芯层微孔发泡管材的制备.pdf

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城市道桥与防泆
2013年8月第8期
芯层微孔发泡管材的制备
黄书琴
(福建和盛塑业有限公司,福建福州350003)
摘要:芯层微孔发泡管材是一种新型的管材,内外壁为实壁层,芯层为微孔发泡层。该文综述了芯层微孔发泡管材的生产设备
微孔发泡芯层的制备方法,以及芯层徽孔发泡管材的应用前景。重点介绍了两种挤出设备的区别,以超临界CO2为物理发泡剂制
备微孔发泡塑料的超饱和气体法,以及对芯层徽孔发泡管材的进一步发展进行了展望。
关键词:芯层;微孔发泡;超临界CO2
中分类号:TU5321.61文献标识码:B文章编号:1009-716(2013)08-0368-03
0前言
表1双挤出机与三挤出机的比较表
设备类别
双挤出机
三挤出机
上世纪80年代微孔发泡塑料由美国麻省理
挤出机台数/台
工学院 Martini课题组首先提出来,与未发泡的塑
占地面积hm2
23.3
料相比,密度可降低5%~95%,冲击强度可提高5比实壁管节约物料成本%
倍,刚度增加3~5倍,疲劳寿命延长5倍,介电常
产量/m'h
304.8
数和热导率大幅度下降。随后,法国、美国等国家
产品质量
壁厚不稳定内皮层有龟裂危险
研制开发芯层微孔发泡ABS管材。90年代开始,
法国、美国等国家研制生产出了硬质聚氯乙烯
由于三挤出机设备系统采用50mm直径的挤
UPVC)芯层发泡管材,我国也引进生产线十多条出机和紧密装配的模头,所以占地面积较双挤出
用于生产芯层微孔发泡管材,随后,我国山东、江机设备系统小;双挤出机在配料头中进行物料分
苏、浙江等地也拥有了自主研发的生产线20多配时,难以控制壁厚,为了补救,不得不使用更多
条,从而促进了我国芯层发泡管材的生产和应用。的物料。由于能独立控制各层挤出,所以比双挤
芯层微孔发泡管材由于芯层为峰窝状、微发泡、封出机具有更高的产量。双挤出机系统,内外两层熔
闭孔结构的发泡芯层,因而具有质量轻、成本低、体物料流具有相似的温度和流动速度,而三挤出
抗冲击性能好、隔音、隔热性能好等优点,正逐步机系统内外两层熔体物料流的温度不同,因此皮
取代实壁管,成为管材发展的方向。
层有龟裂的危险叫。
芯层微孔发泡管材的生产设备
2芯层微孔发泡的制备方法
目前,芯层微孔发泡管材的生产设备分为两
芯层微孔发泡的制备方法分为化学发泡法和
类,一类为双挤出机,另一类为三挤出机。双挤出物理发泡法。化学发泡法是利用化学发泡剂经加
机采用两台挤出机同时向一个配料头挤出,两台热分解后能释放出气体,并在物料组成中形成分
挤出机呈90°排布,其中一条挤出机的熔融物料散而较均匀微孔的方法。物理发泡是通过压缩气
在配料头中分成两股,这两股物料流最终形成管体的膨胀、液体的挥发或固体的溶解而在物料组
材的内、外皮层,第二台挤出机负责将发泡的物料分中形成分散而较均匀微孔的方法。
挤到同一个配料头,形成中间层。三挤出机采用三2.1化学发泡法
台挤出机,各挤出机独立挤出各自的管层,在模头
在化学发泡法中,芯层发泡体系是由树脂、稳
设置三个螺旋圈,互相层叠,以便隔开熔融的物料定剂、改性剂、发泡剂等组成,混合均匀后由螺杆
流,不再使用配料头来分配流体;一个螺旋圈对应动力向前输送,发泡剂在外筒加热下开始分解,产
于一层物料流,物料流在离开模头衬套后汇合在生的气体溶于熔体中。熔体在螺杄动力作用下形
一起,不再需要汇合三层的模芯支架。双挤出机和成一定的背压,使发泡剂分解产生的气体能够存留
三挤出机的性能比较如表1所列
在熔体中,形成密布的发泡中心即细密的微气孔。
收稿日期:2013-04-10
在复合共挤模具中,发泡的芯层与内外皮层复合
作者简介:黄书琴(1983-),女,福建建瓯人,硕士,助理工程
师,从事电力电缆管道研发工作。
后,芯层夹在内外皮层中间,由于管模型腔逐渐缩
2013年8月第8期
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小,气体仍无法膨胀,当复合熔体离开口模时,外界
由于间歇成型法生产周期长,生产效率低,不
压力突然降低,溶解的气体突然膨胀形成气泡,适适合工业化生产,很多学者因此转而研究微孔塑料
当厚度的内外皮层的熔体强度足以抑制芯层气泡的连续挤出成型。90年代初,Pak7等人成功开发
的张力。在气泡没有破裂之前,及时冷却定型,从而了用挤出机制备微孔发泡塑料的方法,从而大大提
得到内外壁光滑、芯层微发泡的合格产品。
高了生产效率,为微孔塑料的工业化生产提供了可
化学发泡剂的作用为在达到分解温度时,分能,其装置图如图1所示。具体方法是:首先使聚合
解,释放出气体,溶于熔体中,形成气孔。热稳定剂物在挤出机中熔融,再用高压泵向螺筒内注射适量
的作用降低发泡剂的分解温度。加工改性剂的作的惰性气体(或超临界CO2),利用挤出机良好的混
用是改善熔体的强度,使泡孔壁承受壁内气体压合作用(可串联静态混合器增强混合效果)和超临
力的能力增强,使泡孔结构均匀,密度降低。填充界CO2极好的扩散性,可以快速地实现聚合物/气
剂也可以作为成核剂,对增强发泡效果、改善泡孔体均相体系。然后使熔体经过特殊的成核口模(毛
质量、提高发泡制品的强度有益。如在UPVC芯层细管口模),快速降低体系压力,使体系达到过饱和
发泡体系中,发泡剂为偶氮类发泡剂,如偶氮二甲态,引发气泡核的形成。最后通过降低成型口模的温
酰胺,特点是单位质量放出气体量大,无毒,无味,度抑制泡孔增大,得到微孔发泡塑料。利用连续挤出
与熔体的相容性好。热稳定剂为三盐基硫酸铅,调发泡装置,Park等分别研究了聚丙烯(P)I1?、低密
节适当用量,以保证发泡剂与树脂的塑化温度相度聚乙烯(LDPE)S?高密度聚乙烯(HDPE)"叫等微
符,加工助剂为氯化聚乙烯和丙烯酸酯类,填充剂孔发泡材料。聚丙烯有许多优良的特性,如熔点
为碳酸钙2?。
高、拉伸模量高、密度低、优良的耐化学性,以及易
2.2物理发泡法
于回收,使其应用非常广泛而成为五大通用塑料
物理发泡法有热引导相分离法、超临界流体之一。但是,由于PP的熔体强度低难于应用于发
沉淀法、超饱和气体法。超饱和气体法是目前最常泡材料中,研究表明の,在泡孔长大过程中,孔壁由
用的方法,它是利用气体在聚合物中的溶解度对于强度不够而易于塌陷与归并,因此,纯PP泡孔
压力和温度的依赖关系,即:使聚合物在高压下被材料中存在大量的开孔结构,泡孔分布也不均匀。
惰性气体所饱和,形成聚合物/气体均相体系,再通过增加长支链,交联或与其它聚合物共混可改
通过控制温度和压力,降低气体在聚合物中的溶善PP的熔体强度,与纳米粘土复合被证实是一种
解度,产生过饱和态,从而得到微孔发泡塑料。按有效提高PP发泡性能的方法明,当气-液均相
照生产方式,超饱和气体法可分为间歇成型法和混合体系通过口模进入不饱和状态时,纳米粘土
连续成型法。根据气体在聚合物中达到过饱和状能够起到成核剂的作用。此外,加入少量纳米粒子
态工艺的不同,间歇法又可分为快速升温法和快可以有效地抑制PP泡孔的归并,这两方面的促进
速降压法两种基本形式。Cha等?首先申请了使用作用使得PP∥纳米粘土复合材料能够明显改善泡
超临界流体制备微孔聚合物的专利,其基本步骤孔形态,与纯PP的泡孔相比,纳米复合材料能够
为:首先