高分子聚合物发泡材料的制造方法，根据成型中气体产生的来源，一般可分为三种[4]：化学发泡法、物理发泡法和机械发泡法。本节介绍聚苯乙烯发泡材料常用的物理发泡法。
1.可发性珠粒法生产聚苯乙烯泡沫板
可发性聚苯乙烯（EPS）珠粒是在悬浮法聚苯乙烯珠粒中加入低沸点脂肪烃类（如石油醚、丙烷、丁烷、戊烷及其异构物）或卤代脂肪烃类（如二氯甲烷、氟碳化台物等）发泡剂，在一定温度、压力下制成的可发性珠粒。可发性聚苯乙烯珠粒经放置一段时间干燥后进行预发泡，再将预发泡粒子熟化处理，置于多孔模中通入蒸汽加热成型即制得聚苯乙烯泡沫塑料。
（1）可发性聚苯乙烯珠粒的制备及贮存
制备可发性聚苯乙烯珠粒是将低沸点的发泡剂在苯乙烯单体的聚合过程中逐步加入并在聚合反应完成之前加完或将发泡剂在加热加压条件下渗透入聚苯乙烯珠粒中并使其溶胀，冷却后存留于珠粒中制成可发性珠粒。
可发性珠粒在常温下贮存一定时间，珠粒内的发泡剂继续渗透扩散，形成无数细小的发泡核充满整个珠粒。在贮存过程中，发泡剂同时向珠粒外扩散，使珠粒中的发泡剂逐渐减少，贮存时间越长，珠粒中发泡剂越少。当发泡剂含量减少并低于5%时，就很难制得密度很低的泡沫塑料。因而，可发性珠粒在贮存中必须注意密封包装和保持较低的贮存温度。
（2）可发性聚苯乙烯泡沫板的生产工艺
①原辅材料。原辅材料如表9-1-1所示。
表9-1-1 可发性聚苯乙烯泡沫板的原辅材料表
续表
②操作工艺。制备可发性聚苯乙烯珠粒的主要设备为反应釜，釜内装有搅拌器，用蒸汽加热，工作压力为1.0MPa。配备有加料和吹干装置。
a.先将筛选后的EPS珠粒用鼓风机经管道加入反应釜中，然后在反应釜夹套内通入蒸汽加热（加热前先通入部分氮气），这时发泡剂汽化，釜内压力增加，压力控制在1.0MPa以下，料温80～100℃，保温4～12h，然后降温至40℃可出料。珠粒经自来水清洗后，于较低温度（10～20℃）下存放，滤水，后经吹干装置吹干，装袋封存15d后可使用。
b.将EPS珠粒在90℃以上温度进行膨胀发泡，制得珠状泡沫颗粒，即为预发泡过程。预发泡后的泡沫颗粒要求其松密度达到成型板材的密度。通常使用的是水蒸气预发泡。
c.将预发泡后的EPS颗粒在环境温度下自然冷却，贮存一段时间，从周围吸收空气，即熟化。熟化的结果是使珠粒气泡内部压力与外界达到平衡状态，使发泡颗粒更具有弹性。
d.成型。通常采用模具成型，其成型过程包括蒸汽加热和冷却定型阶段。在蒸汽加热前，预发泡颗粒内的气压与大气平衡，颗粒内含有4%左右的发泡剂，在短暂的加热时间内，颗粒内的空气来不及逸出，即受热膨胀，同时发泡剂汽化产生压力，而渗入的水蒸气也增加气体压力，颗粒内压力促使泡沫膨胀，最后熔结形成与模具型腔相同的泡沫塑料板。通水冷却定型，出模得到板材。用不同尺寸的成型模具制得所需的聚苯乙烯泡沫板（材料）。
2.挤出法生产聚苯乙烯泡沫板
挤出法生产聚苯乙烯泡沫板是靠压力作用让二氧化碳等化学惰性的气体扩散到聚苯乙烯中，然后减压、升温让气体在里面形成气孔。此法的优点是发泡后不会留下发泡剂的残渣，不会对板材的性能产生不良的影响。但此法需要使用高压设备等，投资也高。下面根据山东通佳机械有限公司制造的二氧化碳（CO2）物理挤出法聚苯乙烯发泡板材线，介绍挤出法生产聚苯乙烯泡沫板。
（二）聚苯乙烯发泡材料的制造设备及工艺
1.设备及工艺流程
（1）原辅材料
a.聚苯乙烯颗粒；b.CO2发泡剂；c.成核剂；d.阻燃剂。
（2）生产工艺流程图(www.xing528.com)
二氧化碳（CO2）物理挤出法聚苯乙烯发泡板材线的生产工艺流程图如图9-1-1所示。
聚苯乙烯为无定形聚合物，相对密度为1.054，在95℃开始软化，120～180℃成为流体，300℃以上出现分解；吸湿性小，热膨胀系数大，流动性好，易于成型加工；其板材尺寸稳定性好等。使用聚苯乙烯发泡板材生产线整套设备进行生产，其生产工艺流程如下：
①上料混合：购入袋装原料，置于生产车间，由人工将聚苯乙烯颗粒投入上料机，与其他辅料经自动混合机混合均匀。
②一级挤出塑化混合：混合均匀的原料采用螺旋输送形式注入一级挤出机，使用电能对挤出机进行加热，使固态颗粒变成塑化熔融状态。
图9-1-1 二氧化碳（CO2）物理挤出法聚苯乙烯发泡板材线
（山东通佳机械有限公司，2018年[7]）
③挤出过滤：混合均匀的物料在压力作用下通过自动换网系统，对其进行过滤，去除物料中的杂质。
④二级挤出熔融混炼：经过过滤的物料在二级挤出机中得到高效均匀混合，同时将CO2发泡剂由高压泵注入挤出机，使得初步熔融的原料与发泡剂均匀混合。同时通过循环水降温，达到板材发泡所需温度。设置一个循环水池，冷却水循环使用，对水质无污染。
⑤经机头模具挤出：在挤出机压力作用下，使物料通过机头模具挤出。
⑥冷却成型：通过冷却定型装置对板材进行冷却定型，生产出符合要求厚度的聚苯乙烯发泡板材。
⑦一级牵引：给予刚刚成型发泡板材的起初动力，使生产过程继续运行。
⑧输送送冷：成型发泡板材在此环节得到进一步自然冷却，使得发泡板材表面更加光泽。
⑨二级牵引：二级牵引可充分保证发泡板材在生产过程中的前进动力，同时给纵向切割发泡板材余边提高动力。
⑩纵向、横向切割：根据产品规格，需要对制品进行切割。项目采用锯片式切割对发泡板材进行纵向切割，使得发泡板材切面光泽整齐无毛刺。纵向切割后，根据需要，采用先进的自动控制系统，锯片切割成一定长度，被切割成定长的发泡板材传送至包装区，由工人包装后，存于库房。
2.设备性能
全自动二氧化碳（CO2）物理挤出法聚苯乙烯发泡板材线外观图如图9-1-2所示。
图9-1-2 全自动二氧化碳（CO2）物理挤出法聚苯乙烯发泡板材线外观图
（山东通佳机械有限公司，2018年[7]）
二氧化碳（CO2）物理挤出法聚苯乙烯发泡板，具有完美的闭孔蜂窝状结构，其密度、吸水率、导热系数及蒸汽渗透系数等方面均有优良的性能，并具有强度好、质轻、不透气、耐腐蚀、抗老化、性价比等特点。
山东通佳机械有限公司的二氧化碳（CO2）物理挤出法聚苯乙烯发泡板材线系列主要技术参数如表9-1-2所示。
表9-1-2 CO2物理挤出法聚苯乙烯发泡板材线系列主要技术参数[7]
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