一种以水作发泡剂生产长玻纤增强聚丙烯发泡注射制品的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于聚合物材料的加工制造技术领域，具体设及一种W水作发泡剂生产长 玻纤增强聚丙締发泡注射制品的方法。
【背景技术】
[0002] 相对于常规聚丙締制品，玻纤增强聚合物制品具有力学性能高、导电性可调、重量 轻、容易成型等一系列优点，因而其在电子信息、电磁屏蔽、汽车制造等领域的应用不断扩 大，其中，因生产率高、制品形状、尺寸精确等，注射制品占有较大的比例。其中，依据纤维的 长度等，可将其分为长纤增强、短纤增强、W及连续纤维增强等。长纤增强聚合物复合材料 是指纤维长度大于5mm，长径比大于500的非连续纤维增强复合材料。与短纤维增强复合材 料相比，由于纤维长径比，纤维在聚合物基体中易形成=维搭接骨架结构，其力学性能较相 同纤维含量的短纤维增强聚合物提高80% W上，在轻量化制造中有广阔的应用前景。
[0003] 同时，在具体制品的成型加工过程中，玻纤，尤其是长玻纤，容易在充模过程中发 生断裂，从而减少了纤维的作用。为了防止玻纤的断裂，在注射过程中一般采用低速低压的 注射、塑化及保压等，运并不利于制品力学性能的进一步提高，同时，制品会因保压不足而 出现表面缺陷。近年来，由于隔音、隔热、吸震W及节省原材料等优点，聚合物发泡制品被广 泛应用。而发泡制品利用气体进行保压则可能会解决运类问题。
[0004] 通常，发泡制品内部的泡孔是由塑料原料在成型过程中产生或外加某些气体而形 成的。按照泡孔形成及发泡剂类型的不同，可包括化学发泡、物理发泡及机械混合发泡等。 运些方法各有所长，但也均存在相应的限制。比如:化学发泡法利用化学发泡剂受热分解而 产生气体从而在制品内部形成大量的泡孔，达到节约原料的目的，该方法工艺简单，无须增 加相应的设备，从而易于操作。国内专利[王滨，吴汾，蒋顶军，汪信.一种长玻纤增强聚丙締 微发泡材料及其制备方法[C].中国发明专利，申请号CN201410432743]公开了一种利用化 学发泡剂制备纤维增强聚丙締发泡材料的方法，但也存在发泡剂的残留物等环境问题，其 对加工溫度的区间也往往限制较多。
[0005] 物理发泡及机械混合发泡等不存在运些问题，国内专利[宋伟华.一种玻纤增强聚 丙締微发泡材料、制备方法及其应用[C].中国发明专利，授权号CN102675734B]公开了一种 利用超临界流体作为物理发泡法制备纤维增强聚丙締发泡材料的方法，但该方法引入的超 临界流体需要相应的胆存装置及专用的微发泡注射成型设备，从而为其应用带来了不便。
[0006] 水可W成为一种优良的发泡剂，即可W作为化学发泡剂参与化学反应而产生气 体，也可W靠自身加热而形成水蒸汽从而成为物理发泡剂。国际专利公开了一种利用水作 为发泡剂的发泡注射制品的生产制造方法。[化rng LS，Peng J.Method of Fabricating an Injection Molded Component[口，International Patent,W02012/099640A1.]该方法 利用水在高溫下沸腾汽化能转变为蒸汽的原理，将水作为物理发泡剂添加到普通的螺杆式 注射成型机中来生产发泡制品，在该过程中，可将氯化钢、氯化巧或氯化儘等无机物溶于水 中而成为成核剂。但运种方法的前提是所加工的树脂本身要易于吸水，因而，它在PC材料中 取得到了一定的应用效果，但想进一步提高吸水率仍很困难。同时，该方法对吸水率较低的 材料则更不易实现。另外，该方法的水含量的控制也很困难。
[0007] 要想实现水含量的较好控制，寻找更为合适的载体成为关键。美国OHIO州的研究 学者发现了一种利用活性炭作为水载体的注射方法[Cabrera ED，Mulyana R,Castro JM, Lee LJ,Min Y. Pressurized Water Pellets and Supercritical Nitrogen in Injection Molding[J].Journal of Applied Polymer Science,2013,127:3760-3767.]， 该方法被证实能够适用于TOP及PS材料。但通过普通注射机对长玻纤增强聚丙締材料进行 发泡成型是比较困难的，其主要在于防止纤维的断裂从而达到力学性能的最优化和实现水 发泡的控制两者是相互矛盾的。一般的，防止纤维的断裂要求材料经历较低的剪切，从而注 射及塑化均要求慢速;水发泡的控制则要求水在合适的时候正好全部分解成为气体形成气 烙混合物并顺利充入模具内，在配合注射机的动作时，气烙混合物也很容易自动从料筒前 方流出或喷出；因而，实现两者的平衡需要材料自身特性、发泡特性、时间、压力及溫度等诸 多因素的合适配合。因而该方法对于长玻纤增强聚丙締材料的适用性仍不清楚。
[0008] 为推进长玻纤增强聚丙締材料更大程度的应用，同时，利用水的易于施加，方便等 特性，寻找一种可操作性强、加工控制容易的长玻纤增强聚丙締发泡材料的制备及其水发 泡注射成型方法显得较为重要。
【发明内容】
[0009] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种W水作发泡剂生 产长玻纤增强聚丙締发泡注射制品的方法，W解决在不对普通注射机作任何改动的情况 下，即可方便生产出相应的长纤维增强聚丙締发泡制品。
[0010] 技术方案:为实现上述目的，本发明采用W下技术方案：
[0011] -种W水作发泡剂生产长玻纤增强聚丙締发泡注射制品的方法，包括W下步骤：
[0012] (1)将聚丙締、抗氧剂、润滑剂、相容剂、活性炭、成核剂、玻纤束等原始材料干燥处 理；
[0013] (2)将步骤(1)干燥后的聚丙締与相容剂、抗氧剂、润滑剂混合均匀后，通过塑料挤 出机烙融并挤出，同时，将玻纤束经牵引后连续进入浸溃机头内，在口模中完成树脂对玻纤 束的浸溃，物料挤离机头后经冷却、切粒后制得长玻纤增强聚丙締母料；
[0014] (3)将步骤(1)干燥后的聚丙締、相容剂、成核剂、活性炭混合后通过塑料挤出机烙 融、挤出、切粒后制得均匀的颗粒，并干燥处理后，得到基体混合物料；
[0015] (4)将蒸馈水喷洒到步骤(3)制得的基体混合物料中，形成载水物料；
[0016] (5)将步骤(2)所得的长玻纤增强聚丙締母料按照一定比例加入到步骤(4)所得的 载水物料中，混合均合后制备成长玻纤增强聚丙締发泡物料；
[0017] (6)将步骤(5)的长玻纤增强聚丙締发泡物料加入到塑料注射机中生产发泡注射 制品。
[0018] 作为优选，所述步骤(2)中塑料挤出机的螺杆转速和玻纤束的牵引速度相互适应， 从而控制长玻纤增强聚丙締母料中的长玻纤含量在30~50wt%之间。塑料挤出机的螺杆转 速过快，则玻纤束的浸溃充分，但塑料挤出机机头内的烙体压力过高;玻纤束的牵引速度过 快，则玻纤束的浸溃不充分，长玻纤增强聚丙締母料中的玻纤含量会过高，达不到提高聚丙 締与纤维间的结合强度的效果。
[0019] 作为优选，所述步骤(2)中长玻纤增强聚丙締母料中长玻纤的长度为5~25mm，玻 纤长度过小时，材料受到载荷后的，玻璃纤维就会较容易被拔出，玻纤的强度得不到充分发 挥，当玻纤过长时，加工时会容易发生断裂从而造成性能反而下降。
[0020] 作为优选，所述步骤(2)中的聚丙締原料流动性应该适宜，烙体指数太低，则其流 动性差，不利于玻纤的浸溃;烙体指数太高，则其流动性太好，会增加其挤出口模后的定型 难度。步骤(2)塑料挤出机最好选择烙体指数在10~lOOg/lOmin之间，其烙体溫度为180~ 210°C，该溫度适宜聚丙締的烙融，并利于玻纤的浸溃。
[0021] 作为优选，所述步骤(3)中的聚丙締材料与步骤(2)中的聚丙締原料相同或不同， 其流动性应该适宜，步骤(3)塑料挤出机最好选择烙体指数在3~20g/10min之间，其烙体溫 度可确实在170~200°C之间。烙体指数太低，则其流动性差，加入玻纤后流动性会进一步降 低，从而给后续的加工带来困难;烙体指数太高，则其流动性太好，增加了后续的发泡过程 中物料在料筒及整个成型过程中的控制难度。
[0022] 作为优选，所述步骤(2)和步骤(3)中的相容剂为同种或异种。该相容剂的主要作 用在于提高非极性的聚丙締树脂与玻纤的界面作用力。如果该相容剂用