PP_超临界CO_2连续挤出发泡成型_王明义

作者简介
王 明义 ,
年生 , 副教授 , 博士 ,
年毕
业 于华南理 工大学机 械设计 及理论 专业 , 主要从 事 高分
子 材料成 型加 工及 微孔 发 泡成 型方 面 的研 究 。 联 系 电
话 一 盯 、 。
合
成
树
脂
及
塑
料
年第
卷
算得 到 。
产 , 乃 一 , 乃 切、 砂
结果与讨 论
差 示扫描最热 法分析
一 型平板硫化机 , 美 国奥 兰多 司生 产
机组 ,螺杆直径为
一 一
公 司生 产
型单螺杆 挤 出发泡
见文献
型差示 扫描量热 型扫描 电子显
时 , 气体不 再渗透到聚合 物中 , 试样 的质量不再 变
仪 ,美 国
公 司生 产
化 , 此 时天 平 的读数记 作
,乃
为压 力 。 因
可 由式 计
微 镜 , 日本 日立 公 司 生 产 。
式中
叽为
的密度 , 可由磁悬 浮天平 测得 叽
取 一
的
一 放 置 密封 铝盘 中 ,
气
为试样容器及连接装置的体积
是纯聚合物在
氛。 先将试样 以
℃
从
℃ 升温至
℃,
压力为尸、 温度为 时的体积
得到表 观溶解 度 【 见式
表观溶解度
为聚合物溶解气
的影 响 , 就可
保温
至
而 以消除热历史 , 然后以
℃ , 再 次升 温 到
℃时 , 制备了孔径为
关键词 聚丙烯
中图分类号
一 协 , 泡孔密度为
发泡 挤出
文 献标 识 码
,个
,的
微孔泡沫塑料 。
一 一 一
超临界二氧化碳
文章编号
发泡聚丙烯
制品 因具有 良好的热稳定性
证物料 和超临界
的均匀混合 。 发 泡实验采用
最 高使用 温度达
℃ 和高温 下制 品的尺寸 稳
定性 , 较高 的韧性 、 拉 伸强 度和 冲击 强度 , 表面感 觉舒适 且柔软 ,优 异的微波适应 性 以及 可降解性 、
公 分别为 , 溶解度测定
,
。
聚合物 气体 均 相 体 系形成 过 程 的影 响 因素 主要有 系统压力 、 气体 在聚合物熔 体 中的扩散速 率、 工艺条 件 、 加 工设备 等 。 在挤 出发 泡或 注射 发
泡 中 , 发泡前 的系统压力 必须高 于发 泡剂 的溶 解 度压力 。 否则 ,就 会形成未溶解 的气泡使发 泡材料
材料 。
头压力 须高于 聚合 物熔体在发 泡条件下 对
的
溶解度 压力 以避免 在模头 内发泡 。 由前 面的溶解
度 测 试 结 果 可 知 本 实 验 中所 用 的模 头 压 力 均 高 于 在 即 中 的溶 解 度 压 力 。此 外 , 由 图 力逐渐 升高 。 可知 随 着 模 头 温 度 的 降 低 , 聚 合 熔 体 的 勃 度 增 加 ,模 头 压
公
, 德国
澳 大利 亚 ,加拿 大
仪器 与设备
,纯 度 为
的圆盘状 。 在测试之前 ,将 待测试样放 到气体吸 收
腔 内的试样容器上 , 然后将设备 密封并加 热 , 当温 度达 到设 定值时 , 抽真 空 , 直到微 量天平 的读 数不 再变 化 ,记 下读数并记作 ,乃 为温度 。 将气
体 注 人 腔 内 ,开 始 气 体 吸 收 过 程 ,当 达 到 饱 和 状 态
式中 代 表 发 泡试 样 的密 度 , 代表 蒸馏 水
的密度 。
温度较 高 时 , 挤 出 的发泡试 样 刚 出模头 时 迅速 膨 胀 , 而 后又 迅 速 收缩 , 表 明大 部 分气 体 在 泡 孔 长
大过 程 中散 失 了 。同样 , 对 于半结 晶聚合 物 , 结 晶 行 为也 是影 响 最终 试 样 发 泡倍 率 的另 一 个 重 要 因素 。 如果模 头 温度 过低 , 发 泡气 体还 没 有来 得 及扩散 进成 核 的泡孔 中就 开始 结 晶 , 导 致 表皮 变
沫塑料 。
夺 ,。 穴 分 兽 ﹂ 日 · 。
当
公 为
,
时 , 大部分气体都在熔体从
公 较
模 头 中挤 出后 散失 。 在挤 出过 程 中 , 当
大 时 , 可 听到气 体逸 出声 。
模头 温度和
公 对模 头压力 的影 响
图
模头压力 不足会造成气 体与聚 合物相 的提前
分 离 , 不能 同时成 核 , 部分 气泡在模 头 内成核 长
公 为
左 右的
,
发泡
在相 同发泡 温度下 , 随着 公 对发泡试样 随着 的影 响 公 的增 加 , 发 泡试 样 公 的提高 , 诱 导 的
也 有增
用量 的提 高 , 用量 的 随 之增
的
模 头温度 和 由图 的 提 高和 发泡 温度 的降低 , 发 泡试 样 的 加 。在
泡孔结构不均一 。 磁悬浮天平溶解 度测量 系统 门 是 一种特殊 的
环保性 而备受重 视 , 成为发 泡聚苯 乙烯 的 良好替 代品 。 目前 , 美 国 、日本 、 德国等发达 国家正大力发
展发泡
界
这 一绿色包装 材料问 。 为发泡 剂 , 研究 了超临
用 量对 即 连续挤 出发泡成 型的影响 。
硬 , 限制 了成 核气 泡进 一 步长 大 。 由图 看出
泡 孔密度
微孔 发 泡制 品的
将试样放入液 氮中冷却淬断 , 淬
通常 用单 位 体积 未发 计
断面 喷金 ,然 后用扫 描电子显 微镜观察泡孔 结构 。
泡材料 在发泡 后 出现的泡孔数 量表示 。 将 二维平
面 内 的泡孔 个数 转换 成 三维 立体 空 间 内的 算公式 见文献 , 。
本工作 以超 临界
实验部分
原料
均聚支化聚丙烯 一 , ,
不接 触的质量测量仪 器 , 该设 备主要 由气 体吸 收 腔 和微量天平两部分 组成 。 在气 体吸收腔 内 ,试样
可达 高 温 、 高 压状 态 , 而 微量 天平 则与该 腔分 离 , 置于 外部 环境 中 。试样被制成 厚 , 重约 公 司生产 超 临 界 公司生产 。
在
一
中 的溶 解 度
一
℃
为质量 密度 ,
为聚合物 的比容 , 云 为
降低的体积 。
发 泡试样 的表征
模 头 温 度和
将 盛有蒸馏水 的烧杯放 于 的影响
公 对
一
试样发泡倍率
发泡试 样 的密度
电子天平 上 , 并 带有 防止待测试样 浮出水面或 沉 于水 下 的 金属 支 架 。 首 先测 出试 样 的 实 际质 量 , 再将 试样 放人 水 中测 出质量 密度可通过式 求出 。 ` , 则试样 的
的影 响 。 由于很难 测定 聚合 物 气体 混合
物 的膨 胀体 积 , 通 常用状 态方程计 算得到 校正表 观溶解度 。 计算校 正采用
一 状态方 程 【 见式 」 。
后再
观值忽 略了聚合物 溶胀 时 , 每克 一
此时溶解
均大于
后体积 变化产生 的影 , 即
一
响 , 这种影 响在高压 下表现 更 明显 。压 力为 中溶解 了 的
大 , 由 于 先 长 大 的 大 气 泡 内压 力 较 小 , 而 后 成 核 的
一 吮、
` 丫丫摆竺
模头温度 ℃
模 头温度和
对发 泡试样
的影响
、
小 气泡 内压力 较大 , 因此
就会扩散 进人压 力
结论
小 的大气泡 内 ,无 法形成 大量均匀 细密的气泡 核 , 最 终的发泡试样 会 出现较 大的泡孔 , 甚 至 出现制 品 内部 中空 的现象 。 因此 , 在 挤出发 泡过程 中 ,模
即
,
【
, , 一 刘 本 刚 , 张 玉 霞 , 王 向东 , 等 聚丙 烯 发 泡 材 料 的应 用 及 研 究
挤 出发 泡 实 验
此 , 溶解在 聚合物 中的气体 质量
挤 出发泡实验在单 螺杆挤 出机上进行 , 采用 丝 状 口模 , 口模 定 型 段 长 度 为 巧 , 孔 径为
收 稿 日期 一 一 修 回 日期 一 一 。
。 挤 出发 泡 时 , 物 料 的 挤 出 速 率 保 持 在 人 左 右 。 由 于不 同配 方 的 进 料 速 率 不 同 ,所 以 螺 杆转速 会有变 化 一般在 以上 , 可 以 保
模头温度 ℃
图
模头温度和
汉
公 对模头压力 的影响
即
力 对
一
一
试样发泡倍率的影响
加 的趋势 。这是 因为聚合物 超临界
体系 的豁
从图
还可 看 出 在
公 为
,
时 ,得
度增 加 , 气液界面张 力增加 , 成核 气泡长 大过程 中 的 阻 力增 加 , 导 致 气 泡 的尺 寸 较小 , 增 加 。 在 为 公 为 , 发 泡温度 为 一 卜 刀 为 个 ℃时 , 制备 了孔 径 ,的 微孔泡
等 ' 研 究 了纯
一
和
一
滑石粉
发 泡试 样
共 混体 系 的挤 出发 泡 。 研 究 表明 , 一
的最 终发 泡 倍率 与温 度 的关 系呈 现 一 种 山 峰 状
分 布 ,说 明高 温下 的气 体散 失及 低 温下 熔体 的硬 化 结 晶是影 响发泡 试样 发泡倍 率 的两个 因素 。 当
。 蕊吕 静
公 超过了 公 为
”︸ “ 八
户 入 九 、 卜 令户 二 〕
式 中 币 ,户, 于分别 表示 降低 的密度 、 压力 、 温度 , 计 算方法 见式 一 式 为分子 占据 的格子数 。