聚丙烯PP注塑化学微发泡过程的研究

维普资讯 http://www.cqvip.com ・７＿７・　文章编号：１００２—６８８６（２００７）０５—００７７—０２　聚丙烯ＰＰ注塑化学微发泡　过程的研究米　苏阳　，何力　，冯洪福　，周义　，罗筑　，　（Ｉ．贵州大学材料物理研究所，贵州　贵阳５５０００３；２．国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心，贵州　贵阳５５００１４）　摘要ｌ本史通过对聚两烯ｌ　ｌＰ化学微发泡注塑过程进行研究　对微发泡后材料的密度、力学性能　泡孔分布　断搿特征进行　■　分析　结果表明海倦学微炭罄注塑过程中存在有　欠发泡”、“微发泡’’以及　过发泡”三　种状态；对注塑化学微发泡过程的　控斜是制备高性能微发泡材料的关键　－－　－关键词　聚丙烯微发泡注塑力学性能　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｍｏｌｄｉｎｇ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｉｃｒｏ－ｆｏａｍｉｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ　ＳＵ　Ｙａｎｇ，ＨＥ　Ｌｉ，ＦＥＮＧ　Ｈｏｎｇ・ｆｕ，ＺＯＵ　Ｙｉ，ＬＵＯ　Ｚｈｕ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ｄｅｎｓｉｔｙ，ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ｐｒｏｐｅ￣ｙ，ｍｉｃｒｏ—ｃｅｌｌ　ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏ—　ｆｏａｍｉｎｇ　ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｍｏｌｄｉｎｇ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｍｉｃｒｏ—ｆｏａｍｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｔｈｒｅｅ　ｓｔａｔｅｓ：ｕｎｃｏｍｐｌｅｔｅ　ｆｏａｍｉｎｇ，ｉｄｅａｌｅｒ　ｆｏａｍｉｎｇ　ａｎｄ　ｅｘｃｅｓｓ　ｆｏａｎｍｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｕｒｓｅ　ｏｆ　ｍｏｌｄｉｎｇ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｍｉｃｒｏ－ｆｏａｍｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｍｏｌｄｉｎｇ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｍｉｃｒｏ—ｆｏａｍｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｓ　ａ　ｃｒｕｃｉａｌ　ｔｏ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　ｓｕｐｅｒ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｍｉｃｒｏ—ｆｏａｍｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌ，　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ；ｍｉｃｒｏ—ｆｏａｍｉｎｇ；ｍｏｌｄｉｎｇ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　微发泡ＰＰ塑料是一种具有良好综合力学性能的ＰＰ／　微机控制电子万能试验机，ｗｄｗ一１０ｃ，上海华龙测　ＧＡＳ复合材料，与未发泡ＰＰ塑料相比，冲击强度可提高２　试仪器公司；　～３倍，比强度提高３～５倍，并且具有较低缺口敏感性、　扫描电子显微镜，ＫＹＫＹ２８００Ｂ，北京中科科技仪器技　良好的低温性能、绝缘性能和较低的介电系数…，在建筑、　术发展有限责任公司。　家电、汽车、航空航天等领域有着广泛的应用前景。　１．３试样的制备　目前国内外文献报道的微发泡聚合物材料加工主要　将ＰＰ（Ｔ３０Ｓ）和复合发泡剂母粒混合均匀之后于注塑　采用物理发泡的技术路线　，而化学微发泡注塑工艺的研　机中注塑成型，通过在塑胶熔融状态下释压来实现材料的　究报道很少。通常注塑化学发泡的微发泡ＰＰ材料的冲击　微发泡。其过程如图１所示，通过控制释压一发泡时间来　强度和弯曲强度较未发泡的ＰＰ材料普遍的有所提高，拉　制得不同发泡程度的微发泡ＰＰ试样，本试验中选择的释　伸强度略有所下降；注塑化学微发泡材料普遍存在有制品　压一发泡时间分别为０　Ｓ、５　Ｓ、１０　Ｓ、２０　Ｓ、３０　Ｓ以及４０　Ｓ。　的表面质量较差，有大量气痕等缺点，这成为制约注塑化　学微发泡ＰＰ材料产业化应用的瓶颈。为此，很多研究者　在这些方面进行了大量的研究，注射工艺参数对ＰＰ微孔　发泡材料的性能和表面质量有很大影响，研究　表明低　图１注塑化学微发泡过程原理示意图　温、低压以及快速射胶工艺对微发泡聚丙烯的力学性能是　有利的，但就其原因还不十分明确。本文对ＰＰ注塑化学　微发泡过程进行了研究。　２结果与讨论　１　实验部分　２．１密度表征与分析　ｇ　发泡材料的密度是发泡　１．１主要原材料　程度的重要指标之一，因此嚣　聚丙烯，Ｔ３０Ｓ，工业级，新疆独山子石化股份有限公司；　探索微发泡过程工艺与材料　复合发泡剂母粒，自制。　密度的关联是研究ＰＰ注塑　１．２主要试验设备　化学微发泡过程的关键。根　释压＿发泡时间　注塑机（改装过），ＣＪ８Ｏｍ３Ｖ，震德塑料机械有限公司；　ＧＢ／Ｔ１０３３—８６测试材料图　囊　液晶式摆锤冲击试验机，ＺＢＣ一４Ｂ，深圳市新三思计　密度。结果如图２。由图可知，当释压一发泡时间为１０　Ｓ　量技术有限公司；　时，发泡ＰＰ的密度最小，相对于未发泡聚丙烯ＰＰ的密度　基金项目：国家８６３基金资助项目（编号２００３ＡＡ３３Ｘ０８０）。　作者简介：苏阳（１９７７一），男，贵州大学化工学院研究生，主要从事高分子材料方面的研究。　收稿日期：２００７—５—１０　维普资讯 http://www.cqvip.com

・７８・　（Ｐ＝０．９０７７　ｇ／ｅｍ　）降低了１７．１９％，是“较理想的微发　泡”状态，在释压一发泡时间为５　ｓ时发泡材料的密度仅　降低１０．１５％，为“欠发泡”状态，而在释压一发泡时间为　４Ｏ　Ｓ，密度只降低４．９１％。即为“过发泡”状态。　２．２力学性能表征与分析　没有泡孔，泡孔分布很不均一，即使有泡孔，也是泡孔直径　较大，这是由于气体　大量逃逸或微孔发　生并泡的结果，是典　型的“过发泡”状态。　微发泡塑料和普通泡沫塑料的差异在于前者可作为　结构材料用于工程结构件的制造。因此，获得优良的综合　３结论　机械性能是微发泡聚　合物材料制备的重要　目标。本文的冲击强　度（悬臂梁标准尖缺　口）、拉伸强度以及弯　曲强度分别根据ＧＢ／　Ｔ１０４３—９３、ＧＢ　１０４０—　９２和ＧＢ　９３４１进行测　释压一　泡时嘲　．．ｏｎｄ　试，结果如图３。由图　ｆａ）冲击强度　可知释压一发泡时间　为１０　Ｓ的试样，发泡　ＰＰ材料的冲击强度和　弯曲强度都达到最大　值，但拉伸强度最小。　拉伸强度降低的主要　原因是由于微发泡材　料中存在有大量的泡　样　一　地时间　一ｄ　孔，从而使材料受力截　ｆｂ拉伸强度　ｂ１面的有效面积减小。　材料受力变形时微孔　“蜂窝”结构的存　在　，微孔对释放和　缓解应力集中的作用，　微孔改变裂纹扩展路　径或使主裂纹分叉的　能力，以及微泡孔受力　＿发　目目　变形时吸收能量能力，　（　）弯曲强厦　则是导致微发泡材料　图。释　蠹　烯　冲击强度和弯曲强度提高的原因。考虑材料的综合机械　性能，在本文的工艺条件下，５　Ｓ～２０　Ｓ的释压一发泡时间　对应了较理想的“微发泡”状态，低于５　ｓ的释压一发泡时　间对应了“欠发泡”状态，而高于２０　ｓ的释压一发泡时间　则对应了“过发泡”状态。　２．３扫描电镜（ＳＥＭ）表征与分析　由图４的释压一发泡时间不同的发泡ＰＰ材料的冲击　断口的扫描电镜照片可以看出：释压一发泡时间为５　ｓ时，　泡孔密度较小，泡孔分布不均匀，主要是由于大量的发泡　剂没来得急分解或者没有成核，即使成核了，也没有长大，　是典型的“欠发泡”状态；释压一发泡时间为１０　ｓ时，发泡　效果比较好，泡孔密度明显较高，而且泡孔分布较均一，形　成了较好的“蜂窝”结构，属于较理想的“微发泡”状态；释　压一发泡时间为４０　ｓ时，泡孔密度明显降低，有大片区域　１）在聚丙烯注　塑化学微发泡成型　工艺过程中存在“欠　发泡”、“理想的微发　泡”和“过发泡”三种　状态。　２）在理想的“微　发泡”状态时得到的　微孔聚丙烯材料的　密度最低，而在“欠　发泡”和“过发泡”状　态时的发泡聚丙烯　材料的密度都高于　“微发泡”状态。　３）在理想的　“微发泡”状态时得　到的微孔聚丙烯材　料的综合力学性能　较佳，冲击强度和弯　曲强度都有显著的　提高，而拉伸强度略　有下降。而在“欠发　泡”和“过发泡”状态　ｃ１柏　图４释压一发泡时间不同的微发泡聚丙　时得到的发泡聚丙　烯材料的冲击断口的扫描电镜照片　烯材料的综合力学　性能较差。　４）在理想的“微发泡”状态时得到的微孔聚丙烯材料　发泡效果较好，泡孔分布均匀，形成了理想的“蜂窝”结构　的泡孔分布。在理想的“微发泡”状态时得到的微孔聚丙　烯材料的发泡效果较差，泡孔分布不均，且“过发泡”时的　泡孔尺寸较大。　参考文献　ｌ　Ｊ　Ｅ　Ｍａｒｔｉｎｉ．Ｎ　Ｐ　Ｓｕｎ　ａｎｄ　Ｆ　Ａ　ＷＭｄｍａｎ．Ｍｉｃｒｏｃｅｌｌｕａｒ　Ｃｌｏｓｅｄ　Ｃｅｌｌ　Ｆｏａｍ　ａｎｄ　Ｔｈｅｉｒ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ［Ｐ］．ＵＳ　Ｐａｔｅｎｔ：４４７３６６５，１９８４　２张纯，罗筑，何力等．注射工艺参数对ＰＰ微孔发泡材料力学性能的　影响的研究［Ｊ］．现代机械，２００５，（５）：６８—７０　３　Ｈａｎｉ　Ｅ　Ｎａｇｕｉｄ，Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｆｏｒ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｌｏｗ—ｄｅｎｓｉｔｙ．　Ｆｉｎｅ—ｃｅｌｌｅｄ　Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ　Ｆｏａｍｓ［Ａ］．Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｌｉｂｒａｒｙ　ｏｆ　Ｃａｎａｄａ，　２００１：１—３　４［美］Ｌｏｒｎａ．Ｊ．Ｇｉｂｓｏｎ，［英］Ｍｉｃｈａｅ１．Ｆ．Ａｓｈｂｙ著，刘培生译，田民波　校．多孔固体结构与性能［ｚ］．北京：清华大学出版社，２００３