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第九章泡沫塑料的成型9．1概述泡沫塑料：树脂为基础而内部具有无数微孔性气体的塑料制品，特点：所以具有密度低、防止空气对流、不易传热、能吸音等优点。开孔泡沫结构：泡沫塑料内各个气孔是互相连通的闭孔泡沫结构：泡孔是互相分隔的．发泡方法：1．物理发泡指利用物理原理发泡的。2．化学发泡利用化学发泡剂加热后分解放出的气体而发泡或用原料相互反应放出的气体而发泡。3．机械发泡是利用机械的搅拌作用，混入空气而发泡等。工艺特点：待发泡的复合物必需处于液态或粘度在一定范围内的塑性状态。软硬区分：软质泡沫塑料，弹性模量小于70公斤／厘米2半硬质泡沫塑料，模量等于70～700公斤／厘米2硬质泡沫塑料，大于700公斤／厘米2高中低发泡：小于0.1；0.1~0.4；大于0.4g/cm3原料：聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、酚醛、环氧、有机硅、聚乙烯缩甲醛、醋酸纤维素和聚甲基丙烯酸甲酯等。应用：9．2机械发泡法(实际没有作用）9．3物理发泡法物理发泡法的优点：操作中毒性较小；用作发泡的原料成本较低；发泡剂无残余体，因此对泡沫塑料的性能影响不大。缺点：生产过程所用设备投资较大。9．3．1聚苯乙烯泡沫塑料可发性聚苯乙烯采用的液体发泡剂有：正戊烷，异戊烷。季戊烷和石油醚等，最常用的处正戊烷和石油醚。发泡剂在苯乙烯聚合中或聚合后加入制成的珠状物中发泡剂的含量约为6％；表现密度约为680克／升；珠粒直径范围为0.25～2毫米。制造过程预发泡－熟化（吸收空气）－模塑预发泡：预发泡是凭加热使珠状物膨胀到一定程度，以便模塑制品的密度得到更多的降低和减少密度梯度形成的倾向。熟化：预发泡后的珠粒需要贮存一段时间，以吸收空气进行熟化，防止成型后的收缩。模塑：常用的模塑方法是蒸汽加热模压法。发泡工艺9．3．2聚氯乙烯泡沫塑料由于聚氯乙烯本身并不能溶解惰性气体．能够溶解这种气体的只是它的增塑剂或溶剂，所以来用溶解惰性气体为发泡剂来生产聚氯乙烯泡沫塑料时须选用增塑剂含量大约聚氯乙烯糊或溶液为原料，以这种方法生产硬质泡沫体而只用少量溶剂，就须施加很高的压力(300～400大气压)。发泡工艺：9．4化学发泡法制造泡沫塑料时，如果发泡的气体是由混合原料的某些组分在过程中的化学作用产生的，则这种方法即称为化学发泡法。按照发泡的原理不问，工业上常用的化学法有的种；(1)发泡气体是由特意加入的热分解物质(常称为化学发泡剂或发泡剂)在受热时产生的；(2)发泡气体是出形成聚合物的组分相互作用所产生的副产物，或者是这类组分与其它物质作用的生成物。9．4．1化学发泡剂发泡法化学发泡剂：化学发泡剂是—种加热能释放出气体(如二氧化碳等)的物质：理想的化学发泡剂应具有表9—4所列的各种性能。现将几种常用的优良发泡剂列表9—5中化学发泡剂的特性与选择没有一种发泡剂是可以用于制造各种泡沫塑料而皆称合适的，这是因为各种树脂的固有性能不可能相间，加工条件也不一样，此外，为了求得性能各异的同一种泡沫塑料，加入的助剂也往往不同。选择考虑因素(1)分解温度所选发泡剂的分解温度要与塑料的熔融温度接近；泡剂应能在一狭窄的温度范围内迅速分解；发泡剂的分解作用必须要在较短的时间全部完成(2)分解速率发泡剂的分解速率是随温度变化的。(3)反应热量有机发泡剂分解时是放热反应，而无机发泡剂分解则是吸热反应。(4)发泡剂分解的抑制和促进任何化学发泡剂都是在一定的温度下进行热分解而产生气体的。(5)发泡效率有机发泡剂分解出的氮气比无机发泡剂分解出的二氧化碳气体发泡效率高，这是因为二氧化碳对塑料泡壁的扩散速度比氮气高，所以二氧化碳气体的发泡效率低，用于制造低比重的泡沫塑料是比较困难的。(6)发泡剂的并用当有机与无机发泡剂并用时较单独使用有机或无机发泡剂能显示较好的效果。9.4.2聚氯乙烯泡沫塑料的生产原材料①树脂制取泡沫塑料宜选用成糊性的乳液树脂，因其粒度细容易成糊而且带有表面活性剂，对成泡有利。②增塑剂为制取具有柔曲性和伸缩性的软质聚氯乙烯泡沫，需要添加大量的增塑剂。③发泡剂发泡剂的分解温度一般不能高于糊塑料的胶凝温度，否则就不能生产密度较小的泡沫塑料。④稳定剂这是为了防止聚氯乙烯的热分解而加入的一种助剂。⑤其它组分根据制品性能的需要还可加入润滑剂，填料，颜料等其它组分。生产方法硬质聚氯乙烯泡沫塑料，主要采用压制成型。软质聚氯乙烯泡沫塑料可采用压制、挤出、注射和压延等方法成型。①压制法压制法包括配料制糊、装料入模并使模内的糊料在加压和加热的情况，厂发泡和塑化、冷却、脱出泡沫物、以及在适当温度下使泡沫物进一步膨胀而成为制品等过程。②挤出法现在通行的挤出工艺有两种。一种是将原料在低于发泡剂分解温度的料筒内塑化并挤成具有一定形状的中间产品，而后再在挤出机外升温发泡使其成为制品。所得制品大多是低密度的泡沫塑料制品。另一种工艺是采用含有低温发泡剂的原料以便发泡在料筒内进行，而使挤离口模的挤出物在冷却后立即成为制品，这种制品的密度通常都比用前法制成的高。③注射法注射法的制品现在尚只限于高密度的(俗称低发泡制品)。注射设备通常均以移动螺杆式的为主。注射工艺大体上与一般注射相同，塑料的升温、混合、塑化和发泡(多于50％)都在注射机内进行。④压延法压延制品主要是人造革。9.4.3聚烯烃交联泡沫塑料的生产由于聚烯烃树脂熔融后的粘度不高和出现高弹态的范围不宽(低压聚乙烯和聚丙烯尤其突出，见图9—7)，因此发泡时发泡剂分解出来的气体不易保持在树脂中，致使发泡工艺难于控制。克服这种缺点的最有效的方法是使聚烯烃分子交联成为部分网状结构以提高树脂的熔融粘度和使粘度随温度的升高而缓慢降低，从而调整熔融物的粘弹性以适应发泡的要求，其情况亦见图9—7所示。聚烯烃的交联这里主要讨论交联方法、交联原理和影响交联的因素①文联剂和助交联剂聚烯烃分子的交联通常是由加入的交联剂和助交联剂通过化学作用而取得的。i活性氧含量它是表示交联剂分解时产生的游离基数量的，通常用下式计量ii半衰期当交联剂在一定温度下加热分解时，其浓度降至原来的一半所需的时间称为半衰期iii活化能要使交联剂分解产生游离基，必须给以分子活化所需要的能量。助交联剂是为防止聚合物游离基的断裂、提高交联效果、改善交联聚合物的物理性能和操作性能而加入的一类物质。②交联的原理聚合物交联有辐射交联和化学交联两种方法。辐射交联由于设备投资大，主要用于制造收缩薄膜、薄的发泡制品和细颈电缆等。化学交联价廉和方便，工业上较为广泛采用。化学交联的反应机理有离子型和游离基型两大类。③交联效率和交联度同一种有机过氧化物对不同聚合物的交联能力是不同的，一般用交联效率来表示，即同一基准数量的有机过氧化物对不同品种聚烯烃作用时所产生交联物的数量比。交联度是定量的过氧化物使定量的聚合物产生的交联物对原聚合物的重量比值。④影响交联度的因素i聚合物的分子结构就用一种聚合物来说，聚合物的分子结构能影响交联效率，凡是分子量愈大、结晶度愈低、大分子链的交联愈多的，则对过氧化物所表现的交联效率愈高。ii交联剂的用量增加过氧化物的用量，可提高聚合物的交联度，如图9—8所示。iii其它助剂的影响在交联发泡配方中为了提高防老作用常需加入防老剂，这对过氧化物交联活性是有抑制作用的，因为大多数防者剂都是还原剂．iV交联时间这是指在聚合物中的过氧化物耗尽所需的时间。(2)生产方法用化学发泡法生产聚烯烃泡沫塑料制品都采用模压法，具体实行时又有一步法和二步法两种。生产密度高的用一步法，低的用二步法。现以高压聚乙烯的制品生产为例说明如下。这种快速膨胀发泡，易使制品形成细泡孔，但发泡倍率却不高，发泡剂分解出来的气体压力与熔料粘度之间难于达到平衡。因此，生产高发泡体都用二步法，即当交联完毕和发泡剂部分分解时，也就是物料部分发泡时，即将泡沫物冷却脱棋。随后再将泡沫物进行二次加热使其在常压下继续发泡。9.4.4聚氨酯泡沫塑料聚氨酯泡沫塑料的原料(1)二异氰酸酯类二异氰酸酯类是生成聚氨酯的主要原料，采用最多的是甲苯二异氰酸酯。甲苯二异氰酸酯有2，4和2，6两种同分异构体，前者活性大，后者活性小，故常用此两种异构体的混合物。聚酯或聚醚聚酯或聚醚是生成聚氨酯的另一主要原料。(3)催化剂为了加速聚氨酯的形成和混合物的发泡，以产生低密度的泡沫体，要添加催化剂。催化剂主要是叔胺类化合物和有机锡化合物。(4)发泡剂作为聚氨酯泡沫塑料的发泡剂是异氰酸酯与水作用生成的二氧化碳。(5)表面活化剂生产时为了降低发泡液体的表面张力以使成泡容易和泡沫均匀，又使水(产生二氧化碳的)能与聚酪或聚醚均匀混合，常须在原料中加入少量的表面活化剂。2．过程中的主要化学反应聚氨酯泡沫塑料在形成过程中，始终伴有复杂的化学反应，但是主要可以归为六种。(1)链增长反应指异氰酸酪与聚醚或聚酯生成聚氨酷的反应，即异氰酸酯与醇基间的反应。3．生产方法聚氨酯泡沫塑料的生产方法有一步法和二步法(颈聚法)两种。一步法是把所有的原料(聚醚或聚酯，异氰酸酯、水和催化剂等)混在一起而形成泡沫塑料。二步法又分为预聚法和半预聚法两种：预聚法是使异氰酸酯先与聚酯或聚醚反应生成预聚体，而后再加入其它组分而生成泡沫塑料；半预聚法是使部分聚酯或聚醚先与所有的异氰酸酯作用，而后再加入剩余的聚酯或聚醚与其它组分的混合物使其成为泡沫塑料。一步法(间歇操作)生产时，采用的工艺流程和配方分别见图9—10和表9—12。二步法二步法是先把聚醚树脂与适量的异氰酸酯放入有搅拌器的反应釜中加热搅拌，使生成含有一定游离异氰酸酯的预聚体，然后把预聚体送至贮槽，再用计量泵送至发泡机混合器中。其它组分则从另一槽用计量泵同时送入混合器中。经过剧烈搅拌(4000一6000转／分)混合后，即可由混合器内排出使其发泡成为制品。采用的工艺流程和配方分别见图9—11及表9—13和9—14。4．生产控制因素决定制品性能的工艺因素很多，计其重要的有下列四种：(1)原料用量比应满足以下关系(水的当量数)十(聚酯或聚醚树脂当量数)＝(异氰酸酯的当量数)。实践证明，异氰酸酪的电量最好为理论值的1.0～1.05倍。(2)温度聚氨酯泡沫塑料制造过程中的化学反应类型较多，温度稍有波动，各种反应之间的比率即会失调，直接影响反应速度及发泡质量。(3)搅拌速率和时间这对泡沫塑料的结构具有影响。(4)熟化聚氨酯泡沫的最后熟化是指随着聚合物分子量的增加和剩余异氰酸基的消失而达到最终机械性能的过程。5、喷涂发泡成型直接喷涂于表面，在表面发泡成型原料要求：毒性小、黏度小、催化剂活性大，配方见表9—16喷涂发泡较适合的温度范围是15~35℃操作温度与厚度的关系，见图9—13；