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塑料泡沫產品工藝(二)
- 2021-09-06-

在發泡劑的性能及其對聚合物流變性能的影響明確后.擠出機更像是一臺物理“反應器”,將聚合物與發泡劑在一定的壓力和溫度下均化。壓力在出口處釋放時,就形成了泡孔結構。在過去二十年間每一個單元操作如熔融、混合、冷卻和發泡都有了顯著的改進:

    

樹脂合成技術也有了提高。催化劑科學已經深入了解了發泡的形態設計,滿足發泡需要。支化聚合物在徑問膨脹控制上顯示出優異的彈性,而彈性在擠出發泡中至關重要。 射成型設計用于不規則形狀的塑料產品的生產。盡管性質上看其與批處理發泡工藝類似(充模、定型、開模),但采用復雜的模具分布設計,增加注射噸位,可同時填充多個模具,因此產量不低于連續擠出。模內填充發泡為約束性發泡,發泡受到模具的約束,表面結構受模具溫度的控制。注射發泡對于制品減重,尤其是對昂貴材料極具吸引力。


20世紀60年代以來,設計和工藝再次攜手將新型、結構和形狀各異、令人驚奇的產品推向市場。在Trexel公司將二氧化碳作為超臨界發泡劑推出時,其縮短成型周期這一優點立即被人們所認識,并用來提高產品質量和生產率。


如前所述,對于氣體/熔體體系來說,只要在高壓和高溫下將發泡劑加入聚合物顆粒中,然后在其熔融溫度以下完成發泡,就可以在較低溫度下產生較高的溶艉度,節省能量。因此,PS可用戊烷飽和,在模具內發泡成各種形狀的產品,如杯子、蛤殼和盤子等。盡管有可能用同樣的方法制備熱成型PS泡沫片材,但早期的經濟似乎更偏好于擠出片材。然而,隨著能源費用持續增加,模塑珠粒料工藝在很多應用中都獲得了認可。


擠出過程中不但要輸入能量,而且還要將多余的能量去除,此外熱量分布和剪切歷史對產品性能也有影響。熱量分布不均勻不但會降低熔體強度,直接縮小發泡溫度窗口,而且還會使產品性能分布差,而這是由最弱點決定的。


人們將加工區右移,開發出了另外一種令人感關趣的技術——交聯發泡,很明顯,發泡溫度越高,所要求的熔體強度越大。擠出發泡一般用壓力和溫度來表征發泡工藝。對于揮發性無機發泡劑來說,加足了發泡劑也不太可能充分發泡(如發泡20倍),必須提高熔體的強度來維持無機發泡劑的揮發性發泡。然而,當熔體強度隨著結晶度的提高和/或額外的化學鍵接而提高時,加工過程相應熱量的產生和快速的結晶動力學會將加工范圍縮小到近乎無。所以就開發出了一種無剪切的發泡工藝,即在發泡之前將樹脂交聯,


將化學發泡劑和交聯劑配混到聚烯烴中,通過二階烘箱首先將交聯反應激活,然后進行化學發泡,得到交聯的泡沫塑料。常用的聚乙烯交聯發泡工藝,交聯泡沫塑料的細密泡孔結構、彈性和熱強度都相當獨特,成了獨立的品牌技術。

    

泡沫塑料的成核是一個非常復雜、由熱動力學驅動、但由動力學控制的現象。在結晶過程中成核時,在極短的時間內產生了兩組相轉變:液體一氣體和熔體固體。這種互相依賴的發泡過程在某些方面仍然很神秘。然而,過去10年來,熱塑性泡沫塑料成核的研究人員一直在致力于工藝設計、加工條件和發泡設計之間關系的研究.最近,一種更先進的技術——超臨界流體(SCF)發泡劑技術L-i3J在擠出發泡過程中利用了揮發性無機發泡劑。盡管該技術還沒有完全開發成功,但發泡階段的相分離控制技術可能使其獲得巨大成功,將聚合物泡沫用于高科技領域。


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