CN102218792A

CN102218792A - 一种微孔聚合物材料的可控制备方法及其装置

Info

Publication number: CN102218792A
Application number: CN201110003791XA
Authority: CN
Inventors: 朱建华; 何力; 贾仕奎; 武毅; 柯昌月; 单志; 张纯; 龚维
Original assignee: National Composite Modified Polymer Material Engineering Technology Research Cen
Current assignee: National Composite Modified Polymer Material Engineering Technology Research Cen
Priority date: 2011-01-10
Filing date: 2011-01-10
Publication date: 2011-10-19

Abstract

本发明公开了一种微孔聚合物材料的可控制备方法，包括加料、熔融混合和注塑成型工序，其中注塑成型是将熔融混合好的微孔聚合物原料注入装置型腔中，调节装置型腔的体积和温度，获得微孔聚合物材料，本发明还公开了一种型腔体积和温度可控的装置，本发明是在传统化学法工艺基础上的改进，通过控制材料成型装置的型腔体积和温度，使型腔中的熔融树脂获得不同的释压状态和温度状态，从而获得不同发泡行为和泡孔结构特征的微孔聚合物。该方法可直接应用于普通注射机，装置改造难度不大、投入成本低，易于推广应用，并通过改变型腔的形状和尺寸获得微孔聚合物试样和制品，可在科学试验研究以及汽车零部件、家电生产等领域得到广泛应用。

Description

一种微孔聚合物材料的可控制备方法及其装置

技术领域

本发明涉及微孔聚合物材料技术领域，特别是涉及微孔聚合物材料的可控制备方法和该制备方法中所用到的装置。

背景技术

微孔发泡塑料是近三十年发展起来的一种新型结构功能材料，指一种泡孔直径在0.1～100μm（泡孔直径比普通泡沫塑料小几百倍）范围、材料密度可比发泡前减少5％～95％的新型工程结构塑料。微孔发泡的基本概念是由麻省理工学院研究者在1981年首先提出来的，其设计思想是通过制备小于聚合物材料的临界裂纹尺寸的气泡来增强、增韧聚合物材料，以降低材料密度、减轻材料重量，从而达到既降低材料成本又能提高性能的目的。

目前，制备微孔聚合物材料的工艺方法主要是物理法和化学法，其中以超临界气体为气源的物理发泡方法的相关核心技术已被国外专利覆盖，沿这一路径开发具有我国自主知识产权的核心技术会有较多技术壁垒。而化学法是利用常规注射机装备，通过将化学发泡剂（如AC发泡剂）与聚合物材料熔融混合以后，采用低压（欠注）、高压（二次开模）或双组份注射等工艺方法制备微孔发泡聚合物材料及制品。较之国内外早已研究成熟并在实际生产中已形成局部规模应用的物理法来说，化学法制备工艺相对简易、装备简单、设备投入少，因而在这一领域开发具有我国自主知识产权的核心技术就显得十分必要。但是，化学法注射制备微孔聚合物材料工艺方法和技术上也存在诸多不足，如发泡行为过程、泡孔结构等均难以控制等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有化学法生产微孔聚合物材料时发泡行为及过程难以控制的缺陷，提供一种微孔聚合物材料的可控制备方法以及该方法中用到的型腔体积和温度可控的装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

微孔聚合物材料的可控制备方法，包括加料、熔融混合和注塑成型工序，其中，注塑成型是将熔融混合好的微孔聚合物原料注入装置型腔中，调节装置型腔的体积和温度，获得微孔聚合物材料。

具体的，上述制备方法为：

a.将化学发泡剂和树脂在普通注射机的料筒中，熔融混合均匀，获得树脂熔体；

b.将树脂熔体注入装置型腔中，调节装置型腔的体积和温度，使树脂熔体获得不同的释压状态和温度，获得微孔聚合物材料；

c.开通装置型腔的冷却系统，使具有不同发泡结构的微孔聚合物材料快速冷却定型。

前述制备方法中所述的装置型腔安装在普通注射机的注塑模具处。

前述制备方法中型腔体积的调节范围为初始体积的5～100%。型腔温度的调节范围为室温～200℃。

本发明还提供了一种型腔体积和温度可控的装置，包括定模和动模，活塞模块位于动模内，与定模组成型腔，在动模中围绕型腔设有加热管，定模中设有浇道，在定模和动模中分别设有冷却水腔，循环冷却水从入水口流入，从出水口流出。该装置型腔可根据科学研究或实际应用的要求设计成不同的形状和尺寸。

在上述技术方案中，还可以根据对发泡树脂熔体发泡行为和泡孔结构的要求，在发泡树脂熔体注射到装置型腔之前或者之后对装置型腔的体积和温度进行调节控制，使发泡树脂熔体获得不同的发泡行为、形成不同的泡孔结构特征。

本发明原理：微孔聚合物材料是分散在树脂材料基体中的气相从树脂基体中析出、长大、定型成泡孔后形成的，而熔融树脂中气体的溶解度受熔体周围压力和温度的影响明显。压力和温度不同，气体从树脂中析出的数量、流动迁移速率以及最终形成的泡孔尺寸也随之不同，因而可以通过调节发泡树脂熔体周围环境的压力和温度来控制气体在树脂熔体中的溶解度和流动性，从而实现不同泡孔结构微孔聚合物材料的可控制备。

与现有技术相比，本发明是在传统化学法工艺基础上的改进，通过控制材料成型装置的型腔体积和温度，使型腔中的熔融树脂获得不同的释压状态和温度状态，从而获得不同发泡行为和泡孔结构特征的微孔聚合物，所得微孔聚合物的泡孔尺寸在100μm以下。该方法操作简便、制备工艺简单，可直接应用于普通注射机，装置改造难度不大、投入成本低，易于推广应用，并通过改变型腔的形状和尺寸获得微孔聚合物试样和制品，可在科学试验研究以及汽车零部件、家电生产等领域得到广泛应用。

附图说明

图1是本发明一种装置的结构示意图；

图2是采用本发明方法和装置制备的微孔聚合物材料内部结构的SEM图。

具体实施方式

实施例1：发泡树脂组成：PS（聚苯乙烯）树脂基体材料80重量份、AC发泡剂母粒10重量份和助剂母粒10重量份。

如图1所示，先接通加热管5，将装置型腔温度控制在100℃，活塞模块1通过外加电动或液压系统调节移动，移动活塞模块1，使合模状态下装置型腔的初始厚度为6mm。将PS、AC发泡剂母粒和助剂母粒在普通注射机的料筒中熔融混合均匀，获得树脂熔体，树脂熔体由普通注射机的注射嘴通过浇道4注入型腔3中，注射完毕后立即移动活塞模块1使型腔3在初始厚度上分别增加0.3mm、0.6mm、0.9mm、1.2mm、1.5mm和1.8mm（（即试样厚度在初始厚度的基础上增加5%、10%、15%、20%、25%和30%），发泡完成后打开循环冷却水，迅速降低装置温度，使型腔中的聚合物材料冷却定型，从而制备出不同泡孔结构特征的微孔PS材料，该材料的泡孔结构特征包括宏观密度、平均泡孔尺寸和泡孔个数见表1：

表1

实施例2：发泡树脂组成：PS树脂基体材料76重量份、纳米蒙脱土4重量份、AC发泡剂母粒10重量份和助剂母粒10重量份。按照实施例1的方法制备PS/纳米蒙脱土材料，泡孔结构特征如表2所示：

表2

实施例3：制备形状相同（厚度均为7mm）、发泡结构不同的微孔PS材料，发泡树脂原料组成同实施例1。首先根据不同发泡结构特征的需要，在保证最终试样厚度为7mm条件下，选定活塞模块1二次移动距离为0.7mm、1.26mm、2.38mm和5.32mm（即再次移动距离为7mm的10%、18%、34%和76%），即各材料的初始厚度分别为7mm、6.3mm、5.74mm、4.62mm和1.68mm。

如图1所示，先接通加热管5，将型腔温度控制在100℃，通过外加液压系统移动型腔活塞模块1，使装置在合模状态下的型腔厚度分别为7mm、6.3mm、5.74mm、4.62mm和1.68mm。将PS、AC发泡剂母粒和助剂母粒在普通注射机的料筒中熔融混合均匀，由注射机注射嘴通过浇道4注入型腔3中，注射完毕后立即调节移动活塞模块1，使型腔3厚度分别增加0、0.7mm、1.26mm、2.38mm和5.32mm，最后打开循环冷却水迅速降低装置温度，使型腔中的PS材料冷却定型，从而制备出相同形状而具有不同泡孔结构特征的微孔PS材料。该材料的发泡结构特征包括宏观密度、平均泡孔尺寸和泡孔个数见表3：

表3

Claims

1.一种微孔聚合物材料的可控制备方法，包括加料、熔融混合和注塑成型工序，其特征在于：将熔融混合好的微孔聚合物原料注入装置型腔中，调节装置型腔的体积和温度，获得微孔聚合物材料。

2.按照权利要求1所述微孔聚合物材料的可控制备方法，其特征在于：

3.按照权利要求1或2所述微孔聚合物材料的可控制备方法，其特征在于：装置型腔安装在普通注射机的注塑模具处。

4.按照权利要求1或2所述微孔聚合物材料的可控制备方法，其特征在于：所述型腔的体积的调节范围为初始体积的5～100%。

5.按照权利要求1或2所述微孔聚合物材料的可控制备方法，其特征在于：所述型腔的温度的调节范围为室温～200℃。

6.一种型腔体积和温度可控的装置，包括定模（11）和动模（12），其特征在于：活塞模块（1）位于动模（12）内，与定模（11）组成型腔（3），在动模（12）中围绕型腔（3）设有加热管（5），定模（11）中设有浇道（4），在定模（11）和动模（12）中分别设有冷却水腔（6），循环冷却水从入水口（71）流入，从出水口（72）流出。