[发明专利]微发泡聚丙烯材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种微发泡聚丙烯材料及其制备方法，使用经过特殊处理的玄武岩纤维作为发泡填充材料，并调整工艺条件以改善发泡质量制得微发泡聚丙烯材料。本发明解决了普通微发泡聚丙烯材料硬度低，收缩率高的问题，扩大了微发泡聚丙烯材料的应用领域。

技术领域

本发明涉及有机高分子化合物的制备技术领域，尤其涉及一种微发泡聚丙烯材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯(polypropylene)简称PP，是丙烯通过加聚反应而成的聚合物，是一种热塑性树脂。按甲基排列位置分为等规聚丙烯、无规聚丙烯和间规聚丙烯三种，甲基排列在分子主链的同一侧称等规聚丙烯，若甲基无秩序的排列在分子主链的两侧称无规聚丙烯，当甲基交替排列在分子主链的两侧称间规聚丙烯，一般工业生产的聚丙烯树脂中，等规结构含量约为95％，其余为无规或间规聚丙烯，业产品以等规物为主要成分。聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。聚丙烯通常为半透明无色固体，无臭无毒，外观上呈白色蜡状，透明且质轻，密度为0.89-0.91g/cm³。由于聚丙烯的结构规整而高度结晶化，故熔点可高达189℃，通常在155℃左右开始软化，其产品具有耐热特性，使用温度区间宽，通常为-30-140℃。聚丙烯具有耐腐蚀的特点，在80℃以下能耐酸、碱、盐液及多种有机溶剂的腐蚀，它对水特别稳定，在水中的吸水率仅为0.01％，成型性好，广泛用于各种工业生产领域。

微发泡聚合物材料含有大量微小的泡孔，与未发泡聚合物材料制品相比，它具有质轻、成本低、导热率小、比强度高、隔热性能好、隔音性能优良、能吸收大量冲击能量等许多优点，因此，被广泛应用于包装、运输、汽车、保温、建筑、工业、农业、交通运输、军事工业、航天工业等国民经济的各个领域。近几年来，很多发达国家在微发泡聚合物的研究及应用中取得了较快的发展，尤其是在美国、德国、法国、日本等发达国家，微孔发泡材料的产量和品种都在不断地增加。尽管这类新型微孔聚合物有很多优良的性能，但是与普通实体聚合物的性能相比，其综合的力学性能却不尽如意。虽然这类新型微孔聚合物在受到冲击载荷时能够吸收大量的冲击能量，从而起到承受载荷的作用。但是微孔聚合物内微孔的存在在提高材料韧性的同时也使材料的有效承载截面积减小，从而使得这类微孔聚合物材料的相对强度和模量大幅度下降，不能作为结构件使用，限制了其在很多工程领域中的应用。

超临界微发泡注射成型技术是制备微孔发泡塑料的常用工艺，其特点是成型周期短，生产效率高，能一次性将外形复杂、尺寸精确的微孔发泡塑料制品成型，而且容易实现生产自动化。注射成型法的原理是利用快速改变温度来使聚合物和气体均相体系进行微孔发泡。超临界微发泡注射成型的工艺过程为首先将聚合物粒料通过料斗加入机筒，通过螺杆的机械摩擦和升温加热器使粒料熔为聚合物熔体，N₂或CO₂等小分子气体通过计量阀的控制以一定的速率注入机筒内的聚合物熔体中(或通过在聚合物中添加化学发泡剂分解产生气体)，与聚合物熔体混合均匀，形成聚合物和气体均相体系。随后，聚合物和气体均相体系由静态混合器进入扩散室，通过分子扩散使体系进一步均化，在这里通过快速升温加热器使气体在聚合物熔体中的溶解度急剧下降，过饱和气体由熔体中析出形成大量的微微小气泡核。为了抑制扩散室内己形成的气泡核快速生长，扩散室内必须保持高压状态。在进行注射操作前，模具型腔中充满压缩气体。螺杆向前移动到指定位置后，将含有大量微小气泡核的聚合物熔体注入型腔内时，压缩气体提供的压力可以防止了泡孔在填充过程中的过分膨胀。填充过程结束后，降低型腔内的压力可以使泡孔膨胀。与此同时，模具的冷却作用使泡孔固化成型。但由于聚合物的导热系数很小，快速升温法只适用于薄壁零件；而且由于快速升温的幅度有限，限制了其应用范围。