聚丙烯泡沫塑料的成型

聚丙烯泡沫塑料的成型、性能及其应用
以塑料为基本成分，通过物理或化学方法填充大量气泡，即可得到泡沫塑料。

与纯塑料相比，它具有密度小、比强度高、能量吸收能力强、隔音隔热性能好等一系列特点，已在交通运输、军工、航空航天、日用品等领域获得了广泛应用，如制作各种座垫、衬垫、床垫、梳芯、保温隔热材料、包装材料、防撞防震材料、装饰材料及建筑材料等。

随着人们对泡沫塑料认识的进一步加深，新的品种将不断地被开发出来，其应用范围将进一步得到拓展。

近年来，泡沫塑料的发展很快，在美国、日本、欧洲等国家和地区，无论是产量还是品种都在迅速增加。

已实现工业化生产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、环氧树脂、聚碳酸酯(PC)等。

聚丙烯(PP)性能较好，价格低廉，通过物理或化学发泡可以制得PP泡沫塑料，自1982年JSP公司首先开发成功PP泡沫塑料以来，目前在世界范围内已有JSP、BASF、GEFINEX等公司的多家工厂都在生产PP泡沫塑料，年销售量已达到数十万吨。

1 聚丙烯泡沫塑料的成型
根据泡沫塑料发泡成型中发泡动力的来源，一般可分为机械发泡、物理发泡、化学发泡三种类型。

机械发泡是借助于机械的强力搅拌，使气体均匀地混入树脂中形成气泡。

物理发泡则是借助于发泡剂在树脂中物理状态的改变，形成大量气泡。

化学发泡是依靠发泡剂发生化学变化时产生气体使树脂发泡。

PP发泡大多采用化学发泡，使用的发泡剂有偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酸二异丙酯等；亦可使用氮气作物理发泡剂进行物理发泡。

泡沫塑料的发泡过程一般可以分为二个阶段：首先是在塑料熔体或液体中形成大量均匀、细密的气泡核，然后再膨胀成为所要求的泡体结构，最后固化定型将泡体结构固定下来，得到泡沫塑料。

PP泡沫塑料常用的成型方法有挤出、注塑及模压成型等。

挤出成型是泡沫塑料成型加工的主要方法之一，一般的异型材、板材、管材、膜片、电缆绝缘层等发泡制品都采用挤出成型。

挤出成型过程中可以采用物理发泡或化学发泡两种发泡方法。

物理发泡主要采用一些碳氟化合物及其混合物，以及其它的低沸点液体，另外，直接注入气体的物理发泡法也在PP泡沫塑料的挤出成型过程中得到应用。

影响挤出成型发泡的工艺参数主要包括：挤出压力、挤出温度、物料在挤出机中的滞留时间、口模轴向压力等。

一般来说，随着挤出压力的增加，泡孔尺寸减小，泡孔数量增加；高质量的发泡体只是在较窄的温度范围内才可能获得。

熔体温度越高，聚合物熔体强度越低，泡内的发泡压力就可能超过泡沫表面张力从而使泡体破裂。

必须根据特定的聚合物体系进行优化，确定一个适宜的发泡温度。

延长物料在挤出机内的滞留时间，会使气泡的数目增加。

注射发泡成型法属于一次成型法，可简化泡沫塑料制品的制造工序，其特点是产量高、质量好，特别适用于形状比较复杂、尺寸精度要求较高的制品。

影响注射成型泡沫塑料制品质量的主要有材料配方、成型设备及工艺条件三个因素。

在材料配方和成型设备确定后，决定制品性能的主要因素是工艺条件。

压力、温度和时间是最重要的工艺条件。

聚合物熔体中所溶解的气体能否游离出来形成气泡，熔体中已形成的气泡能否稳定，这两点与熔体压力密切相关，因为熔体的压力直接影响气体在熔体中的溶解度。

当熔体所受外界压力增加，气体在熔体中溶解度增加，熔体中过饱和气体量减少，气泡的半径减小。

压力的改变对熔体中气泡的增长或塌陷的影响非常敏感，通过控制压力来调节发泡过程是非常有效的。

聚合物的物理状态是温度的函数，确定适宜的温度，对发泡成型非常重要，与温度相关的主要工艺参数为料筒温度、模具温度。

-般来说，提高熔体的出口温度有利于气泡的增长，但如果熔体温度过高，不仅会导致聚合物降解，还会引起熔体粘度下降。

总的来说，熔体温度高，气泡直径增大，气泡数量减少。

制品的发泡倍数一般随模温的降低而下降，提高模温可以改善熔体在模具中的流动条件，还可以改善制品的表面质量，提高制品的发泡倍数。

但是冷却定型的时间将延长，不利于提高劳动生产效率。

注射速率对发泡制品的泡孔均匀性、发泡倍数及表面
质量都有较大的影响。

聚合物熔体高速充模，可以获得大小均匀的泡孔，提高注射速率可以明显增大制品的发泡倍数。

PP泡沫塑料还可以通过模压成型工艺成型制品，泡沫塑料的模压成型工艺可分为一步法和二步法。

一步法的发泡过程是一次性完成的，物料经配料混合后，模压成型坯，然后加热加压发泡制得泡沫塑料制品。

二步法的基本程序与一步法相似，一次发泡后，一部分发泡剂分解使物料部分发泡，随之冷却，趁热在常压下进行第二次发泡。

由于二步法发泡时物料的膨胀速率大大降低，发泡倍数可以加大。

具体的模压成型方法有多种，可视原材料的形成、制品的情况而定。

比较典型的一种方法是PP发泡粒子的模压熔结成型，先将闭孔的发泡PP加入模具中，压入气体，然后通入水蒸 气，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艺包括五个步骤：
(1)充模将多孔的泡沫PP粒子输入模腔中，通过加压使多孔粒子压缩。

(2)成型模腔中的泡沫PP粒子经水蒸气加热，胀大并熔融。

根据泡沫PP粒子的品种来选择水蒸气的入口压力，一般控制在0.25-0.42MPa范围内。

(3)冷却定型为了保证制品脱模后不至于胀大或裂开，应冷却至适当的温度方能开模，脱模时间取决于PP泡沫塑料的密度及制品的壁厚。

(4)脱模制品通过机械方法或压缩空气脱模。

(5)后处理制品在80℃的环境中放置6h以上，进行热处理并除去所吸水分。

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状，以非交联闭孔为主要结构。

Neopolen P的制品质量轻，吸收冲击载荷的能力强，发生形变后回复率高，抗变形能力及变形后的回复与方向无关，吸水率低，耐腐蚀性好，耐热及隔热性强。

Neopolen P系列产品一般以粒子的形式供货，其密度为20-85kg/m3，不含氟利昂等有害发泡剂，可用于接触食物的场合，在一定的程度内可重复使用，干净的回收料可再次用于注塑或挤出。

JSP公司的PP泡沫塑料也不含氟利昂等有害发泡剂，可回收，质量轻，吸收冲击能量的能力优异，隔热、阻燃性和尺寸稳定性好，耐腐蚀性强。

GEFINEX化工有限公司的VESTOCELL系列PP泡沫塑料也不含氟利昂发泡剂，容易成型，在较宽的温度范围内均具有优良的冲击性能和良好的形状恢复能力，吸水率低，隔热及耐老化性能好，耐磨性及耐腐蚀性优良，材料可以回收。

3 聚丙烯泡沫塑料的应用
PP泡沫塑料在汽车制造业中可用作保险杆芯、侧护板、门内板吸能保护垫、缓冲垫、头梳、遮阳板、工具箱等。

作为包装材料可用于易碎物品和需防震的精密仪器的包装，使其在颠簸的运输过程中免遭损伤及破坏。

作为安全防护材料可用作各种安全头盔。

另外，还可作为保温、隔音效果好的建筑材料应用于建筑行业。

据不完全统计，美国1999年PP泡沫塑料的消耗量为3.5万t，欧洲为1.7万t，日本为1万t，亚洲其它国家为0.7万t。

JSP公司在世界各地建有多家生产PP泡沫塑料产品的工厂，其PP泡沫塑料产品在世界范围内占有很大的市场份额，在美国占有70％的市场，在欧洲占有40％的市场，在日本占有60%的市场，在亚洲其它国家占有50％的市场。

美国将JSP公司的PP泡沫塑料主要用来制造汽车零部件，1996年已有63种(其中通用29种、克莱斯勒13种、福特8种)PP泡沫塑料的汽车零件进入汽车零部件市场。

欧洲将JSP公司60％的PP泡沫塑料用于汽车零部件的制造，其余40％主要用于包装行业。

1996年采用PP泡沫塑料制造的汽车零部件有25种，其中奔驰3种、大众5种、欧宝6种。

日本使用JSP公司的PP泡沫塑料制造的汽车零部件达57种，其中尼桑17种、丰田15种、本田16种。

亚洲其它国家将JSP公司70％的PP泡沫塑料用于汽车零部件的制造，30％左右用于包装制品。