一種LDPE/PA6共混二級發泡材料及其製備方法與流程
2023-06-23 09:22:16
本發明涉及發泡材料成型領域，尤其涉及一種ldpe/pa6共混二級發泡材料及其製備方法。
背景技術：
低密度聚乙烯(ldpe)具有較高的韌性和優良的耐低溫性能，但對於化學與機械作用等環境應力是很敏感的，耐熱老化性差；ldpe發泡材料較為常見，其不能耐高溫，耐溶劑性能也不夠，比如二甲苯。尼龍6(pa6)具有良好的綜合性能(包括力學性能、耐熱性、耐磨損性、耐化學藥品性和自潤滑性等綜合性能)，且摩擦係數低，有一定的阻燃性；pa6發泡材料價格較高，耐低溫性能和韌性也不及ldpe。
目前ldpe/pa6共混材料已經存在，但因ldpe/pa6共混材料密度大，成本高，尤其是尼龍的價格較高，在工業生產和應用中，需要一種密度較小，且性能較優的ldpe/pa6材料。但目前存在的技術難題是：尼龍強度低，不容易發泡，現有技術中製備pa6發泡材料的工藝複雜，對設備要求高，成本高；pa6共混發泡是在共混過程中直接添加發泡劑，這樣容易散落損失，造成其發泡不充分的情況，同時由於尼龍發泡劑分解溫度在225-260℃，而pa6熔融溫度在225-235℃，溫度接近，因此直接添加發泡劑難以保證發泡劑在pa6內部發泡，存在發泡不均勻、發泡倍率低等問題。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是：為了解決製備ldpe/pa6共混發泡材料成本高、發泡不充分、發泡不均勻且發泡倍率低的問題，本發明提供一種ldpe/pa6共混二級發泡材料及其製備方法。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種ldpe/pa6共混二級發泡材料，按照重量份數的配方為：ldpe與pa6的總份數為100份，ldpe與pa6的重量比為10：90—90：10，相容劑為5～20份，交聯劑為2～4份，助交聯劑為1～2份，尼龍發泡母料為5～40份，ac發泡母料2～8份，氧化鋅為4～8份，硬脂酸為1～2份，抗氧劑為0.3～0.6份，無機填料為5～10份，聚烯烴5～20份；先製備出ldpe/pa6共混材料，將20重量份尼龍發泡劑填充在80重量份ldpe中，製備尼龍發泡母料，將20重量份分解溫度高於200℃的ac發泡劑填充在20重量份ldpe中，製備ac發泡母料，然後將ldpe/pa6共混材料、尼龍發泡母料和ac發泡母料共混，再通過單螺杆擠出機或注射機或模壓機製成ldpe/pa6共混二級發泡材料。
作為優選，所述相容劑為低密度聚乙烯接枝馬來酸酐(ldpe-g-mah)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)、乙烯和丙烯酸甲酯共聚物(ema)中的一種或幾種；所述交聯劑為過氧化二異丙苯(dcp)、過氧化苯甲醯(bpo)中的一種或幾種；所述助交聯劑為二乙烯基苯；所述無機填料為碳酸鈣或雲母粉；所述聚烯烴為聚丙烯(pp)、聚乙烯辛烯共彈性體(poe)、三元乙丙橡膠(epdm)、線性低密度聚乙烯(lldpe)中的一種或幾種。
一種ldpe/pa6共混二級發泡材料的製備方法，其具體操作步驟包括：
(1)製備ldpe/pa6共混材料，將pa6在100℃烘箱中乾燥8小時，按照配方，將ldpe、pa6、相容劑、交聯劑、助交聯劑、氧化鋅、硬脂酸、抗氧劑、無機填料和聚烯烴共混，通過雙螺杆擠出機擠出造粒，螺杆轉速40-80r/min，製得ldpe/pa6共混材料，擠出機一區溫度為160℃，二區溫度為230℃，三區溫度為240℃，四區溫度為250℃，五區溫度為250℃，六區溫度為240℃，七區溫度為240℃，八區溫度為230℃，九區溫度為230℃，機頭溫度為230℃；其中，雙螺杆擠出機如圖4所示。
(2)製備尼龍發泡母料，將20重量份尼龍發泡劑與80重量份ldpe通過高速混合機共混，然後通過雙螺杆擠出機擠出切粒，螺杆轉速30-60r/min，製得尼龍發泡母料，擠出機一區溫度為150℃，二區溫度為155℃，三區溫度為170℃，四區溫度為180℃，五區溫度為180℃，六區溫度為180℃，七區溫度為180℃，八區溫度為180℃，九區溫度為190℃，機頭溫度為185℃；其中，尼龍發泡劑被填充在ldpe中，形成尼龍發泡母料；雙螺杆擠出機如圖4所示。
(3)製備ac發泡母料，將20重量份分解溫度高於200℃的ac發泡劑與80重量份ldpe通過高速混合機共混，然後通過單螺杆擠出機擠出切粒，螺杆轉速30-40r/min，製得ac發泡母料，擠出機一區溫度為150℃，二區溫度為155℃，三區溫度為170℃，四區溫度為180℃，五區溫度為180℃，六區溫度為180℃，七區溫度為180℃，八區溫度為180℃，九區溫度為180℃，機頭溫度為180℃；其中，ac發泡劑被填充在ldpe中，形成ac發泡母料；雙螺杆擠出機如圖4所示。
作為優選，所述分解溫度高於200℃的ac發泡劑為ac-2000、ac-2001、ac-2002、ac-2300或ac-2003。
(4)擠出發泡，按照配方，將步驟(1)製得的ldpe/pa6共混材料、步驟(2)製得的尼龍發泡母料和步驟(3)製得的ac發泡母料共混，然後通過單螺杆擠出機擠出切粒，螺杆轉速40-60r/min，製得ldpe/pa6共混二級發泡材料，擠出機一區溫度為230℃，二區溫度為240℃，三區溫度為250℃，機頭溫度為240℃；或者注射發泡，按照配方，將步驟(1)製得的ldpe/pa6共混材料、步驟(2)製得的尼龍發泡母料和步驟(3)製得的ac發泡母料共混，然後通過注射機注射成型，螺杆轉速40-60r/min，製得ldpe/pa6共混二級發泡材料，注射機一區溫度為230℃，二區溫度為240℃，三區溫度為250℃，機頭溫度為240℃；或者模壓發泡，按照配方，將步驟(1)製得的ldpe/pa6共混材料、步驟(2)製得的尼龍發泡母料和步驟(3)製得的ac發泡母料在240-260℃的模具中以1-15mpa的壓力發泡5-30min，待冷卻後將其從模具中取出，製得ldpe/pa6共混二級發泡材料。其中，單螺杆擠出機如圖5所示；注射機如圖6所示。
本發明的有益效果是：本發明製備的發泡母料，可以避免粉末狀發泡劑在使用過程中出現散落的現象，加強了混合效果。ac發泡劑在低溫下分解並使ldpe相發泡，尼龍發泡劑在高溫下分解並使尼龍6相發泡，即進行ldpe先發泡、尼龍後發泡的二級發泡，製備的共混發泡材料具有兩者的優點，綜合性能好。而且根據配方比例改變，共混發泡材料具有價格優勢，ldpe價格較低，而pa6價格稍高，共混發泡材料介於兩者之間。而且如果ac發泡劑在低溫下沒有完全分解，在高溫時能夠繼續分解，使得材料發泡完全，尼龍發泡劑也能夠使得沒有充分發泡的ldpe相進一步發泡，兩種發泡母料中的發泡劑隨著溫度的升高依次分解，ldpe和pa6交替發泡，使得ldpe和pa6發泡充分，因此本發明製得的ldpe/pa6共混二級發泡材料發泡倍率高(可達到30以上)，彈性和綜合性能優異，具有耐候、耐溫、耐溶劑、耐老化等特性，可用於包裝、汽車、熱絕緣、建築、緩衝襯墊、吸聲降噪等領域。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1是實施例1製備的ldpe/pa6共混二級發泡材料電鏡圖；圖1標尺中每十個小格為5mm。
圖2是對比例1製備的ldpe/pa6共混發泡材料電鏡圖；圖2標尺中每十個小格為5mm。
圖3是對比例2製備的ldpe/pa6共混發泡材料電鏡圖；圖3標尺中每十個小格為5mm。
圖4是雙螺杆擠出機示意圖。圖中1是擠出機的一區，依次類推，9是擠出機的九區，10是機頭，11是底座，12是電機，13是料鬥。
圖5是單螺杆擠出機示意圖。圖中1是擠出機的一區，2是擠出機的二區，3是擠出機的三區，4是機頭，5是底座，6是電機，7是料鬥。
圖6是注射機示意圖。圖中1是注射機的一區，2是注射機的二區，3是注射機的三區，4是直角接套，5是脫模機構，6是拉杆，7是氣缸，8是止反流閥，9是加熱器，10是螺杆，11是料鬥，12是電機。
具體實施方式
本發明將通過實施例進行更詳細的描述，但本發明的保護範圍並不受限於這些實施例。
實施例1
發泡配方(以下份數均為重量份)：
ldpe40.8份，pa640份，相容劑ldpe-g-mah8份，交聯劑過氧化二異丙苯(dcp)3份，助交聯劑二乙烯基苯1份，ac發泡母料4份，尼龍發泡母料20份，氧化鋅4份，硬脂酸2份，抗氧劑30980.4份，無機填料碳酸鈣6份，pp10份。
發泡工藝：
(1)製備ldpe/pa6共混材料，將pa6在100℃烘箱中乾燥8小時，按照配方，將ldpe、pa6、相容劑、交聯劑、助交聯劑、氧化鋅、硬脂酸、抗氧劑、無機填料和聚烯烴共混，通過雙螺杆擠出機擠出造粒，螺杆轉速80r/min，製得ldpe/pa6共混材料，擠出機一區溫度為160℃，二區溫度為230℃，三區溫度為240℃，四區溫度為250℃，五區溫度為250℃，六區溫度為240℃，七區溫度為240℃，八區溫度為230℃，九區溫度為230℃，機頭溫度為230℃；
(2)製備尼龍發泡母料，將20重量份尼龍發泡劑與80重量份ldpe通過高速混合機共混，然後通過雙螺杆擠出機擠出切粒，螺杆轉速50r/min，製得尼龍發泡母料，擠出機一區溫度為150℃，二區溫度為155℃，三區溫度為170℃，四區溫度為180℃，五區溫度為180℃，六區溫度為180℃，七區溫度為180℃，八區溫度為180℃，九區溫度為190℃，機頭溫度為185℃；
(3)製備ac發泡母料，將20重量份ac-2000發泡劑與80重量份ldpe通過高速混合機共混，然後通過單螺杆擠出機擠出切粒，螺杆轉速30r/min，製得ac發泡母料，擠出機一區溫度為150℃，二區溫度為155℃，三區溫度為170℃，四區溫度為180℃，五區溫度為180℃，六區溫度為180℃，七區溫度為180℃，八區溫度為180℃，九區溫度為180℃，機頭溫度為180℃；
(4)擠出發泡，按照配方，將步驟(1)製得的ldpe/pa6共混材料、步驟(2)製得的尼龍發泡母料和步驟(3)製得的ac發泡母料共混，然後通過單螺杆擠出機擠出切粒，螺杆轉速50r/min，製得ldpe/pa6共混二級發泡材料，擠出機一區溫度為230℃，二區溫度為240℃，三區溫度為250℃，機頭溫度為240℃。
測得ldpe/pa6共混材料的密度為1.06g/cm3，取出ldpe/pa6共混二級發泡材料，測得發泡材料的撕裂強度為11n/mm，密度為0.03g/cm3，發泡倍率為35，其電鏡照片見圖1。圖中顯示，材料的微觀結構為顆粒狀，顆粒呈現均勻性分布，相互之間有較大的間隙，這表明材料的發泡倍率較高，和實際檢測的發泡倍率為35相符。
實施例2
發泡配方(以下份數均為重量份)：
ldpe40.8份，pa640份，相容劑ldpe-g-mah8份，交聯劑過氧化二異丙苯(dcp)3份，助交聯劑二乙烯基苯1份，ac發泡母料4份，尼龍發泡母料20份，氧化鋅4份，硬脂酸2份，抗氧劑30980.4份，無機填料碳酸鈣6份，pp10份。
發泡工藝：
(1)製備ldpe/pa6共混材料，將pa6在100℃烘箱中乾燥8小時，按照配方，將ldpe、pa6、相容劑、交聯劑、助交聯劑、氧化鋅、硬脂酸、抗氧劑、無機填料和聚烯烴共混，通過雙螺杆擠出機擠出造粒，螺杆轉速80r/min，製得ldpe/pa6共混材料，擠出機一區溫度為160℃，二區溫度為230℃，三區溫度為240℃，四區溫度為250℃，五區溫度為250℃，六區溫度為240℃，七區溫度為240℃，八區溫度為230℃，九區溫度為230℃，機頭溫度為230℃；
(2)製備尼龍發泡母料，將20重量份尼龍發泡劑與80重量份ldpe通過高速混合機共混，然後通過雙螺杆擠出機擠出切粒，螺杆轉速50r/min，製得尼龍發泡母料，擠出機一區溫度為150℃，二區溫度為155℃，三區溫度為170℃，四區溫度為180℃，五區溫度為180℃，六區溫度為180℃，七區溫度為180℃，八區溫度為180℃，九區溫度為190℃，機頭溫度為185℃；
(3)製備ac發泡母料，將20重量份ac-2000發泡劑與80重量份ldpe通過高速混合機共混，然後通過單螺杆擠出機擠出切粒，螺杆轉速30r/min，製得ac發泡母料，擠出機一區溫度為150℃，二區溫度為155℃，三區溫度為170℃，四區溫度為180℃，五區溫度為180℃，六區溫度為180℃，七區溫度為180℃，八區溫度為180℃，九區溫度為180℃，機頭溫度為180℃；
(4)注射發泡，按照配方，將步驟(1)製得的ldpe/pa6共混材料、步驟(2)製得的尼龍發泡母料和步驟(3)製得的ac發泡母料共混，然後通過注射機注射成型，螺杆轉速50r/min，製得ldpe/pa6共混二級發泡材料，注射機一區溫度為230℃，二區溫度為240℃，三區溫度為250℃，機頭溫度為240℃。
測得ldpe/pa6共混材料的密度為1.19g/cm3，取出ldpe/pa6共混二級發泡材料，測得發泡材料的撕裂強度為16n/mm，密度為0.02g/cm3，發泡倍率為60。
實施例3
發泡配方(以下份數均為重量份)：
ldpe40.8份，pa640份，相容劑ldpe-g-mah8份，交聯劑過氧化二異丙苯(dcp)3份，助交聯劑二乙烯基苯1份，ac發泡母料4份，尼龍發泡母料20份，氧化鋅4份，硬脂酸2份，抗氧劑30980.4份，無機填料碳酸鈣6份，pp10份。
發泡工藝：
(1)製備ldpe/pa6共混材料，將pa6在100℃烘箱中乾燥8小時，按照配方，將ldpe、pa6、相容劑、交聯劑、助交聯劑、氧化鋅、硬脂酸、抗氧劑、無機填料和聚烯烴共混，通過雙螺杆擠出機擠出造粒，螺杆轉速80r/min，製得ldpe/pa6共混材料，擠出機一區溫度為160℃，二區溫度為230℃，三區溫度為240℃，四區溫度為250℃，五區溫度為250℃，六區溫度為240℃，七區溫度為240℃，八區溫度為230℃，九區溫度為230℃，機頭溫度為230℃；
(2)製備尼龍發泡母料，將20重量份尼龍發泡劑與80重量份ldpe通過高速混合機共混，然後通過雙螺杆擠出機擠出切粒，螺杆轉速50r/min，製得尼龍發泡母料，擠出機一區溫度為150℃，二區溫度為155℃，三區溫度為170℃，四區溫度為180℃，五區溫度為180℃，六區溫度為180℃，七區溫度為180℃，八區溫度為180℃，九區溫度為190℃，機頭溫度為185℃；
(3)製備ac發泡母料，將20重量份ac-2000發泡劑與80重量份ldpe通過高速混合機共混，然後通過單螺杆擠出機擠出切粒，螺杆轉速30r/min，製得ac發泡母料，擠出機一區溫度為150℃，二區溫度為155℃，三區溫度為170℃，四區溫度為180℃，五區溫度為180℃，六區溫度為180℃，七區溫度為180℃，八區溫度為180℃，九區溫度為180℃，機頭溫度為180℃；
(4)模壓發泡，按照配方，將步驟(1)製得的ldpe/pa6共混材料、步驟(2)製得的尼龍發泡母料和步驟(3)製得的ac發泡母料在240℃的模具中以12mpa的壓力發泡12min，待冷卻後將其從模具中取出，製得ldpe/pa6共混二級發泡材料。
測得ldpe/pa6共混材料的密度為1.06g/cm3，取出ldpe/pa6共混二級發泡材料，測得發泡材料的撕裂強度為13n/mm，密度為0.04g/cm3，發泡倍率為32。
對比例1
發泡配方(以下份數均為重量份)：
ldpe44份，pa640份，相容劑ldpe-g-mah8份，交聯劑過氧化二異丙苯(dcp)3份，助交聯劑二乙烯基苯1份，尼龍發泡母料20份，氧化鋅4份，硬脂酸2份，抗氧劑30980.4份，無機填料碳酸鈣6份，pp10份。
發泡工藝：
(1)製備ldpe/pa6共混材料，將pa6在100℃烘箱中乾燥8小時，按照配方，將ldpe、pa6、相容劑、交聯劑、助交聯劑、氧化鋅、硬脂酸、抗氧劑、無機填料和聚烯烴共混，通過雙螺杆擠出機擠出造粒，螺杆轉速80r/min，製得ldpe/pa6共混材料，擠出機一區溫度為160℃，二區溫度為230℃，三區溫度為240℃，四區溫度為250℃，五區溫度為250℃，六區溫度為240℃，七區溫度為240℃，八區溫度為230℃，九區溫度為230℃，機頭溫度為230℃；
(2)製備尼龍發泡母料，將20重量份尼龍發泡劑與80重量份ldpe通過高速混合機共混，然後通過雙螺杆擠出機擠出切粒，螺杆轉速50r/min，製得尼龍發泡母料，擠出機一區溫度為150℃，二區溫度為155℃，三區溫度為170℃，四區溫度為180℃，五區溫度為180℃，六區溫度為180℃，七區溫度為180℃，八區溫度為180℃，九區溫度為190℃，機頭溫度為185℃；
(3)擠出發泡，按照配方，將步驟(1)製得的ldpe/pa6共混材料和步驟(2)製得的尼龍發泡母料共混，然後通過單螺杆擠出機擠出切粒，螺杆轉速50r/min，製得ldpe/pa6共混發泡材料，擠出機一區溫度為230℃，二區溫度為240℃，三區溫度為250℃，機頭溫度為240℃。
測得ldpe/pa6共混材料的密度為1.17g/cm3，取出ldpe/pa6共混二級發泡材料，測得發泡材料的撕裂強度為3n/mm，密度為0.15g/cm3，發泡倍率為8，發泡材料電鏡照片見圖2。圖中顯示，泡孔有幾種不等的尺寸，有的尺寸較小(直徑約0.1mm)，有的稍大(直徑約0.4mm)，呈現不均勻性分布，材料的發泡倍率不高，和實際檢測的發泡倍率為8相符。
對比例2
發泡配方(以下份數均為重量份)：
ldpe56.8份，pa640份，相容劑ldpe-g-mah8份，交聯劑過氧化二異丙苯(dcp)3份，助交聯劑二乙烯基苯1份，ac發泡母料4份，氧化鋅4份，硬脂酸2份，抗氧劑30980.4份，無機填料碳酸鈣6份，pp10份。
發泡工藝：
(1)製備ldpe/pa6共混材料，將pa6在100℃烘箱中乾燥8小時，按照配方，將ldpe、pa6、相容劑、交聯劑、助交聯劑、氧化鋅、硬脂酸、抗氧劑、無機填料和聚烯烴共混，通過雙螺杆擠出機擠出造粒，螺杆轉速80r/min，製得ldpe/pa6共混材料，擠出機一區溫度為160℃，二區溫度為230℃，三區溫度為240℃，四區溫度為250℃，五區溫度為250℃，六區溫度為240℃，七區溫度為240℃，八區溫度為230℃，九區溫度為230℃，機頭溫度為230℃；
(2)製備ac發泡母料，將20重量份ac-2000發泡劑與80重量份ldpe通過高速混合機共混，然後通過單螺杆擠出機擠出切粒，螺杆轉速30r/min，製得ac發泡母料，擠出機一區溫度為150℃，二區溫度為155℃，三區溫度為170℃，四區溫度為180℃，五區溫度為180℃，六區溫度為180℃，七區溫度為180℃，八區溫度為180℃，九區溫度為180℃，機頭溫度為180℃；
(3)擠出發泡，按照配方，將步驟(1)製得的ldpe/pa6共混材料和步驟(2)製得的ac發泡母料共混，然後通過單螺杆擠出機擠出切粒，螺杆轉速50r/min，製得ldpe/pa6共混發泡材料，擠出機一區溫度為230℃，二區溫度為240℃，三區溫度為250℃，機頭溫度為240℃。
測得ldpe/pa6共混材料的密度為1.14g/cm3，取出ldpe/pa6共混二級發泡材料，測得發泡材料的撕裂強度為2n/mm，密度為0.38g/cm3，發泡倍率為3，發泡材料電鏡照片見圖3。圖中顯示，材料的泡孔尺寸較小，直徑為0.1-0.2mm，呈現不均勻性分布，材料的發泡倍率較低，和實際檢測的發泡倍率為3相符。
以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的範圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性範圍並不局限於說明書上的內容，必須要根據權利要求範圍來確定其技術性範圍。