PVC發(fā)泡板材的成型機(jī)理和發(fā)泡材料研究

1、    pvc發(fā)泡板材的成型機(jī)理和發(fā)泡材料研究    摘要：隨著森林和木材資源的日益緊張和國(guó)家對(duì)資源保護(hù)程度逐漸加強(qiáng)，以pvc材料代替木材已經(jīng)大勢(shì)所趨。目前pvc發(fā)泡板材已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑、化工、醫(yī)藥等行業(yè)。本文通過(guò)查閱大量pvc發(fā)泡板材的相關(guān)文獻(xiàn)資料，主要介紹了pvc板材的分類、特點(diǎn)和性能，并對(duì)板材的成型機(jī)理和常見發(fā)泡材料進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，旨在為pvc發(fā)泡板材的生產(chǎn)、應(yīng)用提供一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：pvc發(fā)泡板材；成型機(jī)理；發(fā)泡材料前言：pvc發(fā)泡板材指的是以pvc樹脂為主要原料，加入包括穩(wěn)定劑、發(fā)泡劑、潤(rùn)滑劑、發(fā)泡調(diào)節(jié)劑等輔助助劑，經(jīng)過(guò)塑化、擠出發(fā)泡

2、加工制備的不同形狀的板狀材料1。pvc發(fā)泡板，即雪弗板、安迪板2，由于具備較小的密度、較低的熱導(dǎo)率，較好吸收噪音的效果，阻燃性好，耐腐蝕性能好，易于加工等優(yōu)點(diǎn)而被建筑裝潢、室內(nèi)裝修、公共建筑隔斷板材、建筑地板等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用3。目前pvc發(fā)泡板材在國(guó)外應(yīng)用較多，目前我國(guó)pvc發(fā)泡板材的年產(chǎn)量和發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在較大的差距，pvc發(fā)泡材料在各行各業(yè)還沒有得到普及。然而，隨著木材、森林資源的日益緊張，以pvc來(lái)代替木材已經(jīng)成為材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，pvc發(fā)泡板材的發(fā)展前景廣闊4。不同應(yīng)用領(lǐng)域所需要的pvc發(fā)泡板可能存在形狀、性能上的差異，所需的發(fā)泡材料也不盡相同，這就決定了不同發(fā)泡板材的成型機(jī)理存在差

3、異5。1 pvc發(fā)泡板材1.1 pvc發(fā)泡板材的分類（1）根據(jù)發(fā)泡程度的不同可以將pvc發(fā)泡板材分為低發(fā)程度的發(fā)泡板材和高發(fā)程度的pvc發(fā)泡板材。其中，發(fā)泡程度位于20倍以上的被稱為高程度發(fā)泡板材，位于15倍以下的被稱為低程度發(fā)泡板材6。（2）根據(jù)泡體質(zhì)地軟硬程度的差異，可以將pvc發(fā)泡板材分為軟質(zhì)發(fā)泡板和硬質(zhì)發(fā)泡板兩大類。其中軟質(zhì)pvc發(fā)泡板材的硬度和強(qiáng)度較小，發(fā)泡程度高，倍數(shù)大，常用于保溫材料的制備7。而硬質(zhì)pvc發(fā)泡板材硬度高，強(qiáng)度大，發(fā)泡程度低，倍數(shù)小，主要用于力學(xué)材料的生產(chǎn)制造領(lǐng)域。（3）根據(jù)pvc發(fā)泡板材泡孔結(jié)構(gòu)的差異，可以將其分為開孔發(fā)泡板和閉孔發(fā)泡板兩大類。開孔pvc發(fā)泡板內(nèi)部

4、泡孔之間是彼此連接相通或者部分彼此連接相通的，而閉孔pvc發(fā)泡板內(nèi)部泡孔與泡孔之間是隔斷開，并為連接相通的。（4）根據(jù)生產(chǎn)工藝的差異，可以將pvc發(fā)泡板材分為自由發(fā)泡板材、結(jié)皮發(fā)泡板材和共擠發(fā)泡板材。pvc自由發(fā)泡板指的是發(fā)泡過(guò)程中熔融物質(zhì)離開模具以后，經(jīng)預(yù)冷輥進(jìn)入三輥冷卻定型，而得到所需形狀的發(fā)泡板。pvc自由法生產(chǎn)工藝特點(diǎn)是冷卻時(shí)間短，冷卻速度緩慢。pvc自由發(fā)泡板的表面結(jié)構(gòu)疏松，有凹凸不平的麻狀表面，無(wú)明顯結(jié)皮。該類發(fā)泡板材在生產(chǎn)過(guò)程中，操作簡(jiǎn)便且易于控制，常用于噴漆、印刷、版面等行業(yè)。pvc結(jié)皮發(fā)泡板指的是發(fā)泡過(guò)程中熔融物質(zhì)離開模具以后，經(jīng)多塊定型板冷卻定型而得到的發(fā)泡板。pvc結(jié)皮發(fā)

5、泡板生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)是冷卻速度快、冷卻充分，特別適合厚板生產(chǎn)。pvc結(jié)皮發(fā)泡板表面層有一光滑、平整的硬質(zhì)皮層，雖然該皮層也經(jīng)過(guò)發(fā)泡，但通常密度要比中間大很多，因此結(jié)皮板表面硬度較大，力學(xué)性能優(yōu)異，不容易出現(xiàn)劃痕。另外，由于采用了多塊定型板分段冷卻工藝，因此其產(chǎn)品厚度比自由板更均勻，表面硬度更大、光亮度更高。由于具備良好的導(dǎo)體絕緣性、機(jī)械性能和耐腐蝕性能，pvc結(jié)皮發(fā)泡板可用于建筑材料、化工容器材料以及裝飾材料領(lǐng)域，且經(jīng)過(guò)深加工的產(chǎn)品可以生產(chǎn)強(qiáng)酸盛裝材料以及家用水箱材料等。pvc共擠發(fā)泡板是由主、副2臺(tái)或多臺(tái)擠出機(jī)，先各自塑化，然后通過(guò)分配器、模具共擠成型產(chǎn)生的一種發(fā)泡板。其主要特點(diǎn)是皮層、芯層配

6、方不同，擠出設(shè)備是獨(dú)自塑化后經(jīng)分配器進(jìn)入擠出模具共同擠出。一般皮層不發(fā)泡、芯層發(fā)泡。共擠發(fā)泡板生產(chǎn)工藝更復(fù)雜，生產(chǎn)技術(shù)要求更高。pvc共擠發(fā)泡板表面比結(jié)皮發(fā)泡板更硬、更光亮。產(chǎn)品常常用于對(duì)表面硬度和光亮度要求較高的領(lǐng)域。1.2 pvc發(fā)泡板材的特點(diǎn)大量相關(guān)文獻(xiàn)資料證實(shí)，相比其它實(shí)心輕質(zhì)塑料板材、珍珠巖、石棉板材、陶粒等材料而言，pvc發(fā)泡板材具備優(yōu)異的隔熱保溫、承載能力以及隔音等特性，生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化程度高、操作簡(jiǎn)便、節(jié)省人力、節(jié)省資源。利用pvc發(fā)泡板材作為保溫隔熱材料，在外墻體保溫、屋面保溫等領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)附著性能和隔熱性能，完全可以取代聚乙烯板材等隔熱材料。目前，我國(guó)南方許多墻體、屋

7、面建筑的隔熱材料均應(yīng)用pvc發(fā)泡板材深加工制造的pvc發(fā)泡磚。pvc發(fā)泡板材主要具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）保溫效果好：pvc發(fā)泡板材的熱導(dǎo)系數(shù)約為0.065w/（m.k），熱阻是混凝土的10倍以上；（2）質(zhì)地輕：pvc發(fā)泡板材的平均密度約為250kg/m3，密度約為混凝土的五分之一左右，大大降低了建筑物的承載量；（3）良好的隔音效果：pvc發(fā)泡板材中有大量分布均勻的氣泡，相比混凝土具有較強(qiáng)吸收聲音的能力，因此隔音性能良好；（4）防水性：pvc發(fā)泡板材不吸水，具有較好的防水特性；（5）不易老化：pvc發(fā)泡板材耐腐蝕、防蟲蛀，與普板木材比使用壽命長(zhǎng)，不容易老化；（6）施工簡(jiǎn)便，造價(jià)低：施工過(guò)程中只用

8、pvc發(fā)泡機(jī)便可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作，且在垂直距離200m范圍內(nèi)可自由輸送，生產(chǎn)產(chǎn)量高，成本低。1.3 pvc發(fā)泡板材性能（1）熱性能：pvc發(fā)泡板材具有較差的熱穩(wěn)定性，150條件下材料性質(zhì)發(fā)生較大變化，開始分解。板材的融化溫度大約在160左右，且pvc發(fā)泡板材氧化指數(shù)極高，在空氣中很難燃燒，具有較高的阻燃性。（2）力學(xué)性能：pvc發(fā)泡板材的力學(xué)性能較好，強(qiáng)度較高。且板材的強(qiáng)度隨著分子量的增加明顯提高。硬質(zhì)pvc板材的彈性模量位于1500mpa到3000mpa之間，軟質(zhì)pvc板材的彈性位于1.5mpa到15mpa之間。（3）導(dǎo)電性能：pvc發(fā)泡板材因自身極性較大，相比pp和pe等材料而言，具有較差

9、的導(dǎo)電性能。板材電阻率和介電常數(shù)較高，耐電性能不好，在電力材料中一般只用在低頻和低壓絕緣材料制造領(lǐng)域。2 pvc發(fā)泡板材的成型機(jī)理pvc發(fā)泡成型機(jī)理根據(jù)所使用發(fā)泡劑的差異一般有化學(xué)發(fā)泡技術(shù)和物理發(fā)泡技術(shù)兩大類。（1）化學(xué)發(fā)泡技術(shù)化學(xué)發(fā)泡技術(shù)是pvc內(nèi)部通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生氣泡，具體工藝是加入發(fā)泡劑后進(jìn)行熱處理，因熱降解后有氣體生成，也可以在設(shè)計(jì)配方過(guò)程中，加入可以通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生氣體的發(fā)泡劑，使物料體系在加工過(guò)程中有氣泡生成即可?；瘜W(xué)發(fā)泡技術(shù)生產(chǎn)工藝中，物料混合、升溫、塑化以及發(fā)泡膨脹都是在塑機(jī)中進(jìn)行。（2）物理發(fā)泡技術(shù)一般而言，采用物理發(fā)泡技術(shù)生產(chǎn)pvc發(fā)泡板材的方式主要有三種：一是在高壓作

10、用下在熔融物料中注入氣體，然后降低壓力使多余的氣泡排出物料，進(jìn)而在板材中形成氣泡；二是設(shè)計(jì)配方時(shí)加入沸點(diǎn)較低的物料，通過(guò)加熱達(dá)到物料沸點(diǎn)后使之蒸發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w狀態(tài)，在熔融物料中即可產(chǎn)生氣泡；三是在物料中加入空心球，達(dá)到熔融狀態(tài)后可形成發(fā)泡體。然而，pvc發(fā)泡板材加工工藝無(wú)論選擇哪種發(fā)泡技術(shù)，發(fā)泡過(guò)程都經(jīng)過(guò)氣泡形成、氣泡膨脹、定型固化等幾個(gè)階段。3 發(fā)泡材料發(fā)泡材料泡孔大小、均勻程度是影響pvc發(fā)泡板材質(zhì)量的主要因素。低倍率發(fā)泡板材的泡孔均勻且氣泡較小，產(chǎn)品韌性好，表面光滑。采用化學(xué)發(fā)泡機(jī)理來(lái)生產(chǎn)板材，對(duì)發(fā)泡劑的基本要求是無(wú)毒無(wú)害、不容易燃燒、不容易腐蝕設(shè)備，且對(duì)產(chǎn)品成型、產(chǎn)品化學(xué)、物理性質(zhì)不產(chǎn)生

11、影響?；瘜W(xué)法所選擇物料的發(fā)泡速度必須容易控制，且氣泡生成后具備良好的分散性能。其中化學(xué)發(fā)泡法應(yīng)用較多的發(fā)泡材料主要有碳酸銨、碳酸氫銨、偶氮二異丁腈和偶氮甲酰胺等。目前市場(chǎng)使用最多的發(fā)泡劑是偶氮甲酰胺類。物理發(fā)泡技術(shù)對(duì)發(fā)泡材料的基本要求是具有良好的熱穩(wěn)定性能，無(wú)害無(wú)毒，不能對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，高溫狀態(tài)下穩(wěn)定性良好，不容易燃燒，產(chǎn)生的氣體不和物料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，且在熔融物料中的擴(kuò)散速度不能高于在空氣中的流動(dòng)速度。一般采用物理發(fā)泡機(jī)理生產(chǎn)pvc發(fā)泡板材常用的發(fā)泡材料主要有二氧化碳、空氣、甲烷、乙烷和氮?dú)獾?。由發(fā)泡材料來(lái)看，物理發(fā)泡技術(shù)所采用的的發(fā)泡劑成本較為低廉，特別是氮?dú)夂投趸?，?duì)環(huán)境污染性較小，高

12、溫不易燃燒，且發(fā)泡完成后不容易產(chǎn)生殘留物質(zhì)，對(duì)pvc性能影響較小，但發(fā)泡過(guò)程對(duì)設(shè)備要求較高，生產(chǎn)工藝相對(duì)復(fù)雜，初期投資大。pvc發(fā)泡板材在生產(chǎn)過(guò)程中加入高分子量聚合物的目的是為了加速pvc塑化速度和效率，提高熔融物料的熔體強(qiáng)度，預(yù)防氣泡合并，得到泡孔均勻一致、密度低的產(chǎn)品。不同廠家生產(chǎn)的發(fā)泡材料不同，生產(chǎn)的板材質(zhì)量也不盡相同，因此，pvc發(fā)泡板材在生產(chǎn)前要合理選擇發(fā)泡劑。4 結(jié)論pvc發(fā)泡板在隔熱、隔音、保溫和載重能力方面的性能相比其它實(shí)心輕質(zhì)材料（如石棉制品、陶粒、膨化珍珠巖等）來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)工藝操作簡(jiǎn)便，省時(shí)省力，機(jī)械化程度高。在國(guó)外，pvc發(fā)泡板被材料領(lǐng)域認(rèn)為是最具潛力的“傳統(tǒng)木材代替品”。發(fā)泡材料的選擇對(duì)于板材的生產(chǎn)質(zhì)量來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)至關(guān)重要的因素。因此，pvc發(fā)泡板在加工生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)根據(jù)具體需求來(lái)選擇合適的發(fā)泡材料和發(fā)泡技術(shù)，進(jìn)而得到合適的、質(zhì)量?jī)?yōu)異的產(chǎn)品。參考文獻(xiàn)：1王洪艷，李琴，張建，等.淺談pvc發(fā)泡板材j.山東林業(yè)科技， 2016（6）：109-111.2熊磊，張婧，于今，等.pvc運(yùn)動(dòng)地板的減震性能及發(fā)泡技術(shù)的分析研究j.化工管理，2016（20）：131-132.3崔崇.碳酸鈣對(duì)pvc低發(fā)泡板材成型的影響c.中國(guó)塑料加工工業(yè)協(xié)會(huì)改性塑料專業(yè)委員會(huì)理事會(huì)第一次會(huì)議暨2014年年會(huì).2014.4黃鶴.hdpe/竹粉復(fù)合