CN113733610A

CN113733610A - 一种高模量pvc发泡板材的生产方法

Info

Publication number: CN113733610A
Application number: CN202110943166.7A
Authority: CN
Inventors: 唐道远
Original assignee: Anhui Sentai Wpc Technology Floor Co ltd
Current assignee: Anhui Sentai Wpc Technology Floor Co ltd
Priority date: 2021-08-17
Filing date: 2021-08-17
Publication date: 2021-12-03

Abstract

本发明提供了一种高模量PVC发泡板材的生产方法，首先通过先通过模具挤出PVC硬质壳体，同时通过模具在硬质壳体内充填PVC发泡料的保压芯，以此法制成型坯，然后将型坯输入到定型模内，使保压芯在定型模约束的硬质壳体内发泡，从而实现在定型模内的复合和定型，最终制得一种高模量的PVC发泡板材。本发明采用独立的主流道和第二流道分别将第一原料和第二原料从模具中挤出至加长定型模中，随后再使第二原料形成的加压芯体在第一原料形成的PVC硬质壳体中发泡，最终填满PVC硬质壳体的内部空腔得到带有硬质表层的PVC发泡板材。相较于现有技术，本发明的壳体预成型过程中不会受到PVC发泡料的膨胀挤压，能形成厚度均匀的PVC硬质壳体。

Description

一种高模量PVC发泡板材的生产方法

技术领域

本发明涉及一种发泡板材的生产方法，尤其是一种高模量PVC发泡板材的生产方法；属于PVC发泡地板生产技术领域。

背景技术

PVC板材，也叫雪弗板，是以聚氯乙烯为主要原料，加入发泡剂、阻燃剂、抗老化剂，采用专用设备挤压成型制成的板材。雪弗板的质量取决于结皮层的密度、厚度以及内部PVC的泡孔均匀度。如市场上常见的PVC发泡板表面硬度低，弹性模量低，收缩膨胀率大，使用过程中板材表面容易出现破损，凹坑以及形变等。

现有技术中，为了提高PVC发泡板的质量采取了两种技术路线。第一种技术路线是，在挤出模具上增设冷却装置，以提高结皮层的厚度和密度。如授权公告号为CN101722690B的专利文献，公开了一种表面结皮的自由发泡PVC塑料板及其制备方法。它包括PVC 塑料板材，PVC塑料板材的上下两面为致密的结皮层，在上下两面为致密的结皮层的中间为自由发泡层，致密的结皮层是通过骤冷降温的方法获得的，在三辊压光机、牵引机、修边锯和横切锯的前面设置有冷却装置的冷却辊，冷却装置的冷却辊呈上下两辊布置，经过挤出机的加温PVC 塑料板材材料首先进入上下两冷却辊之间，然后再进入压光辊之间，通过冷却辊的骤冷降温形成结皮层。但是，这种方法虽然能在一定程度上提高结皮层的密度和硬度，但显然还不够，仅限于用作不承重的板材，如饰面板等；而当用作地板时，板材的表面硬度和弹性模量远远不够。

第二种路线是在挤出模具上增设共挤通道，通过在板坯外周共挤一不发泡的PVC硬质表层来提高产品的抗压强度和弹性模量。如申请号为CN201710325845.1的专利文献，公开了一种PVC发泡共挤地板制备工艺。它是将混合好的原料加入挤出机，通过挤出机挤入模具，在温度150~200℃和压力20~35MPa条件下，使物料在模具释放的发泡空间内迅速发泡制成基材；在物料发泡的同时，通过共挤机将高分子材料覆在发泡的基材上制成型坯；在冷却定型过程中，使共挤出的型坯在定型模内冷却定型。用该法制取的地板，在地板表面强度和弹性模量方面，比第一种路线制取的地板有显著提高，但仍达不到人们日益提高的需求。尤其是在一些人流量大的场地，或者摆放重物的场地，会产生使用中的极大风险。

发明内容

本发明要解决上述技术问题，从而提供一种高模量PVC发泡板材的生产方法。本发明通过先通过模具挤出PVC硬质壳体，同时通过模具在硬质壳体内充填PVC发泡料的保压芯，以此法制成型坯，然后将型坯输入到定型模内，使保压芯在定型模约束的硬质壳体内发泡，从而实现在定型模内的复合和定型，最终制得一种高模量的PVC发泡板材。

本发明解决上述问题的技术方案如下：

一种高模量的PVC发泡板材的制备方法，包括以下步骤：

S1、将构成PVC硬质壳体的第一原料用高速混合机充分混匀后，加入主挤出机的进料斗内，使第一原料在主挤出机内熔融塑化后挤入模具的主流道中，并从模具的模口挤出，制成截面为框型的PVC硬质壳体；所述模具的主流道内设置有芯棒，所述芯棒的一端伸出所述模具的模口；所述芯棒为空心芯棒，内部形成有第二流道；

S2、将构成PVC发泡芯的第二原料用高速混合机充分混匀后，加入第二挤出机的进料斗内，使第二原料在第二挤出机内熔融塑化后挤入模具的第二流道中，并从模具的模口挤出，制成形成在所述PVC硬质壳体内部的保压芯体；保压芯体和所述的PVC硬质壳体组成型坯；所述型坯的保压芯体与PVC硬质壳体之间具有预成型的发泡空间；

S3、将所述型坯输入到加长定型模中，于加长定型模内使保压芯体在受所述加长定型模内壁约束的PVC硬质壳体中进行发泡，将所述的PVC硬质壳体充填满，同时使所述型坯在所述的加长定型模中完成复合和定型，形成所述高模量的PVC发泡板材。

在现有技术中，如上文所述，通常采用两种方法来得到具有较高表面强度的PVC发泡板材：1、采用冷却辊对PVC发泡板材进行表面降温，使得PVC发泡板材的表层骤冷形成发泡程度低且相对硬质的结皮层；2、采用共挤工艺，在芯材发泡的同时将高分子材料共挤成型在芯材表面，形成一层相对硬质的共挤表层。对于前者，且由于其生产方法的原因，PVC材料在进行表面降温时，必然会形成由外到内的温度梯度，根据温度梯度PVC板材由外到内发泡程度逐渐增加，也就是只有位于最外层与冷却辊直接接触的PVC材料能够得到较好的冷却效果，这导致了能够起到强化作用的结皮层的厚度很薄，表面硬度和弹性模量难以达到地板的要求。对于后者，虽然解决了前种方法中结皮层过薄以及硬度不足的问题，但仍存在一些缺陷。在对生产工艺进行分析后，发明人发现，在实际生产时，共挤表层挤出成型至发泡基材上时，由于发泡基材的发泡过程并未停止，而此时共挤至发泡基材上的共挤表层材料为熔融态，因此共挤表层材料会受到内部发泡基材在发泡过程中产生的膨胀力，该膨胀力会对熔融态的共挤表层材料产生挤压效果，在一些情况下，发泡基材与共挤表层材料发生一定的渗透融合，使得共挤表层结构强度相对下降，且共挤表层的有效厚度减小，在另一些情况下，当各向的膨胀力不均匀时，尤其是共挤表层还会受到自身重力和发泡基材重力影响，最终会导致发泡基材对某些部位的共挤表层材料产生更大的挤压力，而这些被挤压部位的共挤表层材料会向受到的挤压力较小的部位流动，从而导致不同部位的共挤表层厚度不一致，最终导致产品各部位的力学性能产生差异，而这些差异会导致地板在受力时各部位的形变量有所不同，进而导致结构产生破坏。

为了提高共挤工艺得到的产品质量，在一般改进方法中，技术人员通常通过控制温度、压力、发泡芯材和共挤表层的相对挤出时间来达到目的，但此类改进方法过于依赖技术人员的操作经验，且往往需要大量的测试和对比才能得到优选参数，对于不同的生产器械优选参数可能会出现差异，从而导致实际生产过程中出现种种问题。

在本发明中，发明人则提出了另一种思路，即将共挤表层与发泡芯体分别独立挤出，随后再汇合成型。具体地，首先准备一模具，模具具有一个用于挤出共挤表层材料（即第一原料）的主流道以及一个安装在主流道内部的芯棒，芯棒的内部形成用于挤出芯体材料（即第二原料）的第二流道。在模具的出口端，芯棒从主流道出料口的中部向外伸出，使得主流道的出料口截面形成一个中部被芯棒占据的矩形环状结构。更具体地，芯棒内部的第二流道口径相对较小，当芯体材料挤入时，由于受到空间和压力限制，芯体材料无法发生发泡膨胀，而是形成保压芯体；当共挤表层材料与芯体材料一同挤出后，两者进入与模具相接的加长定型模内，在刚进入加长定型模中时，共挤表层已经初步成型为具有地板构型的一层框状外壳，而包裹在框状外壳内部的芯体材料则尚未发泡或发泡程度很小，框状外壳与芯体材料之间留有发泡空间，随后芯体材料开始发泡膨胀并填充发泡空间，并通过自身的膨胀力与框状壳体的内壁形成粘接，在该过程中，框状壳体已经初步成型，并且受到加长定型模的约束，因此不会因为内部发泡芯体的膨胀而产生明显的结构变形，最终得到质量更好的具有高模量的PVC发泡板材。需要说明的是，定型模除了起到形状约束作用外，还具有温度、压力调控等功能，以便对发泡过程进行控制。

进一步地，所述第一原料包括以下质量份的组分：聚氯乙烯树脂25~35、玻璃空心微珠20~30、碳酸钙30~40、无机增强纤维8~15；所述无机增强纤维选自金属纤维、玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、晶须中的一种或多种。本发明中通过添加无机增强纤维来增强PVC材料的物理强度，使得PVC材料的硬度和弹性模量均得到提升。

进一步地，所述第二原料包括以下质量份的组分：PVC树脂40~50、碳酸钙20~25、稳定剂2~3、发泡剂1~2、发泡调节剂5~6。稳定剂的主要作用是提高树脂等材料的热稳定性，防止其分解、老化，常用的包括有机锡稳定剂、有机锑稳定剂、铅盐稳定剂、钙锌稳定剂等；发泡剂是可以分解产生气体从而在PVC树脂内产生气腔的材料，通常包括化学发泡剂和物理发泡剂两种，化学发泡剂指的是发泡剂本身发生化学反应分解产生二氧化碳、氮气等气体，物理发泡剂是指发泡剂发生物理状态的变化而形成气体，常用的发泡剂包括偶氮化合物、磺酰肼类化合物、亚硝基化合物等；发泡调节剂是一类用于调节发泡材料内部泡孔大小和密度的添加剂，当发泡开始时，相邻的两个泡孔之间由PVC材料形成一层膜状结构分隔，当膜状结构的强度无法支撑其自身结构时，膜状结构就会破裂，使两个相邻的泡孔融合为一个更大的泡孔，而发泡调节剂则可以提高PVC发泡物料的熔体强度，防止泡孔的合并，得到泡孔更加致密的产品，通常发泡调节剂选用具有高分子量的丙烯酸酯类聚合物。

进一步地，所述模具由多个模具板装配而成，所述主流道由设置在所述的多个模具板上的空腔拼接而成；所述芯棒设置在主流道内的一端为封闭端，所述封闭端与主流道不互通，且设有所述第二流道的入料口，伸出模具模口的一端为开放端，所述开放端设有所述第二流道的出料口。在现有技术中，生产共挤PVC发泡板通常是在模具的轴向上设置一个主流道，在模具的侧向上设置第二流道，第二流道与主流道直接连通，主流道用于通入PVC发泡料，第二流道用于通入皮层共挤料，在模具中皮层共挤料直接包覆于PVC发泡料外周并成型。本发明则是以主流道通入皮层共挤料，并在主流道内设置一芯棒，芯棒内设置第二流道，使得PVC发泡料能够从皮层共挤料的中部挤出，形成包裹结构，且在从模口挤出之前，PVC发泡料和皮层共挤料不发生接触，在模具中皮层共挤料预成型形成具有一定强度的壳体结构后两者再在定型模中进行复合，使得皮层结构更加稳定，避免皮层成型过程中受到PVC发泡料的膨胀挤压而导致强度下降。

进一步地，所述的PVC硬质壳体厚度为2~5mm。

进一步地，所述的PVC发泡板材的PVC硬质壳体密度为1.8~2.0g/cm3。

进一步地，所述的PVC发泡板材的PVC硬质壳体密度为0.5~0.8g/cm3。

进一步地，所述的第一原料中还包括有ACR助剂，所述的ACR助剂相对分子量不低于150万。

综上所述，应用本发明可以取得以下有益效果：

1、本发明采用独立的主流道和第二流道分别将第一原料和第二原料从模具中挤出至加长定型模中，随后再使第二原料形成的加压芯体在第一原料形成的PVC硬质壳体中发泡，最终填满PVC硬质壳体的内部空腔得到带有硬质表层的PVC发泡板材。相较于现有技术，本发明的壳体预成型过程中不会受到PVC发泡料的膨胀挤压，能形成厚度均匀的PVC硬质壳体。

2、本发明采用芯棒来挤出第二原料，即发泡料，芯棒内设置的第二流道口径较小，可以为发泡料提供较高的压力从而限制其在第二流道中的发泡。并且从实际操作角度，在生产不同的产品时，第一流道与第二流道的口径需要进行改变，传统的模具显然无法满足该需求，而本发明采用的模具及芯棒则可以轻松地实现口径改变，第二流道的口径改变仅需更换内部具有不同流道口径的芯棒即可，而需要改变第一流道的口径时，可选用具有不同规格大小的芯棒，使芯棒在第一流道的中部占据不同大小的空间尺寸，即可改变挤出时PVC硬质壳体的厚度。

3、本发明在第一原料中添加纤维增强材料制得PVC硬质壳体，使最终得到的PVC发泡板材表面具有更高的硬度和模量，能够用作地板等承重构件，拓宽的PVC发泡板材的应用领域。

附图说明

图1为本发明采用的模具的截面结构示意图；

图2为本发明制得的高模量PVC发泡板材的结构示意图；

图3为本发明形坯的结构示意图；

图中，10-主流道，20-芯棒，30-第二流道，100-PVC硬质壳体，200-PVC发泡芯，200’-保压芯体，300’-发泡空间。

具体实施方式

下面通过实施例和附图来对本发明进行进一步地说明。

本发明实施例1~4采用的模具如图1所示，模具由多个模具板拼接而成，在模具板的中部具有一贯通的主流道10，主流道10内部安装有一芯棒20，芯棒内部设有第二流道30。芯棒一端设在模具内部，形成封闭端，另一端从模具的模口伸出，形成开放端，芯棒封闭端从模具块的侧面形成一个供挤出机进料的进料口，开放端形成出料口。未特别说明的情况下，实施例1~4中PVC硬质壳体的厚度均设为3mm，实施例及对比例中地板的总厚度为3cm。此外，需要说明的是，图1中省略了与模具相接的定型模结构，定型模结构为现有技术，因此本发明不再进行赘述。

实施例1

S1、将用于形成PVC硬质壳体100的第一原料用高速混合机充分混匀后，加入主挤出机的进料斗内，使第一原料在主挤出机内熔融塑化后进入模具的主流道10中，并从模具的模口挤出，制成截面为框型的PVC硬质壳体100；

S2、将用于形成PVC发泡芯200的第二原料用高速混合机充分混匀后，加入第二挤出机的进料斗内，使第二原料在第二挤出机内熔融塑化后进入模具的第二流道30中，并从模具的模口挤出，制成形成在所述PVC硬质壳体内部的保压芯体200’；保压芯体和所述的PVC硬质壳体100组成型坯，且所述型坯的保压芯体200’与PVC硬质壳体100之间具有预成型的发泡空间300’；

S3、将所述型坯输入到加长定型模中，于加长定型模内使保压芯体在受所述加长定型模内壁约束的PVC硬质壳体100中进行发泡，将所述的PVC硬质壳体充填满，同时使所述型坯在所述的加长定型模中完成复合和定型，形成所述高模量的PVC发泡板材。

上述第一原料包括以下质量份的组分：PVC树脂25份、玻璃空心微珠20份、碳酸钙40份、玻璃纤维15份。

上述第二原料包括以下质量份的组分：PVC树脂40份、碳酸钙25份、有机锡稳定剂2份、AC发泡剂1份、发泡调节剂5份。

实施例2

上述第一原料包括以下质量份的组分：PVC树脂30份、玻璃空心微珠25份、碳酸钙35份、玻璃纤维12份。

上述第二原料包括以下质量份的组分：PVC树脂45份、碳酸钙20份、钙锌稳定剂2份、AC发泡剂1.5份、发泡调节剂6份。

实施例3

上述第一原料包括以下质量份的组分：PVC树脂35份、玻璃空心微珠30份、碳酸钙30份、玻璃纤维8份。

上述第二原料包括以下质量份的组分：PVC树脂50份、碳酸钙20份、铅盐稳定剂2份、AC发泡剂1份、戊亚甲基四胺-H发泡剂1份、发泡调节剂6份。

实施例4

上述第一原料包括以下质量份的组分：PVC树脂25份、玻璃空心微珠20份、碳酸钙40份、玻璃纤维15份、ACR530 8份。

对比例1

采用结皮方法生产PVC发泡地板，具体步骤如下：

S1、把配方好的PVC原料投入到挤出机中，通过挤出机得到PVC发泡地板的形坯；

S2、将S1中得到的形坯通过牵引装置牵引，使其依次经过冷却辊和压光辊，得到粗产品；冷却辊内设有循环冷却系统，使冷却辊的温度控制在12℃左右；

S3、将粗产品进行修边、切割等加工处理，得到成品。

上述PVC原料包括以下质量份的组分：PVC树脂40份、碳酸钙25份、有机锡稳定剂2份、AC发泡剂1份、发泡调节剂5份。

对比例2

采用现有共挤方法生产PVC发泡地板，具体步骤如下：

S1、将混合好的第一原料加入挤出机上料斗内，在挤出机中进行加温，螺杆内剪切塑化，并挤出到模具的主流道中，第一原料在主流道中进行发泡，形成芯材；

S2、将混合好的第二原料加入至另一挤出机的上料斗内，在挤出机中进行加温，螺杆内剪切塑化，并挤出到模具的第二流道中，并通过第二流道的出口包覆在芯材的外周，形成共挤表层；

S3、由芯材和共挤表层复合成型的坯板从模具中挤出，并导入至定型模中进一步固化定型；

S4、将固化定型后的坯板经过修边、切割等加工处理，得到成品。

上述第一原料包括以下质量份的组分：PVC树脂40份、碳酸钙25份、有机锡稳定剂2份、AC发泡剂1份、发泡调节剂5份。

上述第二原料包括以下质量份的组分: PVC树脂25份、玻璃空心微珠20份、碳酸钙40份、玻璃纤维15份。

下面是上述实施例及对比例的参数测定和对比。

弹性模量测试：根据GB/T 17657-1999中提供的方法，取3mm厚的PVC发泡板，切割为长650mm、宽50mm的试样板，设置两个支撑辊，支撑辊之间间距为600mm，随后将试样板放置在支撑辊上，使支撑辊与试样板的端面距离为25mm，再在试样板的上方设置一加荷辊，加荷辊对试样板中心部位向下施压，并记录下加荷辊施加的压力大小与地板中部向下产生的形变量，得到压力与形变量的变化曲线，最根据曲线与试样板的规格参数得到弹性模量大小。

耐磨度测试：采用平板摩擦轮实验法，将样品固定旋转台上，旋转台上设有位置固定的橡胶轮，当旋转台转动时橡胶轮会对样品进行摩擦。具体地，测试时负重为1kg，转速为72转/min，在5000转后分析样品的质量保留率来比对耐磨性能。

上述测试结果如表一所示：

表一

	弹性模量/MPa	质量保留率
			实施例1	2250	99.45%
实施例2	2180	99.43%
			实施例3	2160	99.42%
实施例4	2370	99.47%
			对比例1	1650	99.23%
对比例2	1170	99.44%

根据表一可知，对比例1与对比例2中虽然采用了与实施例1中相同的材料生产PVC发泡板，但其弹性模量均低于实施例1~3测得的数据，因此可以证明，采用本发明生产出的PVC发泡板具有优秀的耐磨性能和较高的弹性模量，作为地板时能够具有更强的抗压性能及使用寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种高模量的PVC发泡板材的制备方法，包括以下步骤：

S1、将用于形成PVC硬质壳体（100）的第一原料用高速混合机充分混匀后，加入主挤出机的进料斗内，使第一原料在主挤出机内熔融塑化后进入模具的主流道（10）中，并从模具的模口挤出，制成截面为框型的PVC硬质壳体（100）；所述模具的主流道（10）内设置有芯棒（20），所述芯棒（20）的一端伸出所述模具的模口；所述芯棒（20）为空心芯棒，内部形成有第二流道（30）；

S2、将用于形成PVC发泡芯（200）的第二原料用高速混合机充分混匀后，加入第二挤出机的进料斗内，使第二原料在第二挤出机内熔融塑化后进入模具的第二流道（30）中，并从模具的模口挤出，制成形成在所述PVC硬质壳体内部的保压芯体（200’）；保压芯体和所述的PVC硬质壳体（100）组成型坯，且所述型坯的保压芯体（200’）与PVC硬质壳体之间具有预成型的发泡空间（300’）；

S3、将所述型坯输入到加长定型模中，于加长定型模内使保压芯体在受所述加长定型模内壁约束的PVC硬质壳体（100）中进行发泡，将所述的PVC硬质壳体充填满，同时使所述型坯在所述的加长定型模中完成复合和定型，形成所述高模量的PVC发泡板材。

2.根据权利要求1所述的一种高模量的PVC发泡板材的制备方法，其特征在于：所述第一原料包括以下质量份的组分：PVC树脂25~35、玻璃空心微珠20~30、碳酸钙30~40、无机增强纤维8~15；所述无机增强纤维选自金属纤维、玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、晶须中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种高模量的PVC发泡板材的制备方法，其特征在于：所述第二原料包括以下质量份的组分：PVC树脂40~50、碳酸钙20~25、稳定剂2~3、发泡剂1~2、发泡调节剂5~6。

4.根据权利要求1所述的一种高模量的PVC发泡板材的制备方法，其特征在于：所述模具由多个模具板装配而成，所述主流道（10）由设置在所述的多个模具板上的空腔拼接而成；所述芯棒（20）设置在主流道内的一端为封闭端，所述封闭端与主流道不互通，且封闭端设有所述第二流道的入料口，所述芯棒（20）伸出模具模口的一端为开放端，所述开放端设有所述第二流道（30）的出料口。

5.根据权利要求1所述的一种高模量的PVC发泡板材的制备方法，其特征在于：所述的PVC硬质壳体厚度为2~5mm。

6.根据权利要求1所述的一种高模量的PVC发泡板材的制备方法，其特征在于：所述的PVC发泡板材的PVC硬质壳体密度为1.8~2.0g/cm³。

7.根据权利要求6所述的一种高模量的PVC发泡板材的制备方法，其特征在于：所述的PVC发泡板材的PVC硬质壳体密度为0.5~0.8g/cm³。

8.根据权利要求2所述的一种高模量的PVC发泡板材的制备方法，其特征在于：所述的第一原料中还包括有ACR助剂6~8份，所述的ACR助剂相对分子量不低于150万。