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泡沫塑料发泡方法
泡沫塑料是以合成树脂为基体,加入发泡剂及其它添加剂,经发泡作用形成的一种具有细孔梅绵状结构的物质。常用的树脂有聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚氨酯等。常用的发泡方法有物理发泡法、化学发泡法和机械发泡法等,所形成的气泡结构分两种:其一是独立气泡,亦称闭孔结构,一个个气泡各成薄壁独立状;其二是连通气泡,亦称开孔结构,各气泡相互连通成一体.一般气泡的直径在50—500μm之间,气泡膜厚度在l—10μm之间,在lcm3泡沫塑料中有800—8000万个气泡。
泡沫塑料因其密度和结构的不同,性能也有所差异,从包装的角度来看,泡沫塑料一般具有以下特性:
1、密度很小,一般在0.02—o.2g/cm3之间,因此重量很轻,原料消耗少,既减少包装重量,降低运输费用,成本也不高.
2、具有极好的冲击吸收性能,防震效果极好,能有效地保护被包装物品。
3、机械性能好,有较好的抗压强度和回弹性能,特别是它可根据被包装物品的重量等要求来选择性能不同的泡沫塑料.
4、化学稳定性好,对酸、碱,盐等化学药品均有较强的抗力,自身pH值处于中性,不会腐蚀包装物品.
5、加工性能优良,既可以制成不同密度的软质和硬质泡沫塑料,又可以按包装物品的外形、尺寸模压成各种包装容器,还可以把泡沫板(块)材用多种粘合剂粘接,制成各种缓冲结构材料。
6、有很好的耐水性和很低的吸湿性,即使在较湿的情况下也不会出现变形和毁体,影响其吸收外力的能力.
7、对温度的变化有相当好的稳定性,完全可以满足一般正常包装的要求.
8、由于泡沫塑料中含有大量微小气泡,故绝热性能优良,可作绝热材料,也可用于绝热包装。
泡沫塑料品种繁多,发泡方法也各有所不同,通常的发泡方法又物理发泡法、化学发泡法和机械发泡法等。
一、物理发泡法
物理发泡法是利用物理原理实施发泡,包括一下两种方法。
1、惰性气体发泡法
这种发泡方法是在加压下把惰性气体压入熔融聚合物或糊状物料中,然后减压升温,使溶解的气体膨胀而发泡。其特点是气体发泡后不会留下残渣,不影响泡沫塑料的性能和使用。但缺点是需要较高的压力和比较复杂的高压设备。通常应用于聚氯乙烯、聚乙烯等泡沫塑料。
2、低沸点液体发泡体
这种发泡方法是利用低沸点液体蒸发汽化而发泡,把低沸点液体压入聚合物中或在一定压力、温度下,使液体溶入聚合物颗粒中,然后将聚合物加热软化,液体人也随之蒸发汽化而发泡,后一种方法又称为可发性珠粒法。通常应用于聚苯乙烯、交联聚乙烯等泡沫塑料。
二、化学发泡法
化学发泡法是在发泡过程中伴随着化学反应产生气体而发泡,包括以下两种类型。
1、热分解型发泡剂发泡法
???? 这种发泡方法是加入热分解型发泡剂受热分解产生气体而发泡。其特点是只需在配方中加入发泡剂就可以发泡,而无需特殊设备。但缺点是有时成型温度和发泡剂分解温度不易匹配,会造成发泡过程不易控制。常应用于聚氯乙烯。聚乙烯等泡沫塑料。
2、聚合物组分间相互作用产生气体的发泡法
这种发泡方法是利用发泡体系中的两个或多个组分之间发生的化学反应,生成惰性气体(如二氧化碳或氮气)致使聚合物膨胀而发泡。发泡过程中为控制聚合反应和发泡反应平衡进行,为保证制品又较好的质量,一般加入少量催化剂和泡沫稳定剂(或表面活性剂)。其特点是无需特别加入发泡剂,但缺点是反应过程复杂。通常应用于聚氨酯等泡沫塑料。
三、机械发泡法
这种发泡方法是采用强烈的机械搅拌使空气卷入树脂乳液、悬浮液或溶液中成为均匀的泡沫体,然后再经过物理或化学变化使之胶凝,固化成为泡沫塑料。为缩短成型周期可通入空气和加入乳化剂或表面活性剂。其特点是无需特别加入发泡剂,但缺点是所需设备要求较高。通常应用于脲醛、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙酸乙烯、聚氯乙烯溶液等泡沫塑料。
以上三种发泡方法的共同特点是在发泡过程中树脂都处于液态或黏度较低的塑性状态,只有在此时加入发泡剂或加入能生产气泡的固体或液体,才能生产气体形成泡孔结构。
影响泡沫塑料性能的因素
一、加工因素
泡沫塑料性能受加工因素的影响,主要有设备、工艺过程的控制和加工人员的操作经验。泡沫塑料在加工过程中特别是在发泡膨胀过程中,受控制因素的影响,使生成的气泡变形,从圆形变化到椭圆形或细长型。这样泡壁沿膨胀方向拉长,致使泡沫塑料出现各向异性。结果沿拉力方向的力学性能增大(纵向强度增大),而垂直于取向方向的强度降低。对聚氨酯泡沫塑料所做的实验表明,泡孔的拉伸度越大,则相应的压缩应力比和模量比也越大,故泡沫塑料的各向异性程度也越大。作为泡沫塑料应尽量避免各向异性。
二、泡孔尺寸
泡孔尺寸大小是影响泡沫塑料压缩强度的重要因素之一。用光谱显微镜对两种泡孔大小不同的泡沫塑料样品所做的压缩实验表明,大泡孔(0.5~1.5mm)泡沫塑料样品被压缩10%时,外层泡孔肋架开始弯曲,当被压缩到25%时,外层泡孔崩塌,内层泡孔开始弯曲,泡沫体中心的泡孔开始变形。对于小泡孔(0.025~0.075mm)泡沫塑料样品,当被压缩时泡孔呈等量压缩,即泡沫体的内外泡孔可均匀地吸收外加压缩能量,一般认为小泡孔泡沫塑料压缩性能好于大泡孔泡沫塑料。
三、泡孔结构
同一种泡沫其开孔和闭孔所表现的性能是不一样的。实验结果表明,随开孔率提高其压缩强度明显下降。压缩强度是衡量泡沫塑料主要性能的指标之一,要生产高压缩度的泡沫塑料,应提高闭孔率,反之则应提高开孔率。另外,泡孔的大小还会影响其吸水率,即泡孔直径越大,吸水率不久越大。
四、发泡倍率
泡沫塑料的性能还取决于树脂性能、发泡剂用量、泡沫体密度等因素,这些因素又与成型条件又直接关系。随着发泡倍率的增大,泡沫体的拉伸强度、弯曲强度、热变形温度等都随之下降,而制品的成型收缩率增加
发泡缓冲材料的检测与评价
在产品实际流通或实验室里的仿真实验中,我们一直习惯从宏观角度去评价一个完整包装件的优劣。所谓宏观角度评价,反映的是包括包装材料、包装方式、包装结构以及内装产品自身特性等各种因素的综合影响结果,简单且直观。然而,宏观角度评价难以考察某一种因素在整个包装件中所发挥的功用。因此,在评价某一包装件的综合保护水平时,需要根据内装物的特性,确定一个完整包装件中包装材料、设计结构、包装方式等因素的单独保护作用。
??? 在整个包装系统中,重点是对包装件中担任重要角色的缓冲类材料实施科学的检测和深入的分析。包装用缓冲材料广泛应用于电子产品、家用电器、仪器仪表、玻璃陶瓷等各种易损易碎物品。缓冲材料主要有泡沫类、弹簧类、纤维类等,而发泡塑料类应用最多最广。常用的发泡塑料有发泡聚乙烯(EPE)、发泡聚苯乙烯(EPS)、发泡聚氨酯(PU)等。发泡塑料是一种气体与塑料共混而成的材料,具有较大的可压缩性、缓冲性,在防震、防破碎包装中起着重要的作用。发泡缓冲材料可以根据不同的被包装产品,制成多种多样的形状和结构,置于产品的适当部位发挥缓冲效用。与其它材料相比,发泡材料的用料少、质量轻、便于加工、易于机械化生产,因此越来越多地受到使用和生产厂家的青睐。发泡类缓冲材料可粗略地分为硬质发泡材料和软质发泡材料、开孔发泡材料和闭孔发泡材料、物理发泡材料和化学发泡材料以及高密度材料和低密度材料等。同一类的塑料原料由于发泡倍率不同、熟化程度不同,所生成的发泡材料在性能和用途上具有很大的差异,如:发泡材料的外观、阻尼特性、弹性等都会有所不同。在实际应用中,通常根据产品的保护要求,通过测试的方法比较发泡缓冲材料的各项理化性能,挑选出相关参数最恰当、最经济的材料加以应用。研究发泡缓冲材料的目的就是力图做到用最低的包装成本满足产品最必要的保护要求。
??? 我们常见到的是成型的缓冲材料。测试成型缓冲材料的物理性能,重点是考察其缓冲性能。检测缓冲材料的方法很多,不同类型的缓冲材料有其相应的试验方法和试验项目。检测缓冲材料的各项性能指标,我们经常采用中国国家标准、美国ASTM 标准、ISO 国际标准和日本JIS 标准等。测试项目常见的有:缓冲材料的外观、表观密度、尺寸稳定性