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SPE-China?新型微發(fā)泡注塑成型技術(shù)
  來源：塑料工程師學(xué)會(huì)北京分會(huì)   瀏覽次數(shù)：3710  發(fā)布時(shí)間：2016年09月18日 10:40:37
[導(dǎo)讀] 微孔聚合物泡沫是含有十億微小氣泡的塑料涎永，它們的孔隙直徑小于100μm，每單位體積密度大于108 /cm3鹿响。第一個(gè)商業(yè)微發(fā)泡注塑成型技術(shù)（即Trexel公司的MuCell注塑工藝）于20世紀(jì)90年代羡微，以麻州研究所進(jìn)行的研究為基礎(chǔ)被開發(fā)出來。在這種原始的最常用的微孔泡沫注塑工藝中惶我，超臨界流體（SCF）的泵單元用于加壓物理發(fā)泡劑（PBA）（氮（N 2）或二氧化碳（CO 2））至超臨界壓力水平妈倔。
?微孔聚合物泡沫是含有十億微小氣泡的塑料，它們的孔隙直徑小于100μm绸贡，每單位體積密度大于108 /cm3盯蝴。第一個(gè)商業(yè)微發(fā)泡注塑成型技術(shù)（即Trexel公司的MuCell注塑工藝）于20世紀(jì)90年代，以麻州研究所進(jìn)行的研究為基礎(chǔ)被開發(fā)出來听怕。在這種原始的最常用的微孔泡沫注塑工藝中捧挺，超臨界流體（SCF）的泵單元用于加壓物理發(fā)泡劑（PBA）（氮（N 2）或二氧化碳（CO 2））至超臨界壓力水平。然后PBA通過一個(gè)噴射器閥引入到含熔融聚合物的機(jī)筒中尿瞭。以這種方式闽烙，該氣體在注射前便溶解到聚合物中。這種泡沫生成工藝的好處是筷厘，塑料回收被允許鸣峭，使得它們的碳消耗減少，原材料的成本降低酥艳。由于引入了MuCell技術(shù)，不同的微孔發(fā)泡技術(shù)已經(jīng)研發(fā)成功爬骤，并且該方法已在汽車充石、計(jì)算機(jī)和家電領(lǐng)域取得了巨大成功。但是霞玄，在這些較新的技術(shù)中骤铃，我們?nèi)匀恍枰褂肧CF泵單元（將氮或二氧化碳加壓到超臨界狀態(tài)），它引起了機(jī)器和操作成本的不斷增加坷剧。
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在這一研究領(lǐng)域中惰爬，盡管毫無根據(jù)，但仍存在較強(qiáng)的觀念認(rèn)為微孔泡沫的準(zhǔn)備需要超臨界CO2或N2惫企，這樣的SCFS提供了特殊的性能撕瞧。與此相反陵叽，已經(jīng)有實(shí)驗(yàn)證明，CO2和N2在熱塑性聚合物中的溶解度滿足亨利定律（即丛版，氣體甚至可以在低于臨界壓力下溶解在聚合物中）巩掺。因此，理論上页畦，即使當(dāng)飽和壓力（對(duì)應(yīng)于溶解PBA濃度）比臨界壓力值低胖替，我們也可以進(jìn)行物理發(fā)泡。但是豫缨，不含高壓泵系統(tǒng)的注射成型機(jī)還沒有被開發(fā)出來独令。
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在我們的工作中，我們已經(jīng)開發(fā)出一種新的泡沫注射成型的方法（不含SCF泵單元）用于生產(chǎn)微孔泡沫好芭。我們通過將PBA（即燃箭，CO 2或N 2）直接從氣罐傳輸?shù)饺廴诰酆衔镏衼砗喕⑸涑尚瓦^程。此輸送通過一個(gè)噴射閥栓撞，我們可以通過使用專門設(shè)計(jì)的操作順序和螺桿配置來實(shí)現(xiàn)遍膜。
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我們的發(fā)泡注射成型裝置如圖1所示，包括一個(gè)通風(fēng)孔瓤湘，具有通氣容器瓢颅，在機(jī)器的中間。通過該通氣孔弛说，多余的PBA氣體（即挽懦，存在熔融聚合物中的氣體殘留PBA）可以從熔融聚合物排出到大氣中。相應(yīng)的木人，它也可以被用來將PBA氣體引入至該熔融聚合物中（當(dāng)聚合物在PBA中的濃度低于飽和點(diǎn)時(shí)）信柿。具體地，我們可以通過調(diào)整通氣容器內(nèi)的壓力來調(diào)整溶解在熔融聚合物中的PBA濃度醒第。我們可以通過排出管線端部的背壓調(diào)節(jié)器來調(diào)控通氣容器的壓力渔嚷。


圖1 ?（a）新型泡沫注塑機(jī)示意圖（不含超臨界流體泵單元）。 N2：氮?dú)狻?CO2：二氧化碳稠曼。P：壓力指示器形病。 （b）物理發(fā)泡劑（PBA）輸送系統(tǒng)，它由一個(gè)噴射閥和通氣容器組成霞幅。
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以我們的技術(shù)制造的芯后泡沫注塑制品的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像如圖2所示漠吻，我們以三個(gè)不同的膨脹比制備了這些泡沫（2、3司恳、5）途乃。此外，我們使用了CO2或N2作為PBA扔傅，開閥時(shí)間為0.2秒的噴射器耍共，壓力為5MPa的通氣容器以及二次壓力為8 MPA的氣瓶烫饼。這些SEM圖像表明，該泡沫體的泡孔尺寸與常規(guī)泡沫注射成型方法得到的泡沫體大致相同划提，甚至更小枫弟。因此，我們表明鹏往，我們的泡沫注塑機(jī)和方法可以成功地用于生產(chǎn)微孔發(fā)泡制品淡诗。
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圖2 ?芯后泡沫注塑制品的芯層掃描電子顯微鏡圖像。這些圖像從垂直于泡沫體的芯后方向獲得伊履。這些泡沫使用了N2或CO2作 PBA韩容，并以2、3唐瀑、5的膨脹比獲得群凶。每個(gè)樣品的平均泡孔尺寸和發(fā)泡溫度分別在每個(gè)圖像的底部和左上角示出。
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僅通過從通氣孔輸送PBA哄辣，我們也可以用我們的系統(tǒng)生產(chǎn)微泡沫请梢。聚丙烯注塑制品及其相應(yīng)的微孔泡沫的一個(gè)例子如圖3所示，我們通過從通氣容器和孔向熔融聚合物中輸送空氣的方式制備微孔泡沫力穗，同時(shí)噴射閥完全關(guān)閉毅弧。空氣由空氣壓縮機(jī)提供当窗，其中够坐，空氣被簡單地從大氣壓壓縮至4MPa。通過我們的工藝崖面，原始盤形板的大性（直徑為100mm，厚度為1mm）擴(kuò)大到厚度為2mm巫员。此外庶香，該板由于微型氣泡反射而呈現(xiàn)出白色。
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圖3 ?聚丙烯（PP）注塑制品（左）和它的微孔泡沫（右）简识。兩個(gè)板的直徑為100mm脉课。非發(fā)泡和發(fā)泡產(chǎn)品的厚度分別為1mm和2mm。
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總之财异，我們已經(jīng)開發(fā)出一種新的注射成型系統(tǒng)，無需SCF泵單元即可完成微孔聚合物泡沫的制造唱遭。在我們的技術(shù)中戳寸，我們可以使用非超臨界氮?dú)狻⒍趸蓟驂嚎s空氣作為物理發(fā)泡劑來生產(chǎn)穩(wěn)定的微孔泡沫材料拷泽。因此疫鹊，我們已經(jīng)表明袖瞻，加壓N2或CO 2至超臨界狀態(tài)不是微孔注射成型的必要條件。在我們即將進(jìn)行的工作中拆吆，我們將通過優(yōu)化螺桿設(shè)計(jì)和通氣容器的PBA傳輸來改進(jìn)我們的技術(shù)聋迎。這將使我們能夠以較低的成本輕松地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的注塑成型機(jī)向我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換。



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