聚合物發(fā)泡材料是指以聚合物(塑料、橡膠、彈性體或天然高冷子材料)為基礎(chǔ)而其內(nèi)部具有無數(shù)氣泡的微孔材料,也可以視為以氣體為填料的復(fù)合材料。聚合物發(fā)泡材料品種眾多,對于塑料,大多數(shù)熱塑性塑料和熱固性塑料都能加工成泡沫塑料。
熱塑性塑料發(fā)泡材料的成型工藝主要有模壓成型、可發(fā)性珠粒模塑成型、連續(xù)擠出發(fā)泡成型以及注塑發(fā)泡成型等幾類。
模壓發(fā)泡材料
其中模壓成型屬于較早的發(fā)泡工藝類型,所以對模壓發(fā)泡并沒有規(guī)范的縮寫命名。直到近年來聚丙烯模壓發(fā)泡材料涌現(xiàn)出來后,被冠以“M”,定義為“MPP”。
近年來涌現(xiàn)出MPP,幾乎是我國自主研發(fā)的一種發(fā)泡PP。其制造工藝是以壓機(jī)做為發(fā)泡的關(guān)鍵設(shè)備,原理上與傳統(tǒng)的模壓發(fā)泡沒有本質(zhì)的不同,關(guān)鍵的區(qū)別在于發(fā)泡劑不是傳統(tǒng)的AC 化學(xué)發(fā)泡劑,而是采用超臨界CO2,因而發(fā)泡倍率可以高達(dá)20 多倍,且非常環(huán)保。具體的制造方法是,先采用混煉、壓延、擠出等各類加工工藝將PP 制成不同厚度的薄板,然后將這些薄板剪裁好放置在大型壓機(jī)中的模具中,合上模具。加熱壓機(jī)的上下模板,將PP板材的溫度上升至PP 的熔點附近,與此同時從不同方位向模具中注入超臨界CO2,在充分浸漬PP 板材后,將PP板材的溫度降至適于發(fā)泡的溫度,迅速釋放壓機(jī)的壓力,讓PP 板材充分發(fā)泡并降溫,即得到MPP 發(fā)泡板材。
MPP 產(chǎn)品的制造以及制品的優(yōu)點在于:在固體形態(tài)下浸漬,對PP 熔體強(qiáng)度要求較低;發(fā)泡過程易于控制;產(chǎn)品泡孔精細(xì)、均勻,材料力學(xué)性能非常好;超臨界CO2 較為環(huán)保且不會燃燒。但不足點也是比較明確的,如:浸漬速度慢;必須經(jīng)歷制成薄板的預(yù)加工工藝過程;受聚丙烯結(jié)晶度的影響很大;靠壓機(jī)進(jìn)行生產(chǎn),不僅不連續(xù),且效率較低,難以大規(guī)模工業(yè)化;應(yīng)用領(lǐng)域不十分明確;在發(fā)泡PP 中屬于制造成本較高的工藝。
可發(fā)性珠粒發(fā)泡材料
第二類發(fā)泡工藝稱為可發(fā)性珠粒模塑成型工藝,即在高壓釜中,在一定時間內(nèi),通過高壓將物理發(fā)泡劑在預(yù)定溫度下浸漬進(jìn)入基體樹脂的細(xì)小粒料之中,然后冷卻體系溫度至室溫,即得到可發(fā)性珠粒。使用時,先在一定的發(fā)泡溫度下,利用水蒸氣或熱空氣使可發(fā)性珠粒預(yù)發(fā)泡一下,得到綠豆大小預(yù)發(fā)泡的可發(fā)性珠粒。在制備制品時,將預(yù)發(fā)泡的可發(fā)性珠粒放入模具中加熱、減壓,使預(yù)發(fā)泡的可發(fā)性塑料珠粒進(jìn)一步膨脹并相融合,形成預(yù)定形狀的發(fā)泡材料,即稱為可發(fā)性珠粒模塑成型,通常在基材縮寫名稱前冠以“E”字。例如較早早、且較常見的PS 可發(fā)性珠粒發(fā)泡材料即稱為“EPS”;近年來發(fā)展起來的PP 可發(fā)性珠粒即稱為“EPP”。由于都是采用物理發(fā)泡劑,因而發(fā)泡倍率較大。
擠出發(fā)泡材料
第三類發(fā)泡工藝稱為擠出發(fā)泡,即塑料與物理或化學(xué)發(fā)泡劑分別加入擠出機(jī)的不同位置,高壓下在擠出機(jī)中熔融形成均勻的溶液,然后在口模處突然泄壓、發(fā)泡、冷卻,制成板材、片材甚至管材等。這類發(fā)泡材料通常在基材縮寫名稱前冠以“X”字母。例如較常見的擠出發(fā)泡的PS 即稱為“XPS”;擠出發(fā)泡的低密度聚乙烯(LDPE)即稱為“XPE”;不太多見的擠出發(fā)泡PP 即稱為“XPP”。
在擠出發(fā)泡過程中,發(fā)泡劑在高壓狀況下必須與塑料形成均勻的溶液,并在口模處瞬間泄壓、發(fā)泡、冷卻、形成發(fā)泡材料,不可能借助固相或者結(jié)晶的約束力,故而對塑料的熔體強(qiáng)度要求很高,特別需要熔體在拉伸過程中具有較強(qiáng)的應(yīng)變硬化的性能,因此發(fā)泡難度較大。
注塑發(fā)泡材料
注塑發(fā)泡材料是相對發(fā)展比較晚的一種發(fā)泡材料,主要因為傳統(tǒng)注塑工藝與發(fā)泡必備條件之間存在矛盾,不妨將該發(fā)泡材料前冠以“J”字表示。傳統(tǒng)的注塑工藝擬分為幾步過程:
⑴澆注口緊密貼近模具,然后可前后平移的主螺桿旋轉(zhuǎn),一邊將原料從料倉引入螺筒,一邊壓縮、混合,一邊向澆注口輸送,同時自身向后倒退。在此過程中螺筒對原料加熱,令其熔融。
⑵主螺桿后退至底部后停止轉(zhuǎn)動,因螺桿后部與油壓機(jī)中的活塞相連,因而在油壓的推動下,將螺桿迅速向前推進(jìn),此時螺桿功能已轉(zhuǎn)變成柱塞,將澆注口處積存的熔融物料注射至模具中。油壓機(jī)還需保持一定時間的背壓,不斷向模具中補(bǔ)加原料,以防止模具中的物料因冷卻收縮而造成的缺料現(xiàn)象。
⑶待模具中注塑的制品冷卻后,模具打開,取出制品,并重新合模,再重復(fù)上述第一步驟。
當(dāng)今的注塑發(fā)泡材料只能用于發(fā)泡倍率很低的制品,甚至于發(fā)泡并非是主要目的,而僅僅為了減小注塑制品的收縮率與變形,特別是在托盤,支架等大型制品的注塑中。
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