CN108373562A - 一种高分子/晶须复合材料微发泡薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高分子/晶须复合材料微发泡薄膜及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)在高分子材料内添加晶须，混料合成造粒，制得高分子/晶须复合材料；(2)将高分子/晶须复合材料进行挤出压延，制得高分子/晶须复合材料片材；(3)将高分子/晶须复合材料片材放入高压反应釜中，通入二氧化碳气体，调节压强和温度，使二氧化碳处于超临界状态，保压渗透，快速泄压，将渗透好的高分子/晶须复合材料片材迅速放入水浴发泡设备中进行加热发泡，制得微发泡片材；(4)将微发泡片材压平拉伸，制得高分子/晶须复合材料微发泡薄膜。本发明所述微发泡薄膜具有反射率高、抗紫外线、力学性能强、隔热保温及无线电波穿透率高等特性。

Description

一种高分子/晶须复合材料微发泡薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及薄膜及微发泡领域，具体涉及一种高分子/晶须复合材料微发泡薄膜及其制备方法。
背景技术
目前具有反射率高、抗紫外线及力学性能强的膜多用于汽车玻璃，建筑玻璃贴膜等领域。每当夏日汽车及建筑物玻璃上具有反射率高、抗紫外线及隔热效果强的膜显得尤为重要。目前市场上的贴膜一般采用铝、银、镍等金属，具有导电系数高，穿透深度浅，对红外线反射率高，隔热等特点，但会形成一个“法拉第笼”，隔绝笼体内外的电场和电磁波，从而使车载GPS信号、手机信号等需要透过玻璃的信号被屏蔽掉。所以研发一种具有对红外线反射率高、隔热、抗紫外线、力学性能强且对手机等信号无影响的玻璃贴膜尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服背景技术的技术缺陷，提供一种高分子/晶须复合材料微发泡薄膜及其制备方法。本发明高分子/晶须复合材料微发泡薄膜是通过螺杆挤出机混料合成造粒、压延，并经物理发泡、拉伸等工艺制备，整个过程环保无污染，所制备的薄膜具有反射率高、抗紫外线、力学性能强、隔热保温及无线电波穿透率高等特性；由于本发明高分子/晶须复合材料添加晶须，并经过发泡对晶须进行取向，所以材料的力学性能及对光线的反射效果大幅度提高；本发明高分子/晶须复合材料微发泡薄膜解决了传统薄膜易破损，对紫外线阻挡效果弱，隔热效果不佳及对手机等信号具有一定的屏蔽性等难题，可广泛应用于汽车，建筑物玻璃等领域。
本发明解决上述技术问题所采用的技术手段为：
一种用于制备高分子/晶须复合材料微发泡薄膜的微发泡片材的制备方法，包括如下步骤：
(1)共混：在高分子材料内添加晶须，混料合成造粒，制得高分子/晶须复合材料；
(2)压延：将步骤(1)所述高分子/晶须复合材料进行挤出压延，制得高分子/晶须复合材料片材；
(3)发泡：将步骤(2)所述高分子/晶须复合材料片材放入高压反应釜中，向高压反应釜中通入二氧化碳气体，调节高压反应釜的压强和温度，使二氧化碳处于超临界状态，保压渗透，快速泄压，将渗透好的高分子/晶须复合材料片材迅速放入水浴发泡设备中进行加热发泡，制得微发泡片材。
优选地，所述步骤(1)中，所述高分子材料为PE、PP、PET、PA中的任意一种。
优选地，所述晶须是指具有一定长度比(一般大于10)和面积5.2×10-4cm2的单晶纤维材料，具有显微增强与填充能力，是制造复合材料等的重要物质。
更优选地，所述晶须为钛酸钾晶须，所述钛酸钾晶须是一种性能十分优异的复合材料增强纤维，具有良好的力学性能和物理性能，还具有好高的电绝缘性、耐热(在空气中1200℃)、隔热性能和优异的红外波长区域反射性能；膨胀系数与塑料相当，复合增强塑料相容性好，表现出良好的耐磨性和润滑性；在工程塑料、摩擦材料、隔热、绝缘材料等领域得到广泛应用。
最优选地，所述步骤(1)中，所述晶须为钛酸钾晶须，且所述钛酸钾晶须加入量为所述高分子/晶须复合材料总重量的10％；加入过少其薄膜的保温隔热、抗紫外线及力学性能效果不明显，加入过多难以对该复合材料进行发泡，过多的钛酸钾晶须严重影响薄膜的透光率。
优选地，所述步骤(1)中，所述混料合成造粒时采用Φ150、L/D为15∶1的单螺杆挤出机进行，并设定单螺杆挤出机机身温度为140～160℃，150～170℃，160～180℃，170～185℃，机头温度为180～190℃。
优选地，所述步骤(2)中，所述挤出压延时预热辊温度为75～95℃，压延辊温度为165～185℃。
优选地，所述步骤(2)中，所述高分子/晶须复合材料片材厚度为0.5～1mm。
优选地，所述步骤(3)中，所述压强为7.38～30MPa；所述压强过低则达不到超临界状态，二氧化碳难以渗透到片材内部，难以发泡；压强过高渗透效果越明显，但超过30MPa渗透效果基本保持一致，因此压强选择7.38～30MPa。
优选地，所述步骤(3)中，所述温度为31～80℃；所述温度过低则达不到超临界状态，二氧化碳难以渗透到片材内部，难以发泡；温度过高则相同压强内的二氧化碳含量降低，其渗透效果不明显，因此温度选择31～80℃。
优选地，所述步骤(3)中，所述渗透时间为1.5～6h；由于二氧化碳在片材内部渗透完全的最短时间为1.5h，时间继续增加渗透效果稍微增加，但超过6h效果愈发不明显，因此渗透时间选择1.5～6h。
优选地，所述步骤(3)中，所述发泡温度为80～100℃；当温度低于80℃，片材不易发泡，发泡倍率小，密度大；当温度过高于100℃，片材过度发泡，由于气泡孔基本都已经炸裂，其力学性能不强易撕裂，因此发泡温度选择90～100℃。
优选地，所述步骤(3)中，所述发泡时间为30～360s；发泡时间过短，片材没能完全发泡，发泡倍率小，密度过大；时间过长，片材膨胀过大，导致气泡孔破裂，其力学性能有所降低，因此发泡时间选择30～360s。
优选地，所述步骤(3)中，所述水浴发泡方法是当高分子/晶须复合材料片材进行超临界二氧化碳渗透，并快速泄压后，运用温度在80～100℃的热水进行加热微孔发泡的方法。
优选地，所述步骤(3)中，所述水浴发泡设备采用水浴加热器(型号：SH-RA)。
一种高分子/晶须复合材料微发泡薄膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)共混：在高分子材料内添加晶须，混料合成造粒，制得高分子/晶须复合材料；
(2)压延：将步骤(1)所述高分子/晶须复合材料进行挤出压延，制得高分子/晶须复合材料片材；
(3)发泡：将步骤(2)所述高分子/晶须复合材料片材放入高压反应釜中，向高压反应釜中通入二氧化碳气体，调节高压反应釜的压强和温度，使二氧化碳处于超临界状态，保压渗透，快速泄压，将渗透好的高分子/晶须复合材料片材迅速放入水浴发泡设备中进行加热发泡，制得微发泡片材；
(4)拉伸：将步骤(3)所述微发泡片材迅速压平拉伸，制得高分子/晶须复合材料微发泡薄膜。
一种高分子/晶须复合材料微发泡薄膜，采用上述方法制备得到。
本发明的基本原理：
本发明微发泡薄膜是一种高分子复合材料，且经微发泡制备而成，具有抗紫外线、隔热保温、力学性能强等特性，其基本原理是：
(1)由于本发明微发泡薄膜添加有晶须，由于晶须特有的长条锯齿形结构，所以对光线具有较好的反射性能；
(2)在制备高分子/晶须复合材料片材时，由于晶须混在高分子材料基体内部，其分布杂乱无章，当对高分子/晶须复合材料片材进行微孔发泡并沿横向进行拉伸时，片材内部形成大量微小气泡孔，密度降低，同时晶须跟随片材的横向拉伸而进行横向取向伸展，使得制得的高分子/晶须复合材料片材内部的晶须方向基本一致，沿片材横向膨胀的方向分布，所以该材料具有优良的反射性能，能够阻挡部分紫外线；
(3)由于所添加的晶须具有耐热隔热性，优良的力学性能，所以制备的微发泡薄膜还具有良好的保温隔热及力学特性，薄膜不易撕裂破损，并对玻璃具有一定的保护作用。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：
(1)本发明高分子/晶须复合材料微发泡薄膜是通过螺杆挤出机混料合成造粒、压延，并经物理发泡、拉伸等工艺制备，整个过程环保无污染，所制备的薄膜具有反射率高、抗紫外线、力学性能强、隔热保温及无线电波穿透率高等特性；
(2)由于本发明高分子/晶须复合材料添加晶须，并经过发泡对晶须进行取向，所以材料的力学性能及对光线的反射效果大幅度提高；
(3)本发明高分子/晶须复合材料微发泡薄膜解决了传统薄膜易破损，对紫外线阻挡效果弱，隔热效果不佳及对手机等信号具有一定的屏蔽性等难题，可广泛应用于汽车，建筑物玻璃等领域。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的高分子/晶须复合材料片材中晶须取向图；
图2为本发明实施例1制得的高分子/晶须微发泡片材中晶须取向图；
图3为本发明实施例1制得的高分子/晶须复合材料微发泡薄膜截面光线反射示意图；
图4为本发明实施例1制得的高分子/晶须复合材料微发泡薄膜成型流程图。
图中各个附图标记的对应的部件名称是：1-高分子/晶须复合材料片材，2-晶须，3-经微发泡取向后的晶须，4-高分子/晶须复合材料微发泡片材，5-太阳照射光线，6-薄膜反射光线，7-高分子/晶须复合材料微发泡薄膜截面，8-晶须，9-透射光线，10-薄膜片材挤出压延成型机，11-CO2气瓶，12-制冷机，13-冷凝器储罐，14-增压泵，15-加热器，16-温度控制器，17-反应釜，18-水浴发泡设备，19-经超临界流体渗透完的高分子/晶须复合材料片材，20-拉伸成型设备。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的内容，下面结合具体实施例和附图作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于对本发明进一步说明，而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的内容后，该领域的技术人员对本发明作出一些非本质的改动或调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
在PE料内添加组分为10％的钛酸钾晶须，进行混料合成造粒，Φ150、L/D为15∶1的单螺杆挤出机机身温度145℃，155℃，165℃，175℃，机头温度185℃，制备出PE/钛酸钾复合材料。运用该复合材料进行挤出压延，预热辊80℃，压延辊180℃，制成厚度在0.5mm的PE/钛酸钾片材。将PE/钛酸钾片材放入高压反应釜中，通入二氧化碳并加压升温，使压强达到13MPa，温度达到40℃，此时的二氧化碳处于超临界状态。在此状态下渗透保压3h，快速泄压，并将渗透好的片材放入水浴发泡设备中进行发泡，水温控制在90℃，发泡时间120s，最终制备PE/钛酸钾微发泡片材。将发泡好的PE/钛酸钾片材进行拉伸取向，制备出反射率高的PE/钛酸钾薄膜。
实施例2
在PP料内添加组分为10％的钛酸钾晶须，进行混料合成造粒，Φ150、L/D为15∶1的单螺杆挤出机机身温度155℃，165℃，175℃，180℃，机头温度185℃，制备出PP/钛酸钾复合材料。运用该复合材料进行挤出压延，预热辊90℃，压延辊170℃，制成厚度在0.5mm的PP/钛酸钾片材。将PP/钛酸钾片材放入高压反应釜中，通入二氧化碳并加压升温，使压强达到15MPa，温度达到45℃，此时的二氧化碳处于超临界状态。在此状态下渗透保压5h，快速泄压，并将渗透好的片材放入水浴发泡设备中进行发泡，水温控制在90℃，发泡时间90s，最终制备PP/钛酸钾微发泡片材。将发泡好的PP/钛酸钾片材进行拉伸取向，制备出反射率高的PP/钛酸钾薄膜。
实施例3
在PET料内添加组分为10％的钛酸钾晶须，进行混料合成造粒，Φ150、L/D为15∶1的单螺杆挤出机机身温度155℃，165℃，175℃，180℃，机头温度185℃，制备出PET/钛酸钾复合材料。运用该复合材料进行挤出压延，预热辊90℃，压延辊170℃，制成厚度在0.5mm的PET/钛酸钾片材。将PET/钛酸钾片材放入高压反应釜中，通入二氧化碳并加压升温，使压强达到20MPa，温度达到50℃，此时的二氧化碳处于超临界状态。在此状态下渗透保压5h，快速泄压，并将渗透好的片材放入水浴发泡设备中进行发泡，水温控制在90℃，发泡时间300s，最终制备PET/钛酸钾微发泡片材。将发泡好的PET/钛酸钾片材进行拉伸取向，制备出反射率高的PET/钛酸钾薄膜。
实施例4
在PA料内添加组分为10％的钛酸钾晶须，进行混料合成造粒，Φ150、L/D为15∶1的单螺杆挤出机机身温度155℃，165℃，175℃，180℃，机头温度185℃，制备出PET/钛酸钾复合材料。运用该复合材料进行挤出压延，预热辊90℃，压延辊170℃，制成厚度在0.5mm的PA/钛酸钾片材。将PA/钛酸钾片材放入高压反应釜中，通入二氧化碳并加压升温，使压强达到30MPa，温度达到50℃，此时的二氧化碳处于超临界状态。在此状态下渗透保压5h，快速泄压，并将渗透好的片材放入水浴发泡设备中进行发泡，水温控制在90℃，发泡时间360s，最终制备PA/钛酸钾微发泡片材。将发泡好的PA/钛酸钾片材进行拉伸取向，制备出反射率高的PA/钛酸钾薄膜。
对比例1
与实施例1对比，复合片材在超临界反应釜渗透过程中二氧化碳未达到超临界状态，其它步骤与实施例1相同。
对比例2
与实施例1对比，在水浴发泡过程中温度控制在100℃，其它步骤与实施例1相同。
对比例3
与实施例1对比，PE片材未添加晶须，其它步骤与实施例1相同。
对比例4
与实施例1对比，PE片材晶须添加量为15％，其它步骤与实施例1相同。
图1为本发明实施例1制得的高分子/晶须复合材料片材中晶须取向图，其中1为高分子/晶须复合材料片材，2为晶须。由图1可见，由于实施例1所述高分子/晶须复合材料片材未经微发泡工艺，因此所述晶须取向不规律。
图2为本发明实施例1制得的高分子/晶须微发泡片材中晶须取向图，其中3为经微发泡取向后的晶须，4为高分子/晶须复合材料微发泡片材。由图2可见，由于实施例1所述高分子/晶须复合材料微发泡片材经微发泡工艺，因此所述晶须的取向变得规律，沿所述高分子/晶须复合材料微发泡片材横向膨胀的方向分布。
图3为本发明实施例1制得的高分子/晶须复合材料微发泡薄膜截面光线反射示意图，其中5为太阳照射光线，6为薄膜反射光线，7为高分子/晶须复合材料微发泡薄膜截面，8为晶须，9为透射光线。由图3可见，由于实施例1所述高分子/晶须复合材料微发泡薄膜内部的晶须取向规律，且晶须特有的长条锯齿形结构，所以对光线具有较好的反射性能。
图4为本发明实施例1制得的高分子/晶须复合材料微发泡薄膜成型流程图，其中10为薄膜片材挤出压延成型机，11为CO2气瓶，12为制冷机，13为冷凝器储罐，14为增压泵，15为加热器，16为温度控制器，17为反应釜，18为水浴发泡设备，19为经超临界流体渗透完的高分子/晶须复合材料片材，20为拉伸成型设备。由图4可见，实施例1所述高分子/晶须复合材料微发泡薄膜是由高分子/晶须复合材料片材先后经过挤出压延、超临界二氧化碳发泡、水浴发泡和拉伸成型等工艺制得。
实施例1～4及对比例1～4制得的高分子/晶须复合材料微发泡薄膜的性能指标见表1。其中，密度测试标准为ASTM D792，拉伸强度测试标准为ASTM D412，断裂伸长率测试标准为ASTM D412，紫外线透光率与无线电波穿透率测试标准为GB 2410-80。
表1实施例1～4及对比例1～4制得的高分子/晶须复合材料微发泡薄膜的性能指标
上述说明并非对发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于制备高分子/晶须复合材料微发泡薄膜的微发泡片材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)共混：在高分子材料内添加晶须，混料合成造粒，制得高分子/晶须复合材料；
(2)压延：将步骤(1)所述高分子/晶须复合材料进行挤出压延，制得高分子/晶须复合材料片材；
(3)发泡：将步骤(2)所述高分子/晶须复合材料片材放入高压反应釜中，向高压反应釜中通入二氧化碳气体，调节高压反应釜的压强和温度，使二氧化碳处于超临界状态，保压渗透，快速泄压，将渗透好的高分子/晶须复合材料片材迅速放入水浴发泡设备中进行加热发泡，制得微发泡片材。
2.如权利要求1所述的一种用于制备高分子/晶须复合材料微发泡薄膜的微发泡片材的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述高分子材料为PE、PP、PET、PA中的任意一种。
3.如权利要求1所述的一种用于制备高分子/晶须复合材料微发泡薄膜的微发泡片材的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述晶须为钛酸钾晶须，且所述钛酸钾晶须加入量为所述高分子/晶须复合材料总重量的10％。
4.如权利要求1所述的一种用于制备高分子/晶须复合材料微发泡薄膜的微发泡片材的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述混料合成造粒时采用Φ150、L/D为15∶1的单螺杆挤出机进行，并设定单螺杆挤出机机身温度为140～160℃，150～170℃，160～180℃，170～185℃，机头温度为180～190℃。
5.如权利要求1所述的一种用于制备高分子/晶须复合材料微发泡薄膜的微发泡片材的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述挤出压延时预热辊温度为75～95℃，压延辊温度为165～185℃。
6.如权利要求1所述的一种用于制备高分子/晶须复合材料微发泡薄膜的微发泡片材的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述高分子/晶须复合材料片材厚度为0.5～1mm。
7.如权利要求1所述的一种用于制备高分子/晶须复合材料微发泡薄膜的微发泡片材的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述压强为7.38～30MPa，所述温度为31～80℃，所述渗透时间为1.5～6h。
8.如权利要求1所述的一种用于制备高分子/晶须复合材料微发泡薄膜的微发泡片材的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述发泡温度为90～100℃，所述发泡时间为30～360s。
9.一种高分子/晶须复合材料微发泡薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)共混：在高分子材料内添加晶须，混料合成造粒，制得高分子/晶须复合材料；
(2)压延：将步骤(1)所述高分子/晶须复合材料进行挤出压延，制得高分子/晶须复合材料片材；
(3)发泡：将步骤(2)所述高分子/晶须复合材料片材放入高压反应釜中，向高压反应釜中通入二氧化碳气体，调节高压反应釜的压强和温度，使二氧化碳处于超临界状态，保压渗透，快速泄压，将渗透好的高分子/晶须复合材料片材迅速放入水浴发泡设备中进行加热发泡，制得微发泡片材；
(4)拉伸：将步骤(3)所述微发泡片材迅速压平拉伸，制得高分子/晶须复合材料微发泡薄膜。
10.一种高分子/晶须复合材料微发泡薄膜，其特征在于，采用如权利要求9所述制备方法制备得到。
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