技能培训专题 塑料发泡成型工艺 微泡塑料

第七章微泡塑料微孔塑料的诞生微孔塑料是由麻省理工学院（MIT）的Martini和Suh等在20世纪80年代初首先提出并研制成功的。其设计思想是通过制造一种泡孔直径比聚合物中所有已存在的微隙都要小的泡沫材料，从而达到既降低材料成本又能提高性能的目的。第一节简介微泡塑料：泡孔直径不大于50m，泡孔密度在109~1013泡孔/cm3的泡沫塑料。气泡对聚合物高分子链间的缺陷起到钝化的作用，并且吸收能量达到增韧的效果。微泡塑料的优点：特殊之处：采用超临界流体这一发泡剂。超临界流体（SupercriticalFluid,简称SCF）是指处于临界温度和临界压力之上的流体特点:

高密度(液体)与高扩散性(气体)气体、液体和超临界流体的性质性质气体超临界流体液体1bar，15～30℃Tc，PcTc，4Pc15～30℃密度/(g/mL)(0.6~2)×10-30.2~0.50.4~0.90.6~1.6黏度/[g/(cm﹒s)](1~3)×10-4(1~3)×10-4(3~9)×10-4(0.2~3)×10-2扩散系数/(cm2/s)0.1~0.40.7×10-30.2×10-3(0.2~3)×10-5超临界流体物质沸点/℃临界点数据临界温度Tc/℃临界压力Pc/Mpa临界密度ρ/(g/cm3)二氧化碳－78.531.067.390.448水100374.222.000.344乙烷－88.032.44.890.203乙烯－103.79.55.070.20丙烷－44.5974.260.220丙烯－47.7924.670.23n–丁烷－0.5152.03.800.228n–戊烷36.5196.63.370.232n–己烷69.0234.22.970.234甲醇64.7240.57.990.272乙醇78.2243.46.380.276异丙醇82.5235.34.760.27苯80.1288.94.890.302甲苯110.63184.110.29氨－33.4132.311.280.24甲烷－164.0－83.04.60.16+gaspolymer扩散控制泡孔成核泡孔成型超临界流体注入混合扩散过程二、微泡塑料的制备方法变温变压法恒压变温法恒温变压法变温变压法：在一定温度（室温）下，用高压（3~5MPa）非反应性气体（超临界CO2或N2）饱和聚合物样品，直至达到吸附-扩散平衡，然后将样品从高压容器中取出，得到一气体超饱和的聚合物样品，加热样品至发泡温度，则样品内气体就成核，发泡，气泡生长。控制发泡温度和发泡时间，可改变微泡塑料的泡孔形态。恒压变温法：在一定温度（室温）下，用高压（3~5MPa）非反应性气体（超临界CO2或N2）饱和聚合物样品，直至达到吸附-扩散平衡。然后在压力不变的情况下，加热聚合物样品，由于温度上升，气体溶解度下降，使聚合物样品内气体成核，发泡，气泡生长，制得微泡塑料控制发泡温度和发泡时间，可改变微泡塑料的泡孔形态。恒温变压法：在一定的温度下，用超高压（25~35MPa）非反应性气体（超临界CO2或N2）饱和聚合物样品，直至达到吸附-扩散平衡，然后降低体系压力，聚合物样品就处于超饱和状态，聚合物内的流体就成核，发泡，气泡生长。控制压力和发泡时间，可改变微泡塑料的泡孔形态。超微泡技术的关键技术因素塑料必须被足够的气体所饱和，因此需要较高的压力在微孔的发展阶段必须控制温度以控制塑料基体的稳定性必须选择一种对所选择的塑料有适宜的溶解性和扩散性的气体为形成大量的超微孔，成核过程中均匀成核必须占主导优势制备工艺间歇法挤出发泡法注射发泡法微孔挤出发泡成型与传统挤出发泡技术的不同：微孔发泡塑料加工过程中需要大量超临界状态的惰性气体，其浓度可为一般发泡加工的10倍微孔发泡塑料成型过程中其成核数大大超过一般物理发泡加工方法，高出传统发泡约3个数量级（通过聚合物/气体均相体系的快速改变实现）由于微孔发泡塑料的泡孔尺寸小，这就必须要求泡孔的长大阶段限制在0.01s之内。微孔挤出发泡的实现发泡剂注入装置形成聚合物/气体均相体系的混合装置成核发泡装置通过改变口模的形状微孔注射发泡成型装置及特点（1）发泡剂注入注射机塑化装置（MuCellTM技术）

在塑化机筒中安装了多个用来注入发泡剂流体的注射器、特殊的螺杆、复杂的控制技术（2）预先加入发泡剂流体在热压罐中对聚合物颗粒进行超临界流体的预饱和处理，使聚合物颗粒中溶解一定量的超临界流体；把溶解有超临界流体的聚合物颗粒，放入普通注塑机中进行加工。（3）发泡剂流体注入辅助装置这种设计的优点是加入发泡剂阶段与注射计量阶段是分开的（4）发泡剂流体注入特殊喷嘴喷嘴采用鱼雷体结构，在鱼雷体内部镶有多孔金属材料，超临界流体通过这些多孔金属材料被注入熔体。MuCellTM技术应用实例成型医疗器械整体手柄，采用PC和聚砜，质量减轻达30%，成型周期缩短50%，锁模力从120T下降到15T。成型电扇电机罩时，采用25%滑石粉填充PP共聚物，质量减轻15%，可消除凹痕，不需要保压。成型门状大尺寸制品，采用玻璃纤维增强的PA66，成型周期缩短30%，制品尺寸稳定性优异，锁模力从200T下降到30T。影响泡孔结构的因素1）配方发泡基体的性质重要的添加剂成核剂、起泡剂、泡沫稳定剂、交联剂、增粘剂发泡剂

分解速率、发泡效率、热能变化与初期分解状况、成核剂效果、气体组成、发泡促进剂与抑制剂2）成型加工工艺因素温度压力时间冷却速率3）设备准确定量温度控制多级压力