CN116787676A - 一种pp连续挤出高倍率发泡的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种pp连续挤出高倍率发泡的生产方法，包括以下步骤：步骤一、确定发泡工艺：根据实际发泡设备选择物理发泡或者化学发泡；步骤二、气泡核形成：在塑料熔体或液体中形成大量均匀气泡核，本发明，挤出成型发泡的工艺参数主要包括：挤出压力、挤出温度、物料在挤出机中的滞留时间、口模轴向压力等，随着挤出压力的增加，泡孔尺寸减小，泡孔数量增加；高质量的发泡体只是在较窄的温度范围内才可能获得，熔体温度越高，聚合物熔体强度越低，泡内的发泡压力就可能超过泡沫表面张力从而使泡体破裂，必须根据特定的聚合物体系进行优化，确定一个适宜的发泡温度，延长物料在挤出机内的滞留时间，会使气泡的数目增加。
Description
技术领域
本发明涉及发泡技术领域，具体为一种pp连续挤出高倍率发泡的生产方法。
背景技术
聚丙烯也叫PP，刚性明显优于聚乙烯(PE),PP弯曲模量大约为1.52Gpa，PE仅为207Mpa，耐化学性与PE相似，其压缩强度比软质PUR和PE更高，聚丙烯的玻璃化温度低于室温，抗冲击性能优于PS，而且相比PS泡沫的难回收性，聚丙烯泡沫是一种环境友好的材料，聚丙烯有较高的热变形温度，可以在一些高温领域中应用，发泡聚丙烯通常能耐120℃的高温，比聚Z烯泡沫高很多，在很多食品和汽车等领域具有广泛应用，良好的低温特性:制品即使在-30℃时也表现出良好的性能，能量吸收:PP发泡制品具有很好的吸收能量特性，优异的抗压吸能性能，广泛应用于汽车保险杠能处理***及其他防冲撞吸能部件，同时也具有很好的吸音和减震特性，尺寸形状恢复稳定性:PP发泡制品受多次连续撞击和挠曲变形后会很快恢复原始形状，而不产生永久形变，质量轻且能够反复使用:PP发泡制品的密度能够达到很低水平，因此能大幅度降低重量，同时PP发泡制品柔韧性好，可反复使用；易回收再利用，易分解，制品不含对人体有毒有害的成分，燃烧不产生有毒物质；具有良好的表面保护性和隔音性能:PP发泡制品是半硬质成形，具有适宜的硬度、柔软性,不会擦伤、碰伤与其接触的物体，具有较好的表面保护性，目前，PP发泡制品的产业化开发如火如荼地开展。
传统的发泡方法以PP料为基本成分，通过物理或化学方法填充大量气泡，即可得到聚丙烯泡沫塑料。与纯塑料相比，它具有密度小、比强度高、能量吸收能力强、隔音隔热性能好等一系列特点，已在交通运输、军工、航空航天、日用品等领域获得了广泛应用，如制作各种座垫、衬垫、床垫、梳芯、保温隔热材料、包装材料、防撞防震材料、装饰材料及建筑材料等。
但是，传统的发泡方法存在以下缺点：
在PP挤出发泡中，泡沫结构受到熔体结晶的影响，在挤出机头处进行固化定型，如果结晶发生在发泡的早期，即发生在溶解的发泡剂刚扩散出熔体而进入成核的气泡，那么较早的固化将使推动气泡增长的气体量不足，气泡增长的动力不够，影响发泡倍率和最终制品的密度；如果结晶的速率过快，也将造成上述情况的发生，影响了PP挤出发泡率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种pp连续挤出高倍率发泡的生产方法，以解决上述背景技术中提出的在PP挤出发泡中，泡沫结构受到熔体结晶的影响，在挤出机头处进行固化定型，如果结晶发生在发泡的早期，即发生在溶解的发泡剂刚扩散出熔体而进入成核的气泡，那么较早的固化将使推动气泡增长的气体量不足，气泡增长的动力不够，影响发泡倍率和最终制品的密度；如果结晶的速率过快，也将造成上述情况的发生，影响了PP挤出发泡率的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种pp连续挤出高倍率发泡的生产方法，包括以下步骤：
步骤一、确定发泡工艺：根据实际发泡设备选择物理发泡或者化学发泡；
步骤二、气泡核形成：在塑料熔体或液体中形成大量均匀、细密的气泡核；
步骤三、挤出发泡：在单螺杆挤出机上进行挤出发泡。
作为本发明的一种优选技术方案所述步骤一中物理发泡指将物理发泡剂与树脂基体均匀混合，通过改变操作过程中的工艺条件，引发热力学不稳定性，使发泡剂发生物理变化，生成气体，所述步骤一种化学发泡是指将化学发泡剂与树脂基体混合，通过加热树脂，使发泡剂发生化学变化(主要是分解)，释放出气体，形成泡沫材料的过程。
作为本发明的一种优选技术方案所述步骤三中单螺杆挤出机采用丝状口模，所述口模定型段长度为15.6mm，孔径为1.2mm。
作为本发明的一种优选技术方案所述步骤三中单螺杆挤出机挤出发泡时，物料的挤出速率保持在13g/min左右。
作为本发明的一种优选技术方案所述步骤三中单螺杆机转速一般在25r/min以上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、挤出成型发泡的工艺参数主要包括：挤出压力、挤出温度、物料在挤出机中的滞留时间、口模轴向压力等，一般来说，随着挤出压力的增加，泡孔尺寸减小，泡孔数量增加；高质量的发泡体只是在较窄的温度范围内才可能获得，熔体温度越高，聚合物熔体强度越低，泡内的发泡压力就可能超过泡沫表面张力从而使泡体破裂，必须根据特定的聚合物体系进行优化，确定一个适宜的发泡温度，延长物料在挤出机内的滞留时间，会使气泡的数目增加；
2、首先是在塑料熔体或液体中形成大量均匀、细密的气泡核，然后再膨胀成为所要求的泡体结构，最后固化定型将泡体结构固定下来，得到泡沫塑料，PP泡沫塑料常用的成型方法有挤出、注塑及模压成型等；
3、PP发泡大多采用化学发泡，使用的发泡剂有偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酸二异丙酯等；亦可使用氮气作物理发泡剂进行物理发泡。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供了一种pp连续挤出高倍率发泡的生产方法，包括以下步骤：
步骤一、确定发泡工艺：根据实际发泡设备选择物理发泡或者化学发泡；
步骤二、气泡核形成：在塑料熔体或液体中形成大量均匀、细密的气泡核；
步骤三、挤出发泡：在单螺杆挤出机上进行挤出发泡。
步骤一中物理发泡指将物理发泡剂与树脂基体均匀混合，通过改变操作过程中的工艺条件，引发热力学不稳定性，使发泡剂发生物理变化，生成气体，步骤一种化学发泡是指将化学发泡剂与树脂基体混合，通过加热树脂，使发泡剂发生化学变化(主要是分解)，释放出气体，形成泡沫材料的过程。
步骤三中单螺杆挤出机采用丝状口模，口模定型段长度为15.6mm，孔径为1.2mm。
步骤三中单螺杆挤出机挤出发泡时，物料的挤出速率保持在13g/min左右。
步骤三中单螺杆机转速一般在25r/min以上。
实施例一：
本发明中，选择均聚支化聚丙烯(H-PP)和超临界CO2，纯度为99.5％为原材料，选择。2697--X型平板硫化机,Brabender05-25-000型单螺杆挤出发泡机组，螺杆直径为19.1mm，DSC 2910型差示扫描量热仪，Hitachi 510型扫描电子显微镜,作为发泡设备。
当选择化学发泡时，AC发泡剂是最为常用的化学发泡剂,但是它的分解具有强烈的温度依赖性和分解突变性，盼解时放出大量熟，导致材料熔体强体进一步下降，因此造成严重的并泡以及泡体不均匀的现象，为了提高PP的可发泡性和热成型性,提出了将PP树脂改性以制备性能良好的聚丙烯泡沫材料，其中交联PP树脂：有研究表明，使用化学交联的LDPE/PP树脂基体进行发泡时，随着交联度的升高,冲击强度和拉伸强度值有所上升，辐射交联也是使树脂产生交联的行之有效的发法，有报道表明，操作中存在着辐射剂量的极限，在极限内随着辐射剂量增大,发泡制品结构趋于完善、稳定，但是超过此极限之后，凝胶含量和结构都不会再变化；支化PP树脂：通过与PE的发泡过程相比较得知，PP发泡过程中出现泡孔的破裂现象是由于PP的熔体强度低且变化很大的原因，克服PP熔体强度低的方法之一是将PP进行支化，阻止泡孔聚集，减少膨胀过程中气体的逃逸，当PP的熔体强度达到一定程度之后,就可以得到均-的泡孔，且泡孔不会破裂,制品的表面均匀，研究发现，PP树脂的熔体张力在一个特定范围内时,体系发泡性最好，此时，粘度不均的现象最小，熔体强度适宜发泡，泡孔均匀而不破裂，制品表面均匀，(PP阻燃剂)使用线形PP(熔体强度为8.8)、支化PP(熔体强度为35.2)进行发泡过程的比较，结果表明，同样发泡剂含下，支化PP发泡倍率可达90倍，而线形PP仅为46倍，这是由于长链支化的PP具有较高的熔体强度和熔融伸长性，从而有效地阻止泡孔的凝聚、连通。因此，高熔体强度PP非常适用于制造密度低，性能好的发泡材料；共混PP树脂：通过将PP与其它树脂进行共混，以提高PP的可发泡性或者提高其交联性是使PP进行有效发泡的另一方法，为了获得特殊的性能，PP可以和各种高聚物进行共混，PP和PS的共混树脂的挤出发泡片材可以用做结构材料和热绝缘材料，比如墙体和地板。将PP树脂、ABS树脂共混，可以制得具有良好外观、密度为0.090g/cm3、闭孔含为71％的材料，还能够将PP与PC混合,得到密度为0.05g/cm3、表面光洁、闭孔含量为80％(ASTM D2856)的制品，将PP与EMA进行共混，以改善PP体系的发泡性，这是由于丙烯酸甲酯(EMA)是极性物质，发泡剂CO2也是极性的，因此二者易相互作用，体系的均一性较好，(PP阻燃剂)用PP与粘土粒子进行共混发泡时，粘土加人的含量越多,泡孔密度越大，这是因为极性的粘土会在马来酸酐改性的PP与超临界的CO2之间产生足够的相互作用，从而增加了C02与基体之间的溶解性，此外，他们还通过透射电镜对单一的孔壁和三孔相连处的孔壁观察发现，在孔壁上的粘土粒子随固体和气体界面的方位进行调整，也就是说，粘土可以沿着界面调整其方向，这会帮助孔壁经受住破坏孔壁的力，即粘土会起到保护孔壁的作用,这样就使其泡沫结构更加稳定。
实施例二：
本发明，选择均聚支化聚丙烯(H-PP)和超临界CO2，纯度为99.5％为原材料，选择。2697--X型平板硫化机,Brabender05-25-000型单螺杆挤出发泡机组，螺杆直径为19.1mm，DSC 2910型差示扫描量热仪，Hitachi 510型扫描电子显微镜,作为发泡设备。
当选择物理发泡时，物理发泡工艺主要包括微孔发泡和使用预发泡粒子(珠粒)进行发泡。微孔发泡材料是指泡孔尺寸在0.1 -10μm之间，泡孔密度为109 -1015孔/cm3的发泡材料，与结构材料相比，它具有更高的性能，它的冲击性能较高(是未发泡材料的5倍)、刚度较强(是未发泡材料的5倍)、热稳定性好(120℃)、热导率低，微孔发泡材料的生产过程包括间歇操作和连续操作，(PP阻燃剂)间歇操作方法是将高聚物放置于高压区，在室温下，气体扩散速率很慢，此时用气体饱和高聚物需要相当长的时间，因此使生产周期延长，产率降低，为了改进工艺，研究人员提出了使用连续生产过程，连续生产过程是指将聚合物在挤出机中熔融，压力泵向机筒内注入适量的惰性气体发泡剂，通过螺杆的剪切混合作用，形成均匀的高聚物/气体溶液，之后通过快速降压，同时升高温度,引发热力学不稳定性，形成大量泡核。最后通过控制冷却时间来控制泡孔长大以及成型，与间歇操作方法相比，连续生产过程操作周期短，产率高，可实现工业化，(1)泡核的产生：研究表明压力降落速率对成核和泡孔密度的影响，当高聚物/气体溶液通过狭长喷嘴时，因为溶液与模口内壁之间的磨擦而引发的压力降会使成核速率增加，分析其原因可能是在压力降落的过程中,会形成一些稳定的泡核，气体扩散到泡核中以降低体系自由能，随着压力的快速降低，气体的溶解度也随之大幅下降，这时过饱和的气体就会形成新的泡核，因此，为了获得较大的泡核密度，就需要较大的降压速率,故生产中通常选用周长较小、长度较长的喷嘴，研究口模几何形状对成核的影响，结果也表明，喷嘴直径越小，降落速率越高,泡孔密度越大，还有研究表明，发泡剂在高聚物中的溶解性强烈地影响着泡核密度，只要发泡剂在操作压力下低于其溶解度,且停留时间足够长，所有发泡剂都可以溶解，但是，当发泡剂含量增大直至超过其溶解能力时，过多的发泡剂将不能分散在基体中，而是更容易进入泡孔中，因此只会增加泡孔尺寸，而不是形成新的泡核，随着CO2含量增加，泡孔密度随之增加，但是在27.6MPa的压力下，CO2含大于4％时，泡孔密度不再随CO2含量的增加而变化。这可能是达到了CO2的溶解极限，成核密度随熔融温度和口模温度变化而变化的情况，无论熔融温度和口模温度在何处，只要使用相同的模口并注射相同量的CO2(此时CO2含量在其溶解度之下)，就可得到成核密度基本相同的制品，此时发泡剂CO2全部溶解在高聚物中，(PP阻燃剂)因此可以得知，发泡产品制备过程中泡核的形成强烈地依赖于口模处压降速率,而模口温度以及熔融温度等参数对其影响甚微；(2)阻止泡孔连通：加工条件对泡孔连通的影响，通过电镜观察到不同模口温度和熔体温度下泡沫材料的微观形态，当熔体温度较高时，随模口温度下降,泡孔连通现象显现出逐渐减小的趋势，但连通现象不会消失，当熔体温度和模口温度下降到较低温度时，可以得到基本无连通且泡孔分布均匀的制品，由此可见，熔体温度和模口温度都明显影响泡孔连通，应根据不同基体，不同发泡剂来选择适宜的熔体温度和模口温度，基体树脂结构对连通的影响，通过对线性PP和支化PP泡沫材料的比较得出，线性PP中，泡孔连通发生的很快，而支化PP，于其熔体强度较大，即使经过缓慢的冷却过程，仍可得到较好的闭孔结构；(3)控制发泡倍率：由于在热力学.上高聚物/气体体系倾向于生成两个完全分离的相,扩散到泡核中的气体趋向于扩散到大气中，这样就会降低发泡倍率，控制发泡倍率的一个方法是使表皮“冻结”，可以通过降低模温，阻止气体逃逸的方法来实现，也可以通过降低熔体温度使泡壁强度增加，以延缓或阻止泡孔中CO2的扩散。(PP阻燃剂)。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种pp连续挤出高倍率发泡的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、确定发泡工艺：根据实际发泡设备选择物理发泡或者化学发泡；
步骤二、气泡核形成：在塑料熔体或液体中形成大量均匀、细密的气泡核；
步骤三、挤出发泡：在单螺杆挤出机上进行挤出发泡。
2.根据权利要求1所述的一种pp连续挤出高倍率发泡的生产方法，其特征在于：所述步骤一中物理发泡指将物理发泡剂与树脂基体均匀混合，通过改变操作过程中的工艺条件，引发热力学不稳定性，使发泡剂发生物理变化，生成气体，所述步骤一种化学发泡是指将化学发泡剂与树脂基体混合，通过加热树脂，使发泡剂发生化学变化(主要是分解)，释放出气体，形成泡沫材料的过程。
3.根据权利要求1所述的一种pp连续挤出高倍率发泡的生产方法，其特征在于：所述步骤三中单螺杆挤出机采用丝状口模，所述口模定型段长度为15.6mm，孔径为1.2mm。
4.根据权利要求1所述的一种pp连续挤出高倍率发泡的生产方法，其特征在于：所述步骤三中单螺杆挤出机挤出发泡时，物料的挤出速率保持在13g/min左右。
5.根据权利要求1所述的一种pp连续挤出高倍率发泡的生产方法，其特征在于：所述步骤三中单螺杆机转速一般在25r/min以上。
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