本發(fā)明涉及發(fā)泡材料，具體涉及一種擠出微發(fā)泡高密度聚乙烯及其制備方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、高密度聚乙烯分子結(jié)構(gòu)主要為線型結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度高，具有較高的使用溫度、機(jī)械強(qiáng)度和耐化學(xué)性質(zhì)，可以用來(lái)生產(chǎn)管材、家居等領(lǐng)域產(chǎn)品。在碳中和背景下，為了達(dá)到減碳和減重的目的，通常會(huì)在高密度聚乙烯內(nèi)部引入微孔結(jié)構(gòu)，減少材料成本，改善聚乙烯發(fā)泡材料的性能，拓寬聚乙烯發(fā)泡材料應(yīng)用領(lǐng)域。

2、中國(guó)發(fā)明專利cn102229708a公布了一種高發(fā)泡倍率高密度聚乙烯微孔發(fā)泡型材及其制備方法，其特點(diǎn)在于該發(fā)泡型材是使用高密度聚乙烯原料在物理氣體發(fā)泡劑存在下由物理氣體發(fā)泡法直接制備而成，其發(fā)泡密度為0.032-0.20g/cm3，發(fā)泡倍率為5-30倍，泡孔的平均孔徑為10-120μm，泡孔均勻分布，95％的泡孔的直徑偏差不超過平均孔徑的15％，無(wú)皮層結(jié)構(gòu)，可為任何形狀的材料。這種高發(fā)泡倍率高密度聚乙烯微孔發(fā)泡材料具有力學(xué)強(qiáng)度高、回彈性好、耐熱性好、耐化學(xué)腐蝕性好、廢棄物可回收利用等特點(diǎn)，可以彌補(bǔ)現(xiàn)有發(fā)泡材料的不足。

3、中國(guó)發(fā)明專利cn103554626a公布了一種微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料及其制備方法，該微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料將基體聚乙烯樹脂、改性硅灰石粉和滑石粉、交聯(lián)劑、潤(rùn)滑劑、熱平衡型發(fā)泡劑、抗氧化劑、抗紫外線劑、顏料、改性植物纖維攪拌升溫、混合均勻后冷卻卸料，制得預(yù)混料，改性植物纖維選自木粉、竹粉、稻殼粉中的一種或兩種以上以任意比例構(gòu)成的混合物；將預(yù)混料放入擠出機(jī)中造粒、擠出發(fā)泡、冷卻定型。通過添加高填充植物纖維擠出得到密度0.81~0.91g/cm3、彎曲強(qiáng)度16.56~17.54mpa微發(fā)泡聚乙烯基木塑復(fù)合材料。

4、如何降低密度的同時(shí)保持高強(qiáng)度是發(fā)泡材料共性問題。隨著發(fā)泡材料內(nèi)泡孔增多，氣體填充量增大，密度逐漸降低，但著力點(diǎn)也隨之下降，機(jī)械強(qiáng)度下降。另外，聚合物基體內(nèi)部添加高填充填料時(shí)，存在相容性差和發(fā)泡難度大問題，影響微孔發(fā)泡材料的發(fā)泡性能和力學(xué)性能，限制材料的應(yīng)用范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)微發(fā)泡樹脂存在的發(fā)泡性能和力學(xué)性能無(wú)法兼得的問題，提供一種擠出微發(fā)泡高密度聚乙烯的制備方法，通過擠出結(jié)合和高溫蒸汽輔助發(fā)泡的實(shí)現(xiàn)，低發(fā)泡填料用量下制得力學(xué)性能和高發(fā)泡密度性能兼具的聚乙烯發(fā)泡材料。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種擠出微發(fā)泡高密度聚乙烯的制備方法，包括步驟：

4、步驟1，將含高密度聚乙烯、膨化微球、填料、界面相容劑的原料混合得到預(yù)混物；

5、步驟2，將預(yù)混物干燥后熔融共混擠出，離開模口的熔融態(tài)混合物經(jīng)高溫蒸汽輔助發(fā)泡，冷卻定型，干燥切割得到所述擠出微發(fā)泡高密度聚乙烯；

6、所述原料按照重量份包括：65-95份高密度聚乙烯、3-15份膨化微球、1-15份填料、1-3份界面相容劑。

7、本發(fā)明中以膨化微球?yàn)榘l(fā)泡劑，通過熔融共混擠出和高溫蒸汽輔助發(fā)泡的方式，膨化微球在熔融擠出時(shí)進(jìn)行微發(fā)泡，再經(jīng)過高溫蒸汽進(jìn)一步二次發(fā)泡，充分發(fā)揮膨脹微球作為輕質(zhì)填料和發(fā)泡劑的作用，實(shí)現(xiàn)高度可控且穩(wěn)定的發(fā)泡效果，在材料內(nèi)部得到細(xì)小均勻的泡孔結(jié)構(gòu)。無(wú)需過多的化學(xué)發(fā)泡劑使用量，也無(wú)需復(fù)雜的n2或co2等物理發(fā)泡技術(shù)，制得力學(xué)性能和發(fā)泡倍率都較高的聚乙烯發(fā)泡材料。

8、本發(fā)明中的所述高溫蒸汽輔助發(fā)泡為將熔融態(tài)混合物經(jīng)過持續(xù)通入有高溫蒸汽的擠壓通道進(jìn)行發(fā)泡；

9、所述高溫蒸汽為溫度85-230?℃的飽和水蒸氣，飽和水蒸氣絕對(duì)壓強(qiáng)為57.88-2798.59?kpa。

10、優(yōu)選地，所述高溫蒸汽的溫度不低于膨化微球的膨化溫度。

11、所述膨化微球?yàn)楦尚臀磁蚧⑶?、干型膨化微球、濕型未膨化微球、濕型膨化微球中的至少一種。

12、所述膨化微球?yàn)橹Z力昂的膨脹微球expancel。如920?du20、950?du80、044?du40、980?du100、031?du40等多種型號(hào)中任一種或多種。

13、所述填料包括滑石粉、凹凸棒土、碳酸鈣、改性硅灰石、炭黑、白炭黑、氮化硼、氮化鋁、氧化鋁、硅藻土、磷酸鋯、蒙脫土、活性白土、碳酸鎂、碳酸鋇、硫酸鈣、硫酸鎂、高嶺土、氧化硅、玻璃粉末、二氧化硅中的至少一種。

14、所述高密度聚乙烯包括高密度聚乙烯粉料、高密度聚乙烯粒料或高密度聚乙烯回料中的至少一種。

15、所述原料還包括顏料、抗紫外線劑、抗氧化劑中一種或多種助劑，各助劑的用量為0.1-5份。可根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景在原料中添加其他助劑，提高材料的抗氧化性能、抗老化性能。

16、所述顏料包括色母粒、炭黑、二氧化鈦、氧化鐵紅或氧化鐵黃中的至少一種；

17、所述界面相容劑包括馬來(lái)酸酐化合物接枝聚乙烯、丙烯酸化合物類接枝聚乙烯或丙烯酸化合物類接枝的茂金屬乙烯?-1-?辛烯共聚物中的至少一種；

18、所述抗紫外線劑包括2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮uv531；

19、所述抗氧化劑包括受阻酚類抗氧化劑1010、亞磷酸酯類抗氧化劑?168中的至少一種。

20、所述熔融共混的溫度為110-160℃；熔融共混擠出的口模為條狀口模、t型口模、圓形口?；蚬軤羁谀Ｖ械囊环N。

21、本發(fā)明還提供所述的制備方法制得的擠出微發(fā)泡高密度聚乙烯，所述擠出微發(fā)泡高密度聚乙烯的密度為0.50~0.80?g/cm3；靜曲強(qiáng)度在9.5mpa以上。

22、本發(fā)明還提供一種擠出微發(fā)泡高密度聚乙烯的裝置，包括螺桿擠出裝置和蒸汽輔助發(fā)泡裝置；所述蒸汽輔助發(fā)泡裝置與螺桿擠出裝置的擠出?？谶B接，設(shè)有蒸汽入口和蒸汽出口。

23、所述螺桿擠出裝置包括單螺桿或雙螺桿擠出裝置。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

25、（1）本發(fā)明的制備方法采用擠出機(jī)搭配高溫蒸汽輔助發(fā)泡，可通過控制膨脹微球的分解溫度定制化泡孔結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品泡孔結(jié)構(gòu)均勻，材料力學(xué)強(qiáng)度高。

26、（2）本發(fā)明的擠出微發(fā)泡高密度聚乙烯材料選用系列膨化微球，無(wú)需添加化學(xué)發(fā)泡劑，或改制裝備實(shí)施n2或co2等物理發(fā)泡技術(shù)，適用范圍更廣。

技術(shù)特征：

1.一種擠出微發(fā)泡高密度聚乙烯的制備方法，其特征在于，包括步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠出微發(fā)泡高密度聚乙烯的制備方法，其特征在于，所述高溫蒸汽輔助發(fā)泡為將熔融態(tài)混合物經(jīng)過持續(xù)通入有高溫蒸汽的擠壓通道進(jìn)行發(fā)泡；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠出微發(fā)泡高密度聚乙烯的制備方法，其特征在于，所述膨化微球?yàn)楦尚臀磁蚧⑶?、干型膨化微球、濕型未膨化微球、濕型膨化微球中的至少一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠出微發(fā)泡高密度聚乙烯的制備方法，其特征在于，所述膨化微球?yàn)橹Z力昂的膨脹微球expancel。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠出微發(fā)泡高密度聚乙烯的制備方法，其特征在于，所述填料包括滑石粉、凹凸棒土、碳酸鈣、改性硅灰石、炭黑、白炭黑、氮化硼、氮化鋁、氧化鋁、硅藻土、磷酸鋯、蒙脫土、活性白土、碳酸鎂、碳酸鋇、硫酸鈣、硫酸鎂、高嶺土、氧化硅、玻璃粉末、二氧化硅中的至少一種；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠出微發(fā)泡高密度聚乙烯的制備方法，其特征在于，所述原料還包括顏料、抗紫外線劑、抗氧化劑中一種或多種助劑，各助劑的用量為0.1-5份。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的擠出微發(fā)泡高密度聚乙烯的制備方法，其特征在于，所述顏料包括色母粒、炭黑、二氧化鈦、氧化鐵紅或氧化鐵黃中的至少一種；

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠出微發(fā)泡高密度聚乙烯的制備方法，其特征在于，所述熔融共混的溫度為110-160℃；熔融共混擠出的口模為條狀口模、t型口模、圓形口?；蚬軤羁谀Ｖ械囊环N。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的制備方法制得的擠出微發(fā)泡高密度聚乙烯，其特征在于，所述擠出微發(fā)泡高密度聚乙烯的密度為0.50~0.80?g/cm3；靜曲強(qiáng)度在9.5mpa以上。

10.一種擠出微發(fā)泡高密度聚乙烯的裝置，其特征在于，包括螺桿擠出裝置和蒸汽輔助發(fā)泡裝置；所述蒸汽輔助發(fā)泡裝置與螺桿擠出裝置的擠出?？谶B接，設(shè)有蒸汽入口和蒸汽出口。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及發(fā)泡材料技術(shù)領(lǐng)域，公開一種擠出微發(fā)泡高密度聚乙烯及其制備方法和裝置，制備包括步驟：步驟1，將含高密度聚乙烯、膨化微球、填料、界面相容劑的原料混合得到預(yù)混物；步驟2，將預(yù)混物干燥后熔融共混擠出，經(jīng)高溫蒸汽輔助發(fā)泡得到。本發(fā)明中以膨化微球?yàn)榘l(fā)泡劑，通過熔融共混擠出和高溫蒸汽輔助發(fā)泡的方式，膨化微球在熔融擠出時(shí)進(jìn)行微發(fā)泡，再經(jīng)過高溫蒸汽進(jìn)一步二次發(fā)泡，充分發(fā)揮膨脹微球作為輕質(zhì)填料和發(fā)泡劑的作用，實(shí)現(xiàn)高度可控且穩(wěn)定的發(fā)泡效果，在材料內(nèi)部得到細(xì)小均勻的泡孔結(jié)構(gòu)，制得力學(xué)性能和發(fā)泡倍率都較高的聚乙烯發(fā)泡材料。

技術(shù)研發(fā)人員：黃朋科,趙永青,蘇耀卓,吳飛,張利華,鄭文革
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2