CN113174101A - 一种大颗粒滚塑复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及滚塑领域，针对大颗粒直接进行滚塑成型，制品缺料、漏料、力学性能差的问题，提供一种大颗粒滚塑复合材料，由A料粉末和B料颗粒组成，两者的基体均为树脂；按表观体积百分比计，A料粉末占比5‑35％；B料颗粒为直径1‑3mm、长度2‑4mm的颗粒状材料。本发明将粉末和大颗粒的混合物进行滚塑成型，粉末材料优先附着到模具上，消除了缺料、漏料的现象，大颗粒附着在粉末涂层上，粉末同时也填充了大颗粒之间的空隙，提高了滚塑制品的力学性能。本发明还提供所述大颗粒滚塑复合材料的制备方法和应用。

Description

一种大颗粒滚塑复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及滚塑领域，尤其是涉及一种大颗粒滚塑复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
滚塑成型是一种利用旋转的模具进行加工的塑料加工方式，其加工过程是，将塑料粉末或浆料投入模具，闭合后的模具在设备上进行旋转或摇摆，同时通过明火或热风对模具外部进行加热，塑料粉末或浆料在受热的状态下在模具内部翻转、流动，温度达到软化点后逐步涂布到模具内表面，熔融并凝结，将模具放于自然环境下或通过水、雾、风等介质进行冷却后拆模取出制品。
市售的塑料颗粒均为挤出造粒的产品，为直径大于1mm，长度2-5mm的大颗粒物。直接使用大颗粒进行滚塑成型，制品会产生有缺料、漏料、力学性能差等问题，因此现有滚塑成型工艺均使用塑料粉末进行成型。例如，专利CN105254989A公开了一种抗电击穿永久抗静电型滚塑成型用聚乙烯复合材料，由以下质量百分比计的组分混合制成：聚乙粉末90-99.9％，金属粉末0.1-10.0％。该发明的聚乙烯复合材料，通过滚塑工艺加工出的制品，在保持永久性抗静电效果的同时，具备良好的绝缘性，拓宽了常规单层抗静电材料的应用领域，同时避免了使用多层结构工艺带来的加工复杂性。但是塑料颗粒通过磨粉机制粉提高了滚塑制造商的加工成本。据此需要一种理想的解决方法。
发明内容
本发明为了克服大颗粒直接进行滚塑成型，制品缺料、漏料、力学性能差的问题，提供一种大颗粒滚塑复合材料及其制备方法和应用，将粉末和大颗粒的混合物进行滚塑成型，粉末材料优先附着到模具上，消除了缺料、漏料的现象，大颗粒附着在粉末涂层上，粉末同时也填充了大颗粒之间的空隙，提高了滚塑制品的力学性能。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种大颗粒滚塑复合材料，由A料粉末和B料颗粒组成，两者的基体均为树脂，按表观体积百分比计，A料粉末占比5-35％，B料颗粒为直径1-3mm、长度2-4mm的颗粒状材料。
直接使用大颗粒进行滚塑成型，制品会产生有缺料、漏料、力学性能差等问题。但是塑料颗粒通过磨粉机制粉又提高了滚塑制造商的加工成本。发明人在研究中发现，使用粉末和大颗粒的混合物进行滚塑成型，粉末材料优先附着到模具上，消除了缺料、漏料的现象，大颗粒附着在粉末涂层上，粉末同时也填充了大颗粒之间的空隙，提高了滚塑制品的力学性能。该复合材料加工的滚塑制品，成本低，能够很好的解决大颗粒滚塑缺料、漏料、力学性能差等问题。用其制备的滚塑制品无气泡，加工性能好，塑化好，生产效率高，制品性能好。
作为优选，A料粉末的粉体流动性≤33s/100g，粒径分布D95≤500μm。
作为优选，A料粉末和B料颗粒的基体树脂选自聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚氨酯、聚乳酸、聚碳酸酯、弹性体材料，或上述材料的衍生物，或上述材料的复配物，或上述材料阻燃、发泡、耐候、交联、染色功能的改性材料。A料粉末和B料颗粒中的基体树脂可以选用同种树脂，也可以选用不同种树脂。而且本发明不局限于线型低密度聚乙烯粉末及颗粒，还可以应用于聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚氨酯、聚乳酸、聚碳酸酯、弹性体或其衍生物或其它们之间的复配树脂或其阻燃、发泡、耐候、交联、染色等功能改性材料粉末及颗粒。
本发明还提供上述大颗粒滚塑复合材料的制备方法，将A料粉末和B料颗粒按照配方比例混合2-10min，即得大颗粒滚塑复合材料。本发明材料的制备方法简单，无需复杂设备，易实现工业化操作。
作为优选，所述A料粉末的制备方法为：将包括基体树脂一在内的组分采用高速混合机混合3-5min，挤出机各段温度设定为130-280℃，螺杆转速为100-500rpm，双螺杆挤出机熔融共混造粒，干燥，得颗粒物；用塑料磨粉机将颗粒物进行磨粉，即得A料粉末。
作为优选，所述磨粉工艺参数为：磨盘温度≤70℃，磨盘转速2500-3200rpm。
作为优选，所述B料颗粒的制备方法为：将包括基体树脂二在内的组分采用高速混合机混合3-5min，挤出机各段温度设定为130-280℃，螺杆转速为100-500rpm，双螺杆挤出机熔融共混造粒，干燥，即得B料颗粒。
本发明还提供上述大颗粒滚塑复合材料的应用，将大颗粒滚塑复合材料直接用于滚塑工艺，制备保温箱、皮划艇、洗地机外壳、吸尘器外壳、家具或游乐设施。用大颗粒滚塑复合材料生产滚塑制品，成本低，可以解决大颗粒滚塑缺料、漏料、力学性能差等问题。制得的滚塑制品无气泡，加工性能好，塑化好，生产效率高，制品性能好。
因此，本发明的有益效果为：(1)本发明使用粉末和大颗粒的混合物进行滚塑成型，粉末材料优先附着到模具上，消除了缺料、漏料的现象，大颗粒附着在粉末涂层上，粉末同时也填充了大颗粒之间的空隙；(2)本发明材料的制备方法简单，无需复杂设备，易实现工业化操作；(3)本发明制得的滚塑制品无气泡，加工性能好，塑化好，生产效率高，制品性能好。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的，实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。高速混合机的转速为1000rmp。
实施例1
一种大颗粒滚塑复合材料，由A料粉末和B料颗粒组成，制备方法为：
(1)制备A料粉末：将聚乙烯(50035E，沙特基础)采用高速混合机混合4min，挤出机各段温度设定为200℃，螺杆转速为300rpm，双螺杆挤出机熔融共混造粒，干燥，得颗粒物；用塑料磨粉机将颗粒物进行磨粉，磨盘温度≤70℃，磨盘转速3000rpm，得粒径D95＝425μm，粉末流动性30s/100g的白色A料粉末。
(2)制备B料颗粒：将聚乙烯(50035E，沙特基础)采用高速混合机混合4min，挤出机各段温度设定为200℃，螺杆转速为300rpm，双螺杆挤出机熔融共混造粒，干燥，得直径2mm、长度3mm的红色B料颗粒。
(3)混合：按表观体积计，将A料粉末0.2L和B料颗粒2L混合5min，即得大颗粒滚塑复合材料。
大颗粒滚塑复合材料的应用：将上述制得的大颗粒滚塑复合材料直接投入保温箱的滚塑模具，在旋转速度15rpm的条件下进行滚塑成型。
对比例1
将聚乙烯(50035E，沙特基础)采用高速混合机混合4min，挤出机各段温度设定为200℃，螺杆转速为300rpm，双螺杆挤出机熔融共混造粒，干燥，得直径1-3mm、长度2-4mm的红色颗粒。
将2.2L颗粒投入保温箱的滚塑模具，在旋转速度15rpm的条件下进行滚塑成型。
实施例2
一种大颗粒滚塑复合材料，由A料粉末和B料颗粒组成，制备方法为：
(1)制备A料粉末：将聚乙烯(R546U，镇海炼化)采用高速混合机混合3min，挤出机各段温度设定为130℃，螺杆转速为100rpm，双螺杆挤出机熔融共混造粒，干燥，得颗粒物；用塑料磨粉机将颗粒物进行磨粉，磨盘温度≤70℃，磨盘转速2500rpm，得粒径D95＝450μm，粉末流动性25s/100g的A料粉末。
(2)制备B料颗粒：将聚乙烯(8920，独山子)采用高速混合机混合3min，挤出机各段温度设定为130℃，螺杆转速为100rpm，双螺杆挤出机熔融共混造粒，干燥，得直径1mm、长度2mm的黑色B料颗粒。
(3)混合：按表观体积计，将A料粉末0.5L和B料颗粒1.7L混合2min，即得大颗粒滚塑复合材料。
大颗粒滚塑复合材料的应用：将上述制得的大颗粒滚塑复合材料直接投入皮划艇的滚塑模具，在旋转速度15rpm的条件下进行滚塑成型。
对比例2
与实施例2的区别在于A料粉末和B料颗粒的混合体积，按表观体积计，将A料粉末0.1L和B料颗粒2.1L混合2min，即得大颗粒滚塑复合材料。
实施例3
一种大颗粒滚塑复合材料，由A料粉末和B料颗粒组成，制备方法为：
(1)制备A料粉末：将聚烯烃弹性体(LC670，LG化学)采用高速混合机混合5min，挤出机各段温度设定为280℃，螺杆转速为500rpm，双螺杆挤出机熔融共混造粒，干燥，得颗粒物；用塑料磨粉机将颗粒物进行磨粉，磨盘温度≤70℃，磨盘转速3200rpm，得粒径D95＝470μm，粉末流动性28s/100g的蓝色A料粉末。
(2)制备B料颗粒：将聚乙烯(546，镇海炼化)采用高速混合机混合5min，挤出机各段温度设定为280℃，螺杆转速为500rpm，双螺杆挤出机熔融共混造粒，干燥，得直径3mm、长度4mm的黑色B料颗粒。
(3)混合：按表观体积计，将A料粉末0.3L和B料颗粒1.9L混合10min，即得大颗粒滚塑复合材料。
大颗粒滚塑复合材料的应用：将上述制得的大颗粒滚塑复合材料直接投入洗地机外壳的滚塑模具，在旋转速度15rpm的条件下进行滚塑成型。
对比例3
与实施例3的区别在于A料粉末和B料颗粒的混合体积，按表观体积计，将A料粉末0.08L和B料颗粒2.12L混合10min，即得大颗粒滚塑复合材料。
对比例4
与实施例3的区别在于B料颗粒的尺寸为直径4mm、长度6mm。
性能测试
Figure BDA0003076188070000041
从各实施例的性能测试结果可以看出，本发明制备的大颗粒滚塑复合材料，制得的滚塑制品无气泡，断裂长度和拉伸强度大，能满足制品的使用。对比例1和实施例1相比只使用了B料颗粒，制品性能差，因为大颗粒直接滚塑成型，制品会发生缺料、漏料、力学性能差的问题。而直接采用A料粉末的话，虽然性能与本发明差不多(为现有技术，表中未列出)，但是成本明显上升，因为市售的塑料颗粒均为挤出造粒的产品，为直径大于1mm，长度2-5mm的大颗粒物，塑料颗粒通过磨粉机制粉会提高滚塑制造商的加工成本。
对比例2和对比例3中A料粉末的体积占比低于本发明的优选范围5-35％，制品的表面状况和力学性能均有所下降。因为本发明使用粉末和大颗粒的混合物进行滚塑成型时，粉末材料优先附着到模具上，消除了缺料、漏料的现象，大颗粒附着在粉末涂层上，粉末同时也填充了大颗粒之间的空隙，提高了滚塑制品的力学性能，粉末用量不足对性能影响较大。另一方面，考虑到粉末用量越高制粉成本越高，经过大量实验筛选，将粉末用量的上限控制在35％以内。对比例4中B料颗粒较大，对制品性能也有影响，因为颗粒越大，间隙越大，不易被粉末填充。不过因为市售的塑料颗粒一般直径略大于1mm，长度2-5mm，本发明已经可以满足绝大部分的市售塑料颗粒的直接使用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种大颗粒滚塑复合材料，其特征在于，由A料粉末和B料颗粒组成，两者的基体均为树脂，按表观体积百分比计，A料粉末占比5-35％，B料颗粒为直径1-3mm、长度2-4mm的颗粒状材料。
2.根据权利要求1所述的一种大颗粒滚塑复合材料，其特征在于，A料粉末的粉体流动性≤33s/100g，粒径分布D95≤500μm。
3.根据权利要求1或2所述的一种大颗粒滚塑复合材料，其特征在于，A料粉末和B料颗粒的基体树脂选自聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚氨酯、聚乳酸、聚碳酸酯、弹性体材料，或上述材料的衍生物，或上述材料的复配物，或上述材料阻燃、发泡、耐候、交联、染色功能的改性材料。
4.权利要求1-3任一所述的一种大颗粒滚塑复合材料的制备方法，其特征在于，将A料粉末和B料颗粒按照配方比例混合2-10min，即得大颗粒滚塑复合材料。
5.根据权利要求4所述的一种大颗粒滚塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述A料粉末的制备方法为：将包括基体树脂一在内的组分混合3-5min，挤出机各段温度设定为130-280℃，螺杆转速为100-500rpm，双螺杆挤出机熔融共混造粒，干燥，得颗粒物；将颗粒物磨粉，即得A料粉末。
6.根据权利要求5所述的一种大颗粒滚塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述磨粉工艺参数为：磨盘温度≤70℃，磨盘转速2500-3200rpm。
7.根据权利要求4或5或6所述的一种大颗粒滚塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述B料颗粒的制备方法为：将包括基体树脂二在内的组分混合3-5min，挤出机各段温度设定为130-280℃，螺杆转速为100-500rpm，双螺杆挤出机熔融共混造粒，干燥，即得B料颗粒。
8.权利要求1-3任一所述的一种大颗粒滚塑复合材料的应用，其特征在于，将大颗粒滚塑复合材料直接用于滚塑工艺，制备保温箱、皮划艇、洗地机外壳、吸尘器外壳、家具或游乐设施。
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