本發(fā)明涉及改性高分子材料領(lǐng)域，特別涉及一種分散性良好的發(fā)泡母粒及其制備方法。

背景技術(shù)：

在汽車輕量化趨勢(shì)的推動(dòng)下，微發(fā)泡材料作為一種空氣填充的復(fù)合材料，具有密度低，減重效果顯著，同時(shí)微發(fā)泡材料具有致密的表層和發(fā)泡芯層結(jié)構(gòu)，對(duì)制件的性能影響輕微而備受推崇。然而，化學(xué)發(fā)泡方式制備的微發(fā)泡聚丙烯在注射成型過程中外觀普遍存在的氣痕、料花、起皮分層等表觀問題，內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在泡孔孔徑過大，孔徑均勻性差，串孔等質(zhì)量問題而影響制件的美觀和性能。這些和模具結(jié)構(gòu)，成型方式，輔助技術(shù)和材料熔體強(qiáng)度有關(guān)外，也和發(fā)泡劑的分散效果有密切聯(lián)系。

公開號(hào)為103289156a的專利文件公開了一種均勻分散的發(fā)泡劑母粒，該均勻分散發(fā)泡劑母粒通過大長(zhǎng)徑比螺桿的均化來實(shí)現(xiàn)。公開號(hào)為105885184a的專利文件公開了一種聚丙烯用發(fā)泡劑母粒及其制備方法，該母粒采用和聚丙烯相容性好的載體及密煉機(jī)混料的制備方法，利用相對(duì)較低的發(fā)泡劑比例來實(shí)現(xiàn)發(fā)泡劑的均勻分散。

然而，發(fā)泡劑作為一種熱敏性材料，在發(fā)泡劑母粒制備過程中，既需保證發(fā)泡劑良好的分散于載體中，又要發(fā)泡劑不因設(shè)備的剪切熱而分解失效，這需要熔體各處的溫度都不能高于發(fā)泡劑的分解溫度。然而，對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)所采用的密煉機(jī)，由于設(shè)備體腔的自由體積較大，而作為載體的高分子聚合物的導(dǎo)熱性能比較差，這勢(shì)必會(huì)造成熔體各區(qū)的溫度差異性。而對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)所采用的單螺桿、雙螺桿擠出機(jī)，其自由體積小解決了導(dǎo)熱不良問題，但其螺桿組合上的輸送段、熔融段和均化段的不同設(shè)計(jì)存在較大差異性，如何保障在滿足材料均勻混合的條件下避免螺桿軸向上的溫度出現(xiàn)局部過熱問題則成了發(fā)泡劑母粒制備成敗的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種分散性良好的發(fā)泡母粒及其制備方法。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種分散性良好的發(fā)泡母粒，其按重量百分比計(jì)由如下原料組分組成：

發(fā)泡劑30~50%；

聚乙烯10~20%；

乙烯基彈性體30~50%；

分散劑2~10%；

填料2~5%；

抗氧劑0.2~0.6%。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述發(fā)泡劑選自偶氮二甲酰胺、偶氮二異丁氰和碳酸氫鈉中的至少一種。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述聚乙烯選自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯中的至少一種，進(jìn)一步地，優(yōu)選粉狀的線性低密度聚乙烯。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述乙烯基彈性體為乙烯—丁烯共聚物或乙烯—辛烯共聚物。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述乙烯基彈性體為乙烯—辛烯共聚物，其辛烯含量＞25%，熔融指數(shù)大于＞10g/10min，熔融溫度低于70℃。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述分散劑選自芥酸酰胺、乙撐雙硬脂酰胺、聚乙烯蠟和硅酮中的至少一種。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述填料選自滑石粉、碳酸鈣、硫酸鋇和硅灰石中的一種。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述填料為滑石粉，其目數(shù)為3000~5000目。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述抗氧劑選自受阻酚類和亞磷酸酯類中的至少一種。

一種如上所述的分散性良好的發(fā)泡母粒的制備方法，其包括如下工藝步驟：

1）調(diào)整雙螺桿機(jī)擠出機(jī)：雙螺桿輸送段采用導(dǎo)程為72-56mm的輸送元件，熔融段采用厚度為56mm、旋轉(zhuǎn)角為90度的捏合元件，均化段采用厚度為36mm的45度左旋轉(zhuǎn)角捏合元件；

2）母粒制備：按原料重量百分比計(jì)將各組分投入混料機(jī)中混合攪拌2~5min，后投入步驟1）的雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出，造粒，控制螺桿輸送段溫度為90~100℃范圍內(nèi)，控制螺桿轉(zhuǎn)速在400~450r/min范圍內(nèi)，擠出溫度為60~100℃，得發(fā)泡母粒成品。

具體地，步驟1）的調(diào)整是基于現(xiàn)有技術(shù)中常用的雙螺桿擠出機(jī)的操作步驟上進(jìn)行的。實(shí)際操作過程中，本發(fā)明調(diào)整螺桿整體采用小壓縮比設(shè)計(jì)，螺桿輸送段采用中等導(dǎo)程到小導(dǎo)程輸送元件，同時(shí)該區(qū)設(shè)置溫度為整個(gè)螺桿區(qū)間最高，目的是使材料通過螺筒傳熱初步熔融。熔融段采用捏合元件、齒型盤元件和小導(dǎo)程輸送元件嵌段裝置，提高均勻的剪切分散和分布效果，同時(shí)不至于出現(xiàn)剪切集中而局部過。均化段采用左旋轉(zhuǎn)角捏合元件建壓和小導(dǎo)程輸送元件輸送熔體完成擠出。

更進(jìn)一步地，所述的熔融段的捏合元件采用90度旋轉(zhuǎn)角大厚度結(jié)構(gòu)，齒型盤元件的反向輸送功能可提高熔體的填充度，提供較佳的剪切力和提高材料的分散和分布效果。而均化段左旋轉(zhuǎn)角捏合元件采用小厚度結(jié)構(gòu)可使建壓壓力不致過高從而避免出現(xiàn)局部過熱的現(xiàn)象。

本發(fā)明所制備得到的發(fā)泡母粒應(yīng)用范圍廣泛，如可應(yīng)用于微發(fā)泡聚丙烯材料中，具體地是將本發(fā)明所制備得的發(fā)泡母粒按一定配比與聚丙烯樹脂基材混合，后加入到注塑機(jī)中注塑成型，其工藝溫度為180~240℃，注射速度為60~90mm/s，注射壓力為30~50bar，注射時(shí)間為1~6s，無保壓，冷卻時(shí)間為5~10s，可制備得到尺寸與相同填充量的普通發(fā)泡聚丙烯材料相同、外觀良好、減重量在6~20%的微發(fā)泡聚丙烯制件。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過優(yōu)化發(fā)泡母粒的原料選用及配比，大大提高了該材料的加工性能及在樹脂基材中的分散均勻性，同時(shí)通過調(diào)整雙螺桿擠出機(jī)制備工藝，降低了材料的摩擦生熱從而防止發(fā)泡劑分解失效，因而可提高其在發(fā)泡過程中的發(fā)泡速率及進(jìn)一步提高其在樹脂基材中的分散能力。本發(fā)明制備得的發(fā)泡母粒具有良好的分散性和加工性能，發(fā)泡后的泡孔孔徑適中且能在樹脂基材中均勻分布，從而消除了其加工成型后如氣痕、料花、起皮分層等的表觀缺陷，大大提高了材料的整體性能。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，以便于所屬技術(shù)領(lǐng)域的人員對(duì)本發(fā)明的理解。有必要在此特別指出的是，實(shí)施例只是用于對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)熟練人員，根據(jù)上述發(fā)明內(nèi)容對(duì)本發(fā)明作出的非本質(zhì)性的改進(jìn)和調(diào)整，應(yīng)仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。同時(shí)下述所提及的原料未詳細(xì)說明的，均為市售產(chǎn)品；未詳細(xì)提及的工藝步驟或制備方法為均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的工藝步驟或制備方法。

本發(fā)明自制的發(fā)泡母粒具有良好的分散性，其按重量百分比計(jì)由30~50%的發(fā)泡劑、10~20%的聚乙烯、30~50%的乙烯基彈性體、2~10%的分散劑、2~5%的填料和0.2~0.6%的抗氧劑組成。

其中，發(fā)泡劑選自偶氮二甲酰胺、偶氮二異丁氰和碳酸氫鈉中的至少一種；聚乙烯選自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯中的至少一種，進(jìn)一步優(yōu)選為粉狀線性低密度聚乙烯；乙烯基彈性體為乙烯—丁烯共聚物或乙烯—辛烯共聚物，進(jìn)一步優(yōu)選為辛烯含量＞25%、熔融指數(shù)大于＞10g/10min、熔融溫度低于70℃的乙烯—辛烯共聚物；分散劑選自芥酸酰胺、乙撐雙硬脂酰胺、聚乙烯蠟和硅酮中的至少一種；填料選自滑石粉、碳酸鈣、硫酸鋇和硅灰石中的一種，進(jìn)一步優(yōu)選為滑石粉，其目數(shù)為3000~5000目；抗氧劑選自受阻酚類和亞磷酸酯類中的至少一種。本發(fā)明優(yōu)選使用高目數(shù)滑石粉作為填料，其在發(fā)泡過程中起到發(fā)泡成核作用，在提高發(fā)泡速度的同時(shí)降低了材料的串孔現(xiàn)象。

本發(fā)明自制的發(fā)泡母粒的制備方法，包括如下工藝步驟：

1）調(diào)整雙螺桿機(jī)擠出機(jī)：雙螺桿輸送段采用導(dǎo)程為72-56mm的輸送元件，熔融段采用厚度為56mm、旋轉(zhuǎn)角為90度的捏合元件，均化段采用厚度為36mm的45度左旋轉(zhuǎn)角捏合元件；

2）母粒制備：按原料重量百分比計(jì)將各組分投入混料機(jī)中混合攪拌2~5min，后投入步驟1）的雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出，造粒，控制螺桿輸送段溫度為90~100℃范圍內(nèi)，控制螺桿轉(zhuǎn)速在400~450r/min范圍內(nèi)，擠出溫度為60~100℃，得發(fā)泡母粒成品。

本發(fā)明所制備得到的發(fā)泡母粒應(yīng)用范圍廣泛，如可應(yīng)用于微發(fā)泡聚丙烯材料中，具體地是將本發(fā)明所制備得的發(fā)泡母粒按一定配比與聚丙烯樹脂基材混合，后加入到注塑機(jī)中注塑成型，其工藝溫度為180~240℃，注射速度為60~90mm/s，注射壓力為30~50bar，注射時(shí)間為1~6s，無保壓，冷卻時(shí)間為5~10s，可制備得到尺寸與相同填充量的普通發(fā)泡聚丙烯材料相同、外觀良好、減重量在6~20%的微發(fā)泡聚丙烯制件。

以下通過具體對(duì)比例及實(shí)施例進(jìn)行說明。

對(duì)比例1

一種微發(fā)泡聚丙烯材料，按重量百分比計(jì)為100%的微發(fā)泡聚丙烯基料，該微發(fā)泡聚丙烯基料按重量百分比計(jì)由70%的聚丙烯、10%的乙烯基彈性體、9.4%的滑石粉、10%的低收縮母粒和0.6%的加工助劑組成。

制備方法：

將上述微發(fā)泡聚丙烯基料加入到注塑機(jī)中注塑成型，工藝溫度180℃~240℃，注射速度60mm/s，注射壓力50bar，注射時(shí)間5s，無保壓，冷卻時(shí)間8s，得對(duì)比例1測(cè)試樣品。

對(duì)比例2

一種微發(fā)泡聚丙烯材料，按重量百分比計(jì)由98%的微發(fā)泡聚丙烯基料和2%的發(fā)泡劑母粒組成，其中微發(fā)泡聚丙烯基料和對(duì)比例1相同，發(fā)泡劑母粒為市售的碳酸氫鈉發(fā)泡劑母粒（有效成分為50%）。

制備方法：

將上述微發(fā)泡聚丙烯基料和發(fā)泡劑母粒加入到注塑機(jī)中注塑成型，工藝溫度180℃~240℃，注射速度60mm/s，注射壓力50bar，注射時(shí)間5s，無保壓，冷卻時(shí)間8s，得對(duì)比例2測(cè)試樣品。

對(duì)比例3

一種微發(fā)泡聚丙烯材料，按重量百分比計(jì)由98%的微發(fā)泡聚丙烯基料和2%的自制發(fā)泡劑母粒組成，其中微發(fā)泡聚丙烯基料和對(duì)比例1相同，自制發(fā)泡劑母粒為本發(fā)明所制備得的分散性良好的發(fā)泡母粒，其按重量百分比計(jì)由50%的發(fā)泡劑、9.6%的聚乙烯、40%的乙烯基彈性體和0.4%的抗氧劑組成。

制備方法：

將上述發(fā)泡母粒各原料組分投入到調(diào)整后的雙螺桿機(jī)擠出機(jī)中熔融擠出，造粒，控制螺桿輸送段溫度為90~100℃范圍內(nèi)，控制螺桿轉(zhuǎn)速在400~450r/min范圍內(nèi)，擠出溫度為60~100℃，得自制發(fā)泡母粒成品。

將上述微發(fā)泡聚丙烯基料和自制發(fā)泡劑母粒成品加入到注塑機(jī)中注塑成型，注塑工藝與對(duì)比例1相同，得對(duì)比例3測(cè)試樣品。

對(duì)比例4

一種微發(fā)泡聚丙烯材料，按重量百分比計(jì)由98%的微發(fā)泡聚丙烯基料和2%的自制發(fā)泡劑母粒組成，其中微發(fā)泡聚丙烯基料和對(duì)比例1相同，自制發(fā)泡劑母粒為本發(fā)明所制備得的分散性良好的發(fā)泡母粒，其按重量百分比計(jì)由50%的發(fā)泡劑、10%的聚乙烯、35%的乙烯基彈性體、4.6%的分散劑和0.4%的抗氧劑組成。

制備方法：

將上述發(fā)泡母粒各原料組分投入到調(diào)整后的雙螺桿機(jī)擠出機(jī)中熔融擠出，造粒，控制螺桿輸送段溫度為90~100℃范圍內(nèi)，控制螺桿轉(zhuǎn)速在400~450r/min范圍內(nèi)，擠出溫度為60~100℃，得自制發(fā)泡母粒成品。

將上述微發(fā)泡聚丙烯基料和自制發(fā)泡劑母粒成品加入到注塑機(jī)中注塑成型，注塑工藝與對(duì)比例1相同，得對(duì)比例4測(cè)試樣品。

對(duì)比例5

一種微發(fā)泡聚丙烯材料，按重量百分比計(jì)由98%的微發(fā)泡聚丙烯基料和2%的自制發(fā)泡劑母粒組成，其中微發(fā)泡聚丙烯基料和對(duì)比例1相同，自制發(fā)泡劑母粒為本發(fā)明所制備得的分散性良好的發(fā)泡母粒，其按重量百分比計(jì)由50%的發(fā)泡劑、10%的聚乙烯、35%的乙烯基彈性體、4.6%的分散劑和0.4%的抗氧劑組成。

制備方法：

將上述發(fā)泡母粒各原料組分投入到普通的雙螺桿機(jī)擠出機(jī)中熔融擠出，造粒，控制螺桿轉(zhuǎn)速在400~450r/min范圍內(nèi)，擠出溫度為60~100℃，得自制發(fā)泡母粒成品。

將上述微發(fā)泡聚丙烯基料和自制發(fā)泡劑母粒成品加入到注塑機(jī)中注塑成型，注塑工藝與對(duì)比例1相同，得對(duì)比例5測(cè)試樣品。

實(shí)施例1

一種微發(fā)泡聚丙烯材料，按重量百分比計(jì)由98%的微發(fā)泡聚丙烯基料和2%的自制發(fā)泡劑母粒組成，其中微發(fā)泡聚丙烯基料和對(duì)比例1相同，自制發(fā)泡劑母粒為本發(fā)明所制備得的分散性良好的發(fā)泡母粒，其按重量百分比計(jì)由50%的發(fā)泡劑、10%的聚乙烯、33%的乙烯基彈性體、4.6%的分散劑、2%的填料和0.4%的抗氧劑組成。

制備方法：

將上述發(fā)泡母粒各原料組分投入到調(diào)整后的雙螺桿機(jī)擠出機(jī)中熔融擠出，造粒，控制螺桿輸送段溫度為90~100℃范圍內(nèi)，控制螺桿轉(zhuǎn)速在400~450r/min范圍內(nèi)，擠出溫度為60~100℃，得自制發(fā)泡母粒成品。

將上述微發(fā)泡聚丙烯基料和發(fā)泡劑母粒成品加入到注塑機(jī)中注塑成型，注塑工藝與對(duì)比例1相同，得實(shí)施例1測(cè)試樣品。

實(shí)施例2

一種微發(fā)泡聚丙烯材料，按重量百分比計(jì)由98%的微發(fā)泡聚丙烯基料和2%的自制發(fā)泡劑母粒組成，其中微發(fā)泡聚丙烯基料和對(duì)比例1相同，自制發(fā)泡劑母粒為本發(fā)明所制備得的分散性良好的發(fā)泡母粒，其按重量百分比計(jì)由30%的發(fā)泡劑、10%的聚乙烯、50%的乙烯基彈性體、4.6%的分散劑、5%的填料和0.4%的抗氧劑組成。

制備方法：

將上述發(fā)泡母粒各原料組分投入到調(diào)整后的雙螺桿機(jī)擠出機(jī)中熔融擠出，造粒，控制螺桿輸送段溫度為90~100℃范圍內(nèi)，控制螺桿轉(zhuǎn)速在400~450r/min范圍內(nèi)，擠出溫度為60~100℃，得自制發(fā)泡母粒成品。

將上述微發(fā)泡聚丙烯基料和發(fā)泡劑母粒成品加入到注塑機(jī)中注塑成型，注塑工藝與對(duì)比例1相同，得實(shí)施例2測(cè)試樣品。

實(shí)施例3

一種微發(fā)泡聚丙烯材料，按重量百分比計(jì)由97%的微發(fā)泡聚丙烯基料和3%的自制發(fā)泡劑母粒組成，其中微發(fā)泡聚丙烯基料和對(duì)比例1相同，自制發(fā)泡劑母粒為本發(fā)明所制備得的分散性良好的發(fā)泡母粒，其按重量百分比計(jì)由30%的發(fā)泡劑、10%的聚乙烯、50%的乙烯基彈性體、4.6%的分散劑、5%的填料和0.4%的抗氧劑組成。

制備方法：

將上述發(fā)泡母粒各原料組分投入到調(diào)整后的雙螺桿機(jī)擠出機(jī)中熔融擠出，造粒，控制螺桿輸送段溫度為90~100℃范圍內(nèi)，控制螺桿轉(zhuǎn)速在400~450r/min范圍內(nèi)，擠出溫度為60~100℃，得自制發(fā)泡母粒成品。

將上述微發(fā)泡聚丙烯基料和發(fā)泡劑母粒成品加入到注塑機(jī)中注塑成型，注塑工藝與對(duì)比例1相同，得實(shí)施例3測(cè)試樣品。

實(shí)施例4：性能測(cè)試

將對(duì)比例1~5和實(shí)施例1~3所制備得到的測(cè)試樣品分別進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果如下表1所示。

根據(jù)表1測(cè)試結(jié)果，通過對(duì)比例2、對(duì)比例5和實(shí)施例1比較可得：發(fā)泡母粒采用普通的雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，其中的發(fā)泡劑基本全部分解失效，而采用本發(fā)明經(jīng)調(diào)整后的雙螺桿擠出機(jī)制備，發(fā)泡劑能得到很好的保留，從而大大提高材料的性能。通過對(duì)比例3、對(duì)比例4和實(shí)例1比較可得：添加具有良好潤(rùn)滑性能的分散劑可有效提高其分散均勻性從而得到合適孔徑的發(fā)泡孔，添加填料可有效減小泡孔孔徑。

上述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡與本發(fā)明類似的工藝及所作的等效變化，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范疇。