泡沫塑料是以树脂为基础而内部具有无数微孔性结构的塑料制品,故又称为多孔性塑料。采用不同的树脂和发泡方法,可制成性能各异的泡沫塑料。从理论上说,几乎所有热固性和热塑性塑料都能制成泡沫塑料,但其发泡技术的难易有所不同。至今,常用作泡沫塑料的塑料品种有聚氨基甲酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、酚醛以及脲甲醛等。此外,还有几种改性聚丙烯发泡塑料以及聚碳酸酯、聚四氟乙烯等发泡塑料。
尽管用不同的塑料品种制成的泡沫塑料性能各不相同,但泡沫体都是由泡孔组成的,泡孔中又都充满着气体。因此,泡沫塑料都有以下共性:质轻,比强度高,比同品种的塑料要轻几倍,甚至几十倍;泡沫塑料的气孔具有防止空气对流的作用,故保温和隔热性好;由于塑料内无数微小孔的存在,故吸音性能强。
(一)泡沫塑料的发泡方法
1.物理发泡法物理发泡是借助于发泡剂在树脂中物理状态的改变,形成大量的气泡,使聚合物发泡。整个发泡过程中,发泡剂本身没有发生任何化学变化。物理发泡剂按照发泡成型的特性,一般分为不活泼气体(如N2、CO2),低沸点液体(如戊烷、己烷、丙烷、丁烷等)。
2.化学发泡法制造泡沫塑料时,如果发泡的气体是由混合原料的某些组分在过程中通过化学作用产生的,则这种制造泡沫塑料的方法称为化学发泡法。按照发泡的原理不同,工业上常用的化学发泡法可分为两类,即化学发泡剂发泡和发泡组分间相互作用析出气体发泡。
(二)泡沫塑料成型原理
与普通塑料成型过程不同,泡沫塑料在成型过程中,在塑料熔体或溶液中要出现大量细密的气泡,这些气泡要经历膨胀和固化定型才能成型为泡沫塑料制品,而任何气液相并存的体系都是极不稳定的,气泡可能膨胀,也可能塌陷。影响其变化过程的因素很多,有些因素又相互交错影响,因此不论从过程或从原理上说,泡沫塑料要比普通塑料成型复杂得多。
泡沫塑料的成型过程,一般可以分为三个阶段,即气泡核的形成、气泡核的膨胀和泡体的固化成型。发泡成型,首先应在塑料熔体或液体中形成大量均匀细密的气泡核;然后再膨胀成为具有所要求的泡沫结构的泡体;最后,通过固化定型将泡沫结构固定下来,得到泡沫塑料制品。
(三)聚氯乙烯泡沫塑料的生产
聚氯乙烯泡沫塑料包括软质与硬质两种,表10-4是软、硬质聚氯乙烯泡沫塑料制品的配方。
表10-4 软、硬质聚氯乙烯泡沫塑料配方
配方中主要成分为树脂,其余是增塑剂、发泡剂、稳定剂等。增塑剂是为了制取具有柔曲性和伸缩性的聚氯乙烯泡沫,如表中邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二辛酯与树脂混合使用效果较好。对发泡剂的要求是其分解温度一般不能高于塑料的胶凝温度,否则就不能生产密度较小的泡沫塑料。对分解温度较高的发泡剂,常可用添加铅盐等稳定剂或增塑剂的办法来降低其分解的温度,借以防止树脂降解而有利于制取微孔泡沫。加入的稳定剂不但能防止聚氯乙烯的热分解往往同时对发泡剂的分解能起到催化作用。根据制品性能的需要还可加入润滑剂、填料、颜料等其他组分。
硬质聚氯乙烯泡沫塑料主要采用压制成型。首先按配方称取树脂、发泡剂、稳定剂、阻燃剂等固体组分在球磨机内研磨3~12h,再加入增塑剂、稀释剂搅拌均匀。然后装入模具内,将模具置于液压机上进行加压加热塑化成型。由模内取出泡沫物应在沸水或60~80℃的烘房内继续发泡。最后,泡沫物还需经在65℃±5℃烘房内热处理48h,才能定型成制品。(www.xing528.com)
软质聚氯乙烯泡沫塑料可采用模压法、挤出法、注射法等进行成型。
1.模压法聚氯乙烯软质泡沫塑料生产工艺流程如下:
(1)捏合:首先按配比称量各种原料、辅料,然后把聚氯乙烯树脂及粉状辅料加入高速捏合机内,开车后立即把增塑剂喷淋于捏合机之内,在90℃左右捏合10min后出料。捏合料应当松软有弹性、不结块、不存在离析。
(2)混炼:把合格的捏合料称重后加入开放式炼塑机内进行混炼,保持前辊温度120℃及后辊温度110℃下混炼5min。混炼的目的是使各组分充分均化,以利于后道工序制得质量均匀的片坯。混炼时不允许发泡剂分解,因此在混炼过程中应该始终保持最低成片温度。
(3)拉片和裁切:混炼后拉片并辊成厚度为1.5mm或2.5mm的片坯,迅速冷却防止粘连,随后按模具尺寸裁切成大小适当的小片坯,准确称重后层叠放入模腔内。
(4)模压:用约0.7~0.8MPa蒸汽加热模具8~12min后,迅速通入冷水冷却至50℃以下开模出片。
(5)发泡:把所得片材,立刻放入蒸汽加热的烘箱中进行热处理发泡,加热蒸汽约为0.2~0.3MPa,热处理15min后开箱冷却再出片,即可得到发泡倍率2.5~3倍的软质泡沫块。对所得的泡沫块在常压下放置7d,待尺寸稳定后可进行再加工,如在压力机下冲裁成拖鞋底片,也可切割成不同厚度的聚氯乙烯薄片,并可进一步与其他材料复合。
2.挤出法通用的挤出工艺有两种:一种是将原料在低于发泡剂分解温度的料筒内塑化并挤成具有一定形状的中间产品,再在挤出机外升温发泡使其成为制品。所得制品大多是低密度的泡沫塑料制品;另一种工艺是采用低温发泡剂的原料,发泡在料筒内进行,脱离口模的挤出物在冷却后立即成为制品,这种制品的密度通常都比用前法制成的高。
前一种工艺所用挤出螺杆参数是:L/D=15,压缩比1.3;操作条件大致为:料温3140℃,料筒温度125~140℃,后膨胀的烘室温度175~205℃,时间5~10min。后一种工艺挤出螺杆参数为:L/D=16,压缩比1.5~3;操作条件大致为:料温180~190℃,料筒温度145~190℃,口模应比料温低约25~30℃。
3.注射法注射法制品只限于高密度的低发泡制品,注射设备通常均为移动螺杆式,注射工艺大体与一般注射相同,塑料的升温、混合、塑化和发泡都在注射机内进行。控制发泡的因素,除发泡剂本身的特性外,尚有料筒的温度、螺杆背压等。为了正确控制制品的密度,每次的注射量必须相同。每次注入模内的料,其体积略比型腔小,入模后能充满型腔的原因是发泡剂尚有残余发泡的能力和原有气泡的膨胀力。
注射时,一般都采用较高的注射速率。这样,不仅可以减少气体的逸失而使发泡倍率增加,同时还可以取得表面光滑和芯层均匀的制品(通常制品表层是没有气泡的)。料筒温度除影响发泡的数量和大小外,对料的黏度也有影响,而且两种之间存有复杂关系。料筒温度偏低时,料的黏度增大,这不仅使发泡剂分解不充分,而且料的流动也不顺畅,因此,制品的密度增大或发生充模不满;但优点是制品的表面细腻。料筒温度偏高,则情况正相反。模具温度对制品也有影响,模温偏高时,可使发泡倍率增加,制品表层薄,芯层均匀,但冷却费时,生产效率低。
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