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1、第一章 概述第一节第一节 简介简介 泡沫塑料：泡沫塑料：以树脂为主体，内部有许多微小以树脂为主体，内部有许多微小泡孔的塑料制品。泡孔的塑料制品。泡沫塑料的应用一、泡沫塑料分类（1 1）按泡孔结构分类）按泡孔结构分类开孔泡沫塑料开孔泡沫塑料( (open cell)：泡孔之间相互连通，：泡孔之间相互连通，相互通气，气体和聚合物互为连续相相互通气，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，相泡孔孤立存在，相互不连通，气泡完整无破碎互不连通，气泡完整无破碎 软质泡沫塑料软质泡沫塑料：弹性模量：弹性模量E 70MPaE 700MPa E700MPa
2、半硬质泡沫塑料半硬质泡沫塑料: : 70MPa E700MPa 70MPa E700MPa（2 2）按硬度分类）按硬度分类低发泡泡沫塑料低发泡泡沫塑料：密度：密度大于大于0.4g/cm3气体固体发泡倍率气体固体发泡倍率9.0（3 3）按制品密度分类）按制品密度分类常见泡沫塑料分类常见泡沫塑料分类 二、泡沫塑料的性能密度小密度小吸收冲击载荷性好吸收冲击载荷性好隔热性优良隔热性优良隔声效果好隔声效果好比强度高比强度高三、影响泡沫塑料性能的因素加工因素：加工因素：减少料流的拖力或外界拉力作用减少料流的拖力或外界拉力作用泡孔结构因素：泡孔结构因素：开孔率越大，压缩强度越小开孔率越大，压缩强度越小泡孔尺
3、寸因素：泡孔尺寸因素：小泡孔泡沫塑料的压缩性能小泡孔泡沫塑料的压缩性能优于大泡孔的优于大泡孔的第二节 发泡方法与基本原理一、气发泡方法一、气发泡方法物理发泡法物理发泡法 物理发泡是借助于发泡剂在树脂中物理状态的改变，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。形成大量的气泡，使聚合物发泡。化学发泡法化学发泡法 化学发泡法是由混合原料的某些组分在过程中通过化学发泡法是由混合原料的某些组分在过程中通过化学作用产生发泡气体的发泡方法。化学作用产生发泡气体的发泡方法。机械发泡法机械发泡法 机械发泡法是用强烈的机械搅拌将空气卷入树脂的机械发泡法是用强烈的机械搅拌将空气卷入
4、树脂的乳液、悬浮液或溶液中，使其形成均匀的泡沫物，而后乳液、悬浮液或溶液中，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再经过物理或化学变化，使之稳定而成为泡沫塑料的方法。法。物理发泡剂物理发泡剂 惰性气体、低沸点液体、固态空气球惰性气体、低沸点液体、固态空气球选择物理发泡剂要考虑的要求：选择物理发泡剂要考虑的要求：无臭气、无毒性、无腐蚀性；无臭气、无毒性、无腐蚀性；不可燃；不可燃；不影响聚合物本身的物理和化学性能；不影响聚合物本身的物理和化学性能；具有对热和化学药品的稳定性；具有对热和化学药品的稳定性；在室温下，蒸气压力低，呈液态，以便储存、输送和操在室温下，蒸
5、气压力低，呈液态，以便储存、输送和操作；作；低比热容和低潜能，以利于快速汽化；低比热容和低潜能，以利于快速汽化；相对分子质量低，相对密度高；相对分子质量低，相对密度高；通过聚合物模壁的扩散速度应比空气小；通过聚合物模壁的扩散速度应比空气小；来源广，廉价。来源广，廉价。（1）惰性气体）惰性气体 常用的惰性气体：常用的惰性气体：N2、CO2 优点优点：无色、无味，发泡后无残渣，不会影响泡沫塑：无色、无味，发泡后无残渣，不会影响泡沫塑料的性能。料的性能。 选择惰性气体作发泡剂时，要选择在聚合物中选择惰性气体作发泡剂时，要选择在聚合物中渗透速渗透速度较小度较小的发泡剂。的发泡剂。发泡过程：发泡过程：决
6、定泡孔均匀的因素：发泡剂是否均匀地分布在熔体中决定泡孔均匀的因素：发泡剂是否均匀地分布在熔体中 是否快速去除压力是否快速去除压力 压力是否足够高压力是否足够高挤出物理发泡注塑物理发泡（2）低沸点液体）低沸点液体 选取选取常温常压下呈气态常温常压下呈气态的低沸点气体的低沸点气体 ，一般要求，一般要求它在常压下沸点低于它在常压下沸点低于110C。氟利昂氟利昂 优点：具有阻燃性，遇热稳定，化学上呈惰性，优点：具有阻燃性，遇热稳定，化学上呈惰性，无毒。无毒。 缺点：破坏大气臭氧层。缺点：破坏大气臭氧层。二氯甲烷二氯甲烷 缺点：有毒性，已逐渐被淘汰。缺点：有毒性，已逐渐被淘汰。戊烷戊烷 优点：具有很高的
7、发泡效率。优点：具有很高的发泡效率。 缺点：易燃。缺点：易燃。（3 3）固态空心球）固态空心球 空气球可分为有机和无机两大类：空气球可分为有机和无机两大类：无机空心球：玻璃、氧化铝、氧化镁、二氧化硅、无机空心球：玻璃、氧化铝、氧化镁、二氧化硅、陶瓷等陶瓷等有机空心球：纤维素衍生物、天然乳胶、酚醛树有机空心球：纤维素衍生物、天然乳胶、酚醛树脂等。脂等。 成型过程：成型过程：化学发泡法化学发泡法（1 1）化学发泡剂发泡）化学发泡剂发泡 化学发泡剂：受热时能释放出气体如化学发泡剂：受热时能释放出气体如COCO2 2、N N2 2等物质。等物质。无机发泡剂无机发泡剂：碳酸盐和碳酸氢盐：碳酸盐和碳酸氢盐
8、 优点：价廉、不会降低塑料的耐热性优点：价廉、不会降低塑料的耐热性 缺点：分解气体的速率受压力影响较大，发泡剂与塑料不混溶，缺点：分解气体的速率受压力影响较大，发泡剂与塑料不混溶，产生的气体主要是水蒸气。产生的气体主要是水蒸气。 无机发泡剂应用较少。无机发泡剂应用较少。有机发泡剂：有机发泡剂：偶氮类、亚硝基类和磺酰肼类的化合物偶氮类、亚硝基类和磺酰肼类的化合物 优点：放出的气体无毒、无臭，在塑料中具有较大的分散性。优点：放出的气体无毒、无臭，在塑料中具有较大的分散性。 缺点：大多数有机发泡剂是易燃易爆物质。缺点：大多数有机发泡剂是易燃易爆物质。（2 2）发泡组分间相互作用析出气体发泡）发泡组分
9、间相互作用析出气体发泡 此法的发泡气体是此法的发泡气体是由形成聚合物的组分相互由形成聚合物的组分相互作用作用所产生的副产物，或者是所产生的副产物，或者是这类组分与其他这类组分与其他物质作用物质作用的生成物。的生成物。 此法常用于聚氨酯泡沫塑料的生产。此法常用于聚氨酯泡沫塑料的生产。化学和物理发泡剂的比较：化学和物理发泡剂的比较：化学发泡剂：化学发泡剂：可控制泡沫塑料制品的密度可控制泡沫塑料制品的密度无需改造机器，操作简单无需改造机器，操作简单化学发泡剂为粉料，易污染环境化学发泡剂为粉料，易污染环境化学发泡剂副反应引起腐蚀、制品变色、有害气化学发泡剂副反应引起腐蚀、制品变色、有害气体污染体污染物
10、理发泡剂：物理发泡剂：制品密度不可控制品密度不可控需改造机器需改造机器物理发泡剂对制品材质无影响物理发泡剂对制品材质无影响二、泡沫形成的原理与过程TEXT在塑料熔在塑料熔体或液体体或液体中形成大中形成大量均匀细量均匀细密的气泡密的气泡核核泡沫形泡沫形成成泡沫增泡沫增长长泡沫稳定泡沫稳定气泡膨胀气泡膨胀成为所要成为所要求的泡沫求的泡沫结构的泡结构的泡体体固化定型固化定型将泡沫结将泡沫结构固定下构固定下来来t = 0 st = 13.5 minst = 20 minst = 50 minst = 83.3 mins泡沫形成泡沫形成（1 1）分子架理论）分子架理论 聚合物的体积由两部分组成，一部分是
11、大分子占据的聚合物的体积由两部分组成，一部分是大分子占据的体积，另一部分是未被占据的自由体积。当气体溶于体积，另一部分是未被占据的自由体积。当气体溶于聚合物时，气体就占据了自由体积。当自由体积减小聚合物时，气体就占据了自由体积。当自由体积减小时，气体从聚合物中析出，形成气泡核。时，气体从聚合物中析出，形成气泡核。（2 2）热点成核机理）热点成核机理 当聚合物熔体中出现热点时，由于热点处熔体的温当聚合物熔体中出现热点时，由于热点处熔体的温度上升，熔体的黏度、表面张力、气体在熔体中的溶度上升，熔体的黏度、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解度都发生变化，使熔体
12、中过饱和气体分子易向热点聚集，形成气泡核。聚集，形成气泡核。（3 3）其他成核方法）其他成核方法使气体在聚合物熔体中呈高度过饱和状态，同时加入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、表面活性剂可促进气泡核的形成。成核剂、表面活性剂可促进气泡核的形成。有的发泡剂在熔体中分解放出气体量较大，使气体聚集有的发泡剂在熔体中分解放出气体量较大，使气体聚集的速度超过气体在熔体中的溶解和扩散速度，得到微泡的速度超过气体在熔体中的溶解和扩散速度，得到微泡结构。结构。用强烈的机械搅拌，使混入聚合物中的气体来不及溶解用强烈的机械搅拌，使混入聚合物中的气体来不及溶解和扩散，形成微泡。和扩散，形成微泡。
13、泡沫增长泡沫增长泡沫增长是泡孔长大的过程。泡沫增长是泡孔长大的过程。影响气泡膨胀的因素：影响气泡膨胀的因素：原材料规格、品种、性能及用量的影响原材料规格、品种、性能及用量的影响 如发泡剂在熔体中的浓度、溶解度、扩散系数、熔体如发泡剂在熔体中的浓度、溶解度、扩散系数、熔体的黏弹性能等的黏弹性能等加工工艺参数的影响加工工艺参数的影响 如压力、温度、剪切速率等如压力、温度、剪切速率等泡沫稳定泡沫稳定在发泡成型过程中，稳定气泡的方法：在发泡成型过程中，稳定气泡的方法：用表面活性剂降低表面张力，有利于生成细泡，用表面活性剂降低表面张力，有利于生成细泡，减少气体扩散过程，使泡沫稳定。减少气体扩散过程，使泡沫稳定。提高树脂熔体黏度，避免泡孔壁膜进一步减薄来提高树脂熔体黏度，避免泡孔壁膜进一步减薄来稳定泡沫。稳定泡沫。