第八章 泡沫塑料成型

• ①无臭气、无毒性、无腐蚀性； • ②不可燃；
• ③不影响聚合物本身的物理和化学性能；
• ④具有对热和化学药品的稳定性；
• ⑤在室温下，蒸汽压力低，呈液态，以便贮 存、输送和操作；
• ⑥低比热容和低潜能，以利于快速汽化；
• ⑦相对分子质量低，相对密度高；
• ⑧通过聚合物膜壁的扩散速度应比空气小；
• ⑨来源广，廉价。/
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应用
• 泡沫塑料在国防工业以及高科技中亦有用武
之地，如可制成飞机的机舱衬垫，在火箭和
人造卫星上用作宇宙示踪剂。 • 另外在建筑、造船、冷藏、交通运输、化学 工业和无线电技术中，用途广泛。 • 泡沫塑料的生产发展很快，已成为塑料加工 工业的重要组成部分。/
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8.2. 泡沫塑料的发泡方法及原理
• 8.2.1 发泡方法 • 在工业生产中，泡沫塑料的 发泡方法归纳起来有三种： • 物理发泡法、 • 化学发泡法、 • 机械发泡法。
近几年国内外泡沫塑料生产厂家都在不断研究
开发氟类发泡剂的替代技术，并已取得了工业
化生产的成果，

如开发液态CO2发泡技术，生产CO2发泡设备。/
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• ③固态空心球
• 是微型（直径20～250μm，壁厚2～3μm）的空
心玻璃球、空心陶瓷微球或空心塑料（例如酚
醛树脂）微球
• 将其混入熔融的聚合物或液态的热固性树脂中，
醛等几种。
近年来，国内外已成功地开发了几种改性PP
发泡塑料，以及PC、聚四氟乙烯等泡沫塑料，
促进了塑料发泡技术的发展。/
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泡沫塑料都有以下共性：
• ①质轻，比强度高，比同品种的塑料要轻几倍，
甚至几十倍；
• ②泡沫塑料的气孔具有防止空气对流的作用，
故保温和隔热性好；
• ③由于塑料内无数微小气孔的存在，故吸音性
• 温度低于Tg时，自由空间约占13％，戊烷进入 这些空间的最大量为6.8％～8.5％。
• 通过研究和理论推断，认为不同的聚合物具有 不同的分子架结构，分子架中所存在的空间大 小和力学性能各不相同．
• 某些聚合物的分子架中可以聚集较多的低沸点 液体，即发泡剂,并在适当的条件下膨胀形成气 泡核。/ 40
无机发泡剂主要是碱金属的碳酸盐和碳酸氢盐， 如碳酸氢钠和碳酸铵等。 优点是价廉和不会降低塑料的耐热性。 缺点 • 气体的分解速率受压力影响较大，发泡剂与塑 料不混溶，难于均匀分布在塑料中； • 产生的气体主要是一些易凝结的水蒸气，或是
扩散速率很大的氢气，所制备的泡沫塑料在因
次上难稳定。/
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• 这类发泡剂可适用的塑料有PVC、PE、环氧树脂、
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• C.发泡剂分解放出的气体和留下的残余物应 无毒、无味、无腐蚀性、无色，对聚合物及 其它助剂无不良影响.
• D.发泡剂在塑料中有良好的分散性；
• E.发泡剂分解时的放热量不能太大； • F.化学性能稳定，便于贮存和运输，在贮存 过程中不会分解； • G.价格便宜，来源广。/
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• 选用化学发泡剂的主要依据是分解温度和发气
能强。/
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小于70MPa
分类:
软质泡沫塑料
1.根据软硬程度不同 半硬质泡沫塑料 硬质泡沫塑料
以塑料的弹性 模量为标准
大于700MPa 介于70～700MPa
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2.泡沫塑料按气孔的结构不同，可以分为： • 开孔泡沫塑料（孔与孔是相通的） • 闭孔泡沫塑料（泡孔是相互隔开的）
由制造方法 所决定的
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3.泡沫塑料按其密度又可分为： 低发泡、中发泡、高发泡。 • 低发泡是指密度为0.4g／mm3 以上，气体／固 体＜1.5； • 中发泡是指密度为0.1～0.4g／cm，气体／固
而后使其通过冷却或交联作用而成为空心泡沫 体。 • 用固态中空微球与塑料复合而成的泡沫塑料成 型过程，与一般用发泡剂的发泡成型过程完全 不同。/
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⑵．化学发泡法
• 制造泡沫塑料时，如果发泡的气体是由混合
原料的某些组分在过程中通过化学作用产生
的，则这种制造泡沫塑料的方法称为化学发 泡法。 • 按照发泡的原理不同，化学发泡法分为两类: • 化学发泡剂发泡、 • 发泡组分间相互作用析出气体发泡。/
泡核的形成。
•凡均布在熔体中的粒子，如硅 酸铝钠、SiO2和 Fe2O3等，均可
• 通过实验得到的结论是，要制取泡孔均匀细密
的泡体，必须先形成大量的气泡核。
• 为此，在发泡成型的初始阶段，必须有大量热
点和过饱和气体同时出现，以形成大量的气泡
核。 • 两者缺一，都不能形成大量的气泡核。 • 另外，热点温度不够高时不能形成气泡核。／
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③其它成核方法
• a．使气体在聚合物熔体中呈高度过饱和状态， 同时加入成核剂、表面活性剂可进一步促进气
第八章 泡沫塑料成型
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8.1. 概 述
泡沫塑料-----是以树脂为基础，内部具有无 数微孔性气体的塑料制品. 采用不同的树脂和发泡方法，可制成性能各
异的泡沫塑料。
几乎所有热固性和热塑性塑料都能制成泡沫
塑料，但其发泡技术的难易差别很大。/
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至今，常用作泡沫塑料的塑料品种有:
聚氨基甲酸酯、PS、PVC、PE、酚醛以及聚甲
量，只有在这两个要求得到满足的前提下才可 入选。 • 化学发泡剂发气量----是指每克发泡剂所能分 解放出的气体量。一般用在标准状态下cm3 的
体积量来表示。
• 对非结晶性聚合物，发泡剂的分解温度应比聚
合物的流动温度高出10℃左右。
• 如果高出过多，则可用催化剂降低发泡剂的分
解温度。/
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化学发泡剂有无机和有机两种
聚酰胺、酚醛树脂等，
• 还可将无机发泡剂当作助发泡剂来使用，如PVC
用二亚硝基五亚甲基四胺作发泡剂时，可用碳
酸氢铵为助发泡剂。/
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• 有机发泡剂有十几种，主要是偶氮类、亚硝基类 和磺酸肼类的化合物。这类物质在化学结构上具 有特征官能团，加热后主要放出氮气。
其特点 •放出的气体无毒、无臭，对大多数聚合物渗透 性比氧气、二氧化碳和氨都要小。 •更突出的是在塑料中具有较大的分散性。/
当熔体离开机筒时，由于 外压突然下降，熔体内的 气体呈过饱和状态，气体 膨胀而成气泡。
挤出和注射发 泡都可采用惰 性气体为发泡 剂，但需设臵 专用的高压输 送和注入惰性 气体设备/
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• 在发泡过程Hale Waihona Puke Baidu，决定泡孔是否均匀细密的关键在
于将发泡剂均布于熔体中，并给予一定的压力。 选择惰性气体作发泡剂时，要特别注意其在聚 合物中的渗透速度。一般要求它具有较低的渗 透率，否则会影响发泡效率。
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• ①惰性气体
• 发泡剂化学活性弱。常用N2、CO2、CH4、H2等。
• 优点是无色、无味,发泡后在聚合物中不会留
下残渣，也不会对泡沫塑料性能产生不良影响。
• 惰性气体的发泡过程一般经历以下几个步骤：
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步骤： 将惰性气体压 缩，并用高压 将它压注入聚 合物熔体中混 合均匀。
•当熔体所受外压去除后， 熔体中受压缩的惰性气体 急速膨胀形成气泡。
• 氟类低沸点发泡剂存在致命的缺点：
• 对大气臭氧层的破坏，造成严重的环境污染；
• 另外二氯甲烷有毒性，对人体健康有害。 • 因此，这类发泡剂逐渐被工业生产所淘汰。 目前，主要开发低沸点发泡剂，表中前六种烃类 发泡剂，其价格不贵，毒性低，特别是戊烷具有 很高的发泡效率，但主要缺点是易燃。/
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• 大多数有机发泡剂都是易燃和易爆物质， • 因此，应保存于低温、阴凉、干燥和通风处， 存量不应过多，
• 与其它组分混合时应分批缓慢加入，并应严
格执行安全措施。/
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• 在化学发泡剂中，偶氮二甲酸胺（俗称AC发泡
剂）应用很广，属于高效发泡剂，
• 且价格便宜，其分解物无毒、无臭、无色，分
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化学和物理发泡剂的比较：
• 泡沫塑料制品的密度可通过调节化学发泡剂的
加入量得到控制。
• 使用化学发泡剂，对加工机器无特殊要求，操
作简单，发泡过程易控制，
• 但化学发泡剂都是粉料，需解决密闭混合及输
送，以防止粉尘污染环境。
• 此外，化学发泡剂副反应引起的腐蚀、制品变
色、有害气体污染等问题较难解决。/
②热点成核机理
• 这一理论认为均布分散在聚合物熔体中的气体 分子是不能形成大量气泡核的。 • 但当熔体中出现热点时，由于热点处熔体的温 度上升，熔体的粘度、表面张力、气体在熔体 中的溶解度都发生变化，使熔体中过饱和气体 分子易向热点聚集，从而形成气泡核。 • Blyler等在挤出机上做了大量实验，他们在PE 熔体中加入AC发泡剂，由于这种发泡剂分解温 度比较高，当它发生分解，分解热在熔体中就 形成热点。/ 41
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⑴．物理发泡法 • 物理发泡是借助于发泡剂在树脂中物理状态的 改变，形成大量的气泡，使聚合物发泡，在整 个发泡过程中，发泡剂本身没有发生任何化学 变化。 • 物理发泡剂按照发泡成型的特性，一般可以分 为三类： • 惰性气体、
• 低沸点液体、
• 固态空气球。/
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• 选择发泡剂时应考虑以下方面的要求：
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②低沸点液体

低沸点液体是目前使用较广的物理发泡剂。
一般要求它在常压下沸点低于110℃。在压注
入聚合物熔体时呈液态，这样便于将发泡剂与
聚合物熔体混合均匀。
然后通过减压，使熔体中的发泡剂汽化、聚集
而成气泡。/
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从发泡性能衡量后四种低沸点发泡剂（氟里昂）较理想， 都具有阻燃性，遇热比较稳定，不会爆炸，化学上呈惰 17 性，无毒等，在以往的发泡成型中采用较普遍。
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泡沫塑料的成型过程，一般可以分为三个阶段，
气泡核的形成
气泡核的膨胀
泡体的固化定型
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⑴.气泡核的形成
• 所谓气泡核就是指气体分子最初聚集的地方。
• 塑料发泡过程的初始阶段是在塑料熔体或溶液
中形成大量的气泡核。/
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①分子架理论
• 有人以PS为对象，研究了其分子结构。从PS的 可压缩性推断出其分子架中存在着自由空间.
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作业：
36、什么叫泡沫塑料？如何分类？
37、泡沫塑料的发泡方法有哪些？请将各种 发泡方法加以说明。
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8.2.2 泡沫塑料成型原理简述
• 泡沫塑料在成型过程中，在塑料熔体或溶液中 要出现大量细密的气泡，这些气泡要经历膨胀 和固化定型才能成型为泡沫塑料制品， • 而任何气液相并存的体系都是极不稳定的，气 泡可能膨胀，也可能塌陷，影响其变化过程的 因素甚多。 • 在泡沫塑料生产中，可以采用不同的泡沫形成 方法，它们的过程和原理也不尽相同。/
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⑶．机械发泡法

机械发泡法是用强烈的机械搅拌将空气卷入
树脂中，使其形成均匀的泡沫物，

而后再经过物理或化学变化，使之稳定而成
为泡沫塑料的方法。

为了缩短时间，可同时通入空气和加入乳化
剂或表面活化剂等。/
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机械发泡法的特点：
• -----必须选择适当的表面活性物质，以保证 由搅拌生成的泡沫能够稳定一段时间，从而 使聚合物得以固定。 • 常用的树脂： • 聚甲醛、聚乙烯醇缩甲醛、 • 聚醋酸乙烯、聚氯乙烯溶胶等。/
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• 物理发泡剂分为压缩氮气和液化气体两类： • 压缩氮气直接通入聚合物熔体，如果设备不密 封漏损，气体在熔体中不完全溶入，致使发泡 剂用量较难控制，会影响制品密度。 • 液化气体发泡剂对制品材质无影响，发泡过程 易控制。但是，加工机器需要有发泡剂贮存和 加量控制等辅助设备，以防止有毒气体溢漏而 污染环境。/
解温度高，易贮存，在聚合物熔体中易分散。
• AC发泡剂的毒性很低，基本上可以认为无毒。
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②发泡组分间相互作用析出气体发泡
• 此法的发泡气体是由形成聚合物的组分相互
作用所产生的副产物，或者是这类组分与其
它物质作用的生成物。 • 工业上用这种方法生产的主要有聚氨基甲酸 酯泡沫塑料，发泡的气体是由异氰酸酯与聚 酯的羟基或水反应所析出的二氧化碳。 • 其它如利用苯酚与甲醛缩聚所放出的水泡来 制造酚醛泡沫塑料等也属于这一种。/
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①化学发泡剂发泡法
• 化学发泡剂发泡法----是由加入的化学发泡剂
受热时释放出气体如CO2、O2、N2等物质而发泡
成型的。
• 选用化学发泡剂时一般应注意以下条件：
• A.发气量大而迅速，分解放出气体的温度范围
应稳定，能调节，但不宜太宽；
• B.发泡剂的放气速度应能用改变成型工艺条件
进行控制调节；/
体=1.5～9；
• 高发泡则指密度为0.1g／cm3 以下，气体／固
体＞9。/
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应用
•在轻工、日用品方面，软质泡沫塑料具有良好的 弹性、优异的保暖性、易于裁切缝制等特点，可用
作座垫、床垫、鞋、箱包以及家具的理想材料。
• 微孔聚氨酯泡沫塑料具有质轻、耐磨、耐冷弯 曲等良好性能，可以作为木材的代用品，在家 具及合成纸张中应用。/