專利名稱：聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚丙烯材料的注射發(fā)泡成型技術(shù)，特別涉及一種具有外蒙 皮結(jié)構(gòu)的聚丙烯中空發(fā)泡復(fù)合材料的制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
植物纖維，如木粉(纖維)、竹(含纖維)、麻纖維、秸稈粉、果殼粉末 等作為增強材料或填料，具有價廉、髙比強度、低密度、可再生、可生物降解 等性能。同時，聚烯烴是應(yīng)用量最大的一類聚合物，大量的此類固體廢棄物需 要回收利用，以減輕對垃圾處理的負擔。植物纖維增強熱塑性復(fù)合材料可回收 再利用，具有環(huán)境友好性和可持續(xù)發(fā)展性。最近的研究和發(fā)展顯示，木纖維/聚合物復(fù)合材料是一種發(fā)展非常迅速的 工業(yè)產(chǎn)品。這些木塑復(fù)合材料在很多年前就已經(jīng)進入市場，但近幾年才被廣泛 采用。雖然這些木(竹)塑復(fù)合材料已經(jīng)商業(yè)化，但是，純的木竹纖維聚合物 復(fù)合材料在強度、剛度方面尚不能滿意，在外力作用下，容易發(fā)生變形，長期 的外力作用，會產(chǎn)生很大的永久變形，它們在很多工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力是很有 限的。在本發(fā)明作出之前，現(xiàn)有技術(shù)提供了植物纖維粉、聚合物擠出的方法和材料[CN1467246、 CN1810886、 CN1464009];釆用壓制的方法制備木粉聚合物材 料和制品[CN1058745、 CN1621637];在木粉聚烯烴材料制備時加入固體廢棄物 的方法[CN1066642];由有機硅垸接枝物得到的木塑混合材料[CN1470540]，上 述專利技術(shù)均不包括發(fā)泡木塑材料。公開號為CN1593870的中國發(fā)明專利提供 了一種復(fù)合多層擠出發(fā)泡的設(shè)備，公開號為CN1603088的中國發(fā)明專利提供一 種由木粉、礦物填料組成的發(fā)泡塑料材料制備方法。在木或竹纖維/聚烯烴復(fù)合 材料內(nèi)部產(chǎn)生微泡體結(jié)構(gòu)，以及加入增強體，例如玻璃纖維，可以用相同量的 原料有效的改善該種材料的性能。但目前以木粉、玻璃纖維、聚丙烯為主要成 分的發(fā)泡復(fù)合材料的制備技術(shù)還未見報道。公開號為CN1944035A的中國發(fā)明 專利中，提供了一種聚丙烯發(fā)泡片材與塑料片材復(fù)合制造的方法，該技術(shù)采用聚丙烯發(fā)泡料與塑料顆粒料分別在不同的擠出機下料，再經(jīng)輥壓成復(fù)合片狀材 料。它僅適合于制備片狀或板狀材料，無法應(yīng)用于制備復(fù)雜形狀的中空發(fā)泡復(fù) 合材料制品。發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種工藝簡單、可實現(xiàn)局部發(fā) 泡、具有夾層結(jié)構(gòu)的聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料的制備方法。為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種聚丙烯發(fā)泡 復(fù)合材料的制備方法，其步驟如下① 按重量比將聚丙烯10 75份，木或竹粉10 50份，玻璃纖維0 20份 和其它助劑0 12份，用髙速混合機混合均勻；② 用雙蠊桿擠出機，采用多段加熱，將上述混合后的物料擠出造粒；螺桿 轉(zhuǎn)速為150 180rpm;各區(qū)溫度依次為前4段為185 200"、其余各后段為 205 180C ;③ 在冷卻后的粒料中，加入重量比為0.4 1份的發(fā)泡劑和助發(fā)泡劑0. l 0.2份，制得發(fā)泡物料；④ 采用注射發(fā)泡工藝，控制發(fā)泡物料在料筒中的溫度為200 220C,注塑 流量為60 90cmVs，注塑壓力為35 45Mpa，注塑模具溫度為35 50r,制成 中間為發(fā)泡層(2)、四周邊緣為封閉蒙皮層(1)結(jié)構(gòu)的聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料 制品。所述的其它助劑包括成核劑、交聯(lián)引發(fā)劑、交聯(lián)鏈終止劑和相容劑；按重 量計，各組分的比例分別為0 5份，0 0.03份，0 1.6份和0 5份。所述 的成核劑為滑石粉；所述的交聯(lián)引發(fā)劑為過氧化二異丙苯所述的交聯(lián)鏈終止 劑為二乙烯基苯；所述的相容劑為丙烯酸化合物類接枝的聚丙烯。所述的發(fā)泡劑為偶氮二甲酰胺；所述的助發(fā)泡劑為氧化鋅和硬脂酸鋅。 本發(fā)明制備的聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料呈現(xiàn)三層結(jié)構(gòu)，中間層分布著泡孔，以及兩個結(jié)實無泡孔的外蒙皮層。在發(fā)泡區(qū)域和外蒙皮層之間，分布著一個過渡 區(qū)。蒙皮層厚度可以控制，發(fā)泡也可以實現(xiàn)在指定部位的局部發(fā)泡。 本發(fā)明具有以下明顯優(yōu)點1.所得材料或制品的密度低、材料或制品的比強度髙、環(huán)保、價廉。該種材料或制品可以應(yīng)用在許多工業(yè)領(lǐng)域，包括在汽車和航天工業(yè)中用作質(zhì)輕、髙 強度的部件，制作容器、運動器材、絕熱體和絕緣體，并且具有廣闊的前景。2. 在不需要增加投資和不需要增加其他特制設(shè)備的前提下，就能生產(chǎn)出本 發(fā)明的聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料，是一種值得大力推廣和使用的新型復(fù)合材料。3. 本技術(shù)采用注射成型技術(shù)，其發(fā)泡結(jié)構(gòu)可以在指定的設(shè)計部位實現(xiàn)。


圖1是按本發(fā)明實施例技術(shù)方案制備的板式聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料制品的 結(jié)構(gòu)示意圖(截面)；圖2是按本發(fā)明實施例技術(shù)方案制備的盤式局部聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料制 品的結(jié)構(gòu)示意圖(截面)其中，1、蒙皮層；2、發(fā)泡層。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述 實施例1:按重量計配比如下原料木粉30份、聚丙烯70份、過氧化二異丙苯0.03 份、二乙烯基苯1.2份、氧化鋅/硬脂酸鋅0.1份、滑石粉3份(粒徑為3000 目)、偶氮二甲酰胺0.6份、馬來酸酐接枝聚丙烯5份。助發(fā)泡劑氧化鋅/硬脂 酸鋅O. l份、發(fā)泡劑偶氮二甲酰胺l份，其它助劑為交聯(lián)引發(fā)劑過氧化二異丙 苯0.03份、交聯(lián)鏈終止劑二乙烯基苯1.2份、成核劑滑石粉3份、相容劑馬來 酸酐接枝聚丙烯5份。按如下步驟制備(1) 用髙速混合機將木粉與聚丙烯及所要添加的助劑混合均勻，然后使用 雙蠊桿擠出機，將混合后的物料擠出造粒。雙螺桿擠出機采用9段加熱，各段 溫度依次約為185"、 195X:、 195"、 200tl、 205"C、 200t!、 190C、 185r、 180",蟪桿轉(zhuǎn)速為170rpm。在混合前先要將木粉在120"下干燥處理10小時。(2) 將冷卻后的粒料與發(fā)泡劑偶氮二甲酰胺混合均勻，在120C下干燥處 理10小時。(3) 發(fā)泡物料在料筒中的溫度(注塑溫度)為210X:，采用注塑壓力為38Mpa和注塑流量為80cm3/s的工藝條件下，注射到板式模具中，模具溫度控 制在35'C，注塑制得聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料板式制品。(4)自然降溫后脫模得到聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料制品。參見附圖l,它是按 本實施例技術(shù)方案制備的板式聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料制品的結(jié)構(gòu)示意圖(截面)； 所得制品尺寸為120xl5x6mm，四周邊緣為封閉的夾層結(jié)構(gòu)，在厚度方向上， 蒙皮層1的厚度約1.2mm,所得制品發(fā)泡層2的厚度約為3.6mm。實施例2本實施例制備一種玻璃纖維增強的木粉/聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料。 按重量計配比如下原料玻璃纖維15份、木粉30份、聚丙烯55份、助發(fā) 泡劑氧化鋅/硬脂酸鋅0. l份、發(fā)泡劑偶氮二甲酰胺l份，其它助劑為交聯(lián)引發(fā) 劑過氧化二異丙苯0.03份、交聯(lián)鏈終止劑二乙烯基苯1.2份、成核劑滑石粉(粒 徑為3000目)3份、相容劑馬來酸酑接枝聚丙烯5份。 制備步驟如下(1) 將木粉先在120'C下干燥10小時。用高速混合機將木粉、聚丙烯、 玻璃纖維及所要添加的其它助劑混合均勻，然后使用雙蠊桿擠出機，將混合后 的物料擠出造粒。雙蠊桿擠出機料筒為多段加熱，各段溫度依次約為190"、 205"C、 215'C、 215C、 225X: 、 215" 、 210" 、 195^、 185'C,蠊桿轉(zhuǎn)速為170rpm。(2) 將冷卻后的粒料與發(fā)泡劑偶氮二甲酰胺、助發(fā)泡劑氧化鋅/硬脂酸鋅 混合均勻，在120C下干燥處理10小時。(3) 在210r的注塑溫度、40Mpa壓力、80cmVs注塑流量的工藝條件下， 通過注塑的方法將物料注射到板式模具中，控制模具溫度為40X:。(4) 自然降溫后脫模得到聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料制品。所得制品尺寸為 240x20x8mm,四周邊緣為封閉的板式夾層結(jié)構(gòu)，在厚度方向上，蒙皮厚度約 1.5mm,發(fā)泡層厚度約為5mm。實施例3一種玻璃纖維增強木粉/聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料，包括重量配比的玻璃纖維 15份、木粉30份、聚丙烯55份、助發(fā)泡劑氧化鋅/硬脂酸鋅0. 1份、發(fā)泡劑偶氮二甲酰胺1份，其它助劑為交聯(lián)引發(fā)劑過氧化二異丙苯0.03份、交聯(lián)鏈終 止劑二乙烯基苯1.2份、成核劑滑石粉(粒徑為3000目)3份、相容劑馬來酸 酐接枝聚丙烯5份。 按如下步驟操作(1) 用硅烷偶聯(lián)劑KH-570對木粉進行表面處理后再進行干燥處理。(2) 用髙速混合機將木粉、聚丙烯、玻璃纖維及所要添加的其它助劑混合 均勻，然后使用雙蠊桿擠出機，將混合后的物料擠出造粒。雙蠊桿擠出機料筒 為多段加熱，各段溫度依次約為190"、 205'C、 215'C、 215t:、 225"、 215'C、 210"、 195'C、 185"，蠊桿轉(zhuǎn)速為170rpm。(3) 將冷卻后的粒料與發(fā)泡劑、助發(fā)泡劑混合均勾，并進行干燥處理。(4) 在約210"的注塑溫度、40Mpa壓力、80cm7s注塑流量的工藝條件下， 將玻璃纖維/木粉/聚丙烯發(fā)泡物料注射到盤狀模具中，控制模具溫度為40C。(5) 自然降溫后脫模得到盤式聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料制品。參見附圖2，它 是按本實施例技術(shù)方案制備的盤式局部聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料制品的結(jié)構(gòu)示意圖(截面)；所得制品底盤尺寸為360X240X6mm，盤的突緣部分形成具有一定厚 度的不發(fā)泡結(jié)構(gòu)；底盤四周邊緣為封閉的夾層結(jié)構(gòu)，在厚度方向上，蒙皮層1 的厚度約1.2mm,發(fā)泡層2的厚度約3.6mm。
權(quán)利要求
1. 一種聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟如下①按重量比將聚丙烯10～75份，木或竹粉10～50份，玻璃纖維0～20份和其它助劑0～12份，用高速混合機混合均勻；②用雙螺桿擠出機，采用多段加熱，將上述混合后的物料擠出造粒；螺桿轉(zhuǎn)速為150～180rpm；各區(qū)溫度依次為前4段為185～200℃、其余各后段為205～180℃；③在冷卻后的粒料中，加入重量比為0.4～1份的發(fā)泡劑和0.1～0.2份的助發(fā)泡劑，制得發(fā)泡物料；④采用注射發(fā)泡工藝，控制發(fā)泡物料在料筒中的溫度為200～220℃，注塑流量為60～90cm3/s，注塑壓力為35～45Mpa，注塑模具溫度為35～50℃，制成中間為發(fā)泡層(2)、四周邊緣為封閉蒙皮層(1)結(jié)構(gòu)的聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料制品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料的制備方法，其特征在于 所述的其它助劑包括成核劑、交聯(lián)引發(fā)劑、交聯(lián)鏈終止劑和相容劑；按重量計， 各組分的比例分別為0 5份，0 0.03份，0 1.6份和0 5份。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料的制備方法，其特征在于 所述的發(fā)泡劑為偶氮二甲酰胺。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料的制備方法，其特征在于 所述的助發(fā)泡劑為氧化鋅和硬脂酸鋅。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的成核劑為滑石粉。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的交聯(lián)引發(fā)劑為過氧化二異丙苯。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的交聯(lián)鏈終止劑為二乙烯基苯。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的相容劑為丙烯酸化合物類接枝的聚丙烯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聚丙烯材料的注射發(fā)泡成型技術(shù)，特別涉及一種具有外蒙皮結(jié)構(gòu)的聚丙烯中空發(fā)泡復(fù)合材料的制備技術(shù)。按重量比將聚丙烯10～75份，木或竹粉10～50份，玻璃纖維0～20份和其它助劑0～12份，用高速混合機混合均勻；用雙螺桿擠出機，采用多段加熱，將物料擠出造粒；再加入重量比為0.4～1份的發(fā)泡劑和助發(fā)泡劑0.1～0.2份，制得發(fā)泡物料；采用注射發(fā)泡工藝，控制工藝條件和模具溫度，發(fā)泡結(jié)構(gòu)可以在指定的設(shè)計部位實現(xiàn)，制成中間為發(fā)泡層、四周邊緣為封閉蒙皮層結(jié)構(gòu)的聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料制品。所得材料或制品的密度低、比強度高，且環(huán)保、價廉，應(yīng)用領(lǐng)域廣。
文檔編號B29B9/02GK101269536SQ20081002410
公開日2008年9月24日 申請日期2008年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月30日
發(fā)明者楊曉雄, 聞荻江 申請人:蘇州大學(xué)