PP泡沫塑料的成型加工性能和應(yīng)用方法

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2014-11-06 08:48:45點(diǎn)擊率：

　　以塑料為基本成分，通過物理或化學(xué)方法填充大量氣泡，即可得到泡沫塑料。與純塑料相比，它具有密度小、比強(qiáng)度高、能量吸收能力強(qiáng)、隔音隔熱性能好等一系列特點(diǎn)，已在交通運(yùn)輸、軍工、航空航天、日用品等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，如制作各種座墊、襯墊、床墊、梳芯、保溫隔熱材料、包裝材料、防撞防震材料、裝飾材料及建筑材料等。隨著人們對(duì)泡沫塑料認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步加深，新的品種將不斷地被開發(fā)出來，其應(yīng)用范圍將進(jìn)一步得到拓展。

　　近年來，泡沫塑料的發(fā)展很快，在美國、日本、歐洲等國家和地區(qū)，無論是產(chǎn)量還是品種都在迅速增加。已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的泡沫塑料有聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PUR)、ABS、酚醛、脲醛、環(huán)氧樹脂、聚碳酸酯(PC)等。聚丙烯(PP)性能較好，價(jià)格低廉，通過物理或化學(xué)發(fā)泡可以制得PP泡沫塑料，自1982年JSP公司首先開發(fā)成功PP泡沫塑料以來，目前在世界范圍內(nèi)已有JSP、BASF、GEFINEX等公司的多家工廠都在生產(chǎn)PP泡沫塑料，年銷售量已達(dá)到數(shù)十萬噸。

　　1 聚丙烯泡沫塑料的成型

　　根據(jù)泡沫塑料發(fā)泡成型中發(fā)泡動(dòng)力的來源，一般可分為機(jī)械發(fā)泡、物理發(fā)泡、化學(xué)發(fā)泡三種類型。機(jī)械發(fā)泡是借助于機(jī)械的強(qiáng)力攪拌，使氣體均勻地混入樹脂中形成氣泡。物理發(fā)泡則是借助于發(fā)泡劑在樹脂中物理狀態(tài)的改變，形成大量氣泡。化學(xué)發(fā)泡是依靠發(fā)泡劑發(fā)生化學(xué)變化時(shí)產(chǎn)生氣體使樹脂發(fā)泡。PP發(fā)泡大多采用化學(xué)發(fā)泡，使用的發(fā)泡劑有偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酸二異丙酯等;亦可使用氮?dú)庾魑锢戆l(fā)泡劑進(jìn)行物理發(fā)泡。

　　泡沫塑料的發(fā)泡過程一般可以分為二個(gè)階段：首先是在塑料熔體或液體中形成大量均勻、細(xì)密的氣泡核，然后再膨脹成為所要求的泡體結(jié)構(gòu)，固化定型將泡體結(jié)構(gòu)固定下來，得到泡沫塑料。

　　PP泡沫塑料常用的成型方法有擠出、注塑及模壓成型等。

　　擠出成型是泡沫塑料成型加工的主要方法之一，一般的異型材、板材、管材、膜片、電纜絕緣層等發(fā)泡制品都采用擠出成型。擠出成型過程中可以采用物理發(fā)泡或化學(xué)發(fā)泡兩種發(fā)泡方法。物理發(fā)泡主要采用一些碳氟化合物及其混合物，以及其它的低沸點(diǎn)液體，另外，直接注入氣體的物理發(fā)泡法也在PP泡沫塑料的擠出成型過程中得到應(yīng)用。影響擠出成型發(fā)泡的工藝參數(shù)主要包括：擠出壓力、擠出溫度、物料在擠出機(jī)中的滯留時(shí)間、口模軸向壓力等。一般來說，隨著擠出壓力的增加，泡孔尺寸減小，泡孔數(shù)量增加;高質(zhì)量的發(fā)泡體只是在較窄的溫度范圍內(nèi)才可能獲得。熔體溫度越高，聚合物熔體強(qiáng)度越低，泡內(nèi)的發(fā)泡壓力就可能超過泡沫表面張力從而使泡體破裂。必須根據(jù)特定的聚合物體系進(jìn)行優(yōu)化，確定一個(gè)適宜的發(fā)泡溫度。延長物料在擠出機(jī)內(nèi)的滯留時(shí)間，會(huì)使氣泡的數(shù)目增加。$$分頁$$

　　注射發(fā)泡成型法屬于一次成型法，可簡化泡沫塑料制品的制造工序，其特點(diǎn)是產(chǎn)量高、質(zhì)量好，特別適用于形狀比較復(fù)雜、尺寸精度要求較高的制品。影響注射成型泡沫塑料制品質(zhì)量的主要有材料配方、成型設(shè)備及工藝條件三個(gè)因素。在材料配方和成型設(shè)備確定后，決定制品性能的主要因素是工藝條件。壓力、溫度和時(shí)間是重要的工藝條件。聚合物熔體中所溶解的氣體能否游離出來形成氣泡，熔體中已形成的氣泡能否穩(wěn)定，這兩點(diǎn)與熔體壓力密切相關(guān)，因?yàn)槿垠w的壓力直接影響氣體在熔體中的溶解度。當(dāng)熔體所受外界壓力增加，氣體在熔體中溶解度增加，熔體中過飽和氣體量減少，氣泡的半徑減小。壓力的改變對(duì)熔體中氣泡的增長或塌陷的影響非常敏感，通過控制壓力來調(diào)節(jié)發(fā)泡過程是非常有效的。聚合物的物理狀態(tài)是溫度的函數(shù)，確定適宜的溫度，對(duì)發(fā)泡成型非常重要，與溫度相關(guān)的主要工藝參數(shù)為料筒溫度、模具溫度。-般來說，提高熔體的出口溫度有利于氣泡的增長，但如果熔體溫度過高，不僅會(huì)導(dǎo)致聚合物降解，還會(huì)引起熔體粘度下降?？偟膩碚f，熔體溫度高，氣泡直徑增大，氣泡數(shù)量減少。制品的發(fā)泡倍數(shù)一般隨模溫的降低而下降，提高模溫可以改善熔體在模具中的流動(dòng)條件，還可以改善制品的表面質(zhì)量，提高制品的發(fā)泡倍數(shù)。但是冷卻定型的時(shí)間將延長，不利于提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。注射速率對(duì)發(fā)泡制品的泡孔均勻性、發(fā)泡倍數(shù)及表面質(zhì)量都有較大的影響。聚合物熔體高速充模，可以獲得大小均勻的泡孔，提高注射速率可以明顯增大制品的發(fā)泡倍數(shù)。

　　PP泡沫塑料還可以通過模壓成型工藝成型制品，泡沫塑料的模壓成型工藝可分為一步法和二步法。一步法的發(fā)泡過程是一次性完成的，物料經(jīng)配料混合后，模壓成型坯，然后加熱加壓發(fā)泡制得泡沫塑料制品。二步法的基本程序與一步法相似，一次發(fā)泡后，一部分發(fā)泡劑分解使物料部分發(fā)泡，隨之冷卻，趁熱在常壓下進(jìn)行第二次發(fā)泡。由于二步法發(fā)泡時(shí)物料的膨脹速率大大降低，發(fā)泡倍數(shù)可以加大。具體的模壓成型方法有多種，可視原材料的形成、制品的情況而定。比較典型的一種方法是PP發(fā)泡粒子的模壓熔結(jié)成型，先將閉孔的發(fā)泡PP加入模具中，壓入氣體，然后通入水蒸氣，使粒子熔融，形成制品。

　　BASP、公司的Neopolen P系列PP泡沫塑料典型的成型工藝包括五個(gè)步驟：

　　(1)充模將多孔的泡沫PP粒子輸入模腔中，通過加壓使多孔粒子壓縮。

　　(2)成型模腔中的泡沫PP粒子經(jīng)水蒸氣加熱，脹大并熔融。根據(jù)泡沫PP粒子的品種來選擇水蒸氣的入口壓力，一般控制在0.25-0.42MPa范圍內(nèi)。

　　(3)冷卻定型為了保證制品脫模后不至于脹大或裂開，應(yīng)冷卻至適當(dāng)?shù)臏囟确侥荛_模，脫模時(shí)間取決于PP泡沫塑料的密度及制品的壁厚。

　　(4)脫模制品通過機(jī)械方法或壓縮空氣脫模。$$分頁$$

　　(5)后處理制品在80℃的環(huán)境中放置6h以上，進(jìn)行熱處理并除去所吸水分。

　　2 聚丙烯泡沫塑料的性能

　　BASF公司的Neopolen P系列泡沫塑料的粒子呈球狀，以非交聯(lián)閉孔為主要結(jié)構(gòu)。Neopolen P的制品質(zhì)量輕，吸收沖擊載荷的能力強(qiáng)，發(fā)生形變后回復(fù)率高，抗變形能力及變形后的回復(fù)與方向無關(guān)，吸水率低，耐腐蝕性好，耐熱及隔熱性強(qiáng)。

　　Neopolen P系列產(chǎn)品一般以粒子的形式供貨，其密度為20-85kg/m3，不含氟利昂等有害發(fā)泡劑，可用于接觸食物的場合，在一定的程度內(nèi)可重復(fù)使用，干凈的回收料可再次用于注塑或擠出。

　　JSP公司的PP泡沫塑料也不含氟利昂等有害發(fā)泡劑，可回收，質(zhì)量輕，吸收沖擊能量的能力優(yōu)異，隔熱、阻燃性和尺寸穩(wěn)定性好，耐腐蝕性強(qiáng)。

　　GEFINEX化工有限公司的VESTOCELL系列PP泡沫塑料也不含氟利昂發(fā)泡劑，容易成型，在較寬的溫度范圍內(nèi)均具有優(yōu)良的沖擊性能。

　　PP泡沫塑料在汽車制造業(yè)中可用作保險(xiǎn)桿芯、側(cè)護(hù)板、門內(nèi)板吸能保護(hù)墊、緩沖墊、頭梳、遮陽板、工具箱等。作為包裝材料可用于易碎物品和需防震的精密儀器的包裝，使其在顛簸的運(yùn)輸過程中免遭損傷及破壞。作為安全防護(hù)材料可用作各種安全頭盔。另外，還可作為保溫、隔音效果好的建筑材料應(yīng)用于建筑行業(yè)。

　　據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，美國1999年P(guān)P泡沫塑料的消耗量為3.5萬t，歐洲為1.7萬t，日本為1萬t，亞洲其它國家為0.7萬t。JSP公司在世界各地建有多家生產(chǎn)PP泡沫塑料產(chǎn)品的工廠，其PP泡沫塑料產(chǎn)品在世界范圍內(nèi)占有很大的市場份額，在美國占有70%的市場，在歐洲占有40%的市場，在日本占有60%的市場，在亞洲其它國家占有50%的市場。美國將JSP公司的PP泡沫塑料主要用來制造汽車零部件，1996年已有63種(其中通用29種、克萊斯勒13種、福特8種)PP泡沫塑料的汽車零件進(jìn)入汽車零部件市場。歐洲將JSP公司60%的PP泡沫塑料用于汽車零部件的制造，其余40%主要用于包裝行業(yè)。1996年采用PP泡沫塑料制造的汽車零部件有25種，其中奔馳3種、大眾5種、歐寶6種。日本使用JSP公司的PP泡沫塑料制造的汽車零部件達(dá)57種，其中尼桑17種、豐田15種、本田16種。亞洲其它國家將JSP公司70%的PP泡沫塑料用于汽車零部件的制造，30%左右用于包裝制品。

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