СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЯЧЕИСТОЙ СТРУКТУРЫ НА ПЛАСТИКОВОЙ ОСНОВЕ Российский патент 2011 года по МПК B29C47/12 

Настоящее изобретение относится к способу изготовления ячеистой структуры на пластиковой основе, более конкретно, анизотропной ячеистой структуры на пластиковой основе.

Требование, предъявляемое многими отраслями промышленности (автомобильной, гражданским строительством, судостроением и т.д.), заключается в оптимизации соотношения механические свойства/масса используемых структур. Многочисленные способы были разработаны для достижения этой цели и, в особенности, для облегчения пластиковых структур. Большинство из этих способов используют или механическое формование макроскопических ячеек (путем компоновки твердых или расплавленных потоков в определенном порядке для формирования ячеистых структур, известных как "сотовые" структуры), или физическое формование микроскопических ячеек путем высвобождения или расширения газа (расширения или вспенивания при использовании физических или химических пенообразователей. Были рассмотрены также сочетания процессов этих двух типов.

Способы изготовления ячеистых структур непрерывной экструзией были предложены в патенте EP-B-1009625 (1) и в патентной заявке FR 05/08635, поданной 19 августа 2005 (2), содержание которых включено в настоящее описание посредством ссылки.

Способ, описанный в патенте (1) заключается в

- непрерывной экструзии с использованием многощелевой головки параллельных листов термопластичного материала в камеру охлаждения с созданием уплотнения между продольными кромками листов и стенками камеры и различными листами, разграничивающими отсеки между ними, и стенками камеры:

- создание в этой камере и от конца, расположенного ближе к головке экструдера, вакуума через отсек (в каждом втором отсеке) так, чтобы деформировать и стянуть попарно экструдированные листы для того, чтобы осуществить локализованную сварку по всей их высоте;

- заполнение от конца, расположенного ближе к головке экструдера, каждого второго отсека, в другой очередности с предыдущими отсеками, с использованием хладагента, которым на практике является вода; и

- попеременное создание вакуума, в каждом отсеке и заполнение с использованием хладагента для того, чтобы получить в камере охлаждения отвержденную ячеистую структуру, в которой ячейки перпендикулярны направлению экструзии.

Согласно этому способу полученные ячеистые структуры являются твердыми на выходе из камеры охлаждения и, дополнительно учитывая наличие раскаточного узла после головки экструдера, их геометрия является таковой, что их продольная ось ориентирована в направлении экструзии. В результате модуль изгиба всех ячеистых структур существенно выше в поперечном направлении (перпендикулярно направлению экструзии), чем в продольном направлении ("машинном" направлении, параллельном направлению экструзии), что ограничивает интерес в них для некоторых применений, и не позволяет им быть намотанными на барабан. Это происходит потому, что, когда нужно их согнуть продольно, они деформируются поперечно, что представляет серьезный практический недостаток при непрерывной экструзии длинных ячеистых структур.

Согласно способу, описанному в патентной заявке (2):

- параллельные тонкие пластины композиции на основе по меньшей мере одного пластического материала непрерывно экструдируют в приблизительно горизонтальном направлении через головку, включающую множество параллельных щелей, расположенных в непосредственной близости от изолирующего материала;

- на выходе из головки и в перемежающейся последовательности промежутки между двумя смежными тонкими пластинами подвергают нагнетанию сжатого газа и вакуумированию, причем две стороны одной и той же тонкой пластины подвергаются, с одной стороны, воздействию сжатого газа и, с другой стороны, воздействию вакуума, и наоборот во время следующей перемены для того, чтобы создать деформацию пластин и спаять их попарно с образованием в плоскости приблизительно параллельно направлению экструзии ячеистой структуры, чьи составляющие ячейки расширены перпендикулярно направлению экструзии;

- указанную ячеистую структуру после ее формирования подвергают обработке струей воздуха.

Согласно этому способу полученные ячеистые структуры еще в расплавленном или пастообразном состоянии на выходе из головки экструдера часто имеют эллиптическое поперечное сечение, главная ось которого ориентирована в направлении экструзии. В результате модуль изгиба всей ячеистой структуры существенно выше в поперечном направлении, чем в продольном направлении ("машинном" направлении); высота эллиптической поверхности вращения, формирующей стенку каждой ячейки, является таким образом ограниченной и обычно существенно ниже, чем продольная ось указанной ячейки. Ячеистые структуры, полученные согласно этому способу, страдают поэтому теми же недостатками, что и структуры, полученные согласно патенту (1).

Цель настоящего изобретения - разрешить эти проблемы и, в особенности, сделать возможным получение анизометрических ячеистых структур на основе пластиков, чьи свойства более изотропичны, которые являются менее плотными, чем известные ячеистые структуры и которые могут быть намотаны на круглый барабан.

Поэтому настоящее изобретение в первую очередь относится к способу изготовления ячеистой структуры на пластиковой основе, включающему:

- стадию (a), во время которой параллельные тонкие пластины композиции на основе по меньшей мере одного термопластичного полимера (Р), выбранного из аморфных и полукристаллических полимеров, непрерывно экструдируют через головку, содержащую множество параллельных щелей;

- стадию (b), во время которой на выходе из головки экструдера и в перемежающейся последовательности промежутки между смежными тонкими пластинами подвергают нагнетанию текучей среды (f) и вакуумированию, причем две стороны одной и той же тонкой пластины подвергаются, с одной стороны, воздействию текучей среды (f) и, с другой стороны, воздействию вакуума, и наоборот, во время следующей перемены для того, чтобы создать деформацию пластин и спаять их попарно с образованием в плоскости приблизительно параллельно направлению экструзии ячеистой структуры, чьи составляющие ячейки расширены перпендикулярно направлению экструзии;

- стадия (c), во время которой полученную на стадии (b) ячеистую структуру растягивают в направлении, перпендикулярном направлению экструзии.

В настоящем изобретении термин "пластик" следует понимать как обозначающий любой аморфный или полукристаллический термопластичный полимер (Р), включая термопластичные эластомеры, а также их смеси. Термин "полимер" понимается как обозначающий и гомополимеры, и сополимеры (в особенности биполимеры или терполимеры). Примерами таких сополимеров являются неограничивающим образом статистические сополимеры, линейные блочные сополимеры и привитые сополимеры.

В настоящем изобретении термин "аморфный полимер" понимается как означающий любой термопластичный полимер (Р), имеющий преимущественно беспорядочное расположение составляющих его макромолекул. Другими словами, этот термин понимается как означающий любой термопластичный полимер, который содержит менее 30% масс., предпочтительно менее 10% масс. кристаллической фазы (которая является, скажем, фазой, характеризуемой эндотермой плавления во время измерений методом дифференциального термического анализа (DSC)).

В настоящем изобретении термин "полукристаллический полимер" понимается как означающий любой термопластичный полимер (Р), имеющий очень большую долю химически и геометрически регулярной расстановки образующих его макромолекул. Другими словами, этот термин понимается, как означающий любой термопластичный полимер, который содержит более 30% масс., предпочтительно более 50% масс. кристаллической фазы (которая является, скажем, фазой, характеризуемой эндотермой плавления во время измерений методом дифференциального термического анализа (DSC)).

Две характеристических температуры связаны с термопластичными полимерами (Р). Ими являются температура стеклования (T_g) и температура плавления (T_m). T_g является температурой, ниже которой полимерная масса имеет несколько свойств неорганического стекла, включая твердость и негибкость. Выше T_g полимерная масса имеет пластичные или эластичные свойства и, можно сказать, находится в резиноподобном или эластомерном состоянии. T_m называют также температурой текучести в случае аморфных полимеров и истинной температурой плавления, когда это относится к полукристаллическим полимерам. При температуре T_m (которая на практике скорее является температурной зоной или температурным интервалом) существует равновесие между твердыми элементами и расплавленными элементами полимерной массы и, следовательно, в этом температурном интервале полимерная масса является скорее вязкой жидкостью.

Любой термопластичный полимер или сополимер, чья T_m ниже температуры разложения, может быть использован в способе согласно настоящему изобретению. Особенно хорошо подходят синтетические термопластики, которые имеют интервал плавления, растянутый более чем на по меньшей мере 10°С. Примерами таких материалов являются те, которые имеют полидисперсность своей молекулярной массы.

Возможно, главным образом, использовать полиолефины, поливинилгалогениды (например, PVC), или поливинилиденгалогениды (например, PVDF), термопластичные полиэфиры, полиарилэфирсульфоны, такие как полифенилсульфоны (PPSUs), поликетоны, полиамиды (РА), и их сополимеры. Полиолефины (и, в особенности, полипропилен (РР) и полиэтилен (РЕ)), полиарилэфирсульфоны, такие как полифенилсульфоны (PPSUs), PA, PVC и PVDF дают хорошие результаты.

Для целей настоящего изобретения полиарилэфиросульфон обозначает любой полимер, в котором по меньшей мере 5% масс. от повторяющихся звеньев составляют повторяющиеся звенья (R), соответствующие одной или нескольким формулам, включающим по меньшей мере одну ариленовую группу, по меньшей мере одну эфирную группу (-O-) и по меньшей мере одну сульфоновую группу [-S(=O)₂-].

Полиарилэфиросульфон может, главным образом, представлять собой полибифенилэфиросульфон, полисульфон, полиэфиросульфон, полиимидоэфиросульфон или еще и смесь, составленную из полиарилэфиросульфонов, выбранных из вышеупомянутых полиарилэфиросульфонов.

Такие полимеры хорошо подходят к сфере настоящего изобретения:

- RADEL^® R - полифенилсульфоны от Solvay Advanced Polymers, L.L.C. являются примерами гомополимеров PPSU;

- гомополимеры полисульфонов, выпускаемые Solvay Advanced Polymers, L.L.C. под торговой маркой UDEL^®; и

- полиэфиросульфоны, выпускаемые Solvay Advanced Polymers, L.L.C. под торговой маркой RADEL^® A.

Композиция на основе по меньшей мере одного термопластичного полимера (Р) (известная здесь далее более просто как "композиция"), используемая в процессе согласно изобретению, может быть образована из одного полимера, из смеси полимеров или сополимеров, или из смеси полимерного материала (полимерных материалов) с различными добавками (стабилизаторами, пластификаторами, неорганическими, органическими и/или натуральными или полимерными наполнителями, и т.д.). Эта композиция может быть подвергнута различным обработкам, таким как растяжение, ориентация и т.п. В композиции может также присутствовать вспениватель, способный раздуть или вспенить формируемую ячеистую структуру. Вспениватель согласно этому варианту настоящего изобретения может быть любого известного типа. Это может быть "физический" вспениватель, т.е. газ, растворенный в пластике под давлением, который вызывает вспенивание пластика, когда тот покидает экструдер. Примерами таких газов являются CO₂, азот, водяной пар, фторуглеводороды или HFCs (такие как смесь 87/13% масс. CF₃-CH₂F/CHF₂-CH₃, поставляемая Solvay как SOLKANE^® XG87), углеводороды (такие как бутан или пентан) или их смеси. Это может быть также "химический" вспениватель, т.е. вещество (или смесь веществ), растворенное или диспергированное в пластике, которое под воздействием температуры высвобождает газ или газы, которые будут использованы для вспенивания пластика. Примерами таких веществ являются азодикарбоамид и смеси бикарбоната натрия с лимонной кислотой. Последние дают хорошие результаты.

Количество вспенивателя, используемое в способе согласно этому варианту изобретения, должно быть оптимизировано, в особенности в соответствии с его природой, свойствами (в особенности динамической вязкостью) присутствующего полимера и желаемой конечной плотностью. В общем случае это содержание выше или равно 0,1%, предпочтительно 0,5% или даже 1%.

Понятно, что перечисленные выше полимеры могут быть добавлены к другим полимерам, которые совместимы или несовместимы с последним, и включать, кроме необязательных пластификаторов, обычные добавки, используемые для переработки полимеров, такие как, например, внутренние и внешние смазочные материалы, термостабилизаторы, светостабилизаторы, неорганические, органические и/или натуральные наполнители, пигменты и т.д.

Реализация способа согласно изобретению означает, что параллельные тонкие пластины композиции на основе по меньшей мере одного термопластичного полимера (Р) непрерывно экструдируют во время стадии (a) через головку, содержащую множество параллельных щелей. Примеры экструзионных устройств, которые пригодны для этой реализации, описаны в патенте (1) и в патентной заявке (2).

Устройство, описанное в патенте (1), включает экструдер, подающий расплавленную композицию в несущую изоляционное покрытие головку, состоящую из нескольких параллельных щелей, каждая из которых предназначена для непрерывного формирования тонкой пластины, причем каждая щель ограничена двумя частями в форме конусов, изготовленными из теплоизолирующего материала, надрезом в каждой из которых является паз.

Устройство, описанное в патентной заявке (2) главным образом включает:

(A) листовальную головку, предпочтительно с удлиненными отверстиями, которая подает расплавленную композицию к ножам для формирования тонкой пластины расплавленной композиции, которая должна быть сварена. Эта головка размещена таким образом, что расплавленная композиция экструдируется в приблизительно горизонтальном направлении;

(B) множество ножей, которые делают возможным образование тонких пластин расплавленной композиции, которые должны быть сварены. Эти ножи могут быть образованы из любых материалов, стойких при температурах переработки расплавленной композиции. Они могут быть, по меньшей мере частично, изготовлены из теплопроводящего материала, такого как сталь, медь или металлический сплав, или, по меньшей мере частично, из теплоизолирующего материала, такого как керамика или полиимидные смолы, необязательно армированные стекловолокном или другими материалами, имеющими удовлетворительную механическую прочность и теплостойкость. Поскольку торец головки в действительности состоит из вышеупомянутого набора ножей, они или целиком изготовлены из теплоизолирующего материала, или имеют свой нижний конец (который, можно сказать, является их внешним торцом), опирающийся на или погруженный в теплоизолирующий материал.

Эти ножи обычно расположены в параллельных вертикальных плоскостях и отстоят друг от друга на примерно равные расстояния. Между собой они определяют проточные каналы, имеющие в направлении течения расплавленной композиции сужающуюся первую часть и за ней практически прямую часть, где последняя образует боковые стенки каждой составляющей щели головки.

Реализация способа согласно изобретению затем означает осуществление стадии (b), во время которой на выходе из головки экструдера и в перемежающейся последовательности промежутки между двумя смежными тонкими пластинами подвергают нагнетанию текучей среды (f) и вакуумированию, причем две стороны одной и той же тонкой пластины подвергаются, с одной стороны, воздействию текучей среды (f) и, с другой стороны, воздействию вакуума, и наоборот во время следующей перемены для того, чтобы создать деформацию пластин и спаять их попарно с образованием в плоскости приблизительно параллельно направлению экструзии ячеистой структуры, чьи составляющие ячейки расширены перпендикулярно направлению экструзии;

Практические осуществления стадии (b) также описаны, например, в патенте (1) и патентной заявке (2).

Осуществление, описанное в патенте (1), является предпочтительным в случае, когда текучей средой (f) является хладагент для ячеистой структуры в процессе формирования, и является, в частности, вода. Это означает, что каждая канавка, прорезанная в каждой конической части каждой щели головки, присоединяется последовательно к источнику вакуума и к источнику хладагента. Формование ячеистой структуры осуществляют двумя формующими блоками, состоящими из конических частей, которые дополнительны к имеющим коническую форму частям головки и которые смонтированы вертикально на головке, т.е., можно сказать, в направлении ячеек структуры, которая должна быть сформирована, для того, чтобы дать возможность регулировать их толщину. Два формующих блока определяют своими лицевыми поверхностями опорные зоны двух наружных поверхностей ячеистой структуры, перпендикулярных ячейкам. Эти поверхности сужаются от выхода из головки по направлению к камере для формования и охлаждения ячеистой структуры, причем эта камера является трубой прямоугольного поперечного сечения и имеет высоту, равную высоте структуры, которая должна быть получена, в направлении ячеек последней, и имеет ширину, равную ширине структуры. Емкость хладагента, из которой текучая среда откачивается с использованием насоса, вакуум-насос и распределительное устройство, соединенное с этими двумя насосами, а также с сетью трубопроводов, соединяющих его с различными отсеками, расположенными по обе стороны тонкой пластины, предназначенных для последовательного присоединения каждого отсека к источнику вакуума и к источнику хладагента, завершают устройство, что дает возможность реализации этого осуществления.

Осуществление, описанное в патентной заявке (2), является предпочтительным в случае, когда текучей средой (f) является газ, например, инертный газ, смесь инертных газов или воздух. Оно требует наличия в устройстве для экструдирования композиции двух коротких калибровочных узлов, обычно имеющих форму металлических блоков, помещенных на лицевой стороне головки, включающей щели, определенные вертикальными ножами, где лицевая сторона головки может быть покрыта пластиной изолирующего материала, как упоминалось выше. Эти калибровочные узлы помещены на каждой стороне щелей головки, один выше них, а другой ниже них. Они могут, как правило, двигаться вертикально в противоположных направлениях для того, чтобы определить высоту экструдируемой тонкой пластины и, соответственно, высоту готовой ячеистой структуры.

Две камеры вырезаны в каждом из этих калибровочных блоков, начиная с которых камеры являются трубчатыми коробами, которые заканчиваются обычно кольцевыми отверстиями, выходящими вблизи промежутков между щелями головки, и следовательно, во время реализации способа согласно изобретению вблизи промежутков между экструдируемыми тонкими пластинами.

Каждая камера каждого из этих калибровочных блоков поочередно соединяется с вакуум-насосом или с сетью сжатого газа. Таким образом пространства между двумя смежными экструдированными тонкими пластинами подвергаются в перемежающейся последовательности нагнетанию сжатого газа и вакуумированию, причем две стороны каждой одной тонкой пластины, с одной стороны, подвергаются воздействию сжатого газа, а с другой стороны, воздействию вакуума, и наоборот, во время последующего чередования для того, чтобы произвести деформацию тонкой пластины и сварить их попарно с образованием в плоскости, приблизительно параллельной направлению экструзии, ячеистой структуры, составляющие ячейки которой растянуты перпендикулярно направлению экструзии.

Каждый калибровочный узел предпочтительно поддерживают при температуре ниже T_struct, но выше T_struct минус 80°C, предпочтительно выше T_struct минус 50°C, даже выше T_struct минус 25°C, где T_struct представляет структуральную температуру, которая соответствует T_g, если композиция включает аморфный полимер, и T_m, если композиция включает полукристаллический полимер.

Согласно этому варианту осуществления изобретения, газ может быть нагретым. Температура газа предпочтительно больше или равна температуре переработки пластика (T_p) минус 100°C, предпочтительно большей или равной температуре T_p минус 50°C, и даже большей или равной T_p минус 20°C.

Практическое осуществление стадии (b), описанное в патенте (1), предпочтительно применимо к аморфным термопластичным полимерам (Р), имеющим динамическую вязкость расплава (измеренную обычным способом через измерения нагрузки и напряжения сдвига в реогониометре) при температуре их переработки (т.е., иначе говоря, при температуре, при которой их экструдируют, чтобы превратить в ячеистые структуры) и при угловой скорости 0,1 рад/с ниже 2000 Па·с, предпочтительно ниже 1000 Па·с. Предпочтительно эти полимеры имеют кроме того температуру T_g, измеренную обычно методом DSC (согласно стандарту ISO 11357-2) ниже 60°C, предпочтительно ниже 50°C.

Неограничивающими примерами аморфных полимеров, которые могут соответствовать вышеприведенным определениям и ограничениям, являются термопластичные эластомеры, а также их смеси; термопластичные полиэфиры и гомополимеры и сополимеры, полученные из винилхлорида, а также их смеси. Из числа гомополимеров и сополимеров, происходящих от винилхлорида, которые могут быть использованы, гомополимеры и сополимеры, пластифицированные мономерными или полимерными пластификаторами, являются более предпочтительными. В качестве неограничивающих примеров таких пластификаторов могут быть упомянуты фталаты, себацинаты, адипинаты, тримеллитаты, пиромеллитаты, цитраты и полиэфиры, такие как поли(ε-капролактон) и их смеси. Эти гомополимеры и сополимеры обычно содержат по меньшей мере 10 частей и до 75 частей масс. пластификатора на 100 масс. частей полимера. Возможно также использовать полимеры винилхлорида, известные как "полимеры внутренней пластификации", которые получают сополимеризацией винилхлорида с пластифицирующими сомономерами, такими как, например, этилгексилакрилат, или еще сополимеризацией с прививкой на полимеры, известные как "эластификаторы", такие как поли(ε-капролактон).

Практическое осуществление стадии (b), описанное в патентной заявке (2), предпочтительно применяют к термопластичным полимерам (Р), имеющим вязкость расплава (измеренную при температуре переработки и при 0,1 рад/с) большей или равной 2500 Па·с, предпочтительно большей или равной 3000 Па·с. Это практическое осуществление также преимущественно применимо к композициям, чьи полукристаллические или аморфные составляющие полимеры (Р) имеют температуру стеклования (T_g), которая может достигать и даже превышать 80°C, предпочтительно между примерно 40 и примерно 60°C. Это практическое осуществление также дает хорошие результаты с пластическими композициями, включающими вспениватель, такой, как упомянутые выше, который дает возможность получить расширенные или вспененные ячеистые структуры. Это происходит потому, что факт использования сжатого газа вместо воды в качестве текучей среды (f) делает возможным, вследствие слабого охлаждения, улучшение растяжки ячеек пены и, делая это, улучшить ее текстуру.

Рабочие условия для стадий (a) и (b) процесса согласно настоящему изобретению приспосабливают, в частности, к природе композиции на основе пластика. В особенности следует быть уверенными, что температура композиции на выходе из головки подобрана так, чтобы иметь возможность сварить ячейки, вспенить композицию, если требуется, и т.д. в отсутствие деформации, обусловленной гравитацией. Следует также быть уверенными, что значения перемежающихся давления и вакуума и также и продолжительность циклов подобраны так, чтобы оптимизировать эту сварку. На практике предпочтительно используют давление, большее или равное 0,5 бар относительных, или даже большее или равное 1,5 бар. Это давление обычно меньше или равно 6 бар, даже меньше или равно 4 бар, или, даже более того, меньше или равно 2 бар. Что касается вакуума, то он обычно больше или равен 100 мм рт. ст. абс. или даже больше или равен 400 мм рт. ст. Наконец, продолжительность циклов (чередований давление/вакуум) обычно больше или равна 0,3 с, даже больше или равна 0,4 с, и предпочтительно больше или равна 0,5 с. Эта продолжительность предпочтительно меньше или равна 3 с, даже меньше или равна 2 с, и, даже более того, меньше или равна 1 с.

Реализация способа согласно изобретению может преимущественно включать после проведения стадии (b) и перед проведением стадии (с) необязательную стадию (b2), во время которой ячеистую структуру, полученную на стадии (b), доводят до температуры (T₁), такой, что T_g≤T₁≤T_g+40°C, где T_g является температурой стеклования термопластичного полимера (P), если он является аморфным, или доводят до температуры (T₂), такой, что T_m≥T₂≥T_m-50°C, где T_m является температурой плавления термопластичного полимера (Р) (измеренной согласно стандарту ASTM D 3417), если он является полукристаллическим.

Стадия (b) может быть проведена при статических или динамических условиях, т.е., иначе говоря, она может быть проведена на ячеистой структуре, которая является иммобилизованной после ее экструзии (и ее формования), или на ячеистой структуре, которую поддерживают движущейся после ее экструзии и формования. Стадия (b2) может быть проведена с использованием любых известных средств для нагрева пластиков: можно использовать, например, электрическую печь, печь, имеющую жидкое или твердое топливо, и можно нагревать пластик излучением, инфракрасным излучением, и т.д.

В случае аморфного термопластичного полимера (Р) является предпочтительным, чтобы температура T₁ была между (T_g+10°C) и (T_g+35°C). Если T₁ является слишком низкой (обычно ниже, чем температура T_g полимера), полимер является слишком вязким, а если T₁ слишком высока, полимер является слишком текучим для того, чтобы быть способным правильно использованным в способе согласно изобретению. В случае непрерывного процесса (стадию (b2) проводят вскоре после стадии (b)), этот вариант изобретения обычно означает повторный нагрев структуры после стадии ее экструзии (b).

В случае полукристаллического термопластичного полимера (Р) является предпочтительным, чтобы T₂ находилась между (T_m-10°C) и (T_m-40°C). Если T₂ слишком высока, поведение расплава полимера не позволит ему быть правильно превращенным в конечную ячеистую структуру согласно способу по изобретению. Обычно она должна достичь температуры кристаллизации полимера. В случае непрерывного процесса этот вариант изобретения может быть осуществлен без повторного нагрева структуры после ее экструзии.

Способ согласно изобретению включает стадию (с), во время которой ячеистую структуру, предпочтительно термически кондиционированную согласно необязательной стадии (b2), растягивают поперечно, т.е. растягивают перпендикулярно направлению экструзии. Следует понимать, что способ согласно изобретению не ограничен последовательным проведением в заявленном порядке необязательной стадии (b2) (когда ее проводят) и стадии (с); они могут осуществляться, по меньшей мере частично, одновременно, не выходя за рамки изобретения. Объем изобретения распространяется также на способы, в которых ячеистую структуру, изготовленную непрерывно согласно последовательным стадиям (а) и (b) сперва штабелируют или хранят для того, чтобы затем подвергнуть ее последовательно или по меньшей мере частично одновременно необязательной стадии (b2) и стадии (с). Наконец, объем изобретения распространяется также на способы, в которых во время стадии (с) последовательно или одновременно проводят поперечную растяжку (перпендикулярно направлению экструзии) и продольную растяжку (параллельно направлению экструзии).

Какое бы практическое осуществление не использовалось для стадии (с), отношение растяжки, которой подвергают ячеистую структуру во время стадии (с), выражаемое отношением конечной рабочей ширины ячеистой структуры после растяжки к ее первоначальной ширине, составляет по меньшей мере 1,2/1, предпочтительно 1,5/1, особо предпочтительно 2/1 и даже 2,5/1. Растяжка может быть осуществлена любым известным методом. Можно, например, использовать линии растяжки, поставляемые Brückner Maschinenebau GmbH, в которых поперечная растяжка и продольная растяжка ячеистой структуры могут быть осуществлены одновременно или последовательно. Линии растяжки обычно состоят из системы цепей, на которых помещены захваты, которые зажимают ячеистую структуру на двух ее боковых концах и которые раздвигаются во время продвижения указанной ячеистой структуры как только эта ячеистая структура достигла температуры, установленной на стадии b2 - когда последнюю стадию проводят - причем эта температура возможно была достигнута, как уже было сказано, до или во время стадии (с). Термин "рабочая ширина после растяжки" понимается как означающий ширину товарного изделия без захватов.

Практические условия растяжки, поперечной и, необязательно, продольной, действующие во время стадии (с), предпочтительно выбирают так, чтобы отношение видимого модуля изгиба, измеренного на готовой ячеистой структуре (испытания на изгиб в трех точках согласно стандарту ISO 1209-2) параллельно направлению экструзии (продольное направление) и перпендикулярно направлению экструзии (поперечное направление) было меньше 10, предпочтительно меньше 5, наиболее предпочтительно меньше 2. Это отношение может даже в случае ячеистой структуры на основе некоторых полукристаллических термопластичных полимеров (Р), таких, например, как РР, быть меньше, чем один. Некоторых обычных тестов достаточно для специалиста, чтобы определить эти практические условия растяжки в зависимости от желаемого соотношения кажущихся модулей.

После стадии растяжки (с) толщина ячеистой структуры может быть выровнена (т.е. можно сказать, что высота составляющих ячеек может быть сделана более единообразной), используя любое подходящее устройство, например, такое, как нагретые цилиндры. Полученная ячеистая структура может быть охлаждена окружающим воздухом, обдувом струей холодного воздуха, распылением водного тумана и т.д. Струя холодного воздуха дает хорошие результаты. После охлаждения края, которые были возможно откушены захватами линии растяжки, могут быть отрезаны и поданы в рецикл. Полученная ячеистая структура может быть затем снята съемным устройством. Скорость отвода изделия от экструдера и скорость экструзии должны быть оптимизированы, главным образом, в соответствии с размером и толщиной ячеек, а также с желаемой формой.

Покидающая съемное устройство готовая ячеистая структура может быть легко намотана на барабан. Альтернативно, ее можно подвергнуть обработке поверхности (например, обработке коронным разрядом) так, чтобы, в частности, улучшить ее адгезионные свойства, и соединить ее с нетканым материалом или с верхней и нижней облицовками. В конце этих необязательных операций готовую панель обрезают и по длине, и по ширине до листов желаемого размера и складируют.

Производственные отходы могут быть убраны или до заключительных операций, или после них, и возвращены в производство.

Форма ячеек структуры, сформированной способом по изобретению, наиболее часто является приблизительно многоугольной, предпочтительно примерно гексагональной, причем стороны образовавшегося многоугольника неизометричны, т.е., иначе говоря, длины сторон не одинаковы.

Эти в целом гексагональные ячейки наиболее часто имеют отношение своей длины L (в направлении экструзии) к своей ширине l (в плоскости экструзии, но вдоль направления, перпендикулярного направлению экструзии) менее 2,5, предпочтительно меньше 1,5, и даже равное 1.

Длина L ячеек обычно больше или равна 10 мм, даже больше или равна 15 мм, но обычно меньше или равна 30 мм.

Что касается толщины стенок ячеек, это кондиционируется толщиной стенок основы ячеистой структуры и отношениями растяжки, приложенными во время поперечной и, необязательно, продольной растяжки. На практике она обычно больше или равна 100 мкм, даже больше или равна 200 мкм или 250 мкм. Преимущественно она, однако, не превышает 1 мм, даже 0,8 мм и, предпочтительно, 0,6 мм, так, чтобы не утяжелять структуру. Нижний предел в действительности зависит от осуществления головки, позволяющей изготовить основу ячеистой структуры, и от использованных соотношений растяжки.

Одно из преимуществ способа согласно изобретению заключается в том, что какими бы ни были условия растяжки, толщина стенок растянутой ячеистой структуры составляет не менее 90% от толщины стенок основы ячеистой структуры, предпочтительно не меньше 95% от этой толщины.

Из предшествующего следует, что настоящее изобретение делает возможным получение ячеистых структур, чья длина может варьироваться в очень большом промежутке, и это является таковым для широкого круга композиций на основе пластиков, и имеющих адаптированные составы.

Ячеистые структуры, полученные способом согласно изобретению, преимущественно используются в строительной индустрии (полы, легковесные потолки, перегородки, двери, бетонные коробки и т.д.) в мебели, в упаковке (боковая защита, обертка предметов и т.д.), в моторных транспортных средствах (полки для свертков, облицовка дверей, и т.д.) и т.д. Эти структуры особенно подходят для мебели и для зданий, например, для сооружения постоянных укрытий (жилищ), или временных укрытий (например, жестких тентов или укрытий для людей). Они также пригодны в качестве составляющих полов спортивных залов.

Они могут быть использованы здесь как таковые или как сэндвичевые панели, в которых они помещены между двумя листами, называемыми облицовками. Последний вариант является преимущественным, и в этом случае можно изготавливать указанную сэндвичевую панель сваркой, склеиванием и т.п., или любым другим способом сборки облицовок и сердцевины (использованных холодными или горячими сразу после экструзии), который пригоден для пластиков. Один преимущественный путь изготовления указанной сэндвичевой панели заключается в приваривании облицовок к ячеистой сердцевине. Любой способ сварки может быть пригоден для этой цели, процессы использования электромагнитного излучения, дающие хорошие результаты в случае структур/облицовок, которые являются, по меньшей мере частично, прозрачными для электромагнитного излучения. Такой способ описан в заявке FR 03/08843, содержание которой введено посредством ссылки в настоящую заявку.

Настоящее изобретение иллюстрируется следующими неограничительными примерами:

Пример 1R (сравнительный пример, не в соответствии с изобретением)

Ячеистую структуру 25 шириной 25 см и высотой 10 мм экструдировали с использованием устройства и при условиях, описанных ниже:

• экструдер SCAMEX 45, снабженный пятью отдельными зонами нагрева (от Z1 до Z5) и оборудованный листовальной головкой шириной 260 мм, оборудованный ножами из нержавеющей стали, передняя поверхность которого была покрыта полиимидным изолирующим материалом, с калибровочными блоками из нержавеющей стали длиной 18 мм, с генератором сжатого воздуха и вакуум-насосом. Расстояние между ножами составляло 0,3 мм.

• Температурный профиль в экструдере:

Z1: 130°C

Z2: 180°C

Z3: 190°C

Z4: 190°C

Z5: 192°C

• Состав: на основе PVC, поставляемого Solvay под названием BENVIC^® IR047;

• Температура материала на входе в головку: 190°C;

• Температуры головки, включающей 4 зоны:

боковые стороны: 192°C

центральная зона: 182°C; и

нащельники: 192°C;

• Давление экструдера: 134 бар;

• Скорость шнека: 40 об/мин;

• Давление сжатого воздуха: 1,2 бар абс.;

• Вакуум 700 мм рт.ст.;

• Продолжительность циклов давление/вакуум: 1,25 с/1,25 с; и

• Продольная скорость отвода из экструдера: 1 м/мин.

Была получена ячеистая структура, имевшая следующие свойства:

• Объемная плотность: 0,185 кг/дм³;

• Длина ячеек: 21 мм; и

• Ширина ячеек: 8 мм.

Были проведены испытания этой структуры на изгиб в трех точках согласно стандарту ISO 1209-2 параллельно направлению экструзии и перпендикулярно направлению экструзии. Измеренные кажущиеся модули гибкости составляли:

- параллельно направлению экструзии (продольное направление): 2,6 мПа и

- перпендикулярно направлению экструзии (поперечное направление): 135,6 мПа.

Поэтому было видно, что модуль изгиба ячеистой структуры в поперечном направлении был существенно выше, чем в продольном направлении, препятствуя намотке на барабан, так как когда это пытаются осуществить продольно, они деформируются поперечно.

Пример 2 (согласно изобретению)

Ячеистую структуру, сформированную на выходе из устройства, описанного в примере 1, растягивали поперечно в машине для вытяжки KARO при условиях:

• Температура печи: 110°C;

• Температура материала: 107°C;

• Время кондиционирования: 8 минут; и

• Отношение вытяжки: 100%.

Полученное изделие имело следующие характеристики:

• объемная плотность: 0,098 кг/дм³;

• длина ячейки: 21 мм; и

• ширина ячейки: 16 мм.

Испытания на изгиб в трех точках (стандарт ISO 1209-2), проведенные на этой структуре параллельно и перпендикулярно направлению экструзии, дали следующие результаты:

- модуль изгиба, замеренный параллельно направлению экструзии: 12 мПа; и

- модуль изгиба, замеренный перпендикулярно направлению экструзии: 8,7 мПа.

Из этого видно, что способ согласно изобретению сделал возможным получение более легкой ячеистой структуры, у которой размеры составляющих ячеек были более изометричны и у которой модули изгиба в продольном направлении и поперечном направлении были одного и того же порядка величины, что делает возможной намотку ее на барабан.

Пример 3R (сравнительный пример, не в соответствии с изобретением)

Ячеистую структуру шириной 25 см и высотой 5 мм экструдировали при основных условиях и на устройстве, описанных в примере 1R, но при отдельных условиях, указанных ниже:

• давление экструзии: 142 бар;

• давление сжатого воздуха 1,4 бар абс.;

• длительность цикла давление/вакуум 0,7 с/0,7 с; и

• Продольная скорость отвода из экструдера: 1,8 м/мин

Была получена ячеистая структура, имеющая следующие свойства:

• объемная плотность: 0,193 кг/дм³;

• длина ячейки: 22 мм; и

• ширина ячейки: 8 мм.

Испытания на изгиб в трех точках (стандарт ISO 1209-2), проведенные на этой структуре параллельно и перпендикулярно направлению экструзии, дали следующие результаты:

- модуль изгиба, замеренный параллельно направлению экструзии: 1,3 мПа; и

- модуль изгиба, замеренный перпендикулярно направлению экструзии: 181,5 мПа.

Поэтому было опять отмечено, что модуль изгиба ячеистой структуры был существенно выше в поперечном направлении, чем в продольном направлении.

Пример 4 (согласно изобретению)

Ячеистую структуру, сформированную на выходе из устройства, описанного в примере 3R, растягивали поперечно в машине для вытяжки KARO при условиях, заявленных в примере 2.

Полученное изделие имело следующие характеристики:

• объемная плотность: 0,108 кг/дм³;

• длина ячейки: 22 мм; и

• ширина ячейки: 14 мм.

Испытания на изгиб в трех точках (стандарт ISO 1209-2), проведенные на этой структуре параллельно и перпендикулярно направлению экструзии, дали следующие результаты:

- модуль изгиба, замеренный параллельно направлению экструзии: 26,8 мПа; и

- модуль изгиба, замеренный перпендикулярно направлению экструзии: 22,5 мПа.

Преимущества, получаемые при способе согласно изобретению были опять очевидны: более легкая ячеистая структура, более изометрические размеры составляющих ячеек, модули изгиба в продольном направлении и в поперечном направлении одного и того же порядка величины.

Пример 5R (сравнительный пример, не в соответствии с изобретением)

Ячеистую структуру шириной 25 см и высотой 5 мм экструдировали при основных условиях и на устройстве, описанных в примере 1R, но при отдельных условиях, указанных ниже:

• Температурный профиль в экструдере:

Z1: 130°C

Z2: 180°C

Z3: 190°C

Z4: 190°C

Z5: 192°C

• Состав: на основе PP, поставляемого Innovene под названием 201 GB 02;

• Температура материала на входе в головку: 180°C;

• Температуры головки, включающей 4 зоны:

боковые стороны: 180°C

центральная зона: 180°C; и

нащельники: 180°C;

• Давление экструдера: 95 бар;

• Давление сжатого воздуха: 1 бар абс.;

• Вакуум 800 мм рт.ст.;

• Продолжительность циклов давление/вакуум: 1,9 с/1,9 с; и

Продольная скорость отвода из экструдера:: 0,5 м/мин.

Была получена ячеистая структура, имеющая следующие свойства:

• объемная плотность: 0,108 кг/дм³;

• длина ячейки: 20 мм; и

• ширина ячейки: 8 мм.

Испытания на изгиб в трех точках (стандарт ISO 1209-2), проведенные на этой структуре параллельно и перпендикулярно направлению экструзии, дали следующие результаты:

- модуль изгиба, замеренный параллельно направлению экструзии: 0,2 мПа; и

- модуль изгиба, замеренный перпендикулярно направлению экструзии: 40,3 мПа.

Пример 6 (согласно изобретению)

Ячеистую структуру, сформированную на выходе из устройства, описанного в примере 5, растягивали поперечно в машине для вытяжки KARO при следующих условиях:

• Температура печи: 130°C;

• Температура материала: 127°C;

• Время кондиционирования: 8 минут; и

• Отношение вытяжки: 100%.

Полученное изделие имело следующие характеристики:

• объемная плотность: 0,060 кг/дм³;

• длина ячейки: 17 мм; и

• ширина ячейки: 17 мм.

Испытания на изгиб в трех точках (стандарт ISO 1209-2), проведенные на этой структуре параллельно и перпендикулярно направлению экструзии, дали следующие результаты:

- модуль изгиба, замеренный параллельно направлению экструзии: 1,4 мПа; и

- модуль изгиба, замеренный перпендикулярно направлению экструзии: 2,6 мПа.

Этот пример опять-таки показывает преимущества, получаемые при способе согласно изобретению, на этот раз в случае полукристаллического полимера: более легкая ячеистая структура, более изометрические размеры составляющих ячеек, модули изгиба в продольном направлении и в поперечном направлении одного и того же порядка величины.

Настоящее изобретение относится к способу изготовления анизотропной ячеистой структуры на пластиковой основе. Техническим результатом заявленного изобретения является получение более изотропичных и менее плотных анизометрических ячеистых структур на основе пластиков, которые могут быть намотаны на круглый барабан. Технический результат достигается способом изготовления ячеистой структуры на пластиковой основе, который включает стадию (а), во время которой параллельные тонкие пластины композиции на основе термопластичного полимера, выбранного из аморфных и полукристалличных полимеров, непрерывно экструдируют через головку, содержащую множество параллельных щелей. На стадии (b) на выходе из головки экструдера и в перемежающейся последовательности промежутки между смежными тонкими пластинами подвергают нагнетанию текучей среды и вакуумированию. Причем две стороны одной и той же тонкой пластины подвергаются, с одной стороны, воздействию текучей среды, а с другой стороны, воздействию вакуума, и наоборот, во время следующей перемены для того, чтобы создать деформацию пластин и спаять их попарно с образованием в плоскости приблизительно параллельно направлению экструзии ячеистой структуры, чьи составляющие ячейки расширены перпендикулярно направлению экструзии. На стадии (с) полученную на стадии (b) ячеистую структуру растягивают в направлении, перпендикулярном направлению экструзии. 9 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления ячеистой структуры на пластиковой основе, включающий:
стадию (а), во время которой параллельные тонкие пластины композиции на основе по меньшей мере одного термопластичного полимера (Р), выбранного из аморфных и полукристалличных полимеров, непрерывно экструдируют через головку, содержащую множество параллельных щелей;
стадию (b), во время которой на выходе из головки экструдера и в перемежающейся последовательности промежутки между смежными тонкими пластинами подвергают нагнетанию текучей среды (f) и вакуумированию, причем две стороны одной и той же тонкой пластины подвергаются, с одной стороны, воздействию текучей среды (f) и, с другой стороны, воздействию вакуума, и наоборот во время следующей перемены для того, чтобы создать деформацию пластин и спаять их попарно с образованием в плоскости приблизительно параллельно направлению экструзии ячеистой структуры, чьи составляющие ячейки расширены перпендикулярно направлению экструзии;
стадию (с), во время которой полученную на стадии (b) ячеистую структуру растягивают в направлении, перпендикулярном направлению экструзии.

2. Способ изготовления ячеистой структуры по п.1, отличающийся тем, что текучей средой (f) является охлаждающий агент для ячеистой структуры в процессе ее формирования.

3. Способ изготовления ячеистой структуры по п.2, отличающийся тем, что охлаждающим агентом является вода.

4. Способ изготовления ячеистой структуры по п.1, отличающийся тем, что текучей средой (f) является газ.

5. Способ изготовления ячеистой структуры по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает стадию (b2), во время которой полученную на стадии (b) ячеистую структуру доводят до температуры (T₁), такой, что T_g≤T₁≤T_g+40°C, где T_g является температурой стеклования термопластичного полимера (Р), если он является аморфным, или доводят до температуры (Т₂), такой, что T_m≥T₂≥T_m-50°C, где T_m является температурой плавления термопластичного полимера (Р), если он является полукристаллическим.

6. Способ изготовления ячеистой структуры по п.5, отличающийся тем, что термопластичный полимер (Р) является аморфным и тем, что температура (T₁) является такой, что T_g+10°C≤T₁≤T_g+35°C.

7. Способ изготовления ячеистой структуры по п.5, отличающийся тем, что термопластичный полимер (Р) является полукристаллическим, и тем, что температура (Т₂) является такой, что T_m-10°C≤T₂≤T_m-40°C.

8. Способ изготовления ячеистой структуры по п.1, отличающийся тем, что во время стадии (d) проводят вытяжку параллельно направлению экструзии последовательно или одновременно с вытяжкой перпендикулярно направлению экструзии.

9. Способ изготовления ячеистой структуры по п.8, отличающийся тем, что отношение вытяжки перпендикулярно направлению экструзии, которой ячеистую структуру подвергают во время стадии (с), выраженное отношением конечной рабочей ширины ячеистой структуры после вытяжки к ее начальной ширине, по меньшей мере, равно 1,2/1.

10. Способ изготовления ячеистой структуры по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что условия вытяжки, действующие во время стадии (с), выбирают так, чтобы отношение видимого модуля гибкости, замеренного на конечной ячеистой структуре параллельно направлению экструзии (продольное направление) и перпендикулярно направлению экструзии (поперечное направление) было меньше чем 10.