聚乙烯和聚苯乙烯的發(fā)泡擠塑
時間:2005-07-02
聚乙烯和聚苯乙烯發(fā)泡擠塑設(shè)備制造廠在近五年中經(jīng)歷了一場革命性市場變革。主要在食品包裝上，已經(jīng)并正在進行關(guān)于氯氟烴發(fā)泡劑的論戰(zhàn)，已導(dǎo)致喪失了諸多供應(yīng)者市場。
在這段時間中逐漸地通過樹脂生產(chǎn)廠和泡沫塑料制造廠以及其他研究人員的努力，塑料工業(yè)界已經(jīng)提出泡沫塑料回收可能性以及自泡沫塑料生產(chǎn)到廢棄對于環(huán)境的總體影響程度方面的意見。
這段時間里，制造廠商們在許多其它涉及發(fā)泡擠塑的市場開拓方面取得了成功。其中如共擠塑技術(shù)、泡沫層壓材料產(chǎn)品及其他工業(yè)應(yīng)用。這一革命性變革的結(jié)果是一系列創(chuàng)新和環(huán)境允許接受的泡沫塑料產(chǎn)品。
工藝過程
擠塑泡沫塑料制品是由聚合物、成核劑和發(fā)泡劑共混物，通過在擠塑機內(nèi)充分混勻，直至自口模出料前一直保持在壓力下。熔體自口模流出時，它從口模內(nèi)的高壓進到模唇外的低壓或大氣壓，發(fā)泡劑則由液態(tài)變?yōu)闅鈮骸０l(fā)泡劑的泡孔附著于熔體內(nèi)的成核劑上，于是形成了泡孔結(jié)構(gòu)。泡孔的尺寸和數(shù)量取決于所加人成核劑的量，密度則取決于所用發(fā)泡劑的量。
生產(chǎn)泡沫塑料時必須把主要組分仔細計量并混勻，使得到均一泡孔結(jié)構(gòu)和密度。純樹脂粒料與成核劑在摻混機中混合。成核劑一般都是微細粉末，如滑石粉或檸檬酸與碳酸氫鈉的復(fù)配物，加入少量（通常為擠塑機產(chǎn)量的0．2％－2．0％）。干燥的摻混物進入擠塑機后，在其中，被擠塑機的螺桿焙融并混合。
干燥的原料于螺桿壓縮段被熔融后，在高壓下注入發(fā)泡劑。以液體或以標定氣體壓力方式注入，并通過擠塑機的螺桿與熔融體混合。
以往采用的發(fā)泡劑多是氯氟烴（CFC），目前則代之以戊烷、丁烷、HFC一152A和二氧化碳，或者是所有這些的共混物。
有一些這類發(fā)泡劑代用品對質(zhì)量、加工性能和某些其它性能有影響。因而需對設(shè)備、加工工藝和產(chǎn)品進行改進。
去年或前年的時候，設(shè)備生產(chǎn)廠、樹脂生產(chǎn)廠和加工制造廠開發(fā)了許多用以代替氯氟烴的發(fā)泡劑，最普遍采用的是CO2和CO2的共混物。這些工作中有一些已形成專利和許可證技術(shù)。
生產(chǎn)高質(zhì)量泡沫塑料的關(guān)鍵步驟是發(fā)泡劑的混合。雖然可以采用含化學(xué)發(fā)泡劑的樹脂，但這并不是最理想的方法。應(yīng)用化學(xué)發(fā)泡劑不能得到極低密度，同時由于發(fā)泡劑的數(shù)量已被固定，密度不可能變化。發(fā)泡劑也可以以液體直接注入聚合物熔體中，隨后通過擠塑機螺桿的作用加以混勻。這種方法最為通用。
在直接注入系統(tǒng)中，發(fā)泡劑通過高壓計量裝置被注入到擠塑機中。這種系統(tǒng)通常有一高壓隔膜泵和一精密控制閥門，從在相當嚴格的精密度范圍內(nèi)控制發(fā)泡劑的流量。液體借助于特制的、符合要求的注射器閥門，通過擠塑機的筒壁注入，這一問起一止逆問作用，防止聚合物返流至泵管線中。
發(fā)泡劑加入到熔體中以后，必須有效冷卻混合物，這樣就提高了熔體的粘度，使熔體強度足以抑制發(fā)泡劑逸出，并在模唇處成型。這樣就需要撤熱，最好的方案是在擠塑作業(yè)中有兩臺擠塑機，即所謂的串聯(lián)式擠塑系統(tǒng)。也可以在一臺單螺桿擠塑機上擠出泡沫塑料，一般采用長 L／D設(shè)備（L/D=40：1—44：1）。采用一個螺桿又必須完成熔融、混合并隨后冷卻熔體，其效率就不如分成兩步操作，而且產(chǎn)量上有損失。鑒于這一原因，串聯(lián)系統(tǒng)是最佳的方法，這是日前世界上最普遍采用的方法。
設(shè)備
串聯(lián)式體系包括兩臺擠塑機，把工藝過程中的熔融、混合步驟與冷卻步驟分別進行。第一臺擠塑機是常規(guī)型的，長徑比（L/D）為24：1或32：1。干燥物料進入第一臺主擠塑機，在其中被熔融和混合，在螺桿減壓區(qū)注入發(fā)泡劑，注入后立刻處于劇烈混合部位，液體旋即分散于整個熔體中?；旌衔镫S后流經(jīng)換網(wǎng)器和高壓管接頭，高壓管接頭將第一臺擠塑機與第二臺冷卻用擠塑機連接起來。冷卻用擠塑機的生產(chǎn)能力較之第一臺擠塑機大得多，并配有深螺紋的螺桿，以期使熔體向前輸送又不會再使之受熱。第二臺擠塑機的螺桿運行速度較之第一臺要慢得多（通常比值為4或5：1）。當熔體沿第二臺擠塑機（長徑比L/D=30：1）的筒壁下流時，隨著它的被冷卻變得越來越粘稠。
與第二臺擠塑機尾端相連的是口模，它使所得粘性的熔融流體最后成型。應(yīng)用最普遍的口模是環(huán)形的，其模隙為0. 020—0.025in。口模流道設(shè)計得在恒壓下能使熔體平滑地流動，熔體不會在口模內(nèi)發(fā)泡，而一旦熔體由口模唇流出立即膨脹發(fā)泡。泡沫在這里被部分固化，通過置于模唇周邊空氣環(huán)內(nèi)的壓縮空氣在表面形成密致組織或表皮。
位于后續(xù)裝置上的一組牽引輥跨過水冷卻模芯自環(huán)形模唇牽引出泡沫軟管，這個模芯進一步冷卻片材，它的周邊就成為泡沫軟管的周邊。隨軟管向前的牽伸，它被縱向切一次或幾次，并被展平，作為平的片材纏繞到位于后續(xù)裝置上的大型輥筒上。不同環(huán)形片材口模也可用另一種異型材口模，這種異形村口模有多種形式。
一條申聯(lián)式擠塑生產(chǎn)線可以建成任意不同規(guī)模大小，不過最常見的是：第一臺擠塑機為3.5in，第二臺為4.5in；第一臺為4.5in，第二臺為6.0in。這種擠塑生產(chǎn)線的控制體系較之慣常的片材擠塑機或薄膜擠塑機牽涉得更廣一些。由于兩臺擠塑機相互關(guān)聯(lián)作業(yè)，驅(qū)動部分的著意控制和監(jiān)控尤為嚴格。鑒于發(fā)泡對壓力變化和溫度變化極為敏感，所以壓力和溫度這些參數(shù)也必須小心控制。由于需要如此復(fù)雜程度，目前許多泡沫擠塑系統(tǒng)都配備了微機處理操作，它常常包括測量系統(tǒng)以監(jiān)控厚度和密度。
應(yīng)用
正如以往所指出的那樣，食品包裝是泡沫塑料最大的用戶。聚苯乙烯是最常用的聚合物，聚苯乙烯包裝的肉、家禽農(nóng)產(chǎn)品用盤、碟等器皿是泡沫包裝材料的最好例子。這些盤、碟之類的厚度通常為0.090～0.130in，可用密度4～71b／fi3的片材熱成型制造。聚苯乙烯制品的保溫性能使它成為快餐工業(yè)自然而然的材料。在這種應(yīng)用場合里，泡沫塑料必須有精致的表面，以使得它可印刷。另一應(yīng)用是蛋類包裝紙板。還有用聚苯乙烯泡沫塑料制造的用后即可丟棄的各種各樣的器皿之類產(chǎn)品。
聚乙烯泡沫塑料作成低密度（1—7 lb／ft3），在家具、玻璃器皿和精密電子產(chǎn)品運輸中用以保護的外包裝材料。當擠塑為管狀型材時，聚乙烯泡沫塑料是空氣調(diào)節(jié)和水管的優(yōu)異保溫物。
低密度聚乙烯（2.0 lb／ft3）通過縫隙式口?？蓴D塑成板材，用作建筑工業(yè)的保溫材料。薄的、高密度苯乙烯片材用作汽車車頂蓬蒙里復(fù)合結(jié)構(gòu)中一部分。
工程塑料目前也被成型為泡沫塑料以減輕重量。成型為泡沫材料時，這些工程塑料還可提供寶貴的機械性能和耐熱性
