Einführung in die Polypropylenschaumtechnologie
Mit zunehmenden Anforderungen an Umweltschutz, Abfallrecycling und Kosteneffizienz bei Produkten haben physische Schaumverfahren unter Verwendung von Wirkstoffen wie CO2, N2 und Isopentan erhebliche Aufmerksamkeit erlangt. Derzeit ist CO2 das am häufigsten verwendete Schaummittel.
Das grundlegende Verfahren zur Herstellung von mikroporösen Polymermaterialien mit überkritischer Flüssigkeit besteht darin, ein stark gesättigtes Polymer -Schmelz/Gasgemisch zu erzeugen und die thermodynamische Instabilität während des Kühlprozesses zu induzieren. Durch Steuern von Parametern wie Druck und Temperatur werden innerhalb der Polymermatrix mikrozelluläre Strukturen gebildet, wobei die überkritische Flüssigkeit als Keimmedium fungiert. Die wichtigsten Schritte in diesem Prozess sind wie folgt:
Polymer/GaSättigungssystem
Bei einer bestimmten Temperatur wird ein geeignetes Verfahren verwendet, um ein Hochdruck-nicht-reaktives Gas (z. B. CO2 oder N2) in das Polymer aufzulösen, wodurch ein homogenes Polymer/Ga-Sättigungssystem gebildet wird. Die Gaskonzentration liegt typischerweise zwischen 5% und 20%. Die Diffusion von Gas im Polymer ist langsam und kann durch Erhöhung der Temperatur und des Drucks beschleunigt werden.
Keimbildung
Durch die Reduzierung des Drucks und/oder der Erhöhung der Temperatur tritt das Polymer/Gassystem in einen thermodynamisch instabilen Zustand ein und wird übersättigt. Dies löst homogene und heterogene Keimbildung aus, was zur Bildung zahlreicher Gasblasen führt.
Blasenwachstum
Das übersättigte Gas diffundiert in die Blasen, wodurch sie wachsen und die freie Energie des Systems reduzieren. Das Blasenwachstum wird durch Faktoren wie Zeit, Temperatur, Übersättigung, Spannung und viskoelastische Eigenschaften des Systems kontrolliert.
Mikroporöse Strukturstabilisierung
Methoden wie das Löschen werden verwendet, um die Blasenstruktur zu stabilisieren.
Das gleichmäßige Polymer/Gassystem mit hoher Konzentration und genaue Kontrolle von Keimbildung und Blasenwachstum sind für den Prozess von entscheidender Bedeutung. Die produzierten mikrozellulären Schäume haben typischerweise Porengrößen von 5-30 μm. Im Vergleich zu herkömmlichen geschliffenen Blättern weisen diese mikroporösen Materialien 30% -40% höhere Zug- und Druckfestigkeit für die gleiche Dichte auf und können auf vorhandenen Produktionslinien hergestellt werden. Die Kombination aus überkritischer Flüssigkeitstechnologie und Kunststoffeinspritzform hat die direkte Produktion von mikrozellulären Polypropylen-Injektionsprodukten Wirklichkeit werden.
Hochschmelzfestigkeit Polypropylenschaumtechnologie
Bei herkömmlichen Polypropylenschaum nimmt die Viskosität stark über dem Schmelzpunkt der Kristallisation ab, was die Temperaturkontrolle während der Extrusion schwierig macht. Polypropylen muss jedoch eine ausreichende Fließfähigkeit im Extruder aufrechterhalten und gleichzeitig eine ausreichende Schmelzenfestigkeit und -elastizität aufweisen, um eine regelmäßige Blasenstruktur zu erhalten. Hochschmelzfeindliche Polypropylen ist daher im Schäumungsprozess von entscheidender Bedeutung.
Zum Beispiel hat Profax F814-Harz, das von einem ausländischen Unternehmen produziert wurde, lange Nebenketten während des Postpolymerisationsprozesses eingeführt, was die 9-fache der Schmelzfestigkeit herkömmlicher Homopolymere mit ähnlichen Flusseigenschaften ergibt. Das Verhalten von Blasen in linearem PP und verzweigter PP während der Schäumen unterscheidet sich erheblich. Lineare PP weist einen hohen Open-Zell-Gehalt auf, und die Blasen verschmelzen sich schnell, selbst unter schneller Kühlung. Im Gegensatz dazu neigt der verzweigte PP dazu, geschlossene Zellstrukturen mit minimaler Blasenverführung zu bilden, was es zum Erreichen einer hohen Schmelzenfestigkeit geeignet ist.
Vernetzte Polypropylenschaumtechnologie
Einige Unternehmen haben auch Vernetzungsverfahren zur Herstellung von Polypropylenschäumen wie Mischung PP mit PE und Vernetzung des PE übernommen. Beispielsweise hat ein Unternehmen einen mikrokreuzten Polypropylenschaum unter Verwendung eines zweistufigen Verfahrens entwickelt: zuerst ein 3-mm-dicker fester Blatt, dann mit Peroxid oder Bestrahlung und schließlich in ein Hochdruckgefäß (bis zu 69 MPa) mit N2 platziert, um das Schotten zu veranschaulichen. Diese Methode führt zu einem Schaum mit 1 0% geschlossener Zellstruktur und einer Dichte von 0,3 g/cm³. Dieser Schaum wird in Anwendungen wie Automobilteilen und Sportartikeln verwendet.
Der Schlüssel zu diesem Prozess ist die Vernetzung des PP-Harzes vor der Schäumen, wodurch die Schmelzviskosität reduziert und die Blasenruptur während der Schäume minimiert wird. Vernetzte PP-Schäume weisen signifikant bessere Wärmewiderstand (30-50 Grad höher) und die thermische Kriechleistung (100-mal besser) im Vergleich zu nicht gekreuzten Schäumen auf. Die hohe Kristallinität von PP und die Schwierigkeit bei der Vernetzung haben jedoch die vorliegenden Herausforderungen, die eine präzise Kontrolle der Reaktionsbedingungen erfordern, um den Abbau zu minimieren.
Kanzelgeräte bei der Schäumung
Die Herstellung von mikrozellulären PP -Schäumen mit herkömmlichen thermosets oder amorphen thermoplastischen Technologien ist aufgrund der geringen Gaslöslichkeit in der kristallinen Region von PP schwierig, die die Keimbildung und das Wachstum der Blasengrenze begrenzt. Durch das Hinzufügen kleiner Mengen Natriumbenzoat als Kernmittel kann die Oberflächenspannung des Polymers senken und die Blasenkeimbildung fördern. TALC, das eine starke Bindung mit PP bildet, ist jedoch als Kernmittel nicht wirksam und sollte nicht verwendet werden.