CN101250282A - 一种聚丙烯发泡装饰材料挤出装置及生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种聚丙烯发泡装饰材料生产工艺，发泡均匀，工艺相对简单，具有高熔体强度和物理机械性能。本发明还公开了适用于该发明工艺的挤出装置，将现有的塑料挤出机的螺杆进行改进，使螺杆的长度和直径比加大为(45～55)∶1，在螺杆的中部加装密封挡板，挡板上开设有若干锥状的物料挤出通孔。通过密封板将挤出装置的工作一区和工作二区分隔，对逆向流动的物料和注入的发泡剂的渗露形成有效的塑料密封，产生高发泡倍率的泡沫，聚丙烯发泡产品的熔体强度和物理机械性能得以很大的提高。本发明工艺及装置具有结构简单、操作简捷、便于操作、无毒环保，成本低廉特点。

Description

一种聚丙烯发泡装饰材料挤出装置及生产工艺
技术领域
本发明提供一种聚丙烯发泡装饰材料生产工艺，同时还提供了适应于该生产工艺的挤出装置，属于化工塑料制品的生产工艺技术领域。
背景技术
发泡塑料是由无数充满气体的泡孔组成，具有质量轻、比强度高；具有较好的吸收冲击载荷的能力、能隔热保温隔音缓冲、绝缘、防腐等优点。而聚丙烯(简称：PP)发泡板材除具以上性能外，PP泡沫的热变形温度比较高(165℃)，耐高温性能优良，可以在高温环境中使用；具有非常优良的耐化学性能，价格低廉，回收性好，便于环保。
聚丙烯是结晶型聚合物，在结晶熔点以下聚合物几乎不流动，结晶熔点以上聚合物熔体强度急剧下降，发泡过程中产生的气体很难包住。另外聚丙烯从熔融态转变为结晶态时要放出大量的结晶热，而熔融聚合物的比热容大，从熔融态转变为固体状态时间长，发泡气体易于逃逸，因此适于发泡的温度范围较窄。不易制的高发泡倍率的泡沫。所以先将聚丙烯进行交联，以此来提高熔体强度和物理机械性能。常用的交联方法有化学交联和辐射交联。这就使得产品的加工工艺变得复杂化，生产过程不容易控制，并且产品不环保。
发明内容
本发明提供一种聚丙烯发泡装饰材料生产工艺，发泡均匀，工艺相对简单，具有高熔体强度和物理机械性能。
本发明还公开了适用于该发明工艺的挤出装置，用于生产聚丙烯发泡装饰材料。
本发明的技术解决方案如下：挤出装置的机筒为夹套结构，夹套上分别设有加热介质的入口和出口构成加热循环系统，机筒的一端设有料斗接机筒型腔，机筒的另一端为机头口模，其中，机筒分两段套装在挤出螺杆上构成工作一区和工作二区，两段之间通过密封挡板连接，发泡剂加入口设在工作二区机筒上与其型腔连通；密封挡板上开设有若干锥状的物料挤出通孔与机筒的型腔连通；所述的挤出螺杆的长度和直径比为(45～55)∶1。
具体挤出工艺如下：将聚丙烯和阻燃剂按100∶15的比例混合，混合后的物料自料斗进入挤出机经过螺杆，在工作一区中，200-230℃状态下充分塑炼成熔融状态，熔融物料由密封挡板进入工作二区，发泡剂由发泡剂加入口注入，在工作二区内由密封板、发泡剂注入口、机头之间构成压缩通道；熔融物料通过密封挡板上的锥状的孔挤出而向前移动进入二区，同时对逆向流动的物料和注入的发泡剂的渗露形成有效的塑料密封，保证聚丙烯熔体和发泡剂在该区在定压条件下，得到发泡倍率比较稳定的发泡材料。
当物料进入工作二区后，由于该段螺杆结构较工作一区右端压缩比变小(工作一区为2.4∶1左右，工作二区为2∶1)，物料在该区的产生的压力变小，气体发泡剂由注入口8注入，在该区螺杆的混炼下形成均相。此时由于挥发性气体的注入-气化膨胀时吸收物料的部分热量，使该区混合相温度迅速下降，提高了熔融粘度，从而稳定形成了泡孔的结构。若温度降低太多，则影响泡孔和生产；因此要合理地控制该区的加工温度。混合相的温度要低于熔融温度而高于软化温度，在此温度范围内物料有较大的熔融强度，可以保证泡孔不破裂；因此，该段物料在料筒内的温度控制采用导热流体介质控制温度，可以比较精确的控制在结晶点以上较窄的范围内(145℃附近)，并且温度均匀，比较低的温度可以保证熔体的强度，在该段内熔体和发泡气体在密封条件下被有效地混合均匀后通过口模挤入低压环境中膨胀完成发泡。发泡剂的注入压力对于聚丙烯挤出发泡的影响很大，气瓶中的物理发泡剂CO2被冷却到接近0℃，使气体液化。要将发泡剂注入机筒，发泡剂进入注入口的压力必须高于注入口处机筒内的熔体压力。因此，在进入挤出机之前，发泡剂需要通过正位移泵压缩到，在挤出机的机筒上，一个单向的阀门用以阻止聚合物熔体流向气体注入系统。当螺杆的转速为10r/min-30r/min，在CO2压力降分别为8Mpa-15MPa时，得到的聚丙烯发泡板材的发泡倍率为20-30倍(密度为30-50Kg/m3即符合要求)
为了得到优质的发泡材料，要尽可能多地在聚丙烯熔体中溶解足够量的发泡剂。当发泡气体注入二区时，控制发泡气体CO2注入料筒时的压力降为8Mpa-15MPa，使聚丙烯的发泡倍率为20-30倍；为了避免溶有发泡剂的聚丙烯熔体在到达发泡机头之前提前发泡，并抑制过高温度下气体膨胀速度快而导致的气泡塌陷，在熔体到达发泡机头之前，将溶解有发泡剂的熔体充分冷却到140-145℃。
本发明的积极效果在于：通过密封板将挤出装置的工作一区和工作二区分隔，对逆向流动的物料和注入的发泡剂的渗露形成有效的塑料密封，产生高发泡倍率的泡沫，聚丙烯发泡产品的熔体强度和物理机械性能得以很大的提高。本发明工艺及装置具有结构简单、操作简捷、便于操作、无毒环保，成本低廉特点。
附图说明
图1为本发明挤出装置结构示意图；
图2、3为本发明挤出装置的密封挡板结构示意图。
具体实施方式
通过以下实施例进一步举例描述本发明，并不以任何方式限制本发明，在不背离本发明的技术解决方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本发明的权利要求范围之内。
实施例1
根据图1所示，挤出装置3的机筒6为夹套结构，夹套上分别设有加热介质的入口1、4和出口7、10构成加热循环系统，机筒6的一端设有料斗5接机筒6型腔，机筒6的另一端为机头口模11，其特征在于：机筒6分两段套装在挤出螺杆2上构成工作一区和工作二区，两段之间通过密封挡板9连接，发泡剂加入口8设在工作二区机筒6上与其型腔连通；参照图2，密封挡板9上开设有八个锥状的物料挤出通孔13与机筒6的型腔连通。挤出螺杆2的长度和直径比为(45～55)∶1。
实施例2
将聚丙烯和阻燃剂按100∶15的比例混合，其投料量按生产需求，只要按此配方比即可，混合后的物料自料斗5进入挤出机经过螺杆2(在200-230℃状态下)的充分塑炼成熔融状态(在工作一区完成)，熔融物料由密封挡板9进入工作二区，发泡剂由发泡剂加入口8注入，在工作二区内由密封板、发泡剂注入口8、机头之间构成压缩通道；熔融物料通过密封挡板上的锥状的孔挤出而向前移动进入工作二区，同时对逆向流动的物料和注入的发泡剂的渗露(有可能返回到工作一区)形成有效的塑料密封，可以保证聚丙烯熔体和发泡剂在该区在定压条件下，得到发泡倍率比较稳定的发泡材料。
当物料进入工作二区后，由于该段螺杆结构较工作一区右端压缩比变小(工作一区为2.4∶1左右，工作二区为2∶1)，物料在该区的产生的压力变小，气体发泡剂由注入口8注入，在该区螺杆的混炼下形成均相。此时由于挥发性气体的注入-气化膨胀时吸收物料的部分热量，使该区混合相温度迅速下降，提高了熔融粘度，从而稳定形成了泡孔的结构。若温度降低太多，则影响泡孔和生产；因此要合理地控制该区的加工温度。混合相的温度要低于熔融温度而高于软化温度，在此温度范围内物料有较大的熔融强度，可以保证泡孔不破裂；因此，该段物料在料筒内的温度控制采用导热流体介质控制温度，可以比较精确的控制在结晶点以上较窄的范围内(145℃附近)，并且温度均匀，比较低的温度可以保证熔体的强度，在该段内熔体和发泡气体在密封条件下被有效地混合均匀后通过口模挤入低压环境中膨胀完成发泡。
发泡剂的注入压力对于聚丙烯挤出发泡的影响很大，气瓶中的物理发泡剂CO2被冷却到接近0℃，使气体液化。要将发泡剂注入机筒，发泡剂进入注入口的压力必须高于注入口处机筒内的熔体压力。因此，在进入挤出机之前，发泡剂需要通过正位移泵压缩到，在挤出机的机筒上，一个单向的阀门用以阻止聚合物熔体流向气体注入系统。当螺杆的转速为10r/min-30r/min，在CO2压力降分别为8Mpa-15MPa时，得到的聚丙烯发泡板材的发泡倍率为20-30倍(密度为30-50Kg/m3即符合要求)。
本发明产品的检测结果和技术要求之间的对比：
  项目   指标(技术要求)   检测结果
  拉伸强度(纵/横向)MPa   ≥0.20/0.10   ≥0.31/0.22
  断裂伸长率(纵/横向)％   ≥80   ≥95
  撕裂强度(纵/横向)N/cm   ≥20/4.0   ≥28/5.2
  热收缩率(纵/横向)(70℃)％   ≤2.5/2.0   ≤1.7/1.3
  阻燃性(mm/min)   ≤100.0   ≤120.0

Claims (3)

1、一种聚丙烯发泡装饰材料生产工艺，其特征在于：将聚丙烯和阻燃剂按100∶15的比例混合，混合后的物料自料斗进入挤出机经过螺杆，在工作一区中，200-230℃状态下充分塑炼成熔融状态，熔融物料由密封挡板进入工作二区，发泡剂由发泡剂加入口注入，在工作二区内由密封板、发泡剂注入口、机头之间构成压缩通道；熔融物料通过密封挡板上的锥状的孔挤出而向前移动进入二区，同时对逆向流动的物料和注入的发泡剂的渗露形成有效的塑料密封；当发泡气体注入二区时，控制发泡气体CO2注入料筒时的压力降为8Mpa-15MPa，使聚丙烯的发泡倍率为20-30倍；在熔体到达发泡机头之前，将溶解有发泡剂的熔体充分冷却到140-145℃。
2、一种聚丙烯发泡装饰材料挤出装置，挤出装置(3)的机筒(6)为夹套结构，夹套上分别设有加热介质的入口(1)、(4)和出口(7)、(10)构成加热循环系统，机筒(6)的一端设有料斗(5)接机筒(6)型腔，机筒(6)的另一端为机头口模(11)，其特征在于：机筒(6)分两段套装在挤出螺杆(2)上构成工作一区和工作二区，两段之间通过密封挡板(9)连接，发泡剂加入口(8)设在工作二区机筒(6)上与其型腔连通；密封挡板(9)上开设有若干锥状的物料挤出通孔(13)与机筒(6)的型腔连通。
3、根据权利要求2所述的挤出装置，其特征在于：挤出螺杆(2)的长度和直径比为(45～55)∶1。
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