高分子加工學(xué)-泡沫塑料

1、5.5 泡沫塑料成型泡沫塑料成型 泡沫塑料是以塑料為基本組分而內(nèi)部具有無數(shù)微小泡沫塑料是以塑料為基本組分而內(nèi)部具有無數(shù)微小 氣孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。氣孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。 主要品種：主要品種：聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、脲醛等聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、脲醛等 特點(diǎn)特點(diǎn) ： n 質(zhì)輕，比強(qiáng)度高質(zhì)輕，比強(qiáng)度高 n 防止空氣對(duì)流，保溫、隔熱性能好防止空氣對(duì)流，保溫、隔熱性能好 n 吸音性能好吸音性能好 5.5 泡沫塑料成型泡沫塑料成型 分類：分類： 開孔開孔 硬質(zhì)硬質(zhì) 閉孔閉孔 半硬質(zhì)半硬質(zhì) 軟質(zhì)軟質(zhì) 低發(fā)泡低發(fā)泡 0.4g/cm3 or 發(fā)泡倍率發(fā)泡倍率5 中發(fā)泡中發(fā)泡 0.10.4g/cm3 高發(fā)泡

2、高發(fā)泡 5 5.5.1 塑料發(fā)泡方法及其特點(diǎn)塑料發(fā)泡方法及其特點(diǎn) 5.5.1.1 物理發(fā)泡法物理發(fā)泡法 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： n 操作中毒性較?。ǔ齻€(gè)別外）操作中毒性較小（除個(gè)別外） n 用作發(fā)泡劑的原料成本較低用作發(fā)泡劑的原料成本較低 n 發(fā)泡后沒有發(fā)泡劑留下的殘?jiān)l(fā)泡后沒有發(fā)泡劑留下的殘?jiān)?缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：設(shè)備投資大。設(shè)備投資大。 5.5.1.1 物理發(fā)泡法物理發(fā)泡法 指指應(yīng)用物理原理實(shí)施發(fā)泡應(yīng)用物理原理實(shí)施發(fā)泡。包括有：。包括有： n 使惰性氣體在加壓下溶于熔融聚合物或糊狀復(fù)使惰性氣體在加壓下溶于熔融聚合物或糊狀復(fù) 合物中，然后減壓放出溶解氣體而發(fā)泡；合物中，然后減壓放出溶解氣體而發(fā)泡； n 利用低

3、沸點(diǎn)液體氣化使聚合物發(fā)泡；利用低沸點(diǎn)液體氣化使聚合物發(fā)泡； n 溶解掉聚合物中可溶組分而成微孔塑料（通稱溶溶解掉聚合物中可溶組分而成微孔塑料（通稱溶 解泡沫塑料）；解泡沫塑料）； n 在熔融聚合物中加入中空微球，再經(jīng)固化而成泡在熔融聚合物中加入中空微球，再經(jīng)固化而成泡 沫塑料（通稱組合泡沫塑料）。沫塑料（通稱組合泡沫塑料）。 5.5.1.2 化學(xué)發(fā)泡法化學(xué)發(fā)泡法 發(fā)泡氣體是由混合原料中的某些組分，在成型發(fā)泡氣體是由混合原料中的某些組分，在成型 過程中發(fā)生的化學(xué)作用而產(chǎn)生的。過程中發(fā)生的化學(xué)作用而產(chǎn)生的。 （1）化學(xué)發(fā)泡劑發(fā)泡法）化學(xué)發(fā)泡劑發(fā)泡法 發(fā)泡氣體是由特意加入的熱分解物質(zhì)（碳酸氫發(fā)泡氣體

4、是由特意加入的熱分解物質(zhì)（碳酸氫 鈉、碳酸銨）鈉、碳酸銨） （2）發(fā)泡組分間相互作用析出氣體發(fā)泡法）發(fā)泡組分間相互作用析出氣體發(fā)泡法 發(fā)泡氣體是由聚合物的組分相互作用所產(chǎn)生的發(fā)泡氣體是由聚合物的組分相互作用所產(chǎn)生的 副產(chǎn)物，或這類組分與其它物質(zhì)作用的生成物。副產(chǎn)物，或這類組分與其它物質(zhì)作用的生成物。 eg:PU泡沫塑料由異氰酸酯與聚酯的羥基或水泡沫塑料由異氰酸酯與聚酯的羥基或水 反應(yīng)所析出的反應(yīng)所析出的CO2 5.5.1.3 5.5.1.3 機(jī)械發(fā)泡法機(jī)械發(fā)泡法 用強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌將空氣卷入樹脂的乳液、懸用強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌將空氣卷入樹脂的乳液、懸 浮液或溶液中使其成為均勻的泡沫物，而后再經(jīng)浮液或溶

5、液中使其成為均勻的泡沫物，而后再經(jīng) 過物理或化學(xué)變化使其穩(wěn)定成為泡沫塑料。過物理或化學(xué)變化使其穩(wěn)定成為泡沫塑料。 常用樹脂常用樹脂: :脲甲醛、聚乙烯醇縮甲醛、脲甲醛、聚乙烯醇縮甲醛、PVCPVC溶膠溶膠 5.5.2 泡沫塑料成型過程及原理泡沫塑料成型過程及原理 5.5.2.1 泡沫塑料成型過程泡沫塑料成型過程 一步法生產(chǎn)一步法生產(chǎn)PU泡沫塑料示意圖泡沫塑料示意圖 二步法生產(chǎn)二步法生產(chǎn)PU泡沫塑料示意圖泡沫塑料示意圖 1 預(yù)聚體貯槽預(yù)聚體貯槽 2計(jì)量泵計(jì)量泵 3三通閥三通閥 4混合器混合器 5壓力調(diào)整器壓力調(diào)整器 6原料貯槽原料貯槽 7回流管線回流管線 8混合物料出口混合物料出口 5.5.2.

6、2泡沫塑料成型原理泡沫塑料成型原理 泡沫理論泡沫理論: （1）泡核形成（）泡核形成（加成核劑，表活劑加成核劑，表活劑） （2 2）泡孔增長(zhǎng)（）泡孔增長(zhǎng)（氣泡內(nèi)壓氣泡內(nèi)壓 ，泡沫體積，泡沫體積 ） （3 3）影響泡孔結(jié)構(gòu)的因素）影響泡孔結(jié)構(gòu)的因素 泡沫的穩(wěn)定泡沫的穩(wěn)定 發(fā)泡劑類型發(fā)泡劑類型 泡體冷卻速度泡體冷卻速度 n形成泡沫物首要條件：形成泡沫物首要條件： 液、氣界面張力較小液、氣界面張力較小 n 泡沫物是熱力學(xué)的不穩(wěn)定體。要求持續(xù)時(shí)間必須大于泡沫物是熱力學(xué)的不穩(wěn)定體。要求持續(xù)時(shí)間必須大于 泡沫物中樹脂成為固體所需的時(shí)間。泡沫物中樹脂成為固體所需的時(shí)間。 發(fā)泡劑的選擇發(fā)泡劑的選擇 分類分類 ：

7、 n 物理發(fā)泡劑物理發(fā)泡劑空氣、惰性氣體空氣、惰性氣體(N(N2 2、COCO2 2) )與低沸與低沸 點(diǎn)液體（一氟三氯甲烷、正戊烷）點(diǎn)液體（一氟三氯甲烷、正戊烷） n 化學(xué)發(fā)泡劑化學(xué)發(fā)泡劑受熱放出氣體受熱放出氣體(N(N2 2、COCO2 2、NHNH3 3) )物質(zhì)物質(zhì) 化學(xué)發(fā)泡劑化學(xué)發(fā)泡劑 無機(jī)無機(jī) 堿金屬的碳酸鹽、碳酸氫鹽堿金屬的碳酸鹽、碳酸氫鹽 有機(jī)有機(jī) -N=N- ， =N-NO- ，偶氮甲酰，偶氮甲酰 胺，苯基磺酰胺胺，苯基磺酰胺 理想發(fā)泡劑的性能理想發(fā)泡劑的性能 n 分解溫區(qū)范圍狹窄穩(wěn)定；分解溫區(qū)范圍狹窄穩(wěn)定； n 釋放氣體速率易控，且不受壓力影響；釋放氣體速率易控，且不受壓力

8、影響； n 放出氣體無毒，無腐蝕性，無燃燒性；放出氣體無毒，無腐蝕性，無燃燒性； n 分解時(shí)放熱不大；分解時(shí)放熱不大； n 在材脂中有良好的分散性；在材脂中有良好的分散性； n 價(jià)廉，貯藏和運(yùn)輸中穩(wěn)定；價(jià)廉，貯藏和運(yùn)輸中穩(wěn)定； n 分解殘余物分解殘余物, 無色、無味、無毒，對(duì)塑料物化性無色、無味、無毒，對(duì)塑料物化性 能無影響。能無影響。 發(fā)泡劑的特征與選擇發(fā)泡劑的特征與選擇 n 分解溫度分解溫度 分解溫度要與塑料的熔融溫度接近；分解溫度要與塑料的熔融溫度接近； 在一狹窄的溫度范圍內(nèi)迅速分解，均勻放氣；在一狹窄的溫度范圍內(nèi)迅速分解，均勻放氣； 分解作用在較短的時(shí)間全部完成。分解作用在較短的時(shí)間全

9、部完成。 n 分解速率與反應(yīng)熱分解速率與反應(yīng)熱 無機(jī)發(fā)泡劑無機(jī)發(fā)泡劑分解慢，吸熱；分解慢，吸熱； 有機(jī)發(fā)泡劑有機(jī)發(fā)泡劑分解快，放熱分解快，放熱吸熱，總?cè)詾榉艧帷Ｎ鼰?，總?cè)詾榉艧帷?n 抑制和促進(jìn)發(fā)泡劑分解抑制和促進(jìn)發(fā)泡劑分解 加助劑，調(diào)節(jié)發(fā)氣量，加助劑，調(diào)節(jié)發(fā)氣量，T， n 發(fā)泡效率發(fā)泡效率 無機(jī)無機(jī)1 （2）聚氨酯泡沫塑料的生產(chǎn)）聚氨酯泡沫塑料的生產(chǎn) 原料用量比原料用量比 水的當(dāng)量數(shù)水的當(dāng)量數(shù)+聚酯或聚醚的當(dāng)量數(shù)聚酯或聚醚的當(dāng)量數(shù)=NCO當(dāng)量數(shù)當(dāng)量數(shù) 實(shí)際異氰酸酯過量，實(shí)際異氰酸酯過量，1.051.0 水為發(fā)泡劑，可加入水為發(fā)泡劑，可加入CFCl3、CHCl3作輔助發(fā)泡劑作輔助發(fā)泡劑 泡沫密

10、度隨發(fā)泡劑（水）的增加而降低泡沫密度隨發(fā)泡劑（水）的增加而降低 溫度溫度 攪拌速率和時(shí)間攪拌速率和時(shí)間 熟熟化化 （2）聚氨酯泡沫塑料的生產(chǎn)）聚氨酯泡沫塑料的生產(chǎn) 噴涂發(fā)泡成型噴涂發(fā)泡成型 把硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的原料直接噴射到物體把硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的原料直接噴射到物體 的表面，并在該面上發(fā)泡的成型方法。的表面，并在該面上發(fā)泡的成型方法。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： n 不需要模具不需要模具 n 形狀簡(jiǎn)單或復(fù)雜的表面都可以噴涂形狀簡(jiǎn)單或復(fù)雜的表面都可以噴涂 n 勞動(dòng)生產(chǎn)率高勞動(dòng)生產(chǎn)率高 n 所得泡沫塑料制品無接縫，絕熱效果好所得泡沫塑料制品無接縫，絕熱效果好 5.5.4 典型塑料泡沫制品配方工藝典型塑料泡沫

11、制品配方工藝 配配 方方 工工 藝藝 條條 件件 組成部分組成部分Kg/h PVC樹脂（樹脂（K值值64-67）45.6 熔體溫度熔體溫度 160190 熔體壓力熔體壓力 71.8kPa 最終制品密度最終制品密度 0.80.9g/cm3 穩(wěn)定劑穩(wěn)定劑7.34 聚乙烯蠟聚乙烯蠟0.912 地蠟地蠟10.12 硬脂酸鈣硬脂酸鈣2.78 填料填料4.56 偶氮二甲酰胺偶氮二甲酰胺0.6 表表5-27 PVC合成木材的典型配方及工藝條件合成木材的典型配方及工藝條件 5.5.4.1 合成木材合成木材 5.5.4.2 軟質(zhì)聚氨酯泡沫套墊軟質(zhì)聚氨酯泡沫套墊 組組 分分配配 比（質(zhì)量份數(shù)）比（質(zhì)量份數(shù)） 聚醚

12、（三官能團(tuán)，聚醚（三官能團(tuán)， M3000）100 有機(jī)硅泡沫穩(wěn)定劑有機(jī)硅泡沫穩(wěn)定劑1.0 有機(jī)錫催化劑有機(jī)錫催化劑0.45 N-乙基嗎啡啉乙基嗎啡啉0.4 三亞乙基二胺三亞乙基二胺0.05 水水3.5 三氯一氟甲烷三氯一氟甲烷1.5 甲苯二異氰酸酯甲苯二異氰酸酯 （TDI）（）（80/20） 42.5（TDI指數(shù)指數(shù)104） 表表5-30 聚醚型軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料塊狀發(fā)泡配方聚醚型軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料塊狀發(fā)泡配方 項(xiàng)項(xiàng) 目目 工工 藝藝 條條 件件 塊狀軟質(zhì)泡沫塑料塊狀軟質(zhì)泡沫塑料模塑軟質(zhì)泡沫塑料模塑軟質(zhì)泡沫塑料 聚醚等五組分的溫度（聚醚等五組分的溫度（）403403 TDI的的溫度（的的溫度（）243243 原料管線壓力（原料管線壓力（MPa）0.550.620.550.62 壓力控制裝置的壓力壓力控制裝置的壓力 （MPa）