热塑性弹性体微孔发泡减震垫板的研制

热塑性弹性体微孔发泡减震垫板的研制

哈尔滨哈轻塑胶公司 马俊彪

随着工业的发展,加工机械、运输机械向高速运转方向发展,由于运行速度的加快,所产生的震动给机械设备造成很大的危害。用减震垫板吸收震动波,降低机械震动带来的危害,已经成功的运用在精密机械设备、交通运输工具等领域。这一领域对所使用的减震垫板提出了很高的技术性能要求,主要技术指标见表1。

其中,特别是对静刚度和交变应力下疲劳强度的要求,采用传统的工艺方法和本体材料,如橡胶、聚氨酯类制作的垫板,已满足不了技术要求。只有采用物理化学性能更好的热塑性高聚物,运用先进的微孔发泡技术制作的减震垫板,经测试各项指标均达到了标准要求。

注塑成型微孔发泡制品结构,外表是一层很薄、但密度较大的致密层,有利于保护内部发泡层,使气体不易逸出,外部的油污、灰尘不易进入发泡体内。内部是由无数细小而均匀、相对独立,直径在0 1~0 3mm 的泡孔结构组成。这种密闭的泡孔结构较大的提高了产品的力学性能,在垫板受力时,能使压力向四周均匀传递,特别是在承受交变应力时,其抗疲劳强度高,具有更好的回弹性,永久性变形小,吸震

和减震性能好。微发泡垫板的这些特点是其它实体垫板所无法比拟的。

1 试验部分1 1 主要原料

A 组分:热塑性高聚物、化学发泡剂、成核剂、润滑剂、分散剂。

B 组分:热塑性高聚物、热塑性弹性体、辅助发泡剂、增容剂。

C 组分:热塑性高聚物、物理发泡剂、色母料。1 2 主要设备

高速混合机、 65双螺杆造粒机、HTF360注塑机、简支梁冲击试验机、电子万能材料试验机、静刚度试验机、疲劳强度试验机。

1 3 试件的制备

(1)将A 组分混合均匀后造粒。(2)将B 组分混合均匀后造粒。(3)将A+B+C 按比例混合均匀。(4)一次注塑成型。1 4 试件性能测试试件性能测试结果见表1。

表1

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2 结果与分析

影响减震垫板主要性能指标有两大因素,一是所采用的主体材料热塑性高聚物的选择;二是微发泡的泡孔结构、泡孔直径、泡孔存在的方式,直接影响垫板的静刚度和疲劳强度。只有控制好泡孔结构型式,才能在制品中形成力学性能良好的?气弹簧效果#,才能得到优良的静刚度和抗疲劳强度于一体的合格产品。

2 1 发泡剂对制品泡孔结构的影响

采用化学发泡剂加工低刚度垫板时,泡孔直径差异较大,易产生多孔合并,形成大泡和不规则泡孔。特别是在发泡剂用量大于1 0%时,这种现象更趋明显,随着发泡剂用量的增加,泡孔的开孔率亦呈增加趋势。

采用吸热型物理发泡剂加工的垫板,断面泡孔均匀细腻,泡孔直径差异较小,能够形成浑圆、独立的泡孔结构,泡孔的闭孔率高,但垫板的刚度较大。

采用化学发泡剂与物理发泡剂按比例混合使用,泡孔直径可控制在0 1~0 3mm,气泡的闭孔率能控制在70%以上,气孔的致密性和均匀性较佳。化学发泡剂与物理发泡剂的混合比例影响其协同效应,对气泡的质量起主导作用。

2 2 加工温度对制品泡孔结构的影响

由于采用的热塑性高聚物属结晶性材料,熔体黏度对温度较敏感,随着熔体温度的提高,熔体黏度下降,气泡壁变薄,孔径增大,泡孔变长或扁形,甚至形成破泡,穿孔或多孔合并,这种现象出现将极大的削弱产品疲劳强度。因此加工温度要采用物料熔融温度下限,以便得到较高黏度的熔体。

改进加热方式,运用智能加热控制方式,严格控制加工温度不上升,保持恒温。

由于注塑温度低于AC发泡剂的分解温度,需要添加助剂降低发泡剂的分解温度,才能保持优质气泡结构的形成。

2 3 机筒内压力对泡孔结构的影响

原料在塑化过程中,随着料温的增加原料开始熔融,发泡剂亦开始分解。气体在聚合物熔体中的溶解度是压力和温度的函数,当压力升高时聚合物熔体中气体溶解度增加,随着温度的升高而下降,这时就需要机筒内保持一个高而稳定的压力,使聚合物中的气体不逸出、不分相,始终保持单相溶液状态。这就需要给注塑机增加一个稳定的背压,这个背压要保证机筒内塑化的高聚物熔体以单相熔体状态存在。试验表明当这个压力过小或压力波动,均会对泡孔的质量产生不良的影响,甚至高聚物在机筒内即与气体分相。

2 4 注塑速度对泡孔结构的影响

在预塑熔胶后,机筒内的压力使高聚物中被溶解的发泡剂的饱和值很高,只有这样,发泡剂扩散进泡孔的成核速率才能很高,最终才能得到均匀细腻的泡孔结构。在注塑过程中,这种单相溶液进入模腔后,由于压力的迅速降低,先期注入的熔体中气泡快速长大,这样制品沿流程方向的断面,气泡形成有规则的梯度不均匀性,加快注塑速率后,这种现象得以极大的改善。

2 5 泡孔结构对静刚度和交变应力下疲劳强度的影响

泡孔结构小而圆的气泡,力学性能最佳,受力后最具恢复能力。泡孔直径大、泡孔形状长或扁、泡孔壁薄,受压后在压力的作用下最易失稳,回弹性降低,疲劳强度下降。从试验结果中分析,泡孔直径0 1~0 3mm的制品力学性能较好,静刚度和疲劳强度较高。

闭孔率越高,形成的气弹簧效果越好,交变应力下抗疲劳强度越高,要满足产品技术要求,闭孔率应不低于70%,要靠调节发泡剂的比例,改善工艺条件来保证。

3 结论

(1)微孔发泡减震垫板的物理性能,能够满足产品的技术要求。

(2)采用物理和化学发泡剂混合体,能得到泡孔均匀细腻,闭孔率很高的发泡制品。

(3)成型过程中,注塑温度、注塑速度,机筒内压力等工艺参数影响气泡核的形成和气泡质量。

(4)气泡的结构、型式、分散性直接影响垫板的气弹簧特性,是得到既有适度的静刚度,又有较高的抗交变应力下疲劳强度的关键。

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高质量低成本的MuCell微发泡注塑成形技术

微孔发泡(Microcellular Foamine)是指以热塑性材料为基体，通过特殊的加工工艺，使制品中间层密布尺寸从十到几十微米的封闭微孔。微孔发泡注塑成型技术突破了传统注塑的诸多局限，在基本保证制品性能不降低的基础上，可以明显减轻制件重量和成型周期，大大降低设备的锁模力，并具有内应力和翘曲小，平直度高，没有缩水，尺寸稳定，成型视窗大等优势。与常规注塑相比较，特别在生产高精密以及材料较贵的制品中，在许多方面都独具优势，成为近年来注塑技术发展的一个重要方面。 微孔发泡技术发展概述 上世纪80年代，美国麻省理工学院(MIT）首先提出微孔发泡的概念，希望在制品中产生高密度的封闭泡孔，从而在减少材料用量的同时提高其刚性，并避免对强度等性能造成的影响。 Trexel公司于上世纪90年代中成立并获得MIT的所有专利授权，将微孔发泡技术商品化并继续大力发展，现在已在世界各地获得70多个相关的专利。MuCell现已成为了一个非常成熟的革新技术在全世界被广泛使用。 图 1 加入Mucell系统的注塑机 MuCell微孔发泡技术的使用先从美国、欧洲开始，再延伸到日本及东南亚等地区，虽然在中国刚刚起步，但经过一年多的发展，用户正在迅速增长。经过多年来全球不同用户在商业设备、汽车部件、电子电器等各种产品中大批量生产使用，MuCell微孔发泡技术的优点得到了验证，用户在提高产品质量的同时获取了更高的经济回报。 基本原理 1

微孔发泡成型过程可分成三个阶段：首先是将超临界流体(二氧化碳或氮气)溶解到热融胶中形成单相溶体；然后通过开关式射嘴射人温度和压力较低的模具型腔，由于温度和压力降低引发分子的不稳定性从而在制品中形成大量的气泡核，这些气泡核逐渐长大生成微小的孔洞。 图 2 微泡成型过程 发泡后的制品横切面放大图如下，我们从中可以明显看到表层还是未发泡的实体层，这是由于模具温度较低，表面树脂冷却迅速，细胞核没有成长的时间，所以还是未发泡的实体。 图 3 发泡体的结构 MuCell的加工流程 2

微孔发泡高分子材料X

第18卷第4期高分子材料科学与工程V o l.18,N o.4　2002年7月POL Y M ER M A T ER I AL S SC IEN CE AND EN G I N EER I N G Jul.2002 微孔发泡高分子材料Ξ 鲁德平,管　蓉 (湖北大学化材学院,湖北武汉430062) 刘剑洪 (深圳大学师范学院化生系,深圳518060) 摘要:微孔发泡材料是新型的改性热塑性高分子材料,微孔的引入提高了高分子材料的韧性、绝缘性、耐热性和耐疲劳性能等。文中以美国麻省理工学院Suh教授等研制开发的微孔发泡材料为主线,综述了微孔发泡高分子材料的研究背景,发展历史,性能特征,泡孔成核模型公式、制备以及应用前景,以推动我国的研究在该领域的发展。 关键词:微孔发泡;高分子材料;制备;性能 中图分类号:TB383 文献标识码:A 文章编号:100027555(2002)0420030204 1　研究背景 为了响应工业界提出的进一步减轻高分子材料的重量,而不牺牲材料的物理力学性能,使材料不变形的挑战,美国麻省理工学院(M IT)机械系的Suh教授等人在20世纪80年代初研制开发出了微孔发泡聚苯乙烯材料[1]。Suh等人通过研究高分子材料中的添加剂发现,当添加剂的粒子尺寸在微米级,且小于高分子材料中的临界孔隙尺寸时,能有效地增强材料的性能,因此Suh等人认为若将微米级的泡孔引入高分子材料基材,应该具有微米级添加剂同样的增强效应,后来的研究证实了这一设想的正确性。 2　发展历史 微孔发泡材料指泡孔尺寸小于50Λm～100Λm,泡孔密度超过108 c m3的热塑性高分子材料[2],而最初Suh等对微孔发泡材料的定义为[3]:泡孔尺寸为10Λm或小于该尺寸的任何高分子泡沫材料。20世纪90年代中期,Suh 等又认为微孔发泡材料为[4]:泡孔尺寸在<10Λm,泡孔密度为109c m-3～1015c m-3,密度比原材料下降5%～95%的材料。对微孔发泡材料定义的变化来自实验室研究和工业化规模生产的差异。美国麻省理工学院对微孔发泡材料的研制和开发最为成功,已转入工业化规模投产。微孔发泡材料的发展史,即是麻省理工学院研制和将该类材料扩大到工业化规模的历史,因此本文将以此为线索进行叙述。 麻省理工学院的Suh教授小组,在20世纪80年代初选择聚苯乙烯(PS)作为基材进行微孔发泡材料的研究,因为聚苯乙烯的常规发泡已非常成功和成熟,对聚苯乙烯材料的性能研究也比较清楚。Suh领导的小组首先以二氧化碳和氮气作发泡剂,成功研制了聚苯乙烯微孔发泡材料,随后Youn和Suh建立了热固性树脂的泡孔成核和增长的模型[5],Co lton和Suh对聚苯乙烯中加入成核剂进行了理论和实验的研究[3,6,7]。值得一提的是,Suh小组的研究是由美国M IT2工业聚合物加工项目资助的,其成员有Eastm an Kodak,E.I.D uPon t,D ex2 ter,K raft,N ashua,波音商业飞机公司等美国著名的工业公司。Suh小组对微孔发泡材料的研究工作后来得到美国科学基金的资助,并成立了M IT2工业化微孔塑料研究实验室[8]。20世纪90年代初,Suh小组成功研制出实验室规模的微孔发泡材料连续挤出设备[9],1994年麻省理工学院将该技术转到新成立的T rexel聚 Ξ收稿日期:2000210205 　作者简介:鲁德平,男,43岁,副教授.

微孔发泡成型技术简介

微孔发泡成型技术简介

目录 微孔发泡成型技术背景 微孔发泡成型技术原理 微孔发泡注塑成型优势 微孔发泡注塑成型技术装备 微孔发泡成型技术应用产品

料加使用发技术减轻制但传发塑料加工使用发泡技术可以减轻制品重量，但传统的发泡工艺采用石油气（如丁烷、戊烷）为发泡剂，随着当前环保问题以及生产安全问题的日益突出，对于节能、环保、安全稳定的新型发泡剂的需求不断扩大。 全稳定的新型发泡剂的需求不断扩大 常规状态下，二氧化碳或氮气在熔融树脂中溶解量非常少，不足以用来发泡但在超临界状态下二氧化碳或氮气的溶不足以用来发泡，但在超临界状态下，二氧化碳或氮气的溶解度和扩散速度将大幅提高，从而完全具备微孔发泡所需的条件在完善的技术装备配合下超临界状态气体工艺条件，在完善的工艺技术装备配合下，超临界状态气体实现了微孔发泡的完美效果。

在注塑、挤出以级吹塑成型工艺中，先将超临界状态的二氧化碳或氮气注入到特殊的塑化装置中，使气体与熔融原料充分均匀混合/扩散后，形成单相混合溶胶： 将该溶胶导入模具型腔或口模，使混合溶胶产生巨大的压力 降，从而使其内部析出形成大量的气泡核；在随后的冷却成降从而使其内部析出形成大量的气泡核在随后的冷却成型过程中，溶胶内部的气泡核不断长大成型，最终获得微孔 发泡的塑料制品。 在预定背压下熔融塑化树脂，向熔融树脂中定量注入SCF N2 或CO2；通过进一步混合/扩散后形成均相溶液，并在进入模具型腔之前保持该状态；注射进入到型腔中，通过注射过程中的热力学不稳定性，瞬时形成大量的气泡核；在填充和冷却过程中，气泡长大并被固定，获得微孔发泡制品。 却过程中气泡长大并被固定获得微孔发泡制品

微孔发泡技术

美国对微孔发泡塑料制备方法研究进展 相关专题：塑料制品 时间：2011-10-21 11:21来源：阿里巴巴塑料价格库 为了满足工业上降低某些塑料产品的成本而不降低其主要力学性能的要求，20世纪80年代初期，美国麻省理工学院(MIT)的Suh课题组首先提出并成功研制了微孔发泡塑料。与未发泡的塑料相比，微孔发泡塑料密度可降低5%～95%，冲击强度可增加高达5倍，韧性提高5倍，刚度增加3～5倍，疲劳寿命延长5倍，介电常数和热导率大幅下降。由于这些独特的性能，使微孔发泡塑料的应用领域非常宽广，如应用于飞机和汽车零部件、运动器材、保温纤维、分子级过滤器、生物医学材料、吸附剂及催化剂载体、绝缘纤维及分子筛等，微孔发泡塑料被称为“21世纪的新型材料”。 到目前为止，微孔发泡塑料可采用相分离法、单体聚合法、超临界流体沉淀法、超饱和气体法和模压法等多种方法制备，其中相分离法污染大；单体聚合法和压缩流体反溶剂沉淀法效率低；超饱和气体法中的釜压法生产周期长；挤出法和注射法生产成本高；模压法等方法应用范围有限。随着技术的发展和社会的进步，对微孔发泡塑料的成型技术提出了更高的要求，如环境友好性，不使用有可能对塑料基体造成污染的添加剂；微观结构的可控性及能够实现连续生产等。要满足这些要求，必须开发新的微孔发泡塑料制备技术。 1 相分离法 这是较早出现的一种制备开孔结构微孔发泡塑料的方法。首先将聚合物溶于一定溶剂中，使两相、三相或多相混合物体系在温度或溶剂等作用下产生分相，从而得到带有微孔结构的聚合物，最后通过升华干燥或超临界萃取的方法将溶剂与聚合物分开，即得到微孔发泡塑料。Aubert和Clough提出了一种相分离法生产低密度PS微孔发泡塑料。其成型过程如下：首先将聚合物PS溶解到发泡塑料。其成型过程如下：首先将聚合物PS溶解到适当的溶剂中，并将溶液置于模具中快速冷却使溶液冷冻；然后通过升华干燥将溶剂挥发掉，留下的聚合物就成为了微孔泡沫塑料。微孔泡沫塑料的密度取决于聚合物在溶剂中的原始浓度。泡孔结构既取决于液-液相分离也取决于液-固相分离，其中，液-液相分离在升华干燥之前发生，而液-固相分离在升华干燥过程中发生。如果发生液-液相分离，则泡孔是各向同性的，泡孔尺寸小；如果只发生液-固相分离，则泡孔是各向异性的，出现薄片样的结构，在薄片的皱折之间出现大的分隔。通常各向同性的结构是理想的，但在某些应用上，泡孔的定向也有其优点。 相分离法存在一定的缺陷，即在温度骤降过程中存在的温度梯度以及溶剂分离时产生的表面张力都易引起泡孔塌陷而破

发泡方法对微孔发泡的影响

发泡方法对微孔发泡的影响 王珊，何亚东，信春玲 （北京化工大学机电工程学院，北京，100029） 摘要：本文对超临界C02/PMMA系统进行了静压条件下的发泡成型研究。用升温法和降压法考察了发泡温度和发泡时间对聚合物发泡性能和泡孔结构的影响。试验结果表明：发泡温度和发泡时间同时影响发泡倍率。发泡倍率相同时，不同方法得到的泡孔结构不同。升温法得到的平均泡孔直径小，泡孔密度大，但泡孔直径分布不均匀。虽然降压法得到的泡孔直径大、泡孔密度低，但直径分布相对均匀。 关键词：微孔聚合物超临界CO2泡孔密度 前言 微孔塑料是指泡孔直径为1～10μm，泡孔密度为109～1012个/ cm3的泡沫塑料。微孔塑料的主要设计思想在于：当泡沫塑料中泡孔尺寸小于泡孔内部材料的裂纹时，泡孔的存在将不会降低材料的机械性能；而且，微孔的存在将使材料原来存在的裂纹尖端钝化，有利于阻止裂纹尖端钝化，有利于阻止裂纹在应力作用下扩展，从而使材料的性能得到提高[1]。与未发泡材料相比，微孔塑料具有优越的综合性能，其疲劳寿命可延长5倍，断裂韧性可提高近4倍，冲击强度可提高6-7倍，比强度可提高3～5倍，吸收能量可增加5-7倍，而且具有良好的热稳定性、较低的导热系数和介电常数等[2]。因此，微孔塑料是近十年来世界塑料工业研究的热点之一，其用途十分广泛。包括要求降低成本的包装、高的比强度和隔离性能的飞机和汽车零部件、质量轻能吸收能量的运动器材、织物用的保温纤维、分离过程中用的分子级的过滤器以及生物医学材料等。而且，由于微孔塑料采无公害、易回收的CO2、N2等惰性气体作为发泡剂，不再使用氟利昂等，符合当前绿色环保科技的要求，因而也被称为“二十一世纪的新型材料”。目前的研究中多以共混物为基体，考虑单一因素对体系发泡性能的影响及相关理论的研究，很少有报道比较两种发泡方法对微孔发泡的影响。 1 实验部分 1.1实验材料和样品制备 实验所用材料为聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate, PMMA)，牌号V020，美国ALTUGLAS 公司出品。制备微孔材料的发泡剂CO2购自北京氧气公司，纯度大于99.5%。 首先将PMMA粒料在80℃下干燥4hr，然后制备实验用样品。实验样品为挤出样品，采用自制Φ32排气式单螺杆挤出机串联山西经纬公司生产的6cc/r 熔体泵和自制的辅机系统挤出。 挤出样品为2.5mm的透明的圆棒。 1.2实验步骤

微孔发泡成型研究进展

常州轻工职业技术学院毕业论文 课题名称：微孔发泡成型研究进展 系别：轻化工工程系 专业：__ 高分子材料应用技术__ _班级：10工艺试点 学生姓名：王强 指导教师：董奇伟

摘要 微孔发泡注射成型技术是由美国麻省理工学院(MIT)1979年首次研制成功的微孔泡沫 塑料(Micro cellular plastics)l’,21的概念和制备方法发展而来。同时制备微孔发泡塑料可采用相分离法、单体聚合法、超临界流体沉淀法、超饱和气体法和模压法等多种方法。并且微孔发泡成型技术具有传统工艺不具备的优点，能够大幅提高尺寸精度，减少产品应力等等，从而能够节约原材料，提高生产效率。 关键词：微孔发泡塑料，制备方法，发展历程 目录 1引言 1 2.微孔发泡塑料的制备方法 2 2.1相分离法 2 2.2单体聚合法 2 2.3超临界流体沉淀法 2.4超饱和气体法 2.5模压法 2.6其他制备方法 3.微孔发泡注塑制品的性能及应用 4.结论 致谢 (20) 参考文献 (21) 附录 (22)

1.引言 这篇文章针对一种全新的聚合物注射成型工艺一微孔发泡注射成型技术进行了研究，微孔发泡技术拥有传统工艺不具备的优点，能够大幅度减少制品重量、提高尺寸稳定性、减小产品变形等，此外它对注塑机所需的注射压力和锁模力吨位的要求也更小，甚至不需要保压阶段。目前国内外对微孔发泡注射成型机理研究的可见报道还极为少见，因而对该技术的成型机理进行研究显得很有必要。微孔发泡注射成型技术是由美国麻省理工学院(MIT)1979年首次研制成功的微孔泡沫塑料(Micro cellular plastics)l’,21的概念和制备方法发展而来。微孔泡沫塑料是指泡孔直径为0.1一10pm，密度在1护~101，个/cm甲之间的一种新型泡沫塑料.成型微孔塑料的一般要求包括：形成聚合物材料和物理发泡剂的单相溶液，并使溶液经历一个热力学不稳定状态以产生大量的成核点。微孔泡沫塑料具有优越于一般泡沫塑料的力学性能，由于微孔的尺寸比塑料中原有的缺陷或微细裂缝小，因此微孔的存在不会降低塑料的强度，相反它能使原来存在的裂缝尖端钝化，从而改善塑料泡体的力学性能。微孔泡沫塑料其泡孔尺寸极小，可以制成薄壁制品，其重量大大减轻。对于超微孔塑料，由于其泡孔直径(o．1～1肛m)小于可见光的波长，可以制成透明泡沫塑料，加之微孔发泡塑料具有独特的微孔形态和优良的力学性能，因此一问世便受到人们的普遍关注，研究开发微孔发泡塑料成了热门的课题。制备微孔发泡塑料的方法有很多，其中注射成型技术是一种非常重要的方法，目前该技术的研究已经取得了很大进展. 2.微孔发泡塑料的制备方法 自从发明微孔发泡塑料以来，制备微孔发泡塑料可采用相分离法、单体聚合法、超临界流体沉淀法、超饱和气体法和模压法等多种方法制备，其中相分离法污染大；单体聚合法和压缩流体反溶剂沉淀法效率低；超饱和气体法中的釜压法生产周期长；挤出法和注射法生产成本高；模压法等方法应用范围有限。随着技术的发展和社会的进步，对微孔发泡塑料的成型技术提出了更高的要求，如环境友好性，不使用有可能对塑料基体造成污染的添加剂；微观结构的可控性及能够实现连续生产等。要满足这些要求，必须开发新的微孔发泡塑料制备技术。 2.1 相分离法这是较早出现的一种制备开孔结构微孔发泡塑料的方法。首先将聚合物溶