聚丙烯泡沫塑料的成型、性能及其應(yīng)用

以塑料為基本成分，通過物理或化學方法填充大量氣泡，即可得到泡沫塑料。與純塑料相比，它具有密度小、比強度高、能量吸收能力強、隔音隔熱性能好等一系列特點，已在交通運輸、軍工、航空航天、日用品等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，如制作各種座墊、襯墊、床墊、梳芯、保溫隔熱材料、包裝材料、防撞防震材料、裝飾材料及建筑材料等。隨著人們對泡沫塑料認識的進一步加深，新的品種將不斷地被開發(fā)出來，其應(yīng)用范圍將進一步得到拓展。
    近年來，泡沫塑料的發(fā)展很快，在美國、日本、歐洲等國家和地區(qū)，無論是產(chǎn)量還是品種都在迅速增加。已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的泡沫塑料有聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PUR)、ABS、酚醛、脲醛、環(huán)氧樹脂、聚碳酸酯(PC)等。聚丙烯(PP)性能較好，價格低廉，通過物理或化學發(fā)泡可以制得PP泡沫塑料，自1982年JSP公司首先開發(fā)成功PP泡沫塑料以來，目前在世界范圍內(nèi)已有JSP、BASF、GEFINEX等公司的多家工廠都在生產(chǎn)PP泡沫塑料，年銷售量已達到數(shù)十萬噸。
     1 聚丙烯泡沫塑料的成型
     根據(jù)泡沫塑料發(fā)泡成型中發(fā)泡動力的來源，一般可分為機械發(fā)泡、物理發(fā)泡、化學發(fā)泡三種類型。機械發(fā)泡是借助于機械的強力攪拌，使氣體均勻地混入樹脂中形成氣泡。物理發(fā)泡則是借助于發(fā)泡劑在樹脂中物理狀態(tài)的改變，形成大量氣泡�；瘜W發(fā)泡是依靠發(fā)泡劑發(fā)生化學變化時產(chǎn)生氣體使樹脂發(fā)泡。PP發(fā)泡大多采用化學發(fā)泡，使用的發(fā)泡劑有偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酸二異丙酯等；亦可使用氮氣作物理發(fā)泡劑進行物理發(fā)泡。
    泡沫塑料的發(fā)泡過程一般可以分為二個階段：首先是在塑料熔體或液體中形成大量均勻、細密的氣泡核，然后再膨脹成為所要求的泡體結(jié)構(gòu)，最后固化定型將泡體結(jié)構(gòu)固定下來，得到泡沫塑料。
    PP泡沫塑料常用的成型方法有擠出、注塑及模壓成型等。
     擠出成型是泡沫塑料成型加工的主要方法之一，一般的異型材、板材、管材、膜片、電纜絕緣層等發(fā)泡制品都采用擠出成型。擠出成型過程中可以采用物理發(fā)泡或化學發(fā)泡兩種發(fā)泡方法。物理發(fā)泡主要采用一些碳氟化合物及其混合物，以及其它的低沸點液體，另外，直接注入氣體的物理發(fā)泡法也在PP泡沫塑料的擠出成型過程中得到應(yīng)用。影響擠出成型發(fā)泡的工藝參數(shù)主要包括：擠出壓力、擠出溫度、物料在擠出機中的滯留時間、口模軸向壓力等。一般來說，隨著擠出壓力的增加，泡孔尺寸減小，泡孔數(shù)量增加；高質(zhì)量的發(fā)泡體只是在較窄的溫度范圍內(nèi)才可能獲得。熔體溫度越高，聚合物熔體強度越低，泡內(nèi)的發(fā)泡壓力就可能超過泡沫表面張力從而使泡體破裂。必須根據(jù)特定的聚合物體系進行優(yōu)化，確定一個適宜的發(fā)泡溫度。延長物料在擠出機內(nèi)的滯留時間，會使氣泡的數(shù)目增加。
     注射發(fā)泡成型法屬于一次成型法，可簡化泡沫塑料制品的制造工序，其特點是產(chǎn)量高、質(zhì)量好，特別適用于形狀比較復(fù)雜、尺寸精度要求較高的制品。影響注射成型泡沫塑料制品質(zhì)量的主要有材料配方、成型設(shè)備及工藝條件三個因素。在材料配方和成型設(shè)備確定后，決定制品性能的主要因素是工藝條件。壓力、溫度和時間是最重要的工藝條件。聚合物熔體中所溶解的氣體能否游離出來形成氣泡，熔體中已形成的氣泡能否穩(wěn)定，這兩點與熔體壓力密切相關(guān)，因為熔體的壓力直接影響氣體在熔體中的溶解度。當熔體所受外界壓力增加，氣體在熔體中溶解度增加，熔體中過飽和氣體量減少，氣泡的半徑減小。壓力的改變對熔體中氣泡的增長或塌陷的影響非常敏感，通過控制壓力來調(diào)節(jié)發(fā)泡過程是非常有效的。聚合物的物理狀態(tài)是溫度的函數(shù)，確定適宜的溫度，對發(fā)泡成型非常重要，與溫度相關(guān)的主要工藝參數(shù)為料筒溫度、模具溫度。-般來說，提高熔體的出口溫度有利于氣泡的增長，但如果熔體溫度過高，不僅會導(dǎo)致聚合物降解，還會引起熔體粘度下降�？偟膩碚f，熔體溫度高，氣泡直徑增大，氣泡數(shù)量減少。制品的發(fā)泡倍數(shù)一般隨模溫的降低而下降，提高模溫可以改善熔體在模具中的流動條件，還可以改善制品的表面質(zhì)量，提高制品的發(fā)泡倍數(shù)。但是冷卻定型的時間將延長，不利于提高勞動生產(chǎn)效率。注射速率對發(fā)泡制品的泡孔均勻性、發(fā)泡倍數(shù)及表面質(zhì)量都有較大的影響。聚合物熔體高速充模，可以獲得大小均勻的泡孔，提高注射速率可以明顯增大制品的發(fā)泡倍數(shù)。
    PP泡沫塑料還可以通過模壓成型工藝成型制品，泡沫塑料的模壓成型工藝可分為一步法和二步法。一步法的發(fā)泡過程是一次性完成的，物料經(jīng)配料混合后，模壓成型坯，然后加熱加壓發(fā)泡制得泡沫塑料制品。二步法的基本程序與一步法相似，一次發(fā)泡后，一部分發(fā)泡劑分解使物料部分發(fā)泡，隨之冷卻，趁熱在常壓下進行第二次發(fā)泡。