本發(fā)明涉及高分子材料制備技術領域，具體提供一種超臨界微發(fā)泡高光塑料及塑料基復合材料的制備方法及其塑料或塑料基復合材料。

背景技術：

塑料的成型方法很多，如擠出、注塑等，發(fā)泡方式有化學發(fā)泡法和物理發(fā)泡法等?；瘜W發(fā)泡是在原料中加入化學發(fā)泡劑如偶氮化合物、磺酰肼類化合物、亞硝基化合物和碳酸氫鈉等，泡孔大小和密度不均勻，難以控制，且不符合環(huán)保要求。物理發(fā)泡如利用超臨界的氮氣或二氧化碳等氣體，泡孔大小可控制到微米級，密度可達到每立方厘米百萬個孔。但上述方法得到的材料表面均易出現(xiàn)流痕、氣紋、起泡和粗糙等，表面光潔度不高。有學者和專利提出保壓、分段注氣和表面貼膜等方法，來提高表面光亮度，但氣泡密度和均勻性減小、控制難度大和程序復雜成本高等問題。

基于上述現(xiàn)狀，如何有效控制塑料及其塑料基復合材料的泡孔大小和氣泡密度，就成為亟需解決的技術問題。有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術中的上述問題，即為了有效控制塑料及其塑料基復合材料的泡孔大小和氣泡密度，本發(fā)明提供了超臨界微發(fā)泡高光塑料及塑料基復合材料的制備方法，該方法采用超臨界氣體物理發(fā)泡，在熔體剪切流動后期注氣，并在注射完成前，提高并保持模溫到熔體溫度以上，然后迅速冷卻到粘流溫度以下的工藝。操作和過程控制簡單，得到的塑料及塑料基復合材料泡孔小、密度大且可控，并使產(chǎn)品表面光潔度達到鏡面水平，無需后續(xù)表面加工，并符合環(huán)保要求。

本發(fā)明的技術方案為：

一種超臨界微發(fā)泡高光塑料及塑料基復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)熱熔膠的制備：將塑料或塑料基復合材料加熱到熔融，在螺桿剪切作用下形成熱熔膠；

(2)單相熔體的制備：在螺桿的盡頭處，注入超臨界發(fā)泡氣體，使其溶入步驟(1)得到的熱熔膠中，形成單相熔體；

(3)注塑成型：采用高溫蒸氣將步驟(2)得到的單相熔體迅速注射至注射模型中，注塑模型的溫度與步驟(2)得到的單相熔體的溫度相同，能夠避免溶膠體系由于溫度和壓力下降而形成氣泡核，造成表面出現(xiàn)氣紋；

(4)冷卻成型：注射完成后，采用冷凝劑將步驟(3)中的注射模型的溫度降低，即得內部具有密度均勻的微孔的高光塑料或塑料基復合材料。

此時，由于溫度和壓力的迅速下降，在內部形成大量的氣泡核，并逐漸長大生成泡孔，時間越長，產(chǎn)生的泡孔越大，密度越小，即內部微發(fā)泡過程，該過程能夠控制泡孔的大小和密度。由于表面的溫度從高于熱熔膠溫度瞬時降低到粘流溫度以下，在氣泡核還來不及成長時，樹脂冷卻成型，得到表面光潔度很高，且內部具有高密度微孔的塑料及塑料基復合材料。

作為上述方法的優(yōu)選技術方案中，步驟(1)中，塑料為聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚苯硫醚或聚醚醚酮中的一種或幾種。

作為上述方法的優(yōu)選技術方案中，步驟(1)中，塑料基復合材料為聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚苯硫醚或聚醚醚酮中的一種或幾種，與碳酸鈣、二氧化鈦、氧化鋁、氧化鋯中的一種或幾種的復合材料。

作為上述方法的優(yōu)選技術方案中，步驟(1)中，在螺桿剪切作用下，經(jīng)塑化、熔融和均化反應形成熱熔膠。

作為上述方法的優(yōu)選技術方案中，步驟(2)中，超臨界發(fā)泡氣體為氮氣或二氧化碳氣體。

作為上述方法的優(yōu)選技術方案中，步驟(3)中，高溫蒸汽的溫度大于步驟(2)得到的單相熔體的溫度。

作為上述方法的優(yōu)選技術方案中，步驟(4)中，注射模型的溫度降低至塑料或塑料基復合材料的粘流溫度以下。

作為上述方法的優(yōu)選技術方案中，步驟(4)中，冷凝劑為冷水或液氮。

在另一個方面，本發(fā)明提供一種超臨界微發(fā)泡高光塑料及塑料基復合材料，采用上述方法制備該塑料及塑料基復合材料。

作為上述塑料及塑料基復合材料的優(yōu)選技術方案中，塑料及塑料基復合材料的表面光潔，且泡孔的大小均勻、泡孔的密度均勻。

本發(fā)明的有益效果為：

1、和現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的超臨界微發(fā)泡高光塑料及塑料基復合材料的制備方法，采用超臨界氣體物理發(fā)泡，在熔體剪切流動后期注氣，并在注射完成前，提高并保持模溫到熔體溫度以上，然后迅速冷卻到粘流溫度以下的工藝。操作和過程控制簡單，得到的塑料及塑料基復合材料泡孔小、密度大且可控，并使產(chǎn)品表面光潔度達到鏡面水平，無需后續(xù)表面加工，并符合環(huán)保要求。

2、溶膠注塑到模具的初期階段，模具的溫度需與溶膠溫度保持一致，這樣才能避免溶膠體系由于溫度和壓力下降而形成氣泡核，造成表面出現(xiàn)氣紋；

3、注塑完成后，急速降低溫度，氣泡核形成并生長，內部產(chǎn)生微發(fā)泡，而表面由于急速冷卻，來不及形成微發(fā)泡而保持了光潔度高的表面。

4、該方法也可適用于兩種以上的高分子，如聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚苯硫醚或聚醚醚酮；或者高分子/無機復合材料的注塑成型，例如聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚苯硫醚或聚醚醚酮中的一種或幾種，與碳酸鈣、二氧化鈦、氧化鋁、氧化鋯中的一種或幾種的復合材料。

5、此外，通過超臨界氣體物理發(fā)泡能夠有效降低塑料及塑料基復合材料的重量，提高塑料及塑料基復合材料的機械性能，減少收縮、翹曲變形和尺寸的變化等優(yōu)點。

附圖說明

圖1是未發(fā)泡塑料制品表面的sem圖；

圖2是現(xiàn)有微發(fā)泡塑料制品表面的sem圖；

圖3是本發(fā)明的微發(fā)泡高光塑料制品表面的sem圖；

圖4是未發(fā)泡塑料制品斷面的sem圖；

圖5是本發(fā)明的微發(fā)泡高光塑料制品斷面的sem圖；

圖6是本發(fā)明的超臨界微發(fā)泡高光塑料及塑料基復合材料的制備方法的流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明的技術方案進行詳細的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施方式，都屬于本發(fā)明所保護的范圍。

如圖1至圖6所示，圖1是未發(fā)泡塑料制品表面的sem圖；圖2是現(xiàn)有微發(fā)泡塑料制品表面的sem圖；圖3是本發(fā)明的微發(fā)泡高光塑料制品表面的sem圖；圖4是未發(fā)泡塑料制品斷面的sem圖；圖5是本發(fā)明的微發(fā)泡高光塑料制品斷面的sem圖；圖6是本發(fā)明的超臨界微發(fā)泡高光塑料及塑料基復合材料的制備方法的流程圖。

參見圖1至圖3，將圖3和圖1、圖2對比可知，本發(fā)明的微發(fā)泡高光塑料制品相對于現(xiàn)有微發(fā)泡塑料制品以及未發(fā)泡塑料制品而言，本發(fā)明的微發(fā)泡高光塑料制品表面更加光潔，能夠達到鏡面水平，無需后續(xù)表面加工，簡化了加工工藝，節(jié)約了加工成本。

參見圖4和圖5，將圖5和圖4對比可知，本發(fā)明的微發(fā)泡高光塑料制品相對于未發(fā)泡塑料制品而言，本發(fā)明的微發(fā)泡高光塑料制品的泡孔的大小更加均勻、泡孔更小，泡孔的密度更加均勻，且泡孔密度大，實現(xiàn)了有效控制塑料及塑料基復合材料的泡孔大小以及泡孔密度的目的。

如圖6所示，本發(fā)明的具體實施方式如下：

實施例1

一種超臨界微發(fā)泡高光塑料及塑料基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)熱熔膠的制備：將聚丙烯加熱到熔融，在螺桿剪切作用下，經(jīng)塑化、熔融和均化反應形成熱熔膠；

(2)單相熔體的制備：在螺桿的盡頭處，注入超臨界發(fā)泡氣體氮氣，使其溶入步驟(1)得到的熱熔膠中，形成單相熔體；

(3)注塑成型：采用高溫蒸氣將步驟(2)得到的單相熔體迅速注射至注射模型中，高溫蒸汽的溫度比步驟(2)得到的單相熔體的溫度高30℃，且注塑模型的溫度與步驟(2)得到的單相熔體的溫度相同；

(4)冷卻成型：注射完成后，采用冷水將步驟(3)中的注射模型的溫度降低，比聚丙烯的粘流溫度低5℃，即得內部具有密度均勻的微孔的高光塑料或塑料基復合材料。

此外，還提供一種超臨界微發(fā)泡高光塑料及塑料基復合材料，該塑料及塑料基復合材料采用上述方法制備。

優(yōu)選地，塑料為聚丙烯，聚丙烯的表面光潔，且泡孔的大小均勻、密度均勻。

實施例2

一種超臨界微發(fā)泡高光塑料及塑料基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)熱熔膠的制備：將聚氯乙烯加熱到熔融，在螺桿剪切作用下，經(jīng)塑化、熔融和均化反應形成熱熔膠；

(2)單相熔體的制備：在螺桿的盡頭處，注入超臨界發(fā)泡氣體二氧化碳氣體，使其溶入步驟(1)得到的熱熔膠中，形成單相熔體；

(3)注塑成型：采用高溫蒸氣將步驟(2)得到的單相熔體迅速注射至注射模型中，高溫蒸汽的溫度比步驟(2)得到的單相熔體的溫度高15℃，且注塑模型的溫度與步驟(2)得到的單相熔體的溫度相同；

(4)冷卻成型：注射完成后，采用冷水將步驟(3)中的注射模型的溫度降低，比聚丙烯的粘流溫度低10℃，即得內部具有密度均勻的微孔的高光塑料或塑料基復合材料。

此外，還提供一種超臨界微發(fā)泡高光塑料及塑料基復合材料，該塑料及塑料基復合材料采用上述方法制備。

優(yōu)選地，塑料為聚氯乙烯，聚氯乙烯的表面光潔，且泡孔的大小均勻、密度均勻。

實施例3

一種超臨界微發(fā)泡高光塑料及塑料基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)熱熔膠的制備：將聚苯硫醚和二氧化鈦的復合材料加熱到熔融，在螺桿剪切作用下，經(jīng)塑化、熔融和均化反應形成熱熔膠；

(2)單相熔體的制備：在螺桿的盡頭處，注入超臨界發(fā)泡氣體氮氣和二氧化碳氣體的混合氣體，使其溶入步驟(1)得到的熱熔膠中，形成單相熔體；

(3)注塑成型：采用高溫蒸氣將步驟(2)得到的單相熔體迅速注射至注射模型中，高溫蒸汽的溫度比步驟(2)得到的單相熔體的溫度高45℃，且注塑模型的溫度與步驟(2)得到的單相熔體的溫度相同；

(4)冷卻成型：注射完成后，采用液氮將步驟(3)中的注射模型的溫度降低，比聚丙烯的粘流溫度低15℃，即得內部具有密度均勻的微孔的高光塑料或塑料基復合材料。

此外，還提供一種超臨界微發(fā)泡高光塑料及塑料基復合材料，該塑料及塑料基復合材料采用上述方法制備。

優(yōu)選地，塑料為聚苯硫醚和二氧化鈦的復合材料，聚苯硫醚和二氧化鈦的復合材料的表面光潔，且泡孔的大小均勻、密度均勻。

需要進一步說明的是，本發(fā)明不限于上述實施例，塑料可以是聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚苯硫醚或聚醚醚酮中的一種或幾種。塑料基復合材料可以是聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚苯硫醚或聚醚醚酮中的一種或幾種，與碳酸鈣、二氧化鈦、氧化鋁、氧化鋯中的一種或幾種的復合材料。

終上所述，采用本發(fā)明的超臨界微發(fā)泡高光塑料及塑料基復合材料的制備方法，通過超臨界氣體物理發(fā)泡，在熔體剪切流動后期注氣，并在注射完成前，提高并保持模溫到熔體溫度以上，然后迅速冷卻到粘流溫度以下的工藝。操作和過程控制簡單，得到的塑料及塑料基復合材料泡孔小、密度大且可控，并使產(chǎn)品表面光潔度達到鏡面水平，無需后續(xù)表面加工，并符合環(huán)保要求。

此外，通過超臨界氣體物理發(fā)泡能夠有效降低塑料及塑料基復合材料的重量，提高塑料及塑料基復合材料的機械性能，減少收縮、翹曲變形和尺寸的變化等優(yōu)點。

至此，已經(jīng)結合附圖所示的優(yōu)選實施方式描述了本發(fā)明的技術方案，但是，本領域技術人員容易理解的是，本發(fā)明的保護范圍顯然不局限于這些具體實施方式。在不偏離本發(fā)明的原理的前提下，本領域技術人員可以對相關技術特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術方案都將落入本發(fā)明的保護范圍之內。