一、什么是發(fā)泡塑料？

發(fā)泡塑料是以熱塑性或熱固性樹脂為基體，其內(nèi)部具有無數(shù)微小氣孔的塑料。發(fā)泡是塑料加工的重要方法之一，塑料發(fā)泡得到的泡沫塑料含有氣固兩項(xiàng) - 氣體和固體。

氣體以泡孔的形式存在于泡沫體中，泡孔與泡孔互相隔絕的稱為閉孔，連通的稱為開孔，從而有閉孔泡沫塑料和開孔泡沫塑料之分。泡沫結(jié)構(gòu)的開孔或閉孔是由原材料性能及其加工工藝所決定的。

二、塑料發(fā)泡的歷史

塑料發(fā)泡的技術(shù)淵源久遠(yuǎn)：最早是20年代初期的泡沫膠木，用類似制造泡沫橡膠的方法制取；30年代出現(xiàn)硬質(zhì)聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫；40年代有聚乙烯、聚氯乙烯、環(huán)氧樹脂、酚醛泡沫；50年代則有可發(fā)性聚苯乙烯泡沫和軟質(zhì)聚氨酯泡沫。現(xiàn)在，基本上所有的塑料，包括熱塑性和熱固性的都可以發(fā)泡為泡沫塑料。

工業(yè)上的制備方法有：擠出發(fā)泡、注塑發(fā)泡、模塑發(fā)泡、壓延發(fā)泡、粉末發(fā)泡和噴涂發(fā)泡等等。其中，注塑發(fā)泡是最重要的成型方法之一，我們今天講講注塑成型發(fā)泡。

三、發(fā)泡劑

發(fā)泡劑可簡單粗分為物理發(fā)泡劑與化學(xué)發(fā)泡劑兩類。

1）物理發(fā)泡劑

對物理發(fā)泡劑的要求是 ：無毒、無臭、無腐蝕作用、不燃燒、熱穩(wěn)定性好、氣態(tài)下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、氣態(tài)時(shí)在塑料熔體中的擴(kuò)散速度低于在空氣中的擴(kuò)散速度。

水泥發(fā)泡劑

常用的物理發(fā)泡劑有空氣、氮?dú)狻⒍趸肌⑻細(xì)浠衔铩⒎旱?。

2）化學(xué)發(fā)泡劑

化學(xué)發(fā)泡劑是一種受熱能釋放出氣體諸如氮?dú)狻⒍趸嫉鹊奈镔|(zhì)，對化學(xué)發(fā)泡劑的要求是 ：其分解釋放出的氣體應(yīng)為無毒、無腐蝕性、不燃燒、對制品的成型及物理、化學(xué)性能無影響，釋放氣體的速度應(yīng)能控制，發(fā)泡劑在塑料中應(yīng)具有良好的分散性。

化學(xué)發(fā)泡劑有哪些呢？應(yīng)用比較廣泛的有無機(jī)發(fā)泡劑如碳酸氫鈉和碳酸銨，有機(jī)發(fā)泡劑如偶氮甲酰胺和偶氮二異丁腈。

四、發(fā)泡原理

發(fā)泡工藝的原理有兩種，物理發(fā)泡和化學(xué)發(fā)泡

1、物理發(fā)泡法

簡單地講，就是利用物理的方法來使塑料發(fā)泡，一般有三種方法：

（1）先將惰性氣體在壓力下溶于塑料熔體或糊狀物中，再經(jīng)過減壓釋放出氣體，從而在塑料中形成氣孔而發(fā)泡；

（2）通過對溶入聚合物熔體中的低沸點(diǎn)液體進(jìn)行蒸發(fā)使之汽化而發(fā)泡；

（3）在塑料中添加空心球而形成發(fā)泡體而發(fā)泡等。

物理發(fā)泡法所用的物理發(fā)泡劑成本相對較低，尤其是二氧化碳和氮?dú)獾某杀镜停帜茏枞肌o污染，因此應(yīng)用價(jià)值較高；而且物理發(fā)泡劑發(fā)泡后無殘余物，對發(fā)泡塑料性能的影響不大。但是它需要專用的注塑機(jī)以及輔助設(shè)備，技術(shù)難度很大。

2、化學(xué)發(fā)泡法

化學(xué)發(fā)泡法是利用化學(xué)方法產(chǎn)生氣體來使塑料發(fā)泡：對加入塑料中的化學(xué)發(fā)泡劑進(jìn)行加熱使之分解釋放出氣體而發(fā)泡；另外也可以利用各塑料組分之間相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放出的氣體而發(fā)泡。

采用化學(xué)發(fā)泡劑進(jìn)行發(fā)泡塑料注塑的工藝基本上與一般的注塑工藝相同。塑料的加熱升溫、混合、塑化及大部分的發(fā)泡膨脹都是在注塑機(jī)中完成的。

總之，不論選取哪一種塑料原料，也不論采用哪一種發(fā)泡方法，其發(fā)泡過程一般都要經(jīng)過形成氣泡核，氣泡核膨脹，泡體固化定型等階段。

五、微孔發(fā)泡成型技術(shù)

1、基本原理

微孔發(fā)泡成型過程可分成三個(gè)階段：

1、 首先是將超臨界流體(二氧化碳或氮?dú)?溶解到熱融膠中形成單相溶體；

2、 然后通過開關(guān)式射嘴射人溫度和壓力較低的模具型腔，由于溫度和壓力降低引發(fā)分子的不穩(wěn)定性從而在制品中形成大量的氣泡核；

3、 這些氣泡核逐漸長大生成微小的孔洞。

圖 2 微泡成型過程

發(fā)泡后的制品橫切面放大圖如下，我們從中可以明顯看到表層還是未發(fā)泡的實(shí)體層，這是由于模具溫度較低，表面樹脂冷卻迅速，細(xì)胞核沒有成長的時(shí)間，所以還是未發(fā)泡的實(shí)體。

圖 3 發(fā)泡體的結(jié)構(gòu)

2、MuCell的加工流程

我們來看一下MuCell的運(yùn)作流程圖：

首先氮?dú)饣蚨趸冀?jīng)過超臨界流體控制系統(tǒng)產(chǎn)生超臨界流體，再輸出到射入界面，通過射入界面打入注塑機(jī)螺桿的攪拌區(qū)，熱熔膠和超臨界流體在攪拌區(qū)內(nèi)充分溶解形成單相溶體，并在一定的恒定壓力下保持下來，當(dāng)注塑機(jī)發(fā)出射膠指令時(shí)，開關(guān)式射嘴將會打開將單相溶體射人模具的型腔中，形成微孔發(fā)泡產(chǎn)品。

圖 4 Mucell技術(shù)流程

3、工藝特點(diǎn)

使用MuCell必須在注塑機(jī)上裝上特別的螺桿和炮筒，工藝特點(diǎn)如下：

• 螺桿具有特殊的螺紋設(shè)計(jì)

超臨界流體被射人攪拌區(qū)后，需要特殊螺紋來切碎超臨界流體，使之與熱熔膠充分溶解從而形成單相融體。

• 單相融體必須保持在一定的高壓下才不會離析

Trexel注塑機(jī)的螺筒有單向止逆閥和開關(guān)式射嘴設(shè)計(jì)，從而在螺筒前端的射出段形成一個(gè)密閉高壓區(qū)間。下圖用汽水瓶形象地進(jìn)行了說明：注射時(shí)，開關(guān)式射嘴打開，就如同汽水瓶的蓋子被打開一樣，單相融體瞬間注人模具型腔開始發(fā)泡。

圖5 Mucell注塑工藝

用戶也可以在現(xiàn)有注塑機(jī)上進(jìn)行升級，更換為Trexel特制的設(shè)備，如螺桿、螺筒，加裝注射器和射入界面系統(tǒng)，外接一個(gè)超臨界流體控制器來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，也可以購買一些品牌已整和了這些特制部件的新注塑機(jī)。

MuCell的螺桿和螺筒是定制件，考慮與注塑機(jī)規(guī)格的配合，一般選用相若的螺桿直徑，長徑比通常是22：1或24：1，比普通的較長些。值得一提的是，加裝了MuCell之后，仍可以很方便切換回傳統(tǒng)注塑，用戶可以根據(jù)需求靈活安排生產(chǎn)。

4、MuCelI微孔發(fā)泡技術(shù)降低成本

MuCell成型具有很多的特點(diǎn)：樹脂黏度降低令流體的流動性更高，這樣可以減低溶膠的溫度，模溫和射膠壓力低，塑件穩(wěn)定，成型視窗大。MuCell工藝通過下列途徑降低了生產(chǎn)的成本：

• 可以采用較低的壓力注塑更平整、更筆直、尺寸更穩(wěn)定，而沒有縮水的部件；

• 提高了注塑工藝水平，減少了注塑和裝配的不良率；

• 因尺寸更穩(wěn)定，可減少模具尺寸反復(fù)修改，從而降低模具設(shè)計(jì)和制造成本；

• 降低鎖模力40-80％，減少毛邊，降低能耗，延長了模具壽命；

• 可以考慮使用更低噸位的注塑機(jī)或使用多模腔；

• 注塑周期縮短20-30％，增加生產(chǎn)效率，降低能耗，從而降低運(yùn)營成本；

• 一般減少材料用量8-15％，更可以設(shè)計(jì)具有薄壁結(jié)構(gòu)的制品來更加降低制品的材料成本；

• 一些金屬部件可以用塑膠件取代，可以設(shè)計(jì)厚度變化比較大的產(chǎn)品。

歡迎您加入微信群探討，長按識別二維碼即可，也可以搜索群主微信：aibanggaofenzi

閱讀原文也可以加入微信群

始發(fā)于微信公眾號：艾邦高分子