[发明专利]一种以水作发泡剂生产长玻纤增强聚丙烯发泡注射制品的方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物材料的加工制造技术领域，具体涉及一种以水作发泡剂生产长玻纤增强聚丙烯发泡注射制品的方法。

背景技术

相对于常规聚丙烯制品，玻纤增强聚合物制品具有力学性能高、导电性可调、重量轻、容易成型等一系列优点，因而其在电子信息、电磁屏蔽、汽车制造等领域的应用不断扩大，其中，因生产率高、制品形状、尺寸精确等，注射制品占有较大的比例。其中，依据纤维的长度等，可将其分为长纤增强、短纤增强、以及连续纤维增强等。长纤增强聚合物复合材料是指纤维长度大于5mm，长径比大于500的非连续纤维增强复合材料。与短纤维增强复合材料相比，由于纤维长径比，纤维在聚合物基体中易形成三维搭接骨架结构，其力学性能较相同纤维含量的短纤维增强聚合物提高80％以上，在轻量化制造中有广阔的应用前景。

同时，在具体制品的成型加工过程中，玻纤，尤其是长玻纤，容易在充模过程中发生断裂，从而减少了纤维的作用。为了防止玻纤的断裂，在注射过程中一般采用低速低压的注射、塑化及保压等，这并不利于制品力学性能的进一步提高，同时，制品会因保压不足而出现表面缺陷。近年来，由于隔音、隔热、吸震以及节省原材料等优点，聚合物发泡制品被广泛应用。而发泡制品利用气体进行保压则可能会解决这类问题。

通常，发泡制品内部的泡孔是由塑料原料在成型过程中产生或外加某些气体而形成的。按照泡孔形成及发泡剂类型的不同，可包括化学发泡、物理发泡及机械混合发泡等。这些方法各有所长，但也均存在相应的限制。比如：化学发泡法利用化学发泡剂受热分解而产生气体从而在制品内部形成大量的泡孔，达到节约原料的目的，该方法工艺简单，无须增加相应的设备，从而易于操作。国内专利[王滨,吴汾,蒋顶军,汪信.一种长玻纤增强聚丙烯微发泡材料及其制备方法[C].中国发明专利，申请号CN201410432743]公开了一种利用化学发泡剂制备纤维增强聚丙烯发泡材料的方法，但也存在发泡剂的残留物等环境问题，其对加工温度的区间也往往限制较多。

物理发泡及机械混合发泡等不存在这些问题，国内专利[宋伟华.一种玻纤增强聚丙烯微发泡材料、制备方法及其应用[C].中国发明专利，授权号CN102675734B]公开了一种利用超临界流体作为物理发泡法制备纤维增强聚丙烯发泡材料的方法，但该方法引入的超临界流体需要相应的贮存装置及专用的微发泡注射成型设备，从而为其应用带来了不便。

水可以成为一种优良的发泡剂，即可以作为化学发泡剂参与化学反应而产生气体，也可以靠自身加热而形成水蒸汽从而成为物理发泡剂。国际专利公开了一种利用水作为发泡剂的发泡注射制品的生产制造方法。[Turng LS,Peng J.Method of Fabricating an Injection Molded Component[C],International Patent,WO2012/099640A1.]该方法利用水在高温下沸腾汽化能转变为蒸汽的原理，将水作为物理发泡剂添加到普通的螺杆式注射成型机中来生产发泡制品，在该过程中，可将氯化钠、氯化钙或氯化锰等无机物溶于水中而成为成核剂。但这种方法的前提是所加工的树脂本身要易于吸水，因而，它在PC材料中取得到了一定的应用效果，但想进一步提高吸水率仍很困难。同时，该方法对吸水率较低的材料则更不易实现。另外，该方法的水含量的控制也很困难。

要想实现水含量的较好控制，寻找更为合适的载体成为关键。美国OHIO州的研究学者发现了一种利用活性炭作为水载体的注射方法[Cabrera ED,Mulyana R,Castro JM,Lee LJ,Min Y.Pressurized Water Pellets and Supercritical Nitrogen in Injection Molding[J].Journal of Applied Polymer Science,2013,127:3760-3767.]，该方法被证实能够适用于TOP及PS材料。但通过普通注射机对长玻纤增强聚丙烯材料进行发泡成型是比较困难的，其主要在于防止纤维的断裂从而达到力学性能的最优化和实现水发泡的控制两者是相互矛盾的。一般的，防止纤维的断裂要求材料经历较低的剪切，从而注射及塑化均要求慢速；水发泡的控制则要求水在合适的时候正好全部分解成为气体形成气熔混合物并顺利充入模具内，在配合注射机的动作时，气熔混合物也很容易自动从料筒前方流出或喷出；因而，实现两者的平衡需要材料自身特性、发泡特性、时间、压力及温度等诸多因素的合适配合。因而该方法对于长玻纤增强聚丙烯材料的适用性仍不清楚。