项目六-泡沫塑料成型

泡沫塑料成型Item5

Foammolding

主讲人：李美项目五泡沫塑料成型1.掌握泡沫塑料的发泡方法及原理2.理解各种泡沫塑料的生产方法及工艺过程学习目的与要求：

单元一概述一.泡沫塑料及其特性泡沫塑料也称微孔塑料，指整体内含有无数微孔的塑料泡沫用原料：几乎所有热固性、热塑性塑料；

常用PS、PU、PVC、PE、UF、PF、EP、有机硅、PVF(聚乙烯缩甲醛)和PMMA

共同特性：质轻；保温、隔热性能好；吸音、减震性能好二、泡沫塑料的类型1.按软硬程度区分硬质泡沫塑料：无柔韧性、压缩硬度大，应力达到一定值才变形、解除应力后不能恢复原状的泡沫塑料；软质泡沫塑料：富有柔韧性、压缩硬度小、应力解除后能恢复原状、残余变形较少的泡沫塑料；2.按密度大小低发泡塑料：ρ=0.4g/cm3以上，气体/固体＜1.5中发泡塑料：ρ=0.1～0.4g/cm3，气体/固体＜1.5～9高发泡塑料：ρ=0.1g/cm3以下，气体/固体＞93.按结构区分开孔泡沫塑料：绝大多数泡孔互相连通的泡沫塑料；闭孔泡沫塑料：绝大多数泡孔不相连通的泡沫塑料；任何泡沫塑料都不是完全开孔或完全闭孔的。闭孔可借机械施压或化学方法使其成为开孔的泡沫塑料。

三、泡沫塑料的应用

类别软质泡沫塑料硬质泡沫塑料结构开孔型闭孔型开孔型闭孔型主要作用隔音材料日用服装品座垫材料过滤材料包装材料隔热材料绝缘材料浮料气垫室内装饰材料隔音材料过滤材料隔热材料绝缘材料结构材料浮料建筑、交通运输、轻工、日用品应用广泛

单元二

泡沫塑料的发泡方法及原理1.物理发泡法(1)惰性气体发泡法在加压下，先使惰性气体(氮气、二氧化碳)溶于熔融状聚合物或聚合物糊状复合物中；然后在减压下，使被溶解气体释出而发泡。(2)低沸点液体发泡法将低沸点液体在高压下压入熔融状聚合物中，或在压力下将低沸点液体渗入聚合物颗粒中，而后用减压或加热的方法使其在聚合物中气化和发泡。一.泡沫塑料的发泡方法(3)可溶性固体溶出法先将颗粒细小的固体物质(如NaCl、淀粉等)混入聚合物中，后用溶剂或伴以化学方法，使其溶出而留下孔洞成为泡沫塑料。(4)空心填料埋入法将微型(直径20μm～250μm、壁厚2～3μm)的空心玻璃球、空心陶瓷球、空心塑料微球，埋入熔融聚合物或液态的热固性树脂中，而后使其冷却或交联而成为泡沫体。(5)烧结法将疏松的、粉状热塑性塑料烧结在一起而成为多孔的固体物物理发泡法优点：毒性低，操作时毒性较小；成本低，发泡剂价格便宜；发泡剂对物料性能影响不大，发泡无残留物。缺点：设备投资较大

2.化学发泡法制造泡沫塑料时，发泡的气体由混合原料的某些组分，在过程中通过化学作用产生。(1)化学发泡剂发泡法化学发泡剂：受热后发生分解反应放出气体，使塑料产生气泡结构的添加剂；化学发泡剂发泡法：制造泡沫塑料时，若发泡的气体是由特意加入的热分解物质(即化学发泡剂)在受热时产生的。化学发泡剂释放出气体：CO2、N2、NH3

①对发泡剂的要求:

分解温度较狭窄而固定

分解速度能控制；

分解时不应大量放热；

气体没有腐蚀性，发泡剂均匀分布在原料中；

分解残余物无毒，对熔融、硬化无影响；

残余物不应有不愉快气味和颜色等，价格便宜。②发泡剂种类

无机发泡剂主要：碱金属的碳酸盐和碳酸氢盐，如(NH4)2CO3、NaHCO3等价廉、不影响塑料的耐热性分解气体速度受压力限制发泡剂与塑料不混溶；难于均匀分布在物料中

有机发泡剂主要：加热后放出N2的一些物质，品种多气体无毒、无臭、分散性好，对大多数聚合物的渗透性比O2、CO2和NH3都小大多数有机发泡剂为易燃、易爆的物质(2)发泡组分间相互作用析出气体发泡法制造泡沫塑料时，发泡气体是由形成聚合物的组分相互作用所产生的副产品，或是这类组分与其它物质作用的生成物主要用于聚氨酯泡沫塑料(3)机械发泡法借助机械搅拌方法使气体混入混合料形成泡孔的泡沫塑料称机械发泡法。(经物理或化学变化使泡沫稳定)主要用于：SPVC、UF等气发泡沫塑料：使气体溶解在液态聚合物中，形成饱和溶液，当温度升高或压力降低时就会放出气体而形成泡沫。气发泡沫塑料的形成：把气体溶解在液态聚合物中形成饱和溶液，然后通过成核作用产生泡沫；或发泡剂预先溶解在液态聚合物中，当温度升高或压力降低时就会放出气体而形成泡沫。二、泡沫塑料发泡原理——以气发泡沫塑料为例气发泡沫塑料成型的三个阶段：泡沫形成，泡沫增长，泡沫稳定1.泡沫的形成气体在熔体中形成气—液混合体系(溶液)；当气体在溶液中达到饱和限度(甚至大于饱和)后，气体则从溶液中逸出而形成气泡；这种微细气泡的生成过程(正像结晶过程中产生晶核一样)称为成核作用。2.泡沫的增长

增长原因：溶解气体的增加、温度的升高；气体的膨胀和气泡的合并；

阻碍原因：表面张力、熔体黏度降低表面张力、熔体黏度有利增长，但温度过高，ηa太低、泡壁薄，泡孔易破裂、泡沫易塌3.泡沫的稳定当泡沫增加至一定程度后，应使液相聚合物固化，才能得到多孔的泡沫塑料。稳定泡沫的方法：(1)加入表面活性剂(2)提高体系中液相的黏度，增加泡壁强度、防止泡壁进一步减薄。单元三泡沫塑料成型工艺将高分子量的PS加入挤出机内熔化，然后用高压加料设备把液体发泡剂(如氯甲烷、二氯甲烷、氟里昂等)注入挤出机的熔融区，最后在严格控温下，从环形口模中将料筒内混合物挤出，经膨胀、缓慢冷却和切割，即可得片状PS泡沫塑料(ρ可达0.03～0.08g/cm3)一.PS泡沫塑料发泡剂大多采用低沸点液体1.一步挤出成型法(1)生产流程

(2)配方PSMFR2.6～2.8辅助材料：滑石粉(成核剂)600～1000目CaCO3

、MgSt、石蜡油 (3)工艺条件温度：

φ90挤出机：230℃245℃235℃230℃220℃(过滤网)φ120挤出机：200℃170℃140℃

模头：135℃130℃125℃2.可发性PS泡沫塑料的成型:

可发性PS珠粒（EPS）在悬浮聚合的PS颗粒中渗入低沸点液体而形成采用的低沸点液体有：丁烷、正戊烷、异戊烷、季戊烷和石油醚(是低分子量烃类，主要是戊烷和已烷的混合物)按液体发泡剂的加入方式可分为一步法、一步半法和二步法可发性PS珠粒含6%发泡剂，表观密度0.68g/cm3，珠粒直径0.25～2mm(1)可发性PS泡沫塑料模塑成型工艺

分为:预发泡、熟化、模塑三工序①预发泡加热使可发性珠粒膨胀到一定程度，以使模塑制品的密度得到较多的降低和减少密度梯度的形成倾向在相同的条件下蒸气与气化的戊烷、空气相比，蒸汽对聚苯乙烯薄膜的渗透速率比发泡剂戊烷(或石油醚)或空气大得多故，预发泡过程中有较多蒸汽渗入PS颗粒蒸汽供应量必须充足，才能减少发泡剂气体的渗出②熟化可发性珠粒经预发泡后，必须在空气中暴露一段时间，这种暴露即称熟化目的：使预发泡颗粒得到稳定，在模塑时能得到进一步膨胀和熔接要求空气尽快地渗入，防止发泡剂过多渗出应严格控制熟化时间和温度③模塑将经预发泡、熟化的颗粒通入模具中模底、面都开有漏孔(φ0.6～1.3mm，孔距20～30mm)或通气槽(宽0.1～0.4mm)，合金铝制模对预发泡颗粒进行直接加热，颗粒受热，泡孔内空气膨胀，颗粒中残余发泡剂(4%)气化和渗入加热蒸汽，使泡内压力比泡外大，同时聚合物因受热而软化、颗粒进一步膨胀；膨胀只能在蒸汽供给量充足的前提下进行；否则模压时泡孔内的空气和发泡剂就会早期渗出；冷却：加热到规定时间后，冷却得闭孔性泡沫塑料；(2)可发性PS泡沫塑料其它成型工艺挤出法成型：可成型板材(或吹塑泡沫塑料纸)材料：一步法(或一步半法)珠粒，也可用预发泡颗粒成核剂：硼酸、柠檬酸、碳酸氢钠挤出很容易造成压实，故制品密度偏高。为降低密度，使泡孔细小，必须加入成核剂，并加入：液体石蜡、硅油、DOP使成核剂不会集结注射法成型：特殊的可发性PS珠粒，可用注射法成型硬质PVC泡沫塑料：PVC配方中不加（或少加）增塑剂、或用溶剂溶解PVC树脂，成型时溶剂受热挥发软质PVC泡沫塑料：用增塑剂与树脂调成糊或炼塑成片或挤出成粒，再成型加工，增塑剂不因受热而挥发1.软质PVC泡沫塑料(1)物理发泡法惰性气体不溶于PVC，溶于增塑剂原料：乳液法PVC树脂＋其它助剂＋增塑剂—→PVC糊二.PVC泡沫塑料：间歇法：模具：纸板、铝或其它金属制成敞口模——生产开孔制品密闭模——生产闭孔制品连续法：常用发泡剂AC模压发泡法：鞋配方：PVCDOPDBP石油酯AC三盐HSt颜料面层10025305.530.8适量底层1002035205.830.8适量生产过程：

配料→捏和→塑炼→配片→模压发泡→热处理→停放→冲裁→钻孔→组装→包装→成品（2）化学发泡法配料：发泡剂、稳定剂、颜料分别与DOP按1∶1比例配料

三辊磨2～3次、储存备用，按配方称量捏和：Z型混合机。100～120℃，45～60min塑炼：双辊塑炼机。120℃，严格控制温度防止提前发泡。出片配片：片冲裁，按规定颜色配搭底面、中间片，称量叠好模压发泡：

温度：160～165℃；压力：6MPa

时间：30～45min

冷却：塑化发泡后在压力下冷却至50℃，开模出片热处理：蒸汽缸：90～100℃，15～20min，得密度：0.25～0.4g/cm3的发泡片停放：7天后、泡沫稳定，然后冲裁成鞋底钻孔：冲裁出鞋底、钻上鞋带孔组装：组装面带，即包装出厂1.PE发泡的特点(1)PE发泡困难的原因PE熔体黏度低，泡沫不易稳定PE熔体冷硬时间长，不利于发泡气体的保持PE的气体透过率高三.PE泡沫塑料共混改性：用于共混的树脂：EVA、PIB(聚异丁烯)、NR(天然胶)、合成橡胶、PS等填充改性：加碳黑或白碳黑(SiO2)，补强，弯曲模量、拉伸强度↑加CaCO3、亚硫酸钙等，降低成本(2)改善PE发泡难的办法交联：化学交联、辐射交联接枝(1)模压法把可发性的物料置于模具中，加热加压、使之发泡成型例：制造PE泡沫塑料鞋底配方见P160表8-5工艺流程：配料→混合→成型→交联→发泡→PE泡沫2.PE泡沫塑料的成型方法混炼过程开炼机、密炼或挤出要求：交联剂、发泡剂要分散均匀温度：在树脂Tm以上，交联剂、发泡剂分解温度以下，防止过早交联，否则发泡不均、发泡剂不能过早分解交联、发泡先交联后发泡、交联剂分解温度比发泡剂分解温度低压力：21～5MPa

待发泡剂完全分解后，解除压力、使热的熔融物膨胀弹出，由此2～3s内完成发泡(2)挤出法可用物理发泡或化学发泡PE挤出物理发泡法与PS泡沫塑料板材的一步法挤出基本相同①直接挤出化学发泡法配方LDPEHDPENaHCO3ACZnO凡士林白矿油颜料I1000.5/0.70.2/0.50.1适量II10050.1适量属于无交联发泡，AC分解温度190～205℃挤出机：L/D＝20～28、ε＝2～2.5特殊专用机头高速混合：各组分加入高速混合机中充分混合挤出：在控制挤出条件下挤出发泡温度：加料段→计量段，由低温→高温机头温度：比计量段低例：机身：135℃、150℃、155℃、180℃

机头：135℃口模：130℃料从机头涌出时立即发泡，再经冷却定型即成制品②挤出后常压交联发泡：挤出发泡过程：配料→混合→塑炼或挤出→交联→发泡→PE泡沫配料：按配方混合：高速混合机LDPE(MI1)DCP(交联剂)AC分散剂1000.510少许塑炼出片：开炼机、120℃，片厚3mm、宽400mm；或塑炼后挤出机出片，片尺寸同上交联发泡

片→加热炉、红外线加热先200℃加热5min，后230℃加热3min

制品密度