微发泡聚合物成型的技术简析

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1、微发泡聚合物成型的技术简析微发泡聚合物材料是指以聚合物材料为基体，其中含有泡孔尺寸从小于一微米到几十微米的多孔聚合物材料。常规的物理或化学发泡法制备的泡沫塑料由于其孔径较大，通常不属于这一范畴，与一般泡沫塑料毫米级的泡孔相比，微发泡聚合物的泡孔要小得多，而泡孔密度要大得多，因而称为微发泡聚合物。    发展概述    上世纪80年代初，美国麻省理工学院（MIT）首先提出微发泡塑料的概念并发展了相应的成型技术。提出该概念是希看在聚合物基体中引进大量比聚合物原已存在的缺陷标准更小的空隙，从而在减少材料用量的同

2、时进步其刚性，并避免对强度等性能造成明显的影响。这种工艺制备的微发泡材料孔径一般小于10微米，尤其突出的是泡孔密度非常高，达到109-1015个/cm3。微发泡成型过程可分成三个阶段，首先是将超临界流体（主要是二氧化碳和氮气）溶解到聚合物中，并形成聚合物/气体的单相溶液；然后，通过温度或压力等条件引发体系的热力学不稳定性，使得气体在溶液中的溶解度下降；由于气体平衡浓度的降低，从而在聚合物基体中形成大量的气泡核，然后逐渐长大天生微小的孔洞。    很多人以为超临界流体应用于聚合物加工只是处于实验室的研究，实

3、际上，这种方法的贸易应用早就开始了。20世纪50年代始，超临界乙烯就已用于大规模制造低密度聚乙烯。进进21世纪，Trexel公司与MIT合作，首先利用这种技术实现了微发泡注塑的贸易化应用。据报道，Reedy国际公司也开发了类似的挤出微发泡装置。    关于聚合物微发泡成型技术已有大量的文献报道，研究以无定型和半结晶型聚合物微发泡材料的成型过程为主，如聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚?（Polysulfone）等。加工技

4、术方面的研究主要涉及微发泡挤出、微发泡注塑、微发泡吹塑及旋转模塑等。从事微发泡技术研究并取得较显着研究成果的单位主要有美国的麻省理工学院、威斯康辛—迈迪逊大学、佐治亚理工大学、加拿大的多伦多大学、德国的GKSS研究中心、荷兰的特文特大学等。    发展现状    1997年，在与MIT合作的基础上，Trexel公司率先开始了微发泡注塑成型技术的产业化研究。其第一台用于研究的注塑机是Engel的150吨螺杆和活塞式注塑机，后来采用了往复螺杆式注塑机。直到2000年，Trexel公司在芝加哥的国际塑料展览会上

5、首次推出其微发泡注塑成型机的贸易产品。与此同时，很多日本、欧洲和韩国等国家的公司也一直致力于微发泡注塑成型工艺的开发。目前以Trexel公司的Mucell?为代表的超临界流体制备聚合物微发泡材料技术已经得到了广泛的认可，很多世界着名的设备和原料厂商都购买了这种技术的专利使用权，包括Arbug、Demag、Engel、Milacron、Husky、KraussMaffei、Battenfeld、Dupont、JSW、Toshiba等着名公司和企业。可以说，微发泡注塑成型技术正在由单纯的理论和实验研究转向成熟

6、的商品化开发。尽管这个阶段经历了将近20年的时间，但这种贸易化开发的模式及其成功经验预示着新的加工技术在今后要实现产业化将变得越来越轻易。正如微发泡技术的创始人MIT的NamP.Suh教授所说，这种技术尽非仅仅是能够节约材料那么简单，其所带来的各种益处将在今后各种应用中逐步体现出来。这种技术的成功开发，可以说是高校和产业界通力进行的典范。实践证实，只要在一个经过严格论证的框架下进行合作，研究单位和产业界都能够从类似这样的合作中获益。    微发泡注塑成型制品的主要特点是在基本保持制品原有力学性能的基础上减

7、轻重量。同时，由于制品内部几乎没有任何残馀应力，因此制品的翘曲和变形可以得到很好的抑制。而且，由于能有效地防止收缩痕，因此对制品壁厚均匀度的要求大大降低，从而为制品设计提供了更大的空间。    从理论上说，几乎目前所有的非结构性塑料制品和一部分结构性塑料制品都可以采用微发泡注塑成型工艺制备。但考虑到市场需求及经济性等因素，目前美国、日本等国家所开发的微发泡注塑制品主要集中在汽车及内部装饰材料、电子电器产品、医用产品等领域，如汽车进气歧管、保险盒、发动机罩、电器开关、电器控制模块、薄壁容器、医用注射器等。 

8、   特点及上风    与常规注塑成型制品的比较    对国外现有采用Trexel公司专利的微发泡注塑成型机进行分析及相关的数据比较可以看出，与常规的模塑制品相比，除往购买许可证和增加设备的投资以外，微发泡模塑制品的均匀本钱可降低16%-20%。而这主要通过四个方面实现：    1.微发泡注塑循环周期可减少50%，从而降低了加工本钱。同时注塑制品的下脚料比例降低，设备的能耗也更低。    2.对于相同类型的制品，微发泡注塑工艺