CN102702560A - 一种聚丙烯发泡材料的复合发泡制造方法 - Google Patents
一种聚丙烯发泡材料的复合发泡制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种聚丙烯发泡材料的复合发泡制造方法涉及塑料发泡技术。按重量配比将高熔体强度聚丙烯：85～95份，碳酸硅：25～35份，碳酸钙：10～20份，碳酸氢钠：10～20份，PP色母粒：1～5份，混合均匀后，投入挤塑机的料斗内，升温至100℃～280℃，边塑化边混炼90～150min，进行化学发泡；在挤塑机筒体的中段，熔体已熔化塑化均匀后，在8～15MPa条件下注入惰性气体发泡剂，惰性气体注入量为熔体重量的1～5%，保持30～60min，再降至常压，进行物理发泡；最后将塑化好的熔体从T型头口模挤出，经辊压，得到复合发泡聚丙烯片材。其发泡倍率可达5～15倍，具有良好的阻燃隔热性能和良好的拉伸强度、弯曲强度等力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及塑料发泡技术，特别是涉及一种聚丙烯发泡材料的复合发泡制造方法。
背景技术
泡沫塑料具有质轻、隔热、隔音、缓冲、比强度高等优点。因此在包装、工业、农业、交通运输、军事工业、航天工业及日用品等领域得到广泛应用。我国自20世纪90年代以来泡沫塑料的发展也十分迅速，主要品种有聚氨酯(PU)软、硬质泡沫塑料，聚苯乙烯(Ps)和聚烯烃发泡材料。然而PU在发泡过程中会产生对人体有害的异氰酸酯残留物，同时无法回收利用；而发泡Ps制品废弃物不腐烂、难回收，造成“白色污染”，1991年欧洲共同体制定了强制性的“包装规则”，将发泡Ps列入“避免使用”范围。***环保组织已决定到2005年全世界范围内停止生产和使用发泡Ps。此时人们采用性能优异、便于回收利用的发泡聚丙烯(PP)在很多领域来取代其他泡沫材料。
聚丙烯是一种结晶聚合物,其发泡只能在结晶熔点附近进行,超过熔点熔体粘度迅速下降通用聚丙烯树脂的熔体强度很低,发泡成型非常困难。聚丙烯发泡技术的研究、开发和推广应用,已成为各国关注的焦点。
聚丙烯发泡方法通常可以分为物理发泡和化学发泡两种方法
化学发泡法是利用化学方法产生气体来使塑料发泡：对加入塑料中的化学发泡剂进行加热使之分解释放出气体而发泡；另外也可以利用各塑料组分之间相互发生化学反应释放出的气体而发泡。化学发泡聚丙烯泡沫可以按类似聚乙烯的发泡工艺,采用普通的挤出法制造。制造工艺相对简单，但是化学发泡聚丙烯发泡倍率比较低，一般只能达到1~5倍。
物理发泡法所用的物理发泡剂一般为惰性气体如二氧化碳和氮气，或低沸点气体如丁烷和戊烷等，物理发泡聚丙烯发泡倍率较高，一般可达15~40倍。但是它需要专用的发泡剂计量、加压和注入***，技术难度很大。
发明内容
本发明的目的在于为了解决化学发泡聚丙烯和物理发泡聚丙烯的不足，提供一种化学发泡和物理发泡相结合的复合发泡方法，发泡倍率可达5~15倍的一种聚丙烯发泡材料的复合发泡制造方法。
本发明，其制造方法步骤如下：
（1） 混合：按重量配比将高熔体强度聚丙烯85~95份，碳酸硅25~35份，碳酸钙10~20份，碳酸氢钠10~20份，PP色母粒1~5份，投入混合机内混合20~30min，混合均匀；
（2） 混炼：将混合好的固体材料投入挤塑机的料斗内，挤塑机升温至100℃~280℃,再启动挤塑机的螺杆旋转，使高熔体强度聚丙烯与其他材料边塑化边混炼90~150min,进行化学发泡；在挤塑机筒体的中段，熔体已熔化塑化均匀后，在8~15MPa条件下注入惰性气体发泡剂，惰性气体注入量为熔体重量的1~5%，注入量通过计量泵计量，保持30~60min，再降至常压，进行物理发泡；
（3） 辊压：将塑化好的熔体从机内向100℃~280℃的T型头口模挤出，挤出已发泡的聚丙烯发泡板材流向挤板机组的三辊筒缝隙中，经辊压成板材，自然冷却，按需切成一定规格的片材，及半成品或成品。
本发明所用的惰性气体发泡剂为二氧化碳、氮气或丁烷。
本发明惰性气体发泡剂注入量通过计量泵计量。
本发明所用的碳酸硅为改性剂，起改性作用。
本发明所用的碳酸钙为成核剂，起成核作用。
本发明所用的碳酸氢钠为化学发泡剂，起化学发泡作用。
本发明所用的色母粒为着色剂，起着色作用。
本发明制得的复合发泡聚丙烯发泡倍率可达5~15倍，介于化学发泡和物理发泡之间，具有良好的阻燃隔热性能和良好的拉伸强度、弯曲强度等力学性能。可广泛应用于食品包装、缓冲包装、汽车内饰件、交通运输、建筑、工业等领域。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
（1） 混合：按重量配比将高熔体强度聚丙烯90份，碳酸硅25份，碳酸钙15份，碳酸氢钠15份，PP色母粒5份，投入型号为SLD-1的混合机内，混合30min，混合均匀。
（2） 混炼：将混合好的固体材料投入SHJ-92C挤塑机的料斗内，挤塑机升温至200℃,再启动挤塑机的螺杆旋转，使高熔体强度聚丙烯与其他材料边塑化边混炼100min,进行化学发泡；在挤塑机筒体的中段，熔体已熔化塑化均匀后，在12MPa条件下注入惰性气体发泡剂二氧化碳，惰性气体注入量通过计量泵计量为熔体重量的5%，保持45min，再降至常压，进行物理发泡；
（3） 辊压：将塑化好的熔体从机内向200℃的T型头口模挤出，挤出已发泡的聚丙烯发泡板材流向挤板机组的三辊筒缝隙中，经辊压成板材，自然冷却，按需切成一定规格的片材，及半成品或成品。
实施例2：
（1） 混合：按重量配比将高熔体强度聚丙烯90份，碳酸硅25份，碳酸钙10份，碳酸氢钠20份，PP色母粒5份，投入型号为SLD-1的混合机内，混合30min，混合均匀。
（2） 混炼：将混合好的固体材料投入SHJ-92C挤塑机的料斗内，挤塑机升温至200℃,再启动挤塑机的螺杆旋转，使高熔体强度聚丙烯与其他材料边塑化边混炼100min,进行化学发泡；在挤塑机筒体的中段，熔体已熔化塑化均匀后，在12MPa条件下注入惰性气体发泡剂氮气，惰性气体注入量通过计量泵计量为熔体重量的5%，保持45min，再降至常压，进行物理发泡；
（3） 辊压：将塑化好的熔体从机内向200℃的T型头口模挤出，挤出已发泡的聚丙烯发泡板材流向挤板机组的三辊筒缝隙中，经辊压成板材，自然冷却，按需切成一定规格的片材，及半成品或成品。
实施例3：
（1） 混合：按重量配比将高熔体强度聚丙烯85份，碳酸硅20份，碳酸钙10份，碳酸氢钠20份，PP色母粒5份，投入型号为SLD-1的混合机内，混合30min，混合均匀。
（2） 混炼：将混合好的固体材料投入SHJ-92C挤塑机的料斗内，挤塑机升温至200℃,再启动挤塑机的螺杆旋转，使高熔体强度聚丙烯与其他材料边塑化边混炼100min,进行化学发泡；在挤塑机筒体的中段，熔体已熔化塑化均匀后，在12MPa条件下注入惰性气体发泡剂丁烷，惰性气体注入量通过计量泵计量为熔体重量的5%，保持45min，再降至常压，进行物理发泡；
（3） 辊压：将塑化好的熔体从机内向200℃的T型头口模挤出，挤出已发泡的聚丙烯发泡板材流向挤板机组的三辊筒缝隙中，经辊压成板材，自然冷却，按需切成一定规格的片材，及半成品或成品。
实施例1，实施例2，实施例3复合发泡制得的发泡聚丙烯材料分别为复合发泡材料1，复合发泡材料2，复合发泡材料3，材料厚度均为0.003米。分别参照相关测试标准测得各材料性能如下表。
表一：三种复合发泡聚丙烯的性能
| 项目名称 | 复合发泡材料1 | 复合发泡材料2 | 复合发泡材料3 | 测试标准 |
| 密度（g/cm3） | 0.108 | 0.079 | 0.086 | GB/T 1033 |
| 发泡倍率（倍） | 8.5 | 11.8 | 10.6 | GB/T 1033 |
| 导热系数（w/m.k） | 0.062 | 0.045 | 0.051 | GB/T 10295 |
| 热阻（m2.k）/w | 0.048 | 0.067 | 0.059 | GB/T 10295 |
| 拉伸强度（MPa） | 14.8 | 15.2 | 16.7 | GB/T 1040 |
| 断裂伸长率（%） | 472.4 | 526.5 | 510.8 | GB/T 1040 |
| 弯曲强度（MPa） | 15.4 | 16.3 | 17.6 | GB/T 9341 |
| 弯曲模量（MPa） | 568.2 | 624.5 | 595.6 | GB/T 9341 |
| 冲击强度（J/m） | 578.6 | 613.8 | 600.4 | GB/T 1043 |
为了比较复合发泡聚丙烯与单独的化学发泡聚丙烯和物理发泡聚丙烯，分别进行了化学发泡和物理发泡试验。下列表格分别列举了三个化学发泡和三个物理发泡具体实施例的材料性能参数。
化学发泡实施例一材料组份重量配比为：高熔体强度聚丙烯90份，碳酸硅20份，碳酸钙10份，碳酸氢钠15份
化学发泡实施例二材料组份重量配比为：高熔体强度聚丙烯90份，碳酸硅15份，碳酸钙15份，碳酸氢钠20份
化学发泡实施例三材料组份重量配比为：高熔体强度聚丙烯85份，碳酸硅25份，碳酸钙10份，碳酸氢钠20份
表二 三种化学发泡聚丙烯的性能
| 项目名称 | 化学发泡材料1 | 化学发泡材料2 | 化学发泡材料3 | 测试标准 |
| 密度（g/cm3） | 0.418 | 0.341 | 0.279 | GB/T 1033 |
| 发泡倍率（倍） | 2.2 | 2.7 | 3.3 | GB/T 1033 |
| 导热系数（w/m.k） | 0.078 | 0.074 | 0.071 | GB/T 10295 |
| 热阻（m2.k）/w | 0.038 | 0.041 | 0.042 | GB/T 10295 |
| 拉伸强度（MPa） | 18.7 | 20.3 | 21.5 | GB/T 1040 |
| 断裂伸长率（%） | 658.6 | 694.5 | 702.3 | GB/T 1040 |
| 弯曲强度（MPa） | 19.8 | 21.2 | 22.6 | GB/T 9341 |
| 弯曲模量（MPa） | 694.8 | 712.5 | 728.8 | GB/T 9341 |
| 冲击强度（J/m） | 613.6 | 648.4 | 682.7 | GB/T 1043 |
物理发泡实施例一材料组份重量配比为：高熔体强度聚丙烯90份，碳酸硅25份，PP色母粒5份，惰性气体发泡剂为二氧化碳，注入量为熔体重量的5。
物理发泡实施例二材料组份重量配比为：高熔体强度聚丙烯85份，碳酸硅20份，PP色母粒5份，惰性气体发泡剂为氮气，注入量为熔体重量的5。
物理发泡实施例三材料组份重量配比为：高熔体强度聚丙烯80份，碳酸硅15份，PP色母粒5份，惰性气体发泡剂为丁烷，注入量为熔体重量的5。
表三 三种物理发泡聚丙烯的性能
| 项目名称 | 物理发泡材料1 | 物理发泡材料2 | 物理发泡材料3 | 测试标准 |
| 密度（g/cm3） | 0.058 | 0.051 | 0.046 | GB/T 1033 |
| 发泡倍率（倍） | 16 | 18 | 20 | GB/T 1033 |
| 导热系数（w/m.k） | 0.043 | 0.042 | 0.042 | GB/T 10295 |
| 热阻（m2.k）/w | 0.070 | 0.071 | 0.072 | GB/T 10295 |
| 拉伸强度（MPa） | 0. 586 | 0.574 | 0.562 | GB/T 1040 |
| 断裂伸长率（%） | 280.8 | 276.6 | 275.5 | GB/T 1040 |
| 弯曲强度（MPa） | 0.635 | 0.631 | 0.627 | GB/T 9341 |
| 弯曲模量（MPa） | 386.2 | 375.4 | 372.8 | GB/T 9341 |
| 冲击强度（J/m） | 413.5 | 408.6 | 395.2 | GB/T 1043 |
从表一、表二、表三可以看出，复合发泡聚丙烯其发泡倍率高于化学发泡聚丙烯，但低于物理发泡聚丙烯，因此其阻燃隔热性能高于化学发泡，而低于物理发泡，但是拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等力学性能又高于物理发泡，低于化学发泡。因此复合发泡聚丙烯综合了物理发泡聚丙烯和化学发泡聚丙烯的性能优势，具备优良的阻燃隔热性能和力学性能。
Claims (2)
1.一种聚丙烯发泡材料的复合发泡制造方法，其特征在于其制造方法步骤如下：
混合：按重量配比将高熔体强度聚丙烯85~95份，碳酸硅25~35份，碳酸钙10~20份，碳酸氢钠10~20份，PP色母粒1~5份，投入混合机内混合20~30min，混合均匀；
混炼：将混合好的固体材料投入挤塑机的料斗内，挤塑机升温至100℃~280℃,再启动挤塑机的螺杆旋转，使高熔体强度聚丙烯与其他材料边塑化边混炼90~150min,进行化学发泡；在挤塑机筒体的中段，熔体已熔化塑化均匀后，在8~15MPa条件下注入惰性气体发泡剂，惰性气体注入量为熔体重量的1~5%，注入量通过计量泵计量，保持30~60min，再降至常压，进行物理发泡；
辊压：将塑化好的熔体从机内向100℃~280℃的T型头口模挤出，挤出已发泡的聚丙烯发泡板材流向挤板机组的三辊筒缝隙中，经辊压成板材，自然冷却，按需切成一定规格的片材，及半成品或成品。
2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯发泡材料的复合发泡制造技术，其特征在于所述的惰性气体为二氧化碳、氮气或丁烷。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140101 Termination date: 20150626 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |