CN109624184B

CN109624184B - 一种利用普通注射成型机加工制备的聚碳酸酯微发泡制品及其加工方法

Info

Publication number: CN109624184B
Application number: CN201811387462.8A
Authority: CN
Inventors: 周应国; 梅星宇; 晏超
Original assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Current assignee: Suzhou Hechangyuan Precision Technology Co ltd
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2021-04-27
Anticipated expiration: 2038-11-20
Also published as: CN109624184A

Abstract

本发明公开了一种利用普通注射成型机加工制备的聚碳酸酯微发泡制品，该聚碳酸酯微发泡制品内部微孔密度为2.79*10⁶～9.67*10⁶cells/cm³；微孔平均尺寸为48～74μm。本发明还公开了上述利用普通注射成型机加工制备聚碳酸酯微发泡制品的方法，该方法将一定量的化学发泡母料、增强改性物料PEN加入到聚碳酸酯中形成共混物料，然后将共混物料置于注射成型机中，结合特定的工艺参数微发泡注射而制得。本发明方法在普通注射机中也可生产出具有高的微孔密度和小的微孔尺寸的聚碳酸酯微发泡制品，具有生产成本低，生产效率高的优点；制得的聚碳酸酯微发泡制品具有高的微孔密度和小的微孔尺寸，从而使发泡制品具有密度小、质量轻以及力学性能优异的特点。

Description

一种利用普通注射成型机加工制备的聚碳酸酯微发泡制品及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种利用普通注射成型机加工制备的聚碳酸酯微发泡制品，本发明还涉及上述利用普通注射成型机加工制备聚碳酸酯微发泡制品的方法，属于聚合物材料的制备技术领域。

背景技术

近年来，因隔音、减震、隔热、节约原料等优点，聚合物发泡制品在包装、建筑、汽车工业、航天航空以及运动器材等行业中被广泛应用，其中聚合物发泡注射制品因生产适应性强、效率高、易于自动化操作、制品收缩翘曲量少等特点越来越受到重视。通常，发泡制品内部的泡孔是由塑料原料在成型过程中产生或外加某些气体而形成的。按照泡孔形成及发泡剂类型的不同，可包括化学发泡、物理发泡及机械混合发泡等，按发泡制品的加工方法来看，也主要有间歇式、连续挤出法和注射成型法，这几类方法各具优缺点，因而均有不同程度的应用。

聚碳酸酯通常被视为一种工程塑料，由于其诸多性能优势被广泛应用于现代工农业生产之中。随着对聚碳酸酯应用开发的深入研究，聚碳酸酯开始向高复合、高功能、专用化、系列化方向发展，目前市场上已经形成了汽车、光盘、箱体、办公设备、包装、医药、照明、薄膜等多种聚碳酸酯产品。

正是因为聚碳酸酯的应用广泛及其制品重要的工业商业价值，其微发泡制品也层出不穷，同时，针对聚碳酸酯的(微)发泡问题，已经有较多的发明专利关注，新的方法也不断涌现。发泡制品的力学性能通常存在较大差异，这种差异很大程度上是受泡孔尺寸、密度、分布及形态等结构参量的影响，对于微发泡制品来说，追求泡孔尺寸小和密度高是十分重要的。但是，聚碳酸酯是一类对温度很为敏感的材料，它的熔体黏度受温度的影响很大，然而，对于注射及挤出成型加工来说，为了保证材料的顺利成型，往往需要将其温度设置远高于熔点，这就造成在常规的加工条件下熔体粘度急剧变小，气体极易逃逸，在这样的情形下想减少聚碳酸酯泡孔尺寸以及增加其泡孔数量仍然显得较为困难及复杂。因此一种有利于有效提高聚碳酸酯发泡制品微孔密度的方法的开发很有必要。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种利用普通注射成型机加工制备的聚碳酸酯微发泡制品，该发泡制品具有高的微孔密度和小的微孔尺寸，从而使发泡制品具有密度小、质量轻的优点，并且发泡制品还具有良好的力学性能。

本发明还要解决的技术问题是提供上述利用普通注射成型机加工制备聚碳酸酯微发泡制品的方法，该方法在普通注射机中即可生产出具有高的微孔密度和小的微孔尺寸的聚碳酸酯微发泡制品，具有生产成本低，生产效率高的优点。

发明内容：为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种利用普通注射成型机加工制备的聚碳酸酯微发泡制品，所述聚碳酸酯微发泡制品内部微孔密度为2.79*10⁶～9.67*10⁶cells/cm³；微孔平均尺寸为48～74μm。

上述利用普通注射成型机加工制备聚碳酸酯微发泡制品的方法，通过将一定量的化学发泡母料、增强改性物料PEN加入到聚碳酸酯中形成共混物料，然后将共混物料置于注射成型机中通过化学发泡注射而制得。

其中，所述化学发泡母料由如下质量份数的组分：ABS基体30～50份、化学发泡剂6～18份、发泡助剂0.036～0.052份、兼容剂10～50份、纳米颗粒5～50份、增韧改性物料5～20份、光稳定性1～5份、抗氧剂1～5份以及偶联剂1～5份通过塑料挤出机熔融造粒而制得。

其中，所述兼容剂为ABS-g-MAH；增韧改性物料为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)、乙烯丙烯酸甲酯共聚物(EMA)或乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规三元共聚物(E-MA-GMA)中的一种；纳米颗粒为纳米二氧化钛和/或纳米二氧化硅；偶联剂为道康宁KH550；发泡剂为耐高温的偶氮二甲酰胺与三肼基均三嗪按质量比为2：1的复合物，发泡助剂为氧化锌；氧化锌的用量为偶氮二甲酰胺质量的0.9％～1.3％，该混合物在氧化锌的诱导作用下可以很好的起到携同效应，同时，调节发泡温度与聚碳酸酯的成型加工温度相适应。

上述利用化学发泡母料制备聚碳酸酯微发泡制品的方法，具体包括如下步骤：

步骤1，制备化学发泡母料：将配方量的ABS、兼容剂、纳米颗粒、增韧改性物料、化学发泡剂、发泡助剂、光稳定性以及抗氧剂充分混合后再加入配方量的偶联剂，将得到的混合物置于塑料挤出机中，在一定的熔融温度下熔融造粒后得到化学发泡母料；

步骤2，将所需量的化学发泡母料、增强改性物料PEN以及聚碳酸酯混合，得到混合物料；

步骤3，将混合物料加入到注射成型机中进行微发泡注射制品的连续生产。

其中，步骤1中，在挤出过程中，熔融温度(熔体温度)为180～190℃。

其中，步骤2中，所述化学发泡母料的加入量为混合物料总质量的1％～10％。

其中，步骤2中，所述增强改性物料PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)的加入量为混合物料总质量的5％～20％。

其中，步骤3中，注射过程中工艺条件需要严格控制，这其中，熔体温度、注射压力和速度、保压压力、保压时间、物料在料筒内的停留时间等均是影响制品品质的重要因素。

作为优选，混合物料的熔体温度控制在235～260摄氏度之间。此熔融温度下能够保证化学发泡剂的充分分解，同时，PC也能够完全熔融，但混合物料中的PEN仍然处于高弹状态(PEN的熔点在265摄氏度左右)，尚未完全熔融的PEN增加了混合物料的熔体强度，有效防止泡孔的破裂及合并，PEN可以更好起到大分子成核剂的作用，利于泡孔的成核。

作为优选，混合物料在注射机料筒中经历的总时间保持在60秒～180秒之间。混合物料在料筒的停留时间越长，化学发泡剂分解更彻底，但气体在分散到塑料熔体后可能会提前逃逸，而停留时间太短，则化学发泡剂分解不够完全，这两方面均可能影响最终的发泡效果。

作为优选，保压压力控制在10～20MPA之间，保压时间控制在1.0～2.0秒之间。该保压压力和保压时间和常规注射成型相比，明显较低(少)。该压力可以保证物料在完全充满模具型腔之后又继续施加压力而达到少量的补缩效果，同时，因为注入到模具的物料因微发泡作用，其泡孔在模具型腔内长大并继续压实物料，从而形成较均匀的泡孔结构。如果保压压力过大或保压时间过长，较多的物料被补入模具内，则泡孔无法长大从而难以形成微孔结构，因此会得到与常规注射制品类似的产品；同时，如果保压压力过小或保压时间过短，高温的熔料在模具内得不到后续补充，则会形成尺寸极不均匀且整体尺寸较大的泡孔结构，具有这样结果的发泡材料的力学性能差。

作为优选，注射速度要求尽可能的快，在注射机所能提供的最高速度的80％～100％之间为宜，此速度能够保证物料快速充填到模具型腔内，从而有较明显的压力差，利于泡孔的形成，为了保证快速充填，对注射机的注射压力一般要求设定较高，压力一般会在70MPa以上。

相比于现有技术，本发明技术方案具有的有益效果为：

本发明方法制得的发泡制品微孔密度高、尺寸小，泡孔结构更均匀，从而使该发泡制品的力学性能有所提高；由于制品内部微孔更加细密，即其内部含有大量的微孔，导致制品的密度降低，重量减轻，有效节省了相应原料，在特定情形下还可大幅度提高制品在隔音、隔热、防震等方面的性能；本发明方法在普通注射机中可生产出具有高的微孔密度和小的微孔尺寸的聚碳酸酯微发泡制品，设备投入少，具有生产成本低，生产效率高的优点。

附图说明

图1为本发明实施例3制得的发泡制品内部微孔结构的扫描电镜图；

图2为本发明对比例3制得的发泡制品内部微孔结构的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明技术方案做进一步说明。

原料方面，使用的PC塑料熔体流动体积速率为6.0cm³/10min(573K，1.2Kg，ISO1133)，ABS的熔体流动体积速率为3.2cm³/10min(473K，5.0Kg，ASTM D-1238)，PEN的熔体流动体积速率为5.0cm³/10min(573K，1.2Kg，ISO1133)，本发明方法中所使用的原材料均为市售。其中，发泡剂优选为耐高温的偶氮二甲酰胺与三肼基均三嗪按质量比为2∶1的复合物，发泡助剂采用分析纯级的氧化锌，纳米二氧化钛和纳米二氧化硅等纳米颗粒的粒径均在100纳米以内。

实施例1

本实施例为利用聚碳酸酯发泡母料来加工具有优化微孔结构微发泡注射制品的具体实施过程。设备方面，需要一台普通的注射机和挤出机，使用的模具为标准拉伸样条，用于原料混合的挤出机可以是单螺杆或双螺杆式的。

实施例1的具体实现步骤：

首先，制备发泡母料：称量干燥后的：ABS基体30KG、ABS-g-MAH10KG、纳米二氧化钛5KG、SEBS5KG、光稳定剂为1KG、抗氧剂1010为1KG，耐高温的偶氮二甲酰胺4KG，三肼基均三嗪2KG，氧化54G，将这些原料干燥后混合均匀后另加入硅烷偶联剂1KG并放入塑料挤出机中熔融造粒后形成母料；在挤出过程中，熔融温度为180～190℃；

其次，准备混合物料：称量：聚碳酸酯：90KG，发泡母料：5KG，PEN：5KG、混合均匀后制备成混合物料；

最后，将上述混合物料加入到普通的注射成型机中连续生产微发泡注射制品；在注射过程中，严格控制工艺参数，其中典型的参数为：熔体温度：235摄氏度，注射速度：80％，混合物料在注射机料筒中经历的总时间：60秒，保压压力：10MPA，保压时间1.0秒。

对实施例1制得的聚碳酸酯微发泡制品进行拉伸性能测试，测试结果见表1，并对其微孔密度和尺寸进行统计，也列于表1之中。

为了对本发明的技术效果进行说明，另外列举了对比例1，其原料的准备过程和制品成型过程均和实施例1类似，注射工艺条件也相同，但对比例1的化学发泡母料的配方为专利201210366225.X中公开的配方，同时对比例1步骤2的混合物料中未加入PEN。对对比例1所制得的聚碳酸酯微发泡制品进行拉伸性能测试，测试结果见表1，并对其微孔密度和尺寸进行统计，也列于表1之中。

从表1所显示的结果来看，相对于对比例1，实施例1所得聚碳酸酯微发泡制品的微孔密度大幅度提高，微孔尺寸下降明显，制品的拉伸强度和断裂伸长率均因微孔结构的改善而有所提升。

实施例2

实施例2的具体实现步骤：

首先，制备发泡母料：称量干燥后的：ABS基体50KG、ABS-g-MAH50KG、纳米二氧化硅50KG、E-MA-GMA20KG、光稳定剂为5KG、抗氧剂1010为5KG，耐高温的偶氮二甲酰胺12KG，三肼基均三嗪6KG，氧化锌162G，将这些原料干燥后混合均匀后另加入硅烷偶联剂5KG并放入塑料挤出机中熔融造粒后形成母料；在挤出过程中，熔融温度为180～190℃；

其次，准备混合物料：称量：聚碳酸酯：79KG，发泡母料：1KG，PEN：20KG、混合均匀后制备成混合物料；

最后，将上述混合物料加入到普通的注射成型机中连续生产微发泡注射制品。在注射过程中，严格控制工艺参数，其中典型的参数为：熔体温度：260摄氏度，注射速度：100％，混合物料在注射机料筒中经历的总时间：180秒，保压压力：20MPA，保压时间2.0秒。

对实施例2制得的聚碳酸酯微发泡制品进行拉伸性能测试，测试结果见表1，并对其微孔密度和尺寸进行统计，也列于表1之中。

为了对本发明的技术效果进行说明，另外列举了对比例2，其原料的准备过程和制品成型过程均和实施例2类似，注射工艺条件也相同，但对比例2的化学发泡母料的配方为专利201210366225.X中公开的配方(该专利的聚碳酸酯组合物包括以下重量份的原料组分：聚碳酸酯50～90、聚丁二烯-丙烯腈-苯乙烯共聚树脂10～50、化学发泡剂0.2～2以及抗氧剂0.1～1.0)，同时对比例2步骤2的混合物料中未加入PEN。对对比例2所制得的聚碳酸酯微发泡制品进行拉伸性能测试，测试结果见表1，并对其微孔密度和尺寸进行统计，也列于表1之中。

从表1所显示的结果来看，相对于对比例2，实施例2所得聚碳酸酯微发泡制品的微孔密度大幅度提高，微孔尺寸下降明显，制品的拉伸强度和断裂伸长率均因微孔结构的改善而有所提升。

实施例3

实施例3的具体实现步骤：

首先，制备发泡母料：称量干燥后的：ABS基体40KG、ABS-g-MAH30KG、纳米二氧化硅30KG、E-MA-GMA10KG、光稳定剂为3KG、抗氧剂1010为3KG，耐高温的偶氮二甲酰胺6KG，三肼基均三嗪3KG，氧化锌117G，将这些原料干燥后混合均匀后另加入硅烷偶联剂3KG并放入塑料挤出机中熔融造粒后形成母料；在挤出过程中，熔融温度为180～190℃；

其次，准备混合物料：称量：聚碳酸酯：87KG，发泡母料：3KG，PEN：10KG、混合均匀后制备成混合物料；

最后，将上述混合物料加入到普通的注射成型机中连续生产微发泡注射制品。在注射过程中，严格控制工艺参数，其中典型的参数为：熔体温度：248摄氏度，注射速度：90％，混合物料在注射机料筒中经历的总时间：120秒，保压压力：15MPA，保压时间1.5秒。

对实施例3制得的聚碳酸酯微发泡制品进行拉伸性能测试，测试结果见表1，同时，对该聚碳酸酯微发泡制品的微孔结构进行SEM表征，其结果显示于图1之中，并对其微孔密度和尺寸进行统计，也列于表1之中。

为了对本发明的技术效果进行说明，另外列举了对比例3，其原料的准备过程和制品成型过程均和实施例3类似，注射工艺条件也相同，但对比例3的化学发泡母料的配方为专利201210366225.X中公开的配方(该专利的聚碳酸酯组合物包括以下重量份的原料组分：聚碳酸酯50～90、聚丁二烯-丙烯腈-苯乙烯共聚树脂10～50、化学发泡剂0.2～2以及抗氧剂0.1～1.0)，同时对比例3步骤2的混合物料中未加入PEN。对对比例3所制得的聚碳酸酯微发泡制品进行拉伸性能测试，测试结果见表1，同时，对该聚碳酸酯微发泡制品的微孔结构进行SEM表征，其结果显示于图2之中，并对其微孔密度和尺寸进行统计，也列于表1之中。

另外，为了进一步对本发明的技术效果进行说明，另外列举了对比例4，其原料的准备过程和制品成型过程均和实施例3一致，但其注射工艺条件采用通常使用的发泡注射工艺，即对比例3的注射工艺条件为：熔体温度：280摄氏度，注射速度：70％，混合物料在注射机料筒中经历的总时间：300秒，保压压力：0MPA，保压时间0秒。对对比例4所制得的聚碳酸酯发泡制品进行拉伸性能测试，测试结果见表1，并对其微孔密度和尺寸进行统计，也列于表1之中。

表1几种制品的结果比较

从表1所显示的结果来看，相对于对比例3和4，实施例3所得聚碳酸酯微发泡制品的微孔密度大幅度提高，微孔尺寸下降明显，制品的拉伸强度和断裂伸长率均因微孔结构的改善而有所提升。从图1和图2的对比可知，实施例3所得的聚碳酸酯微发泡制品的内部微孔分布很均匀，大小差异较小，而对比例3的微孔大小差异很大。同时，从表1中还可以看出，本发明方法通过对化学母料进行改性，同时在混合物料中掺杂PEN并结合注射成型过程中的特定工艺条件，相互协同提高了最终制得的微发泡制品的微孔密度，减小了微孔尺寸，从而有效提高了制品的力学性能。

本发明方法是在普通注射机中生产出的具有高的微孔密度和小的微孔尺寸的聚碳酸酯微发泡制品，具有生产成本低，生产效率高的优点；制得的聚碳酸酯微孔发泡制品具有更为均匀的微孔结构，微孔密度大，微孔尺寸小，从而制品表现出密度低、重量轻、力学性能优异等特点，具有优异的应用前景。

Claims

1.一种利用普通注射成型机加工制备的聚碳酸酯微发泡制品，其特征在于：所述聚碳酸酯微发泡制品内部微孔密度为2.79*10⁶~9.67*10⁶cells/cm³；微孔平均尺寸为48~74µm；

上述利用普通注射成型机加工制备聚碳酸酯微发泡制品的方法，所述方法为：将一定量的化学发泡母料、增强改性物料PEN加入到聚碳酸酯中形成共混物料，然后将共混物料置于普通注射成型机中通过微发泡注射而制得；共混物料在普通注射成型机中注射成型的过程中，共混物料的熔体温度为235~260℃，注射速度为80%~100%，共混物料在注射机料筒中经历的总时间为60秒~180秒，保压压力为10~20MPA，保压时间为1.0~2.0秒；

其中，所述化学发泡母料由如下质量份数的组分：ABS基体30~50份、化学发泡剂6~18份、发泡助剂0.036~0.052份、兼容剂10~50份、纳米颗粒5~50份、增韧改性物料5~20份、光稳定性1~5份、抗氧剂1~5份以及偶联剂1~5份通过塑料挤出机熔融造粒而制得。

2.根据权利要求1所述的利用普通注射成型机加工制备的聚碳酸酯微发泡制品，所述兼容剂为ABS-g-MAH；增韧改性物料为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、乙烯丙烯酸甲酯共聚物或乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规三元共聚物中的一种；纳米颗粒为纳米二氧化钛和/或纳米二氧化硅；偶联剂为道康宁KH550；发泡剂为偶氮二甲酰胺与三肼基均三嗪按质量比为2：1的复合物，发泡助剂为氧化锌。

3.根据权利要求1所述的利用普通注射成型机加工制备的聚碳酸酯微发泡制品，其特征在于，具体包括如下步骤制备而成：

步骤3，将混合物料加入到普通注射成型机中进行微发泡注射制品的连续生产。

4.根据权利要求3所述的利用普通注射成型机加工制备的聚碳酸酯微发泡制品，其特征在于：步骤1中，在挤出过程中，熔融温度为180~190℃。

5.根据权利要求3所述的利用普通注射成型机加工制备的聚碳酸酯微发泡制品，其特征在于：步骤2中，所述化学发泡母料的加入量为混合物料总质量的1%~10%。

6.根据权利要求3所述的利用普通注射成型机加工制备的聚碳酸酯微发泡制品，其特征在于：步骤2中，所述增强改性物料PEN的加入量为混合物料总质量的5%~20%。