Введение в технологию полипропиленовой пены
Благодаря растущим требованиям в отношении защиты окружающей среды, утилизации отходов и экономической эффективности в продуктах, методы физического пенообразования с использованием таких агентов, как CO2, N2 и изопентан, привлекли значительное внимание. В настоящее время CO2 является наиболее широко используемым пенообразовательным агентом.
Основной метод приготовления микропористых полимерных материалов с использованием суперкритической жидкости включает в себя создание высокосыщенного полимерного расплава/газовой смеси и вызывание термодинамической нестабильности во время процесса охлаждения. Управляя параметрами, такими как давление и температура, микроцеллюлярные структуры образуются в полимерной матрице, а суперкритическая жидкость действует как зарождающая среда. Ключевые шаги в этом процессе следующие:
Система полимера/насыщения газа
При определенной температуре используется подходящий метод для растворения нереактивного газа высокого давления (например, CO2 или N2) в полимер, образуя однородную систему полимера/насыщения газа. Концентрация газа обычно варьируется от 5% до 20%. Диффузия газа внутри полимера медленная и может быть ускорена путем повышения температуры и давления.
Зарождение
Снижая давление и/или повышение температуры, полимер/газовая система входит в термодинамически нестабильное состояние, становясь перенасыщенной. Это вызывает однородное и гетерогенное зарождение, что приводит к образованию многочисленных газовых пузырьков.
Рост пузырьков
Перестань насыщенные газы диффундируют в пузырьках, заставляя их расти и уменьшать свободную энергию системы. Рост пузырьков контролируется такими факторами, как время, температура, перенасыщение, напряжение и вязкоупругие свойства системы.
Микропористая структура стабилизация
Такие методы, как гашение, используются для стабилизации пузырьковой структуры.
Однородная, высококонцентрационная полимера/газовая система и точный контроль зарождения и роста пузырьков имеют решающее значение для процесса. Полученные микроцеллельные пены обычно имеют размеры пор в диапазоне от 5-30 мкм. По сравнению с традиционными вспенением, эти микропористые материалы имеют 30% -40% выше растягивания и прочности сжатия для той же плотности, и они могут быть получены на существующих производственных линиях. Комбинация технологии суперкритической жидкости и пластиковой инъекционной литья заставила прямое производство продуктов микроцеллюлярных полипропиленовых инъекций в реальность.
Технология полипропиленовой пены с высокой прочностью расплава
При обычном полипропиленовом пенообразовании вязкость резко уменьшается выше температуры плавления кристаллизации, что затрудняет контроль температуры во время экструзии. Тем не менее, полипропилен должен поддерживать достаточную потоку в экструдере, а также иметь достаточную прочность и эластичность расплава, чтобы сохранить регулярную пузырьковую структуру. Поэтому высокая прочность на расплаве имеет решающее значение в процессе пенообразования.
Например, Propax F814 смола, произведенная иностранной компанией, имеет длинные боковые цепи, введенные в ходе процесса после полимеризации, что в 9 раз больше прочности расплава обычных гомополимеров с аналогичными характеристиками потока. Поведение пузырьков в линейном PP и разветвленном PP во время пенообразования значительно отличается. Линейный PP демонстрирует высокое содержание открытых клеток, и пузырьки быстро объединяются, даже при быстром охлаждении. Напротив, разветвленный PP имеет тенденцию образовывать конструкции с замкнутыми клетками с минимальным слиянием пузырьков, что делает его подходящим для достижения высокой прочности расплава.
Сшитая полипропиленовая технология
Некоторые компании также приняли процессы сшивки для производства полипропиленовых пен, таких как смешивание PP с PE и сшивание PE. Например, компания разработала микропропиленовую пену с микроссылкой, используя двухэтапный процесс: сначала издавая твердый лист толщиной 3 мм, затем скрещивая ее с пероксидом или облучением и, наконец, поместив его в сосуд высокого давления (до 69 МПа) с N2, чтобы вызвать пени. Этот метод приводит к пеной с 1 0% структуры с закрытыми клетками и плотностью 0,3 г/см³. Эта пена используется в таких приложениях, как автомобильные детали и спортивные товары.
Ключом к этому процессу является сшивание смолы PP перед пеной, что снижает вязкость расплава и сводит к минимуму разрыв пузырьков во время пены. Сестрикованные пп-пена демонстрируют значительно лучшую термостойкость (30-50 степень выше) и производительность термического ползучести (в 100 раз лучше) по сравнению с не связанными с пенами. Тем не менее, высокая кристалличность и сложность PP в сшивании представляют проблемы, требующие точного контроля условий реакции, чтобы минимизировать деградацию.
Зародышевые агенты в пени
Производство микроцеллюлярных пп с обычными термосетками или аморфными термопластичными технологиями затруднено из -за низкой растворимости газа в кристаллической области ПП, которая ограничивает зарождение и рост пузырьков. Добавление небольших количеств бензоата натрия в качестве зародышевого агента может снизить поверхностное натяжение полимера, способствуя нуклеации пузырьков. Тем не менее, тальк, который образует прочную связь с ПП, не эффективен в качестве зародышевого агента и не должен использоваться.