高温下具有优良性能的超薄发泡材料及其制备方法与流程

本发明属于聚合物材料制造技术领域，具体涉及一种具有优良高温性能的超薄发泡材料及其制备方法。

背景技术：

缓冲泡棉是以泡棉材料为基材通过复合离型材料制备而成的具有减震，吸音，密封作用的材料，广泛应用于电子电器产品，机械零部件，各类小家电，手机配件等的绝缘，粘贴，密封，防滑和缓冲防震。

压缩性和回弹性是表征泡棉好坏的两个基本特性，高压缩性泡棉的应用范围较广，可以填充到细小的缝隙里，回弹性是表征泡棉在多次或长时间压缩后能否保持原有的高度，是否还能继续提供减震缓冲以及良好应力搭接的特性。而对于在高温环境下使用的泡棉，例如oled屏下的缓冲材料，泡棉的高温保持力就显得更加重要。传统的pe、pu以及三聚氰胺泡棉具有良好的缓冲性和吸音性能，但是，由于材料本身特性以及加工工艺的限制，不能得到高发泡倍率且具有优良高温性能的超薄发泡材料。

传统的pe材料具有非常优异的综合性能，但是其热变形温度偏低，限制了它在高温环境的应用。为了满足电子产品轻量化，超薄化以及高温环境的使用需求，需要开发一种高发泡倍率，在高温条件下具有良好保持力的超薄发泡材料。

超高分子量聚乙烯指分子量150万以上的聚乙烯，是一种线型结构的高分子聚合物，属于热塑性工程塑料。超高分子量聚乙烯具有优异的机械、物理、化学等方面的性能，被广泛的应用于机械、化工、运输领域。虽然超高分子量聚乙烯具有非常优异的特性，但是其热变形温度偏低，这限制了它在较高温度环境中的应用。

如果能够提高超高分子量聚乙烯材料的热变形温度，那么这种材料就能适应高温环境下的使用，作为一种综合性能非常优秀的材料，来代替其它材料，极大的扩展其应用领域，更加充分的发挥它的优势。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种具有优良高温性能的超薄发泡材料及其制备方法，通过成分和工艺的综合设计，解决了超薄发泡材料在高温下保持力较差的问题，制备的泡棉厚度为0.1～0.2mm，70℃测试的平均拉伸强度为1.5mpa，压缩永久变形≤10％，泡棉180°反复弯曲1万次无明显变形。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种具有优良高温性能的超薄发泡材料，所述发泡材料的原料以及各个原料按重量份数计包括：

45～90份的超高分子量聚乙烯树脂，

5～30份的乙烯共聚物，

10～30改性填料，

2～20份的改性发泡剂，

0.5～3份的加工助剂，

其中，所述改性发泡剂由发泡剂和催化剂组成，催化剂占比改性发泡剂总重量的0.5～15％，

所述超薄发泡材料具有如下性能：

70℃测试时，平均拉伸强度不小于1.5mpa，70℃测试的压缩永久变形≤10％，180°反复弯曲1万次无变形。

进一步的，所述发泡材料的原料以及各个原料按重量份数计包括：

50～75份的超高分子量聚乙烯树脂

10～15份的乙烯共聚物

10～15改性填料

4～8份的改性发泡剂

0.5～3份的加工助剂

其中，所述改性发泡剂由发泡剂和催化剂组成，催化剂占比改性发泡剂总重量的1～2％。

进一步的，所述乙烯共聚物的拉伸强度为10～40mpa、断裂伸长率为1000～2000％、熔融指数为0.5～4g/10min。

进一步的，所述乙烯共聚物为乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯辛烯共聚物、硅橡胶和三元乙丙胶中的任意一种或多种，

所述改性填料为高岭土、碳酸钙、二氧化钛-的任意一种或多种。

进一步的，所述发泡材料厚度为0.1～0.3mm、发泡倍率为3～50、邵氏硬度c小于27。邵氏硬度所对应测量仪器为邵氏硬度计，主要分为三类：a型，c型和d型。其中c型适用于橡塑并用、塑料中含有发泡剂制成的微孔材料。

进一步的，所述发泡材料具有如下性能：25％压缩变形下的应力≤0.05mpa，50％压缩变形下的应力≤0.20mpa，75％压缩变形下的应力≤0.50mpa，

所述发泡材料最大压缩比≥0.70，纵向收缩≤1％，横向收缩≤0.5％。

进一步的，所述发泡材料具有闭孔结构。

按照本发明的第二个方面，还提供一种制备如上所述具有优良高温性能的超薄发泡材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将超高分子量聚乙烯树脂，乙烯共聚物，改性填料，改性发泡剂，加工助剂一起混炼混合，并在设定温度下进行造粒加工；

(2)将步骤(1)所造的母粒挤出成型，并匀速挤出形成片材；

(3)将挤出成型的片材放置于辐照源下进行辐照交联，所述辐照源包括高能电子加速器、紫外线，辐照剂量为20-50mrad；

(4)将交联后的片材放置于发泡炉中，在温度220-280℃下进行发泡，获得厚度范围在0.3-0.6mm范围内的半成品；

(5)将上述半成品通过热压缩拉伸装置进行拉伸，获得厚度范围在0.1-0.3mm范围内的超薄片。

进一步的，步骤(3)中，电子辐照交联的电子能量为0.5～3.0mev，辐照剂量为30～50兆拉德，进行电子辐照交联的发泡体基片片材层数为4～8层，扫面宽度为800～1000mm。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，其技术效果在于：

本发明中成分和工艺的设计较为巧妙和独特，其占比较多的主料为超高分子量聚乙烯树脂，但最终的发泡材料泡孔致密细腻，具有柔软性和回弹性能高的优点，在高温条件下具有优良的性能保持力，使泡棉单位厚度能起到更好的缓冲作用。

附图说明

图1是本发明实施例中制备超薄材料方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供了一种高温下具有优良性能的超薄发泡材料，所述发泡材料的原料以及各个原料按重量份数比计包括：45-90份超高分子量聚乙烯树脂、5-30份的乙烯共聚物、10-30改性填料。需要说明的是，发泡材料的原料按重量份数比计还包括2-20份发泡剂和加工助剂。其中加工助剂包括0.1-2份润滑剂、0.1-2份抗氧剂、0.5-2份成核剂，润滑剂、抗氧化剂以及成核剂均为加工助剂，但是加工助剂一共是0.5～3份。

其中，以45-90份超高分子量聚乙烯树脂，5-30份的乙烯共聚物为基准用于调整发泡材料的机械性能，10-30份改性填料用于调节材料的高温性能，2-20份发泡剂用于调整发泡材料的发泡倍率，0.1-2份的润滑剂用于调整发泡材料的加工性能，0.1-2份的抗氧剂用于控制发泡材料的老化性能和电子辐照剂量，0.5-3份的成核剂用于控制发泡材料泡孔的均匀性和孔径大小。

超高分子量聚乙烯树脂作为主料，最后制得的超薄发泡材料泡孔致密细腻，具有优良的高温性能。乙烯共聚物拉伸强度为10～40mpa、断裂伸长率为1000～2000％。上述参数的超高分子量聚乙烯熔体强度高，分子在熔融状态下的纠缠度高，可以提高泡孔孔壁强度，防止发泡过程中泡孔合并，进而提高泡孔的致密性，同时，上述参数的乙烯共聚物也具有优秀的加工性能。

在本发明的一个实施例中，所述乙烯共聚物为乙烯-醋酸乙烯共聚物、poe、epdm、硅橡胶中的任意一种或多种。所述改性填料为高岭土、碳酸钙、二氧化钛中的任意一种或多种。

其中，poe(乙烯辛烯共聚物)分子链段的柔顺性很好，且poe作为一种弹性体，可以增强发泡材料的回弹性；乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)能够有效防止粉料的析出，同时乙烯-醋酸乙烯共聚物作为一种弹性体树脂，可以增强发泡材料的柔软度；epdm(三元乙丙橡胶)自身会充油，可以降低原料粘度，易于加工，同时油会有少量析出，在一定程度上可以防止发泡材料粘片，而且epdm材料具有很好的弹性，可以增强发泡材料的回弹性，还能起到防滑的作用；硅橡胶分子链具有多种官能团，经过辐照交联后制得的发泡材料耐热性更好，更耐磨损，且在一定程度上可以防止粘片。

其中，所述发泡材料厚度为0.1～0.3mm、发泡倍率为3～50、硬度c小于27。所述发泡材料25％压缩变形下的应力≤0.05mpa，50％压缩变形下的应力≤0.20mpa，75％压缩变形下的应力≤0.50mpa。所述发泡材料最大压缩比≥0.70，70℃测试的压缩永久变形≤10％，纵向收缩≤1％，横向收缩≤0.5％。所述发泡材料具有闭孔结构。

具体的，发泡剂为偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酸酯、1,3-苯二磺酰肼、对甲苯磺酰肼中的一种或多种，催化剂为氧化锌，用于调节泡孔，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1098、抗氧剂626中的一种或多种，所述润滑剂为硬脂酸钙和硬脂酸锌中的一种或多种，所述成核剂为碳酸钙、二氧化硅、柠檬酸钠中的一种或多种。

本发明提供了一种制备如上所述具有优良高温性能的超薄发泡材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

(1)将超高分子量聚乙烯树脂，乙烯共聚物，改性填料，改性发泡剂，加工助剂一起混炼混合，并在设定温度下进行造粒加工；

(2)将步骤(1)所造的母粒挤出成型，并匀速挤出形成片材；

(3)将挤出成型的片材放置于辐照源下进行辐照交联，所述辐照源包括高能电子加速器，紫外线，辐照剂量为20-50mrad；

(4)将交联后的片材放置于发泡炉中，在温度220-280℃下进行发泡，获得厚度范围在0.3-0.6mm范围内的半成品；

(5)将上述半成品通过热压缩拉伸装置进行拉伸，获得厚度范围在0.1-0.3mm范围内的超薄片。

在实际工程实践中，具体的制备方法如下：

(1)按以下重量份数比：45-90份超高分子量聚乙烯树脂、5-30份乙烯共聚物、10-30改性填料、2-20份发泡剂、0.1-3份润滑剂、0.1-3份抗氧剂、0.5-3份成核剂，称取发泡材料的原料。

(2)将超高分子量聚乙烯树脂，改性填料，乙烯共聚物，改性发泡剂，加工助剂一起混炼混合，并在一定温度下进行造粒加工。步骤(2)中，将基础母粒与发泡剂、润滑剂、抗氧剂、成核剂进行捏合，可以使发泡剂、润滑剂、抗氧剂、成核剂在基础母粒中分散地更均匀，相容性会更好。

(3)将步骤(2)所造的母粒挤出成型，并匀速挤出形成片材。

(4)将挤出成型的片材放置于辐照源下进行辐照交联，所述辐照源包括高能电子加速器，紫外线，辐照剂量为20-50mrad。该步骤中，电子辐照交联的电子能量为0.5～3.0mev，辐照剂量为30～50兆拉德，进行电子辐照交联的发泡体基片片材层数为4～8层，扫面宽度为800～1000mm。

(5)将交联后的片材放置于发泡炉中，在温度220-280℃下进行发泡即可得厚度范围在0.3-0.6mm范围内的半成品。

(6)将上述半成品通过热压缩拉伸装置，即可获得厚度范围在0.1-0.3mm范围内的超薄片。

下面结合更具体的实施例进一步详细地说明本发明制备方法。

实施例1

本实施例制备一种具有优良高温性能的超薄发泡材料，所述发泡材料的原料按重量份数比计包括45份的超高分子量聚乙烯树脂、5份乙烯共聚物、10份改性填料、2份发泡剂、0.1份润滑剂、0.1份抗氧剂、0.5份成核剂。其中，乙烯共聚物的拉伸强度为40mpa、断裂伸长率为2000％、熔融指数为3g/10min。

一种具有优良高温性能的超薄发泡材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按以下重量份数比：45份的超高分子量聚乙烯树脂、5份乙烯共聚物、10份改性填料、2份发泡剂、0.1份润滑剂、0.1份抗氧剂、0.5份成核剂，称取发泡材料的原料；

(2)将步骤(1)中所称取的原料中的超高分子量聚乙烯树脂、乙烯共聚物在常温下捏合2～20分钟，然后排入挤出机造粒，以获得基础母粒；

(3)将步骤(2)中获得的基础母粒与发泡剂、润滑剂、抗氧剂、成核剂在常温下捏合2～20分钟，然后排入挤出机造粒，以获得发泡母粒；

(4)将步骤(3)中获得的发泡母粒使用挤出机挤出成片，以获得发泡体基片；

(5)将步骤(4)中获得的发泡体基片进行电子辐照交联，以获得发泡体母片；该步骤中，电子辐照交联的电子能量为3.0mev，辐照剂量为30兆拉德，进行电子辐照交联的发泡体基片片材层数为5层，扫面宽度为900mm。

(6)将步骤(5)中获得的发泡体母片自由式发泡，在温度260℃下进行发泡即可得厚度范围在0.3mm范围内的半成品。

(7)将上述半成品通过热压缩拉伸装置，即可获得厚度0.1mm的超薄片。

本实施例中，所述超薄发泡材料具有如下性能：

70℃测试时，平均拉伸强度1.5mpa，70℃测试的压缩永久变形10％，180°反复弯曲1万次无变形，所述发泡材料厚度为0.1mm，发泡倍率为4，邵氏硬度c26。25％压缩变形下的应0.05mpa，50％压缩变形下的应力0.18mpa，75％压缩变形下的应力0.5mpa，所述发泡材料最大压缩比0.71，纵向收缩≤1％，横向收缩≤0.5％。发泡材料具有闭孔结构。

实施例2

本实施例制备一种具有优良高温性能的超薄发泡材料，所述发泡材料的原料按重量份数比计包括90份的超高分子量聚乙烯树脂、30份乙烯共聚物、30份改性填料、20份发泡剂、0.5份润滑剂、0.5份抗氧剂、2份成核剂。其中，乙烯共聚物的拉伸强度为10mpa、断裂伸长率为1000％、熔融指数为0.5g/10min。

一种具有优良高温性能的超薄发泡材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按以下重量份数比：90份的超高分子量聚乙烯树脂、30份乙烯共聚物、30份改性填料、20份发泡剂、0.5份润滑剂、0.5份抗氧剂、2份成核剂，称取发泡材料的原料；

(2)将步骤(1)中所称取的原料中的超高分子量聚乙烯树脂、乙烯共聚物在常温下捏合2～20分钟，然后排入挤出机造粒，以获得基础母粒；

(3)将步骤(2)中获得的基础母粒与发泡剂、润滑剂、抗氧剂、成核剂在常温下捏合2～20分钟，然后排入挤出机造粒，以获得发泡母粒；

(4)将步骤(3)中获得的发泡母粒使用挤出机挤出成片，以获得发泡体基片；

(5)将步骤(4)中获得的发泡体基片进行电子辐照交联，以获得发泡体母片；该步骤中，电子辐照交联的电子能量为0.5mev，辐照剂量为50兆拉德，进行电子辐照交联的发泡体基片片材层数为4层，扫面宽度为800mm。

(6)将步骤(5)中获得的发泡体母片自由式发泡，在温度280℃下进行发泡即可得厚度范围在0.6mm范围内的半成品。

(7)将上述半成品通过热压缩拉伸装置，即可获得厚度0.3mm的超薄片。

本实施例中，所述超薄发泡材料具有如下性能：

70℃测试时，平均拉伸强度1.9mpa，70℃测试的压缩永久变形7％，180°反复弯曲1万次无变形，所述发泡材料厚度为0.3mm，发泡倍率为50，邵氏硬度c小于22。25％压缩变形下的应力0.05mpa，50％压缩变形下的应力0.20mpa，75％压缩变形下的应力0.48mpa，所述发泡材料最大压缩比0.80，纵向收缩≤1％，横向收缩≤0.5％。发泡材料具有闭孔结构。

实施例3

本实施例制备一种具有优良高温性能的超薄发泡材料，所述发泡材料的原料按重量份数比计包括50份的超高分子量聚乙烯树脂、10份乙烯共聚物、10份改性填料、4份发泡剂、0.2份润滑剂、0.1份抗氧剂、0.2份成核剂。其中，乙烯共聚物的拉伸强度为30mpa、断裂伸长率为1500％、熔融指数为4g/10min。

一种具有优良高温性能的超薄发泡材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按以下重量份数比：50份的超高分子量聚乙烯树脂、10份乙烯共聚物、10份改性填料、4份发泡剂、0.2份润滑剂、0.1份抗氧剂、0.2份成核剂，称取发泡材料的原料；

(2)将步骤(1)中所称取的原料中的超高分子量聚乙烯树脂、乙烯共聚物在常温下捏合2～20分钟，然后排入挤出机造粒，以获得基础母粒；

(3)将步骤(2)中获得的基础母粒与发泡剂、润滑剂、抗氧剂、成核剂在常温下捏合2～20分钟，然后排入挤出机造粒，以获得发泡母粒；

(4)将步骤(3)中获得的发泡母粒使用挤出机挤出成片，以获得发泡体基片；

(5)将步骤(4)中获得的发泡体基片进行电子辐照交联，以获得发泡体母片；该步骤中，电子辐照交联的电子能量为2mev，辐照剂量为40兆拉德，进行电子辐照交联的发泡体基片片材层数为8层，扫面宽度为1000mm。

(6)将步骤(5)中获得的发泡体母片自由式发泡，在温度220℃下进行发泡即可得厚度范围在0.4mm范围内的半成品。

(7)将上述半成品通过热压缩拉伸装置，即可获得厚度0.2mm的超薄片。

本实施例中，所述超薄发泡材料具有如下性能：

70℃测试时，平均拉伸强度1.8mpa，70℃测试的压缩永久变形8％，180°反复弯曲1万次无变形，所述发泡材料厚度为0.2mm，发泡倍率为25，邵氏硬度c25。25％压缩变形下的应力0.04mpa，50％压缩变形下的应力0.15mpa，75％压缩变形下的应力0.46mpa，所述发泡材料最大压缩比0.75，纵向收缩≤1％，横向收缩≤0.5％。发泡材料具有闭孔结构。

实施例4

本实施例制备一种具有优良高温性能的超薄发泡材料，所述发泡材料的原料按重量份数比计包括75份的超高分子量聚乙烯树脂、15份乙烯共聚物、15份改性填料、8份发泡剂、1份润滑剂、1份抗氧剂、1份成核剂。其中，乙烯共聚物的拉伸强度为35mpa、断裂伸长率为1800％、熔融指数为2g/10min。

一种具有优良高温性能的超薄发泡材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按以下重量份数比：75份的超高分子量聚乙烯树脂、15份乙烯共聚物、15份改性填料、8份发泡剂、1份润滑剂、1份抗氧剂、1份成核剂，称取发泡材料的原料；

(2)将步骤(1)中所称取的原料中的超高分子量聚乙烯树脂、乙烯共聚物在常温下捏合2～20分钟，然后排入挤出机造粒，以获得基础母粒；

(3)将步骤(2)中获得的基础母粒与发泡剂、润滑剂、抗氧剂、成核剂在常温下捏合2～20分钟，然后排入挤出机造粒，以获得发泡母粒；

(4)将步骤(3)中获得的发泡母粒使用挤出机挤出成片，以获得发泡体基片；

(5)将步骤(4)中获得的发泡体基片进行电子辐照交联，以获得发泡体母片；该步骤中，电子辐照交联的电子能量为1mev，辐照剂量为45兆拉德，进行电子辐照交联的发泡体基片片材层数为7层，扫面宽度为1000mm。

(6)将步骤(5)中获得的发泡体母片自由式发泡，在温度250℃下进行发泡即可得厚度范围在0.4mm范围内的半成品。

(7)将上述半成品通过热压缩拉伸装置，即可获得厚度范围为0.2mm的超薄片。

本实施例中，所述超薄发泡材料具有如下性能：

70℃测试时，平均拉伸强度2.2mpa，70℃测试的压缩永久变形6％，180°反复弯曲1万次无变形，所述发泡材料厚度为0.2mm，发泡倍率为25，邵氏硬度c22。25％压缩变形下的应力0.03mpa，50％压缩变形下的应力0.15mpa，75％压缩变形下的应力0.40mpa，所述发泡材料最大压缩比0.85，纵向收缩≤1％，横向收缩≤0.5％。发泡材料具有闭孔结构。

对比例1：

原料与制备方法与实施例4一致，区别点在于实施例4中75份的超高分子量聚乙烯树脂换成75份低密度聚乙烯。

对比例1中，所述超薄发泡材料具有如下性能：

70℃测试时，平均拉伸强度1.3mpa，70℃测试的压缩永久变形15％，180°反复弯曲1万次已变形，所述发泡材料厚度为0.2mm、发泡倍率为3、邵氏硬度c35。25％压缩变形下的应力0.09mpa，50％压缩变形下的应力0.30mpa，75％压缩变形下的应力0.70mpa，所述发泡材料最大压缩比0.50，纵向收缩2％，横向收缩1％。发泡材料具有闭孔结构。

本发明中，超高分子量聚乙烯树脂是指分子量100万以上的聚乙烯。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。