本發(fā)明屬于乙烯的均聚物或共聚物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及為一種聚乙烯復(fù)合泡沫材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
泡沫材料是以聚合物為基體，氣體分散于固體聚合物中所形成的含有大量氣泡的聚集體，故又稱為多孔性材料。泡沫材料除有一般材料的優(yōu)點(diǎn)外，與同類未發(fā)泡的材料相比，泡沫材料具有許多優(yōu)點(diǎn) : 如質(zhì)量輕、隔熱性能和隔音性能好、比強(qiáng)度高、具有吸收沖擊載荷能力、價(jià)格低廉、節(jié)省材料等。所以泡沫材料被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和日常用品諸多方面。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服上述提到的缺陷和不足，而提供一種聚乙烯復(fù)合泡沫材料及其制備方法。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其目的采用的技術(shù)方案如下。
一種聚乙烯復(fù)合泡沫材料，由以下重量份比的原料組成：
天然橡膠，100份；
聚乙烯，150~210份；
納米ZnCO3，150~210份；
發(fā)泡劑AC，1.5~3份；
發(fā)泡劑NaHCO3，0.7~1.5份；
硬脂酸，1.5~3份；
氧化鋅，2~5份；
鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑，0.5~2份；
高嶺土，10~24份。
作為優(yōu)選，所述聚乙烯為高密度聚乙烯HDPE，熔融指數(shù)為0.01~0.5g/10min。
作為優(yōu)選，所述高嶺土粒度為1.0u。
一種聚乙烯復(fù)合泡沫材料的制備方法，包括以下步驟：
步驟一.混合主料的制備：將聚乙烯溶于異丙醇，然后再與納米ZnCO3和鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑混合，并用超聲波分散3h，超聲波速度為1500m/s，頻率為15KHz~10MHz，波長(zhǎng)為0.01~10.00cm，干燥揮發(fā)異丙醇后制得混合主料；將混合主料在烘干機(jī)中進(jìn)行烘干處理，使水分含量小于1%；
步驟二.混合輔料的制備：將發(fā)泡劑AC和發(fā)泡劑NaHCO3混合后研磨并過(guò)80目篩，制得復(fù)合發(fā)泡劑；然后將復(fù)合發(fā)泡劑、高嶺土、硬脂酸一起放入高速混合機(jī)中混合均勻后得到混合輔料；
步驟三.密煉：將天然橡膠在50℃~60℃條件下與氧化鋅混煉40~50秒，然后加入混合主料混煉60~70秒，再加入混合輔料并將溫度升至160℃~180℃，混煉時(shí)間為7~8分鐘，停放12~24小時(shí)后出片，制得可發(fā)泡片材；
步驟四.硫化：將可發(fā)泡片材在平板硫化機(jī)上進(jìn)行模壓發(fā)泡成型，硫化溫度為160℃至170℃，模壓壓力1MPa，保壓保溫3~5分鐘，制得聚乙烯復(fù)合泡沫材料。
經(jīng)過(guò)不斷的研究和實(shí)驗(yàn)，理論聯(lián)系實(shí)際，本發(fā)明的技術(shù)方案攻破了以下幾個(gè)技術(shù)難度：
1.本泡沫材料，通過(guò)天然橡膠和聚乙烯的共混并用，在性能上相互彌補(bǔ)，從而具備良好的綜合性能；
2.使用了納米ZnCO3，對(duì)聚乙烯材料增強(qiáng)增韌。納米ZnCO3和聚乙烯相互滲透，接觸面積增大，提升了兩者的粘結(jié)強(qiáng)度。
3.使用復(fù)合發(fā)泡劑，通過(guò)發(fā)泡劑AC和發(fā)泡劑NaHCO3的合理搭配，在加工為160℃~180℃時(shí)，仍能實(shí)現(xiàn)良好的發(fā)泡效果，且避免了硫化返原現(xiàn)象的出現(xiàn)。
4.氧化鋅的合理使用。氧化鋅的添加，可提高材料的抗熱氧化效果，但是氧化鋅添加量過(guò)大，將會(huì)降低材料的伸長(zhǎng)率，從而影響發(fā)泡效果。因此，有必要合理使用氧化鋅，包括確定氧化鋅的添加時(shí)機(jī)以及添加量，從而在材料的耐熱性與伸長(zhǎng)率之間取得平衡。由于本技術(shù)方案的加工溫度相對(duì)較低，從而使得氧化鋅的使用量大為減少。從原先的15份左右，降低為2~5份，從而保證了材料的發(fā)泡效果。
5.高嶺土的合理使用。高嶺土改變天然橡膠和聚乙烯的流變性能，使兩者具有很好的粘度，用以保證聚乙烯和納米ZnCO3分散均勻后不再團(tuán)聚。同時(shí)，高嶺土成為發(fā)泡核心，根據(jù)發(fā)泡成型理論，降低了發(fā)泡初期的勢(shì)能，大大提高了發(fā)泡初期的發(fā)泡量，從而增強(qiáng)了材料的發(fā)泡效果。
6.采用了一步混煉法，設(shè)置了合理的步驟以及混煉參數(shù)，在成分?jǐn)U散充分的前提下，節(jié)約了混煉時(shí)間?；鞜捤俣认鄬?duì)于二步混煉法，可以提升60%以上。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
一種聚乙烯復(fù)合泡沫材料，由以下重量份比的原料組成：
天然橡膠，100份；
聚乙烯，150~210份；
納米ZnCO3，150~210份；
發(fā)泡劑AC，1.5~3份；
發(fā)泡劑NaHCO3，0.7~1.5份；
硬脂酸，1.5~3份；
氧化鋅，2~5份；
鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑，0.5~2份；
高嶺土，10~24份。
天然橡膠，綜合性能優(yōu)良，具有較高的彈性和屈撓性能。市購(gòu)，例如：海南天然橡膠產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的SCR-5。
聚乙烯是一種熱塑材料，具有優(yōu)異的耐化學(xué)性能以及電絕緣性能，已經(jīng)廣泛用于制備輸送或盛放化學(xué)品的管道以及電線電纜絕緣層等。作為優(yōu)選，所述聚乙烯為高密度聚乙烯HDPE，熔融指數(shù)為0.01~0.5g/10min。
納米ZnCO3的比表面積為20m2/g，粒徑為50~70nm。納米材料的出現(xiàn)和發(fā)展為聚乙烯的改性提供了一條新的路徑，有實(shí)驗(yàn)表明，納米材料的加入，能對(duì)聚乙烯材料增強(qiáng)增韌。但是，未經(jīng)處理的納米材料容易團(tuán)聚成較大的顆粒，在聚乙烯材料中的分散效果并不好，界面粘結(jié)強(qiáng)度低，不能有效提高聚乙烯材料的性能。偶聯(lián)劑的加入，雖然具有一定程度的增強(qiáng)體系的效果，但仍不能有效解決納米材料的聚集問(wèn)題。
發(fā)泡劑AC，化學(xué)名稱：偶氮二甲酰胺，分子式: C2H4O2N4，具有分解溫度高，分解突發(fā)性強(qiáng)，放熱量大的特點(diǎn)。發(fā)泡劑AC在160℃不分解，170℃時(shí)分解速率小，隨著溫度的升高（≥180℃），分解速率明顯提高，分解誘導(dǎo)期有效縮短，分解突發(fā)性強(qiáng)。然而當(dāng)加工溫度較高時(shí)，容易出現(xiàn)硫化返原現(xiàn)象，單用發(fā)泡劑AC，不宜直接適用于本泡沫材料的制備。
發(fā)泡劑NaHCO3，具有安全、吸熱分解、成核效果好的特點(diǎn)。發(fā)泡劑NaHCO3在115℃開始分解，熱分解溫度較低，隨著溫度升高，分解趨于平緩，分解速度較為緩慢，190℃分解完畢。AC和NaHCO3共用，形成復(fù)合發(fā)泡劑，提高發(fā)泡劑AC在相對(duì)較低的溫度下的發(fā)氣量，從而滿足制備本發(fā)泡材料的制備工藝。
氧化鋅，作為穩(wěn)定劑使用。
鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑，市購(gòu)。
高嶺土，俗稱白泥，其結(jié)構(gòu)為Al2O3(SiO2)2H2O，可塑性和結(jié)合性強(qiáng)，絕緣性好，耐火度高，其顆粒大小，對(duì)其可塑性、離子交換量、成型性能、干燥性能均有很大影響。
一種聚乙烯復(fù)合泡沫材料的制備方法，包括以下步驟：
步驟一.混合主料的制備：將聚乙烯溶于異丙醇，然后再與納米ZnCO3和鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑混合，并用超聲波分散3h，超聲波速度為1500m/s，頻率為15KHz~10MHz，波長(zhǎng)為0.01~10.00cm，干燥揮發(fā)異丙醇后制得混合主料；將混合主料在烘干機(jī)中進(jìn)行烘干處理，使水分含量小于1%；
納米ZnCO3作為一種無(wú)機(jī)填料，粒子表面的性質(zhì)是親水疏油的，在聚合物中難以均勻分散，且與聚合物基體之間界面結(jié)合強(qiáng)度低。經(jīng)過(guò)偶聯(lián)劑處理后，納米ZnCO3和聚乙烯之間的具有一定的結(jié)合強(qiáng)度。并且，經(jīng)過(guò)超聲后，納米ZnCO3和聚乙烯相互滲透，接觸面積增大，提升了兩者的粘結(jié)強(qiáng)度。
步驟二.混合輔料的制備：將發(fā)泡劑AC和發(fā)泡劑NaHCO3混合后研磨并過(guò)80目篩，制得復(fù)合發(fā)泡劑；然后將復(fù)合發(fā)泡劑、高嶺土、硬脂酸一起放入高速混合機(jī)中混合均勻后得到混合輔料；
高嶺土，本技術(shù)方案創(chuàng)設(shè)性地在加入1.0u粒度的高嶺土，用以改變天然橡膠和聚乙烯的流變性能，使兩者具有很好的粘度，用以保證聚乙烯和納米ZnCO3分散均勻后不再團(tuán)聚。
同時(shí)，高嶺土進(jìn)一步提高了本材料的可泡性。高嶺土分解產(chǎn)生的Al和Si離子對(duì)其它離子有極化作用，增加了聚乙烯的收縮率，提高了復(fù)合材料的可塑性和黏度，從而提高材料的可泡性。
步驟三.密煉：將天然橡膠在50℃~60℃條件下與氧化鋅混煉40~50秒，然后加入混合主料混煉60~70秒，再加入混合輔料并將溫度升至160℃~180℃，混煉時(shí)間為7~8分鐘，停放12~24小時(shí)后出片，制得可發(fā)泡片材；
步驟四.硫化：將可發(fā)泡片材在平板硫化機(jī)上進(jìn)行模壓發(fā)泡成型，硫化溫度為160℃至170℃，模壓壓力1MPa，保壓保溫3~5分鐘，制得聚乙烯復(fù)合泡沫材料。
本方案采用了一步混煉法。一步混煉法相對(duì)于二步混煉法，混煉時(shí)間短，效率高，但是容易出現(xiàn)成分分散不均勻的缺陷。本技術(shù)方案采用一步混煉法，并確定了一個(gè)合理的混煉順序、混煉時(shí)間以及混煉溫度，保證了成分分散的均勻性。
本發(fā)泡材料，泡孔密度為8.9×109~10.3×109個(gè)/cm3，相對(duì)于市購(gòu)材料的泡孔密度4~5×109個(gè)/cm3，提升了約一倍左右。
本發(fā)泡材料，孔隙率為92~93%，相對(duì)于市購(gòu)材料的孔隙率75%，提升了約22.6%。
本發(fā)泡材料，密度為0.22g/cm3，市購(gòu)材料的密度約為0.35g/cm3。
本發(fā)泡材料，氣孔細(xì)密、均勻，閉孔率高，具有較好的綜合力學(xué)性能，彈性模量約等于550MPa，彎曲強(qiáng)度≥78MPa，加工性能良好。
本發(fā)明按照實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，在不脫離本原理的前提下，本裝置還可以作出若干變形和改進(jìn)。應(yīng)當(dāng)指出，凡采用等同替換或等效變換等方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。