泡沫塑料的成型濟(jì)南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院

第九章泡沫塑料的成型9．1概述泡沫塑料：樹脂為基礎(chǔ)而內(nèi)部具有無數(shù)微孔性氣體的塑料制品，特點(diǎn)：所以具有密度低、防止空氣對(duì)流、不易傳熱、能吸音等優(yōu)點(diǎn)。開孔泡沫結(jié)構(gòu)：泡沫塑料內(nèi)各個(gè)氣孔是互相連通的閉孔泡沫結(jié)構(gòu)：

泡孔是互相分隔的．發(fā)泡方法：1．物理發(fā)泡指利用物理原理發(fā)泡的。2．化學(xué)發(fā)泡利用化學(xué)發(fā)泡劑加熱后分解放出的氣體而發(fā)泡或用原料相互反應(yīng)放出的氣體而發(fā)泡。3．機(jī)械發(fā)泡是利用機(jī)械的攪拌作用，混入空氣而發(fā)泡等。工藝特點(diǎn)：待發(fā)泡的復(fù)合物必需處于液態(tài)或粘度在一定范圍內(nèi)的塑性狀態(tài)。

軟硬區(qū)分：軟質(zhì)泡沫塑料，彈性模量小于70公斤／厘米2

半硬質(zhì)泡沫塑料，模量等于70～700公斤／厘米2硬質(zhì)泡沫塑料，大于700公斤／厘米2高中低發(fā)泡：小于0.1；0.1~0.4；大于0.4g/cm3原料：聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、酚醛、環(huán)氧、有機(jī)硅、聚乙烯縮甲醛、醋酸纖維素和聚甲基丙烯酸甲酯等。應(yīng)用：9．2機(jī)械發(fā)泡法(實(shí)際沒有作用）9．3物理發(fā)泡法

物理發(fā)泡法的優(yōu)點(diǎn)：操作中毒性較??；用作發(fā)泡的原料成本較低；發(fā)泡劑無殘余體，因此對(duì)泡沫塑料的性能影響不大。缺點(diǎn)：生產(chǎn)過程所用設(shè)備投資較大。9．3．1聚苯乙烯泡沫塑料可發(fā)性聚苯乙烯采用的液體發(fā)泡劑有：正戊烷，異戊烷。季戊烷和石油醚等，最常用的處正戊烷和石油醚。發(fā)泡劑在苯乙烯聚合中或聚合后加入制成的珠狀物中發(fā)泡劑的含量約為6％；表現(xiàn)密度約為680克／升；珠粒直徑范圍為0.25～2毫米。

制造過程預(yù)發(fā)泡－熟化（吸收空氣）－模塑預(yù)發(fā)泡：預(yù)發(fā)泡是憑加熱使珠狀物膨脹到一定程度，以便模塑制品的密度得到更多的降低和減少密度梯度形成的傾向。熟化：預(yù)發(fā)泡后的珠粒需要貯存一段時(shí)間，以吸收空氣進(jìn)行熟化，防止成型后的收縮。模塑：常用的模塑方法是蒸汽加熱模壓法。發(fā)泡工藝

9．3．2聚氯乙烯泡沫塑料

由于聚氯乙烯本身并不能溶解惰性氣體．能夠溶解這種氣體的只是它的增塑劑或溶劑，所以來用溶解惰性氣體為發(fā)泡劑來生產(chǎn)聚氯乙烯泡沫塑料時(shí)須選用增塑劑含量大約聚氯乙烯糊或溶液為原料，以這種方法生產(chǎn)硬質(zhì)泡沫體而只用少量溶劑，就須施加很高的壓力(300～400大氣壓)。

發(fā)泡工藝：：9．4化學(xué)發(fā)泡法法制造泡沫塑塑料時(shí)，如如果發(fā)泡的的氣體是由由混合原料料的某些組組分在過程程中的化學(xué)學(xué)作用產(chǎn)生生的，則這這種方法即即稱為化學(xué)學(xué)發(fā)泡法。。按照發(fā)泡的的原理不問問，工業(yè)上上常用的化化學(xué)法有的的種；(1)發(fā)泡氣氣體是由特特意加入的的熱分解物物質(zhì)(常稱稱為化學(xué)發(fā)發(fā)泡劑或發(fā)發(fā)泡劑)在在受熱時(shí)產(chǎn)產(chǎn)生的；(2)發(fā)泡泡氣體是出出形成聚合合物的組分分相互作用用所產(chǎn)生的的副產(chǎn)物，，或者是這這類組分與與其它物質(zhì)質(zhì)作用的生生成物。9．4．1化學(xué)發(fā)泡劑劑發(fā)泡法化學(xué)發(fā)泡劑劑：化學(xué)發(fā)發(fā)泡劑是——種加熱能能釋放出氣氣體(如二二氧化碳等等)的物質(zhì)質(zhì)：理想的的化學(xué)發(fā)泡泡劑應(yīng)具有有表9—4所列的各各種性能?！，F(xiàn)將幾種常常用的優(yōu)良良發(fā)泡劑列列表9—5中化學(xué)發(fā)泡劑劑的特性與與選擇沒有一種發(fā)發(fā)泡劑是可可以用于制制造各種泡泡沫塑料而而皆稱合適適的，這是是因?yàn)楦鞣N種樹脂的固固有性能不不可能相間間，加工條條件也不一一樣，此外外，為了求求得性能各各異的同一一種泡沫塑塑料，加入入的助劑也也往往不同同。選擇考慮因因素(1)分解解溫度所所選發(fā)發(fā)泡劑的分分解溫度要要與塑料的的熔融溫度度接近；泡泡劑應(yīng)能在在一狹窄的的溫度范圍圍內(nèi)迅速分分解；發(fā)泡劑的分分解作用必必須要在較較短的時(shí)間間全部完成成(2)分解解速率發(fā)發(fā)泡劑的的分解速率率是隨溫度度變化的。。(3)反應(yīng)應(yīng)熱量有有機(jī)發(fā)泡泡劑分解時(shí)時(shí)是放熱反反應(yīng)，而無無機(jī)發(fā)泡劑劑分解則是是吸熱反應(yīng)應(yīng)。(4)發(fā)泡泡劑分解的的抑制和促促進(jìn)任任何化學(xué)發(fā)發(fā)泡劑都是是在一定的的溫度下進(jìn)進(jìn)行熱分解解而產(chǎn)生氣氣體的。(5)發(fā)泡泡效率有有機(jī)發(fā)泡泡劑分解出出的氮?dú)獗缺葻o機(jī)發(fā)泡泡劑分解出出的二氧化化碳?xì)怏w發(fā)發(fā)泡效率高高，這是因因?yàn)槎趸紝?duì)塑料料泡壁的擴(kuò)擴(kuò)散速度比比氮?dú)飧?，，所以二氧氧化碳?xì)怏w體的發(fā)泡效效率低，用用于制造低低比重的泡泡沫塑料是是比較困難難的。(6)發(fā)泡泡劑的并用用當(dāng)有有機(jī)與無機(jī)機(jī)發(fā)泡劑并并用時(shí)較單單獨(dú)使用有有機(jī)或無機(jī)機(jī)發(fā)泡劑能能顯示較好好的效果。。9.4.2聚氯乙乙烯泡沫塑塑料的生產(chǎn)產(chǎn)原材料①樹脂制制取泡沫沫塑料宜選選用成糊性性的乳液樹樹脂，因其其粒度細(xì)容容易成糊而而且?guī)в斜肀砻婊钚詣﹦?，?duì)成泡泡有利。②增塑劑為為制取取具有柔曲曲性和伸縮縮性的軟質(zhì)質(zhì)聚氯乙烯烯泡沫，需需要添加大大量的增塑塑劑。③發(fā)泡劑發(fā)發(fā)泡劑劑的分解溫溫度一般不不能高于糊糊塑料的膠膠凝溫度，，否則就不不能生產(chǎn)密密度較小的的泡沫塑料料。④穩(wěn)定劑這這是為為了防止聚聚氯乙烯的的熱分解而而加入的一一種助劑。。⑤其它組分分根據(jù)據(jù)制品性能能的需要還還可加入潤(rùn)潤(rùn)滑劑，填填料，顏料料等其它組組分。生產(chǎn)方法硬質(zhì)聚氯乙乙烯泡沫塑塑料，主要要采用壓制制成型。軟軟質(zhì)聚氯乙乙烯泡沫塑塑料可采用用壓制、擠擠出、注射射和壓延等等方法成型型。①壓制法壓壓制法法包括配料料制糊、裝裝料入模并并使模內(nèi)的的糊料在加加壓和加熱熱的情況，，廠發(fā)泡和和塑化、冷冷卻、脫出出泡沫物、、以及在適適當(dāng)溫度下下使泡沫物物進(jìn)一步膨膨脹而成為為制品等過過程。②擠出法現(xiàn)現(xiàn)在通通行的擠出出工藝有兩兩種。一種種是將原料料在低于發(fā)發(fā)泡劑分解解溫度的料料筒內(nèi)塑化化并擠成具具有一定形形狀的中間間產(chǎn)品，而而后再在擠擠出機(jī)外升升溫發(fā)泡使使其成為制制品。所得得制品大多多是低密度度的泡沫塑塑料制品。。另一種工工藝是采用用含有低溫溫發(fā)泡劑的的原料以便便發(fā)泡在料料筒內(nèi)進(jìn)行行，而使擠擠離口模的的擠出物在在冷卻后立立即成為制制品，這種種制品的密密度通常都都比用前法法制成的高高。③注射法注注射法法的制品現(xiàn)現(xiàn)在尚只限限于高密度度的(俗稱稱低發(fā)泡制制品)。注注射設(shè)備通通常均以移移動(dòng)螺桿式式的為主。。注射工藝藝大體上與與一般注射射相同，塑塑料的升溫溫、混合、、塑化和發(fā)發(fā)泡(多于于50％)都在注射射機(jī)內(nèi)進(jìn)行行。④壓延法壓壓延制制品主要是是人造革。。9.4.3聚烯烯烴交聯(lián)泡泡沫塑料的的生產(chǎn)由于聚烯烴烴樹脂熔融融后的粘度度不高和出出現(xiàn)高彈態(tài)態(tài)的范圍不不寬(低壓壓聚乙烯和和聚丙烯尤尤其突出，，見圖9——7)，因因此發(fā)泡時(shí)時(shí)發(fā)泡劑分分解出來的的氣體不易易保持在樹樹脂中，致致使發(fā)泡工工藝難于控控制?？朔@種缺點(diǎn)點(diǎn)的最有效效的方法是是使聚烯烴烴分子交聯(lián)聯(lián)成為部分分網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)以提高樹樹脂的熔融融粘度和使使粘度隨溫溫度的升高高而緩慢降降低，從而而調(diào)整熔融融物的粘彈彈性以適應(yīng)應(yīng)發(fā)泡的要要求，其情情況亦見圖圖9—7所所示。聚烯烴的交交聯(lián)這這里主要討討論交聯(lián)方方法、交聯(lián)聯(lián)原理和影影響交聯(lián)的的因素①文聯(lián)劑劑和助交聯(lián)聯(lián)劑聚聚烯烴分子子的交聯(lián)通通常是由加加入的交聯(lián)聯(lián)劑和助交交聯(lián)劑通過過化學(xué)作用用而取得的的。i活性氧含量量它是是表示交聯(lián)聯(lián)劑分解時(shí)時(shí)產(chǎn)生的游游離基數(shù)量量的，通常常用下式計(jì)計(jì)量ii半衰期當(dāng)當(dāng)交聯(lián)劑劑在一定溫溫度下加熱熱分解時(shí)，，其濃度降降至原來的的一半所需需的時(shí)間稱稱為半衰期期iii活化能要要使交聯(lián)聯(lián)劑分解產(chǎn)產(chǎn)生游離基基，必須給給以分子活活化所需要要的能量。。助交聯(lián)劑是是為防止聚聚合物游離離基的斷裂裂、提高交交聯(lián)效果、、改善交聯(lián)聯(lián)聚合物的的物理性能能和操作性性能而加入入的一類物物質(zhì)。②交聯(lián)聯(lián)的原理聚聚合物物交聯(lián)有輻輻射交聯(lián)和和化學(xué)交聯(lián)聯(lián)兩種方法法。輻射交交聯(lián)由于設(shè)設(shè)備投資大大，主要用用于制造收收縮薄膜、、薄的發(fā)泡泡制品和細(xì)細(xì)頸電纜等等?；瘜W(xué)交交聯(lián)價(jià)廉和和方便，工工業(yè)上較為為廣泛采用用。化學(xué)交聯(lián)的的反應(yīng)機(jī)理理有離子型型和游離基基型兩大類類。③交聯(lián)聯(lián)效率和交交聯(lián)度同同一一種有機(jī)過過氧化物對(duì)對(duì)不同聚合合物的交聯(lián)聯(lián)能力是不不同的，一一般用交聯(lián)聯(lián)效率來表表示，即同同一基準(zhǔn)數(shù)數(shù)量的有機(jī)機(jī)過氧化物物對(duì)不同品品種聚烯烴烴作用時(shí)所所產(chǎn)生交聯(lián)聯(lián)物的數(shù)量量比。交聯(lián)度是定定量的過氧氧化物使定定量的聚合合物產(chǎn)生的的交聯(lián)物對(duì)對(duì)原聚合物物的重量比比值。影響交聯(lián)度度的因素i聚合物的分分子結(jié)構(gòu)就就用一一種聚合物物來說，聚聚合物的分分子結(jié)構(gòu)能能影響交聯(lián)聯(lián)效率，凡凡是分子量量愈大、結(jié)結(jié)晶度愈低低、大分子子鏈的交聯(lián)聯(lián)愈多的，，則對(duì)過氧氧化物所表表現(xiàn)的交聯(lián)聯(lián)效率愈高高。ii交聯(lián)劑的用用量增增加過氧化化物的用量量，可提高高聚合物的的交聯(lián)度，，如圖9——8所示。。iii其它助劑的的影響在在交聯(lián)發(fā)發(fā)泡配方中中為了提高高防老作用用常需加入入防老劑，，這對(duì)過氧氧化物交聯(lián)聯(lián)活性是有有抑制作用用的，因?yàn)闉榇蠖鄶?shù)防防者劑都是是還原劑．．iV交聯(lián)時(shí)間這這是指指在聚合物物中的過氧氧化物耗盡盡所需的時(shí)時(shí)間。(2)生產(chǎn)產(chǎn)方法用用化學(xué)發(fā)發(fā)泡法生產(chǎn)產(chǎn)聚烯烴泡泡沫塑料制制品都采用用模壓法，，具體實(shí)行行時(shí)又有一一步法和二二步法兩種種。生產(chǎn)密密度高的用用一步法，，低的用二二步法。現(xiàn)以高壓聚聚乙烯的制制品生產(chǎn)為為例說明如如下。這種快速膨膨脹發(fā)泡，，易使制品品形成細(xì)泡泡孔，但發(fā)發(fā)泡倍率卻卻不高，發(fā)發(fā)泡劑分解解出來的氣氣體壓力與與熔料粘度度之間難于于達(dá)到平衡衡。因此，，生產(chǎn)高發(fā)發(fā)泡體都用用二步法，，即當(dāng)交聯(lián)聯(lián)完畢和發(fā)發(fā)泡劑部分分分解時(shí)，，也就是物物料部分發(fā)發(fā)泡時(shí)，即即將泡沫物物冷卻脫棋棋。隨后再再將泡沫物物進(jìn)行二次次加熱使其其在常壓下下繼續(xù)發(fā)泡泡。9.4.4聚聚氨酯泡沫沫塑料聚氨酯泡沫沫塑料的原原料(1)二異異氰酸酯類類二異異氰酸酯類類是生成聚聚氨酯的主主要原料，，采用最多多的是甲苯苯二異氰酸酸酯。甲苯苯二異氰酸酸酯有2，，4和2，，6兩種種同分異構(gòu)構(gòu)體，前者者活性大，，后者活性性小，故常常用此兩種種異構(gòu)體的的混合物。。聚酯酯或或聚聚醚醚聚聚酯酯或或聚聚醚醚是是生生成成聚聚氨氨酯酯的的另另一一主主要要原原料料。。(3)催催化化劑劑為為了了加加速速聚聚氨氨酯酯的的形形成成和和混混合合物物的的發(fā)發(fā)泡泡，，以以產(chǎn)產(chǎn)生生低低密密度度的的泡泡沫沫體體，，要要添添加加催催化化劑劑。。催催化化劑劑主主要要是是叔叔胺胺類類化化合合物物和和有有機(jī)機(jī)錫錫化化合合物物。。(4)發(fā)發(fā)泡泡劑劑作作為為聚聚氨氨酯酯泡泡沫沫塑塑料料的的發(fā)發(fā)泡泡劑劑是是異異氰氰酸酸酯酯與與水水作作用用生生成成的的二二氧氧化化碳碳。。(5)表表面面活活化化劑劑生生產(chǎn)產(chǎn)時(shí)時(shí)為為了了降降低低發(fā)發(fā)泡泡液液體體的的表表面面張張力力以以使使成成泡泡容容易易和和泡泡沫沫均均勻勻，，又又使使水水(產(chǎn)產(chǎn)生生二二氧氧化化碳碳的的)能能與與聚聚酪酪或或聚聚醚醚均均勻勻混混合合，，常常須須在在原原料料中中加加入入少少量量的的表表面面活活化化劑劑。。2．．過過程程中中的的主主要要化化學(xué)學(xué)反反應(yīng)應(yīng)聚氨氨酯酯泡泡沫沫塑塑料料在在形形成成過過程程中中，，始始終終伴伴有有復(fù)復(fù)雜雜的的化化學(xué)學(xué)反反應(yīng)應(yīng)，，但但是是主主要要可可以以歸歸為為六六種種。。(1)鏈鏈增增長(zhǎng)長(zhǎng)反反應(yīng)應(yīng)指指異異氰氰酸酸酪酪與與聚聚醚醚或或聚聚酯酯生生成成聚聚氨氨酷酷的的反反應(yīng)應(yīng)，，即即異異氰氰酸酸酯酯與與醇醇基基間間的的反反應(yīng)應(yīng)。。3．．生生產(chǎn)產(chǎn)方方法法聚聚氨氨酯酯泡泡沫沫塑塑料料的的生生產(chǎn)產(chǎn)方方法法有有一一步步法法和和二二步步法法(頸頸聚聚法法)兩兩種種。。一步步法法是是把把所所有有的的原原料料(聚聚醚醚或或聚聚酯酯，，異異氰氰酸酸酯酯、、水水和和催催化化劑劑等等)混混在在一一起起而而形形成成泡泡沫沫塑塑料料。。二二步步法法又又分分為為預(yù)預(yù)聚聚法法和和半半預(yù)預(yù)聚聚法法兩兩種種：：預(yù)預(yù)聚聚法法是是使使異異氰氰酸酸酯酯先先與與聚聚酯酯或或聚聚醚醚反反應(yīng)應(yīng)生生成成預(yù)預(yù)聚聚體體，，而而后后再再加加入入其其它它組組分分而而生生成成泡泡沫沫塑塑料料；；半半預(yù)預(yù)聚聚法法是是使使部部分分聚聚酯酯或或聚聚醚醚先先與與所所有有的的異異氰氰酸酸酯酯作作用用，，而而后后再再加加入入剩剩余余的的聚聚酯酯或或聚聚醚醚與與其其它它組組分分的的混混合合物物使使其其成成為為泡泡沫沫塑塑料料。。一步步法法(間間歇歇操操作作)生生產(chǎn)產(chǎn)時(shí)時(shí)，，采采用用的的工工藝藝流流程程和和配配方方分分別別見見圖圖9——10和和表表9——12。。二步步法法二步步法法是是先先把把聚聚醚醚樹樹脂脂與與適適量量的的異異氰氰酸酸酯酯放放入入有有攪攪拌拌器器的的反反應(yīng)應(yīng)釜釜中中加加熱熱攪攪拌拌，，使使生生成成含含有有一一定定游游離離異異氰氰酸酸酯酯的的預(yù)預(yù)聚聚體體，，然然后后把把預(yù)預(yù)聚聚體體送送至至貯貯槽槽，，再再用用計(jì)計(jì)量量泵泵送送至至發(fā)發(fā)泡泡機(jī)機(jī)混混合合器器中中。。其其它它組組分分則則從從另另一一槽槽用用計(jì)計(jì)量量泵泵同同時(shí)時(shí)送送入入混混合合器器中中。。經(jīng)經(jīng)過過劇劇烈烈攪攪拌拌(4000一一6000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)／／分分)混混合合后后，，即即可可由由混混合合器器內(nèi)內(nèi)排排出出使使其其發(fā)發(fā)泡泡成成為為制制品品。。采采用用的的工工藝藝流流程程和和配配方方分分別別見見圖圖9——11及及表表9——13和和9——14。。4．．生生產(chǎn)產(chǎn)控控制制因因素素決決定定制制品品性性能能的的工工藝藝因因素素很很多多，，計(jì)計(jì)其其重重要要的的有有下下列列四四種種：：(1)原原料料用用量量比比應(yīng)滿滿足足以以下下關(guān)關(guān)系系(水水的的當(dāng)當(dāng)量量數(shù)數(shù))十十(聚聚酯酯或或聚聚醚醚樹樹脂脂當(dāng)當(dāng)量量數(shù)數(shù))＝＝(異異氰氰酸酸酯酯的的當(dāng)當(dāng)量量數(shù)數(shù))。。實(shí)實(shí)踐踐證證明明，，