泡沫塑料成型（课堂PPT）

1,5.5泡沫塑料成型,1、概述2、泡沫塑料的发泡方法及特点3、泡沫塑料的成型工艺4、泡沫塑料成型设备及选用5、泡沫塑料制品,1,2,泡沫塑料制品,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,1、概述,泡沫塑料是以塑料为基本组分而内部具有无数微小气孔结构的复合材料，是以塑料构成连续相并以气体作为分散相的两相体系。优点：密度低、比强度高，隔热保温、吸音、防震。,10,11,泡沫塑料分类方法,按其发泡倍数可分：高发泡（0.4g/cm3）按其结构分：开孔型泡沫塑料和闭孔型泡沫塑料。按其硬度分：,软质泡沫塑料，弹性模量小于70kgcm2半硬质泡沫塑料，模量等于70700kgcm2硬质泡沫塑料，大于700kgcm2,1、概述,11,12,2.发泡方法和发泡原理,发泡方法,物理,化学,机械,12,13,指利用物理原理发泡的方法。加惰性气体,(一)物理发泡法(PVC),惰性气体,高压,溶于熔融聚合物或糊状复合物,减压、放气,膨胀、发泡。,13,14,加低沸点液体（PS、PE）（可发性珠粒法）先溶入聚合物颗粒中，然后将聚合物加热软化，液体也随之蒸发气化而发泡。溶解可溶组分（溶解泡沫塑料）加入中空微球（组合泡沫塑料）在塑料中加入中空微球后经固化而制成泡沫塑料。,(一)物理发泡法(PVC),14,15,物理发泡法的优点：毒性小；发泡剂的原料成本低；没有发泡剂留下的残渣，因而对泡沫塑料性能无严重影响。物理发泡法的缺点：某些过程所用设备投资较大。工业上常用的是惰性气体发泡法和低沸点的液体发泡法。,(一)物理发泡法(PVC),15,16,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。加入化学发泡剂碳酸氢钠、碳酸铵、偶氮二甲酰胺(俗称A发泡剂)等：聚合物组分间相互作用产生气体发泡。（PU）,（二）化学发泡法,16,17,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，固化成为泡沫塑料。如：聚甲醛、聚乙烯醇缩甲醛、聚醋酸乙烯、聚氯乙烯溶胶等泡沫塑料。,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。,(三)机械发泡法,17,18,聚氨酯泡沫塑料的原料(1)二异氰酸酯类最多的是甲苯二异氰酸酯。(2)聚酯或聚醚(3)催化剂为了加速聚氨酯的形成和混合物的发泡，主要是叔胺类化合物和有机锡化合物。(4)发泡剂异氰酸酯与水作用生成的二氧化碳。(5)表面活化剂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)能与聚酯或聚醚均匀混合.,3泡沫塑料成型过程及原理（PU为例）,18,19,（一）泡沫塑料的成型过程（PU为例）,（1）一步法,熟化目的：使聚合反应进行完全，聚合物分子量增加，制品机械强度增加；多余催化剂挥发。,添加剂聚酯或聚醚异氰酸酯,混合,发泡,辊压,熟化,切片,成品,19,20,（2）两步法,聚醚树脂与过量的异氰酸酯,预聚体,其它组分,混合,发泡,熟化,制品,预聚法：聚醚型泡沫塑料,优点：原料组分黏度小；设备简单；生产周期短。缺点：逸出较多异氰酸酯气体，生产过程难控制。,20,21,半预聚法,一部分多元醇与全部异氰酸酯,半预聚物,多元醇和水，催化剂、表面活性剂或其它添加剂,混合,发泡,产品,（2）两步法,21,22,（二）泡沫塑料的发泡原理,1、泡核形成当气体在溶液中达饱和限度而形成过饱和溶液时，气体又从溶液中逸出形成气泡，这些气泡仍分布在聚合物溶液中，被浓稠液包围，形成气泡核。大量均匀分布的气泡核泡沫均匀的泡体,强化成核过程的措施：加成核剂、表面活性剂、提高气体在熔体或溶液中的过饱和度。,22,23,2、泡沫的增长,促使气泡增长的因素：溶解气体的增加，温度的升高，气体的膨胀；气泡的合并。阻碍气泡增长的因素：表面张力和塑料的黏度。降低熔体的表面张力和黏度对泡沫增长有利。但是如果熔体的黏度过低，会使泡孔壁膜减薄，使泡孔易破裂。,（二）泡沫塑料的发泡原理,23,24,3、影响泡孔结构的因素,泡沫的稳定控制泡沫增长和聚合物胶凝化的平衡。稳定泡沫的方法：一利用表面活性剂，降低表面张力，有利形成微细气泡，减少气体的扩散作用，使泡孔稳定；二提高熔体的黏度，防止泡壁进一步减薄来稳定泡沫。物料的冷却或交联作用，能提高熔体黏度。,（二）泡沫塑料的发泡原理,24,25,发泡剂的选择物理发泡剂空气、惰性气体、低沸点液体优点：无分解热，塑料不会烧焦和变黄；缺点：不易分散均匀b.化学发泡剂受热能释放出气体的物质。,（二）泡沫塑料的发泡原理,25,26,选择考虑因素(1)分解温度：发泡剂应能在一狭窄的温度范围内迅速分解,(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,（二）泡沫塑料的发泡原理,26,27,(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，原因：二氧化碳对塑料泡壁的扩散速度比氮气高。(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。,（二）泡沫塑料的发泡原理,27,28,化学发泡剂类型:无机发泡剂常用：碱金属的碳酸盐和碳酸氢盐，优点：价廉，不降低塑料的耐热性，因对聚合物无增塑作用。缺点：不能与塑料混溶，分解气体的速率受压力的影响大。,（二）泡沫塑料的发泡原理,28,29,有机发泡剂常用的是一些加热后分解放出氮气一些物质。如:偶氮二甲酰氨（AC）、AIBN等优点：氮气的化学行为比较迟钝，在有机聚合物中有较大的分散性。,（二）泡沫塑料的发泡原理,29,30,4.泡沫塑料成型设备,4.1机械发泡设备,钢或不锈钢圆筒和搅拌系统组成。,顺转,逆转,桨叶向上,桨叶向下,鼓泡,出料,30,31,4.2物理发泡设备,（1）连续蒸汽预发泡机（PS为例）,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，减少密度梯度形成的倾向。,可发性PS粒料,进入筒体,受热膨胀,轻者上浮,沿筒壁上升,靠离心力推出,预发泡,熟化,模塑,31,32,（2）真空预发泡机,优点：密度易调节；缩短或除去熟化时间；缩短模塑周期,可发性PS珠粒,加热、搅拌,抽真空,PS珠粒软化膨胀,水,发泡PS珠粒表面固化,消除真空,卸除,预发泡PS珠粒,设备：可抽真空的卧筒形容器，内有PTF涂覆，有搅拌；外有蒸汽加热套。,4.2物理发泡设备,32,33,4.3化学发泡设备,（1）加入化学发泡剂的化学发泡设备,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下发泡和塑化、冷却、脱模、以及在适当温度下使泡沫体进一步膨胀成为制品的过程。,挤出法挤出得到中间制品再加热发泡；在挤出机料筒内发泡。离开口模后膨大，冷却成为制品。,33,34,注塑法（低发泡制品）与普通注塑相似，部分发泡在注射机内进行。压延法（PVC人造革与泡沫壁纸）工艺与压延薄膜相同,4.3化学发泡设备,34,35,（2）聚氨酯化学发泡法设备,贮料罐：常采用不锈钢做衬套，有带有搅拌和恒温装置的反应釜。,贮料罐,计量泵,混合头,成型,4.3化学发泡设备,35,36,聚氨酯高压发泡机,36,37,聚氨酯高压发泡灌注机,37,38,聚氨酯高压发泡加工设备,38,39,39,40,聚苯乙烯泡沫塑料具有吸水性小，隔音、保湿、介电性优良等特点。密度在0.0150.02g/cm3用于包装材料；密度为0.020.05g/cm3用于防水隔热材料；密度为0.030.10g/cm3用于救生圈漂浮材料。,聚苯乙烯泡沫塑料,5典型泡沫塑料制品,40,41,生产方法：,悬浮聚合得到PS颗粒,低沸点的液体,可发性珠粒,预发泡,熟化,模塑成型,乳液法聚合的粉状PS,发泡剂及其它添加剂共混,挤出发泡,冷却定型,挤出法,可发性珠粒法,模压法、可发性珠粒法和挤出发泡法。,5典型泡沫塑料制品,41,42,预发泡,作用：是凭加热使可发性珠粒膨胀到一定程度，这样可以使模塑制品密度更低；并且减小密度梯度，使发泡制品均匀。预发泡方法：水蒸气、热水、热空气和红外线。控制温度和时间，使可发性珠粒软化呈高弹态，但不要熔化，使珠粒有足够的强度与内部总压力平衡，避免预发泡粒子破裂。,42,43,熟化,熟化目的：使聚合反应进行完全，聚合物分子量增加，制品机械强度增加；多余催化剂挥发。,熟化方法：大型料斗中进行。空气从底部送进，顶部排出。一般熟化温度2226，有时将空气温度提到3238。熟化时间由试验而定。,43,44,模塑成型,过程：常用蒸汽箱模塑法。熟化珠粒入模送入液压机蒸气室加热发泡剂气化膨胀、塑料软化进一步膨胀由于模具限制珠粒互相熔接成整体。,44,45,模塑发泡设备及制品,45,46,发泡过程,硼酸和碳酸氢钠起成核剂的作用.它们在挤出机料筒中受热分解出气体，离开口模，常压下，气化膨胀，形成互不连通的泡孔核，发泡剂就进入泡孔核内，使泡孔连续膨胀，生成密度降低的泡沫制品。,挤出成型,46,47,PS一步法挤出发泡板材,PS和泡孔成核剂(滑石粉)、稳定剂等,挤出机内塑化,熔融段未端压入发泡剂,在均化段熔体和发泡剂混合,挤出,减压发泡,47,48,48,49,生产注意的工艺问题,生产时挤出温度应严格控制，出模前保证熔体的黏度，使泡沫均匀。所以均化段的温度要低于熔融段。挤出的泡沫塑料板材必须慢慢冷却，以免造成内应力，导致泡沫崩塌。,49,50,50,51,聚氯乙烯泡沫塑料的生产,原材料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。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。,51,52,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。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。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。,52,53,生产方法硬质聚氯乙烯泡沫塑料，主要采用压制、挤出成型。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。,53,54,（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，黏度急剧下降，使发泡过程中产生的气泡很难保持2、从熔融态冷却到固态需时间较长，使发泡气体逃逸的机会增多；3、透气性大，发泡的气体难保持。,聚乙烯泡沫塑料,54,55,（二）聚烯烃的交联,交联的原理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。,55,56,56,57,（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,生产密度高的用一步法，低的用二步法。,57,58,用化学发泡法生产聚烯烃泡沫塑料制品都采用模压法,一步法，易使制品形成细泡孔，但发泡倍率却不高。生产高发泡体用二步法，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，即将泡沫物冷却脱模。随后再将泡沫物进行二次加热使其在常压下继续发泡。,58,59,PE发泡片材生产线,59,60,PE物理发泡法挤出,60,61,PE物理发泡挤出网及设备,61,62,注射法PE结构泡沫塑料,结构发泡材料是指密度在1060kg/cm3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。低压结构发泡注射（模腔压力27MPa）（普通注射模腔压力3060MP