热塑性微气囊聚合物弹性体材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及热塑性微气囊聚合物弹性体材料及其制备方法，热塑性微气囊聚合物弹性体材料包括以下重量百分比含量的组分：支撑骨架聚合物材料0.1‑97％，耐压慢回弹聚合物材料0.1‑97％，成核剂0.01～0.5％，发泡剂0.1～10％；所述的支撑骨架聚合物材料为高硬度、高结晶或高极性聚合物材料，所述的耐压慢回弹聚合物材料为与支撑骨架聚合物材料相对应的低硬度、低结晶至无定形态、低极性/无极性聚合物材料。与现有技术相比，本发明专利技术制备的聚合物弹性体材料中由微气囊结构与开口泡孔形成缠绕网络起到互穿结构，回弹力等材料物性优异，缓冲回馈利落，接触感与舒适性高，膨化倍率可控等。

Thermoplastic microcapsule polymer elastomer material and its preparation method

The present invention relates to a thermoplastic microcapsule polymer elastomer material and its preparation method. The thermoplastic microcapsule polymer elastomer material comprises the following components: supporting framework polymer material 0.1 97%, pressure-resistant slow-resilient polymer material 0.1 97%, nucleating agent 0.01 0.5%, foaming agent 0.1 10%; and the supporting framework polymer material is of high hardness and foaming agent 0.1 10%. The high crystalline or high polar polymer material is a low hardness, low crystalline to amorphous, low polarity/non-polarity polymer material corresponding to the supporting framework polymer material. Compared with the prior art, the polymer elastomer material prepared by the invention has a winding network formed by a micro-balloon structure and an open bubble to form an interpenetrating structure, excellent physical properties of materials such as resilience, quick buffer and feedback, high contact and comfort, controllable expansion ratio, etc.

【技术实现步骤摘要】
热塑性微气囊聚合物弹性体材料及其制备方法
本专利技术涉及高分子材料制备领域，尤其是涉及一种热塑性微气囊聚合物弹性体材料及其制备方法。
技术介绍
热塑性聚合物弹性材料广泛制造生产和生活所用设施，设备，工具和消耗品，随着社会的发展对环保，节能，降耗等方面的要求，材料轻量化的需求也变得越来越紧迫。热塑性聚合物弹性材料也大量开始轻量化的实验和验证并持续推广应用。例如，聚丙烯PP发泡、聚乙烯PE发泡、聚苯乙烯PS发泡、聚酯PET发泡、聚酰胺PA发泡和聚氨酯TPU发泡等。目前热塑性聚合物弹性体的膨化常见的工艺路线有：浇注模内膨化发泡、注塑膨化发泡、挤塑膨化发泡、高压釜内膨化发泡等。注塑发泡的发泡均匀性和发泡倍率较差，挤塑发泡的材料易熔体破裂导致泡孔击穿和表面塌陷，高压釜内发泡存在较高安全风险和产能效率低。按发泡原理分为：物理发泡和化学发泡。不论选取哪一种聚合物原料，也不论采用哪一种发泡方法，其发泡过程一般都要经过：形成气泡核→气泡核膨胀→泡体固化定型等阶段。热塑性聚合物弹性材料的发泡和膨化后仍然需保有良好的物性，这就要求对膨化后材料结构和材料泡孔等进行设计。但受制于材料本身结构性质和加工工艺，发泡原理的理解等诸多方面，导致国内对膨化的热塑性聚合物弹性材料的控制方式简单和不稳定。特别是如尼龙、PET、PPT、热塑性聚氨酯等在材料性质、加工工艺上鲜有稳定可控膨化案例。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种热塑性微气囊聚合物弹性体材料及其制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种热塑性微气囊聚合物弹性体材料，包括以下重量百分比含量的组分：支撑骨架聚合物材料0.1-97％，耐压慢回弹聚合物材料0.1-97％，成核剂0.01～0.5％，发泡剂0.1～10％。作为优选的实施方案，所述的支撑骨架聚合物材料为高分子量、高硬度、高结晶或高极性聚合物材料，所述的耐压慢回弹聚合物材料为与支撑骨架聚合物材料相对应的低分子量、低硬度、低结晶至无定形态、低极性至无极性聚合物材料。作为上述优选的实施方案的更优选，所述的支撑骨架聚合物材料为高分子量聚氨酯，其对应的耐压慢回弹聚合物材料为低分子量聚氨酯；或所述的支撑骨架聚合物材料为高硬度热塑性聚合物弹性体(可以根据实际情况选择如TPU、TPE或橡胶等)，其对应的耐压慢回弹聚合物材料为低硬度热塑性聚合物弹性体；或所述的支撑骨架聚合物材料为聚酰胺或聚酯，其对应的耐压慢回弹聚合物材料为热塑性聚氨酯。作为上述更优选的实施方案的更进一步优选，所述的高分子量聚氨酯的分子量Mw为8×104～5×105，低分子量聚氨酯的分子量Mw为2×104～2.5×105；高硬度热塑性聚合物弹性体的邵氏硬度为80A～75D低硬度热塑性聚合物弹性体的邵氏硬度为30～85A；聚酯或聚酰胺分别为改性低熔点聚酯或改性低熔点聚酰胺，并控制支撑骨架聚合物材料和耐压回弹聚合物材料的熔点差在20℃内。更优选的，改性低熔点聚酯可以选择如改性PET、PTT、PBT等，改性低熔点聚酰胺可以如低熔点改性的PA6、PA6I、PA11、PA12、PA9等。作为优选的实施方案，所述的成核剂选自碳纳米管、二氧化硅、滑石粉、改性碳酸钙、炭黑或四氟乙烯粉剂中的至少一种；所述的发泡剂选自CO2、N2、正丁烷、正戊烷或异戊烷中的至少一种。作为优选的实施方案，所述的聚合物弹性体材料的粒径为0.6-25mm。作为优选的实施方案，热塑性微气囊聚合物弹性体材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将支撑骨架聚合物材料、耐压慢回弹聚合物材料和成核剂从双螺杆挤塑机前端加料口喂入，发泡剂从双螺杆挤塑机中段加料口喂入，使各原料热熔混合充分后，再进入静态混合器进一步均质化，接着再经熔体泵控压和定量输送；(2)被熔体泵送出的热熔体通过模头进入水下切粒室切粒，并由工艺水带出分离，所得颗粒筛选干燥后即形成目的产品。作为上述优选的实施方案的更优选，步骤(1)中双螺杆挤塑机的温度为160～300℃，双螺杆挤出机长径比为32-56；静态混合器内的温度设定为120-280℃，熔体泵的入口压力为50-200bar，并控制经模头挤出的热熔体压力与水下切粒室中工艺水的压力之差为70-120bar。作为上述优选的实施方案的更优选，步骤(2)中水下切粒室中的工艺水温度为10-90℃，压力为4-15bar；切粒被工艺水带出时，经过压力逐级降低的多级释压膨胀工艺水管线输送。作为上述更优选的实施方案的进一步优选，步骤(2)中多级释压膨胀工艺水管线为多级工艺水管线，其中，第一级工艺水管线的水压力保持与进入水下切粒室的工艺水压力一致。更优选的，多级释压膨胀工艺水管线为四级工艺水管线，其中，第一级工艺水管线的水压为4-15bar，第二级工艺水管线的水压为3-10bar，第三级工艺水管线的水压为2-6bar，第四级工艺水管线的水压为1-4bar。更优选的，上述制备过程中，双螺杆挤塑机在电机的驱动下使双螺杆挤塑机在50～900rpm转速运行，挤塑机的螺筒设定温度160～300℃确保热塑性聚合物能充分热熔，聚合物和成核剂从前端螺杆加料口喂入，发泡剂从中段的螺杆加料口喂入。混合后在挤塑机加热以及螺杆的剪切力下，各材料被热融并在螺杆混合充分后进入静态混合器，熔体在静态混合器中进行深一步均质化和冷却确保熔体温度在120～280℃之间可依照成品物性要求可控。通过熔体泵的控压和定量输送作用，设定熔体泵的入口压力在50～200bar之间控制挤塑机螺膛内熔体压力稳定，使混合发泡剂和成核剂的热熔体中在可控的高压环境中充分混合和均化。通过熔体泵控压和定量输送功能将高压热熔体稳定的推入挤塑机模头，模头为多孔的孔板结构，其内部含均匀加热设施确保热熔体能稳定通过模头。被熔体泵高压送出的热熔体通过模头的各个孔在水下切粒室被高速旋转的切粒刀切成豆粒状颗粒，水下切粒室的切粒刀实际是在水下分切热熔体。10～90℃的工艺水在工艺水泵的作用下产生4～15bar的压力通过切粒水室的工艺水进水管进入水下切粒室这样高压热熔体在高压工艺水下被快速冷却并被切粒刀切成粒状。由于高压热熔体与高压工艺水之间存在压差，而且这种压差可以通过熔体泵的进口压力和变频工艺水泵压力来调整，使得整个工艺中被切成粒状的聚合物初始膨胀速率和倍率可控和稳定。因为刚切下的粒状聚合物的冷却时间短和不同配方中材料结晶速度的差异很大，在本工艺中特别设计了多级释压膨胀工艺水管线，利用粒状聚合物的外表皮在工艺水中停留时间越长强度越高，承压条件越高的原理(停留时间的长短可以通过设置管线的长短来进行控制)，在第一级工艺水管线中仍然维持4～15bar的水压，此时粒状熔体部分冷却并在压差存在的条件下初步膨胀。在第二级工艺水管线中通过管线直径的变大和变短将水压降至3～10bar,此时粒状熔体进一步冷却外表面强度上升但压差变大后也会再膨胀。在第三级工艺水管线中通过管线直径的变大和变短降低管阻将水压降至2～6bar,此时粒状熔体再次冷却，外表面强度继续上升但压差变大后也再次膨胀但由于颗粒结晶快要完成所以膨胀速率降至很低。在第四级工艺水管线中还是通过管线直径和长度调整来降低管阻将水压降至1～4bar，此时粒状熔体继续冷却，外表面强度进一步上升但压差仍在变大后也还会膨胀但因为冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热塑性微气囊聚合物弹性体材料，其特征在于，包括以下重量百分比含量的组分：支撑骨架聚合物材料0.1‑97％，耐压回弹聚合物材料0.1‑97％，成核剂0.01～0.5％，发泡剂0.1～10％。

【技术特征摘要】
1.一种热塑性微气囊聚合物弹性体材料，其特征在于，包括以下重量百分比含量的组分：支撑骨架聚合物材料0.1-97％，耐压回弹聚合物材料0.1-97％，成核剂0.01～0.5％，发泡剂0.1～10％。2.根据权利要求1所述的一种热塑性微气囊聚合物弹性体材料，其特征在于，所述的支撑骨架聚合物材料为高硬度、高结晶或高极性聚合物材料，所述的耐压慢回弹聚合物材料为与支撑骨架聚合物材料相对应的低硬度、低结晶至无定形态、低极性至无极性聚合物材料。3.根据权利要求2所述的一种热塑性微气囊聚合物弹性体材料，其特征在于，所述的支撑骨架聚合物材料为高硬度热塑性聚合物弹性体，其对应的耐压慢回弹聚合物材料为低硬度热塑性聚合物弹性体；或所述的支撑骨架聚合物材料为聚酰胺或聚酯，其对应的耐压慢回弹聚合物材料为热塑性聚氨酯。4.根据权利要求3所述的一种热塑性微气囊聚合物弹性体材料，其特征在于，高硬度热塑性聚合物弹性体的邵氏硬度为80A～75D，低硬度热塑性聚合物弹性体的邵氏硬度为30～85A；聚酯或聚酰胺分别为改性低熔点聚酯或改性低熔点聚酰胺，并控制支撑骨架聚合物材料和耐压回弹聚合物材料的熔点差在20℃内。5.根据权利要求1所述的一种热塑性微气囊聚合物弹性体材料，其特征在于，所述的成核剂选自碳纳米管、二氧化硅、滑石粉、改性碳酸钙、炭黑或四氟乙烯粉剂中的至少一种；所述的发泡剂选自CO2、N2、正丁烷、正戊烷或异戊烷中的至少一种。6.根据权利要求1所述的一种热塑性微气囊聚合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈乔健，郭杨龙，
申请(专利权)人：南通德亿新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32