知识点十二发泡成型

知识点十二发泡成型第1页，共34页，2023年，2月20日，星期一§1概述一、泡沫塑料的分类二、泡沫塑料的结构与特性三、发泡方法和发泡原理§2物理发泡（聚苯乙烯泡沫塑料）§3化学发泡一、聚氯乙烯（PVC)泡沫塑料二、PE泡沫塑料三、聚氨酯泡沫塑料高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)知识点十二发泡成型第2页，共34页，2023年，2月20日，星期一§1概述泡沫塑料是整体内含有无数微孔的塑料，它是以塑料构成连续相并以气体作为分散相的两相体系。采用不同的树脂和发泡方法，可制得性能各异的泡沫塑料。泡沫塑料由于气相的存在，因而具有密度低、隔热保温、吸音、防震等优点。大部分热塑性和热固性塑料都能制成泡沫塑料。目前工业广泛应用的是聚乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯等做基材的热塑性树脂泡沫塑料，热固性树脂泡沫塑料亦有一定产量，但柔软性差，主要用作要求强度较高和阻燃性好的泡沫塑料制品。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第3页，共34页，2023年，2月20日，星期一高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第4页，共34页，2023年，2月20日，星期一一、泡沫塑料的分类1、按泡孔结构分开孔泡沫塑料(opencell)：泡孔之间相互连通，相互通气，气体和聚合物互为连续相闭孔泡沫塑料(closedcell):泡孔孤立存在，相互不连通，气泡完整无破碎2、按硬度分

软质泡沫塑料：弹性模量E<70MPa

硬质泡沫塑料:E>700MPa

半硬质泡沫塑料:70MPa<E<700MPa高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第5页，共34页，2023年，2月20日，星期一3、按制品密度分

低发泡泡沫塑料：密度小于0.1g／cm3

气体／固体发泡倍率<1.5

中发泡泡沫塑料：密度在0.l～0.4g/cm3之间 气体／固体发泡倍率1.5-9.0

高发泡泡沫塑料：密度大于0.4g/cm3

气体／固体发泡倍率>9.0此外，还有结构泡沫塑料和组合性泡沫塑料之称，前者具有不发泡或少发泡的皮层和发泡的芯层，后者则是把微小的中空玻璃、陶瓷微球加入已含固化剂的树脂中，然后固化成型制得。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第6页，共34页，2023年，2月20日，星期一二、泡沫塑料的结构与特性泡沫塑料是以合成树脂为基体，加入发泡剂及其它添加剂，经发泡作用形成的一种具有细孔梅绵状结构的物质。一般气泡的直径在50－500μm之间，气泡膜厚度在l－10μm之间，在lcm3泡沫塑料中有800－8000万个气泡。

高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第7页，共34页，2023年，2月20日，星期一二、泡沫塑料的结构与特性泡沫塑料因其密度和结构的不同，性能也有所差异，从包装的角度来看，泡沫塑料一般具有以下特性：1、密度很小，一般在0.02－o.2g/cm3之间，因此重量很轻，原料消耗少，既减少包装重量，降低运输费用，成本也不高。2、具有极好的冲击吸收性能，防震效果极好，能有效地保护被包装物品。3、机械性能好，有较好的抗压强度和回弹性能，特别是它可根据被包装物品的重量等要求来选择性能不同的泡沫塑料。4、化学稳定性好，对酸、碱，盐等化学药品均有较强的抗力，自身pH值处于中性，不会腐蚀包装物品。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第8页，共34页，2023年，2月20日，星期一二、泡沫塑料的结构与特性5、加工性能优良，既可以制成不同密度的软质和硬质泡沫塑料，又可以按包装物品的外形、尺寸模压成各种包装容器，还可以把泡沫板（块）材用多种粘合剂粘接，制成各种缓冲结构材料。6、有很好的耐水性和很低的吸湿性，即使在较湿的情况下也不会出现变形和毁体，影响其吸收外力的能力。7、对温度的变化有相当好的稳定性，完全可以满足一般正常包装的要求.8、由于泡沫塑料中含有大量微小气泡，故绝热性能优良，可作绝热材料，也可用于绝热包装。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第9页，共34页，2023年，2月20日，星期一1、发泡剂Foamblowingagent用作微孔泡沫塑料生产的发泡剂，一般可分成物理型和化学型两类，这是按气体的产生是物理过程(即挥发或升华)，还是化学过程(即化学结构的破坏或其它化学反应)来划分：

物理发泡剂：物理发泡剂一般是能溶于于聚合物母体的低沸点液体或气体。当增加体系的温度和(或)降低体系的压力时，使物理发泡剂沸腾，从而发挥它们的发泡作用。聚合物系统的化学性质和变形特性决定了可以采用的物理发抱剂的类型。

化学发泡剂：在热固性材料中，化学发泡作用常常通过链增长和交联反应形成挥发性副产物而实现，如在聚氨酯、酚醛塑料和氨基塑料中。相反，对于热塑性塑料，化学发泡是借助于相容的或很细的分散的化学物质，在高于聚合物配料温度，但又在加工温度范围内的相当窄的温度范围内，按所要求的速率分解而完成的。三、发泡方法和发泡原理高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第10页，共34页，2023年，2月20日，星期一理想的分解型发泡剂应具有以下性能： ①发泡剂分解温度范围应比较狭窄稳定；

②释放气体的速率必须能控制并且应合理地快速

③放出的气体应无毒、无腐蚀性和具有难燃性

④发泡剂分解时不应大量放热

⑤发泡剂在树脂中具有良好的分散性

⑥价廉，在运输和贮藏中稳定

⑦发泡剂及其分解残余物应无色、对发泡聚合物的物理和化学性能无影响

⑧发泡剂分解时的发气量应较大。三、发泡方法和发泡原理高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第11页，共34页，2023年，2月20日，星期一2、发泡方法

(一)物理发泡法

是指利用物理原理发泡的方法，包括以下三种：

①在加压下把惰性气体压入熔融聚合物或糊状复合物中，然后降低压力，升高温度，使溶解的气体释放膨胀而发泡。目前聚氯乙烤和聚乙烯泡沫塑科等有用这种方法生产的。优点是气体在发泡后不会留下残渣，不影响泡沫塑料的性能和使用。缺点是需要高的压力和比较复杂的高压设备。

②利用低沸点液体蒸发气化而发泡。把低沸点液体压入聚合物中或在一定的压力、温度下，使液体溶入聚合物颗粒中，然后将聚合物加热软化，液体也随之蒸发气化而发泡，此法又称为可发性珠粒法。目前采用该法生产的有聚苯乙烯泡沫塑料和交联聚乙烯泡沫塑料。作发泡剂用的低沸点液体有：脂肪族烃类(丁烷、戊烷等)。含氯脂肪族烃类(如二氯甲烷)和含氟脂肪族烃类(如F—11，F—12，F—114等)。此外，脂环烃类、芳香烃类、醇类、醚类、酮类和醛类等也可使用。三、发泡方法和发泡原理高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第12页，共34页，2023年，2月20日，星期一2、发泡方法

(一)物理发泡法

③引入气体的物理方法还有溶出法、中空微球法等。溶出法是将可溶性物质如食盐、淀粉等和树脂混合，成型为制品后，再将制品放在水中反复处理，把可溶性物质溶出，即得到开孔型泡沫制品，多用作过滤材料。中空微球法是将熔化温度很高的空心玻璃微珠与塑料熔体相混，在玻璃微珠不致破碎的成型条件下，可制得特殊的闭孔型泡沫塑料。三、发泡方法和发泡原理高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第13页，共34页，2023年，2月20日，星期一（二）化学发泡法发泡气体是由混合原料中的某些组分在成型过程中发生的化学作用而产生的。包括以下两种。（１)发泡气体是由加入的热分解型发泡剂受热分解而产生的，这种发泡剂称为化学发泡剂。常见的有碳酸氯钠、碳酸铵、偶氮二甲酰胺(俗称AＣ发泡刑)、偶组二异丁腊和N，N—二甲基N，N－二亚硝基对苯二甲酰胺等。化学发泡剂的分解温度和发气量，决定其在某一塑料中的应用。（２）发泡组分间相互作用产生气体的化学发泡法。此法是利用发泡体系中的两个或多个组分之间发生化学反应，生成惰性气体(如二氧化碳或氮气)而使聚合物膨胀发泡。发泡过程中为控制聚合反应和发泡反应平衡进行，保证制品有较好的质量，尚需加入少量催化剂和泡沫稳定列(或称表面活性剂)。聚氨酯泡沫塑料常用此法生产。

三、发泡方法和发泡原理高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第14页，共34页，2023年，2月20日，星期一

(三)机械发泡法此法是采用强烈地机械搅拌使空气卷入树脂乳液、悬浮液或溶液中成为均匀的泡沫体，然后再经过物理或化学变化使之胶凝，固化成为泡沫塑科。为缩短时间可通入空气和加入乳化剂或表面活性剂。常用该法生产的有脲醛树脂、聚乙烯醇缩甲醛、聚醋酸乙烯、聚氯乙烯溶胶等泡沫塑料。三、发泡方法和发泡原理高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第15页，共34页，2023年，2月20日，星期一3、发泡原理（1）泡沫的形成：气体在溶液中过饱和逸出成核。加入成核剂有利于提高泡沫生成速度，提高泡孔细度。如PU发泡通入少量空气泡，PE发泡加入少量填料。（2）泡孔增长：增加溶解气体量和升高温度使气体膨胀，有利于促进泡沫生长。（3）泡沫的稳定：稳定有两个途径，一是加入表面活性剂降低界面张力，二是提高树脂黏度，如冷却和交联。三、发泡方法和发泡原理高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第16页，共34页，2023年，2月20日，星期一§2物理发泡本节主要以PS为主进行介绍聚苯乙烯泡沫塑料的成型方法很多，主要有模压法、可发性珠粒法和挤出发泡法。模压法是采用乳液法聚苯乙烯和热分解型发泡剂制得，是早期使用的方法，现在用的很少。目前大且使用的是可发性珠粒法和挤出发泡法。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第17页，共34页，2023年，2月20日，星期一聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑料夹芯板

聚苯乙烯泡沫塑料夹芯板是以上下两层彩色钢板为表层，阻燃型聚苯乙烯泡沫塑料为芯层，用粘合剂压制而成的一种新型复合建筑板材，广泛应用于建筑物的墙体、屋面、装饰及组合冷库等。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第18页，共34页，2023年，2月20日，星期一聚苯乙烯泡沫塑料钢丝网架聚苯乙烯泡沫塑料夹芯板钢丝网架聚苯乙烯泡沫塑料夹芯板是以阻燃型聚苯乙烯泡沫板为芯材，两侧配以2冷拔钢丝网片，插丝斜向交叉焊接而成，可以替代砖墙，用于内外墙、楼板、阳台、楼梯及屋面板，尤其适宜于框架结构的填充墙和楼房加层。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第19页，共34页，2023年，2月20日，星期一聚苯乙烯泡沫塑料冷库墙体保温聚苯乙烯泡沫塑料具有闭孔结构，吸水性很小，耐低温性好，耐溶冻性好，因此广泛用于制冷设备和冷藏设备中，如冷冻机、冷风机、冷风管道、冷冻车间、冷藏车、冷藏库、冷藏船舱等等。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第20页，共34页，2023年，2月20日，星期一聚苯乙烯泡沫塑料包装材料聚苯乙烯泡沫塑料具有重量轻、无毒，有一定弹性，可以模具成型，价格便宜的优点，因此被广泛用于各种精密仪器、仪表、贵重物品、水产品、水果等的包装。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第21页，共34页，2023年，2月20日，星期一聚苯乙烯泡沫塑料建筑物的外墙保温建筑物外墙保温，由阻燃聚苯乙烯泡沫板材，胶粘剂及罩面材料组成，可以起到保温节能作用。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第22页，共34页，2023年，2月20日，星期一聚苯乙烯泡沫塑料装璜造型聚苯乙烯泡沫塑料质轻、极易进行切割、雕刻、粘结制成各种复杂开头的模型。广泛用于展览、商店的装璜、造型材料、也可用来制作各种教学模型。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第23页，共34页，2023年，2月20日，星期一聚苯乙烯泡沫塑料管道保温聚苯乙烯泡沫塑料无毒、无腐蚀性、吸水性小、体轻、保温、模具成型、搞酸碱腐蚀，可用于各种用途的管道保温。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第24页，共34页，2023年，2月20日，星期一聚苯乙烯泡沫塑料管道保温聚苯乙烯泡沫塑料无毒、无腐蚀性、吸水性小、体轻、保温、模具成型、搞酸碱腐蚀，可用于各种用途的管道保温。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第25页，共34页，2023年，2月20日，星期一挤出发泡法将粒状PS树脂送入挤出机中熔化,用高压加料器将液体发泡剂(二氯甲烷或氯甲烷)注入挤出机的熔化段。树脂与发泡剂经挤出螺杆转动而混合均匀,然后由口模挤出。发泡剂在减压下汽化,致使挤出物发泡而膨胀,最后经缓慢冷却与切割,即获得泡沫塑料产品如板、棒、管以及异型产品。此法缺点是需要设置昂贵的高压加料设备,泡孔大小较难控制,制品仅限挤出型材,因此在工业上应用较少。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第26页，共34页，2023年，2月20日，星期一§3化学发泡一、聚氯乙烯（PVC)泡沫塑料按其配方和成型方法不同可制成为软质和硬质两种。软质泡沫塑料在配制时加入较多的增塑剂，成型后具有一定的柔软性。而硬质聚氯乙烯泡沫塑料在配制时加入溶剂将树脂溶解，成型过程中溶剂受热挥发而成为质地坚硬的泡沫制品。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第27页，共34页，2023年，2月20日，星期一PVC泡沫塑料聚氯乙烯注塑发泡凉鞋PVC发泡凉鞋，是以聚氯乙烯树脂为主，加入适量的添加剂，经捏合造粒、注塑成型制得。发泡凉鞋的特点是鞋底发泡，中间部位为松软的泡沫层，大底表面为不发泡硬层，因而底部较全塑凉鞋柔软而富有弹性。注塑发泡凉鞋的鞋帮虽不发泡，但鞋帮表面仍较粗糙，需采用特殊漆料进行喷涂，以美化装饰鞋帮表面。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第28页，共34页，2023年，2月20日，星期一PVC泡沫塑料生产工艺流程聚氯乙烯发泡凉鞋的生产工艺流程示意图如图所示。与聚氯乙烯全塑凉鞋生产流程相比有两点不同，即配料工序增加了发泡剂浆料的三辊研浆操作，此外，在注塑后不仅要整修，而且增加了喷漆上光操作，然后才成最终成品。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第29页，共34页，2023年，2月20日，星期一PVC泡沫塑料生产工艺发泡凉鞋生产工艺路线采用注塑成型，主要操作说明如下。（1）配制发泡鞋料采用捏合机进行混料捏合，先将树脂倒入捏合机内，然后依次加入稳定剂，填充剂、发泡剂、着色剂等助剂的浆液，最后加入增塑剂，开动捏合机冷搅10min后开始通蒸汽捏合，蒸汽压力0.295MPa，捏合时间约40min，此时料温约100℃～110℃，停止给汽，继续搅拌10min，待料充分冷却后，即可出料。（2）塑化造粒采用挤出造粒机来进行塑化造粒，挤出造粒机温度控制，按加料段、压缩段和均化段依次分别为130℃、120℃、105℃。颗粒质量要求与聚氯乙烯全塑凉鞋基本相同。但一般下要求充分塑化，尤其不允许颗粒内部有发泡现象。为此，塑化造粒温度远低于聚氯乙烯全塑凉鞋的塑化造粒温度。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第30页，共34页，2023年，2月20日，星期一PVC泡沫塑料（3）注塑成型聚氯乙烯发泡凉鞋的注塑采用两次开模法，其目的是保证鞋底发泡而鞋帮不发泡，其操作特点是，当聚氯乙烯发泡鞋料熔融注入紧锁的模具后，马上进行第一次启模，也就是先限位启动凉鞋或拖鞋的大底模板，这时因鞋底大底盖的模板结构是活动的，并有限位槽给以拉制，太底盖虽可上下移动，但移动限制在一定范围（大尺码鞋限位空量有4毫米，小号码的鞋空量范围更小些）。当第一次启模时，鞋底的料在模腔内发泡，并将大底盖往上顶启4mm，这样使大底充分发泡。而这时两鞋帮模具是不开的，它们被两个勾于紧紧锁住，不允许有缝隙，以保证鞋帮不会发泡。大约2～3min后大底发泡定型后，可进行第二次开模，开模前先打开两鞋帮紧锁的勾子，取出鞋底发泡而两鞋帮不发泡的发泡凉鞋或拖鞋。帮带不发泡的目的是保证强度，鞋底发泡则为穿着舒适柔软。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)第31页，共34页，2023年，2月20日，星期一二、PE泡沫塑料聚乙烯泡沫塑料具有密度低、耐低温及抗化学性能优良等优点，并具有一定的力学强度，可用作日用品、精密仪器的包装材料，保温材料和水上漂浮材料等。高发泡聚乙烯钙塑材料广泛用于建筑装饰，近年来聚乙烯泡沫塑料的用途日渐扩大，发展速度较快。（一）交联聚乙烯泡沫塑料成型原理聚乙烯是结晶聚合物，在结晶熔融温度以下几乎不流动，而在熔融温度以上其熔融粘度急剧下降，发泡过程中产生的气体很难包住。此外