泡沫塑料成型

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1、第九章 泡沫塑料成型Foamed Plastics 9.1 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。 9.1 概述 Example of tray used in horticulture: expanded polyst

2、erene tray with tomato seedlings 泡沫塑料的分类一、泡沫塑料的分类1、按泡孔结构分开孔泡沫塑料(open cell)：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(closed cell):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 700MPa半硬质泡沫塑料: 70MPa E700MPa 泡沫塑料的分类3、按制品密度分低发泡泡沫塑料：密度小于0.1gcm3气体固体发泡倍率9.0 此外，还有结构泡沫塑料Structure foam 和组合性泡沫塑料Integral foamm之称，前者具有不发泡或少发泡的皮层和

3、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Structure (Integral) foam 0,6 g/cm3 Compact Plastics 1,1 g/cm3Structure (Integral) foam 0,2 g/cm3Foam without haut 0,1 g/cm3 泡沫塑料的分类 泡沫塑料的结构与特性二、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50500m之间，气泡膜厚度在l10m之间，在lcm3泡沫塑料中有8008000万个气泡

4、。 Structure of expanded polystyrene (microscope)Styropor bei ca. 200 fach mit Polfilter. Ausschnitt ca: 500m x 500m 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

5、 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 。 5、 加 工 性 能 优 良 ， 既 可

6、 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

7、 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 。 1、 发 泡 剂 Foam blowing agent 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

8、 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 ，

9、对 于 热 塑 性 塑 料 ， 化 学 发 抱 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 理 想 的 分 解 型 发 泡 剂 应 具 有 以 下 性 能 ： 发 泡 剂 分 解 温 度 范 围 应 比 较 狭 窄 稳 定 ； 释 放 气 体 的 速 率 必 须 能 控 制 并 且 应 合 理 地 快 速 放 出 的 气 体 应 无 毒 、 无 腐 蚀 性 和 具

10、 有 难 燃 性 发 泡 剂 分 解 时 不 应 大 量 放 热 发 泡 剂 在 树 脂 中 具 有 良 好 的 分 散 性 价 廉 ， 在 运 输 和 贮 藏 中 稳 定 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 发 泡 剂 分 解 时 的 发 气 量 应 较 大 。三、 发泡方法和发泡原理 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 ： 在 加 压 下 把 惰 性 气 体 压 入 熔 融 聚 合 物 或 糊 状 复 合 物 中

11、 ， 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 。 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

12、 ， 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

13、 使 用 。 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

14、塑 料 。 三、 发泡方法和发泡原理 （ 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 。 （ )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 A 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 。

15、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 。 （ ） 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

16、表 面 活 性 剂 )。 聚氨 酯 泡 沫 塑 料 常 用 此 法 生 产 。 发泡方法和发泡原理 发泡方法和发泡原理 (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

17、 乙 烯 溶 胶 等 泡 沫 塑 料 。 发泡方法和发泡原理3、发泡原理 （1）泡沫的形成：气体栽溶液 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 发泡方法和发泡原理 液体与气体相混能否成为泡沫物主要决定于液体的性质。当液体与气体形成泡沫时，液体表面机会有很大增加。衡量的尺度是液、气界面张力与增加表面的乘积。从热力学角度说，这种能量的增加势必造成该系统物

18、的不稳定。增加能量越大，稳定性越小，越会受到该系统物为维持稳定而进行缩小表面的自发过程所控制。所以，作为形成泡沫物的首要条件就是液、气的界面张力必须具有较小的数值。 发泡方法和发泡原理 界面张力并不是形成泡沫物的足够条件，实验证明，形成泡沫物的另一条件是液体必须具有多相性，且界面处的液体组分比率应与液体主体部分有所不同。实践表明：在纯液体中加入表面活化剂不仅能够满足这种条件，而且还能使液、气界面张力降低，因此容易使液体成为泡沫物，并且能使泡沫大小均匀。 表面活化剂的分子结构具有亲液和疏液两个部分，当它与液体和气体共存时，亲液部分向着液体，疏液部分向着气体，因此改善了液体和气体间的吸引力，从而降

19、低了液体和气体间的表面张力。 发泡方法和发泡原理 泡沫物是热力学不稳定体，它的持续时间不会很长。但这种持续时间应大于泡沫物中树脂成为固体所需的时间，否则无法支撑泡沫塑料。泡沫物的持续时间很大程度上决定于其中液体的性质。 由于液体是泡壁的构成物，壁的机械强度越大，泡沫越能持久。所有具有凝胶结构的液体泡沫物的持久性具有有利作用。其次，组成泡壁的液体受自重会向下流动，使泡壁薄化以至破裂，因此应加大液体黏度，增加泡沫物持续时间。在次，形成泡壁的液体不应有很大的挥发度，不然泡壁也会因液体不断的 散失而破裂。因为液体黏度和挥发度都是温度的函数，所以还应控制温度。 9.2 物理发泡 本节主要以PS为主进行介

20、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刑制得，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。 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。 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

21、、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。 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。 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。 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。 聚苯乙烯泡沫塑料 装璜造型 聚苯乙烯泡沫塑

22、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。 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。 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。 聚苯乙烯泡沫塑料 用于地面保温高密度的聚苯乙烯泡沫塑料板材具有很好的强度，可以承受一定荷载，保温隔热，价格便宜，可用于冷库的铺地材料。用于屋面保温 聚苯乙烯泡沫板材与其它屋面材料结合在一起，组成屋面覆盖系统，可以起到

23、保温隔热、节约能源的作用。 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。 二、EPS Polystyrenes most common use is as expanded polystyrene (EPS). Expanded polystyrene is produc

24、ed from a mixture of about 90-95% polystyrene and 5-10% gaseous blowing agent, most commonly pentane or carbon dioxide4. The solid plastic is expanded into a foam through the use of heat, usually steam.使用可发性PS粒料,通过蒸汽箱模塑法、挤出法与注塑法生产泡沫塑料。此工艺不仅简便、且能制造各种类型泡沫制品,因此在工业上广泛应用。 二、EPS1、EPS珠粒的制造一步法：苯乙烯、引发剂和发泡剂一起

25、加入反应釜聚合一步半法：苯乙烯聚合到形成特性珠粒时加入发泡剂继续聚合两步法：先合成PS珠粒，再加入发泡剂加热使其渗入珠粒中，冷却 2、EPS制品的制备使用可发性PS粒料制造泡沫制品的生产过程,通常分为预发泡、熟化与模塑三道工序。 2、EPS制品的模压成型1.预发泡 加热使珠状物膨胀到一定程度,以便模塑时制品密度获得更大降低,并减小制品内部的密度梯度。经预发泡的物料仍为颗粒状,但其体积比原来大数十倍,通称作预胀物。制造密度0.1g/cm3以上的泡沫制品时,可用珠状物直接模塑,而不必经过预发泡与熟化两阶段。有5种方式：红外线预发泡、热空气预发泡、热水预发泡、蒸汽预发泡和真空预发泡 预发泡有间歇与连

26、续两种方法。加热设备为红外线灯、水浴或蒸汽加热器。实际在工业上,大多采用连续法,其主要设备是连续蒸汽预发泡机,如图3所示。连续蒸汽预发泡机结构示意图1.旋转搅拌器2.固定搅拌器3.螺旋进料器4.加料斗5.出料口6.鼓风机 预发泡时,将可发性PS粒料经螺旋进料器连续送入筒体内,珠粒受热膨胀,在搅拌作用下,因容重不同,轻者上浮,重者下沉。随螺旋进料器连续送料,器底珠粒推动上部珠粒,沿筒壁上升到出料口,再靠离心力推出筒外,落入风管中并进入吹干器。出料口由蜗轮机构调节升降,从而控制预发泡珠粒在筒内停留时间,以使预胀物达到规定容重。除搅拌器外，筒内装有四根管,其中三根为蒸汽管,蒸汽从管上细孔进入筒体,以

27、使珠粒发泡。最底部一根管通压缩空气,以调节筒底温度。预发泡温度一般控制在90-105。预发泡容重系根据筒内温度、出料口高度与进料量三者配合来控制。温度高,出料口位置高,进料量小,预发珠粒容重就小。最大发泡倍率为80以上。 2.熟化 经预发泡的粒料,需要贮存一段时间,吸收空气进行熟化,以防止成型后收缩。熟化通常在大型料仓或开口容器中进行。熟化温度22-26 ,熟化时间根据容重要求、珠粒形状及空气条件而定,一般为8-10h。3.成型常用方法是蒸汽加热模压法与挤出法。(1)蒸汽加热模压法按加热方式又分为蒸缸发泡与液压机直接蒸汽发泡两种。 蒸缸发泡法适宜生产小型、薄壁与形状复杂的制品,即将预胀物填满模

28、具后放入蒸缸中,然后通蒸汽加热成型。蒸汽压力与加热时间视制品大小与厚度而定,一般为0.05-0.10MPa,10-50min。预胀物受热软化,经膨胀互相熔接而成整体,冷却与脱模即得泡沫塑料产品。 此法所用模具简单,但操作劳动强度大,难于实现机械化与自动化生产。 聚苯乙烯泡沫塑料 聚苯乙烯泡沫塑料 液压机蒸汽发泡法适宜生产厚度大的制品如泡沫板。用气送法将粒料加入液压机的模具中。模具开有若干个0.1-0.4mm的通汽孔(或槽),它们不会被颗粒堵塞。当模腔装满预胀物后,直接通入0.1-0.2MPa蒸汽,赶走珠粒间的空气并使料温升至110左右,模内预胀物膨胀并粘接成整体。然后关闭蒸汽,保持一定时间(1

29、-2min),通水冷却并脱模。容重小与壁薄的制件,冷却时间短,容重大与壁厚的制件,冷却时间长。 此法优点是塑化时间短、冷却定型快,珠粒熔接良好,质量稳定,生产效率高,能实施自动化生产。 适宜生产泡沫片材与薄膜。由于可发性PS珠粒在挤出机料筒内受热塑化容易被压实,制品密度常偏高。为降低制品密度,可加入适量柠檬酸(或硼酸)与碳酸氢钠。这些物质受热产生不溶于PS树脂的气体,在压力下均匀分散在熔融树脂中。当挤出物离开口模卸压后,产生的气体立即气化膨胀形成很多泡孔,此时树脂中发泡剂的分解气体便进入这些泡孔,使泡孔继续膨胀。这样,经挤出吹塑便制得细密而均匀的泡沫塑料片材或薄膜。3、EPS制品的挤出成型 通

30、常使用单螺杆挤出机,长径比为18-20,压缩比为2-4。压缩比小,发泡剂在螺杆内受压不足,使挤出物中存有较大泡孔;压缩比大,物料对气体的后推力增大,气体易从料斗逸出。螺杆与料筒的间隙宜小。螺杆头部呈鱼雷状,以利提高混合效率并防止料流脉动。机头口模应有一定压差,以防物料在模内发泡。挤出物离开口模立即发泡,且泡孔均匀地双向膨胀。此时发泡剂气化吸热,致使树脂冷却,泡壁便有一定张力,从而有助防止气泡并孔。吹塑时,吹胀比为3-6,并应较快牵引,使挤出物在张力下冷却,大分子沿牵伸方向定向,使制品物理性能增高。为此应严格控制牵伸温度、牵伸速度与冷却速度。 影响因素影响泡沫制品密度及其它性能的主要因素有如下几

31、点:1.温度在低于玻璃化温度下,发泡剂向外逸出,珠粒不胀大。温度增高,聚合物转变至高弹态,发泡速度与发泡倍率增大。这是由于发泡剂汽化,形成泡孔,水蒸汽渗入泡孔,孔内压力增高,孔壁层对拉伸的阻力减小所致。在更高温度下,聚合物的高弹形变份量减小而粘流(塑料)形变份量增大,孔壁强度下降,在发泡程度不大时即破裂,已膨胀的泡孔又出现回缩,因此发泡倍率必然很小。实践证明,可发性PS树脂的最佳发泡温度为104-109。4、影响EPS制品的因素 2.时间在恒定温度下,发泡倍率随时间增长而增大,达到最大值后,又随时间延长而减小。在较高温度下,最大发泡倍率随时间增长减小的趋势更为急剧,原因是孔壁中细裂纹很快发展成

32、粗裂纹,孔内压力迅速下降,使泡孔很快收缩。由此可见,高温发泡时,控制最大发泡倍率很困难,若通水冷却时间稍微不当,泡孔即发生瘪塌。所以发泡与冷却时间随温度而定。 3.聚合物分子量与分布PS树脂分子量越大,其拉伸取向能力、取向后强度、玻璃化温度与粘流温度皆越高,因此便可提高发泡温度,以获得更大发泡倍率。用分子量分布窄(Mw/Mn2)的PS树脂,发泡温度范围宽,发泡倍率大,泡孔强度高,孔壁极限厚度小,且制品质地均匀,断裂拉伸强度与相对伸长率皆高。 9.3 化学发泡 一、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

33、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。 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

34、糙 ， 需 采 用 特 殊 漆料 进 行 喷 涂 ， 以 美 化 装 饰 鞋 帮 表 面 。 原 料 及 典 型 配 方 典型 配 方 见 表 9 3。 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 9 4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 。 PVC泡沫塑

35、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100110，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

36、 造粒温度远低于聚氯乙烯全塑凉鞋的塑化造粒温度。 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23min后

37、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。 PVC泡沫塑料 生产发泡鞋最好采用转盘式注塑机，一机多模（8模或10模），才能保证质量，提高生产效率。大底模具的发泡量控制在45mm。中号、小号模具的发泡量控制在24mm，成型温度：加料区150160、中部165170。下部140一150。注塑温度控制适当与否，直接影响发泡鞋的发泡倍率，定型时间约6070s左右，具体时间根据鞋的大小确定，每双鞋生产周期约两分半左右。 （4）喷漆上光PVC注塑发泡鞋最大的缺点是鞋帮表面粗糙无光、因而需

38、进行表面修饰，使制品光亮美观。表面修饰是通过对鞋表面的喷漆来实现的，漆料由聚氨酯清漆，环己酮、醋酸丁酯配成，或购置市售的聚氨酯清漆经稀释后使用。操作主要分三步进行，即： 喷色边将色料用增塑剂浸润后研磨成色浆，用喷枪对发泡凉鞋各部边缘进行喷涂。 上光面在喷过色边的凉鞋上，进一步在凉鞋帮面上覆盖一层透 明光漆，其作用是保护色边，并可提高凉鞋制品的光亮度。操作可采用静电喷涂，也可以采用整鞋浸涂。 干燥喷漆后的发泡鞋在60进行烘烤，使漆膜固化干燥。 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

39、 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

40、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

41、 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 。 交 联 方 法 有 化 学 交 联 和 辐 射 交 联 。 PE泡沫塑料 二 、 丁 烷 发 泡 的 高 发 泡 聚 乙 烯 （ EPE ） 鉴 于 氟 里 昂 破 坏 大 气 臭 氧 层 ， 恶 化 了 人 类 生 存 环 境 ， 联 合 国 早 在 1987年就 通 过 决 议 限 制 使 用 。 我 国 泡 沫 塑 料 行 业 于 1994年 也 制 定 了 CFC替 代 物 战 略方 案 ， 因 此 寻 找 CFC类 理 想

42、 替 代 物 刻 不 容 缓 ， 势 在 必 行 。 目 前 主 要 开 发 以 丁烷 为 发 泡 剂 生 产 高 发 泡 聚 乙 烯 （ EPE） 的 新 工 艺 。 EPE及 其 复 合 材 料 是 近 年 发展 概 为 迅 速 的 一 种 包 装 材 料 ， 目 前 它 已 广 泛 用 于 家 用 电 器 、 仪 器 仪 表 、 工 艺品 、 家 具 、 鞋 类 等 物 品 的 包 装 。 它 不 但 具 有 PE薄 膜 的 防 潮 、 防 尘 的 特 点 ， 还具 有 缓 冲 减 震 、 抗 磨 损 作 用 ， 深 受 用 户 的 欢 迎 。 原 料 与 典 型 配 方 ： 生 产 E

43、PE必 须 选 用 薄 膜 级 低 密 度 聚 乙 烯 （ LDPE） ， 要 求 有 适 当 的 流 动 性 和良 好 的 成 泡 能 力 ， 其 主 要 性 能 指 标 应 符 合 下 列 要 求 ： 熔 体 指 数 ， g 10min 0.3 0.60 密 度 ， g/cm3 0.925 目 前 我 国 市 场 符 合 以 上 要 求 的 树 脂 牌 号 有 ； 上 海 金 山 石 化 股 份 有 限 公 司 Q281、 Q200， 大 庆 石 油 化 工 总 厂 18D、 24E， 燕 山 石 油 化 工 公 司 2F1.5B、 2F3B。 丁 烷 选 用 含 量 大 于 85 ， 水

44、 分 含 量 较 低 的 石 油 液 化 气 即 可 ； 抗 缩 剂 选 用 具 有增 塑 、 抗 静 电 和 内 部 润 滑 性 的 工 业 级 单 硬 脂 酸 甘 油 酯 （ DMGS） ， 该 品 为 黄 色 、蜡 状 固 体 ； 滑 石 粉 选 用 干 燥 无 杂 质 的 500 的 为 宜 。 原 料 配 比 还 与 生 产 产 品 的厚 度 有 关 。 PE泡沫塑料 生 产 EPE的 典 型 配 方 生 产 工 艺 流 程 原 料 和 助 剂 经 真 空 加 料 器 吸 入 挤 出 机 料 斗 ， 然 后 经 输 送 、 熔 融 进 入 均 化 段 ，丁 烷 和 抗 缩 剂 分 别

45、 用 高 压 计 量 泵 在 均 化 段 前 加 入 。 各 种 物 料 在 均 化 段 充 分 接 触 、 混 合 ，使 助 剂 及 丁 烷 均 匀 地 分 散 在 熔 体 中 ， 而 后 通 过 过 滤 网 经 机 头 挤 出 、 发 泡 、 吹 胀 、 冷 却 、定 型 、 开 口 、 展 平 、 牵 引 、 卷 取 得 到 制 品 。 其 工 艺 流 程 图 见 图 。 EPE生 产 工 艺 流 程 图 PE泡沫塑料 生 产 工 艺 由 于 生 产 产 品 厚 度 不 同 挤 出 机 各 段 温 度 的 控 制 也 略 有 不 同 。以 生 产 产 品 厚 度 1.0mm为 例 ， 从

46、 进 料 到 机 头 各 段 温 度 依 次 力 ：150 、 182 、 187 、 175 、 93 、 93 、 93 、 113 ； 抗缩 剂 加 入 温 度 125 ， 率 引 速 度 56m min。 生 产 主 要 设 备 M 90挤 出 机 ： 引 进 装 置 ， 螺 杆 为 变 深 变 距 ， 结 构 独 特 。 大长 径 比 特 长 螺 杆 （ L D 50） 螺 杆 转 速 15 60r min， 驱 动 功 率55kw。 丁 烷 注 入 高 压 计 量 泵 ； 最 高 输 出 压 力 30MPa， 输 出 量0.6L/min。 抗 缩 剂 注 入 高 压 计 量 泵 ；

47、 活 塞 冲 程 4 28mm， 输 出 量 35245m3 min。 三、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

48、聚法和半预聚法)。 聚氨酯泡沫塑料 聚 氨 酯 软 质 泡 沫 塑 料 多 采 用 2,4-甲 苯 二 异 氰 酸 酯 和 2,6-甲苯 二 异 氰 酯 酯 为 80:20(或 65:35)的 混 合 物 以 及 聚 丙 二 醇 醚 作 原料 。 甲 苯 二 异 氰 酸 酯 过 量 3 7 ， 以 保 证 产 物 有 足 够 的 交 联 。 硬 质 泡 沫 塑 料 多 用 多 亚 甲 基 多 苯 基 多 异 氰 酸 酯 或 粗 品 甲 苯二 异 氰 酸 酯 为 原 料 ， 所 用 多 元 醇 聚 合 物 的 分 子 量 较 低 。 聚 氨 酯 泡 沫 塑 料 的 生 产 工 艺 有 预 聚 法

49、 、 半 预 聚 法 和 一 步 法三 种 。 预 聚 法 是 将 过 量 的 异 氰 酸 酯 与 多 元 醇 聚 合 物 先 制 成 端 异氰 酸 酯 基 的 预 聚 物 ， 然 后 再 与 扩 链 剂 或 其 余 的 多 元 醇 聚 合 物 反应 。 半 预 聚 法 与 预 聚 法 类 似 ， 仅 预 聚 物 的 反 应 程 度 较 低 。 预 聚法 和 半 预 聚 法 适 用 于 小 批 量 生 产 ,一 步 法 则 用 于 大 批 量 的 连 续发 泡 或 模 型 发 泡 。 聚氨酯泡沫塑料 聚氨酯泡沫塑料注 入 发 泡 成 型 工 艺 影 响 因 素 较 多 ， 主 耍 有 以 下

50、几 方 面 。 （ 1） 物 料 混 合 原 料 的 反 应 活 性 很 高 ， 反 应 液 体 在 发 泡 机 混 合头 内 停 留 的 时 间 应 很 短 ， 一 般 不 超 过 十 几 秒 ， 因 此 要 求 设 备 有极 高 的 混 合 效 率 。 （ 2） 成 型 温 度 成 型 中 环 境 温 度 及 原 料 温 度 均 以 20 30 为宜 ， 并 应 稳 定 （ 波 动 不 超 过 士 1 ） ， 温 度 高 低 直 接 影 响 化 学 反应 速 度 的 快 慢 。 模 具 温 度 则 控 制 在 40 60 。 温 度 低 ， 发 泡倍 数 小 ， 表 皮 厚 ， 温 度 高

51、 则 相 反 。 （ 3） 熟 化 温 度 和 时 间 原 料 在 注 入 模 具 内 发 泡 后 ， 应 在 脱 模 前把 制 品 与 模 具 一 起 在 较 高 的 温 度 环 境 中 进 行 熟 化 ， 以 使 化 学 反应 进 行 完 全 ， 熟 化 的 温 度 一 般 为 60 100 ， 温 度 越 高 ， 熟 化时 间 越 短 。 、泡沫塑料有哪几种发泡方法、简单叙述这些发泡方法。、简述可发性聚苯乙烯珠粒泡沫塑料的生产工艺。、为什么聚乙烯泡沫塑料中不易生产高发泡倍率的制品、一般通过什么方法来生产高发泡倍率制品？ 、简述注射法聚氯乙烯泡沫塑料的生产工艺。、简述聚氨酯泡沫塑料的生产工艺。