发泡塑料讲座-2005

2001。12。15北京化工大学材料科学与工程学院硬聚氯乙烯挤出发泡及发泡机理苑会林北京化工大学材料科学与工程学院发泡产品及应用简介绪论挤出工艺流程原材料和配方成核剂和添加剂发泡剂硬聚氯乙烯挤出发泡工艺介绍膨胀过程实践观察与物理解释发泡的影响因素木粉增强聚氯乙烯发泡板材挤出绪论发泡塑料的性能特点单体体积内消耗较少的树脂低的热导率改进的机械性能和隔音性能增加了弯曲张度(按同等重量树脂相比)挤出工艺流程原材料及生产配方确定原材料的混合挤出发泡冷却与定型定长切割边角料的回收发泡典型配方聚氯乙烯挤出发泡膜、片、型材的配方PVC(悬浮聚合)K=55-58100VC/VA共聚物2稳定剂2.5内,外润滑剂0.5—2ACR发泡改性剂3—5填料0.1—6成核剂0.2—0.8发泡剂0.2—0.7成核剂的影响影响发泡温度影响泡的数目和泡的大小影响发泡密度成核剂加入强力吸热的物质降低熔体粘度和表面张力加入气体或液体物质形成微细溶于熔体的小泡,形成过饱和气体,促进发泡,如N2,CO2可加入柠檬酸和碳酸钠(1:1.33)成核剂及加入方法加入非常细的金属化合物氧化锌等在发泡之前能形成热点,可降低熔体粘度和表面张力,促进泡的形成加入颗粒状固体物质在相分离过程中,在颗粒表面吸收气体而促进发泡,如滑石粉,硅酸盐,钛白粉有机填料,颜料,阻燃剂,相容剂等成核剂对泡直径的影响发泡剂的分类物理发泡剂沸点在树脂软化点温度以下的液体适用于高发泡化学发泡剂在很窄的温度范围内能分解放出气体的物质适用于低发泡物理发泡剂应具有的性能在树脂中有相当的溶解性不影响树脂的粘度和玻璃化转变点低的扩散能力在膨胀过程中快速挥发,在泡壁内残留浓度较低物理发泡剂种类氟碳化合物R11,R12,R114烃类戊烷二氧化碳氮气物理发泡剂碳酸钠的发泡温度物理发泡剂发泡剂的物理性能发泡剂分子量密度g/cm3沸点℃汽化热kJ/kg热导率w/k.m戊烷72.150.61636.1360三氯一氟甲烷Ｒ11157.381.47623.8182二氯二氟甲烷Ｒ12120.91.31-29.81660.0103R11/R12(50:50)129.141.39-251640.0095CO244.011.977-78.55740.0163N228.011.251-1962010.0258理想的发泡剂的性质应具有的性能无味、无毒不损害聚合物的化学物理性能分解物不应有腐蚀性，变成气态时本身是化学惰性的不燃烧能溶解于聚合物中分解物本身应起成核剂价廉来源方便化学发泡剂应具有的性能发泡剂分解物不会对树脂染色分解物不应有腐蚀性分解物本身应起成核剂化学发泡剂种类偶氮类化合物磺酰肼类柠檬酸碳酸氢钠尿素名称缩写分解温度℃产气量cm3/g推荐用量phr适用于树脂偶氮二甲酰胺ＡＣ180-200220(210℃)0.1-0.4PVC,PE,PP,PS,ABS偶氮二异丁腈ＡＺＤＮ110-125130(110℃)0.5-6.0PVC４,４-氧代双苯酰肼ＯＢＳＨ150-200160(160℃)0.5-1.0PE,EVA三肼基三嗪ＴＨＴ250-300220(270℃)0.1-1.0PA,PC偶氮二碳酸钡ＢＡＤＣ250-300200(270℃)0.1-1.0PV,PA,PC,ABS对甲苯磺酰氨基脲ＴＳＳＣ180-210200(200℃)0.5-2.0PE,PP,PS,PVC化学发泡剂的性能化学发泡剂的类型化学发泡剂的类型化学发泡剂的类型化学发泡剂的类型化学发泡剂的类型化学发泡剂的类型偶氮二甲酰胺的分解偶氮二甲酰胺的分解偶氮二甲酰胺的分解偶氮二甲酰胺的分解气体组成偶氮二甲酰胺的分解气体组成气体分解组成N2,65%CO,32%CO23%固体残渣和升华物脲唑,39%三聚氰酸,26%联二脲,2%三聚异氰酸,1%化学发泡剂的发泡温度曲线化学发泡剂的性能与应用化学发泡剂的性能与应用化学发泡剂的性能与应用化学发泡剂的性能与应用化学发泡剂的性能与应用化学发泡剂的性能与应用化学发泡剂的性能与应用44氧化双苯磺酰肼(OBSH)44氧化双苯磺酰肼(OBSH)白色粉末分解温度157-160度气体分解组成NH3N2H2O三肼基三嗪白色或灰色粉末分解温度157-160度气体分解组成NH3N2三聚氰胺对甲苯磺酰胺基脲白色结晶固体分解温度213-225度气体分解组成N2,55%CO,37%CO22%NH3,3%固体残渣和升华物二甲苯基二硫化物对甲苯磺酰胺RPVC发泡典型配方聚氯乙烯挤出发泡型材配方PVC(SG-5,6,7)100复合稳定剂3.5内,外润滑剂0.5—2ACR发泡调节剂5—8填料4—6成核剂0.2—0.7AC发泡剂0.3—0.6色料适量RPVC发泡塑料工艺挤出机温度分布和压力分布偶氮二甲酰胺分解机理分解反应dc－——=kcdtk是分解速度常数k=k0·e-(E/RT)偶氮二甲酰胺分解气体在熔体中的溶解性Cg熔体中溶解的气体浓度Cg=S*PS是溶解度S=S0·e-(E/RT)P气体分压泡的形成泡的内压Ｐi2γＰi＝——rr是泡半径γ是表面张力泡形成的必须条件Pi发泡压力P外压+P表面张力偶氮二甲酰胺分解气体在熔体中的扩散性扩散性计算公式气体扩散是一种热活化过程，可用Arrhenius方程描述。D=D0exp(-Ed/RT)D0和Ed是一常数气体在聚合物中的扩散率渗透系数（P）计算方法P=S*DP渗透系数S溶解度系数D扩散系数影响发泡的主要影响因素螺杆结构对发泡挤出的影响影响发泡的主要影响因素螺杆结构和配方对硬聚氯乙烯发泡密度的影响配方I：pvc,100;复合铅稳定剂，4.5;加工助剂，6；润滑剂，1；发泡剂，0.5;填料，4配方II：pvc,100;Ba/Cd稳定剂,2.5;螯合剂，0.5;加工助剂，6；润滑剂,0.8；发泡剂,0.9;填料，4影响发泡的主要影响因素不同复合稳定剂对发泡剂分解的影响影响发泡的主要影响因素三盐用量对发泡剂分解温度的影响发泡剂0.5影响发泡的主要影响因素硬脂酸盐对发泡剂分解温度的影响影响发泡的主要影响因素ACR对发泡剂发气量的影响影响发泡的主要影响因素金属氧化物对发泡剂发气量的影响三层发泡挤出的工艺三层发泡配方设计发泡层PVC(SG-7);发泡剂0.5;ACRZB-530,6表层PVC(SG-4),ACR-201,2三层发泡挤出的工艺三层发泡机头结构三层发泡挤出的工艺三层发泡机头结构三层发泡挤出的工艺三层发泡管国家标准三层发泡挤出的工艺三层发泡管机头机构图三层发泡挤出的工艺三层发泡管机头三层发泡挤出的工艺三层发泡管机头三层发泡挤出的工艺三层发泡管机头2001。12。15北京化工大学材料科学与工程学院AC润滑剂在发泡PVC中的应用LubricationofFoamedPVCApplications工业配方Ingredients配比?Dosage用量?SnBasefreeFoamFormulation(US)ResinPVCK60100.0PigmentTiO22.0FillerCaCO36.0ModifierAcryloidK4007.0ProcessingaidAcryloidK1251.5StabilizerButylTin1.5Co-stab./Lub.LoxiolG601.0Externallub.A-C617A0.5Externallub.A-C629A0.25Externallub.A-C307A0.25BlowingagentAzo-diocarbonimide1.0PbbasedFreeFoamFormulation(Europe)S-PVCKv=58100.0Acrylicprocessingaid8.0Coatedfiller4.0TiO24.0Stabilizerone-pack5.7Pbstearate0.4Castearate0.4Phthalateester1.0A-C680A0.15-0.3Azodicarbonimide0.5SnbasedfreeFoamFormulation(Europe)S-PVCKv=58100.0Acrylicprocessingaid8.0Coatedfiller4.0TiO24.0Butyl-Sn-mercaptide2.5Castearate0.6Phthalateester0.4A-C617A0.2A-C316A0.15Azodicarbonimide0.5发泡挤出板材木粉增强挤出板材研究木粉的处理微观结构力学性能木塑复合材料的优点外观木质感强尺寸稳定性好弯曲强度高耐水性和耐候性比木材好木塑复合材料的优点质轻加工性好机握钉力大可再生木塑复合材料的应用建筑工业中防火隔音材料、装潢材料、水泥模板包装工业中生态包装材料、缓冲材料、复合软包装汽车工业中内装饰板材、车用零部件等文化生活中乐器、玩具、文具和功能材料木粉的特点纤维素大分子的重复单元每一个基环内含有3个羟基（—OH），这些羟基形成分子内氢键或分子间氢键，使纤维具有吸水性，吸湿率达8%~12%木粉的处理方法加热处理，以除去水分和部分易挥发及易分解组分进行表面改性以增加对基体树脂的相容性表面包覆法表面聚合法实验部分1.1主要原材料1.2木粉表面处理1.3试样制备1.4力学性能测试1.5断面型貌观察1.1主要原材料PVC，SG-5，天津化工厂氯醋共聚树脂,LC202,南通树脂有限公司；木粉(松木)，20-60目DOP，北京化工厂铝酸酯,辛集市华能石油化工公司丙烯酸丁酯,北京益利精细化工厂N,N-二甲基苯胺,天津染化七厂过氧化苯甲酰，北京化工厂AC发泡剂，沧州化工厂其它助剂，市售1.2木粉表面处理表面包覆(偶联剂)法表面聚合法偶联剂法将粒度在20~60目之间的木粉在150~160℃的温度范围内加热处理。把干燥后的木粉加到备有搅拌的容器中进行搅拌，温度保持在70~90℃的条件下加入偶联剂，搅拌均匀。表面接枝法将粒度在20~60目之间的木粉在150~160℃的温度范围内加热处理。把干燥后的木粉加到搅拌釜中搅拌,同时将单体丙烯酸丁酯、聚合引发剂过氧化苯甲酰、聚合促进剂二甲基苯胺的混合物加到木粉中，再浸渍2小时使之均一化。温度升至100~140℃，并保持4小时，使木粉中的浸渍剂硬化，从而得到改性木粉。木粉增强PVC发泡板材配方聚氯乙烯挤出发泡板材配方PVC(SG-5,6,7)100复合铅稳定剂3.5内,外润滑剂2ACR发泡助剂6碳酸钙800目4成核剂0.7AC发泡剂0.5增塑剂5—15木粉10—301.3试样制备将配方中PVC树脂、稳定剂、木粉和发泡剂、增塑剂、发泡调节剂、填料等组分混合，即为干混料。将干混料在BrabenderPLD-651挤出机上进行挤出成型制得片材。将片材通过压片机和制样机制成拉伸测试样条。1.5断面型貌观察扫描电镜观测CambridgeS-250型扫描电子显微镜英国剑桥仪器厂产结果与讨论2.1木粉含量对材料力学性能的影响2.2增塑剂用量对复合材料力学性能的影响2.3PVC/木粉复合体系断面的SEM观察木粉含量对材料力学性能的影响10152025302.43.03.64.24.85.4丙烯酸丁酯处理木粉铝酸酯处理木粉断裂伸长率/%木粉含量/份数木粉含量对材料力学性能的影响10152025300.400.450.500.550.600.65铝酸酯处理木粉丙烯酸丁酯处理木粉冲击强度/104J/m2木粉含量/份数2.2增塑剂用量对复合材料力学性能的影响4681012141610.610.811.011.211.411.611.812.012.2DOP含量/份数拉伸强度/MPa3.03.54.04.5断裂伸长率/%增塑剂用量对复合材料力学性