CN114479259A - 发泡聚烯烃复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种发泡聚烯烃复合材料及其制备方法。包括A粉料和B粉料，发泡时，由A粉料和B粉料按质量比1:1混合，其中A粉料由以下质量份数的组分组成：聚乙烯树脂60‑95份、聚丙烯树脂5‑40份、环氧树脂5‑20份、发泡剂2‑10份、无机增强剂1‑20份、润滑剂0.5‑3份、分散剂0.5‑3份、偶联剂0.5‑3份、抗氧剂0.1‑0.5份；B粉料由以下质量份数的组分组成：聚乙烯树脂100份、固化剂2‑10份、抗氧剂0.1‑0.5份；本发明同时提供其制备方法。本发明复合材料能够适应各种形状产品的模具无压力成型发泡，发泡倍率高，泡体刚性好，具有较好的刚性。

Description

发泡聚烯烃复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种发泡聚烯烃复合材料及其制备方法。
背景技术
随着国民经济发展，高灵敏度、高精度的电子设备、光学设备、仪器仪表等需要质量好性能好的包装，近些年发展的EPS，以及珍珠棉EPE等正是适应这一要求取得了长足进步。但珍珠棉偏软，EPS性脆，难以满足一些高端包装领域的要求，比如高强度、保温隔音性好、缓冲减震效果好、低热导以及复杂模具异型成型等。
中国专利CN102558647A公开一种高性能发泡聚乙烯制品的制备方法。该发泡聚乙烯为物理发泡，使用聚乙烯、过氧化物、滑石粉和碳酸钙以及丁烷物理发泡剂，通过挤出机机头压力释放发泡而成发泡制品，且属于软性泡棉。
中国专利CN102924777A公开一种高压聚乙烯发泡材料及其连续发泡工艺，将高压聚乙烯、AC发泡母料和DCP架桥剂用混料机混合好，于挤出机中挤出后压光，然后送入发泡机交联发泡，发泡后的材料经冷却辊冷却定型后，卷取包装。该法得到的发泡材料弹性好，属于软性泡体，刚度不够，且该工艺不适合于各种制品模具发泡成型。
中国专利CN111019240A公开一种注塑发泡用聚丙烯复合材料及其制备方法。该材料包括：聚丙烯40-88份、聚烯烃弹性体/石墨烯复合材料2-15份、聚烯烃弹性体与聚酰胺复合材料6-24份、滑石粉4-24份、抗氧剂0.2-0.8份、润滑剂0.1-0.7份。按照比例，将聚丙烯、聚烯烃弹性体/石墨烯复合材料、聚烯烃弹性体与聚酰胺复合材料材料、抗氧剂、润滑剂，在高混机混合均匀，然后通过主喂料口加入到双螺杆挤出机，同时滑石粉通过挤出机的侧向喂料口加入，熔融挤出造粒，经过水冷、切粒，得到所述注塑发泡用聚丙烯复合材料。该专利提及的复合材料限于注塑机发泡，应用领域有限。
中国专利CN103224681A公开一种硅烷自交联无卤阻燃聚烯烃发泡复合材料及其制备方法，复合材料包括重量配比为100:3～10:10～60的接枝A组份、催化B组份和无卤阻燃母粒，接枝A组份包括低密度聚乙烯、高强度聚乙烯、高流动聚乙烯、硅烷交联剂、接枝引发剂、第一抗氧剂、润滑剂以及3-氨丙基三甲氧基硅烷；催化B组份包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、低密度聚乙烯、第二抗氧剂、交联催化剂、发泡助剂及紫外线吸收剂；无卤阻燃母粒包括乙烯-辛烯共聚物、改性主阻燃剂、辅助阻燃剂、硬脂酸锌以及第三抗氧剂。该专利提及的复合材料为硅烷交联发泡，交联后材料为热固性材料，无法做有价值回收，不环保。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发泡聚烯烃复合材料，该复合材料能够适应各种形状产品的模具成型发泡，特别适用于无压力成型发泡，发泡倍率高，泡体具有较好的刚性；本发明同时提供其制备方法。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
本发明所述的发泡聚烯烃复合材料，包括A粉料和B粉料，发泡时，由A粉料和B粉料按质量比1:1混合，其中A粉料由以下质量份数的组分组成：聚乙烯树脂(PE)60-95份、聚丙烯树脂(PP)5-40份、环氧树脂5-20份、发泡剂2-10份、无机增强剂1-20份、润滑剂0.5-3份、分散剂0.5-3份、偶联剂0.5-3份、抗氧剂0.1-0.5份；
B粉料由以下质量份数的组分组成：聚乙烯树脂(PE)100份、固化剂2-10份、抗氧剂0.1-0.5份。
其中：
所述的聚乙烯树脂为熔融指数为0.8-20g/10min(190℃,2.16kg)的高密度聚乙烯树脂(HDPE)、线性低密度聚乙烯树脂(LLDPE)或它们的组合物。
所述的聚丙烯树脂的熔融指数为2-20g/10min(190℃,2.16kg)。
所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂中的一种或多种。
所述的发泡剂为N,N-二亚硝基五亚甲基四胺、4,4ˊ-氧化二苯磺酰肼或偶氮二甲酰胺中的一种或多种。
所述的无机增强剂为玻璃微珠、硅灰石或它们的组合物。
所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌或它们的组合物。
所述的分散剂为油酸酰胺或芥酸酰胺。
所述的偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或它们的组合物。
所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)或三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)或它们的组合物。
所述的固化剂为六氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐或甲基六氢邻苯二甲酸酐中的一种或多种。
本发明所述的发泡聚烯烃复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备A粉料
将聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、环氧树脂、发泡剂、无机增强剂、润滑剂、分散剂、偶联剂、抗氧剂按照配比加入密炼机中混炼，混炼好的物料通过双螺杆挤出机挤出，水拉条造粒，
然后通过磨粉机磨成30目微粉，得到A粉料；
(2)制备B粉料
将聚乙烯树脂、固化剂、抗氧剂按照配比加入高速混合机中混合均匀，混合好的物料通过双螺杆挤出机挤出，水拉条造粒，然后通过磨粉机磨成30目微粉，得到B粉料。
发泡时，将A粉料和B粉料按质量比1:1混合均匀。
其中：
步骤(1)中，混炼温度为130-160℃，混炼时间为10-15min；挤出机的转速为100-800rpm，挤出机加工温度为135℃-165℃；
步骤(2)中，混合时的转速为100-500rpm，混合时间为5-10min；挤出机的转速为100-500rpm，挤出机加工温度为100℃-130℃。
本发明的复合材料在模具内加热即可发泡成型，发泡温度区间为180-220℃，发泡时间10分钟左右，得到的发泡倍率最高可达20倍。发泡倍率6倍时弯曲模量可达1000MPa以上。适用于对强度要求高、轻量化、填充的制品的制造。
本发明的有益效果如下：
(1)原位生成半互穿网络。复合材料在发泡过程中，A粉料中的环氧树酯和B粉料中的固化剂能够形成半互穿网络结构，大大提高了聚烯烃复合材料的熔体粘度，从而支撑了足够高倍率的发泡，发泡倍率达到20倍时仍保持了较好的刚性。
(2)复合材料中引入了刚性好的环氧树脂成分，使得最终发泡产品具有高刚性，弯曲模量可达1000MPa以上。
(3)本发明制备的复合材料，置于各种形状模具内，无压力下加热即可发泡，适用于需要发泡减重且刚度要求较高的制品，不仅能够用于建材、包装、轻工等领域，亦可用于军工、海工对缓冲抗震、装备轻量化、刚性高和特殊形状产品填充等要求，应用领域广泛。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例中所用原料如下：
HDPE，2911牌号，熔融指数20g/10min(190℃,2.16kg)，抚顺乙烯；
LLDPE，0209AA牌号，熔融指数0.8g/10min(190℃,2.16kg)，盘锦石化；
PP，EPS30R牌号，熔融指数2.0g/10min(190℃,2.16kg)，齐鲁石化；
双酚A型环氧树脂，
Figure BDA0003574422440000031
市售化学品；
双酚F型环氧树脂：
Figure BDA0003574422440000041
市售化学品；
氢化双酚A型环氧树脂：
Figure BDA0003574422440000042
市售化学品；
六氢邻苯二甲酸酐，市售化学品；
甲基四氢邻苯二甲酸酐，市售化学品；
甲基六氢邻苯二甲酸酐，市售化学品；
3-氨丙基三乙氧基硅烷，市售化学品；
γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，市售化学品；
N,N-二亚硝基五亚甲基四胺，市售化学品；
4,4ˊ-氧化二苯磺酰肼，市售化学品；
偶氮二甲酰胺，市售化学品；
玻璃微珠，市售化学品；
硅灰石，市售化学品；
硬脂酸，市售化学品；
硬脂酸锌，市售化学品；
油酸酰胺，市售化学品；
芥酸酰胺，市售化学品；
四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)，市售化学品；
三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(168)，市售化学品。
实施例1-4
实施例1-4中发泡聚烯烃复合材料的组成见表1。
根据表1中实施例1、实施例2、实施例3和实施例4的质量配比组成，按以下步骤进行制备发泡聚烯烃复合材料：
(1)制备A粉料
将A粉体配方组成中各种原料按配比称好加入密炼机中混炼，混炼温度控制在130-160℃，混炼时间控制在10min。混炼好的物料通过双螺杆挤出机挤出，挤出机转速为100-800rpm，挤出机加工温度设置为135℃-165℃，水拉条造粒，然后通过磨粉机磨成30目微粉，得到A粉料；
(2)制备B粉料
将B粉体配方组成中各种原料按配比称好加入高速混合机中混合均匀，转速维持100-500rpm之间，混合时间控制在5-10min。混合好的物料通过双螺杆挤出机挤出，挤出机转速为300rpm，挤出机加工温度区间设置为100℃-130℃，水拉条造粒，然后通过磨粉机磨成30目微粉，得到B粉料。
对比例1
发泡聚烯烃复合材料的A粉料组成组分中不添加环氧树脂，其余组分及含量同实施例1。
对比例2
发泡聚烯烃复合材料的B粉料组成组分中不添加固化剂，其余组分及含量同实施例1。
对比例3
发泡聚烯烃复合材料市售产品。
将实施例1、实施例2、实施例3和实施例4所得的复合材料及对比例1-3中的复合材料中的A粉料和B粉料按质量比1:1混合均匀。在模具内加热发泡，发泡温度设置为200℃，发泡时间10分钟，得到的发泡制品性能测试数据见表1。
表1实施例1-4及对比例1-2中材料的组成及性能数据
Figure BDA0003574422440000051
Figure BDA0003574422440000061
发泡倍率测试方法如下：按GB/T 6343-2009测试发泡前后的表观密度。发泡倍率＝发泡前密度/发泡后密度。
由表1可见，本发明复合材料得到的发泡倍率最高可达20倍。发泡倍率6倍时弯曲模量可达1000MPa以上。不仅可用于民用发泡减重制品的制造，亦可用于对强度要求高、减重轻量化、填充的工业制品的制造。
对比例1-2中，发泡倍率仅分别为4、5倍，其弯曲模量也仅达到261MPa、381MPa。由此可见，对比例1-2的材料发泡倍率较低，弯曲模量也较低。
对比例3中，为市售的发泡聚烯烃复合材料发泡倍率仅为8倍，弯曲模量为170MPa。

Claims (10)

1.一种发泡聚烯烃复合材料，其特征在于：包括A粉料和B粉料，发泡时，由A粉料和B粉料按质量比1:1混合，其中A粉料由以下质量份数的组分组成：聚乙烯树脂60-95份、聚丙烯树脂5-40份、环氧树脂5-20份、发泡剂2-10份、无机增强剂1-20份、润滑剂0.5-3份、分散剂0.5-3份、偶联剂0.5-3份、抗氧剂0.1-0.5份；
B粉料由以下质量份数的组分组成：聚乙烯树脂100份、固化剂2-10份、抗氧剂0.1-0.5份。
2.根据权利要求1所述的发泡聚烯烃复合材料，其特征在于：所述的聚乙烯树脂为熔融指数为0.8-20g/10min的高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂或它们的组合物。
3.根据权利要求1所述的发泡聚烯烃复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯树脂的熔融指数为2-20g/10min。
4.根据权利要求1所述的发泡聚烯烃复合材料，其特征在于：所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂中的一种或多种；所述的发泡剂为N,N-二亚硝基五亚甲基四胺、4,4ˊ-氧化二苯磺酰肼或偶氮二甲酰胺中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的发泡聚烯烃复合材料，其特征在于：所述的无机增强剂为玻璃微珠、硅灰石或它们的组合物；所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌或它们的组合物；所述的分散剂为油酸酰胺或芥酸酰胺。
6.根据权利要求1所述的发泡聚烯烃复合材料，其特征在于：所述的偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或它们的组合物。
7.根据权利要求1所述的发泡聚烯烃复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯或它们的组合物。
8.根据权利要求1所述的发泡聚烯烃复合材料，其特征在于：所述的固化剂为六氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐或甲基六氢邻苯二甲酸酐中的一种或多种。
9.一种权利要求1-8任一所述的发泡聚烯烃复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)制备A粉料
将聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、环氧树脂、发泡剂、无机增强剂、润滑剂、分散剂、偶联剂、抗氧剂按照配比加入密炼机中混炼，混炼好的物料通过双螺杆挤出机挤出，水拉条造粒，然后通过磨粉机磨粉，得到A粉料；
(2)制备B粉料
将聚乙烯树脂、固化剂、抗氧剂按照配比加入高速混合机中混合均匀，混合好的物料通过双螺杆挤出机挤出，水拉条造粒，然后通过磨粉机磨粉，得到B粉料。
10.根据权利要求9所述的发泡聚烯烃复合材料的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中，混炼温度为130-160℃，混炼时间为10-15min；挤出机的转速为100-800rpm，挤出机加工温度为135℃-165℃；
步骤(2)中，混合时的转速为100-500rpm，混合时间为5-10min；挤出机的转速为100-500rpm，挤出机加工温度为100℃-130℃。
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