《泡沫塑料成型工艺.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《泡沫塑料成型工艺.ppt（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第八章 泡沫塑料成型,也称微孔塑料，是整体内含有无数微孔的塑料。所含泡孔绝大多数是相互连通的泡沫塑料称为开孔泡沫塑料。所含泡孔绝大多数是互不连通的泡沫塑料称为闭孔泡沫塑料。,8.1 概述,8.1 概述,本章内容,概论,泡沫塑料的成型原理,几种典型泡沫塑料的成型工艺,8.1 概述,常见的泡沫塑料制品,1、概述,8.1 概述,泡沫塑料的特点,泡沫塑料的用途,消音、隔热、防冻、保温、缓冲、防震,质轻、导热系数低、吸湿性低（闭孔型）、绝热、隔音等优点,8.1 概述,软质泡沫塑料：弹性模量E 700MPa 半硬质泡沫塑料: 70MPa E700MPa,泡沫塑料的分类,按泡孔结构分类,开孔泡沫塑料(ope
2、n cell)：泡孔之间相互连通，相互通气，气体和聚合物互为连续相,闭孔泡沫塑料(closed cell): 泡孔孤立存在，相互不连通，气泡完整无破碎,按硬度分类,8.1 概述,低发泡泡沫塑料：密度大于0.4g/cm3 气体/固体发泡倍率1.5,按制品密度分类,中发泡泡沫塑料：密度在0.10.4g/cm3之间 气体/固体发泡倍率1.5-9.0,高发泡泡沫塑料：密度小于0.1g/cm3 气体/固体发泡倍率9.0,8.2 泡沫塑料的成型原理,2 泡沫塑料的成型原理,气泡形成原理和发泡方法,泡沫的稳定,泡核的形成,泡孔增长,将气体溶解在液态聚合物中或将聚合物加热到熔融态同时产生气体并形成饱和溶液；当
3、体系中的气体超过其溶解度时，气体就逸出形成无数的微小气泡（称为泡核），泡核增长而形成气泡。气泡稳定后保留在塑料，就形成了泡沫塑料。这种泡沫塑料又称为气发性泡沫塑料。 气发性泡沫塑料中气泡的形成过程可分为三个阶段：气泡核的形成、气泡的增长和气泡的稳定。,气泡的形成,8.2 泡沫塑料的成型原理,把发泡剂（或气体）加入到熔融塑料或液体混合物中，经过一段时间就会形成气-液溶液，随着气体量的增加，溶液呈饱和状态进而进入超饱和状态，这时，气体就会从溶液中逸出形成小气泡，这种小气泡称为气泡核。气-液溶液中形成气泡核的过程称为成核。,泡核的形成,8.2 泡沫塑料的成型原理,成核有均相成核和异相成核之分。气泡核
4、和泡体是同一种物质的，叫做均相成核；如果体系中有其他物质（称为成核剂），能起到气泡核的作用，称为异相成核。实际生产中常加入成核剂，使成核作用能在较低的气体浓度下发生，这样形成的气泡细小而均匀。如果不加入成核剂就可能形成粗大而不均匀的泡孔。,泡孔的增长,表面张力 熔体的粘度,影响因素,8.2 泡沫塑料的成型原理,气泡形成后，随着溶解气体的增加、温度的升高、气体的受热膨胀以及气泡的合并，促使气泡不断地增长，同时成核作用大大增加了气泡的数量，再加上气泡膨胀，使气泡的孔径不断扩大。,在泡沫形成过程中，由于气泡的不断生成和增长，形成了无数的气泡，使得泡沫体系的体积和表面积增大，气泡壁的厚度变薄，致使泡沫
5、体系不稳定。要生产泡沫塑料，就必须使气泡稳定在树脂中。,气泡的稳定,配方中加入表面活性剂以利于形成微小的气泡从而减少气体的扩散作用来促使气泡的稳定 提高聚合物的熔体粘度，防止气泡壁进一步减薄以稳定气泡,两种方法,也可通过对物料的冷却或增加聚合物的交联作用来提高聚合物的熔体粘度，以达到稳定气泡的目的。,8.2 泡沫塑料的成型原理,发泡方法,物理发泡法,8.2 泡沫塑料的成型原理,化学发泡法,机械发泡法,物理发泡法,优点： 操作中毒性较小； 用作发泡剂的原料成本低； 发泡后没有发泡剂的残余物,用低沸点液体蒸发汽化而形成气泡。,8.2 泡沫塑料的成型原理,在加压条件下把惰性气体压入熔融塑料或糊塑料中
6、，然后降低压力，升高温度，溶解气体释放、膨胀而形成气泡。,在塑料中加入中空微球后固化而制成泡沫塑料。这种泡沫塑料又称为组合泡沫塑料,8.2 泡沫塑料的成型原理,常用的物理发泡剂,化学发泡方法,采用强烈地机械搅拌，使空气卷入树脂乳液、悬浮液或溶液中成为均匀的泡沫体，然后再经过物理或化学变化，使之凝胶、固化而成为泡沫塑料的方法。,机械发泡方法,指发泡气体由混合原料中的某些组分的分解或两组分相互之间的化学作用而产生气体的方法。按气泡生成类型可分为添加型和反应型两种。,8.2 泡沫塑料的成型原理,发泡气体由加入的热分解型发泡剂受热分解而产生的这种发泡剂称为化学发泡剂。化学发泡剂分为有机发泡剂和无机发泡
7、剂。 无机发泡剂主要是碱金属的碳酸盐和碳酸氢盐类。如碳酸铵和碳酸氢钠等。无机发泡剂具有价廉和不会降低塑料的耐热性的优点。但与塑料的相容性不好。 有机发泡剂主要是偶氮类、酰肼类或胺类的有机物。这类有机物受热分解，产生大量的气体。,化学发泡方法,8.2 泡沫塑料的成型原理,8.2 泡沫塑料的成型原理,大多数有机发泡剂是易燃或可能发生爆炸的物质，有些发泡剂还具有一定的毒性，使用时要有良好的劳动防护措施。,另一种化学发泡法是利用两组分之间的相互作用产生的气体进行发泡。工业用这种方法主要生产PU泡沫塑料。,8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,聚苯乙烯泡沫塑料的成型方法很多，主要有模压法、可发性珠粒法和挤
8、出发泡法。目前大多使用的是可发性珠粒法和挤出发泡法。,8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,3.1 PS泡沫塑料,8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,3.1 PS泡沫塑料,PS泡沫塑料夹芯板,钢丝网架聚苯乙烯泡沫塑料夹芯板,冷库墙体保温,包装材料,建筑物的外墙保温,管道保温,装璜造型,8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,需要设置昂贵的高压加料设备,泡孔大小较难控制,制品仅限挤出型材,因此在工业上应用较少。,挤出发泡法,EPS发泡,3.1 PS泡沫塑料,使用可发性PS粒料,通过蒸汽箱模塑法、挤出法与注塑法生产泡沫塑料。此工艺不仅简便、且能制造各种类型泡沫制品,因此在工业上广泛应用。,EPS发泡过程
9、,8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,EPS珠粒的制造,预发泡,熟化,模塑,8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,EPS珠粒的制造,一步法：苯乙烯、引发剂和发泡剂一起加入反应釜聚合,一步半法：苯乙烯聚合到形成特性珠粒时加入发泡剂继续聚合,两步法：先合成PS珠粒，再加入发泡剂加热使其渗入珠粒中，冷却,8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,1 EPS制品的制备,加热使珠状物膨胀到一定程度,以便模塑时制品密度获得更大降低,并减小制品内部的密度梯度。经预发泡的物料仍为颗粒状,但其体积比原来大数十倍,通称作预胀物。制造密度0.1g/cm3以上的泡沫制品时,可用珠状物直接模塑,而不必经过预发泡与熟化两阶段。,
10、8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,2 预发泡,有5种方式：红外线预发泡、热空气预发泡、热水预发泡、蒸汽预发泡和真空预发泡,预发泡有间歇与连续两种方法。加热设备为红外线灯、水浴或蒸汽加热器。实际在工业上,大多采用连续法,其主要设备是连续蒸汽预发泡机。,连续蒸汽预发泡机结构示意图,8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,最大发泡倍率为80以上,经预发泡的粒料,需要贮存一段时间,吸收空气进行熟化,以防止成型后收缩。熟化通常在大型料仓或开口容器中进行。熟化温度22-26,熟化时间根据容重要求、珠粒形状及空气条件而定,一般为8-10h。,8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,3. 熟化,常用方法是蒸汽加热模
11、压法与挤出法。 按加热方式又分为蒸缸发泡与液压机直接蒸汽发泡两种。,8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,4. 成型,在低于玻璃化温度下,发泡剂向外逸出,珠粒不胀大。温度增高,聚合物转变至高弹态,发泡速度与发泡倍率增大。这是由于发泡剂汽化,形成泡孔,水蒸汽渗入泡孔,孔内压力增高,孔壁层对拉伸的阻力减小所致。在更高温度下,聚合物的高弹形变份量减小而粘流(塑料)形变份量增大,孔壁强度下降,在发泡程度不大时即破裂,已膨胀的泡孔又出现回缩,因此发泡倍率必然很小。实践证明,EPS树脂的最佳发泡温度为104-109。,5、影响EPS制品的因素,8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,1. 温度,在恒定温度下,发
12、泡倍率随时间增长而增大,达到最大值后,又随时间延长而减小。在较高温度下,最大发泡倍率随时间增长减小的趋势更为急剧,原因是孔壁中细裂纹很快发展成粗裂纹,孔内压力迅速下降,使泡孔很快收缩。由此可见,高温发泡时,控制最大发泡倍率很困难,若通水冷却时间稍微不当,泡孔即发生瘪塌。所以发泡与冷却时间随温度而定。,2. 时间,8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,PS树脂分子量越大,其拉伸取向能力、取向后强度、玻璃化温度与粘流温度皆越高,因此可通过提高发泡温度,以获得更大发泡倍率。用分子量分布窄(Mw/Mn2)的PS树脂,发泡温度范围宽,发泡倍率大,泡孔强度高,孔壁极限厚度小,且制品质地均匀,断裂拉伸强度与相
13、对伸长率皆高。,8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,3.聚合物分子量与分布,8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,将EPS珠粒和成核剂挤出吹塑可制成泡沫塑料纸。,65挤出机的操作技术参数：,EPS纸的挤出吹塑,EPS纸的特点：,极细的泡沫微孔 带有光泽，轻而柔软 良好的隔热性和防水性,加料预热段为 100120；塑化熔融段为 130160；均化挤出段为 110130；机头温度为90110； 吹胀比为6。,按其配方和成型方法不同可制成为软质和硬质两种。软质泡沫塑料在配制时加入较多的增塑剂，成型后具有一定的柔软性。而硬质聚氯乙烯泡沫塑料在配制时加入溶剂将树脂溶解，成型过程中溶剂受热挥发而成为质地坚硬
14、的泡沫制品。,8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,PVC泡沫塑料,8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,PVC注塑发泡凉鞋,PVC发泡凉鞋，是以聚氯乙烯树脂为主，加入适量的添加剂，经捏合造粒、注塑成型制得。发泡凉鞋的特点是鞋底发泡，中间部位为松软的泡沫层，大底表面为不发泡硬层，因而底部较全塑凉鞋柔软而富有弹性。注塑发泡凉鞋的鞋帮虽不发泡，但鞋帮表面仍较粗糙，需采用特殊漆料进行喷涂，以美化装饰鞋帮表面。,生产工艺 发泡凉鞋生产工艺路线采用注塑成型，主要操作说明如下。 （1）配制发泡鞋料 采用捏合机进行混料捏合，先将树脂倒入捏合机内，然后依次加入稳定剂，填充剂、发泡剂、着色剂等助剂的浆液，最后加入增
15、塑剂，开动捏合机冷搅10min后开始通蒸汽捏合，蒸汽压力0.295MPa，捏合时间约40min，此时料温约100110，停止给汽，继续搅拌10min，待料充分冷却后，即可出料。,8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,（2）塑化造粒 采用挤出造粒机来进行塑化造粒，挤出造粒机温度控制，按加料段、压缩段和均化段依次分别为130、120、105。,8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,颗粒质量要求与聚氯乙烯全塑凉鞋基本相同。但一般下要求充分塑化，尤其不允许颗粒内部有发泡现象。为此，塑化造粒温度远低于聚氯乙烯全塑凉鞋的塑化造粒温度。,（3）注塑成型 PVC发泡凉鞋的注塑采用两次开模法，其目的是保证鞋底发泡而
16、鞋帮不发泡,8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,生产发泡鞋最好采用转盘式注塑机，一机多模（8模或10模），才能保证质量，提高生产效率。大底模具的发泡量控制在45mm。中号、小号模具的发泡量控制在24mm，成型温度：加料区150160、中部165170。下部140一150。注塑温度控制适当与否，直接影响发泡鞋的发泡倍率，定型时间约6070s左右，每双鞋生产周期约两分半左右。,8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,（4）喷漆上光 PVC注塑发泡鞋最大的缺点是鞋帮表面粗糙无光、因而需进行表面修饰，使制品光亮美观。表面修饰是通过对鞋表面的喷漆来实现,8.3 几种典型泡沫塑料的成型工艺,本章复习,泡沫塑料的定义 物理发泡和化学发泡的基本原理 理解EPS发泡和PVC发泡的基本
