[发明专利]一种低密度、高发泡倍率的聚合物泡沫材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种低密度、高发泡倍率的聚合物泡沫材料及其制备方法，其是以芯后退型微孔注塑成型技术制备，包括：制备改性聚合物复合材料、制备聚合物熔液、聚合物熔液填充型腔、保压、冷却、芯后退型发泡。本发明是采用高压满注射方式，将聚合物熔液高压满注射方式注入模具型腔里，并完全填满型腔；聚合物熔液在模具型腔里要保持一段时间的较高的保压压力，使制备的聚合物泡沫材料具有高度可控的密度和发泡倍率，即其密度为0.1‑0.5 g/cm³、发泡倍率为2‑10倍。

技术领域

本发明属于高分子材料微孔发泡领域，具体涉及一种低密度、高发泡倍率的聚合物泡沫材料及其制备方法。

背景技术

微孔发泡成型技术由美国麻省理工大学的Suh教授于20世纪80年代首先提出(公开号：US 4473665)。与传统泡沫塑料相比，由微孔发泡成型技术所制备得到的微孔泡沫塑料的最大特点是泡孔小而密。这种材料既能保持一般泡沫塑料的优点，如质轻、耐冲击、比强度高、隔热、隔音效果好；同时由于泡孔尺寸小于材料内部原有的裂纹，泡孔的存在不会降低材料强度，反而会使材料中原有的裂纹尖端钝化，有利于阻止裂纹在应力作用下的扩展，从而增强了微孔泡沫材料的力学性能。此外，不同于传统发泡过程，微孔发泡技术利用超临界流体比如超临界二氧化碳或氮气作为物理发泡剂，这两者均为不活泼气体、无毒、不可燃，因而该发泡过程绿色环保，在工业应用上拥有广阔的发展前景，被称为“21世纪的新型材料”。

随后，Trexel公司将注塑成型工艺与发泡技术相结合，提出了微孔发泡注塑成型工艺。与普通的聚合物材料相比，微孔发泡注塑成型的制品具有密度小、质轻、冲击强度高、高韧性、高比强度等优点。此外，与普通注塑成型技术相比，微孔发泡注塑成型技术具有成型周期短、节省原料、减少残余应力、提高制品表明质量、降低锁模力和最大注塑压力，同时所得制品尺寸稳定性高，能减少翘曲变形和收缩率等。与其他微孔发泡技术如固体釜压发泡和挤出发泡相比，微孔发泡注塑成型技术能制备具有三维复杂精密结构制品，可广泛应用于精密度要求高、对力学性能有一定要求以及要求复杂结构的场所。

然而，微孔发泡注塑成型技术自开发30余年以来，依然难以在实际生产过程中充分发挥其技术优势，仍未实现研究者最初设计的产品性能并实现大规模推广。其中，传统微孔发泡注塑成型技术采用熔体短射方式填充模具型腔，导致其减重率低(一般为5-20％)、发泡倍率低(一般为1.05-1.2倍)；同时聚合物熔体在冲模过程中会预先发泡，从而导致制品的泡孔尺寸大且不均匀，并且孔径的大小也不均匀，特别在开口附近和末端部位的孔径大，这些都极大限制了微孔发泡注塑成型工艺在实际生产过程中的广泛应用。

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可以得到气泡均匀、泡沫密度低、发泡倍率高的聚合物泡沫材料及其制备方法，以解决传统注塑成型发泡制件发泡倍率低、制品密度高、泡孔尺寸大等问题。

本发明的技术方案：

一种低密度、高发泡倍率的聚合物泡沫材料的制备方法，其是以芯后退型微孔注塑成型技术制备，具体包括以下步骤：

(1)制备改性聚合物复合材料：将聚合物和填料混合后放入双螺杆挤出机，经挤出、水下切粒得改性聚合物复合材料；

(2)制备聚合物熔液：将改性聚合物复合材料加入到注塑机的自动输送料斗中，在螺杆熔融段加热熔融；然后利用超临界流体设备注入高压发泡剂气体，通过注塑机的螺杆混合输送功能将高压发泡剂气体均匀混入到熔融聚合物中，得到单一均相的聚合物/气体混合的聚合物熔液；

(3)聚合物熔液填充型腔：开启注塑机喷嘴和模具热流道，采用高压满注射方式，将聚合物熔液注入模具型腔里，并完全填满型腔；

(4)保压、冷却：待聚合物熔液填满型腔后，螺杆后退；然后聚合物熔液在模具型腔里保压、冷却，形成高弹态聚合物；