微孔塑料发泡技术

传统发泡工艺得到的泡沫塑料中泡孔直径大，且不均匀，降低了材料的力学性能，增加了脆性，而且为了保证泡孔不露出制品表面，必须增加制品的厚度。

　　料的概念和制备方法。这种方法成型的泡沫塑料完全不同于传统技术成型的泡沫塑料，其泡孔均匀分布，而且泡孔尺寸均匀，如所示。与未发泡的塑料制品相比，微孔塑料在受冲击时，吸收的能量可增加5~7倍，冲击强度可提高6~7倍，断裂韧性可提高近4倍，比强度、比刚度可提高3 ~5倍。美国Trexel公司将MIT提出的微孔塑料的概念和制备方法进行了工业化，并推出了MuCell发泡技术，申请了或正在申请亚洲、欧洲和北美国家的专利，现在已经在一些国家得到应用。微孔塑料发泡技术的出现促进了泡沫塑料成型技术的发展，同时为泡沫塑料的应用开拓了新的应用领域。

　　为了便于读者了解这一最新发泡技术下面重点介绍MuCellTM工艺的原理及其在注射成型、挤出成型和中空成型中的应用。

　　1微孔塑料成型原理微孔泡沫塑料的形成条件是：泡孔成核速率必须很高（是传统发泡工艺的数量级倍）而且成核速率要大大高于发泡剂扩散进泡孔的速率（即泡孔增长速率）。在这种条件下，开始增长之前会产生大量的泡孔，当发泡剂扩散成为发泡过程的主导时，所有泡核以几乎相同的速率同时开始增长，这样就得到了泡孔分布均匀、尺寸均匀的微孔塑料。

　　实现上述条件的关键是发泡剂以及泡孔成核速率。由于价格便宜以及对环境没有污染，CO2和N2被用来做发泡剂生产微孔塑料。CO2和N2被用来做微孔塑料的发泡剂的另一个非常重要的原因是采用CO2和N2的超临界流体做发泡剂时，可以实现微孔塑料所需的很高的成核速率，而不需要添加成核剂，如滑石粉等。

　　MuCellTM工艺正是采用CO2和的超临界流体作为发泡剂来成型微孔塑料。采用超临界流体制备微孔塑料的基本原理是：利用超临界流体高度饱和的聚合物熔体/气体混合体系在冷却过程中产生极大的热力学不稳定性的特点，通过控制或改变体系的压力和温度等工艺参数的方法，使聚合物熔体中形成大量的以超临界介质为泡核的微孔泡沫塑料。其主要步骤如下：（1）形成聚合物/气体饱和体系。在一定的温度下，采用适当的方法，将高压非反应性气体（CO2或N2）溶解在聚合物熔体中，形成浓度均匀的聚合物/气体饱和体系。（2）气核引发。通过降低压力或者升高温度，使聚合物/气体饱和体系。进入热力学不稳定状态，成为过饱和体系，在聚合物体系内形成大量的气核。气泡增长。体系内的过饱和气体扩散入气核，使气泡增长。（4）微孔结构定型。通过急冷等方法将得到的泡体结构定型。在上述4个步骤中，得到均匀浓度的聚合物/气体体系、气核引发等是微孔发泡的关键111. MuCell工艺的优点在于：⑴熔体粘度降低，便于成型加工；2）缩短了成型周期，减小了制品壁厚，从而降低了生产成本；3）制品综合性能优异；（4）不损害环境。

　　2MuCell发泡工艺MuCell发泡工艺目前已在注射成型、挤出成型和中空成型中得到实际应用，并取得了非常显著的效果。

　　21注射成型MuCell在注射成型技术上的突破为注塑生产提供了以前其他注塑工艺所不具有的巨大能力，为设计新型制品、优化工艺和降低产品成本开拓了新的市场。采用MuCellTM技术注塑的制品正被用于许多工业领域，包括汽车、医药、消费品领域、电子、食品包装等。

　　MuCell工艺用于注塑的主要优点是反应为吸热反应，熔体粘度低，熔体和模具温度低，因此制品成型周期、材料消耗和注射压力及锁模力都有所降低，其独特之处还在于可以用于薄壁制品以及其他发泡技术无法发泡的制品的注塑。

　　2.1.1MuCell注射成型工艺气体溶解将大气（C2或N2）的超临界流体（CF）通过安装在机筒上的注射器注入聚合物熔体中，形成单一的均相聚合物/气体体系。超临界流体输送装置、注射机所用的螺杆和经专门设计的成核在聚合物中形成大量气核（是传统发泡工艺的数量级倍）为了产生大量均匀的气核，压力必须大幅度迅速下降。

　　气泡增长气核的增长受控于注塑工艺。

　　压力和温度的精确控制由专门设计的机器控制软件和硬件来实现。

　　定型熔体注入模具后，制品的形状受模具设计的控制。虽然模具不一定要改造，但经适当改造后更能发挥MuCellTM的优点。

　　2.1.2设备改进采用MuCell工艺注塑发泡制品时，需要对现有设备进行改造。

　　SCF计量装置要有足够的能力将SCF发泡剂以MuCell工艺要求的速度和压力输送到螺杆部位。

　　需要采用Trcxel公司设计的螺杆以产生超临界流体发泡剂的均相体系。

　　（4）需要安装超临界流体注射器。

　　2.1.3MuCell注射成型工艺特点MuCellTM工艺注塑时的特点如下：（1）由于采用了超临界流体作发泡剂，因此熔体粘度可减60%；超临界流体与熔体粘度的关系如所示。从中看出，SCF含量越高，熔体粘度越低。

　　由于熔体粘度降低，因此加工温度可以大幅度降低（最高可达78°C）由于不需要保压，因此成型周期缩短。

　　可以减轻质量，不同材料的减重见表1.从表1中可以看出，最高减轻质量可达60%.注射器以确保SgFa迅速溶解于M物熔体中中。PuMshhg消除制品上的凹痕。http://www.cnki.netbookmark3现代塑料加工应用材料制品厚度/mm减轻质量分数，聚苯基砜PP（30%滑石粉填充）表1MuCell注塑制品的最大可能减轻质量正是由于MuCellTM工艺具有上述优点，因此原来用大吨位注射机注塑的制品都可以改用采用了MuCell工艺的小吨位注射机来注塑生产。目前MuCell工艺已成功用于填充和未填充的聚酰胺、聚碳酸酯、聚丙烯、PC/ABS、聚苯乙烯、聚甲醛、聚乙烯、聚砜和热塑性弹性体等的注塑生产。

　　21.4实例成型厚度为0.5mm的薄壁冰激凌盒时，采用熔体流动速率为40g/10min的聚烯烃材料，流动比280：1，不需保压和冷却，可节省10%的材料。

　　艺用于成型医疗器械整体手柄时，采用聚碳酸酯和聚砜，减轻质量高达30%，成型周期缩短50%，锁模力从120t下降到15t而且可以成型熔体粘度高、流动性差的物料。成型汽车空气歧管垫时，采用33%的玻璃纤维增强PA66冷却时间减少66%，可减轻质量分别为5%，10%，15%和20%.锁模力从150t下降到40t.成型电扇电机罩时，采用25%滑石粉填充聚丙烯共聚物，减重15%，可消除凹痕，不需要保压。

　　工艺用于大尺寸制品（如HVAC门）的注塑时，采用40%玻璃纤维增强的PA66成型周期缩短30%，制品尺寸稳定性优异，锁模力从200t下降到30t.成型汽车装饰板时，采用PP或PC/ABS，且模内装饰，注射压力下降28%，熔体温度降低，消除了凹痕。

　　许可，在其注射机上采用MuCell注射成型工艺，为用户服务。

　　2.2挤出成型MuCellTM挤出成型工艺同样是采用CO2或N2的超临界流体以很高的线速度生产轻质、高强度制品。与传统的发泡工艺如化学发泡剂、碳氢化合物、氯氟烃等不同，MuCell微孔发泡工艺的发泡制品泡孔均匀，泡孔直径一般小于50hm广泛用于聚氯乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、热塑性弹性体和聚苯乙烯等热塑性塑料的发泡成型。

　　2.21MuCell挤出成型工艺MuCellTM出成型工艺过程基本上与注射成型一样，区别在于制品的定型是由挤出机头完成的，在此不再赘述。

　　采用MuCell工艺挤出发泡制品时，需要对现有设备作下述改进。

　　SCF计量装置要有足够的能九将SCF发泡剂以MuCell工艺要求的速度和压力输送到螺杆部位。

　　聚合物熔体中。

　　对机筒进行改进，以便于发泡剂的注射和Trexel设计的注射器的安装。

　　还需要Trexel公司设计的螺杆产生超临界流体发泡剂的均相体系。

　　机头也需要进行一些改进。

　　2.22MuCell挤出成型工艺特点材料成本；在保持性能不变的前提下，减轻制品重量；生产率大幅度提高；采用C2和N2作发泡剂，无毒，不燃；废料可以直接利用；颜料用量下降。

　　MuCellTMl艺挤出成型发泡制品与未发泡制品的性能比较见。

　　2.23MuCell挤出工艺应用实例PVC异型材MuCellTM工艺用于挤出PVC异型材时，质量减轻25%，生产率大幅度提高。

　　而且还可以挤出薄壁断面的PVC异型材（小于0.5mm）翘曲减轻，而异型材的表面质量和物理性能均能保持不变。

　　吸引了众多注塑机厂商擂和肯定通前已已有多趾塍于UPP和HDPE热成型板材时，密度降低40%bookmark4表面质量优良，加工成本降低，但各项性能均能保持不变。

　　HDPE管材时，重量减轻26%环刚度保持不变。

　　热塑性弹性体的挤出MuCell工艺可用于一系列弹性体的发泡挤出，包括建筑、汽车和家电工业用的密封垫，密度可降低80%，加工成本降低，而材料的拉伸伸长率和冲击性能仍然优异。

　　23中空成型MuCell中空成型的成型工艺与挤出成型基本相同，对设备的改进要求也与挤出成型相似，即需要对挤出机进行改进以便将SCF注入聚合物熔体中，同时也需要对机头进行改进。对于间歇空成型，即采用往复式螺杆或在机头之前安装有集料器的中空成型机，需要对设备所作的改进与注塑机的相同。

　　MuCell工艺用于中空成型的优点主要是降低材料的消耗。例如MuCell工艺用于HDPE型坯的生产时，减轻质量达35%；将型坯吹塑成中空桶时，密度下降。

　　3结语微孔泡沫塑料可以在注塑机和挤出机以及中空成型机上生产，对设备的改造费用很低。微孔发泡的关键是快速成核技术（这需要大量的发泡剂）以及注射机喷嘴和挤出机机头处的压力和压力降控制。

　　MuCellTM工艺为注塑制品和挤出制品的生产商提供了更广泛的应用，尤其是采用传统材料无法发泡的材料，采用MuCell工艺都可以发泡成型，而且MuCellTMl艺本身所固有的微孔尺寸可以挤出和注塑很薄的制品。

　　MuCellTMl艺在欧美等国家已经得到广泛的应用，目前在亚洲也有许多公司采用Trexel的专利技术MuCell工艺，一些塑料机械制造商也在申请MuCellTMl艺的技术许可。据悉，新加坡正在安装2台采用了MuCell工艺的注塑机，并即将投入使用。日本、韩国、马来西亚和泰国也已经计划安装米用MuCell工艺的设备。日本制钢所（apanSteelWorks）于2000年4月与Trexel公司达到协议，获得MuCellTM工艺技术许可，在其生产的注塑机上使用MuCell工艺，同时在现有设备上改进并采用MuCellTM工艺技术许可。

　　为了推广MuCell工艺在我国的应用，笔者建议有关部门应高度重视，并组织企业募集资金，取得Trexel的技术许可，使这项技术尽快在我国得到应用，促进我国塑料工业的发展。