CN115975244A - 一种超轻弹泡沫材料及其发泡工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于发泡材料技术领域，特别涉及一种超轻弹泡沫材料及其发泡工艺。其中，所述发泡工艺包括如下步骤：S1、将原料熔融混合后进行交联，获得坯料；其中，所述原料包括如下按质量份计的组分：100份聚烯烃树脂或热塑性弹性材料，10份填充剂，2～4份润滑剂；S2、将坯料进行超临界发泡以及二次发泡，获得泡沫材料；其中，所述超临界发泡为：以二氧化碳充气至3～5MPa后，以氮气充气至18～20MPa。由本发明所提供的发泡工艺所制备得到的发泡材料密度低且具有高回弹性。
Description
技术领域
本发明属于发泡材料技术领域，特别涉及一种超轻弹泡沫材料及其发泡工艺。
背景技术
现有技术对聚烯烃树脂的发泡工艺通常采用化学发泡剂发泡和物理发泡。其中，化学发泡剂进行发泡时会产生大量的刺激性气味，如氨气和甲酰胺等，对生产VOC存在很大影响，同时经过高温硫化发泡的发泡材料，其材料的特性被破坏，导致其边角料等难以循环回收利用。
对此，现有技术多采用物理发泡，尤其是超临界发泡由于其发泡过程清洁等优势，现如今被广泛使用，如CN202010684468.2所公开的一种EVA/POE超临界发泡复合鞋用材料及其制备方法。但现有超临界发泡材料普遍密度高、回弹低，难以符合特殊场景的使用需求。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：提供一种低密度、高回弹的超轻弹泡沫材料及其发泡工艺。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种发泡工艺，包括如下步骤：
S1、将原料熔融混合后进行交联，获得坯料；
其中，所述原料包括如下按质量份计的组分：
100份聚烯烃树脂或热塑性弹性材料，10份填充剂，2～4份润滑剂；
S2、将坯料进行超临界发泡以及二次发泡，获得泡沫材料；
其中，所述超临界发泡为：以二氧化碳充气至3～5MPa后，以氮气充气至18～20MPa。
进一步提供一种由前述发泡工艺所制备得到的超轻弹泡沫材料，所述泡沫材料密度为0.08～0.2g/cm3，在ASTMD3574落球回弹测试下回弹率≥55％。
本发明的有益效果在于：由本发明所提供的发泡工艺所制备得到的超轻弹泡沫材料力学性能优异，在相同密度条件下具有更高的机械强度，同时兼具高回弹性，具有轻量化、高减震、抗收缩、抗衰减等优异性能。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
一种发泡工艺，包括如下步骤：
S1、将原料熔融混合后进行交联，获得坯料；
其中，所述原料包括如下按质量份计的组分：
100份聚烯烃树脂或热塑性弹性材料，10份填充剂，2～4份润滑剂；
S2、将坯料进行超临界发泡以及二次发泡，获得泡沫材料；
其中，所述超临界发泡为：以二氧化碳充气至3～5MPa后，以氮气充气至18～20MPa。
其中，由于二氧化碳相较于氮气在塑料材料中流动渗透能力更快、更强，但存在收缩程度大的问题，因此在单纯使用二氧化碳进行发泡时难以制备泡孔细腻的发泡材料。对此，发明人发现以少量的二氧化碳进行渗透后再利用氮气进行保压，可有效降低泡沫材料的收缩程度，即可制备泡孔细腻的发泡材料。具体的，首先以二氧化碳通入坯料内至发泡釜内气压至3～5MPa后，以氮气继续通入至18～20MPa并进行保压，最终在泄压时坯料膨胀以获得发泡材料。
同时，由于采用物理发泡(超临界发泡)替代传统的化学发泡，并采用氮气或二氧化碳作为超流体，可有效解决泡沫材料的气味问题，同时超临界发泡过程清洁，具有较高的食品安全等级，且与皮肤具有良好的相容性，因此具有应用于食品包装材料等的潜力。在发泡过程中不会造成环境污染，且发泡材料在切割后的边角料可进行回收并循环利用，即有效降低生产成本。同时，由于本发明所制备得到的泡沫材料具有低密度、高回弹的特性，因此可适用于特殊的使用场景，如制备体育用品，具体可以为拳套、马鞍、头盔等。
在一种实施方式中，所述聚烯烃树脂选自EPDM、POE、EVA中的至少一种。
在一种实施方式中，所述热塑性弹性材料选自TPE、TPU、TPEE、PEBA、XER中一种。
在一种实施方式中，所述超临界发泡的发泡时间为60～180min，发泡温度为130～180℃。优选地，聚烯烃树脂的发泡温度为130～140℃，热塑性弹性体的发泡温度为160～180℃。
在一种实施方式中，所述交联为交联剂交联或辐照交联。
其中，所述交联剂交联为加入0.3～1.0wt％DCP或BIPB(以聚烯烃树脂或热塑性弹性材料计)，在交联温度为160～175℃下交联300～600s。
其中，所述辐照交联的辐照剂量为10～20kGy，辐照时间为10～20min。
在一种实施方式中，所述填充剂为碳酸钙或滑石粉。
在一种实施方式中，所述润滑剂为硬脂酸。
在一种优选的实施方式中，为了使坯料辐照均匀，优选对所述坯料进行预先挤出片材处理，所述片材的厚度优选为5～20mm。优选的，所述挤出的温度为80～120℃，螺杆转速为1000～1500rpm。
在一种实施方式中，所述二次发泡在模具内定型。其中，所述定型的温度为170℃，定型时间为600s，所述二次发泡时间为450s。即通过在模具内对泡沫材料进行二次发泡，以对发泡材料进行定型，以获得具有预设形状的泡沫材料。
一种由前述所述发泡工艺所制备得到的泡沫材料，所述泡沫材料密度为0.08～0.2g/cm3，在ASTMD3574落球回弹测试下回弹率≥55％。
实施例1
一种发泡工艺，包括如下步骤：
S1、将100份EPDM、10份碳酸钙、2份硬脂酸、0.3份DCP熔融混合后，以挤出温度120℃，螺杆转速1000rpm挤出厚度为20mm的片状坯料；
S2、将片状坯料在160℃下交联600s，获得坯料；
S3、将坯料放入发泡釜内，釜内温度控制在130℃，然后以二氧化碳通入发泡釜至釜内压至5MPa后，以氮气通入至釜内压20MPa并保压180min，泄压后获得一次发泡材料；
S4、将一次发泡材料置于模具中，加热模具至170℃后二次发泡450s并定型600s，获得二次发泡材料。
实施例2
一种发泡工艺，包括如下步骤：
S1、将100份EVA、10份碳酸钙、4份硬脂酸、0.3份DCP熔融混合后，以挤出温度80℃，螺杆转速1000rpm挤出厚度为20mm的片状坯料；
S2、将片状坯料在175℃下交联300s，获得坯料；
S3、将坯料放入发泡釜内，釜内温度控制在130℃，然后以二氧化碳通入发泡釜至釜内压至3MPa后，以氮气通入至釜内压20MPa并保压180min，泄压后获得一次发泡材料；
S4、将一次发泡材料置于模具中，加热模具至170℃后二次发泡450s并定型600s，获得二次发泡材料。
实施例3
一种发泡工艺，包括如下步骤：
S1、将100份TPU、10份碳酸钙、4份硬脂酸、0.3份BIPB熔融混合后，以挤出温度120℃，螺杆转速1500rpm挤出厚度为10mm的片状坯料；
S2、将片状坯料在175℃下交联300s，获得坯料；
S3、将坯料放入发泡釜内，釜内温度控制在160℃，然后釜以二氧化碳通入发泡釜至釜内压至3MPa后，以氮气通入至釜内压18MPa并保压120min，泄压后获得一次发泡材料；
S4、将一次发泡材料置于模具中，加热模具至170℃后二次发泡450s并定型600s，获得二次发泡材料。
实施例4
一种发泡工艺，包括如下步骤：
S1、将100份POE、10份碳酸钙、2份硬脂酸熔融混合后，以挤出温度120℃，螺杆转速1000rpm挤出厚度为10mm的片状坯料；
S2、将片状坯料在20kGy的辐照剂量下辐照10min，获得坯料；
S3、将坯料放入发泡釜内，釜内温度控制在140℃，然后釜以二氧化碳通入发泡釜至釜内压至5MPa后，以氮气通入至釜内压18MPa并保压120min，获得一次发泡材料；
S4、将一次发泡材料置于模具中，加热模具至170℃后二次发泡450s并定型600s，获得二次发泡材料。
实施例5
一种发泡工艺，包括如下步骤：
S1、将100份PEBA、10份碳酸钙、2份硬脂酸熔融混合后，以挤出温度120℃，螺杆转速1500rpm挤出厚度为10mm的片状坯料；
S2、将片状坯料在10kGy的辐照剂量下辐照20min，获得坯料；
S3、将坯料放入发泡釜内，釜内温度控制在180℃，然后釜以二氧化碳通入发泡釜至釜内压至5MPa后，以氮气通入至釜内压20MPa并保压180min，获得一次发泡材料；
S4、将一次发泡材料置于模具中，加热模具至170℃后二次发泡450s并定型600s，获得二次发泡材料。
对比例1
一种发泡工艺，与实施例1的区别在于：釜以二氧化碳直接充至釜内压20MPa。
检测例
将实施例1至5所制备得到的二次发泡材料进行物性检测，检测结果如表1所示。
表1
从表1可以看出，本发明所提供的泡沫材料硬度为35～60度，密度为0.08～0.2g/cm3，压缩变形率≤40％，回弹率≥55％，热收缩性≤2％。
综上所述，由本发明所提供的发泡工艺所制备得到的泡沫材料力学性能优异，在相同密度条件下具有更高的机械强度，同时兼具高回弹性，具有轻量化、高减震、抗收缩、抗衰减等优异性能。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种发泡工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将原料熔融混合后进行交联，获得坯料；
其中，所述原料包括如下按质量份计的组分：
100份聚烯烃树脂或热塑性弹性材料，10份填充剂，2～4份润滑剂；
S2、将坯料进行超临界发泡以及二次发泡，获得泡沫材料；
其中，所述超临界发泡为：以二氧化碳充气至3～5MPa后，以氮气充气至18～20MPa。
2.根据权利要求1所述发泡工艺，其特征在于，所述聚烯烃树脂选自EPDM、POE、EVA中的至少一种。
3.根据权利要求1所述发泡工艺，其特征在于，所述热塑性弹性材料选自TPE、TPU、TPEE、PEBA、XER中一种。
4.根据权利要求1所述发泡工艺，其特征在于，所述超临界发泡的发泡时间为60～180min，发泡温度为130～180℃。
5.根据权利要求1所述发泡工艺，其特征在于，所述交联为交联剂交联或辐照交联。
6.根据权利要求5所述发泡工艺，其特征在于，所述交联剂交联为加入0.3～1.0wt％DCP或BIPB，在交联温度为160～175℃下交联300～600s。
7.根据权利要求5所述发泡工艺，其特征在于，所述辐照交联的辐照剂量为10～20kGy，辐照时间为10～20min。
8.根据权利要求1所述发泡工艺，其特征在于，所述二次发泡在模具内定型。
9.根据权利要求8所述发泡工艺，其特征在于，所述定型的温度为170℃，定型时间为600s，所述二次发泡时间为450s。
10.根据权利要求1至9任一项所述发泡工艺所制备得到的超轻弹泡沫材料，其特征在于，所述泡沫材料密度为0.08～0.2g/cm3，在ASTMD3574落球回弹测试下回弹率≥55％。
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| JP2011168739A (ja) * | 2010-02-22 | 2011-09-01 | Mitsui Chemicals Inc | オレフィン系熱可塑性エラストマー組成物及びその用途 |
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