聚乙烯结构泡沫塑料板的滚塑成型新工艺

来源：塑胶五金网发布时间：2007-12-15 19:22:26点击率：

聚乙烯结构泡沫塑料板的滚塑成型新工艺

作者：佚名文章来源：不详点击数：

与“二次投料”工艺不同，“一次投料”法将两种不同的聚乙烯原料放入模具，一种为粉状聚乙烯，而另一种为混有发泡剂的小球状聚乙烯。粉状聚乙烯首先与模具粘附而小球状聚乙烯继续循环流动并不断受热，然后形成了塑件的表皮壳层接着进行发泡反应。看看这种有别于传统“二次投料”的滚塑工艺新在哪里
    为改进传统“二次投料”滚塑工艺的突出局限性，Polivinil Rotomachinery 公司开发了“一次投料”滚塑新工艺，用来生产聚乙烯结构泡沫塑料板。对此领域进行研究的兴趣在于能在板的两壁之间填充一种可改进板材各项性能的材料，这些性能主要有化学—物理性能（如隔热性、比重、漂浮性等等）或机械性能（如抗振性、结构强度等）。除了能得到聚乙烯结构泡沫塑料产品外，对其感兴趣的另一原因就是考虑物料的回收使用。
    传统的“二次投料”工艺开始于将必需的一定量的物料投入模具成型塑件的外层（ “表皮壳层” ），一旦该物料在加热炉内熔融就将模具从炉内取出并加入发泡剂（如：一种预混在聚乙烯中的粉末状助剂），并立即重新置入加热炉内完成整个成型周期（第二次熔融、冷却等）。此工艺存在安全问题，因为对高温模具的人工操作使成型周期延长，延长的时间长短与模具大小成正比，而且在表皮壳层与适于向下滴落的物料凝固以前必须中断操作过程（模具越大这种现象越严重）。
    与“二次投料”工艺不同，“一次投料”法将两种不同的聚乙烯原料放入模具，一种为粉状聚乙烯，而另一种为混有发泡剂的小球状聚乙烯。粉状聚乙烯的熔点比发泡剂分解温度低，且颗粒尺寸大小也不同，用来成型塑件的外表层。（粉状聚乙烯的颗粒尺寸在500~1000微米，小球状（混有发泡剂）聚乙烯颗粒尺寸为3~4毫米）。粉状聚乙烯首先与模具粘附而小球状聚乙烯继续循环流动并不断受热，然后形成了塑件的表皮壳层接着进行发泡反应。
    物料在210℃下通过阶段的熔融，粉状物料开始粘附在模具上，只有形成了塑件的表面壳层才向温度为265℃的第二阶段熔融推进，此时聚乙烯软化形成球壁。由于发泡剂分解而产生内压，这个过程一直持续到内压与排气口的大气压相平衡为止。小球状聚乙烯颗粒依次发泡涨大，充满整个型腔，通过冷却后聚乙烯凝固。理想的工艺结果是2种物料在模塑阶段完全分离，对发泡材料的控制通过调节加工温度、熔融与冷却时间、旋转速度及排气口位置。更进一步说，必须要避免的是在表皮壳层中粘合有小球状聚乙烯颗粒，在通常条件下，由于发泡剂分解产生压力，小球颗粒均匀受热软化、发泡。因此，如果塑件表皮壳层没有熔融，除非小球完全包裹，小球状聚乙烯颗粒就可能下沉（几乎不可避免），加热并使壳层与小球状颗粒接触处达到软化点但还没有发生膨胀，发泡剂只在壳层与小球接触处分解（此处为后屈服点），在塑件表面留下可见的痕迹。
    发泡过程是一个连续过程，当小球状聚乙烯温度高于模具内发泡剂开始分解的温度，模内压力不高有空间允许模内物料发生膨胀，此时发泡开始发生，物料膨胀将模内空气从排气口排出。与发泡过程相关的问题可能有发泡剂的泡壁的破裂、倒坍及泡的增大。过薄的发泡塑件对模具闭合法兰有害且造成脱模困难。
    发泡剂在排气口附近产生且正在长大过程中的气泡壁可以被挤破和撕破,减小加工产品的机械坚固性,从而形成具有大泡的区域（空洞大泡不受欢迎）。泡沫塑料在高温下的长久停留增加膨胀过程的持续时间，产生泡孔长大的危险。由发泡剂对对泡孔泡壁施加的推力会引起泡孔的坍塌，结果导致泡孔的聚集合并，使泡孔变得越来越大，泡孔增长的大小与第二熔融阶段的时间成正比，也与发泡板材的厚度成正比（高温下在板材芯部获得等温的发泡剂分解反应的加热控制更加困难）。
    为了避免所有这些情况的发生，必须尽可能增加冷却速度，实践证明仅此还不够，还要减少第二熔融阶段的持续时间。此膨胀过程可认为是聚乙烯小球颗粒的宏观长大运动，小球从表皮壳层向压力较低的区域（排气口区域）长大，如果泡孔增长不均匀和（或）不正常，就会产生不受欢迎的大气囊区，聚乙烯小球的分布不一致、泡孔增大的阻塞和（或）阻碍或排气孔的不足可导致出现此种现象。聚乙烯小球分布不一致是指某些区域分配的小球数量不足，因此不能充满模具型腔（即使完全发泡），所以旋转必须做出调整。如果模内存在妨碍泡沫增长运动的障碍物，则发泡物料不能充满模具型腔，特别是在高温下及第二熔融阶段时间过短时更是如此。更有甚者，当泡孔可能均匀分布但正好排气孔尺寸偏小将空气堵塞和密闭，在一定程度上，空气压力会下泡内内部压力相当而阻碍泡孔的进一步长大。因此，排气口必须要有正确的尺寸大小或有足够的数量，以让气体顺利排出。当膨胀物料堵塞排气口时，模内压力会增大，在某些情况下物料会通过闭模法兰处向外溢出，结果除了弄脏法兰外（导致生产必须中断），同样也造成模具的损坏。
    已完成的实验表明，熔融阶段的温度必须尽可能的低，以保护有孔小珠开始软化时的完整。在Logica PRM 3000 8C机器中使用的温度为215℃。除非有特殊的美观要求，发泡板材表皮壳层厚度一般为2～3 mm。为避免小球冒出，表皮壳层厚度可增加至3～4 mm，且具有多个加强凸筋的复杂形状。发泡板越厚则第二阶段熔融时间越长，因为密实的表皮壳层传热不良。必须采用较高的旋转速度以降低每个有孔小珠与表皮壳层接触的时间。至于在设计阶段，用“一次投料法”生产的结构泡沫板应是这样一种板，空孔保留在板内部，确保空气能从某孔流动到邻近的一个孔，空气也能容易排出。另一方面，必须在模具上设计一定数量的排气口，当物料发泡时能保证顺利排气。相反，在模塑过程中，对于形成表皮壳层的熔融温度必须仅考虑只加入固体物料到模具中这个过程来设置温度（没有发泡小珠）。通过设置温度为200～230℃来减少模塑时间是不可取的。必须依据用所期望的表皮壳层厚度来确定阶段的熔融时间。在熔融阶段已装入模具用于制作表皮壳层的材料与发泡小球状在一起时，在模具内的持续时间将增加10%，因为热量要由发泡小球吸收。在此情况下，有必要计算物料与发泡剂混合的理论量，要考虑没有表皮壳层时型腔大小及理论发泡密度。的结果是批产品能够用含较低发泡剂物料生产，大约含发泡小球20%～25%。相对于理论用量，这个用量是不足的，但它能在物料发泡时观察其发泡性能。，该产品能在紧邻闭模法兰的关键处切开以观察其断面结构。这些关键处还有排气口处、空气大泡区域及泡孔撕裂区域。

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