CN109721851B - 一种轻质高强聚丙烯泡沫材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，属于聚丙烯发泡材料领域。本发明的方基于热塑性聚氨酯和成核剂之间的耦合改性来制备轻质高强聚丙烯泡沫制品的方法，该方法可直接成型制备具有轻质、高强特性的PP泡沫制品，且PP泡沫制品的密度、力学性能和隔热性能可在大范围内精确调控，制备方法具有稳定可靠、生产效率高、成本低等突出优势。
Description
技术领域
本发明属于聚丙烯发泡材料领域，尤其涉及一种基于热塑性聚氨酯和成核剂耦合改性制备轻质高强聚丙烯泡沫材料的方法。
背景技术
聚丙烯(PP)泡沫制品具有质轻、高弹、减震、隔热等特性，可广泛应用于汽车、家电、轨道交通、包装运输、建筑保温等领域。目前，PP泡沫制品主要通过三种途径制备。第一种途径是：首先通过釜压发泡或挤出发泡制备PP珠粒泡沫，然后再通过蒸汽模塑技术将PP珠粒泡沫加工成具有一定几何形状的PP泡沫制品；第二种途径是：首先通过注射成型或挤出成型将PP粒料加工成预制坯，然后再通过模压发泡将预制坯加工成PP泡沫制品；第三种途径是：利用化学发泡剂或物理发泡剂，通过发泡注塑成型直接制备PP泡沫制品。前两种加工方式的主要问题是加工流程长、效率低、废品率高、成本高，第三种加工方式具有短流程、高柔性、高效率等优势，但是当前采用这种方式加工制备的PP泡沫制品的密度较高、力学性能较差。因此，有必要研究一种新的聚丙烯泡沫材料的制备方法，以期解决上述问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种轻质高强聚丙烯泡沫材料及其制备方法和应用。本发明的方法可直接成型制备具有轻质、高强特性的PP泡沫制品，且这种PP泡沫制品的密度、力学性能和隔热性能可在大范围内精确调控，同时，本发明的制备方法具有稳定可靠、生产效率高、成本低等突出优势，具有良好的工业应用前景。
本发明的目的之一是提供一种轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法。
本发明的目的之二是提供上述方法制备的轻质高强聚丙烯泡沫材料。
本发明的目的之三是提供上述轻质高强聚丙烯泡沫材料及其制备方法的应用。
为实现上述发明目的，具体的，本发明公开了下述技术方案：
首先，本发明公开了一种轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将PP、TPU、成核剂按比例共混后得到PP基复合物；
(2)将步骤(1)得到的PP基复合物加入微孔发泡注塑机，在注塑机螺杆的剪切和料筒的加热双重作用下，将PP基复合物逐渐塑化熔融；
(3)待PP基复合物逐渐塑化熔融后，向PP基复合物熔体中注入超临界流体发泡剂；在注塑机螺杆的搅拌作用下，超临界流体快速扩散，与PP基复合物熔体形成均相熔体；
(4)将均相熔体注射入模具型腔，直至均相熔体充满整个模具型腔；
(5)待均相熔体充满模具型腔后，通过保压继续向模具型腔中补充均相熔体；
(6)保压结束后打开模具，使系统压力迅速降低，从而诱导均相熔体发泡；
(7)待均相熔体发泡后，对模具冷却，使泡沫完全定型，即得。
步骤(1)中，所述TPU的添加量为5～35％，成核剂的添加量为1～10％，余量为PP，质量百分数。优选的，所述TPU的添加量为8～25％，所述成核剂的添加量为3～8％。
步骤(1)中，所述PP包括均聚PP、嵌段共聚PP、等规共聚PP或无规共聚PP中的一种或多种；所述PP的熔体流动指数(MFI)范围为20～100g/10min。
步骤(1)中，所述TPU包括聚醚型TPU、聚酯型TPU中的一种或两种；所述TPU的硬度为50A～98A，优选为75A～90A。
步骤(1)中，所述成核剂包括滑石粉、蒙脱土、碳酸钙、玻璃纤维、碳纤维、片状石墨或石墨粉中的一种或多种。
步骤(2)中，所述塑化熔融后PP基复合物熔体的温度为160～240℃，优选为170～220℃。
步骤(2)中，所述塑化熔融过程中的PP基复合物熔体的压力维持在8～25MPa，优选为10～20MPa。
步骤(3)中，所述超临界流体包括超临界二氧化碳或超临界氮气中的一种或两种的混合物。
步骤(3)中，所述超临界二氧化碳的添加量为1～10％，余量为PP基复合物熔体，质量分数；优选的，所述超临界二氧化碳的添加量为3～8％。
步骤(3)中，所述超临界氮气的添加量为0.1～1％，余量为PP基复合物熔体；优选的，所述超临界氮气的添加量为0.3～0.8％质量分数。
步骤(4)中，所述均相熔体的注射速度为1～500cm3/s，优选为25～200cm3/s。
步骤(4)中，所述模具型腔的温度为10～200℃，优选为25～100℃。
步骤(5)中，所述保压压力为5～100MPa，优选为10～50MPa；保压时间为1～300s，优选为1～100s。
步骤(6)中，所述模具打开速度为1～100mm/s，优选为10～80mm/s。
步骤(7)中，所述模具冷却时间为5～500s，优选为15～150s。
其次，本发明公开了上述方法制备的轻质高强聚丙烯泡沫材料，所述泡沫材料在其厚度方向为三明治结构，即，中间为具有多孔结构的泡沫层，两个皮层为含有少量泡孔或完全不含泡孔的密实层，所述泡沫材料的密度可在0.05～0.9g/cm3范围内精确调控。密实的皮层赋予PP泡沫高强度、高硬度和高刚性，而中间泡沫层赋予泡沫轻质、隔热、减震、吸能等功能特性。皮层的厚度可以通过调节保压压力和模具温度进行调控，而发泡层的厚度可以通过调节模具打开距离进行调控。添加TPU的目的是增强PP基体的韧性，而添加成核剂的作用是细化泡孔结构和增强PP基体的刚性，TPU和成核剂的耦合作用效果是同时增强PP基体及PP泡沫的强度和韧性，赋予PP泡沫更均匀细小的泡孔结构。
最后，本发明公开了上述轻质高强聚丙烯泡沫材料及其制备方法在汽车、家电、轨道交通、包装运输、建筑保温等领域中的应用。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：
(1)本发明的方法可直接成形具有三维复杂结构的PP泡沫制品，可以实现泡沫制品密度可在大范围(0.05～0.9g/cm3)内的精确调控；同时，本发明的方法具有工艺稳定可靠、生产效率高、成本低等突出技术优势。
(2)本发明的方法可直接成型制备具有轻质、高强特性的PP泡沫制品，且PP泡沫制品的密度、力学性能和隔热性能可在大范围内精确调控。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明制备PP泡沫材料的成型装置的结构示意图。
图2是实施例1中制备的PP泡沫材料的断面照片。
图3是实施例1中制备的PP泡沫制品的内部泡孔结构。
附图中标记代表：1-储藏罐、2-模具、3-加热元件、4-阀门、5-射嘴、6-注塑机料筒、7-固体颗粒料物、8-料斗、9-超临界流体发生计量设备、10-螺杆。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有的制备PP泡沫制品的方法仍然存在加工短流程、高柔性、高效率与制备低密度、该力学性能的PP泡沫制品之间不能兼顾的问题。因此，本发明提出一种轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的说明。
需要说明的是：本发明泡沫材料的制备采用的设备参见图1，加工过程如下：
1)将PP粒料、TPU粒料、成核剂等固体颗粒料物7由料斗8加入注塑机料筒6；
2)加热元件3产生的热量经由料筒6传递给固体颗粒料物7，同时在注塑机螺杆10的旋转剪切作用下，固体颗粒料物7逐渐塑化熔融，成为熔融态物质；
3)旋转的螺杆10不断将熔融态物质向其前端输送，与此同时，储藏罐1中的气体经由超临界流体发生计量设备9，加压至超临界流体状态，然后通过阀门4注入料筒内部，在螺杆10的搅拌、混合和剪切作用下，注入料筒的超临界流体迅速扩散，并与熔融态物质形成均相熔体；
4)待螺杆10前端储备了足够的均相熔体后，利用注塑机螺杆10将均相熔体经由射嘴5注射入模具2的型腔中；
5)待注满模具型腔后，利用螺杆10持续保压一段时间，以向模具型腔中补充均相熔体，从而将注射填充过程中形成的气泡压溃，使得发生相分离的气体重新溶解回聚合物熔体；
6)保压结束后，迅速打开模具2一定距离，以降低模具型腔中均相熔体的压力，从而诱导发泡；
7)发泡结束并经一定时间冷却后，打开模具，取出最终的PP泡沫制品。
实施例1
一种制备轻质高强聚丙烯泡沫材料的方法，原料为无规共聚PP，其密度为0.9g/cm3(@23℃)，熔体流动指数为20g/10min；添加的TPU为聚醚型，硬度为75A；成核剂为3000目的滑石粉；采用的发泡剂为纯度99.9％的超临界二氧化碳。
所述方法包括如下步骤：
(1)将PP、TPU、成核剂按质量百分数为87：5：8的比例共混后得到PP基复合物；
(2)将步骤(1)得到的PP基复合物加入微孔发泡注塑机，在注塑机螺杆的剪切和料筒的加热双重作用下，将PP基复合物逐渐塑化熔融，塑化熔融后PP基复合物熔体的温度为220℃，塑化熔融过程中的PP基复合物熔体的压力维持在10MPa；
(3)待PP基复合物逐渐塑化熔融后，向PP基复合物熔体中注入超临界流体发泡剂；在注塑机螺杆的搅拌作用下，超临界流体快速扩散，与PP基复合物熔体形成均相熔体；采用的发泡剂的添加量为8％，余量为PP基复合物熔体，质量分数；
(4)将均相熔体注射入模具型腔，直至均相熔体充满整个模具型腔，所述均相熔体的注射速度为25cm3/s，所述模具型腔的温度为100℃；
(5)待均相熔体充满模具型腔后，通过保压继续向模具型腔中补充均相熔体，所述保压压力为10MPa，保压时间为1s；
(6)保压结束后打开模具，使系统压力迅速降低，从而诱导均相熔体发泡；所述模具打开速度为10mm/s，所述模具打开距离为45mm；
(7)待均相熔体发泡后，对模具冷却150s，使泡沫完全定型，即得。
实施例2
一种制备轻质高强聚丙烯泡沫材料的方法，原料为线性均聚PP，其密度为0.9g/cm3(@23℃)，熔体流动指数为100g/10min；添加的TPU为聚酯型，硬度为95A；成核剂为10000目的蒙脱土粉末；采用的发泡剂为纯度99.9％的超临界二氧化碳。
所述方法包括如下步骤：
(1)将PP、TPU、成核剂按质量百分数为72：25：3的比例共混后得到PP基复合物；
(2)将步骤(1)得到的PP基复合物加入微孔发泡注塑机，在注塑机螺杆的剪切和料筒的加热双重作用下，将PP基复合物逐渐塑化熔融，塑化熔融后PP基复合物熔体的温度为170℃，塑化熔融过程中的PP基复合物熔体的压力维持在15MPa；
(3)待PP基复合物逐渐塑化熔融后，向PP基复合物熔体中注入超临界流体发泡剂；在注塑机螺杆的搅拌作用下，超临界流体快速扩散，与PP基复合物熔体形成均相熔体；采用的发泡剂的添加量为3％，余量为PP基复合物熔体，质量分数；
(4)将均相熔体注射入模具型腔，直至均相熔体充满整个模具型腔，所述均相熔体的注射速度为200cm3/s，所述模具型腔的温度为25℃；
(5)待均相熔体充满模具型腔后，通过保压继续向模具型腔中补充均相熔体，所述保压压力为50MPa，保压时间为10s；
(6)保压结束后打开模具，使系统压力迅速降低，从而诱导均相熔体发泡；所述模具打开速度为80mm/s，所述模具打开距离为15mm；
(7)待均相熔体发泡后，对模具冷却20s，使泡沫完全定型，即得。
实施例3
一种制备轻质高强聚丙烯泡沫材料的方法，原料为等规共聚PP，其密度为0.9g/cm3(@23℃)，熔体流动指数为40g/10min；添加的TPU为聚醚型，硬度为85A；成核剂为5000目的碳酸钙粉末；采用的发泡剂为纯度99.9％的超临界氮气。
所述方法包括如下步骤：
(1)将PP、TPU、成核剂按质量百分数为82：15：3的比例共混后得到PP基复合物；
(2)将步骤(1)得到的PP基复合物加入微孔发泡注塑机，在注塑机螺杆的剪切和料筒的加热双重作用下，将PP基复合物逐渐塑化熔融，塑化熔融后PP基复合物熔体的温度为240℃，塑化熔融过程中的PP基复合物熔体的压力维持在20MPa；
(3)待PP基复合物逐渐塑化熔融后，向PP基复合物熔体中注入超临界流体发泡剂；在注塑机螺杆的搅拌作用下，超临界流体快速扩散，与PP基复合物熔体形成均相熔体；采用的发泡剂的添加量为0.8％，余量为PP基复合物熔体，质量分数；
(4)将均相熔体注射入模具型腔，直至均相熔体充满整个模具型腔，所述均相熔体的注射速度为100cm3/s，所述模具型腔的温度为120℃；
(5)待均相熔体充满模具型腔后，通过保压继续向模具型腔中补充均相熔体，所述保压压力为25MPa，保压时间为120s；
(6)保压结束后打开模具，使系统压力迅速降低，从而诱导均相熔体发泡；所述模具打开速度为80mm/s，所述模具打开距离为6mm；
(7)待均相熔体发泡后，对模具冷却100s，使泡沫完全定型，即得。
实施例4
一种制备轻质高强聚丙烯泡沫材料的方法，原料为嵌段共聚PP，其密度为0.9g/cm3(@23℃)，熔体流动指数为60g/10min；添加的TPU为聚醚型，硬度为90A；成核剂为玻璃纤维；采用的发泡剂为纯度99.9％的超临界氮气。
所述方法包括如下步骤：
(1)将PP、TPU、成核剂按质量百分数为55：35：10的比例共混后得到PP基复合物；
(2)将步骤(1)得到的PP基复合物加入微孔发泡注塑机，在注塑机螺杆的剪切和料筒的加热双重作用下，将PP基复合物逐渐塑化熔融，塑化熔融后PP基复合物熔体的温度为160℃，塑化熔融过程中的PP基复合物熔体的压力维持在8MPa；
(3)待PP基复合物逐渐塑化熔融后，向PP基复合物熔体中注入超临界流体发泡剂；在注塑机螺杆的搅拌作用下，超临界流体快速扩散，与PP基复合物熔体形成均相熔体；采用的发泡剂的添加量为0.3％，余量为PP基复合物熔体，质量分数；
(4)将均相熔体注射入模具型腔，直至均相熔体充满整个模具型腔，所述均相熔体的注射速度为500cm3/s，所述模具型腔的温度为200℃；
(5)待均相熔体充满模具型腔后，通过保压继续向模具型腔中补充均相熔体，所述保压压力为100MPa，保压时间为100s；
(6)保压结束后打开模具，使系统压力迅速降低，从而诱导均相熔体发泡；所述模具打开速度为100mm/s，所述模具打开距离为10mm；
(7)待均相熔体发泡后，对模具冷却15s，使泡沫完全定型，即得。
实施例5
一种制备轻质高强聚丙烯泡沫材料的方法，原料为等规共聚PP，其密度为0.9g/cm3(@23℃)，熔体流动指数为80g/10min；添加的TPU为聚酯型，硬度为98A；成核剂为碳纤维；采用的发泡剂为纯度99.9％的超临界氮气。
所述方法包括如下步骤：
(1)将PP、TPU、成核剂按质量百分数为91：1：8的比例共混后得到PP基复合物；
(2)将步骤(1)得到的PP基复合物加入微孔发泡注塑机，在注塑机螺杆的剪切和料筒的加热双重作用下，将PP基复合物逐渐塑化熔融，塑化熔融后PP基复合物熔体的温度为180℃，塑化熔融过程中的PP基复合物熔体的压力维持在25MPa；
(3)待PP基复合物逐渐塑化熔融后，向PP基复合物熔体中注入超临界流体发泡剂；在注塑机螺杆的搅拌作用下，超临界流体快速扩散，与PP基复合物熔体形成均相熔体；采用的发泡剂的添加量为1％，余量为PP基复合物熔体，质量分数；
(4)将均相熔体注射入模具型腔，直至均相熔体充满整个模具型腔，所述均相熔体的注射速度为1cm3/s，所述模具型腔的温度为10℃；
(5)待均相熔体充满模具型腔后，通过保压继续向模具型腔中补充均相熔体，所述保压压力为5MPa，保压时间为300s；
(6)保压结束后打开模具，使系统压力迅速降低，从而诱导均相熔体发泡；所述模具打开速度为1mm/s，所述模具打开距离为20mm；
(7)待均相熔体发泡后，对模具冷却500s，使泡沫完全定型，即得。
实施例6
一种制备轻质高强聚丙烯泡沫材料的方法，原料为线性均聚PP，其密度为0.9g/cm3(@23℃)，熔体流动指数为100g/10min；添加的TPU为聚酯型，硬度为50A；成核剂为5000目的石墨粉；采用的发泡剂为纯度99.9％的超临界二氧化碳。
所述方法包括如下步骤：
(1)将PP、TPU、成核剂按质量百分数为85：10：5的比例共混后得到PP基复合物；
(2)将步骤(1)得到的PP基复合物加入微孔发泡注塑机，在注塑机螺杆的剪切和料筒的加热双重作用下，将PP基复合物逐渐塑化熔融，塑化熔融后PP基复合物熔体的温度为195℃，塑化熔融过程中的PP基复合物熔体的压力维持在15MPa；
(3)待PP基复合物逐渐塑化熔融后，向PP基复合物熔体中注入超临界流体发泡剂；在注塑机螺杆的搅拌作用下，超临界流体快速扩散，与PP基复合物熔体形成均相熔体；采用的发泡剂的添加量为10％，余量为PP基复合物熔体，质量分数；
(4)将均相熔体注射入模具型腔，直至均相熔体充满整个模具型腔，所述均相熔体的注射速度为100cm3/s，所述模具型腔的温度为50℃；
(5)待均相熔体充满模具型腔后，通过保压继续向模具型腔中补充均相熔体，所述保压压力为30MPa，保压时间为50s；
(6)保压结束后打开模具，使系统压力迅速降低，从而诱导均相熔体发泡；所述模具打开速度为60mm/s，所述模具打开距离为15mm；
(7)待均相熔体发泡后，对模具冷却5s，使泡沫完全定型，即得。
实施例7
一种制备轻质高强聚丙烯泡沫材料的方法，原料为无规共聚PP，其密度为0.9g/cm3(@23℃)，熔体流动指数为60g/10min；添加的TPU为聚酯型，硬度为60A；成核剂为4000目的石墨粉；采用的发泡剂为纯度99.9％的超临界二氧化碳。
所述方法包括如下步骤：
(1)将PP、TPU、成核剂按质量百分数为60：30：10的比例共混后得到PP基复合物；
(2)将步骤(1)得到的PP基复合物加入微孔发泡注塑机，在注塑机螺杆的剪切和料筒的加热双重作用下，将PP基复合物逐渐塑化熔融，塑化熔融后PP基复合物熔体的温度为195℃，塑化熔融过程中的PP基复合物熔体的压力维持在18MPa；
(3)待PP基复合物逐渐塑化熔融后，向PP基复合物熔体中注入超临界流体发泡剂；在注塑机螺杆的搅拌作用下，超临界流体快速扩散，与PP基复合物熔体形成均相熔体；采用的发泡剂的添加量为1％，余量为PP基复合物熔体，质量分数；
(4)将均相熔体注射入模具型腔，直至均相熔体充满整个模具型腔，所述均相熔体的注射速度为20cm3/s，所述模具型腔的温度为50℃；
(5)待均相熔体充满模具型腔后，通过保压继续向模具型腔中补充均相熔体，所述保压压力为30MPa，保压时间为50s；
(6)保压结束后打开模具，使系统压力迅速降低，从而诱导均相熔体发泡；所述模具打开速度为60mm/s，所述模具打开距离为15mm；
(7)待均相熔体发泡后，对模具冷却400s，使泡沫完全定型，即得。
实施例8
一种制备轻质高强聚丙烯泡沫材料的方法，原料为嵌段共聚PP，其密度为0.9g/cm3(@23℃)，熔体流动指数为30g/10min；添加的TPU为聚醚型，硬度为90A；成核剂为玻璃纤维；采用的发泡剂为纯度99.9％的超临界氮气。
所述方法包括如下步骤：
(1)将PP、TPU、成核剂按质量百分数为80：18：2的比例共混后得到PP基复合物；
(2)将步骤(1)得到的PP基复合物加入微孔发泡注塑机，在注塑机螺杆的剪切和料筒的加热双重作用下，将PP基复合物逐渐塑化熔融，塑化熔融后PP基复合物熔体的温度为160℃，塑化熔融过程中的PP基复合物熔体的压力维持在14MPa；
(3)待PP基复合物逐渐塑化熔融后，向PP基复合物熔体中注入超临界流体发泡剂；在注塑机螺杆的搅拌作用下，超临界流体快速扩散，与PP基复合物熔体形成均相熔体；采用的发泡剂的添加量为0.1％，余量为PP基复合物熔体，质量分数；
(4)将均相熔体注射入模具型腔，直至均相熔体充满整个模具型腔，所述均相熔体的注射速度为500cm3/s，所述模具型腔的温度为200℃；
(5)待均相熔体充满模具型腔后，通过保压继续向模具型腔中补充均相熔体，所述保压压力为100MPa，保压时间为250s；
(6)保压结束后打开模具，使系统压力迅速降低，从而诱导均相熔体发泡；所述模具打开速度为10mm/s，所述模具打开距离为12mm；
(7)待均相熔体发泡后，对模具冷却50s，使泡沫完全定型，即得。
性能测试：
本发明实施例1-3制备的轻质高强聚丙烯泡沫材料的密度、平均泡孔直径、闭孔率为的测试结果如表1所示。
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 密度/g/cm<sup>3</sup> | 0.03 | 0.64 | 0.30 |
| 平均泡孔直径/μm | 102.5±12.3 | 12.8±1.6 | 36.4±3.2 |
| 闭孔率/％ | 92.0 | 99.2 | 93.8 |
从表1的结果可以看出：本发明制备的泡沫材料的密度可在大范围(0.05～0.9g/cm3)内进行精确调控，泡沫具有细小均匀的泡孔，并且泡沫的闭孔率高达92％以上。
图2和图3分别为实施例1制备的泡沫材料的的断面照片和内部泡孔结构的SEM图，从图2中可以看出：泡沫的外表面包裹着一次密实的皮层结构，而泡沫中心发泡层具有均匀的泡孔结构；密实的皮层赋予PP泡沫高强度、高硬度和高刚性，而中间泡沫层赋予泡沫轻质、隔热、减震、吸能等功能特性。皮层的厚度可以通过调节保压压力和模具温度进行调控，而发泡层的厚度可以通过调节模具打开距离进行调控。添加TPU的目的是增强PP基体的韧性，而添加成核剂的作用是细化泡孔结构和增强PP基体的刚性，TPU和成核剂的耦合作用效果是同时增强PP基体及PP泡沫的强度和韧性，赋予PP泡沫更均匀细小的泡孔结构。从图3中可以看出：泡孔呈现闭孔结构，且分布非常均匀。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (22)
1.一种轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将PP、TPU、成核剂按比例共混后得到PP基复合物；
（2）将步骤（1）得到的PP基复合物加入微孔发泡注塑机，在注塑机螺杆的剪切和料筒的加热双重作用下，将PP基复合物逐渐塑化熔融；
（3）待PP基复合物逐渐塑化熔融后，向PP基复合物熔体中注入超临界流体发泡剂；在注塑机螺杆的搅拌作用下，超临界流体快速扩散，与PP基复合物熔体形成均相熔体；
（4）将均相熔体注射入模具型腔，直至均相熔体充满整个模具型腔；
（5）待均相熔体充满模具型腔后，通过保压继续向模具型腔中补充均相熔体；
（6）保压结束后打开模具，使系统压力迅速降低，从而诱导均相熔体发泡；
（7）待均相熔体发泡后，对模具冷却，使泡沫完全定型，即得；
步骤（1）中，所述TPU的添加量为5~35%质量分数，所述成核剂的添加量为1~10%质量分数，余量为PP；
步骤（3）中，所述超临界流体包括超临界二氧化碳或超临界氮气中的一种或两种的混合物；所述超临界二氧化碳的添加量为1~10%质量分数，余量为PP基复合物熔体；所述超临界氮气的添加量为0.1~1%质量分数，余量为PP基复合物熔体；
步骤（4）中，所述均相熔体的注射速度为1~500cm3/s；所述模具型腔的温度为10~200℃；
步骤（5）中，所述保压压力为5~100MPa，保压时间为1~300s；
步骤（6）中，所述模具打开速度为1~100mm/s；
步骤（7）中，所述模具冷却时间为5~500s。
2.如权利要求1所述的轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述TPU的添加量为8~25%质量分数，所述成核剂的添加量为3~8%质量分数。
3.如权利要求1所述的轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述PP包括均聚PP、嵌段共聚PP、等规共聚PP或无规共聚PP中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述PP的熔体流动指数范围为20~100g/10min。
5.如权利要求1所述的轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述TPU包括聚醚型TPU、聚酯型TPU中的一种或两种。
6.如权利要求1所述的轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述TPU的硬度为50A~98A。
7.如权利要求1所述的轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述TPU的硬度为75A~90A。
8.如权利要求1所述的轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述成核剂包括滑石粉、蒙脱土、碳酸钙、玻璃纤维、碳纤维、片状石墨或石墨粉中的一种或多种。
9.如权利要求1所述的轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述塑化熔融后PP基复合物熔体的温度为160~240℃。
10.如权利要求1所述的轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述塑化熔融后PP基复合物熔体的温度为170~220℃。
11.如权利要求1所述的轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述塑化熔融过程中的PP基复合物熔体的压力维持在8~25MPa。
12.如权利要求1所述的轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述塑化熔融过程中的PP基复合物熔体的压力维持在10~20MPa。
13.如权利要求1所述的轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述超临界二氧化碳的添加量为3~8%质量分数。
14.如权利要求1所述的轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述超临界氮气的添加量为0.3~0.8%质量分数。
15.如权利要求1所述的轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述均相熔体的注射速度为25~200cm3/s。
16.如权利要求1所述的轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述模具型腔的温度为25~100℃。
17.如权利要求1所述的轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（5）中，所述保压压力为10~50MPa。
18.如权利要求1所述的轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（5）中，所述保压时间为1~100s。
19.如权利要求1所述的轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（6）中，所述模具打开速度为10~80mm/s。
20.如权利要求1所述的轻质高强聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（7）中，所述模具冷却时间为15~150s。
21.如权利要求1-20任一项所述的方法制备的轻质高强聚丙烯泡沫材料，其特征在于：所述泡沫材料在其厚度方向为三明治结构，即，中间为具有多孔结构的泡沫层，两个皮层为含有少量泡孔或完全不含泡孔的密实层，所述泡沫材料的密度为0.05~0.9g/cm3。
22.如权利要求21所述的轻质高强聚丙烯泡沫材料在汽车、家电、轨道交通、包装运输、建筑保温领域中的应用。
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Citations (2)
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