一種長纖維增強(qiáng)聚丙烯微孔發(fā)泡材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微孔發(fā)泡材料的制備方法，特別地，本發(fā)明涉及一種長纖維增強(qiáng)聚丙烯微孔發(fā)泡材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚合物發(fā)泡材料是指以聚合物為基礎(chǔ)而其內(nèi)部具有無數(shù)氣泡的微孔材料，也可以看成是以氣體為填料的復(fù)合材料。發(fā)泡材料因其具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、隔熱隔音等優(yōu)點(diǎn)，在日用品、交通工具、家用電器、包裝材料、絕緣材料、建筑材料、航天工業(yè)等領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用。目前最常見的聚合物發(fā)泡材料有聚氨酯(PU)發(fā)泡材料、聚苯乙烯(PS)發(fā)泡材料、聚乙烯(PE)發(fā)泡材料和聚丙烯(PP)發(fā)泡材料四大類，但PU、PS和PE發(fā)泡材料在使用過程中都存在著難以解決的問題和缺點(diǎn)，PU發(fā)泡材料難以回收再利用，PS發(fā)泡材料降解困難易造成“白色污染”，且PS和PE發(fā)泡材料均只能在80°C以下使用。與前三種常見的泡沫塑料相比，PP發(fā)泡材料具有機(jī)械性能優(yōu)異、耐熱性好(最高可在130°C以下使用)、良好的熱絕緣性、廉價(jià)易得和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在很多領(lǐng)域得到了廣泛利用，正逐步成為其它熱塑性發(fā)泡材料的有力替代品。
[0003]聚丙烯發(fā)泡材料的制備方法通?？梢苑譃榛瘜W(xué)發(fā)泡法和物理發(fā)泡法。但使用化學(xué)發(fā)泡法時(shí)容易出現(xiàn)制品中存在發(fā)泡劑殘留物、化學(xué)發(fā)泡劑污染腐蝕成型設(shè)備及制品后續(xù)使用時(shí)受環(huán)境要求限制等問題。因此，使用物理發(fā)泡法來制備聚合物發(fā)泡材料受到了越來越多的關(guān)注和推廣。其中，超臨界二氧化碳(CO2)作為物理發(fā)泡劑使用時(shí)具有溶解性強(qiáng)、擴(kuò)散性好、安全無毒、綠色環(huán)保、化學(xué)穩(wěn)定性高、無溶劑殘留以及易于控制等優(yōu)點(diǎn)，此外，超臨界CO2發(fā)泡制備得到的泡沫材料具有較高的泡孔密度，可獲得微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能優(yōu)良的微孔發(fā)泡塑料。因此，其在聚合物發(fā)泡領(lǐng)域得到廣泛使用，成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。
[0004]專利CN104476711A公開了一種均一的聚丙烯微孔發(fā)泡結(jié)構(gòu)厚板的生產(chǎn)方法，該方法中聚丙烯母板在平板發(fā)泡模具內(nèi)被CO2滲透飽和，開模后聚丙烯母板由于突然釋壓而發(fā)泡，得到聚丙烯微孔發(fā)泡材料。但是該方法屬于間歇發(fā)泡過程，CO2滲透飽和聚丙烯母板需要的時(shí)間較長，生產(chǎn)效率不高。專利CN1178159公開了一種使用超臨界流體擠出發(fā)泡成型技術(shù)制備熱塑性樹脂發(fā)泡制品的方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)發(fā)泡制品的連續(xù)擠出生產(chǎn)，生產(chǎn)效率大大提高，適合連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)。
[0005]微孔發(fā)泡塑料雖然具有密度小、比強(qiáng)度和比模量高的優(yōu)點(diǎn)，但由于材料內(nèi)部大量泡孔的存在，使得其作為結(jié)構(gòu)制件原材料使用仍有強(qiáng)度和模量不夠的限制。為了進(jìn)一步提高發(fā)泡材料的力學(xué)性能，就需要對(duì)樹脂基體進(jìn)行增強(qiáng)改性。專利CN104419102A公開了一種玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯接枝物微孔發(fā)泡材料及其制備方法，該方法先通過擠出造粒分別制備發(fā)泡母粒和玻纖增強(qiáng)聚丙烯粒料，然后用化學(xué)發(fā)泡方法得到微孔發(fā)泡材料。專利CN104194155A公開了一種長玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯微發(fā)泡材料及其制備方法，該方法先通過擠出造粒得到聚丙烯填充母粒，然后將該填充母粒、長玻纖母粒和發(fā)泡劑一起加入注塑機(jī)中，注塑成型得到長玻纖增強(qiáng)聚丙烯微發(fā)泡材料;與普通玻纖增強(qiáng)聚丙烯微發(fā)泡材料相比，長玻纖增強(qiáng)發(fā)泡材料的力學(xué)性能有明顯提高。專利CN104448563A公開了一種碳纖維增強(qiáng)聚丙烯微發(fā)泡材料及其制備方法，該方法先通過雙螺桿擠出機(jī)擠出切粒得到碳纖維增強(qiáng)聚丙烯粒料，然后與發(fā)泡劑一起加入注塑機(jī)中注塑得到碳纖維增強(qiáng)聚丙烯微發(fā)泡材料。
[0006]我們可以看到，現(xiàn)有技術(shù)并沒有將纖維增強(qiáng)聚合物與臨界流體物理發(fā)泡相結(jié)合，并且現(xiàn)有技術(shù)在制備纖維增強(qiáng)聚丙烯發(fā)泡材料的過程中均采用的是多步成型法，即先通過擠出造粒得到纖維增強(qiáng)聚丙烯粒料，然后再通過注塑發(fā)泡法得到最終的發(fā)泡制品。這勢必使得加工過程中的生產(chǎn)效率下降，同時(shí)材料在經(jīng)過多次熱機(jī)械歷程后也會(huì)造成最終制品的力學(xué)性能有所下降。目前關(guān)于將長纖維增強(qiáng)熱塑性材料(LFT)技術(shù)與超臨界CO2擠出發(fā)泡成型工藝相結(jié)合，用于一步成型制備高性能的聚丙烯微孔發(fā)泡材料的技術(shù)未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于為提供一種長纖維增強(qiáng)聚丙烯微孔發(fā)泡材料的制備方法，其包括以下步驟:將原料加入擠出機(jī)，所述原料為聚丙烯樹脂，在擠出機(jī)中段分別加入長纖維和超臨界流體，進(jìn)行充分混合獲得熔體混合物;該熔體混合物經(jīng)過擠出機(jī)模頭后降壓發(fā)泡，得到長纖維增強(qiáng)聚丙烯微孔發(fā)泡材料。其中該聚丙烯樹脂、長纖維和超臨界流體的重量份如下:
[0008]聚丙烯樹脂45-80份
[0009]長纖維 10-45份
[0010]超臨界流體2-12份；
[0011]其中擠出機(jī)為雙螺桿擠出機(jī)和單螺桿擠出機(jī)串聯(lián)的雙階擠出機(jī)，采用串聯(lián)式擠出機(jī)組有利于長纖維和超臨界流體與聚合物熔體混合分散均勻，并且工藝參數(shù)控制精確。將單螺桿和雙螺桿均按長度等分為五個(gè)加熱區(qū)段。在進(jìn)料端方向的單螺桿的第一區(qū)，其溫度Sl20°C_140°C，模頭的溫度為150 °C-175 °C，模頭內(nèi)熔體壓力為6MPa_20Mpa。
[0012]本文中所指出的長纖維指長度超過1mm的纖維。優(yōu)選采用連續(xù)纖維。
[0013]進(jìn)一步地，該長纖維可以是玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維中的一種或多種。與普通纖維相比，采用長纖維增強(qiáng)熱塑性材料技術(shù)可以明顯提高制品的力學(xué)性能。所述的長纖維可進(jìn)行表面處理或不進(jìn)行表面處理，為了改進(jìn)其在聚丙烯樹脂中的分散效果，優(yōu)選用有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑和鋁酸酯偶聯(lián)劑等進(jìn)行表面處理過的長纖維。
[0014]進(jìn)一步地，該超臨界流體為二氧化碳(CO2)、氮?dú)?N2)、水(H2O)、乙烷、丙烷、氬氣(Ar)中的一種或多種。考慮到發(fā)泡劑在聚丙烯樹脂中的溶解性，為了提高生產(chǎn)效率和發(fā)泡倍率，優(yōu)選的超臨界流體發(fā)泡劑是二氧化碳。
[0015]進(jìn)一步地，該原料還包括成核劑、相容劑和抗氧劑。
[0016]進(jìn)一步地，該成核劑、相容劑、抗氧劑的重量份如下:
[0017]成核劑0.5-10份
[0018]相容劑3-7份
[0019]抗氧劑0.5-1.5 份。
[0020]進(jìn)一步地，該成核劑為滑石粉、碳酸鈣、白炭黑、納米粘土、沸石中的一種或多種，優(yōu)選滑石粉。成核劑能夠在發(fā)泡過程中促進(jìn)泡孔成核并得到更加均勻的泡孔結(jié)構(gòu)，
[0021]進(jìn)一步地，該聚丙烯樹脂為高熔體強(qiáng)度聚丙烯。
[0022]進(jìn)一步地，在擠出機(jī)的料筒中，除了單螺桿的第一區(qū)，該料筒其它各區(qū)的溫度優(yōu)選為170 cC-220 cC。
[0023]進(jìn)一步地，該擠出機(jī)在料筒末端和擠出機(jī)模頭之間還配置有齒輪式熔體栗。擠出生產(chǎn)過程中熔體栗可以起到穩(wěn)流和增壓的目的，減小了擠出過程中的壓力和生產(chǎn)質(zhì)量波動(dòng)，并且高的熔體壓力更有利于獲得泡孔直徑小、泡孔密度高的發(fā)泡材料。
[0024]進(jìn)一步地，該擠出機(jī)模頭是具有衣架型流道的扁平口模。模頭內(nèi)的衣架型流道結(jié)構(gòu)能保證熔體流速沿材料寬度方向分布均勻一致，避免生產(chǎn)過程中出料“中間快兩邊慢”，非常適合板材尤其是寬幅板材的擠出生產(chǎn)。
[0025]本發(fā)明提供一種長纖維增強(qiáng)聚丙烯微孔發(fā)泡材料的制備方法，其具有以下有益效果:
[0026]I)與未添加纖維或者添加普通短切纖維相比，長纖維增強(qiáng)聚丙烯微孔發(fā)泡材料的強(qiáng)度和模量明顯提高；
[0027]2)采用一步成型擠出制備長纖維增強(qiáng)聚丙烯微孔發(fā)泡材料，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率大大提高，成型過程中材料只需要經(jīng)歷一次熱機(jī)械歷程，使得纖維在基體中的保留長度和最終制品的力學(xué)性能相應(yīng)提高。
[0028]3)使用超臨界流體為發(fā)泡劑制備發(fā)泡材料，安全無毒、綠色環(huán)保，并且有利于得到泡孔密度高的微孔泡沫結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0030]在以下實(shí)施例中，聚丙烯為北歐化工生產(chǎn)的高熔體強(qiáng)度聚丙烯，牌號(hào)為WB130HMS，其熔融指數(shù)為2.1g/1 Omin(測試條件:23