一种物理发泡轻量化片材及其制备方法
技术领域
本申请涉及塑料制品的领域，尤其是涉及一种物理发泡轻量化片材及其制备方法。
背景技术
吸塑作为一种塑料常用的加工工艺，被广泛应用在电子、电器行业、食品行业、化妆品行业、文体用品等的包装材料制作中。吸塑的主要原理是将平展的塑料硬片材加热变软后，采用真空吸附于模具表面，冷却后成型得到相应的塑料制品。
吸塑包装制品主要包括泡壳、托盘、吸塑盒等，吸塑包装不仅具有节省原辅材料、重量轻、运输方便、密封性能的优点，而且其符合环保绿色包装的要求。
针对上述中的相关技术，发明人认为：吸塑工艺中的片材的加工通常是一体成型，导致片材的重量较大，不利于片材的后续加工和使用。
发明内容
为了减小片材的重量，本申请提供一种物理发泡轻量化片材及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种物理发泡轻量化片材，采用如下的技术方案：
一种物理发泡轻量化片材，包括中间层和边侧层，所述边侧层位于中间层两侧，所述中间层内设置有若干微泡。
通过采取上述技术方案，中间层由于微泡的存在，从而可以降低中间层的密度，从而可以降低片材整体的密度，减轻片材的重量，同时边侧层的设置，使得片材的边侧属于实体，从而可以减小由于微泡的设置而引起的对片材力学性能的影响，从而本申请可以得到一种轻量化的片材。
可选的，所述微泡的孔径为0.05-400微米。
通过采取上述技术方案，将微泡的孔径控制在合适的范围，满足减轻片材重量的要求的同时，进一步减少对片材力学性能的影响。
可选的，所述片材的发泡倍率为1.05-5。
通过采取上述技术方案，发泡倍率指的是微泡体积与不包含微泡的片材体积的比值，将发泡倍率控制在合适的范围内，减少因微孔的存在而引起的对片材力学性能的影响。
可选的，所述片材的泡孔密度为105-1016个/cm3。
通过采取上述技术方案，泡孔的密度会影响到片材的撕裂强度，将泡孔密度控制在合适的范围内，从而给可以相对提高片材的力学性能。
可选的，所述中间层厚度和两所述边侧层总厚度的比值为1-100。
通过采取上述技术方案，合适的厚度比，使得中间层满足对片材重量减轻作用的要求的同时，边侧层满足维持片材力学性能的要求。
第二方面，本申请提供一种物理发泡轻量化片材的制备方法，采用如下的技术方案：一种物理发泡轻量化片材的制备方法，包括以下步骤：
S1：原材料熔融：
中间层材料熔融：将中间层材料加热熔融，并在熔融的中间层材料中加入气孔成核剂，得到中间熔体；
边侧层材料熔融：将边侧层材料加热熔融，得到边侧熔体；
S2：物理发泡剂注入
待中间熔体塑化后，向中间熔体中注入物理发泡剂，得到含发泡剂的熔体；
S3：成型
将边侧熔体和含发泡剂的熔体通入成型模具中，使得边侧熔体位于含发泡剂的熔体两侧，然后出模，含发泡剂的熔体膨胀发泡，得到轻量化片材。
通过采取上述技术方案，气孔成核剂的加入可以细化中间层中的微泡；等待中间熔体塑化之后，向中间熔体中注入物理发泡剂，从而使得物理发泡剂均匀地分布在中间熔体中，最后将边侧熔体和含发泡剂的熔体通入成型模具中，使得边侧熔体和含发泡剂的熔体融合，同时，边侧熔体封闭含发泡剂的熔体的两侧，并且出模时，含发泡剂的熔体恢复常压，物理发泡剂在高温的作用下发泡。
可选的，所述步骤S2中，物理发泡剂的打入压强为2-20MPa。
通过采取上述技术方案，选择合适的压强，在不影响中间熔体输送的同时，使得物理发泡剂均匀地分布到中间熔体中。
可选的，所述物理发泡剂为氮气、二氧化碳、C3-C6烷烃中的一种或多种。
通过采取上述技术方案，选择合适的物理发泡剂，使得中间层材料可以进行良好的发泡。
可选的，所述片材的原材料为PET、PLA、PS、ABS、PP中的一种或多种。
通过采取上述技术方案，PET即聚对苯二甲酸乙二醇酯，具有良好的物理机械性能，而且抗蠕变性，耐疲劳性，耐摩擦性、尺寸稳定性都很好；PLA是生物降解塑料聚乳酸，具有良好的加工性能，而且热稳定性良好；PS即聚苯乙烯，具有电绝缘性能好、易着色、加工流动性好、刚性好等性能；ABS是指丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料结构；PP即聚丙烯，作为一种热塑性材料，同样具有优良的力学性能；利用上述材料制备得到片材，可以使得片材具有良好的加工性能和使用性能。
可选的，所述步骤S2中，物理发泡剂通过打气装置打入到中间熔体中，所述打气装置的出气端与用于熔融原材料的挤出机相连；所述打气装置包括储气罐、供气管、集气罩、出气管和同步开合件，所述供气管与储气罐相连，所述供气管上设置有气泵，所述集气罩设置在挤出机料筒的外周壁上，所述集气罩内设置有分隔环板，所述分隔环板的环内壁与挤出机料筒的外周壁相对，所述分隔环板将集气罩分隔为靠近挤出机料筒的容纳环腔和位于容纳环腔远离挤出机料筒一侧的集气环腔，所述供气管与集气环腔连通；所述出气管的进气端均布在分隔环板上，所述出气管的出气端伸入挤出机的料筒内，所述出气管与集气环腔相通，所述出气管的进气端内侧壁上通过转动轴转动设置有封闭板；
所述同步开合件包括定位扭簧、定位抵块、联动齿轮和同步齿环，所述定位扭簧设置在转动轴和出气管侧壁之间，所述定位抵块设置在出气管内侧壁远离出气管出气端的一侧，所述定位抵块与封闭板抵紧，所述封闭板封闭出气管，所述转动轴伸出集气罩，所述联动齿轮与转动轴一一对应设置，所述联动齿轮设置在转动轴伸出集气罩的一端，所述同步齿环转动设置在挤出机的料筒外周壁上，所述联动齿轮均与同步齿环啮合。
通过采取上述技术方案，物理发泡剂预先进入到集气罩中，使得物理发泡剂充满集气罩，在集气罩中的压强达到规定的大小后，定位扭簧被克服，促使转动轴带动封闭板转动；并且，由于同步齿环与联动齿轮的啮合作用，使得所有的转动轴带动对应的封闭板同步转动，从而所有的出气管被同步开通，使得物理发泡剂同时均匀地被注入挤出机料筒的不同位置，使得物理发泡剂均匀地分布在中间熔体中。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请中微泡的设置，可以降低中间层的密度，从而可以降低片材整体的密度，不仅减轻片材的重量，而且降低了成本，具有绿色环保的特点；
2.本申请在中间层设置微泡的同时，还同时在中间层的两侧设置实体的边侧层，增强发泡的中间层，进而减少微泡对片材力学性能的影响，可以扩大产品的使用范围；
3.本申请的片材由于设置了带有微泡的中间层，因此还具有良好的缓冲和隔热性能，可以用于汽车隔音，建筑冷库保温等领域；
4.本申请提供了一种轻量化片材的制备方法，可以便捷地得到本申请的轻量化片材,并且，本申请的微泡直径为0.05-400微米，优选为0.05-300微米，更优选为0.05-20微米，0.05-0.07微米为最佳；
附图说明
图1是本申请实施例1中片材结构的示意图。
图2是本申请实施例1中打气装置结构的示意图。
图3是本申请实施例1中打气装置结构的俯视图。
图4是图3中沿A-A线的剖视图。
图5是图4中B出的放大图。
图6是图3中沿C-C线的剖视图。
图7是图6中D处的放大图。
附图标记说明：11、中间层；12、边侧层；2、微泡；3、打气装置；31、储气罐；32、供气管；321、气泵；33、集气罩；331、分隔环板；332、容纳环腔；333、集气环腔；34、出气管；341、固定管；3411、导向滑槽；3412、连杆；342、活动管；3421、导向滑块；3422、限位弹簧；343、转动轴；344、封闭板；35、同步开合件；351、定位扭簧；352、定位抵块；353、联动齿轮；354、同步齿环；4、料筒；5、受力堵块；6、承托环。
具体实施方式
以下结合附图1-7对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种物理发泡轻量化片材。
实施例1
如图1所示，一种物理发泡轻量化片材，片材的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯，片材包括中间层11和边侧层12，边侧层12位于中间层11两侧，而且在本实施例中，中间层11厚度为1毫米，两个边侧层的厚度均为0.143毫米，中间层11厚度和两边侧层12总厚度的比值为3.5。同时，中间层11内设置有若干闭合的微泡2，微泡2的孔径为0.05-0.07微米，片材的发泡倍率为1.05，泡孔密度为1016个/cm3。
本申请实施例1还公开了一种打气装置。
如图2和图3所示，本实施例中的打气装置3和挤出机配套使用，打气装置3包括储气罐31、供气管32和集气罩33，供气管32的进气管与储气罐31的出气端相连通，并且供气管32上安装有气泵321；集气罩33为环形罩，而且集气罩33罩设在挤出机料筒4的外周壁上，集气罩33的环内侧端壁与挤出机的料筒4的外周壁固定连接。
如图4和图5所示，集气罩33沿轴向的相对内侧壁间还一体连接有分隔环板331，因此分隔环板331的环内壁与挤出机料筒4的外周壁相对，同时，分隔环板331将集气罩33分隔为容纳环腔332和集气环腔333两个腔室，容纳环腔332靠近挤出机料筒4，集气环腔333位于容纳环腔332远离挤出机料筒4一侧,供气管32的出气端与集气环腔333连通；打气装置3还包括出气管34和同步开合件35，本实施例中的出气管34有六个，而且六个出气管34的进气端沿分隔环板331的圆周方向均布在分隔环板331上，出气管34的进气端与集气环腔333相通。
如图5和图7所示，出气管34的出气端则伸入挤出机的料筒4内，出气管34的进气端内侧壁上转动设置有转动轴343，转动轴343上固定连接有封闭板344。初始的时候，封闭板344会封闭出气管34，只有在物理发泡剂聚集在集气环腔333中，使得集气环腔333中的压强达到规定的大小，同步开合件35会带动所有的封闭板344同步转动，使得出气管34同步开启，从而物理发泡剂可以在气泵321的作用下均匀地打入到基础料筒4中的各个位置。
如图5和图7所示，同步开合件35包括定位扭簧351、定位抵块352、联动齿轮353和同步齿环354，定位扭簧351固定连接在转动轴343和出气管34侧壁之间，定位抵块352固定连接在出气管34内侧壁远离出气管34出气端的一侧，在定位扭簧351处于自然状态的时候，定位抵块352与封闭板344抵紧，封闭板344封闭出气管34；在本实施例中，六个转动轴343的同侧端均伸出集气罩33，联动齿轮353与转动轴343一一对应设置，联动齿轮353固定连接在在转动轴343伸出集气罩33的一端，同步齿环354转动设置在挤出机的料筒4外周壁上，而且联动齿轮353均与同步齿环354的环外壁啮合。从而在集气环腔333中的压强达到规定大小，即可克服定位扭簧351的弹力，并且由于同步齿环354和联动齿轮353啮合，所有的封闭板344同步转动，六个出气管34即可同步打开。
如图5和图6所示，在本实施例中每个出气管34均包括固定管341和活动管342，固定管341与分隔环板331连通，固定管341内周壁上沿轴向设置有导向滑槽3411，活动管342穿设在固定管341内，并且活动管342的外周壁与固定管341的内周壁贴合密封，活动管342的外周壁上一体连接有导向滑块3421，导向滑块3421与导向滑槽3411槽壁沿固定管341的轴向滑移连接；而且导向滑块3421和导向滑槽3411靠近分隔环板331的侧壁间固定连接有限位弹簧3422。
如图5和图7所示，固定管341的内壁上设置有连杆3412，连杆3412上一体连接受力堵块5，活动管342的内周壁上设置有承托环6，承托环6的环内径沿远离分隔环板331的方向逐渐变小，受力堵块5为锥形块，而且在限位弹簧3422处于自然状态的时候，受力堵块5插设在承托环6环内壁上且与承托环6环内壁贴合；同时活动管342伸出固定管341的一侧伸入到挤出机的料筒4中。
如图5和图7所示，物理发泡剂在进入到固定管341中后，由于固定管341中的压强变大，限位弹簧3422的压力被克服，活动管342远离分隔环板331移动，受力堵块5和承托环6分离，物理发泡剂经由受力堵块5和承托环6之间的缝隙进入到活动管342中，同时由于固定管341中的压强被释放，活动管342被限位弹簧3422拉回原位，从而活动管342在固定管341中往复滑移，活动管342的出气端沿着轴向在挤出机的料筒4中移动，使得物理发泡剂可以更加均匀地注入到挤出机料筒4内。
本申请实施例1中一种打气装置的工作原理为：只要开启气泵321，使得储气罐31中的物理发泡剂通过供气管32进入到集气罩33中，集气罩33中的压强达到一定的大小后，在同步齿环354和联动齿轮353的啮合作用下，封闭板344同步转动，物理发泡剂进入到固定管341中，促使活动管342滑移，物理发泡剂经由活动管342打入到挤出机的料筒4中。
本申请实施例1还公开了一种物理发泡轻量化片材的制备方法。
一种物理发泡轻量化片材的制备方法包括以下步骤：
本申请实施例中的片材原料为聚对苯二甲酸乙二醇酯，其中，聚对苯二甲酸乙二醇酯购自东莞市卡达尔塑胶原料有限公司，货号为530。
S1：原材料熔融：
中间层11材料熔融：将中间层11材料加入到双螺杆挤出机中，260-280℃加热熔融，然后向螺杆挤出机中加入气孔成核剂，本实施例中的气孔成核剂为石墨粉，得到中间熔体；
边侧层12材料熔融：将边侧层12材料加入到单螺杆挤出机中，260-280℃加热熔融，得到边侧熔体；
S2：物理发泡剂注入
待中间熔体塑化后，启动打气装置3，控制物理发泡剂的打气压强为20MPa，向中间熔体注入物理发泡剂，本实施例中的物理发泡剂为二氧化碳，最后得到含发泡剂的熔体，并且物理发泡剂和片材原材料总量的质量比为5％；
S3：成型
利用熔体分配器，将边侧熔体和含发泡剂的熔体通入成型模具中，使得边侧熔体位于含发泡剂的熔体两侧，然后出模，出模时含发泡剂的熔体恢复常压，物理发泡剂在高温的作用下发泡，得到轻量化片材。
实施例2-11
实施例2-11与实施例1的不同之处在于，片材的发泡倍率和微泡2直径以及片材的泡孔密度不同，具体见下表。
表1
实施例12-15
实施例12-15与实施例1的不同之处在于：中间层11厚度和两边侧层12总厚度的比值不同，具体见下表。
对比例1-2
对比例1-2与实施例1的不同之处在于，片材的发泡倍率和微泡2的直径不同，具体见下表：
表3
对比例3与实施例1的不同之处在于，对比例3不含有微泡，因此不含有注入物料发泡剂的步骤。
性能检测：
检测实施例1-10以及对比例1-7的撕裂强度，结果见下表。
表4
由实施例1-3和对比例3的检测结果可知，本申请的片材通过设置合适的微泡，在减轻片材重量的同时，可以使得片材依然具有良好的力学性能，其中，实施例1的片材性能最好。
由实施例4-8可知，泡孔密度发生改变后，对应的微泡直径也会发生改变，并且，泡孔密度的大小会影响到片材的撕裂强度，随着泡孔密度变大，片材的撕裂强度越好。同时由对比例1和2的检测结果可知，如果泡孔密度和泡孔直径控制不好，即使减轻了片材的重量，也会导致片材的力学性能变差，影响片材的使用。
由实施例9-11的检测结果可知，发泡倍率对片材性能的影响不大，而且结合实施例4-8可知，泡孔密度的大小和泡孔直径的大小会相互影响。
由实施例1和实施例12-15的检测结果可知，中间层11厚度和两边侧层12总厚度的比值对片材的撕裂强度有一定影响，其中实施例1的中间层11厚度和两边侧层12总厚度的比值为最优值。
从而本申请通过设置合适微泡的方式来降低片材的重量，同时保持片材的力学性能不变或者基本不变。而且由于本申请片材重量轻，有利于降低片材的运输成本和使用成本，具有较大的经济和环境效益。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
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