微孔塑料的定义、特点及成型原理

微孔塑料这一概念是在20世纪70年代后期，由伊士曼柯达公司塑料加工部主管助理Gordon Brown博士与麻省理工学院机械系主任NamP.Suh博士提出的，它源于对“如何在保证制品物理性能和外观不变差的基础上，通过减少生产原料的使用量来降低生产成本”这一议题的讨论，其中的物理性能主要指塑料的韧性。微孔塑料的基本观点是让细小的泡孔进入聚合物，从而减少每个制品的原料用量，并且保持其韧性水平，泡孔的尺寸应比聚合物中已存在的缺陷尺寸小。因此，微孔塑料是指泡孔均匀且孔径小于100μm（通常泡孔直径为5～50μm）的发泡材料。通常传统泡沫塑料的泡孔直径为250μm～1mm，微孔塑料与传统发泡塑料泡孔形貌的比较如图6-1所示。

图6-1 微孔塑料与传统发泡塑料泡孔比较

a）微孔塑料（TPV） b）传统发泡塑料（EPDM）

微孔塑料制品与传统发泡塑料制品相比，具有如下很多的优点：①传统发泡塑料中泡孔尺寸太大，薄膜和片材无法发泡，而微孔塑料的泡孔尺寸可以小至0.10μm，20μm厚的片材若其物理整体性良好，也可以成功地发泡；②许多微孔塑料具有更好的韧性和更长的抗疲劳时间，而且机械强度也比传统的大孔发泡塑料更高；③当泡孔尺寸小于0.05μm时，可获得透明的超微孔塑料制品；④微孔塑料制品的质量可比无微孔制品减少约50%，从而降低35%左右的成本；⑤根据产品的用途不同，可生产闭孔或开孔的微孔塑料制品；生产中用CO₂或N₂代替碳氢化合物或氟化材料作为发泡剂，使生产过程更加环保。

生产微孔塑料的前提条件是泡孔成核速率要达到极高的值（是传统发泡工艺的数量级倍），而且要大大高于发泡剂扩散进泡孔的速率（即泡孔长大速度），在此条件下，泡孔开始长大之前就会产生大量的泡核，泡核以几乎相同的速率同时长大，就可获得内部含有大量微孔，而且分布均匀、尺寸也均匀的材料。传统发泡工艺采用物理（或化学）发泡剂和成核剂，在材料中诱发不均匀的成核作用，泡核的实际数量与发泡剂用量成正比，由于成核速率低造成泡孔尺寸大且不均匀。(www.xing528.com)

为了满足高成核速率的要求，首先要在高温、高压下使发泡剂溶于聚合物熔体，产生一种单相溶液，然后迅速将压力降低到饱和压力以下，促使发泡剂以气态的形式从聚合物熔体中逸出，形成大量的泡核，泡核同时长大便会将聚合物发泡。微孔塑料使用的物理发泡剂通常为二氧化碳或氮气，它们在聚合物熔体中的溶解度是压力和温度的函数，当压力升高时，发泡剂的溶解度增加，但随着温度的升高，溶解度下降。为了促进单相溶液的快速形成，微孔塑料成型工艺采用物理发泡剂（CO₂或N₂）的超临界流体（SCF）来加速溶解过程。所谓超临界流体是指温度和压力都在临界温度（T_c）和临界压力（p_c）之上的一种材料，其物相图如图6-2所示。常用物理发泡剂的临界温度和临界压力见表6-1。

图6-2 物相图

表6-1 物理发泡剂的临界温度和临界压力