CN108047581A - 一种高强度的石墨聚苯板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及保温板材技术领域，具体涉及一种高强度的石墨聚苯板及其制备方法，所述的石墨聚苯板包括：聚苯乙烯树脂80～110份、膨胀石墨粉10～18份、发泡剂5～15份、增强纤维5～20份、聚乙烯树脂5～20份、相容剂SEBS‑g‑MAH0.5～3份、无机纳米粒子3～8份，其它功能助剂0.1～3份；本发明提供的石墨聚苯板，通过聚乙烯树脂加入，与聚苯乙烯树脂共混改性，提高了聚苯乙烯树脂的抗冲击性能，同时，本发明中还添加有增强纤维与聚乙烯树脂和聚苯乙烯树脂形成的两相中构成连系，提高整体聚苯板的强度。

Description

一种高强度的石墨聚苯板及其制备方法
技术领域
本发明涉及保温板材技术领域，具体涉及一种高强度的石墨聚苯板及其制备方法。
背景技术
石墨聚苯板是经典隔热材料发泡聚苯乙烯通过化学法进一步精炼的产品，由于聚苯乙烯中掺杂了石墨颗粒，可以对热辐射进行反射，并且其中含有能够大幅度提高保温隔热性能的红外线吸收物，从而减少热损失，因此，其绝热性能相比普通的EPS(聚苯乙烯泡沫)有了更为明显的改善。石墨聚苯板的导热系数达到0.030～0.032W/m·K，使用石墨聚苯板可以有效提高能效并减少碳排放。但是，石墨聚苯板由于高熔点石墨的加入，聚苯乙烯的整体抗冲击性能受到影响，同时，石墨粉在聚苯乙烯中极易发生团聚，因较难实现分散均匀而对最终的石墨聚苯板的性能产生极大的影响。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种高强度的石墨聚苯板。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高强度的石墨聚苯板，包括以下重量份的物质：聚苯乙烯树脂80～110份、膨胀石墨粉10～18份、发泡剂5～15份、增强纤维5～20份、聚乙烯树脂5～20份、相容剂SEBS-g-MAH 0.5～3份、无机纳米粒子3～8份，其它功能助剂0.1～3份。
本发明中，通过在聚苯乙烯树脂中添加聚乙烯树脂进行共混改性，提高聚苯乙烯树脂的抗冲击性能，由于聚苯乙烯树脂与聚乙烯树脂的相容性非常差，在两者共混是添加相容剂SEBS-g-MAH，该相容剂由于马来酸酐的加入提高共混物的相容性，改善了共混物的加工性能；所述的增强纤维在聚苯乙烯与聚乙烯两相之间构成相互连系，提高二者的相容性能。
进一步的，根据本发明，所述的石墨聚苯板包括以下重量份的物质：聚苯乙烯树脂90～100份、膨胀石墨粉12～17份、发泡剂8～12份、增强纤维8～15份、聚乙烯树脂8～15份、相容剂SEBS-g-MAH 0.8～2份、无机纳米粒子5～7份，其它功能助剂0.5～2份。
本发明的聚苯乙烯树脂通过发泡剂的作用实现体积膨胀，所述的发泡剂为所属领域技术人员所熟知的，如发泡剂戊烷、发泡剂丁烷。
本发明中所述的其他功能助剂包括抗氧剂，紫外线吸收剂，具体的，所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168，所述的紫外线吸收剂为苯并三唑类紫外线吸收剂。
进一步的，为了提高所述的膨胀石墨粉的分散性能，所述膨胀石墨粉经表面活性剂进行预处理改性。
进一步的，本发明所述的膨胀石墨粉的尺寸为200～500目。
进一步的，根据本发明，本发明中所述的增强纤维为晶须，包括有机晶须、无机晶须，所述的有机晶须选自纤维素晶须、聚(丙烯酸丁酯-苯乙烯)晶须、聚(4-羟基苯甲酯)晶须；所述的无机晶须包括钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、硫酸钙晶须、碳酸钙晶须、氧化铝晶须、氧化锌晶须。
进一步的，所述的增强纤维的直径为0.5～10μm，长度为120～250μm。
本发明中无机纳米粒子的作用主要用于填充在聚苯乙烯中，提高其强度，所述的无机纳米粒子包括碳酸钙、硫酸钡、二氧化钛、二氧化硅；进一步的，无机纳米粒子的粒径过小时，性价比较低，而粒径较大时，反而会影响聚苯乙烯板的整体强度，本发明所述无机纳米粒子的粒径为1～10μm。
本发明还提供了一种所述的高强度的石墨聚苯板的制备方法，包括以下步骤：
(1)利用表面活性剂对膨胀石墨粉、无机纳米粒子进行表面改性；
(2)按配方量称取改性处理的膨胀石墨粉和无机纳米粒子与聚苯乙烯树脂、聚乙烯树脂在高速混合机中混合均匀，然后向其中加入增强纤维、相容剂SEBS-g-MAH和其它功能助剂，继续搅拌得到混合物I；
(3)利用下料装置将上述混合物I下料至挤出机中熔融混合、加压挤出、拉条冷却，切粒得到石墨聚苯板颗粒；
(4)将步骤(3)中造出的颗粒与发泡剂混合，然后加入挤塑机中挤压成型，得到石墨聚苯板，经陈化养护得成品。
进一步的，根据本发明，所述的步骤(3)中，挤出机为双螺杆挤出机，其加工各区域的温度范围为190～240℃，主机转速为400～900rpm，过滤器的孔径为15～40μm。
进一步的，所述的步骤(4)中，石墨聚苯板的养护工艺为，将石墨聚苯板错位堆码在真空干燥箱中，在0.3～0.6Mpa、40～60℃的条件下养护5～10h即得成品。通过在低温真空的环境下进行养护，石墨聚苯板中残留的水分及可燃的发泡剂挥发的更快更彻底，提高了其养护的效率，缩短了养护时间。
与现有技术相比，本发明提供的石墨聚苯板，通过聚乙烯树脂加入，与聚苯乙烯树脂共混改性，提高了聚苯乙烯树脂的抗冲击性能，同时，本发明中还添加有增强纤维与聚乙烯树脂和聚苯乙烯树脂形成的两相中构成连系，提高整体聚苯板的强度。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例1
一种高强度的石墨聚苯板，包括以下重量份的物质：
聚苯乙烯树脂95份
膨胀石墨粉14份
发泡剂戊烷10份
纤维素晶须(直径5μm、长度180μm)12份
聚乙烯树脂12份
相容剂SEBS-g-MAH 1.4份
碳酸钙粒子(粒径5μm)6份
抗氧剂1010 1.4份；
上述高强度的石墨聚苯板的制备方法，包括以下步骤：
(1)利用表面活性剂对膨胀石墨粉、碳酸钙粒子进行表面改性；
(2)按配方量称取改性处理的膨胀石墨粉和碳酸钙粒子与聚苯乙烯树脂、聚乙烯树脂在高速混合机中混合均匀，然后向其中加入纤维素晶须、相容剂SEBS-g-MAH和抗氧剂1010，继续搅拌得到混合物I；
(3)利用下料装置将上述混合物I下料至双螺杆挤出机中熔融混合、加压挤出、拉条冷却，切粒得到石墨聚苯板颗粒；
双螺杆挤出机的一区温度为225℃、二区温度为230℃、三区温度为232℃、四区温度为234℃、五区温度为235℃，主机转速为700rpm，过滤器的孔径为30μm；
(4)将步骤(3)中造出的颗粒与发泡剂戊烷混合，然后加入挤塑机中挤压成型，得到石墨聚苯板，经陈化养护得成品；
所述养护的工艺为：将石墨聚苯板错位堆码在真空干燥箱中，在0.4Mpa、50℃的条件下养护8h。
实施例2
一种高强度的石墨聚苯板，包括以下重量份的物质：
聚苯乙烯树脂90份
膨胀石墨粉12份
发泡剂丁烷8份
聚(丙烯酸丁酯-苯乙烯)晶须(直径3μm、长度150μm)8份
聚乙烯树脂8份
相容剂SEBS-g-MAH 0.8份
硫酸钡粒子(粒径8μm)5份
抗氧剂168 0.5份；
上述高强度的石墨聚苯板的制备方法，包括以下步骤：
(1)利用表面活性剂对膨胀石墨粉、硫酸钡粒子进行表面改性；
(2)按配方量称取改性处理的膨胀石墨粉和硫酸钡粒子与聚苯乙烯树脂、聚乙烯树脂在高速混合机中混合均匀，然后向其中加入聚(丙烯酸丁酯-苯乙烯)晶须、相容剂SEBS-g-MAH和抗氧剂168，继续搅拌得到混合物I；
(3)利用下料装置将上述混合物I下料至双螺杆挤出机中熔融混合、加压挤出、拉条冷却，切粒得到石墨聚苯板颗粒；
双螺杆挤出机的一区温度为225℃、二区温度为230℃、三区温度为232℃、四区温度为234℃、五区温度为235℃，主机转速为500rpm，过滤器的孔径为35μm；
(4)将步骤(3)中造出的颗粒与发泡剂丁烷混合，然后加入挤塑机中挤压成型，得到石墨聚苯板，经陈化养护得成品；
所述养护的工艺为：将石墨聚苯板错位堆码在真空干燥箱中，在0.4Mpa、45℃的条件下养护6h。
实施例3
一种高强度的石墨聚苯板，包括以下重量份的物质：
聚苯乙烯树脂100份
膨胀石墨粉17份
发泡剂戊烷12份
钛酸钾晶须(直径8μm、长度220μm)15份
聚乙烯树脂15份
相容剂SEBS-g-MAH 2份
二氧化钛粒子(粒径3μm)7份
苯丙三唑类紫外线吸收剂2份；
上述高强度的石墨聚苯板的制备方法，包括以下步骤：
(1)利用表面活性剂对膨胀石墨粉、二氧化钛粒子进行表面改性；
(2)按配方量称取改性处理的膨胀石墨粉和二氧化钛粒子与聚苯乙烯树脂、聚乙烯树脂在高速混合机中混合均匀，然后向其中加入钛酸钾晶须、相容剂SEBS-g-MAH和抗氧剂1010，继续搅拌得到混合物I；
(3)利用下料装置将上述混合物I下料至双螺杆挤出机中熔融混合、加压挤出、拉条冷却，切粒得到石墨聚苯板颗粒；
双螺杆挤出机的一区温度为225℃、二区温度为230℃、三区温度为232℃、四区温度为234℃、五区温度为235℃，主机转速为800rpm，过滤器的孔径为20μm；
(4)将步骤(3)中造出的颗粒与发泡剂戊烷混合，然后加入挤塑机中挤压成型，得到石墨聚苯板，经陈化养护得成品；
所述养护的工艺为：将石墨聚苯板错位堆码在真空干燥箱中，在0.5Mpa、55℃的条件下养护9h。
实施例4
一种高强度的石墨聚苯板，包括以下重量份的物质：
聚苯乙烯树脂80份
膨胀石墨粉10份
发泡剂丁烷5份
硼酸铝晶须(直径0.5μm、长度120μm)5份
聚乙烯树脂5份
相容剂SEBS-g-MAH 0.5份
二氧化硅粒子(粒径1μm)3份
抗氧剂168 0.1份；
上述高强度的石墨聚苯板的制备方法，包括以下步骤：
(1)利用表面活性剂对膨胀石墨粉、二氧化硅粒子进行表面改性；
(2)按配方量称取改性处理的膨胀石墨粉和二氧化硅粒子与聚苯乙烯树脂、聚乙烯树脂在高速混合机中混合均匀，然后向其中加入硼酸铝晶须、相容剂SEBS-g-MAH和抗氧剂168，继续搅拌得到混合物I；
(3)利用下料装置将上述混合物I下料至双螺杆挤出机中熔融混合、加压挤出、拉条冷却，切粒得到石墨聚苯板颗粒；
双螺杆挤出机的一区温度为225℃、二区温度为230℃、三区温度为232℃、四区温度为234℃、五区温度为235℃，主机转速为400rpm，过滤器的孔径为40μm；
(4)将步骤(3)中造出的颗粒与发泡剂丁烷混合，然后加入挤塑机中挤压成型，得到石墨聚苯板，经陈化养护得成品；
所述养护的工艺为：将石墨聚苯板错位堆码在真空干燥箱中，在0.3Mpa、60℃的条件下养护5h。
实施例5
一种高强度的石墨聚苯板，包括以下重量份的物质：
聚苯乙烯树脂110份
膨胀石墨粉18份
发泡剂戊烷15份
硫酸钙晶须(直径10μm、长度250μm)20份
聚乙烯树脂20份
相容剂SEBS-g-MAH 3份
碳酸钙粒子(粒径10μm)8份
抗氧剂1010 3份；
上述高强度的石墨聚苯板的制备方法，包括以下步骤：
(1)利用表面活性剂对膨胀石墨粉、碳酸钙粒子进行表面改性；
(2)按配方量称取改性处理的膨胀石墨粉和碳酸钙粒子与聚苯乙烯树脂、聚乙烯树脂在高速混合机中混合均匀，然后向其中加入硫酸钙晶须、相容剂SEBS-g-MAH和抗氧剂1010，继续搅拌得到混合物I；
(3)利用下料装置将上述混合物I下料至双螺杆挤出机中熔融混合、加压挤出、拉条冷却，切粒得到石墨聚苯板颗粒；
双螺杆挤出机的一区温度为225℃、二区温度为230℃、三区温度为232℃、四区温度为234℃、五区温度为235℃，主机转速为900rpm，过滤器的孔径为15μm；
(4)将步骤(3)中造出的颗粒与发泡剂戊烷混合，然后加入挤塑机中挤压成型，得到石墨聚苯板，经陈化养护得成品；
所述养护的工艺为：将石墨聚苯板错位堆码在真空干燥箱中，在0.6Mpa、40℃的条件下养护10h。
对比例1
本实施例与实施例1的石墨聚苯板的配方组成相同，不同的是，本实施例中不含有聚乙烯树脂，其余不变，制备得到所述的石墨聚苯板。
对比例2
本实施例与实施例1的石墨聚苯板的配方组成相同，不同的是，本实施例中不含有纤维素晶须，其余不变，制备得到所述的石墨聚苯板。
对比例3
本实施例与实施例1的石墨聚苯板的配方组成相同，不同的是，本实施例中的碳酸钙粒子的粒径为15μm，其余不变，制备得到所述的石墨聚苯板。
按照GB/T 1843-2008对上述实施例中得到石墨聚苯板进行悬臂梁缺口冲击强度测试，使用悬臂梁冲击试验机XJU-5.5测试，具体测试结果见表1。
表1：
冲击强度/(KJ/m2)
实施例1 15.8
实施例2 15.2
实施例3 15.3
实施例4 14.8
实施例5 14.6
对比例1 8.4
对比例2 7.8
对比例3 10.5
由上述实验数据可以看出，本发明提供的石墨聚苯板具有优异的抗冲击性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种高强度的石墨聚苯板，其特征在于：包括以下重量份的物质：聚苯乙烯树脂80～110份、膨胀石墨粉10～18份、发泡剂5～15份、增强纤维5～20份、聚乙烯树脂5～20份、相容剂SEBS-g-MAH 0.5～3份、无机纳米粒子3～8份，其它功能助剂0.1～3份。
2.根据权利要求1所述的高强度的石墨聚苯板，其特征在于：所述的石墨聚苯板包括以下重量份的物质：聚苯乙烯树脂90～100份、膨胀石墨粉12～17份、发泡剂8～12份、增强纤维8～15份、聚乙烯树脂8～15份、相容剂SEBS-g-MAH0.8～2份、无机纳米粒子5～7份，其它功能助剂0.5～2份。
3.根据权利要求1所述的高强度的石墨聚苯板，其特征在于：所述膨胀石墨粉经表面活性剂进行预处理改性。
4.根据权利要求1所述的高强度的石墨聚苯板，其特征在于：所述膨胀石墨粉的尺寸为200～500目。
5.根据权利要求1所述的高强度的石墨聚苯板，其特征在于：所述的增强纤维包括纤维素晶须、聚(丙烯酸丁酯-苯乙烯)晶须、聚(4-羟基苯甲酯)晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、硫酸钙晶须、碳酸钙晶须、氧化铝晶须、氧化锌晶须中的一种或一种以上的混合物。
6.根据权利要求5所述的高强度的石墨聚苯板，其特征在于：所述的增强纤维的直径为0.5～10μm，长度为120～250μm。
7.根据权利要求1所述的高强度的石墨聚苯板，其特征在于：所述的无机纳米粒子包括碳酸钙、硫酸钡、二氧化钛、二氧化硅；
和/或，所述无机纳米粒子的粒径为1～10μm。
8.一种如权利要求1～7任意一项所述的高强度的石墨聚苯板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)利用表面活性剂对膨胀石墨粉、无机纳米粒子进行表面改性；
(2)按配方量称取改性处理的膨胀石墨粉和无机纳米粒子与聚苯乙烯树脂、聚乙烯树脂在高速混合机中混合均匀，然后向其中加入增强纤维、相容剂SEBS-g-MAH和其它功能助剂，继续搅拌得到混合物I；
(3)利用下料装置将上述混合物I下料至挤出机中熔融混合、加压挤出、拉条冷却，切粒得到石墨聚苯板颗粒；
(4)将步骤(3)中造出的颗粒与发泡剂混合，然后加入挤塑机中挤压成型，得到石墨聚苯板，经陈化养护得成品。
9.根据权利要求8所述的高强度的石墨聚苯板的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，挤出机为双螺杆挤出机，其加工各区域的温度范围为190～240℃，主机转速为400～900rpm，过滤器的孔径为15～40μm。
10.根据权利要求8所述的高强度的石墨聚苯板的制备方法，其特征在于：所述的步骤(4)中，石墨聚苯板的养护工艺为，将石墨聚苯板错位堆码在真空干燥箱中，在0.3～0.6Mpa、40～60℃的条件下养护5～10h即得成品。
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