聚合物發泡材料是指以聚合物(塑料、橡膠、彈性體或天然高冷子材料)為基礎而其內部具有無數氣泡的微孔材料,也可以視為以氣體為填料的復合材料。聚合物發泡材料品種眾多,對于塑料,大多數熱塑性塑料和熱固性塑料都能加工成泡沫塑料。
熱塑性塑料發泡材料的成型工藝主要有模壓成型、可發性珠粒模塑成型、連續擠出發泡成型以及注塑發泡成型等幾類。
模壓發泡材料
其中模壓成型屬于較早的發泡工藝類型,所以對模壓發泡并沒有規范的縮寫命名。直到近年來聚丙烯模壓發泡材料涌現出來后,被冠以“M”,定義為“MPP”。
近年來涌現出MPP,幾乎是我國自主研發的一種發泡PP。其制造工藝是以壓機做為發泡的關鍵設備,原理上與傳統的模壓發泡沒有本質的不同,關鍵的區別在于發泡劑不是傳統的AC 化學發泡劑,而是采用超臨界CO2,因而發泡倍率可以高達20 多倍,且非常環保。具體的制造方法是,先采用混煉、壓延、擠出等各類加工工藝將PP 制成不同厚度的薄板,然后將這些薄板剪裁好放置在大型壓機中的模具中,合上模具。加熱壓機的上下模板,將PP板材的溫度上升至PP 的熔點附近,與此同時從不同方位向模具中注入超臨界CO2,在充分浸漬PP 板材后,將PP板材的溫度降至適于發泡的溫度,迅速釋放壓機的壓力,讓PP 板材充分發泡并降溫,即得到MPP 發泡板材。
MPP 產品的制造以及制品的優點在于:在固體形態下浸漬,對PP 熔體強度要求較低;發泡過程易于控制;產品泡孔精細、均勻,材料力學性能非常好;超臨界CO2 較為環保且不會燃燒。但不足點也是比較明確的,如:浸漬速度慢;必須經歷制成薄板的預加工工藝過程;受聚丙烯結晶度的影響很大;靠壓機進行生產,不僅不連續,且效率較低,難以大規模工業化;應用領域不十分明確;在發泡PP 中屬于制造成本較高的工藝。
可發性珠粒發泡材料
第二類發泡工藝稱為可發性珠粒模塑成型工藝,即在高壓釜中,在一定時間內,通過高壓將物理發泡劑在預定溫度下浸漬進入基體樹脂的細小粒料之中,然后冷卻體系溫度至室溫,即得到可發性珠粒。使用時,先在一定的發泡溫度下,利用水蒸氣或熱空氣使可發性珠粒預發泡一下,得到綠豆大小預發泡的可發性珠粒。在制備制品時,將預發泡的可發性珠粒放入模具中加熱、減壓,使預發泡的可發性塑料珠粒進一步膨脹并相融合,形成預定形狀的發泡材料,即稱為可發性珠粒模塑成型,通常在基材縮寫名稱前冠以“E”字。例如較早早、且較常見的PS 可發性珠粒發泡材料即稱為“EPS”;近年來發展起來的PP 可發性珠粒即稱為“EPP”。由于都是采用物理發泡劑,因而發泡倍率較大。
擠出發泡材料
第三類發泡工藝稱為擠出發泡,即塑料與物理或化學發泡劑分別加入擠出機的不同位置,高壓下在擠出機中熔融形成均勻的溶液,然后在口模處突然泄壓、發泡、冷卻,制成板材、片材甚至管材等。這類發泡材料通常在基材縮寫名稱前冠以“X”字母。例如較常見的擠出發泡的PS 即稱為“XPS”;擠出發泡的低密度聚乙烯(LDPE)即稱為“XPE”;不太多見的擠出發泡PP 即稱為“XPP”。
在擠出發泡過程中,發泡劑在高壓狀況下必須與塑料形成均勻的溶液,并在口模處瞬間泄壓、發泡、冷卻、形成發泡材料,不可能借助固相或者結晶的約束力,故而對塑料的熔體強度要求很高,特別需要熔體在拉伸過程中具有較強的應變硬化的性能,因此發泡難度較大。
注塑發泡材料
注塑發泡材料是相對發展比較晚的一種發泡材料,主要因為傳統注塑工藝與發泡必備條件之間存在矛盾,不妨將該發泡材料前冠以“J”字表示。傳統的注塑工藝擬分為幾步過程:
⑴澆注口緊密貼近模具,然后可前后平移的主螺桿旋轉,一邊將原料從料倉引入螺筒,一邊壓縮、混合,一邊向澆注口輸送,同時自身向后倒退。在此過程中螺筒對原料加熱,令其熔融。
⑵主螺桿后退至底部后停止轉動,因螺桿后部與油壓機中的活塞相連,因而在油壓的推動下,將螺桿迅速向前推進,此時螺桿功能已轉變成柱塞,將澆注口處積存的熔融物料注射至模具中。油壓機還需保持一定時間的背壓,不斷向模具中補加原料,以防止模具中的物料因冷卻收縮而造成的缺料現象。
⑶待模具中注塑的制品冷卻后,模具打開,取出制品,并重新合模,再重復上述第一步驟。
當今的注塑發泡材料只能用于發泡倍率很低的制品,甚至于發泡并非是主要目的,而僅僅為了減小注塑制品的收縮率與變形,特別是在托盤,支架等大型制品的注塑中。
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