7.泡沫塑料成型.ppt

1、2020/7/15,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： 1. 掌握泡沫塑料的发泡方法及原理 2. 理解各种泡沫塑料的生产方法及工艺过程,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,2,第一节 概述 一. 泡沫塑料及其特性 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。,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,3,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PM

2、MA 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 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。 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。,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,4,2. 按密度大小 低发泡塑料：为0.4g/cm3以上，气体/固体1.5 中发泡塑料：为0.10.4g/cm3，气体/固体1.59 高发泡塑料：为0.1g/cm3以下，气体/固体9 3. 按结构区分 开孔泡沫塑料：绝大多数泡孔互相连通的泡沫塑料； 闭孔泡沫塑料：绝大多数泡孔

3、不相连通的泡沫塑料； 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。,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,5,三、泡沫塑料的应用 建筑、交通运输、轻工、日用品应用广泛,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,6,第二节 泡沫塑料的发泡方法及原理,一、机械发泡法 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。通常应用于脲醛、聚乙

4、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,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,7,二、物理发泡法 物理发泡法是利用物理原理实施发泡，包括以下四种方法。 （1）惰性气体发泡法 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。,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,8,（2）低沸点液体发泡体 这种发泡方法是利用低沸点液体蒸发汽化而发泡，把低沸点液体压入聚

5、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 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 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。,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,9,物理发泡法优点： 毒性低，操作时毒性较小；成本低，发泡剂价格便宜；发泡剂对

6、物料性能影响不大，发泡无残留物。 物理发泡法缺点：设备投资较大。,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,10,二、化学发泡法 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。 （1）热分解型发泡剂发泡法 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。,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,11,化学发泡剂释放出气体：CO2、N2、NH3 对发泡剂的要求: 分解温度较狭窄而固定；

7、分解速度能控制；分解时不应大量放热； 气体没有腐蚀性； 发泡剂均匀分布在原料中； 分解残余物无毒，对熔融、硬化无影响； 残余物不应有不愉快气味和颜色等； 价格便宜。,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,12,发泡剂种类 无机发泡剂： 主要：碱金属的碳酸盐和碳酸氢盐，如(NH4)2CO3、NaHCO3等； 价廉、不影响塑料的耐热性； 分解气体速度受压力限制； 发泡剂与塑料不混溶； 难于均匀分布在物料中。 有机发泡剂： 主要：加热后放出N2的一些物质，品种多 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都小； 大多数有机发泡剂为易燃、易爆的物质。,2020/7

8、/15,韶关学院化学与环境工程学院,13,（2）聚合物组分间相互作用产生气体的发泡法 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，为保证制品又较好的质量，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。,2020/7/15,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 气发泡沫塑料：使气体溶解在液态聚合物中，形成饱和溶液，当温度升高或压力降低时就会放出气体而形成泡沫。 气发

9、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。,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,15,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 1. 泡沫的形成 气体在熔体中形成气液混合体系(溶液)。 当气体在溶液中达到饱和限度(甚至大于饱和)后，气体则从溶液中逸出而形成气泡。 这种微细气泡的生成过程(正像结晶过程中产生晶核一样)称为成核作用。,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,16,2. 泡沫的增长 增长因素： 溶解气体的增加、温度的升高；气体的膨胀

10、和气泡的合并。 阻碍因素： 表面张力、熔体黏度。 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。,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,17,3. 泡沫的稳定 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 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度，增加泡壁强度、防止泡壁进一步减薄。,2020/7/15,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,1、加工因素 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

11、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。作为泡沫塑料应尽量避免各向异性。,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,19,（2）泡孔尺寸 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

12、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。,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,20,（3）泡孔结构 同一种泡沫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 泡沫

13、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,2020/7/15,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： 发泡剂大多采用低沸点液体 1. 一步挤出成型法 将高分子量的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 ) 。,2020/

14、7/15,韶关学院化学与环境工程学院,22,(1)生产流程,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,23,（2）配方 PS MFR 2.62.8 辅助材料：滑石粉(成核剂)6001000目 CaCO3 、MgSt、石蜡油 （3）工艺条件 温度： 90挤出机：230 245 235 230 220(过滤网) 120挤出机：200 170 140 模头：135 130 125,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,24,2. 可发性PS泡沫塑料的成型: 可发性PS珠粒(EPS): 在悬浮聚合的PS颗粒中渗入低沸点液体而形成。 采用的低沸点液体有：丁烷、正戊烷、异戊烷、季戊烷和石油

15、醚(是低分子量烃类，主要是戊烷和已烷的混合物)。 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。 可发性PS珠粒含6%发泡剂，表观密度0.68g/cm3，珠粒直径0.252mm 。,2020/7/15,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 分为:预发泡、熟化、模塑三工序 预发泡 加热使可发性珠粒膨胀到一定程度，以使模塑制品的密度得到较多的降低和减少密度梯度的形成倾向,2020/7/15,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

16、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,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,27,熟化 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。 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。 要求空气尽快地渗入，防止发泡剂过多渗出 应严格控制熟化时间和温度。 模塑 将经预发泡、熟化的颗粒通入模具中。 模底、面都开有漏孔(0.61.3mm，孔距2030mm)或通气槽(宽0.10.4mm)，合金铝制模。,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,28,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

17、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 膨胀只能在蒸汽供给量充足的前提下进行 否则模压时泡孔内的空气和发泡剂就会早期渗出 冷却：加热到规定时间后，冷却得闭孔性泡沫塑料,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,29,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,30,2020/7/15,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艺 挤出法成型： 可成型板材(或吹塑泡沫塑料纸) 材料：一步法(或一步半法)珠粒，也可用预发泡颗粒 成核剂：硼酸、柠檬酸、碳酸氢钠 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

18、核剂，并加入液体石蜡、硅油、DOP使成核剂不会集结 注射法成型： 特殊的可发性PS珠粒，可用注射法成型,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,32,二. PVC泡沫塑料： 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 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）物理发泡法 惰性气体不溶于PVC ，溶于增塑剂 原料： 乳液法PVC树脂其它助剂增塑剂PVC糊,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,33,间歇法： CO2 PVC糊加压釜模具烘房冷

19、却脱模SPVC泡沫 模具：纸板、铝或其它金属制成 敞口模生产开孔制品 密闭模生产闭孔制品,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,34,连续法：,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,35,（2）化学发泡法 常用发泡剂AC 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,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,36,配料：发泡剂、稳定剂、颜料分别与DOP按11比例配料 三辊磨23次、储存备用，按配方称量 捏和：Z型混合机。100120，4560min 塑炼：双辊塑炼机。120，严格控制温度防止提前发泡。出片。 配片：片冲裁，按规

20、定颜色配搭底面、中间片，称量叠好。,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,37,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 热处理： 蒸汽缸：90100，1520min。 得密度为0.250.4g/cm3的发泡片。 停放：7天后、泡沫稳定，然后冲裁成鞋底 钻孔：冲裁出鞋底、钻上鞋带孔 组装：组装面带，即包装出厂,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,38,注射发泡配方：,设备：卧、角式或双模注射机，直角转盘式等 模具：具有二次开模结构,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,39,PVC注射发泡

21、鞋的生产流程 配料捏和造粒注射修饰成品 配料、捏和：与模压同 挤出造粒：挤出热切。挤出温度120130，防止过早发泡 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。,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,40,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。 开模： 第一次开模：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,202

22、0/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,41,2. RPVC泡沫塑料：,(1)模压法生产RPVC泡沫 基本配方：,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,42,生产工艺流程 配料拌合压制成型发泡热处理成品 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 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,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,43,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

23、：3040min方可脫模 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 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,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,44,（2）RPVC低发泡异型材： 配方：,工艺流程： 配料混料挤出发泡冷却定型牵引切割,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,45,挤出温度：,特殊专用机头：口模流道的结构和尺寸设计，给发泡体留出发泡空间 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,2020/7/15,韶关

24、学院化学与环境工程学院,46,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,47,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,48,2020/7/15,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 PE熔体黏度低，泡沫不易稳定 PE熔体冷硬时间长，不利于发泡气体的保持 PE的气体透过率高,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,50,（2）改善PE发泡难的办法 交联：化学交联、辐射交联 接枝、共混改性 用于共混的树脂：EVA、聚异丁烯 (PIB)、天然胶(NR)、合成橡胶、PS等 填充改性 加碳黑或白碳黑(SiO2)补强，弯

25、曲模量、拉伸强度 加CaCO3、亚硫酸钙等，降低成本,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,51,2. PE泡沫塑料的成型方法 （1）模压法 把可发性的物料置于模具中，加热加压、使之发泡成型 例：制造PE泡沫塑料鞋底 配方见P217表85 工艺流程： 配料混合成型交联发泡PE泡沫,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,52,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，否则发泡不均、发泡剂不能过早分解 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

26、解后，解除压力、使热的熔融物膨胀弹出，由此23s内完成发泡,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,53,（2）挤出法 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 配方：,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,54,属于无交联发泡，AC分解温度190205 挤出机：L/D2028、22.5 特殊专用机头 高速混合：各组分加入高速混合机中充分混合 挤出：在控制挤出条件下挤出发泡 温度：加料段计量段，由低温高温 机头温度：比计量段低 例：机身：135、150、155、180 机头：135 口模：130 料从机头涌出时立即发

27、泡，再经冷却定型即成制品,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,55,挤出后常压交联发泡：,挤出发泡过程： 配料混合塑炼或挤出交联发泡PE泡沫 配料：按配方 混合：高速混合机,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,56,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 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,2020/7/15,韶关学院化学与环境工程学院,57,（3）注射法 把含化学发泡剂的PE加入注射机 或在料筒中途压入惰性气体代替化学发泡剂 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/cm3 结构泡沫注射成型分为： 低压法 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 可通过注入物料的量来调节结构泡沫的发泡率,2