聚丙烯树脂发泡工艺概述

泡塑产业

聚丙烯树脂发泡工艺概述

聚丙烯发泡材料的制备工艺主要包括连续挤出发泡、釜压发泡、注塑发泡、模压发泡等。

1）挤出发泡

挤出发泡是指聚丙烯物料首先通过挤出机系统的螺杆输送段进入熔融段时，在双螺杆混合剪切的作用下，聚丙烯与发泡剂混合塑化充分形成聚丙烯/发泡剂均相体系，然后在螺杆的输送下将均相体系通过机头挤出， 在挤出后聚丙烯熔体压力迅速降低，导致溶解在熔体中的处于过饱和的发泡剂变得不稳定，从而瞬间形成大量的微小气泡核，下一步聚丙烯进入成型装置时气泡核不断增长、体积不断膨胀，最后泡孔稳定定型后得到聚丙烯发泡材料。目前， 超临界流体（如CO2、N2）挤出聚合物发泡被大家广泛应用，超临界流体具有发泡条件温和（温度31.1 ℃， 压力7.37 MPa）、传质系数较高、溶剂化能力强等特点， 在聚合物发泡中具有较大的溶解度和扩散系数，使得大量的发泡剂溶解在聚合物熔体中形成均相体系。采用CO2作为发泡剂对纳米黏土/聚丙烯复合体系进行挤出发泡实验研究。结果表明，CO2注气量对聚丙烯发泡材料的泡孔结构和发泡密度有着重要的影响， 当机头温度在157 ℃时可成型出质量最好的聚丙烯发泡片材。  

2）釜压发泡

釜压发泡是一种间歇式的发泡工艺，在一定时间和压力条件下，锅炉内的聚丙烯树脂在熔化状态和发泡剂形成一个均相体系，然后打开阀门使釜内压力迅速降低，聚合物/发泡剂体系相态发生变化，溶解于其中的发泡剂产生相分离引发泡孔成核、泡孔生长，最后泡孔稳定后得到发泡材料。这种方法简单，气泡形成率高，气泡控制方便，主要通过控制气泡温度、饱和压力、减压速度等工艺参数来控制气泡核中气泡的形成和生长，然后确定产品气泡的最终结构。使用釜压发泡法生产聚丙烯泡沫材料，发现聚丙烯晶体出现较晚，生长较慢，导致聚丙烯熔体减少。在发泡过程中，孔径形成得很小，并且孔密度很低。通过调节气泡的形状，平均孔径约为3.7 μm。基于高压釜的分批工艺，控制Ziegler–Natta 催化剂体系中不同反应阶段外部电子供体的种类和比例，通过直接聚合制备了膨胀聚丙烯（EPP）珠粒。与商业丙烯均聚物相比，高熔体强度具有较宽的分子量分布和较高的熔体强度，更高的熔体强度有助于控制发泡过程和蜂窝状结构。

3）注塑发泡

注塑发泡是快速将聚丙烯热熔体注入模具，利用聚丙烯/ 发泡剂混合物在快速的温度变化下形成均相体系，在模具上保持高背压以避免泡孔过度膨胀和撕裂，最后模具冷却后开模压力减小导致聚丙烯泡沫产品的形成，是一种间歇性的发泡方法。注塑发泡工艺具有节能、降低产品收缩等明显优点，近年来得到了越来越多的应用。通过采用注塑发泡工艺对聚丙烯发泡行为进行研究，包括研究发泡剂用量、种类及注射工艺参数等。此外，进一步加入低密度聚乙烯、低分子量聚丙烯和三元乙丙橡胶来对聚丙烯进行共混，最终可以注射成型得到性能优异的共混聚合物发泡材料。提高模具温度可以有效地改善注塑发泡制品的表面质量，但模具温度过高往往会导致泡沫质量的恶化。采用简单的熔融共混方法制备对温度不敏感的聚丙烯/高熔体强度聚丙烯（PP/HMSPP）复合材料， 采用化学发泡注射成型法制备了发泡PP/HMSPP 复合材料。分别用旋转流变仪和差示扫描量热仪研究了不同冷却速率下PP/HMSPP 复合材料的流变行为和结晶行为，并对其表面质量和力学性能进行了分析。结果表明， 当HMSPP 质量分数达到50%时，冷却速率对PP/HMSPP 复合材料流变行为的影响可以忽略不计。当模具温度从60 ℃ 提高到120 ℃时，表面质量显著提高，平均泡孔直径仅从15.92 μm 增加到19.03 μm， 拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别保持在24.15 MPa、38.11 MPa和3.24 kJ/m。这种对温度不敏感的PP/HMSPP复合发泡材料可用于指导聚丙烯注塑化学发泡工业的稳定生产。这项工作为未来研究其他聚合物泡沫产品在高模具温度下的改性提供了新的思路。

4）模压发泡

模压发泡是指首先将聚丙烯原料和化学发泡剂一起放入模具进行合模，然后将模压设备的模具加热到发泡所需的温度，等待发泡剂在熔体中扩散，保持一定的压力和时间后，打开模具瞬间气体膨胀得到发泡制品。与常规注射成型发泡工艺相比，模压发泡工艺具有泡孔质量稳定，泡孔结构不易出现较大形变的特点。一般聚丙烯发泡板材及发泡型材可以通过模压发泡法进行生产。采用一步法化学交联模压发泡的方法制备聚丙烯发泡材料，以过氧化二异丙苯为交联剂，三烯丙基异氰脲酸酯为交联促进剂， 偶氮二甲酰胺为发泡剂。最佳制备工艺条件为：交联剂用量为1.2 ~ 1.4 质量份，在130 ~ 140 ℃下原料塑化10 ~ 15 min，然后将平板硫化机的温度调至150 ~ 160 ℃， 保持25 ~ 30 min 模压，可得到力学性能优良的聚丙烯发泡材料，其发泡密度为190 ~ 240 g/cm3。