一种聚合物的激光定向发泡方法与流程

本发明涉及一种聚合物的激光定向发泡方法，属于立体印花。

背景技术：

1、立体印花可以赋予面料生动的浮雕、刺绣效果，形成美观有质感的立体形状，深受市场欢迎。目前，常见的制备立体印花的方法主要是基于传统化学发泡技术，采用含热塑性高聚树脂和化学发泡剂的印浆进行发泡印花，化学发泡剂受热分解，释放出气体使印浆膨胀形成三维立体图案。但是，化学发泡剂通常会对环境造成破坏且容易在聚合物基体内残留，不符合绿色环保的要求。

2、与传统化学发泡技术相比，物理发泡技术能够使用二氧化碳(co2)和氮气(n2)等环境友好的物理发泡剂实现发泡，具有绿色环保的优势。超临界流体发泡制备轻量化聚合物材料即是物理发泡技术的一种。现阶段，超临界流体发泡工艺主要可分为釜压发泡、模压发泡、注塑发泡和挤出发泡这几种。其中，釜压发泡可以制备出发泡倍率高(低密度)、泡孔致密均匀、闭孔率高的微孔聚合物发泡珠粒，而且，其通过模塑成型还可以将聚合物发泡珠粒熔结为各类复杂的异型结构制品。模压发泡可以制备出发泡倍率高(低密度)、泡孔致密均匀、闭孔率高的微孔聚合物发泡厚板材，具有优异的力学性能。注塑发泡可以制备出具有复杂结构的低发泡倍率发泡材料，具有较高的力学性能。而挤出发泡则可以实现聚合物发泡板材、片材以及珠粒的连续化制备。

3、然而，无论是何种超临界流体发泡工艺，都只能实现聚合物材料整体上的发泡，尽管有研究人员提出了可通过在聚合物内部构建不均匀的物理场(如发泡剂浓度场和温度场等)来实现梯度结构聚合物发泡材料的制备，但是，其本质上还是聚合物材料整体发泡，只是在聚合物材料内部构筑了梯度结构分布，难以在聚合物材料表面实现立体印花。因此，亟需开发基于超临界流体发泡技术的能够在聚合物表面实现立体印花的发泡方法以克服现有的基于传统化学发泡技术的制备立体印花的方法所存在的缺陷。

技术实现思路

1、为解决上述缺陷，本发明提供了一种聚合物的激光定向发泡方法，所述激光定向发泡方法包含如下步骤：

2、饱和步骤：将待印花聚合物胚体持续放置于温度为饱和温度、压力为发泡压力的模腔中，直至气体发泡剂在待印花聚合物胚体中达到溶解扩散平衡；

3、激光步骤：达到溶解扩散平衡后，将模腔内的压力泄压至环境压力；泄压至环境压力后，打开模腔，对待印花聚合物胚体进行激光打标，得到表面有立体印花的聚合物产品。

4、在本发明的一种实施方式中，所述饱和温度为0～60℃。

5、在本发明的一种实施方式中，所述饱和温度为10～40℃。

6、在本发明的一种实施方式中，所述饱和温度为20～30℃。

7、在本发明的一种实施方式中，所述待印花聚合物胚体的材料包括热塑性聚氨酯(tpu)，聚丙烯(pp)，聚全氟乙烯(ptfe)，聚苯乙烯(ps)，聚苯醚(ppo)，聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)，聚碳酸酯(pc)，环烯烃共聚物(coc)，聚酮(pok)，聚乙烯(pe)，液晶聚酯(lcp)，聚酯弹性体(tpee)，尼龙弹性体(peba)，尼龙(pa)，聚偏二氟乙烯(pvdf)，聚烯烃弹性体(poe)，聚丁烯(pb)，聚乳酸(pla)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)，己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物(pbat)，聚二酸丁二醇酯(pbs)，丁二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物(pbst)，聚醚醚酮(peek)，聚全氟乙丙共聚物(fep)，可溶性聚四氟乙烯(pfa)，和/或，间规聚苯乙烯(sps)。

8、在本发明的一种实施方式中，所述待印花聚合物胚体的材料为热塑性聚氨酯、聚丙烯或聚全氟乙烯。

9、在本发明的一种实施方式中，所述发泡压力为1～10mpa。

10、在本发明的一种实施方式中，所述发泡压力为3～5mpa。

11、在本发明的一种实施方式中，所述气体发泡剂在待印花聚合物胚体中达到溶解扩散平衡的时间为饱和时间；所述饱和时间不小于h^1.3×2hours，其中，h为气体发泡剂在待印花聚合物胚体中的最大扩散路径，单位为mm。若待印花聚合物胚体为板状，则最大扩散路径是指其厚度；若待印花聚合物胚体为颗粒状，则最大扩散路径是指其最小直径。

12、在本发明的一种实施方式中，所述将模腔内的压力泄压至环境压力的速率为卸压速率；所述卸压速率为0.01～1mpa/s。

13、在本发明的一种实施方式中，所述激光打标的功率为6～120w、速度为50～1000mm/min、频率为1～12khz。

14、在本发明的一种实施方式中，所述饱和步骤为：将待印花聚合物胚体放置于模腔温度为饱和温度的发泡模具中后，闭合模腔，向模腔中通入气体发泡剂至模腔内的压力达到发泡压力；将待印花聚合物胚体持续放置于温度为饱和温度、压力为发泡压力的模腔中，直至气体发泡剂在待印花聚合物胚体中达到溶解扩散平衡。

15、在本发明的一种实施方式中，所述激光步骤为：达到溶解扩散平衡后，将模腔内的压力泄压至环境压力；泄压至环境压力后，打开模腔，将待印花聚合物胚体转移至激光打标机上进行激光打标，得到表面有立体印花的聚合物发泡材料。

16、在本发明的一种实施方式中，所述气体发泡剂包含二氧化碳(co2)和/或氮气(n2)。

17、在本发明的一种实施方式中，饱和步骤之前，所述激光定向发泡方法还包含成型步骤；所述成型步骤为：将聚合物材料进行成型，得到待印花聚合物胚体。若待印花聚合物胚体的材料为容易吸水的聚合物，则需先将聚合物材料进行干燥，去除聚合物材料内的水分，再对聚合物材料进行成型，得到待印花聚合物胚体。所述干燥包括：在50～80℃的真空烘箱中干燥1～24h。

18、在本发明的一种实施方式中，所述待印花聚合物胚体为板状或颗粒状。

19、在本发明的一种实施方式中，当待印花聚合物胚体为板状时，所述待印花聚合物胚体的厚度不小于0.3mm；当待印花聚合物胚体为颗粒状时，所述待印花聚合物胚体的最小直径不小于0.3mm。

20、在本发明的一种实施方式中，所述成型为热压成型、挤出成型、流延成型或吹膜成型。

21、本发明还提供了一种表面有立体印花的聚合物产品，所述表面有立体印花的聚合物产品由上述激光定向发泡方法制得。

22、在本发明的一种实施方式中，所述表面有立体印花的聚合物产品为带有印花的塑料制品。所述印花包括logo、文字(例如，盲文)或图案。所述塑料制品包括塑料餐具、塑料摆件或塑料家具。

23、本发明还提供了上述激光定向发泡方法在制备表面有立体印花的聚合物产品中的应用。

24、在本发明的一种实施方式中，所述表面有立体印花的聚合物产品为带有印花的塑料制品。所述印花包括logo、文字(例如，盲文)或图案。所述塑料制品包括塑料餐具、塑料摆件或塑料家具。

25、本发明技术方案，具有如下优点：

26、本发明提供了一种聚合物的激光定向发泡方法，所述激光定向发泡方法包括：将待印花聚合物胚体持续放置于温度为饱和温度、压力为发泡压力的模腔中，直至气体发泡剂在待印花聚合物胚体中达到溶解扩散平衡；达到溶解扩散平衡后，将模腔内的压力泄压至环境压力；泄压至环境压力后，打开模腔，对待印花聚合物胚体进行激光打标，得到表面有立体印花的聚合物产品。本发明的激光定向发泡方法基于物理发泡技术，整个过程无需使用任何化学助剂，仅通过一步饱和，即可利用激光的局部加热性质实现聚合物材料的定向发泡，在聚合物材料表面实现可编程的立体印花，具有绿色环保以及操作步骤简单的优势。

27、进一步地，所述饱和温度为0～60℃。若饱和温度低于该范围，则发泡剂进入待印花聚合物胚体的速度太慢，严重影响生产效率；若饱和温度高于该范围，则在快速泄压时会发生泡孔的成核和微小生长，导致无法进行后续的激光定向发泡。并且，此饱和温度下，本发明的激光定向发泡方法可以在环境温度(即常温)中完成气体发泡剂在待印花聚合物胚体中的扩散，无需额外的温度控制，具有绿色环保以及操作步骤简单的优势。

28、进一步地，所述激光打标的功率为6～120w、速度为50～1000mm/min、频率为1～12khz。三个激光打标参数之间可互相匹配，从而控制激光定向发泡时发泡区域的厚度，进而调整聚合物材料表面立体印花的凸出程度。

29、进一步地，所述待印花聚合物胚体为板状或颗粒状；当待印花聚合物胚体为板状时，所述待印花聚合物胚体的厚度不小于0.3mm；当待印花聚合物胚体为颗粒状时，所述待印花聚合物胚体的最小直径不小于0.3mm。若厚度或直径小于0.3mm，则溶解在待印花聚合物胚体中的发泡剂在发泡印花过程中会快速逃逸，导致发泡印花失败。