塑料發(fā)泡原理課件

氣發(fā)泡沫塑料的形成：是把氣體溶解在液態(tài)聚合物中形成飽和溶液，然后通過成核作用生產泡沫。其泡沫的形成大體上分三個階段：泡沫的形成、泡沫的增長、泡沫的穩(wěn)定.塑料發(fā)泡原理10/19/20221氣發(fā)泡沫塑料的形成：是把氣體溶解在液態(tài)聚合物中發(fā)泡劑

用作微孔泡沫塑料生產的發(fā)泡劑，一般可分成物理型和化學型兩類，這是按氣體的產生是物理過程(即揮發(fā)或升華)，還是化學過程(即化學結構的破壞或其它化學反應)來劃分

物理發(fā)泡劑：物理發(fā)泡劑一般是能溶于于聚合物母體的低沸點液體或氣體。當增加體系的溫度和(或)降低體系的壓力時，使物理發(fā)泡劑沸騰，從而發(fā)揮它們的發(fā)泡作用。聚合物系統(tǒng)的化學性質和變形特性決定了可以采用的物理發(fā)抱劑的類型。

化學發(fā)泡劑：在熱固性材料中，化學發(fā)泡作用常常通過鏈增長和交聯(lián)反應形成揮發(fā)性副產物而實現，如在聚氨酯、酚醛塑料和氨基塑料中。相反，對于熱塑性塑料，化學發(fā)抱是借助于相容的或很細的分散的化學物質，在高于聚合物配料溫度，但又在加工溫度范圍內的相當窄的溫度范圍內，按所要求的速率分解而完成的。10/19/20222發(fā)泡劑10/15/20222理想的分解型發(fā)泡劑應具有以下性能：

①發(fā)泡劑分解溫度范圍應比較狹窄穩(wěn)定；

②釋放氣體的速率必須能控制并且應合理地快速

③放出的氣體應無毒、無腐蝕性和具有難燃性

④發(fā)泡劑分解時不應大量放熱

⑤發(fā)泡劑在樹脂中具有良好的分散性

⑥價廉，在運輸和貯藏中穩(wěn)定

⑦發(fā)泡劑及其分解殘余物應無色、對發(fā)泡聚合物的物理和化學性能無影響

⑧發(fā)泡劑分解時的發(fā)氣量應較大。10/19/20223理想的分解型發(fā)泡劑應具有以下性能：

10/15/2022發(fā)泡方法

物理發(fā)泡法

是指利用物理原理發(fā)泡的方法，包括以下三種：

①在加壓下把惰性氣體壓入熔融聚合物或糊狀復合物中，然后降低壓力，升高溫度，使溶解的氣體釋放膨脹而發(fā)泡。目前聚氯乙烤和聚乙烯泡沫塑科等有用這種方法生產的。優(yōu)點是氣體在發(fā)泡后不會留下殘渣，不影響泡沫塑料的性能和使用。缺點是需要高的壓力和比較復雜的高壓設備。

②利用低沸點液體蒸發(fā)氣化而發(fā)泡。把低沸點液體壓入聚合物中或在一定的壓力、溫度下，使液體溶入聚合物顆粒中，然后將聚合物加熱軟化，液體也隨之蒸發(fā)氣化而發(fā)泡，此法又稱為可發(fā)性珠粒法。目前采用該法生產的有聚苯乙烯泡沫塑料和交聯(lián)聚乙烯泡沫塑料。作發(fā)泡劑用的低沸點液體有：脂肪族烴類(丁烷、戊烷等)。含氯脂肪族烴類(如二氯甲烷)和含氟脂肪族烴類(如F—11，F—12，F—114等)。此外，脂環(huán)烴類、芳香烴類、醇類、醚類、酮類和醛類等也可使用。

③引入氣體的物理方法還有溶出法、中空微球法等。溶出法是將可溶性物質如食鹽、淀粉等和樹脂混合，成型為制品后，再將制品放在水中反復處理，把可溶性物質溶出，即得到開孔型泡沫制品，多用作過濾材料。中空微球法是將熔化溫度很高的空心玻璃微珠與塑料熔體相混，在玻璃微珠不致破碎的成型條件下，可制得特殊的閉孔型泡沫塑料。10/19/20224發(fā)泡方法10/15/20224化學發(fā)泡法

發(fā)泡氣體是由混合原料中的某些組分在成型過程中發(fā)生的化學作用而產生的。包括以下兩種。

（１)發(fā)泡氣體是由加入的熱分解型發(fā)泡劑受熱分解而產生的，這種發(fā)泡劑稱為化學發(fā)泡劑。常見的有碳酸氯鈉、碳酸銨、偶氮二甲酰胺(俗稱AＣ發(fā)泡刑)、偶組二異丁臘和N，N—二甲基N，N－二亞硝基對苯二甲酰胺等?；瘜W發(fā)泡劑的分解溫度和發(fā)氣量，決定其在某一塑料中的應用。

（２）發(fā)泡組分間相互作用產生氣體的化學發(fā)泡法。此法是利用發(fā)泡體系中的兩個或多個組分之間發(fā)生化學反應，生成惰性氣體(如二氧化碳或氮氣)而使聚合物膨脹發(fā)泡。發(fā)泡過程中為控制聚合反應和發(fā)泡反應平衡進行，保證制品有較好的質量，尚需加入少量催化劑和泡沫穩(wěn)定列(或稱表面活性劑)。聚氨酯泡沫塑料常用此法生產。

10/19/20225化學發(fā)泡法10/15/20225

機械發(fā)泡法

此法是采用強烈地機械攪拌使空氣卷入樹脂乳液、懸浮液或溶液中成為均勻的泡沫體，然后再經過物理或化學變化使之膠凝，固化成為泡沫塑科。為縮短時間可通入空氣和加入乳化劑或表面活性劑。常用該法生產的有脲醛樹脂、聚乙烯醇縮甲醛、聚醋酸乙烯、聚氯乙烯溶膠等泡沫塑料。10/19/20226

機械發(fā)泡法10/15/20226發(fā)泡原理

（1）泡沫的形成：氣體栽溶液中過飽和逸出成核。加入成核劑有利于提高泡沫生成速度，提高泡孔細度。如PU發(fā)泡通入少量空氣泡，PE發(fā)泡加入少量填料。

（2）泡孔增長：增加溶解氣體量和升高溫度使氣體膨脹，有利于促進泡沫生長。

（3）泡沫的穩(wěn)定：穩(wěn)定有兩個途徑，一是加入表面活性劑降低界面張力，二是提高樹脂黏度，如冷卻和交聯(lián)10/19/20227發(fā)泡原理10/15/20227

液體與氣體相混能否成為泡沫物主要決定于液體的性質。當液體與氣體形成泡沫時，液體表面機會有很大增加。衡量的尺度是液、氣界面張力與增加表面的乘積。從熱力學角度說，這種能量的增加勢必造成該系統(tǒng)物的不穩(wěn)定。增加能量越大，穩(wěn)定性越小，越會受到該系統(tǒng)物為維持穩(wěn)定而進行縮小表面的自發(fā)過程所控制。所以，作為形成泡沫物的首要條件就是液、氣的界面張力必須具有較小的數值。10/19/20228

液體與氣體相混能否成為泡沫物主要決定于液界面張力并不是形成泡沫物的足夠條件，實驗證明，形成泡沫物的另一條件是液體必須具有多相性，且界面處的液體組分比率應與液體主體部分有所不同。實踐表明：在純液體中加入表面活化劑不僅能夠滿足這種條件，而且還能使液、氣界面張力降低，因此容易使液體成為泡沫物，并且能使泡沫大小均勻。表面活化劑的分子結構具有親液和疏液兩個部分，當它與液體和氣體共存時，親液部分向著液體，疏液部分向著氣體，因此改善了液體和氣體間的吸引力，從而降低了液體和氣體間的表面張力。10/19/20229界面張力并不是形成泡沫物的足夠條件，實泡沫物是熱力學不穩(wěn)定體，它的持續(xù)時間不會很長。但這種持續(xù)時間應大于泡沫物中樹脂成為固體所需的時間，否則無法支撐泡沫塑料。泡沫物的持續(xù)時間很大程度上決定于其中液體的性質。由于液體是泡壁的構成物，壁的機械強度越大，泡沫越能持久。所有具有凝膠結構的液體泡沫物的持久性具有有利作用。其次，組成泡壁的液體受自重會向下流動，使泡壁薄化以至破裂，因此應加大液體黏度，增加泡沫物持續(xù)時間。在次，形成泡壁的液體不應有很大的揮發(fā)度，不然泡壁也會因液體不斷的散失而破裂。因為液體黏度和揮發(fā)度都是溫度的函數，所以還應控制溫度。10/19/202210泡沫物是熱力學不穩(wěn)定體，它的持續(xù)時間不當氣體在溶液中達飽和限度而形成過飽和溶液時，氣體又從溶液中逸出形成氣泡，形成氣泡的過程就是成核作用。這時，除聚合物液相外，產生了新相——氣相，分散在聚合物中，成為泡沫。如果同時還存在很小的固體粒子或很小的氣泡，即所謂的第二分散相，就會有利于這一過程的形成。這種加入第二相的物質叫做“成核劑”。總結：（一）泡沫的形成10/19/202211當氣體在溶液中達飽和限度而形成過飽和溶液時，氣體氣泡形成之后，由于氣泡內氣體壓力與半徑成反比，氣泡越小，內部的壓力越大。當兩個大小不同的氣泡接近時，由于氣體從小氣泡擴散到大氣泡，造成氣泡合并，通過成核劑的作用增加了氣泡的數量，加上氣泡的膨脹擴大了泡孔的直徑，從而泡沫得到增長。促使氣泡增長的因素：溶解氣體的增加；溫度的升高；氣體的膨脹；氣泡的合并。阻礙氣泡增長的因素：表面張力和塑料的黏度。降低塑料熔體的表面張力和黏度對泡沫增長有利。但是如果熔體的黏度過低，會使泡孔壁膜減薄，使泡孔易破裂。（二）泡沫的增長10/19/202212氣泡形成之后，由于氣泡內氣體壓力與半徑成反比，氣泡越小，內部泡沫物是熱力學不穩(wěn)定體，它不會持續(xù)很長時間，所以必須保證泡沫穩(wěn)定。穩(wěn)定泡沫的方法：一是利用