高強度仿陶瓷材料的制備及其制造餐具的方法

高強度仿陶瓷材料的制備及其制造餐具的方法
【專利摘要】本發明涉及餐具材料和餐具制造，具體涉及一種高強度仿陶瓷材料的制備方法及其制造餐具的方法，其特征在于，高強度仿陶瓷材料制備所需的物質配比如下：不飽和聚酯樹脂220～240份；低收縮樹脂10～50份；固化劑5～7.5份；石粉450～500份；玻璃纖維175～205份；硬脂酸鋅10～20份，本發明主要針對塑料餐具在韌性、強度方面存在的缺陷，提供了一種適用于制造餐具的、由特定配方組成的BMC熱固性材料，稱之為高強度仿陶瓷材料，又利用高強度仿陶瓷材料制造餐具，改進了餐具的外觀光澤度，提升了餐具的整體強度和質量，延長了餐具的使用壽命，提高了生產效率并降低了生產成本。
【專利說明】高強度仿陶瓷材料的制備及其制造餐具的方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及餐具材料和餐具制造，具體涉及一種高強度仿陶瓷材料的制備及其制 造餐具的方法。

【背景技術】
[0002] 目前，市場上的塑料餐具以其質輕、價廉和力學性能好等優點稱霸餐具市場。但其 在實際使用過程中存在很多的缺陷和不便，例如無法達到具有較高強度的同時具有較高的 韌性，普通PP塑料餐具質地軟，受力很小就扭曲變形難以正常使用；PP塑料低溫脆性大；普 通PS塑料質地較硬但是其韌性很差，受力后會發生折斷，出現折斷時碎屑飛濺傷人等嚴重 問題。
[0003] 模塑料（BMC)是熱固定材料，由特定配方組成的BMC熱固性材料可應用于于制造 餐具。BMC熱固性材料通過機械化和自動化的設備進行模壓成型成多種餐具用品，對產品的 外觀、整體強度和質量、使用壽命等方面都有極大的改善。


【發明內容】

[0004] 本發明主要針對塑料餐具在韌性、強度方面存在的缺陷，發明了一種適用于制造 餐具的、由特定配方組成的BMC熱固性材料，稱之為高強度仿陶瓷材料，本發明提供了高強 度仿陶瓷材料的制備方法以及利用BMC熱固性材料制造餐具的方法，利用高強度仿陶瓷材 料制造餐具，改進了餐具的外觀光澤度，提升了餐具的整體強度和質量，延長了餐具的使用 壽命，提高了生產效率并降低了生產成本。
[0005]本發明的上述技術問題是通過以下技術方案得以實施的：一種高強度仿陶瓷材料 的制備及其制造餐具的方法，其特征在于，高強度仿陶瓷材料制備所需的物質配比如下：
[0006] (1) 不飽和聚酯樹脂 220?240份 (2) 低收縮樹脂 10?50 份 (3) 固化劑 5?7. 5 份 (4) 石粉 450?500 份 (5) 玻璃纖維 175?205份 (6) 硬脂酸鋅 10?20 份
[0007] 高強度仿陶瓷材料的制備，步驟如下：
[0008]①先將不飽和聚酯樹脂、低收縮樹脂、固化劑、硬脂酸鋅，以及30%的石粉加入高 剪切型的攪拌機中攪拌均勻，混合溫度達到50°C±5°C，然后再緩慢加入剩余的石粉混合 攪拌均勻，制得樹脂預混漿料；
[0009]②把樹脂預混漿料加入到混料機中，加入烘干處理過的短切玻璃纖維，攪拌10? 15分鐘后倒出團料，所述團料用擠出機擠成條狀和丸狀，烘干后備用，所述團料稱為模塑 料；制造餐具的方法，為模壓成型或者注塑成型，
[0010] 其中，模壓成型，用模塑料壓制成餐具產品，即把模塑料加入到預熱的模具中，經 加壓、加熱后固化成型，其具體流程為：
[0011] ①加料；將固體模塑料加入到預熱的鋼制模具中
[0012] ②合模；將模具的上模和下模合為一體
[0013] ③充模；模塑料在壓力下流動并充滿整個型腔
[0014] ④固化；在設定的壓力和溫度下保持一定時間后充分固化
[0015] ⑤開模；取出餐具制品。
[0016] 作為優選，所述把樹脂預混漿料加入到混料機中，混料機為Z型鉸刀式混料機或 者行星式混合機。
[0017] 作為優選，所述團料用擠出機擠成條狀和丸狀后，用聚酯薄膜密封包裝，儲存備 用。
[0018] 作為優選，所述模壓成型的工藝條件：
[0019] 1)成型壓力：普通餐具制品3. 5?7MPa，對餐具表面要求高的用12?16MPa;
[0020] 2)成型溫度：模具溫度，即模具的上模溫度在145±5°C;定模溫度，即模具的下模 溫度可調低5?15°C以便脫模；
[0021] 3)合模速度：不大于50秒，50秒內合模完成；
[0022] 4)固化時間：制品壁厚3mm的固化時間為2?3分鐘，壁厚6mm的固化時間為4? 6分鐘，壁厚12mm的固化時間為6?10分鐘。
[0023] 作為優選，所述的注塑成型是將團料，即模塑料，通過注塑機注塑成型，制成餐具， 具體流程包括：
[0024] ①加料；通過擠壓式加料裝置，將模塑料強壓入注塑機的料筒中，又通過螺桿傳將 料筒中的模塑料傳送至料筒前方，再經過注射至模具型腔固化成型；
[0025] ②注塑；通過注塑機的注射裝置，將料筒前方的模塑料注射至模具型腔；
[0026] ③合模；模塑料在壓力下流動并充滿整個型腔；
[0027] ④固化；在設定的壓力和溫度下保持一定時間后充分固化；
[0028] ⑤開模；取出制品。
[0029] 作為優選，根據注射方式的不同，采用的注塑機為柱塞式注塑機或者螺桿式注塑 機。
[0030] 作為優選，注塑成型的工藝條件如下：
[0031] 1)料筒溫度；料筒溫度分為兩段或三段控制，近料斗端較低，近噴嘴端溫度較高， 兩者相差20?60°C;
[0032] 2)模具溫度；135 ?185°C;
[0033] 3)注射壓力；80 ?160Mpa;
[0034] 4)注射速度；1. 8 ?3. 5m/min;
[0035] 5)螺桿轉速及背壓；采用螺桿式注塑機時，螺桿轉速20?50r/min，背壓1. 4? 2.OMpa；
[0036] 6)成型周期；注射時間為2?20秒，保溫時間為10?20秒。
[0037] 注塑機主要是生產熱固性團狀料的專業設備，注射成型和其它熱固性塑料不同之 處在于其油灰狀團塊料難以加料，需要用強制加料裝置，即在加料部分有一套液壓系統，在 螺桿預料時將團狀料強制推入料筒，BMC在加料時就可以看成是已經塑化好的預混料，螺桿 不起塑化作用，而僅是混合、輸送、計量。BMC注塑機是適合結構復雜的模具，用注塑方式加 工，產品效率高，勞動強度低。
[0038] 注塑成型，具有良好的加工流動性，因此非常適合于注塑成型加工，成型時注射壓 力不高，注射時間較短，能快速均勻地充模。
[0039] 綜上所述，本發明與現有技術相比具有如下優點：
[0040] 本發明由特定配方組成的BMC熱固性材料，利用機械化和自動化的設備進行模壓 成型成多種餐具用品，改進了產品的外觀光澤度，提升餐具的整體強度和質量，延長使用壽 命，提高了生產效率并降低了生產成本。由其相對于現有的制造塑料餐具的材料及其工藝 來說，具有以下優點：
[0041] 1、用BMC為原材料的優點在于具有很商的尺寸穩定性和尺寸精度；
[0042] 2、制品外觀可通過鍍釉的方式是產品更健康，更美觀；
[0043] 3、手感好，拉伸、彎曲、沖擊強度等性能高于熱塑性塑料，抗蠕變也比熱塑性塑料 好；
[0044] 4、對水、乙醇、脂肪烴、油脂、油具有良好的耐腐蝕性，吸水率低，浸泡一天后絕緣 性能仍然很好。
[0045] 針對BMC熱固性材料成型餐具制品的過程，其成型優點如下：
[0046] ①成型周期短，可模壓，亦可注射，適合大批量生產；
[0047] ②可加入大量填料，可滿足阻燃、尺寸穩定性要求，成本低；
[0048] ③復雜制品可整體成型，嵌件、孔、臺、筋、凹槽等均可同時成型；
[0049] ④與通常的熱塑性塑料相比，制品耐熱性、絕緣性、彈性模量等性能要高一些；
[0050] ⑤對工人技能要求不高，易實現自動化，節省勞動力；
[0051] ⑥制品尺寸精確；
[0052] ⑦作業環境好。
[0053] 本發明的餐具制品有以下技術指標：
[0054] 1?拉伸強度：85?llOMPa
[0055] 2?壓縮強度：85 ?95MPa
[0056] 3?彎曲強度：95 ?140MPa
[0057] 4?沖擊強度：25 ?35KJ/m2
[0058] 5?硬度：40 ?50
[0059] 6.收縮率：0.015 ?0.02%
[0060]7.絕緣強度：彡12KV/mm
[0061] 8.可燃性：HB(UL_94)
[0062] 9.環保性：食品等級可達V0。

【具體實施方式】
[0063] 下面結合實施例對本發明進一步說明。
[0064]實施例1 :
[0065] 一種高強度仿陶瓷材料的制備及其制造餐具的方法，高強度仿陶瓷材料制備所需 的物質配比如下：
[0066] (1) 不飽和聚酯樹脂 220份 (2) 低收縮樹脂 10份 (3) 固化劑 5份 (4) 石粉，即碳酸鈣 450份 (5) 玻璃纖維 175份 (6) 硬脂酸鋅 10份。
[0067] 高強度仿陶瓷材料的制備，步驟如下：
[0068] ①先將不飽和聚酯樹脂、低收縮樹脂、固化劑、硬脂酸鋅、以及30%碳酸鈣加入高 剪切型的攪拌機中攪拌均勻，混合溫度達到50°C左右，浮動范圍在正負5°C，然后再緩慢加 入剩余的碳酸鈣混合攪拌均勻，制得樹脂預混漿料；
[0069] ②把樹脂預混漿料加入到Z型鉸刀式混料機或者行星式混合機中，加入烘干處理 過的短切玻璃纖維，攪拌10分鐘后倒出團料，所述團料用擠出機擠成條狀和丸狀，用聚酯 薄膜密封包裝，烘干后儲存備用，所述團料稱為模塑料（BMC)。
[0070] 制造餐具的方法，為模壓成型，用模塑料壓制成餐具產品，即把模塑料加入到預熱 的模具中，經加壓、加熱后固化成型，其具體流程為：
[0071] ①加料；將固體模塑料加入到預熱的鋼制模具中
[0072] ②合模；將模具的上模和下模合為一體
[0073] ③充模；模塑料在壓力下流動并充滿整個型腔
[0074] ④固化；在設定的壓力和溫度下保持一定時間后充分固化
[0075] ⑤開模；取出餐具制品。
[0076] 所述模壓成型的工藝條件：
[0077] 1)成型壓力：普通餐具制品3. 5MPa，對餐具表面要求高的用12MPa;
[0078] 2)成型溫度：模具溫度，即模具的上模溫度在145°C，允許正負5°C的浮動；定模溫 度，即模具的下模溫度可在145°C的基礎上調低5°C以便脫模；
[0079] 3)合模速度：不大于50秒，50秒內合模完成；
[0080] 4)固化時間：制品壁厚3mm的固化時間為2分鐘，壁厚6mm的固化時間為4分鐘， 壁厚12mm的固化時間為6分鐘。
[0081] 實施例2:
[0082] 與實施例1相比，本實施例采用注塑成型制造餐具，一種高強度仿陶瓷材料的制 備及其制造餐具的方法，高強度仿陶瓷材料制備所需的物質配比如下：
[0083] (1) 不飽和聚酯樹脂 240份 (2) 低收縮樹脂 50 份 (3) 固化劑 7. 5份 (4) 石粉，即碳酸鈣 500份 (5) 玻璃纖維 205份 (6) 硬脂酸鋅 20 份
[0084] 高強度仿陶瓷材料的制備，步驟如下：
[0085] ①先將不飽和聚酯樹脂、低收縮樹脂、固化劑、硬脂酸鋅、以及30%碳酸鈣加入高 剪切型的攪拌機中攪拌均勻，混合溫度達到50°C左右，浮動范圍在正負5°C，然后再緩慢加 入剩余的碳酸鈣混合攪拌均勻，制得樹脂預混漿料；
[0086] ②把樹脂預混漿料加入到Z型鉸刀式混料機或者行星式混合機中，加入烘干處理 過的短切玻璃纖維，攪拌15分鐘后倒出團料，所述團料用擠出機擠成條狀和丸狀，用聚酯 薄膜密封包裝，烘干后儲存備用，所述團料稱為模塑料（BMC)。
[0087] 制造餐具的方法，為注塑成型，是將團料，即模塑料，通過注塑機注塑成型，制成餐 具，具體流程包括：
[0088] ①加料；通過擠壓式加料裝置，將模塑料強壓入注塑機的料筒中，又通過螺桿傳將 料筒中的模塑料傳送至料筒前方，再經過注射至模具型腔固化成型；
[0089] ②注塑；通過注塑機的注射裝置，將料筒前方的模塑料注射至模具型腔；
[0090] ③合模；模塑料在壓力下流動并充滿整個型腔；
[0091] ④固化；在設定的壓力和溫度下保持一定時間后充分固化；
[0092] ⑤開模；取出制品。
[0093] 注塑成型設備要求：
[0094] 在模塑料（BMC)中，由于加入了玻璃纖維，因此所用設備與通常熱固性塑料注塑 成型設備有些不同，使用的注塑機，根據注射方式的不同，分為柱塞式注塑機和螺桿式注塑 機。
[0095] 1)加料系統。不論是螺桿式還是柱塞式，都必須附加一個擠壓式加料裝置，以強迫 物料進入料筒，該加料裝置多采用柱塞式加壓進料。
[0096] 2)注塑系統。由于柱塞式注塑機的注射量準確而恒定，使玻纖少受損傷地分散于 熔料中，因此，柱塞式注塑機使用較多，但排氣不便。
[0097] 3)加熱系統。在BMC的注塑成型中，控制料筒溫度十分重要，必須有一套控制系統 控制溫度，確保加料段到噴嘴的溫度為最佳。目前多采用恒溫水或恒溫油進行加熱。也可 采用電加熱。
[0098] 4)合模裝置。多采用機械、液壓式和全液壓式等幾種合模裝置。
[0099] 5)模具。BMC注塑模與通常的熱塑性、熱固性注塑有些不同，主要是BMC的收縮率 較低，因此在設計模腔尺寸時應有所變化。
[0100] 注塑成型，具有良好的加工流動性，因此非常適合于注塑成型加工，成型時注射壓 力不高，注射時間較短，能快速均勻地充模。
[0101] 注塑成型的工藝條件如下，以螺桿式注塑機為例：
[0102] 1)料筒溫度；加工時，要求BMC在料筒溫度下，較長時間保持低粘度的流動態，一 般料筒溫度應能滿足BMC的低限值，料筒溫度分為兩段或三段控制，近料斗端較低，近噴嘴 端溫度較高，兩者相差60°C;
[0103] 2)模具溫度；185°C;
[0104] 3)注射壓力；由于BMC的流動性差，固化快，模具結構復雜，故注射壓力宜選擇較 高壓力，為160Mpa;
[0105] 4)注射速度；注射速度的提高，有助于提高塑件表面質量，縮短固化時間，但不利 于排氣，并增加玻纖的取向程度。故應在保證塑件表面質量的前提下采用較低的注射速度， 通常為3. 5m/min;
[0106] 5)螺桿轉速及背壓；若采用螺桿式注塑機，在注射BMC時，螺桿對玻纖的損傷較 大，為了盡量減少玻纖的損傷，螺桿轉速宜選低值，為50r/min;而根據BMC的粘度，以采用 低背壓為宜，為2.OMPa;
[0107] 6)成型周期；由于塑件的大小和復雜程度不同，各段的工藝時間也不同，一般注 射時間為20秒，保溫時間為20秒。
[0108] BMC成型的不良現象及處理對策：
[0109]

【權利要求】
1. 一種高強度仿陶瓷材料的制備及其制造餐具的方法，其特征在于，高強度仿陶瓷材 料制備所需的物質配比如下： (1) 不飽和聚酯樹脂 220?240份 (2) 低收縮樹脂 1 0?50 份 (3) 固化劑 5?7.5 份 (4) 石粉 450?500份 (5) 玻璃纖維 175?205份 (6) 硬脂酸鋅 10?20 份 高強度仿陶瓷材料的制備，步驟如下： ① 先將不飽和聚酯樹脂、低收縮樹脂、固化劑、硬脂酸鋅，以及30%的石粉加入高剪切 型的攪拌機中攪拌均勻，混合溫度達到50°C ±5°C，然后再緩慢加入剩余的石粉混合攪拌 均勻，制得樹脂預混漿料； ② 把樹脂預混漿料加入到混料機中，加入烘干處理過的短切玻璃纖維，攪拌1(T15分 鐘后倒出團料，所述團料用擠出機擠成條狀和丸狀，烘干后備用，所述團料稱為模塑料； 制造餐具的方法，為模壓成型或者注塑成型， 其中，模壓成型，用模塑料壓制成餐具產品，即把模塑料加入到預熱的模具中，經加壓、 加熱后固化成型，其具體流程為： ① 加料；將固體模塑料加入到預熱的鋼制模具中 ② 合模；將模具的上模和下模合為一體 ③ 充模；模塑料在壓力下流動并充滿整個型腔 ④ 固化；在設定的壓力和溫度下保持一定時間后充分固化 ⑤ 開模；取出餐具制品。
2. 根據權利要求1所述的高強度仿陶瓷材料的制備及其制造餐具的方法，特征在于， 所述把樹脂預混漿料加入到混料機中，混料機為Z型鉸刀式混料機或者行星式混合機。
3. 根據權利要求1或2所述的高強度仿陶瓷材料的制備及其制造餐具的方法，特征在 于，所述團料用擠出機擠成條狀和丸狀后，用聚酯薄膜密封包裝，儲存備用。
4. 根據權利要求3所述的高強度仿陶瓷材料的制備方法及其制造餐具的方法，特征在 于，所述模壓成型的工藝條件： 1) 成型壓力：普通餐具制品3. 5~7MPa，對餐具表面要求高的用12~16MPa ; 2) 成型溫度：模具溫度，即模具的上模溫度在145±5°C;定模溫度，即模具的下模溫度 可調低5~15°C以便脫模； 3) 合模速度：不大于50秒，50秒內合模完成； 4) 固化時間：制品壁厚3mm的固化時間為2~3分鐘，壁厚6mm的固化時間為4~6分鐘， 壁厚12mm的固化時間為6~10分鐘。
5. 根據權利要求1所述的高強度仿陶瓷材料的制備方法及其制造餐具的方法，特征在 于，所述的注塑成型是將團料，即模塑料，通過注塑機注塑成型，制成餐具，具體流程包括： ① 加料；通過擠壓式加料裝置，將模塑料強壓入注塑機的料筒中，又通過螺桿傳將料筒 中的模塑料傳送至料筒前方，再經過注射至模具型腔固化成型； ② 注塑；通過注塑機的注射裝置，將料筒前方的模塑料注射至模具型腔； ③ 合模；模塑料在壓力下流動并充滿整個型腔； ④ 固化；在設定的壓力和溫度下保持一定時間后充分固化； ⑤ 開t吳；取出制品。
6. 根據權利要求5所述的高強度仿陶瓷材料的制備方法及其制造餐具的方法，特征在 于，根據注射方式的不同，采用的注塑機為柱塞式注塑機或者螺桿式注塑機。
7. 根據權利要求6所述的高強度仿陶瓷材料的制備方法及其制造餐具的方法，特征在 于，注塑成型的工藝條件如下： 1) 料筒溫度；料筒溫度分為兩段或三段控制，近料斗端較低，近噴嘴端溫度較高，兩者 相差 2(T60°C ; 2) 模具溫度；135?185°C ; 3) 注射壓力；80?160Mpa ; 4) 注射速度；1.8~3. 5m/min; 5) 螺桿轉速及背壓；采用螺桿式注塑機時，螺桿轉速2(T50r/ min，背壓1. 4?2. OMpa ; 6) 成型周期；注射時間為2~20秒，保溫時間為1(T20秒。
【文檔編號】C04B26/18GK104355567SQ201410502908
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月26日 優先權日:2014年9月26日
【發明者】張一為 申請人:金華萬得福日用品有限公司