimbildung zu bilden.
Ebenso beinhaltet ist ein Extrusionssystem, das einen Kessel mit einem Einlass, der zur Aufnahme eines Vorläufers des extrudierten Materials bestimmt ist, einen Auslass, der zum Abgeben eines fluiden Gemisches aus Blähmittel ohne Keimbildung und des Vorläufers bestimmt ist, eine Öffnung, die mit einer Blähmittelquelle verbindbar ist, und eine Schnecke, die zur oszillierenden Bewegung innerhalb des Kessels befestigt ist, umfasst.
Ebenso beinhaltet ist ein System zum Herstellen von spritzgussgeformten mikrozellulärem Material, das einen Extruder mit einem Auslass an einem Auslassende desselben, der zum Abgeben eines Vorläufers aus mikrozellulären Polymermaterial und einem Blähmittel bestimmt ist, und eine Formkammer mit einem Einlass, der in fluider Verbindung mit dem Auslass des Extruders steht, umfasst. Das System ist derart aufgebaut und angeordnet, dass es zyklisch den Vorläufer des mikrozellulären Polymermaterials und das Blähmittel in die Formkammer injiziert.
Ebenso beinhaltet ist ein Extrusionssystem, das einen Kessel mit einem Einlass, der zur Aufnahme eines Vorläufers des extrudierten Materials bestimmt ist, und einen Auslass, der zur Abgabe eines fluiden Gemisches des Blähmittels ohne erfolgte Keimbildung und des Vorläufers bestimmt ist, und eine Öffnung, die mit einer Blähmittelquelle verbunden ist, umfasst. Eine Schnecke ist zur oszillierenden Bewegung innerhalb des Kessels befestigt.
Das Verfahren kann das Injizieren eines Blähmittels in einen Extruderkessel der Polymerextrusionsvorrichtung umfassen, während eine Extruderschnecke sich in axialer Richtung innerhalb des Kessels bewegt. Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Injizieren eines Blähmittels von einer Extruderschnecke in einen Kessel der Polymerextrusionsvorrichtung. Dieses Injizierverfahren kann mit einem beliebigen mikrozellulären und herkömmlichen Verfahren verwendet werden. Die Erfindung kann eine Extruderschnecke umfassen, die zur Drehung innerhalb eines Kessels der Polymerextrusionsvorrichtung aufgebaut und angeordnet ist, welche, innerhalb der Schnecke, ein Lumen umfasst, das in Verbindung mit einer Öffnung an einer Oberfläche der Schnecke steht. Das Lumen kann dazu verwendet werden, um das Blähmittel in den Extrusionskessel zu injizieren.
Die Erfindung sieht ein System zum Herstellen von spritzgussgeformten Gegenständen vor. Das System kann einen Extruder, eine Formkammer, einen Läufer, der auf fluide Weise den Extruder und die Formkammer verbindet, und eine Temperatursteuervorrichtung, die thermisch mit dem Läufer verbunden ist, umfassen. Die Erfindung kann das Bilden eines fluiden Gemisches aus einem Blähmittel und einem spritzgussgeformten Materialvorläufer in einem Extruder, das Bewegen des Gemisches über einen Läufer in eine Form, das Verfestigen des Abschnittes des fluiden Gemisches in der Kammer, während ein Abschnitt des Gemisches in dem Läufer in einem fluiden Zustand gehalten wird, und das Injizieren eines zusätzlichen fluiden Gemisches in den Läufer, wodurch der Abschnitt des fluiden Gemisches und des Läufers in die Kammer gedrängt wird, umfasst.
Die Erfindung beinhaltet ebenso ein Verfahren, das das Abziehen eines Abschnittes des Vorläufers des fluiden Polymergegenstandes aus einem Extrusionskessel, das Mischen des Abschnittes des fluiden Vorläufers mit Blähmittel, um so ein Gemisch zu bilden, und das Wiedereinführen des Gemisches in den Kessel umfasst.
Die Erfindung beinhaltet ebenso ein System, das einen Extruder umfasst, der einen Extruderkessel, eine Formkammer und eine Mischkammer besitzt, die in fluider Verbindung mit einer ersten, stromaufwärts gelegenen Öffnung in dem Kessel, einer zweiten, stromabwärts gelegenen Öffnung in dem Kessel und einer Blähmittelquelle verbunden ist.
Die Erfindung kann einen geformten Schaumgegenstand mit einer Form vorsehen, die im wesentlichen identisch zu der der Formkammer ist, und die zumindest einen Abschnitt mit einer Querschnittsabmessung von nicht mehr als 3,2 mm (0,125 inch) besitzt.
Die Erfindung kann ein spritzgussgeformtes Polymerteil vorsehen, das ein Verhältnis von Länge zu Dicke von zumindest ungefähr 50:1 besitzt, wobei des Polymer einen Schmelzindex von weniger als ungefähr 10 besitzt.
Die Erfindung kann ein spritzgussgeformtes Polymerteil vorsehen, das ein Verhältnis von Länge zu Dicke von zumindest ungefähr 120:1 besitzt, wobei das Polymer eine Schmelzflussrate von weniger als ungefähr 40 besitzt.
Die Erfindung kann einen spritzgussgeformten Polymerschaum vorsehen, der ein Hohlraumvolumen von zumindest ungefähr 5% und eine Oberfläche besitzt, die keine Unebenheiten und Fliessspuren besitzt, die mit bloßem Auge erkennbar sind.
Die Erfindung kann einen Gegenstand vorsehen, der eine Dicke von weniger als ungefähr 3,2 mm (0,125 inch) bei einem Hohlraumvolumen von zumindest ungefähr 20% besitzt.
Andere Vorteile, neue Merkmale und Aufgaben der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Betrachtung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen deutlich, die schematisch sind und nicht maßstabsgetreu sein sollen. In den Figuren wird jede identische und nahezu identische Komponente, die in verschiedenen Figuren dargestellt ist, durch eine einzelne Ziffer wiedergegeben. Zum Zwecke der Klarheit wird nicht jede Komponente in jeder Figur bezeichnet und es ist auch nicht jede Komponente in jeder Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wo die Darstellung nicht notwendig ist, um den Fachmann die Erfindung verständlich zu machen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigt:
1 ein mikrozelluläres Spritzgusssystem oder Extrusionsformsystem der vorliegenden Erfindung mit einem Extrusionssystem mit einem keimbildenden Pfad, der eine Düse der Formkammer bestimmt;
2 ein mikrozelluläres Spritzgusssystem der Erfindung mit einem Akkumulator;
3 eine Ausführungsform einer Formkammer eines Formsystems der Erfindung mit einer bewegbaren Wand;
4 eine andere Ausführungsform einer Formkammer, wo die Formkammer eine mit Gas unter Druck gesetzte Form ist;
5 eine Betriebsstufe eines Systems zum Ansammeln und Spritzformen von mikrozellulärem Material, um einen Gegenstand mit einer festen Wand und einem mikrozellulären Inneren (blähmittelreiche und blähmittelarme Bereiche) zu bilden, bei der ein Akkumulator vor dem Spritzen gefüllt wird;
6 das System in 5 in einem Betriebszustand unmittelbar nach dem Spritzen;
7 das System in 5 in einem Betriebszustand nach einem Spritzzyklus während des Füllens des Akkumulators;
8 ein mikrozelluläres Spritzgusssystem zum Bilden von blähmittelreichen und blähmittelarmen Bereichen an geschmolzenem Polymer, einschließlich einer Schmelzpumpe, einer Gasinjektionsöffnung und einem Mixer;
9 eine schraubenförmige Schnecke zur Verwendung in einem Spritzgusssystem oder anderem Extrusionssystem mit einem freien Volumen, das durch einen Schraubengang hindurchtritt und in Fluidverbindung mit einer Quelle an Schäummittel ist, um ein Schäummittel in einem Extrusionszylinder zu verteilen;
10 ist eine Fotokopie einer Foto- und Mikrodarstellung eines spritzgegossenen Gegenstands, der gemäß dem System und dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gebildet ist;
11 ist eine Fotokopie einer Fotomikrodarstellung eines mikrozellulären spritzgegossenen Gegenstands, der gemäß dem System und dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gebildet ist;
12 ist eine Fotokopie einer Fotomikrodarstellung eines anderen mikrozellulären spritzgegossenen Gegenstands, der gemäß dem System und dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gebildet ist;
13 ist eine Fotokopie einer Fotomikrodarstellung eines anderen mikrozellulären spritzgegossenen Gegenstands, der gemäß dem System und dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gebildet ist;
14 ist eine Fotokopie einer Fotomikrodarstellung eines anderen mikrozellulären spritzgegossenen Gegenstands, der gemäß dem System und dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gebildet ist;
15 ist eine Fotokopie eines anderen mikrozellulären spritzgegossenen Gegenstands, der gemäß dem System und dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gebildet ist;
16 ist eine Fotokopie einer Fotomikrodarstellung einer Oberfläche eines vergleichbaren, festen, nicht geschäumten spritzgegossenen Gegenstands;
17 ist eine Fotokopie einer Fotomikrodarstellung einer Oberfläche eines mikrozellulären spritzgegossenen Gegenstands, der gemäß dem System und dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gebildet ist, mit einer glatten Oberfläche frei von Unebenheiten und Fließspuren, die mit bloßem Auge erkennbar sind; und
18 ist eine Fotokopie einer Fotomikrodarstellung einer Oberfläche eines spritzgeformten polymerischen Schaumgegenstands, die mit bloßem Auge erkennbare Fließspuren aufweist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es wird auf die anhängige US-Patentanmeldung mit der Nr. 08/777,709, die den Titel "Method and Apparatus for Microcellular Polymer Extrusion" trägt und am 20. Dezember 1996 eingereicht wurde, und auf die anhängige internationale Patentanmeldung mit der Nr. PCT/US/97/15088, die am 26. August 1997 eingereicht wurde, aufmerksam gemacht.
Verschiedene Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung werden besser aus den nachfolgenden Definitionen verständlich. Die hierin verwendete „Keimbildung" definiert ein Verfahren, bei der eine homogene, einphasige Lösung an polymerischem Material, in der Moleküle eines Stoffes gelöst sind, der unter Umgebungsbedingungen ein Gas ist, der Bildung von Molekülgruppen des Stoffes unterworfen wird, welche „Keimbildungsplätze" definieren, von denen Zellen wachsen werden. Das bedeutet, „Keimbildung" bedeutet eine Änderung von einer homogenen, einphasigen Lösung zu einer Mischung, in der Agregationsplätze von zumindest einigen Molekülen an Blähmittel gebildet sind. Die Keimbildung definiert den Übergangszustand, wenn Gas, in Lösungen einer Polymerschmelze, aus der Lösung kommt, um eine Suspension von Blasen innerhalb der Polymerschmelze zu bilden. Im allgemeinen tritt dieser Übergangszustand zwangsweise auf, indem die Löslichkeit der Polymerschmelze von einem Zustand mit ausreichender Löslichkeit, um ein gewisses Maß an Gas in Lösung zu halten, zu einem Zustand nicht ausreichender Löslichkeit, um die selbe Menge an Gas in Lösung zu halten, geändert wird. Die Keimbildung kann bewirkt werden, indem man die homogene, einphasige Lösung einer schnellen thermodynamischen Instabilität, wie einer schnellen Temperaturänderung, einem schnellen Druckabfall oder beiden unterwirft. Ein schneller Druckabfall kann erzeugt werden unter Verwendung eines unten definierten Keimbildungspfads. Eine schnelle Temperaturänderung kann erzeugt werden unter Verwendung eines erhitzten Bereichs eines Extruders, eines heißen Glyzerinbades oder mit ähnlichem. Ein „Keimbildungsmittel" ist ein dispergiertes Mittel, wie Talg oder andere Füllpartikel, das einem Polymer hinzugefügt ist und die Bildung von Keimbildungsplätzen aus einer einphasigen homogenen Lösung unterstützen kann. Somit definieren „Keimbildungsplätze" nicht Orte innerhalb eines Polymers, an denen Keimbildungsmittel-Partikel sitzen. „Mit erfolgter Keimbildung" bezeichnet einen Zustand eines flüssigen polymerischen Materials, das eine einphasige homogene Lösung mit einem gelösten Stoff enthalten hat, welcher Gas unter Umgebungsbedingungen ist, und nachfolgend einem Ereignis (typischerweise einer thermodynamischen Instabilität), das zur Bildung von Keimbildungsplätzen führt. „Ohne erfolgte Keimbildung" bezeichnet einen Zustand, der durch eine homogene, einphasige Lösung von polymerischem Material und einem gelösten Stoff, der Gas unter Umgebungsbedingungen ist, und ohne Keimbildungsplätzen definiert. Ein Material „ohne erfolgte Keimbildung" kann Keimbildungsmittel wie Talg aufweisen. Ein „polymerisches Material/Blähmittelmischung" kann eine einphasige Mischung ohne erfolgte Keimbildung von zumindest zwei, einer Lösung mit erfolgter Keimbildung von zumindest den beiden, oder eine Mischung sein, in der Zellen mit Blähmittel gewachsen sind. Ein „im wesentlichen geschlossenzelliges" mikrozelluläres Material soll Material definieren, das, bei einer Dicke von etwa 100 μm, keinen verbundenen Zellenpfad durch das Material besitzt. „Keimbildungspfad" soll einen Pfad definieren, der einen Teil der mikrozellulären polymerischen Schaumextrusionsvorrichtung definiert und der, unter Bedingungen bei denen die Vorrichtung arbeiten soll (typischerweise bei Drücken von etwa 10,34 MPa bis etwa 207 MPa (etwa 1500 bis etwa 30000 psi) stromaufwärts der Keimbildungsvorrichtung und mit Strömungsraten von mehr als 4,5 kg (10 pounds) polymerischem Material pro Stunde) der Druck einer einphasigen Lösung an polymerischem Material, dem Blähmittel im System beigemischt ist, unter den Sättigungsdruck für die spezielle Blähmittelkonzentration mit einer Geschwindigkeit abfällt, welche eine schnelle Keimbildung erleichtert. Ein Keimbildungspfad definiert, optional mit anderen Keimbildungspfaden, eine Keimbildung oder Keimbildungsregion einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. „Verstärkungsmittel", wie es hierin verwendet wird, bezieht sich auf ein im wesentlichen festes Hilfsmaterial, das aufgebaut und angeordnet ist, um dem Material Formstabilität oder Stärke oder Festigkeit hinzuzufügen. Solche Mittel sind typischerweise fasriges Material wie in den US-Patenten Nr. 4,643,940 und 4,426,470 beschrieben ist. „Verstärkungsmittel" weist definitionsgemäß nicht notwendigerweise einen Füllstoff oder andere Additive auf, die nicht aufgebaut und angeordnet sind, um Gestaltstabilität zu verleihen. Der Fachmann kann ein Additiv testen, um zu bestimmen, ob es in Verbindung mit einem speziellen Material ein Verstärkungsmittel ist.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist mikrozelluläres Material als geschäumtes Material definiert, das Zellen einer Größe weniger als etwa 100 μm im Durchmesser enthält oder ein Material mit einer Zellendichte von im allgemeinen größer als oder zumindest etwa 10⁶ Zellen pro Kubikzentimeter, oder vorzugsweise beides. Das Leervolumen des mikrozellulären Materials variiert im allgemeinen von 5% bis 98%.
Supermikrozelluläres Material ist für Zwecke der Erfindung definiert durch Zellgrößen kleiner als 1 μm und Zelldichten größer als 10¹² Zellen pro Kubikzentimeter.
Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von mikrozellulärem Material mit einer durchschnittlichen Zellengröße von weniger als etwa 50 μm. Bei einigen Ausführungsformen wird eine besondere kleine Zellengröße gewünscht und bei diesen Ausführungsformen besitzt das Material eine durchschnittliche Zellengröße von weniger als etwa 20 μm, mehr bevorzugt weniger als etwa 10 μm und am meisten bevorzugt weniger als etwa 5 μm. Das mikrozelluläre Material hat bevorzugt eine maximale Zellengröße von etwa 100 μm. In Ausführungsformen, in denen eine besonders kleine Zellengröße gewünscht ist, kann das Material eine maximale Zellengröße von etwa 50 μm, mehr bevorzugt etwa 25 μm und mehr bevorzugt etwa 15 μm, mehr bevorzugt etwa 8 μm und mehr bevorzugt sogar ungefähr 5 μm besitzen. Ein Satz von Ausführungsformen weist alle Kombinationen dieser dargelegten durchschnittlichen Zellengrößen und maximalen Zellengrößen auf. Beispielsweise weist eine Ausführungsform in diesem Satz von Ausführungsformen mikrozelluläres Material mit einer durchschnittlichen Zellengröße von weniger als 30 μm mit einer maximalen Zellengröße von etwa 50 μm auf und als ein anderes Beispiel eine durchschnittliche Zellengröße von weniger als etwa 30 μm mit einer maximalen Zellengröße von etwa 35 μm, etc.. Das bedeutet, dass mikrozelluläres Material, das für eine Vielzahl von Verwendungszwecken gestaltet ist, hergestellt werden kann mit einer besonderen Kombination der durchschnittlichen Zellengröße und einer maximalen Zellengröße speziell für diesen Zweck. Die Regelung der Zellengröße wird detaillierter unten beschrieben werden.
In einer Ausführungsform wird im wesentlichen geschlossenzelliges mikrozelluläres Material gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Der hierin verwendete Begriff „im wesentlichen geschlossenzellig" soll Material definieren das, bei einer Dicke von etwa 100 μm, keinen verbundenen Zellenpfad durch das Material besitzt.
Wendet man sich nun 1 zu, ist ein Formsystem 30 schematisch dargestellt, das eingesetzt werden kann zum Ausführen einer Formung gemäß einer Vielzahl von Ausführungsformen der Erfindung. Das System 30 in 1 weist einen Zylinder 32 mit einem ersten, stromaufwärts gelegenen Ende 34 und einem zweiten, stromabwärts gelegenen Ende 36 in Verbindung mit einer Formkammer 37 auf. Für eine Rotation innerhalb des Zylinders 32 montiert ist eine Schnecke 38, die betriebsmäßig an ihrem stromaufwärts gelegenen Ende mit einem Antriebsmotor 40 verbunden ist. Obwohl nicht im Detail dargestellt ist, weist die Schnecke Zufuhr-, Übergangs-, Gasinjektions-, Misch-, und Ausgabeabschnitte auf.
Entlang des Zylinders 32 angeordnet sind optional Temperaturkontrolleinheiten 42. Die Kontrolleinheiten 42 können elektrische Heizer sein, können Durchgänge für Fluide zur Regelung der Temperatur und/oder ähnliches sein. Die Einheiten 42 können verwendet werden, um einen Strom von pelletisierten oder fluiden polymerischen Material innerhalb des Zylinders zu erhitzen, um das Schmelzen zu erleichtern und/oder um den Strom zur Regelung der Viskosität und, in einigen Fällen, der Löslichkeit des Blähmittels zu kühlen. Die Temperaturregeleinheiten können an unterschiedlichen Orten entlang des Zylinders unterschiedlich arbeiten, das bedeutet an einem oder mehreren Orten heizen und an einem oder mehreren unterschiedlichen Orten kühlen. Jegliche Anzahl von Temperaturregeleinheiten kann vorgesehen sein.
Der Zylinder 32 ist aufgebaut und angeordnet, um eine Vorstufe an polymerischem Material aufzunehmen. Der hierin verwendete Begriff „Vorstufe an polymerischem Material" soll alle Materialien umfassen, die fluid sind oder ein Fluid bilden können, das nachfolgend sich erhärten kann zur Bildung eines mikrozellulären polymerischen Gegenstands. Typischerweise ist die Vorstufe durch thermoplastische Polymerpellets definiert, kann aber auch andere Stoffe aufweisen. In einer Ausführungsform kann die Vorstufe beispielsweise durch Stoffe definiert werden, die reagieren werden, um unter einer Vielzahl von Bedingungen ein mikrozelluläres polymerisches Material wie beschrieben zu bilden. Die Erfindung soll die Herstellung von mikrozellulären Material von jeglicher Kombination von Stoffen umfassen, die miteinander reagieren können, um ein Polymer zu bilden, typischerweise monomere oder polymerische Vorstufen mit niedrigem Molekulargewicht, die vermischt und aufgeschäumt werden, wenn die Reaktion stattfindet. Allgemein weisen die durch die Erfindung umfassten Stoffe wärmehärtbare Polymere auf, bei denen eine beträchtliche Erhöhung des Molekulargewichts des Polymers während der Reaktion auftritt und während des Schäumens aufgrund einer Quervernetzung polymerischer Komponenten. Z.B. Polyamide vom Kondensations- und Additionstyp, einschließlich aliphatischer und aromatischer Polyamide wie Polyhexamethylenadipamid, Poly(ekaprolactam), Polyene wie zykloaromatische Polymere einschließlich Polydizyklopentadien, acrylischer Polymere wie Polyacrylamid, Polyacrylamat, Acrylesterpolymere wie 2-Cyanoacrylesterpolymere, Acrylonitrilpolymere und Kombinationen.
Vorzugsweise wird ein thermoplastisches Polymer oder eine Kombination von thermoplastischen Polymeren ausgewählt aus einem amorphen, semikristallinen oder kristallinen Material umfassend Polyaromaten wie styrolische Polymere umfassend Polystyrol, Polyolefine wie Polyethylen und Polypropylen, Fluoropolymere, quervernetzbare Polyolefine, Polyamide, Polyaromaten wie Polystyrol und Polyvinylchlorid. Thermoplastische Elastomere können ebenfalls verwendet werden, speziell Polyethylen, das mit Metallocen-Katalysator gewonnen wurde.
Typischerweise verwendet die Einführung der vor-polymerischen Vorstufe einen Standardtrichter 44, der pelletisiertes polymerisches Material zum Einspeisen in den Extruderzylinder durch die Düse 46 enthält, obwohl eine Vorstufe ein fluides präpolymerisches Material sein kann, das durch eine Düse injiziert wird und innerhalb des Zylinders mittels z.B. Hilfsmitteln für die Polymerisation polymerisiert wird. In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung ist nur wichtig, dass ein fluider Strom an polymerischem Material im System hergestellt wird.
Unmittelbar stromabwärts des stromabwärts gelegenen Endes 48 der Schnecke 38 in 1 ist ein Bereich 50, der ein Temperatureinstell- und Kontrollbereich, Zusatzmischbereich, Zusatzpumpbereich oder ähnliches sein kann. Beispielsweise kann der Bereich 50 Temperaturregeleinheiten aufweisen, um die Temperatur eines fluiden polymerischen Stroms vor der Keimbildung wie unten beschrieben einzustellen. Der Bereich 50 kann anstelle dessen, oder zusätzlich dazu, zusätzliche Standardmischeinheiten (nicht dargestellt) oder eine Durchflussregeleinheit wie eine Zahnradpumpe (nicht dargestellt) aufweisen. In einer anderen Ausführungsform kann der Bereich 50 durch eine zweite Schnecke in Tandemausführung ersetzt werden, die einen Kühlbereich aufweisen kann. In einer Ausführungsform, bei der die Schnecke 38 eine sich hin und her bewegende Schnecke in einem Spritzgusssystem ist, das vollständig unten beschrieben werden wird, kann der Bereich 50 einen Ansammlungsbereich definieren, in dem eine einphasige Lösung aus polymerischem Material und einem Blähmittel ohne erfolgte Keimbildung vor dem Einspritzen in die Form 37 angesammelt wird.
Die Herstellung von mikrozellulärem Material gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet vorzugsweise ein physikalisches Blähmittel, d.h. ein Mittel, das unter Umgebungsbedingungen (vollständiger unten beschrieben) Gas ist. Es können jedoch chemische Blähmittel eingesetzt werden und als polymerische Pellets konfektioniert sein, die in den Trichter 44 eingeführt sind. Geeignete chemische Blähmittel umfassen jene organische Komponenten mit typischerweise relativ geringem Molekulargewicht, die sich bei einer kritischen Temperatur oder anderen bei der Extrusion erreichbaren Bedingungen zersetzen und ein Gas oder Gase freisetzen wie Stickstoff, Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid. Beispiele umfassen Azo-Komponenten wie Azo-Dicarbonamid.
Wie erwähnt wird in bevorzugten Ausführungsformen ein physikalisches Blähmittel verwendet. Ein Vorteil der Ausführungsformen, bei denen ein physikalisches Blähmittel anstelle eines chemischen Blähmittels eingesetzt wird, besteht darin, dass die Recyclingfähigkeit des Produktes maximiert wird. Die Verwendung eines chemischen Blähmittels verringert üblicherweise die Attraktivität des Polymers für die Wiederverwendung, da das restliche chemische Blähmittel und Nebenprodukte des Blähmittels zu einem insgesamt nicht gleichmäßigen wiederverwertbaren Materialpool beitragen. Da mit chemischen Blähmitteln geblasene Schäume automatisch verbleibendes, nicht reagiertes chemisches Blähmittel aufweisen, nachdem ein abschließendes Schaumprodukt erzeugt worden ist, wie auch chemische Nebenprodukte der Reaktion, welche das Blähmittel bilden wird, weist das erfindungsgemäße Material in diesem Satz von Ausführungsformen verbleibendes chemisches Blähmittel oder Reaktionsnebenprodukte des chemischen Blähmittels in einer Menge auf, geringer als jene, die im Inneren in Artikeln aufgefunden wird, die mit 0,1 Gew.% Blähmittel aufgefunden wird oder mehr bevorzugt in einer Menge geringer als jene, die im Inneren von Artikeln aufzufinden ist, die mit 0,05 Gew.% chemischen Blähmittel oder mehr geblasen sind. Im besonders bevorzugten Ausführungsformen ist das Material dadurch gekennzeichnet, dass es im wesentlichen frei von Resten an chemischen Blähmittel oder frei von Reaktionsnebenprodukten des chemischen Blähmittels ist. Das bedeutet, sie weisen weniger restliches chemischen Blähmittel oder Nebenprodukte auf, die in Artikeln aufzufinden sind, die mit jeglichen chemischen Blähmittel geblasen sind. Bei dieser Ausführungsform ist entlang des Zylinders 33 des Systems 30 zumindest eine Öffnung 54 in Strömungsverbindung mit einer Quelle 56 eines physikalischen Blähmittels. Jegliches einer weiten Vielfalt von physikalischen Blähmitteln, die dem Durchschnittsfachmann bekannt sind, wie Kohlenwasserstoffe, Fluorchlorkohlenstoffe, Stickstoff, Kohlendioxid und ähnliches können in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden, oder Mischungen derselben, und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Quelle 56 Kohlendioxid als ein Blähmittel bereit. Überkritische fluide Blähmittel sind besonders bevorzugt, insbesondere überkritisches Kohlendioxid. In einer Ausführungsform wird nur überkritisches Kohlendioxid als Blähmittel verwendet. Überkritisches Kohlendioxid kann in den Extruder eingeführt werden und dazu gebracht werden, sehr schnell eine einphasige Lösung mit dem polymerischen Material zu bilden, entweder durch das Injizieren von Kohlendioxid als überkritisches Fluid oder durch das Injizieren von Kohlendioxid als ein Gas oder eine Flüssigkeit und indem man Bedingungen innerhalb des Extruders erlaubt, welche das Kohlendioxid überkritisch machen. Das Injizieren von Kohlendioxid in den Extruder in einem überkritischen Zustand wird bevorzugt. Die einphasige Lösung aus überkritischem Kohlendioxid und in dieser Weise gebildeten polymerischem Material besitzt eine sehr geringe Viskosität, was in vorteilhafter Weise das Formen bei geringer Temperatur wie auch das schnelle Füllen von Formen mit engen Toleranzen zum Bilden sehr dünner gegossener Teile erlaubt, was detaillierter unten diskutiert werden wird.
Eine Druck- und Dosiervorrichtung 58 ist typischerweise zwischen der Blähmittelquelle 56 und jener zumindest einen Öffnung 54 vorgesehen. Die Vorrichtung 58 kann verwendet werden, um das Blähmittel zu dosieren, um die Menge an Blähmittel in dem polymerischen Strom des Extruders zu regeln, um das Blähmittel auf einem Maß zu halten, das gemäß einer Gruppe von Ausführungsformen zwischen etwa 1 und 25 Gew.%, vorzugsweise zwischen etwa 6 und 20 Gew.% und mehr bevorzugt zwischen etwa 8 und 15 Gew.%, noch mehr bevorzugt zwischen etwa 10 und 12 Gew.% auf der Grundlage des Gewichts des polymerischen Stroms und Blähmittels liegt. Das spezielle verwendete Blähmittel (Kohlendioxid, Stickstoff etc.) und die Menge an verwendetem Blähmittel hängen oft von dem Polymer, der Dichteverringerung, Zellengröße und gewünschten physikalischen Eigenschaften ab.
Die Druck- und Dosiervorrichtung kann mit einem Regler (nicht dargestellt) verbunden sein, der ebenfalls mit dem Antriebsmotor 40 verbunden ist, um das Dosieren des Blähmittels in Beziehung zu dem Fluss an polymerischen Material zu regeln, um sehr genau den Gewichtsprozentanteil des Blähmittels in der fluiden polymerischen Mischung zu regeln.
Obwohl die Öffnung 54 an irgendeinem einer Vielzahl von Orten entlang des Zylinders angeordnet sein kann, ist sie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform unmittelbar stromaufwärts vom Mischabschnitt 60 der Schnecke und an einem Ort 62 der Schnecke, an dem die Schnecke nicht unterbrochene Gewindegänge aufweist, angeordnet.
Ein superkritisches fluides Blähmittel sorgt auch dahingehend für einen Vorteil, dass es das schnelle, intensive Vermischen unterschiedlicher polymerischer Materialien erleichtert und dabei Verfahren bereitstellt, um unterschiedliche polymerische Materialien ohne eine Delamination nach dem Formen zu mischen und zu formen. Unterschiedliche Materialien umfassen beispielsweise Polystyrol und Polypropylen, oder Polystyrol und Polyethylen. Diese unterschiedlichen Materialien besitzen typischerweise eine beträchtlich unterschiedliche Viskosität, Polarität oder chemische Funktionalität, die in den meisten Systemen die Bildung einer gut gemischten homogenen Kombination ausschließt, was zu einer Delamination oder Verringerung oder Verschlechterung physikalischer Eigenschaften führt. Vorzugsweise sind bei dieser Ausführungsform zumindest zwei unterschiedliche Komponenten bei einer Menge von zumindest 1 Gew.%, vorzugsweise zumindest etwa 5 Gew.%, mehr bevorzugt zumindest etwa 10 Gew.% und noch mehr bevorzugt zumindest etwa 20 Gew.% vorhanden.
Typische Techniken im Stand der Technik zum Bilden von Kombinationen unterschiedlicher polymerischer Materialien umfassen das Extrudieren und Pelletisieren unterschiedlicher polymerischer Materialien, die dann als Pellets in einem Einfülltrichter 44 eines Systems wie jenes der 1 bereitgestellt werden. Die Verwendung eines superkritischen fluiden Blähmittels beseitigt entsprechend diesem Aspekt der Erfindung die Notwendigkeit zur Verwendung vorgemischter Pellets oder einer Mischeinrichtung. Bei diesem Aspekt kann eine Mischung unterschiedlicher Polymerpellets, z.B. einer Mischung aus Polystyrolpellets und Polypropylenpellets, im Einfülltrichter 44 bereitgestellt werden, geschmolzen, innig mit einem superkritischen fluiden Blähmittel vermischt werden und als eine gut vermischte homogene Mischung extrudiert werden. Bei diesem Aspekt der Erfindung kann eine einphasige Lösung aus Blähmittel und vielkomponentigem polymerischem Material einschließlich unterschiedlichen Materialien mit Strömungsraten und innerhalb unten dargelegter Zeiträume gebildet werden. Dieser Aspekt der Erfindung kann verwendet werden, um polymerische Gegenstände zu bilden, die aus zumindest zwei unähnlichen polymerischen Materialien aufgebaut sind, die einer Delamination widerstehen mittels Extrusion, Formen wie hierin beschrieben, oder anderen Techniken.
Die beschriebene Anordnung erleichtert ein Verfahren, das entsprechend einiger Ausführungsformen der Erfindung angewendet wird, in Kombination mit Spritzgießen oder Intrusionsformen. Das Verfahren umfasst das Einführen in ein fluides polymerisches Material, das mit einer Strömungsrate von etwa 180 bis etwa 640 g pro Stunde (etwa 0,4 bis etwa 1,4 lbs/hr) strömt eines Blähmittels, das ein Gas unter Umgebungsbedingungen ist und, in einem Zeitraum von weniger als etwa eine Minute, das Erzeugen einer einphasigen Lösung des Blähmittels in dem Polymer. Das Blähmittelfluid ist in der Lösung in einer Menge von zumindest etwa 2,5 Gew.% basierend auf dem Gewicht der Lösung in dieser Anordnung vorhanden. In einigen Ausführungsformen liegt die Strömungsrate des polymerischen Materials von etwa 2,725 bis 5,450 kg/hr (6 bis 12 lbs/hr). In diesen Anordnungen wird innerhalb einer Minute das Blähmittelfluid hinzugefügt und eine einphasige Lösung gebildet mit Blähmittel, das in der Lösung in einer Menge von zumindest etwa 3 Gew.%, mehr bevorzugt zumindest etwa 5 Gew.%, mehr bevorzugt zumindest etwa 7 Gew.% und noch mehr bevorzugt zumindest etwa 10 Gew.% vorhanden ist (obwohl, wie erwähnt, bei einer weiteren Gruppe bevorzugter Ausführungsformen geringere Mengen an Blähmittel verwendet werden). In diesen Anordnungen wird zumindest etwa 1,1 kg (2,4 lbs) pro Stunde Blähmittel, vorzugsweise CO- in den Fluidstrom eingeführt und darin zugemischt, um eine einphasige Lösung zu bilden. Der Massenstrom des Einführens an Blähmittel ist in Übereinstimmung mit der Strömungsrate an Polymer, um die optimale Blähmittelkonzentration zu erreichen.
Stromabwärts des Bereichs 50 ist eine Keimbildungsvorrichtung 66, die konstruiert ist, um einen Keimbildungspfad 67 mit Druckabfall aufzuweisen. Der hierin verwendete Begriff „Keimbildungspfad" in Zusammenhang eines schnellen Druckverlustes soll einen Pfad definieren, der einen Teil der Extrusionsvorrichtung für mikrozellulären Polymerschaum bildet und in der, unter Bedingungen, bei denen die Vorrichtung betrieben werden soll (typischerweise bei Drücken von etwa 10,34 MPa bis 207 MPa (etwa 1500 bis etwa 30000 psi) stromaufwärts der Keimbildungsvorrichtung und bei Strömungsraten von größer als 2,3 kg (5 lbs polymerischen Materials pro Stunde), der Druck einer einphasigen Lösung eines polymerischen Materials mit Zumischung eines Blähmittels in dem System unter den Sättigungsdruck für die spezielle Blähmittelkonzentration mit einer Geschwindigkeit fällt, welche die Keimbildung erleichtert. Der Keimbildungspfad 67 weist ein Einlassende 69 zur Aufnahme einer einphasigen Lösung einer Vorstufe an polymerischem Material und Blähmittel als ein fluider polymerischer Strom auf, und ein Auslassende 70 für Polymer mit erfolgter Keimbildung, um polymerisches Material mit erfolgter Keimbildung an eine Formkammer oder Form 37 abzugeben. Die Keimbildungsvorrichtung 66 ist in direkter Fluidverbindung mit der Form 37 angeordnet, so dass die Keimbildungsvorrichtung eine Düse begrenzt, die den Extruder mit der Formkammer verbindet, und das Auslassende 70 für Polymer mit erfolgter Keimbildung begrenzt eine Düsenöffnung der Formkammer 37. Gemäß einer Gruppe von Ausführungsformen liegt die Erfindung darin, eine Keimbildungsvorrichtung stromaufwärts einer Form zu platzieren. Obwohl dies nicht dargestellt ist, weist eine andere Ausführungsform der Keimbildungsvorrichtung 66 einen Keimbildungspfad 67 auf, der aufgebaut und angeordnet ist, um veränderliche Querschnittsabmessungen zu besitzen, d.h. einen Strömungspfad, der in bezug auf den Querschnitt eingestellt werden kann. Ein Keimbildungspfad mit variablem Querschnitt erlaubt es, dass der Druckverlust in einem Strom an fluiden polymerischen Material, das durch diesen hindurchtritt, variiert werden kann, um eine gewünschte Keimbildungsdichte zu erzielen.
In einer Ausführungsform wird ein Keimbildungspfad verwendet, der sich in bezug auf seine Querschnittsabmessungen entlang seiner Länge ändert. Insbesondere ein Keimbildungspfad, der in bezug auf die Querschnittsabmessung in einer Stromabwärtsrichtung abnimmt, kann beträchtlich die Druckabfallsrate erhöhen und erlaubt damit die Bildung eines mikrozellulären Materials mit einer sehr hohen Zellendichte unter Verwendung von relativ geringen Mengen an Blähmittel. Diese und andere beispielhaften und bevorzugten Keimbildungsvorrichtungen werden in der parallel anhängigen US-Patentanmeldung serial no. 08/777,709 mit dem Titel „Method and Apparatus for Microcellular Extrusion" und in der internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/US97/15088 mit dem Titel „Method and Apparatus for Microcellular Polymer Extrusion" von Anderson, et al, die beide oben erwähnt sind, beschrieben.
Während der Pfad 67 einen Keimbildungspfad definiert, kann eine gewisse Keimbildung auch in der Form selbst stattfinden, wenn der Druck auf das polymerische Material in einem sehr hohen Maß während des Einfüllens in die Form abfällt.
Das System in 1 stellt eine allgemeine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, bei der eine einphasige Lösung ohne erfolgte Keimbildung an polymerischem Material und Blähmittel mittels eines schnellen Druckabfalls einer Keimbildung unterworfen wird, während es in die Formkammer 37 mittels der Drehwirkung der Schnecke 38 zwangsgefördert wird. Diese Ausführungsform zeigt ein Verfahren des Intrusionsformens und, in dieser Ausführungsform, muss nur eine Injektionsöffnung 54 für Blähmittel verwendet werden.
In einer anderen Ausführungsform ist die Schnecke 38 des Systems 30 eine sich hinundherbewegende Schnecke und ein System definiert ein Spritzgusssystem. In dieser Ausführungsform ist die Schnecke 38 für eine hinundhergerichtete Bewegung innerhalb des Zylinders 32 montiert und weist eine Mehrzahl von Einlässen oder Einspritzöffnungen 54, 55, 57, 59 und 61 für Blähmittel auf, die in axialer Richtung entlang des Zylinders 32 angeordnet sind und alle den Zylinder 32 strömungstechnisch mit der Druck- und Dosiervorrichtung 58 und einer Blähmittelquelle 56 verbinden. Jede der Einspritzöffnungen 54, 55, 57, 59 und 61 kann ein mechanisches Absperrventil 154, 155, 157, 159 und 161 jeweils aufweisen, das die Regelung des Flusses an Blähmittel in den Extruderzylinder 38 als eine Funktion der axialen Position der sich hinundherbewegenden Schnecke 38 innerhalb des Zylinders erlaubt. Beim Betrieb sammelt sich gemäß dieser Ausführungsform eine Charge an fluidem polymerischen Material und Blähmittel (was in einigen Ausführungsformen eine einphasige Charge ohne erfolgte Keimbildung sein kann) im Bereich 50 stromabwärts des stromabwärts gelegenen Endes 48 der Schnecke 38 an. Die Schnecke 38 wird in distaler Richtung (stromabwärts) im Zylinder 32 gedrückt und verursacht, dass die Charge in der Region 50 in die Form 37 eingeführt wird. Ein mechanisches Absperrventil 34, das nahe der Düse 70 der Form 37 angeordnet ist, kann dann geschlossen werden und die Form 37 kann geöffnet werden, um ein spritzgegossenes Teil freizugeben. Die Schnecke 38 dreht sich dann, während sie sich in proximaler Richtung zurückzieht (in Richtung auf das stromabwärts gelegene Ende 34 des Zylinders) und das Absperrventil 161 wird geöffnet, während die Absperrventile 155, 157, 154 und 159 alle geschlossen sind, was es dem Blähmittel nur erlaubt, in den Zylinder durch die am weitesten distal gelegene Öffnung 61 injiziert zu werden. Während sich die Schnecke während der Drehung zurückzieht, wird das Absperrventil 161 geschlossen, während das Absperrventil 159 geöffnet wird, dann wird das Ventil 159 geschlossen, während das Ventil 154 geöffnet wird, etc.. Das bedeutet, die Absperrventile, die das Injizieren des Blähmittels von der Quelle 56 in den Zylinder 32 regeln, werden so kontrolliert, dass der Ort der Injektion an Blähmittel sich in proximaler Richtung (in Richtung stromaufwärts) entlang des Zylinders bewegt, wenn sich die Schnecke 38 in proximaler Richtung zurückzieht. Das Ergebnis ist das Einspritzen von Blähmittel an einer Position entlang der Schnecke 38, die im wesentlichen konstant bleibt. Somit wird Blähmittel dem fluiden polymerischen Material zugegeben und mit dem polymerischen Material zu einem Maß und über einen Zeitraum vermischt, der dauernd unabhängig von der Position der Schnecke 38 innerhalb des Zylinders ist. Zu diesem Zweck kann mehr als ein Absperrventil 155, 157, etc. offen oder zumindest teilweise zeitgleich offen sein, um einen sanften Übergang zwischen den Einspritzöffnungen, die offen sind, zu bewirken und um im wesentlichen einen konstanten Einspritzort des Blähmittels entlang des Zylinders 38 aufrechtzuerhalten.
Wenn einmal die Schraube 38 vollständig zurückgezogen worden ist (wobei Blähmittel gerade erst durch die Einspritzöffnung 55 nur eingeführt worden ist) werden alle Absperrventile für Blähmittel geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt ist innerhalb des distalen Bereichs 50 des Zylinders eine im wesentlichen gleichmäßige Mischung aus fluidem polymerischen Material und Blähmittel. Das Absperrventil 64 wird dann geöffnet und die Schnecke 38 in distaler Richtung zwangsbewegt, um die Charge des polymerischen Materials und Blähmittels in die Form 37 zu injizieren.
Die Ausführungsform der Erfindung mit einer sich hinundherbewegenden Schnecke kann verwendet werden, um herkömmlichen oder mikrozellulären Schaum zu erzeugen. Wo herkömmlicher Schaum herzustellen ist, kann die Charge, die im distalen Bereich 50 angesammelt worden ist, eine vielphasige Mischung einschließlich Zellen an Blähmittel in polymerischem Material bei einem relativ geringen Druck sein. Die Injektion einer derartigen Mischung in die Form 37 resultiert in einem Zellenwachstum und der Herstellung eines herkömmlichen Schaums. Wo ein mikrozelluläres Material herzustellen ist, wird eine einphasige Lösung ohne erfolgte Keimbildung im Bereich 50 angesammelt und in die Form 37 injiziert, während die Keimbildung stattfindet.
Die beschriebene Anordnung erleichtert ein Verfahren der Erfindung, das gemäß einem anderen Satz von Ausführungsformen ausgeführt wird, bei dem unterschiedliche Konzentrationen des Blähmittels im fluiden polymerischen Material an unterschiedlichen Orten in einer im distalen Bereich 50 des Zylinders angesammelten Charge erzeugt wird. Dies kann durch die Regelung der Absperrventile 155, 157, 154, 159 und 161 erzielt werden, um eine ungleichmäßige Blähmittelkonzentration zu erreichen. Bei dieser Technik können Gegenstände mit unterschiedlichen Dichten erzeugt werden, wie beispielsweise ein Gegenstand mit einem festen Äußeren und einem geschäumten Inneren. Eine Technik zum Formen von Artikeln mit Bereichen, die im bezug auf die Dichte variieren, ist vollständiger unten mit Bezugnahme auf 5 bis 7 beschrieben.
Obwohl dies nicht dargestellt ist, kann die Formkammer 37 Entlüftungsöffnungen aufweisen, die das Austreten von Luft innerhalb der Form während des Injizierens gestatten. Die Entlüftungsöffnungen können dimensioniert sein, um einen ausreichenden Gegendruck während des Injizierens vorzusehen, um das Zellenwachstum zu regeln, so dass ein gleichmäßiges mikrozelluläres Schäumen auftritt. In einer anderen Ausführungsform wird eine einphasige Lösung ohne erfolgte Keimbildung von polymerischem Material und Blähmittel einer Keimbildung unterworfen, während sie in eine offene Form eingeführt werden, woraufhin die Form geschlossen wird, um einen mikrozellulären Gegenstand zu formen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist ein Spritzgusssystem unter Verwendung eines getrennten Akkumulators vorgesehen. Bezug nehmend nun auf die 2 weist ein Spritzgusssystem 31 einen Extruder ähnlich zu jenem in 1 dargestellten auf. Der Extruder kann eine sich hinundherbewegende Schnecke wie im System der 1 aufweisen. Zumindest ein Akkumulator 78 ist vorgesehen, um geschmolzenes polymerisches Material vor dem Injizieren in die Formkammer 37 anzusammeln. Der Extruder weist einen Auslass 51 in Fluidverbindung mit einem Einlass 79 des Akkumulators mittels einer Leitung 53 auf zur Abgabe zum Akkumulator einer einphasigen Lösung an polymerischem Material und Blähmittel ohne erfolgte Keimbildung.
Der Akkumulator 78 weist innerhalb eines Gehäuses 81 einen Kolben 83 auf, der konstruiert und angeordnet ist, um sich in axialer Richtung (proximal und distal) innerhalb des Akkumulatorgehäuses zu bewegen. Der Kolben kann sich in proximaler Richtung zurückziehen und es dem Akkumulator erlauben, mit polymerischem Material/Blähmittel durch den Einlass 79 gefüllt zu werden und kann dann in distaler Richtung gedrückt werden, um die Mischung aus polymerischem Material/Blähmittel in die Form 37 zu zwingen. Wenn er in einer zurückgezogenen Position ist, lässt man eine Charge im Akkumulator 78 ansammeln, die durch eine einphasige Lösung aus geschmolzenem polymerischen Material und Blähmittel definiert ist. Wenn der Akkumulator 78 gefüllt ist, drückt ein System wie z.B. ein hydraulisch geregelt zurückziehbarer Injektionszylinder (nicht dargestellt) die angesammelte Charge durch die Keimbildungsvorrichtung 66 und die resultierende Mischung mit erfolgter Keimbildung in die Formkammer 37. Diese Anordnung zeigt eine andere Ausführungsform, bei der eine einphasige Lösung aus polymerischem Material und Blähmittel ohne erfolgte Keimbildung als ein Ergebnis des Verfahrens des Füllens der Formkammer einer Keimbildung unterworfen wird.
In einer anderen Anordnung kann ein Extruder mit einer sich hinundherbewegenden Schnecke wie jener, der in 1 dargestellt ist, mit dem System 31 der 2 verwendet werden, um nacheinander Chargen an polymerischem Material und Blähmittel zu injizieren, während der Druck auf den Kolben 83 konstant bleibt, so dass eine Keimbildung innerhalb des Akkumulators verhindert wird. Wenn eine Mehrzahl von Chargen in den Akkumulator eingeführt worden sind, kann das Absperrventil 34 geöffnet werden und der Kolben 83 in distaler Richtung angetrieben werden, um die Charge innerhalb des Akkumulators in die Form 37 zu übertragen. Das kann vorteilhaft sein für die Herstellung von sehr großen Teilen.
Ein Kugel-Absperrventil 85 ist nahe dem Einlass 79 des Akkumulators angeordnet, um dem Materialstrom in den Akkumulator zu regulieren und den Rückfluss in den Extruder zu verhindern, und um einem Systemdruck aufrechtzuerhalten, der benötigt wird, um die einphasige Lösung des Blähmittels ohne erfolgte Keimbildung und des geschmolzenen polymerischen Materials aufrechtzuerhalten. Optional kann das Spritzgießsystem 31 mehr als einen Akkumulator in Fluidverbindung mit dem Extruder 30 und der Formkammer 31 aufweisen, um die Produktionsraten zu erhöhen.
Das System 31 weist einige zusätzliche Komponenten auf, die nachfolgend detaillierter beschrieben werden.
3 und 4 zeigen Formkammern gemäß alternativen Ausführungsformen zur Verwendung mit Spritzgusssystemen der Erfindung. In 3, ist eine Formkammer 71 mit bewegbarer Wand schematisch dargestellt umfassend einen Formhohlraum 84, Temperaturregelelemente 82, eine bewegbare Wand 80, eine Druckeinrichtung (nicht dargestellt) und in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform zumindest eine Keimbildungsvorrichtung 66 mit einem Keimbildungspfad 67 mit einem Einlassende 69 und einem Auslassende 70, das eine Düse des Formhohlraums 84 definiert. In einer Ausführungsform weist die Formkammer 71 mit bewegbarer Wand eine Mehrzahl von Keimbildungsvorrichtungen 66 auf. Die bewegbare Wand 80 kann eingestellt werden, um das Volumen der Form zu erhöhen, wenn die Form mit einer Mischung mit erfolgter Keimbildung aus polymerischer Vorstufe und Blähmittel gefüllt ist, womit ein konstanter Druck in der Form aufrechterhalten wird. Auf diese Weise kann das Zellenwachstum beschränkt oder geeignet geregelt werden.
In 4 ist schematisch eine Gasgegendruck-Formkammer 73 dargestellt mit einem Formhohlraum 84, Temperaturregelelementen 82, einem Druckregler 86, Dichtungen 92 und in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform zumindest einer Keimbildungsvorrichtung 66 mit einem Keimbildungspfad 67, der eine kleine Einlassöffnung der Formkammer 73 begrenzt. Wie oben beschrieben wurde, besitzt der Keimbildungspfad 67 ein Einlassende 69 und ein Auslassende 70, das eine Düse der Kammer 84 umgibt. Der Druck innerhalb der Form kann mittels des Druckreglers 86 gehalten werden, um das Zellenwachstum in der in die Form eingeführten Mischung mit erfolgter Keimbildung zu beschränken oder zu regeln.
Jegliche Kombination einer Form mit bewegbarer Wand, einer Form mit einem Gasdruckregler und Temperaturregelelementen in der Form können für eine Vielzahl von Anwendungsfällen eingesetzt werden. Wie diskutiert wurde, können Bedingungen so geregelt werden, um das Zellenwachstum in einer Mischung mit erfolgter Keimbildung innerhalb der Form zu beschränken oder zu regeln. Eine andere Verwendung für Temperaturregelmessungen ist, dass ein Bereich der Formwand, oder die gesamte Formwand bei einer relativ hohen oder relativ geringen Temperatur gehalten werden kann, was zu einem relativ größeren oder geringeren Zellenwachstum an Bereichen nahe der Wand (Bereichen bei und nahe der Außenwand des mikrozellulären geformten Produkts) relativ zu Bereichen nahe der Mitte des in der Form gebildeten Gegenstands führt.
Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von relativ dickem mikrozellulärem polymerischen Material, z.B. Material mit zumindest einem Bereich mit einer Dicke von zumindest 12,7 mm (0,500 inch), indem eine mikrozelluläre polymerische Vorstufe mit erfolgter Keimbildung in einer Form erzeugt wird und schnell die Form „gecrackt" oder geöffnet wird, um es einem Teil größer als dem Inneren der Form zu erlauben, sich zu bilden. Wenn die Form gecrackt ist, tritt Zellenwachstum aufgrund des entsprechenden Druckabfalls auf. Die Mischung mit erfolgter Keimbildung darf teilweise in der Formgebung der Form oder Umhüllung verfestigen, um einen ersten mikrozellulären polymerischen Artikel in der Form der Umhüllung zu bilden, wird von der Umhüllung entfernt und man lässt ihn weiter expandieren, um einen zweiten mikrozellulären polymerischen Artikel zu formen mit einer Form, die größer als die Form der Umhüllung ist. In einigen Fällen kann sich das Injizieren oder Vorwölben nach dem Cracken der Form fortsetzen, um die Dichte und Zellenstruktur zu regeln. Das bedeutet, eine Lösung kann in die Form eingeführt werden, während sie einer Keimbildung unterworfen wird und, gleichzeitig, kann die Form gecrackt werden und dann weiterhin geöffnet werden, um den Gegendruck in der Form zu regeln und die Größe des abschließenden Teils und die Zelldichte und Struktur zu regeln. Dies kann auch mit einer analogen Form mit bewegbarer Wand wie hierin beschrieben bewirkt werden.
Die Erfindung gestattet ein schnelles, zyklisches Formen polymerischen Schaums. Nach dem Einspritzen und Formen kann in einem Zeitraum von weniger als etwa zehn Minuten eine zweite Mischung mit erfolgter Keimbildung durch das Injizieren in die Form, erzeugt werden und schäumen und verfestigen lassen in der Form der Umhüllung, und entfernt werden. Vorzugsweise ist die Zykluszeit weniger als etwa eine Minute, mehr bevorzugt weniger als etwa zwanzig Sekunden. Die Zeit zwischen dem Einführen des Materials in die Form und die Verfestigung ist typischerweise weniger als etwa zehn Sekunden. Geringe Zykluszeiten sind aufgrund des verringerten Gewichts im Schaummaterial (weniger Masse zu kühlen) vorgesehen und geringe Schmelztemperaturen durch die verringerte Viskosität eines überkritischen fluiden Blähmittels möglich. Bei geringeren Schmelztemperaturen wird weniger Wärmeabsorption durch das Ausstoßen benötigt.
Bezug nehmend nun auf 5 bis 7 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche das System 31 verwendet, und das System 31 wird nun vollständiger beschrieben werden. Das System 31 weist ebenfalls eine blähmittelfreie Leitung 88 auf, deren Auslass 90 des Extruders mit einem Akkumulatoreinlass 91 verbunden ist. Der Einlass 91 des Akkumulators ist an der Fläche des Kolbens 83 des Akkumulators angeordnet. Ein mechanisches Absperrventil 99 ist entlang der Leitung 88, vorzugsweise nahe dem Auslass 90 angeordnet. Der Auslass 90 des Extruders ist im Extruder stromaufwärts zu dem Blähmitteleinlass 54 (oder vielen Blähmitteleinlässen wie in der Extrusionsanordnung gemäß 1, wo diese Anordnung im System wie in 5 bis 7 beschrieben verwendet wird) angeordnet aber genügend stromabwärts im Extruder, so dass es flüssiges polymerisches Material 94 abgeben kann. Das flüssige polymerische Material 94, das durch die Leitung 88 geliefert wird, ist blähmittelarmes Material und kann im wesentlichen frei von Blähmittel sein. Somit weist das System einen ersten Auslass 90 des Extruders auf, der angeordnet ist, um flüssiges polymerisches Material im wesentlichen frei von Blähmittel oder mit einer verringerten Blähmittelkonzentration vom Extruder zu einem ersten Einlass 91 des Akkumulators abzugeben, und einen zweiten Auslass 51 stromabwärts des Mischbereichs des Extruders, der angeordnet ist, um eine Mischung aus flüssigem polymerischen Material und Blähmittel (eine höhere Blähmittelkonzentration als vom Auslass 90 abgegeben wird, d.h. blähmittelreiches Material) zu einem zweiten Einlass 79 des Akkumulators zu liefern. Der Akkumulator kann Heizeinheiten 96 aufweisen, um die Temperatur des polymerischen Materials darin zu regeln. Der Akkumulator weist einen Auslass auf, welcher der Einlass 69 der Keimbildungsvorrichtung 66 ist. Ein Durchgang (oder Düse), welche den Keimbildungspfad 67 begrenzt, verbindet den Akkumulator 78 mit der Formkammer 37.
Eine Reihe von Ventilen einschließlich Kugel-Absperrventile 98 und 85, die an den ersten und zweiten Einlässen zu dem Akkumulator angeordnet sind, und nicht-mechanische Ventile 64 und 99 regeln jeweils den Materialstrom von dem Extruder zum Akkumulator und von dem Akkumulator zu der Form wie gewünscht, wie unten gemäß einigen Ausführungsformen beschrieben wird.
Die Erfindung beinhaltet in sämtlichen Ausführungsformen die Möglichkeit, den Druck im gesamten System in geeigneter Weise zu halten, um eine frühzeitige Keimbildung zu verhindern, wo eine Keimbildung nicht gewünscht ist (stromabwärts der Keimbildungsvorrichtung), oder Zellenwachstum zu verhindern, wo Keimbildung stattgefunden hat aber kein Zellenwachstum gewünscht ist oder in gewünschter Weise geregelt wird.
Die Durchführung des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Injizieren von blähmittelarmem Material in eine Form, um eine beinahe feste Hülle zu formen, gefolgt durch das Injizieren von blähmittelreichem Material in die Form, um einen geschäumten Kern zu bilden. Dies wird mit Bezugnahme auf 5 bis 7 beschrieben werden. Obwohl dies nicht dargestellt ist, kann dieses Verfahren auch mit korrekter Synchronisierung eingesetzt werden, um Gegenstände zu formen mit einem geschäumten Äußeren und einem festen Inneren.
5 zeigt eine Situation, bei der polymerisches Material, das kein Blähmittel enthält oder Blähmittel nur im begrenzten Ausmaß (Material 94) enthält, am distalen Ende des Akkumulators und dem proximalen Ende des Akkumulators vorgesehen ist. Das bedeutet, blähmittelarmes Material 94 ist gerade vor dem Kolben 93 und in dem Keimbildungspfad 67 und gerade stromaufwärts des Keimbildungspfads 67 vorgesehen. Zwischen diesen Bereichen des blähmittelarmen Materials 94 ist ein Bereich mit blähmittelreichem Material 101 im Akkumulator. An diesem Punkt wird das mechanische Ventil 64, das die Verbindung zur Form 37 darstellt, geöffnet und der Kolben 83 wird stromabwärts angetrieben, um das Material im Akkumulator 78 in die Form 37 zu zwingen. Dies ist in 6 dargestellt. Der erste Abschnitt des blähmittelarmen Materials kleidet das Äußere der Form aus und bildet eine im wesentlichen feste Außenwand, dann füllt das blähmittelreiche Material 101 die Mitte der Form und ist einer Keimbildung unterworfen während es in die Form eintritt. Die distale. Grenze der Kolbenbewegung endet kurz vor dem Ende des Akkumulators und der Bereich an blähmittelarmen Material, der gerade vor dem Kolben angeordnet worden ist, ist nun am distalen Ende des Akkumulators positioniert und füllt den Keimbildungspfad des Akkumulators. Das Ventil 64 wird dann geschlossen und das resultierende Teil von der Form 37 entfernt. Mit dem geschlossenen mechanischen Ventil 99 wird der Extruder angetrieben, um blähmittelreiches Material, vorzugsweise eine einphasige Lösung ohne erfolgte Keimbildung an polymerischem Material und Blähmittel in den Akkumulator einzuführen, wenn sich der Kolben in proximaler Richtung zurückzieht, wie in 7 dargestellt ist. Der Kolben übt einen im wesentlichen konstanten Druck auf das Material im Akkumulator aus und hält das Material 101 in einem Zustand ohne erfolgte Keimbildung. Wenn der Kolben beinahe seine proximale Grenze erreicht hat, wird das mechanische Ventil 99 geöffnet und man lässt blähmittelarmes Material 94 einen Abschnitt des Akkumulators gerade vor dem Kolben füllen, wie in 5 dargestellt ist. 5 stellt den Abschluss des Zyklus unmittelbar vor dem Einspritzen in die Form dar.
Mit Bezugnahme auf 5 bis 7 kann bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ein spritzgegossener, mikrozellulärer Gegenstand mit einer blähmittelarmen Außenwand und einen blähmittelreichen, mikrozellulären geschäumten Inneren ohne die Notwendigkeit des Füllens des Akkumulators 78 mit blähmittelreichem Material eingeschlossen zwischen blähmittelarmen Material wie dargestellt gebildet werden. In dieser Ausführungsform füllt blähmittelreiches Material die Form, aber der am weitesten distal gelegene Teil des Akkumulators, der durch den Keimbildungspfad 67 definiert ist, wird stärker beheizt als der Rest des Akkumulators. Dies kann unter Verwendung von Heizeinheiten 103 bewirkt werden, die neben der Keimbildungsvorrichtung angeordnet sind. Wenn dies benötigt wird, können zusätzliche Heizeinheiten vorgesehen sein, um Material im Akkumulator stromaufwärts des Keimbildungspfads zu erhitzen. Material in dem am weitesten distal gelegenen Bereichs des Akkumulators wird zu einem ausreichenden Maß erhitzt, dass, wenn die Charge im Akkumulator in die Form eingespritzt wird, Blähmittel in dem hoch erhitzten Abschnitt sehr schnell aus dem Polymer diffundiert und durch die Abluftöffnungen (nicht dargestellt) in der Form. In dem polymerischen Material stromaufwärts des am weitesten distal gelegenen höher erhitzten Abschnitt der Charge tritt Zellwachstum auf, um mikrozelluläres Material schneller zu bilden, als das Blähmittel aus dem Polymer heraus diffundieren kann. Der am weitesten distal gelegene Bereich der Charge, der erhitzt wird, kann zumindest etwa 2% der Charge, oder zumindest etwa 5%, oder zumindest etwa 10%, oder zumindest etwa 20% der Charge definieren und kann auf eine Temperatur zumindest etwa 10°C höher als die Durchschnittstemperatur der Charge oder zumindest etwa 20°C, 40°C, oder 80°C höher als die Durchschnittstemperatur der Charge vor dem Injizieren der Charge in eine Formkammer erhitzt werden.
Bei einem anderen Verfahren, das außerhalb des Bereichs der Ansprüche liegt, kann eine einphasige homogene Lösung aus polymerischem Material und Blähmittel in eine Form injiziert werden, während der Druck in der Form hoch genug gehalten wird, um Keimbildung zu verhindern. Das bedeutet die Injektion geschieht ohne Keimbildung. Die homogene, einphasige Lösung kann in einen festen Zustand in der Form erstarrt werden, und die Form wird geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt treten Keimbildung und Schäumen nicht auf. Der geformte Gegenstand kann dann erhitzt werden, um Keimbildung und Schäumen zu erzeugen, z.B. indem er in ein Glyzerinbad gesetzt wird.
Eine Vielzahl von Gegenständen kann erfindungsgemäß hergestellt werden, z.B. Konsumgüter und industrielle Güter wie polymerisches Besteck, Kraftfahrzeugkomponenten, und eine weite Vielfalt anderer spritzgegossener Teile.
8 zeigt schematisch ein Spritzgusssystem 100 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Das Spritzgusssystem 100 weist einen Extruder auf, der ähnlich zu jenem in 1 dargestellten sein kann mit einem Zylinder 102 mit einem ersten stromaufwärts gelegenen Ende 104 und einem zweiten, stromabwärts gelegenen Ende 106, das mit einer Formkammer 108 verbunden ist. Für eine hin und her gerichtete Bewegung und Drehung innerhalb des Zylinders 102 ist eine Schnecke 110 montiert, die an ihrem stromaufwärts gelegenen Ende betriebsmäßig mit einem Antriebsmotor (nicht dargestellt) verbunden ist. Einen zweiten Strom 114, der einen Einlass 113 und eine Öffnung 115 des Zylinders, die Öffnung stromaufwärts des Einlasses, verbindet, weist eine Schmelzenpumpe 116 und einen Mixer 118 auf, die strömungstechnisch in Abfolge verbunden sind. Die Schmelzenpumpe 116 kann eine Zahnradpumpe oder ein kleiner Extruder sein, die in der Technik bekannt sind.
Die oben beschriebenen Techniken der Erfindung können auch bei der gasunterstützen Co-Injektion verwendet werden. Bei dieser Technik wird ein Vorläufer von mikrozellulärem Material extrudiert und Keimbildung ausgelöst, während er in eine Form wie oben beschrieben eingebracht wird, während Gas in den Schmelzenstrom so injiziert wird, um in der Form eine äußere Lage gegen die Formwände des polymerischen Materials mit erfolgter Keimbildung und einem mittleren Hohlraum, der mit dem ko-injizierten Gas gefüllt ist, zu bilden. Das Zellenwachstum kann wie in anderen Ausführungsformen ausgelöst werden. Der Mixer 118 weist eine Blähmittel-Injektionsöffnung 120 zum Einführen eines Blähmittels darin auf. Der Mixer 118 kann ein statischer Mixer oder ein Hohlraumübertragungsmixer (cavity transfer mixer) sein, die ebenfalls in der Technik bekannt sind. Die in 8 dargestellte Anordnung erleichtert ein anderes Verfahren der Erfindung, das zum Formen spritzgegossener mikrozellulärer Teile mit wie oben beschrieben mit unterschiedlichen Materialdichten nützlich ist. Das Verfahren beinhaltet das Einführen in einen Extruderzylinder 102 eines prä-polymerischen Materials, das Schmelzen des prä-polymerischen Materials und das Bewegen des geschmolzenen polymerischen Materials 124 in Richtung auf das stromabwärts gelegene Ende 106 des Extruders 100. Wenn das geschmolzene polymerische Material 124 durch den Extruderzylinder 102 vorrückt, wird ein Bereich abgezweigt und durch den Einlass 113 in den Seitenstrom 114 durch die Schmelzenpumpe 116 vorgerückt (z.B. nachdem das distale Ende der Schnecke 110 proximal zum Einlass 113 des Seitenarms 114 zurückgezogen worden ist). Wenn das geschmolzene polymerische Material im Seitenstrom 114 durch den Mixer 118 fortbewegt wird, wird Blähmittel von der Gasinjektionsöffnung 120 eingeführt und darin gründlich gemischt, um eine einphasige Lösung ohne erfolgte Keimbildung an Blähmittel und geschmolzenem polymerischen Material zu bilden, das von dem Seitenstrom 114 in das stromabwärts gelegene Ende 106 des Extruderzylinders 102 durch die Öffnung 115 vorgerückt wird, wie in 8 dargestellt ist, während sich die hinundherbewegende Schnecke 110 vollständig zurückzieht. Dies erzeugt einen blähmittelreichen Bereich 122 an dem am weitesten distal gelegenen Ende des Zylinders und einen blähmittelarmen Bereich proximal zu dem blähmittelreichen Bereich. Die relative Menge an blähmittelreichen Material und an blähmittelarmen Material kann durch die Strömungsrate geregelt werden, mit der Material durch den Seitenarm 14 hindurchtritt und mit Blähmittel angereichert wird. Danach wird die hinundhergerichtete Bewegung der Schnecke 110 verwendet, um die blähmittelreiche, einphasige Lösung an Blähmittel ohne erfolgte Keimbildung und geschmolzenem polymerischen Material 122 zu injizieren gefolgt durch einen Bereich an blähmittelarmen geschmolzenem polymerischen Material 124 in die Formkammer 108.
Bei einer weiteren Ausführungsform sieht die Erfindung eine Technik vor zum schnellen und wirksamen Einführen eines Blähmittels in eine fluide polymerische Vorstufe in die wie hierin beschriebene Spritzgussvorrichtung wie auch in eine Extrusionsvorrichtung gemäß im wesentlichen jeglicher Anordnung. Diese Ausführungsform weist eine Extrusionsschnecke auf, die in 9 dargestellt ist, mit einer Düse in einer Oberfläche der Schnecke, die innerhalb eines Extrusionszylinders (nicht dargestellt) positionierbar ist, welche Düse in Strömungsverbindung mit einer Quelle an Blähmittel steht. Die Düse definiert das Ende eines Hohlraums, der sich von einem Ort in Verbindung mit der Quelle, sowie einem Ort am Proximalende der Schnecke erstreckt. In einer bevorzugten Ausführungsform verläuft der Hohlraum in Längsrichtung entlang der Rotationsachse der Schnecke von dem Proximalende der Schnecke und steht in Verbindung mit einer oder mehreren Düsen auf der Oberfläche der Schnecke. Die eine oder mehrere Düsen sind vorzugsweise an äußeren Oberflächen der Schneckengänge angeordnet oder können geringfügig von den äußeren Oberflächen der Gänge zurückgesetzt sein, wobei diese Positionierung das Einführen des Blähmittels in einer Weise erlaubt, dass das Blähmittel einem Schub/Diffusion gegen die innere Oberfläche des Zylinders unterworfen wird. Eine oder mehrere Düsen können auch in Bereichen zwischen den Schneckengängen angeordnet sein, oder eine Kombination von Düsen an einer Vielzahl von Orten kann verwendet werden. Bezug nehmend auf 9 weist eine Extruderschnecke 130 einen Schneckengang 132 und ein Volumen 134 auf, das eine Verbindung mit einer Düse 136 auf einer äußeren Oberfläche 138 des Schneckengangs 132 vorsieht. Ein Bereich 140 des Volumens 134 erstreckt sich von dem Volumen an der Mittelachse der Schnecke zur Düse 136. Ein Vorteil bei dem Einführen von Blähmittel über eine Düse innerhalb der Schnecke liegt darin, dass eine gleichmäßige Verteilung des Blähmittels innerhalb einer polymerischen Vorstufe in einer Anordnung unter Verwendung einer hinundherbeweglichen Schnecke vorgesehen sein kann.
Gegenstände können hergestellt werden mit Dicken oder Querschnittsdimensionen von weniger als 2,5 mm (0,100 inch), vorzugsweise nicht mehr als etwa 1,9 mm (0,075 inch), mehr bevorzugt nicht mehr als etwa 1,3 mm (0,050 inch), mehr bevorzugt nicht mehr als etwa 0,64 mm (0,025 inch), noch mehr bevorzugt nicht mehr als etwa 0,25 mm (0,110 inch) mittels Spritzgießen, da eine einphasige Lösung an polymerischer Vorstufe und überkritischem Fluid eine besonders geringe Viskosität besitzt und, auf diese Weise, in eine Form injiziert und als ein geschäumter Gegenstand darin gebildet werden kann. Z.B. kann eine einphasige Lösung von überkritischem Fluid und polymerischer Vorstufe in eine Form eingeführt und in herkömmlicher Weise geschäumt werden oder es kann dabei ein mikrozellulärer Gegenstand hergestellt werden. Die geringe Viskosität des in die Form eingespritzten Fluids erlaubt Zykluszeiten des Spritzguss von, wie oben beschrieben wurde, weniger als zehn Minuten, vorzugsweise weniger als fünf Minuten, und mehr bevorzugt weniger als eine Minute, vorzugsweise weniger als dreißig Sekunden, mehr bevorzugt weniger als zwanzig Sekunden, mehr bevorzugt weniger als zehn Sekunden und noch mehr bevorzugt weniger als fünf Sekunden.
Die Erfindung sieht die Herstellung von geformten, mikrozellulären polymerischen Gegenständen mit einer Form der Formkammer vor, die zumindest einen Abschnitt mit einer Querschnittsabmessung von nicht mehr als etwa 3,2 mm (0,125 inch) oder, bei anderen Ausführungsformen, wie bereits oben erwähnt geringere Abmessungen besitzen, wobei der Gegenstand ein Hohlraumvolumen von zumindest etwa 5% besitzt.
Vorzugsweise beträgt das Hohlraumvolumen zumindest etwa 10%, noch bevorzugter zumindest etwa 15%, noch bevorzugter zumindest etwa 20%, noch bevorzugter zumindest etwa 25%, noch bevorzugter zumindest etwa 30%. Der Gegenstand kann ein Hohlraumvolumen von zumindest etwa 50% besitzen. Dies stellt eine beträchtliche Verbesserung dahingehend dar, dass es eine Herausforderung in der Technik ist, eine Gewichtsverringerung in polymerischem Material mittels Lückenvolumen im Schaum bei Gegenständen mit sehr kleinen Abmessungen vorzusehen. Die Gegenstände weisen die oben genannten Lücken- bzw. Hohlraumvolumina in jenen Abschnitten auf, die eine Querschnittsabmessung von nicht mehr als etwa 3,2 mm (0,125 inch) besitzen oder andere, oben genannte kleinere Abmessungen.
Das Verfahren gestattet auch die Herstellung einer größeren Gewichtsverringerung, wie hierin beschrieben wurde, und kleinere Zellen in spritzgegossenen Teilen mit Dicken größer als 3,2 mm (0,125 inch), z.B. zwischen 5 mm (0,200 inch) und etwa 12,7 mm (0,500 inch) Dicke.
Das Verfahren gestattet auch die Herstellung von dicken und dünnen, schaumgegossenen Teilen mit Oberflächen, die feste Teile imitieren. Zumindest ein Bereich der Oberfläche dieser Teile ist frei von mit bloßem menschlichen Auge erkennbaren Unebenheiten und Fließspuren. Solche gegossene Teile können hergestellt werden, wenn die Temperatur der Schmelze und die Formtemperatur und eine Blähmittelkonzentration optimiert wird, um es dem Blähmittel zu erlauben, von der Oberfläche des Teils weg zu diffundieren, so dass die Oberfläche eine Hautlage im wesentlichen frei von Zellen aufweist. Diese Hautlage ist im wesentlichen festes Polymer, so dass das Teil als ein festes polymerisches Teil für das bloße Auge erscheint. Unebenheiten und Fließspuren in geschäumten polymerischen Material werden durch Blasen an der Oberfläche erzeugt, die gegen eine Formwand geschleppt werden. Wo Blasen an der Oberfläche entfernt werden aufgrund der Temperaturregelung, werden Fließspuren vermieden. In diesen Ausführungsformen werden gegossene Teile erzeugt mit einer Außenhaut aus im wesentlichen festem polymerischen Material frei von Zellen mit einer Dicke zumindest dreimal entsprechend der durchschnittlichen Zellengröße des Schaummaterials. Vorzugsweise entspricht die Dicke der äußeren Haut zumindest etwa fünfmal der durchschnittlichen Zellengröße des Materials. Ein anderer Grund, dass gegossene Teile gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt werden können, die frei von sichtbaren Unebenheiten und Fließspuren sind, liegt darin, dass die Diffusionsrate eines überkritischen fluiden Blähmittels nach Auffassung der Erfinder schneller ist als jene typischer Blähmittel, was eine Diffusion an der Oberfläche des Gegenstands wie beschrieben auftreten lässt, um eine feste Hautlage zu bilden.
Wie erwähnt ermöglicht die Erfindung die Herstellung von gegossenem, mikrozellulärem, polymerischem Schaummaterial mit dünnen Abschnitten. Insbesondere können Gegenstände mit großen Länge-zu-Dicke Verhältnissen hergestellt werden. Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von Materialien mit Länge-zu-Dicke Verhältnissen von zumindest etwa 50:1, bei denen das Polymer einen Schmelzindex von weniger als etwa 10 hat. Vorzugsweise ist das Länge-zu-Dicke Verhältnis zumindest etwa 75:1, mehr bevorzugt zumindest etwa 100:1, und noch mehr bevorzugt zumindest 150:1. Ein Beispiel von Material mit einem Schmelzindex von weniger als 10 ist Polystyrol. Bei einer anderen Ausführungsform wird ein Gegenstand bereitgestellt mit einem Länge-zu-Dicke Verhältnis von zumindest etwa 120:1, wobei das Polymer eine Schmelzstromrate von weniger als etwa 40 besitzt. In dieser Ausführungsform ist das Länge-zu-Dicke Verhältnis vorzugsweise zumindest etwa 150:1, mehr bevorzugt zumindest 175:1, mehr bevorzugt zumindest etwa 200:2 und noch mehr bevorzugt zumindest 250:1.
Ein Beispiel eines Materials mit einer Schmelzstromrate von weniger als etwa 40 ist Polyolefin wie Polyethylen. Das Länge-zu-Dicke Verhältnis in diesem Zusammenhang definiert das Verhältnis der Länge der Erstreckung eines Bereichs eines polymerischen gegossenen Teils, die sich von dem Injektionsort in der Form (Düse) wegerstreckt und die Dicke quer zu diesem Abstand.
Ein besonders vorteilhafter Gegenstand ist ein dünnes gegossenes Teil mit einem relativ hohen Lückenvolumen. Insbesondere ermöglicht die Erfindung die Herstellung von einem Schaumpolymerartikel mit einem Bereich bzw. Abschnitt mit einer Dicke weniger als etwa 1,2 mm und einem Lückenvolumen von zumindest 30%, und selbst Artikel mit einer Dicke von weniger als etwa 0,7 mm und einem Lückenvolumen von zumindest 15%.
Insbesondere können Teile hergestellt werden mit Dicken wie hierin definiert, mit Lückenvolumen wie hierin definiert, bei denen die maximale Dicke über zumindest etwa 25% des Gegenstands besteht, d.h. zumindest unter 25% der Fläche eines dünnen gegossenen Teils ist von einer Dicke geringer als die beschriebene, selbst ein größerer Bereich des Teils kann eine Dicke besitzen, die geringer als die maximal definierte ist, z.B. 50% oder 100%.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass Gegenstände hergestellt werden können, die ohne die Verwendung von Trübungsmitteln undurchsichtig sind. Dies liegt daran, weil polymerischer Schaum Licht zerstreut und somit im wesentlichen lichtundurchlässig ist und eine weiße Erscheinung besitzt. Dies ist ein Vorteil der Erfindung, dass mikrozelluläre Schäume lichtundurchlässiger und darin gleichmäßiger als herkömmliche Schäume sind. Dies ist ein beträchtlicher Vorteil in Verbindung mit Gegenständen, die konstruiert und angeordnet sind, um Material zu enthalten, dass, wenn es Licht ausgesetzt wird, zerstört wird, wie Nahrungsmittelbehälter. Derartige Materialien können Nahrungsmittel sein, die von Tieren wie auch Menschen konsumiert werden und Vitamine enthalten, die zerstört werden können, wenn sie Licht ausgesetzt werden. Obwohl Trübungsmittel wie Pigmente typischerweise Gegenständen hinzugefügt werden, kann pigmentiertes Material weniger gut einer Wiederverwertung zugeführt werden. Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von dünnen undurchsichtigen Artikeln, die weniger als 1% Gew.-% Hilfstrübungsmittel, vorzugsweise weniger als 0.05 Gew.-% Hilfstrübungsmittel enthalten, und noch bevorzugter weiterhin Material enthält, das im wesentlichen keine Hilfstrübungsmittel enthält. " Hilfstrübungsmittel" bedeutet in der vorliegenden Erfindung Pigmente, Farbstoffe oder andere Mittel, die speziell dazu bestimmt sind Licht zu absorbieren, oder Talg oder andere Materialien, die Licht blockieren oder ablenken können. Der Fachmann kann überprüfen, on ein Additiv ein Trübungsmittel ist. Mikrozelluläre geblasene Artikel besitzen das Erscheinungsbild von festen, weissen Kunststoffartikel, die besondere kommerzielle Reize bieten.
Die Systeme der Erfindung können erwärmte Läufer (nicht dargestellt) aufweisen. Der Begriff „Läufer" (runner), wie er hierin verwendet wird, soll einen Fluiddurchgang bzw. eine fluide Durchführung definieren, der das Auslassende des Injektionssystems mit der Formkammer und/oder mit verschiedenen Bereichen des Formhohlraums, z.B. wenn komplex gegossene Formen gewünscht werden, auf fluide Weise verbindet. Läufer sind in der Technik bekannt. Bei einigen herkömmlichen Schaum-Spritzgusssystemen erhärtet in Läufern zurückgelassenes Material und wird mit dem gegossenen Teil entfernt. Die vorliegende Erfindung sieht Läufer vor, an die sich thermische Regeleinheiten richten, wie Durchgänge für strömendes erhitztes Fluid. Dies ist nützlich gemäß gewissen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei denen es vorteilhaft ist, das Formmaterial für den polymerischen Artikel in einem fluiden Zustand innerhalb der Läufer zu halten, um einen Druckverlust auszuschließen, der auftreten kann, wenn ein Spalt in dem Material innerhalb des Läufers auftreten würde, wenn beispielsweise erhärtetes Material entfernt worden ist. Die Anordnung der Erfindung kann z.B. einen Extruder aufweisen, um eine fluide, einphasige Lösung aus polymerischem Material und Blähmittel zu liefern, einen Läufer, der den Keimbildungspfad umfasst, wobei der Läufer ein Ventil an seiner stromabwärts gelegenen Seite aufweist, das geöffnet wird, wenn die Form gefüllt werden soll, und geschlossen wird, wenn die Form geöffnet und ein Artikel entfernt wird. Wenn geschmolzenes polymerisches Material verwendet wird, dann bleibt das Material mit erfolgter Keimbildung im Läufer flüssig und geeignet zum Einspritzen in die Form, wenn der Läufer erhitzt wird. Die Ausführungsform der Erfindung mit temperaturgeregelten Läufern kann Verwendung finden in jeglicher einer weiten Vielzahl von Spritzgusssystemen mit jeglicher Anzahl von Läufern von verschiedenen Komponenten, und, wenn benötigt, geeignet angeordneten Ventilen, um das Füllen von Gussformen oder Gussformabschnitten periodisch ohne die Notwendigkeit eines Entfernens und Entsorgens von erhärtetem Material von den Läufern zu erlauben.
Die Funktion und der Vorteil dieser und anderer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird vollständiger aus den folgenden Beispielen verständlich. Die folgenden Beispiele sollen die Vorteile der vorliegenden Erfindung darstellen, aber nicht den vollen Umfang der Erfindung als Beispiel haben. Die folgenden Beispiele zeigen Vorteile des Spritzgießens einer Charge an polymerischem Material und überkritischem fluiden Blähmittel dahingehend dass Gegenstände gebildet werden, die eine Oberfläche entsprechend einer inneren Oberfläche der Formkammer besitzen, die frei von Verformungen und Fließspuren ist, die mit bloßem menschlichen Auge erkennbar sind.
Beispiel 1
Eine zweistufige Spritzgussvorrichtung (Hersteller Engel) war aufgebaut mit einer 32:1 l/d, 40 mm Plastifiziereinheit, die geschmolzenes Polymer in einen 40 mm Kolben einspeist. Der Kolben und die Plastifiziereinheit waren mittels eines federbelasteten Kugelabsperrverbindungsaufbaus verbunden. Der Kolben konnte in eine Form durch eine typische pneumatisch betriebene Absperrdüse injizieren. Die Injektion von überkritischen CO₂ wurde bewirkt durch das Platzieren etwa 16 bis 20 Durchmesser von dem Zufuhrabschnitt eines Injektionssystems, das eine radial angeordnete Öffnung aufwies mit 176 Düsen mit einem Durchmesser von 0,5 mm (0,02 inch). Das Injektionssystem wies ein betätigtes Regelventil auf, um eine Massenstromrate von Blähmittel zwischen 90 bis 5450 g/hr (0,2 bis 12 lbs/hr) zu dosieren.
Die Plastifiziereinrichtung war mit einer zweistufigen Schnecke ausgestattet mit einer herkömmlichen Zufuhr in der ersten Stufe, Schwellenübergang (barrier transition), und Dosierabschnitt, gefolgt von einem vielstufigen Mischabschnitt zur Homogenisierung von Blähmittel. Der Zylinder war mit Heiz/Kühlbändern ausgestattet. Die Gestaltung erlaubte eine Homogenisierung und ein Kühlen der homogenen einphasigen Lösung aus Polymer und Gas.
Das hydraulische System, das zum Bewegen aller Teile der Spritzgießmaschine verwendet wurde, wurde modifiziert, um einen Schmelzdruck von zumindest 6,9 MPa (1000 psi), aber nicht mehr als 193 MPa (28000 psi) zu jedem Zeitpunkt zu besitzen. Diese Technik regelt die einphasige Lösung aus Polymer und Gas zu jedem Zeitpunkt und hält diese aufrecht vor der Kunststoffinjektion in die Form.
Beispiel 2: Spritzgießen von mikrozellulärem Polystyrol
Die in Beispiel 1 beschriebene Vorrichtung wurde verwendet, um mikrozelluläre Polystyrolplättchen zu formen. Polystyrolpellets (Novacor 2282, 11 M.I.) wurde in die Plastifiziervorrichtung eingegeben und, in den meisten Fällen, mit Blähmittel vermischt, um eine einphasige Lösung zu bilden, dann einer Keimbildung unterworfen durch das Injizieren in eine 127 × 279 × 1,3 mm (5 × 11 × 0,050 inch) Plattenform mit mittiger Öffnung. Die Injektion erfolgte durch einen kalten Einguss. Die Injektionsrate wurde variiert, um die Beziehung zwischen den Prozessvariablen und der Zellengröße und Gewichtsverringerung zu bestimmen. Die Zellengröße wurde geregelt, um unter 30 μm zu sein und die Gewichtsreduzierung 20%. Siehe Tabellen 1 und 2 und die entsprechenden 10 bis 15.
Tabelle 1: Einfluss der Injektionsgeschwindigkeit auf die Zellengröße und Gewichtsreduzierung
Tabelle 2: Wirkung der Gaskonzentration auf die Zellengröße und Gewichtsverringerung

Schmelztemperatur = 160°C
Formtemperatur = 66°C
Injektionsgeschwindigkeit = 4,0 "/sec
Einlauf = 0,375' Durchmesser

Beispiel 3: Iniektionsgießen von mikrozellulären Polyethylenterephthalat
Die in Beispiel 1 beschriebene Spritzgussmaschine wurde verwendet um PET (Eastman, 0,95 IV) in einen 127 × 279 × 5 mm (5 × 11 × 0,200 inch) Hohlraum zu gießen nach dem Trocknen über vier Stunden bei 177°C (350°F). Die Schmelzverarbeitungstemperatur war 288°C (550°F), die Formtemperatur war 66°C (151°F) und es wurde mit 12% CO₂ injiziert. Der Druck auf die Schmelze wurde bei 20,7 Mpa (3000 psi) aufrechterhalten und die Injektionsgeschwindigkeit war 127 mm (5,0 inch) pro Sekunde.
Die Gewichtsverringerung war 30% und die Zellengröße war 30 bis 40 μm im Durchmesser.
Beispiel 4: Spritzgießen von Polypropylen auf hohe Maße an Gewichtsverringerung
Die in Beispiel 1 beschriebene Spritzgussmaschine wurde verwendet, um Polypropylen (4 Schmelzstromrate (MFR), Copolymer, Montell 7523), Polypropylen (20 MFR, Copolymer, Montell SD-376) und ein talggefülltes Polypropylen (4 MFR, 40% talggefüllt, Montell 65f4-4) in eine 127 × 279 mm (5 × 11 inch) × „variable Dicke" Platte zu gießen. Hohe Gewichtsverringerungen wurde unter Verwendung der folgenden Bedingungen bewirkt: Tabelle 3:
Beispiel 5: Spritzgießen von Polystyrolteilen mit Dichtenverringerungen größer als 70%
Die in Beispiel 1 beschriebene Spritzgussmaschine wurde verwendet, um Polystyrol unter Bedingungen ähnlich zu jener in Beispiel 2 aufgefunden aber mit Formtemperaturen im Bereich von 66 bis 121 °C (150°F bis 250°F) und Kühlzeiten im Bereich von 3,2 bis 22,8 Sekunden zu gießen. Große Dichteverringerungen ergaben sich wie folgt: Tabelle 4:
Beispiel 6: Keimbildung nach dem Formen und Zellenwachstum eines verfestigten Teils aus verfestigtem Polymer/überkritischem Fluid
Die in Beispiel 1 beschriebene Spritzgussmaschine wurde zum Formen von Polystyrol (Novacor 2282, 11 M.I.) verwendet. Polystyrolpellets wurden in die Plastifiziereinrichtung eingespeist und wie in Beispiel 2 beschrieben injiziert. Das in die Form gespritzte Material wurde in der Form auf eine Temperatur unter die Verfestigungstemperatur des Polystyrols gekühlt. Die Form wurde geöffnet und das Teil wurde in einem nicht geschäumten Zustand entfernt. Das Teil wurde dann einer äußeren Wärmequelle (Glyzerinbad) ausgesetzt, woraufhin es einer Keimbildung unterworfen wurde und Zellen wuchsen. Ein mikrozellulärer Gegenstand entstand.
Beispiel 7: Verdeutlichung der Viskositätsverringerung beim Formen des Polymers
Dieses Beispiel zeigt den Vorteil der Verwendung von Blähmittel als überkritisches Fluid, um die Viskosität zum Einführen eines polymerischen Materials in eine Form bei relativ geringer Schmelztemperaturen zu verringern, während die Vorteile des mikrozellulären Schäumens realisiert werden.
Eine Spritzgussmaschine wurde eingesetzt, um Polystyrol wie im Beispiel 2 beschrieben mit folgender Ausnahme zu formen. Die Form hatte Abmessungen von 127 × 279 × 0,5 mm (5 × 11 × 0,020 inch). Unter den selben Bedingungen wie Beispiel 2 wurde Polystyrol mit 0% Blähmittel injiziert. Die maximale erhältliche Strömungslänge war 25 mm (1 inch), was zu einem Längen-zu-Dicken Verhältnis von 50 führte. Ein identisches Experiment wurde mit 15% überkritischem Kohlendioxid/Blähmittel durchgeführt. Die maximale Strömungslänge war mindestens 140 mm (5,5 inch) mit einem Längen-zu-Dicken Verhältnis von 270.
Beispiel 8: Spritzgießen von Polypropylen unter seinem kristallinen Schmelzpunkt
Die im Beispiel 1 beschriebene Spritzgussmaschine wurde verwendet, um Polypropylen (4 MFR, Kopolymer, Montell 7523) in eine Form mit dem Abmessungen 127 × 279 × 1,3 mm (5 × 11 × 0,050 inch) zu gießen. Mit 0% Blähmittel sind typische zum Füllen einer derartigen Form benötigte Schmelztemperaturen etwa 221 °C (430°F). Mit 15% überkritischen Kohlendioxid-Blähmittel war es nötig, Polypropylen unterhalb seines kristallinen Schmelzpunktes einzuspritzen, der nominal bei 163 °C (325°F) liegt. Die tatsächliche Schmelztemperatur war 154 °C (310°F).
Beispiel 9: Demonstration eines mikrozellulär geschäumten Gegenstandes mit einer nahezu perfekten Oberfläche
Eine im Beispiel beschriebene Formvorrichtung wurde verwendet, um Polystyrol (Novacor 2282 11 M.I.) zu formen. Polystryrolpellets wurden in eine Plastifiziervorrichtung eingespeist und mit CO₂-Blähmittel vermischt, um eine einphasige Lösung aus überkritischen CO₂ und Polystyrol zu bilden, dann durch die Injektion in eine Plattenform mit den Abmessungen 127 × 279 × 1,3 mm (5 × 11 × 0,50 inch) einer Keimbildung unterworfen. Die Verarbeitungsbedingungen wurden optimiert, um die geeigneten Bedingungen zu erkennen, um eine hohe Keimbildungsdichte zu erzielen, wie auch eine wie ein Feststoff aussehende Haut. Fotokopien von Fotomikrodarstellungen sind in 16 bis 18 bereitgestellt, um die Effektivität dieses Verfahrens zu demonstrieren. 16 ist für Vergleichszwecke vorgesehen und zeigt festes, nicht geschäumtes Polystyrol das unter Verwendung herkömmlicher Spritzgusstechnik ohne Schauminjektion erhalten wurde.
Wie ersichtlich ist entstehen ideale Bedingungen bei einem Ausgleich der Schmelztemperatur, Formtemperatur und Blähmittelkonzentration. Die Schmelztemperatur muss hoch genug sein, so dass die Diffusionsrate des Blähmittels in der Schmelze relativ schnell ist, und die Formtemperatur muss hoch genug sein, so dass die Diffusion von Blähmittel aus der Schmelze in einem beträchtlichen Maß an der Oberfläche auftritt, jedoch muss die Formtemperatur gering genug sein, um ein Verwinden oder eine andere Verzerrung des Produkts zu vermeiden. Die Diffusionsrate des Blähmittels hängt von der Schmelztemperatur, Blähmittelkonzentration, dem Differenzdruck und der Formtemperatur ab. Die Diffusionsrate des Blähmittels aus der Schmelze muss größer sein als die Rate, mit der die Polymeroberfläche abkühlt und sich verfestigt.
Tabelle 5:
Dem Fachmann wird sofort deutlich sein, dass alle hierin gelisteten Parameter nur beispielhaft gemeint sind und dass tatsächliche Parameter von der speziellen Anwendung abhängen, für welche die Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Es soll daher deutlich sein, dass die vorangehenden Ausführungsformen nur beispielhaft dargestellt sind, und dass die Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche und dazugehöriger Äquivalente anders als speziell beschrieben durchgeführt werden kann.

Claims

System (30) zum Herstellen von gegossenem mikrozellulären Material, umfassend: einen Extruder mit einem Auslass an dessen Auslassende (36), der zum Freigeben einer ohne erfolgte Keimbildung, homogenen, fluiden Einphasenlösung eines polymeren Materials und eines Blähmittels ausgebildet ist; eine Formkammer (37) mit einem Einlass; und einen Keimbildungspfad (67) mit einem Einlassende (69), das in fluider Verbindung mit dem Extruderauslass steht, und einem Ausgabeende (70), das in direkter fluider Verbindung mit dem Formkammereinlass steht, wobei das System derart aufgebaut und angeordnet ist, um die Einphasenlösung einem Druckabfall auszusetzen, und zwar mit einer Rate, die ausreichend ist, die Keimbildung zu bewirken, während die Lösung dem Keimbildungspfad entlang in die Formkammer strömt.
System nach Anspruch 1, wobei das Ausgabeende eine Öffnung in der Formkammer bestimmt.
System nach Anspruch 1, umfassend einen Akkumulator (50) stromaufwärts des Keimbildungspfades, wobei der Akkumulator zum Akkumulieren der Einphasenlösung aufgebaut und angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Formkammer derart aufgebaut und angeordnet ist, das nach erfolgter Keimbildung polymere Material bei einem erhöhten Druck zu enthalten, wodurch das Zellwachstum bei dem erhöhten Druck kontrolliert wird.
System nach Anspruch 4, wobei die Formkammer mit einem fluiden Druckmittel versehen ist, um das nach erfolgter Keimbildung polymere Material bei dem erhöhten Druck zu enthalten.
System nach Anspruch 4, wobei die Formkammer mit einem mechanischen Druckmittel versehen ist, um das nach erfolgter Keimbildung polymere Material bei dem erhöhten Druck zu enthalten.
System nach Anspruch 3, wobei der Akkumulator in einem Bereich stromabwärts einer sich hin- und herbewegenden Schnecke (38) in einem Zylinder (32) der Extrusionsvorrichtung bestimmt ist.
System nach Anspruch 3, wobei der Akkumulator in einem Bereich bestimmt ist, der getrennt von der Extrusionsvorrichtung ist, und wobei ein Auslass der Extrusionsvorrichtung mit einem Einlass (79) des Akkumulators verbunden ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Keimbildungspfad seine Querschnittsabmessung in Längsrichtung ändert.
System nach Anspruch 1, des weiteren umfassend eine Blähmittelquelle (56), die auf fluide Weise mit zumindest einem in dem Extruder gebildeten Blähmittelanschluss (54) verbunden ist.
System nach Anspruch 10, wobei die Blähmittelquelle auf fluide Weise mit mehr als einem in dem Extruder gebildeten Blähmittelanschluss verbunden ist.
System nach Anspruch 10, des weiteren umfassend eine Blähmitteldosiervorrichtung (58), die zwischen der Blähmittelquelle und dem Blähmittelanschluss vorgesehen ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Blähmittelquelle Kohlenstoffdioxid oder Stickstoff aufweist.
Verfahren mit den Schritten: Einspritzen einer fluiden Einphasenlösung einer Vorstufe an polymerem Material und eines in einer Extrusionsvorrichtung hergestellten Blähmittels in eine Formkammer (37) durch einen Keimbildungspfad (67), der in direkter fluider Verbindung mit der Formkammer (37) steht, während die Einphasenlösung einem Druckabfall ausgesetzt wird, und zwar mit einer Rate, die ausreicht, eine Keimbildung zu bewirken, während die Lösung durch den Keimbildungspfad in die Formkammer strömt; und Verfestigenlassen des Gemisches zu einem mikrozellulären polymeren Gegenstand in der Formkammer.
Verfahren nach Anspruch 14, des weiteren mit den Schritten: Ermöglichen eines Zellwachstums nach erfolgter Keimbildung in dem Gemisch, Verfestigenlassen des Gemisches zu der Form der Formkammer, um einen mikrozellulären polymeren Gegenstand in der Form der Formkammer zu bilden, und Entfernen des mikrozellulären polymeren Gegenstands aus der Formkammer, während dem mikrozellulären polymeren Gegenstand gestattet wird, die Form der Formkammer beizubehalten.
Verfahren nach Anspruch 14, des weiteren mit dem Schritt: kontinuierliche Keimbildung in der Lösung durch kontinuierliches Aussetzen der Lösung einem Druckabfall, und zwar mit einer Rate, die ausreicht, die Keimbildung zu bewirken, während die Lösung in die Formkammer strömt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14, 15 und 16, des weiteren mit den Schritten: Entfernen eines verfestigten, mikrozellulären polymeren Gegenstands aus der Formkammer; und Vorsehen eines zweiten, nach erfolgter Keimbildung, Gemisches in der Formkammer innerhalb einer Zeitdauer von weniger als zehn Minuten, Verfestigenlassen des zweiten Gemisches in der Form der Formkammer und Entfernen eines zweiten verfestigten, mikrozellulären, polymeren Gegenstands aus der Formkammer.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Zeitdauer weniger als eine Minute beträgt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Zeitdauer weniger als ungefähr 20 Sekunden beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, des weiteren mit dem Schritt: Aufwärmen von Abschnitten des Einschlusses.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Abschnitte die gesamte Formkammer bilden.
Verfahren nach Anspruch 14, des weiteren mit dem Schritt: teilweise Verfestigenlassen des Gemisches in der Form der Formkammer, um einen ersten mikrozellulären polymeren Gegenstand in der Form der Formkammer zu bilden, Entfernen des mikrozellulären, polymeren Gegenstands aus der Formkammer, und Expandierenlassen von Abschnitten des ersten mikrozellulären polymeren Gegenstands, um einen zweiten mikrozellulären polymeren Gegenstand zu bilden mit einer Form, die Abschnitte aufweist, welche größer sind als die Form der Formkammer.
Verfahren nach Anspruch 14, des weiteren mit dem Schritt: Akkumulieren der Lösung vor dem Einspritzen der Lösung durch den Keimbildungspfad.
Verfahren nach Anspruch 23, des weiteren mit dem Schritt: Akkumulieren der Lösung in einem Bereich stromabwärts einer sich hin- und herbewegenden Schnecke in einem Zylinder der Extrusionsvorrichtung, oder in einem Bereich, der getrennt von der Extrusionsvorrichtung ist, wobei ein Auslass der Extrusionsvorrichtung mit dem Einlass des Akkumulators verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 14, des weiteren mit dem Schritt: Einführen eines Blähmittels in eine Vorstufe an polymeren Material in der Extrusionsvorrichtung, um ein Vorstufengemisch aus Polymermaterial und Blähmittel vor dem Einspritzschritt zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 25, des weiteren mit dem Schritt: Bilden einer Einphasenlösung aus dem Vorstufengemisch aus polymerem Material und Blähmittel vor dem Einspritzschritt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Lösung durch den Keimbildungspfad dadurch eingespritzt wird, indem eine Schnecke in der Extrusionsvorrichtung in stromabwärtiger Richtung bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Keimbildung in der Lösung durch den Druckabfall der Lösung bewirkt wird, während die Lösung durch den Keimbildungspfad in die Formkammer strömt.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Blähmittel ein physikalisches Blähmittel ist.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Blähmittel ein chemisches Blähmittel ist.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Blähmittel Kohlenstoffdioxid oder Stickstoff aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der mikrozelluläre polymere Gegenstand zumindest einen Abschnitt mit einer Querschnittsabmessung von nicht mehr als 3,17 mm (0,125 inch) umfasst.