СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОПЛАСТОВЫХ ПАНЕЛЕЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВСПЕНЕННЫХ ПЛЕНОК Российский патент 2025 года по МПК B29C44/56 B26D3/00 C08J9/36 

Область техники

В настоящей заявке описан способ получения пенопластовых панелей для производства вспененных пленок, состоящих из полимера с температурой T_g стеклования по меньшей мере 100°С, причем средний диаметр ячеек, измеренный в соответствии со стандартом ASTM D 3576, находится в диапазоне 20-250 мкм, и 1 м² пенопластовой панели содержит менее 20 ячеек с диаметром более 260 мкм, а относительное удлинение при разрыве пенопластовых панелей составляет 4-13%, при измерении в соответствии со стандартом ASTM D 638.

Уровень техники

Жесткий пенопласт, например, полиметакрилимид, который предлагается на рынке под торговым наименованием Rohacell®, может быть разрезан с помощью различных способов, используемых для других пенопластов. Стандартным способом в случае Rohacell® является резание пилой. В этом случае для горизонтального разделения толстых пенопластовых блоков используются ленточные пилы, в результате работы которых возникают достаточные количества пыли. Кроме того, при использовании этого способа из жесткого пенопласта очень трудно получить тонкие или очень тонкие листы или пленки. Очень тонкие пленки невозможно получить, поскольку пильные полотна имеют определенную толщину, и при разрезании пилой жесткого пенопласта в области резания возникают достаточно большие механические напряжения. В свою очередь, получение тонких листов толщиной 3-10 мм возможно лишь с большими потерями материала и с достаточно интенсивным образованием пыли, поскольку используемое пильное полотно имеет толщину по меньшей мере 2 мм, так что имеют место соответствующие потери материала. Если же использовать очень тонкие пильные полотна, они будут изгибаться, что приводит к большим колебаниям толщины получаемого продукта, и/или получение пленок будет практически невозможно. Если необходимо получить более толстые листы с толщиной, превышающей 10 мм, то в этом случае также возникают проблемы в процессе распиливания, поскольку изгиб распиливаемой зоны, вызываемый толщиной пильного полотна, будет приводить к растрескиванию в этой зоне при отделении листа. Эта проблема особенно характерна для случая очень жесткого и, соответственно, до некоторой степени хрупкого пенопласта.

Гибкие пенопласты, например гибкие пенополиуретаны, также могут быть разрезаны с помощью ленточных ножей, при работе которых не возникает пыли, уходящей в отходы.

Многие пенопласты (жесткие и гибкие пенопласты) могут быть дополнительно разрезаны с помощью натянутых раскаленных проволок. Однако в этом случае возможно тепловое повреждение материала раскаленной проволокой. Кроме того, поскольку проволока имеет конечную толщину, то в этом случае возникает проблема потерь материала или растрескивания тонких листов.

Способ плоского разделения жестких пенопластов, который подходит для получения пленок или тонких листов, описан в патенте US 10556357. Этот способ отличается тем, что жесткому пенопласту сначала придают гибкость, и затем разрезают ножом. Вспененные пленки, описанные в упомянутом патентном документе, имеют недостаточное относительное удлинение при разрыве из-за множества точечных отверстий.

Техническая проблема

В связи с вышеизложенным в отношении предшествующего уровня техники задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в обеспечении способа получения пенопластовых панелей, из которых можно изготовить тонкие вспененные пленки из полимера с температурой T_g стеклования по меньшей мере 100°С, причем количество точечных отверстий материала незначительно, и диаметры ячеек малы. Предлагаемый способ для пенопластовых панелей должен подходить в частности для производства вспененных пленок из этих панелей толщиной менее 3 мм. Разделение пенопластовых панелей должно осуществляться без формирования опилок. Другие задачи, не указанные здесь в явном виде, могут быть определены из предшествующего уровня, из описания, из формулы изобретения или из иллюстративных вариантов осуществления изобретения.

Решение

Вышеуказанная задача решается с использованием предлагаемого способа получения пенопластовых панелей для производства вспененных пленок, состоящих из полимера с температурой T_g стеклования по меньшей мере 100°С, причем средний диаметр ячеек, измеренный в соответствии со стандартом ASTM D 3576, находится в диапазоне 20-250 мкм, и 1 м² пенопластовой панели содержит менее 20 ячеек с диаметром более 260 мкм, а относительное удлинение при разрыве пенопластовых панелей составляет 4-13%, при измерении в соответствии со стандартом ASTM D 638, причем способ отличается тем, что:

а) удаляют поверхностный слой пенопластового блока, и

б) остающуюся часть пенопластового блока разрезают на пенопластовые панели толщиной от 10 до 135 мм.

Пенопластовые панели по настоящему изобретению производят из полимеров с температурой T_g стеклования по меньшей мере 100°С, предпочтительно по меньшей мере 140°С, измеренной в соответствии со стандартом DIN EN ISO 11357-2. Стандарт DIN EN ISO 11357-2 (с июля 2014 г.) для пластмасс описывает дифференциальную сканирующую калориметрию, "Часть 2: Определение температуры стеклования и энергии активации стеклования".

Полимеры выбирают из группы, состоящей из полиэфирсульфона, полифенилсульфона, полиэфирэфиркетона, поли(мет)акрилимида, полиметил(мет)акрилата, полиэфиримида, полисульфона, полиуретанов, полиэтилентерефталата и их смесей, а также их сополимеров. Термин "поли(мет)акрилимид" (П(М)И) понимается ниже означающим полиметакрилимиды (ПМИ), полиакрилимиды (ПИ) или их смеси. Это же справедливо, например, для полиметил(мет)акрилата. Соответственно, термин "полиметил(мет)акрилат" должен пониматься означающим не только полиметилметакрилат, а также полиметилакрилат и их смеси. В качестве материала для основы пенопласта предпочтительно используется П(М)И, более предпочтительно ПМИ. Таким П(М)И-пенопласты также указываются как жесткие пенопласты, обладающие особенной прочностью. Производство П(М)И-пенопластов описано, например, в документе ЕР 3221101. П(М)И-пенопласты обычно получают с помощью способа, включающего два шага: а) получение литьевого полимера, и б) вспенивание этого литьевого полимера. Для получения литьевого полимера сначала получают смеси мономеров, которые содержат в качестве основных компонентов (мет)акриловую кислоту и (мет)акрилонитрил, предпочтительно в молярном отношении от 2:3 до 3:2. Кроме того, могут использоваться другие сомономеры, такие как эфиры акриловой или метакриловой кислоты, стирол, малеиновая кислота или итаконовая кислота, или их ангидриды, или винилпирролидон. Однако содержание сомономеров не должно превышать 30 вес.%. Также могут использоваться небольшие количества сшивающих мономеров, например аллилакрилата. Однако их максимальное содержание предпочтительно должно составлять 0,05-2,0 вес.%.

Смесь для сополимеризации содержит также вспенивающие вещества, которые подвергаются либо разложению, либо испарению для формирования газовой фазы при температурах от примерно 150 до 250°С. Полимеризация происходит при более низкой температуре, так что литьевой полимер содержит вспенивающее вещество в латентном состоянии. Полимеризацию предпочтительно осуществляют в форме блока между двумя стеклянными пластинами. После этого для получения вспененных листов на втором шаге осуществляли вспенивание литьевого полимера при соответствующей температуре. Вообще говоря, способы производства таких П(М)И-пенопластов известны специалистам в данной области техники, и их можно найти, например, в документах ЕР 1 444 293, ЕР 1 678 244 или WO 2011/138060. Примеры ПМИ-пенопластов включают в частности линейку материалов ROHACELL® фирмы Evonik Industries AG (Германия). Акрилимидные пенопласты могут рассматриваться как материалы, аналогичные ПМИ-пенопластам в отношении производства и обработки. Однако в связи с их токсичностью они существенно менее предпочтительны по сравнению с другими вспененными материалами.

Плотность жесткого пенопласта может быть выбрана достаточно свободно. Могут использоваться П(М)И-пенопласты с плотностью в диапазоне от примерно 20 до 320 кг/м³, предпочтительно от 25 до 250 кг/м³. Особенно предпочтительно использовать ПМИ-пенопласт с плотностью в диапазоне от 30 до 200 кг/м³.

Пенопласты, описанные в настоящей заявке, получают в форме вспененных блоков. Эти вспененные блоки имеют различную толщину в зависимости от используемых полимеров и достигнутой плотности.

Было найдено, что особенно предпочтительно использовать пенопласт из определенной зоны вспененного блока. Было найдено, что удаление поверхностного слоя вспененного блока обеспечивает получение пенопластовых панелей, имеющих исключительно высокие механические характеристики.

Предпочтительно удаляют поверхностный слой пенопластового блока толщиной 3 мм, более предпочтительно толщиной 5 мм, еще более предпочтительно толщиной 10 мм и наиболее предпочтительно толщиной 15 мм. Остающийся материал имеет лучшую однородность размеров ячеек и более высокое относительное удлинение при разрыве и, соответственно, более подходит для получения из него пенопластовых панелей.

Остающуюся часть пенопластового блока разрезают на пенопластовые панели толщиной от 10 до 135 мм, предпочтительно от 60 до 125 мм, наиболее предпочтительно толщиной 75 мм.

Известны различные способы нарезания пенопластовых панелей из пенопластовых блоков. Резание предпочтительно осуществляют с использованием лазера, ленточного ножа или ленточной пилы.

Пенопластовые панели, получаемые в соответствии с настоящим изобретением, особенно подходят для производства вспененных пленок.

Пенопластовые панели могут использоваться для получения вспененных пленок особенно малой толщины. Могут быть получены тонкие вспененные пленки, имеющие толщину от 0,05 до 3 мм. Предпочтительно получение вспененных пленок толщиной от 0,15 до 1 мм.

Особенную проблему при производстве вспененных пленок представляют точечные отверстия. В настоящей заявке термин "точечные отверстия" относится к относительно большим ячейкам, которые выходят на поверхность пленки и приводят к снижению ее прочности. В предельных случаях размер ячеек превышает толщину пленки, в результате чего в пленке появляются отверстия.

В соответствии с изобретением средний диаметр ячеек во вспененных пленках находится в диапазоне от 20 до 250 мкм, предпочтительно в диапазоне от 50 до 220 мкм, более предпочтительно в диапазоне от 80 до 200 мкм, причем диаметр ячеек измеряют в соответствии со стандартом ASTM D 3576. Стандарт ASTM D 3576 (2015 год издания) используется для определения размера ячеек жестких пенопластов.

Для получения требуемых механических характеристик, особенно относительного удлинения при разрыве, на 1 м² поверхности материала приходится менее 20 ячеек, имеющих диаметр более 260 мкм. В предпочтительных вариантах на 1 м² поверхности материала приходится менее 15 ячеек, имеющих диаметр более 260 мкм.

Предпочтение отдается вспененным пленкам с относительным удлинением при разрыве в диапазоне от 4 до 30%, более предпочтительно в диапазоне от 5 до 10%, причем эту величину измеряют в соответствии со стандартом ASTM D 638 (2014 года издания). Стандарт ASTM D 638 соответствует стандарту ISO 527-1 и представляет собой типичный способ испытаний для определения характеристик пластмасс при растяжении. Проблема специальных, особенно жестких пенопластов, имеющих высокую прочность и хрупкость, например, жесткого П(М)И-пенопласта, заключается в том, что блоки растрескиваются в процессе резания, что связано в частности с клинообразным сечением лезвия.

Пенопласт, имеющий определенные характеристики, такие как высокая величина относительного удлинения при разрыве и структура ячеек, подходит для продольного разделения на тонкие слои. Продольное разделение жесткого пенопласта - это очень эффективный способ для получения тонких слоев, используемых, например, в акустических устройствах смартфонов. В связи с высокими механическими требованиями процесса продольного разделения (отклонение отрезанной пленки от режущего аппарата) высокая величина относительного удлинения при разрыве предпочтительна для устойчивости процесса и достижимой толщины слоя. Поскольку отрезанную вспененную пленку приклеивают к очень тонкому слою алюминиевой фольги, через которую становятся видными крупные и неоднородные ячейки, то необходимо обеспечить структуру очень мелких ячеек с максимально возможной однородностью.

В одном из вариантов способа продольное разделение все еще нагретых жестких пенопластов осуществляют непосредственно после вспенивания в печи или в нагревательном прессе.

В отношении расположения ножа также имеются различные варианты.

В предпочтительном варианте заготовку из жесткого пенопласта перемещают под прямыми углами к режущей поверхности ножа, в то время как нож перемещается только под прямым углом к направлению транспортировки заготовки. В другом варианте, несколько менее предпочтительном, нож в операции резания движется вдоль зафиксированного жесткого пенопласта. Также нож и жесткий пенопласт могут иметь противоположные направления перемещения, и в этом случае нож в двух последних вариантах может эффективно перемещаться под прямыми углами к жесткому пенопласту, в дополнение к поддержке операции резания.

В случае перемещения ножа под прямыми углами снова возможны два варианта. Во-первых, нож может перемещаться взад и вперед. Однако в предпочтительном варианте используется ленточный нож. Такой ленточный нож перемещается в цепи в одном направлении под прямыми углами к направлению резания и в общем случае направляется и приводится посредством по меньшей мере двумя отклоняющими роликами. Системы ленточных ножей предлагаются на рынке.

В одном из вариантов несколько выходных продуктов, например, в форме пленок или тонких листов вырезают из жесткого пенопласта в одном проходе с помощью ряда ножей, расположенных последовательно. Это могут быть несколько ленточных ножей, расположенных последовательно. Таким образом, можно очень эффективно вырезать несколько изделий из одного блока за одну операцию.

Вместо этого или в дополнение к этому, пленка может быть затем покрыта по меньшей мере одним внешним слоем. Эти внешние слои могут быть, например, из композитных материалов, из металла или из дерева. В этом случае можно получить, например, многослойные материалы, используемые в облегченных конструкциях. В других вариантах внешние слои могут быть просто защитной пленкой, которая может быть удалена, или декоративным слоем. Особенный интерес представляет нанесение очень тонких алюминиевых пленок.

Замечательные достоинства настоящего изобретения заключаются в том, что практически исключаются отходы в форме опилок, образующихся при резании жестких пенопластов, а также предотвращается тепловое повреждение поверхностей жесткого пенопласта. В этом случае возможно ограничение потерь материала, и в итоге осуществляемый процесс более экономичен по сравнению с известными процессами.

Вообще говоря, тонкие вспененные пленки имеют очень широкую область применения. Вспененные пленки могут использоваться, например, в качестве мембран, в частности в акустических устройствах, в мобильных музыкальных плеерах или в головных телефонах. Также можно представить использование таких пленок в декоративных целях, например, для покрытия поверхностей готовых изделий.

Изобретение относится к получению пенопластовых панелей для производства вспененных пленок. Предложен способ получения пенопластовых панелей для производства вспененных пленок, состоящих из пенопласта, заключающийся в том, что используется пенопласт со средним диаметром ячеек, измеренным в соответствии со стандартом ASTM D 3576, находящимся в диапазоне от 20 до 250 мкм, и 1 м² содержит менее 20 ячеек диаметром более 260 мкм, а относительное удлинение при разрыве пенопластовых панелей составляет от 4 до 13%, при измерении в соответствии со стандартом ASTM D 638, при этом полимер, из которого состоит пенопласт, имеет температуру T_g стеклования по меньшей мере 100°С и выбран из группы, состоящей из полиэфирсульфона, полифенилсульфона, полиэфирэфиркетона, поли(мет)акрилимида, полиметил(мет)акрилата, полиэфиримида, полисульфона, полиуретанов, полиэтилентерефталата и их смесей, а также их сополимеров, при этом проводят следующие стадии: удаляют поверхностный слой пенопластового блока, и остающуюся часть пенопластового блока разрезают на пенопластовые панели толщиной от 60 до 135 мм. Технический результат – реализация назначения, при этом полученные панели должны подходить в частности для производства вспененных пленок из полученнных панелей толщиной менее 3 мм, а также разделение пенопластовых панелей должно осуществляться без формирования опилок. 6 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ получения пенопластовых панелей для производства вспененных пленок, состоящих из пенопласта, отличающийся тем, что используется пенопласт со средним диаметром ячеек, измеренным в соответствии со стандартом ASTM D 3576, находящимся в диапазоне от 20 до 250 мкм, и 1 м² содержит менее 20 ячеек диаметром более 260 мкм, а относительное удлинение при разрыве пенопластовых панелей составляет от 4 до 13%, при измерении в соответствии со стандартом ASTM D 638, при этом полимер, из которого состоит пенопласт, имеет температуру T_g стеклования по меньшей мере 100°С и выбран из группы, состоящей из полиэфирсульфона, полифенилсульфона, полиэфирэфиркетона, поли(мет)акрилимида, полиметил(мет)акрилата, полиэфиримида, полисульфона, полиуретанов, полиэтилентерефталата и их смесей, а также их сополимеров, при этом проводят следующие стадии:

а) удаляют поверхностный слой пенопластового блока, и

б) остающуюся часть пенопластового блока разрезают на пенопластовые панели толщиной от 60 до 135 мм.

2. Способ по п. 1, в котором полимеры имеют температуру стеклования по меньшей мере 140°С.

3. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором средний диаметр ячеек пенопластовых панелей находится в диапазоне от 50 до 220 мкм, предпочтительно в диапазоне от 80 до 200 мкм.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором 1 м² пенопластовой панели содержит менее 15 ячеек диаметром более 260 мкм.

5. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором величина относительного удлинения при разрыве пенопластовой панели находится в диапазоне 5-10%, при измерении в соответствии со стандартом ASTM D 638.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором поверхностный слой пенопластового блока на шаге (а) имеет толщину порядка 3 мм.

7. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором пенопластовые панели на шаге (б) разрезают с использованием ленточного ножа или ленточной пилы.