模具温度对聚烯烃材料发泡行为及过程的影响

现代塑料加工应用2013年第25卷第2期●32●MODERN PLASTICS PROCESSING AND APPLICATIONS模具温度对聚烯烃材料发泡行为及过程的影响龚维'2张纯? 刘卫3何力?*(1.贵州师范大学材料与建筑工程学院,贵州贵阳,550014;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;3.贵州省无机非金属功能材料重点实验室,贵州贵阳,50014)摘要:采用自制装置制备发泡聚烯烃材料,研究了模具温度对聚烯烃材料发泡行为及过程的影响。结果表明:随着模具.温度的升高,泡孔直径增大,泡孔密度和泡孔尺寸分散度减小;高温条件下随着射胶量的变化,泡孔形态呈现出欠发泡均衡发泡、过发泡的状态,且与常温相比,均衡发泡和过发泡状态有所提前。关键词:聚苯乙烯聚丙烯模具温度发泡注射成型泡孔结构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在化学发泡注射成型过程中,成型工艺是影品及注塑模具的设计具有重要的指导意义。响发泡产品质量的重要因素之一。微孔聚合物下面通过改变模具温度来制备微孔发泡材材料化学注射成型制备工艺涉及泡孔的成核、长料,主要探讨模具温度对聚烯烃材料发泡行为及大.并泡、固化定型等过程,而温度和压力是影响过程的影响。发泡过程的2个重要因素[-2]。其中模具温度对树脂熔体中泡孔的成核、长大的影响极为深远，收稿日期:2012 11-05;5修改稿收到日期:2012-11-28.直接关系到微孔聚合物材料最终成型后的泡孔作者简介:龚维.男,教授,博士,主要研究方向为高分子结数量、尺寸及其分布。因此，准确地控制模具温构与性能。E-mail.cw2度场，优化冷却系统的设计,以获得更好的冷却*通信联系中国煤化工效果和均匀的型腔表面温度,对注塑化学发泡产基金项目:由MYHCNMHG助.龚维等.模具温度对聚烯烃材料发泡行为及过程的影响●33.1试验部分发泡芯层试样。注塑工艺参数为:注射温度180C,注射速率95%(指单位时间内注射到模1.1 主要原料腔中的实际熔体容积与最大熔体容积的比值)，高抗冲聚苯乙烯(HIPS),江苏镇江奇美有注射压力45 MPa,冷却时间35 s。限公司;聚丙烯(PP) ,T30S,工业级,茂名市银联1.4 测试及表征塑料有限公司;发泡母粒，助剂母粒,自制;纳1.4.1表观密度测试米SiO2,VK SP30S,杭州万景新材料有限公司。密度按GB 1033-1986 测试，每组试样测1.2主要设备及仪器试5根,取平均值。微发泡可控变体积释压装置(见图1所示)，1.4.2 SEM 观察自制[1;同向双螺杆混炼挤出造粒机,SE40A将微发泡样品在液氮温度下深冷3 h后脆型,南京瑞亚高聚物制备有限公司;切粒机，断,对其断面喷金后观察。PQ100/200型,晨光塑料机械研究所;注塑机，1.4.3泡孔尺寸 及泡孔密度的表征CJ80M3V型,广州震德机械有限公司;扫描电子用Image-pro软件对泡孔结构的电子扫描显微镜(SEM) ,KYKY-2800B型,北京中科仪器电镜照片进行计算，统计的泡孔大于100 个,泡有限公司。孔尺寸D是发泡样品泡孔的平均直径,按照(1) ,(2),(3),(4)式计算[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。为泡孔密度,个/cm3 ;n为统计面积中泡孔个数,个;M为电镜照片放大倍数;A为电镜照片中所选择的统计面积,cm2;围1微发泡可控变体积释 压装置示意V;为发泡材料的发泡倍率;p:为发泡样品的密1-限位螺栓;2一可滑动楔形;3-电磁铁;4-液压;度,g/cm2 ;p为未发泡样品的密度g/cm';D泡5-加热管;6-冷却腔;7-装置型腔1.3 样品制备孔的平均直径,pm;D,为单个泡孔的直径;S&为1.3.1聚烯烃改性母粒制备泡孔尺寸分布及泡孔尺寸的分散度,μm。采用硅烷偶联剂将纳米SiO2 进行共混改性,在120 C下将改性纳米SiO2烘干2 h备用。2结果与讨论将改性的纳米SiO2分别与PP树脂、HIPS树脂以5:95的比例共混均匀,在同向双螺杆挤出机2.1模具温度对PP和HIPS发泡过程影响中挤出造粒、干燥,制得PP/纳米SiO2和HIPS/图2为不同模具温度下PP和HIPS的泡孔纳米SiO2改性母粒。其挤出工艺参数为:螺杆结构SEM照片。1~7区温度设置为175,180,185,190, 195 ,200,从图2可知,在相同模具温度下由于材料本205 C、机头210 C ;螺杆转速为40 r/min.征特性不同,HIPS的发泡质量明显优于PP的;1.3.2 微发泡聚烯烃材料的制备随着模具温度的上升,HIPS和PP的泡孔形态将PP/纳米SiOz和HIPS/纳米SiO2改性母均渐趋稳定,泡孔平均直径先减小后增大;模具粒、发泡母粒、助剂母粒以一-定比例混合均匀,在温度为 120中国煤化工呈现出过发注塑机中通过自制微发泡试验装置,制备哑铃型泡状态。MHCNMH G●34●现代塑料加工应用2013年4月.从图3可以看出,对于PP和HIPS典型聚烯烃材料来说,随着模具温度的升高,泡孔平均直径逐渐增大,而泡孔密度和泡孔尺寸分散度逐渐减小，温度超过120C时,泡孔平均直径增加更严重[]。SN:2697(a) PP(室温),欠发泡(b) HIPS(室温), 欠发泡65 r55 F县45-35 F20406080100120m、温度/C(c) PP(40 °C)(d) HIPS(40 C)均衡发泡(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),均衡发泡(h) HIPS(80 C)20 40 6080100 120圈3 PP 和HIPS不同模温与泡孔结构参数的关系1-PP;2- -HIPSmm KYKY-2800BSEM SN:261mm KYKY 28008 SEM SN:22.2不同射胶量t对PP和HIPS发泡行为影响(i) PP(100 C)(j) HIPS(100 C)高温条件下不同树脂的本征特性影响了气泡膨胀空间和长大行为。图4是120 C不同射胶量下对PP和HIPS发泡行为及过程的影响。从图4可以看出,随着射胶量的增加,PP和HIPS的泡孔平均直径和泡孔尺寸分散度表现出先减小后增大，而泡孔密度则相反。KYKY 28006 SEM(k) PP(120 C),过发泡(1) HIPS(120 C),过发泡对比图5中PP和HIPS在120 C不同射胶量下发泡行为,在相同的射胶量下PP的泡孔尺寸明显大于HIPS.但是, HIPS在过发泡状态下图2 PP和HIPS在不同模温下的泡孔结构SEM照片泡孔合并和塌陷现象更为严重。和常温条件下相.图3是PP和HIPS不同模温与泡孔结构参比,材料均中国煤化工提前(1。这数的关系。是因为树脂YHcNMHG泡孔生长所.龚维等.模具温度对聚烯烃材料发泡行为及过程的影响●35.受的束缚力远小于常温条件下的,这有利于充分成核,泡孔生长更充分。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%), 过发泡(b) HIPS(40%), 过发泡(c) PP(45%), 均衡发泡(d) HIPS(45%)m KY-280BSEM SN:2721mm KYKY 2800B SEM SN:27251mm KYKY 2800BSEM SN:272(e) PP(50%)(f) HIPS(50%),均衡发泡(g) P(55%), 欠发泡(h) HhP(55%) 欠发泡图4 PP 和HIPS在不同射胶下泡孔结构SEM照片3结论360a) 随着模具温度的逐渐升高,泡孔平均直32080径表现出逐渐增大的趋势,而泡孔密度和泡孔尺垦240寸分散度表现出逐渐减少的态势。160b)在高温条件下,随着射胶量的变化,PP120和HIPS均呈现欠发泡、均衡发泡、过发泡的状° 354045505560态。和常温条件下对比，均衡发泡、过发泡状态射胶量,%a)均有所提前。1.0X 10°r参考文献会8.0X10i 6.0X10*-characterization of closed-cell polyolein foams[J]. 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