模具溫度對聚烯烴材料發(fā)泡行為及過(guò)程的影響

現代塑料加工應用2013年第25卷第2期●32●MODERN PLASTICS PROCESSING AND APPLICATIONS模具溫度對聚烯烴材料發(fā)泡行為及過(guò)程的影響龔維'2張純? 劉衛3何力?*(1.貴州師范大學(xué)材料與建筑工程學(xué)院,貴州貴陽(yáng),550014;2.國家復合改性聚合物材料工程技術(shù)研究中心，貴州貴陽(yáng),550014;3.貴州省無(wú)機非金屬功能材料重點(diǎn)實(shí)驗室,貴州貴陽(yáng),50014)摘要:采用自制裝置制備發(fā)泡聚烯烴材料,研究了模具溫度對聚烯烴材料發(fā)泡行為及過(guò)程的影響。結果表明:隨著(zhù)模具.溫度的升高,泡孔直徑增大,泡孔密度和泡孔尺寸分散度減小;高溫條件下隨著(zhù)射膠量的變化,泡孔形態(tài)呈現出欠發(fā)泡均衡發(fā)泡、過(guò)發(fā)泡的狀態(tài),且與常溫相比,均衡發(fā)泡和過(guò)發(fā)泡狀態(tài)有所提前。關(guān)鍵詞:聚苯乙烯聚丙烯模具溫度發(fā)泡注射成型泡孔結構Effect of Mold Temperature on Foaming Behavior andProcess of Polyolefin MaterialsGong Weil.2 Zhang Chun2Liu Weil3 He Li?*(1. School of Material and Architectural Engineering， Guizhou Normal University,Guiyang ,Guizhou, 550014; 2. National Engineering Research Center forCompounding and Modification Polymeric Materials, Guiyang ,Guizhou, 550014;3. Guizhou Province Inorganic Nonmetallic Key Laboratory ofFunctional Materials, Guiyang ,Guizhou, 550014)Abstract: The foam polyolefin materials were prepared by using homemade device.The effects of mold temperature on foaming behavior and process of polyolefin materialswere studied. The results show that the cell diameter increases, the cell density and cellsize dispersion decrease with the increasing of mold temperature. With the changing ofinjection volume under high temperature conditions， the cell morphology shows lessfoam, balanced foam and over foam states. And compared to normal temperature, thestates of balanced foam and over foam are ahead of schedule.Key words: polystyrene; polypropylene; mold temperature; foaming ; injection mold-ing; foam structure在化學(xué)發(fā)泡注射成型過(guò)程中,成型工藝是影品及注塑模具的設計具有重要的指導意義。響發(fā)泡產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素之一。微孔聚合物下面通過(guò)改變模具溫度來(lái)制備微孔發(fā)泡材材料化學(xué)注射成型制備工藝涉及泡孔的成核、長(cháng)料,主要探討模具溫度對聚烯烴材料發(fā)泡行為及大.并泡、固化定型等過(guò)程,而溫度和壓力是影響過(guò)程的影響。發(fā)泡過(guò)程的2個(gè)重要因素[-2]。其中模具溫度對樹(shù)脂熔體中泡孔的成核、長(cháng)大的影響極為深遠，收稿日期:2012 11-05;5修改稿收到日期:2012-11-28.直接關(guān)系到微孔聚合物材料最終成型后的泡孔作者簡(jiǎn)介:龔維.男,教授,博士,主要研究方向為高分子結數量、尺寸及其分布。因此，準確地控制模具溫構與性能。E-mail.cw2度場(chǎng)，優(yōu)化冷卻系統的設計,以獲得更好的冷卻*通信聯(lián)系中國煤化工效果和均勻的型腔表面溫度,對注塑化學(xué)發(fā)泡產(chǎn)基金項目:由MYHCNMHG助.龔維等.模具溫度對聚烯烴材料發(fā)泡行為及過(guò)程的影響●33.1試驗部分發(fā)泡芯層試樣。注塑工藝參數為:注射溫度180C,注射速率95%(指單位時(shí)間內注射到模1.1 主要原料腔中的實(shí)際熔體容積與最大熔體容積的比值)，高抗沖聚苯乙烯(HIPS),江蘇鎮江奇美有注射壓力45 MPa,冷卻時(shí)間35 s。限公司;聚丙烯(PP) ,T30S,工業(yè)級,茂名市銀聯(lián)1.4 測試及表征塑料有限公司;發(fā)泡母粒，助劑母粒,自制;納1.4.1表觀(guān)密度測試米SiO2,VK SP30S,杭州萬(wàn)景新材料有限公司。密度按GB 1033-1986 測試，每組試樣測1.2主要設備及儀器試5根,取平均值。微發(fā)泡可控變體積釋壓裝置(見(jiàn)圖1所示)，1.4.2 SEM 觀(guān)察自制[1;同向雙螺桿混煉擠出造粒機,SE40A將微發(fā)泡樣品在液氮溫度下深冷3 h后脆型,南京瑞亞高聚物制備有限公司;切粒機，斷,對其斷面噴金后觀(guān)察。PQ100/200型,晨光塑料機械研究所;注塑機，1.4.3泡孔尺寸 及泡孔密度的表征CJ80M3V型,廣州震德機械有限公司;掃描電子用Image-pro軟件對泡孔結構的電子掃描顯微鏡(SEM) ,KYKY-2800B型,北京中科儀器電鏡照片進(jìn)行計算，統計的泡孔大于100 個(gè),泡有限公司?？壮叽鏒是發(fā)泡樣品泡孔的平均直徑,按照(1) ,(2),(3),(4)式計算[5]:明No=(A)*nx(I=V)(1)十7D=一ED,(2)V;=1-Pi(3)S.=/Hz(D,-D)2(4)baad(1)~(4)式中:N。為泡孔密度,個(gè)/cm3 ;n為統計面積中泡孔個(gè)數,個(gè);M為電鏡照片放大倍數;A為電鏡照片中所選擇的統計面積,cm2;圍1微發(fā)泡可控變體積釋 壓裝置示意V;為發(fā)泡材料的發(fā)泡倍率;p:為發(fā)泡樣品的密1-限位螺栓;2一可滑動(dòng)楔形;3-電磁鐵;4-液壓;度,g/cm2 ;p為未發(fā)泡樣品的密度g/cm';D泡5-加熱管;6-冷卻腔;7-裝置型腔1.3 樣品制備孔的平均直徑,pm;D,為單個(gè)泡孔的直徑;S&為1.3.1聚烯烴改性母粒制備泡孔尺寸分布及泡孔尺寸的分散度,μm。采用硅烷偶聯(lián)劑將納米SiO2 進(jìn)行共混改性,在120 C下將改性納米SiO2烘干2 h備用。2結果與討論將改性的納米SiO2分別與PP樹(shù)脂、HIPS樹(shù)脂以5:95的比例共混均勻,在同向雙螺桿擠出機2.1模具溫度對PP和HIPS發(fā)泡過(guò)程影響中擠出造粒、干燥,制得PP/納米SiO2和HIPS/圖2為不同模具溫度下PP和HIPS的泡孔納米SiO2改性母粒。其擠出工藝參數為:螺桿結構SEM照片。1~7區溫度設置為175,180,185,190, 195 ,200,從圖2可知,在相同模具溫度下由于材料本205 C、機頭210 C ;螺桿轉速為40 r/min.征特性不同,HIPS的發(fā)泡質(zhì)量明顯優(yōu)于PP的;1.3.2 微發(fā)泡聚烯烴材料的制備隨著(zhù)模具溫度的上升,HIPS和PP的泡孔形態(tài)將PP/納米SiOz和HIPS/納米SiO2改性母均漸趨穩定,泡孔平均直徑先減小后增大;模具粒、發(fā)泡母粒、助劑母粒以一-定比例混合均勻,在溫度為 120中國煤化工呈現出過(guò)發(fā)注塑機中通過(guò)自制微發(fā)泡試驗裝置,制備啞鈴型泡狀態(tài)。MHCNMH G●34●現代塑料加工應用2013年4月.從圖3可以看出,對于PP和HIPS典型聚烯烴材料來(lái)說(shuō),隨著(zhù)模具溫度的升高,泡孔平均直徑逐漸增大,而泡孔密度和泡孔尺寸分散度逐漸減小，溫度超過(guò)120C時(shí),泡孔平均直徑增加更嚴重[]。SN:2697(a) PP(室溫),欠發(fā)泡(b) HIPS(室溫), 欠發(fā)泡65 r55 F縣45-35 F20406080100120m、溫度/C(c) PP(40 °C)(d) HIPS(40 C)均衡發(fā)泡(a)1.2X10? 8.0X106.0X1024.0X10m KYK-2800BSEM SN:262. 0X 10(e) PP(60 C)(f) HIPS(60 C)(b)6r里分10-1mm KYK-20SEM SN tg) PP(80 C),均衡發(fā)泡(h) HIPS(80 C)20 40 6080100 120圈3 PP 和HIPS不同模溫與泡孔結構參數的關(guān)系1-PP;2- -HIPSmm KYKY-2800BSEM SN:261mm KYKY 28008 SEM SN:22.2不同射膠量t對PP和HIPS發(fā)泡行為影響(i) PP(100 C)(j) HIPS(100 C)高溫條件下不同樹(shù)脂的本征特性影響了氣泡膨脹空間和長(cháng)大行為。圖4是120 C不同射膠量下對PP和HIPS發(fā)泡行為及過(guò)程的影響。從圖4可以看出,隨著(zhù)射膠量的增加,PP和HIPS的泡孔平均直徑和泡孔尺寸分散度表現出先減小后增大，而泡孔密度則相反。KYKY 28006 SEM(k) PP(120 C),過(guò)發(fā)泡(1) HIPS(120 C),過(guò)發(fā)泡對比圖5中PP和HIPS在120 C不同射膠量下發(fā)泡行為,在相同的射膠量下PP的泡孔尺寸明顯大于HIPS.但是, HIPS在過(guò)發(fā)泡狀態(tài)下圖2 PP和HIPS在不同模溫下的泡孔結構SEM照片泡孔合并和塌陷現象更為嚴重。和常溫條件下相.圖3是PP和HIPS不同模溫與泡孔結構參比,材料均中國煤化工提前(1。這數的關(guān)系。是因為樹(shù)脂YHcNMHG泡孔生長(cháng)所.龔維等.模具溫度對聚烯烴材料發(fā)泡行為及過(guò)程的影響●35.受的束縛力遠小于常溫條件下的,這有利于充分成核,泡孔生長(cháng)更充分。1mm KYK-2800BSEM SN:2721 mm KYKY-2800B SEM SN:27 OX 1 mm KYKY-28008 SEM SN:2721mm KYK-2800BSEM SN:27(a) PP(40%), 過(guò)發(fā)泡(b) HIPS(40%), 過(guò)發(fā)泡(c) PP(45%), 均衡發(fā)泡(d) HIPS(45%)m KY-280BSEM SN:2721mm KYKY 2800B SEM SN:27251mm KYKY 2800BSEM SN:272(e) PP(50%)(f) HIPS(50%),均衡發(fā)泡(g) P(55%), 欠發(fā)泡(h) HhP(55%) 欠發(fā)泡圖4 PP 和HIPS在不同射膠下泡孔結構SEM照片3結論360a) 隨著(zhù)模具溫度的逐漸升高,泡孔平均直32080徑表現出逐漸增大的趨勢,而泡孔密度和泡孔尺墾240寸分散度表現出逐漸減少的態(tài)勢。160b)在高溫條件下,隨著(zhù)射膠量的變化,PP120和HIPS均呈現欠發(fā)泡、均衡發(fā)泡、過(guò)發(fā)泡的狀° 354045505560態(tài)。和常溫條件下對比，均衡發(fā)泡、過(guò)發(fā)泡狀態(tài)射膠量,%a)均有所提前。1.0X 10°r參考文獻會(huì )8.0X10i 6.0X10*-characterization of closed-cell polyolein foams[J]. 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