《泡沫塑料的成型》PPT课件.ppt
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1、第四章 泡沫塑料的成型Foamed Plastics,4-1 概述4-2 泡沫塑料的发泡方法及原理4-3 泡沫塑料的成型工艺,4.1 概述,泡沫塑料是以树脂为基础内部具有无数微孔性气体的塑料制品,又称为多孔性塑料。由于气孔的存在,它具有密度低(10500Kg/m3)、隔音、隔热、防震等特点。广泛用于包装、防震、漂浮、运动、过滤材料。,泡沫塑料的结构与特性,泡沫塑料是以合成树脂为基体,加入发泡剂及其它添加剂,经发泡作用形成的一种具有细孔梅绵状结构的物质。一般气泡的直径在50500m之间,气泡膜厚度在l10m之间,在lcm3泡沫塑料中有8008000万个气泡。,Structure of expan
2、ded polystyrene(microscope)Styropor bei ca.200 fach mit Polfilter.Ausschnitt ca:500m x 500m,泡沫塑料因其密度和结构的不同,性能也有所差异,从包装的角度来看,泡沫塑料一般具有以下特性:1、密度很小,一般在0.02o.2g/cm3之间,因此重量很轻,原 料消耗少,既减少包装重量,降低运输费用,成本也不高。2、具有极好的冲击吸收性能,防震效果极好,能有效地保护被包装物品。3、机械性能好,有较好的抗压强度和回弹性能,特别是它可根据被包装物品的重量等要求来选择性能不同的泡沫塑料。4、化学稳定性好,对酸、碱,盐等化
3、学药品均有较强的抗力,自身pH值处于中性,不会腐蚀包装物品。,5、加工性能优良,既可以制成不同密度的软质和硬质泡沫塑料,又可以按包装物品的外形、尺寸模压成各种包装容器,还可以把泡沫板(块)材用多种粘合剂粘接,制成各种缓冲结构材料。6、有很好的耐水性和很低的吸湿性,即使在较湿的情况下也不会出现变形和毁体,影响其吸收外力的能力。7、对温度的变化有相当好的稳定性,完全可以满足一般正常包装的要求.8、由于泡沫塑料中含有大量微小气泡,故绝热性能优良,可作绝热材料,也可用于绝热包装。,泡沫塑料的分类,软质泡沫塑料:弹性模量E 700MPa半硬质泡沫塑料:70MPa E700MPa,1、按软硬程度分(即机械
4、强度分),2、按泡孔结构分,开孔泡沫塑料(open 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,低发泡泡沫塑料:密度小于0.1gcm3气体固体发泡倍率9.0,3、按制品密度分,此外,还有结构泡沫塑料Structure foam 和组合性泡沫塑料Integral foamm之称,前者具有不发泡或少发泡的皮层,常见泡沫塑料分类,4.2 泡沫塑料的发泡方法及原理,一、泡沫塑料的发泡方法(一)物理发泡法1、惰性气体发泡法 利用氮气、二氧化碳等无色无臭、化学活性较弱,很难与其它元素化合的惰性气体,在较高压
5、力下,使其溶于熔融状态聚合物或糊状复合物中,而后在减压下使溶解气体释放出而发泡。,2、低沸点的液体发泡法低沸点液体在高压下,压入熔态聚合物中,或掺入聚合物颗粒中,而后再减压或加热,使其在聚合物中汽化和发泡。目前作为发泡剂使用的低沸点液体有:脂肪族碳氢化合物如丙烷、丁烷等;含氯和含氟的脂肪族的碳氢化合物如一氯甲烷、二氯甲烷、三氯氟甲烷(氟里昂)等对大气臭氧层破坏,目前已限制使用。它们的沸点大都在100以下。,常用作为发泡剂的低沸点液体,3、固态空心球 先将微型(D=20 250 m,壁厚2 3 m)的空心玻璃球、空心陶瓷微球或空心塑料(例如酚醛树脂)微球埋入熔融的聚合物或液态的热固性树脂中,而后
6、使其通过冷却或者交联作用而成为泡沫体。,物理发泡法的优点:操作中毒性小;发泡剂的原料成本低;没有发泡剂留下的残渣,因而对泡沫塑料性能无严重影响。物理发泡法的缺点:某些过程所用设备投资较大。工业上常用的是惰性气体发泡法和低沸点的液体发泡法。,(二)化学发泡法,用于发泡的气体是由混合原料中的某些组分在成型过程中通过化学作用产生的。1、化学发泡剂发泡法发泡气体是由特意加入的热分解物质(称为化学发泡剂)在受热时产生的。这种方法的特点是:所用设备通常都不很特殊和复杂,且适用于大部分热塑性塑料的发泡,因此应用广泛。,a.逸出气体的温度范围应比较狭窄而固定;b.逸出气体的速率应能控制,而且不受压力的影响和相
7、当快的速率;c.逸出的气体没有腐蚀性,最好是氮气,其次是二氧化碳;d.发泡剂应能均匀地分散在原料中;e.发泡剂和其分解后的残余物不应有毒性,并且对塑料的熔融和硬化都无影响;f.发泡剂在分解时不应大量放热;g.价格便宜,运输和储藏中稳定;h.分解的残余物应无色、无味、无毒,应能与塑料混溶,并且对制品性能无影响。,发泡剂应具备求要求,目前工业上常用的发泡剂:无机发泡剂常用的有碱金属的碳酸盐和碳酸氢盐,如:碳酸铵和碳酸氢钠等,它们的优点是价廉,不会降低塑料的耐热性,因为对聚合物无增塑作用。它们的缺点是不能与塑料混溶,很难在塑料中均匀分布,并且分解气体的速率严重受压力的影响。有机发泡剂常用的是一些加热
8、后分解放出氮气一些物质,如:偶氮二甲酰氨(AC)、偶氮二异丁腈等,氮气的化学行为比较迟钝,它对大多数聚合物的渗透性比氧气、二氧化碳、氨气都要小,在有机聚合物中有较大的分散性。但是,绝大多数发泡剂都是易燃和可能发生爆炸的物质,甚至还可能放出有毒气体,因此必须保存于阴冷、干燥、通风好的场所。,几种优良发泡剂的性能,2、发泡组分间相互作用析出气体发泡法,发泡气体是形成聚合物的组分相互作用所产生的副产物,或者是形成聚合物的组分与其它物质作用的生成物。工业上用这种方法生产的主要有聚氨基甲酸酯泡沫塑料,它是由异氰酸酯与聚酯或聚醚反应所析出的二氧化碳,还有用苯酚与甲醛缩聚反应所生成的水泡来制造酚醛泡沫塑料.
9、,它是用强烈的搅拌使空气卷入树脂的溶液、乳液或悬浮体中,使其形成均匀的泡沫物,而后再通过物理和化学变化使其稳定。而成为泡沫塑料。为缩短时间,可同时通入空气和加入乳化剂或表面活性剂。用这种方法生产的有软PVC和脲甲醛泡沫塑料等。,3.机械发泡法,二、泡沫塑料的发泡原理,气发泡沫塑料的形成:是把气体溶解在液态聚合物中形成饱和溶液,然后通过成核作用生产泡沫。其泡沫的形成大体上分三个阶段:泡沫的形成、泡沫的增长、泡沫的稳定.,当气体在溶液中达饱和限度而形成过饱和溶液时,气体又从溶液中逸出形成气泡,形成气泡的过程就是成核作用。这时,除聚合物液相外,产生了新相气相,分散在聚合物中,成为泡沫。如果同时还存在
10、很小的固体粒子或很小的气泡,即所谓的第二分散相,就会有利于这一过程的形成。这种加入第二相的物质叫做“成核剂”。,(一)泡沫的形成,气泡形成之后,由于气泡内气体压力与半径成反比,气泡越小,内部的压力越大。当两个大小不同的气泡接近时,由于气体从小气泡扩散到大气泡,造成气泡合并,通过成核剂的作用增加了气泡的数量,加上气泡的膨胀扩大了泡孔的直径,从而泡沫得到增长。促使气泡增长的因素:溶解气体的增加;温度的升高;气体的膨胀;气泡的合并。阻碍气泡增长的因素:表面张力和塑料的黏度。降低塑料熔体的表面张力和黏度对泡沫增长有利。但是如果熔体的黏度过低,会使泡孔壁膜减薄,使泡孔易破裂。,(二)泡沫的增长,泡沫物是
11、热力学不稳定体,它不会持续很长时间,所以必须保证泡沫稳定。稳定泡沫的方法:一是利用表面活性剂,以降低其表面张力,有利于形成细泡,减少气体的扩散作用,使泡孔稳定;二是提高塑料熔体的黏度,防止泡壁进一步减薄来稳定泡沫。在发泡过程中,通过对物料的冷却或塑料的交联作用,都能提高塑料的熔体黏度。,(三)泡沫的稳定,4-3 泡沫塑料的成型方法简介,聚苯乙烯泡沫塑料的成型聚氯乙烯泡沫塑料聚乙烯泡沫塑料聚氨酯泡沫塑料,一.聚苯乙烯泡沫塑料的成型,聚苯乙烯泡沫塑料具有吸水性小,隔音、保湿、介电性优良等特点。密度在0.0150.02g/cm3用于包装材料;密度为0.020.05 g/cm3用于防水隔热材料;密度为
12、0.030.10g/cm3用于救生圈漂浮材料,聚苯乙烯泡沫塑料夹芯板,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,装璜造型,管道保温,聚苯乙烯泡沫塑料的成型方法很多,主要有模压法、可发性珠粒法和挤出发泡法。模压法是采用乳液法聚苯乙烯和热分解型发泡刑制得,是早期使用的方法,现在用的很少。目前大且使用的是可发性珠粒法和挤出发泡法。,(一)挤出发泡法,将粒状PS树脂送入挤出机中熔化,用高压加料器将液体发泡剂(二氯甲烷或氯甲烷)注入挤出机的熔化段。树脂与发泡剂经挤出螺杆转动而混合均匀,然后由口模挤出。发泡剂在减压下汽化,致使挤出物发泡而膨胀,最后经缓慢冷却与切割,即获得泡
13、沫塑料产品如板、棒、管以及异型产品。此法缺点是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。,(二)可发性聚苯乙烯泡沫塑料(EPS),Polystyrenes most common use is as expanded polystyrene(EPS).Expanded polystyrene is produced from a mixture of about 90-95%polystyrene and 5-10%gaseous blowing agent,most commonly pentane or carbon dioxide.,可发性聚苯
14、乙烯珠粒的制造,1、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,浸渍工艺参数:体系内压力不超过0.98MPa;料温8090,恒温412小时(由颗粒大小决定),降温至40以下出料,冷却后用自来水清洗、吹干。注意:不要烘干。设备简陋的厂也可以常温常压浸渍,所需时间长,发泡剂挥发量大。EPS珠粒要求:发泡剂含量约为6%(5.57.5),表观密度0.68g/cm3,颗粒的直径范围0.252mm。制造密度偏小的泡沫塑料制品时,宜用直径偏大的珠粒。注意可发性聚苯乙烯珠粒储
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