聚乙烯和聚苯乙烯的发泡挤塑
时间:2005-07-02
聚乙烯和聚苯乙烯发泡挤塑设备制造厂在近五年中经历了一场革命性市场变革。主要在食品包装上，已经并正在进行关于氯氟烃发泡剂的论战，已导致丧失了诸多供应者市场。
在这段时间中逐渐地通过树脂生产厂和泡沫塑料制造厂以及其他研究人员的努力，塑料工业界已经提出泡沫塑料回收可能性以及自泡沫塑料生产到废弃对于环境的总体影响程度方面的意见。
这段时间里，制造厂商们在许多其它涉及发泡挤塑的市场开拓方面取得了成功。其中如共挤塑技术、泡沫层压材料产品及其他工业应用。这一革命性变革的结果是一系列创新和环境允许接受的泡沫塑料产品。
工艺过程
挤塑泡沫塑料制品是由聚合物、成核剂和发泡剂共混物，通过在挤塑机内充分混匀，直至自口模出料前一直保持在压力下。熔体自口模流出时，它从口模内的高压进到模唇外的低压或大气压，发泡剂则由液态变为气压。发泡剂的泡孔附着于熔体内的成核剂上，于是形成了泡孔结构。泡孔的尺寸和数量取决于所加人成核剂的量，密度则取决于所用发泡剂的量。
生产泡沫塑料时必须把主要组分仔细计量并混匀，使得到均一泡孔结构和密度。纯树脂粒料与成核剂在掺混机中混合。成核剂一般都是微细粉末，如滑石粉或柠檬酸与碳酸氢钠的复配物，加入少量（通常为挤塑机产量的0．2％－2．0％）。干燥的掺混物进入挤塑机后，在其中，被挤塑机的螺杆焙融并混合。
干燥的原料于螺杆压缩段被熔融后，在高压下注入发泡剂。以液体或以标定气体压力方式注入，并通过挤塑机的螺杆与熔融体混合。
以往采用的发泡剂多是氯氟烃（CFC），目前则代之以戊烷、丁烷、HFC一152A和二氧化碳，或者是所有这些的共混物。
有一些这类发泡剂代用品对质量、加工性能和某些其它性能有影响。因而需对设备、加工工艺和产品进行改进。
去年或前年的时候，设备生产厂、树脂生产厂和加工制造厂开发了许多用以代替氯氟烃的发泡剂，最普遍采用的是CO2和CO2的共混物。这些工作中有一些已形成专利和许可证技术。
生产高质量泡沫塑料的关键步骤是发泡剂的混合。虽然可以采用含化学发泡剂的树脂，但这并不是最理想的方法。应用化学发泡剂不能得到极低密度，同时由于发泡剂的数量已被固定，密度不可能变化。发泡剂也可以以液体直接注入聚合物熔体中，随后通过挤塑机螺杆的作用加以混匀。这种方法最为通用。
在直接注入系统中，发泡剂通过高压计量装置被注入到挤塑机中。这种系统通常有一高压隔膜泵和一精密控制阀门，从在相当严格的精密度范围内控制发泡剂的流量。液体借助于特制的、符合要求的注射器阀门，通过挤塑机的筒壁注入，这一问起一止逆问作用，防止聚合物返流至泵管线中。
发泡剂加入到熔体中以后，必须有效冷却混合物，这样就提高了熔体的粘度，使熔体强度足以抑制发泡剂逸出，并在模唇处成型。这样就需要撤热，最好的方案是在挤塑作业中有两台挤塑机，即所谓的串联式挤塑系统。也可以在一台单螺杆挤塑机上挤出泡沫塑料，一般采用长 L／D设备（L/D=40：1—44：1）。采用一个螺杆又必须完成熔融、混合并随后冷却熔体，其效率就不如分成两步操作，而且产量上有损失。鉴于这一原因，串联系统是最佳的方法，这是日前世界上最普遍采用的方法。
设备
串联式体系包括两台挤塑机，把工艺过程中的熔融、混合步骤与冷却步骤分别进行。第一台挤塑机是常规型的，长径比（L/D）为24：1或32：1。干燥物料进入第一台主挤塑机，在其中被熔融和混合，在螺杆减压区注入发泡剂，注入后立刻处于剧烈混合部位，液体旋即分散于整个熔体中。混合物随后流经换网器和高压管接头，高压管接头将第一台挤塑机与第二台冷却用挤塑机连接起来。冷却用挤塑机的生产能力较之第一台挤塑机大得多，并配有深螺纹的螺杆，以期使熔体向前输送又不会再使之受热。第二台挤塑机的螺杆运行速度较之第一台要慢得多（通常比值为4或5：1）。当熔体沿第二台挤塑机（长径比L/D=30：1）的筒壁下流时，随着它的被冷却变得越来越粘稠。
与第二台挤塑机尾端相连的是口模，它使所得粘性的熔融流体最后成型。应用最普遍的口模是环形的，其模隙为0. 020—0.025in。口模流道设计得在恒压下能使熔体平滑地流动，熔体不会在口模内发泡，而一旦熔体由口模唇流出立即膨胀发泡。泡沫在这里被部分固化，通过置于模唇周边空气环内的压缩空气在表面形成密致组织或表皮。
位于后续装置上的一组牵引辊跨过水冷却模芯自环形模唇牵引出泡沫软管，这个模芯进一步冷却片材，它的周边就成为泡沫软管的周边。随软管向前的牵伸，它被纵向切一次或几次，并被展平，作为平的片材缠绕到位于后续装置上的大型辊筒上。不同环形片材口模也可用另一种异型材口模，这种异形村口模有多种形式。
一条申联式挤塑生产线可以建成任意不同规模大小，不过最常见的是：第一台挤塑机为3.5in，第二台为4.5in；第一台为4.5in，第二台为6.0in。这种挤塑生产线的控制体系较之惯常的片材挤塑机或薄膜挤塑机牵涉得更广一些。由于两台挤塑机相互关联作业，驱动部分的着意控制和监控尤为严格。鉴于发泡对压力变化和温度变化极为敏感，所以压力和温度这些参数也必须小心控制。由于需要如此复杂程度，目前许多泡沫挤塑系统都配备了微机处理操作，它常常包括测量系统以监控厚度和密度。
应用
正如以往所指出的那样，食品包装是泡沫塑料最大的用户。聚苯乙烯是最常用的聚合物，聚苯乙烯包装的肉、家禽农产品用盘、碟等器皿是泡沫包装材料的最好例子。这些盘、碟之类的厚度通常为0.090～0.130in，可用密度4～71b／fi3的片材热成型制造。聚苯乙烯制品的保温性能使它成为快餐工业自然而然的材料。在这种应用场合里，泡沫塑料必须有精致的表面，以使得它可印刷。另一应用是蛋类包装纸板。还有用聚苯乙烯泡沫塑料制造的用后即可丢弃的各种各样的器皿之类产品。
聚乙烯泡沫塑料作成低密度（1—7 lb／ft3），在家具、玻璃器皿和精密电子产品运输中用以保护的外包装材料。当挤塑为管状型材时，聚乙烯泡沫塑料是空气调节和水管的优异保温物。
低密度聚乙烯（2.0 lb／ft3）通过缝隙式口模可挤塑成板材，用作建筑工业的保温材料。薄的、高密度苯乙烯片材用作汽车车顶蓬蒙里复合结构中一部分。
工程塑料目前也被成型为泡沫塑料以减轻重量。成型为泡沫材料时，这些工程塑料还可提供宝贵的机械性能和耐热性
