CN110776684B - 一种基于粘膜温度差异制造的双层滚塑制品及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于粘膜温度差异制造的双层滚塑制品及其制备方法，涉及双层滚塑制品技术领域，由以下质量百分比计的组分混合制成：低粘膜温度粉末20‑80％，高粘膜温度粉末20‑80%，本发明基于材料粘膜温度的差异，通过一次投料制备得到双层滚塑制品，双层滚塑制品断面的分界线明显，并且相比利用熔点和软化点一次投料制备得到的双层滚塑制品，更加具有普适性，分层更加明显，同时本发明的制备方法简单，成本低，无需复杂设备，易实现工业化操作。

Description

一种基于粘膜温度差异制造的双层滚塑制品及其制备方法
技术领域
本发明涉及双层滚塑制品技术领域，尤其涉及一种基于粘膜温度差异制造的双层滚塑制品及其制备方法。
背景技术
滚塑成型是一种利用旋转的模具进行加工的塑料加工方式，其加工过程是，将塑料粉末或浆料投入模具，闭合后的模具在设备上进行旋转或摇摆，同时通过明火或热风对模具外部进行加热，塑料粉末或浆料在受热的状态下在模具内部翻转、流动，温度达到粘模温度后逐步涂布到模具内表面，熔融并凝结，将模具放于自然环境下或通过水、雾、风等介质进行冷却后拆模取出制品。
由于滚塑成型的灵活性，制造多层滚塑制品可弥补单层滚塑制品的功能不足，现有技术中，可通过多次分批投料制成多层滚塑制品，例如公开号为CN102066108A的专利通过多层滚塑制备的休闲制品和汽车，公开号为CN101855079A的专利通过多层滚塑制品，公开号为CN108044859A的专利一种滚塑发泡成型工艺及公开号为CN105254989A的专利一种抗电击穿永久抗静电型滚塑成型用聚乙烯复合材料，均报道了采用多次成型制造的多层滚塑制品及其工艺，但分批投料制备工艺较为复杂，不适合工业生产。而一次投料法制备多层滚塑制品的工艺目前较为少见，且其原理和技术方案各异，例如公开号为CN102601905A的专利一种三层塑料汽车外壳的滚塑成型工艺及该汽车外壳利用了不同物料之间的熔点差异，公开号为CN109664584A的专利一种一步法滚塑发泡用聚乙烯组合物及其应用方法利用交联材料进行阻隔。而由于由于滚塑成型中材料在模具中旋转，不同材料同时存在混合成均匀物料的趋势，因此上述一次投料法制备多层滚塑制品的工艺不具备普遍效应，熔点不同，软化点不同的颗粒或粉末混合滚塑并不能形成相对分开的多层制品，虽然混合层制品在厚度方向成分有差异，但大都只能形成混合层制品。
发明内容
本发明是为了克服目前通过多次分批投料制成多层滚塑制品的工艺较为复杂，浪费人力物力不适合工业生产，而目前一次投料法制备多层滚塑制品的工艺不具备普遍效应等问题，提出了一种基于粘膜温度差异制造的双层滚塑制品及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于粘膜温度差异制造的双层滚塑制品，由以下质量百分比计的组分混合制成：低粘膜温度粉末20-80％，高粘膜温度粉末20-80％。
在本发明中，材料的粘膜温度的差异，即材料开始附着在模具上的初始温度的不同，是促使在滚塑材料分层的核心因素，如果两种不同材料的粘膜温度不同，在滚塑过程中，低粘膜温度的材料会先附着到模具上形成外层，高粘膜温度的材料后附着到模具上形成内层。并且，低粘膜温度粉末或高粘膜温度粉末配比均不宜过少，若低粘膜温度粉末或高粘膜温度粉末配比过小，则在滚塑成型时，其无法形成一个完整的膜层，导致分层不均匀。
作为优选，所述低粘膜温度粉末和高粘膜温度粉末的粘膜温度差异≥10℃。
两种材料之间的粘膜温度差距越大，滚塑制品的分层成型的趋势越明显，当两种材料的粘膜温度超过最低值10℃时，可以形成基本分开的双层滚塑制品，而当粘膜温度小于10℃时，制备得到的滚塑制品断层中分界线非常模糊，甚至无分界线，滚塑制品未形成双层。
作为优选，所述低粘膜温度粉末由以下质量百分比计的组分混合制成：基体树脂：80％-99％，附着剂1％-20％。
粉末附着在金属模具上的机理有三种，一是静电吸附，二是熔融粘结，三是形成化学键。在基体树脂中添加低熔点物质或含羰基、酸酐、酯基等可和金属形成化学键的物质，可促使基体树脂提前附着到模具上，形成低粘膜温度粉末，但这类附着剂的含量不能过多，太多可导致粉末性能下降或造成制品脱模困难。
作为优选，附着剂选自聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、褐煤蜡、石蜡、微晶蜡、费托蜡、乙烯一乙酸乙烯共聚蜡、氧化聚乙烯蜡、POE、EVA、EAA、聚乙烯接枝物、聚丙烯接枝物、POE接枝物中的一种或两种以上的组合物。
上述附着剂与基体树脂具有较好的混溶性，其中蜡类附着剂可使粉末在低温下进行熔融粘结，EVA、EAA和接枝物类可与金属模具形成化学结合力，使粉末提前着模。
作为优选，所述低粘膜温度粉末粒径D95≤500um，粉末流动性≥25s/100g。
由于滚塑加工过程是个运动过程，当粉末对模具的粘附力大于粉末自身的重力时，粉末才会粘附到模具上，随着温度的升高，粉末的熔融粘附力越大，因此，粉末的粒径越大，粘膜温度则会越大。另外，粉末流动性越小，在模具滚动过程中，粉末和模具的接触时间越短，越不容易粘附到模具上。因此，低粘膜温度粉末要求粒径要小，粉末流动性要大，高粘膜温度粉末要求粒径要大，粉末流动性要小。
作为优选，所述高粘膜温度粉末由以下质量百分比计的组分混合制成：基体树脂：80％-99％，离型剂1％-20％。
离型剂的作用是促使粉末消除静电吸附，或在粉末制粉过程中圆滑粉末外形，提高粉末流动性，造成着模温度高于普通粉末的作用。同等的，离型剂含量需要控制，高含量的离型剂会造成材料性能恶化。
作为优选，所述离型剂选自二氧化硅、油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸酰胺、硬脂酸三甲基氯化铵、硬脂酸二甲基戊基氯化铵、烷基叔胺硝酸盐、三羟乙基甲基季铵硫酸甲酯盐、N，N-十六烷基乙基吗啉硫酸乙酯盐、烷基磺酸钠、烷基磷酸酯、聚丙烯酸盐、聚苯乙烯磺酸盐、乙氧基化烷基胺、乙氧基月桂酸胺、磷酸二月桂酯、甘油单硬脂酸酯、乙氧基月桂酸胺、两性烷基咪唑啉盐、烷基氨基酸中的一种或两种以上的组合物。
在离型剂中，二氧化硅、油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸酰胺可提高粉末流动性，硬脂酸二甲基戊基氯化铵、烷基叔胺硝酸盐、三羟乙基甲基季铵硫酸甲酯盐、N，N-十六烷基乙基吗啉硫酸乙酯盐、烷基磺酸钠、烷基磷酸酯、聚丙烯酸盐、聚苯乙烯磺酸盐、乙氧基化烷基胺、乙氧基月桂酸胺、磷酸二月桂酯、甘油单硬脂酸酯、乙氧基月桂酸胺、两性烷基咪唑啉盐、烷基氨基酸可消除粉末的静电吸附。
作为优选，所述高粘膜温度粉末粒径D10≥200um，粉末流动性≤25s/100g。
高粘膜温度粉末需要更高的粘膜温度，因此需要相对更大的粉末粒径和相对更慢的粉末流动性。
作为优选，基体树脂选自聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚氨酯、聚乳酸、聚碳酸酯、ABS、聚苯乙烯、聚酯、弹性体及其衍生物，以及其阻燃、发泡、耐候、交联、染色改性材料的一种或两种以上的组合物。
制备低粘膜温度粉末和高粘膜温度粉末的基体树脂可以选用同种树脂，也可以选用不同种树脂。这是由于相同的基体树脂，也可以通过添加附着剂、离型剂，通过改变粒径、粉末流动性等方式改变其粘膜温度。
一种基于粘膜温度差异制造的双层滚塑制品的制备方法，包括以下步骤：
1)取基体树脂和附着剂混炼造粒制备得到低粘膜温度材料，取基体树脂和离型剂混炼造粒制备得到高粘膜温度材料，随后通过塑料磨粉机制备成粉末；其中低粘膜温度粉末用作外层材料，高粘膜温度粉末用作内层材料，且两种粉末粘膜温度差≥10℃；
2)分别计算外层和内层材料的投料量，确保外层材料的预计制品厚度≥3mm，内层材料的预计制品厚度≥1mm；
3)按配比将外层材料、内层材料进行混合；
4)将混合后的材料投入模具，进行滚塑加工；加工过程中，旋转速度≥10rpm，促使模内的混合材料分层。
在双层滚塑制品的制备方法中，首先通过特定配比制备得到粘膜温度差≥10℃的低粘膜温度粉末和高粘膜温度粉末；随后计算投料量，确保外层材料的预计制品厚度≥3mm，内层材料的预计制品厚度≥1mm，小于该厚度，制品容易出现混合，分层效果较差；在材料混合投入模具后，使用较快的旋转速度，可促使模内的混合材料分层，使得滚塑制品分层更加明显。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明基于材料粘膜温度的差异，通过一次投料制备得到双层滚塑制品，双层滚塑制品断面的分界线明显，并且相比利用熔点和软化点一次投料制备得到的双层滚塑制品，更加具有普适性，分层更加明显；
(2)本发明的制备方法简单，成本低，无需复杂设备，易实现工业化操作。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1：将聚乙烯(UR644,韩国三星)90Kg，EVA(MV1055，泰国)10kg,混合后通过双螺杆挤出机造粒，塑料磨粉机磨粉，制作成粒径D95＝425um，粉末流动性27s/100g的低粘膜温度粉末；将聚乙烯(UR644,韩国三星)99Kg，二氧化硅(AB90，美国PQ)1kg,混合后通过双螺杆挤出机造粒，塑料磨粉机磨粉，制作成粒径D10＝210um，粉末流动性20s/100g的高粘膜温度粉末；将低粘膜温度粉末1.6Kg，高粘膜温度粉末0.4Kg混合后投入滚塑模具，在旋转速度15rpm的条件下进行滚塑成型，得到的双层滚塑制品中外层3.2mm，内层1.4mm。
实施例2：将聚乙烯(8446.21,美孚，高耐候功能)99Kg，马来酸酐接枝POE(493D，美国杜邦)1kg,混合后通过双螺杆挤出机造粒，塑料磨粉机磨粉，制作成粒径D95＝380um，粉末流动性30s/100g的低粘膜温度粉末；将尼龙6(M24000,广东美达)80Kg，烷基磷酸酯(ASA-300，上海成大)20kg,混合后通过双螺杆挤出机造粒，塑料磨粉机磨粉，制作成粒径D10＝270um，粉末流动性24s/100g的高粘膜温度粉末；将低粘膜温度粉末0.4Kg，高粘膜温度粉末1.6Kg混合后投入滚塑模具，在旋转速度10rpm的条件下进行滚塑成型，得到的双层滚塑制品中外层3mm，内层1.1mm。
实施例3：将POE(8540,道化学)80Kg，聚乙烯蜡(2040，泰国暹罗)20kg,混合后通过双螺杆挤出机造粒，塑料磨粉机磨粉，制作成粒径D95＝500um，粉末流动性32s/100g的低粘膜温度粉末；将聚乙烯(5000S,盘锦石化)90Kg，甘油单硬脂酸酯(TS-5，日本花王)8kg，二氧化硅(AB90，美国PQ)2kg,混合后通过双螺杆挤出机造粒，塑料磨粉机磨粉，制作成粒径D10＝200um，粉末流动性17s/100g的高粘膜温度粉末；将低粘膜温度粉末1Kg，高粘膜温度粉末1Kg混合后投入滚塑模具，在旋转速度20rpm的条件下进行滚塑成型，得到的双层滚塑制品中外层3.5mm，内层1mm。
对比例1：将聚乙烯(UR644,韩国三星)在塑料磨粉机磨粉，制作成粒径D95＝425um，粉末流动性27s/100g的粉末A；将聚乙烯(UR644,韩国三星)在塑料磨粉机磨粉，制作成粒径D10＝210um，粉末流动性20s/100g的粉末B；将粉末A2Kg，粉末B0.4Kg混合后投入滚塑模具，在旋转速度15rpm的条件下进行滚塑成型，得到的双层滚塑制品中外层3.3mm，内层1.2mm。
对比例2：将聚乙烯(8446.21,美孚，高耐候功能)在塑料磨粉机磨粉，制作成粒径D95＝380um，粉末流动性30s/100g的粉末A；将尼龙6(M24000,广东美达)在塑料磨粉机磨粉，制作成粒径D10＝270um，粉末流动性24s/100g的粉末B；将粉末A0.4Kg，粉末B2Kg混合后投入滚塑模具，在旋转速度10rpm的条件下进行滚塑成型，得到的双层滚塑制品中外层2.8mm，内层1.2mm。
对比例3：将POE(8540,道化学)在塑料磨粉机磨粉，制作成粒径D95＝500um，粉末流动性32s/100g的粉末A；将聚乙烯(5000S,盘锦石化)在塑料磨粉机磨粉，制作成粒径D10＝200um，粉末流动性32s/100g的粉末B；将粉末A1Kg，粉末B1Kg混合后投入滚塑模具，在旋转速度20rpm的条件下进行滚塑成型，得到的双层滚塑制品中外层3.4mm，内层0.7mm。
对比例4：将POE(8540,道化学)80Kg，聚乙烯蜡(2040，泰国暹罗)20kg,混合后通过双螺杆挤出机造粒，塑料磨粉机磨粉，制作成粒径D95＝700um，粉末流动性21s/100g的粉末A；将聚乙烯(5000S,盘锦石化)90Kg，甘油单硬脂酸酯(TS-5，日本花王)8kg，二氧化硅(AB90，美国PQ)2kg,混合后通过双螺杆挤出机造粒，塑料磨粉机磨粉，制作成粒径D10＝190um，粉末流动性34s/100g的粉末B；将粉末A1Kg，粉末B1Kg混合后投入滚塑模具，在旋转速度20rpm的条件下进行滚塑成型，得到的双层滚塑制品中外层3.1mm，内层1.5mm。
本发明中粘膜温度使用模内测温仪进行测量，粉体粒径使用激光粒度分布仪进行测量，粉体流动性使用ARM标准进行测量。
对实施例制备得到的低粘膜温度粉末和高粘膜温度粉末及对比例制备得到的粉末A和粉末B的粘膜温度差进行检测，并观察滚塑成型后端面分层情况，为了观察分层效果，将低粘膜温度粉末和高粘膜温度粉末制作成不同颜色的材料，由于染色造粒技术是行业内通行的，因此未在案例中特别注明。结果如下表所示。
Figure BDA0002218541490000051
Figure BDA0002218541490000061
从上表可以得知，不添加附着剂、离型剂，制备得到粉末的粒径、粉末流动性过高或过低，使得材料之间的粘膜温度差过小，且双层滚塑制品中内外层制品过小，容易导致滚塑制品内外层出现混料，使端面无明显无分界线。
应当理解，本发明的实施并不局限于上述实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。若无特别指明，实施例采用的方法为本领域通用技术。

Claims (4)

1.一种基于粘膜温度差异制造的双层滚塑制品，其特征在于，由以下质量百分比计的组分混合制成：低粘膜温度粉末 20-80％，高粘膜温度粉末 20-80%；
其制备方法包括以下步骤：
1）取低粘膜温度材料和高粘膜温度材料分别进行混炼造粒，随后经过塑料磨粉机制备成粉末；其中低粘膜温度粉末用作外层材料，高粘膜温度粉末用作内层材料；所述低粘膜温度粉末和高粘膜温度粉末的粘膜温度差异≥10℃；所述粘膜温度差异为低粘膜温度粉末和高粘膜温度粉末开始附着在模具上的初始温度的不同；
所述低粘膜温度粉末由以下质量百分比计的组分混合制成：基体树脂：80%-99%，附着剂1%-20%；所述低粘膜温度粉末粒径D95≤500um，粉末流动性≥25s/100g；所述高粘膜温度粉末由以下质量百分比计的组分混合制成：基体树脂：80%-99%，离型剂1%-20%；所述高粘膜温度粉末粒径D10≥200um，粉末流动性≤25s/100g；
2）分别计算外层材料和内层材料的投料量，确保外层材料的预计制品厚度≥3mm，内层材料的预计制品厚度≥1mm；
3）按配比将外层材料、内层材料进行混合；
4）将混合后的材料投入模具，进行滚塑加工；加工过程中，旋转速度≥10rpm，促使模内的混合材料分层；滚塑成型时，低粘膜温度粉末和高粘膜温度粉末在模具上分别形成为外层和内层。
2.根据权利要求1所述的一种基于粘膜温度差异制造的双层滚塑制品，其特征在于，所述附着剂选自聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、褐煤蜡、微晶蜡、费托蜡、乙烯-乙酸乙烯共聚蜡、氧化聚乙烯蜡、POE、EAA、聚乙烯接枝物、聚丙烯接枝物、POE接枝物中的一种或两种以上的组合物。
3.根据权利要求1所述的一种基于粘膜温度差异制造的双层滚塑制品，其特征在于，所述离型剂选自二氧化硅、油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸酰胺、硬脂酸三甲基氯化铵、硬脂酸二甲基戊基氯化铵、烷基叔胺硝酸盐、三羟乙基甲基季铵硫酸甲酯盐、N，N-十六烷基乙基吗啉硫酸乙酯盐、烷基磺酸钠、烷基磷酸酯、聚丙烯酸盐、聚苯乙烯磺酸盐、乙氧基化烷基胺、乙氧基月桂酸胺、磷酸二月桂酯、甘油单硬脂酸酯、两性烷基咪唑啉盐、烷基氨基酸中的一种或两种以上的组合物。
4.根据权利要求1所述的一种基于粘膜温度差异制造的双层滚塑制品，其特征在于，所述基体树脂选自聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚氨酯、聚乳酸、聚碳酸酯、ABS、聚苯乙烯、弹性体及其衍生物，以及其阻燃、发泡、耐候、交联、染色改性材料的一种或两种以上的组合物。
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