塑料发泡成型技术

塑料其它成型技术塑料工程教研室单元二塑料发泡成型•常见的树脂中泡哪些常用作泡沫塑料？•泡沫塑料有何特点？•泡沫塑料的成型方法有哪些？•泡沫塑料的分类？•常用的发泡方法？聚乙烯模压发泡•聚乙烯发泡的问题与优势•配方•工艺流程•工艺条件控制•影响发泡效果分析•实验分组一、概述PE、PVC、PS、PU。热固性塑料有：酚醛、脲甲醛UF、环氧树脂EPO、有机硅等，特点：密度低（10～500Kg/m3）、隔音、隔热、防震等特点。生产泡沫塑料的材料:所有热塑性塑料和热固性塑料泡沫塑料的成型方法：挤出、注射、模压、浇铸、压延。泡沫塑料的分类1、按软硬程度分（即机械强度分）软质泡沫塑料，在23℃和RH50%条件下，弹性模量小于70MPa,富有柔韧性、压缩硬度很小、应力解除后能恢复原状，残余变形较小；硬质泡沫塑料，弹性模量高于700MPa,无柔韧性，压缩硬度大，应力达到一定值方产生变形，解除应力后不能恢复原状；半硬质泡沫塑料，弹性模量在70～700MPa之间，性质介于两者之间。2、按密度分密度0.4g/cm3，低发泡；密度=0.1～0.4g/cm,中发泡；密度为0.1g/cm以下，高发泡。3、按气孔结构不同分开孔泡沫塑料——孔与孔是相通的，具有良好的吸音性能和缓冲性能；闭孔泡沫塑料——每一孔是独立的，具有较低的导热性能和较小的吸水性。常见泡沫塑料分类硬质软质开孔闭孔开孔闭孔酚醛塑料聚氯乙烯聚氯乙烯聚氯乙烯脲醛塑料聚苯乙烯聚氨酯有机硅塑料聚氯乙烯薄片聚氨酯聚乙烯醇缩甲醛乙酸纤维素聚乙烯脲醛塑料环氧塑料3-2泡沫塑料的发泡方法一、泡沫塑料的发泡方法（一）物理发泡法（二）化学发泡法（三）机械发泡法•大家想想泡沫塑料中的泡孔的产生过程？聚苯乙烯泡沫塑料是如何制备的？LDPEMFR=3g/10min100EVA改性剂20可不加DCP交联剂1AC发泡剂5.5zno0.5HSt润滑剂1.5三碱式硫酸铅活化剂降低发泡剂的分解温度3看视频说说PS发泡材料的制备过程采用悬浮聚合得到珠状PS制品，粒径大小均匀浸渍发泡剂水蒸气初步加热可发性发泡珠粒模塑发泡制品模塑发泡设备及制品二、聚丙烯泡沫塑料•1、聚丙烯发泡的优点•2、结晶性发泡材料的难点•3、如何解决？•4、发泡方法•5、研究现状交联聚丙烯无交联聚丙烯总结•泡沫塑料的分类•PS发泡材料的工艺流程•聚丙烯发泡的现状•作业：考虑一下，如何提高聚丙烯的发泡性能，有哪些比较好的方法？5、挤出成型可发性聚苯乙烯珠粒可直接用于挤出成型片材和薄膜，制品的密度偏高为0.32-0.80g/cm3。因为在挤出过程中很容易造成在机筒内塑化压实情况，所以制品密度偏高，为降低制品密度可加入1.6%的硼酸和1.8%的碳酸氢钠。二、聚乙烯泡沫塑料聚乙烯泡沫塑料密度小，低温性能和抗化学腐蚀性能良好，并且具有一定的物理力学强度，因此可用于日用制品、精密仪器包装材料、保暖材料、水上漂浮材料以及代替天然木材等方面，应用面很广，发展也很迅速。（一）聚乙烯发泡的特点1、聚烯烃结晶度高，在未达到结晶熔融温度以前，树脂几乎不能流动，而达到熔融温度，整个聚合物的熔融黏度急剧下降，使发泡过程中产生的气泡很难保持2、PE结晶度高结晶快；从熔融态到晶态时放出大量的结晶热；熔融聚烯烃的比热容较大；从熔融态冷却到固态需时间较长；使发泡的气体逃逸的机会增多；3、聚烯烃塑料的透气性大，使发泡的气体难保持。为了改善聚烯烃类塑料的发泡缺陷，常采用树脂分子间交联的方法调节熔融物的粘弹性，使之达到发泡所需的条件，并提高泡沫塑料的物理机械性能。（二）聚烯烃的交联交联方法有物理交联和化学交联，而物理交联常用的是辐射交联，由于辐射交联需要很昂贵的设备，特殊产品如薄的发泡制品、细径电缆生产时有应用，一般的采用化学交联。交联剂都含有氧-氧键，如：过氧化二异丙苯(DCP）等，它的键能小，不稳定，在热和光作用下容易分解生成游离基，从而引发聚乙烯主链上某些碳原子产生活性，而后两个大分子游离基相互结合产生c-c交联键。加入助交联剂，如：马来酰亚胺、顺丁烯二酸酐、1，2－聚丁二烯等含有双键和过氧键的化合物。可以提高过氧化物的交联效率，可以提高交联度，使泡沫均匀、坚固。交联时间有机过氧化物的反应是从分解开始的，当交联剂分解到其浓度一半时所需的时间，称为半衰期。而交联时间取预定交联温度下半衰期的10～12倍的时间。在发泡成型过程中，要防止交联剂过早达到分解温度，选择过氧化物的稳定性要适合交联起始要求和加工的要求。如图(下页)。是三种过氧化物半衰期和分解温度的关系。1－过氧化二叔丁烷2－2，5－二甲基2，5－双己烷3－过氧化二异丙苯为了制得不同性能的PE泡沫塑料制品,可以对PE本身进行改性,如接枝；同EVA、聚异丁烯、天然橡胶或合成橡胶、聚苯乙烯、高低密度聚乙烯等共混；还可以在泡沫塑料中使用填料。填料的作用:a、扩大泡沫塑料的物理性能范围,如碳黑、二氧化硅可作为增强填料,提高泡沫的挠曲模量、拉伸强度、压缩载荷和刚度;碳酸钙、亚硫酸钙、硅酸钙可以较低泡沫塑料的成本,改进其燃烧性能等；b、可以使溶解的气体进一步成核，使气泡分散更广，泡孔尺寸更加一致。填料一般不改变泡孔的结构，而对与泡壁有关的泡沫塑料的性能（气体渗透性）有关。c、含填料、发泡剂、交联剂的HDPE，可以制成泡孔细小的泡沫塑料，密度最小达0.04g/cm3。加入填料会降低过氧化物的交联效率，要相应增加用量来补偿。（三）聚乙烯泡沫塑料的成型挤出法注射法模压法一步法和两步法可发性PE珠粒法有交联和无交联法(低发泡制品)化学发泡法物理发泡法直接挤出法挤出后常压交联发泡法高压法低压法PE发泡片材生产线PE物理发泡法挤出PE物理发泡挤出网及设备2、模压法（1）一步法配方：仅供参考LDPEMFR=3g/10min100EVA改性剂20可不加DCP交联剂1AC发泡剂5.5zno0.5HSt润滑剂1.5三碱式硫酸铅活化剂降低发泡剂的分解温度3工艺流程1.LDPE、EVA混合2.两辊塑炼加AC、三碱式硫酸铅混合粗炼3.再加入交联剂精炼4.拉片5.模压交联6.开模发泡工艺控制：混合在室温下进行。混炼温度在树脂的熔点以上，交联剂和发泡剂的分解温度以下（110～120℃）。混炼好后，按模具大小出片，厚度1mm左右，按质量称量、裁切后，放入模压模具，加热（160℃左右）、加压（7.12～10.78MPa）6～8min，交联剂交联，后发泡剂分解，待发泡剂完全分解后，解除压机的压力开模，使热的物料膨胀弹出，在2～3秒内完成发泡。在发泡过程中特别要注意物料的粘弹性，如果粘弹性太低，如遇微小的机械阻力，就会导致泡沫塑料的龟裂，在生产中，有用开模前适当降低物料的温度，使其粘弹性提高，再开模的办法。所以一步法所得泡沫塑料的发泡倍率不高，一般在3～15倍。而两步法可得发泡倍率为30倍的PE泡沫塑料。（2）两步法成型工艺：首先将塑炼好的片材在压机上模压,温度150℃,时间根据片材的厚度,常为30min左右,去压,开模,完成第一步发泡,密度0.098g/cm3,此时70%的发泡剂没有分解,然后趁热置于165℃的油浴中加热20min,这一步材料的密度进一步降低,但是尚有7%发泡剂没有分解,从油浴中取出,室温下冷却,余下的发泡剂继续分解10min后，发泡完毕。所制得的制品泡孔细小均匀,密度0.027g/cm3。3、注射法PE结构泡沫塑料结构发泡材料是指密度在10～60kg/cm之间的发泡材料，制品表面呈封闭的致密层，芯部呈微孔泡沫结构。厚度在5mm以上。（1）低压结构发泡注射（模腔压力2～7MPa）（普通注射模腔压力30～60MPa）（2）高压结构发泡注射（模腔压力7～15MPa）多工位结构发泡注射机多组分结构发泡注射机多组分结构发泡注射机局部三、聚氨酯泡沫塑料是以多元醇（聚醚或聚酯型）和二异氰酸酯为原料，加入催化剂（交链催化剂和发泡催化剂）、发泡剂（化学发泡剂和外发泡剂）、泡沫稳定剂（表面活性剂）经过混合搅拌后发泡、熟化而成。主要发泡气体为异氰酸酯与水反应形成二氧化碳。聚酯型聚氨酯泡沫塑料性能优良，价格高。聚醚型价格低，普遍应用。聚氨酯泡沫塑料分类根据原料不同和配方不同分软质、半硬质和硬质泡沫塑料。生产软质泡沫塑料聚醚或聚酯都是线型的或稍带支链的长链分子，每个大分子带有2～3个羟基，相对分子质量为2000～4000。生产硬质泡沫塑料的聚醚或聚酯相对分子质量较小，具有支链结构，官能度3～8之间。软质的主要用于家具衬垫、车用垫材、地毯低衬、建筑吸声、体育垫、床垫和仪器包装等；硬质用于冰箱、冷库等隔热保温，石油管道等的隔热。•按发泡方法分类有：块状、模塑和喷涂聚氨酯泡沫塑料。聚氨酯发泡工艺1、一步法：中密度聚酯型软质聚氨酯泡沫塑料配方原料配比聚酯多元醇100三亚乙基二胺0.15～0.25聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯5～10二乙基乙醇胺0.3～0.5蒸馏水2.8～3.2甲苯二异氰酸酯异构比65/3536/40性能指标密度/(kg/m3)40～42拉伸强度/kPa160～200伸长率/%250～350压缩强度(25%)/kPa4～6回弹/%≥30热导率/[W/(m.K)]≤0.043工艺：按配方用量比把各种原料用计量泵送到带有高速搅拌器的发泡机混合器内，混合器能移动（14～18次/min），以加强搅拌作用。然后从器底部不断排出混合物，流到连续运转的传送带上，传送带上衬有纸张，混合物即开始发泡，通过烘道后，发泡完毕。剥去纸张，在室温或70～100℃下熟化。2、两步法•首先将聚醚树脂和适量的异氰酸酯生成预聚体，再与其他组分高速混合，发泡。聚醚异氰酸酯预聚体其他组分贮槽贮槽高速混合器（4000～6000r/min）排出发泡制品生产控制因素1.原料用量比水当量数＋聚酯当量数＝异氰酸酯当量数异氰酸酯实际加入量为理论值1.0～1.05倍，过多使泡沫硬脆，过少泡沫容易发生老化。发泡密度随（发泡剂）水的增加而降低2.温度影响反应速度及发泡质量，严格控制。3.搅拌速率及时间反应混合时加入能量的大小，加入能量过低，泡孔粗糙；过高，泡沫会开裂。4.熟化是指随着聚合物分子量的增加和剩余异氰酸酯的消失达到最终机械性能的过程。高温熟化可提高胺类化合物与异氰酸酯的反应常数，加速异氰酸酯消失及多余催化剂挥发，温度一般控制在45～60℃。聚氨酯高压发泡机聚氨酯高压发泡灌注机聚氨酯高压发泡加工设备聚氨酯泡沫塑料制品