泡沫塑料的发泡方法及原理

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项目三 泡沫塑料的成型工艺
二是将高分子量的乳液法聚合的粉状聚苯乙烯树脂、发泡剂及其他添加 剂的混合物，通过挤出机挤出发泡，再经冷却定型而成泡沫制品。
(一)可发性珠粒法 1.可发性聚苯乙烯珠粒的制造 采用的液体发泡剂大多是脂肪烃类化合物，如丁烷、正戊烷、异丁烷、
石油醚等。其珠粒的制造方法有一步法、一步半法和两步法。 (1)一步法:其是指发泡剂在聚合时加入的方法。 (2)一步半法:其是指发泡剂在反应中期加入的方法。这种方法减少了发 泡剂的阻聚作用，分子量有所提高。
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项目三 泡沫塑料的成型工艺
3.熟化 (1)熟化的目的:预发泡后在空气中暴露一段时间使空气逐步渗入泡孔，
令泡孔内外压力达到平衡，使冷凝的发泡剂再渗透到粒子中去。 (2)熟化原理:因为预发泡后，气泡中的气体因冷却而凝结，此时凝结成
液体的发泡剂又重新溶入聚苯乙烯中，一部分还会向外渗出，当气体初 凝结的一段时间内，气泡的压力会有较大的下降，以致出现真空，因此 预发泡颗粒很脆弱。随着成熟时间的递延，外界空气逐渐渗入气泡，预 发泡颗粒就变成具有弹性而又不能用手轻易捏碎的物体。 (3)熟化方法:将预发泡颗粒放入大型料斗中进行。空气从料斗底部缓缓 送进，由顶部排出。
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项目二 泡沫塑料的发泡方法及原理
阻碍气泡增长的因素:表面张力和塑料的黏度。 3.泡沫的稳定 泡沫物是热力学不稳定体，它不会持续很长时间，所以必须保证泡沫稳
定。 稳定泡沫的方法:①利用表面活性剂，以降低其表面张力，有利于形成细
泡，减少气体的扩散作用，使泡孔稳定;②提高塑料熔体的黏度，防止泡 壁进一步变薄来稳定泡沫。在发泡过程中，通过对物料的冷却或塑料的 交联作用，都能提高塑料的熔体黏度。
响; ⑧发泡剂分解时的发气量应较大。 目前工业上常用的发泡剂:无机发泡剂常用的有碱金属的碳酸盐和碳酸氢
盐，如碳酸铰和碳酸氢钠等。
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项目二 泡沫塑料的发泡方法及原理
(2)发泡组分间相互作用产生气体的化学发泡法。此法是利用发泡体系中 的两个或多个组分之间发生化学反应，生成惰性气体(如二氧化碳或氮气) 而使聚合物膨胀发泡。发泡过程中为控制聚合反应和发泡反应平衡进行， 保证制品有较好的质量，尚需加入少量催化剂和泡沫稳定剂(或称表面活 性剂)。工业上用这种方法生产的主要有聚氨基甲酸酯泡沫塑料，它是由 异氰酸酯与聚酯或聚醚反应所析出的二氧化碳，还有用苯酚与甲醛缩聚 反应所生成的水泡来制造酚醛泡沫塑料的。
解温度以下(110℃~120 ℃)。
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项目三 泡沫塑料的成型工艺
(3)工艺控制:挤出温度应比挤出聚苯乙烯一般制品时低，不超过120℃。 吹胀比约为6，并配合较快的牵引速度，以便挤出物在张力作用下，大
分子沿牵伸方向定向，物料机械性能提高。 挤出物应在离开口模时立即发泡，并使泡孔能均匀地双向膨胀。 (二)PS一步法挤出发泡板材 将PS树脂和泡孔成核剂(滑石粉)、稳定剂等，在长径比较大的(L/D
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项目三 泡沫塑料的成型工艺
熟化时最好使空气很快地渗入预发泡珠粒中，而不使发泡剂太多渗出， 否则预发物在模塑时的膨胀就差。
4.模塑成型 (1)过程:常用的模塑方法是蒸汽箱模塑法。熟化珠粒入模，送入液压机
蒸气室，加热发泡剂气化膨胀、塑料软化、进一步膨胀。 (2)工艺控制。 ①温度:温度尽快达到110℃~135℃，蒸汽压偏高达0. 294~0.329 MPa。 ②时间:蒸汽的加热时间依制品的厚度而定，一般5~ 60S。 ③冷却:若制品密度大于0.025 g/cm3，可用洗淋的方法;若制品密度小于 0. 025到cm，因为容易碎裂和收缩，最好用空气冷却。
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Hale Waihona Puke Baidu目三 泡沫塑料的成型工艺
单元一聚苯乙烯泡沫塑料
聚苯乙烯泡沫塑料具有吸水性小，隔声、保湿、介电性优良等特点。 聚苯乙烯泡沫塑料的成型方法很多，主要有模压法、可发性珠粒法和挤
出发泡法。模压法是采用乳液法聚苯乙烯和热分解型发泡剂制得，是早 期使用的方法，现在用得很少。目前大多使用的是可发性珠粒法和挤出 发泡法。 聚苯乙烯泡沫塑料常用物理发泡法进行发泡。有两种生产方法:一是悬浮 聚合的聚苯乙烯颗粒中渗入低沸点的液体，使其成为可发性珠粒，然后 经过预发泡、熟化和发泡成型而制成制品;
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项目二 泡沫塑料的发泡方法及原理
泡沫塑料的品种很多，常用的发泡方法有物理发泡法、化学发泡法和机 械发泡法等。
单元一物理发泡法
物理发泡法是指利用物理原理发泡的方法。其包括以下三种。 (1)惰性气体发泡法。利用氮气、二氧化碳等无色、无臭、化学活性较弱，
很难与其他元素化合的惰性气体，在较高压力下，使其溶于熔融状态聚 合物或糊状复合物中，而后在减压下使溶解气体释放出而发泡。目前聚 氯乙烯和聚乙烯泡沫塑料等有用这种方法生产的。优点是气体在发泡后 不会留下残渣，不影响泡沫塑料的性能和使用。缺点是需要高的压力和 比较复杂的高压设备。
当气体在溶液中达饱和限度而形成过饱和溶液时，气体又从溶液中逸出 形成气泡，形成气泡的过程就是成核作用的过程。这时，除聚合物液相 外，产生了新相—气相，分散在聚合物中，成为泡沫。
2.泡沫的增长 气泡形成之后，由于气泡内气体压力与半径成反比，气泡越小，内部的
压力越大。当两个大小不同的气泡接近时，由于气体从小气泡扩散到大 气泡，造成气泡合并，通过成核剂的作用增加了气泡的数量，加上气泡 的膨胀扩大了泡孔的直径，从而泡沫得到增长。 促使气泡增长的因素:溶解气体的增加;温度的升高;气体的膨胀;气泡的 合并。
单元四泡沫塑料的发泡原理
泡沫塑料的形成是把气体溶解在液态聚合物中形成饱和溶液，然后通过 成核作用生成泡沫。发泡剂可预先溶解在液态聚合物中，当温度升高、 压力降低时，就会放出气体，形成泡沫。其泡沫的形成大体上分三个阶 段:泡沫的形成、泡沫的增长、泡沫的稳定。
1.泡沫的形成
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项目二 泡沫塑料的发泡方法及原理
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项目二 泡沫塑料的发泡方法及原理
②释放气体的速率必须能控制并且应合理地快速; ③放出的气体应无毒、无腐蚀性和具有难燃性; ④发泡剂分解时不应大量放热; ⑤发泡剂在树脂中具有良好的分散性; ⑥价廉，在运输和储藏中稳定; ⑦发泡剂及其分解残余物应无色、对发泡聚合物的物理和化学性能无影
融的聚合物或液态的热固性塑料中，而后通过冷却或交联作用固化成为 泡沫体。 (5)烧结发泡法。将疏松的粉状热塑性塑料烧结在一起，使其分解放出 气 体成为泡状物。 物理发泡法的优点是操作中毒性小;发泡剂的原料成本低;没有发泡剂留 下的残渣，因而对泡沫塑料性能无严重影响。缺点是某些过程所用设备 投资较大。工业上常用的是惰性气体发泡法和低沸点的液体发泡法。
单元三机械发泡法
此法是采用强烈地机械搅拌使空气卷入树脂乳液、悬浮液或溶液中成为 均匀的泡沫体，然后再经过物理或化学变化使之胶凝，固化成为泡沫塑 料。
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项目二 泡沫塑料的发泡方法及原理
为缩短时间可通入空气和加入乳化剂或表面活性剂。常用该法生产的有 聚甲醛、聚乙烯醇缩甲醛、聚酯酸乙烯、聚氯乙烯溶胶等泡沫塑料。
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(2)低沸点的液体发泡法。利用低沸点液体蒸发汽化而发泡。把低沸点液 体压入聚合物中或在一定的压力、温度下，使液体溶入聚合物颗粒中， 然后将聚合物加热软化，液体也随之蒸发汽化而发泡，此法又称为可发 性珠粒法。低沸点液体在高压下，压入熔态聚合物中，或掺入聚合物颗 粒中，而后再减压或加热，使其在聚合物中汽化和发泡。
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项目三 泡沫塑料的成型工艺
有机过氧化物的反应是从分解开始的，当交联剂分解到其浓度一半时所 需的时间，称为半衰期。而交联时间取预定交联温度下半衰期的10~12 倍的时间。在发泡成型过程中，要防止交联剂过早达到分解温度，选择 过氧化物的稳定性要适合交联起始要求和加工的要求。
2.聚乙烯泡沫塑料的成型 聚乙烯泡沫塑料的成型一般用模压法，模压法可分为一步法和二步法。 1)一步法 混合在室温下进行。混炼温度在树脂的熔点以上，交联剂和发泡剂的分
(3)溶出发泡法。先将细小颗粒的物质(如食盐和淀粉等)混入聚合物中， 而后用溶剂或伴以化学的方法使其溶出而成为泡沫物。(如混在PVC中
的淀粉，可先用水浸泡使其溶胀，而后再用热的稀硫酸处理，使其水解 为糖，溶出成为PV C发泡物)。
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项目二 泡沫塑料的发泡方法及原理
(4)交联发泡法(组合泡沫塑料)。先将微型(直径为20~250μm，壁厚 为2~3 μm)的空心玻璃球、陶瓷球、空心塑料(如酚醛树脂)微球埋入熔
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项目三 泡沫塑料的成型工艺
5.挤出成型 (1)发泡过程:硼酸和碳酸氢钠起成核剂的作用，它们在挤出机料筒中受 热分解出不溶于聚苯乙烯的气体，均匀地混合在熔融的树脂中，混合物
一出口模，就处于常压下，由成核剂形成的气体由于解除了压力，而立 即气化膨胀，形成互不连通的泡孔核，熔融在树脂中的发泡剂就进入泡 孔核内，使泡孔连续膨胀，生成密度降低的泡沫制品。 (2)发泡方法和设备:挤出时易用吹塑法制成筒状发泡膜，再在生成线上 用刀剖开成片状，因为直接挤出成泡沫片材会在制品上出现膨胀而形成 波纹。
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项目三 泡沫塑料的成型工艺
(3)两步法:其是指聚合反应形成PS珠粒后，在加温加压下，将低沸点的 液体渗入到PS中，使其溶胀，经冷却后留在珠粒中的方法。操作工序较
多，发泡剂渗透时间较长，颗粒度已经过筛选，不合格的已事先剔除， 有助于提高泡沫制品的质量，塑料加工厂常用。 2.预发泡 (1)预发泡的作用:凭加热使可发性珠粒膨胀到一定程度，这样可以使模 塑制品密度更低，并且减小密度梯度，使发泡制品均匀。 (2)预发泡方法:水蒸气、热水、热空气和红外线。其中以水蒸气常用。 预发泡过程中严格控制加热温度和时间，使可发性珠粒软化呈高弹态， 但不要熔化，使珠粒有足够的强度以与内部总压力平衡，避免预发泡粒 子破裂。
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项目二 泡沫塑料的发泡方法及原理
单元二化学发泡法
发泡气体是由混合原料中的某些组分在成型过程中发生的化学作用而产 生的。包括以下两种。
(1)发泡气体是由加入的热分解型发泡剂受热分解而产生的，这种发泡剂 称为化学发泡剂。常见的有碳酸氢钠、碳酸铰、偶氮二甲酞胺(俗称AC
发泡剂)、偶氮二异丁腈和N,N一二甲基N,N一二亚硝基对苯二甲酞胺等。 这种方法的特点是:所用设备通常都不很特殊和复杂，且适用于大部分热 塑性塑料的发泡，因此应用广泛。 理想的分解型发泡剂应具有以下性能: ①发泡剂分解温度范围应比较狭窄、稳定;
=(26~ 32) :1，也有高达50:1)，压缩比较小(L/D= (1.1~3) :1)的挤出机 内塑化，在熔融段末端压入发泡剂(常用发泡剂有脂肪烃类、二氯甲烷
等)，在均化段熔体和发泡剂混合(或在另一挤出机内均化混合)，再一起 通过机头口模挤出，出模后减压发泡，再冷却，得到具有一定厚度的结 皮发泡制品。
模块八 泡沫塑料成型
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项目一 概述
泡沫塑料是整体内含有无数微孔的塑料，它是以塑料(树脂)构成连续相 并以气体作为分散相的两相体系。采用不同的树脂和发泡方法，可制得 性能各异的泡沫塑料。
泡沫塑料有多种分类方法。泡沫塑料按其密度可分为:低发泡、中发泡和 高发泡的泡沫塑料。泡沫塑料按其结构不同又可分为开孔型泡沫塑料和 闭孔型泡沫塑料。泡沫塑料内各个气孔是相互连通的称为开孔型泡沫塑 料，如果泡沫是互相分隔的，则称为闭孔型泡沫塑料。泡沫塑料按其硬 度不同又可分为软质泡沫塑料、半硬质泡沫塑料和硬质泡沫塑料。此外， 还有结构泡沫塑料和组合性泡沫塑料之称，前者具有不发泡或少发泡的 皮层和发泡的芯层，后者则是把微小的中空玻璃、陶瓷微球加入已含固 化剂的树脂中，然后固化成型制得。