本發明涉及改性高分子材料領域，特別涉及一種分散性良好的發泡母粒及其制備方法。
背景技術：
在汽車輕量化趨勢的推動下，微發泡材料作為一種空氣填充的復合材料，具有密度低，減重效果顯著，同時微發泡材料具有致密的表層和發泡芯層結構，對制件的性能影響輕微而備受推崇。然而，化學發泡方式制備的微發泡聚丙烯在注射成型過程中外觀普遍存在的氣痕、料花、起皮分層等表觀問題，內部結構存在泡孔孔徑過大，孔徑均勻性差，串孔等質量問題而影響制件的美觀和性能。這些和模具結構，成型方式，輔助技術和材料熔體強度有關外，也和發泡劑的分散效果有密切聯系。
公開號為103289156a的專利文件公開了一種均勻分散的發泡劑母粒，該均勻分散發泡劑母粒通過大長徑比螺桿的均化來實現。公開號為105885184a的專利文件公開了一種聚丙烯用發泡劑母粒及其制備方法，該母粒采用和聚丙烯相容性好的載體及密煉機混料的制備方法，利用相對較低的發泡劑比例來實現發泡劑的均勻分散。
然而，發泡劑作為一種熱敏性材料，在發泡劑母粒制備過程中，既需保證發泡劑良好的分散于載體中，又要發泡劑不因設備的剪切熱而分解失效，這需要熔體各處的溫度都不能高于發泡劑的分解溫度。然而，對于現有技術所采用的密煉機，由于設備體腔的自由體積較大，而作為載體的高分子聚合物的導熱性能比較差，這勢必會造成熔體各區的溫度差異性。而對于現有技術所采用的單螺桿、雙螺桿擠出機，其自由體積小解決了導熱不良問題，但其螺桿組合上的輸送段、熔融段和均化段的不同設計存在較大差異性，如何保障在滿足材料均勻混合的條件下避免螺桿軸向上的溫度出現局部過熱問題則成了發泡劑母粒制備成敗的關鍵。
技術實現要素：
本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提供一種分散性良好的發泡母粒及其制備方法。
本發明所采取的技術方案是：一種分散性良好的發泡母粒，其按重量百分比計由如下原料組分組成：
發泡劑30~50%；
聚乙烯10~20%；
乙烯基彈性體30~50%；
分散劑2~10%；
填料2~5%；
抗氧劑0.2~0.6%。
作為上述方案的進一步改進，所述發泡劑選自偶氮二甲酰胺、偶氮二異丁氰和碳酸氫鈉中的至少一種。
作為上述方案的進一步改進，所述聚乙烯選自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯中的至少一種，進一步地，優選粉狀的線性低密度聚乙烯。
作為上述方案的進一步改進，所述乙烯基彈性體為乙烯—丁烯共聚物或乙烯—辛烯共聚物。
作為上述方案的進一步改進，所述乙烯基彈性體為乙烯—辛烯共聚物，其辛烯含量＞25%，熔融指數大于＞10g/10min，熔融溫度低于70℃。
作為上述方案的進一步改進，所述分散劑選自芥酸酰胺、乙撐雙硬脂酰胺、聚乙烯蠟和硅酮中的至少一種。
作為上述方案的進一步改進，所述填料選自滑石粉、碳酸鈣、硫酸鋇和硅灰石中的一種。
作為上述方案的進一步改進，所述填料為滑石粉，其目數為3000~5000目。
作為上述方案的進一步改進，所述抗氧劑選自受阻酚類和亞磷酸酯類中的至少一種。
一種如上所述的分散性良好的發泡母粒的制備方法，其包括如下工藝步驟：
1）調整雙螺桿機擠出機：雙螺桿輸送段采用導程為72-56mm的輸送元件，熔融段采用厚度為56mm、旋轉角為90度的捏合元件，均化段采用厚度為36mm的45度左旋轉角捏合元件；
2）母粒制備：按原料重量百分比計將各組分投入混料機中混合攪拌2~5min，后投入步驟1）的雙螺桿擠出機中熔融擠出，造粒，控制螺桿輸送段溫度為90~100℃范圍內，控制螺桿轉速在400~450r/min范圍內，擠出溫度為60~100℃，得發泡母粒成品。
具體地，步驟1）的調整是基于現有技術中常用的雙螺桿擠出機的操作步驟上進行的。實際操作過程中，本發明調整螺桿整體采用小壓縮比設計，螺桿輸送段采用中等導程到小導程輸送元件，同時該區設置溫度為整個螺桿區間最高，目的是使材料通過螺筒傳熱初步熔融。熔融段采用捏合元件、齒型盤元件和小導程輸送元件嵌段裝置，提高均勻的剪切分散和分布效果，同時不至于出現剪切集中而局部過。均化段采用左旋轉角捏合元件建壓和小導程輸送元件輸送熔體完成擠出。
更進一步地，所述的熔融段的捏合元件采用90度旋轉角大厚度結構，齒型盤元件的反向輸送功能可提高熔體的填充度，提供較佳的剪切力和提高材料的分散和分布效果。而均化段左旋轉角捏合元件采用小厚度結構可使建壓壓力不致過高從而避免出現局部過熱的現象。
本發明所制備得到的發泡母粒應用范圍廣泛，如可應用于微發泡聚丙烯材料中，具體地是將本發明所制備得的發泡母粒按一定配比與聚丙烯樹脂基材混合，后加入到注塑機中注塑成型，其工藝溫度為180~240℃，注射速度為60~90mm/s，注射壓力為30~50bar，注射時間為1~6s，無保壓，冷卻時間為5~10s，可制備得到尺寸與相同填充量的普通發泡聚丙烯材料相同、外觀良好、減重量在6~20%的微發泡聚丙烯制件。
本發明的有益效果是：本發明通過優化發泡母粒的原料選用及配比，大大提高了該材料的加工性能及在樹脂基材中的分散均勻性，同時通過調整雙螺桿擠出機制備工藝，降低了材料的摩擦生熱從而防止發泡劑分解失效，因而可提高其在發泡過程中的發泡速率及進一步提高其在樹脂基材中的分散能力。本發明制備得的發泡母粒具有良好的分散性和加工性能，發泡后的泡孔孔徑適中且能在樹脂基材中均勻分布，從而消除了其加工成型后如氣痕、料花、起皮分層等的表觀缺陷，大大提高了材料的整體性能。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明進行具體描述，以便于所屬技術領域的人員對本發明的理解。有必要在此特別指出的是，實施例只是用于對本發明做進一步說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術熟練人員，根據上述發明內容對本發明作出的非本質性的改進和調整，應仍屬于本發明的保護范圍。同時下述所提及的原料未詳細說明的，均為市售產品；未詳細提及的工藝步驟或制備方法為均為本領域技術人員所知曉的工藝步驟或制備方法。
本發明自制的發泡母粒具有良好的分散性，其按重量百分比計由30~50%的發泡劑、10~20%的聚乙烯、30~50%的乙烯基彈性體、2~10%的分散劑、2~5%的填料和0.2~0.6%的抗氧劑組成。
其中，發泡劑選自偶氮二甲酰胺、偶氮二異丁氰和碳酸氫鈉中的至少一種；聚乙烯選自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯中的至少一種，進一步優選為粉狀線性低密度聚乙烯；乙烯基彈性體為乙烯—丁烯共聚物或乙烯—辛烯共聚物，進一步優選為辛烯含量＞25%、熔融指數大于＞10g/10min、熔融溫度低于70℃的乙烯—辛烯共聚物；分散劑選自芥酸酰胺、乙撐雙硬脂酰胺、聚乙烯蠟和硅酮中的至少一種；填料選自滑石粉、碳酸鈣、硫酸鋇和硅灰石中的一種，進一步優選為滑石粉，其目數為3000~5000目；抗氧劑選自受阻酚類和亞磷酸酯類中的至少一種。本發明優選使用高目數滑石粉作為填料，其在發泡過程中起到發泡成核作用，在提高發泡速度的同時降低了材料的串孔現象。
本發明自制的發泡母粒的制備方法，包括如下工藝步驟：
1）調整雙螺桿機擠出機：雙螺桿輸送段采用導程為72-56mm的輸送元件，熔融段采用厚度為56mm、旋轉角為90度的捏合元件，均化段采用厚度為36mm的45度左旋轉角捏合元件；
2）母粒制備：按原料重量百分比計將各組分投入混料機中混合攪拌2~5min，后投入步驟1）的雙螺桿擠出機中熔融擠出，造粒，控制螺桿輸送段溫度為90~100℃范圍內，控制螺桿轉速在400~450r/min范圍內，擠出溫度為60~100℃，得發泡母粒成品。
本發明所制備得到的發泡母粒應用范圍廣泛，如可應用于微發泡聚丙烯材料中，具體地是將本發明所制備得的發泡母粒按一定配比與聚丙烯樹脂基材混合，后加入到注塑機中注塑成型，其工藝溫度為180~240℃，注射速度為60~90mm/s，注射壓力為30~50bar，注射時間為1~6s，無保壓，冷卻時間為5~10s，可制備得到尺寸與相同填充量的普通發泡聚丙烯材料相同、外觀良好、減重量在6~20%的微發泡聚丙烯制件。
以下通過具體對比例及實施例進行說明。
對比例1
一種微發泡聚丙烯材料，按重量百分比計為100%的微發泡聚丙烯基料，該微發泡聚丙烯基料按重量百分比計由70%的聚丙烯、10%的乙烯基彈性體、9.4%的滑石粉、10%的低收縮母粒和0.6%的加工助劑組成。
制備方法：
將上述微發泡聚丙烯基料加入到注塑機中注塑成型，工藝溫度180℃~240℃，注射速度60mm/s，注射壓力50bar，注射時間5s，無保壓，冷卻時間8s，得對比例1測試樣品。
對比例2
一種微發泡聚丙烯材料，按重量百分比計由98%的微發泡聚丙烯基料和2%的發泡劑母粒組成，其中微發泡聚丙烯基料和對比例1相同，發泡劑母粒為市售的碳酸氫鈉發泡劑母粒（有效成分為50%）。
制備方法：
將上述微發泡聚丙烯基料和發泡劑母粒加入到注塑機中注塑成型，工藝溫度180℃~240℃，注射速度60mm/s，注射壓力50bar，注射時間5s，無保壓，冷卻時間8s，得對比例2測試樣品。
對比例3
一種微發泡聚丙烯材料，按重量百分比計由98%的微發泡聚丙烯基料和2%的自制發泡劑母粒組成，其中微發泡聚丙烯基料和對比例1相同，自制發泡劑母粒為本發明所制備得的分散性良好的發泡母粒，其按重量百分比計由50%的發泡劑、9.6%的聚乙烯、40%的乙烯基彈性體和0.4%的抗氧劑組成。
制備方法：
將上述發泡母粒各原料組分投入到調整后的雙螺桿機擠出機中熔融擠出，造粒，控制螺桿輸送段溫度為90~100℃范圍內，控制螺桿轉速在400~450r/min范圍內，擠出溫度為60~100℃，得自制發泡母粒成品。
將上述微發泡聚丙烯基料和自制發泡劑母粒成品加入到注塑機中注塑成型，注塑工藝與對比例1相同，得對比例3測試樣品。
對比例4
一種微發泡聚丙烯材料，按重量百分比計由98%的微發泡聚丙烯基料和2%的自制發泡劑母粒組成，其中微發泡聚丙烯基料和對比例1相同，自制發泡劑母粒為本發明所制備得的分散性良好的發泡母粒，其按重量百分比計由50%的發泡劑、10%的聚乙烯、35%的乙烯基彈性體、4.6%的分散劑和0.4%的抗氧劑組成。
制備方法：
將上述發泡母粒各原料組分投入到調整后的雙螺桿機擠出機中熔融擠出，造粒，控制螺桿輸送段溫度為90~100℃范圍內，控制螺桿轉速在400~450r/min范圍內，擠出溫度為60~100℃，得自制發泡母粒成品。
將上述微發泡聚丙烯基料和自制發泡劑母粒成品加入到注塑機中注塑成型，注塑工藝與對比例1相同，得對比例4測試樣品。
對比例5
一種微發泡聚丙烯材料，按重量百分比計由98%的微發泡聚丙烯基料和2%的自制發泡劑母粒組成，其中微發泡聚丙烯基料和對比例1相同，自制發泡劑母粒為本發明所制備得的分散性良好的發泡母粒，其按重量百分比計由50%的發泡劑、10%的聚乙烯、35%的乙烯基彈性體、4.6%的分散劑和0.4%的抗氧劑組成。
制備方法：
將上述發泡母粒各原料組分投入到普通的雙螺桿機擠出機中熔融擠出，造粒，控制螺桿轉速在400~450r/min范圍內，擠出溫度為60~100℃，得自制發泡母粒成品。
將上述微發泡聚丙烯基料和自制發泡劑母粒成品加入到注塑機中注塑成型，注塑工藝與對比例1相同，得對比例5測試樣品。
實施例1
一種微發泡聚丙烯材料，按重量百分比計由98%的微發泡聚丙烯基料和2%的自制發泡劑母粒組成，其中微發泡聚丙烯基料和對比例1相同，自制發泡劑母粒為本發明所制備得的分散性良好的發泡母粒，其按重量百分比計由50%的發泡劑、10%的聚乙烯、33%的乙烯基彈性體、4.6%的分散劑、2%的填料和0.4%的抗氧劑組成。
制備方法：
將上述發泡母粒各原料組分投入到調整后的雙螺桿機擠出機中熔融擠出，造粒，控制螺桿輸送段溫度為90~100℃范圍內，控制螺桿轉速在400~450r/min范圍內，擠出溫度為60~100℃，得自制發泡母粒成品。
將上述微發泡聚丙烯基料和發泡劑母粒成品加入到注塑機中注塑成型，注塑工藝與對比例1相同，得實施例1測試樣品。
實施例2
一種微發泡聚丙烯材料，按重量百分比計由98%的微發泡聚丙烯基料和2%的自制發泡劑母粒組成，其中微發泡聚丙烯基料和對比例1相同，自制發泡劑母粒為本發明所制備得的分散性良好的發泡母粒，其按重量百分比計由30%的發泡劑、10%的聚乙烯、50%的乙烯基彈性體、4.6%的分散劑、5%的填料和0.4%的抗氧劑組成。
制備方法：
將上述發泡母粒各原料組分投入到調整后的雙螺桿機擠出機中熔融擠出，造粒，控制螺桿輸送段溫度為90~100℃范圍內，控制螺桿轉速在400~450r/min范圍內，擠出溫度為60~100℃，得自制發泡母粒成品。
將上述微發泡聚丙烯基料和發泡劑母粒成品加入到注塑機中注塑成型，注塑工藝與對比例1相同，得實施例2測試樣品。
實施例3
一種微發泡聚丙烯材料，按重量百分比計由97%的微發泡聚丙烯基料和3%的自制發泡劑母粒組成，其中微發泡聚丙烯基料和對比例1相同，自制發泡劑母粒為本發明所制備得的分散性良好的發泡母粒，其按重量百分比計由30%的發泡劑、10%的聚乙烯、50%的乙烯基彈性體、4.6%的分散劑、5%的填料和0.4%的抗氧劑組成。
制備方法：
將上述發泡母粒各原料組分投入到調整后的雙螺桿機擠出機中熔融擠出，造粒，控制螺桿輸送段溫度為90~100℃范圍內，控制螺桿轉速在400~450r/min范圍內，擠出溫度為60~100℃，得自制發泡母粒成品。
將上述微發泡聚丙烯基料和發泡劑母粒成品加入到注塑機中注塑成型，注塑工藝與對比例1相同，得實施例3測試樣品。
實施例4：性能測試
將對比例1~5和實施例1~3所制備得到的測試樣品分別進行各項性能測試，其測試結果如下表1所示。
根據表1測試結果，通過對比例2、對比例5和實施例1比較可得：發泡母粒采用普通的雙螺桿擠出機擠出造粒，其中的發泡劑基本全部分解失效，而采用本發明經調整后的雙螺桿擠出機制備，發泡劑能得到很好的保留，從而大大提高材料的性能。通過對比例3、對比例4和實例1比較可得：添加具有良好潤滑性能的分散劑可有效提高其分散均勻性從而得到合適孔徑的發泡孔，添加填料可有效減小泡孔孔徑。
上述實施例為本發明的優選實施例，凡與本發明類似的工藝及所作的等效變化，均應屬于本發明的保護范疇。