1、2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院1第七章 泡沫塑料成型學習目的與要求：l1. 掌握泡沫塑料的發泡方法及原理l2. 理解各種泡沫塑料的生產方法及工藝過程 2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院2第一節第一節 概述概述一. 泡沫塑料及其特性l泡沫塑料是以合成樹脂為基體，加入發泡劑及其它添加劑，經發泡作用形成的一種具有細孔梅綿狀結構的物質。 2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院3l泡沫用原料：幾乎所有熱固性、熱塑性塑料 常用PS、PU、PVC、PE、UF(超濾膜）、PF（Phenol Formaledlyde，酚醛樹脂）、EP、有機硅、PVF(聚乙烯縮甲醛)和PMMA

2、l優點： 密度低；隔熱性能好；吸聲；減震性能好二. 泡沫塑料的類型1. 按軟硬程度區分l硬質泡沫塑料：無柔韌性、壓縮硬度大，應力達到一定值才變形、解除應力后不能恢復原狀的泡沫塑料。l軟質泡沫塑料：富有柔韌性、壓縮硬度小、應力解除后能恢復原狀、殘余變形較少的泡沫塑料。2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院42. 按密度大小l低發泡塑料：為0.4g/cm3以上，氣體/固體1.5l中發泡塑料：為0.10.4g/cm3，氣體/固體1.59l高發泡塑料：為0.1g/cm3以下，氣體/固體93. 按結構區分l開孔泡沫塑料：絕大多數泡孔互相連通的泡沫塑料；l閉孔泡沫塑料：絕大多數泡孔不相連通的泡沫塑

3、料； l任何泡沫塑料都不是完全開孔或完全閉孔的。閉孔可借機械施壓或化學方法使其成為開孔的泡沫塑料。2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院5三、泡沫塑料的應用 l建筑、交通運輸、輕工、日用品應用廣泛2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院6第二節第二節 泡沫塑料的發泡方法及原理泡沫塑料的發泡方法及原理l一、機械發泡法機械發泡法l 這種發泡方法（氣體混入法）是采用強烈的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，固化成為泡沫塑料。為縮短成型周期可通入空氣和加入乳化劑或表面活性劑。其特點是無需特別加入發泡劑，但缺點是所需設備要求較高。通

4、常應用于脲醛、聚乙烯醇縮甲醛、聚乙酸乙烯、聚氯乙烯溶液等泡沫塑料。主要用于：SPVC、UF等 2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院7l二、物理發泡法二、物理發泡法l 物理發泡法是利用物理原理實施發泡，包括以下四種方法。l（1）惰性氣體發泡法l 這種發泡方法是在加壓下把惰性氣體壓入熔融聚合物或糊狀物料中，然后減壓升溫，使溶解的氣體膨脹而發泡。其特點是氣體發泡后不會留下殘渣，不影響泡沫塑料的性能和使用。但缺點是需要較高的壓力和比較復雜的高壓設備。通常應用于聚氯乙烯、聚乙烯等泡沫塑料。2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院8（2）低沸點液體發泡體l 這種發泡方法是利用低沸點液體蒸發

5、汽化而發泡，把低沸點液體壓入聚合物中或在一定壓力、溫度下，使液體溶入聚合物顆粒中，然后將聚合物加熱軟化，液體人也隨之蒸發汽化而發泡，后一種方法又稱為可發性珠粒法。通常應用于聚苯乙烯、交聯聚乙烯等泡沫塑料。（3）溶出法l 先將顆粒細小的固體物質(如NaCl、淀粉等)混入聚合物中，后用溶劑或伴以化學方法，使其溶出而留下孔洞成為泡沫塑料。（4）中空微球法l 將微型(直徑20m250m、壁厚23m)的空心玻璃球、空心陶瓷球、空心塑料微球，埋入熔融聚合物或液態的熱固性樹脂中，而后使其冷卻或交聯而成為泡沫體。 2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院9l物理發泡法優點： 毒性低，操作時毒性較小；成本

6、低，發泡劑價格便宜；發泡劑對物料性能影響不大，發泡無殘留物。l物理發泡法缺點：設備投資較大。 2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院10l二、化學發泡法二、化學發泡法l 化學發泡法是在發泡過程中伴隨著化學反應產生氣體而發泡，包括以下兩種類型。l（1）熱分解型發泡劑發泡法l 這種發泡方法是加入熱分解型發泡劑受熱分解產生氣體而發泡。其特點是只需在配方中加入發泡劑就可以發泡，而無需特殊設備。但缺點是有時成型溫度和發泡劑分解溫度不易匹配，會造成發泡過程不易控制。常應用于聚氯乙烯。聚乙烯等泡沫塑料。2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院11l化學發泡劑釋放出氣體：CO2、N2、NH3 對

7、發泡劑的要求:l分解溫度較狹窄而固定；l分解速度能控制；分解時不應大量放熱；l氣體沒有腐蝕性；l發泡劑均勻分布在原料中；l分解殘余物無毒，對熔融、硬化無影響；l殘余物不應有不愉快氣味和顏色等； l價格便宜。2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院12發泡劑種類 無機發泡劑無機發泡劑：l主要：堿金屬的碳酸鹽和碳酸氫鹽，如(NH4)2CO3、NaHCO3等；l價廉、不影響塑料的耐熱性；l分解氣體速度受壓力限制；l發泡劑與塑料不混溶；l難于均勻分布在物料中。 有機發泡劑有機發泡劑：l主要：加熱后放出N2的一些物質，品種多l氣體無毒、無臭、分散性好，對大多數聚合物的滲透性比O2、CO2和NH3都

8、小；l大多數有機發泡劑為易燃、易爆的物質。2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院13l（2）聚合物組分間相互作用產生氣體的發泡法l 這種發泡方法是利用發泡體系中的兩個或多個組分之間發生的化學反應，生成惰性氣體（如二氧化碳或氮氣）致使聚合物膨脹而發泡。發泡過程中為控制聚合反應和發泡反應平衡進行，為保證制品有較好的質量，一般加入少量催化劑和泡沫穩定劑（或表面活性劑）。其特點是無需特別加入發泡劑，但缺點是反應過程復雜。通常應用于聚氨酯等泡沫塑料。2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院14四、泡沫塑料發泡原理以氣發泡沫塑料為例l氣發泡沫塑料：使氣體溶解在液態聚合物中，形成飽和溶液，當溫

9、度升高或壓力降低時就會放出氣體而形成泡沫。l氣發泡沫塑料的形成： 把氣體溶解在液態聚合物中形成飽和溶液，然后通過成核作用產生泡沫。或發泡劑預先溶解在液態聚合物中，當溫度升高或壓力降低時就會放出氣體而形成泡沫。 2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院15l氣發泡沫塑料成型的三個階段：泡沫形成，泡沫增長，氣發泡沫塑料成型的三個階段：泡沫形成，泡沫增長，泡沫穩定泡沫穩定1. 泡沫的形成泡沫的形成l氣體在熔體中形成氣氣體在熔體中形成氣液混合體系液混合體系(溶液溶液)。l當氣體在溶液中達到飽和限度當氣體在溶液中達到飽和限度(甚至大于飽和甚至大于飽和)后，氣后，氣體則從溶液中逸出而形成氣泡。體則從

10、溶液中逸出而形成氣泡。l這種微細氣泡的生成過程這種微細氣泡的生成過程(正像結晶過程中產生晶核正像結晶過程中產生晶核一樣一樣)稱為成核作用。稱為成核作用。2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院162. 泡沫的增長l增長因素： 溶解氣體的增加、溫度的升高；氣體的膨脹和氣泡的合并。l阻礙因素： 表面張力、熔體黏度。l降低表面張力、熔體黏度有利增長，但溫度過高，a太低、泡壁薄，泡孔易破裂、泡沫易塌。2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院173. 泡沫的穩定l當泡沫增加至一定程度后，應使液相聚合物固化，才能得到多孔的泡沫塑料l穩定泡沫的方法：(1)加入表面活性劑；(2)提高體系中液相的黏

11、度，增加泡壁強度、防止泡壁進一步減薄。2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院18五、影響泡沫塑料性能的因素五、影響泡沫塑料性能的因素l1、加工因素 l 泡沫塑料性能受加工因素的影響，主要有設備、工藝過程的控制和加工人員的操作經驗。泡沫塑料在加工過程中特別是在發泡膨脹過程中，受控制因素的影響，使生成的氣泡變形，從圓形變化到橢圓形或細長型。這樣泡壁沿膨脹方向拉長，致使泡沫塑料出現各向異性。結果沿拉力方向的力學性能增大（縱向強度增大），而垂直于取向方向的強度降低。對聚氨酯泡沫塑料所做的實驗表明，泡孔的拉伸度越大，則相應的壓縮應力比和模量比也越大，故泡沫塑料的各向異性程度也越大。作為泡沫塑料應

12、盡量避免各向異性。2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院19（2）泡孔尺寸l泡孔尺寸大小是影響泡沫塑料壓縮強度的重要因素之一。用光譜顯微鏡對兩種泡孔大小不同的泡沫塑料樣品所做的壓縮實驗表明，大泡孔（0.51.5mm）泡沫塑料樣品被壓縮10%時，外層泡孔肋架開始彎曲，當被壓縮到25%時，外層泡孔崩塌，內層泡孔開始彎曲，泡沫體中心的泡孔開始變形。對于小泡孔（0.0250.075mm）泡沫塑料樣品，當被壓縮時泡孔呈等量壓縮，即泡沫體的內外泡孔可均勻地吸收外加壓縮能量，一般認為小泡孔泡沫塑料壓縮性能好于大泡孔泡沫塑料。2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院20（3）泡孔結構l同一種泡沫

13、其開孔和閉孔所表現的性能是不一樣的。實驗結果表明，隨開孔率提高其壓縮強度明顯下降。壓縮強度是衡量泡沫塑料主要性能的指標之一，要生產高壓縮度的泡沫塑料，應提高閉孔率，反之則應提高開孔率。另外，泡孔的大小還會影響其吸水率，即泡孔直徑越大，吸水率不久越大。（4）發泡倍率l泡沫塑料的性能還取決于樹脂性能、發泡劑用量、泡沫體密度等因素，這些因素又與成型條件又直接關系。隨著發泡倍率的增大，泡沫體的拉伸強度、彎曲強度、熱變形溫度等都隨之下降，而制品的成型收縮率增加2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院21第三節 泡沫塑料成型工藝一. PS泡沫塑料：l發泡劑大多采用低沸點液體1. 一步擠出成型法l將高

14、分子量的PS加入擠出機內熔化，然后用高壓加料設備把液體發泡劑(如氯甲烷、二氯甲烷、氟里昂等)注入擠出機的熔融區，最后在嚴格控溫下，從環形口模中將料筒內混合物擠出，經膨脹、緩慢冷卻和切割，即可得片狀PS泡沫塑料(可達0.030.08g/cm3 ) 。2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院22(1)生產流程 2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院23（2）配方lPS MFR 2.62.8 l輔助材料：滑石粉(成核劑)6001000目lCaCO3 、MgSt、石蠟油（3）工藝條件l溫度： 90擠出機：230 245 235 230 220(過濾網) 120擠出機：200 170 14

15、0 模頭：135 130 1252021-12-16韶關學院化學與環境工程學院242. 可發性PS泡沫塑料的成型:l可發性PS珠粒(EPS):l在懸浮聚合的PS顆粒中滲入低沸點液體而形成。l采用的低沸點液體有：丁烷、正戊烷、異戊烷、季戊烷和石油醚(是低分子量烴類，主要是戊烷和已烷的混合物)。l按液體發泡劑的加入方式可分為一步法、一步半法和二步法。l可發性PS珠粒含6%發泡劑，表觀密度0.68g/cm3，珠粒直徑0.252mm 。 2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院25（1）可發性PS泡沫塑料模塑成型工藝l分為:預發泡、熟化、模塑三工序預發泡l加熱使可發性珠粒膨脹到一定程度，以使模塑

16、制品的密度得到較多的降低和減少密度梯度的形成傾向2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院26在相同的條件下蒸氣與氣化的戊烷、空氣相比，蒸汽對聚苯乙烯薄膜的滲透速率比發泡劑戊烷(或石油醚)或空氣大得多。故，預發泡過程中有較多蒸汽滲入PS顆粒蒸汽供應量必須充足，才能減少發泡劑氣體的滲出2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院27熟化l可發性珠粒經預發泡后，必須在空氣中暴露一段時間，這種暴露即稱熟化。l目的：使預發泡顆粒得到穩定，在模塑時能得到進一步膨脹和熔接。l要求空氣盡快地滲入，防止發泡劑過多滲出l應嚴格控制熟化時間和溫度。模塑l將經預發泡、熟化的顆粒通入模具中。l模底、面都開有漏孔

17、(0.61.3mm，孔距2030mm)或通氣槽(寬0.10.4mm)，合金鋁制模。2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院28l對預發泡顆粒進行直接加熱，顆粒受熱，泡孔內空氣膨脹，顆粒中殘余發泡劑(4%)氣化和滲入加熱蒸汽，使泡內壓力比泡外大，同時聚合物因受熱而軟化、顆粒進一步膨脹l膨脹只能在蒸汽供給量充足的前提下進行l否則模壓時泡孔內的空氣和發泡劑就會早期滲出l冷卻：加熱到規定時間后，冷卻得閉孔性泡沫塑料2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院292021-12-16韶關學院化學與環境工程學院302021-12-16韶關學院化學與環境工程學院31（2）可發性PS泡沫塑料其它成型工

18、藝l擠出法成型：l可成型板材(或吹塑泡沫塑料紙)l材料：一步法(或一步半法)珠粒，也可用預發泡顆粒l成核劑：硼酸、檸檬酸、碳酸氫鈉l擠出很容易造成壓實，故制品密度偏高。為降低密度，使泡孔細小，必須加入成核劑，并加入液體石蠟、硅油、DOP使成核劑不會集結l注射法成型：l特殊的可發性PS珠粒，可用注射法成型 2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院32二. PVC泡沫塑料：l硬質PVC泡沫塑料：PVC配方中不加（或少加）增塑劑、或用溶劑溶解PVC樹脂，成型時溶劑受熱揮發l軟質PVC泡沫塑料：用增塑劑與樹脂調成糊或煉塑成片或擠出成粒，再成型加工，增塑劑不因受熱而揮發1. 軟質PVC泡沫塑料（1

19、）物理發泡法l惰性氣體不溶于PVC ，溶于增塑劑l原料： 乳液法PVC樹脂其它助劑增塑劑PVC糊2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院33l間歇法： CO2 PVC糊加壓釜模具烘房冷卻脫模SPVC泡沫l模具：紙板、鋁或其它金屬制成l敞口模生產開孔制品l密閉模生產閉孔制品2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院34l連續法：2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院35（2）化學發泡法l常用發泡劑AC l模壓發泡法：鞋配方：生產過程：配料捏和塑煉配片模壓發泡熱處理停放沖裁鉆孔組裝包裝成品2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院36l配料：發泡劑、穩定劑、顏料分別與DOP按

20、1 1比例配料三輥磨23次、儲存備用，按配方稱量l捏和：Z型混合機。100120，4560minl塑煉：雙輥塑煉機。120，嚴格控制溫度防止提前發泡。出片。l配片：片沖裁，按規定顏色配搭底面、中間片，稱量疊好。2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院37l模壓發泡： 溫度：160165；壓力：6MPa時間：3045min冷卻：塑化發泡后在壓力下冷卻至50，開模出片l熱處理： 蒸汽缸：90100，1520min。 得密度為0.250.4g/cm3的發泡片。l停放：7天后、泡沫穩定，然后沖裁成鞋底l鉆孔：沖裁出鞋底、鉆上鞋帶孔l組裝：組裝面帶，即包裝出廠 2021-12-16韶關學院化學與環

21、境工程學院38注射發泡配方：配方：l設備：臥、角式或雙模注射機，直角轉盤式等l模具：具有二次開模結構2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院39lPVC注射發泡鞋的生產流程l配料捏和造粒注射修飾成品l配料、捏和：與模壓同l擠出造粒：擠出熱切。擠出溫度120130，防止過早發泡l注射發泡 注塑機螺桿： 5560mm，L/D1215：1，壓縮比：34 工藝條件：料筒165175，加料口噴嘴漸升 螺桿轉速5575rpm，加大背壓。2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院40l注射：物料塑化完全后，迅速注入模具、充滿模后，經短暫(24s)冷卻，使制品表面形成一層不發泡的冷硬層。l開模： 第

22、一次開模：冷硬層形成后，即解除模具的鞋底板壓力，制品中間還末冷卻的料即膨脹發泡，頂起鞋底板至新的位置 第二次開模：經12min冷卻定型，即可開模取出發泡鞋2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院412. RPVC泡沫塑料：泡沫塑料：l(1)模壓法生產RPVC泡沫l基本配方：2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院42l生產工藝流程l配料拌合壓制成型發泡熱處理成品l配料操作： 按配方稱量；然后將各固體組分混合；于球磨機中研磨34h；過60目篩備用l拌合 取上述球磨料按比例混好的磷酸三甲酚酯、二氯甲烷溶液，攪拌均勻至團狀，并裝入模、推平蓋好 2021-12-16韶關學院化學與環境工程學

23、院43l壓制成型 將裝有拌合料的模具放在液壓機上加熱加壓塑化成型 壓力：20MPa 溫度：158(蒸汽壓力0.6MPa) 時間：3045min，視制品而定 冷卻：3040min方可脫模l發泡 放在沸水或放入6080烘房內發泡 發泡過程要經常翻動模制品，當達到規格時、即可取出進行熱處理l熱處理 烘房，65、48h，即得0.045g/cm3 RPVC泡沫制品 車間要通風、防爆、防火等 2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院44（2）RPVC低發泡異型材：l配方： 工藝流程：配料混料擠出發泡冷卻定型牽引切割2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院45 擠出溫度：擠出溫度：l特殊專用機頭

24、：口模流道的結構和尺寸設計，給發泡體留出發泡空間l選擇合適的溫控系統：控制發泡速度使表皮少發泡或不發泡以得到外觀較好的硬皮、或自由發泡2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院462021-12-16韶關學院化學與環境工程學院472021-12-16韶關學院化學與環境工程學院482021-12-16韶關學院化學與環境工程學院49三. PE泡沫塑料1. PE發泡的特點（1）PE發泡困難的原因lPE熔體黏度低，泡沫不易穩定lPE熔體冷硬時間長，不利于發泡氣體的保持lPE的氣體透過率高2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院50（2）改善PE發泡難的辦法l交聯：化學交聯、輻射交聯l接枝、共

25、混改性 用于共混的樹脂：EVA、聚異丁烯 (PIB)、天然膠(NR)、合成橡膠、PS等l填充改性 加碳黑或白碳黑(SiO2)補強，彎曲模量、拉伸強度 加CaCO3、亞硫酸鈣等，降低成本2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院512. PE泡沫塑料的成型方法（1）模壓法l把可發性的物料置于模具中，加熱加壓、使之發泡成型l例：制造PE泡沫塑料鞋底l配方見P217表85l工藝流程： 配料混合成型交聯發泡PE泡沫 2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院52l混煉過程 開煉機、密煉或擠出 要求：交聯劑、發泡劑要分散均勻 溫度：在樹脂Tm以上，交聯劑、發泡劑分解溫度以下，防止過早交聯，否則發

26、泡不均、發泡劑不能過早分解l交聯、發泡 先交聯后發泡、交聯劑分解溫度比發泡劑分解溫度低 壓力：215MPa 待發泡劑完全分解后，解除壓力、使熱的熔融物膨脹彈出，由此23s內完成發泡 2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院53（2）擠出法l可用物理發泡或化學發泡 PE擠出物理發泡法與PS泡沫塑料板材的一步法擠出基本相同 直接擠出化學發泡法l配方：2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院54l屬于無交聯發泡，AC分解溫度190205l擠出機：L/D2028、22.5l特殊專用機頭l高速混合：各組分加入高速混合機中充分混合l擠出：在控制擠出條件下擠出發泡l溫度：加料段計量段，由低溫高溫

27、l機頭溫度：比計量段低 例：機身：135、150、155、180 機頭：135 口模：130l料從機頭涌出時立即發泡，再經冷卻定型即成制品2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院55擠出后常壓交聯發泡：擠出后常壓交聯發泡：l擠出發泡過程： 配料混合塑煉或擠出交聯發泡PE泡沫l配料：按配方l混合：高速混合機2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院56l塑煉出片： 開煉機、120，片厚3mm、寬400mm；或塑煉后擠出機出片，片尺寸同上l交聯發泡 片加熱爐、紅外線加熱 先200加熱5min，后230加熱3min 制品密度0.05g/cm3，泡孔細且表面牢固2021-12-16韶關學院化學與環境工程學院57（3）注射法l把含化學發泡劑的PE加入注射機l或在料筒中途壓入惰性氣體代替化學發泡劑l注射PE泡沫塑料： 具有均一發泡內芯和不發泡外層的低發泡沫塑料，常稱為結構泡沫。其密度一般為0.20.7g/cm3l結構泡沫注射成型分為：低壓法l注射機向模腔注入適量的物料(未充滿)，由于物料中含有發泡劑，發泡劑分解的氣體產生膨脹力，使物料發泡而充滿腔l可通過注入物料的量來調節結構泡沫的發泡率