專利名稱:擠出發泡成形用成形材料及其制造方法、使用所述成形材料制造的木質發泡成形體以及 ...的制作方法
技術領域:
本發明涉及以熱塑性樹脂和木粉為主要成分的擠出發泡成形用成形材料及其制造方法、使用所述成形材料制造的木質發泡成形體以及所述木質發泡成形體的制造方法和制造裝置。
背景技術:
把通過將熱塑性樹脂和木粉一起熔融混煉得到的成形坯料(成形生地)形成為所希望的形狀而得到的成形體(木質成形體),即具有木材的質感,又具有難以腐爛等作為樹脂成形體的特性,因此例如作為設置在室外的木平臺用的建筑材料等被廣泛使用。在通過擠出成形制造這種木質成形體時使用的擠出成形裝置的一個例子如圖8 所示。該擠出成形裝置641包括擠出機642,具有圓筒形的筒643和以能轉動的方式設置在該筒643內部的螺桿645 ;驅動源(圖中沒有表示),驅動所述擠出機642的螺桿645 轉動;以及模具650,用于導入從設置在所述擠出機642的筒643上的出口 643a擠出的成形坯料62 并使成形坯料62 成形。為了使用所述結構的擠出成形裝置641形成木質成形體(板材),例如可以通過把按規定的配比混合的木粉、熱塑性樹脂、顏料、增韌劑等必要的材料作為混合原料,通過設置在擠出機的筒643上的料斗644,提供到筒643內,通過驅動源驅動擠出機的螺桿645轉動,邊對混合原料加熱混煉邊對該混合原料施加朝向螺桿645的前端方向的擠出力對該混合原料進行壓力輸送,在螺桿645的前端一側,通過設在筒643上的出口 643a將熔融塑化后的成形坯料62 擠出到形成在模具650內的成形室650a內,來制造截面形狀與成形室 650a的截面形狀一致的木質成形體(例如參照專利文獻1)。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日報專利公開公報特開平8-118452號本發明所要解決的技術問題其中,在通過擠出成形把以熱塑性樹脂和木粉為主要成分的混合原料形成規定的形狀的情況下,如前所述,將通過擠出機642熔融混煉的成形坯料62 在模具650內形成所希望的形狀并進行冷卻固化從而形成目的產品,其關鍵在于在該工序中在提高生產率的同時,怎樣得到質量穩定的產品。可是,在制造含有大量木粉的木質成形體時,難以控制成形坯料62 的流動,難以兼顧提高生產率和制造質量穩定的產品。特別是在為了使熔融塑化后的成形坯料62 發泡成為木質成形體(在本發明中稱為“木質發泡成形體”)而在原料中添加了發泡劑的情況下,伴隨著發泡劑的發泡,導致
4在擠出機642和模具650內的成形坯料62 的壓力和流動產生劇烈的變化等,在成形坯料 625a中產生脈動等,更難控制成形坯料62 的流動,伴隨成形坯料62 內的發泡氣體分布不均而產生氣泡分布不均及產生空穴,伴隨成形坯料62 的脈動而在表面上產生褶皺等, 在最終得到的木質發泡成形品中容易產生缺陷,因而穩定地制造質量沒有波動的產品變得更困難。作為一個例子,在把在由所述的木粉、熱塑性樹脂、顏料、增韌劑等構成的原料中單純地添加發泡劑后得到的物質作為混合原料,通過用參照圖8說明過的已知的擠出成形裝置641進行擠出成形的情況下,如果在擠出機642的筒643內因熔融混煉時的加熱使發泡劑產生發泡氣體,并且使發泡氣體膨脹產生氣泡,則這樣生成的氣泡容易集中在成形坯料的中心部。如果在氣泡如上所述的集中在成形坯料62 的中心部的狀態下,在形成于模具 650內的成形室650a內使該成形坯料62 冷卻并固化,則由于氣泡進一步集中在木質發泡成形體的寬度方向的中央部(芯部),所以會產生因尺寸是所謂的“空穴”以上的大的內部空隙G而造成的內部缺陷,因此木質發泡成形體的寬度方向的中央部沿長邊方向向兩個厚度方向膨脹,不能保持方形截面,不能成為產品,此外當然強度也會降低,要制造與沒有發泡的相同的高質量的發泡成形品,在商業途徑上是不可能的或者在實驗階段也是非常困難的(圖9)。此外,在圖9中,為了保持強度,在成形板的該圖中的下邊,沿長邊方向形成有鋸齒形槽條。為了解決所述的問題,例如可以考慮通過改變擠出成形裝置641 —方的結構來進行應對,例如如圖10所示,嘗試了在模具650的入口部配置多孔板652,多孔板652形成由多個網眼構成的篩網,通過多孔板652的網眼把成形坯料62 擠出到模具650的成形室 650a內,從而對成形坯料62 施加阻力,由此提高筒643的內壓,抑制在筒643內部的發泡氣體膨脹,使成形坯料62 成為發泡氣體在擠出機642的筒643內的分散狀態變得更均勻,然后把這樣的成形坯料62 導入模具650中。可是,即使通過這樣構成的擠出成形裝置641來形成木質發泡成形體,也與使用前面的圖8所示的已知的擠出成形裝置641的情況相同,也不能避免氣泡容易集中于在成形室650a內成形的發泡成形品的中心部(芯部)的現象,不能避免產生圖9所示的內部空隙G,難以得到高強度的木質發泡成形體。如上所述,為了通過擠出成形得到沒有缺陷的高質量的木質發泡成形體,必須使擠出成形時的成形坯料62 的流動和發泡氣體相對于成形坯料62 的擴散均勻進行,并且使通過發泡氣體進行的成形坯料62 的膨脹在適當的時候進行,但僅僅通過改變擠出成形裝置一方的結構難以圓滿地進行所述的控制。
發明內容
因此,本發明是為了解決所述的以往的技術存在的問題而做出的,本發明的目的在于提供一種擠出發泡成形用成形材料,通過重新研究原料一方的組成,所述的擠出發泡成形用成形材料可以得到高質量的木質發泡成形體。此外,本發明的另外的目的是提供一種使用所述成形材料制造的、沒有缺陷的高質量的木質發泡成形體。
此外,本發明的另外的目的是提供適合使用所述擠出發泡成形用成形材料進行擠出發泡成形的擠出成形裝置、擠出成形方法。解決技術問題的技術方案下面在解決技術問題的技術方案中附加上具體實施方式
中的附圖標記進行敘述。 該附圖標記是用于使權利要求的記載和具體實施方式
的記載的對應變得清楚,當然不是用于限制對本發明的權利要求的技術范圍的解釋。為了解決所述的問題,本發明的擠出發泡成形用成形材料,用于通過添加發泡劑并進行擠出發泡成形來制造木質發泡成形體,其特征在于,以木粉和聚丙烯、聚乙烯等熱塑性樹脂為主要成分,并含有1 5wt%的分子量為300 lOOOg/mol的烷烴(權利要求1)。在進行熔融混煉使各構成成分成為均勻分散的狀態后,將得到的混煉物制造成規定粒徑的顆粒,從而可以得到形成為顆粒狀物( > 〃卜)的所述構成的成形材料(權利要求2、權利要求5)。此外,所述成形材料可以是所述木粉和所述熱塑性樹脂的配比是相對于木粉為50 55wt%,樹脂為45 50wt% (權利要求3、權利要求6)。此外,除了所述木粉、熱塑性樹脂和烷烴以外,所述成形材料也可以含有填料和/ 或增韌劑和/或顏料(權利要求4、權利要求7)。此外,本發明涉及通過把所述的任一種的成形材料與發泡劑一起用擠出成形裝置擠出成形為規定形狀而得到的木質發泡成形體(權利要求8)以及該木質發泡成形體的制
造方法。所述的木質發泡成形體的制造方法的特征在于,把所述的任一種成形材料與發泡劑一起導入設在擠出成形裝置11中的螺桿式擠出機12內,在所述發泡劑的分解溫度以上的溫度下進行熔融混煉,邊將從所述擠出機12擠出的成形坯料2 維持在加壓的狀態下邊將所述成形坯料2 導入成形模具30的成形室31內,在導入所述成形模具30的成形室31 時,使所述成形坯料25a的壓力釋放,從而使所述成形坯料2 發泡,并且在通過所述成形模具30的成形室31內的過程中,邊把所述成形坯料2 成形為與所述成形室31的截面形狀對應的形狀邊使所述成形坯料2 冷卻固化(權利要求9)。作為所述木質發泡成形體的制造方法,其可以是在所述擠出成形裝置11的所述擠出機12和所述成形模具30之間設置擠出模具20,該擠出模具20連通所述擠出機12的出口(筒13的出口 13a)和所述成形模具30的入口 30a之間,對從所述擠出機12的出口 13a導入所述擠出模具20內的成形坯料2 施加阻力,提高所述擠出機12內的成形坯料 25a的壓力,并且使所述擠出模具20的流路面積從該擠出模具20的入口 20a —側向出口 20b 一側變小,從而邊維持從所述擠出機12導入所述擠出模具20中的成形坯料2 的壓力邊將所述成形坯料2 導入所述成形模具30的成形室31內,使通過了所述擠出模具20的成形坯料2 在通過了所述擠出模具20的出口 20b時釋放壓力,在所述成形模具30的入口 30a部分使所述成形坯料2 發泡(權利要求10)。用于利用所述的方法制造木質發泡成形體的擠出成形裝置的特征在于,其包括 螺桿式擠出機12,對一起導入的以熱塑性樹脂和木粉為主要成分的成形材料及發泡劑,在所述發泡劑的分解溫度以上的溫度下進行熔融混煉;擠出模具20,與所述擠出機12的出口 13a連通,導入由所述擠出機12擠出的成形坯料;以及成形模具30,與所述擠出模具20的出口 20b連通,通過了所述擠出模具20的成形坯料導入形成在該成形模具30內部的成形室31,并且該成形模具30邊把在所述成形室31內移動的所述成形坯料2 成形為與所述成形室31的內部形狀對應的形狀邊使所述成形坯料2 冷卻固化,其中,在所述擠出機12 的出口 13a部分設置有網眼狀的多孔板22,在該多孔板22上形成有多個孔,并且在所述擠出模具20內設置有阻力件沈,該阻力件沈使所述擠出模具20內的流路面積從所述擠出模具20的入口 20a —側向出口 20b —側減少(權利要求11)。此外,優選的是,所述擠出模具的出口內的流路面積比所述成形模具的入口的面積小(權利要求12)。此外,所述擠出成形裝置11可以是所述擠出模具20的所述出口 20b與所述成形模具30的成形室31的入口 30a為相同的形狀,所述阻力件沈的所述成形模具一側的端部 (心軸部沈(3)的截面形狀與所述擠出模具的出口形狀是相似形、且所述阻力件沈的所述成形模具一側端部(心軸部沈(3)的截面形狀比所述擠出模具的出口形狀稍小,并且所述阻力件26的所述成形模具一側的端部配置在所述擠出模具20的出口 20b內的中心(權利要求 13)。此外,優選的是,所述擠出成形裝置11的所述螺桿式擠出機是雙螺桿擠出機(權利要求14)。優選的是,所述熱塑性樹脂的MFR (熔體流動速率)在0.5 10 (g/10分鐘)的范圍內(權利要求15、權利要求16)。此外,所述熱塑性樹脂可以使用聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、ABS樹脂及聚氯乙烯 (PVC)中的一種或它們的混合樹脂(權利要求17、權利要求18)。本發明的效果按照如上說明過的構成,本發明可以得到以下的顯著效果。作為在用擠出成形裝置11進行擠出發泡成形時的成形材料,通過使用以木粉和熱塑性樹脂為主要成分,并含有1 5wt%的分子量為300 lOOOg/mol的烷烴的擠出發泡成形用成形材料,可以得到高質量的木質發泡成形體。S卩,通過添加所述的烷烴,在對擠出機12的筒13內的混合材料進行熔融混煉時, 一方面可以促進發泡氣體混合溶解在熱塑性樹脂中,另一方面可以抑制發泡氣體進入木粉,從而可以使發泡氣體在成形坯料內分散成均勻的狀態。此外,烷烴的添加可以減小金屬表面和成形坯料的接觸阻力,可以使發泡氣體分散成均勻狀態的所述成形坯料順利地移動,可以在維持發泡氣體分散成均勻狀態的狀態下,把成形坯料25a導入成形模具30中。而且,通過添加烷烴,在進行成形坯料25a的壓力釋放之前,可以抑制進入熱塑性樹脂中的發泡氣體開始膨脹,可以防止在導入成形模具30內之前,成形坯料2 事先開始發泡。其結果,通過使用了所述成形材料的擠出發泡成形,內部的氣泡的產生狀態均勻, 可以得到高質量的木質發泡成形體,另一方面可以提高擠出成形時的生產率。在所述成形材料是通過進行熔融混煉使各構成成分成為均勻分散的狀態后制造成規定粒徑的顆粒而得到的顆粒狀物的情況下,成形材料的使用變得容易,并且與個別使用包括粉末等的各構成成分的情況相比,可以減少作業環境的污染。
此外,由于除了發泡劑以外的各構成成分,事前被熔融混煉成均勻的分散狀態,所以在擠出機12內熔融混煉時,可以更容易得到各成分沒有不均的均勻的熔融混煉狀態。此外,在所述木粉和所述熱塑性樹脂的配比是相對于木粉為50 55wt%、樹脂為45 50wt%的情況下,可以可靠地獲得添加所述烷烴的效果。此外,通過在所述成形材料中預先含有填料、增韌劑、顏料,特別是事前把這些原料通過熔融混煉后形成為顆粒狀物,在用擠出機12進行熔融混煉等時,更容易使各成分的分散狀態均勻。在使用了所述成形材料的木質發泡成形體的制造方法中,通過在所述擠出機12 的出口 13a部分對成形坯料2 施加阻力,提高在所述擠出機12內的成形坯料2 的壓力, 并且使所述擠出模具20的流路面積從擠出模具20的入口 20a —側向出口 20b —側變小, 在將在擠出模具20內流動的成形坯料25a維持在加壓的狀態的情況下,可以最大限度發揮通過添加抑制在加壓狀態下的成形坯料2 發泡的烷烴而得到的防止事前發泡的效果。其結果,可以使擠出機12和擠出模具20內的發泡氣體均勻分散,并且可以增加成形坯料25a的擠出量(重量),從而可以提高生產率。此外,在擠出機12的出口 13a部分設置有多孔板22、且在擠出模具20內設置有阻力件26的木質發泡成形體的制造裝置,可以可靠地使所述擠出機12的筒13內的成形坯料25a的壓力升高、維持擠出模具20內的壓力,由此可以最大限度地發揮提高發泡氣體的分散性和防止事前發泡等因添加烷烴而具有的作用。特別是,使擠出模具的出口與所述成形模具的成形室的入口為相同的形狀,并且使阻力件26的成形模具30 —側的端部(心軸部的形狀與所述擠出模具20的出口 20b的形狀為相似形、且使阻力件沈的成形模具30 —側的端部(心軸部^c)的形狀比所述擠出模具20的出口 20b的形狀稍小,并將阻力件沈的成形模具30 —側的端部(心軸部 26c)配置在擠出模具20的出口 20b內的中心,按照這樣的構成,在成形坯料2 通過兩者之間形成的狹小間隔時,可以使成形坯料25b內的發泡氣體的分散更均勻,可以獲得與所述的烷烴的作用的協同效應,從而可以使得到的木質發泡成形體內的氣泡分布更均勻。此外,作為所述的螺桿式擠出機12采用雙螺桿擠出機的木質發泡成形體的擠出成形裝置11,伴隨對擠出機12內的成形坯料進行熔融混煉,可以使各成分的分散狀態成為更均勻的狀態,并能夠獲得因烷烴的添加而得到的進一步加速發泡氣體混合溶解在熱塑性樹脂中的效果。
圖1是在制造本發明的成形材料中使用的顆粒狀物制造裝置的說明圖。圖2是在本發明的成形材料的擠出發泡成形中使用的擠出成形裝置的說明圖。圖3的㈧是擠出模具的縱向截面圖,圖3的(B)是橫向截面圖。圖4的㈧是多孔板的主視圖,圖4的(B)是圖4的(A)中的B-B線剖視圖。圖5的㈧是阻力件的俯視圖,圖5的⑶是阻力件的側視圖,圖5的(C)是阻力件的主視圖。圖6的(A)是成形模具(第一成形模具)的縱向截面圖,圖6的(B)是成形模具的橫向截面圖。
圖7是彎曲強度試驗方法的說明圖。圖8是以往的擠出成形裝置的說明圖。圖9是木質發泡成形體的空隙和翹曲的產生狀態的說明圖。圖10是設置有多孔板的擠出成形裝置的說明圖。附圖標記說明11擠出成形裝置12 (螺桿)擠出機13 筒13a 出口(筒 13 的)13b 裝入口(筒 13 的)131熔融區132發泡劑分解區133發泡氣體混合區14定量供給裝置1 成形材料送料器14b發泡劑送料器15螺桿(擠出機12的)151熔融混煉部152分解促進部153分散促進部16接合器16a安裝孔17固定環20擠出模具20a入口(擠出模具20的)20b出口(擠出模具2O的)21流路(擠出模具20的)22多孔板22a 小孔25a成形坯料26阻力件26a魚雷形部26b 橋部26c心軸部26d 肋26e 端面30成形模具30a入口(成形模具30的)30b出口(成形模具3O的)
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31成形室32冷卻介質的流路40顆粒狀物制造裝置41定量供給裝置42擠出機42a 筒43模具噴嘴44切割機4 切割機刀45離心分離機47干燥機50牽拉機(引取機)62 成形坯料641擠出成形裝置642擠出機643 筒643a 出口(筒643 的)644 料斗645 螺桿650 模具650a 成形室652多孔板G(內部)空隙X壓力測量位置
具體實施例方式
擠出發泡成形用成形材料本發明的擠出發泡成形用成形材料作為在通過擠出成形例如使板狀木質成形體以發泡的狀態(木質發泡成形體)成形時使用的材料,通過在進行擠出成形時添加發泡劑來進行使用,使以往被認為不可能實現或者難以實現的、通過擠出成形裝置制造質地均勻的木質發泡成形體變得可能。所述的擠出發泡成形用成形材料(下面只稱為“成形材料”)是在作為主要成分的木粉和熱塑性樹脂中配入為成形材料總量的1 5wt%的烷烴(CnH2n+2),烷烴(CnH2M)的分子量為300 1000g/mol,優選的是350 800g/mol,更優選的是400 600g/mol。除了所述的木粉、熱塑性樹脂和烷烴以外,在所述的成形材料中還可以添加滑石粉等填料、著色用的顏料、增韌劑和其他輔助材料。熱塑性樹脂作為所述的成形材料的主要成分之一的熱塑性樹脂,可以使用聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、ABS樹脂、聚氯乙烯等各種熱塑性樹脂。
此外,所述的熱塑性樹脂可以單獨使用其中的一種,也可以把多種混合使用,例如也可以把以多種熱塑性樹脂混合的狀態下回收的廢塑料等作為原料使用,本實施方式中使用所述的熱塑性樹脂中的聚丙烯(PP)。在此,作為聚丙烯(PP)的種類,可以列舉均聚物、無規共聚物及嵌段共聚物等,在本發明中所述的任意一種聚丙烯都可以使用,此外,例如按照容器再利用法(所謂的“容利法(容U法)”)回收的聚丙烯容器和各種混合有聚丙烯的容器等都可以使用。本發明中使用的熱塑性樹脂優選的是使用MFR(熔體流動速率)為0. 5 10(g/10 分鐘)范圍的熱塑性樹脂,例如也可以通過把MFR不同的多種熱塑性樹脂混合來得到成為所述數值范圍內的MFR的樹脂。木粉作為成形材料另一個主要成分的木粉除了一般在市場上銷售的各種木粉以外,也可以通過使用破碎機、切割機、磨粉機等把例如未使用過的木材、使用過的建筑廢料、木材加工時產生的鋸木屑等廢料破碎等來獲得木粉。使用的木材品種沒有特別的限定,即使把多種木材混合,在結構上也沒有問題,但考慮到最終得到的木質發泡成形體的完成的情況,優選的是使用色調在某種程度上相近的木材。使用的木粉只要粒徑在ΙΟΟΟμπι以下的都可以使用,優選的是使用粒徑為150 200 μ m的木粉。從提高與熱塑性樹脂的融合性和防止在加熱混煉時產生水蒸汽等的觀點出發,優選的是在與其他原料混合前對木粉進行過干燥,優選的是使用干燥到含水量在Iwt %以下的木粉。該木粉與所述的熱塑性樹脂的配比優選的是,木粉/熱塑性樹脂為50 55wt% /45 50wt%。烷烴在本發明中,在成形材料中添加的烷烴(CnH2n+2)可以使用分子量為300 IOOOg/ mol的各種烷烴(CnH2n+2)。因分子量小于300g/mol的烷烴的融點和沸點低因而難以使用,另一方面,從后述的試驗結果可以確定當使用分子量大于lOOOg/mol的烷烴時,不能得到所希望的效果。換句話說,下限值為300g/mol以下時,由于近似流體,沸點也低(50°C以下), 在下限值為300g/mol以上時,則變成石油蠟(固體)。如果變成流體,則向樹脂(PP)中的分散性降低并在表面上析出,不能得到所希望的效果。此外,添加的烷烴的分子量的范圍優選的是350 800g/mol,更優選的是400 600g/mol。該烷烴的添加量相對于得到的成形材料的整體為1 5wt%。如果小于Iwt %,則沒有效果,如果大于5wt%,則會導致烷烴浮出到表面、發泡倍率降低。其他添加材料對于所述成形材料,除了所述的木粉、熱塑性樹脂和烷烴以外,也可以添加是成形材料的整體量的5 30wt%左右的滑石粉等填料、著色用顏料和增韌劑等。在此,作為所述填料的例子所舉出的滑石粉,是為了提高最終得到的木質合成板的強度而添加的,可以添加相對于成形材料總重量的5 25wt%,相對于該添加量,如果滑石粉的添加量少,則不能提高強度,相反,如果添加量過多,則最終得到的木質合成板變脆反而導致強度降低。作為添加的滑石粉的粒徑可以使用比較寬范圍的粒徑,優選的是使用平均粒徑為 5 30 μ m左右的滑石粉。為了在最終得到的木質合成板上進行著色而添加顏料,顏料要與在最終產品上要得到的顏色相對應,可以按各種配比添加各種顏料。作為一個例子,在本實施方式中,為了形成棕色系的著色,使用了氧化銀系的顏料,相對于成形材料的整體添加了 3wt %左右的該顏料。此外,作為添加材料也可以添加增韌劑,如前所述,在作為主要原料的熱塑性樹脂使用了聚丙烯的本實施方式中,添加馬來酸改性聚丙烯作為所述增韌劑,可以提高木粉和樹脂之間的結合性。如果所述增韌劑的添加量過少,則沒有效果,另一方面,雖然所述增韌劑添加的越多,則效果越大,但是成本也會增加,作為一個例子,優選的是相對于得到的成形材料的整體添加0. 3 2. 0wt%左右的增韌劑。成形材料的制造優選的是,通過預先均勻地攪拌等將構成所述成形材料的木粉、熱塑性樹脂、烷烴和根據需要添加的滑石粉等填料、顏料、增韌劑形成為混合材料,更優選的是,預先對所述的構成材料邊加熱邊進行熔融混煉,使得各成分成為均勻分散的狀態,然后把通過熔融混煉得到的混煉材料制造成規定粒徑的顆粒,從而使成形材料形成為顆粒狀物。如上所述的成形材料的伴隨熔融混煉的顆粒化,可以通過造粒機或亨舍爾混合機等已知的造粒裝置進行,作為一個例子,本實施方式使用了圖1所示的顆粒狀物制造裝置 40。圖1所示的顆粒狀物制造裝置40包括定量供給裝置41,通過失重補償方式(口 7 4 >々工4卜方式)等定量提供成形材料的各構成成分;螺桿式擠出機42,在170 180°C左右的溫度下,對由所述定量供給裝置41定量提供的原料進行熔融混煉并將得到的混煉物擠出。在該擠出機42的筒4 的前端設置有形成有多個小孔的模具噴嘴43,通過該模具噴嘴43把以圓繩狀擠出的熔融材料(繩股)擠出到熱水中,并且通過切割機44的切割機刀4 按照規定的長度切斷,在水中(水下)通過熱切割法制造顆粒狀物。作為所述的擠出機42可以使用已知的各種擠出機,但優選的是使用雙螺桿擠出機。雙螺桿擠出機具有以螺紋和螺紋槽交錯的方式嚙合轉動的兩根螺桿,在本實施方式中,使用的是螺桿向不同方向轉動的雙螺桿擠出機。雙螺桿擠出機通過所述的螺桿嚙合的構造,具有通過強制的擠出力和螺桿的嚙合形成的獨特的混煉效果,對原料分散非常有效,并且即使轉速低也可以確保需要的擠出力, 因而可以抑制因摩擦導致材料溫度升高,所以通過設在擠出機筒外周的加熱器(圖中沒有表示)可以容易地控制材料的溫度,從而可以很好地制造顆粒狀物。把如上所述得到的成形材料的顆粒狀物用離心分離機45脫水后,回收脫水后的顆粒狀物,作為后述的木質發泡成形體的成形材料使用。木質發泡成形體的制造成形材料(顆粒狀物)的干燥
通過如上所述地得到的擠出發泡成形用成形材料與發泡劑一起經過擠出發泡成形,成為規定形狀的木質發泡成形體。在進行這樣的發泡成形之前,根據需要把制造出的成形材料的顆粒狀物使用圖2 所示的干燥機47等使其充分干燥。顆粒狀物的干燥優選的是使顆粒狀物干燥到含水率成為0. 2wt%以下。干燥方法沒有特別的限定,作為一個例子,在本實施方式中,在120°C溫度的熱干燥機中干燥2小時以上,將顆粒狀物干燥到所述的含水率。發泡劑作為發泡劑的種類包括揮發性發泡劑和分解性發泡劑,揮發性發泡劑是氣體或液體,一般揮發性發泡劑(氣體類)有co2、&、氟里昂、丙烷等,可以使用其中任意的發泡劑, 可以使用市場上銷售的各種發泡劑。在本實施方式中使用分解性發泡劑。作為分解性發泡劑有無機化合物類、偶氮化合物類,磺酰胼化合物類、亞硝基化合物類、疊氮化合物類等,只要可以容易地分散或者溶解在作為成形材料的主要原料的熱塑性樹脂中,并且不會對得到的木質發泡成形品賦予不必要的著色等,可以使用任何發泡劑。此外,向載體樹脂中高濃度地添加了發泡劑的、被稱為“母料”的顆粒狀的發泡劑在市場上也有銷售,也可以使用這樣的發泡劑。在本實施方式中,使用了將PE作為載體樹脂、且添加了屬于無機化合物類的碳酸氫鈉作為發泡劑的母料。根據使用的發泡劑的氣體生成量、制造的發泡成形體的發泡程度等,添加需要的量的發泡劑,作為一個例子,在本實施方式中,設成形材料和發泡劑的總計為100wt%,發泡劑(母料)優選的添加量為0. 3 3wt%。此后,如上所述地添加了發泡劑的成形材料被連續導入設在擠出成形裝置11中的螺桿式擠出機12中,邊加熱邊進行熔融混煉,把由該擠出機12擠出的成形坯料2 導入擠出模具20后,導入接著該擠出模具20之后的成形模具30,成形為規定形狀并進行冷卻固化,從而可以得到所希望形狀的木質發泡成形體。擠出成形裝置作為制造木質發泡成形體使用的擠出成形裝置可以使用各種裝置,例如可以使用參照圖8說明過的已知的擠出成形裝置、參照圖10說明過的對其進行改進后的擠出成形裝置。不過,為了最大限度地發揮因添加烷烴而得到的發泡氣體分散性的提高以及在導入成形模具30內之前防止事前發泡的效果,優選的是使用擠出成形裝置11,擠出成形裝置 11的結構可以提高擠出機12內的成形坯料25a的壓力,并且在維持從擠出機12導入成形模具30的成形坯料25a的壓力的狀態下將成形坯料25a導入成形模具30,在成形模具30 內急劇地釋放成形坯料25a的壓力。參照圖2 圖6,對適合使用本發明的成形材料進行擠出成形的擠出成形裝置11 的結構例子進行說明。圖2所示的擠出成形裝置11包括定量供給裝置14,每次定量地分別提供通過所述的工序得到的成形材料的顆粒狀物和發泡劑的母料;螺桿式擠出機12,把通過所述定量供給裝置14提供的成形材料的顆粒狀物和發泡劑一起熔融混煉后擠出;擠出模具20,導入由所述擠出機12擠出的擠出坯料25a ;成形模具30,將通過了所述擠出模具20的成形坯料 25a成形為規定形狀并使所述成形坯料冷卻固化;以及牽拉機50,把通過了成形模具30并冷卻固化后的擠出坯料(木質發泡成形體)拉出。定量供給裝置所述的定量供給裝置14設置有成形材料送料器14a,每次定量地向擠出機12提供如上所述地得到的本發明的成形材料的顆粒狀物;以及發泡劑送料器14b,每次定量地把本實施方式的作為母料的發泡劑,與通過所述成形材料送料器Ha向擠出機12輸送的成形材料匯合,通過把成形材料和發泡劑分別裝入設置在所述的成形材料送料器14a、發泡劑送料器14b中的料斗內,利用設在所述料斗下部的電動機M使輸送螺桿轉動,可以把成形材料的顆粒狀物和發泡劑按規定配比提供給擠出機12。擠出機如上所述地裝入成形材料和發泡劑的擠出機12是螺桿式擠出機12,該螺桿式擠出機12具有螺桿15,螺桿15對成形材料的顆粒狀物和發泡劑的混合材料加熱混煉使混合材料熔融塑化,并把該熔融塑化后的成形坯料2 擠出。此外,在本實施方式中,作為擠出成形裝置11,對使用了雙軸型螺桿式擠出機12的例子進行了說明,但也可以使用單軸型、 多軸型、以及把它們組合的螺桿式擠出機等各種螺桿式擠出機。不過,如前所述,雙軸螺桿擠出機具有因螺桿15嚙合的結構形成的強制擠出力和獨特的混煉效果,非常有利于原料的分散,并且即使轉速低也能確保需要的擠出力,所以可以抑制因摩擦造成材料溫度升高,因而具有容易通過設置在擠出機12的筒13外周的加熱器(圖中沒有表示)等對材料溫度進行控制等優點,所以作為擠出成形裝置11的擠出機 12,優選的是使用雙軸型螺桿擠出機。圖2所示的雙軸型螺桿擠出機12包括筒13 ;—對螺桿15,以能夠轉動的方式設置在所述筒13內;減速器,驅動所述螺桿15轉動;以及驅動源M,由電動機等構成,在筒13 的前端一側(擠出方向前方,圖2中紙面的右側)設置有后述的擠出模具20和成形模具 30。筒13為筒形,筒13的擠出方向前端敞開形成出口 13a,后端(擠出方向后方,圖2 中紙面的左側)封閉,在后端上部設置有貫通筒13內外的原料裝入口 13b,通過該裝入口 13b,通過所述的定量供給裝置14裝入成形材料和發泡劑的混合材料。在筒13的外周部設置有帶式加熱器等加熱部件(圖中沒有表示),該加熱部件設置成沿筒13全長卷繞在筒13上或者以外環的方式包圍筒13,通過該加熱部件對供給到筒 13內部的混合材料進行加熱。筒13的全長分成多個區(例如熔融區131、發泡劑的分解區132、發泡氣體的混合區13 ,可以通過加熱部件分別獨立地對各區131 133進行溫度控制。螺桿15分別由圓棒形的轉動軸和在該轉動軸的周圍以螺旋形的方式一體設置的螺紋構成,該螺紋構成螺桿15的螺紋部分。設在各螺桿15后端的轉動軸(圖2中紙面左側)從筒13的后端向后方伸出,伸出的部分連接在作為驅動源的電動機M上,通過驅動源, 形成在各螺桿15上的傾斜的螺紋和螺紋槽以對稱的狀態嚙合轉動,螺桿15是形成為朝向前端一側逐漸變細形狀的雙軸錐形螺桿。螺桿15的位于筒13內的部分包括熔融混煉部151,配置在熔融區131,對加熱后
14的原料進行熔融混煉;分解促進部152,配置在發泡劑的分解區132,促進發泡劑的分解;以及分散促進部153,配置在發泡氣體的混合區133,促進發泡氣體分散,螺桿的齒形為在各部分與所述功能對應的形狀。通過驅動源M的動作驅動螺桿15轉動,從而對通過定量供給裝置14供給到筒13 內的混合材料邊進行加熱混煉,邊將所述混合材料沿螺桿15的螺紋之間的槽向螺桿15的前端方向壓力輸送,成為熔融塑化狀態的成形坯料25a,通過對成形坯料2 施加的擠出力,將成形坯料2 從螺桿15的前端一側擠出到筒13外。在此,由于在成形材料中添加的木粉是多孔材料,所以與樹脂材料相比,木粉具有容易吸入因發泡劑的分解產生的發泡氣體的性質。另一方面,如果發泡氣體進入木粉,則進入熔融樹脂一方的發泡氣體就不夠,在樹脂部分難以形成氣泡,最終得到的木質發泡成形體的發泡程度降低。可是,在使用以所述的添加量添加了所述的分子量的烷烴的本發明成形材料的情況下,在發泡氣體的混合區133中,該烷烴可以加速因發泡劑的分解產生的發泡氣體混合溶解在熱塑性樹脂中的作用,另一方面,該烷烴具有抑制發泡氣體進入木粉的作用。擠出模具擠出模具20邊將從擠出機12的筒13擠出的成形坯料25a維持在加壓的狀態,邊將成形坯料2 導入后述的成形模具30,擠出模具20通過接合器16,用螺栓等可以裝拆地安裝在擠出機12的筒13的前端一側。該擠出模具20具有入口 20a,具有與所述擠出機12的筒13的出口 13a的形狀一致的形狀;以及出口 20b,具有與后述的成形模具30的入口 30a的形狀一致的形狀,如圖 3的(A)、圖3的⑶所示,在縱向截面(參照圖3的(A))中,擠出模具20的流路21的上下方向的寬度為從入口 20a —側朝向出口 20b —側減少的形狀,并且在橫向截面(參照圖3 的(B))中,流路21的寬度從入口 20a —側朝向出口 20b —側逐漸變寬后,在靠近出口 20b 處稍稍變窄,然后寬度變成與后述的成形模具30的入口 30a的寬度相同,由此可以使擠出機12的筒13的出口 13a和成形模具30的入口 30a之間連通。在安裝在所述擠出模具20的入口 20a—側的所述的接合器16上嵌合安裝有多孔板22,并且在擠出模具20的流路21內配置有阻力件26,該阻力件沈對在該流路21內流動的成形坯料2 施加阻力,并且對成形坯料25a的流動進行整流。其中,如圖4的(A)、圖4的⑶所示,多孔板22為圓盤形,在多孔板22上以網眼狀的方式形成有多個小孔22a。為了把所述多孔板22安裝在接合器16上,在接合器16上,從擠出模具20 —側的接合器16的端面朝向擠出機12 —側形成有安裝孔16a,該安裝孔16a的直徑大體與多孔板 22的外周的直徑相同,通過把所述的多孔板22從擠出模具20—側插入該安裝孔16a內,并且再把固定環17從擠出模具20 —側插入該安裝孔16a內,從而將多孔板22安裝在接合器 16內的規定位置上。因此,在圖示的例子中,該多孔板22的小孔2 和所述固定環17的內周形成接合器16內的成形坯料25a的流路的一部分。這樣,通過把多孔板22安裝在擠出機12的出口 13a和擠出模具20的入口 20a之間,從擠出機12擠出的成形坯料25a通過形成在多孔板22上的小孔2 后,被導入擠出模具20內,通過擠出機12要擠出的擠出坯料25a由于在通過形成在所述多孔板22上的小孔 22a時承受阻力,所以可以對擠出機12的筒13內的成形坯料25a施加壓力。此外,形成在擠出模具20的流路21內的所述阻力件26通過對擠出模具20內的成形坯料25a的流動施加阻力,可以將擠出模具20內的成形坯料25a維持在加壓的狀態下, 通過維持這樣的加壓狀態經過擠出模具20,在導入后述的成形模具30內時,成形坯料25a 的壓力急劇地釋放,成形坯料25a容易在擠出模具20的出口 20b部分(成形模具30的入口 30a部分)發泡。為了可以這樣的釋放壓力,如圖3的(A)、圖3的⑶和圖5的㈧ 圖5的(C) 所示,阻力件26包括橋部26b,該橋部26b具有形成為長方體形的主體,該長方體形的主體是從寬度和厚度從擠出模具20的入口 20a—側向出口 20b —側逐漸增加的刀片形的魚雷形部26a的端部延長而形成的,并且在該橋部26b上設置有用于固定在擠出模具20內的規定位置上的肋26d ;以及心軸部26c,厚度和寬度從所述橋部26b朝向擠出模具20的出口 20b稍稍變窄后,以一定的寬度和厚度延伸到擠出模具20的出口 20b。形成擠出模具20的出口 20b —側的心軸部26c的端面26e(參照圖5的(C))的輪廓的矩形與擠出模具20的出口 20b的內周描繪的矩形是相似形、且形成擠出模具20的出口 20b —側的心軸部26c的端面26e的輪廓的矩形比擠出模具20的出口 20b的內周描繪的矩形稍小,通過把所述的心軸部26c配置在擠出模具20的出口 20b內的中央,通過在擠出模具20的出口 20b的內壁和心軸部26c外周之間形成的比較狹小的間隙δ (參照圖 3的(A)、圖3的⑶)的成形坯料25a,導入成形模具30中。如上所述,通過把具有魚雷形部26a、橋部26b和心軸部26c的阻力件26配置在擠出模具20內,通過擠出模具20的成形坯料25a因阻力件26而成為沿擠出模具20的流路21的內壁的成形坯料流,因在通過擠出模具20的出口 20b的內周和心軸部26c的外周之間的間隙時會聚成比較細的成形坯料流,所以有助于成形坯料25a內的發泡氣體的均勻分散。此外,因該心軸部26c的存在,形成為與后述的成形模具30的入口 30a相同形狀的擠出模具20的出口 20b內的流路面積,與成形模具30的入口 30a的面積相比足夠小,所以通過擠出模具20的出口 20b導入成形模具30中的成形坯料25a的壓力急劇釋放,以該壓力的釋放為契機,成形坯料25a內的發泡氣體開始急劇膨脹。此外,在通過所述擠出模具20內時,添加在成形材料中的烷烴減輕了成形坯料 25a與擠出模具20的流路內側的面之間的阻力,具有使成形坯料25a均質化并使成形坯料 25a順利移動的效果,并且具有使成形坯料25a維持均質化后的狀態的效果。此外,如前所述,擠出模具具有維持發泡氣體在加壓的狀態下溶入成形坯料25a 內的狀態的作用,并且具有在因導入后述的成形模具30中而造成壓力釋放之前,阻止發泡氣體開始膨脹的作用。成形模具如上所述,通過了擠出模具20的成形坯料25a導入成形模具30內,形成為由形成在成形模具30內的成形室31的形狀所決定的規定形狀,并且冷卻固化,成為木質發泡成形體。如圖2所示,在本實施方式中,所述成形模具30由多個模具的集合體形成,第一成形模具301的入口 30a與擠出模具20的出口 20b連通(參照圖6的(A)、圖6的⑶),在該第一成形模具301出口一側隔開規定間隔配置有第二成形模具302,在第二成形模具302 的出口一側隔開規定間隔配置有第三成形模具303,在圖示的實施方式中連續配置到第七成形模具307 (參照圖2)。在各個成形模具301 307上形成有截面形狀與所述的擠出模具20的出口 20b 形狀對應的成形室31,并且在本實施方式中,在第一成形模具301 第三成形模具303的壁內設置有冷卻介質的流路32,通過在該冷卻介質的流路32內導入冷卻水等冷卻介質,使得按照從第一成形模具301到第三成形模具303,逐漸使擠出坯料25a的溫度降低而固化,從而得到所希望的發泡成形體。此外,在本實施方式中,在第四成形模具304 第七成形模具307的壁內沒有設置冷卻介質的流路。如果把從擠出模具20導入的成形坯料25a導入如上所述地形成的成形模具20的第一成形模具301內,則按照所述的擠出模具20的結構,擠出到第一成形模具301內的成形坯料25a急劇地釋放壓力,由在擠出機12內熔融混煉時分解的發泡劑產生的發泡氣體, 在該位置急劇膨脹,從而使成形坯料25a發泡。由如上所述地發泡的成形坯料25a充滿第一成形模具301內的成形室31,成形為與成形室31的形狀對應的形狀,并且冷卻、固化。在第一成形模具301中成形、冷卻而變成木質發泡成形體的成形坯料,通過牽拉機50牽拉,通過第一成形模具301后,在順序通過第二成形模具302、第三成形模具 303、……、第七成形模具307時冷卻,從而完成木質發泡成形體的制造。此外,添加到成形材料中的烷烴提高了成形坯料及木質發泡成形體相對于成形模具30的成形室31內壁的光滑性,具有保持制造出的木質發泡成形體表面光滑性的作用。其結果,可以很好地防止在發泡成形體的表面上因伴隨發泡產生的成形坯料25a 的脈動等不穩定流動而隨之導致形成褶皺等。實施例把使用本發明的成形材料(實施例1 實施例7)制造出的木質合成發泡體的制造實施例和由此得到的木質發泡成形體,與使用比較例的成形材料(比較例1 比較例10) 的制造實施例和由此得到的成形體的比較試驗結果表示在下面。試驗目的確認是否添加烷烴、添加的烷烴的分子量和添加量的變化對木質發泡成形體的成形性和得到的木質發泡成形體的物性等造成的影響,求出添加的烷烴最合適的分子量和添加量范圍。制造條件成形材料的成分在各實施例和比較例中使用的成形材料的成分示于表1。表1實施例和比較例的成形材料的成分表
權利要求
1.一種擠出發泡成形用成形材料,用于通過添加發泡劑并進行擠出發泡成形來制造木質發泡成形體,其特征在于,以木粉和熱塑性樹脂為主要成分,并含有1 5wt %的分子量為300 lOOOg/mol的烷烴。
2.根據權利要求1所述的擠出發泡成形用成形材料,其特征在于,在進行熔融混煉使各構成成分成為均勻分散的狀態后,將得到的混煉物制造成規定粒徑的顆粒,從而得到形成為顆粒狀物的所述擠出發泡成形用成形材料。
3.根據權利要求1或2所述的擠出發泡成形用成形材料,其特征在于,所述木粉和所述熱塑性樹脂的配比是相對于所述木粉為50 55wt%,所述樹脂為45 50wt%。
4.根據權利要求1 3中任一項所述的擠出發泡成形用成形材料,其特征在于,所述擠出發泡成形用成形材料還含有填料和/或增韌劑和/或顏料。
5.一種擠出發泡成形用成形材料的制造方法,所述擠出發泡成形用成形材料用于通過添加發泡劑并進行擠出發泡成形來制造木質發泡成形體,其特征在于,混合木粉、熱塑性樹脂和分子量為300 lOOOg/mol的烷烴,使所述烷烴是所述成形材料整體的1 5wt%,把混合后得到的混合物熔融混煉成各構成成分成為均勻分散的狀態后,將得到的混煉物制造成規定粒徑的顆粒,從而形成顆粒狀物。
6.根據權利要求5所述的擠出發泡成形用成形材料的制造方法,其特征在于,使所述木粉和所述熱塑性樹脂的配比為相對于所述木粉為50 55wt%,所述樹脂為45 50wt%。
7.根據權利要求5或6所述的擠出發泡成形用成形材料的制造方法,其特征在于,把填料和/或增韌劑和/或顏料與所述木粉、所述熱塑性樹脂和所述烷烴一起熔融混煉。
8.一種木質發泡成形體,其特征在于,是通過把權利要求1 4中任一項所述的成形材料與發泡劑一起用擠出成形裝置擠出成形為規定形狀而得到的。
9.一種木質發泡成形體的制造方法,其特征在于,把權利要求1 4中任一項所述的成形材料與發泡劑一起導入設在擠出成形裝置中的螺桿式擠出機內,在所述發泡劑的分解溫度以上的溫度下進行熔融混煉,邊將從所述擠出機擠出的成形坯料維持在加壓的狀態下邊將所述成形坯料導入成形模具的成形室內,在導入所述成形模具的成形室時,使所述成形坯料的壓力釋放,從而使所述成形坯料發泡,并且在通過所述成形模具的成形室內的過程中,邊把所述成形坯料成形為與所述成形室的截面形狀對應的形狀邊使所述成形坯料冷卻固化。
10.根據權利要求9所述的木質發泡成形體的制造方法,其特征在于,在所述擠出成形裝置的所述擠出機和所述成形模具之間設置擠出模具,該擠出模具連通所述擠出機的出口和所述成形模具的入口之間,對從所述擠出機的出口導入所述擠出模具內的所述成形坯料施加阻力,提高所述擠出機內的所述成形坯料的壓力,并且使所述擠出模具的流路面積從該擠出模具的入口一側向出口一側變小,從而邊維持從所述擠出機導入所述擠出模具中的所述成形坯料的壓力邊將所述成形坯料導入所述成形模具的成形室內,使通過了所述擠出模具的所述成形坯料在通過了所述擠出模具的出口時釋放壓力,在所述成形模具的入口部分使所述成形坯料發泡。
11.一種木質發泡成形體的擠出成形裝置,其特征在于包括螺桿式擠出機,對一起導入的以熱塑性樹脂和木粉為主要成分的成形材料及發泡劑, 在所述發泡劑的分解溫度以上的溫度下進行熔融混煉;擠出模具,與所述擠出機的出口連通,導入由所述擠出機擠出的成形坯料;以及成形模具,與所述擠出模具的出口連通,通過了所述擠出模具的所述成形坯料導入形成在該成形模具內部的成形室,并且該成形模具邊把在所述成形室內移動的所述成形坯料成形為與所述成形室的內部形狀對應的形狀邊使所述成形坯料冷卻固化,其中, 在所述擠出機的出口部分設置有網眼狀的多孔板,在該多孔板上形成有多個孔, 并且在所述擠出模具內設置有阻力件,該阻力件使所述擠出模具內的流路面積從所述擠出模具的入口一側向出口一側減少。
12.根據權利要求11所述的木質發泡成形體的擠出成形裝置,其特征在于,所述擠出模具的出口內的流路面積比所述成形模具的入口的面積小。
13.根據權利要求11所述的木質發泡成形體的擠出成形裝置,其特征在于, 所述擠出模具的所述出口與所述成形模具的所述成形室的入口為相同的形狀, 所述阻力件的所述成形模具一側的端部的截面形狀與所述擠出模具的出口的形狀為相似形、且所述阻力件的所述成形模具一側的端部的截面形狀比所述擠出模具的出口的形狀稍小,并且所述阻力件的所述成形模具一側的端部配置在所述擠出模具的出口內的中心。
14.根據權利要求11或13所述的木質發泡成形體的擠出成形裝置,其特征在于,所述螺桿式擠出機是雙螺桿擠出機。
15.根據權利要求1或2所述的擠出發泡成形用成形材料,其特征在于,所述熱塑性樹脂的MFR在0. 5 10 (g/10分鐘)的范圍內,其中,MFR表示熔體流動速率,所述括號中的 g/10分鐘是MFR的單位。
16.根據權利要求11所述的木質發泡成形體的擠出成形裝置,其特征在于,所述熱塑性樹脂的MFR在0. 5 10 (g/10分鐘)的范圍內,其中,MFR表示熔體流動速率,所述括號中的g/10分鐘是MFR的單位。
17.根據權利要求1或2所述的擠出發泡成形用成形材料,其特征在于,所述熱塑性樹脂是聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、ABS樹脂及聚氯乙烯(PVC)中的一種或它們的混合物。
18.根據權利要求11所述的木質發泡成形體的擠出成形裝置,其特征在于,所述熱塑性樹脂是聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、ABS樹脂及聚氯乙烯(PVC)中的一種或它們的混合物。
全文摘要
本發明通過得到能夠得到高質量的木質發泡成形體的擠出發泡成形用成形材料,能夠高效地生產無缺陷的高質量的木質發泡成形體。通過將以木粉和熱塑性樹脂為主要成分、且含有1~5wt%的分子量為300~1000g/mol的烷烴的構成材料熔融混煉成各構成成分成為均勻分散的狀態后,將得到的混煉物制造成規定粒徑的顆粒,從而得到形成為顆粒狀物的成形材料。然后把該成形材料與發泡劑一起用擠出成形裝置擠出成形為規定形狀,從而得到木質發泡成形體。優選的是,在擠出成形時,邊將從擠出機(12)擠出的成形坯料(25a)維持在加壓的狀態下邊將成形坯料(25a)導入成形模具(30)的成形室(31)內,在將成形坯料(25a)向所述成形模具(30)的成形室(31)內導入時,釋放所述成形坯料(25a)的壓力,使成形坯料(25a)發泡。
文檔編號B29C47/12GK102470597SQ20108002890
公開日2012年5月23日 申請日期2010年5月13日 優先權日2009年7月2日
發明者東浩二, 中村雄一郎, 守田和正, 菊池武恭 申請人:Wpc株式會社