聚丙烯发泡建筑模板及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及塑料建筑模板技术领域，具体涉及一种聚丙烯发泡建筑模板及其制备方法和应用。

背景技术

目前，塑料建筑模板多采用中空成型结构设计，该模板基本材料为聚丙烯树脂，同时加入辅助材料，比如耐候助剂和防老化助剂。同时，该模板结构设计的模板具有很好的抗冲击性能，但该种设计具有显著缺点，即表面平整度较差。由于其中空设计，生产加工时无背楞处与有背楞处厚度不均一，聚丙烯热收缩性导致无背楞处变形更大，进而导致模板表面平整度不均一。

市场上常见的另一种塑料模板是背楞式模数化塑料模板，该产品除了结构不均一以外，还存在自重较大，单片面积有限的限制；而结皮发泡成型工艺的塑料模板产品，性能较低(一般最高1300MPa)，单位面积重量也在8kg/m

CN105604312A公开的纤维增强建筑模板，包括板芯、及覆在板芯上下表面的面层；板芯包括多层粘结为一体的带有木质纤维的木皮，相邻木皮的木质纤维方向相互垂直；面层包括复合连接为一体的1层-4层纤维增强预浸料片层；面层与板芯之间通过粘结层连接为一体。但该建筑模板需要采用特殊粘结材料，并没有涉及如何解决平整度问题，以及如何满足轻质高强要求。

因此，亟需一种新的聚丙烯发泡建筑模板的制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有建筑模板存在表面平整度差、平整度不均一、自重较大、单位面积有限等问题，提供一种新的聚丙烯发泡建筑模板及其制备方法和应用，该建筑模板采用聚丙烯超临界发泡板作为芯层，大幅度降低建筑模板的表观密度，同时采用连续纤维增强热塑性化合物预浸料作为上下面层，明显提高建筑模板的强度。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种聚丙烯发泡建筑模板，该聚丙烯发泡建筑模板包括：芯层、上面层和下面层，且所述上面层和下面层分别设置在所述芯层的上表面和下表面，所述芯层为聚丙烯超临界发泡板，所述上面层和下面层各自独立地为连续纤维增强热塑性化合物预浸料；

其中，所述聚丙烯超临界发泡板通过将由聚丙烯和超临界气体进行挤出发泡制得的所述芯层夹在所述上面层和下面层之间，依次经过辊压热熔复合、冷却成型制得。

本发明第二方面提供一种聚丙烯发泡建筑模板的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将聚丙烯和超临界气体进行挤出发泡，得到的聚丙烯超临界发泡板作为芯层；

(2)将连续纤维增强热塑性化合物预浸料作为上面层和下面层；

(3)在牵引力作用下，将所述芯层夹在所述上面层和下面层之间，依次进行辊压热熔复合、冷却成型，制得聚丙烯发泡建筑模板；

其中，所述牵引力的牵引速度和所述挤出发泡的挤出发泡速度相同。

本发明第三方面提供一种第一方面提供的聚丙烯发泡建筑模板，或者，第二方面提供的方法制得的聚丙烯发泡建筑模板在建筑土木工程领域、混凝土现场浇筑施工工程领域、以及工业化装配式建筑领域中的构件厂混凝土浇筑工艺过程中的应用。

相比现有技术，本发明具有以下优势：

(1)本发明提供的聚丙烯发泡建筑模板，采用聚丙烯超临界发泡板作为芯层，能够明显降低建筑模板的表观密度；采用连续纤维增强热塑性化合物预浸料作为独立的上下面层，能够明显提高建筑模板的强度同时，避免了表面平整度不均一的缺陷；

尤其是，采用挤出发泡制得的聚丙烯超临界发泡板具有泡孔分布均匀、孔径均一、泡孔结构完整等特点，进一步改善建筑模板的密度；

(2)本发明提供的方法，采用一步法制得聚丙烯发泡建筑模板，即，将芯层与上面层、下面层在牵引力作用下，直接进行辊压热熔复合、冷却成型制得，无需专门粘接工艺，简化工艺，提高加工效率，节约成本。

附图说明

图1是实施例1制得的聚丙烯发泡建筑模板S1。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明第一方面提供一种聚丙烯发泡建筑模板，该聚丙烯发泡建筑模板包括：芯层、上面层和下面层，且所述上面层和下面层分别设置在所述芯层的上表面和下表面，所述芯层为聚丙烯超临界发泡板，所述上面层和下面层各自独立地为连续纤维增强热塑性化合物预浸料；

其中，所述聚丙烯超临界发泡板通过将由聚丙烯和超临界气体进行挤出发泡制得的所述芯层夹在所述上面层和下面层之间，依次经过辊压热熔复合、冷却成型制得。

在本发明中，没有特殊情况说明下，所述牵引力的牵引速度和所述挤出发泡的挤出发泡速度相同旨在将连续纤维增强热塑性化合物预浸料均匀设置在聚丙烯超临界发泡板上，从而改善面层(上面层和下面层)与芯层的结合效果，并提高建筑模板的表面平整度。

相比现有具有格构中空结构的聚丙烯塑料模板，本发明采用超临界发泡板作为芯层制得的聚丙烯发泡建筑模板，具有结构稳定更稳定均一、回弹性好、低表观密度、高弯曲强度等优势。

在本发明中，采用挤出发泡制得的聚丙烯发泡板具有泡孔分布均匀、孔径均一、泡孔结构完整等特点，能够提高建筑模板的质量均一性、改善板材力学稳定性，并且可以在保持同等力学性能的前提条件下显著降低建筑模板的表观密度。

在本发明的一些实施方式中，优选地，所述聚丙烯超临界发泡板的发泡倍率为5-20倍，例如，5倍、8倍、10倍、12倍、15倍、20倍，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为5-15倍；泡孔平均直径为30-75μm，例如，30μm、40μm、50μm、55μm、60μm、65μm、75μm，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为50-65μm；泡孔密度为10

在本发明中，没有特殊情况说明下，发泡倍率参数采用致密塑料密度与同材质发泡塑料的表观密度之比方法测得；泡孔平均直径参数采用GB/T128811-91测得；泡孔密度参数利用液氮将发泡制品脆断，制成小片，将其断面向上粘在铜片上进行喷金处理，利用扫描电子显微镜对断面进行观察的方法测得。

在本发明中，对所述挤出发泡的条件具有较宽的选择范围，只要将聚丙烯和超临界气体经挤出发泡制得聚丙烯超临界发泡板即可。优选地，所述挤出发泡的条件包括：挤出温度为140-220℃，优选为150-180℃；螺杆转速为20-300rpm，优选为50-200rpm；挤出发泡速度为1-5m/min，优选为2-3m/min。

在本发明的一种具体实施方式中，所述挤出发泡在双螺杆挤出机中进行。

在本发明的一些实施方式中，优选地，以g为单位计的所述聚丙烯和以mL为单位计的所述超临界气体的用量比为1：0.2-2，例如，1:0.2、1:0.5、1:1、1:1.5、1:2，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为1：0.5-1.5。

在本发明的一些实施方式中，优选地，所述聚丙烯的重均分子量为10

在本发明中，没有特殊情况说明下，重均分子量参数采用凝胶色谱法测得；熔体质量流动速率参数采用GB/T 3682-2018测得。

在本发明的一些实施方式中，优选地，所述超临界流体选自CO

在本发明的一些实施方式中，优选地，所述连续纤维增强热塑性化合物预浸料由连续纤维和热塑性聚合物经熔融浸渍制得。进一步优选地，所述熔融浸渍的条件包括：温度为150-250℃，例如，150℃、180℃、200℃、220℃、250℃，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为180-250℃。当熔融浸渍温度过低，浸渍不充分；当熔融浸渍温度过高，聚合物降解显著，影响力学性能。

在本发明的一种具体实施方式中，所述熔融浸渍在对辊机中进行，根据具体的工艺情况，对辊机包括并不局限于对辊压光机、三辊压光机等。

在本发明的一些实施方式中，优选地，以所述连续纤维增强热塑性化合物预浸料的总重量为基准，所述连续纤维的含量≥60wt％，优选为60-85wt％。采用优选的条件，更有利于提高连续纤维增强热塑性化合物预浸料的力学性能，并且可以降低成本，从而提高建筑模板的力学性能。

在本发明的一些实施方式中，优选地，所述连续纤维选自玻璃纤维和/或碳纤维。

在本发明的一些实施方式中，优选地，所述热塑性聚合物的重均分子量为10

在本发明的一些实施方式中，优选地，所述芯层的厚度为5-25mm，例如，5mm、8mm、10mm、12mm、15mm、20mm、25mm，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为8-20mm；所述上面层和下面层的厚度各自独立地为0.1-5mm，例如0.1mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、3mm、4mm、5mm，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为0.5-2mm。

在本发明中，没有特殊情况说明下，厚度参数采用螺旋测微器测得。

在本发明的一些实施方式中，优选地，所述上面层和下面层的外表面各自独立地为光滑状、粗糙状，且所述粗糙状设有0.1-2mm的凸起。

本发明提供的聚丙烯发泡建筑模板采用一步法制得，不使用特殊的粘结材料，降低了建筑模板的成本，采用挤出发泡制得的聚丙烯超临界发泡板作为芯层，提供了芯层结构的均一性，采用连续纤维增强热塑性化合物预浸料作为上下面层，降低了建筑材料的表面平整度的前提下，提高了建筑模板的力学性能。

根据本发明，优选地，所述聚丙烯发泡建筑模板的表观密度为0.4-0.8g/cm

在本发明中，没有特殊情况说明下，表观密度参数、吸水率参数、加热尺寸稳定性参数、微卡软化温度参数、弯曲强度参数和弯曲弹性模量参数均采用JG/T 418-2013塑料模板测试得到。

根据本发明一种特别优选的实施方式，该聚丙烯发泡建筑模板包括：芯层、上面层和下面层，且所述上面层和下面层分别设置在所述芯层的上表面和下表面，所述芯层为聚丙烯超临界发泡板，所述上面层和下面层各自独立地为连续纤维增强热塑性化合物预浸料；

其中，所述聚丙烯超临界发泡板通过将由聚丙烯和超临界气体进行挤出发泡制得的所述芯层夹在所述上面层和下面层之间，依次经过辊压热熔复合、冷却成型制得；

其中，所述聚丙烯超临界发泡板的发泡倍率为5-20倍泡孔平均直径为30-75μm，泡孔密度为10

其中，以所述连续纤维增强热塑性化合物预浸料的总重量为基准，所述连续纤维的含量≥60wt％。

本发明第二方面提供一种聚丙烯发泡建筑模板的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将聚丙烯和超临界气体进行挤出发泡，得到的聚丙烯超临界发泡板作为芯层；

(2)将连续纤维增强热塑性化合物预浸料作为上面层和下面层；

(3)在牵引力作用下，将所述芯层夹在所述上面层和下面层之间，依次进行辊压热熔复合、冷却成型，制得聚丙烯发泡建筑模板；

其中，所述牵引力的牵引速度和所述挤出发泡的挤出发泡速度相同。

在本发明中，没有特殊情况说明下，所述聚丙烯和超临界气体的种类均依照上述的限定，本发明在此不作赘述。

在本发明中，对所述挤出发泡的条件具有较宽的选择范围，只要将所述聚丙烯和超临界气体制得聚丙烯超临界发泡板即可。优选地，所述挤出发泡的条件包括：挤出温度为140-220℃，优选为150-180℃；螺杆转速为20-300rpm，优选为50-200rpm；挤出发泡速度为1-5m/min，优选为2-3m/min。

在本发明的一些实施方式中，优选地，以g为单位计的所述聚丙烯和以mL为单位计的超临界气体的用量比为1：0.2-2，优选为1：0.5-1.5。

在本发明的一些实施方式中，优选地，所述连续纤维增强热塑性化合物预浸料由连续纤维和热塑性聚合物经熔融浸渍制得。

在本发明中，对所述熔融浸渍的条件具有较宽的选择范围。优选地，所述熔融浸渍的条件包括：温度为150-250℃，优选为180-250℃。

在本发明中，对所述辊压热熔复合的条件具有较宽的选择范围，只要将所述芯层、上面层和下面层进行辊压复合即可。优选地，所述辊压热熔复合的条件包括：温度100-200℃，优选为150-180℃；压力1-1.5MPa，优选为1-1.1MPa。采用优选的条件，更有利于层间粘合更优，整体性好。

在本发明的一种具体实施方式中，所述辊压热熔复合在辊压设备中进行。

在本发明中，对所述冷却成型的方式具有较宽的选择范围，本发明包括并不局限于水冷、油冷、风冷。

在本发明中，对所述冷却成型的条件具有较宽的选择范围。优选地，所述冷却成型采用多级控制，且温度按梯度逐渐降低。在本发明中，冷却控制层级越多越好，但是越多，成本越高，主要是冷却效率与成本控制直接的协调。

本发明第三方面提供一种第一方面提供的聚丙烯发泡建筑模板，或者，第二方面提供的方法制得的聚丙烯发泡建筑模板在建筑土木工程领域、用于混凝土现场浇筑施工工程领域、以及工业化装配式建筑领域中的构件厂混凝土浇筑工艺过程中的应用。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

发泡倍率参数采用致密塑料密度与同材质发泡塑料的表观密度之比方法测得；

泡孔平均直径参数采用GB/T 128811-91测得；

泡孔密度参数利用液氮将发泡制品脆断，制成小片，将其断面向上粘在铜片上进行喷金处理，利用扫描电子显微镜对断面进行观察的方法测得；

重均分子量参数采用凝胶色谱法测得；

熔体质量流动速率参数采用GB/T 3682-2018测得；

表观密度参数、吸水率参数、加热尺寸稳定性参数、微卡软化温度参数、弯曲强度参数和弯曲弹性模量参数均采用JG/T 418-2013塑料模板测试得到。

实施例1-8和对比例1-3制得的聚丙烯发泡建筑模板(S1-S8和D1-D3)的物性参数均列于表1。

实施例1

(1)将聚丙烯(在230℃、2.16kg条件下，熔体质量流动速率为3g/10min；重均分子量为3.45×10

其中，聚丙烯超临界发泡板的厚度为10mm，发泡倍率为7倍，泡孔平均直径为55μm，泡孔密度为8×10

(2)将连续纤维(碳纤维)和热塑性聚合物(聚丙烯，重均分子量为2.678×10

其中，上面层和下面层的厚度均为1.5mm；

(3)在牵引力作用下，将上述芯层夹在上面层和下面层之间，先在辊压设备中进行辊压热熔复合后，再进行冷却成型，制得聚丙烯发泡建筑模板S1；其中，牵引力的牵引速度和挤出发泡的挤出发泡速度相同；辊压热熔复合的条件包括：温度为150℃，压力为1MPa。

其中，聚丙烯发泡建筑模板S1的结构示意图如图1所示，由图1可知，聚丙烯发泡建筑模板由芯层，以及设置在芯层上下表面的上面层和下面层组成，且芯层具有均一的泡孔结构。

实施例2

(1)将聚丙烯(在230℃、2.16kg条件下，熔体质量流动速率为26g/10min；重均分子量为2.22×10

其中，聚丙烯超临界发泡板的厚度为15mm，发泡倍率为10倍，泡孔平均直径为60μm，泡孔密度为6×10

(2)将连续纤维(碳纤维)和热塑性聚合物(聚丙烯，重均分子量为1.8×10

其中，上面层和下面层的厚度均为2mm；

(3)在牵引力作用下，将上述芯层夹在上面层和下面层之间，先在辊压设备中进行辊压热熔复合后，再进行冷却成型，制得聚丙烯发泡建筑模板S2；其中，牵引力的牵引速度和挤出发泡的挤出发泡速度相同；辊压热熔复合的条件包括：温度为160℃，压力为1MPa。

其中，聚丙烯发泡建筑模板S2的结构示意图与图1类似。

实施例3

(1)将聚丙烯(在230℃、2.16kg条件下，熔体质量流动速率为36g/10min；重均分子量为1.75×10

其中，聚丙烯超临界发泡板的厚度为20mm，发泡倍率为15倍，泡孔平均直径为63μm，泡孔密度为4×10

(2)将连续纤维(碳纤维)和热塑性聚合物(聚丙烯，重均分子量为1.5×10

其中，上面层和下面层的厚度均为0.5mm；

(3)在牵引力作用下，将上述芯层夹在上面层和下面层之间，先在辊压设备中进行辊压热熔复合后，再进行冷却成型，制得聚丙烯发泡建筑模板S3；其中，牵引力的牵引速度和挤出发泡的挤出发泡速度相同；辊压热熔复合的条件包括：温度为180℃，压力为1.1MPa。

其中，聚丙烯发泡建筑模板S3的结构示意图与图1类似。

实施例4

按照实施例1的方法，不同的是，步骤(2)中，将连续纤维替换为无碱玻璃纤维，其余条件相同，得到聚丙烯发泡建筑模板S4。

实施例5

按照实施例1的方法，不同的是，步骤(1)中，将超临界气体替换为N

实施例6

按照实施例1的方法，不同的是，步骤(1)中，在230℃、2.16kg条件下，聚丙烯的熔体质量流动速率为0.5g/10min；聚丙烯的重均分子量为2.9×10

其中，聚丙烯超临界发泡板的厚度为15mm，发泡倍率为6倍，平均泡孔直径为54μm，泡孔密度为4×10

其余条件相同，得到聚丙烯发泡建筑模板S6。

实施例7

按照实施例1的方法，不同的是，步骤(1)中，以g为单位计的聚丙烯和以mL为单位计的超临界气体的用量比替换为1：0.2，得到的聚丙烯超临界发泡板作为芯层；

其中，聚丙烯超临界发泡板的厚度为10mm，发泡倍率为5倍，泡孔平均直径为54μm，泡孔密度为6×10

其余条件相同，得到聚丙烯发泡建筑模板S7。

实施例8

按照实施例1的方法，步骤(1)中，以连续纤维增强热塑性化合物预浸料的总重量为基准，连续纤维的含量为55wt％，其余条件相同，得到聚丙烯发泡建筑模板S8。

对比例1

按照实施例1的方法，不同的是，步骤(2)中，上面层和下面层各自独立地为热塑性片层，且热塑性片层由聚丙烯(重均分子量为2.678×10

对比例2

按照实施例1的方法，不同的是，步骤(2)中，将连续纤维增强热塑性化合物预浸料替换为短纤维增强热塑性化合物预浸料，其余条件相同，得到聚丙烯发泡建筑模板D2。

对比例3

按照实施例1的方法，不同的是，步骤(3)中，牵引力的牵引速度小于挤出发泡的挤出发泡速度，即，牵引力的牵引速度为1.8m/min，其余条件相同，得到聚丙烯发泡建筑模板D3。

表1

通过表1的结果可以看出，本发明提供的聚丙烯发泡建筑模板，以聚丙烯超临界发泡板作为芯层，使得建筑模板具有更优的轻量化效果和力学性能，即，建筑模板具有较低的表观密度和吸水率，较高的加热尺寸稳定性、微卡软化温度、弯曲强度和弯曲弹性模量；尤其通过调整聚丙烯超临界发泡板的物性参数在优选的保护范围内，进一步调整建筑模板的综合性能。

测试例

将实施例1-8和对比例1-3制得的聚丙烯发泡建筑模板(S1-S8和D1-D3)进行低温落锤冲击测试，测试条件参照JG/T 418-2013塑料模板，测试结果列于表2。

将实施例1-8和对比例1-3制得的聚丙烯发泡建筑模板(S1-S8和D1-D3)进行耐碱性测试，测试条件参数JG/T 418-2013塑料模板，测试结果列于表2。

表2

由表2数据可知，本发明提供的聚丙烯发泡建筑模板具有耐低温落锤冲击和耐碱性的特点。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。