一、什么是發(fā)泡塑料？
發(fā)泡塑料是以熱塑性或熱固性樹(shù)脂為基體，其內(nèi)部具有無(wú)數(shù)微小氣孔的塑料。發(fā)泡是塑料加工的重要方法之一，塑料發(fā)泡得到的泡沫塑料含有氣固兩項(xiàng) - 氣體和固體。
氣體以泡孔的形式存在于泡沫體中，泡孔與泡孔互相隔絕的稱為閉孔，連通的稱為開(kāi)孔，從而有閉孔泡沫塑料和開(kāi)孔泡沫塑料之分。泡沫結(jié)構(gòu)的開(kāi)孔或閉孔是由原材料性能及其加工工藝所決定的。
二、塑料發(fā)泡的歷史
塑料發(fā)泡的技術(shù)淵源久遠(yuǎn)：最早是20年代初期的泡沫膠木，用類似制造泡沫橡膠的方法制?。?0年代出現(xiàn)硬質(zhì)聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫；40年代有聚乙烯、聚氯乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛泡沫；50年代則有可發(fā)性聚苯乙烯泡沫和軟質(zhì)聚氨酯泡沫?，F(xiàn)在，基本上所有的塑料，包括熱塑性和熱固性的都可以發(fā)泡為泡沫塑料。
工業(yè)上的制備方法有：擠出發(fā)泡、注塑發(fā)泡、模塑發(fā)泡、壓延發(fā)泡、粉末發(fā)泡和噴涂發(fā)泡等等。其中，注塑發(fā)泡是最重要的成型方法之一，我們今天講講注塑成型發(fā)泡。
三、發(fā)泡劑
發(fā)泡劑可簡(jiǎn)單粗分為物理發(fā)泡劑與化學(xué)發(fā)泡劑兩類。
1）物理發(fā)泡劑
對(duì)物理發(fā)泡劑的要求是 ：無(wú)毒、無(wú)臭、無(wú)腐蝕作用、不燃燒、熱穩(wěn)定性好、氣態(tài)下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、氣態(tài)時(shí)在塑料熔體中的擴(kuò)散速度低于在空氣中的擴(kuò)散速度。
水泥發(fā)泡劑
常用的物理發(fā)泡劑有空氣、氮?dú)?、二氧化碳、碳?xì)浠衔?、氟利昂?。
2）化學(xué)發(fā)泡劑
化學(xué)發(fā)泡劑是一種受熱能釋放出氣體諸如氮?dú)?、二氧化碳等的物質(zhì)，對(duì)化學(xué)發(fā)泡劑的要求是 ：其分解釋放出的氣體應(yīng)為無(wú)毒、無(wú)腐蝕性、不燃燒、對(duì)制品的成型及物理、化學(xué)性能無(wú)影響，釋放氣體的速度應(yīng)能控制，發(fā)泡劑在塑料中應(yīng)具有良好的分散性。
化學(xué)發(fā)泡劑有哪些呢？應(yīng)用比較廣泛的有無(wú)機(jī)發(fā)泡劑如碳酸氫鈉和碳酸銨，有機(jī)發(fā)泡劑如偶氮甲酰胺和偶氮二異丁腈。
四、發(fā)泡原理
發(fā)泡工藝的原理有兩種，物理發(fā)泡和化學(xué)發(fā)泡
1、物理發(fā)泡法
簡(jiǎn)單地講，就是利用物理的方法來(lái)使塑料發(fā)泡，一般有三種方法：
（1）先將惰性氣體在壓力下溶于塑料熔體或糊狀物中，再經(jīng)過(guò)減壓釋放出氣體，從而在塑料中形成氣孔而發(fā)泡；
（2）通過(guò)對(duì)溶入聚合物熔體中的低沸點(diǎn)液體進(jìn)行蒸發(fā)使之汽化而發(fā)泡；
（3）在塑料中添加空心球而形成發(fā)泡體而發(fā)泡等。
物理發(fā)泡法所用的物理發(fā)泡劑成本相對(duì)較低，尤其是二氧化碳和氮?dú)獾某杀镜?，又能阻燃、無(wú)污染，因此應(yīng)用價(jià)值較高；而且物理發(fā)泡劑發(fā)泡后無(wú)殘余物，對(duì)發(fā)泡塑料性能的影響不大。但是它需要專用的注塑機(jī)以及輔助設(shè)備，技術(shù)難度很大。
2、化學(xué)發(fā)泡法
化學(xué)發(fā)泡法是利用化學(xué)方法產(chǎn)生氣體來(lái)使塑料發(fā)泡：對(duì)加入塑料中的化學(xué)發(fā)泡劑進(jìn)行加熱使之分解釋放出氣體而發(fā)泡；另外也可以利用各塑料組分之間相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放出的氣體而發(fā)泡。
采用化學(xué)發(fā)泡劑進(jìn)行發(fā)泡塑料注塑的工藝基本上與一般的注塑工藝相同。塑料的加熱升溫、混合、塑化及大部分的發(fā)泡膨脹都是在注塑機(jī)中完成的。
總之，不論選取哪一種塑料原料，也不論采用哪一種發(fā)泡方法，其發(fā)泡過(guò)程一般都要經(jīng)過(guò)形成氣泡核，氣泡核膨脹，泡體固化定型等階段。
五、微孔發(fā)泡成型技術(shù)
1、基本原理
微孔發(fā)泡成型過(guò)程可分成三個(gè)階段：
1、 首先是將超臨界流體(二氧化碳或氮?dú)?溶解到熱融膠中形成單相溶體；
2、 然后通過(guò)開(kāi)關(guān)式射嘴射人溫度和壓力較低的模具型腔，由于溫度和壓力降低引發(fā)分子的不穩(wěn)定性從而在制品中形成大量的氣泡核；
3、 這些氣泡核逐漸長(zhǎng)大生成微小的孔洞。
圖 2 微泡成型過(guò)程
發(fā)泡后的制品橫切面放大圖如下，我們從中可以明顯看到表層還是未發(fā)泡的實(shí)體層，這是由于模具溫度較低，表面樹(shù)脂冷卻迅速，細(xì)胞核沒(méi)有成長(zhǎng)的時(shí)間，所以還是未發(fā)泡的實(shí)體。
圖 3 發(fā)泡體的結(jié)構(gòu)
2、MuCell的加工流程
我們來(lái)看一下MuCell的運(yùn)作流程圖：
首先氮?dú)饣蚨趸冀?jīng)過(guò)超臨界流體控制系統(tǒng)產(chǎn)生超臨界流體，再輸出到射入界面，通過(guò)射入界面打入注塑機(jī)螺桿的攪拌區(qū)，熱熔膠和超臨界流體在攪拌區(qū)內(nèi)充分溶解形成單相溶體，并在一定的恒定壓力下保持下來(lái)，當(dāng)注塑機(jī)發(fā)出射膠指令時(shí)，開(kāi)關(guān)式射嘴將會(huì)打開(kāi)將單相溶體射人模具的型腔中，形成微孔發(fā)泡產(chǎn)品。
圖 4 Mucell技術(shù)流程
3、工藝特點(diǎn)
使用MuCell必須在注塑機(jī)上裝上特別的螺桿和炮筒，工藝特點(diǎn)如下：
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螺桿具有特殊的螺紋設(shè)計(jì)
超臨界流體被射人攪拌區(qū)后，需要特殊螺紋來(lái)切碎超臨界流體，使之與熱熔膠充分溶解從而形成單相融體。
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單相融體必須保持在一定的高壓下才不會(huì)離析
Trexel注塑機(jī)的螺筒有單向止逆閥和開(kāi)關(guān)式射嘴設(shè)計(jì)，從而在螺筒前端的射出段形成一個(gè)密閉高壓區(qū)間。下圖用汽水瓶形象地進(jìn)行了說(shuō)明：注射時(shí)，開(kāi)關(guān)式射嘴打開(kāi)，就如同汽水瓶的蓋子被打開(kāi)一樣，單相融體瞬間注人模具型腔開(kāi)始發(fā)泡。
圖5 Mucell注塑工藝
用戶也可以在現(xiàn)有注塑機(jī)上進(jìn)行升級(jí)，更換為Trexel特制的設(shè)備，如螺桿、螺筒，加裝注射器和射入界面系統(tǒng)，外接一個(gè)超臨界流體控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，也可以購(gòu)買一些品牌已整和了這些特制部件的新注塑機(jī)。
MuCell的螺桿和螺筒是定制件，考慮與注塑機(jī)規(guī)格的配合，一般選用相若的螺桿直徑，長(zhǎng)徑比通常是22：1或24：1，比普通的較長(zhǎng)些。值得一提的是，加裝了MuCell之后，仍可以很方便切換回傳統(tǒng)注塑，用戶可以根據(jù)需求靈活安排生產(chǎn)。
4、MuCelI微孔發(fā)泡技術(shù)降低成本
MuCell成型具有很多的特點(diǎn)：樹(shù)脂黏度降低令流體的流動(dòng)性更高，這樣可以減低溶膠的溫度，模溫和射膠壓力低，塑件穩(wěn)定，成型視窗大。MuCell工藝通過(guò)下列途徑降低了生產(chǎn)的成本：
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可以采用較低的壓力注塑更平整、更筆直、尺寸更穩(wěn)定，而沒(méi)有縮水的部件；
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提高了注塑工藝水平，減少了注塑和裝配的不良率；
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因尺寸更穩(wěn)定，可減少模具尺寸反復(fù)修改，從而降低模具設(shè)計(jì)和制造成本；
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降低鎖模力40-80％，減少毛邊，降低能耗，延長(zhǎng)了模具壽命；
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可以考慮使用更低噸位的注塑機(jī)或使用多模腔；
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注塑周期縮短20-30％，增加生產(chǎn)效率，降低能耗，從而降低運(yùn)營(yíng)成本；
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一般減少材料用量8-15％，更可以設(shè)計(jì)具有薄壁結(jié)構(gòu)的制品來(lái)更加降低制品的材料成本；
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一些金屬部件可以用塑膠件取代，可以設(shè)計(jì)厚度變化比較大的產(chǎn)品。
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