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聚合物发泡方法和工艺,你了解多少?

发表时间:2021-06-18 13:19来源:心源科技

很多人对于聚合物并不是很清楚,聚合物是指以聚合物(塑料、橡胶、弹性体或天然高分子材料)为基础而其内部具有无数气泡的微孔材料,也可以视为以气体为填料的复合材料。聚合物发泡材料品种众多,对于塑料,大多数热塑性塑料和热固性塑料都能加工成泡沫塑料。


聚合物发泡材料是指以聚合物(塑料、橡胶、弹性体或天然高冷子材料)为基础而其内部具有无数气泡的微孔材料,也可以视为以气体为填料的复合材料。聚合物发泡材料品种众多,对于塑料,大多数热塑性塑料和热固性塑料都能加工成泡沫塑料。


聚合物发泡方法


聚合物常用的发泡方法有物理发泡法、化学发泡法等。


物理发泡法:指利用物理原理发泡的方法。


包括以下三种:   


①在加压下把惰性气体压入熔融聚合物或糊状复合物中,然后降低压力,升高温度,使溶解的气体释放膨胀而发泡。目前聚氯乙烤和聚乙烯泡沫塑科等有用这种方法生产的。优点是气体在发泡后不会留下残渣,不影响泡沫塑料的性能和使用。缺点是需要高的压力和比较复杂的设备。   


②利用低沸点液体蒸发气化而发泡。把低沸点液体压入聚合物中或在一定的压力、温度下,使液体溶入聚合物颗粒中,然后将聚合物加热软化,液体也随之蒸发气化而发泡,此法又称为可发性珠粒法。目前采用该法生产的有聚苯乙烯泡沫塑料和交联聚乙烯泡沫塑料。作发泡剂用的低沸点液体有:脂肪族烃类(丁烷、戊烷等)。含氯脂肪族烃类(如二氯甲烷)和含氟脂肪族烃类(如F—11,F—12,F—114等)。此外,脂环烃类、芳香烃类、醇类、醚类、酮类和醛类等也可使用,常用低沸点液体发泡剂的。   


③在塑料中加入中空微球后经固化而制成泡沫塑料。此种泡沫塑料称为组合泡沫塑料。


绝佳防护:有效定位您的产品,并具备出色缓冲减震性能;


卓越性能:达到同样缓冲效果,相比其它系统节省45%原料;


灵活性:可以用于选择性位置防护或产品的全方位包裹;


二、化学发泡法: 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。


      包括以下两种:


(1)发泡气体是由加入的热分解型发泡剂受热分解而产生的,这种发泡剂称为化学发泡剂。常见的有碳酸氯钠、碳酸铵、偶氮二甲酰胺(俗称AC发泡刑)、偶组二异丁腊和N,N—二甲基N,N-二亚硝基对苯二甲酰胺等。化学发泡剂的分解温度和发气量,决定其在某一塑料中的应用。


     理想的分解型发泡剂应具有以下性能:   


①发泡剂分解温度范围应比较狭窄稳定;   


②释放气体的速率必须能控制并且应合理地快速;   


③放出的气体应无毒、无腐蚀性和具有难燃性;   

④发泡剂分解时不应大量放热;   


⑤发泡剂在树脂中具有良好的分散性;   


⑥价廉,在运输和贮藏中稳定;


⑦发泡剂及其分解残余物应无色、对发泡聚合物的物理和化学性能无影响   ⑧发泡剂分解时的发气量应较大。


(2)发泡组分间相互作用产生气体的化学发泡法。此法是利用发泡体系中的两个或多个组分之间发生化学反应,生成惰性气体(如二氧化碳或氮气)而使聚合物膨胀发泡。发泡过程中为控制聚合反应和发泡反应平衡进行,保证制品有较好的质量,尚需加入少量催化剂和泡沫稳定列(或称表面活性剂),聚氨酯泡沫塑料常用此法生产。


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聚合物发泡材料的成型工艺


聚合物发泡材料中的热塑性塑料发泡材料,成型工艺主要有模压成型、可发性珠粒模塑成型、连续挤出发泡成型以及注塑发泡成型等。


1、模压发泡材料


其中模压成型属于较早的发泡工艺类型,所以对模压发泡并没有规范的缩写命名。直到近年来聚丙烯模压发泡材料涌现出来后,被冠以“M”,定义为“MPP”。


近年来涌现出MPP,几乎是我国独创的一种发泡PP。其制造工艺是以压机做为发泡的关键设备,原理上与传统的模压发泡没有本质的不同,关键的区别在于发泡剂不是传统的AC 化学发泡剂,而是采用超临界CO2,因而发泡倍率可以高达20多倍,且非常环保。具体的制造方法是,先采用混炼、压延、挤出等各类加工工艺将PP 制成不同厚度的薄板,然后将这些薄板剪裁好放置在大型压机中的模具中,合上模具。


加热压机的上下模板,将PP板材的温度上升至PP 的熔点附近,与此同时从不同方位向模具中注入超临界CO2,在充分浸渍PP 板材后,将PP板材的温度降至适于发泡的温度,迅速释放压机的压力,让PP 板材充分发泡并降温,即得到MPP 发泡板材。


MPP产品的制造以及制品的优点在于:在固体形态下浸渍,对PP 熔体强度要求较低;发泡过程易于控制;产品泡孔精细、均匀,材料力学性能优秀;超临界CO2较为环保且不会燃烧。但不足点也是比较明确的,如:浸渍速度慢;必须经历制成薄板的预加工工艺过程;受聚丙烯结晶度的影响很大;靠压机进行生产,不仅不连续,且效率较低,难以大规模工业化;应用领域不十分明确;在发泡PP 中属于制造成本较高的工艺。


2、可发性珠粒发泡材料


第二类发泡工艺称为可发性珠粒模塑成型工艺,即在高压釜中,在一定时间内,通过高压将物理发泡剂在预定温度下浸渍进入基体树脂的细小粒料之中,然后冷却体系温度至室温,即得到可发性珠粒。使用时,先在一定的发泡温度下,利用水蒸气或热空气使可发性珠粒预发泡一下,得到绿豆大小预发泡的可发性珠粒。在制备制品时,将预发泡的可发性珠粒放入模具中加热、减压,使预发泡的可发性塑料珠粒进一步膨胀并相融合,形成预定形状的发泡材料,即称为可发性珠粒模塑成型,通常在基材缩写名称前冠以“E”字。例如最早、且最常见的PS 可发性珠粒发泡材料即称为“EPS”;近年来发展起来的PP 可发性珠粒即称为“EPP”。由于都是采用物理发泡剂,因而发泡倍率较大。


3、挤出发泡材料


第三类发泡工艺称为挤出发泡,即塑料与物理或化学发泡剂分别加入挤出机的不同位置,高压下在挤出机中熔融形成均匀的溶液,然后在口模处突然泄压、发泡、冷却,制成板材、片材甚至管材等。这类发泡材料通常在基材缩写名称前冠以“X”字母。例如较常见的挤出发泡的PS 即称为“XPS”;挤出发泡的低密度聚乙烯(LDPE)即称为“XPE”;不太多见的挤出发泡PP 即称为“XPP”。


在挤出发泡过程中,发泡剂在高压状况下必须与塑料形成均匀的溶液,并在口模处瞬间泄压、发泡、冷却、形成发泡材料,不可能借助固相或者结晶的约束力,故而对塑料的熔体强度要求很高,特别需要熔体在拉伸过程中具有较强的应变硬化的性能,因此发泡难度较大。


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4、注塑发泡材料


注塑发泡材料是相对发展比较晚的一种发泡材料,主要因为传统注塑工艺与发泡必备条件之间存在矛盾,不妨将该发泡材料前冠以“J”字表示。传统的注塑工艺拟分为几步过程:


⑴浇注口紧密贴近模具,然后可前后平移的主螺杆旋转,一边将原料从料仓引入螺筒,一边压缩、混合,一边向浇注口输送,同时自身向后倒退。在此过程中螺筒对原料加热,令其熔融。


⑵主螺杆后退至底部后停止转动,因螺杆后部与油压机中的活塞相连,因而在油压的推动下,将螺杆迅速向前推进,此时螺杆功能已转变成柱塞,将浇注口处积存的熔融物料注射至模具中。油压机还需保持一定时间的背压,不断向模具中补加原料,以防止模具中的物料因冷却收缩而造成的缺料现象。


⑶待模具中注塑的制品冷却后,模具打开,取出制品,并重新合模,再重复上述第一步骤。


当今的注塑发泡材料仅限于发泡倍率很低的制品,甚至于发泡并非是主要目的,而仅仅为了减小注塑制品的收缩率与变形,特别是在托盘,支架等大型制品的注塑中。

随着研发技术的创新,生产工艺进步,高性能尼龙弹性体的多种性能优势被挖掘,作为鞋材中底的应用在市场上的应用率不断提升。特别是中底发泡技术尤为关注,因为现在的消费者对于运动鞋的轻量化越来越看重,浙江心源生产的UPAE®系列产品发泡倍率高、超轻质等优势,分为化学发泡和物理发泡,有着不同的优势。


UPAE®鞋材类化学发泡:


UPAE®+EVA共混改性可提高发泡倍率回弹率及增加支撑力


UPAE®鞋材类物理发泡:


超轻质、高回弹率、发泡倍率高;发泡倍率高,可达20倍左右,发泡珠粒比重仅0.06g/cm3


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