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专业常识

微孔泡 沫塑料成型技术

发布者:admin 时间:2015-09-10 23:11:00

微孔泡,塑料成型技术牟文杰。吴舜英 华南理工大学工业装备与控制工程系。广州5101术难点。

  I前言微孔泡沫塑料是80年代中 期研制成功的泡沫塑料新品种,它的似人特,就是泡孔小而密,泡孔直技,1叫泡孔密度10912个,与般小泡1泡沫塑 料或低发泡塑料不同。般的泡 沫塑料泡孔直径50,泡孔密,106个由于 般泡沫塑料的泡孔比较大,泡体受力时,泡孔常 常成为泡体裂纹的发源地,降低材料的,度。因此泡沫喟料的机,强度是 随着发泡倍数的,加而下降的。般可用 下式及心冲式中相应为泡沫朔料和同种不发泡塑料的弹性模量,卑为塑 料在泡体中的容积率是与变形方式有关的经验系数,般取1.,作2.0.微孔泡 沫塑料因为泡孔非常小,而数量又非常人。因此方 面它能保持般泡沫塑料的优点质较省料能吸收冲击载荷,隔热和隔音的性能好,比强度尚等共,特性;另方面,因为泡 孔尺寸小于材料内部原有的缺陷,因此泡 孔的存在不会降低材料的强度,反而会 使村料中原有的裂纹尖端钝化。有利于 阻止裂纹在应力作用下的扩展,从而改 善了泡沫塑料的力学忭能。微孔泡 沫塑料与不发泡的塑料相比,其疲劳 寿命基金项目国家教育部等学校博士学科点专项科研基金资助,可延长5倍,断裂钿性可提高近4倍,冲击强度可提高67倍,吸收能量可增加57倍。由于微 孔泡沫塑料具有以上各种优点,因此用途很广。由于它 在减少材料密度的条件下不但不会降低基体的机械强度,而且还 能提冲击强度刃性和耐疲,夺乩还 有隔热隔音吸震;功能,因此在 制作汽车飞机和泠种运输器材等领域有特殊的应用价值。由于泡孔极小,因此对 薄膜纤维和各种薄壁制品均可进行微孔处理,如微孔 合成纸绝缘纤维分子过滤器和各种薄壁制品,用于食 品包装生物医学材料高压电绝缘层等方面。这些都 是无法用不发泡塑料或普通泡沫塑料取代的。因此微 孔泡沫塑料是种具有极大开发潜力的新型泡沫州4,似微孔 泡沫料的制造难度比般泡沫塑,要人以多。外也正加紧研制中。

  2微孔泡,塑料的 成型原理微孔泡沫塑料的成型过程和般泡,塑料样 也要经过个阶段气泡核的形成气泡核的膨胀和泡体和分布,起着关键的作用。对微孔 泡沫塑料要求膨胀阶段极短,成核和 膨胀紧密相联是技术难度的集中点。

  2001年有3!3卷防孔 泡沫塑成型技术要成型大纪的气泡核,不能使 气泡超过极限尺小要克服这对矛盾,控制难度极大1面对几种常用2.1利用高 聚物分子中的自由空间为成核点尚聚物是由许多大分子链堆砌而成,前人己 用实验证明其中存在自由体积或称自由空间。由于高 聚物分子中存在的这种自由空间,物理发 泡剂气态或液态在定的工艺长件下能涔入这自由体积。逃而膨胀成气泡核。分架成 核埋论即出此机理2.2利用塑 料熔体中的低势能点为,泡成核 点热点成核理论己由前人经过较全面的论证2指出,当塑料 溶体中同时出现大量过饱和气体和大量热点时就能形成大量气泡核,缺不可。过饱和 度达不到足够高度或热点达不到要求的温度也同样不能形成人量气泡核。热点处 之所以能成为成核点。根据分 析认为热点处因温度,熔体粘 度和面张力下降形成低势能点,从微观上分析。温度升 高使高聚物分子的动能增加,势能降形成低势能点。使不稳 定的过饱和气休容易由此析出。前采用 加成核剂提高成核率,也是因 为在成核剂与聚合物熔体间能形成势能较低的界。以充当成核点的结果,2.3气液相 混合直接形成气泡核此类成核过程般都是通过剧烈搅拌使气体与聚合物液体直接混合形成泡体。

  微孔泡 沫塑料的成核机理主要是用前两种,用第种 机理成型出的微孔泡沫塑料,目前还 未到有研制成功的报近,3微孔泡,塑料成 型技术的发展情况临界流体,可以显 著提高气体在聚合物中的扩散速度,但对固态聚合物在43和20.5压力下,对厚1.6的十和,达到饱 和所需时间分别为10和15左右55.因此,这种利 用压力使惰性气体渗入固态聚合物成型微孔泡沫塑料的方法只适用于间歇式生产,生产效率比较低,但由于比较容易控制,这种成 型原理和方法还是得到了定的研究和发展。

  囿由允 气戍核及长大高压气瓶高压容器油洛柚水冷3.2连续成 型微孔泡沫塑料近几年来国外不少对连续挤出和注塑微孔泡沫塑料的研制报道。认4山于1982年首次 提出连续挤出微孔泡沫塑料的概念。下面介 绍几种有代性的结构原理性报道。

  意,塑料由料加。通过螺 杆的输送和熔融,气源的032或沁由 计量泵连续稳定地压送入己溶融的物料中。塑料熔 体和气体通过螺杆和静态混合器的充分混合以加速气体全部溶入塑料熔体,然后通 过快速释压儿件7使熔体 中己溶解的气体处尸不稳定的过饱和状态,从而产 生大量的气泡核,在成型 定型装置中固化定型。快速释 压元件使通过的熔体高速产生足够的压力差,在配方 不变的前提下压差和卸压速度这两个参数是影响泡孔密度的关键。目前为 了得到坯件嫌孔牮料3.1间歇式 微犯包沫塑料成型定型1981年美国 麻省理工学院汀。河1.邮在实 验室里首次研制出微孔泡沫塑料,后来。,1扣等1进1了多方面的改进。似成型原理不变。其实验气体几1;1至十儿13的压力容器中。温度低于,气体通 过渗透溶入固态料坯中。形成固 态聚合物体均相体系。这,在聚合 物分子的自由空间中。聚集了 较多的气体分子,然后将 料坯移至油浴槽中加热,使聚合物温度升,气休膨 胀而形成气泡核,再移至 水槽中冷却固化定型,得到微孔泡体。由于气 体在固态聚合物中的扩散系数极小。对此需 要很长时间才能使气体在聚合物中达到饱和。假如采用,气体的 超快速奸压元件挤4机,静态混合器,定逭装置S2a连续挤 出成型快速释压原理大量气泡核,般都采 用高压挤出快速降压成核。由挤出 机头快速释压元件1定型装 置流动方向发泡剂压气瓶1气闽机 筒螓杆混合元件扩散室加热器型腔模具4微孔泡,塑料成 型技术的难点分析根据多年来我们对发泡成喂技术的实践及对微孔泡,塑料成型机理的研宄,我们认 为微孔泡沫塑料成耶技水的难点主要有以下几点气塑料恪体在进入成核装置前必须;均相,不能含有气泡,否则成 核时气体将优先扩散入己有的气泡中,影响成 核的均匀性和泡孔密度。因此气 体和塑料熔体应充分混合,增大气液接触面积,提高溶 解速家并有足够的停留时间使气体全部溶解;同时通入的气体量+应超过 在混合卡力的溶解度,以免在 熔体中留下残余气相即气泡,于成核 是在熔融状态下进行的,因此膨胀阻力很小,膨胀速度很快。要得到小泡孔,要求控 制膨胀时间小于00秒,其难度很大。采用快速释压元件2所的不足之处是,它是依 靠出口流道的摩擦阻力来建立压力,为了达到高压,流道截面要求非常小,因此只 适用于小截面的微孔泡沫塑料的生产②挤出流率孔的均匀性,因此泡 体的质量稳定性较差;溶体通过时的分子,向也可 能影响泡休的力学性能2阁3连续挤 出微孔泡沫塑料的设备结构小意阁2主要的 不同足这里采叫齿轮泵作为快速释压元件。齿轮泵 与螺杆的驱动是相互独立的,可以分别调节,齿轮泵相当于限流阀,但它有动力。溶体通 过齿轮泵的总压力降由下式计算速和齿轮栗的流率决定,户出由 料流通过成型定型的摩擦阻力决定。

  此结构的优点是①建立机 头压力不依赖出口流道的摩擦阻力,因此可 以挤出大截面泡体,压力的调节比较方便,只需改 变螺杆的转速和齿轮泵流率即可;③可以成 型高粘度熔体有利于泡孔膨胀的控制④不会使 通过的熔体分子取向,使熔体 保持原来的均态,使泡体各1同性阁4的是连 续挤出微孔泡沫塑料的设备结构意,与2的主要 不同在于它采用分级降压,在机头 处的多孔板有稳流和快速释压的作用。含有饱 和气体的单相塑料熔体迎过多孔板。再迎过成核喷嘴,在发泡 成型模头内成核并在保持较高压力下膨胀汴成淀毯得到微孔泡沫塑料,在这过 程中俗体压力是分步下降的,其原理劬。

  构小意旧12,与面的 成型过祝最人的+同是在 后面成核过程是利用温差产生大量过饱和气体。当含气 单相熔体进入扩散室的加热器快速加,由于温 度急剧升高使气体在熔体中的溶解度显著下降,产生大 量过饱和气体并从恪体中析出而形成大量的微细气泡核。

  为了防止气泡核膨胀,扩散室应保持高压,注射前 模腔中也应充满压缩宁气以防止炕体充投过秤气泡核膨胀,泡体在 模腔中冷却固化定型。此法用 温差代替前面的压差来产生过饱和气体,只有气 体在聚合物中的溶解度对温度变化很敏感时才能采用。

  4,微孔泡 沫塑料挤出多级释压系统结构原理1.力料斗;2.传动装置;3.机身;4螺杆;5.发泡成型模头6.成核喷嘴;7.超临界气体计算系统;8.加热器 塑料成核时塑料熔体中应有足够浓度的过饱和气体并有足够的卸压速度,使气体 能够就近从熔体中离析而出形成大量气泡核。为此有 足够气体浓度的饱和塑料熔体成核时不仅需要足够的压力降,而且要 求有足够大的降压速度。这样才 能得到高密度的泡孔密度熔体中的成核点必须多于109个,因此力 口成核剂其分散不仅要均,而且其分,度应大。广个印 严假如不能达到此要求即使均相也可能成不了微孔及时抟制成核气泡的膨胀,这也是最难的1点。由于成 核是在熔体中发生,熔体粘度很低,过饱和 气体的浓度和不稳定性又很大,因此成 核后紧接着的膨胀速率很人。要求气 泡核出现的膨胀,间只能少厂00秒,因此比 普通泡沫塑料的控制难度大得多。5结语微 孔泡沫塑料成型过程的动态茶件必然影响成核点的势能,这在前 人的研宄报道己提到,但未能深入研宄。今后的 工作是应找出这些影响因素间的关系以修正现有的模型,虽然这 些工作的难度很大,涉及多种学科的知识,而且需 要先进的实验手段配合,但这对 泡沫塑料的革新在科学研宄和实际应用上都是很有价值有研制连线挤出或,州微孔 泡沫塑料成功的实例报导。我们近 几年来在教育部博士点基金连续两次的资助下,今年又 得到国家自然科学基金的资助,使我们 有了进步进行这方面研究的可能。国外的 实验基础条件比较好,他们开 发新品种主要依赖实验,而我们 必须加强理论研充指导实验,以减少实验份量。但实验是必不可少的,因此我们方面完善,,,现有的实验条件,同时也 希望与有实力的企事业单位合作以加速研宄和开发的违度上接40页l李开林。等。微孔发 泡塑料挤出成型中聚合物气体均相体系形成研宄。中国塑料,19981263.

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