专利名称：一种聚丙烯微孔发泡厚板的生产方法
技术领域：
本发明涉及高分子发泡材料制备技术领域，具体涉及一种聚丙烯微孔发泡厚板的
生产方法。
背景技术：
聚合物微孔发泡材料是特指泡孔尺寸小于100 μ m,孔密度大于1. OX IO6个/cm3的聚合物多孔发泡材料。由于其具有的轻质高强、节约材料等特点，微孔发泡材料具有广泛的应用前景。在众多的聚合物微孔发泡材料中，聚丙烯(PP)微孔发泡材料具有良好的机械性能，较高的热变形温度，耐化学品性，表面保护性能，并易于回收循环使用。通过使用超临界二氧化碳或超临界氮气发泡得到的聚丙烯微孔发泡材料，清洁无污染。特别地，制品厚度较大的聚丙烯微孔发泡板材，如厚度大于IOmm是三明治夹芯复合材料的理想芯材，可应用于保温车、冷藏车的隔热板，汽车 、客车和轨道交通车辆的顶棚、地板等，并可应用于船舶、建筑等的隔热保温。常见的连续挤出发泡法很难制得聚丙烯微孔发泡厚板。受原料树脂、气体在熔体中的分散水平、模头处的降压速率、发泡体芯部的热量移除等因素的限制，连续挤出发泡只适合生产厚度相对较小，一般小于5_的微孔发泡片材。固态发泡法是制备聚合物微孔发泡材料的常用方法。固态发泡过程是指发泡温度低于聚合物的流动温度，聚合物仍然处于固态的条件下，使高压气体溶解扩散进入聚合物基体，然后通过快速泄压诱导泡孔成核和生长的发泡过程。一般而言，在固态发泡过程中，无定型聚合物的发泡温度高于其玻璃化转变温度，半结晶聚合物的发泡温度低于其熔点。固态发泡过程有如下特点(I)不同与挤出、注塑等熔融发泡过程，其对树脂原料的可发泡性能要求较低。为了得到闭孔结构的发泡材料，熔融发泡通常需要材料具有较高的熔体强度，以避免泡孔生长时发生泡孔破裂现象。对于固态发泡过程而言，由于聚合物自身处于固态，聚合物自身的强度足够满足泡孔生长过程引起的对聚合物的拉伸作用，维持泡孔的闭孔结构。因此，通用的聚合物就可以发泡，而不需要使用专门改性得到的高熔体强度发泡原料。(2)在固态发泡过程中，气体通过自扩散进入聚合物基体，达到分子水平的分散，有利于泡孔的均匀成核，从而易于形成泡孔尺寸小，孔密度高的微孔发泡材料。(3)高压气氛下聚合物内部温度的均一性和易实现的快速泄压都有利于得到孔径较小，孔密度较高，泡孔尺寸均一的微孔发泡材料。在固态发泡过程中，高压气体通过自扩散作用渗透进入聚合物基体，达到扩散平衡的饱和时间取决于发泡温度、气体压力、聚合物树脂种类及其厚度。对于大多数聚合物而言，通常气体在其中的扩散速率较慢，达到溶解平衡所需的饱和时间较长。特别是随着制品厚度的增加，饱和时间将大大延长。因此，固态发泡法常应用于制备厚度较小的片材，而制备厚度较大的微孔发泡板材则耗时较长，效率较低
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种聚丙烯微孔发泡厚板的生产方法，该方法可以生产泡孔尺寸小，孔密度高，厚度较大的微孔发泡板材。为解决上述现有技术存在的问题，本发明采取的技术方案为一种聚丙烯微孔发泡厚板的生产方法，采用平板发泡设备对聚丙烯母板进行发泡，其特征在于所述的聚丙烯母板带有芯部结构。所述的带有芯部结构的聚丙烯母板，是中间带有一排或一排以上孔道的聚丙烯挤塑板。所述的聚丙烯挤塑板厚度为5 50mm,优选的,聚丙烯挤塑板厚度为10 30mm。所述的孔道的截面形状可以是边数为3-8边的多边形、圆形或椭圆形。所述的孔道的高度为O.1 10mm，优选的，孔道的高度为O. 5 5mm。所述的孔道的宽度为O.1 50mm,优选的，孔道的宽度为O. 5 5mm。所述的孔道之间的距离为O.1 20mm，优选的，相邻孔道之间距离为I 3mm。所述带有芯部结构的聚丙烯母板采用平板发泡设备进行发泡的方法，为使用专用的超临界平板发泡设备进行发泡。所述的超临界平板发泡设备包括提供合模压力的液压系统，提供热量的温控系统，提供超临界流体的高压气体输送系统，平板发泡模具，快速泄压系统和气体回收系统。具体的发泡过程包括如下步骤
(1)提供热量的温控系统将平板发泡模具升温至发泡温度；
(2)将带有芯部结构的聚丙烯母板放入平板发泡模具内，液压系统驱动平板发泡模具合模，液压系统加压至15 20MPa，高压气体输送系统向平板发泡模具内导入高温高压气体，使气体压力达到5 25MPa，优选的，10 15MPa ；
(3)高温高压的气体从聚丙烯母板的表面和芯部同时扩散进入聚合物基体，扩散所需的饱和时间为30-200分钟，优选的，40-100分钟；
(4)达到溶解平衡后，快速泄压系统快速泄去平板发泡模具内的气体并通过气体回收系统进行回收，模具开模，聚丙烯母板从模具内弹出并发泡，得到聚丙烯微孔发泡材料。所述的发泡温度低于聚丙烯的熔点，优选的，发泡温度为130 160°C ；
所述的高温高压气体为二氧化碳或氮气或二者任意比例的混合物；
所述的平板发泡模具具有密封材料，所述密封材料为铍铜、铝、石墨或聚四氟乙烯中的任意一种或多种的复合物。一种所述带有芯部结构的聚丙烯母板的生产方法，通过挤出成型生产线制备，完整的挤出生产线包括混料机、螺杆挤出机、专用平板挤出模头、冷却定型台、喷淋水箱、牵引机和切割机；具体制备过程为
(1)将聚丙烯原料吸入螺杆挤出机料斗，在70 80°C烘干；
(2)干燥好的原料通过螺杆挤出机的塑化，混合，螺杆挤出机的参数设定为螺杆温度160 250°C，模头温度为160 180°C，熔体压力5 15MPa，主机转速10 50rpm ；
(3)塑化好的聚丙烯熔体通过专用平板挤出模头成型，形成芯部带有孔洞的熔融态的聚丙烯挤出板；
(4)芯部带有孔洞的熔融态的聚丙烯挤出板在牵引机的拉力下通过冷却定型台，得到初步冷却和定型，牵引机的牵引速率为10 50cm/min,冷却定型台的温度为5 20°C ；(5)初步定型聚丙烯挤出板出冷却定型台后进入喷淋水箱，进一步冷却，喷淋水温为10 30 ；
(6)经喷淋的聚丙烯挤出板通过切割机按一定长度切割，得到聚丙烯母板。所述的聚丙烯原料是通用级聚丙烯，具体是均聚聚丙烯或无规共聚聚丙烯。所述的聚丙烯原料熔融指数为O.1 5. 0g/10min，优选的，熔融指数1. O 3.0g/10min。步骤(I)所述的聚丙烯原料，加入助剂，通过混料机预混合后，再吸入螺杆挤出机料斗，在70 80°C烘干；所述的助剂包括色母料、无机填料、阻燃剂、抗静电剂，以聚丙烯原料为100重量份计，色母料O 2重量份，无机填料O 10重量份，阻燃剂O 30重量份，抗静电剂O 15重量份；所述助剂是否添加以及添加种类根据具体产品要求决定，其中阻燃剂和抗静电剂分别实现阻燃性能和抗静电性能，对防火要求较高的应用领域，一般要求聚丙烯发泡材料具有阻燃性能，此时添加阻燃剂；而在电子产品包装应用领域，则一般要求聚丙烯发泡材料具有抗静电性能，此时添加抗静电剂。所述的专用平板挤出模头为中心带有一排或多排芯棒的平板挤出模头，所述芯棒用于得到聚丙烯挤出板中间的孔道结构。所述的芯棒的截面形状是边数为3-8边的多边形，圆形或椭圆形。所述的芯棒的高度为O.1 IOmm,优选的，芯棒的高度为O. 5 5mm。所述的芯棒的宽度为O.1 50mm,优选的，芯棒的宽度为O. 5 5mm。所述的芯棒之间的距离为O.1 20mm，优选的，相邻芯棒之间距离为I 3mm。与现有技术相比，本发明的优点在于由于发泡温度低于聚丙烯的熔点，气体的溶解度较大，泡孔的成核和生长过程易于控制，易于得到发泡倍率大，孔径尺寸小，泡孔密度高的聚丙烯微孔发泡材料；同时由于发泡母板芯部孔道的存在，高温高压气体在聚丙烯基体内的扩散路径缩短，饱和时间显著减小，易于得到厚度较大的聚丙烯微孔发泡板材；同时一台发泡机可以装配多层平板模具，生产效率较高。
图1为实施例4的微孔发泡样品的内部泡孔形态的扫描电镜 图2为实施例5的微孔发泡样品的内部泡孔形态的扫描电镜图。
具体实施例方式表征方法如下
按照ISO 845标准测试得到微孔发泡材料的表观密度，可以计算得到最终微孔发泡材料的发泡倍率。发泡倍率0U = Pp()lymOT/Pf_，其中Pp()lymOT为未发泡聚合物的密度，Pfoaffl为微孔发泡材料的表观密度。将微孔发泡材料经液氮淬断，断面喷金，采用扫描电镜(SEM)考察发泡材料内部的泡孔结构，测量泡孔尺寸并计算出泡孔密度。泡孔密度N(单位个/cm3) = (n/A)3/2XR ex，n为扫描电镜照片上的泡孔数，A为扫描照片的实际面积(单位cm2)。分别按照ISO 1798，ISO 844和ISO 8067测得微孔发泡材料的拉伸强度，压缩强度和撕裂强度。实施例1 一种聚丙烯微孔发泡厚板的生产方法，采用平板发泡设备对聚丙烯母板进行发泡，所述的聚丙烯母板带有芯部结构，具体是中间带有一排或一排以上孔道的聚丙烯挤塑板；具体的平板发泡过程包括如下步骤
(1)提供热量的温控系统将平板发泡模具升温至发泡温度，发泡温度为130°c；
(2)将带有芯部结构的聚丙烯母板放入平板发泡模具内，液压系统驱动平板发泡模具合模，液压系统加压至15MPa，高压气体输送系统向平板发泡模具内导入5 MPa的高温二氧化碳气体；
(3)高温高压的气体从聚丙烯母板的表面和芯部同时扩散进入聚合物基体，扩散所需的饱和时间为200分钟；
(4)达到溶解平衡后，快速泄压系统快速泄去平板发泡模具内的气体并通过气体回收系统进行回收，模具开模，聚丙烯母板从模具内弹出并发泡，得到聚丙烯微孔发泡材料。实施例2
一种聚丙烯微孔发泡厚板的生产方法，采用平板发泡设备对聚丙烯母板进行发泡，所述的聚丙烯母板带有芯部结构，具体是中间带有一排或一排以上孔道的聚丙烯挤塑板，所述的聚丙烯挤塑板厚度为5 mm,截面形状为圆形,孔道高度为O.1 mm,孔道宽度为50 mm,孔道之间的距离为O.1 mm ;具体的平板发泡过程包括如下步骤
(1)提供热量的温控系统将平板发泡模具升温至发泡温度，发泡温度为160°C；
(2)将带有芯部结构的聚丙烯母板放入平板发泡模具内，液压系统驱动平板发泡模具合模，液压系统加压至20MPa，高压气体输送系统向平板发泡模具内导入25 MPa的高温二氧化碳气体；
(3)高温高压的气体从聚丙烯母板的表面和芯部同时扩散进入聚合物基体，扩散所需的饱和时间为30分钟；
(4)达到溶解平衡后，快速泄压系统快速泄去平板发泡模具内的气体并通过气体回收系统进行回收，模具开模，聚丙烯母板从模具内弹出并发泡，得到聚丙烯微孔发泡材料。实施例3
一种聚丙烯微孔发泡厚板的生产方法，采用平板发泡设备对聚丙烯母板进行发泡，所述的聚丙烯母板带有芯部结构，具体是中间带有一排或一排以上孔道的聚丙烯挤塑板，所述的聚丙烯挤塑板厚度为50 mm,截面形状为圆形,孔道高度为10 mm,孔道宽度为O.1 mm,孔道之间的距离为20mm ;具体的平板发泡过程包括如下步骤
(1)提供热量的温控系统将平板发泡模具升温至发泡温度，发泡温度为150°C；
(2)将带有芯部结构的聚丙烯母板放入平板发泡模具内，液压系统驱动平板发泡模具合模，液压系统加压至20MPa，高压气体输送系统向平板发泡模具内导入15MPa的高温二氧化碳气体；
(3)高温高压的气体从聚丙烯母板的表面和芯部同时扩散进入聚合物基体，扩散所需的饱和时间为100分钟；
(4)达到溶解平衡后，快速泄压系统快速泄去平板发泡模具内的气体并通过气体回收系统进行回收，模具开模，聚丙烯母板从模具内弹出并发泡，得到聚丙烯微孔发泡材料。实施例4
一种聚丙烯微孔发泡厚板的生产方法，采用平板发泡设备对聚丙烯母板进行发泡，所述的聚丙烯母板带有芯部结构，具体是中间带有一排或一排以上孔道的聚丙烯挤塑板，所述的聚丙烯挤塑板截面形状为圆形，孔道高度为O. 5mm，孔道宽度为5 mm，孔道之间的距离为1_ ;具体的平板发泡过程包括如下步骤
(1)提供热量的温控系统将平板发泡模具升温至发泡温度，发泡温度为146°C；
(2)将带有芯部结构的聚丙烯母板放入平板发泡模具内，液压系统驱动平板发泡模具合模，液压系统加压至20MPa，高压气体输送系统向平板发泡模具内导入15MPa的高温二氧化碳气体；
(3)高温高压的气体从聚丙烯母板的表面和芯部同时扩散进入聚合物基体，扩散所需的饱和时间为40分钟；
(4)达到溶解平衡后，快速泄压系统快速泄去平板发泡模具内的气体并通过气体回收系统进行回收，模具开模，聚丙烯母板从模具内弹出并发泡，得到聚丙烯微孔发泡材料。实施例5
一种聚丙烯微孔发泡厚板的生产方法，采用平板发泡设备对聚丙烯母板进行发泡，所述的聚丙烯母板带有芯部结构，具体是中间带有一排或一排以上孔道的聚丙烯挤塑板，所述的聚丙烯挤塑板截面形状为椭圆形，孔道高度为5mm，孔道宽度为O. 5 mm，孔道之间的距离为3_ ;具体的平板发泡过程包括如下步骤
(1)提供热量的温控系统将平板发泡模具升温至发泡温度，发泡温度为158°C；
(2)将带有芯部结构的聚丙烯母板放入平板发泡模具内，液压系统驱动平板发泡模具合模，液压系统加压至17MPa，高压气体输送系统向平板发泡模具内导入25MPa的高温二氧化碳气体；
(3)高温高压的气体从聚丙烯母板的表面和芯部同时扩散进入聚合物基体，扩散所需的饱和时间为60分钟；
(4)达到溶解平衡后，快速泄压系统快速泄去平板发泡模具内的气体并通过气体回收系统进行回收，模具开模，聚丙烯母板从模具内弹出并发泡，得到聚丙烯微孔发泡材料。实施例4和5的发泡材料检测结果见表I表I实施例4和5的的发泡材料检测结果
权利要求
1.一种聚丙烯微孔发泡厚板的生产方法，采用平板发泡设备对聚丙烯母板进行发泡，其特征在于所述的聚丙烯母板带有芯部结构。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯微孔发泡厚板的生产方法，其特征在于所述的带有芯部结构的聚丙烯母板，是中间带有一排或一排以上孔道的聚丙烯挤塑板。
3.根据权利要求2所述的聚丙烯微孔发泡厚板的生产方法，其特征在于所述的聚丙烯挤塑板厚度为5 50mm。
4.根据权利要求2所述的聚丙烯微孔发泡厚板的生产方法，其特征在于所述的孔道的截面形状为边数为3-8边的多边形、圆形或椭圆形；所述的孔道的高度为O.1 10mm，宽度为O.1 50mm,孔道之间的距离为O.1 20_。
5.根据权利要求1-4任一项所述的聚丙烯微孔发泡厚板的生产方法，其特征在于所述的带有芯部结构的聚丙烯母板采用平板发泡设备进行发泡的方法为使用专用的超临界平板发泡设备进行发泡；所述的超临界平板发泡设备包括提供合模压力的液压系统、提供热量的温控系统、提供超临界流体的高压气体输送系统、平板发泡模具、快速泄压系统和气体回收系统；具体的发泡过程包括如下步骤(1)提供热量的温控系统将平板发泡模具升温至发泡温度；(2)将带有芯部结构的聚丙烯母板放入平板发泡模具内，液压系统驱动平板发泡模具合模，液压系统加压至15 20MPa，高压气体输送系统向平板发泡模具内导入高温高压气体，使气体压力达到5 25MPa ；(3)高温高压的气体从聚丙烯母板的表面和芯部同时扩散进入聚合物基体，扩散所需的饱和时间为30-200分钟；(4)达到溶解平衡后，快速泄压系统快速泄去平板发泡模具内的气体并通过气体回收系统进行回收，模具开模，聚丙烯母板从模具内弹出并发泡，得到聚丙烯微孔发泡材料。
6.根据权利要求5所述的聚丙烯微孔发泡厚板的生产方法，其特征在于步骤(I)所述的发泡温度低于聚丙烯的熔点；步骤(2)所述的高温高压气体为二氧化碳或氮气或二者任意比例的混合物。
7.根据权利要求5所述的聚丙烯微孔发泡厚板的生产方法，其特征在于所述的平板发泡模具具有密封材料，所述密封材料为铍铜、铝、石墨或聚四氟乙烯中的任意一种或多种的复合物。
8.—种权利要求1-4任一项所述的带有芯部结构的聚丙烯母板的生产方法，通过挤出成型生产线制备，挤出生产线包括混料机、螺杆挤出机、专用平板挤出模头、冷却定型台、喷淋水箱、牵引机和切割机；具体制备过程为(1)将聚丙烯原料吸入螺杆挤出机料斗，在70 80°C烘干；(2)干燥好的原料通过螺杆挤出机的塑化，混合，螺杆挤出机的参数设定为螺杆温度160 250°C，模头温度为160 180°C，熔体压力5 15MPa，主机转速10 50rpm ；(3)塑化好的聚丙烯熔体通过专用平板挤出模头成型，形成芯部带有孔洞的熔融态的聚丙烯挤出板；(4)芯部带有孔洞的熔融态的聚丙烯挤出板在牵引机的拉力下通过冷却定型台，得到初步冷却和定型，牵引机的牵引速率为10 50cm/min,冷却定型台的温度为5 20°C ；(5)初步定型聚丙烯挤出板出冷却定型台后进入喷淋水箱，进一步冷却，喷淋水温为,10 30 ；(6)经喷淋的聚丙烯挤出板通过切割机按一定长度切割，得到聚丙烯母板。
9.根据权利要求8所述的带有芯部结构的聚丙烯母板的生产方法，其特征在于步骤(3)所述的专用平板挤出模头为中心带有一排或多排芯棒的平板挤出模头。
10.根据权利要求9所述的带有芯部结构的聚丙烯母板的生产方法，其特征在于所述的芯棒的截面形状可以是边数为3-8边的多边形，圆形或椭圆形；所述的芯棒的高度为O.1 IOmm ;所述的芯棒的宽度为O.1 50mm ;所述的芯棒之间的距离为O.1 20mm。
11.根据权利要求8所述的带有芯部结构的聚丙烯母板的生产方法，其特征在于步骤(I)所述的聚丙烯原料是通用级聚丙烯；熔融指数为O.1 5. 0g/10min。
12.根据权利要求8所述的带有芯部结构的聚丙烯母板的生产方法，其特征在于步骤(I)所述的聚丙烯原料，加入助剂，通过混料机预混合后，再吸入螺杆挤出机料斗，在70 80°C烘干；所述的助剂包括色母料、无机填料、阻燃剂和抗静电剂，以聚丙烯原料为100重量份计，色母料O 2重量份，无机填料O 10重量份，阻燃剂O 30重量份，抗静电剂O 15重量份。
全文摘要
本发明公开了一种聚丙烯微孔发泡厚板的生产方法，采用平板发泡设备对聚丙烯母板进行发泡，其特征在于所述的聚丙烯母板带有芯部结构；聚丙烯发泡母板芯部的孔道结构，缩短了超临界二氧化碳扩散进入聚丙烯基体的路径，从而减少了达到扩散平衡所需要的饱和时间，显著提高了生产效率。本发明还提供了一种芯部带有孔道结构的聚丙烯发泡母板的制备方法，采用通用的聚丙烯原料，通过挤出成型制得。本发明所述方法可以生产泡孔尺寸小，孔密度高，厚度较大的微孔发泡板材。
文档编号B29C44/34GK103042647SQ201210443118
公开日2013年4月17日 申请日期2012年11月8日 优先权日2012年11月8日
发明者吉峥嵘 申请人:江苏微赛新材料科技有限公司