泡沫塑料成型(课堂PPT)
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物理发泡法的缺点：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。
15
（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。 ①加入化学发泡剂 碳酸氢钠、碳酸铵、偶氮二甲酰胺(俗称AＣ 发泡剂)等： ②聚合物组分间相互作用产生气体发泡。 （PU）
5.5 泡沫塑料成型
1、概述 2、泡沫塑料的发泡方法及特点 3、泡沫塑料的成型工艺 4、泡沫塑料成型设备及选用 5、泡沫塑料制品
1
泡沫塑料制品
2
3
4
5
6
7
8
9
1、概 述
➢泡沫塑料是以塑料为基本组分而内部具有无数微 小 气孔结构的复合材料，是以塑料构成连续相并 以气 体作为分散相的两相体系。
聚氨酯泡沫塑料的原料 (1)二异氰酸酯类 最多的是甲苯二异氰酸酯。 (2)聚酯或聚醚 (3)催化剂 为了加速聚氨酯的形成和混合物的发泡，
主要是叔胺类化合物和有机锡化合物 。 (4)发泡剂 异氰酸酯与水作用生成的二氧化碳。 (5)表面活化剂 为了降低发泡液体的表面张力以使成
泡容易和泡沫均匀，又使水(产生二氧化碳的)能 与聚酯或聚醚均匀混合.
➢优点： 密度低、比强度高，隔热保温、吸音、防震。
10
1、概 述
➢ 泡沫塑料分类方法 按其发泡倍数可分：高发泡（ρ<0.1g／cm3）、中 发泡（0.l～0.4g/cm3 ）和低发泡（ρ>0.4g/cm3 ）
按其结构分：开孔型泡沫塑料和闭孔型泡沫塑料。 按其硬度分：
软质泡沫塑料，弹性模量小于70 kg／cm2
半硬质泡沫塑料，模量等于70～700 kg／cm2
硬质泡沫塑料，大于700 kg／cm2
11
2. 发泡方法和发泡原理
发泡方法
物理 化学
机械
12
(一)物理发泡法(PVC)
指利用物理原理发泡的方法。
①加惰性气体
高压 惰性气体
溶于熔融聚合物或 糊状复合物
减压、放气
膨胀、发泡。
13
(一)物理发泡法(PVC)
27
（二）泡沫塑料的发泡原理
化学发泡剂类型: 无机发泡剂 常用：碱金属的碳酸盐和碳酸氢盐， 优点：价廉，不降低塑料的耐热性，因对聚合物无
增塑作用。 缺点：不能与塑料混溶，分解气体的速率受压力的
影响大。
28
（二）泡沫塑料的发泡原理
有机发泡剂 常用的是一些加热后分解放出氮气一些物 质。如:偶氮二甲酰氨（AC）、AIBN等
优点：氮气的化学行为比较迟钝，在有机聚 合物中有较大的分散性。
29
4பைடு நூலகம்泡沫塑料成型设备
4.1 机械发泡设备 钢或不锈钢圆筒和搅拌系统组成。
顺转 桨叶向上 鼓泡 逆转 桨叶向下 出料
30
4.2 物理发泡设备
（1） 连续蒸汽预发泡机（PS为例）
预发泡
熟化
模塑
预发泡是凭加热使珠状物膨胀到一 定程度，以便模塑制品的密度得到 更多的降低，减少密度梯度形成的 倾向。
16
(三)机械发泡法
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。 如：聚甲醛、聚乙烯醇缩甲醛、聚醋酸乙烯、聚氯 乙烯溶胶等泡沫塑料。
工艺特点：待发泡的复合物必需处于液态或粘度 在一定范围内的塑性状态。
17
3 泡沫塑料成型过程及原理（PU为例）
23
（二）泡沫塑料的发泡原理
3、影响泡孔结构的因素
①泡沫的稳定 控制泡沫增长和聚合物胶凝化的平衡。
稳定泡沫的方法 ： 一利用表面活性剂，降低表面张力，有利形成微细气
泡，减少气体的扩散作用，使泡孔稳定； 二提高熔体的黏度，防止泡壁进一步减薄来稳定泡沫。
物料的冷却或交联作用，能提高熔体黏度。
24
（二）泡沫塑料的发泡原理
20
（2）两步法
半预聚法
一部分多元醇与 全部异氰酸酯
混合
多元醇和水，催 化剂、表面活性 剂或其它添加剂 半预聚物
发泡
产品
21
（二）泡沫塑料的发泡原理
1、泡核形成
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，这些气泡仍分布在 聚合物溶液中，被浓稠液包围，形成气泡核。
大量均匀分布的气泡核
泡沫均匀的泡体
强化成核过程的措施： 加成核剂、表面活性剂、提高气体在熔体或 溶液中的过饱和度。
22
（二）泡沫塑料的发泡原理
2、泡沫的增长
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。
阻碍气泡增长的因素：表面张力和塑料的黏度。 降低熔体的表面张力和黏度对泡沫增长有利。 但是如果熔体的黏度过低，会使泡孔壁膜减薄，使 泡孔易破裂。
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（一）泡沫塑料的成型过程（PU为例）
（1）一步法
添加剂 聚酯或聚醚 异氰酸酯
熟化
混合
发泡
辊压
切片
成品
熟化目的：使聚合反应进行完全，聚合物分子量增 加，制品机械强度增加；多余催化剂挥发。
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（2）两步法
•预聚法：聚醚型泡沫塑料
聚醚树脂与过 量的异氰酸酯
其它组分
预聚体
混合
发泡
熟化
制品
优点：原料组分黏度小；设备简单；生产周期短。 缺点：逸出较多异氰酸酯气体，生产过程难控制。
可发性PS粒料
进入筒体
受热膨胀
②加低沸点液体（PS、PE）（可发性珠粒法） 先溶入聚合物颗粒中，然后将聚合物加热软化， 液体也随之蒸发气化而发泡。
③溶解可溶组分（溶解泡沫塑料） ④加入中空微球（组合泡沫塑料）
在塑料中加入中空微球后经固化而制成泡沫塑 料。
14
(一)物理发泡法(PVC)
物理发泡法的优点：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。
发泡剂分解则是吸热反应。 (4)发泡剂分解的抑制和促进
26
（二）泡沫塑料的发泡原理
(5)发泡效率：有机发泡剂分解出的氮气比无机发泡 剂分解出的二氧化碳气体发泡效率高，
原因：二氧化碳对塑料泡壁的扩散速度比氮气高。 (6)发泡剂的并用 当有机与无机发泡剂并用时较单独
使用有机或无机发泡剂能显示较好的效果。
②发泡剂的选择 a. 物理发泡剂
空气、惰性气体、低沸点液体 优点：无分解热，塑料不会烧焦和变黄； 缺点：不易分散均匀 b. 化学发泡剂
受热能释放出气体的物质。
25
（二）泡沫塑料的发泡原理
选择考虑因素 (1)分解温度：发泡剂应能在一狭窄的温度范围内
迅速分解 (2)分解速率：发泡剂的分解速率是随温度变化的。 (3)反应热量：有机发泡剂分解时是放热反应，而无机
工业上常用的是惰性气体发泡法和低沸点的液体发 泡法。
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（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。 ①加入化学发泡剂 碳酸氢钠、碳酸铵、偶氮二甲酰胺(俗称AＣ 发泡剂)等： ②聚合物组分间相互作用产生气体发泡。 （PU）
5.5 泡沫塑料成型
1、概述 2、泡沫塑料的发泡方法及特点 3、泡沫塑料的成型工艺 4、泡沫塑料成型设备及选用 5、泡沫塑料制品
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泡沫塑料制品
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3
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1、概 述
➢泡沫塑料是以塑料为基本组分而内部具有无数微 小 气孔结构的复合材料，是以塑料构成连续相并 以气 体作为分散相的两相体系。
聚氨酯泡沫塑料的原料 (1)二异氰酸酯类 最多的是甲苯二异氰酸酯。 (2)聚酯或聚醚 (3)催化剂 为了加速聚氨酯的形成和混合物的发泡，
主要是叔胺类化合物和有机锡化合物 。 (4)发泡剂 异氰酸酯与水作用生成的二氧化碳。 (5)表面活化剂 为了降低发泡液体的表面张力以使成
泡容易和泡沫均匀，又使水(产生二氧化碳的)能 与聚酯或聚醚均匀混合.
➢优点： 密度低、比强度高，隔热保温、吸音、防震。
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1、概 述
➢ 泡沫塑料分类方法 按其发泡倍数可分：高发泡（ρ<0.1g／cm3）、中 发泡（0.l～0.4g/cm3 ）和低发泡（ρ>0.4g/cm3 ）
按其结构分：开孔型泡沫塑料和闭孔型泡沫塑料。 按其硬度分：
软质泡沫塑料，弹性模量小于70 kg／cm2
半硬质泡沫塑料，模量等于70～700 kg／cm2
硬质泡沫塑料，大于700 kg／cm2
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2. 发泡方法和发泡原理
发泡方法
物理 化学
机械
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(一)物理发泡法(PVC)
指利用物理原理发泡的方法。
①加惰性气体
高压 惰性气体
溶于熔融聚合物或 糊状复合物
减压、放气
膨胀、发泡。
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(一)物理发泡法(PVC)
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（二）泡沫塑料的发泡原理
化学发泡剂类型: 无机发泡剂 常用：碱金属的碳酸盐和碳酸氢盐， 优点：价廉，不降低塑料的耐热性，因对聚合物无
增塑作用。 缺点：不能与塑料混溶，分解气体的速率受压力的
影响大。
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（二）泡沫塑料的发泡原理
有机发泡剂 常用的是一些加热后分解放出氮气一些物 质。如:偶氮二甲酰氨（AC）、AIBN等
优点：氮气的化学行为比较迟钝，在有机聚 合物中有较大的分散性。
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4பைடு நூலகம்泡沫塑料成型设备
4.1 机械发泡设备 钢或不锈钢圆筒和搅拌系统组成。
顺转 桨叶向上 鼓泡 逆转 桨叶向下 出料
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4.2 物理发泡设备
（1） 连续蒸汽预发泡机（PS为例）
预发泡
熟化
模塑
预发泡是凭加热使珠状物膨胀到一 定程度，以便模塑制品的密度得到 更多的降低，减少密度梯度形成的 倾向。
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(三)机械发泡法
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。 如：聚甲醛、聚乙烯醇缩甲醛、聚醋酸乙烯、聚氯 乙烯溶胶等泡沫塑料。
工艺特点：待发泡的复合物必需处于液态或粘度 在一定范围内的塑性状态。
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3 泡沫塑料成型过程及原理（PU为例）
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（二）泡沫塑料的发泡原理
3、影响泡孔结构的因素
①泡沫的稳定 控制泡沫增长和聚合物胶凝化的平衡。
稳定泡沫的方法 ： 一利用表面活性剂，降低表面张力，有利形成微细气
泡，减少气体的扩散作用，使泡孔稳定； 二提高熔体的黏度，防止泡壁进一步减薄来稳定泡沫。
物料的冷却或交联作用，能提高熔体黏度。
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（二）泡沫塑料的发泡原理
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（2）两步法
半预聚法
一部分多元醇与 全部异氰酸酯
混合
多元醇和水，催 化剂、表面活性 剂或其它添加剂 半预聚物
发泡
产品
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（二）泡沫塑料的发泡原理
1、泡核形成
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，这些气泡仍分布在 聚合物溶液中，被浓稠液包围，形成气泡核。
大量均匀分布的气泡核
泡沫均匀的泡体
强化成核过程的措施： 加成核剂、表面活性剂、提高气体在熔体或 溶液中的过饱和度。
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（二）泡沫塑料的发泡原理
2、泡沫的增长
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。
阻碍气泡增长的因素：表面张力和塑料的黏度。 降低熔体的表面张力和黏度对泡沫增长有利。 但是如果熔体的黏度过低，会使泡孔壁膜减薄，使 泡孔易破裂。
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（一）泡沫塑料的成型过程（PU为例）
（1）一步法
添加剂 聚酯或聚醚 异氰酸酯
熟化
混合
发泡
辊压
切片
成品
熟化目的：使聚合反应进行完全，聚合物分子量增 加，制品机械强度增加；多余催化剂挥发。
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（2）两步法
•预聚法：聚醚型泡沫塑料
聚醚树脂与过 量的异氰酸酯
其它组分
预聚体
混合
发泡
熟化
制品
优点：原料组分黏度小；设备简单；生产周期短。 缺点：逸出较多异氰酸酯气体，生产过程难控制。
可发性PS粒料
进入筒体
受热膨胀
②加低沸点液体（PS、PE）（可发性珠粒法） 先溶入聚合物颗粒中，然后将聚合物加热软化， 液体也随之蒸发气化而发泡。
③溶解可溶组分（溶解泡沫塑料） ④加入中空微球（组合泡沫塑料）
在塑料中加入中空微球后经固化而制成泡沫塑 料。
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(一)物理发泡法(PVC)
物理发泡法的优点：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。
发泡剂分解则是吸热反应。 (4)发泡剂分解的抑制和促进
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（二）泡沫塑料的发泡原理
(5)发泡效率：有机发泡剂分解出的氮气比无机发泡 剂分解出的二氧化碳气体发泡效率高，
原因：二氧化碳对塑料泡壁的扩散速度比氮气高。 (6)发泡剂的并用 当有机与无机发泡剂并用时较单独
使用有机或无机发泡剂能显示较好的效果。
②发泡剂的选择 a. 物理发泡剂
空气、惰性气体、低沸点液体 优点：无分解热，塑料不会烧焦和变黄； 缺点：不易分散均匀 b. 化学发泡剂
受热能释放出气体的物质。
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（二）泡沫塑料的发泡原理
选择考虑因素 (1)分解温度：发泡剂应能在一狭窄的温度范围内
迅速分解 (2)分解速率：发泡剂的分解速率是随温度变化的。 (3)反应热量：有机发泡剂分解时是放热反应，而无机