CN106479059A - 一种玄武岩纤维改性聚丙烯发泡工艺 - Google Patents

一种玄武岩纤维改性聚丙烯发泡工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种玄武岩纤维改性聚丙烯发泡工艺，包括：(1)将混合均匀的聚丙烯PP和玄武岩纤维熔融共混挤出，得到直径为2‑4mm、长度2‑5mm的聚丙烯/玄武岩纤维共混料颗粒；(2)将聚丙烯/玄武岩纤维共混料颗粒放置于高压反应釜，充入CO2，升温至浸润温度170‑180℃，继续充入CO2至饱和压力20‑28MPa，并保压20‑50min；(3)降高温度至发泡温度105‑165℃，升温过程中保持压力恒定，保温40‑90min；(4)在10秒内泄压至常压，将发泡物取出放置入冰水混合物中急冷。玄武岩纤维与PP共混发泡后，其泡孔结构完整，泡孔尺寸较大。PP发泡物在加入玄武岩纤维后，其PP熔体强度增加了近一倍，随着纤维含量的增加，可以达到6.4g/10min。

Description

一种玄武岩纤维改性聚丙烯发泡工艺
技术领域
本发明涉及汽车材料技术领域，尤其涉及一种玄武岩纤维改性聚丙烯发泡工艺。
背景技术
聚合物发泡材料是指以聚合物为基础而其内部具有无数泡孔的材料，也可以视为以气体为填料的复合材料。其具有密度低、隔热隔音性能好、比强度高等特点。在家庭日用品、交通工具、绝缘材料、包装材料、阻燃材料、电器、运动设施、电子产品等行业被广泛应用。高性能的发泡材料则在军事、航空航天等尖端领域发挥重要作用。
聚合物发泡材料品种繁多，其中应用最广泛的是聚苯乙烯(PS)和聚乙烯(PE)发泡材料。但是，PS和PE发泡材料存在许多缺陷，比如PS发泡材料在自然环境下很难降解，废弃后对环境造成严重的“白色污染”，燃烧时会放出有毒气体；PS和PE发泡材料耐热性能差，在105℃时会发生明显的热变形，不适宜在较高的温度下使用。因此，它们的应用受到了很大限制。
自20世纪70年代以来，作为仅次于PE和聚氯乙烯(PVC)的第三大通用塑料聚丙烯(PP)逐渐进入了发泡研究者的视野，PP发泡材料不仅具有许多优异的性能，而且可回收再利用，在自然环境下可降解。
玄武岩纤维是玄武岩石料在1450-1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。玄武岩纤维具有优异的力学性能、耐高温、耐腐蚀与化学稳定性、抗紫外线，还有绝缘性、良好的电磁波透波性能、与金属、塑料等材料以好的兼容性、过滤净化特性等。生产中常将玄武岩纤维加入到树脂基体中，起到增强体作用，复合材料受到外力作用的时候，基体将通过界面把力传递给纤维增强体，从而使玄武岩纤维与基体形成一个有效发挥综合性能的整体。
发明内容
本发明的目的在于提出一种玄武岩纤维改性聚丙烯发泡工艺，改变聚丙烯熔体强度差的缺陷。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种玄武岩纤维改性聚丙烯发泡工艺，包括：
(1)将混合均匀的聚丙烯PP和玄武岩纤维熔融共混挤出，得到直径为2-4mm、长度2-5mm的聚丙烯/玄武岩纤维共混料颗粒；
(2)将聚丙烯/玄武岩纤维共混料颗粒放置于高压反应釜，充入CO2，升温至浸润温度170-180℃，继续充入CO2至饱和压力20-28MPa，并保压20-50min；
(3)降高温度至发泡温度105-165℃，升温过程中保持压力恒定，保温40-90min；
(4)在10秒内泄压至常压，将发泡物取出放置入冰水混合物中急冷。
由于PP是一种半结晶性化合物，其晶区和非晶区的熔融温度之间存在很大差异，导致其难以得到泡孔尺寸均一的发泡材料。加入本发明的少量纳米粒子后，由于纳米粒子具备小尺寸和大比表面积的特性，可以在较低的用量下对PP起到增强作用，而且分散均匀的纳米粒子又可以作为泡孔的成核剂，提供大量的成核点，诱导异相成核，获得大量均匀分布的泡孔。
所述熔融共混挤出是已知工艺，其典型但非限制性的实例如下：
(1)将PP颗粒由双杆螺旋挤出机的喂料口放入，待PP熔化后，将玄武岩长纤维由侧孔加入，利用双螺旋杆转动时的剪切力将纤维混入PP树脂中，得到共混颗粒物料；
(2)将混合好的PP/玄武岩纤维颗粒混合物加入双螺杆挤出机挤出得到聚丙烯/玄武岩纤维共混料颗粒，双螺杆挤出机工艺条件为：I区和II区温度为185℃，III区和IV区温度为180℃，V区温度为175℃，机头温度160℃，喂料速度100rpm，主机转速90rpm。
所述聚丙烯/玄武岩纤维共混料颗粒，聚丙烯:玄武岩纤维质量比为97:3～90:10，优选97:3～95:5。
本发明在PP颗粒中掺杂入玄武岩纤维，其在PP树脂中分散均匀，纤维的排列大致朝向同一个方向，这说明利用长玄武岩纤维与PP进行共混，可以有效地提高玄武岩纤维在树脂中的分散性。
玄武岩纤维与PP共混发泡后，其泡孔结构完整，泡孔尺寸较大。PP发泡物在加入玄武岩纤维后，其PP熔体强度增加了近一倍，随着纤维含量的增加，可以达到6.4g/10min。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种玄武岩纤维改性聚丙烯发泡工艺，包括：
(1)将混合均匀的聚丙烯PP和玄武岩纤维熔融共混挤出，得到直径为4mm、长度2mm的聚丙烯/碳酸钙颗粒；
(2)将聚丙烯/玄武岩颗粒放置于高压反应釜，充入CO2，升温至浸润温度180℃，继续充入CO2至饱和压力25MPa，并保压30min；
(3)升温至发泡温度105℃，升温过程中保持压力恒定，保温90min；
(4)在10秒内泄压至常压，将发泡物取出放置入冰水混合物中急冷。
实施例2
一种玄武岩纤维改性聚丙烯发泡工艺，包括：
(1)将混合均匀的聚丙烯PP和玄武岩纤维熔融共混挤出，得到直径为2mm、长度5mm的聚丙烯/玄武岩纤维颗粒；
(2)将聚丙烯/玄武岩纤维放置于高压反应釜，充入CO2，升温至浸润温度170℃，继续充入CO2至饱和压力25MPa，并保压20min；
(3)升温至发泡温度152℃，升温过程中保持压力恒定，保温40min；
(4)在10秒内泄压至常压，将发泡物取出放置入冰水混合物中急冷。
实施例3
一种玄武岩纤维改性聚丙烯发泡工艺，包括：
(1)将混合均匀的聚丙烯PP和玄武岩纤维熔融共混挤出，得到直径为2-4mm、长度2-5mm的聚丙烯/玄武岩纤维颗粒；
(2)将聚丙烯/玄武岩纤维放置于高压反应釜，充入CO2，升温至浸润温度175℃，继续充入CO2至饱和压力22MPa，并保压50min；
(3)升温至发泡温度165℃，升温过程中保持压力恒定，保温60min；
(4)在10秒内泄压至常压，将发泡物取出放置入冰水混合物中急冷。
实施例1-3证明，本发明的方法通过在PP中加入玄武岩纤维，使得聚丙烯熔体强度增强。

Claims (3)

1.一种玄武岩纤维改性聚丙烯发泡工艺，包括：
(1)将混合均匀的聚丙烯PP和玄武岩纤维熔融共混挤出，得到直径为2-4mm、长度2-5mm的聚丙烯/玄武岩纤维共混料颗粒；
(2)将聚丙烯/玄武岩纤维共混料颗粒放置于高压反应釜，充入CO2，升温至浸润温度170-180℃，继续充入CO2至饱和压力20-28MPa，并保压20-50min；
(3)降高温度至发泡温度105-165℃，升温过程中保持压力恒定，保温40-90min；
(4)在10秒内泄压至常压，将发泡物取出放置入冰水混合物中急冷。
2.如权利要求1所述的玄武岩纤维改性聚丙烯发泡工艺，其特征在于，所述表熔融共混挤出工艺如下：
(1)将PP颗粒由双杆螺旋挤出机的喂料口放入，待PP熔化后，将玄武岩长纤维由侧孔加入，利用双螺旋杆转动时的剪切力将纤维混入PP树脂中，得到共混颗粒物料；
(2)将混合好的PP/玄武岩纤维颗粒混合物加入双螺杆挤出机挤出得到聚丙烯/玄武岩纤维共混料颗粒，双螺杆挤出机工艺条件为：I区和II区温度为185℃，III区和IV区温度为180℃，V区温度为175℃，机头温度160℃，喂料速度100rpm，主机转速90rpm。
3.如权利要求1所述的聚丙烯高温超临界发泡工艺，其特征在于，所述聚丙烯/玄武岩纤维颗粒中，聚丙烯:玄武岩纤维质量比为97:3～90:10，优选97:3～95:5。
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