泡沫塑料成型

1、15.5 泡沫塑料成型泡沫塑料成型1 1、概述、概述2 2、泡沫塑料的发泡方法及特点、泡沫塑料的发泡方法及特点3 3、泡沫塑料的成型工艺、泡沫塑料的成型工艺4 4、泡沫塑料成型设备及选用、泡沫塑料成型设备及选用5 5、泡沫塑料制品、泡沫塑料制品2泡沫塑料制品泡沫塑料制品3456789101、概、概 述述泡沫塑料泡沫塑料是以塑料为基本组分而内部具有无数微是以塑料为基本组分而内部具有无数微小小 气孔结构的复合材料，是以气孔结构的复合材料，是以塑料塑料构成连续相并构成连续相并以以气气 体体作为分散相的两相体系。作为分散相的两相体系。优点：优点： 密度低、比强度高，隔热保温、吸音、防震。密度低、比强度

2、高，隔热保温、吸音、防震。11 泡沫塑料分类方法泡沫塑料分类方法 按其按其发泡倍数发泡倍数可分：高发泡（可分：高发泡（0.4g/cm3 ）按其按其结构结构分：开孔型泡沫塑料和闭孔型泡沫塑料。分：开孔型泡沫塑料和闭孔型泡沫塑料。按其按其硬度硬度分：分：软质泡沫塑料，弹性模量小于软质泡沫塑料，弹性模量小于70 kgcm2 半硬质泡沫塑料，模量等于半硬质泡沫塑料，模量等于70700 kgcm2硬质泡沫塑料，大于硬质泡沫塑料，大于700 kgcm2 1、概、概 述述122. 发泡方法和发泡原理发泡方法和发泡原理 发泡方法发泡方法物理物理化学化学机械机械13指利用物理原理发泡的方法。指利用物理原理发泡的

3、方法。加惰性气体加惰性气体(一一)物理发泡法物理发泡法(PVC)惰性气体惰性气体高压高压溶于熔融聚合物或溶于熔融聚合物或糊状复合物糊状复合物减压、放气减压、放气膨胀、发泡。膨胀、发泡。14加低沸点液体（加低沸点液体（PSPS、PEPE）（）（可发性珠粒法）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，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。液体也随之蒸发气化而发泡。溶解可溶组分（溶解泡沫塑料）溶解可溶组分（溶解泡沫塑料）加入中空微球（组合泡沫塑料）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在塑料中加入中空微球后经固化而制成泡沫

4、塑料。料。(一一)物理发泡法物理发泡法(PVC)15 物理发泡法的物理发泡法的优点优点：毒性小；发泡剂的原料成本：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。严重影响。 物理发泡法的物理发泡法的缺点缺点：某些过程所用设备投资较大。：某些过程所用设备投资较大。 工业上常用的是工业上常用的是惰性气体发泡法惰性气体发泡法和和低沸点的液体发低沸点的液体发泡法泡法。 (一一)物理发泡法物理发泡法(PVC)16 发泡气体是由混合原料中的某些组分在成型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。过程中发

5、生的化学作用而产生的。加入化学发泡剂加入化学发泡剂 碳酸氢钠、碳酸铵、偶氮二甲酰胺碳酸氢钠、碳酸铵、偶氮二甲酰胺(俗称俗称A发泡剂发泡剂)等：等：聚合物组分间相互作用产生气体发泡。聚合物组分间相互作用产生气体发泡。（PU）（二）化学发泡法（二）化学发泡法17 采用强烈地采用强烈地机械搅拌机械搅拌使使空气空气卷入树脂乳液、悬浮卷入树脂乳液、悬浮液或溶液中成为均匀的液或溶液中成为均匀的泡沫体泡沫体，然后再经过，然后再经过物理物理或或化学化学变化使之胶凝，固化成为泡沫塑料。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、聚氯如：聚甲醛、聚乙烯醇缩甲醛、聚醋酸乙烯、聚氯乙烯溶

6、胶等泡沫塑料。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。在一定范围内的塑性状态。 (三三)机械发泡法机械发泡法18聚氨酯泡沫塑料的聚氨酯泡沫塑料的原料原料 (1)二异氰酸酯类二异氰酸酯类 最多的是甲苯二异氰酸酯。最多的是甲苯二异氰酸酯。 (2)聚酯或聚醚聚酯或聚醚(3)催化剂催化剂 为了加速聚氨酯的形成和混合物的发泡，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主要是叔胺类化合物和有机锡化合物 。(4)发泡剂发泡剂 异氰酸酯与水作用生成的二氧化碳。异氰酸酯与水作用生成的二氧化碳。(

7、5)表面活化剂表面活化剂 为了降低发泡液体的表面张力以使成为了降低发泡液体的表面张力以使成泡容易和泡沫均匀，又使水泡容易和泡沫均匀，又使水(产生二氧化碳的产生二氧化碳的)能能与聚酯或聚醚均匀混合与聚酯或聚醚均匀混合.3 泡沫塑料成型过程及原理（泡沫塑料成型过程及原理（PU为例）为例）19（一）泡沫塑料的成型过程（一）泡沫塑料的成型过程（PU为例）为例）（1）一步法）一步法熟化目的熟化目的：使聚合反应进行完全，聚合物分子量增：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。加，制品机械强度增加；多余催化剂挥发。添加剂添加剂聚酯或聚醚聚酯或聚醚异氰酸酯异氰酸酯混合混合发泡发

8、泡辊压辊压熟化熟化切片切片成品成品20（2）两步法）两步法聚醚树脂与过聚醚树脂与过量的异氰酸酯量的异氰酸酯预聚体预聚体其它组分其它组分混合混合发泡发泡熟化熟化制品制品预聚法预聚法：聚醚型泡沫塑料：聚醚型泡沫塑料优点：优点：原料组分黏度小；设备简单；生产周期短。原料组分黏度小；设备简单；生产周期短。缺点：缺点：逸出较多逸出较多异氰酸酯气体，生产过程难控制。异氰酸酯气体，生产过程难控制。21半预聚法半预聚法一部分多元醇与一部分多元醇与全部异氰酸酯全部异氰酸酯半预聚物半预聚物多元醇和水，催多元醇和水，催化剂、表面活性化剂、表面活性剂或其它添加剂剂或其它添加剂混合混合发泡发泡产品产品（2）两步法）两步

9、法22（二）泡沫塑料的发泡原理（二）泡沫塑料的发泡原理 1、泡核形成、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，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，形成聚合物溶液中，被浓稠液包围，形成气泡核气泡核。 大量均匀分布的气泡核大量均匀分布的气泡核 泡沫均匀的泡体泡沫均匀的泡体 强化成核过程的措施：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。溶液中的过饱和度。232、泡沫的增长、泡沫的增长 促使气

10、泡增长的因素促使气泡增长的因素：溶解气体的增加，温度的升高，：溶解气体的增加，温度的升高，气体的膨胀；气泡的合并。气体的膨胀；气泡的合并。阻碍气泡增长的因素阻碍气泡增长的因素：表面张力和塑料的黏度。：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。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。泡孔易破裂。（二）泡沫塑料的发泡原理（二）泡沫塑料的发泡原理 243、影响泡孔结构的因素、影响泡孔结构的因素泡沫的稳定泡沫的稳定 控制泡沫增长和聚合物胶凝化的平衡。控制泡沫增长和聚合物胶凝化的平

11、衡。稳定泡沫的方法稳定泡沫的方法 ：一利用一利用表面活性剂表面活性剂，降低表面张力，有利形成微细气，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；泡，减少气体的扩散作用，使泡孔稳定；二二提高熔体的黏度提高熔体的黏度，防止泡壁进一步减薄来稳定泡沫。，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。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（二）泡沫塑料的发泡原理 25发泡剂的选择发泡剂的选择 物理发泡剂物理发泡剂 空气、惰性气体、低沸点液体空气、惰性气体、低沸点液体优点优点：无分解热，塑料不会烧焦和变黄；：无分解热，塑料不会烧焦和变黄；缺

12、点缺点：不易分散均匀：不易分散均匀b. 化学发泡剂化学发泡剂 受热能释放出气体的物质。受热能释放出气体的物质。（二）泡沫塑料的发泡原理（二）泡沫塑料的发泡原理 26选择考虑因素选择考虑因素(1)分解温度：分解温度：发泡剂应能在一狭窄的温度范围内发泡剂应能在一狭窄的温度范围内 迅速分解迅速分解(2)分解速率：分解速率：发泡剂的分解速率是随温度变化的。发泡剂的分解速率是随温度变化的。(3)反应热量：反应热量：有机发泡剂分解时是放热反应，而无机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。发泡剂分解则是吸热反应。 (4)发泡剂分解的抑制和促进发泡剂分解的抑制和促进（二）泡沫塑料的发泡原理

13、（二）泡沫塑料的发泡原理 27(5)发泡效率：发泡效率：有机发泡剂分解出的氮气比无机发泡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，剂分解出的二氧化碳气体发泡效率高，原因原因：二氧化碳对塑料泡壁的扩散速度比氮气高。：二氧化碳对塑料泡壁的扩散速度比氮气高。 (6)发泡剂的并用发泡剂的并用 当有机与无机发泡剂并用时较单独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。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（二）泡沫塑料的发泡原理 28 化学发泡剂类型化学发泡剂类型: :无机发泡剂无机发泡剂常用：碱金属的碳酸盐和碳酸氢盐，常用：碱

14、金属的碳酸盐和碳酸氢盐，优点优点：价廉，不降低塑料的耐热性，因对聚合物无：价廉，不降低塑料的耐热性，因对聚合物无增塑作用。增塑作用。缺点缺点：不能与塑料混溶，分解气体的速率受压力的：不能与塑料混溶，分解气体的速率受压力的影响大。影响大。 （二）泡沫塑料的发泡原理（二）泡沫塑料的发泡原理 29有机发泡剂有机发泡剂 常用的是一些加热后分解放出氮气一些物常用的是一些加热后分解放出氮气一些物质。如质。如:偶氮二甲酰氨（偶氮二甲酰氨（AC）、）、AIBN等等优点优点：氮气的化学行为比较迟钝，在有机聚：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。合物中有较大的分散性。（二）泡沫塑料的发泡原理（二

15、）泡沫塑料的发泡原理 304.泡沫塑料成型设备泡沫塑料成型设备4.1 机械发泡设备机械发泡设备钢或不锈钢钢或不锈钢圆筒圆筒和和搅拌系统搅拌系统组成。组成。顺转顺转逆转逆转桨叶向上桨叶向上桨叶向下桨叶向下鼓泡鼓泡出料出料314.2 物理发泡设备物理发泡设备（1） 连续蒸汽预发泡机（连续蒸汽预发泡机（PS为例）为例）预发泡预发泡是凭加热使珠状物膨胀到一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更多的降低，减少密度梯度形成的倾向。倾向。可发性可发性PS粒料粒料进入筒体进入筒体受热膨胀受热膨胀轻者上浮轻者上浮沿筒壁上升沿筒壁上升靠

16、离心力推出靠离心力推出预发泡预发泡熟化熟化模塑模塑32（2） 真空预发泡机真空预发泡机优点：优点：密度易调节；缩短或除去熟化时间；缩短模塑周期密度易调节；缩短或除去熟化时间；缩短模塑周期可发性可发性PSPS珠粒珠粒加热、搅拌加热、搅拌抽真空抽真空PSPS珠粒软化膨胀珠粒软化膨胀水水发泡发泡PSPS珠粒表面固化珠粒表面固化消除真空消除真空卸除卸除预发泡预发泡PSPS珠粒珠粒设备设备：可抽真空的卧筒形容器，内有：可抽真空的卧筒形容器，内有PTFPTF涂覆，有搅拌；外有蒸涂覆，有搅拌；外有蒸汽加热套。汽加热套。4.2 物理发泡设备物理发泡设备334.3 化学发泡设备化学发泡设备（1） 加入化学发泡剂

17、的化学发泡设备加入化学发泡剂的化学发泡设备 压制法压制法 压制法包括配料制糊、装料入模并使模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、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。步膨胀成为制品的过程。挤出法挤出法 挤出得到中间制品再加热发泡；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，冷却在挤出机料筒内发泡。离开口模后膨大，冷却成为制品。成为制品。34 注塑法注塑法（低发泡制品）（低发泡制品） 与普通注塑相似，部分发泡在注射机内进行。与普通注塑

18、相似，部分发泡在注射机内进行。压延法压延法（PVC人造革与泡沫壁纸）人造革与泡沫壁纸） 工艺与压延薄膜相同工艺与压延薄膜相同4.3 化学发泡设备化学发泡设备35（2） 聚氨酯化学发泡法设备聚氨酯化学发泡法设备贮料罐：贮料罐：常采用不锈钢做衬套，有带有搅拌常采用不锈钢做衬套，有带有搅拌 和恒温装置的反应釜。和恒温装置的反应釜。贮料罐贮料罐计量泵计量泵混合头混合头成型成型4.3 化学发泡设备化学发泡设备36聚氨酯高压发泡机聚氨酯高压发泡机37聚氨酯高压发泡灌注机聚氨酯高压发泡灌注机38聚氨酯高压发泡加工设备聚氨酯高压发泡加工设备3940 聚苯乙烯泡沫塑料具有吸水性小，隔音、保湿、聚苯乙烯泡沫塑料具

19、有吸水性小，隔音、保湿、介电性优良等特点。介电性优良等特点。 密度在密度在0.0150.02g/cm3用于包装材料；用于包装材料； 密度为密度为0.020.05 g/cm3用于防水隔热材料；用于防水隔热材料； 密度为密度为0.030.10g/cm3用于救生圈漂浮材料。用于救生圈漂浮材料。聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑料5 典型泡沫塑料制品典型泡沫塑料制品41生产方法生产方法：悬浮聚合得悬浮聚合得到到PS颗粒颗粒低沸点的液体低沸点的液体可发性珠粒可发性珠粒预发泡预发泡熟化熟化模塑模塑成型成型乳液法聚合的乳液法聚合的粉状粉状PS发泡剂及其它添加剂共混发泡剂及其它添加剂共混挤出发泡挤出发泡冷却定型冷

20、却定型挤出法挤出法可发性珠粒法可发性珠粒法模压法、模压法、可发性珠粒法和挤出发泡法可发性珠粒法和挤出发泡法。5 典型泡沫塑料制品典型泡沫塑料制品42预发泡预发泡作用：作用：是凭加热使可发性珠粒膨胀到一定程度，这样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。发泡制品均匀。 预发泡方法：预发泡方法：水蒸气、热水、热空气和红外线。水蒸气、热水、热空气和红外线。控制控制温度和时间温度和时间，使可发性珠粒软化呈高弹态，但不，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，要熔化，使

21、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。避免预发泡粒子破裂。43熟化熟化熟化目的熟化目的：使聚合反应进行完全，聚合物分子量增：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。加，制品机械强度增加；多余催化剂挥发。熟化方法熟化方法： 大型料斗中进行。大型料斗中进行。 空气从底部送进，顶部排出。一般熟化温度空气从底部送进，顶部排出。一般熟化温度2226，有时将空气温度提到，有时将空气温度提到3238。熟化时间由。熟化时间由试验而定。试验而定。 44模塑成型模塑成型 过程：过程：常用蒸汽箱模塑法。常用蒸汽箱模塑法。 熟化珠粒入模熟化珠粒入模 送入液压机蒸气室送入

22、液压机蒸气室 加热发加热发泡剂气化膨胀、塑料软化泡剂气化膨胀、塑料软化 进一步膨胀进一步膨胀 由于由于模具限制珠粒互相熔接成整体。模具限制珠粒互相熔接成整体。45模塑发泡设备及制品46发泡过程发泡过程 硼酸硼酸和碳酸氢钠起成核剂的作用和碳酸氢钠起成核剂的作用. 它们它们在挤出机料筒中在挤出机料筒中受热分解出气体，受热分解出气体， 离开口模离开口模，常压下，气化膨胀，形成互不连通，常压下，气化膨胀，形成互不连通的泡孔核，的泡孔核， 发泡剂就进入泡孔核内，使泡孔连续膨胀，生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。成密度降低的泡沫制品。挤出成型挤出成型47PSPS一步法挤出发泡

23、板材一步法挤出发泡板材 PS和泡孔成核剂和泡孔成核剂(滑滑石粉石粉)、稳定剂等、稳定剂等挤出机内塑化挤出机内塑化熔融段未端熔融段未端压入发泡剂压入发泡剂在均化段熔体在均化段熔体和发泡剂混合和发泡剂混合挤出挤出减压发泡减压发泡48 49生产注意的工艺问题生产注意的工艺问题 生产时生产时挤出温度挤出温度应严格控制，出模前保证应严格控制，出模前保证熔体的黏度，使泡沫均匀。所以均化段的温度熔体的黏度，使泡沫均匀。所以均化段的温度要低于熔融段。要低于熔融段。 挤出的泡沫塑料板材必须挤出的泡沫塑料板材必须慢慢冷却慢慢冷却，以免，以免造成内应力，导致泡沫崩塌。造成内应力，导致泡沫崩塌。 5051聚氯乙烯泡沫

24、塑料的生产聚氯乙烯泡沫塑料的生产 原材料原材料 树脂树脂 制取泡沫塑料宜选用成糊性的制取泡沫塑料宜选用成糊性的乳液乳液树脂，树脂，因其粒度细容易成糊而且带有表面活性剂，对成泡因其粒度细容易成糊而且带有表面活性剂，对成泡有利。有利。增塑剂增塑剂 为制取具有柔曲性和伸缩性的软质聚氯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。乙烯泡沫，需要添加大量的增塑剂。 52发泡剂发泡剂 发泡剂的分解温度一般不能高于糊塑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料的胶凝温度，否则就不能生产密度较小的泡沫塑料。塑料。 稳定剂稳定剂 这是为了防止聚氯乙烯的热分解

25、而这是为了防止聚氯乙烯的热分解而加入的一种助剂加入的一种助剂 。其它组分其它组分 根据制品性能的需要还可加入润滑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。剂，填料，颜料等其它组分。 53生产方法生产方法 硬质硬质聚氯乙烯泡沫塑料，主要采用压制、挤出成聚氯乙烯泡沫塑料，主要采用压制、挤出成型。型。软质软质聚氯乙烯泡沫塑料可采用压制、挤出、注射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。和压延等方法成型。 54（一）聚乙烯发泡的特点（一）聚乙烯发泡的特点1 1、聚烯烃结晶度高聚烯烃结晶度高，在未达到结晶熔融温度以前，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

26、度，黏度急剧下树脂几乎不能流动，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降，使发泡过程中产生的气泡很难保持 2 2、从熔融态冷却到固态需、从熔融态冷却到固态需时间较长时间较长，使发泡气体逃，使发泡气体逃逸的机会增多；逸的机会增多；3 3、透气性大，发泡的气体难保持。、透气性大，发泡的气体难保持。聚乙烯泡沫塑料聚乙烯泡沫塑料 55（二）聚烯烃的交联（二）聚烯烃的交联 交联的原理交联的原理 有辐射交联和化学交联两种方法。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、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。薄的发泡制品

27、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。化学交联的反应机理有离子型和游离基型两大类。5657（三）聚乙烯泡沫塑料的成型（三）聚乙烯泡沫塑料的成型 挤出法挤出法 注射法注射法 模压法模压法 一步法和两步法一步法和两步法 可发性可发性PEPE珠粒法珠粒法 有交联和无交联法有交联和无交联法( (低发泡制品低发泡制品) ) 化学发泡法化学发泡法物理发泡法物理发泡法直接挤出法直接挤出法挤出后常压交联发泡法挤出后常压交联发泡法高压法高压法低压法低压法生产密度高的用一步法，低的用二步法。生产密度高的用一步法，低的用二步法。58用化学发泡法生产聚烯烃泡沫塑料制品都用化学发泡法生产聚烯烃泡沫塑料制品都采用模压法采用模压