泡沫塑料成型

1、2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院1第七章 泡沫塑料成型学习目的与要求：l1. 掌握泡沫塑料的发泡方法及原理l2. 理解各种泡沫塑料的生产方法及工艺过程 2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院2第一节第一节 概述概述一. 泡沫塑料及其特性l泡沫塑料是以合成树脂为基体，加入发泡剂及其它添加剂，经发泡作用形成的一种具有细孔梅绵状结构的物质。 2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院3l泡沫用原料：几乎所有热固性、热塑性塑料 常用PS、PU、PVC、PE、UF(超滤膜）、PF（Phenol Formaledlyde，酚醛树脂）、EP、有机硅、PVF(聚乙烯缩甲醛)和PMMA

2、l优点： 密度低；隔热性能好；吸声；减震性能好二. 泡沫塑料的类型1. 按软硬程度区分l硬质泡沫塑料：无柔韧性、压缩硬度大，应力达到一定值才变形、解除应力后不能恢复原状的泡沫塑料。l软质泡沫塑料：富有柔韧性、压缩硬度小、应力解除后能恢复原状、残余变形较少的泡沫塑料。2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院42. 按密度大小l低发泡塑料：为0.4g/cm3以上，气体/固体1.5l中发泡塑料：为0.10.4g/cm3，气体/固体1.59l高发泡塑料：为0.1g/cm3以下，气体/固体93. 按结构区分l开孔泡沫塑料：绝大多数泡孔互相连通的泡沫塑料；l闭孔泡沫塑料：绝大多数泡孔不相连通的泡沫塑

3、料； l任何泡沫塑料都不是完全开孔或完全闭孔的。闭孔可借机械施压或化学方法使其成为开孔的泡沫塑料。2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院5三、泡沫塑料的应用 l建筑、交通运输、轻工、日用品应用广泛2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院6第二节第二节 泡沫塑料的发泡方法及原理泡沫塑料的发泡方法及原理l一、机械发泡法机械发泡法l 这种发泡方法（气体混入法）是采用强烈的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。为缩短成型周期可通入空气和加入乳化剂或表面活性剂。其特点是无需特别加入发泡剂，但缺点是所需设备要求较高。通

4、常应用于脲醛、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙酸乙烯、聚氯乙烯溶液等泡沫塑料。主要用于：SPVC、UF等 2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院7l二、物理发泡法二、物理发泡法l 物理发泡法是利用物理原理实施发泡，包括以下四种方法。l（1）惰性气体发泡法l 这种发泡方法是在加压下把惰性气体压入熔融聚合物或糊状物料中，然后减压升温，使溶解的气体膨胀而发泡。其特点是气体发泡后不会留下残渣，不影响泡沫塑料的性能和使用。但缺点是需要较高的压力和比较复杂的高压设备。通常应用于聚氯乙烯、聚乙烯等泡沫塑料。2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院8（2）低沸点液体发泡体l 这种发泡方法是利用低沸点液体蒸发

5、汽化而发泡，把低沸点液体压入聚合物中或在一定压力、温度下，使液体溶入聚合物颗粒中，然后将聚合物加热软化，液体人也随之蒸发汽化而发泡，后一种方法又称为可发性珠粒法。通常应用于聚苯乙烯、交联聚乙烯等泡沫塑料。（3）溶出法l 先将颗粒细小的固体物质(如NaCl、淀粉等)混入聚合物中，后用溶剂或伴以化学方法，使其溶出而留下孔洞成为泡沫塑料。（4）中空微球法l 将微型(直径20m250m、壁厚23m)的空心玻璃球、空心陶瓷球、空心塑料微球，埋入熔融聚合物或液态的热固性树脂中，而后使其冷却或交联而成为泡沫体。 2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院9l物理发泡法优点： 毒性低，操作时毒性较小；成本

6、低，发泡剂价格便宜；发泡剂对物料性能影响不大，发泡无残留物。l物理发泡法缺点：设备投资较大。 2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院10l二、化学发泡法二、化学发泡法l 化学发泡法是在发泡过程中伴随着化学反应产生气体而发泡，包括以下两种类型。l（1）热分解型发泡剂发泡法l 这种发泡方法是加入热分解型发泡剂受热分解产生气体而发泡。其特点是只需在配方中加入发泡剂就可以发泡，而无需特殊设备。但缺点是有时成型温度和发泡剂分解温度不易匹配，会造成发泡过程不易控制。常应用于聚氯乙烯。聚乙烯等泡沫塑料。2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院11l化学发泡剂释放出气体：CO2、N2、NH3 对

7、发泡剂的要求:l分解温度较狭窄而固定；l分解速度能控制；分解时不应大量放热；l气体没有腐蚀性；l发泡剂均匀分布在原料中；l分解残余物无毒，对熔融、硬化无影响；l残余物不应有不愉快气味和颜色等； l价格便宜。2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院12发泡剂种类 无机发泡剂无机发泡剂：l主要：碱金属的碳酸盐和碳酸氢盐，如(NH4)2CO3、NaHCO3等；l价廉、不影响塑料的耐热性；l分解气体速度受压力限制；l发泡剂与塑料不混溶；l难于均匀分布在物料中。 有机发泡剂有机发泡剂：l主要：加热后放出N2的一些物质，品种多l气体无毒、无臭、分散性好，对大多数聚合物的渗透性比O2、CO2和NH3都

8、小；l大多数有机发泡剂为易燃、易爆的物质。2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院13l（2）聚合物组分间相互作用产生气体的发泡法l 这种发泡方法是利用发泡体系中的两个或多个组分之间发生的化学反应，生成惰性气体（如二氧化碳或氮气）致使聚合物膨胀而发泡。发泡过程中为控制聚合反应和发泡反应平衡进行，为保证制品有较好的质量，一般加入少量催化剂和泡沫稳定剂（或表面活性剂）。其特点是无需特别加入发泡剂，但缺点是反应过程复杂。通常应用于聚氨酯等泡沫塑料。2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院14四、泡沫塑料发泡原理以气发泡沫塑料为例l气发泡沫塑料：使气体溶解在液态聚合物中，形成饱和溶液，当温

9、度升高或压力降低时就会放出气体而形成泡沫。l气发泡沫塑料的形成： 把气体溶解在液态聚合物中形成饱和溶液，然后通过成核作用产生泡沫。或发泡剂预先溶解在液态聚合物中，当温度升高或压力降低时就会放出气体而形成泡沫。 2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院15l气发泡沫塑料成型的三个阶段：泡沫形成，泡沫增长，气发泡沫塑料成型的三个阶段：泡沫形成，泡沫增长，泡沫稳定泡沫稳定1. 泡沫的形成泡沫的形成l气体在熔体中形成气气体在熔体中形成气液混合体系液混合体系(溶液溶液)。l当气体在溶液中达到饱和限度当气体在溶液中达到饱和限度(甚至大于饱和甚至大于饱和)后，气后，气体则从溶液中逸出而形成气泡。体则从

10、溶液中逸出而形成气泡。l这种微细气泡的生成过程这种微细气泡的生成过程(正像结晶过程中产生晶核正像结晶过程中产生晶核一样一样)称为成核作用。称为成核作用。2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院162. 泡沫的增长l增长因素： 溶解气体的增加、温度的升高；气体的膨胀和气泡的合并。l阻碍因素： 表面张力、熔体黏度。l降低表面张力、熔体黏度有利增长，但温度过高，a太低、泡壁薄，泡孔易破裂、泡沫易塌。2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院173. 泡沫的稳定l当泡沫增加至一定程度后，应使液相聚合物固化，才能得到多孔的泡沫塑料l稳定泡沫的方法：(1)加入表面活性剂；(2)提高体系中液相的黏

11、度，增加泡壁强度、防止泡壁进一步减薄。2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院18五、影响泡沫塑料性能的因素五、影响泡沫塑料性能的因素l1、加工因素 l 泡沫塑料性能受加工因素的影响，主要有设备、工艺过程的控制和加工人员的操作经验。泡沫塑料在加工过程中特别是在发泡膨胀过程中，受控制因素的影响，使生成的气泡变形，从圆形变化到椭圆形或细长型。这样泡壁沿膨胀方向拉长，致使泡沫塑料出现各向异性。结果沿拉力方向的力学性能增大（纵向强度增大），而垂直于取向方向的强度降低。对聚氨酯泡沫塑料所做的实验表明，泡孔的拉伸度越大，则相应的压缩应力比和模量比也越大，故泡沫塑料的各向异性程度也越大。作为泡沫塑料应

12、尽量避免各向异性。2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院19（2）泡孔尺寸l泡孔尺寸大小是影响泡沫塑料压缩强度的重要因素之一。用光谱显微镜对两种泡孔大小不同的泡沫塑料样品所做的压缩实验表明，大泡孔（0.51.5mm）泡沫塑料样品被压缩10%时，外层泡孔肋架开始弯曲，当被压缩到25%时，外层泡孔崩塌，内层泡孔开始弯曲，泡沫体中心的泡孔开始变形。对于小泡孔（0.0250.075mm）泡沫塑料样品，当被压缩时泡孔呈等量压缩，即泡沫体的内外泡孔可均匀地吸收外加压缩能量，一般认为小泡孔泡沫塑料压缩性能好于大泡孔泡沫塑料。2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院20（3）泡孔结构l同一种泡沫

13、其开孔和闭孔所表现的性能是不一样的。实验结果表明，随开孔率提高其压缩强度明显下降。压缩强度是衡量泡沫塑料主要性能的指标之一，要生产高压缩度的泡沫塑料，应提高闭孔率，反之则应提高开孔率。另外，泡孔的大小还会影响其吸水率，即泡孔直径越大，吸水率不久越大。（4）发泡倍率l泡沫塑料的性能还取决于树脂性能、发泡剂用量、泡沫体密度等因素，这些因素又与成型条件又直接关系。随着发泡倍率的增大，泡沫体的拉伸强度、弯曲强度、热变形温度等都随之下降，而制品的成型收缩率增加2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院21第三节 泡沫塑料成型工艺一. PS泡沫塑料：l发泡剂大多采用低沸点液体1. 一步挤出成型法l将高

14、分子量的PS加入挤出机内熔化，然后用高压加料设备把液体发泡剂(如氯甲烷、二氯甲烷、氟里昂等)注入挤出机的熔融区，最后在严格控温下，从环形口模中将料筒内混合物挤出，经膨胀、缓慢冷却和切割，即可得片状PS泡沫塑料(可达0.030.08g/cm3 ) 。2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院22(1)生产流程 2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院23（2）配方lPS MFR 2.62.8 l辅助材料：滑石粉(成核剂)6001000目lCaCO3 、MgSt、石蜡油（3）工艺条件l温度： 90挤出机：230 245 235 230 220(过滤网) 120挤出机：200 170 14

15、0 模头：135 130 1252021-10-29韶关学院化学与环境工程学院242. 可发性PS泡沫塑料的成型:l可发性PS珠粒(EPS):l在悬浮聚合的PS颗粒中渗入低沸点液体而形成。l采用的低沸点液体有：丁烷、正戊烷、异戊烷、季戊烷和石油醚(是低分子量烃类，主要是戊烷和已烷的混合物)。l按液体发泡剂的加入方式可分为一步法、一步半法和二步法。l可发性PS珠粒含6%发泡剂，表观密度0.68g/cm3，珠粒直径0.252mm 。 2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院25（1）可发性PS泡沫塑料模塑成型工艺l分为:预发泡、熟化、模塑三工序预发泡l加热使可发性珠粒膨胀到一定程度，以使模塑

16、制品的密度得到较多的降低和减少密度梯度的形成倾向2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院26在相同的条件下蒸气与气化的戊烷、空气相比，蒸汽对聚苯乙烯薄膜的渗透速率比发泡剂戊烷(或石油醚)或空气大得多。故，预发泡过程中有较多蒸汽渗入PS颗粒蒸汽供应量必须充足，才能减少发泡剂气体的渗出2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院27熟化l可发性珠粒经预发泡后，必须在空气中暴露一段时间，这种暴露即称熟化。l目的：使预发泡颗粒得到稳定，在模塑时能得到进一步膨胀和熔接。l要求空气尽快地渗入，防止发泡剂过多渗出l应严格控制熟化时间和温度。模塑l将经预发泡、熟化的颗粒通入模具中。l模底、面都开有漏孔

17、(0.61.3mm，孔距2030mm)或通气槽(宽0.10.4mm)，合金铝制模。2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院28l对预发泡颗粒进行直接加热，颗粒受热，泡孔内空气膨胀，颗粒中残余发泡剂(4%)气化和渗入加热蒸汽，使泡内压力比泡外大，同时聚合物因受热而软化、颗粒进一步膨胀l膨胀只能在蒸汽供给量充足的前提下进行l否则模压时泡孔内的空气和发泡剂就会早期渗出l冷却：加热到规定时间后，冷却得闭孔性泡沫塑料2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院292021-10-29韶关学院化学与环境工程学院302021-10-29韶关学院化学与环境工程学院31（2）可发性PS泡沫塑料其它成型工

18、艺l挤出法成型：l可成型板材(或吹塑泡沫塑料纸)l材料：一步法(或一步半法)珠粒，也可用预发泡颗粒l成核剂：硼酸、柠檬酸、碳酸氢钠l挤出很容易造成压实，故制品密度偏高。为降低密度，使泡孔细小，必须加入成核剂，并加入液体石蜡、硅油、DOP使成核剂不会集结l注射法成型：l特殊的可发性PS珠粒，可用注射法成型 2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院32二. PVC泡沫塑料：l硬质PVC泡沫塑料：PVC配方中不加（或少加）增塑剂、或用溶剂溶解PVC树脂，成型时溶剂受热挥发l软质PVC泡沫塑料：用增塑剂与树脂调成糊或炼塑成片或挤出成粒，再成型加工，增塑剂不因受热而挥发1. 软质PVC泡沫塑料（1

19、）物理发泡法l惰性气体不溶于PVC ，溶于增塑剂l原料： 乳液法PVC树脂其它助剂增塑剂PVC糊2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院33l间歇法： CO2 PVC糊加压釜模具烘房冷却脱模SPVC泡沫l模具：纸板、铝或其它金属制成l敞口模生产开孔制品l密闭模生产闭孔制品2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院34l连续法：2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院35（2）化学发泡法l常用发泡剂AC l模压发泡法：鞋配方：生产过程：配料捏和塑炼配片模压发泡热处理停放冲裁钻孔组装包装成品2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院36l配料：发泡剂、稳定剂、颜料分别与DOP按

20、1 1比例配料三辊磨23次、储存备用，按配方称量l捏和：Z型混合机。100120，4560minl塑炼：双辊塑炼机。120，严格控制温度防止提前发泡。出片。l配片：片冲裁，按规定颜色配搭底面、中间片，称量叠好。2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院37l模压发泡： 温度：160165；压力：6MPa时间：3045min冷却：塑化发泡后在压力下冷却至50，开模出片l热处理： 蒸汽缸：90100，1520min。 得密度为0.250.4g/cm3的发泡片。l停放：7天后、泡沫稳定，然后冲裁成鞋底l钻孔：冲裁出鞋底、钻上鞋带孔l组装：组装面带，即包装出厂 2021-10-29韶关学院化学与环

21、境工程学院38注射发泡配方：配方：l设备：卧、角式或双模注射机，直角转盘式等l模具：具有二次开模结构2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院39lPVC注射发泡鞋的生产流程l配料捏和造粒注射修饰成品l配料、捏和：与模压同l挤出造粒：挤出热切。挤出温度120130，防止过早发泡l注射发泡 注塑机螺杆： 5560mm，L/D1215：1，压缩比：34 工艺条件：料筒165175，加料口喷嘴渐升 螺杆转速5575rpm，加大背压。2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院40l注射：物料塑化完全后，迅速注入模具、充满模后，经短暂(24s)冷却，使制品表面形成一层不发泡的冷硬层。l开模： 第

22、一次开模：冷硬层形成后，即解除模具的鞋底板压力，制品中间还末冷却的料即膨胀发泡，顶起鞋底板至新的位置 第二次开模：经12min冷却定型，即可开模取出发泡鞋2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院412. RPVC泡沫塑料：泡沫塑料：l(1)模压法生产RPVC泡沫l基本配方：2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院42l生产工艺流程l配料拌合压制成型发泡热处理成品l配料操作： 按配方称量；然后将各固体组分混合；于球磨机中研磨34h；过60目筛备用l拌合 取上述球磨料按比例混好的磷酸三甲酚酯、二氯甲烷溶液，搅拌均匀至团状，并装入模、推平盖好 2021-10-29韶关学院化学与环境工程学

23、院43l压制成型 将装有拌合料的模具放在液压机上加热加压塑化成型 压力：20MPa 温度：158(蒸汽压力0.6MPa) 时间：3045min，视制品而定 冷却：3040min方可脫模l发泡 放在沸水或放入6080烘房内发泡 发泡过程要经常翻动模制品，当达到规格时、即可取出进行热处理l热处理 烘房，65、48h，即得0.045g/cm3 RPVC泡沫制品 车间要通风、防爆、防火等 2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院44（2）RPVC低发泡异型材：l配方： 工艺流程：配料混料挤出发泡冷却定型牵引切割2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院45 挤出温度：挤出温度：l特殊专用机头

24、：口模流道的结构和尺寸设计，给发泡体留出发泡空间l选择合适的温控系统：控制发泡速度使表皮少发泡或不发泡以得到外观较好的硬皮、或自由发泡2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院462021-10-29韶关学院化学与环境工程学院472021-10-29韶关学院化学与环境工程学院482021-10-29韶关学院化学与环境工程学院49三. PE泡沫塑料1. PE发泡的特点（1）PE发泡困难的原因lPE熔体黏度低，泡沫不易稳定lPE熔体冷硬时间长，不利于发泡气体的保持lPE的气体透过率高2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院50（2）改善PE发泡难的办法l交联：化学交联、辐射交联l接枝、共

25、混改性 用于共混的树脂：EVA、聚异丁烯 (PIB)、天然胶(NR)、合成橡胶、PS等l填充改性 加碳黑或白碳黑(SiO2)补强，弯曲模量、拉伸强度 加CaCO3、亚硫酸钙等，降低成本2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院512. PE泡沫塑料的成型方法（1）模压法l把可发性的物料置于模具中，加热加压、使之发泡成型l例：制造PE泡沫塑料鞋底l配方见P217表85l工艺流程： 配料混合成型交联发泡PE泡沫 2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院52l混炼过程 开炼机、密炼或挤出 要求：交联剂、发泡剂要分散均匀 温度：在树脂Tm以上，交联剂、发泡剂分解温度以下，防止过早交联，否则发

26、泡不均、发泡剂不能过早分解l交联、发泡 先交联后发泡、交联剂分解温度比发泡剂分解温度低 压力：215MPa 待发泡剂完全分解后，解除压力、使热的熔融物膨胀弹出，由此23s内完成发泡 2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院53（2）挤出法l可用物理发泡或化学发泡 PE挤出物理发泡法与PS泡沫塑料板材的一步法挤出基本相同 直接挤出化学发泡法l配方：2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院54l属于无交联发泡，AC分解温度190205l挤出机：L/D2028、22.5l特殊专用机头l高速混合：各组分加入高速混合机中充分混合l挤出：在控制挤出条件下挤出发泡l温度：加料段计量段，由低温高温

27、l机头温度：比计量段低 例：机身：135、150、155、180 机头：135 口模：130l料从机头涌出时立即发泡，再经冷却定型即成制品2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院55挤出后常压交联发泡：挤出后常压交联发泡：l挤出发泡过程： 配料混合塑炼或挤出交联发泡PE泡沫l配料：按配方l混合：高速混合机2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院56l塑炼出片： 开炼机、120，片厚3mm、宽400mm；或塑炼后挤出机出片，片尺寸同上l交联发泡 片加热炉、红外线加热 先200加热5min，后230加热3min 制品密度0.05g/cm3，泡孔细且表面牢固2021-10-29韶关学院化学与环境工程学院57（3）注射法l把含化学发泡剂的PE加入注射机l或在料筒中途压入惰性气体代替化学发泡剂l注射PE泡沫塑料： 具有均一发泡内芯和不发泡外层的低发泡沫塑料，常称为结构泡沫。其密度一般为0.20.7g/cm3l结构泡沫注射成型分为：低压法l注射机向模腔注入适量的物料(未充滿)，由于物料中含有发泡剂，发泡剂分解的气体产生膨胀力，使物料发泡而充满腔l可通过注入物料的量来调节结构泡沫的发泡率