本发明涉及一种泡沫材料领域，且特别涉及一种PVC泡沫芯材及其生产工艺。
背景技术：
：泡沫夹层结构复合材料是一种采用树脂基复合材料作为蒙皮，采用泡沫塑料作为芯材的夹层结构形式，由于其具有强度高、重量轻、刚度大、耐腐蚀、电绝缘、透微波等优异的特性，而越来越被广泛用于风力发电、轨道交通、节能建筑、航空航天等行业中，极大满足了这些行业的发展需要。目前被用作夹层结构的泡沫芯材主要有聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PUR)、聚醚酰亚胺(PEI)等泡沫。其中交联PVC泡沫，由于其性能稳定、质地均匀、动静力学性能良好、耐多种化学物质腐蚀，能够适用于承载要求高的部位，而且价格适中，因此在各个领域得到了广泛应用。但是，由于目前泡沫芯材性能的局限性，还是无法应用于某些特殊领域。比如，风电叶片等产业领域仍采用传统的板材、木材等制作叶片，制得的叶片稳定性差，不耐腐蚀、重量大、成本高。因此，需要利用价廉易得、化学稳定性好、耐腐蚀的PVC树脂合成一种低密度、高强度且可用于风电叶片等产业领域的结构泡沫材料，以期代替传统的板材、木材等制作风电叶片，从而减轻重量、降低成本，提高使用价值。目前，有能力实现PVC泡沫芯材规模生产的厂家不多，国内常州天晟新材料股份有限公司，其生产的Struell系列泡沫基本能够满足风电叶片的要求，但是生产的泡沫仍存在成品率低、产品质量有待提高的缺陷。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种PVC泡沫芯材，密度低、强度高，可用于风电叶片等产业领域，且成品率高、产品质量好。本发明的另一目的在于提供一种PVC泡沫芯材的生产工艺，方法简单，成品率高，适合规模化生产。本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本发明提出一种PVC泡沫芯材，其由以下原料制成，按质量百分数计，原料包括：30％-80％聚氯乙烯；10％-50％异氰酸酯；2％-10％发泡剂；0.5％-4％环氧组分；2％-20％酸酐组分；以及1％-3％填料。进一步地，在本发明较佳实施例中，异氰酸酯包括1,5-萘二异氰酸酯、多亚甲基多苯基异二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、碳化二亚胺改性异氰酸酯中的至少一种。进一步地，在本发明较佳实施例中，发泡剂包括质量比为0.1-0.8:1的偶氮二甲酰胺和偶氮二异丁腈。进一步地，在本发明较佳实施例中，环氧组分包括环氧大豆油、环氧甘油三酯、环氧乙烷、环氧树脂、环氧动物油中的至少一种。进一步地，在本发明较佳实施例中，酸酐包括六氢苯酐、甲基六氢苯酐、马来酸酐、丁二酸酐、均苯四甲酸二酐或顺-环己烷-1,2-二羧酸酐中的至少一种。进一步地，在本发明较佳实施例中，填料为有机填料或无机填料，有机填料包括壳聚糖、胺基改性聚己内酯、甲壳素、生物碱中的一种或至少两种的混合物。进一步地，在本发明较佳实施例中，原料还包括胺基组分，胺基组分的加入量占其他原料总量的1％以下，胺基组分包括聚酰胺-胺、聚丙烯亚胺、聚乙烯亚胺中的至少一种。一种PVC泡沫芯材的生产工艺，其包括以下步骤：将除聚氯乙烯以外的原料倒入搅拌机中循环进行搅拌混合、均质，得到预混料；在预混料中加入聚氯乙烯搅拌混合，再在真空度≤-0.09MPa的条件下继续搅拌混合，总搅拌混合时间为30-90min，得到糊状混合物；将糊状混合物注入模具中，在压强为5-35Mpa的条件下进行模压，先升温至159-197℃、保温41-72min，再冷却至室温、保温14-31min，得到半发泡胚块；将半发泡胚块置于水浴环境或蒸汽室中进行膨胀，分阶段逐步升温，每次升温后保温至少35-120min，直至升温至72-97℃，得到半成品泡沫；将半成品泡沫置于33-89℃的水浴环境或蒸汽室中进行固化。进一步地，在本发明较佳实施例中，对加入聚氯乙烯之前的原料的搅拌混合温度不高于30℃；对加入聚氯乙烯之后的原料的搅拌混合温度不高于35℃。进一步地，在本发明较佳实施例中，固化时间为3-10天。本发明实施例的PVC泡沫芯材及其生产工艺的有益效果是：本发明实施例的PVC泡沫芯材的原料按质量百分数计包括30％-80％聚氯乙烯、10％-50％异氰酸酯、2％-10％发泡剂、0.5％-4％环氧组分、2％-20％酸酐组分和1％-3％填料，生产该PVC泡沫芯材时，先将除聚氯乙烯以外的原料进行预混，加入聚氯乙烯进行主混这种两步混料的方式，再采用分阶段控温法进行模压，实现胚胎均匀成型，接着采用分阶段升温、保温的方式进行膨胀，最后进行固化。该生产工艺方法简单，成品率高，适合规模化生产；制得的PVC泡沫芯材，密度低、强度高，可用于风电叶片等产业领域，且成品率高、产品质量好。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本发明实施例的PVC泡沫芯材及其生产工艺进行具体说明。本发明实施例提供一种PVC泡沫芯材，其由以下原料制成，按质量百分数计，原料包括：30％-80％聚氯乙烯PVC；10％-50％异氰酸酯；2％-10％发泡剂；0.5％-4％环氧组分；2％-20％酸酐组分；以及1％-3％填料。其中，异氰酸酯包括1,5-萘二异氰酸酯、多亚甲基多苯基异二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、碳化二亚胺改性异氰酸酯中的至少一种。发泡剂包括质量比为0.1-0.8:1的偶氮二甲酰胺AC和偶氮二异丁腈AIBN。环氧组分包括环氧大豆油、环氧甘油三酯、环氧乙烷、环氧树脂、环氧动物油中的至少一种。酸酐包括六氢苯酐、甲基六氢苯酐、马来酸酐、丁二酸酐、均苯四甲酸二酐或顺-环己烷-1,2-二羧酸酐中的至少一种。填料可选范围比较广，有机填料或无机填料均可，有机填料包括壳聚糖、胺基改性聚己内酯、甲壳素、生物碱中的一种或至少两种的混合物，均为可再生资源或可循环利用资源。原料还包括胺基组分，胺基组分的加入量占其他原料总量的1％以下，胺基组分包括聚酰胺-胺PAMAM、聚丙烯亚胺PPI、聚乙烯亚胺中的至少一种PEI。胺基组分为带胺基的大分子组分，其可与其他原料反应，交联形成网状结构，提高PVC泡沫芯材产品的韧性和刚性，满足风电叶片等产业领域的需求。本发明实施例还提供一种PVC泡沫芯材的生产工艺，其包括以下步骤：S1备料：按质量百分数计，准备原料：30％-80％聚氯乙烯PVC；10％-50％异氰酸酯；2％-10％发泡剂；0.5％-4％环氧组分；2％-20％酸酐组分；以及1％-3％填料。S2混合工艺：(1)预混：将除聚氯乙烯以外的原料倒入搅拌机中循环进行搅拌混合、均质，搅拌混合温度不高于30℃，得到预混料。(2)主混：在预混料中加入聚氯乙烯搅拌混合，再在真空度≤-0.09MPa的条件下，继续搅拌混合，总搅拌混合时间为30-90min，搅拌混合温度不高于35℃，得到均匀的糊状混合物。本实施例采用行星式搅拌机进行混合，实现对搅拌速度、时间、真空度等的控制，采用均质泵进行均质，实现物料的均匀混合。由于本实施例中，除PVC以外的原料的总质量占比较小，其中还包括一些质量占比非常小的组分，比如发泡剂、环氧组分、酸酐组分和填料，如果直接将质量占比小的小料与主料PVC混合，很难混合均匀，易出现团聚结块现象，而原料的均匀性直接影响产品PVC泡沫芯材的质量。因此，本实施例采用两步混料的方式，首先将除PVC以外的原料进行预混，具体是采用混合→均质→混合→均质这种的循环预混方式，能够将除PVC以外的小料充分、均匀混合；再加入PVC进行主混，具体是先将混合均匀的小料与PVC进行混合，使各种小料均匀悬浮于整个原料体系中，保证经过后续静态处理后，制得的产品成品率高，并且还要在真空条件下进行混合脱泡，达到消除原料体系中气泡的目的，避免制得的产品内部泡孔不均匀。S3模压工艺：将糊状混合物注入密封性良好的模具中，在压强为5-35Mpa的条件下进行模压，先升温至159-197℃、保温41-72min，再冷却至室温、保温14-31min，得到半发泡胚块。本实施例采用多层压机进行模压，具体是采用1500T多层压机系统，实现对模压压力、温度、时间等的精确控制，采用模具实现产品的胚胎成型。而且在模压前，将混合物料注入模具，加盖一层PET薄膜，再送入多层压机内进行模压，保证模压受力的均匀性，模压后的胚胎平整性好。本实施例在模压时采用分阶段控温法，先缓慢升温、保温、再缓慢降温，实现胚胎的所有部分(包括表皮和内壁)均匀成型，若温度过高，易导致PVC的降解，若温度过低，易导致制得的PVC泡沫芯材产品内部泡孔不均匀。S4膨胀工艺：将半发泡胚块置于水浴环境或蒸汽室中进行膨胀，分阶段逐步升温，每次升温后保温至少35-120min，直至升温至72-97℃，膨胀到设计密度，得到半成品泡沫。本实施例采用恒温恒湿室，及自动化程序控制，实现温度、湿度、时间等参数的精确控制。由于热膨胀是一个动态变化的过程，温度、湿度、时间是关键影响因素，若温度低、时间短则膨胀倍率不高，且交联度低，若温度高易导致PVC降解；若湿度低则发泡倍率和效率低，湿度越高越好。本实施例采用分阶段升温、保温的方式，使胚胎由表皮到内部逐步膨胀，从而实现胚胎的所有部分均匀膨胀的目的，这样一来，不仅得到的PVC泡沫芯材去皮少，而且成品率高，制成后续产品的损耗率极低。而且，本实施例热膨胀处理最后的出模温度不高于95℃，避免膨胀后的粗产品质地变疏松、泡孔变大，影响PVC泡沫芯材质量。S5固化工艺：将半成品泡沫置于33-89℃的水浴环境或蒸汽室中放置3-10天，进行固化，将多余的氰酸基反应，得到硬质的PVC泡沫芯材。本实施例采用恒温恒湿室实现对温度、湿度和时间的精确控制。为提高生产效率、提高产品强度、改善产品性能，需要对膨胀处理后的粗产品进行后固化工序。若固化工艺中热处理温度过高，易导致尺寸变化，成品率降低；但温度太低，则固化效率会大大下降。以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1本发明实施例提供一种PVC泡沫芯材，其采用以下生产工艺制得：S101准备原料：50kgPVC，31.9kg1,5-萘二异氰酸酯，5.1kgAIBN，2kgAC，1kg环氧树脂，8kg丁二酸酐，以及2kg壳聚糖。S102混合：将除PVC以外的原料倒入行星式搅拌机中进行预混，先于50rpm下混合25min，采用均质泵均质2min，再于50rpm下混合20min，均质2min，再于35rpm下混合10min，均质2min，预混时的温度不高于30℃，得到预混料。在预混料中加入PVC，在真空≤-0.09MPa的条件下，于35rpm下混合15min，主混时的温度不高于35℃，得到糊状混合物。S103模压：将糊状混合物注入模具，加盖一层PET薄膜，再送入1500T多层压机系统中进行模压，先在30min内由室温升温至159℃，保温72min，再在30min内降温到室温，保温31min，得到半发泡胚块。S104膨胀：将半发泡胚块在恒温恒湿室内，饱和湿度的条件下进行膨胀，在30min内升温到95℃，保温100min，再升温到97℃，保温100min，得到半成品泡沫。S105固化：将半成品泡沫在恒温恒湿室内进行固化，在60-70℃、饱和湿度的条件下，放置8天，即得PVC泡沫芯材，成品率达82％。实施例2本发明实施例提供一种PVC泡沫芯材，其采用以下生产工艺制得：S201准备原料：60kgPVC，26.2kg甲苯二异氰酸酯，4kgAIBN，2kgAC，0.6kg环氧大豆油，6.2kg甲基六氢苯酐，以及1kg甲壳素。S202混合：将除PVC以外的原料倒入行星式搅拌机中进行预混，于60rpm下混合5min，采用均质泵均质3min，按上述过程共循环进行5次，预混时的温度不高于30℃，得到预混料。在预混料中加入PVC，在真空≤-0.09MPa条件下，于50rpm下混合30min，主混时的温度不高于35℃，得到糊状混合物。S203模压：将糊状混合物料注入模具，加盖一层PET薄膜，再送入1500T多层压机系统中进行模压，先在15min内由室温升温至195℃，保温42min，再在25min内降温到室温，保温15min，得到半发泡胚块。S204膨胀：将半发泡胚块在恒温恒湿室内，饱和湿度的条件下进行膨胀，分4次升温到90℃，每次升温后保温60min，得到半成品泡沫。S205固化：将半成品泡沫在恒温恒湿室内进行固化，在60℃、饱和湿度的条件下，放置8天，即得PVC泡沫芯材，成品率达87％。实施例3本发明实施例提供一种PVC泡沫芯材，其采用以下生产工艺制得：S301准备原料：40kgPVC，36.5kg碳化二亚胺改性异氰酸酯，7kgAIBN，3kgAC，1.5kg环氧甘油三酯，10kg均苯四甲酸二酐，以及2kg生物碱，1kg聚乙烯亚胺(占其余原料总量的1％)。S302混合：将除PVC以外的原料倒入行星式搅拌机中进行预混，先于30rpm下混合4min，均质5min，再于40rpm下混合5min，均质6min，再于50rpm下混合6min，均质7min，预混时的温度不高于30℃，得到预混料。在预混料中加入PVC，进行主混，于50rpm下混合30min，主混时的温度不高于35℃，得到糊状混合物。S303模压：将糊状混合物注入模具，加盖一层PET薄膜，再送入1500T多层压机系统中进行模压，先在20min内由室温升温至185℃，保温62min，再在30min内降温到室温，保温21min，得到半发泡胚块。S304膨胀：将半发泡胚块在恒温恒湿室内，饱和湿度的条件下进行膨胀，分5次升温至92℃，每次升温后保温45min，得到半成品泡沫。S305固化：将半成品泡沫在恒温恒湿室内进行固化，在70℃、饱和湿度的条件下，放置6天，即得PVC泡沫芯材，成品率达87％。实施例4本发明实施例提供一种PVC泡沫芯材，其采用以下生产工艺制得：S401准备原料：50kgPVC，31.9kg1,5-萘二异氰酸酯，5.1kgAIBN，2kgAC，1kg环氧树脂，8kg丁二酸酐，以及2kg壳聚糖。S402混合：将除PVC以外的原料倒入行星式搅拌机中进行预混，先于35rpm下混合57min，采用均质泵均质5min，再于35rpm下混合5min，均质8min，预混时的温度不高于30℃，得到预混料。在预混料中加入PVC，进行主混，先于35rpm下混合15min，再在真空≤-0.09MPa的条件下，于30rpm下混合15min，主混时的温度不高于35℃，得到糊状混合物。S403模压：将糊状混合物注入模具，加盖一层PET薄膜，再送入1500T多层压机系统中进行模压，先在20min内由20℃升温至170℃，保温60min，再在30min内降温到25℃，保温20min，得到半发泡胚块。S404膨胀：将半发泡胚块在恒温恒湿室内，饱和湿度的条件下进行膨胀，在20min内升温到87℃，保温1.5h，再升温到90℃，保温1.5h，升温到92℃，得到半成品泡沫。S405固化：将半成品泡沫在恒温恒湿室内进行固化，在60-70℃、饱和湿度的条件下，放置6-8天，即得PVC泡沫芯材，成品率达90％。实施例5本发明实施例提供一种PVC泡沫芯材，其采用以下生产工艺制得：S501准备原料：60kgPVC，26.2kg甲苯二异氰酸酯，4kgAIBN，2kgAC，0.6kg环氧大豆油，6.2kg甲基六氢苯酐，以及1kg甲壳素。S502混合：将除PVC以外的原料倒入行星式搅拌机中进行预混，先于30rpm下混合7min，采用均质泵均质7min，再于30rpm下混合7min，均质10min，预混时的温度不高于30℃，得到预混料。在预混料中加入PVC，进行主混，先于30rpm下混合20min，再在真空≤-0.09MPa条件下，于26rpm下混合20min，主混时的温度不高于35℃，得到糊状混合物。S503模压：将糊状混合物料注入模具，加盖一层PET薄膜，再送入1500T多层压机系统中进行模压，先在15min内由15℃升温至160℃，保温70min，再在25min内降温到30℃，保温15min，得到半发泡胚块。S504膨胀：将半发泡胚块在恒温恒湿室内，饱和湿度的条件下进行膨胀，在15min内升温到86℃，保温2h，再升温到89℃，保温2h，升温到92℃，得到半成品泡沫。S505固化：将半成品泡沫在恒温恒湿室内进行固化，在60℃、饱和湿度的条件下，放置8天，即得PVC泡沫芯材，成品率达86％。实施例6本发明实施例提供一种PVC泡沫芯材，其采用以下生产工艺制得：S601准备原料：40kgPVC，36.5kg碳化二亚胺改性异氰酸酯，7kgAIBN，3kgAC，1.5kg环氧甘油三酯，10kg均苯四甲酸二酐，以及2kg生物碱，1kg聚丙烯亚胺PPI(占其余原料总量的1％)。S602混合：将除PVC以外的原料倒入行星式搅拌机中进行预混，先于40rpm下混合3min，采用均质泵均质3min，再于40rpm下混合3min，均质5min，预混时的温度不高于30℃，得到预混料。在预混料中加入PVC，进行主混，先于40rpm下混合10min，再在真空≤-0.09MPa条件下，于34rpm下混合10min，主混时的温度不高于35℃，得到糊状混合物。S603模压：将糊状混合物注入模具，加盖一层PET薄膜，再送入1500T多层压机系统中进行模压，先在25min内由20℃升温至180℃，保温50min，再在35min内降温到20℃，保温15min，得到半发泡胚块。S604膨胀：将半发泡胚块在恒温恒湿室内，饱和湿度的条件下进行膨胀，在25min内升温到88℃，保温1h，再升温到91℃，保温1h，升温到95℃，得到半成品泡沫。S605固化：将半成品泡沫在恒温恒湿室内进行固化，在70℃、饱和湿度的条件下，放置6天，即得PVC泡沫芯材，成品率达88％。产品性能分析：一、通过实施例1-6可以看出，按照本发明生产工艺制得的PVC泡沫芯材成品率达86％以上，适合规模化生产。二、由于本发明实施例的PVC泡沫芯材的主要目标是用于风电叶片等产业领域，当该PVC泡沫材料用于风电叶片芯材时，需要具有提高叶片刚度，增加稳定性并且减轻叶片质量的作用。PVC泡沫芯材的力学性能会影响到叶片的力学性能，同时PVC泡沫芯材密度不同，会对叶片的质量分布也会产生影响，进而会影响到叶片的载荷分布。用于风电叶片的PVC泡沫材料的关键性能指标和测试标准如下表所示：表1PVC泡沫材料的性能指标和测试标准性能测试标准单位P60公称密度ISO845Kg/m3平均值60压缩密度ASTMD1621MPa平均值0.6压缩模量ASTMD1621MPa平均值65拉伸强度ASTMD1623MPa平均值1.3拉伸模量ASTMD1623MPa平均值62剪切强度ASTMC273MPa平均值0.58剪切模量ASTMC273MPa平均值14剪切应变ASTMC273％平均值10按照上表所示的测试标准分别检测实施例1-6中的PVC泡沫芯材的公称密度、压缩密度、压缩模量、拉伸强度、拉伸模量、剪切强度、剪切模量、剪切应变，检测结果显示：按照本发明实施例的生产工艺制得的PVC泡沫芯材的公称密度、压缩密度、压缩模量、拉伸强度、拉伸模量、剪切强度、剪切模量、剪切应变均在P60的标准范围内，说明本发明实施例的PVC泡沫材料的各项性能均能满足风电叶片芯材的要求。综上所述，本发明实施例的PVC泡沫芯材密度低、强度高，可用于风电叶片等产业领域，且成品率高、产品质量好；且该PVC泡沫芯材的生产工艺，方法简单，成品率高，适合规模化生产。以上所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。当前第1页1 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