[发明专利]超临界微发泡高光塑料及塑料基复合材料的制备方法及其塑料或塑料基复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料制备技术领域，具体提供一种超临界微发泡高光塑料及塑料基复合材料的制备方法及其塑料或塑料基复合材料。

背景技术

塑料的成型方法很多，如挤出、注塑等，发泡方式有化学发泡法和物理发泡法等。化学发泡是在原料中加入化学发泡剂如偶氮化合物、磺酰肼类化合物、亚硝基化合物和碳酸氢钠等，泡孔大小和密度不均匀，难以控制，且不符合环保要求。物理发泡如利用超临界的氮气或二氧化碳等气体，泡孔大小可控制到微米级，密度可达到每立方厘米百万个孔。但上述方法得到的材料表面均易出现流痕、气纹、起泡和粗糙等，表面光洁度不高。有学者和专利提出保压、分段注气和表面贴膜等方法，来提高表面光亮度，但气泡密度和均匀性减小、控制难度大和程序复杂成本高等问题。

基于上述现状，如何有效控制塑料及其塑料基复合材料的泡孔大小和气泡密度，就成为亟需解决的技术问题。有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了有效控制塑料及其塑料基复合材料的泡孔大小和气泡密度，本发明提供了超临界微发泡高光塑料及塑料基复合材料的制备方法，该方法采用超临界气体物理发泡，在熔体剪切流动后期注气，并在注射完成前，提高并保持模温到熔体温度以上，然后迅速冷却到粘流温度以下的工艺。操作和过程控制简单，得到的塑料及塑料基复合材料泡孔小、密度大且可控，并使产品表面光洁度达到镜面水平，无需后续表面加工，并符合环保要求。

本发明的技术方案为：

一种超临界微发泡高光塑料及塑料基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)热熔胶的制备：将塑料或塑料基复合材料加热到熔融，在螺杆剪切作用下形成热熔胶；

(2)单相熔体的制备：在螺杆的尽头处，注入超临界发泡气体，使其溶入步骤(1)得到的热熔胶中，形成单相熔体；

(3)注塑成型：采用高温蒸气将步骤(2)得到的单相熔体迅速注射至注射模型中，注塑模型的温度与步骤(2)得到的单相熔体的温度相同，能够避免溶胶体系由于温度和压力下降而形成气泡核，造成表面出现气纹；

(4)冷却成型：注射完成后，采用冷凝剂将步骤(3)中的注射模型的温度降低，即得内部具有密度均匀的微孔的高光塑料或塑料基复合材料。

此时，由于温度和压力的迅速下降，在内部形成大量的气泡核，并逐渐长大生成泡孔，时间越长，产生的泡孔越大，密度越小，即内部微发泡过程，该过程能够控制泡孔的大小和密度。由于表面的温度从高于热熔胶温度瞬时降低到粘流温度以下，在气泡核还来不及成长时，树脂冷却成型，得到表面光洁度很高，且内部具有高密度微孔的塑料及塑料基复合材料。

作为上述方法的优选技术方案中，步骤(1)中，塑料为聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚苯硫醚或聚醚醚酮中的一种或几种。

作为上述方法的优选技术方案中，步骤(1)中，塑料基复合材料为聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚苯硫醚或聚醚醚酮中的一种或几种，与碳酸钙、二氧化钛、氧化铝、氧化锆中的一种或几种的复合材料。

作为上述方法的优选技术方案中，步骤(1)中，在螺杆剪切作用下，经塑化、熔融和均化反应形成热熔胶。

作为上述方法的优选技术方案中，步骤(2)中，超临界发泡气体为氮气或二氧化碳气体。

作为上述方法的优选技术方案中，步骤(3)中，高温蒸汽的温度大于步骤(2)得到的单相熔体的温度。

作为上述方法的优选技术方案中，步骤(4)中，注射模型的温度降低至塑料或塑料基复合材料的粘流温度以下。

作为上述方法的优选技术方案中，步骤(4)中，冷凝剂为冷水或液氮。

在另一个方面，本发明提供一种超临界微发泡高光塑料及塑料基复合材料，采用上述方法制备该塑料及塑料基复合材料。

作为上述塑料及塑料基复合材料的优选技术方案中，塑料及塑料基复合材料的表面光洁，且泡孔的大小均匀、泡孔的密度均匀。

本发明的有益效果为：

1、和现有技术相比，本发明的超临界微发泡高光塑料及塑料基复合材料的制备方法，采用超临界气体物理发泡，在熔体剪切流动后期注气，并在注射完成前，提高并保持模温到熔体温度以上，然后迅速冷却到粘流温度以下的工艺。操作和过程控制简单，得到的塑料及塑料基复合材料泡孔小、密度大且可控，并使产品表面光洁度达到镜面水平，无需后续表面加工，并符合环保要求。

2、溶胶注塑到模具的初期阶段，模具的温度需与溶胶温度保持一致，这样才能避免溶胶体系由于温度和压力下降而形成气泡核，造成表面出现气纹；