郑州大学：塑料成型工艺学 郑国强(模具方向)――第八章 发泡成型

第八章泡沫塑料成型◆泡沫塑料是以树脂为基体，内部有无数泡孔的塑料。不同的树脂发泡工艺可以形成泡孔形态各异、性能各异的发泡材料；◆具有密度低、对流小、绝热、耐冲击和降噪等有点；◆如果泡孔是相互隔绝的，则称为闭孔泡沫，否则称为开孔泡沫，但是闭孔泡沫可以通过机械或化学的方法使其成为开孔结构。第八章泡沫塑料成型◆泡沫塑料有三种发泡方式：—物理发泡●将惰性气体在加压下使其溶于聚合物熔体或糊状复合物中，经减压释放高压气体而发泡；●利用低沸点液体蒸发而发泡；●利用液体介质吸附溶解塑料中事先添加的固体物质而发泡；●在塑料中加入中空微球后经固化而形成泡沫材料；—机械发泡●利用机械的搅拌作用，混入空气而发泡；—化学发泡●利用化学发泡剂加热后分解放出的气体而发泡●利用原料组份间的化学反应所放出的气体而发泡◆泡沫材料的分类：—按照软硬程度软质、半硬质和硬质泡沫塑料。在相对湿度为23％和50％时，弹性模量大于700MPa的为硬质泡沫，介于70－700MPa的为半硬质泡沫，低于70MPa的软质泡沫；—按照密度大小低发泡、中发泡和高发泡塑料。低发泡是指密度为0.4g/cm3,气体/固体1.5的泡沫；中发泡是指密度为0.1-0.4g/cm3,气体/固体=1.5-9的泡沫；中发泡是指密度为0.1g/cm3,气体/固体9的泡沫；泡沫材料的用途见表9－1！！！◆特点—优点是毒性小、发泡原料成本低、发泡剂无残留；—缺点是设备投资较大◆实例（聚苯乙烯泡沫塑料）—方法1.将高相对分子量的聚苯乙烯在挤出机内熔融塑化，在高压下把发泡剂（二氯甲烷和氯甲烷）注入塑化段，从口模中把混合物挤出，经过气体膨胀、缓冷和切割等处理聚苯乙烯片材；其缺点是泡孔尺寸不容易控制。—方法2.将高相对分子量的聚苯乙烯与发泡液体预制成易于流动的球状半透明可发性的聚苯乙烯球粒，然后通过蒸汽箱模塑法、挤出法或注射法来生产泡沫制品；8.1物理发泡法◆成型特点和材料—强烈的机械力使气体卷入树脂乳液、悬浮液并成为均匀的泡沫物，随后经过物理或化学的变化使之稳定而成为泡沫材料；—脲甲醛、聚乙烯缩甲醛、聚醋酸乙烯、聚氯乙稀等。◆发泡的工艺过程—脲/甲醛水液(30%)/甘油＝100/300/20，以配制脲甲醛溶液—二丁基奈磺酸钠/磷酸/间苯二酚/水＝100/300/20，以配制发泡液—在鼓泡设备中，发泡液和树脂经过适当的搅拌混合后，倾倒至木制或金属敞口模具中—倾倒至木制或金属敞口模具中的物料要经过在室温下沥去水份、不同的热处理下经过泡沫的化学反应（交联）及其物理作用（水份的干燥）过程来实现泡沫的硬化。8.2机械发泡法◆化学发泡剂的要求和特点—理想的发泡剂分解稳定、速率更容易控制、气体无毒性、无腐蚀性、在树脂中良好的分散性等（见表9－4）；—发泡剂主要有有机发泡剂和无机发泡剂。有机发泡剂包括含有偶氮基、亚硝基、叠氮基等官能团的偶氮甲酰胺、偶氮二异丁氰等；无机发泡剂主要是碱金属的碳酸盐和碳酸氢盐，如碳酸氢钠和碳酸氨等（见表9－6）。◆化学发泡剂的选择—选择发泡剂要考虑的几个因素有分解温度、分解速率、反应热量、发泡剂的分解抑制和促进、发泡效率、发泡剂的并用8.3化学发泡法聚苯乙烯泡沫塑料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。PVC泡沫塑料聚氯乙烯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。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。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，聚乙烯从熔融态转变为结晶态耍放出大量的结晶热，而熔融聚乙烯的比热较大，因此从熔融状态转变到固体状态的时间比较长，加上聚乙烯的透气率较高，这样既使得发泡气体易于逃逸，适于发泡的温度范围较窄，因此聚乙烯泡沫塑料的研制工作较晚．除挤出发泡制得无交联的高倍率发泡材料外，欲制得更高发泡倍效的泡沫塑料，必须在聚乙烯分子间进行交联，将熔融物料的粘性和弹性调节在一定范围内，使的物理力学性能显著提高。通常采用的交联方法有化学交联和辐射交联。聚氨酯泡沫塑料聚氨酯泡沫塑料是以多元异氰酸酯和多元醇为主要原料，加入催化剂、发泡剂和表面活性剂等，在充分混合下反应形成的轻质发泡材料。发泡气体有时也可以是由异氰酸酯和水反应生成的二氧化碳。聚氨酯泡沫塑料具有整体密度小，比强度高，导热系数低以及耐油、耐寒、防震和隔音性能好等优点，并且加工简单，容易制得。在日常生活和国民经济各部门中得到广泛应用，其产量在各种泡沫期料中名列前茅。聚氢酯泡沫照料按其生产原料不同可分为聚醚型和聚酯型；按制品的性能不同又可分为软质、半硬质和硬质泡沫塑料；按生产方法还可分为一步法和两步法(包括预聚法和半预聚法)。两步法是早期使用的生产方法，其中预聚法目前使用较少，广泛使用的是—步法和半预聚法。