专利名称：发泡片材及其制造方法
技术领域：
本发明涉及发泡片材，该片材随着温度的变化产生小的尺寸变化。
至今，人们已知多种发泡片材。例如，通过定型模将可发泡树脂材料挤出为片材形式同时使其发泡的方法生产的那些已知片材，或通过定型模将可发泡树脂材料挤出为片材形式并通过进一步加热使挤出片材发泡的方法生产的那些已知片材。所有这些常规发泡片材都具有非常高的线性膨胀系数并且随着温度的变化显示出很大的尺寸变化，因此它们不适于应用在需要高尺寸稳定性的场合。例如当薄的榻榻米垫子(常规的发泡片材用作芯材，即榻榻米底基)铺在室内地板上时，发泡片材会随着温度的升高在每一方向延伸。结果，榻榻米垫子越来越长，使邻接的榻榻米垫子相互推动出现榻榻米垫子邻接端向上顶起的现象。而且在常规发泡片材和金属板组成的叠层产品情况下，由于发泡片材随着温度变化显示比金属板更大的尺寸变化，因而出现金属板容易从发泡片材剥落或叠层产品容易翘曲的问题。
本发明的目的是提供一种发泡片材，其随着温度的变化显示小的尺寸变化并且当将其用于上述应用时不会产生上述问题。
通过研究解决上述问题，本发明人实现了以下发明。
本发明的第一实施方案是由热塑性树脂材料制造的发泡片材，其中热塑性树脂材料的线性膨胀系数α(/℃)和发泡片材的线性膨胀系数αf(/℃)满足以下公式(1):｜αf/α｜≤1/2(1)由于由热塑性树脂材料制造的发泡片材具有这种特性，其线性膨胀系数大大低于未发泡未拉伸状态的热塑性树脂材料(发泡片材的原料)的线性膨胀系数，因此该发泡片材随着温度变化显示小的尺寸变化，因而适用于需要高尺寸稳定性的应用场合。
而且，发现发泡片材的线性膨胀系数与发泡片材特殊部位存在的泡孔的特殊形状密切相关之后，本发明人又实现了本发明的第二实施方案。即，本发明的第二实施方案是由热塑性树脂材料制造的发泡片材，其中至少在沿着发泡片材厚度方向的一对截面中存在泡孔，这对截面相互垂直且满足以下公式(2):
Lmax/Lmin≥4.5(2)其中Lmax和Lmin分别表示全部四个平均值(在A或B截面的X或Y方向上的泡孔的平均值)中的最大值和最小值，这些数值通过以下程序得到，程序包括对发泡片材中两个截面的每一个(A截面和B截面)沿着其厚度方向随机选取10个泡孔，这些截面彼此垂直。
测量，每个选取的泡孔在片材厚度方向(X方向)的尺寸和平行片材表面方向(Y方向)的尺寸，和计算，每一截面(A截面和B截面)的每一方向(X方向和Y方向)上的泡孔尺寸的平均值。
由于热塑性树脂材料制造的发泡片材具有这样的特性，其线性膨胀系数大大低于未发泡未拉伸状态的热塑性树脂材料(发泡片材的原料)的线性膨胀系数，因此发泡片材随着温度变化显示极小的尺寸变化，因而可适用于需要高尺寸稳定性的应用场合。
另外，本发明还提供一种具有特别希望的特殊泡孔结构的发泡片材。该发泡片材的特征在于它可通过对挤出机中已被塑化的可发泡热塑性树脂材料进行发泡，同时通过连接到挤出机的模头将其以片材形式挤出，并以1.7或更大的拉伸比拉伸挤出的片材形状物质而得到。
由于热塑性树脂材料制造的发泡片材具有这样的特性，其线性膨胀系数大大低于非发泡非拉伸状态的热塑性树脂材料(发泡片材的原料)的线性膨胀系数，因此发泡片材随着温度变化显示极小的尺寸变化，因而可适用于需要高尺寸稳定性的应用场合。
本发明进一步的应用范围可通过以下的详细叙述而变得明显。然而应该明白，这些详细叙述和特例只是本发明的优选实施方案，仅仅起说明作用，因为对本领域的熟练人员来说在本发明的精神和范围内从此详细叙述进行各种变化和改进都是明显可行的。
在整个说明书和随后的权利要求中，除非另有说明，术语“含有”及其变化说法例如“包括”都应理解为包含被宣称的整体或步骤或整体组或多个步骤但是不排除任何其它整体或步骤或整体组或多个步骤。
图1是显示本发明发泡片材的表面和局部截面的视图。图中，符号“1”和“1’”意指发泡片材沿着其厚度方向的截面(A截面)，该截面与另一截面垂直，符号“2”和“2’”意指发泡片材沿着其厚度方向的截面(B截面)，该截面与另一截面垂直。符号“3”和“3’”意指片材厚度方向(X方向)，符号“4”和“4’”意指平行于片材表面的方向(Y方向)。
本发明的第一实施方案是由热塑性树脂材料制造的发泡片材，其中热塑性树脂材料的线性膨胀系数α(/℃)和发泡片材的线性膨胀系数αf(/℃)满足以下公式(1):｜αf/α｜≤1/2 (1)上述发泡片材的特征在于其具有的线性膨胀系数小于或等于作为发泡片材原料的未发泡未拉伸状态的热塑性树脂材料线性膨胀系数的1/2。以上公式(1)仅仅需要在平行于发泡片材表面的方向(垂直于厚度方向的方向)被满足。｜αf/α｜的值优选为1/3或更小。尽管｜αf/α｜的值大于0，然而鉴于本发明的目的它应尽可能小。
具有这样特性的本发明发泡片材具有较低的线性膨胀系数，因此可适用于需要发泡片材随着温度变化显示小尺寸变化的应用场合。
根据本发明第二实施方案的发泡片材的特征在于至少在沿着发泡片材厚度方向的一对截面中存在泡孔，这对截面相互垂直且满足以下公式(2):
Lmax/Lmin≥4.5(2)其中Lmax和Lmin分别表示全部四个平均值(在A或B截面的X或Y方向上的泡孔的平均值)中的最大值和最小值，这些数值通过以下程序得到，程序包括对发泡片材中两个截面的每个(A截面和B截面)沿着其厚度方向随机选取10个泡孔，这些截面是彼此垂直。
测量，每个选取的泡孔在片材厚度方向(X方向)的尺寸和平行片材表面方向(Y方向)的尺寸，和计算，每一截面(A截面和B截面)的每一方向(X方向和Y方向)上的泡孔尺寸的平均值。
比值(Lmax/Lmin)优选是4.5或更大，更优选是5.0或更大，特别优选是5.5或更大。
发泡片材的线性膨胀系数随着比值(Lmax/Lmin)的增大而趋于降低，该比值的上限不特别限定。但是通常当该比值超过约7时，降低线性膨胀系数的效果就变得几乎不变。因此上述比值通常设置为7或更小。
具有这样特性的本发明发泡片材具有较低的线性膨胀系数，因此可适用于需要发泡片材随着温度变化显示小尺寸变化的应用场合。
本发明的发泡片材由热塑性树脂材料制造，该热塑性树脂材料含有至少一种热塑性树脂。构成热塑性树脂材料的热塑性树脂种类不特别限定，只要能形成发泡塑料就行。例如，可以使用聚烯烃树脂如高、中、低密度聚乙烯和聚丙烯、聚苯乙烯树脂，丙烯酸类树脂如聚(甲基丙烯酸甲酯)，聚酰胺树脂，聚酯树脂和聚(氯乙烯)树脂。优选的是非交联热塑性树脂，因为它们易于回收。热塑性树脂既可以是均聚物也可以是共聚物。当使用两种或多种热塑性树脂时，树脂的混合比不特别限定。而且共聚物的单体组合物不受限制。
本发明的发泡片材可含有添加剂例如抗氧化剂、紫外线吸收剂、抗静电剂、抗润滑剂和润滑剂，只要既不破坏发泡片材生产中的发泡性也不破坏发泡片材的性能就行。例如添加剂的量可不高于发泡片材的20％重量。另外，该发泡片材还可含有填料例如滑石粉、云母、玻璃纤维和木纤维。例如填料的量可以不高于发泡片材的20％重量。作为特别有效实现较低线性膨胀系数的填料，例如可提及的是纤维填料如玻璃纤维和木纤维。
对于本发明发泡片材的形状不特别限制，它们可以是例如管状形式以及代表性的片材形式。尽管发泡片材的厚度无特殊限制，然而该厚度通常为0.5mm或更大，优选是0.8mm或更大。如果发泡片材薄于0.5mm，就有泡孔易于破裂的趋势。
本发明的发泡片材就其膨胀比而言没有特别限定。
本发明的发泡片材可通过已知方法的改进应用来生产，例如使用可发泡的热塑性树脂材料的大气压加热方法、挤出发泡方法、压塑发泡方法和注射发泡方法。例如，其可通过在加热中间体发泡片材(使其表面温度达到大约160℃)之后将由一般方法制造的热塑性树脂材料制造的发泡片材拉伸到大约3倍或更多倍来生产，该片材使用可发泡的热塑性树脂材料。而且重要的是使中间体发泡片材表面温度保持在这样的温度范围使得发泡片材内的泡孔在生产过程中不破裂。本发明的发泡片材也可以通过另一方法来生产，在该方法中从连接在挤出机上的模头中以片材形式排出的可发泡热塑性树脂材料的卷取速度(即牵伸速度)大于膨胀发泡方法生产发泡片材中在模头处的树脂排出速度。该生产方法是优选的，因为它可使用比熟知的拉伸方法短的生产线进行生产。而且当生产具有特别希望的特殊泡孔结构的发泡片材时，重要的是以1.7或更高，优选的是1.9或更高的牵伸比牵伸挤出的片形物质，该牵伸比(DR)是由以下的公式(3)计算的。在该公式中Tr表示最终所得发泡片材的厚度(mm),Ti表示刚从模头排出的发泡片材的假设厚度(mm),X表示膨胀比，t表示模唇开口(mm),SR表示所用热塑性树脂材料的溶胀比。
DR=Ti/Tr(3)Ti=X·t·SR该可发泡热塑性树脂材料可通过使用混合装置例如挤出机将可发泡材料以及任意选择的一些添加剂，例如抗氧化剂、紫外线吸收剂、抗静电剂、抗润滑剂、润滑剂和填料混合至热塑性树脂中来制备。填料的例子包括滑石粉、云母、玻璃纤维、木纤维等等。例如添加剂的量可以不高于可发泡热塑性树脂材料的20％重量。作为可发泡材料，物理发泡剂和化学发泡剂都是可应用的。物理发泡剂可以是水、二氧化碳、烃和氟里昂。化学发泡剂可以是无机发泡剂例如碳酸氢钠和有机发泡剂例如偶氮二羰酰胺。此外，可发泡材料可以是许多发泡剂的混合物，也可以是物理发泡剂和化学发泡剂的混合物。另外，该可发泡材料可以是发泡助剂例如氧化锌和上述发泡剂的混合物。而且，该可发泡材料可以是通过以高浓度(例如，30重量％)将上述任一可发泡材料混合至母体例如树脂中而制备的组合物，将其称作“母料”。
由于本发明的发泡片材具有比未发泡未拉伸的热塑性树脂材料(该材料就是发泡片材的原料)大大降低的线性膨胀系数，随着温度的变化它显示小的尺寸变化。因此，通过利用本发明的发泡片材用于榻榻米底基的材料，各种建筑材料，汽车顶棚材料和各种汽车零件，可以得到随着温度的变化显示小的尺寸变化的结构材料。这种结构材料可以仅仅由本发明的发泡片材构成，也可以由本发明的发泡片材和其它叠层材料构成以便获得所希望的功能和性能例如结构性和刚度。
根据本发明，可提供随着温度的变化显示小的尺寸变化的发泡片材，它们不会出现上述那些问题，即使它们与其它结构材料例如金属和木头相结合时也如此。本发明的这种发泡片材适于相对于温度需要极佳尺寸稳定性的应用场合。
通过以下例子进一步详细解释本发明，但是本发明不受限于这些例子。
首先，叙述测量物理性能的方法和在以下例子和对比例中所用的效果的评价方法。
(1)发泡片材的膨胀比和厚度由热塑性树脂材料制造的发泡片材的膨胀比这样测定将发泡片材和与制备发泡片材相同的热塑性树脂材料制备的未发泡片材都切割为50mm宽和50mm长的尺寸，通过排水量的方法测量其比重，并使用比重测量结果通过以下公式计算膨胀比膨胀比=(未发泡片材比重)/(发泡片材比重)另外，发泡片材的厚度用游标卡尺测定。
(2)牵伸比(DR)根据以下的公式(3)计算牵伸比。在该公式中，Tr表示发泡片材的厚度(mm),Ti表示刚从模头排出的发泡片材的厚度(mm),X表示发泡片材的膨胀比，t表示模唇开口(mm),SR表示所用热塑性树脂材料的溶胀比。
DR=Ti/Tr(3)Ti=X·t·SR(3)泡孔形状将发泡片材沿着相互垂直的两个厚度方向切开。两个截面(A截面和B截面)用显微镜放大200倍并照相。在对相片的研究中，对每一截面(A截面和B截面)从距离发泡片材表面超过发泡片材整个厚度10％的发泡片材的内部区域处存在的泡孔中随机取10个泡孔，对于每个提取的泡孔，分别测量在片材厚度方向(X方向)的尺寸和在平行于片材表面方向(Y方向)的尺寸。计算在每一截面(A截面和B截面)的每一方向(X方向和Y方向)上所提取的泡孔尺寸的平均值。所得4个平均值(A截面X方向的平均泡孔尺寸，A截面Y方向的平均泡孔尺寸，B截面X方向的平均泡孔尺寸和B截面Y方向的平均泡孔尺寸)的最大值和最小值分别是Lmax和Lmin，计算Lmax对Lmin的比值(Lmax/Lmin)。该比值用作泡孔形状的指数。
(4)线性膨胀系数将发泡片材切成250mm长20mm宽的矩形，在切割样品纵向方向以240mm间隔于切割样品表面画出标记线(直线)。将该切割样品从23℃加热到53℃，然后冷却到23℃。在此操作期间分别测量加热和冷却之后53℃时标记线之间和在23℃时标记线之间的间隔长度。使用所测量的标记线之间的间隔长度，通过以下公式计算发泡片材的线性膨胀系数线性膨胀系数(/℃)={(L53-L23)/L23}/(53-23)L23:在23℃时标记线之间的间隔长度L53:在53℃时标记线之间的间隔长度。
(5)榻榻米垫向上延伸的评价将两件榻榻米垫在其纵向方向拼合在一起并固定到比两件榻榻米垫总长度短2mm的木质固定夹具上。将该固定夹具和固定在其上的两件榻榻米垫从25℃(在固定时的温度)加热到50℃，然后将它们保持在此温度下。一小时之后观察榻榻米垫的状况。评价标准如下×观察到向上延伸。
○没有观察到向上延伸。
例1在以下条件下通过挤出发泡方法加工树脂组合物来制造发泡片材，通过混合2.6重量份含有发泡剂的母料和100重量份聚丙烯树脂和聚乙烯树脂的混合物[聚丙烯树脂/聚乙烯树脂(重量比)=85/15；溶胀比(SR)=3.5；线性膨胀系数(/℃)=10×10-5]得到树脂组合物。作为发泡剂使用30％重量母料(母体聚乙烯树脂)的复合发泡剂，其具有碳酸氢钠/偶氮二羰酰胺/氧化锌=9/0.5/0.5(重量％)的组成。
膨胀发泡条件挤出机120mmφ挤出机螺杆转动速率17rpm料筒温度200℃模头宽度1500mm模唇开口0.3mm模头温度190℃片材卷取速度3.2m/min。
所得的发泡片材具有2.0倍膨胀比和1.1mm厚度。通过公式(3)计算的拉伸比(DR)是1.9。表示泡孔形状的比值Lmax/Lmin是6.4。发泡片材的线性膨胀系数αf在挤出方向(MD)是3.4x10-5(/℃)，在垂直于挤出方向的方向(TD)是4.7x10-5(/℃)。｜αf/α｜的值对于MD是0.34，对于TD是0.47。这些结果示于表1。
使用此发泡片材生产薄的榻榻米垫子。首先整体将两个从上述得到的发泡片材上切下的1820mm宽和910mm长的发泡片材缝到1820mm宽910mm长7mm厚的T-级绝缘纤维板的两面上以生产榻榻米底基。然后在榻榻米底基上缝制榻榻米表面以生产整个厚度为15mm的薄榻榻米垫子。观察用上述方法生产的两个榻榻米垫子是否出现顶起现象，没有发现顶起。评价结果示于表1。
例2按与例1相同的方式制备发泡片材，只是使用3.8重量份的发泡剂。该发泡片材具有2.8倍的膨胀比和1.4mm的厚度。而且由公式(3)计算的拉伸比(DR)是2.1。所得发泡片材的评价结果示于表1。
按与例1相同的方式制备薄的榻榻米垫子，只是使用此处的发泡片材。其评价结果示于表1。
对比例1在以下条件下通过挤出发泡方法加工树脂组合物制造发泡片材，通过混合3.2重量份含有发泡剂的母料和100重量份聚丙烯树脂和1-丁烯/乙烯共聚物的混合物[聚丙烯树脂/1-丁烯/7烯共聚物(重量比)=85/15；溶胀比(SR)=1.9；线性膨胀系数(/℃)=10×10-5]得到树脂组合物。作为发泡剂使用30％重量母料(母体∶聚乙烯树脂)的复合发泡剂，其具有碳酸氢钠/偶氮二羰酰胺/氧化锌=9/0.5/0.5(重量％)的组成。
膨胀发泡条件挤出机120mmφ挤出机螺杆转动速率30rpm料筒温度170℃模头宽度1500mm模唇开口0.5mm模头温度170℃片材卷取速度2.2m/min。
所得的发泡片材具有2.7倍膨胀比和2.9mm厚度。通过公式(3)计算的拉伸比(DR)是0.8。所得发泡片材的评价结果示于表1。
按与例1相同的方式制备薄的榻榻米垫子，只是使用此处的发泡片材。其评价结果示于表1。
对比例2按与对比例1相同的方式制备发泡片材，只是使用1.5重量份的发泡剂并且如下改变部分挤出发泡条件膨胀发泡条件螺杆转动速率29rpm模唇开口0.6mm片材卷取速度3.0m/min。
所得发泡片材具有1.2倍的膨胀比和1.2mm的厚度。而且由公式(3)计算的拉伸比(DR)是1.1。所得发泡片材的评价结果示于表1。
按与例1相同的方式制备薄的榻榻米垫子，只是使用此发泡片材。其评价结果示于表1。
对比例3按与对比例1相同的方式制备发泡片材，只是使用1.6重量份的发泡剂并且如下改变部分挤出发泡条件
膨胀发泡条件螺杆转动速率25rpm模唇开口0.5mm片材卷取速度3.2m/min。
所得发泡片材具有1.6倍的膨胀比和1.1mm的厚度。而且由公式(3)计算的拉伸比(DR)是1.4。所得发泡片材的评价结果示于表1。
按与例1相同的方式制备薄的榻榻米垫子，只是使用此发泡片材。其评价结果示于表1。
表权利要求
1.一种由热塑性树脂材料制造的发泡片材，其中热塑性树脂材料的线性膨胀系数α(/℃)和发泡片材的线性膨胀系数αf(/℃)满足以下公式(1):｜αf/α｜≤1/2(1)。
2.一种由热塑性树脂材料制造的发泡片材，其中至少在沿着发泡片材厚度方向的一对截面中存在泡孔，这对截面相互垂直且满足以下公式(2):Lmax/Lmin≥4.5(2)其中Lmax和Lmin分别表示全部四个平均值(在A或B截面的X或Y方向上的泡孔的平均值)中的最大值和最小值，这些数值通过以下程序得到，包括在发泡片材两个截面(A截面和B截面)的每一个上沿着其厚度方向随机选取10个泡孔，这些截面彼此垂直，测量，每个选取的泡孔在片材厚度方向(X方向)的尺寸和在平行于片材表面方向(Y方向)的尺寸，和计算，每一截面(A截面和B截面)的每一方向(X方向和Y方向)上的泡孔尺寸的平均值。
3．根据权利要求2的发泡片材，其可通过将挤出机中已被塑化的可发泡热塑性树脂材料发泡，同时通过连接到挤出机的模头将其以片材形式挤出，并以1.7或更大的拉伸比拉伸挤出的片材形状物质而得到。
全文摘要
本发明提供一种发泡片材,该片材随着温度的变化,等等,产生小的尺寸变化,所说的由热塑性树脂材料制备的发泡片材,其中热塑性树脂材料的线性膨胀系数α(/℃)和发泡片材的线性膨胀系数α
文档编号B29C44/56GK1312310SQ01111938
公开日2001年9月12日 申请日期2001年2月8日 优先权日2000年2月10日
发明者皆叶健, 山茑浩治, 大村吉典 申请人:住化普拉斯技术株式会社