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1、塑料工艺塑料工艺第九章第九章 泡沫塑料成型泡沫塑料成型Foamed Plastics塑料工艺塑料工艺9.1 概述概述 泡沫塑料是整体内含有无数微孔的塑料，它泡沫塑料是整体内含有无数微孔的塑料，它是以塑料构成连续相并以气体作为分散相的两相是以塑料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。泡沫塑料由于气相的存在，因各异的泡沫塑料。泡沫塑料由于气相的存在，因而具有密度低、隔热保温、吸音、防震等优点。而具有密度低、隔热保温、吸音、防震等优点。大部分热塑性和热固性塑料都能制成泡沫塑料。大部分热塑性和热固性塑料都能
2、制成泡沫塑料。目前工业广泛应用的是聚乙烯、聚苯乙烯、聚氨目前工业广泛应用的是聚乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯等做基材的热塑性树脂泡沫塑料，热固性树脂酯等做基材的热塑性树脂泡沫塑料，热固性树脂泡沫塑料亦有一定产量，但柔软性差，主要用作泡沫塑料亦有一定产量，但柔软性差，主要用作要求强度较高和阻燃性好的泡沫塑料制品。要求强度较高和阻燃性好的泡沫塑料制品。 塑料工艺塑料工艺9.1 概述概述塑料工艺塑料工艺塑料工艺塑料工艺塑料工艺塑料工艺Example of tray used in horticulture: expanded polysterene tray with tomato seedlings塑料工
3、艺塑料工艺泡沫塑料的分类泡沫塑料的分类一、泡沫塑料的分类一、泡沫塑料的分类1、按泡孔结构分、按泡孔结构分开孔泡沫塑料开孔泡沫塑料(open cell)：泡孔之间相互连通，相互：泡孔之间相互连通，相互通气，气体和聚合物互为连续相通气，气体和聚合物互为连续相闭孔泡沫塑料闭孔泡沫塑料(closed cell):泡孔孤立存在，相互不连泡孔孤立存在，相互不连通，气泡完整无破碎通，气泡完整无破碎2、按硬度分、按硬度分软质泡沫塑料软质泡沫塑料：弹性模量：弹性模量E 700MPa半硬质泡沫塑料半硬质泡沫塑料: 70MPa E700MPa塑料工艺塑料工艺泡沫塑料的分类泡沫塑料的分类3、按制品密度分、按制品密度分
4、低发泡泡沫塑料低发泡泡沫塑料：密度小于：密度小于0.1gcm3气体固体发泡倍率气体固体发泡倍率9.0塑料工艺塑料工艺 此外，还有结构泡沫塑料此外，还有结构泡沫塑料Structure foam 和组合性泡沫塑和组合性泡沫塑料料Integral foamm之称，前者具有不发泡或少发泡的皮层之称，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，然后固化成型制得入已含固化剂的树脂中，然后固化成型制得Structure (Integral) foam 0,6 g/cm3Compact Plastics
5、1,1 g/cm3Structure (Integral) foam 0,2 g/cm3Foam without haut 0,1 g/cm3泡沫塑料的分类泡沫塑料的分类塑料工艺塑料工艺泡沫塑料的结构与特性泡沫塑料的结构与特性二、泡沫塑料的结构与特性二、泡沫塑料的结构与特性 泡沫塑料是以合成树脂为基体，加入发泡剂及其它添加泡沫塑料是以合成树脂为基体，加入发泡剂及其它添加剂，经发泡作用形成的一种具有细孔梅绵状结构的物质。一剂，经发泡作用形成的一种具有细孔梅绵状结构的物质。一般气泡的直径在般气泡的直径在50500m之间，气泡膜厚度在之间，气泡膜厚度在l10m之之间，在间，在lcm3泡沫塑料中有泡沫
6、塑料中有8008000万个气泡。万个气泡。 塑料工艺塑料工艺Structure of expanded polystyrene (microscope)Styropor bei ca. 200 fach mit Polfilter. Ausschnitt ca: 500m x 500m塑料工艺塑料工艺泡沫塑料的结构与特性泡沫塑料的结构与特性 泡沫塑料因其密度和结构的不同，性能也有所差异，从包装的角度来看，泡沫塑料因其密度和结构的不同，性能也有所差异，从包装的角度来看，泡沫塑料一般具有以下特性：泡沫塑料一般具有以下特性： 1 1、密度很小，一般在、密度很小，一般在0.020.02o.2g/cm3
7、o.2g/cm3之间，因此重量很轻，原之间，因此重量很轻，原 料消耗料消耗少，既减少包装重量，降低运输费用，成本也不高。少，既减少包装重量，降低运输费用，成本也不高。 2 2、具有极好的冲击吸收性能，防震效果极好，能有效地保护被包装物品。、具有极好的冲击吸收性能，防震效果极好，能有效地保护被包装物品。 3 3、机械性能好，有较好的抗压强度和回弹性能，特别是它可根据被包装、机械性能好，有较好的抗压强度和回弹性能，特别是它可根据被包装物品的重量等要求来选择性能不同的泡沫塑料。物品的重量等要求来选择性能不同的泡沫塑料。 4 4、化学稳定性好，对酸、碱，盐等化学药品均有较强的抗力，自身、化学稳定性好，
8、对酸、碱，盐等化学药品均有较强的抗力，自身pHpH值值处于中性，不会腐蚀包装物品。处于中性，不会腐蚀包装物品。 5 5、加工性能优良，既可以制成不同密度的软质和硬质泡沫塑料，又可以、加工性能优良，既可以制成不同密度的软质和硬质泡沫塑料，又可以按包装物品的外形、尺寸模压成各种包装容器，还可以把泡沫板（块）材用按包装物品的外形、尺寸模压成各种包装容器，还可以把泡沫板（块）材用多种粘合剂粘接，制成各种缓冲结构材料。多种粘合剂粘接，制成各种缓冲结构材料。 6 6、有很好的耐水性和很低的吸湿性，即使在较湿的情况下也不会出现变、有很好的耐水性和很低的吸湿性，即使在较湿的情况下也不会出现变形和毁体，影响其吸
9、收外力的能力。形和毁体，影响其吸收外力的能力。 7 7、对温度的变化有相当好的稳定性，完全可以满足一般正常包装的要求、对温度的变化有相当好的稳定性，完全可以满足一般正常包装的要求. . 8 8、由于泡沫塑料中含有大量微小气泡，故绝热性能优良，可作绝热材料，、由于泡沫塑料中含有大量微小气泡，故绝热性能优良，可作绝热材料，也可用于绝热包装。也可用于绝热包装。塑料工艺塑料工艺1 1、发泡剂、发泡剂Foam blowing agentFoam blowing agent 用作微孔泡沫塑料生产的发泡剂，一般可分成物理型和化用作微孔泡沫塑料生产的发泡剂，一般可分成物理型和化学型两类，这是按气体的产生是物理
10、过程学型两类，这是按气体的产生是物理过程( (即挥发或升华即挥发或升华) )，还，还是化学过程是化学过程( (即化学结构的破坏或其它化学反应即化学结构的破坏或其它化学反应) )来划分来划分 物理发泡剂：物理发泡剂：物理发泡剂一般是能溶于于聚合物母体的低物理发泡剂一般是能溶于于聚合物母体的低沸点液体或气体。当增加体系的温度和沸点液体或气体。当增加体系的温度和( (或或) )降低体系的压力时，降低体系的压力时，使物理发泡剂沸腾，从而发挥它们的发泡作用。聚合物系统的使物理发泡剂沸腾，从而发挥它们的发泡作用。聚合物系统的化学性质和变形特性决定了可以采用的物理发抱剂的类型。化学性质和变形特性决定了可以采
11、用的物理发抱剂的类型。 化学发泡剂：化学发泡剂：在热固性材料中，化学发泡作用常常通过链在热固性材料中，化学发泡作用常常通过链增长和交联反应形成挥发性副产物而实现，如在聚氨酯、酚醛增长和交联反应形成挥发性副产物而实现，如在聚氨酯、酚醛塑料和氨基塑料中。相反，对于热塑性塑料，化学发抱是借助塑料和氨基塑料中。相反，对于热塑性塑料，化学发抱是借助于相容的或很细的分散的化学物质，在高于聚合物配料温度，于相容的或很细的分散的化学物质，在高于聚合物配料温度，但又在加工温度范围内的相当窄的温度范围内，按所要求的速但又在加工温度范围内的相当窄的温度范围内，按所要求的速率分解而完成的。率分解而完成的。三、三、 发
12、泡方法和发泡原理发泡方法和发泡原理塑料工艺塑料工艺理想的分解型发泡剂应具有以下性能：理想的分解型发泡剂应具有以下性能： 发泡剂分解温度范围应比较狭窄稳定；发泡剂分解温度范围应比较狭窄稳定； 释放气体的速率必须能控制并且应合理地快速释放气体的速率必须能控制并且应合理地快速 放出的气体应无毒、无腐蚀性和具有难燃性放出的气体应无毒、无腐蚀性和具有难燃性 发泡剂分解时不应大量放热发泡剂分解时不应大量放热 发泡剂在树脂中具有良好的分散性发泡剂在树脂中具有良好的分散性 价廉，在运输和贮藏中稳定价廉，在运输和贮藏中稳定 发泡剂及其分解残余物应无色、对发泡聚合物的物理和化发泡剂及其分解残余物应无色、对发泡聚合
13、物的物理和化学性能无影响学性能无影响 发泡剂分解时的发气量应较大。发泡剂分解时的发气量应较大。三、三、 发泡方法和发泡原理发泡方法和发泡原理塑料工艺塑料工艺2 2、发泡方法、发泡方法 ( (一一) )物理发泡法物理发泡法 是指利用物理原理发泡的方法，包括以下三种：是指利用物理原理发泡的方法，包括以下三种： 在加压下把惰性气体压入熔融聚合物或糊状复合物中，然后在加压下把惰性气体压入熔融聚合物或糊状复合物中，然后降低压力，升高温度，使溶解的气体释放膨胀而发泡。目前聚氯乙烤和聚乙降低压力，升高温度，使溶解的气体释放膨胀而发泡。目前聚氯乙烤和聚乙烯泡沫塑科等有用这种方法生产的。优点是气体在发泡后不会留
14、下残渣，不烯泡沫塑科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。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。 利用低沸点液体蒸发气化而发泡。把低沸点液体压入聚合物利用低沸点液体蒸发气化而发泡。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，液体也随之蒸发气化而发泡，此法又称为可发性珠粒法。目前采用该软化，液体也随之蒸发气化而发泡，此法又称为可发性珠粒法。目前采用该法生产的有聚苯乙烯泡沫
15、塑料和交联聚乙烯泡沫塑料。作发泡剂用的低沸点法生产的有聚苯乙烯泡沫塑料和交联聚乙烯泡沫塑料。作发泡剂用的低沸点液体有：脂肪族烃类液体有：脂肪族烃类( (丁烷、戊烷等丁烷、戊烷等) )。含氯脂肪族烃类。含氯脂肪族烃类( (如二氯甲烷如二氯甲烷) )和含氟和含氟脂肪族烃类脂肪族烃类( (如如F F1111，F F1212，F F114114等等) )。此外，脂环烃类、芳香烃类、醇。此外，脂环烃类、芳香烃类、醇类、醚类、酮类和醛类等也可使用。类、醚类、酮类和醛类等也可使用。 引入气体的物理方法还有溶出法、中空微球法等。溶出法是引入气体的物理方法还有溶出法、中空微球法等。溶出法是将可溶性物质如食盐、淀
16、粉等和树脂混合，成型为制品后，再将制品放在水将可溶性物质如食盐、淀粉等和树脂混合，成型为制品后，再将制品放在水中反复处理，把可溶性物质溶出，即得到开孔型泡沫制品，多用作过滤材料。中反复处理，把可溶性物质溶出，即得到开孔型泡沫制品，多用作过滤材料。中空微球法是将熔化温度很高的空心玻璃微珠与塑料熔体相混，在玻璃微珠中空微球法是将熔化温度很高的空心玻璃微珠与塑料熔体相混，在玻璃微珠不致破碎的成型条件下，可制得特殊的闭孔型泡沫塑料。不致破碎的成型条件下，可制得特殊的闭孔型泡沫塑料。 三、三、 发泡方法和发泡原理发泡方法和发泡原理塑料工艺塑料工艺（二）化学发泡法（二）化学发泡法 发泡气体是由混合原料中的
17、某些组分在成型过程中发生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。的化学作用而产生的。包括以下两种。 （) )发泡气体是由加入的热分解型发泡剂受热分解而产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。常见的有碳酸氯钠、碳酸生的，这种发泡剂称为化学发泡剂。常见的有碳酸氯钠、碳酸铵、偶氮二甲酰胺铵、偶氮二甲酰胺( (俗称俗称A A发泡刑发泡刑) )、偶组二异丁腊和、偶组二异丁腊和N N，N N二二甲基甲基N N，N N二亚硝基对苯二甲酰胺等。化学发泡剂的分解温度二亚硝基对苯二甲酰胺等。化学发泡剂的分解温度和发气量，决定其在某一塑
18、料中的应用。和发气量，决定其在某一塑料中的应用。 （）发泡组分间相互作用产生气体的化学发泡法。此法（）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，生成惰性气体惰性气体( (如二氧化碳或氮气如二氧化碳或氮气) )而使聚合物膨胀发泡。发泡过程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列量，尚需加入少量催化剂和泡沫稳定列( (或称表面活性剂或称表面活性剂) )。聚。聚氨酯泡
19、沫塑料常用此法生产。氨酯泡沫塑料常用此法生产。发泡方法和发泡原理发泡方法和发泡原理塑料工艺塑料工艺发泡方法和发泡原理发泡方法和发泡原理 ( (三三) )机械发泡法机械发泡法 此法是采用强烈地机械搅拌使空气卷入树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，固化成为泡后再经过物理或化学变化使之胶凝，固化成为泡沫塑科。为缩短时间可通入空气和加入乳化剂或沫塑科。为缩短时间可通入空气和加入乳化剂或表面活性剂。表面活性剂。 常用该法生产的有脲醛树脂、聚乙烯醇缩甲常用该法生产的有脲醛树脂、聚乙烯醇缩甲
20、醛、聚醋酸乙烯、聚氯乙烯溶胶等泡沫塑料。醛、聚醋酸乙烯、聚氯乙烯溶胶等泡沫塑料。塑料工艺塑料工艺发泡方法和发泡原理发泡方法和发泡原理3、发泡原理 （1）泡沫的形成）泡沫的形成：气体栽溶液：气体栽溶液 中过饱和逸出中过饱和逸出成核。加入成核剂有利于提高泡沫生成速度，提成核。加入成核剂有利于提高泡沫生成速度，提高泡孔细度。如高泡孔细度。如PU发泡通入少量空气泡，发泡通入少量空气泡，PE发发泡加入少量填料。泡加入少量填料。 （2）泡孔增长）泡孔增长：增加溶解气体量和升高温度：增加溶解气体量和升高温度使气体膨胀，有利于促进泡沫生长。使气体膨胀，有利于促进泡沫生长。 （3）泡沫的稳定）泡沫的稳定：稳定有
21、两个途径，一是加：稳定有两个途径，一是加入表面活性剂降低界面张力，二是提高树脂黏度，入表面活性剂降低界面张力，二是提高树脂黏度，如冷却和交联如冷却和交联 塑料工艺塑料工艺发泡方法和发泡原理发泡方法和发泡原理 液体与气体相混能否成为泡沫物主要决定于液体与气体相混能否成为泡沫物主要决定于液体的性质。当液体与气体形成泡沫时，液体表液体的性质。当液体与气体形成泡沫时，液体表面机会有很大增加。衡量的尺度是液、气界面张面机会有很大增加。衡量的尺度是液、气界面张力与增加表面的乘积。从热力学角度说，这种能力与增加表面的乘积。从热力学角度说，这种能量的增加势必造成该系统物的不稳定。增加能量量的增加势必造成该系统
22、物的不稳定。增加能量越大，稳定性越小，越会受到该系统物为维持稳越大，稳定性越小，越会受到该系统物为维持稳定而进行缩小表面的自发过程所控制。所以，作定而进行缩小表面的自发过程所控制。所以，作为形成泡沫物的首要条件就是液、气的界面张力为形成泡沫物的首要条件就是液、气的界面张力必须具有较小的数值。必须具有较小的数值。 塑料工艺塑料工艺发泡方法和发泡原理发泡方法和发泡原理 界面张力并不是形成泡沫物的足够条件，实验证明，界面张力并不是形成泡沫物的足够条件，实验证明，形成泡沫物的另一条件是液体必须具有多相性，且界面处形成泡沫物的另一条件是液体必须具有多相性，且界面处的液体组分比率应与液体主体部分有所不同。
23、实践表明：的液体组分比率应与液体主体部分有所不同。实践表明：在纯液体中加入表面活化剂不仅能够满足这种条件，而且在纯液体中加入表面活化剂不仅能够满足这种条件，而且还能使液、气界面张力降低，因此容易使液体成为泡沫物，还能使液、气界面张力降低，因此容易使液体成为泡沫物，并且能使泡沫大小均匀。并且能使泡沫大小均匀。 表面活化剂的分子结构具有亲液和疏液两个部分，当表面活化剂的分子结构具有亲液和疏液两个部分，当它与液体和气体共存时，亲液部分向着液体，疏液部分向它与液体和气体共存时，亲液部分向着液体，疏液部分向着气体，因此改善了液体和气体间的吸引力，从而降低了着气体，因此改善了液体和气体间的吸引力，从而降低
24、了液体和气体间的表面张力。液体和气体间的表面张力。塑料工艺塑料工艺发泡方法和发泡原理发泡方法和发泡原理 泡沫物是热力学不稳定体，它的持续时间不会很长。但这泡沫物是热力学不稳定体，它的持续时间不会很长。但这种持续时间应大于泡沫物中树脂成为固体所需的时间，否则无种持续时间应大于泡沫物中树脂成为固体所需的时间，否则无法支撑泡沫塑料。泡沫物的持续时间很大程度上决定于其中液法支撑泡沫塑料。泡沫物的持续时间很大程度上决定于其中液体的性质。体的性质。 由于液体是泡壁的构成物，壁的机械强度越大，泡沫越能由于液体是泡壁的构成物，壁的机械强度越大，泡沫越能持久。所有具有凝胶结构的液体泡沫物的持久性具有有利作用。持
25、久。所有具有凝胶结构的液体泡沫物的持久性具有有利作用。其次，组成泡壁的液体受自重会向下流动，使泡壁薄化以至破其次，组成泡壁的液体受自重会向下流动，使泡壁薄化以至破裂，因此应加大液体黏度，增加泡沫物持续时间。在次，形成裂，因此应加大液体黏度，增加泡沫物持续时间。在次，形成泡壁的液体不应有很大的挥发度，不然泡壁也会因液体不断的泡壁的液体不应有很大的挥发度，不然泡壁也会因液体不断的散失而破裂。因为液体黏度和挥发度都是温度的函数，所以还散失而破裂。因为液体黏度和挥发度都是温度的函数，所以还应控制温度。应控制温度。塑料工艺塑料工艺9.2 物理发泡物理发泡 本节主要以本节主要以PS为主进行介绍为主进行介绍
26、 聚苯乙烯泡沫塑料的成型方法很多，主要有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刑制得，是采用乳液法聚苯乙烯和热分解型发泡刑制得，是早期使用的方法，现在用的很少。目前大且使用早期使用的方法，现在用的很少。目前大且使用的是可发性珠粒法和挤出发泡法。的是可发性珠粒法和挤出发泡法。 塑料工艺塑料工艺聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑料 聚苯乙烯泡沫塑料夹芯板聚苯乙烯泡沫塑料夹芯板 聚苯乙烯泡沫塑料夹芯板是以上下两层彩色钢板为表层，阻燃型聚苯乙烯泡沫聚苯乙烯泡沫塑料夹芯板是以上下两层彩色钢板为
27、表层，阻燃型聚苯乙烯泡沫塑料为芯层，用粘合剂压制而成的一种新型复合建筑板材，广泛应用于建筑物的墙塑料为芯层，用粘合剂压制而成的一种新型复合建筑板材，广泛应用于建筑物的墙体、屋面、装饰及组合冷库等。体、屋面、装饰及组合冷库等。塑料工艺塑料工艺聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑料 钢丝网架聚苯乙烯泡沫塑料夹芯板钢丝网架聚苯乙烯泡沫塑料夹芯板 钢丝网架聚苯乙烯泡沫塑料夹芯板是以阻燃型聚苯乙烯泡沫板为芯材，两侧配以钢丝网架聚苯乙烯泡沫塑料夹芯板是以阻燃型聚苯乙烯泡沫板为芯材，两侧配以2冷拔钢丝网片，插丝斜向交叉焊接而成，可以替代砖墙，用于内外墙、楼板、阳台、冷拔钢丝网片，插丝斜向交叉焊接而成，可以替代砖墙
28、，用于内外墙、楼板、阳台、楼梯及屋面板，尤其适宜于框架结构的填充墙和楼房加层。楼梯及屋面板，尤其适宜于框架结构的填充墙和楼房加层。 塑料工艺塑料工艺聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑料 冷库墙体保温冷库墙体保温 聚苯乙烯泡沫塑料具有闭孔结构，吸水性很小，耐低温性好，耐溶冻性好，因此广聚苯乙烯泡沫塑料具有闭孔结构，吸水性很小，耐低温性好，耐溶冻性好，因此广泛用于制冷设备和冷藏设备中，如冷冻机、冷风机、冷风管道、冷冻车间、冷藏车、泛用于制冷设备和冷藏设备中，如冷冻机、冷风机、冷风管道、冷冻车间、冷藏车、冷藏库、冷藏船舱等等。冷藏库、冷藏船舱等等。 塑料工艺塑料工艺聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑料 包装
29、材料包装材料 聚苯乙烯泡沫塑料具有重量轻、无毒，有一定弹性，可以模具成型，价格便宜的优聚苯乙烯泡沫塑料具有重量轻、无毒，有一定弹性，可以模具成型，价格便宜的优点，因此被广泛用于各种精密仪器、仪表、贵重物品、水产品、水果等的包装。点，因此被广泛用于各种精密仪器、仪表、贵重物品、水产品、水果等的包装。 塑料工艺塑料工艺聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑料 建筑物的外墙保温建筑物的外墙保温 建筑物外墙保温，由阻燃聚苯乙烯泡沫板材，胶粘剂及罩面材料组成，可以起到保建筑物外墙保温，由阻燃聚苯乙烯泡沫板材，胶粘剂及罩面材料组成，可以起到保温节能作用。温节能作用。 塑料工艺塑料工艺聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑
30、料 装璜造型装璜造型 聚苯乙烯泡沫塑料质轻、极易进行切割、雕刻、粘结制成各种复杂开头的模型。广聚苯乙烯泡沫塑料质轻、极易进行切割、雕刻、粘结制成各种复杂开头的模型。广泛用于展览、商店的装璜、造型材料、也可用来制作各种教学模型。泛用于展览、商店的装璜、造型材料、也可用来制作各种教学模型。 塑料工艺塑料工艺聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑料 管道保温管道保温 聚苯乙烯泡沫塑料无毒、无腐蚀性、吸水性小、体轻、保温、模具成型、搞酸碱腐聚苯乙烯泡沫塑料无毒、无腐蚀性、吸水性小、体轻、保温、模具成型、搞酸碱腐蚀，可用于各种用途的管道保温。蚀，可用于各种用途的管道保温。 塑料工艺塑料工艺聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙
31、烯泡沫塑料 管道保温管道保温 聚苯乙烯泡沫塑料无毒、无腐蚀性、吸水性小、体轻、保温、模具成型、搞酸碱腐聚苯乙烯泡沫塑料无毒、无腐蚀性、吸水性小、体轻、保温、模具成型、搞酸碱腐蚀，可用于各种用途的管道保温。蚀，可用于各种用途的管道保温。 塑料工艺塑料工艺聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑料 用于地面保温用于地面保温高密度的聚苯乙烯泡沫塑料板材具有很好的强度，可以承受一定荷载，保温隔热，价格便宜，可用于冷库的铺地材料。用于屋面保温用于屋面保温聚苯乙烯泡沫板材与其它屋面材料结合在一起，组成屋面覆盖系统，可以起到保温隔热、节约能源的作用。塑料工艺塑料工艺一、挤出发泡法一、挤出发泡法 将粒状将粒状PS树脂送
32、入挤出机中熔化树脂送入挤出机中熔化,用高压加料用高压加料器将液体发泡剂器将液体发泡剂(二氯甲烷或氯甲烷二氯甲烷或氯甲烷)注入挤出机的注入挤出机的熔化段。树脂与发泡剂经挤出螺杆转动而混合均匀熔化段。树脂与发泡剂经挤出螺杆转动而混合均匀,然后由口模挤出。发泡剂在减压下汽化然后由口模挤出。发泡剂在减压下汽化,致使挤出致使挤出物发泡而膨胀物发泡而膨胀,最后经缓慢冷却与切割最后经缓慢冷却与切割,即获得泡沫即获得泡沫塑料产品如板、棒、管以及异型产品。塑料产品如板、棒、管以及异型产品。 此法缺点是需要设置昂贵的高压加料设备此法缺点是需要设置昂贵的高压加料设备,泡泡孔大小较难控制孔大小较难控制,制品仅限挤出型
33、材制品仅限挤出型材,因此在工业上因此在工业上应用较少。应用较少。塑料工艺塑料工艺二、二、EPS Polystyrenes most common use is as expanded polystyrene (EPS). Expanded polystyrene is produced from a mixture of about 90-95% polystyrene and 5-10% gaseous blowing agent, most commonly pentane or carbon dioxide4. The solid plastic is expanded into a f
34、oam through the use of heat, usually steam. 使用可发性使用可发性PS粒料粒料,通过蒸汽箱模塑法、挤出法通过蒸汽箱模塑法、挤出法与注塑法生产泡沫塑料。此工艺不仅简便、且能与注塑法生产泡沫塑料。此工艺不仅简便、且能制造各种类型泡沫制品制造各种类型泡沫制品,因此在工业上广泛应用。因此在工业上广泛应用。塑料工艺塑料工艺二、二、EPS1、EPS珠粒的制造珠粒的制造一步法一步法：苯乙烯、引发剂和发泡剂一起加入：苯乙烯、引发剂和发泡剂一起加入反应釜聚合反应釜聚合一步半法一步半法：苯乙烯聚合到形成特性珠粒时加：苯乙烯聚合到形成特性珠粒时加入发泡剂继续聚合入发泡剂继续
35、聚合两步法两步法：先合成：先合成PS珠粒，再加入发泡剂加热珠粒，再加入发泡剂加热使其渗入珠粒中，冷却使其渗入珠粒中，冷却塑料工艺塑料工艺2、EPS制品的制备制品的制备使用可发性使用可发性PS粒料制造泡沫制品的生产过程粒料制造泡沫制品的生产过程,通通常分为预发泡、熟化与模塑三道工序。常分为预发泡、熟化与模塑三道工序。塑料工艺塑料工艺2、EPS制品的模压成型制品的模压成型1.预发泡预发泡 加热使珠状物膨胀到一定程度加热使珠状物膨胀到一定程度,以便模塑时制品以便模塑时制品密度获得更大降低密度获得更大降低,并减小制品内部的密度梯度。经并减小制品内部的密度梯度。经预发泡的物料仍为颗粒状预发泡的物料仍为颗
36、粒状,但其体积比原来大数十倍但其体积比原来大数十倍,通称作预胀物。制造密度通称作预胀物。制造密度0.1g/cm3以上的泡沫制品以上的泡沫制品时时,可用珠状物直接模塑可用珠状物直接模塑,而不必经过预发泡与熟化而不必经过预发泡与熟化两阶段。两阶段。有有5种方式：红外线预发泡、热空气预发泡、热种方式：红外线预发泡、热空气预发泡、热水预发泡、蒸汽预发泡和真空预发泡水预发泡、蒸汽预发泡和真空预发泡塑料工艺塑料工艺预发泡有间歇与连续两种方法。预发泡有间歇与连续两种方法。加热设备为红外线灯、水浴或加热设备为红外线灯、水浴或蒸汽加热器。实际在工业上蒸汽加热器。实际在工业上,大大多采用连续法多采用连续法,其主要
37、设备是连其主要设备是连续蒸汽预发泡机续蒸汽预发泡机,如图如图3所示所示。连续蒸汽预发泡机结构示意图1.旋转搅拌器2.固定搅拌器3.螺旋进料器4.加料斗5.出料口6.鼓风机塑料工艺塑料工艺 预发泡时预发泡时,将可发性将可发性PS粒料经螺旋进料器连续送入筒体粒料经螺旋进料器连续送入筒体内内,珠粒受热膨胀珠粒受热膨胀,在搅拌作用下在搅拌作用下,因容重不同因容重不同,轻者上浮轻者上浮,重者重者下沉。随螺旋进料器连续送料下沉。随螺旋进料器连续送料,器底珠粒推动上部珠粒器底珠粒推动上部珠粒,沿筒沿筒壁上升到出料口壁上升到出料口,再靠离心力推出筒外再靠离心力推出筒外,落入风管中并进入吹落入风管中并进入吹干器
38、。出料口由蜗轮机构调节升降干器。出料口由蜗轮机构调节升降,从而控制预发泡珠粒在筒从而控制预发泡珠粒在筒内停留时间内停留时间,以使预胀物达到规定容重。除搅拌器外，筒内装以使预胀物达到规定容重。除搅拌器外，筒内装有四根管有四根管,其中三根为蒸汽管其中三根为蒸汽管,蒸汽从管上细孔进入筒体蒸汽从管上细孔进入筒体,以使以使珠粒发泡。最底部一根管通压缩空气珠粒发泡。最底部一根管通压缩空气,以调节筒底温度。预发以调节筒底温度。预发泡温度一般控制在泡温度一般控制在90-105。预发泡容重系根据筒内温度、。预发泡容重系根据筒内温度、出料口高度与进料量三者配合来控制。温度高出料口高度与进料量三者配合来控制。温度高
39、,出料口位置高出料口位置高,进料量小进料量小,预发珠粒容重就小。最大发泡倍率为预发珠粒容重就小。最大发泡倍率为80以上。以上。塑料工艺塑料工艺2.熟化熟化 经预发泡的粒料经预发泡的粒料,需要贮存一段时间需要贮存一段时间,吸收空气进吸收空气进行熟化行熟化,以防止成型后收缩。熟化通常在大型料仓或以防止成型后收缩。熟化通常在大型料仓或开口容器中进行。熟化温度开口容器中进行。熟化温度22-26,熟化时间根据熟化时间根据容重要求、珠粒形状及空气条件而定容重要求、珠粒形状及空气条件而定,一般为一般为8-10h。3.成型成型常用方法是蒸汽加热模压法与挤出法。常用方法是蒸汽加热模压法与挤出法。(1)蒸汽加热模
40、压法蒸汽加热模压法按加热方式又分为蒸缸发泡与液压机直接蒸汽发按加热方式又分为蒸缸发泡与液压机直接蒸汽发泡两种。泡两种。塑料工艺塑料工艺蒸缸发泡法适宜生产小型、薄壁与形状复杂的制品蒸缸发泡法适宜生产小型、薄壁与形状复杂的制品,即将预胀物填满模具后放入蒸缸中即将预胀物填满模具后放入蒸缸中,然后通蒸汽加然后通蒸汽加热成型。蒸汽压力与加热时间视制品大小与厚度而热成型。蒸汽压力与加热时间视制品大小与厚度而定定,一般为一般为0.05-0.10MPa,10-50min。预胀物受热软。预胀物受热软化化,经膨胀互相熔接而成整体经膨胀互相熔接而成整体,冷却与脱模即得泡沫冷却与脱模即得泡沫塑料产品。塑料产品。 此法
41、所用模具简单此法所用模具简单,但操作劳动强度大但操作劳动强度大,难于实难于实现机械化与自动化生产。现机械化与自动化生产。塑料工艺塑料工艺塑料工艺塑料工艺塑料工艺塑料工艺聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑料 塑料工艺塑料工艺聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑料 塑料工艺塑料工艺液压机蒸汽发泡法适宜生产厚度大的制品如泡沫板。用气送液压机蒸汽发泡法适宜生产厚度大的制品如泡沫板。用气送法将粒料加入液压机的模具中。模具开有若干个法将粒料加入液压机的模具中。模具开有若干个0.1-0.4mm的通汽孔的通汽孔(或槽或槽),它们不会被颗粒堵塞。当模腔装满预胀物后它们不会被颗粒堵塞。当模腔装满预胀物后,直接通入直接通入0
42、.1-0.2MPa蒸汽蒸汽,赶走珠粒间的空气并使料温升至赶走珠粒间的空气并使料温升至110左右左右,模内预胀物膨胀并粘接成整体。然后关闭蒸汽模内预胀物膨胀并粘接成整体。然后关闭蒸汽,保保持一定时间持一定时间(1-2min),通水冷却并脱模。容重小与壁薄的制件通水冷却并脱模。容重小与壁薄的制件,冷却时间短冷却时间短,容重大与壁厚的制件容重大与壁厚的制件,冷却时间长。冷却时间长。 此法优点是塑化时间短、冷却定型快此法优点是塑化时间短、冷却定型快,珠粒熔接良好珠粒熔接良好,质质量稳定量稳定,生产效率高生产效率高,能实施自动化生产。能实施自动化生产。塑料工艺塑料工艺 适宜生产泡沫片材与薄膜。由于可发性
43、适宜生产泡沫片材与薄膜。由于可发性PS珠粒在珠粒在挤出机料筒内受热塑化容易被压实挤出机料筒内受热塑化容易被压实,制品密度常偏高。制品密度常偏高。为降低制品密度为降低制品密度,可加入适量柠檬酸可加入适量柠檬酸(或硼酸或硼酸)与碳酸氢与碳酸氢钠。这些物质受热产生不溶于钠。这些物质受热产生不溶于PS树脂的气体树脂的气体,在压力下在压力下均匀分散在熔融树脂中。当挤出物离开口模卸压后均匀分散在熔融树脂中。当挤出物离开口模卸压后,产产生的气体立即气化膨胀形成很多泡孔生的气体立即气化膨胀形成很多泡孔,此时树脂中发泡此时树脂中发泡剂的分解气体便进入这些泡孔剂的分解气体便进入这些泡孔,使泡孔继续膨胀。这样使泡孔
44、继续膨胀。这样,经挤出吹塑便制得细密而均匀的泡沫塑料片材或薄膜。经挤出吹塑便制得细密而均匀的泡沫塑料片材或薄膜。3、EPS制品的挤出成型制品的挤出成型塑料工艺塑料工艺通常使用单螺杆挤出机通常使用单螺杆挤出机,长径比为长径比为18-20,压缩比为压缩比为2-4。压缩。压缩比小比小,发泡剂在螺杆内受压不足发泡剂在螺杆内受压不足,使挤出物中存有较大泡孔使挤出物中存有较大泡孔;压缩压缩比大比大,物料对气体的后推力增大物料对气体的后推力增大,气体易从料斗逸出。螺杆与料气体易从料斗逸出。螺杆与料筒的间隙宜小。螺杆头部呈鱼雷状筒的间隙宜小。螺杆头部呈鱼雷状,以利提高混合效率并防止料以利提高混合效率并防止料流
45、脉动。机头口模应有一定压差流脉动。机头口模应有一定压差,以防物料在模内发泡。挤出物以防物料在模内发泡。挤出物离开口模立即发泡离开口模立即发泡,且泡孔均匀地双向膨胀。且泡孔均匀地双向膨胀。此时发泡剂气化吸热此时发泡剂气化吸热,致使树脂冷却致使树脂冷却,泡壁便有一定张力泡壁便有一定张力,从而从而有助防止气泡并孔。吹塑时有助防止气泡并孔。吹塑时,吹胀比为吹胀比为3-6,并应较快牵引并应较快牵引,使挤出使挤出物在张力下冷却物在张力下冷却,大分子沿牵伸方向定向大分子沿牵伸方向定向,使制品物理性能增高。使制品物理性能增高。为此应严格控制牵伸温度、牵伸速度与冷却速度。为此应严格控制牵伸温度、牵伸速度与冷却速
46、度。塑料工艺塑料工艺影响因素影响因素影响泡沫制品密度及其它性能的主要因素有如下几点影响泡沫制品密度及其它性能的主要因素有如下几点:1.温度温度在低于玻璃化温度下在低于玻璃化温度下,发泡剂向外逸出发泡剂向外逸出,珠粒不胀大。温度珠粒不胀大。温度增高增高,聚合物转变至高弹态聚合物转变至高弹态,发泡速度与发泡倍率增大。这是发泡速度与发泡倍率增大。这是由于发泡剂汽化由于发泡剂汽化,形成泡孔形成泡孔,水蒸汽渗入泡孔水蒸汽渗入泡孔,孔内压力增高孔内压力增高,孔孔壁层对拉伸的阻力减小所致。在更高温度下壁层对拉伸的阻力减小所致。在更高温度下,聚合物的高弹形聚合物的高弹形变份量减小而粘流变份量减小而粘流(塑料塑
47、料)形变份量增大形变份量增大,孔壁强度下降孔壁强度下降,在发泡在发泡程度不大时即破裂程度不大时即破裂,已膨胀的泡孔又出现回缩已膨胀的泡孔又出现回缩,因此发泡倍率因此发泡倍率必然很小。实践证明必然很小。实践证明,可发性可发性PS树脂的最佳发泡温度为树脂的最佳发泡温度为104-109。4、影响、影响EPS制品的因素制品的因素塑料工艺塑料工艺2.时间时间在恒定温度下在恒定温度下,发泡倍率随时间增长而增大发泡倍率随时间增长而增大,达到最达到最大值后大值后,又随时间延长而减小。在较高温度下又随时间延长而减小。在较高温度下,最大发最大发泡倍率随时间增长减小的趋势更为急剧泡倍率随时间增长减小的趋势更为急剧,
48、原因是孔壁原因是孔壁中细裂纹很快发展成粗裂纹中细裂纹很快发展成粗裂纹,孔内压力迅速下降孔内压力迅速下降,使泡使泡孔很快收缩。由此可见孔很快收缩。由此可见,高温发泡时高温发泡时,控制最大发泡倍控制最大发泡倍率很困难率很困难,若通水冷却时间稍微不当若通水冷却时间稍微不当,泡孔即发生瘪塌。泡孔即发生瘪塌。所以发泡与冷却时间随温度而定。所以发泡与冷却时间随温度而定。塑料工艺塑料工艺3.聚合物分子量与分布聚合物分子量与分布PS树脂分子量越大树脂分子量越大,其拉伸取向能力、取向后强度、其拉伸取向能力、取向后强度、玻璃化温度与粘流温度皆越高玻璃化温度与粘流温度皆越高,因此便可提高发泡温因此便可提高发泡温度度
49、,以获得更大发泡倍率。用分子量分布窄以获得更大发泡倍率。用分子量分布窄(Mw/Mn2)的的PS树脂树脂,发泡温度范围宽发泡温度范围宽,发泡倍率大发泡倍率大,泡孔强度高泡孔强度高,孔壁极限厚度小孔壁极限厚度小,且制品质地均匀且制品质地均匀,断裂拉伸强度与相断裂拉伸强度与相对伸长率皆高。对伸长率皆高。塑料工艺塑料工艺9.3 化学发泡化学发泡 一、聚氯乙烯泡沫塑料一、聚氯乙烯泡沫塑料 按其配方和成型方法不同可制成为软质和硬按其配方和成型方法不同可制成为软质和硬质两种。软质泡沫塑料在配制时加入较多的增塑质两种。软质泡沫塑料在配制时加入较多的增塑剂，成型后具有一定的柔软性。而硬质聚氯乙烯剂，成型后具有一
50、定的柔软性。而硬质聚氯乙烯泡沫塑料在配制时加入溶剂将树脂溶解，成型过泡沫塑料在配制时加入溶剂将树脂溶解，成型过程中溶剂受热挥发而成为质地坚硬的泡沫制品。程中溶剂受热挥发而成为质地坚硬的泡沫制品。 塑料工艺塑料工艺PVC泡沫塑料泡沫塑料 聚氯乙烯注塑发泡凉鞋聚氯乙烯注塑发泡凉鞋 PVCPVC发泡凉鞋，是以聚氯乙烯树脂为主，加入适量的发泡凉鞋，是以聚氯乙烯树脂为主，加入适量的添加剂，经捏合造粒、注塑成型制得。发泡凉鞋的特点是添加剂，经捏合造粒、注塑成型制得。发泡凉鞋的特点是鞋底发泡，中间部位为松软的泡沫层，大底表面为不发泡鞋底发泡，中间部位为松软的泡沫层，大底表面为不发泡硬层，因而底部较全塑凉鞋柔