（机械设计及理论专业论文）基于插层发泡剂的挤出发泡工艺及装置的研究.pdf

北京化工大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在上年解密后适用 本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授 权书。 作者签名： 趋过通 日期：迦1 ：篁 导师签名： 盍l 幺鱼 日期： 坳2 ：笸： i i 矿、 ，：l。r 学位论文数据集 中囹分类号t q 3 2 0 6 6 学科分类号 0 8 0 2 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 0 7 0 0 0 3 7 8 密级 学位授予单位代码 1 0 0 1 0 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名杜冰娟学号 2 0 0 4 0 0 0 3 7 8 获学位专业名称机械设计及理论获学位专业代码 0 8 0 2 0 3 国家自然科学基金项非金属材料成型理论与 课题来源研究方向 目( 5 0 6 7 3 0 0 6 ) 设备设计 论文题目基于插层发泡剂的挤出发泡工艺及装置的研究 关键词插层，复合发泡剂，挤出发泡机头，微孔泡沫塑料，挤出成型 论文答辩日期 2 0 0 7 5 2 9 论文类型开发研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师 刘颖副教授北京化工大学 材料加工 评阅人l 评阅人2 评阅人3 评阅人4 评阅人5 椭员会拂郭奕崇教授北京物资学院塑料机械 答辩委员1吴大鸣教授北京化工大学塑料机械 答辩委员2 陈卫红 高工北京化工大学塑料机械 答辩委员3刘广建高工北京化工大学塑料机械 答辩委员4 答辩委员5 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( c b r13 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中 查询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成 i 基于插层发泡剂的挤出发泡工艺及装置的研究 摘要 微孔泡沫塑料是一种新型的高分子材料，其泡孔直径小( 1 1 0 um ) ，泡孔密度大( 1 0 9 - - 一1 0 挖个c m 3 ) ，泡孔分布均匀。微孔塑料的 微观结构独特，性能优异，应用领域非常广泛。目前微孔泡沫塑料的 主要成型方法有间歇成型法、注射成型法、模压成型法和连续挤出成 型法等。相对其他成型法，连续挤出成型方法因其可实现连续生产， 控制简单，适应大规模工业化生产要求等特点正逐渐受到广泛关注。 本课题提出了一种插层置换制备新型纳米复合发泡剂的设计思 想，尝试以无机层状结构纳米粒子为载体，用插层置换法在其层间插 入发泡剂，并将插层后的纳米粉体均匀分散于树脂基体中，经挤出机 挤出发泡成型制备微孔发泡塑料。此方法可以有效控制发泡材料泡孔 密度和泡孔孔径范围，并可以应用现有挤出机，降低设备成本。 本论文主要从事了以下三方面工作： 1 ) 以苯甲酸改性纳米水滑石材料为载体，通过偶氮二甲酰胺的 插层置换方法，成功制备出a c l d h s 新型纳米复合发泡材料。并定性 考察了制备过程中p h 值对插层制备效果的影响。 2 ) 机头压力是影响挤出微发泡成型的一个关键因素。为了定量 研究机头压力对挤出发泡制品的影响情况，设计加工了一个机头压力 调节范围较宽的挤出微发泡机头。 i 本课题来源于国家自然科学基金项目( 5 0 6 7 3 0 0 6 ) “原位气泡拉伸法制备聚合物基纳米复合材料机理的研究” 北京化丁大学硕i j 学位论文 3 ) 将制备的a c l d h s 新型纳米复合材料用作发泡剂，考察挤出微 发泡成型过程中各工艺条件对挤出发泡成型的影响，给出优化的工艺 条件。 关键词：插层，复合发泡剂，挤出发泡机头，微孔泡沫塑料，挤出成 型 a b s t r a c _ r as t u d yo nt h ef o r m i n gp r o c e s sa n d e q u i p m e n to fc o n t i n u o u sm i c r o c e l l u l a r f o a m i n gw h i c hu s i n gan o v e lc o m p o s i t eb y i n t e r c a i ，a t i o na sf o a m i n ga g e n t a b s t r a c t m i c r o c e l l u l a rp l a s t i ci san e wk i n do fp o l y m e r , w h i c hh a st h ec e l l s i z e si nt h er a n g eo f1t o1 0m i c r o s ，a n dt h ec e l ld e n s i t i e si nt h er a n g eo f 1 0 9 1 0 1 2c e l l sp e rc u b i cc e n t i m e t e r w i t ht h i sm i c r o c o s m i cc o n s t r u c t i o n ， t h e ye x h i b i te x c e l l e n tp r o p e r t i e sc o m p a r e dt ot h eu n f o a m e dp l a s t i c ，s o t h e yc a nu s e di nm a n yf i e l d s b yn o w , t h em a i nt e c h n o l o g i e su s e dt o m a n u f a c t u r em i c r o c e l l u l a rf o a m sa r ep e r i o d i cm e a n s ，i m p r o v e db a t c h m e a n s ，i n j e c t i o nm o l d i n gm e a n s ，p r e s s u r em o l d i n gm e a n s a n dc o n t i n u o u s e x t r u s i v em e a n s c o n t i n u o u se x t r u s i v em e a n st e c h n o l o g y , a si t s c o n t i n u o u sm a n u f a c t u r ea n de a s i l yc o n t r o l ，w h i c hc a nu s i n gi nc o s m i c a l l y m a n u f a c t u r ea r e a sh a sb e e na t t e n t i o na b r o a d i nt h ep r e s e n tw o r k ，an o v e lp r o c e d u r et op r e p a r ec o m p o s i t ef o a m i n g a g e n tb yi n t e r c a l a t i o na n dr e p l a c e m e n tp r o c e s sw a sp r o p o s e d d i s p e r s i n g i n s e r t e d n a n o p a r t i c l e s i n t o p o l y m e r s ，t h e nf o a m i n gt h e m a t e r i a l b y e x t r u d e r t h em e t h o dc a nc o n t r o lt h ed e n s i t ya n da p e r t u r eo ft h ef o a m s ， i i i 北京化t 人学硕 ：学位论文 t h u st h em i c r o c e l l u l a rf o a m sc a nb ep r o d u c e db yt h es u b s i s t e n te x t r u d e r t h e r ea r et h r e em a i nw o r k si nt h i sp a p e r t h ef i r s tw a s p r o d u c e da n o v e la c l d h s n a n o - c o m p o s i t e w a s p r e p a r e db y t h en o v e l i n t e r c a l a t i o n - r e p l a c e m e n tp r o c e s so fa z o d i c a r b o n a m i d e p hi so n eo ft h e k e yf a c t o r sf o rt h ei n t e r l a y e rp r o c e s s i nt h i sw o r k ，w eg o tw h i c hp hi s t h eo p t i m a lo n ef o rt h ei n t e r l a y e rp r o c e s s t h es e c o n dw o r kw a sd e s i g n e d a ne x t r u s i v ed i e ，u s i n gb yt h i sd i ew ec a ng e tal a r g e s c a l ep r e s sc h a n g e r a n g e t h r o u g he x t r u s i v ee x p e r i m e n t ，w ec a ng e tt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n d i e p r e s s a n df o a m i n g t h et h i r dw o r kw a su s i n gt h i sa c l d h s n a n o - c o m p o s i t ea sf o a m i n ga g e n ti ne x t r u s i v ee x p e r i m e n t t h r o u g ht h i s e x p e r i m e n t ，w es u m m a r i z e dt h eo p t i m a lf o a m i n ge q u i p m e n t sa n dp r o c e s s p a r a m e t e r s k e y w o r d s ：i n t e r c a l a t i o n ，c o m p o s i t ef o a m i n ga g e n t ，e x t r u s i v ef o a m i n g d i e ，m i c r o c e l l u l a rf o a m s ，e x t r u s i o n 日录 目录 第一章文献综述i x 1 1 前言1 1 2 微孔泡沫塑料的成型方法n 卜冽2 1 2 1 微孔塑料的间歇成型法2 1 2 2 微孔塑料的注射成型法3 1 2 3 微孔塑料的模压成型法4 1 2 4 微孔塑料的连续挤出成型法4 1 3 微孔塑料的制备方法汹瑚1 7 1 3 1 相分离法7 1 3 2 单体聚合法7 1 3 3 超临界流体沉析法7 1 3 4 超饱和气体法8 1 4 微孔泡沫塑料的挤出成型设备8 1 4 1j 齐出机8 1 4 2 发泡机头1 0 1 4 3 装置方面的其他改进1 1 1 5 本课题立项的目的和意义1 1 1 6本课题内容及难点分析1 2 第二章实验方案1 3 2 1 原料试剂1 3 2 2 仪器设备及型号1 3 2 3 实验内容1 4 2 3 1 苯甲酸改性l d h s 插层材料的制备1 4 2 3 2 插层纳米复合发泡材料的制备1 4 2 3 3 基于a c l d h s 插层纳米复合发泡材料的挤出微发泡实验的准备工 作1 5 2 3 4 基于a c l d h s 插层纳米复合发泡材料的挤出微发泡实验1 5 2 3 5 表征1 6 v 北京化t 大学硕j ：学位论文 2 4 挤出发泡成型机头的设计1 7 2 5 实验路线1 7 第三章a c l d h s 插层复合发泡材料的制备及挤出机头的设计1 9 3 1 插层纳米复合发泡材料制备机理n 2 。4 8 1 1 9 3 1 1 插层纳米粒子载体选择机理1 9 3 1 2 插层机理“哪! 2 2 3 2 结果与讨论2 3 3 2 1l d h s 在a c 插层置换前后的层间距的变化2 3 3 2 2 热分析2 4 3 2 3p h 值对插层结果的影响2 5 3 2 4 本部分结论2 6 3 3 挤出发泡机头的设计2 6 3 3 1 挤出发泡机头设计方案一2 6 3 3 2 发泡机头设计方案二2 7 3 3 3 挤出发泡机头设计方案三2 9 第四章基于插层发泡剂的挤出发泡实验研究3 1 4 1 微发泡反应机理n 4 。8 1 1 3 1 4 1 1 气体聚合物均相体系的形成3 1 4 1 2 气泡成核的研究3 l 4 1 3 气泡的长大和定型3 3 4 2 实验结果及表征3 5 4 2 1 以a c l d h s 插层复合发泡剂为发泡剂，e v a 为基体进行挤出成型 实验3 5 4 2 2 以a c l d h s 插层复合发泡剂为发泡剂，l l d p e ( 7 0 4 2 ) 为基体进行 挤出成型实验3 9 4 2 3 以a c l d h s 插层复合发泡剂为发泡剂，l d p e ( 1 8 d ) 为基体发泡4 3 4 2 4 以a c l d h s 插层复合发泡剂为发泡剂，p p ( f 4 0 1 ) 为基体发泡4 7 4 2 5 以a c l d h s 插层复合发泡剂为发泡剂，p a l 2 为基体进行挤出成型 实验4 8 4 2 6 以l d h s + a c 发泡剂，p p ( f 4 0 1 ) 为基体发泡空白实验4 9 4 2 7 以m m t a c 插层复合发泡剂为发泡剂，p p ( f 4 0 1 ) 为基体发泡5 2 v l 目录 4 2 8 以埘t a c 插层复合发泡剂为发泡剂，e v a 为基体发泡5 3 4 2 9 以删t a c ( 8 份) 插层复合发泡剂为发泡剂，e v a 为基体发泡5 5 4 3 结果与讨论5 7 4 3 1 不同p h 值下制备的a c l d h s 插层纳米复合发泡材料对发对挤出发 泡成型制品的影响5 7 4 3 2 机头压力对挤出发泡成型的影响5 9 4 3 3 剪切速率对挤出发泡成型的影响6 0 4 3 4 停留时间、挤出温度对挤出发泡成型的影响6 2 4 3 5 不同基体树脂对挤出发泡成型的影响6 2 4 3 6 泡孔性质对比6 3 4 4 本章结论6 3 第五章结论。6 5 5 1 本课题主要研究结论6 5 5 2 不足及建议6 6 参考文献。6 7 致谢7 1 研究成果及发表的学术论文。7 3 i c o n t e n t s c h a p t e r 1i n t r o d u c t i o n 1 1 1p r e f a 【c e 1 2t h em i c r o c e l l u l a rf o a m i n gt e c h n o l o g i e s 1 2 1t h eb a t c hm i c r o c e l l u l a rf o a m i n gt e c h n o l o g y 一2 1 2 2t h ei n j e c t i o nm o l d i n gm i c r o c e l l u l a rf o a m i n gt e c h n o l o g y 3 1 2 3t h ep r e s s u r em o l d i n gm i c r o c e l l u l a rf o a m i n gt e c h n o l o g y 4 1 2 4t h ec o n t i n u o u sm i c r o c e l l u l a rf o a m i n gt e c h n o l o g y “4 1 3t h em i e r o c e l l u l a rf o a m i n gp r e p a r a t i o n - ， 1 3 1p h a s es e p a r a t i o n 一7 1 3 2p o l y m e r i z a t i o no fm o n o m e r s 7 1 3 3s c f 7 1 3 4g a ss u p e r s a t u r a t i o n 西 1 4t h em i c r o c e l l u l a rf o a m i n ge q u i p m e n t 一- 1 4 1e x t r u d e r 一8 1 4 2f o a m i n gd i e 1 0 1 4 3o t h e r se q u i p m e n t 1 1 1 5t a s kp u r p o s ea n dm e a n i n g 1 l 1 6s t u d yc o n t e n t sa n dd i f f i c u l t i e s 1 2 c h a p t e r 2t h ee x p e r i m e n t ss c h e m e 1 3 2 1m a t e r i a la n dr e a g e n t 。 2 2e q u i p m e n t 。 一 。 2 3e x p e r i m e n tc o n t e n t s 1 4 2 3 1p r e p a r a t i o nb e n z o i ca c i d l d h si n t e r c a l a t en a n o c o m p o s i t e s 1 4 2 3 2i n t e r c a l a t ep r e p a r a t i o nf o rp o l y m e rf o a m i n gn a n o c o m p o s i t e s 1 4 2 3 3t h ep r e p a r a t i o nf o r t h ec o n t i n u o u sm i c r o c e l l u l a rf o a m i n ge x t r u s i o n 1 5 2 3 4t h ec o n t i n u o u sm i c r o c e l l u l a rf o a m i n ge x t r u s i o n 1 5 2 3 5a n a l y s i s 1 6 2 4t h ee x t r u s i v ed i ed e s i g n i x 北京化丁人学硕i j 学位论文 2 5s u m m a r y 1 7 c h a p t e r3i n t e r c a l a t ep r e p a r a t i o nf o ra c l d h sp o l y m e rf o a m i n g n a n o c o m p o s i t e sa n dt h ee x t r u s i v ed i ed e s i g n 1 9 3 1m e c h a n i s mf o ri n t e r c a l a t ep r e p a r a t i o nf o ra c l d h s n a n o c o m p o s i t e s p o l y m e rf o a m i n g 1 9 r 3 1 1i n t e r c a l a t en a n o c o m p o s i t e sc a r r i e rs e l e c t 1 9 3 1 2i n t e r c a l a t em e c h a n i s m 2 2 3 2r e s u l t sa n dd i s c u s s 。 3 2 1c h a n g e sf o rl a y e rs p a c ed i s t a n c e 2 3 3 2 2t ga n a l y s e 2 4 3 2 3p ha f f e c ti ni n t e r c a l a t i o n 2 5 3 2 4i n t e r c a l a t i o nc o n c l u s i o n 2 6 3 3t h ee x t r u s i v ed i e d e s i g n 。2 6 3 3 1t h ee x t r u s i v ed i ed e s i g no n e 2 6 3 3 2t h ee x t r u s i v ed i ed e s i g nt w o 2 7 3 3 3t h ee x t r u s i v ed i ed e s i g nt h r e e 2 9 c h a p t e r 4t h ec o n t i n u o u sm i c r o c e i l u l a rf o a m i n ge x t r u s i o ns t u d y 3 1 4 1t h em i c r o c e l l u l a rf o a m i n gm e c h a n i s m 3 1 4 1 1g a s p o l y m e rh o m o g e n e o u sf o r m 3 1 4 1 2f o a m i n gn u c l e a t i o ns t u d y 3 1 4 1 3f o a m i n gg r o w - u pa n d h o l d i n g 3 3 4 2e x p e r i m e n tr e s u l ta n da n a l y s i s 3 1 ； 4 2 1u s i n ga c l d h sp o l y m e rf o a m i n gn a n o c o m p o s i t e sa sa g e n t ，f o a m i n g e x t r u s i o ni ne 1 忪3 5 4 2 2 u s i n ga c l d h sp o l y m e rf o a m i n gn a n o c o m p o s i t e sa sa g e n t ，f o a m i n g e x t r u s i o ni nl l d p e ( 7 0 4 2 ) 3 9 4 2 3u s i n ga c l d h sp o l y m e rf o a m i n gn a n o c o m p o s i t e sa sa g e n t ，f o a m i n g e x t r u s i o ni nl d p e ( 1 8 d ) 4 3 4 2 4u s i n ga c l d h sp o l y m e rf o a m i n gn a n o c o m p o s i t e sa sa g e n t ，f o a m i n g e x t r u s i o ni np p ( f 4 0 1 ) 4 7 x 目录 4 2 5u s i n ga c l d h sp o l y m e rf o a m i n gn a n o c o m p o s i t e sa sa g e n t ，f o a m i n g e x t r u s i o ni np a l 2 4 8 4 2 6u s i n ga c l d h sp o l y m e rf o a m i n gn a n o c o m p o s i t e sa sa g e n t ，f o a m i n g e x t r u s i o ni np p ( f 4 0 1 ) 4 9 4 2 7u s i n ga c l d h sp o l y m e rf o a m i n gn a n o c o m p o s i t e sa sa g e n t ( 2d e a l ) ， f o a m i n ge x t r u s i o ni ne v a 5 2 4 2 8u s i n gm m t l d h sp o l y m e rf o a m i n gn a n o c o m p o s i t e sa sa g e n t ( 8d e a l ) ， f o a m i n ge x t r u s i o ni ne v a 5 3 4 2 9 u s i n gm m t l d h sp o l y m e rf o a m i n gn a n o c o m p o s i t e s a s a g e n t ， f o a m i n ge x t r u s i o ni ne v a 5 5 4 ：i i i 蠢! s u i t sa n dd i s c u s s 5 7 4 3 1p ha f f e c ti nf o a m i n ge x t r u s i o n 5 7 4 3 2d i ep r e s s u r ea f f e c ti nf o a m i n ge x t r u s i o n 5 9 4 3 3s c r e wr o t a t es p e e da f f e c ti nf o a m i n ge x t r u s i o n 6 0 4 3 4s e t t l et i m ea n de x t r u s i v et e m p e r a t u r ea f f e c ti nf o a m i n ge x t r u s i o n 6 2 4 3 5d i f f e r e n tp o l y m e ra f f e c ti nf o a m i n ge x t r u s i o n 6 2 4 3 6c o m p a r s i o no fc e l l - w a l ls u r f a c e 6 3 4 4s u m m a r y 6 3 c h a p t e r5 c o n c l u s i o n 6 5 5 1c o n c l u s i o nf o rs t u d y 5 2s c a r c i t ya n da d v i c e r e f e r e n c el i t e r a t u r e 6 7 一 a c k n o w l e d g e m e n t 。7 1 r e s e a r c hr e s u l ta n d p a p e r 7 3 x l 第一章文献综述 1 1 前言 第一章文献综述 为了满足工业上要求降低某些塑料产品的成本而不降低其主要力学性能的 要求，2 0 世纪8 0 年代初期，m a s s a c h u s e t t si n s t i t u t eo ft e c h n o l o g y ( m i t ，美 国麻省理工大学) 的n a m p s u h 等人首先提出并成功研制了微孔发泡塑料，并 将泡孔直径为1 1 0 um ，泡孔密度为1 0 9 1 0 。2 个e m 3 之间的泡沫塑料定义为微孔 塑料( m i c r o c e l l u l a rp l a s t i c s ) i - t 6 。后经过对微孔塑料的不断研究，又出现了 泡孔直径为0 1 1um ，泡孔密度为1 0 地1 0 1 5 个c m 3 的超微孔塑料( s u p e r m i c r o c e l l u l a rp l a s t i c s ) 和泡孔直径仅为0 0 1 - - 0 1i lm ，泡孔密度高达1 0 1 5 1 0 1 8 个c m 3 的极微孔塑料( u l t r am i c r o c e l l u l a rp l a s t i c s ) n 1 鲫。 微孔发泡塑料最大特点就是泡孔小而密。一方面微孔发泡塑料能保持一般 泡沫塑料的质轻、省料、能吸收冲击载荷、隔热和隔音的性能好、比强度高等优 点；另方面，微孔泡沫塑料的孔径远比塑料中原有的缺陷或微细裂缝小得多， 因此其泡孔的存在不会降低材料的强度，反而会使材料中原有的裂纹尖端钝化， 有利于阻止裂纹在应力作用下的扩展，从而改善了泡沫塑料的力学性能。根据自 由体积理论，若其球形微孔足够小从而能够取代聚合物中的缺陷和自由体积的话， 微孔还将可以减缓材料内部的应力集中，改善材料的抗冲击性能n7 1 。通过前人的 实验所得：与未发泡的塑料相比，微发泡塑料可减重2 0 - - 一8 0 ，密度可降低5 9 5 ，冲击强度可提高5 7 倍，断裂韧性提高4 - 一5 倍，比刚度增加3 5 倍， 疲劳寿命延长5 倍，介电常数和热导率大幅下降n 引。 微孔塑料的这些独一无二的特性决定其应用领域非常广泛。主要包括要求 降低成本的包装，要求高比强度和隔离性能的飞机和汽车零部件，要求高电和热 绝缘性能的汽车内装饰件( 如车顶和门衬挚、仪表板) 以及建筑材料( 如管材、隔 板、装饰板条、地板) ，要求重量轻能吸收能量的运动器材，要求制件很薄( 0 1 1 o m m ) 的薄壁罩以及大型壳体制件如家电产品( 如洗衣机内缸，电视、计算机、 空调、冰箱外壳及其零配件) ，织物用的保温纤维，分离过程中用的分子级的过 滤器，要求低摩擦系数的表面改良成分以及生物医学材料，吸附剂及催化剂载体， 绝缘纤维及分子筛等。此外，由于超微孔发泡塑料和极微孔塑料的泡孔直径已小 于可见光的波长，故可制成透明泡沫塑料，更扩大了泡沫塑料的应用范围。 综上所述，微孔泡沫塑料是一种具有极大开发潜力的新型泡沫塑料，很具 研究价值。 北京化_ t 人学硕l ：学位论义 1 2 微孔泡沫塑料的成型方法伽船1 微孔塑料的成型过程虽然和普通泡沫塑料相似，也要经过成核、长大和固化 定型这三个阶段，但由于其泡孔尺寸非常小、泡孔密度非常大，因而对各阶段的 要求非常高。 微孔塑料的加工过程主要由以下三个阶段组成： ( 1 ) 气体在一定的压力和温度下全部溶解在聚合物中形成气体一聚合物饱 和均相体系。即使微量气相的存在也不利于形成均匀细密的泡核，因为成核时气 体会优先进入已存在的气相中而形成大泡孔，以至不能得到微孔塑料； ( 2 ) 通过快速降压或升温使溶解在聚合物中的气体产生大的过饱和度，从 而扩散聚集、发生相变形成气泡核； ( 3 ) 气泡核的长大和定型。 目前，微孔塑料的成型方法主要有以下几种：间歇成型法、注射成型法、模 压成型法以及连续挤出成型法等。下面分别对这几种成型方法作一简单的介绍。 1 2 1 微孔塑料的间歇成型法 在微孔塑料的研究中，最早采用的是间歇成型法，又称两步法。其主要加工 步骤分为两步：第一步是在室温和等静压条件( 一般为5 7 m p a ) 下，将聚合物试 件浸泡在c 0 2 或n ：等惰性气体中，经过一段时间( 一般在2 4 h 以上) 后形成过饱和状 态：第二步是将聚合物试件从等静压容器中取出，快速降低压力或提高温度，使 c 0 2 或n 。等惰性气体在聚合物中的溶解度迅速降低，从而在含有饱和气体的聚合物 中诱导出极大的热动力学不稳定形性，激发气泡的成核和长大。具体是将聚合物 试件从压力容器中取出以后，立即放在热甘油浴池中加热( 温度控制在玻璃化温 度冶附近) ，控制加热温度和加热时间，制品经液态n ：冷却后，就可以得到所需 的微孔塑料。间歇法生产微孔塑料的加工过程示意图如图1 - 1 所示。 从间歇法的成型过程可以看出其主要优点有： ( 1 ) 成核速率高。由于是在固态下溶入气体得到气体聚合物均相体系，再 从高压容器移到低压环境中，因此能在瞬间就产生极大的过饱和度，所以成核速 率非常高，这是其它方法所不可比拟的。 ( 2 ) 泡孔易于控制。由于在玻璃化温度附近聚合物的粘度高于熔体状态， 气泡长大很慢，故可以通过控制加热时间很方便地控制泡孔的尺寸和大小。 ( 3 ) 通过在加热发泡前让己充气的试样在低压下使表层气体扩散析出的方 法可以方便地制备结构微孔塑料。 2 第一章义献综述 间歇法的最大的缺点是生产周期长，产量低，限制了微孔塑料的商业应用。 但间歇法为微孔塑料发泡成型的理论研究提供了一种有用的方法。 压力趁甘油游地 ( ) 嗨瓣摄攫濑进稳 ( b ) 笈撤i = l 褶 图1 - 1 微孔塑料的间歇成型法示意图 f i g 1 - 1a s k e t c ho ft h eb a t c hm i c r o c e l l u l a rf o a m i n gt e c h n o l o g y 1 2 2 微孔塑料的注射成型法 微孔塑料的注射成型法但的工作流程如下。聚合物粒料由料斗加入机筒， 通过螺杆的机械摩擦和加热器的加热使粒料熔融为聚合物熔体。高压气瓶中的气 体通过计量阀的控制以一定的流率注入机筒内的聚合物熔体中，然后通过螺杆头 部的混合元件及静态混合器将气体聚合物两相体系混合为气体聚合物均相体 系。随后，气体聚合物均相体系进入扩散室，通过分子扩散使体系进一步均化。 随后，通过加热器快速加热( 例如l s 内使温度从1 9 0 c 升至2 4 5 c ) ，从而使气体在 聚合物熔体中的溶解度急剧下降，诱导出极大的热力学不稳定性，气体从聚合物 熔体中析出形成大量的微细气泡核。为了防止机筒内已形成的气泡核长大，机筒 内必须保持高压。在进行注射操作之前，由高压气瓶通过气阀向模具型腔中通入 压缩空气。当型腔中充满压缩空气后，螺杆前移，使含有大量微细气泡核的聚合 物熔体注入型腔内。由压缩空气所提供的背压可以尽量减少气泡在充模过程中的 膨胀。当充模过程结束后，型腔内压力的下降使气泡膨胀，同时，模具的冷却作 用使泡体固化定型。 由上述该成型过程可知，尽管注射成型本身是间歇的，但其发泡成型过程 却是连续的( 即气体聚合物均相体系的形成、气泡的成核和长大这几个过程是 连续的) ，这与微孔塑料的间歇成型是有根本区别的。该方法通过快速升温来成 核，与快速降压相比，比较容易控制。但由于聚合物的导热系数很小，该方法只 适用于薄壁零件：另外，快速升温的幅度有限，限制了其应用范围，这些都是注 射成型法存在的缺陷。 3 北京化工大学硕 j 学位论文 图卜2 微孔塑料注射成型系统示意图 f i g 1 - 2as k e t c ho ft h ei n j e c t