微发泡低压注塑与化学发泡成型
化学发泡剂在特定的温度下分解而产生气体发泡剂。不同类型的发泡剂适用于不同温度下分解发泡。其通常用于厚壁制品成型以消除收缩痕,同时也可以降低制品密度。对于薄壁制品使用化学发泡剂会使表面质量劣化,同时会显着降低其力学性能。而且,从经济性角度出发,化学发泡不能够大幅度降低密度。
而微发泡低压注塑的优势在于,许多吸热型的化学发泡剂会生成水(也产生CO2气体),因此需要添加吸水剂以防止由于水的存在而造成聚合物熔体的降解现象。气体发泡剂生产批号的不同致使在生产过程中不得不随时调整生产工艺。另外,由于化学发泡剂本质上的热稳定性不佳,因而很难用于加工高温型树脂。化学发泡剂通常会在树脂中有所残留,或产生副产品。带有副产品或未分解化学发泡剂的树脂通常会使制品耐老化性能降低,并可能导致模具排气孔堵塞。而且,其加工过程中产生的下脚料很难就地回收使用。
当然,微发泡注塑成型技术也并非完美无缺,对于要求透明性强和表面质量非常高的制品,采用微发泡注塑成型技术需要更加慎重。
微发泡低压注塑与气体辅助注塑
气体辅助注塑可以成型表面质量非常高的制品,通过对模具和制品进行特殊设计,在厚壁制品的内部设计空腔实现气体辅助注塑。而微发泡对于厚壁制品的成型没有优势,而且其制品的表面质量也无法达到非常完善。
但气体辅助注塑通常只用于消除制品的收缩痕,因此从这方面来说,微发泡注塑可能是一个更好的选择,能够更多地降低制品重量,以更短的循环时间成型,并且制品翘曲较少,同时也能够消除收缩痕。
微发泡低压注塑发展概述
上世纪80年代初,美国麻省理工学院(MIT)首先提出微发泡塑料的概念并发展了相应的成型技术。提出该概念是希望在聚合物基体中引入大量比聚合物原已存在的缺陷尺度更小的空隙,从而在减少材料用量的同时提高其刚性,并避免对强度等性能造成明显的影响。这种工艺制备的微发泡材料孔径一般小于10微米,尤其突出的是泡孔密度非常高,达到109-1015个/cm3。微发泡成型过程可分成三个阶段,首先是将超临界流体(主要是二氧化碳和氮气)溶解到聚合物中,并形成聚合物/气体的单相溶液;然后,通过温度或压力等条件引发体系的热力学不稳定性,使得气体在溶液中的溶解度下降;由于气体平衡浓度的降低,从而在聚合物基体中形成大量的气泡核,然后逐渐长大生成微小的孔洞。
许多人认为超临界流体应用于聚合物加工只是处于实验室的研究,实际上,这种方法的商业应用早就开始了。20世纪50年代始,超临界乙烯就已用于大规模制造低密度聚乙烯。进入21世纪,Trexel公司与MIT合作,首先利用这种技术实现了微发泡注塑的商业化应用。据报道,Reedy国际公司也开发了类似的挤出微发泡装置。
微发泡低压注塑关于聚合物微发泡成型技术已有大量的文献报道,研究以无定型和半结晶型聚合物微发泡材料的成型过程为主,如聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚碸(Polysulfone)等。加工技术方面的研究主要涉及微发泡挤出、微发泡注塑、微发泡吹塑及旋转模塑等。从事微发泡技术研究并取得较显着研究成果的单位主要有美国的麻省理工学院、威斯康辛—迈迪逊大学、佐治亚理工大学、加拿大的多伦多大学、德国的GKSS 研究中心、荷兰的特文特大学等。