发泡成型原理介绍

polyfoam

        气泡的成型过程是首先将气体溶解在液态的聚合物中或聚合物加热到熔融态，同时产生气体并形成饱和溶液，然后通过成核作用形成无数的微小的泡核。所 以泡沫塑料的成型与定型一般分为3个阶段：气泡核的形成、气泡核的增长、气泡核的稳定。然后再膨胀成为具有所要求的泡沫体结构的泡沫体，最后，通过同化定 型将泡沫体的结构固定下来，得到泡沫塑料制品。这3个阶段的成型因素各不相同，下面将这3个阶段的成型机理及影响因素进行介绍。
气核的形成
        （1）气泡核形成的过程
塑 料发泡过程的初始阶段是在塑料熔体或液体中形成大量的气泡核，然后使气泡核膨胀成泡沫体。所谓气泡核就是指原始微气泡，也就是气体分子最初聚集的地方。在 聚合物液相中增添了气体相，气体分布在溶液中产生泡沫。如同时加入很细的固体粒子或微小的气泡核，就出现了作为气体的第二分散相，有利于泡沫的形成。所加 入的有利于泡沫形成的物质称为成核剂。若不加入成核剂就容易生成大孔泡沫。
气泡核的形成阶段对成型泡沫体的质量起着关键性的作用。若熔体中能同时 出现大量均匀分布的气泡核，则将有利于得到泡孔细密而均匀的气泡体；若在熔体只加入少撞的气泡核，则最终形成的泡沫体少而不均匀，泡沫体密度较大且质量也 较差—所以在发泡过程巾控制好气泡核的形成阶段是非常重要的。
        （2）气泡核形成的条件
把化学发泡剂（或气体）加入到熔融塑料或液体混合物 中，经过化学反应产生气体（或加入的气体）就会生成气-液溶液。随着生成气体的增加，溶液成为饱和状态，这时气体就会从溶液中逸出形成气泡核，这时溶液中 形成气液两相-气液溶液中形成气泡核的过程称为成核作用，成核有均相成核和异相成核之分。在实际生产中常加入成核剂以有利于成核作用能在较低的气体浓度下 发生，成核剂通常是微细的固体粒子或微小气孔。如果不加入成核剂就有可能形成粗孔。
        （3） 气泡的增长
       1）气泡的增长过程
       增加溶解气 体量，升高温度，使气体膨胀和气泡合并有利于促进泡沫增长，气体从小气泡中形成气泡后，气泡内气体压力与其半径成反比，气泡越小，内部压力就越高-当两个 尺寸大小不同的气泡靠近时气体从小气泡中扩散到大气泡巾使气泡合并。同时，通过成核剂的作用大大增加了气泡的数量，加上气泡膨胀使气泡的孔径扩大，这样使 泡沫不断胀大。所以，气泡形成后，气体受热膨胀后气泡之间的合并，促进气泡不断地增长。
       2）气泡增长的影响因素
       影响液体中气体膨胀的因 素很多，归纳起来可以分为两大类：一类是原材料，包括原材料的品种及用量，如发泡剂的类型、溶解度和扩散系数等；另一类是成型加工条件，包括成型工艺过 程、工艺条件和设备结构参数等，如成型的温度、压力、剪切速度和模头的几何参数等这类参数对气泡的膨胀有较大的影响。在气泡膨胀过程中，聚合物表面张力和 溶液的黏度是阻碍气泡增长的主要因素，这两种因素的作用程度要适当。但在整个发泡过程中，由于温度的升高，使塑料的熔融黏度降低，此时，因局部区域过热 （一般称为热点），或由于消泡剂的作用，使得熔体局部区域的表面张力降低，会促使泡孔壁膜减薄，甚至造成泡沫塑料的崩塌。
       要控制气泡的膨胀过程，必须了解气泡膨胀的动力和阻力及各影响因素相互之间的关系。影响气泡膨胀的因素很多，如聚合物的流变性能、发泡剂和成核剂的类型和用量、成型工艺及设备结构参数等。在气泡增加过程中，溶液的表面张力和黏度是阻碍气泡增长的重要因素。
       为 了得到泡孔均匀、细密、质轻的优质泡沫塑料，在发泡成型时，首先应在熔体中同时形成大量分布均匀的气泡核和过饱和气体。熔体中过饱和气体的总量与气泡核数 之比决定了气泡的大小。气泡表面积之和与熔体外表面积之比值越大，过饱和溶液从熔体中扩散到气泡表面进入气泡的量就越多。这样可以减少气体从熔体外表面散 失的量，提高了气体的利用率。假如气泡核的数量太少，就会使较多的气体从熔体的外表面散失到大气中，结果每个气泡核得到的气泡量可能会多一些，但是气体利 用率是低的。由此得到的泡沫体泡孔大、数量大、质量大，经济效益差。因此，要制得优质泡沫体，必须使大量气泡核和过饱和气体同时存在于熔体之中。
       （4）气泡的稳定
       气 液相共存的体系多数是不稳定的。在泡沫形成过程中，由于气泡的不断生成和膨胀，形成了无数的气泡，使得泡沫体系的体积和表面积增大，气泡壁厚度变薄，致使 泡沫体系不稳定；已经形成的气泡可以继续膨胀，或者气泡之间合并，或者出现气泡塌陷、破裂，这些现象的发生主要取决于气泡所处的条件。在发泡成型过程中， 要控制气孔的增大，使气孔稳定，可以采取下列措施：
       1）用适当的聚合物、发泡剂和其他配合剂。
       2）通过控制工艺过程的温度和各温度范围的时间来控制物料的表面张力、黏度和弹性模量。当气孔增大到一定程度，及时冷却使发泡物料的黏度和弹性模数高一些，流动性差一些，气孔就难以运动，难以合并而被稳定下来。
       3）对于橡胶和热固性塑料可以控制交联速度， 当物料中气孔增大到一定程度，及时使交联度达到足够高，从而大大提高黏度，降低流动性，使气孔稳定下来。
       4）对于有些热塑性塑料，适当加入一-些表面活性剂（如：硅油），降低树脂与气孔界面张力，也有利于稳定气孔。