CN104355567A - 高强度仿陶瓷材料的制备及其制造餐具的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及餐具材料和餐具制造，具体涉及一种高强度仿陶瓷材料的制备方法及其制造餐具的方法，其特征在于，高强度仿陶瓷材料制备所需的物质配比如下：不饱和聚酯树脂220～240份；低收缩树脂10～50份；固化剂5～7.5份；石粉450～500份；玻璃纤维175～205份；硬脂酸锌10～20份，本发明主要针对塑料餐具在韧性、强度方面存在的缺陷，提供了一种适用于制造餐具的、由特定配方组成的BMC热固性材料，称之为高强度仿陶瓷材料，又利用高强度仿陶瓷材料制造餐具，改进了餐具的外观光泽度，提升了餐具的整体强度和质量，延长了餐具的使用寿命，提高了生产效率并降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及餐具材料和餐具制造，具体涉及一种高强度仿陶瓷材料的制备及其制造餐具的方法。
背景技术
目前，市场上的塑料餐具以其质轻、价廉和力学性能好等优点称霸餐具市场。但其在实际使用过程中存在很多的缺陷和不便，例如无法达到具有较高强度的同时具有较高的韧性，普通PP塑料餐具质地软，受力很小就扭曲变形难以正常使用；PP塑料低温脆性大；普通PS塑料质地较硬但是其韧性很差，受力后会发生折断，出现折断时碎屑飞溅伤人等严重问题。
模塑料(BMC)是热固定材料，由特定配方组成的BMC热固性材料可应用于于制造餐具。BMC热固性材料通过机械化和自动化的设备进行模压成型成多种餐具用品，对产品的外观、整体强度和质量、使用寿命等方面都有极大的改善。
发明内容
本发明主要针对塑料餐具在韧性、强度方面存在的缺陷，发明了一种适用于制造餐具的、由特定配方组成的BMC热固性材料，称之为高强度仿陶瓷材料，本发明提供了高强度仿陶瓷材料的制备方法以及利用BMC热固性材料制造餐具的方法，利用高强度仿陶瓷材料制造餐具，改进了餐具的外观光泽度，提升了餐具的整体强度和质量，延长了餐具的使用寿命，提高了生产效率并降低了生产成本。
本发明的上述技术问题是通过以下技术方案得以实施的：一种高强度仿陶瓷材料的制备及其制造餐具的方法，其特征在于，高强度仿陶瓷材料制备所需的物质配比如下：
高强度仿陶瓷材料的制备，步骤如下：
①先将不饱和聚酯树脂、低收缩树脂、固化剂、硬脂酸锌，以及30％的石粉加入高剪切型的搅拌机中搅拌均匀，混合温度达到50℃±5℃，然后再缓慢加入剩余的石粉混合搅拌均匀，制得树脂预混浆料；
②把树脂预混浆料加入到混料机中，加入烘干处理过的短切玻璃纤维，搅拌10～15分钟后倒出团料，所述团料用挤出机挤成条状和丸状，烘干后备用，所述团料称为模塑料；制造餐具的方法，为模压成型或者注塑成型，
其中，模压成型，用模塑料压制成餐具产品，即把模塑料加入到预热的模具中，经加压、加热后固化成型，其具体流程为：
①加料；将固体模塑料加入到预热的钢制模具中
②合模；将模具的上模和下模合为一体
③充模；模塑料在压力下流动并充满整个型腔
④固化；在设定的压力和温度下保持一定时间后充分固化
⑤开模；取出餐具制品。
作为优选，所述把树脂预混浆料加入到混料机中，混料机为Z型铰刀式混料机或者行星式混合机。
作为优选，所述团料用挤出机挤成条状和丸状后，用聚酯薄膜密封包装，储存备用。
作为优选，所述模压成型的工艺条件：
1)成型压力：普通餐具制品3.5～7MPa，对餐具表面要求高的用12～16MPa；
2)成型温度：模具温度，即模具的上模温度在145±5℃；定模温度，即模具的下模温度可调低5～15℃以便脱模；
3)合模速度：不大于50秒，50秒内合模完成；
4)固化时间：制品壁厚3mm的固化时间为2～3分钟，壁厚6mm的固化时间为4～6分钟，壁厚12mm的固化时间为6～10分钟。
作为优选，所述的注塑成型是将团料，即模塑料，通过注塑机注塑成型，制成餐具，具体流程包括：
①加料；通过挤压式加料装置，将模塑料强压入注塑机的料筒中，又通过螺杆传将料筒 中的模塑料传送至料筒前方，再经过注射至模具型腔固化成型；
②注塑；通过注塑机的注射装置，将料筒前方的模塑料注射至模具型腔；
③合模；模塑料在压力下流动并充满整个型腔；
④固化；在设定的压力和温度下保持一定时间后充分固化；
⑤开模；取出制品。
作为优选，根据注射方式的不同，采用的注塑机为柱塞式注塑机或者螺杆式注塑机。
作为优选，注塑成型的工艺条件如下：
1)料筒温度；料筒温度分为两段或三段控制，近料斗端较低，近喷嘴端温度较高，两者相差20～60℃；
2)模具温度；135～185℃；
3)注射压力；80～160Mpa；
4)注射速度；1.8～3.5m/min；
5)螺杆转速及背压；采用螺杆式注塑机时，螺杆转速20～50r/min，背压1.4～2.0Mpa；
6)成型周期；注射时间为2～20秒，保温时间为10～20秒。
注塑机主要是生产热固性团状料的专业设备，注射成型和其它热固性塑料不同之处在于其油灰状团块料难以加料，需要用强制加料装置，即在加料部分有一套液压系统，在螺杆预料时将团状料强制推入料筒，BMC在加料时就可以看成是已经塑化好的预混料，螺杆不起塑化作用，而仅是混合、输送、计量。BMC注塑机是适合结构复杂的模具，用注塑方式加工，产品效率高，劳动强度低。
注塑成型，具有良好的加工流动性，因此非常适合于注塑成型加工，成型时注射压力不高，注射时间较短，能快速均匀地充模。
综上所述，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明由特定配方组成的BMC热固性材料，利用机械化和自动化的设备进行模压成型成多种餐具用品，改进了产品的外观光泽度，提升餐具的整体强度和质量，延长使用寿命，提高了生产效率并降低了生产成本。由其相对于现有的制造塑料餐具的材料及其工艺来说，具有以下优点：
1、用BMC为原材料的优点在于具有很高的尺寸稳定性和尺寸精度；
2、制品外观可通过镀釉的方式是产品更健康，更美观；
3、手感好，拉伸、弯曲、冲击强度等性能高于热塑性塑料，抗蠕变也比热塑性塑料好；
4、对水、乙醇、脂肪烃、油脂、油具有良好的耐腐蚀性，吸水率低，浸泡一天后绝缘性能仍然很好。
针对BMC热固性材料成型餐具制品的过程，其成型优点如下：
①成型周期短，可模压，亦可注射，适合大批量生产；
②可加入大量填料，可满足阻燃、尺寸稳定性要求，成本低；
③复杂制品可整体成型，嵌件、孔、台、筋、凹槽等均可同时成型；
④与通常的热塑性塑料相比，制品耐热性、绝缘性、弹性模量等性能要高一些；
⑤对工人技能要求不高，易实现自动化，节省劳动力；
⑥制品尺寸精确；
⑦作业环境好。
本发明的餐具制品有以下技术指标：
1.拉伸强度： 85～110MPa
2.压缩强度： 85～95MPa
3.弯曲强度： 95～140MPa
4.冲击强度： 25～35KJ/m2
5.硬度： 40～50
6.收缩率： 0.015～0.02％
7.绝缘强度： ≥12KV/mm
8.可燃性： HB(UL-94)
9.环保性： 食品等级可达V0。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
一种高强度仿陶瓷材料的制备及其制造餐具的方法，高强度仿陶瓷材料制备所需的物质配比如下：
高强度仿陶瓷材料的制备，步骤如下：
①先将不饱和聚酯树脂、低收缩树脂、固化剂、硬脂酸锌、以及30％碳酸钙加入高剪切型的搅拌机中搅拌均匀，混合温度达到50℃左右，浮动范围在正负5℃，然后再缓慢加入剩余的碳酸钙混合搅拌均匀，制得树脂预混浆料；
②把树脂预混浆料加入到Z型铰刀式混料机或者行星式混合机中，加入烘干处理过的短切玻璃纤维，搅拌10分钟后倒出团料，所述团料用挤出机挤成条状和丸状，用聚酯薄膜密封包装，烘干后储存备用，所述团料称为模塑料(BMC)。
制造餐具的方法，为模压成型，用模塑料压制成餐具产品，即把模塑料加入到预热的模具中，经加压、加热后固化成型，其具体流程为：
①加料；将固体模塑料加入到预热的钢制模具中
②合模；将模具的上模和下模合为一体
③充模；模塑料在压力下流动并充满整个型腔
④固化；在设定的压力和温度下保持一定时间后充分固化
⑤开模；取出餐具制品。
所述模压成型的工艺条件：
1)成型压力：普通餐具制品3.5MPa，对餐具表面要求高的用12MPa；
2)成型温度：模具温度，即模具的上模温度在145℃，允许正负5℃的浮动；定模温度，即模具的下模温度可在145℃的基础上调低5℃以便脱模；
3)合模速度：不大于50秒，50秒内合模完成；
4)固化时间：制品壁厚3mm的固化时间为2分钟，壁厚6mm的固化时间为4分钟，壁厚12mm的固化时间为6分钟。
实施例2：
与实施例1相比，本实施例采用注塑成型制造餐具，一种高强度仿陶瓷材料的制备及其制造餐具的方法，高强度仿陶瓷材料制备所需的物质配比如下：
高强度仿陶瓷材料的制备，步骤如下：
①先将不饱和聚酯树脂、低收缩树脂、固化剂、硬脂酸锌、以及30％碳酸钙加入高剪切型的搅拌机中搅拌均匀，混合温度达到50℃左右，浮动范围在正负5℃，然后再缓慢加入剩余的碳酸钙混合搅拌均匀，制得树脂预混浆料；
②把树脂预混浆料加入到Z型铰刀式混料机或者行星式混合机中，加入烘干处理过的短切玻璃纤维，搅拌15分钟后倒出团料，所述团料用挤出机挤成条状和丸状，用聚酯薄膜密封包装，烘干后储存备用，所述团料称为模塑料(BMC)。
制造餐具的方法，为注塑成型，是将团料，即模塑料，通过注塑机注塑成型，制成餐具，具体流程包括：
①加料；通过挤压式加料装置，将模塑料强压入注塑机的料筒中，又通过螺杆传将料筒中的模塑料传送至料筒前方，再经过注射至模具型腔固化成型；
②注塑；通过注塑机的注射装置，将料筒前方的模塑料注射至模具型腔；
③合模；模塑料在压力下流动并充满整个型腔；
④固化；在设定的压力和温度下保持一定时间后充分固化；
⑤开模；取出制品。
注塑成型设备要求：
在模塑料(BMC)中，由于加入了玻璃纤维，因此所用设备与通常热固性塑料注塑成型设备有些不同，使用的注塑机，根据注射方式的不同，分为柱塞式注塑机和螺杆式注塑机。
1)加料系统。不论是螺杆式还是柱塞式，都必须附加一个挤压式加料装置，以强迫物料进入料筒，该加料装置多采用柱塞式加压进料。
2)注塑系统。由于柱塞式注塑机的注射量准确而恒定，使玻纤少受损伤地分散于熔料中，因此，柱塞式注塑机使用较多，但排气不便。
3)加热系统。在BMC的注塑成型中，控制料筒温度十分重要，必须有一套控制系统控制温度，确保加料段到喷嘴的温度为最佳。目前多采用恒温水或恒温油进行加热。也可采用电加热。
4)合模装置。多采用机械、液压式和全液压式等几种合模装置。
5)模具。BMC注塑模与通常的热塑性、热固性注塑有些不同，主要是BMC的收缩率较低，因此在设计模腔尺寸时应有所变化。
注塑成型，具有良好的加工流动性，因此非常适合于注塑成型加工，成型时注射压力不高，注射时间较短，能快速均匀地充模。
注塑成型的工艺条件如下，以螺杆式注塑机为例：
1)料筒温度；加工时，要求BMC在料筒温度下，较长时间保持低粘度的流动态，一般料筒温度应能满足BMC的低限值，料筒温度分为两段或三段控制，近料斗端较低，近喷嘴端温度较高，两者相差60℃；
2)模具温度；185℃；
3)注射压力；由于BMC的流动性差，固化快，模具结构复杂，故注射压力宜选择较高压力，为160Mpa；
4)注射速度；注射速度的提高，有助于提高塑件表面质量，缩短固化时间，但不利于排气，并增加玻纤的取向程度。故应在保证塑件表面质量的前提下采用较低的注射速度，通常为3.5m/min；
5)螺杆转速及背压；若采用螺杆式注塑机，在注射BMC时，螺杆对玻纤的损伤较大，为了尽量减少玻纤的损伤，螺杆转速宜选低值，为50r/min；而根据BMC的粘度，以采用低背压为宜，为2.0MPa；
6)成型周期；由于塑件的大小和复杂程度不同，各段的工艺时间也不同，一般注射时间为20秒，保温时间为20秒。
BMC成型的不良现象及处理对策：
文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (7)
1.一种高强度仿陶瓷材料的制备及其制造餐具的方法，其特征在于，高强度仿陶瓷材料制备所需的物质配比如下：
（1）不饱和聚酯树脂 220 ~ 240 份
（2）低收缩树脂 1 0 ~ 50 份
（3）固化剂 5 ~ 7.5 份
（4）石粉 450 ~ 500 份
（5）玻璃纤维 175 ~ 205 份
（6）硬脂酸锌 10 ~ 20 份
高强度仿陶瓷材料的制备，步骤如下：
①先将不饱和聚酯树脂、低收缩树脂、固化剂、硬脂酸锌，以及30%的石粉加入高剪切型的搅拌机中搅拌均匀，混合温度达到50℃±5℃，然后再缓慢加入剩余的石粉混合搅拌均匀，制得树脂预混浆料；
②把树脂预混浆料加入到混料机中，加入烘干处理过的短切玻璃纤维，搅拌10~15分钟后倒出团料，所述团料用挤出机挤成条状和丸状，烘干后备用，所述团料称为模塑料；
制造餐具的方法，为模压成型或者注塑成型，
其中，模压成型，用模塑料压制成餐具产品，即把模塑料加入到预热的模具中，经加压、加热后固化成型，其具体流程为：
①加料；将固体模塑料加入到预热的钢制模具中
②合模；将模具的上模和下模合为一体
③充模；模塑料在压力下流动并充满整个型腔
④固化；在设定的压力和温度下保持一定时间后充分固化
⑤开模；取出餐具制品。
2.根据权利要求1所述的高强度仿陶瓷材料的制备及其制造餐具的方法，特征在于，所述把树脂预混浆料加入到混料机中，混料机为Z型铰刀式混料机或者行星式混合机。
3.根据权利要求1或2所述的高强度仿陶瓷材料的制备及其制造餐具的方法，特征在于，所述团料用挤出机挤成条状和丸状后，用聚酯薄膜密封包装，储存备用。
4.根据权利要求3所述的高强度仿陶瓷材料的制备方法及其制造餐具的方法，特征在于，所述模压成型的工艺条件：
1) 成型压力：普通餐具制品3.5~7MPa，对餐具表面要求高的用12~16MPa；
2) 成型温度：模具温度，即模具的上模温度在145±5℃；定模温度，即模具的下模温度可调低5~15℃以便脱模；
3) 合模速度：不大于50秒，50秒内合模完成；
4) 固化时间：制品壁厚3mm的固化时间为2~3分钟，壁厚6mm的固化时间为4~6分钟，壁厚12mm的固化时间为6~10分钟。
5.根据权利要求1所述的高强度仿陶瓷材料的制备方法及其制造餐具的方法，特征在于，所述的注塑成型是将团料，即模塑料，通过注塑机注塑成型，制成餐具，具体流程包括：
①加料；通过挤压式加料装置，将模塑料强压入注塑机的料筒中，又通过螺杆传将料筒中的模塑料传送至料筒前方，再经过注射至模具型腔固化成型；
②注塑；通过注塑机的注射装置，将料筒前方的模塑料注射至模具型腔；
③合模；模塑料在压力下流动并充满整个型腔；
④固化；在设定的压力和温度下保持一定时间后充分固化；
⑤开模；取出制品。
6.根据权利要求5所述的高强度仿陶瓷材料的制备方法及其制造餐具的方法，特征在于，根据注射方式的不同，采用的注塑机为柱塞式注塑机或者螺杆式注塑机。
7.根据权利要求6所述的高强度仿陶瓷材料的制备方法及其制造餐具的方法，特征在于，注塑成型的工艺条件如下：
1) 料筒温度；料筒温度分为两段或三段控制，近料斗端较低，近喷嘴端温度较高，两者相差20~60℃；
2）模具温度；135~185℃；
3) 注射压力；80~160Mpa；
4) 注射速度；1.8~3.5m/min；
5) 螺杆转速及背压；采用螺杆式注塑机时，螺杆转速20~50r/ min，背压1.4~2.0Mpa；
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