中國粉體網(wǎng)訊 泡沫塑料是一種以氣體為填料塑料為基體的廣義復合材料，也被稱為多孔復合材料。多孔結(jié)構(gòu)賦予泡沫塑料獨特的性能，相比于實心塑料制品，泡沫材料具有質(zhì)輕、隔音、隔熱、抗震、比強度高、優(yōu)異的緩沖性能等特點，在航空航天、軌道交通、汽車工業(yè)、建筑保溫、緩沖包裝、風電、家居家裝、醫(yī)療衛(wèi)生、日常用品等方面具有廣泛應用。
最常用于泡沫塑料的樹脂有聚氨酯（PU）、聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）及聚氯乙烯等，此外聚丙烯（PP）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、乙烯-丙烯酸酯共聚物（EVA）、聚乳酸（PLA）、尼龍（PA）、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚偏氟乙烯（PVDF）等泡沫塑料在不同領域都有一定的應用。
在泡沫塑料中添加劑種類那么多，填充劑因為發(fā)揮了成核劑作用在配方中備受重視。例如，對于固體樹脂的發(fā)泡，如分解溫度與熔融溫度不相匹配，可加入發(fā)泡促進劑進行調(diào)整。而改變泡沫質(zhì)量，一般加要入成核劑調(diào)整。進一步，成核劑的粒徑、份量、改性劑、水分都是影響發(fā)泡質(zhì)量關鍵因素。
氣泡成核
1、泡沫塑料的成型方法
泡沫塑料的成型方法主要包括：擠出發(fā)泡、注塑發(fā)泡、模壓發(fā)泡、可發(fā)性珠粒模塑成型、交聯(lián)發(fā)泡、澆注發(fā)泡成型等。
（1）擠出發(fā)泡
擠出發(fā)泡是一種通過擠出機實現(xiàn)的連續(xù)發(fā)泡工藝，具有高產(chǎn)量連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點，在工業(yè)界獲得廣泛應用。擠出發(fā)泡工藝過程包括：聚合物顆粒加入擠出機中，通過安裝在擠出機筒上的發(fā)泡劑注入口注入物理發(fā)泡劑，或?qū)⒒瘜W發(fā)泡劑與聚合物顆粒及其他助劑混合一起從加料口加入，在高溫高壓和螺桿的剪切混合作用下，形成聚合物/發(fā)泡劑均相溶液，降低均相溶液的溫度到適宜發(fā)泡溫區(qū)，通過機頭快速降壓實現(xiàn)泡孔的生產(chǎn)生長過程，物料出機頭后迅速冷卻定型形成泡沫塑料制品。
（2）注塑發(fā)泡
注塑發(fā)泡是指通過注塑成型工藝制備泡沫塑料。包括結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑和微發(fā)泡注塑。注塑發(fā)泡通常發(fā)泡倍率較低，密度介于不發(fā)泡材料的50%～100%。泡孔結(jié)構(gòu)的存在在實現(xiàn)制品輕量化的同時，可以解決常規(guī)注塑工藝中出現(xiàn)的制品翹曲變形、開裂、凹痕及尺寸不穩(wěn)定等問題，在汽車工業(yè)、電子電器行業(yè)以及日常用品等領域有廣闊應用前景。
2、塑料發(fā)泡常用組分
（1）發(fā)泡劑
發(fā)泡劑是泡沫塑料制備用的最主要組分，指能在塑料中形成泡孔結(jié)構(gòu)而添加的一類助劑。按氣體產(chǎn)生的方式可分為物理發(fā)泡劑（PBA）和化學發(fā)泡劑（CBA）兩大類。物理發(fā)泡劑是指在發(fā)泡過程中組成不發(fā)生變化，僅由于物理狀態(tài)發(fā)生變化而形成氣泡的物質(zhì)，化學發(fā)泡劑是指在發(fā)泡過程中受熱分解釋放出氣體而形成氣泡的物質(zhì)，包括有機化合物和無機化合物。
（2）發(fā)泡助劑
發(fā)泡助劑是一類與發(fā)泡劑并用，可調(diào)節(jié)發(fā)泡劑分解溫度與分解速度，并能改進發(fā)泡工藝，穩(wěn)定泡沫結(jié)構(gòu)和提高泡沫質(zhì)量的一類助劑。按其作用不同可分為發(fā)泡促進劑、發(fā)泡抑制劑、泡沫穩(wěn)定劑、催化劑、成核劑等。
（3）成核劑
成核劑也屬于發(fā)泡助劑的一種，是為了得到泡孔均勻致密的泡沫而加入的一類物質(zhì)。其中，物理成核劑主要品種有滑石粉、二氧化硅、碳酸鈣、二氧化鈦、硅藻土和高嶺土等，這些往往也是降本和改性的填料。當發(fā)泡體系狀態(tài)變化時，無機顆粒表面的孔穴處易形成熱力學不穩(wěn)定中心，從而引發(fā)氣泡成核。
無機顆粒的表面形狀影響成核效率，因此通常表面積較大的片狀無機材料可用作成核劑，如滑石粉具有更高的成核效率；碳酸鈣作為常用填料可改善力學性能，也有利于控制泡孔尺寸也常被采用；納米黏土、碳納米管等也可作為發(fā)泡成核劑。選對了成核劑，其應用效果關鍵在于納米顆粒的分散程度以及粒徑范圍，約在800～2500目之間。
3、發(fā)泡塑料無機成核劑應用技術
無機粉體材料是否影響塑料材料發(fā)泡性能發(fā)揮十分復雜，具體要看如下條件而定。
無機粉體尺寸：如果無機粉體的粒度大于10μm對于發(fā)泡有一定影響，但是如果無機粉體的粒度在5μm尺寸左右就基本沒有任何影響了，就可以起到發(fā)泡成核劑的作用促進發(fā)泡成型了。
無機粉體的分散性：如果無機粉體在樹脂中分散很均勻，保證沒有團聚現(xiàn)象就不影響發(fā)泡成型。分散性好壞主要看表面處理好壞，如果無機粉體表面處理的徹底，完全改變了原來的親水性為親油性，可以不影響發(fā)泡成型。具體表面處理方式可以采用雙親處理方式，即用鋁酸酯偶聯(lián)劑/多元醇表面活性劑雙重處理。
無機粉體含量：無機粉體加入量太低，熔體中形成不了足夠的成核點，造成發(fā)泡倍率偏低；如果無機粉體加入量太高，是可以形成很多成核點，但是填充過大熔體強度太低，導致過多破泡，也同樣降低發(fā)泡倍率。因此適宜的加入量可以促進發(fā)泡質(zhì)量，一般建議最佳填充量為10%～30%。
無機粉體的含水量：如果無機粉體的含水量小于0.5%，填充基本不影響發(fā)泡成型。
值得一提的是，碳酸鈣可以正面促進發(fā)泡有兩個重要原因。
一是碳酸鈣可以作為成核劑，吸附發(fā)泡氣體形成氣泡核，控制泡孔的數(shù)量，使泡孔更細。
二是碳酸鈣可以改善樹脂的熔體性能，自身剛性比較大的碳酸鈣可以減緩熔體變形和移動能力，從而可以抑制泡孔過快膨脹，控制泡孔尺寸更細。
4、碳酸鈣、滑石粉成核劑研究進展
李浩等對微孔發(fā)泡木粉/聚丙烯復合材料的結(jié)晶行為與泡孔結(jié)構(gòu)進行了測定與分析。結(jié)果表明：滑石粉的添加能夠提高微孔發(fā)泡木粉/聚丙烯復合材料的結(jié)晶溫度，誘導產(chǎn)生不完善的α晶型；能夠提高聚合物基體的熔體黏度，減小泡孔尺寸，增加泡孔密度，促使泡孔尺寸分布更均勻。
何博研究了無機粒子對發(fā)泡零件泡孔形態(tài)及分布的影響，發(fā)現(xiàn)通過減小無機粒子粒徑與適量添加納米碳酸鈣能夠有效的提高發(fā)泡零件的泡孔密度，減小泡孔的尺寸，但是會增加平行方向的泡孔變形量，在納米碳酸鈣含量為6wt%時垂直方向泡孔形態(tài)最好，泡孔尺寸為37.6μm，而泡孔密度達到了3.14×1010個/cm3。
黃常翼等分別以納米碳酸鈣、納米蒙脫土和納米滑石粉作為成核劑，采用微孔發(fā)泡注射成型工藝制備了聚丙烯（PP）/乙烯-辛烯嵌段共聚物（OBC）發(fā)泡復合材料，研究了成核劑的種類和含量對PP/OBC發(fā)泡復合材料的發(fā)泡行為和沖擊韌性的影響。結(jié)果表明，三種成核劑都能改善PP/OBC發(fā)泡復合材料的發(fā)泡行為。當成核劑的質(zhì)量分數(shù)為6%時，PP/OBC/碳酸鈣、PP/OBC/蒙脫土和PP/OBC/滑石粉發(fā)泡復合材料的泡孔密度分別提升了556.8%，518.2%，497.7%。
結(jié)語
目前許多碳酸鈣等無機粉體生產(chǎn)企業(yè)和發(fā)泡材料生產(chǎn)企業(yè)都在研究細分領域的中高端產(chǎn)品。在粉體深加工技術方面，對粉體指標的控制和改性技術尤為重要；在發(fā)泡材料制備過程中，無機粉體成核劑的復配應用也是研究熱點。
參考來源：
李建軍編著塑料配方設計（第三版）
何博，等：機粒子對PP微孔發(fā)泡/模內(nèi)裝飾復合注塑成型影響研究，武漢理工大學
王濱，等：填充劑對聚丙烯微發(fā)泡材料性能和表觀質(zhì)量的影響，南京聚隆科技股份有限公司
李浩，等：滑石粉對微孔發(fā)泡木粉/聚丙烯復合材料結(jié)晶行為及泡孔結(jié)構(gòu)的影響，東北林業(yè)大學
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)
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