模具溫度和釋壓對(duì)ps發(fā)泡行為的影響

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1、朱建華，等：模具溫度和釋壓對(duì)PS發(fā)泡行為的影響177模具溫度和釋壓對(duì)PS發(fā)泡行為的影響水朱建華何力(國(guó)家復(fù)合改性聚合物材料工程技術(shù)研究中心，貴陽(yáng)孫洪恩賈仕奎趙武學(xué)550014)(貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，貴陽(yáng)550003)摘要溫度和壓力對(duì)氣體在樹脂熔體中的溶解度和擴(kuò)散過(guò)程有很大影響。通過(guò)在不同模具溫度和型腔體積下制備發(fā)泡聚苯乙烯(IS)樹脂材料，研究了注塑工藝中模具溫度和釋壓工藝對(duì)樹膳材料發(fā)泡行為的影響。結(jié)果表明，在壓力變化或模具溫度相對(duì)較小的條件下，模具溫度的提高有利于泡孔的長(zhǎng)大、并泡過(guò)程，壓力釋放有利于泡孔的形核過(guò)程；在模具溫

2、度高和壓力變化大的條件下，溫度和釋壓工藝對(duì)發(fā)泡行為的協(xié)同作用效應(yīng)顯著，發(fā)泡行為以形核過(guò)程為主。關(guān)鍵詞模具溫度釋壓泡孔尺寸泡孔密度微孔發(fā)泡塑料是指泡孔直徑為0．1—100Ixm、密度在1X109～1X10”個(gè)／cm3之間的一種新型結(jié)構(gòu)塑料，這種塑料于1979年由美國(guó)麻省理工學(xué)院(NIT)首次研制成功¨一J。由于微孑L的尺寸比塑料中原有的缺陷或裂隙小，使得原有的裂隙鈍化，因此微孔的存在不但不會(huì)降低塑料的強(qiáng)度，反而能提高塑料的力學(xué)及其它相關(guān)性能H?！?J。與常規(guī)塑料制品相比，微孔發(fā)泡塑料在提高力學(xué)性能的基礎(chǔ)上還能減輕質(zhì)量，降低成本，經(jīng)

3、濟(jì)效益非常顯著。微孔發(fā)泡塑料的制備方法很多，其中化學(xué)發(fā)泡法是利用發(fā)泡劑化學(xué)分解產(chǎn)生氣體形成微孔塑料，不需要額外添加氣源和氣量控制設(shè)備，因此具有生產(chǎn)成本低、操作簡(jiǎn)便、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，工業(yè)推廣應(yīng)用前景巨大。微孔發(fā)泡塑料的化學(xué)注塑成型制備工藝涉及泡孔的形核、長(zhǎng)大、并泡及固化定型等過(guò)程，而注塑加工工藝直接影響樹脂熔體中泡孑L的形核、長(zhǎng)大及微孔塑料最終成型后的泡孔數(shù)量、尺寸和分布，對(duì)微孔發(fā)泡制品的性能和質(zhì)量影響深遠(yuǎn)。樹脂熔體中氣體的溶解度、擴(kuò)散過(guò)程與所處溫度和壓力存在緊密關(guān)系。筆者通過(guò)調(diào)節(jié)模具溫度和樣品厚度，研究發(fā)泡樹脂體系所處的環(huán)境溫度

4、和釋壓對(duì)發(fā)泡行為的影響，探討發(fā)泡過(guò)程的工藝及其控制工藝過(guò)程，以期為特殊微孔結(jié)構(gòu)樹脂材料的可控制備提供有益的指導(dǎo)。l實(shí)驗(yàn)部分1．1原料聚苯乙烯(PS)：牌號(hào)為476L，揚(yáng)子巴斯夫苯乙烯系列有限公司；發(fā)泡母粒及助劑母粒：以同牌號(hào)Ps為基體，加入AC化學(xué)發(fā)泡劑、氧化鋅等助劑制備，貴州凱科特材料有限公司。1．2儀器與設(shè)備雙螺桿混煉擠出造粒機(jī)：TSE40A型，南京瑞亞高聚物制備有限公司；注射成型機(jī)：EMl20一V型，震德塑料機(jī)械有限公司；掃描電子顯微鏡(SEM)：KYKY2800型，北京中科科技儀器有限責(zé)任公司；微發(fā)泡專用注塑模具(可變型

5、腔體積)：自制；電子分析天平lXS250型，梅特勒一托利多儀器有限公司。1．3試樣制備采用二次開模工藝‘83和自制可變型腔模具注射成型制備不同厚度試樣(保證各個(gè)試樣制備工藝的二次開模量為試樣厚度的20％)。調(diào)節(jié)模具溫度為注射到模具后的發(fā)泡樹脂熔體提供不同環(huán)境場(chǎng)溫度。將制備的發(fā)泡試樣制成帶有缺口的沖擊試樣，在液氮中浸泡6h后迅速取出并沖斷，利用SEM掃描觀察材料結(jié)構(gòu)及發(fā)泡行為特征。1．4發(fā)泡行為特征分析(1)泡孔尺寸泡孔平均直徑通過(guò)斷面SEM照片中所有泡孔實(shí)際尺寸的統(tǒng)計(jì)平均值來(lái)表征，采用公式(1)一3計(jì)算l以：毛墮(1)乞飛式中：

6、d?！獢?shù)均泡孔直徑；吐——當(dāng)量直徑；，l；——當(dāng)量直徑為di的泡孔數(shù)?！べF州省優(yōu)秀人才省長(zhǎng)基金項(xiàng)目(200887)，貴州省科技重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目(20063009)z。lo4十HI％∞#Ⅱ☆¨##$日W0t女女(2)泡孔密度泡孔蔣f度，即發(fā)泡聚臺(tái)物單位體gl!l!】泡孔個(gè)數(shù)采用公式(2)?1II_掉札=(警)”2x嘗㈣式中．U——泡7L密度，個(gè)／em’，m——未發(fā)泡樹脂材料的密度，∥cm。；p，——發(fā)泡樹脂材料的密度，∥㈣3。以上密度均采用排水法測(cè)定。2結(jié)果與討論達(dá)到熱力學(xué)平衡時(shí)，氣體在樹脂熔體中的溶解度取決于系統(tǒng)的壓力和溫度。因此

7、．對(duì)于發(fā)泡樹脂熔體來(lái)說(shuō)，注射工藝中樹脂材料所處的環(huán)境溫度和壓力變化對(duì)熔體中氣泡形核、長(zhǎng)大和同化行為具有較^影響。21棰具∞度對(duì)擻孔定泡行為的影響罔I是不同模肄型腔體積下．采用不同模具溫度成型制備得到的I】s試樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)的SEM照片．圖2是泡孔平均直徑和泡孔密度隨模具溫度變化的曲線。由圖1a、幽1b及罔2可以看出，當(dāng)試樣厚度為6nlm和85mm時(shí)，隨著模具溫度的升高，泡孔K寸增大，泡孔密度減小。在該試樣厚度范斟內(nèi)，模具溫度升高使泡孔長(zhǎng)大，并導(dǎo)致井泡過(guò)程發(fā)生巾泡孔合并形成大泡孔而使得泡孔數(shù)量降低。蓬蓬糞圈a—E#月Ⅱ6m”；b—E#

8、月目85mm，c—E#■＆105叩．d—E#4＆”憫目1T目模#理&庠gT$月{目囂4Ⅲ＆mⅪ制§*到∞PS試#自*結(jié)構(gòu)∞gEM月,q-當(dāng)試樣厚度增大到105rm和13珊時(shí)，袍7L此外，對(duì)比圖{c、囝1d可以看出，試樣厚度增大時(shí)，平均直徑和泡孔密度隨模具溫度的變