專利名稱：包括注塑成形的微孔低密度聚合物材料的模塑聚合物材料的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及聚合物結構泡沫材料加工，具體地說涉及微孔結構泡沫材料及其制造系統和方法。
本發明的現有技術結構泡沫材料是已知的，它可以這樣生產，即把物理發泡劑引入聚合物熔體流、使發泡劑分散在聚合物中以形成發泡劑微泡分散在聚合物中的二相混合物，然后把該混合物注入具有所需形狀的模具并且讓混合物在模具中固化。降低混合物中的壓力可以使聚合物中的微泡增大。作為物理發泡劑的替代品，可以使用化學發泡劑，化學發泡劑在聚合物材料中發生化學反應引起氣體的形成。化學發泡劑通常是在臨界溫度下分解并且釋放氣體(例如，氮氣、二氧化碳或一氧化碳)的低分子量有機化合物。在某些條件下，可以使泡孔保持孤立狀態，于是得到閉孔的泡沫材料。在另一些條件下，通常是在更猛烈的發泡條件下，泡孔將破裂或者相互連接起來，于是得到開孔的泡沫材料。標準的注塑成形技術將在下面的專利文獻中予以說明。
美國專利第3,436,446號(Angel)描述一種通過控制模具的壓力和溫度模塑帶有固體表皮的泡沫塑料制品的方法和裝置。
美國專利第4,479,914號(Baumrucker)描述一種泡沫制品成形方法，在該方法中模腔是用氣體加壓的，以防止發泡劑過早地從注入的材料擴散到模腔中。預加壓氣體在注射待發泡材料期間最終被排放到真空腔，該真空腔建立真空條件以使所述材料遍布模腔。
具體地說，低密度(高空隙體積)的模塑聚合物泡沫材料包括多孔聚丙烯(EPP)和多孔聚苯乙烯(EPS)。EPP或EPS的母料可以分別作為已經局部發泡或完全發泡的聚丙烯顆粒或聚苯乙烯顆粒被提供。這些顆粒通常被注入蒸汽夾板模具并且被融和在一起，以便用顆粒制作結構泡沫產品，在一些情況下，在蒸汽夾板內顆粒發生進一步的膨脹和發泡(通常用EPS)。就許多應用而言當EPS和EPP是有用的產品時，它們可以有不那么理想的外觀。人們可以輕易地在諸如苯乙烯泡沫塑料杯和其他EPP或EPS產品之類的產品上用人的裸眼觀察到顆粒之間的融合線。
微孔材料通常是由泡孔尺寸非常小的聚合物泡沫材料定義的，各種微孔材料在美國專利第5,158,986和4,473,665號中曾作過介紹。這些專利介紹說為了生產微孔材料需要使聚合物材料和物理發泡劑的單相溶液經受熱力學不穩定性以便形成密度非常高的成核部位，然后控制泡孔的生長。美國專利第4,473,665號(Martini-Vvedensky)描述了一種用于生產微孔制件的模塑系統和方法。聚合物顆粒在傳統的擠塑機中用氣體發泡劑預先加壓并且熔融，以形成發泡劑和熔體聚合物的溶液，然后將該溶液擠入模腔。模具中的壓力被維持在適合在熔體溫度下維持給定的初始飽和度的氣體發泡劑的溶解壓力以上。當模塑制件的溫度下降到適當的臨界成核溫度時，模具上的壓力下降，通常下降到環境壓力，于是允許該制件發泡。
美國專利第5,158,986號(Cha等人)介紹另一種生產微孔制件的模塑系統和方法。聚合物顆粒被引入傳統的擠塑機并且被熔化。為了形成發泡劑和聚合物材料的均勻溶液，使超臨界狀態的二氧化碳發泡劑在擠塑機筒中形成并且與聚合物材料混合在一起。這樣給擠塑機的一段機筒加熱，以致當混合物流過機筒時，形成熱力學不穩定，借此在熔融的聚合物材料中形成成核部位。成核的材料被擠入加壓的模腔。模具內的壓力是由空氣的反壓維持的。當模腔擴大致使其中的壓力迅速下降時，泡孔生長在模腔內發生；模具的擴展提供小泡孔尺寸和高泡孔密度的模塑發泡制品。按照這項技術成核作用和泡孔生長分開發生；熱誘導的成核作用發生在擠塑機的機筒中，而泡孔生長發生在模具中。
盡管上述的和其他的報告闡述了幾種借助注塑成形制造微孔材料的相關技術，但是在技術上仍然需要改進的微孔注塑工藝。
因此，本發明的目的是提供一些對生產微孔型的結構泡沫材料(特別是非常薄的制品)有效的注塑成形系統和方法。本發明的另一個目的是提供一些不僅對微孔型的結構泡沫材料的注塑成形有用而且對傳統的泡沫材料的注塑成形和微孔型的或傳統的泡沫材料的連續擠塑有用的系統和方法。
本發明的概述本發明的方向是能夠制造模塑制品的注塑成形系統和方法以及制造各種泡沫材料的系統和方法。就在此介紹的本發明的各個方面而言，在一組實施方案中，所述材料不是通過泡孔的尺寸和密度定義的微孔泡沫材料，而在另一組實施方案中，所述材料是微孔材料。
按照一個方面，本發明包括為生產微孔結構泡沫制品而構成的注塑成形系統。該系統包括在入口端有為接收微孔材料的母料而設計的入口的擠塑機、模塑成形艙和把所述入口與模塑成形艙連接起來的封閉通道。模塑成形艙的結構和布局適合接收聚合物材料和發泡劑的未成核的、均勻的流體單相溶液，以便在升高的壓力下把聚合物材料和發泡劑的未成核的均勻的流體單相溶液以流動狀態容納在所述通道內并且把所述溶液作為流體流在所述通道內按順流方向從入口端向模塑成形艙推進。封閉通道包括成核路徑，所述單相溶液中的發泡劑在通過該路徑時成核。成核路徑結構包括接收聚合物材料和未成核的發泡劑的均勻流體單相溶液的聚合物接收端、結構和布局適合釋放成核的聚合物材料的成核聚合物釋放端以及連接接收端和釋放端的流動路徑。聚合物釋放端可以非必選地定義模塑成形艙的小孔，或者與模塑成形艙流體連通。成核路徑的結構具有這樣的長度和橫截面尺寸，以致該系統能夠使與發泡劑均勻混合的流體聚合物在通過所述通道時承受至少大約0.1GPa/sec、或至少大約0.3GPa/sec、或至少大約1.0GPa/sec、或至少大約3GPa/sec、或至少大約10GPa/sec、或至少大約100GPa/sec的壓降速率。另外，成核路徑的結構還可以具有可變的橫截面尺寸，以致流過所述路徑的流體聚合物承受可變化的壓降速率和/或溫升。
按照本發明的另一方面，為了防止泡孔在升高的壓力下生長，提供一種模塑成形艙的結構和布局適合在升高的壓力下容納成核的聚合物材料的系統。加壓的模塑成形艙可以通過流體或者用機械方法加壓，以便在這種升高的壓力下容納成核的聚合物材料。在加壓的模塑成形艙減壓之后，聚合物材料可以固化，所需的微孔聚合物制品的形狀與構成和布局模塑成形艙時所具有的內部形狀相同。
按照本發明的另一方面，提供一種系統，該系統具有機筒、為接收擠塑材料的母料而設計的入口、為釋放發泡劑和和發泡沫聚合物制品的母料的未成核的流體混合物而設計的出口、可與發泡劑源連接的小孔和安裝在所述機筒內作往復運動的螺桿。該擠塑系統還可以具有至少兩個可與發泡劑源連接的小孔，這些小孔可以沿著機筒軸線縱向布局，以便在螺桿作往復運動時至少通過這兩個小孔把未成核的混合物按順序引入機筒。另外，該系統還可以包括與第一機筒一前一后連接的第二擠塑機筒，在這種場合第二擠塑機筒具有為接收未成核的流體混合物設計的入口和安裝在機筒內作往復運動的螺桿。
按照另一方面，本發明提供一種用來建立聚合物母料和發泡劑的未成核的流體單相溶液的連續流、使該連續流成核形成所述混合物的成核流、讓所述的成核流通過并流入閉合空間、然后使該混合物按閉合空間的形狀固化的方法。該物料流可以非必選地被連續成核，其方法是在物料流進入閉合空間的同時讓它承受至少大約0.1GPa/sec的壓降速率，以便形成成核材料的連續流。作為替代，該方法包括使物料流間歇地成核，其方法是當物料流進入閉合空間時讓它這樣承受速率至少為大約0.1GPa/sec的壓降，以致未成核的材料首先進入閉合空間，而成核的材料跟在后面。反之，成核的物料流可以這樣進入閉合空間，以致成核的材料首先進入閉合空間，隨后才是未成核的材料。該方法還包括從閉合空間中取出固化的微孔制品，并且按不足大約10分鐘的周期在閉合空間中提供第二份成核的混合物、讓第二份混合物按閉合空間的形狀固化、以及從閉合空間中清除第二個固化的微孔制品。
本發明還提供一種方法，該方法包括積聚泡沫聚合物材料的母料和發泡劑的裝模料；把至少定義大約2％的裝模料的第一部分裝模料加熱到至少比裝模料的平均溫度高大約10℃的溫度以及把裝模料注入模塑成形艙。
本發明還提供另一種方法，該方法包括用與模塑成形艙流體連通的積聚器積聚包括由本質上沒有發泡劑的流體聚合物材料組成的第一部分和由與發泡劑混合的流體聚合物材料組成的第二部分的裝模料以及把來自積聚器的裝模料注入模塑成形艙。
本發明還提供另一種方法，該方法包括在使泡沫聚合物材料的母料和發泡劑的單相流體溶液成核以形成成核的混合物的同時把該溶液從與擠塑裝置流體連通的積聚器注入模塑成形艙，然后讓該混合物在模塑成形艙中固化成聚合物微孔制品。
本發明還提供另一種方法，該方法包括在擠塑螺桿在機筒內軸向移動時把發泡劑注入聚合物擠塑裝置的擠塑機機筒。
本發明還提供另一種方法，該方法包括把發泡劑從擠塑螺桿注入聚合物擠塑裝置的機筒。
本發明還提供另一種方法，該方法包括在擠塑裝置的機筒中建立聚合物制品的流體母料，從機筒中回收一部分流體母料，將這部分流體母料與發泡劑混合以便形成發泡劑和這部分流體母料的混合物，然后把該混合物引入機筒。
本發明還提供另一種方法，該方法包括把與超臨界流體混合的聚合物材料引入模具并且讓聚合物材料在模具中固化，其中所述模具包括內部尺寸不足的大約0.125英寸的部分。
本發明還提供另一種方法，該方法包括建立至少兩種不同的熔體聚合物成分與超臨界流體發泡劑的混合物，以及擠塑該混合物以便形成至少兩種成分的不分層的泡沫塑料。
本發明還提供另一種方法，該方法包括把聚合物材料和發泡劑的單相溶液注入打開的模具，然后關閉模具，讓微孔制品按模具的形狀成形。
本發明還提供另一種方法，該方法包括建立聚合物材料和發泡劑的未成核的單相溶液，在該溶液成核期間把溶液引入模塑成形艙，使模具龜裂，借此讓泡孔生長，然后收回形狀與模塑成形艙相似但比模塑成形艙大的微孔聚合物制品。
本發明還提供另一種方法，該方法包括在擠塑機中形成微孔聚合物材料的母料和發泡劑的未成核的均勻的流體單相溶液，在該溶液成核期間用該溶液填充模塑成形艙，以便在模塑成形艙內形成成核的微孔聚合物材料的母料。
本發明還提供另一種方法，該方法包括把流體聚合物材料/發泡劑的混合物注入模塑成形艙，讓該混合物在模塑成形艙中固化成微孔聚合物制品，從模塑成形艙中取出固化的微孔聚合物制品；然后按不足大約10分鐘的周期，把第二份聚合物/發泡劑的混合物提供給模塑成形艙并且讓該混合物在模塑成形艙中固化成第二個微孔聚合物制品并且從模塑成形艙中取出第二個微孔聚合物制品。
本發明還提供另一種方法，該方法包括把聚合物/發泡劑的混合物在低于大約400℃的熔體溫度下注入模塑成形艙，并且模塑成形艙使空隙體積至少大約為5％且長度/厚度比至少大約為50∶1的固體泡沫聚合物制品模塑成形；在這種方法的某些實施方案中熔體溫度低于大約380℃，在一些實施方案中低于大約300℃，而在另一些實施方案中低于大約200℃。
本發明還提供另一種方法，該方法包括把未發泡的聚合物材料注入模塑成形艙，并且讓聚合物材料形成本質上與模塑成形艙的形狀相同的微孔聚合物制品。該制品包括至少一個在三條相互垂直的正交軸線上的橫截面尺寸都至少大約為1/2英寸且空隙體積至少大約為50％的部分。
本發明提供的另一種方法包括把泡沫聚合物材料的流體母料在低于100℃的模塑成形艙溫度下注入模塑成形艙，并且讓該混合物在模塑成形艙中固化成微孔聚合物制品。該至少一個在三條相互垂直的正交軸線上的橫截面尺寸都至少大約為1/2英寸且空隙體積至少大約為50％的部分。模塑成形艙的溫度可以低于大約75℃、50℃、或30℃，而泡沫聚合物材料可以是聚烯烴。
另一種方法包括把未發泡的聚合物材料注入模塑成形艙，讓該混合物在模塑成形艙中固化成空隙體積至少為大約50％的微孔聚合物制品，然后按不足大約1分鐘的時間周期重復注射和固化步驟。
本發明提供的另一種方法包括把聚合物材料和發泡劑的單相流體溶液注入模塑成形艙同時讓所述溶液在足以引起微孔成核作用的第一壓降速率下承受快速壓降。本質上隨后立即允許泡孔生長，并且通過讓所述材料在逐漸下降的壓降速率下承受比第一壓降小的第二壓降來控制泡孔生長。
本發明的系統包括一個包括具有接收泡沫聚合物材料的母料和發泡劑的入口和出口的積聚器、與所述積聚器的出口流體連通的模塑成形艙以及與積聚器相關聯且結構和布局適合在系統操作期間把靠近模塑成形艙的積聚器的第一部分加熱到比積聚器的平均溫度至少高大約10℃的溫度的加熱裝置的系統。
本發明還提供一種系統，該系統包括一臺具有適合接收泡沫聚合物的母體并且結構和布局適合由所述母體生產流體聚合物材料的入口、位置適合交付來自所述擠塑機的流體聚合物材料的第一出口、在第一出口的下游與物理發泡劑的來源連接的發泡劑入口、在發泡劑入口的下游并且結構和布局適合生產流體聚合物母料和發泡劑的混合物的混合區、以及在混合區的下游位置適合交付流體聚合物母料和發泡劑的混合物的第二出口的擠塑機以及具有與所述擠塑機的第一出口流體連通的第一入口和與擠塑機的第二出口流體連通的第二入口的積聚器。
本發明還提供一種用來生產微孔型注塑材料的系統，該系統包括在出口端具有為釋放聚合物材料和發泡劑的未成核的均勻的流體單相溶液而設計的出口的擠塑機以及入口與擠塑機的出口流體連通的模塑成形艙。該系統的結構和布局適合把所述的單相溶液從擠塑機出口交付給模塑成形艙并且在填充模塑成形艙期間使所述的單相溶液成核，以便在模塑成形艙內形成成核的微孔聚合物材料的母料。
本發明還提供一種擠塑系統，該系統包括具有為接收擠塑材料而設計的入口、為釋放未成核的發泡劑和母料的流體混合物而設計的出口以及與發泡劑源連通的小孔的機筒和安裝在機筒內適合往復運動的螺桿。
本發明還提供一種生產微孔型注塑材料的系統，該系統包括作其出口端具有為釋放微孔聚合物材料的母料和發泡劑而設計的出口的擠塑機和入口與所述擠塑機出口流體連通的模塑成形艙。該系統的結構和布局適合周期性地把微孔聚合物材料的母料和發泡劑注入模塑成形艙。
本發明還提供一種擠塑系統，該系統包括具有為接收擠塑材料的母料而設計的入口、為釋放未成核的發泡劑和母料的流體混合物而設計的出口以及與發泡劑源連通的小孔的機筒。螺桿安裝在機筒內適合作往復運動。
本發明為生產熔融的微孔聚合物型材料準備的另一種系統包括指令和布局適合接收熔融的微孔聚合物材料的母料的入口、模塑成形艙和連接所述入口和模塑成形艙的通道。該通道包括位于入口和模塑成形艙之間的發散段，該發散段在保持橫截面積變化不超過大約25％的同時寬度至少增加大約100％。
本發明的另一種系統包括結構和布局適合接收熔融的微孔聚合物材料的母料的入口、模塑成形艙以及連接所述入口和模塑成形艙的通道。該通道包括具有適當的長度和橫截面尺寸的成核路徑，當聚合物材料和發泡劑的流體單相溶液以為該系統設計的速率通過該路徑時該成核路徑將按足以引起微孔成核的壓降速率在流動路中形成壓降。該通道包括位于成核路徑和模塑成形艙之間橫截面尺寸朝模塑成形艙方向遞增的泡孔生長區。
本發明的另一個系統與上述系統相同，但是在沒有必要包括橫截面尺寸遞增的泡孔生長區時該系統包括寬度/高度比至少大約為1.5∶1的成核路徑。
本發明的另一個系統類似于與上述系統，但是在該成核路徑不必具有至少大約為1.5∶1的寬度/高度比時其寬度等于模塑成形艙的一個尺寸。
在另一方面，本發明提供一種方法，該方法包括當擠塑螺桿在機筒內軸向移動時把發泡劑注入聚合物擠塑裝置的擠塑機機筒。在一個實施方案中，該方法包括把發泡劑從擠塑螺桿注入聚合物擠塑裝置的機筒。這種注射技術可以與各種各樣的微孔技術和傳統技術中的任何一種技術一起使用。在另一方面，本發明包括結構和布局適合在聚合物擠塑裝置的機筒內旋轉的擠塑螺桿，在該螺桿內包括一個與和小孔在螺桿表面上的小孔連通的管腔。這個管腔可用于把發泡劑注入擠塑機筒。
在另一方面，本發明提供生產注塑制品的系統。該系統包括擠塑機、模塑成形艙、連接擠塑機和模塑成形艙的流道以及與所述流道進行熱交換的溫度控制裝置。另一方面，本發明包括在擠塑機中形成發泡劑和注塑材料母體的流體混合物、通過流道把混合物輸送到模塑成形艙中、使模塑成形艙中的那部分流體混合物固化同時維持一部分混合物在流道中處于流動狀態，并且把補充的流體混合物注入流道，借此促使那部分流體混合物和流道內的物料進入模塑成形艙。
本發明還提供一種方法，該方法包括從擠塑機筒中回收一部分聚合物制品的流體母料、將這部分流體母料與發泡劑混合以形成混合物，以及把混合物再次引入機筒。
本發明還提供一種系統，該系統包括帶擠塑機機筒的擠塑機、模塑成形艙、以及與在機筒上位于上游的第一孔、位于下游的第二孔和發泡劑源流體連通的混合艙。
在另一方面，本發明提供一種形狀本質上與模塑成形艙相同的模塑泡沫制品，其中至少一個部分具有不超過大約0.125英寸的橫截面尺寸。
另一方面包括一種三維的泡沫聚合物制品，該制品有三條相交的主軸線與三個尺寸相對應，其中與第一軸線相關的尺寸之一作為位置的函數沿著垂直的第二軸線變化。該制品至少包括一個橫截面尺寸不超過大約0.125英寸的部分并且具有至少大約20％的空隙體積。
另一方面包括一種三維的聚合物泡沫制品，該制品有三條相交的主軸線對應于三個尺寸，其中與第一軸線相關的尺寸之一作為位置的函數沿著垂直的第二軸線變化。該制品至少包括一個橫截面尺寸不超過大約0.125英寸的部分。
在另一方面，本發明提供一種長度/厚度比至少大約為50∶1的聚合物注塑制件，該聚合物的熔體指數低于大約10。
在另一方面，本發明提供一種長度/厚度比至少大約為120∶1的聚合物注塑制件，該聚合物的熔體流動速率低于大約40。
在另一方面，本發明提供一種注塑的聚合物泡沫塑料，這種泡沫塑料具有至少大約為5％的空隙體積和沒有人的裸眼可見的八字形和漩渦的表面。
在另一個實施方案中，本發明以至少大約20％的空隙體積提供一種厚度不足大約0.125英寸的制品。制作這種制品的方法也提供了，該方法可以包括把與超臨界流體混合的聚合物材料引入模具(該模具包括內部尺寸不足大約0.125英寸的部分)，然后讓聚合物材料在模具中固化，引入和固化步驟是在不足10秒鐘的時間周期內發生的。
在另一個實施方案中，本發明提供一種形狀本質上與模塑成形艙相同并且包括至少一個在三條相互垂直的正交軸線上橫截面尺寸都至少為1/2英寸的部分的聚合物模塑制品。這種制品具有至少大約50％的空隙體積并且上是由包括平均泡孔壁厚的泡孔壁在內的泡孔定義的。這種制品沒有厚度比平均泡孔壁厚的大大約5倍的周期性的固體邊界。
在另一個實施方案中，本發明提供一種模塑的聚合物泡沫制品，該制品包括至少一個橫截面尺寸不超過大約0.075英寸且空隙體積至少大約5％的部分。
在另一個實施方案中，本發明提供一種模塑的聚合物泡沫制品，該制品包括至少一個橫截面尺寸介于大約0.075英寸和大約0.125英寸之間且空隙體積至少大約10％的部分。
在另一個實施方案中，本發明提供一種模塑的聚合物泡沫制品，該制品包括至少一個橫截面尺寸介于大約0.125英寸和大約0.150英寸之間且空隙體積至少大約15％的部分。
在另一個實施方案中，本發明提供一種模塑的聚合物泡沫制品，該制品包括至少一個橫截面尺寸介于大約0.150英寸和大約0.350英寸之間且空隙體積至少大約20％的部分。
在另一個實施方案中，本發明提供包括眾多泡孔的聚合物模塑制品，其中按總數計至少70％的泡孔具有不足150微米的泡孔尺寸。
在另一個實施方案中，本發明提供一種系統。這種系統包括在上游端有為接收聚合物制品的母料設計的入口、在下游端有出口的機筒。該機筒包括一個發泡劑口，該發泡劑口位于上游端和下游端之間、與發泡劑源流體連通、適合把來自發泡劑源的發泡劑引入在機筒內的母料，以便在機筒內形成母料和發泡劑的混合物。這個系統還包括入口接在發泡劑源上、出口接在機筒上的計量裝置。該計量裝置的結構和布局適合計量發泡劑從發泡劑源流向發泡劑口的質量流速。這個系統進一步包括模塑成形艙，該模塑成形艙具有與機筒的出口流體連通的入口，以便接收來自機筒的母料和發泡劑的混合物。
在另一個實施方案中，本發明提供聚合物泡沫制品的成形方法。該方法包括促使聚合物制品的母料流在擠塑裝置的機筒內朝下游方向流動。這種方法進一步包括把發泡劑以借助發泡劑的質量流計量的流速引入母料流，以便形成聚合物制品的流體母料和發泡劑的混合物。這種方法進一步包括把聚合物制品的流體母料的混合物注入與機筒流體連通的模塑成形艙。
在另一個實施方案中，本發明提供一種系統。這種系統包括在上游端具有為接收聚合物制品的母料設計的入口和在下游端具有出口的機筒。機筒包括位置在上游端和下游端之間并且具有眾多小孔的發泡劑口。這個發泡劑口與發泡劑源流體連通，以便把來自發泡劑源的發泡劑通過各個小孔引入在機筒里的母料，在機筒中形成母料和發泡劑的混合物。該系統進一步包括模塑成形艙，該模塑成形艙具有與機筒的出口流體連通用于接收來自機筒的母料和發泡劑的混合物的入口。
在另一個實施方案中，本發明提供一種聚合物制品的成形方法。該方法包括促使聚合物制品的母料流在擠塑裝置的機筒內朝下游向流動。該方法進一步包括通過使機筒與發泡劑源流體連通發泡劑口上的眾多小孔把來自發泡劑源的發泡劑引入母料流，以便形成母料和發泡劑的混合物，并且把母料的混合物注入與機筒流體連通的模塑成形艙。
在另一個實施方案中，本發明提供生產注塑的微孔材料的系統。該系統包括結構和布局適合積聚微孔材料的母料和發泡劑并且包括一個出口的積聚器。這個系統進一步包括結構和布局適合通過積聚器的出口周期性地注射微孔材料的母料的注射器。這個系統進一步包括模塑成形艙，該模塑成形艙具有與積聚器的出口流體連通的入口。模塑成形艙的結構和布局適合接收微孔材料的母料。
在另一個實施方案中，本發明提供一種方法。該方法包括積聚微孔聚合物材料的母料和發泡劑的裝模料以及把裝模料注入模塑成形艙。
通過結合不打算按尺寸繪制的示意性的附圖閱讀下面的詳細說明，本發明的其它的優點、新穎性特征和目的將變得顯而易見。在這些附圖中，用不同的附解說明的每個完全一樣的或者幾乎完全一樣的零部件都用一個數字表示。為了清楚起見，在沒有必要通過圖解說明為熟悉這項技術的人理解本發明創造條件的場合，并非每個零部件在所有的附圖中都被標注出來，本發明的每個實施方案的每個零部件并非都被展示。
附圖簡要說明在這些附圖中，

圖1圖解說明本發明的微孔材料注塑或擠塑成形系統，其中包括由成核路徑定義模塑成形艙的模孔的擠塑系統；圖1A圖解說明在圖1所示的系統中優選的多孔型發泡劑進料口的布局和擠塑螺桿。
圖2圖解說明包括積聚器的本發明的微孔材料注塑成形系統；圖3圖解說明本發明的模塑系統的模塑成形艙的一個實施方案，其中包括可移動的艙壁；
圖4圖解說明模塑成形艙的另一個實施方案，其中模塑成形艙是氣體加壓的模具；圖5圖解說明系統的一個積聚微孔材料并且使之模塑成形的操作階段，以便形成具有固體壁和微孔型的內部(富含發泡劑的區域和缺乏發泡劑的區域)的制品，其中積聚器是在注射之前就被裝滿了；圖6圖解說明圖5所示的系統處在注射之后立即進行的操作階段；圖7圖解說明圖5所示的系統處在一個注射周期之后填充積聚器期間的操作階段；圖8圖解說明用于在熔融聚合物中形成富含發泡劑的區域和缺乏發泡劑的區域的微孔材料的注塑系統，其中包括熔體泵、氣體注射口和混合機；圖9圖解說明在注塑成形系統或其他的擠塑系統中使用的螺旋形的螺桿，其中包括穿過螺桿的螺紋并且與發泡劑的來源流體連通的管腔，該管腔用于在擠塑機的機筒中分配發泡劑；圖10是用本發明的系統和方法制成的注塑制品的顯微鏡照片的復印件；圖11是本發明的注塑成形的微孔制品的顯微鏡照片的復印件；圖12是本發明的另一種注塑成形的微孔制品的顯微鏡照片的復印件；
圖13是本發明的另一種注塑成形的微孔制品的顯微鏡照片的復印件；圖14是本發明的另一種注塑成形的微孔制品的顯微鏡照片的復印件；圖15是本發明的另一種注塑成形的微孔制品的顯微鏡照片的復印件；圖16是用作對比的現有技術的未發泡的固體注塑制品的表面的顯微鏡照片的復印件；圖17是本發明注塑成形的微孔制品的表面的顯微鏡照片的復印件，該制品具有平滑的表面，在該表面上沒有人的裸眼可見的八字形和漩渦；圖18是表面包括人的裸眼可見的漩渦的注塑成形的泡沫聚合物制品的表面的顯微鏡照片的復印件；圖19按照本發明的另一個實施方案圖解說明模塑系統的俯視圖；圖20是沿著圖19中線20-20剖開的側視剖面圖。
本發明的詳細說明1996年12月20日申請的共同擁有的未審的美國專利申請第08/777,709號(題為“微孔聚合物的擠塑方法和裝置(Methodand Apparatus for Microcellular Polymer Extrusion)”)和分別在1998年3月5日和1998年7月23日公開的共同擁有的未審的國際專利出版物WO98/08667和WO98/31521在此通過引證并入。
本發明的各種實施方案和方面依據下面的定義將得到更充分理解。正像在本文中使用的那樣，“成核作用”定義聚合物材料的均勻的單相溶液所經歷的過程，通過這個過程溶解在該單相溶液中的在環境條件下呈氣態的物種的分子將形成所述物種的分子簇，該分子簇定義泡孔將從那里開始生長的“成核部位”。換言之，“成核作用”意味著從均勻的單相溶液朝混合物變化，在該混合物中形成至少幾個發泡劑分子積聚在一起的部位。成核作用定義溶解在聚合物熔體中的氣體脫離溶液在聚合物熔體內形成氣泡的懸浮體時的瞬間狀態。一般地說，這個過渡狀態是由于聚合物熔體的溶解度從足以在溶液中包含一定數量的氣體的溶解度狀態變化到不足以在溶液中包含相同數量的氣體的溶解度狀態而被迫發生的。成核作用可以通過使均勻的單相溶液經歷快速的熱力學不穩定(例如，快速的溫度變化、快速的壓力下降或兩者)來實現。快速的壓力下降可以利用下面定義的成核路徑來建立。快速的溫度變化可以用擠塑機的加熱段、灼熱的甘油浴槽或類似的東西來實現。如同在本文中使用的那樣，“微孔成核作用”意味著泡孔密度足夠高足以在受控膨脹時形成微孔材料的成核作用。“成核劑”是添加到聚合物中能夠促使成核部位在均勻的單相溶液中形成的制劑，例如滑石粉或其他填料顆粒。因此，“成核部位”不定義成核劑在聚合物內的駐留位置。“成核”指的是流體聚合物材料的一種狀態，它已經包含把被溶解的在環境條件下呈氣態的物種包括在內的均勻的單相溶液，在某種事件(通常是熱力學不穩定事件)之后將導致成核部位的形成。“未成核”指的是由聚合物材料和被溶解的在環境條件下呈氣態的物種的均勻的單相溶液定義的一種沒有成核部位的狀態。“未成核的”材料可以包括滑石粉之類的成核劑。“聚合物材料/發泡劑的混合物”可以是至少兩種成分的未成核的單相溶液、至少兩種成分的成核溶液、或發泡劑的泡孔已經在其中生長的混合物。“成核路徑”意味著定義一條路徑，該路徑構成微孔聚合物泡沫塑料擠塑裝置的一部分，并且在裝置的設計運行條件下(通常是成核裝置的上游壓力從大約1500psi到大約30,000psi，流動速率大于每小時大約10磅聚合物材料)與發泡劑混合在一起的聚合物材料的單相溶液的壓力在該路徑中以有利于迅速成核的速率下降到適合特定的發泡劑濃度的飽和壓力以下。成核路徑非必選地與其它成核路徑一起定義本發明的裝置的成核作用區或成核區。正像在本文中使用的那樣，“增強劑”指的是結構和布局適合提高材料的尺寸穩定性、強度或韌性的本質上呈固態的輔助材料。正像在美國專利第4,643,940號和第4,426,470號中描述的那樣，這樣的制劑以纖維材料為代表。“增強劑”按定義不必包括結構和布局不適合提高尺寸穩定性的填料或其他添加物。熟悉這項技術的人可以結合某種特定的材料對添加物進行試驗，以確定它是否是增強劑。
本發明提供用于包括微孔聚合物材料的聚合物材料的流動注塑和注塑成形的系統和方法，以及在流動注塑和注塑成形中有用在與其他技術結合時也有用的系統和方法。例如，盡管以介紹注塑和流動注塑為主，但是熟悉這項技術的人可以輕易地修改本發明，以便用在其它模塑方法中，例如，不受限制地用于低壓注塑、共注塑成形、層壓模塑、注射壓制等。就本發明的目的而言，微孔材料被定義為平均泡孔尺寸(直徑)小于大約100微米的泡沫材料，或泡孔密度通常至少大于106個泡孔/立方厘米的材料，或者優選具有兩種特征的材料。非微孔泡沫塑料的泡孔尺寸和泡孔密度都在這些范圍之外。微孔材料的空隙率通常在5％和98％之間變化。超微孔材料是為本發明定義的，其泡孔尺寸小于1微米、泡孔密度超過1012個泡孔/立方厘米。
在優選的實施方案中，按本發明生產的微孔材料具有不足大約50微米的平均泡孔尺寸。在一些實施方案中，特別小的泡孔尺寸是符合要求的，在這些實施方案中，本發明的材料具有小于大約20微米、優選小于大約10微米、更優選小于大約5微米的平均泡孔尺寸。微孔材料優選具有大約100微米的最大的泡孔尺寸。在需要特別小的泡孔尺寸的實施方案中，材料可以具有大約50微米、更優選大約25微米，更優選大約15微米，更優選大約8微米和更優選大約5微米的最大泡孔尺寸。一套實施方案包括這些注明的平均泡孔尺寸和最大泡孔尺寸的全部組合。例如，這套實施方案中的一個實施方案包括平均泡孔尺寸小于大約30微米、最大的泡孔尺寸大約為50微米的微孔材料；作為另一個實施例，其平均泡孔尺寸小于大約30微米、最大的泡孔尺寸大約為35微米。換言之，可以生產為各種目的設計的微孔材料，該材料可以具有為那個目的優選的平均泡孔尺寸和最大泡孔尺寸的特殊組合。下面將更詳細地介紹泡孔尺寸的控制。
在一個實施方案中，按照本發明的技術生產了本質上閉孔的微孔材料。正像足本文中使用的那樣，“本質上閉孔”意味著規定在厚度大約100微米的材料中不包含穿過材料連通泡孔的路徑。
現在參照圖1，該圖示意地說明能夠按照本發明的各種實施方案實施模塑成形的模塑系統30。圖1所示的系統30包括具有上游的第一端34和下游的第二端36的機筒32，其中下游的第二端與模塑成形艙37連接。螺桿38可旋轉地安裝在機筒32內，其上游端可操作地連接到驅動馬達40上。雖然沒有詳細地說明，但是螺桿38包括進料段、過渡段、氣體注射段、混合段和計量段。
溫度控制單元42非必選地沿著機筒32被置于適當的位置。控制單元42可以是電加熱器、可以包括提供溫控流體的通道和/或類似的東西。單元42可以用于給機筒內的聚合物粒料或聚合物流體的物料流加熱，以便促進該物料流熔融和/或冷卻該物料流借此控制粘度以及在某些情況下控制發泡劑的溶解度。溫度控制單元沿著機筒可以在不同的位置有不同的操作，即在一個或多個位置加熱，以及在一個或多個不同的位置冷卻。溫度控制單元的數量可以是任意的。
機筒32的結構和布局適合接收聚合物材料的母料。正像在本文中使用的那樣，“聚合物材料的母料”意味著包括所有的本身是流體或能夠形成流體并且隨后能夠硬化成微孔聚合物制品的材料。通常，母料是由熱塑性的聚合物粒料定義的，但可以包括其他物種。例如，在一個實施方案中，母料可以由將在各種條件下反應形成所述的微孔聚合物材料的物種來定義。本發明意味著包括用任何能夠一起反應形成聚合物的物種的組合(通常是在發生反應時被混合在一起并且發泡的單體或低分子量聚合物母料)生產微孔材料。一般的說，本發明所包含的物種包括熱固性聚合物，其中由于聚合物成分交聯引起的聚合物分子量的大幅度增加發生在反應期間和發泡期間。例如，包括脂肪族和芳香族聚酰胺在內的縮合和加成型的聚酰胺，例如，聚己二酸己二醇酯、聚(e-己內酰胺)；多烯，例如芳環聚合物，包括聚聯二環戊二烯；丙烯酸聚合物，例如，聚丙烯酰胺、polyacrylamate；聚丙烯酸酯，例如，聚2-氰基丙烯酸酯、聚丙烯腈；以及它們的組合。
優選的是，熱塑性聚合物或熱塑性聚合物的組合選自非晶形的、半結晶的和結晶的材料，包括聚烯烴，例如聚乙烯和聚丙烯；含氟聚合物；可交聯的聚烯烴；聚酰胺；聚氯乙烯；以及芳烴聚合物，例如包括聚苯乙烯在內的苯乙烯類聚合物。另外，熱塑性彈性體也可以使用，尤其受金屬茂催化的聚乙烯。
雖然母料可以是通過小孔注入然后在機筒內借助聚合輔劑聚合的流體預聚材料，但是引入聚合物材料的母料通常是利用適合容納待通過小孔46喂入擠塑機筒的聚合物粒料的標準料斗44。鑒于本發明，唯一重要的是在系統中建立流動的聚合物材料物料流。
如圖1所示，在螺桿38的下游端48的下游是區域50，該區域可以是溫度調控區、輔助混合區、輔助泵送區或類似的區域。例如，區域50可以像下面介紹的那樣包括溫度控制單元，以便在成核之前調整流體聚合物的物料流的溫度。區域50可以改為或另外包括附加的標準混合單元(未示出)，或齒輪泵之類的流量控制單元(未示出)。在另一個實施方案中，區域50可以被依次安裝的可以包括冷卻段的第二螺桿代替。在螺桿38是注塑成形系統中的往復螺桿的實施方案中(下面更全面地介紹)，區域50可以定義一個在注入模具37之前積聚聚合物材料和發泡劑的未成核的單相溶液的積聚區。
按照本發明生產微孔材料優選使用物理發泡劑，即在環境條件下呈氣態的發泡劑(下面更全面地介紹)。但是，化學發泡劑也可以使用并且可以用引入料斗44斗聚合物粒料進行調配。適當的化學發泡劑包括那些分子量通常比較低的有機化合物，這類化合物在臨界溫度下或在擠塑過程中能實現的另一種條件下將分解并且釋放一種或多種氣體，例如，氮氣、二氧化碳或一氧化碳。實例包括偶氮化合物，例如偶氮二酰胺。
如上所述，在優選的實施方案中使用物理發泡劑。使用物理發泡劑而不是化學發泡劑的實施方案的優點之一是產品的回收再利用性增加到最大限度。使用化學發泡劑通常降低了再利用聚合物的魅力，因為殘留的化學發泡劑和發泡劑的副產物對非始終如一的可回收材料全面匯集有貢獻。由于用化學發泡劑發泡的泡沫塑料在完成最終的泡沫塑料產品的生產之后固有地包括未反應的殘留化學發泡劑以及形成發泡劑的反應的化學副產物，所以在這組實施方案中本發明的材料包括殘留的化學發泡劑或化學發泡劑的化學副產物，優選殘留量比在用5wt％以上化學發泡劑發泡的制品中原來發現的殘留量少。在特別優選的實施方案中，該材料是以本質上沒有殘留的化學發泡劑或沒有化學發泡劑的反應副產物為特征的。換言之，它們包括更少的原本在用任何化學發泡劑發泡的制品中發現的殘留的化學發泡劑或副產物。在這個實施方案中，沿著系統30的機筒32至少存在一個與物理發泡劑的來源56流體連通的口54。熟悉這項技術的人已知的任何物理發泡劑(例如氦、碳氫化合物、含氯氟烴、氮、二氧化碳和類似的東西)或它們的混合物都可以與本發明結合使用，按照優選實施方案，源56提供二氧化碳作為發泡劑。超臨界流體發泡劑是特別優選的，特別是超臨界二氧化碳。在一個實施方案中，單獨使用超臨界二氧化碳作為發泡劑。超臨界的二氧化碳可以被引入擠塑機并且與聚合物材料迅速形成單相溶液，其方法是把二氧化碳作為超臨界流體注入，或者把二氧化碳作為氣體或液體注入并且允許擠塑機內的條件致使二氧化碳在數秒內變成超臨界的。在超臨界狀態下把二氧化碳注入擠塑機是優選的。超臨界的二氧化碳與聚合物材料以這種方式形成的單相溶液具有非常低的粘度，這有利地允許在更低的溫度下模塑成形以及迅速填充具有緊公差的模具，以便形成非常薄的模塑制件，下面將更詳細地討論。
壓力和計量裝置58通常在發泡劑源56和所述的至少一個口54之間提供。裝置58可以用來計量介于0.01磅/小時和70磅/小時之間、或介于0.04磅/小時和70磅/小時之間、更優選介于0.2磅/小時和12磅/小時之間的發泡劑的質量，以便控制發泡劑在擠塑機內的聚合物流中的量，使發泡劑維持在希望保持的水平。按照一組實施方案，根據聚合物流和發泡劑的重量，在聚合物流中發泡劑的量按聚合物材料和發泡劑的混合物重量計介于大約0.1％和25％之間，優選介于大約6％和20％之間，更優選介于大約8％和15％之間，更優選介于大約10％和12％之間。實際使用的發泡劑(二氧化碳，氮，等等)和發泡劑的用量往往取決于所需要的聚合物、密度減少、泡孔尺寸和物理性質。在用氮作為發泡劑的實施方案中，發泡劑是以介于0.1％和2.5％之間的量存在的，在某情況下優選介于0.1％和1.0％之間；在用二氧化碳作為發泡劑的場合，發泡劑的質量流在某些情況下可以介于0.1％和12％之間，在優選的實施方案中介于0.5％和6.0％之間。
壓力和計量裝置可以被接到控制器(未示出)上，該控制器還可以接到驅動馬達40上，控制與聚合物材料的流動相關的發泡劑計量，以便非常精確地控制發泡劑在流體聚合物的混合物中的重百分比。例如，發泡劑的質量流速在優選的情況下可以控制到其變化不超過±0.3％。雖然口54可以沿著機筒定位在任何位置上，但是按照優選的實施方案它恰好定位螺桿的混合段60的上游，位于螺桿的螺紋未斷開的位置62處。
現在參照圖1A，在這張圖中更詳細地展示出發泡劑口的優選的實施方案，此外，在機筒的頂部和底部側面上的兩個口也被展示出來。在這個優選的實施方案中，口54位于螺桿38的混合段60(包括徹底斷開的螺紋)的上游，至混合段上游的距離不超過大約4個完整的螺距，優選不超過大約2個完整的螺距或1個完整螺距。這樣定位，注入的發泡劑非常迅速地被均勻地混合到聚合物流體流中，從而很快地生產出泡沫材料的母料和發泡劑的單相溶液。
在優選實施方案中被圖解說明的口54是一個多孔口，其中包括眾多把發泡劑源與擠塑機的機筒連接起來的小孔64。如圖所示，在優選的實施方案中，圍繞著擠塑機的機筒在不同位置呈放射狀地提供許多個口54，而且這些口可以縱向排成一行。例如，眾多的口54可以圍繞著擠塑機的機筒按12點、3點、6點和9點的位置布置，每個口都包括許多小孔64。以這種方式，在把每個小孔64都看成是一個發泡劑孔都情況下，本發明包括這樣的擠塑裝置，該裝置具有至少10個、優選至少大約40個、更優選至少大約100個、更優選至少大約300個、更優選至少大約500個、更優選還至少大約700個與擠塑機的機筒流體連通的發泡劑孔使機筒與發泡劑源流體連通。
當螺桿安裝在機筒中時一個或多個發泡劑孔沿著擠塑機的機筒定位在毗鄰全然未斷的螺紋65，這種布局(如圖1A所示)也在優選的實施方案中。這樣，隨著螺桿旋轉，每個螺紋都定期地通過即“刮擦”每個小孔。這種“刮擦”加快了發泡劑和泡沫材料的流體母料的迅速混合，在一個實施方案中，這是通過迅速地打開和關閉每個小孔實現的，因為當螺紋相對小孔大到足以在與小孔對齊時完全阻斷小孔時它將周期性地阻斷每個小孔。結果是發泡劑在注射時立即被分成比較細小的孤立區域在進行任何混合之前分布在流動的聚合物材料中。在這種布局中，當標準螺桿以大約30rpm當轉速旋轉時，螺紋將以至少大約0.5次/秒、更優選至少大約1次/秒、更優選至少大約1.5次/秒、更優選至少大約2次/秒的速率通過每個小孔。在優選的實施方案中，口54被定位在距離螺桿的起始端(在上游端34處)大約15至大約30個機筒直徑的位置。
所述的布局有利于按照一套實施方案實踐本發明的方法。該方法包括把在環境條件下呈氣態的發泡劑引入以至少大約40磅/小時的速率流動的流體聚合物材料，并且在不足大約1分鐘的周期內在聚合物中形成發泡劑流體的單相溶液。在這種布局中，發泡劑流體根據溶液的重量以至少大約2.5％的量存在于溶液中。
在優選的實施方案中，流體聚合物材料的流速是至少大約60磅/小時、更優選至少大約80磅/小時，在特別優選的實施方案中，該流速至少大于大約100磅/小時；發泡劑流體是外加的并且在1分鐘之內形成單相溶液，在該溶液中發泡劑按重量計是以至少大約3％、更優選至少大約5％、更優選至少大約7％、更優選至少大約10％的量存在的(盡管在另一組優選的實施方案中使用的是水平比較低的發泡劑)。在這些布局中，每小時至少大約2.4磅發泡劑(優選CO2)被引入流體流并且與該流體流混合成單相溶液。為了獲得最佳的發泡劑濃度，發泡劑的引入速率是與聚合物的流動速率相匹配的。
超臨界流體發泡劑還有一個優點，即它使不同的聚合物快速地直接混合變得容易，因此提供一種用于不同的聚合物材料的混合和模塑成形方法，而且沒有模塑后分層的后顧之憂。例如，不同的聚合物材料包括聚苯乙烯和聚丙烯，或者聚苯乙烯和聚乙烯。這些不同的材料通常具有顯著不同的粘度、極性或化學的功能性，在大多數系統中它們不形成混合均勻的組合物，從而導致分層或其它物理性質降低或物理性質低下。在這個實施方案中，優選的是至少存在兩種不同的成分，其中數量較少的成分按重量計至少大約1％，優選至少大約5％，更優選至少大約10％，更優選至少大約20％。
典型的用來形成不同的聚合物材料的組合物的現有技術包括擠塑不同的聚合物材料并且造粒，然后作為粒料用圖1所示系統中的料斗44提供。按照本發明的這個方面，使用超臨界流體發泡劑消除了使用預混粒料或混合裝備的必要性。在這方面，不同的聚合物粒料的混合物(例如聚苯乙烯粒料和聚丙烯粒料的混合物)可以用料斗44提供，熔融后與超臨界流體發泡劑緊密混合，然后作為充分混合的均勻混合物被擠出。在本發明的這個方面，發泡劑和包括不同材料的多組分的聚合物材料的單相溶液可以按下邊指定的流速和時間周期形成。本發明的這個方面可以用于借助擠塑技術、在此介紹的模塑成形技術或其他技術形成由至少兩種不同的聚合物材料組成的抗分層的聚合物制品。
所述的布局使根據本發明的幾個實施方案被實踐的方法容易與注塑或流動注塑成形相結合。這種方法包括把在環境條件下呈氣態的發泡劑引入以大約0.4磅/小時至大約1.4磅/小時的速率流動的流體聚合物材料，以及在不足大約1分鐘的時間周期內在聚合物中形成發泡劑流體的單相溶液。在這種布局中，發泡劑流體以溶液的重量為基礎按重量計以至少大約2.5％的量存在于溶液中。在一些實施方案中，流體聚合物材料的流速從大約6磅/小時至12磅/小時。在這些布局中，發泡劑流體是外加的并且在1分鐘之內形成單相溶液，其中發泡劑按重量計以至少大約3％、更優選至少大約5％、更優選至少大約7％、更優選至少大約10％的量存在于溶液中(盡管在另一組優選的實施方案中使用較低水平的發泡劑)。在這些布局中，每小時至少有2.4磅發泡劑(優選CO2)被引入流體流并且被混合成單相溶液。為了獲得最佳的發泡劑濃度，發泡劑的引入速率與聚合物的流速是匹配的。
區域50的下游是為包括壓力下降的成核路徑67而構成的成核裝置66。正像在本文中使用的那樣，在壓力快速下降的意義上“成核路徑”意味著定義一條路徑，該路徑構成微孔聚合物泡沫擠塑裝置的一部分并且在該路徑中聚合物材料與發泡劑混合而成的單相溶液的壓力在為該裝置設計的操作條件下(通常，在成核裝置上游壓力為大約1500psi到30,000psi，流速高于每小時大約5磅聚合物材料)在系統中以有利于成核的一種或多種速率下降到特定的發泡劑濃度的飽和壓力以下。成核路徑67包括接收聚合物母料和發泡劑的單相溶液的入口端69以及把成核的聚合物材料交付給模塑成形艙或模具37的成核聚合物釋放端70。成核裝置66可以定位在介于區域50的下游和模具37的上游之間的各個位置。在優選實施方案中，成核裝置66位于在直接與模具37流體連通的位置上，以致該成核裝置定義一個把擠塑機接到模塑成形艙上的噴嘴，而成核聚合物的釋放端70定義模塑成形艙37的注孔。按照一組實施方案，本發明在于成核裝置放在模具的上游。盡管沒有予以圖解說明，但是成核裝置66的另一個實施方案包括其結構和布局使橫截面尺寸可變的成核路徑67，即可以調整其橫截面的路徑。橫截面可變的成核路徑允許壓降速率在通過該路徑的流體聚合物材料的物料流中發生變化，以便獲得需要的成核密度。
在一個實施方案中，使用橫截面尺寸中沿著其長度變化的成核路徑。具體地說，橫截面尺寸朝下游方向逐漸減小的成核路徑可以大幅度提高壓降速率，因此允許用較低水平的發泡劑制造泡孔密度非常高的微孔材料。這些和其他的可效仿的優選的成核裝置在未審的美國專利申請第08/777709號(題為“微孔材料的擠塑方法和裝置和國際專利申請第PCT/US97/15088號(題為“微孔聚合物的擠塑方法和裝置”)中均有介紹，這兩份前面引證過的專利申請都是安德森等人的。
盡管路徑67定義了成核路徑，但是一些成核作用本身也可以在填充模具期間由于作用在聚合物材料上的壓力以非常高的速率下降而發生在模具中。
圖1所示的系統圖解說明本發明的一個一般的實施方案，其中聚合物材料和發泡劑的未成核的單相溶液在借助螺桿38的旋轉作用被推入模塑成形艙都37的同時借助快速壓降成核。這個實施方案說明流動注塑成形技術，并且在這實施方案中只需要使用一個發泡劑注射口54。
在另一個實施方案中，系統30的螺桿38是往復式螺桿，并且該系統定義一種注塑成形系統。在這個實施方案中，螺桿38被安裝成適合在機筒32內作往復運動，該螺桿包括眾多沿著機筒32軸向布局的發泡劑入口即發泡劑注入口54、55、57、59和61，并且每個發泡劑注入口都把機筒32流體連通地連接到壓力計量裝置58和發泡劑源56上。每個注入口54,55,57,59和61都可以包括自己的機械截止閥154、155、157、159和161，這些截止閥允許進入擠塑機的機筒38的發泡劑的流動作為往復式螺桿38在機筒內軸向位置的函數受到控制。按照這個實施方案，流體聚合物材料和發泡劑的裝模料(在一些實施方案中，它可以是未成核的單相的裝模料)在操作時是在螺桿38的下游端48的下游的區域50中積聚的。螺桿38在機筒32中被迫朝遠端(下游)移動，從而使區域50中的裝模料注入模具37。然后，為了釋放注塑成形的制件可以關閉模具37的注孔70附近的機械截止閥64并且打開模具37。然后，螺桿38邊旋轉邊朝近端(朝機筒的上游端34)回縮，而截止閥161在截止閥155,157,154和159全部關閉時被打開，從而允許發泡劑僅僅通過最遠端的口61注入機筒。隨著機筒邊旋轉邊回縮，當截止閥159被打開時截止閥161被關閉，接下來，當閥門154被打開時閥門159被關閉，依此類推。換言之，控制來自發泡劑源56的發泡劑注入機筒32的各個截止閥是這樣受控的，即發泡劑的注入位置隨著螺桿38朝近端回縮沿著機筒朝近端(即朝上游方向)移動。結果是沿著螺桿38在某個位置注入的發泡劑本質上保持恒定。因此，發泡劑被加到流體聚合物材料中，然后與該聚合物材料混合，混合程度和混合持續時間是一致的，取決于螺桿38在機筒內的位置。所以，為了實現被打開的注入口之間的平穩過渡和使發泡劑的注入位置沿著機筒38基本保持不變，不止一個截止閥155、157等可以被同時打開或至少部分地被同時打開。
一旦機筒38完全縮回(發泡劑最后僅僅通過注入口55引入)，所有的發泡劑截止閥都被關閉。在這個時刻，在機筒之中的遠端區域50內是流體聚合物材料/發泡劑的本質上均勻的混合物。然后，截止閥64被打開，螺桿38朝遠端推進，以便把聚合物材料和發泡劑的裝模料注入模具37。
本發明的這個實施方案包括往復式螺桿，它可以用于生產非微孔泡沫塑料或微孔泡沫塑料。在生產非微孔泡沫塑料時，遠端區域50中積聚的裝模料在比較低的壓力下可以是在聚合物材料中包含發泡劑的泡孔的多相混合物。這種混合物注入模具37將導致泡孔生長和傳統的泡沫塑料生產。在生產微孔材料時，未成核的單相溶液積聚在區域50中并且在發生成核作用的同時被注入模具37。
所述的布局使根據本發明的另一套實施方案實踐的方法變得容易，在那套實施方案中聚合物材料中的發泡劑濃度是變化的，聚集在機筒的遠端區域50中的裝模料在不同位置具有不同的發泡劑濃度。為了獲得不一致的發泡劑濃度，這可以通過控制截止閥155,157,154,159和161來實現。用這項技術可以生產有密度變化的制品，例如，具有密實的外層和泡沫狀的內芯的制品。用于形成各個部分的密度有所改變的制品的一項技術下面將參照圖5-7予以全面闡述。
盡管沒有展示，但是模具成形艙37可以包括一些排氣口，以允許模具內的空氣在注射期間逸出。這些排氣口可以按在注射期間提供足以控制泡孔生長的返壓的尺寸制造，以致在模塑成形艙中出現均勻的微孔泡沫。在另一個實施方案中，被傳播到，聚合物材料和發泡劑的未成核的單相溶液在被注入打開的模具期間成核，然后，模具被閉合，以便形成微孔制品。
按照另一個實施方案，提供一種使用獨立的積聚器的注塑成形系統。現在參照圖2，注塑成形系統31包括類似于用圖1圖解說明的擠塑機。該擠塑機可以像圖1所示系統那樣包括做往復運動的螺桿。為了在注入模塑成形艙37之前積聚熔融的聚合物材料，提供至少一個積聚器78。擠塑機包括借助導管53與積聚器的入口79流體連通的出口51，以便把聚合物材料和發泡劑的未成核單相溶液交付給積聚器。
積聚器78包括殼體81和結構和布局適合在積聚器殼體內(朝近端和朝遠端)軸向移動的活塞83。該活塞可以縮回近端并且允許通過入口79用聚合物材料/發泡劑填充積聚器，然后可以被推向遠端，以便迫使聚合物材料/發泡劑的混合物進入模具37。在處于縮進位置時，允許在積聚器78中積聚由熔融的聚合物材料和發泡劑組成的單相溶液定義的裝模料。當積聚器78被填滿時，系統(例如，用水壓控制的可回縮的注射氣缸(未示出)迫使積聚的裝模料通過成核裝置66和迫使獲得的成核混合物進入模塑成形艙37。這種布局圖解說明另一個實施方案，在這個實施方案中聚合物材料和發泡劑的未成核的單相溶液由于填充模塑成形艙的過程而成核。另外，壓降成核裝置可以位于區域50的下游和積聚器78的上游，以致成核的聚合物的材料而不是未成核的材料被積聚起來，然后被注入模具37。
在另一種布局中，往復式螺桿擠塑機(例如，用圖1圖解說明的那種)可以與圖2的系統31一起使用，以便在活塞83上的壓力高到足以阻止成核作用在積聚器內發生時(如果在積聚器中提供成核的材料則是足以防止泡孔生長時)成功地注射聚合物材料和發泡劑組成的裝模料(在把裝模料從擠塑機推向積聚器時它既可以保持未成核狀態也可以是成核的)。當眾多裝模料已被引入積聚器時，可以打開截止閥64，并且驅動活塞83超遠端移動以便把積聚器內的裝模料轉移到模具37中。這對于生產非常大的制件可能是有利的。
球式止逆閥85定位在積聚器的入口79附近，以便控制材料進入積聚器的流動、防止回流到擠塑機中以及維持維系未成核的發泡劑和熔融的聚合物材料的單相溶液所需的系統壓力或防止引入的成核的材料的泡孔生長。注塑成形系統31可以非必選地包括多個與與擠塑機30和模塑成形艙37流體連通的積聚器，以便提高生產速度。
系統31包括幾個附加的零部件，下面將更全面地介紹。
圖3和圖4圖解說明按照替代實施方案與本發明的注塑成形系統一起使用的模塑成形艙。在圖3中，艙壁可移動的模塑成形艙71被示意地圖解說明，其中包括內腔84、溫度控制要素82、可移動的艙壁80、加壓裝置(未示出)，并且在被圖解說明的優選的實施方案中還包括至少一個成核裝置66，該成核裝置包括定義模腔84的注孔的具有入口端69和釋放端70的成核路徑67。在一個實施方案中，艙壁可移動的模塑成形艙71包括眾多成核裝置66。在用聚合物母料和發泡劑的成核的混合物填充模具時可移動的艙壁80可以通過調整增大模具的容積，因此保持模具內的壓力恒定。這樣，泡孔的生長可以受到適當的限制或控制。
在圖4中，氣體反壓式模塑成形艙73被示意地圖解說明，其中包括模腔84、溫度控制要素82、壓力控制器86、密封件92，并且在被圖解說明的優選實施方案中還包括至少一個成核裝置66，該成核裝置包括定義模塑成形艙73的注孔的成核路徑67。正像前面介紹的那樣，成核路徑67具有入口端69和定義模腔84的注孔的釋放端70。模具內的壓力可以借助壓力控制器86來維持，以便限制或控制泡孔在被引入模具的成核的混合物中生長。
壁面可移動的模具、模具中具有氣體壓力控制器和溫度控制要素的模具的任何組合都能被用于各種目的。正像被討論的那樣，為了限制或控制成核混合物中的泡孔在模具內生長，各種條件可以是受控的。溫度控制測量結果的另一個用途是可以使一部分模具壁或整個模具壁維持在比較高或比較低的溫度，從而使靠近壁面的區域(即靠近微孔模具和產品表面的區域)相對在模具中成形的制品中心區域具有更大或更小的泡孔生長。
在本發明的一個實施方案中，比較厚微孔聚合物材料是模塑成形的，例如，包括至少一個厚度至少0.500英寸的部分的材料是通過在模具中建立成核的微孔聚合物母料，然后使模具迅速地“龜裂”或打開，以便允許形成比閉合的模腔大的制件。當模具龜裂時，相應的壓降引起泡孔生長。成核的混合物被允許按模具或閉合空間的形狀局部固化，以便按閉合空間的形狀形成第一微孔聚合物制品，然后把它從該閉合空間中取出并且允許它進一步膨脹，以便為了形成形狀比閉合空間大的第二微孔聚合物制品。在一些方面，為了控制密度和泡孔結構，在模具龜裂之后可以繼續注塑或流動注塑。換言之，溶液可以在成核的同時被引入模具，同時模具可以先龜裂，再進一步打開，以便控制模具中的返壓和控制最終獲得的制件尺寸和泡孔的密度和結構。這也可以用在本文中描述的類似的壁面可移動的模具來完成。
本發明考慮到聚合物泡沫塑料的周期性的快速模塑成形。注塑成形之后，在不足大約10分鐘的周期里，第二份成核的混合物就可以被注入模塑成形艙，然后讓它發泡和按閉合空間的形狀固化，最后被取出。優選的是該時間周期不足大約1分鐘、更優選不足大約20秒鐘。把材料引入模具和固化之間的時間通常不足大約10秒鐘。時間周期短是由于泡沫材料的重量減少(更少質量待冷卻)以及超臨界流體發泡劑的低粘度使低熔體溫度成為可能。熔體溫度越低，注塑制件之前需要吸收低熱量越少。
現在參照圖形5-7，本發明的另一個使用系統31的實施方案被圖解說明，并且系統31現在將得到更全面的闡述。系統31也包括連接擠塑機出口90和積聚器入口91的無發泡劑的導管88。積聚器的入口91位于積聚器的活塞83的正面。機械截止閥99沿著導管88定位，優選在出口90附近。擠塑機出口90在擠塑機中位于發泡劑入口54(或者多個發泡劑入口，就像在用圖1圖解說明的擠塑布局中那樣，那種布局在用圖5-7描述的系統中也被采用)的上游，但位于擠塑機中足夠遠的下游，在那里它能交付流體聚合物材料94。由導管88遞送的流體聚合物材料94是缺乏發泡劑的材料，并且可能根本沒有發泡劑。因此，該系統包括第一出口90和第二出口51，其中第一出口的位置適合把來自擠塑機的本質上沒有發泡劑的流體聚合物材料(即以低發泡劑濃度)交付給積聚器的第一入口91，而第二出口位于擠塑機的混合段下游適合把流體聚合物材料和發泡劑的混合物(其發泡劑濃度比由出口90交付的高，即富含發泡劑的材料)交付給積聚器的第二入口79。積聚器可以包括加熱單元96，以便其中的聚合物材料的溫度。積聚器包括一個出口，該出口是成核裝置66的入口69。定義成核路徑67的通道(或噴嘴)把積聚器78接到模塑成形艙37上。
包括位于積聚器的第一入口和第二入口的球式止逆閥98、85和機械閥64、99的一系列閥門根據需要分別控制材料從擠塑機到積聚器和從積聚器到模具的流動，就像下面一些實施方案描述的那樣。
在所有的實施方案中，本發明都包括適當地維持整個系統的壓力的能力，以便在成核不符合要求的場合(在成核裝置上游)防止過早地成核，或在成核作用已經發生但泡孔生長是不希望的或令人滿意地受到控制的場合阻止泡孔生長。
按照本發明的一個實施方案實踐該方法包括把缺乏發泡劑的材料注入模具以便形成接近固體的皮層，接下來把富含發泡劑的材料注入模具以便形成泡沫狀的內芯。這將參照圖5-7予以介紹。盡管沒有同步地予以圖解說明，但是這種方法也能用于形成具有泡沫狀的外層和密實的內芯的制品。
圖5圖解說明一種情況，其中不包含發泡劑或僅僅包含有限的發泡劑的聚合物材料(材料94)是在兩個位置即積聚器的遠端和積聚器的近端提供的。換言之，缺乏發泡劑的材料94是出現在活塞83正前方、成核路徑67中以及靠近成核路徑67的上游。在積聚器中，在這些缺乏發泡劑的材料94的區域之間是富含發泡劑的材料101的區域。在這個時刻，打開接在模具37上的機械閥64并且驅動活塞83朝下游移動，以便迫使積聚器78中的材料進入模具37。這是用圖6予以圖解說明的。缺乏發泡劑的材料的第一部分排在模具表面，形成本質上密實外壁，接下來，富含發泡劑的材料101填充模具的中心并且在進入模具的同時成核。活塞移動的遠端極限距積聚器的末端有一個短距離，而位于活塞正前方的缺乏發泡劑的材料的區域現在位于積聚器的遠端并且充滿積聚器的成核路徑。然后關閉閥門64并且從模具37中取出最終獲得的制件。在關閉機械閥99的情況下，隨著活塞朝近端回縮，驅動擠塑機把富含發泡劑的材料(優選作為聚合物材料和發泡劑的未成核的單相溶液)引入積聚器，如圖7所示。活塞對積聚器中的材料施加一定的壓力，以便維持材料101處于未成核的狀態。當活塞幾乎達到其近端極限時，打開機械閥99，于是允許缺乏發泡劑的材料94填充積聚器中恰好在活塞正前方的那個部分，如圖5所示。圖5表示恰好注入模具之前周期的完成情況。
在本發明與圖5-7有關的另一個實施方案中，具有缺乏發泡劑的外壁和富含發泡劑的微孔泡沫內芯的注塑微孔制品可以形成，而且不需要以如圖所示的那種把富含發泡劑的材料夾在缺乏發泡劑的材料之間的方式填充積聚器78。在這個實施方案中，富含發泡劑的材料充滿模具，而且由成核路徑67定義的積聚器的最遠端部分被加熱到比積聚器的其余部分更熱的程度。這可以利用毗鄰成核裝置的加熱單元103來完成。如果需要，可以提供追加的加熱單元，以便給積聚器中位于成核路徑上游的材料加熱。在積聚器的最遠端部分中的材料被加熱到足夠熱的程度，以致當積聚器里的裝模料注入模具時，在這個非常熱的部分中的發泡劑非常迅速地擴散到聚合物外面并且通過模具上的排氣口(未示出)。在最遠端非常熱的裝模料部分上游的聚合物材料中，發生泡孔生長，在發泡劑能夠擴散到聚合物外面之前搶先形成微孔材料。被加熱的裝模料的最遠端部分可以定義至少大約2％的裝模料，或至少大約5％、或至少大約10％、或至少大約20％的裝模料，并且能夠在把該裝模料注入模塑成形艙之前被加熱到比裝模料的平均溫度高至少大約10℃的溫度，或者比裝模料平均溫度高至少大約20℃、40℃、或80℃的溫度。
在本發明的另一個實施方案中，聚合物材料和發泡劑的均勻的單相溶液可以被注入模具，同時在模具中保持足夠高的壓力以防止成核。換言之，在不發生成核作用的情況下注入。然后，可以讓均勻的單相溶液在模具中凍結成固體狀態，接下來打開模具。在這個時刻，不發生成核作用和發泡。然后，可以給模塑制品加熱(例如，把它放進甘油浴)，以便引起成核和發泡。
按照本發明可以生產各種各樣的制品，例如消費品和工業品，例如聚合物的餐具、汽車零部件和各種各樣的其他注塑的制件。
圖8示意性地圖解說明根據本發明的另一個實施方案的注塑成形系統100。注塑成形系統100包括類似于用圖1圖解說明的那種擠塑機，該擠塑機包括機筒102，該機筒具有第一上游端104和接到模塑成形艙108上的第二下游端106到連起來了。以其上游端可操作地接在驅動馬達(未示出)上的螺桿110安裝在機筒102內適合往復運動和旋轉。連接入口113和機筒口115的測流114在入口下游包括依次流體連通的熔體泵116和混合機118。熔體泵116可以是技術上已知的齒輪泵或小型擠塑機。
混合機118包括適合引入發泡劑的發泡劑注入口120。混合機118可以是技術上已知的靜態混合機或凹槽式傳遞混合機。在圖8中圖解說明的布局使本發明的另一種方法變得容易，這種方法對于制作上述的材料密度發生變化的注塑成形的微孔制品是有用的。這種方法包括把聚合物材料的母料引入擠塑機的機筒102，使聚合物材料的母料熔融，以及把熔融的聚合物材料124朝擠塑機100的下游端106推進。當熔融的聚合物材料124通過擠塑機機筒102向前推進時，其中一部分借助熔體泵116通過入口113轉移到測流114中(例如，在螺桿110的遠端回到接近側臂114的入口113之后)。當測流114中的熔融的聚合物材料通過混合機118向前推進時，來自氣體注入口120的發泡劑被引入并且被徹底混合成發泡劑和熔融的聚合物材料的未成核的單相溶液，該單相溶液當往復螺桿110完全縮回時通過口115從測流114進入擠塑機機筒102的下游端106，如圖8所示。這樣在機筒的最遠端形成富含發泡劑的區域122，而缺乏發泡劑的區域緊挨著富含發泡劑的區域。富含發泡劑的材料和缺乏發泡劑的材料的相對數量可以受材料通過側臂14并且使發泡劑含量增加的速率控制。然后，螺桿110的往復運動被用于先把未成核的發泡劑和熔融的聚合物材料122的富含發泡劑的單相溶液注入模塑成形艙108，再把一部分缺乏發泡劑的熔融的聚合物材料124注入模塑成形艙108。
在另一個實施方案中，本發明提供一種把發泡劑快速有效地引入在本文介紹的注塑成形裝置和按照任何一種布局的擠塑裝置中流動的聚合物母料的技術。這個實施方案包括用圖9圖解說明的擠塑螺桿，在這個可以在擠塑機的機筒(未示出)內定位的螺桿表面上有一個與發泡劑源流體連通的小孔。這個小孔定義從某個可與發泡劑源連接的位置(例如，在螺桿的近端)延伸過來的管腔的終點，在優選的實施方案中，該管腔沿著螺桿的旋轉軸線縱向延伸，從螺桿的近端延伸到與螺桿表面上的一個或多個小孔連接。一個或多個小孔優選位于螺桿的螺紋外表面，或者可以從螺紋的外表面輕微地凹陷，這種定位方式允許以這樣的方式引入發泡劑，以致發泡劑相對機筒的內表面經受剪切/擴散。一個或多個小孔也可以定位在螺紋之間的區域，也可以采用不同位置的小孔的組合。參照圖9，擠塑機的螺桿130包括螺紋132和管腔134，其中管腔與螺紋132的外表面138上的小孔136連通。管腔134的一部分140從在螺桿的中心線處的管腔延伸到小孔136。經螺桿內的小孔引入發泡劑的一個優點是由于螺桿上有噴射式注射點所以可以通過使用往復螺桿的布局提供發泡劑在聚合物母料內的水平或分布的均一性。
本發明的上述技術也可以用在氣體助壓的共注塑中。在這項技術中，微孔型材料的母料被擠出并且在被引入上述的模具的時成核，而氣體以這樣的方式被同時注入熔體流，以便在模具中貼著模具形成成核的聚合物材料外層和充滿了共注塑氣體的中心空間。泡孔生長可以像在其他的實施方案中那樣發生。
由于聚合物母料和超臨界流體的單相溶液具有特別低的粘度并且可以以這種方式注入模具并且在模具中形成泡沫制品，所以可以借助注塑成形技術生產厚度或橫截面尺寸不足0.125英寸，優選不超過0.100英寸、更優選不超過大約0.075英寸、更優選不超過大約0.050英寸、更優選不超過大約0.025英寸、更優選不超過大約0.010英寸的微孔聚合物制品或非微孔聚合物泡沫制品。例如，超臨界流體和聚合物的單相溶液可以被注入模具，并且可以借此生產按傳統方式發泡的制品或微孔制品。注入模具的流體粘度低允許上述的注塑成形的時間周期不足10分鐘、優選不足5分鐘、更優選不足1分鐘、更優選不足30秒、更優選不足20秒，更優選不足10秒和更優選不足5秒。
本發明還為生產模塑成形艙的形狀包括至少一個具有橫截面尺寸不足大約0.125英寸(在其他的實施方案中該尺寸更小)的部分的微孔聚合物模塑制品或非微孔聚合物模塑泡沫制品做準備，所述模塑制品具有至少大約5％的空隙體積。優選空隙體積至少大約為10％，更優選至少大約為15％，更優選至少大約為20％，更優選至少大約為25％和更優選至少大約為30％。在其他的實施方案中，該制品具有至少大約50％的空隙體積。這是在借助泡沫的空隙體積用聚合物材料減輕尺寸非常小的制品的重量方面迎接技術上的挑戰取得的重大的改進。本發明的制品在那些橫截面尺寸不足大約0.125英寸或其他已注明的更小的尺寸的部分中具有上述的空隙體積。
本發明還為生產具有各種厚度和空隙體積的微孔聚合物模塑制品或模塑的非微孔聚合物泡沫制品做準備。
在一套實施方案中，模塑制品包括至少一個橫截面尺寸介于大約0.075英寸和大約0.125英寸之間且空隙體積至少為大約10％的部分。這個實施方案的模塑制品優選具有至少大約20％、更優選至少大約30％、更優選至少大約40％、更優選至少大約50％的空隙體積。
在另一套實施方案中，模塑制品包括至少一個橫截面尺寸介于大約0.125英寸和大約0.150英寸之間且空隙體積至少大約15％的部分。這個實施方案的模塑制品優選具有至少大約20％、更優選至少大約30％、更優選至少大約40％、更優選至少大約50％的空隙體積。
在另一套實施方案中，模塑制品包括至少一個橫截面尺寸介于大約0.150英寸和大約0.350英寸之間且空隙體積至少大約20％的部分。這個實施方案的模塑的制品優選具有至少大約30％、更優選至少大約40％、更優選至少大約50％、更優選至少大約60％、更優選至少大約70％的空隙體積。在這套實施方案的某些優選實施方案中，模塑制品包括至少一個橫截面尺寸介于大約0.150英寸和大約0.250英寸之間的部分。
本發明的方法還像本文中介紹的那樣為在厚度大于0.125英寸(例如介于0.200英寸和大約0.500英寸厚度之間)的注塑成形的制件中產生大幅度的減重和更小的泡孔創造條件。
本發明還提供生產表面與固體制件完全相同的厚的和薄的模塑泡沫制件的系統和方法。這些制件的表面包括至少一個沒有人的裸眼可見的放射斑和漩紋的部分。圖16-18與實施例9(下面介紹)一起說明表面沒有人的裸眼可見的八字形和漩渦的聚合物制件的形成。當熔體溫度、模具溫度和發泡劑的濃度通過優化允許發泡劑通過擴散離開制品表面使表面包括本質上沒有泡孔的皮層時就可以生產這樣的模塑制件。這個皮層本質上是固體聚合物，因此該制件在人的裸眼看來似乎是固體聚合物制件。泡沫聚合物材料上的放射斑和漩紋起因于相對模具壁牽引表面上的泡。在借助溫度控制清除了在表面上的泡時，放射斑和漩紋也被避免了。在這些實施方案中，所生產的模塑制件具有本質上沒有泡孔且厚度至少三倍于該泡沫材料的平均泡孔尺寸的固體聚合物材料的外皮。優選的是外皮厚度至少大約5倍于材料的平均泡孔尺寸。按照本發明可以生產沒有可見的放射斑和漩紋的模塑制件的另一個理由是發明者認為超臨界流體發泡劑的擴散速度比典型的發泡劑快，從而允許像描述的那樣在制品表面發生擴散并形成密實的皮層。
如上所述，本發明為生產模塑的泡沫聚合物材料(優選具有薄截面的微孔型材料)做準備。具體地說，可以生產長度/厚度比高的制品。本發明提供長度/厚度比至少大約50∶1的注塑成形的聚合物材料，其中聚合物的熔體指數低于大約10。優選的是長度/厚度比至少大約75∶1，更優選至少大約100∶1，更優選至少150∶1。在另一個實施方案中，提供長度/厚度比至少大約120∶1的制品，該聚合物的熔體流動速率低于大約40。在這個實施方案中，長度/厚度比優選大約150∶1，更優選至少175∶1，更優選至少大約200∶1，更優選至少250∶1。在本文中長度/厚度比定義聚合物模塑制件從模具(噴嘴)中的注射位置延伸出去的延伸長度與橫跨那段距離的厚度的比值。
本發明的一個特別有利的特征組合是空隙體積比較高的薄模塑制件。具體地說，本發明提供包括一個厚度不足大約1.2毫米的部分且空隙體積至少30％的泡沫聚合物制品。在另一個實施方案中，提供厚度不足大約0.7毫米且空隙體積至少15％的聚合物制品。
在另一套實施方案中，提供一系列模塑的聚合物制品。在這套實施方案的聚合物制品中至少占總數70％的泡孔具有150微米以下的泡孔尺寸。優選的是至少占總數30％的泡孔具有在800微米以下的泡孔尺寸，更優選在500微米以下、更優選在200微米以下。在這套實施方案的一些實施方案中，按總數計至少80％、優選至少90％、更優選至少95％、更優選至少99％的泡孔具有不足150微米的泡孔尺寸。在某些實施方案中，按總數計至少80％、更優選至少90％、更優選至少95％、更優選至少99％的泡孔具有不足100微米的泡孔尺寸。這套實施方案的模塑制品可以具有各種空隙體積。例如，這些模塑制品可以具有至少10％、至少20％、至少30％、至少40％或至少50％的空隙體積。
在優選的實施方案中，所提供的制品具有按在本文中定義的空隙體積定義的厚度，其中最大厚度部分至少占制品的大約25％以上，換言之，薄模塑制件至少有大約25％的區域具有低于所述最大厚度的厚度。在其他的實施方案中，制品有更多部分可以具有比定義的最大值小的厚度，例如50％或100％。
本發明的另一種模塑系統是用圖19和20圖解說明的。這些圖中的模塑系統是為允許微孔聚合物材料(特別是微孔聚烯烴，例如聚丙烯和聚乙烯)注塑成形而設計的。系統150考慮到生產比較厚的制件同時避免現有的典型的聚丙烯泡沫塑料的EPP過程。系統150包括結構和布局適合接收模塑聚合物微孔材料的母料的入口152，例如在圖1、2和5-7中圖解說明的可以由擠塑機和/或積聚器提供那種入口。通道154把入口152接到模塑成形艙156上。通道154包括具有一定的長度和橫截面尺寸的成核路徑158，該成核路徑在聚合物材料和發泡劑的流動的單相溶液以系統結構允許的速率通過時將在該溶液內形成壓降速率足以引起微孔成核作用的壓降。由于模塑系統的設計和聚合物材料進入模具的速率通常是一起考慮的，所以熟悉這項技術的人將理解參照為該系統設計的速率的意義。具體地說，成核路徑具有這樣的長度和橫截面尺寸，以致能夠在流動的聚合物材料和發泡劑作為單相溶液以超過每小時40英鎊流體的速率通過該路徑時以至少大約0.3GPa/sec的速率在該溶液中建立壓降。適合微孔成核的其他的流動速率和壓降速率通過閱讀本申請將變得顯而易見。
通道154包括在成核路徑158和模塑成形艙156之間的泡孔生長區160，該區域的橫截面尺寸在模塑成形艙的方向上逐漸增大。通道154還包括在入口152和模塑成形艙之間，確切地說在入口和成核路徑之間的發散段162。發散段162的寬度朝下游方向(朝模塑成形艙156)逐漸增加，而間隙(高度)逐漸減少。結果是在維持橫截面積不明顯變化的同時增加寬度。具體地說，發散段在寬度方面增加至少大約100％、優選至少大約200％、更優選至少300％，同時保持橫截面積變化不超過大約25％，優選不超過大約15％，更優選不超過大約10％。在把流動路徑加寬到尺寸等于模塑成形艙156的寬度時，發散段162考慮到在維持材料中壓力分布比較恒定的同時通過入口152引入微孔模塑材料的母料和把母料交付給成核路徑。
發散段162和成核路徑158的布局允許成核路徑具有至少大約1.5∶1、更優選至少大約2.0∶1、更優選至少大約5.0∶1、更優選至少大約10∶1、更優選至少大約20∶1的寬度/高度比(用圖19圖解說明的尺寸和用圖20圖解說明的尺寸的比值)。這允許成核路徑具有等于模塑成形艙156的尺寸之一的寬度，因此又寬又厚的微孔聚合物制品可以輕易地在系統150內成核和模塑成形。此外，傳統的(即非微孔)泡沫聚合物材料可以使用系統150注塑成形。具體地說，可以把未發泡的聚合物材料注入模塑成形艙156并且讓它發泡，以便具有本質上與模塑成形艙相同的形狀(包括在使用膨脹或“龜裂”的模具場合按定義更大的形狀)，該制品具有至少一個在至少兩條正交的軸線上橫截面尺寸至少0.5英寸且空隙體積至少大約50％的部分。更高的空隙體積(60％、70％和80％)與任何更高的厚度(至少大約0.75英寸、1英寸或1.5英寸)的組合也能用這個系統來實現。
由系統150的發散段162、成核路徑158和泡孔生長區160提供的一個特殊的有利條件不僅考慮到把聚合物材料和發泡劑的流體單相溶液注入模塑成形艙系統然后以足夠寬的尺寸讓該溶液在成核路徑中承受快速壓降來引起微孔成核作用而且考慮到通過讓該材料承受不僅被控制在比溶液在成核路徑158中承受的壓降速率低的速率下而且在泡孔生長期間逐漸降低的壓降為隨后立即發生受控的泡孔生長創造條件。換言之，為了提供受控的均勻的微孔材料，成核的聚合物材料在泡孔生長區160中所經歷的壓降速率在泡孔生長期間逐漸減小。
模塑系統150與前面介紹的擠塑和/或積聚裝置相結合的使用價值是允許生產又厚又寬的均勻的聚合物模塑制品，包括泡孔結構的均勻性遠遠優于EPP和EPS泡沫塑料的微孔聚合物模塑制品。
如上所述，在生產EPP和EPS泡沫塑料時，模塑之后在珠粒料之間的熔融線用裸眼就能輕易地觀察。反之，本發明的模塑制品在泡孔結構方面沒有熔融線。換言之，它們沒有厚度比平均泡孔壁厚大5倍的周期性的固體邊界(即在模塑的EPP或EPS中的熔融線)。優選的是制品沒有厚度比平均泡孔壁厚大大約4倍的周期性的固體邊界，更優選沒有厚度比平均泡孔壁厚的大大約3倍的周期性的固體邊界。
系統150還考慮到在比以EPP和EPS的汽箱模塑成形為特征的那些模具溫度低得多的模具溫度下生產又寬又厚的聚合物材料，包括微孔聚合物材料。具體地說，泡沫聚合物材料的流體母料可以在不足大約100℃的模塑成形艙溫度下注入模塑成形艙156。然后，讓混合物在模塑成形艙中固化成聚合物制品，優選包括至少一個橫截面尺寸在三條正交的軸線上都至少為0.5英寸而且空隙體積至少大約為50％(或上述的更高的數值)的部分的微孔聚合物制品。在這項技術中優選模具溫度低于大約75℃，更優選低于大約50℃，更優選低于大約30℃。
這個系統還允許用非常短暫的循環時間完成空隙體積至少大約為50％(或前面注明的更高的數值)的量的微孔聚合物材料的注塑成形。具體地說，循環(注射非泡沫材料、讓混合物在模塑成形艙中固化成微孔聚合物制品、從模具中取出制品，然后重復)可以在不足大約1分鐘、更優選不足大約45秒、更優選不足大約30秒、更優選不足大約25秒的循環時間內完成。
技術上已知的是材料的模塑成形原本可以獲得表皮-泡沫-表皮結構以及為了獲得比較厚的表皮或比較薄的表皮可以根據溫度和其他注射條件控制表皮-泡沫-表皮結構。另外，表皮-泡沫-表皮結構具有比沒有表皮或表皮比較薄的類似的制件高的強度/重量比也是已知的。根據“工字梁”公式計算表皮-泡沫-表皮結構的模塑制件的強度是共同的實踐。但是，申請人知道根本沒有現有的工作在與任何表皮-泡沫-表皮模塑結構的強度/重量比有關的預測或計算中考慮了泡孔尺寸。
本發明的另一個特點是能夠制作強度非常高的薄制件。具體地說，由于有能力制作保持表皮-泡沫-表皮結構的泡孔非常小的非常薄的泡沫制件，所以以前用薄泡沫制件不可能實現的出乎意料的抗張強度/重量比現在可以用模塑材料來實現。具體地說，本發明提供一些模塑的聚合物制件，這些制件包括至少一個強度/重量比(表示成強度/密度比)至少大約280,000psi/g/cm3、更優選至少大約290,000psi/g/cm3、更優選至少大約300,000psi/g/cm3的非常薄的部分。這些制件的薄截面具有不足大約0.250英寸、或者不足大約0.150英寸、或者不足大約0.100英寸的厚度并且在這些情況下具有上述的強度/重量比。
盡管不希望受任何理論束縛，但是申請人認為按照本發明觀察到出乎意料的強度/重量比是由于隨著泡孔尺寸被減少到最小使橫穿薄截面的泡孔壁的數量增加到最大限度。在泡孔比較大的表皮-泡沫-表皮薄結構的橫截面上，沒有幾個泡孔壁橫跨該結構，而且存在一個泡孔跨過整個泡沫結構的可能性。這樣的橋將在該結構中形成非常弱環節。反之，在本發明的微孔型表皮-泡沫表皮結構中，跨過表皮部分之間的結構的泡孔數(因此，泡孔壁數)被增加到最大限度，并且在表皮結構之間的泡沫中存在均勻的蜂窩狀聚合物網狀結構和均衡的強度特征。因此，盡管在本發明的薄制件中遍布制件的平均強度可能類似于泡孔比較大的結構的平均強度，但是本發明的制品具有更高的強度，因為代表橋接整個結構的泡孔或空穴的典型的強度最低的點被消除了。
本發明的另一個特點是能夠在不使用遮光劑的情況下生產不透明的制品。這是因為聚合物泡沫繞射光線，所以它本質上是不透明的并且具有白色的外觀。與傳統的泡沫相比，微孔泡沫如此一致地更不透明是本發明的特點。這是與結構設計適合容納暴露在光線下將遭受破壞的物質的制品(例如，食品容器)有關的重大優點。這樣的物質可以包括暴露在光線下可能遭受破壞的供人或動物食用的包含維他命的食物。盡管遮光劑(例如，顏料)往往被添加到制品遮，但是加上顏色的材料不大適合再利用。
本發明提供按重量計包括不足大約1％的輔助遮光劑、優選按重量計包括不足大約0.05％的輔助遮光劑、更優選包括本質上沒有輔助遮光劑的不透明的薄制品。在本發明中，“輔助遮光劑”意味著定義為吸收光線專門設計的顏料、染料或其他的物種、或者能夠阻擋或繞射光線的滑石粉或其他材料。熟悉這項技術的人可以檢驗某種添加劑是否是遮光劑。本發明的微孔吹塑制品具有白色固體塑料制品的外觀，這種外觀提供引人注目的商業感染力。
本發明的系統可以像在1999年4月2日申請的以“泡沫材料的制造方法暨包括壓力限制要素的各種系統”為題的未審的美國專利申請第091/285,948號(在此通過引證將它并入)中所描述的那樣包括限制要素(未示出)。該限制要素(例如，止回閥)被定位在發泡劑注入口的上游，使擠塑機中聚合物和發泡劑的溶液在注射周期內始終維持在最低壓力以上，并且優選在為了維持聚合物和發泡劑的單相溶液所必需的臨界壓力以上。
本發明的系統可以包括熱流道(未示出)。在本文中使用的術語“流道”意味著定義流體連通地把注射系統的出口端(按照一些實施方案是成核裝置的出口)和模塑成形艙連接起來和/或流體連通地把成形腔的各個部分連接起來(例如，在需要復雜的模塑形狀時)的流動路徑。流道在技術上是已知的。在一些傳統的泡沫塑料注塑成形系統中，留在流道中的材料硬化，然后與模塑制件一起被取出。本發明提供由溫度控制單元確定位置的流道，例如，供熱流體流動的通道。按照本發明的某些實施方案，這是有用的，在這些實施方案中為了在材料中的間隙可能出現在流道范圍內時(例如，當變硬的材料已被取出時)消除可能發生的壓降，維持聚合物制品的母料在流道范圍內處于流動狀態是有利的。例如，本發明的布局可以包括用來提供聚合物材料和發泡劑的流動的單相溶液的擠塑機、成核路徑、以及在成核路徑下游位于成核路徑和模塑成形艙之間的流道，該流道包括位于它的下游端在打算填充模具時被打開并且在打開模具取出制品時被關閉的閥門。如果使用熔融的聚合物材料而且流道是被加熱的，那么流道內成核的材料將保持流動并且適合注入模具。本發明中流道溫度受到控制的實施方案可以在各種各樣的注塑成形系統中找到用途，其中包括在各個零部件之間以及零部件與適當定位的閥門(如果需要)之間的任何數量的流道，以便在不需要從流道內取出和丟棄變硬的材料的情況下考慮定期地填充一個或多個模具的各個區段。流道可以是成核路徑。
本發明的這些和其他實施方案的功能和優點將通過下面的實施例得到更充分的理解。下面的實施例傾向于說明本發明的優越性，但不傾向于舉例說明本發明的完整范圍。
下面的實施例說明聚合物材料和超臨界流體發泡劑的裝模料注塑成形的優點，其中所形成的制品具有與模塑成形艙的內表面相對應的表面，該表面沒有人的裸眼可見的放射斑和漩紋。
實施例1兩步注塑成形機(Engel制造)是用32∶1 l/d、40mm塑化單元構成的，它把熔融的聚合物喂入40mm直徑的活塞。活塞和塑化單元通過彈簧加載的球式止回接頭組件連接起來。活塞能夠通過典型的氣動截流式注嘴注入模具。超臨界CO2的注射是通過把包括一個包含176個直徑為0.02英寸的小孔的徑向定位的口的注射系統放在距進料段大約16至20個直徑的位置實現的。該注射系統包括一個伺服控制閥，以便計量以0.2至12磅/小時的速率流動的發泡劑的質量流速的。
塑化機配備了兩級螺桿，其中包括常規的第一級進料、屏障、過渡和計量段以及跟在后面用于發泡劑勻化的多螺紋的混合段。機筒配備了帶式加熱/冷卻器。這種設計為聚合物和氣體的均勻的單相溶液的勻化和冷卻創造條件。
用來移動模塑機所有的部件的液壓系統經過改進不論什么時候都具有至少1000psi、至多28,000psi的熔體增壓壓力。這項技術在塑料注入模具之前不論什么時候都控制和維持聚合物和氣體的單相溶液。
實施例2注塑成形的微孔聚苯乙烯在實施例1中描述的模塑成形機被用來模塑微孔聚苯乙烯裝飾板。聚苯乙烯粒料(Novacor 2282,11 M.I.)被喂入塑化機，并且在大多數情況下與發泡劑混合成單相溶液，然后通過注入有中心澆口的5×11×0.050英寸的裝飾板模具形成泡孔核。注射是通過冷注道完成的。為了確定加工變量與泡孔尺寸和減重之間的關系，注射速率是變化的。泡孔尺寸被控制在30微米以下，減重高達20％。見表1和表2以及相應的圖10至圖15。
表1注射速度對泡孔尺寸和減重的影響
表2氣體濃度對泡孔尺寸和減重的影響熔體溫度=160℃模具溫度=66℃注射速度=4.0”/sec注道=375’直徑
實施例3聚對苯二甲酸乙二醇酯的注塑成形在實施例1所描述的注塑成形機被用來把聚對苯二甲酸乙二醇酯(Eastman,0.95Ⅳ)在350下干燥4小時后模塑成5×11×0.200英寸的空腔。熔體加工溫度是550，模具溫度是151并且被注入12％CO2。熔體增壓壓力被維持在3000psi，注射速度是每秒5.0英寸。
減重是30％而泡孔尺寸是30至40微米直徑。
實施例4注塑成形的聚丙烯達到高水平的減重實施例1所描述的注塑成形機被用來把聚丙烯(熔體流速(MFR)4，共聚物，Montell 7523)、聚丙烯(MFR20，共聚物，Montell SD-376)和填充滑石粉的聚丙烯(MFR4，填充40％滑石粉，Montell 65f4-4)模塑成具有不同厚度的5×11英寸的裝飾板。大幅度減重是利用下述條件實現的表3
實施例5密度下降70％以上的注塑成形的聚苯乙烯實施例1所描述的注塑成形機被用來在除了模具溫度在150和250之間變動和冷卻時間在3.2秒和22.8秒之間變動之外其余條件類似于實施例2的條件下模塑聚苯乙烯。人們看到大幅度的密度下降表4
實施例6聚合物/超臨界流體的固化制件模塑后的成核作用和泡孔生長實施例1所描述的注塑成形機被用來模塑聚苯乙烯(Novacor2282,11,M.I.)。聚苯乙烯粒料像實施例2描述的那樣被喂入塑化機，然后被注射。注入模具的材料在模具中被冷卻到低于聚苯乙烯的固化溫度的溫度。打開模具并且取出處于未發泡狀態的制件。然后讓制件經受外部熱源(甘油浴)加熱使它發泡。最終獲得微孔制品。
實施例7證明粘度在聚合物模塑成形過程中下降這個實施例證明在比較低的熔體溫度下使用超臨界流體發泡劑把聚合物材料引入模具將在獲得微孔泡沫利益的同時降低粘度的優點。模塑成形機被用來除下述條件之外像實施例2所描述的那樣模塑聚苯乙烯。模具具有5×11×0.020英寸的尺寸。在采用0％發泡劑的情況下，按照與實施例2相同的條件注射聚苯乙烯。可獲得的最大流動長度是1英寸，從而導致長度/厚度比為50。在采用15％超臨界二氧化碳發泡劑的條件下進行完全相同的實驗。最大的流動長度是至少5.5英寸，長度/厚度比為270。
實施例8聚丙烯在其晶體熔點以下的注塑成形實施例1所描述的注塑成形機被用來把聚丙烯(MFR為4，共聚物，Montell 7523)模塑成5×11×.050英寸的模具。發泡劑為0％，填充這樣的模具所需要的最低熔體溫度是430。超臨界二氧化碳發泡劑為15％，在聚丙烯的晶體熔點(名義值為325)以下注射聚丙烯是可能的。實際熔體溫度是310。
實施例9證明微孔泡沫制品具有近乎完美的表面實施例2所描述的模塑機被用來模塑聚苯乙烯(Novacor2282 11M.I.)。聚苯乙烯粒料被喂入塑化機，并且與CO2發泡劑混合物成超臨界CO2和聚苯乙烯的單相溶液，然后通過注入5×11×.050英寸的裝飾板模具形成泡孔核。加工條件被優化，以便識別適合獲得高成核密度以及看上去沒有放射斑的固體皮層的條件。為了示范這項技術的效果，顯微鏡照片的復印件是作為圖16至圖18提供的。圖16是為比較準備的，它展示采用標準的非泡沫注塑成形技術注塑成形的未發泡的固體聚苯乙烯。
圖17是本發明的微孔注塑制品的表面的顯微鏡照片的復印件，該制品平滑的表面而且在表面上沒有人的裸眼可見的放射斑和漩紋。
圖18是注塑成形泡沫聚合物制品的表面的顯微鏡照片的復印件，其中包括人的裸眼可見的漩紋。
正像人們能夠看到的那樣，理想條件包括熔體溫度、模具溫度和發泡劑濃度的平衡。熔體溫度必須足夠高，以致發泡劑在熔體中擴散速率比較快；模具溫度必須足夠高，以致發泡劑擴散出熔體在表面達到效果顯著的程度，但是為了避免產品翹曲和其他變形，模具溫度又必須足夠低。發泡劑的擴散速率取決于熔體溫度、發泡劑濃度、壓差和模具溫度。發泡劑擴散出熔體的速率必須大于聚合物表面的冷卻和固化速率。
表5
實施例10實施例1所描述的注塑成形系統被用來把聚丙烯(Montell6823、Montell 6523、以及6823和Dow公司的金屬茂催化的聚乙烯的共混物)模塑成1.25×4×0.600深的空腔。使用在圖19和圖20中展示的模塑系統。為了通過泡孔尺寸在1微米和50微米之間變動產生各種密度，熔體溫度和氣體百分比可以變化。最終獲得的制件具有低至每立方英尺1.8磅、高達每立方英尺20磅的密度。如果需要更高的密度也能輕易地制作出來。此外，這些相同的密度和泡孔結構能通過龜裂模塑的方法被制作出來，憑借這種方法熔融的聚合物被注入局部打開的模具，然后徹底龜裂開。低密度聚丙烯以及聚乙烯與聚丙烯的低密度共混物被分別生產出來，而且兩者都具有均勻的泡孔結構。參數見表6。
表6
熟悉這項技術的人將容易承認在此列出的全部參數必須是可效仿的，而實際的參數將取決于使用本發明的方法和裝置的特定的應用。所以，應當理解上述的實施方案僅僅是舉例說明，本發明可以在權利要求書及其等價文件的范圍內以不同于被明確闡述的方式予以實踐。
權利要求
1．一種制品，其中包括本質上形狀與模塑成形艙的形狀相同的聚合物模塑制品，該制品包括至少一個部分，該部分在三條正交的軸線上都具有至少1/2英寸的橫截面尺寸并且具有至少大約50％的空隙體積，由包括泡孔壁在內的泡孔定義的所述制品沒有厚度比泡孔壁的平均厚度大大約5倍的周期性的固體邊界。
2．根據權利要求1的制品，其中所述制品是微孔制品。
3．根據權利要求1的制品，其中所述制品沒有厚度比泡孔壁的平均厚度大4倍的周期性的固體邊界。
4．根據權利要求1的制品，其中所述制品沒有厚度比泡孔壁的平均厚度大3倍的周期性的固體邊界。
5．根據權利要求1的制品，其中所述的微孔聚合物模塑制品是聚烯烴。
6．一種方法，該方法包括把未發泡的聚合物材料注入模塑成形艙，讓該聚合物材料形成本質上與模塑成形艙的形狀一致的聚合物泡沫塑料制品，該制品包括至少一個部分，該部分在三條正交的軸線上都具有至少1/2英寸的橫截面尺寸并且具有至少大約為50％的空隙體積。
7．根據權利要求6的方法，其中所述制品是微孔制品。
8．根據權利要求6的方法，其中包括把未發泡的聚烯烴材料注射到模塑成形艙中。
9．一種方法，該方法包括把聚合物泡沫材料的流體母料在低于大約100℃的模塑成形艙溫度下注入模塑成形艙；以及讓該混合物在模塑成形艙中固化成聚合物微孔制品，該制品包括至少一個部分，這個部分在三條正交軸線上都具有至少1/2英寸的橫截面尺寸并且具有至少為大約50％的空隙體積。
10．根據權利要求9的方法，其中包括把流體母料在低于大約75℃的模塑成形艙溫度下注入模塑成形艙。
11．根據權利要求9的方法，其中包括把流體母料在低于大約50℃的模塑成形艙溫度下注入模塑成形艙。
12．根據權利要求9的方法，其中包括把流體母料在低于大約30℃的模塑成形艙溫度下注入模塑成形艙。
13．根據權利要求9的方法，其中包括把聚烯烴泡沫材料的流體母料注入模塑成形艙。
14．一種方法，該方法包括把未發泡的聚合物材料注入模塑成形艙，然后讓該混合物在模塑成形艙中固化成空隙體積至少大約為50％的微孔聚合物制品；以及按不足大約1分鐘的時間周期重復上述的注射和固化步驟。
15．根據權利要求14的方法，其中包括按不足大約45秒鐘的時間周期重復所述的注射和固化步驟。
16．根據權利要求14的方法，其中包括按不足大約30秒鐘的時間周期重復所述的注射和固化步驟。
17．根據權利要求14的方法，其中包括按不足大約25秒鐘的時間周期重復所述的注射和固化步驟。
18．根據權利要求14的方法，其中包括把未發泡的聚烯烴材料注入模塑成形艙。
19．一種方法，該方法包括把聚合物材料和發泡劑的單相流體溶液注入模塑成形艙，同時讓該溶液在足以引起微孔成核作用的第一壓降速率下承受快速的壓降，隨后立即使該材料承受壓差小于第一壓降且下降速率也有所降低的第二壓降，借此允許并控制泡孔生長。
20．根據權利要求19的方法，其中包括把聚烯烴和發泡劑的單相流體溶液注入模塑成形艙。
21．一種用來生產微孔型聚合物模塑材料的系統，該系統包括模塑成形系統，該系統具有結構和布局適合接收微孔聚合物模塑材料的母料的入口、模塑成形艙以及連接所述入口和模塑成形艙的通道，所述通道包括在入口和模塑成形艙之間的發散段，該發散段在維持橫截面積變化不超過大約25％的同時寬度至少增加大約100％。
22．根據權利要求21的系統，其中所述通道包括位于發散段和模塑成形艙之間的成核路徑，當聚合物材料和發泡劑的單相流體溶液以為該系統設計的速率通過該路徑時所述成核路徑的長度和橫截面尺寸在流體聚合物中按足以引起微孔成核作用的壓降速率形成壓差。
23．根據權利要求21的系統，其中在入口和模塑成形艙之間的發散段在厚度上逐漸縮小而在寬度上逐漸增加。
24．一種用來生產微孔型聚合物模塑材料的系統，該系統包括模塑成形系統，該系統具有結構和布局適合接收微孔型聚合物模塑材料的母料的入口、模塑成形艙和把所述入口與模塑成形艙連接起來的通道，所述通道包括具有這樣的長度和橫截面尺寸的成核路徑，以致當聚合物材料和發泡劑的單相流體溶液以為該系統設計的速率通過該路徑時所述成核路徑在流體聚合物中按足以引起微孔成核作用的壓降速率形成壓差，所述通道還包括在成核路徑與模塑成形艙之間的泡孔生長區，該泡孔生長區的橫截面尺寸沿著模塑成形艙的方向逐漸增大。
25．根據權利要求24的系統，其中所述的成核路徑具有這樣的長度和橫截面尺寸，以致當聚合物材料和發泡劑的單相流體溶液以大于每小時40磅流體的速率通過該路徑時，該成核路徑將在流體聚合物中以至少大約0.3GPa/sec的壓降速率形成壓差并且在該材料中引起成核作用。
26．一種用來生產微孔型聚合物模塑材料的系統，該系統包括模塑成形系統，該系統具有結構和布局適合接收微孔型聚合物模塑材料的母料的入口、模塑成形艙和把所述入口與模塑成形艙連接起來的通道，所述通道包括具有這樣的長度和橫截面尺寸的成核路徑，以致當聚合物材料和發泡劑的單相流體溶液以為該系統設計的速率通過該路徑時所述成核路徑將在流體聚合物中按足以引起微孔成核作用的壓降速率形成壓差，所述成核路徑的寬度與高度之比至少為大約1.5∶1。
27．根據權利要求26的系統，其中成核路徑的寬度與高度之比至少為大約2.0∶1。
28．根據權利要求26的系統，其中成核路徑的寬度與高度之比至少為大約5.0∶1。
29．根據權利要求26的系統，其中成核路徑的寬度與高度之比至少為大約10∶1。
30．根據權利要求26的系統，其中成核路徑的寬度與高度之比至少為大約20∶1。
31．一種用來生產微孔型聚合物模塑材料的系統，該系統包括模塑成形系統，該系統具有結構和布局適合接收微孔型聚合物模塑材料的母料的入口、模塑成形艙和把所述入口與模塑成形艙連接起來的通道，所述通道包括具有這樣的長度和橫截面尺寸的成核路徑，以致當聚合物材料和發泡劑的單相流體溶液以為該系統設計的速率通過該路徑時所述成核路徑在流體聚合物中按足以引起微孔成核作用的壓降速率形成壓差，所述成核路徑的寬度等于模塑成形艙的一個尺寸。
32．一種制品，該制品包括模塑的聚合物泡沫制品，其中包括至少一個橫截面尺寸不超過大約0.075英寸的和空隙體積至少大約為5％的部分。
33．根據權利要求32的制品，其空隙體積至少為大約10％。
34．根據權利要求32的制品，其空隙體積至少為大約15％。
35．根據權利要求32的制品，其空隙體積至少為大約20％。
36．根據權利要求32的制品，其空隙體積至少為大約30％。
37．根據權利要求32的制品，其空隙體積至少為大約40％。
38．根據權利要求32的制品，其空隙體積至少為大約50％。
39．根據權利要求32的制品，其中包括至少一個部分，其橫截面尺寸不超過大約0.050英寸。
40．根據權利要求32的制品，其中包括至少一個部分，其橫截面尺寸不超過大約0.025英寸。
41．根據權利要求32的制品，其中包括至少一個部分，其橫截面尺寸不超過大約0.010英寸。
42．根據權利要求32的制品，其中所述制品的至少25％的區域包括所述部分。
43．根據權利要求32的制品，其中所述制品的至少50％的區域包括所述部分。
44．根據權利要求32的制品，其中所述制品的100％的區域包括所述部分。
45．根據權利要求32的制品，其中所述制品包括微孔材料。
46．一種制品，該制品包括模塑的聚合物泡沫制品，該泡沫制品包括至少一個橫截面尺寸介于大約0.075英寸和大約0.125英寸之間且空隙體積至少為大約10％的部分。
47．根據權利要求46的制品，它具有至少為大約20％的空隙體積。
48．根據權利要求46的制品，它具有至少為大約30％的空隙體積。
49．根據權利要求46的制品，它具有至少為大約40％的空隙體積。
50．根據權利要求46的制品，它具有至少為大約50％的空隙體積。
51．根據權利要求46的制品，其中所述制品的至少25％的區域包括所述部分。
52．根據權利要求46的制品，其中所述制品的至少50％的區域包括所述部分。
53．根據權利要求46的制品，其中所述制品的100％的區域包括所述部分。
54．根據權利要求46的制品，其中所述制品包括微孔材料。
55．一種制品，該制品包括模塑的聚合物泡沫制品，該泡沫制品包括至少一個橫截面尺寸介于大約0.125英寸和大約0.150英寸之間且空隙體積至少為大約15％的部分。
56．根據權利要求55的制品，它具有至少為大約20％的空隙體積。
57．根據權利要求55的制品，它具有至少為大約30％的空隙體積。
58．根據權利要求55的制品，它具有至少為大約40％的空隙體積。
59．根據權利要求55的制品，它具有至少為大約50％的空隙體積。
60．根據權利要求55的制品，其中所述制品的至少25％的區域包括所述部分。
61．根據權利要求55的制品，其中所述制品的至少50％的區域包括所述部分。
62．根據權利要求55的制品，其中所述制品的100％的區域包括所述部分。
63．根據權利要求55的制品，其中所述制品包括微孔材料。
64．一種制品，該制品包括模塑的聚合物泡沫制品，該泡沫制品包括至少一個橫截面尺寸介于大約0.150英寸和大約0.350英寸之間且空隙體積至少為大約20％的部分。
65．根據權利要求64的制品，它具有至少為大約30％的空隙體積。
66．根據權利要求64的制品，它具有至少為大約40％的空隙體積。
67．根據權利要求64的制品，它具有至少為大約50％的空隙體積。
68．根據權利要求64的制品，它具有至少為大約60％的空隙體積。
69．根據權利要求64的制品，它具有至少為大約70％的空隙體積。
70．根據權利要求64的制品，其中所述制品的至少25％的區域包括所述部分。
71．根據權利要求64的制品，其中所述制品的至少50％的區域包括所述部分。
72．根據權利要求64的制品，其中所述制品的100％的區域包括所述部分。
73．根據權利要求64的制品，其中所述制品包括微孔材料。
74．根據權利要求64的制品，其中所述制品包括至少一個橫截面尺寸介于大約0.150英寸和大約0.200英寸之間的部分。
75．一種制品，包括包含眾多泡孔的聚合物模塑制品，其中尺寸不足150微米的泡孔占泡孔總數70％以上。
76．根據權利要求75的制品，其中尺寸超過800微米的泡孔不足泡孔總數的20％。
77．根據權利要求75的制品，其中尺寸超過500微米的泡孔不足泡孔總數的20％。
78．根據權利要求75的制品，其中尺寸超過200微米的泡孔不足泡孔總數的20％。
79．根據權利要求75的制品，該制品具有至少為10％的空隙體積。
80．根據權利要求75的制品，該制品具有至少為20％的空隙體積。
81．根據權利要求75的制品，該制品具有至少為30％的空隙體積。
82．根據權利要求75的制品，該制品具有至少為40％的空隙體積。
83．根據權利要求75的制品，該制品具有至少為50％的空隙體積。
84．根據權利要求75的制品，其中尺寸不足150微米的泡孔占泡孔總數的80％以上。
85．根據權利要求75的制品，其中尺寸不足150微米的泡孔占泡孔總數的90％以上。
86．根據權利要求75的制品，其中尺寸不足150微米的泡孔占泡孔總數的95％以上。
87．根據權利要求75的制品，其中尺寸不足150微米的泡孔占泡孔總數的99％以上。
88．根據權利要求75的制品，其中尺寸不足100微米的泡孔占泡孔總數的70％以上。
89．根據權利要求75的制品，其中尺寸不足100微米的泡孔占泡孔總數的80％以上。
90．根據權利要求75的制品，其中尺寸不足100微米的泡孔占泡孔總數的90％以上。
91．根據權利要求75的制品，其中尺寸不足100微米的泡孔占泡孔總數的95％以上。
92．根據權利要求75的制品，其中尺寸不足100微米的泡孔占泡孔總數的99％以上。
93．一種制品，該制品包括有三條正交的主軸線與三個尺寸相對應的三維的聚合物泡沫制品，其中一個與第一軸線相關聯的尺寸沿著第二垂直軸線作為位置的函數發生變化，所述制品包括至少一個橫截面尺寸不超過大約0.125英寸的部分，所述制品具有至少為大約20％的空隙體積。
94．一種系統，該系統包括機筒，該機筒在上游端有一個為接收聚合物制品的母料而設計的入口、在下游端有一個出口，該機筒還包括位于上游端和下游端之間的發泡劑口，該發泡劑口可與發泡劑源流體聯通，把來自發泡劑源的發泡劑引導到機筒內的母料中，以便在機筒中形成母料與發泡劑的混合物；計量裝置，該計量裝置的入口與發泡劑源連通、出口與機筒連通，而且其結構和布局適合計量從發泡劑源流向發泡劑口的發泡劑的質量流速；以及模塑成形艙，該模塑成形艙具有與機筒的出口流體聯通的入口以便接收來自所述機筒的母料和發泡劑的混合物。
95．根據權利要求94的系統，其中模塑成形艙接收的母料和發泡劑的混合物包括單相溶液。
96．根據權利要求94的系統，其中發泡劑的質量流速根據母料與發泡劑的混合物的重量在大約0.1％和25％之間。
97．根據權利要求94的系統，其中發泡劑的質量流速在0.01磅/小時和70磅/小時之間。
98．根據權利要求94的系統，其中發泡劑的質量流速在0.2磅/小時和12磅/小時之間。
99．根據權利要求94的系統，其中發泡劑的質量流速可以被控制在±0.3％之內。
100．根據權利要求94的系統，其中發泡劑包括二氧化碳。
101．根據權利要求94的系統，其中發泡劑包括氮氣。
102．根據權利要求94的系統，其中發泡劑包括氦氣。
103．一種形成聚合物泡沫制品的方法，該方法包括促使聚合物制品的母料流在擠塑裝置的機筒內朝下游方向流動；以經過計量的發泡劑的質量流速把發泡劑引入所述的母料流，以便形成聚合物制品的流體母料與發泡劑的混合物；以及把聚合物制品的流體母料的混合物注入與機筒流體連通的模塑成形艙。
104．根據權利要求103的方法，其中聚合物制品的流體母料和發泡劑的混合物包括單相溶液。
105．根據權利要求103的方法，其中發泡劑的質量流速以母料和發泡劑的混合物重量為基礎在大約1％和25％之間。
106．根據權利要求103的方法，其中發泡劑的質量流速在0.04磅/小時和70磅/小時之間。
107．根據權利要求103的方法，其中發泡劑的質量流速在0.2磅/小時和70磅/小時之間。
108．根據權利要求103的方法，其中發泡劑的質量流速可以被控制在±0.3％之內。
109．根據權利要求103的方法，其中發泡劑包括二氧化碳。
110．根據權利要求103的方法，其中發泡劑包括氮氣。
111．根據權利要求103的方法，其中發泡劑包括氦氣。
112．一種系統，該系統包括機筒，該機筒具有在上游端為接收聚合物制品的母料設計的入口和在下游端的出口，該機筒還包括位于上游端和下游端之間具有眾多小孔的發泡劑口，該發泡劑口與發泡劑源流體連通以便通過各個小孔把來自發泡劑源的發泡劑引導到機筒內的母料中，在機筒中形成母料和發泡劑的混合物；以及模塑成形艙，該模塑成形艙具有與機筒流體連通的入口，以便接收來自機筒的母料和發泡劑的混合物。
113．根據權利要求112的系統，其中發泡劑口包括至少10個小孔。
114．根據權利要求112的系統，其中發泡劑口包括至少40個小孔。
115．根據權利要求112的系統，其中發泡劑口包括至少100個小孔。
116．根據權利要求112的系統，其中發泡劑口包括至少300個小孔。
117．根據權利要求112的系統，其中發泡劑口包括至少500個小孔。
118．根據權利要求112的系統，其中發泡劑口包括至少700個小孔。
119．根據權利要求112的系統，其中所述機筒包括許多發泡劑口。
120．根據權利要求119的系統，其中各個發泡劑口沿著機筒的圓周布局在12點、3點、6點和9點的位置上。
121．根據權利要求112的系統，其中所述系統進一步包括結構適合在機筒中旋轉的螺桿，該螺桿包括至少一條從螺桿主體上凸起的螺紋，該螺紋隨著螺桿旋轉定期地通過各個小孔。
122．根據權利要求121的系統，其中所述螺桿包括多條螺紋。
123．根據權利要求121的系統，其中所述螺紋的結構和布局適合隨著螺桿旋轉定期地阻擋小孔以防止發泡劑通過那里流動。
124．根據權利要求121的系統，其中所述螺紋以至少大約每秒0.5次的速率通過各個小孔。
125．根據權利要求121的系統，其中所述螺紋以至少大約每秒1次的速率通過各個小孔。
126．根據權利要求121的系統，其中所述螺紋以至少大約每秒1.5次的速率通過各個小孔。
127．根據權利要求121的系統，其中所述螺紋以至少大約每秒2次的速率通過各個小孔。
128．根據權利要求112的系統，進一步包括一個入口與發泡劑源連通、出口與機筒連通的計量裝置，該計量裝置的結構和布局適合計量從發泡劑源流向發泡劑口的發泡劑的質量流速。
129．一種形成聚合物制品的方法，該方法包括促使聚合物制品的母料流在擠塑裝置的機筒內朝下游方向流動；通過在與發泡劑源流體連通的貫穿發泡劑口上的眾多小孔把發泡劑引入母料流以形成母料與發泡劑的混合物；以及把母料的混合物注入與機筒流體連通的模塑成形艙。
130．根據權利要求129的方法，其中發泡劑口包括至少10個小孔。
131．根據權利要求129的方法，其中發泡劑口包括至少100個小孔。
132．根據權利要求129的方法，其中發泡劑口包括至少500個小孔。
133．根據權利要求129的方法，其中發泡劑口包括至少700個小孔。
134．根據權利要求129的方法，其中機筒包括多個發泡劑口。
135．根據權利要求134的方法，其中各個發泡劑口沿著擠塑機機筒的圓周被布局在12點、3點、6點和9點的位置上。
136．根據權利要求134的方法，進一步包括使結構和布局適合在機筒內旋轉的螺桿的至少一條螺紋定期地通過各個小孔。
137．根據權利要求136的方法，其中所述螺紋的結構和布局適合隨著螺桿的旋轉定期地阻塞相應的小孔，以阻止發泡劑通過那里的流動。
138．根據權利要求136的方法，其中所述的至少一條螺紋以至少大約每秒0.5次的速率通過相應的小孔。
139．根據權利要求136的方法，其中所述的至少一條螺紋以至少大約每秒1次的速率通過相應的小孔。
140．根據權利要求136的方法，其中所述的至少一條螺紋以至少大約每秒1.5次的速率通過相應的小孔。
141．根據權利要求136的方法，其中所述的至少一條螺紋以至少大約每秒2次的速率通過相應的小孔。
142．根據權利要求136的方法，進一步包括計量被引入聚合物制品母料的發泡劑的質量流速。
143．一種用來生產注塑成形的微孔材料的系統，其中包括積聚器，該積聚器具有適合積聚微孔材料的母料和發泡劑的結構和布局并且包括一個出口；注射器，該注射器具有適合通過積聚器的出口周期性地注射微孔材料的母料的結構和布局；以及模塑成形艙，該模塑成形艙具有與積聚器流體連通的入口并且具有適合接收微孔材料的母料的結構和布局。
144．根據權利要求143的系統，其中所述的積聚器包括在擠塑機機筒內的遠端區，而所述的注射器包括結構和布局適合在機筒內作往復運動的擠塑螺桿。
145．根據權利要求143的系統，其中所述的積聚器包括具有一個與擠塑機的出口流體連通的入口的殼體；所述的注射器包括結構和布局適合在所述殼體內作往復運動的活塞。
146．一種方法，該方法包括積聚微孔聚合物材料的母料和發泡劑的裝模料；以及把裝模料注入模塑成形艙。
147．根據權利要求146的方法，其中注射裝模料包括使往復式擠塑螺桿在擠塑機的機筒內朝下游方向移動，以迫使裝模料進入模塑成形艙。
148．根據權利要求146的方法，其中注射裝模料的步驟包括使往復式擠塑螺桿在結構和布局適合積聚裝模料的殼體內移動，以迫使裝模料進入模塑成形艙。
149．一種制品，該制品包括借助促使可流動的材料進入模塑成形艙并且使之在那里形成本質上與模塑成形艙形狀相同的微孔制品的方法制成的微孔聚合物模塑制品，該制品包括至少一個橫截面尺寸不超過大約0.125英寸的部分。
150．根據權利要求149的制品，它具有至少大約為5％的空隙體積。
151．根據權利要求149的制品，它具有至少大約為10％的空隙體積。
152．根據權利要求149的制品，它具有至少大約為15％的空隙體積。
153．根據權利要求149的制品，它具有至少大約為20％的空隙體積。
154．根據權利要求149的制品，它具有至少大約為25％的空隙體積。
155．根據權利要求149的制品，它具有至少大約為30％的空隙體積。
156．根據權利要求149的制品，所述制品具有與模塑成形艙的內表面相對應的表面，該表面沒有人的裸眼可見的放射斑和漩紋。
157．根據權利要求149的制品，它具有至少大約為50％的空隙體積。
158．根據權利要求149的制品，其中包括的殘留的化學發泡劑或化學發泡劑的反應副產物在數量上少于在按重量計用大約0.1％以上的化學發泡劑發泡的制品中發現的固有的殘留量。
159．根據權利要求149的制品，其中包括至少一個橫截面尺寸不超過大約0.100英寸的部分。
160．根據權利要求149的制品，其中包括至少一個橫截面尺寸不超過大約0.075英寸的部分。
161．根據權利要求149的制品，其中包括至少一個橫截面尺寸不超過大約0.050英寸的部分。
162．根據權利要求149的制品，其中包括至少一個橫截面尺寸不超過大約0.025英寸的部分。
163．根據權利要求149的制品，其中包括至少一個橫截面尺寸不超過大約0.010英寸的部分。
164．根據權利要求149的制品，它的平均泡孔尺寸不足大約100微米。
165．根據權利要求149的制品，它的平均泡孔尺寸不足大約30微米。
166．根據權利要求149的制品，它的最大泡孔尺寸大約為50微米。
167．根據權利要求149的制品，它的最大泡孔尺寸大約為5微米。
168．根據權利要求149的制品，其中微孔材料本質上是閉孔型的。
169．一種制品，該制品包括借助促使可流動的材料進入模塑成形艙并且使之在那里形成微孔制品的方法制成的三維的微孔聚合物制品，該制品具有三條與三個尺寸相對應的彼此交叉的主軸線，其中與第一軸線相關聯的尺寸之一沿著第二垂直軸線作為位置的函數發生變化，該制品包括至少一個橫截面尺寸不超過大約0.125英寸的部分。
170．根據權利要求149或169的制品，其中所述制品是注塑成形的。
171．根據權利要求149或169的制品，其中所述制品是通過促使熱塑性聚合物進入模具并且讓制品在模具中成形制成的。
172．一種方法，該方法包括積聚泡沫聚合物材料的母料和發泡劑的裝模料；把至少占裝模料的大約2％的第一部分裝模料加熱到比裝模料的平均溫度高至少大約10℃的溫度；以及把裝模料注入模塑成形艙。
173．根據權利要求172的方法，其中包括提供借助噴嘴與模塑成形艙流體連通的積聚器；在所述的積聚器和噴嘴中積聚裝模料，其中裝模料的第一部分駐留在噴嘴中；以及把噴嘴加熱到比積聚器的溫度高的溫度，借此把裝模料的第一部分加熱到比裝模料的平均溫度至少高大約10℃的溫度。
174．一種用來生產注塑成形的聚合物材料的系統，該系統包括積聚器，該積聚器具有適合接收泡沫聚合物的母料和發泡劑的入口和出口；模塑成形艙，該模塑成形艙具有與積聚器的出口流體連通的入口；與積聚器相關聯的加熱裝置，該加熱裝置的結構和布局適合在系統操作期間把靠近模塑成形艙的積聚器的第一部分加熱到比積聚器的平均溫度至少高大約10℃的溫度。
175．根據權利要求174的系統，其中所述的第一部分是把積聚器連接到模塑成形艙上的噴嘴。
176．根據權利要求175的系統，進一步包括一臺擠塑機，該擠塑機的結構和布局適合把泡沫聚合物材料的母料和發泡劑交付給積聚器的入口。
177．一種方法，該方法包括在與模塑成形艙流體連通的積聚器中把包括由本質上沒有發泡劑的流體聚合物材料組成的第一部分和由與發泡劑混合的流體聚合物材料組成的第二部分的裝模料積聚起來；把來自積聚器的裝模料注入模塑成形艙；以及使聚合物的微孔制品在模塑成形艙中成形。
178．一種方法，該方法包括把本質上沒有發泡劑的流體聚合物材料組成的第一部分裝模料和與發泡劑混合的流體聚合物材料組成的第二部分裝模料引入與模塑成形艙流體連通的積聚器；以及把裝模料從積聚器注入模塑成形艙。
179．根據權利要求177和178的方法，其中所述積聚器的入口與擠塑機的出口流體連通。
180．根據權利要求177和178的方法，其中所述積聚器位于擠塑機的機筒內，在處理聚合物的螺桿的下游。
181．根據權利要求177的方法，其中包括提供包括模塑成形艙的模塑系統和與該模塑成形艙流體連通的積聚器，該積聚器具有靠近模塑成形艙的第一部分和借助第一部分與模塑成形艙隔開的第二部分；積聚步驟包括在積聚器的第一部分中積聚第一部分裝模料和在積聚器的第二部分中積聚第二部分裝模料。
182．一種用來生產注塑成形的聚合物材料的系統，該系統包括擠塑機，該擠塑機具有適合接收泡沫聚合物材料并且具有適合用母料生產流體聚合物材料的結構和布局的入口、位置適合交付來自該擠塑機的流體聚合物材料的第一出口、在第一出口的下游可與物理發泡劑源連接的發泡劑入口、在發泡劑入口的下游、其結構和布局適合生產流體聚合物母料和發泡劑的混合物的混合區、位于混合區的下游適合交付流體聚合物母料和發泡劑的混合物的第二出口；積聚器，該積聚器具有與擠塑機的第一出口流體連通的第一入口和與擠塑機的第二出口流體連通的第二入口。
183．一種用來生產注塑成形的微孔材料的系統，該系統包括擠塑機，該擠塑機具有在其出口端為釋放聚合物材料和發泡劑的不成核的、均勻的流體單相溶液設計的出口；以及模塑成形艙，該模塑成形艙具有與所述擠塑機流體連通的入口；所述系統的結構和布局適合把來自擠塑機出口的單相溶液交付給模塑成形艙的入口并且適合在填充模塑成形艙期間使單相溶液成核，以便在模塑成形艙內形成成核的微孔聚合物材料的母料。
184．根據權利要求183的系統，包括成核路徑，該成核路徑具有結構和布局適合接收聚合物材料和發泡劑的不成核的、均勻的流體單相溶液的聚合物接收端；結構和布局適合釋放成核的聚合物材料的成核聚合物釋放端；以及把接收端與釋放端連接起來的流動路徑。
185．根據權利要求184的系統，其中所述的釋放端與模塑成形艙連通。
186．根據權利要求185的系統，其中所述的釋放端定義模塑成形艙的孔口。
187．根據權利要求186的系統，其中所述系統能夠使與發泡劑均勻混合的流體聚合物在通過該路徑的同時承受至少大約0.1GPa/sec的壓降速率。
188．根據權利要求183的系統，進一步包括與封閉的路徑流體連通的積聚器，所述積聚器的結構和布局適合積聚預定數量的成核的聚合物材料并且適合把預定數量的成核的聚合物材料注入模塑成形艙。
189．根據權利要求183的系統，其中所述模塑成形艙的結構和布局適合在升高的壓力下容納成核的聚合物材料，借此控制泡孔在高壓下的生長。
190．根據權利要求189的系統，其中所述模塑成形艙是通過流體加壓的，以便在升高的壓力下容納成核的聚合物材料。
191．根據權利要求189的系統，其中所述模塑成形艙是用機械加壓的，以便在升高的壓力下容納成核的聚合物材料。
192．一種擠塑系統，該系統包括機筒，該機筒具有為接收擠塑材料的母料設計的入口、為釋放不成核的發泡劑和所述母料的流體混合物設計的出口、可與發泡劑源連接的小孔以及適合在所述機筒內往復運動的螺桿。
193．根據權利要求192的擠塑系統，進一步包括至少兩個可與發泡劑源連接的小孔。
194．根據權利要求193的擠塑系統，其中所述的至少兩個小孔是沿著機筒的軸線縱向排列的。
195．根據權利要求194的擠塑系統，進一步包括適合在螺桿作往復運動時把未成核的發泡劑依次通過所述的至少兩個小孔引入機筒的裝置。
196．根據權利要求192的擠塑系統，進一步包括與第一機筒一前一后連接的第二機筒，該第二機筒具有為接收不成核的發泡劑和母料的流體混合物設計的入口；以及裝配往復螺桿。
197．一種方法，該方法包括把來自與擠塑裝置流體連的積聚器的泡沫聚合物材料的母料和發泡劑的流體單相溶液注入模塑成形艙，同時使該溶液成核以形成成核的混合物；以及讓該混合物在模塑成形艙中固化成泡沫聚合物制品。
198．根據權利要求197的方法，其中所述制品是微孔型的。
199．根據權利要求197的方法，其中包括讓成核的混合物經歷泡孔生長過程；讓該混合物按閉合空間的形狀固化，以便按閉合空間的形狀形成微孔聚合物制品；以及從閉合空間中取出該微孔聚合物制品同時使該制品保持閉合空間的形狀。
200．根據權利要求199的方法，其中包括通過使物料流在進入所述的閉合空間的同時連續地經受速率足以引起成核作用的壓降使該物料流連續地成核。
201．根據權利要求197的方法，進一步包括從閉合空間中取出固化的微孔制品；以及在不足10分鐘的時間周期內在所述的閉合空間中提供第二份成核的混合物，讓所述的第二份混合物按閉合空間的形狀固化，以及從所述的閉合空間中取出第二個固化的微孔制品。
202．根據權利要求201的方法，其中所述的時間周期不足大約1分鐘。
203．根據權利要求199的方法，其中所述的時間周期不足大約20秒鐘。
204．根據權利要求197的方法，進一步包括給閉合空間各個部分加熱。
205．根據權利要求204的方法，進一步包括給整個閉合空間加熱。
206．根據權利要求205的方法，進一步包括讓所述的混合物按所述閉合空間的形狀局部固化以便按閉合空間的形狀形成第一微孔聚合物制品；將所述微孔聚合物制品從閉合空間中取出；以及讓所述的第一微孔聚合物制品的各個部分進一步膨脹以便形成各個部分的形狀都比閉合空間的形狀大的微孔聚合物制品。
207．一種方法，該方法包括當擠塑螺桿在機筒內軸向移動時把發泡劑注入聚合物擠塑裝置的的擠塑機機筒。
208．根據權利要求207的方法，其中包括當螺桿在機筒內作近端運動使流體母料本質上保持軸向靜止時把發泡劑從擠塑機機筒上靠近螺桿混合段的小孔注入聚合物制品的流體母料，就足以在小孔附近的流體母料中形成富含發泡劑的區域的時間周期而言，在流體母料中富含發泡劑的區域的上游將建立流體母料的缺乏發泡劑的區域；以及把螺桿朝遠端推進以便把缺乏發泡劑的區域定位在小孔的下游。
209．根據權利要求208的方法，其中包括在把螺桿朝遠端推進時首先把缺乏發泡劑的母料注入閉合空間然后把富含發泡劑的母料注入該閉合空間，并且讓所述母料在所述的閉合空間中固化。
210．根據權利要求208的方法，其中包括在所述閉合空間的內壁附近建立缺乏發泡劑的母料區域，同時在所述閉合空間的中心部分建立富含發泡劑的母料區域。
211．根據權利要求208的方法，其中包括在把螺桿朝遠端推進的同時首先把富含發泡劑的母料注入閉合空間，然后把缺乏發泡劑的母料注入所述的閉合空間，并且讓所述母料在所述的閉合空間中固化。
212．根據權利要求211的方法，其中包括在所述閉合空間的內壁附近建立富含發泡劑的母料區域，同時在所述閉合空間的中心部分建立缺乏發泡劑的母料區域。
213．一種方法，該方法包括把來自擠塑螺桿的內腔的發泡劑通過在螺桿的螺紋外表面上的小孔注入聚合物擠塑裝置的機筒。
214．根據權利要求213的方法，其中包括當螺桿在機筒中作往復運動時把來自擠塑螺桿的內腔的發泡劑注入機筒。
215．根據權利要求213的方法，其中包括把來自擠塑螺桿的內腔的發泡劑注入在機筒中的聚合物制品的流體母料。
216．根據權利要求213的擠塑螺桿，其結構和布局適合在聚合物擠塑裝置的機筒內作往復運動。
217．根據權利要求213的擠塑螺桿，其中內腔從螺桿的近端延伸到所述的小孔。
218．根據權利要求213的擠塑螺桿，其中所述小孔在螺桿的螺紋外表面上。
219．一種方法，該方法包括在擠塑裝置的機筒中建立聚合物制品的流體母料；從機筒中回收一部分流體母料；將這部分流體母料與發泡劑混合，以便形成發泡劑與這部分流體母料的混合物；以及把混合物引入機筒。
220．根據權利要求219的方法，其中包括在從機筒上的第一小孔回收一部分母料的同時通過在第一小孔下游的第二小孔把混合物引入機筒，借此使下游的缺乏發泡劑的流體母料部分變成富含發泡劑的流體母料部分。
221．根據權利要求220的方法，進一步包括把富含發泡劑的和缺乏發泡劑的兩部分流體母料都注入模具。
222．一種用來生產注塑成形材料的系統，該系統包括擠塑機，該擠塑機具有結構和布局適合提供模塑材料流體母料的擠塑機機筒；模塑成形艙，該模塑成形艙的內部形狀與所需的微孔聚合物制品形狀相同；以及混合腔，該混合腔與機筒上的第一上游孔、機筒上的第二下游孔以及發泡劑源流體連通。
223．一種泡沫聚合物的模塑制品，其厚度小于0.025英寸。
224．根據權利要求223的模塑制品，其中所述制品是微孔型的。
225．根據權利要求223的模塑制品，其泡孔密度至少大約為106個泡孔/立方厘米。
226．一種形成聚合物模塑零件的方法，該方法包括把與超臨界流體混合在一起的聚合物材料引入包括內部尺寸不足大約0.125英寸的部分的模具，以及讓聚合物材料在模具中固化。
227．根據權利要求226的方法，其中引入物料步驟和固化步驟是在不足10秒鐘的時間周期內發生的。
228．根據權利要求226的方法，其中包括和生產進入包括內部尺寸不足大約0.050英寸的部分的模具的與超臨界流體混合在一起的聚合物材料。
229．一種方法，該方法包括建立至少兩種不同的熔融聚合物成分與超臨界流體發泡劑的混合物；以及擠塑該混合物，以便形成至少兩種成分的不分層的泡沫制品。
230．根據權利要求229的方法，包括建立至少兩種聚合物成分與超臨界流體發泡劑的未成核的單相溶液并且讓該溶液承受快速的壓降以使該溶液成核。
231．根據權利要求230的方法，所述的至少兩種不同的成分都是以至少大約1wt％的量存在的。
232．根據權利要求229的方法，包括在使所述溶液成核的同時把所述的單相溶液擠入模塑成形艙，然后讓泡沫制品在模塑成形艙內形成。
233．一種方法，該方法包括把聚合物材料和發泡劑的單相溶液注入打開的模具，然后關閉模具并且按模具的形狀形成微孔制品。
234．一種方法，該方法包括建立聚合物材料和發泡劑的未成核的單相溶液，在該溶液成核期間把溶液引入模塑成形艙；使模具龜裂，借此允許泡孔生長發生；以及回收微孔聚合物制品，該制品具有類似于模塑成形艙的形狀但比模塑成形艙大。
235．一種用來生產注塑成形的微孔材料的系，該系統包括擠塑機，該擠塑機在其出口端具有為釋放微孔聚合物材料的母料和發泡劑設計的出口；以及模塑成形艙，該模塑成形艙的入口所述與擠塑機的出口流體連通；所述系統的結構和布局適合周期性地把微孔聚合物材料的母料和發泡劑注入模塑成形艙。
236．一種模塑微孔聚合物制品的方法，該方法包括在擠塑機中形成微孔聚合物材料的母料和發泡劑的未成核的均勻的單相流體溶液；在所述溶液成核期間用該溶液填充模塑成形艙，以便在模塑成形艙內形成成核的微孔聚合物材料的母料。
237．一種制品，該制品包括注塑成形的聚合物制件，該制件的長度/厚度比至少大約為50∶1，所述聚合物的熔體指數在大約10以下。
238．根據權利要求237的制品，其中所述聚合物制品包含聚苯乙烯。
239．根據權利要求237的制品，其中所述長度/厚度比至少為大約75∶1。
240．根據權利要求237的制品，其中所述長度/厚度比至少為大約100∶1。
241．根據權利要求237的制品，其中所述長度/厚度比至少為大約150∶1。
242．一種制品，該制品包括注塑成形的聚合物制件，該制件的長度/厚度比至少為大約120∶1，所述聚合物的熔體流動速率在大約40以下。
243．根據權利要求242的制品，其中所述聚合物材料是聚烯烴。
244．根據權利要求242的制品，其中所述的長度/厚度比至少為大約150∶1。
245．根據權利要求242的制品，其中所述的長度/厚度比至少為大約175∶1。
246．根據權利要求242的制品，其中所述的長度/厚度比至少為大約200∶1。
247．根據權利要求235的制品，其中所述的長度/厚度比至少為大約250∶1。
248．一種包括空隙體積至少為大約5％的注塑成形的聚合物泡沫材料的制品，該制品的表面沒有人的裸眼可見的放射斑和漩紋。
249．一種方法，該方法包括把流體聚合物材料/發泡劑的混合物注入模塑成形艙，讓該混合物在模塑成形艙中固化成微孔聚合物制品，然后從模塑成形艙中取出固化的微孔聚合物制品；以及在不足10分鐘的時間周期內把第二份聚合物/發泡劑的混合物提供給所述到模塑成形艙，讓這份混合物在模塑成形艙中固化成第二個微孔聚合物制品，然后從模塑成形艙中取出第二個微孔聚合物制品。
250．根據權利要求249的方法，其中所述的時間周期不足大約1分鐘。
251．根據權利要求249的方法，其中所述的時間周期不足大約20秒。
252．一種方法，該方法包括把聚合物/發泡劑的混合物在低于大約400的熔體溫度下注入模塑成形艙；以及在模塑成形艙中使固體的泡沫聚合物制品模塑成形，該制品具有至少為大約5％的空隙體積和至少為大約50∶1的長度/厚度比。
253．根據權利要求252的方法，其中所述聚合物制品具有不足0.5英寸的厚度。
254．根據權利要求252的方法，其中所述的熔體溫度低于大約380。
255．根據權利要求252的方法，其中所述的熔體溫度低于大約300。
256．根據權利要求252的方法，其中所述的熔體溫度低于大約200。
257．根據權利要求252的方法，其中所述的長度/厚度比至少為大約100∶1。
258．根據權利要求234的方法，包括在模具龜裂后繼續把溶液引入模塑成形艙。
全文摘要
這項發明提供用來制作微孔泡沫材料和微孔制品的注塑成形系統和方法。在一些實施方案中,壓降速率和切應變速率是重要的特點,而這項發明提供在注塑成形系統中控制這些參數的系統。另一方面包括一種注塑成形系統,該系統包括位于加壓模具上游的成核裝置。另一方面包括一種用于形成發泡劑與聚合物材料的未成核的單相溶液的往復式螺桿擠塑系統。另一方面包括壁非常薄的薄壁微孔材料和薄壁聚合物材料。另一方面提供一種在表面與非泡沫制件沒有顯著差異的壁非常薄的薄壁制件中產生大幅度減重的方法。
文檔編號B29C45/26GK1325337SQ99812883
公開日2001年12月5日 申請日期1999年11月4日 優先權日1998年11月4日
發明者戴維·E·皮爾瑞克, 杰里·R·安德森, 車松·W, 陳麗琴, 詹姆斯·F·史蒂文森, 戴納·E·萊英 申請人:特瑞賽爾公司