环境友好型化学发泡剂的应用解析
文章类型:企业动态 文章加入时间:2018年10月7日14:57

    化学发泡剂在塑料工业中已经使用了很长时间。但是,大多数传统的化学发泡剂都会有残留,释放的气体会破坏大气臭氧层。昊智新材料开发的新型化学发泡剂,从消耗臭氧层的化学发泡剂转变为环境友好型化学发泡剂。新型化学发泡剂产生的环境友好性气体是氮气和二氧化碳,现已广泛应用于一些常规发泡产品上。因为其具有易于加工、产品质量好、反应过程中副产物很少甚至没有、只是将添加剂加到物料中而不需要复杂的硬件设备等优点。

        产生N2的化学发泡剂:
        放热性化学发泡剂中的一种,如偶氮二甲酰胺,在温度高于其分解温度时就产生 N2。尽管其经济,但是,氮气是一种高度不溶的气体,因为气体会穿过发泡制品表层,会产生表面粗糙度等问题。

        产生CO2的化学发泡剂:
        昊智新材料开发的此类化学发泡剂是化学发泡剂中一种很好技术的化学发泡剂,此类化学发泡剂使塑料制品发泡更容易进行,改进了成型的工艺性。CO2具有独特的低压溶解性。在压力足够髙时,CO2就成为超临界流体,起到溶剂的作用,大大降低聚合物的玻璃化转变温度,改善其流动性能。另外一个性能是其在超临界流体 与气体转变的过程中吸收能量,这有助于熔体冷却,进而缩短成型周期,降低注塑件内应力。所以,厚注塑件(4mm)可以采用昊智新材料化学发泡剂技术,节省硬件开支,因为 昊智新材料化学发泡剂只需要好的混合螺杆而不需要辅加的气体计量装置,且原材料与化学发泡剂混合均匀即可制成发泡产品。昊智新材料含有成核剂和发泡剂的吸热型化学发泡剂在加工温度范围(130 ~ 230℃)内分解产生CO2气体。使其能够得到微孔气泡结构的制件,细小微孔气泡核周围是光滑的未发泡表层。控制化学发泡剂的颗粒尺寸、分布均匀性和可控的气体释放量, 从而产生大量小泡核,进而产生细小而均匀的泡孔。

        利用化学发泡剂改善熔体充模流动性能及缩短冷却时间:
        利用化学发泡剂改善溶体充模流动性能,保证均匀泡孔 的形成。吸热性化学发泡剂添加到材料混合物中时,固体颗粒或者粉料通过添 加剂的分解首先转化为气体CO2。在压力低于7. 59mpa时,CO2起到润滑剂的作用,改善熔体流动性能。在高压11.72Mpa以上时,CO2从气体变成超临界流体,在这种状态下,CO2气体更容易被聚合物熔体所吸收,大大降低其黏度。通过降低聚合物的黏度,就可以选择是降低加工温度。
通过降低黏度这一最为重要的优势有可能实现在低熔体温度下达到同样的流动性能。当聚合物基体中的气体分子浓度高时,聚合物就会大大塑化,表现就是其玻璃化转变温度下降。其玻璃化转变温度降低到CO2饱和温度时,气泡成核和泡孔长大有可能在原有聚合物的玻璃也转变温度以上发生。压力降低,CO2从超临界流体变成气泡,发生相转变,是吸热过程。在聚合物熔体注入模具时,在发泡过程中聚合物从内部开始冷却,也从与模具表面的物理接触中得到 冷却。

      化学发泡剂技术成型厚壁注塑件的有趣案例:
       将0.5%~1,5% ,(质量分 数)有效的吸热性发泡剂添加到聚合物中,成型周期缩短了 10%以上。
饱和点对注塑件产生内压作用,迸而改善聚合物熔体的流动性能,使操作者能够非常恒定地添加聚合物材料。这种内压类似于苏打瓶内的压力,一旦将瓶盖打开,压力就降低到大气压,CO2开始从液体中逸出。由于注塑件仍然被CO2饱和而且还被其大大增塑,因此注塑件内的成型应力就明显降低,材料就有更多的时间进行分子链的松弛和应力消散。

      使用化学发泡剂时的设计建议
        预计在注射成型的应用中吸热性发泡剂将呈现大的增长。这样能生产薄或厚截面的注塑件,而且注塑件没有内应力,也不产生流痕。为了很容易地在单一成型中生产截面厚度为1 ~ 10mm的注塑件,必须添加质量分数仅为0. 5% -1. 5%的有效吸热性发泡剂。吸热性发泡剂常常与载体树脂一起使用,简单的翻滚搅拌,这样还能提高熔体强度或者稀释树脂的性能。

       为了生产A级表面、泡孔分布均匀的发泡注塑件,必须考虑设计与加工建议。类似于用N2的注射系统和气体反压系统时的条件。为了防止溅射或者模具内的预发泡,熔体流动前沿需要保持0.24mpa的气体压力。在充模过程中气泡和表层形成时,表面出现气泡的倾向降低,这样厚截面处的表面更好。减小模具排气通道的敞开面积或者提高注射速度可以很容易地在模具内实现0.24mpa的压力,在多数模具中,一般认为不合适排气之处实际上更适合于采用化学发泡剂来成型具有光滑表面的注塑件。主流道和分流道也应该尽可能地短,以减少剪切热的产生,快速充模。
设计产品时,其浇口应尽可能地大,但是不能超过其填充注塑件厚度的3倍。充模时 总是向模具壁面更薄处填充物料,使物料从此处流向厚截面处。截面厚度的突然变化,尤其是接近注射点处,表面排气更加困难。如果可能,应采用平滑过渡。在考虑采用化学发泡剂成型注塑件的设计时,要记住用化学发泡剂时因为黏度得以降低,因此物料的流动性会得到改善。

      使用化学发泡剂时的加工工艺建议:
       从加工的角度看,大多数标配的注射成型机都能生产高质量的化学发泡剂发泡的注塑件,但注射压力和注射速度需要调整,以反映聚合物熔体黏度的变化。在设定成型条件时,—次改变一个参数,这一点很重要。最佳工艺条件一般通过降低熔体温度来确定,温度变化5℃左右,降低注射压力,减小注射量,缩短冷却时间,提高注射速度: 对于每一次注射量、密度降低,可以快速确定一套可重复的参数。在所有情况下,设备操作人员都会发现每一种聚合物的加工窗口都会大大拓宽。

       化学发泡剂技术生产的注塑件质量及其成型周期都类似于气体辅助注射技术和气体注射系统。首先,,确定 一套加工参数,保证在相同的条件下,加工条件稳定,注塑牛表面质量良好,吸热性气 体在压力降低时产生结构泡孔。在高压薄截面处没有可见的泡孔,但是在最后的界面处泡沫结构更为明显,能得到最低的密度。这种气体膨胀是防止凹痕产生的驱动力。

      总之,采用化学发泡剂注射成型时,应避免模具内有大的流动限制,因为这会产生: 过量的剪切热和化学发泡剂提前反应分解,此外,在充模过程中,还需要避免化学发泡剂突然不均衡的压力降,因为这会在熔体表面产生不适用的气体反压,在模具内产生溅射。

       吸热/放热混合型发泡剂
众所周知,化学发泡剂有两种,即吸热性化学发泡剂和放热性化学发泡剂。有第三种更好的发泡剂,即两者的混合物,将其称为吸热/放热混合型发泡剂,可用于在整个成型过程中两者都起重要作用的场合。吸热/放热混合型化学发泡剂在高压下产生大量的气体,使气体进人基体中,从而使基体的熔体黏度低于原有基体熔体。另一方面,吸热性发泡剂产生气体,吸收热量,从而提高了冷却速率,缩短了成型周期。

        化学发泡剂成型时出现的问题及其解决方案:
        对于每种成型,都会有一种特殊技术用于改善加工,得到质量最好的制品。化学法发泡剂在成型过程中出现的主要问题及其解决方案,如下:

       A、发泡中的后发泡是化学发泡剂成型时可能出现的一个问題。因为注塑件推出得 太早,从模具中取出的注塑件会持续膨胀。解决的办法:1、降低加工温度,或者延长冷却时间,2、是由注塑件中发泡剂过量引起的,因此降低其用量也能解决这一何题。

      B、大象皮是表面粗糙的另外一个常见问题,常出现在充模的最后,这一般是熔体温度或者模具温度太低的表现。

      C、凹痕源于厚筋的收缩或者冷却过程中热塑性塑料的凸起,主要出现在半结晶性塑料中。增加发泡剂的用量,保证释放保压压力,这样泡孔就有膨胀的空间。

      D、翘曲出现在注塑件边壁向内或向外弯曲处,其可能是由不均匀收缩、成型温度太高或注射.力太高造成的。在这种情况下,降低成型温度和压力有助于解决这一问题。但是,常用的方法是延长注塑件的冷却时间。

      E、泡孔破洞,或者称之为大的泡孔,是缺材料的地方,一般是气袋形成的空洞之处,解决的方法是提高熔体温度,如果出现射流,要降低注射速度。但是,如果是由成核的问题产生的,那么提高注射速度就是解决之道。此外,喷嘴打开和注射动作必须按正确的顺序进行,避免注射之前预发泡。另外,发泡剂与树脂体系匹配也十分重要。

       F、积料,或者称之为螺杆和滤网积料,是使用放热性发泡剂时产生的询题。原因有多种,包括树脂和发泡剂配方问题,但是最快的解决办法是降低发泡剂的用量。在这种情況下,保证发泡剂与树脂熔体体系的匹配也很重要。

       G、 注塑件冲击强度下降及其脆性是由大泡孔造成的。所以,改善泡孔结可能是其解决之道。常用的方法有降低温度、减少发泡剂用量或者换用其他发泡剂。还有一种可能是材料降解所致,所以就需要关注物料的停留时间及其通过浇口时的注射剪切速率。如果是玻璃纤维增强材料,就要改善纤维的取向。此外,成型长玻璃纤维增强材料时,对其长度的损害要尽可能小。

       H、飞边一般是模具熔接痕处物料过多产生的,在注塑件脱模之后就会发现。解决的办法是降低成型温度、减小注射量或者减少发泡剂用量。避免厚截面突然过度变化, 尤其是在注射点附近,因为这样会使表面排气更加困难,如果可能,要采用平滑过渡。

       I、焦烧表明注塑件脱色了,而且表面不均匀:降低温度、打开浇口和排气通道是解决这一问题的办法。总的来说,要避免产生过量的剪切热和化学发泡剂不希望的反应等流动限制,浇口应尽可能地大,但是不能超过其填充注塑件厚度助2/3。

       此外,发泡质量还取决于螺杆混合。由于控制发泡剂用量及其释放量等困难,发泡过程可能还不恒稳。如果螺杆混合不够好,那么,可能得不到好的泡孔。






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