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发泡主要是直接发泡法(也叫定向发泡法),即发泡是在含有发泡剂的熔体离开模头后直接发生的。此外还有含有发泡剂的熔体在低温下挤出,其后在高温下由于热的影响而发泡,这种方法处于次要地位。发泡的过程是粘度上升,熔体扩张,发泡剂的压力和周围压力共同作用的结果。熔体与发泡剂之间溶解性、浓度、泡核形成的相互作用,是发泡挤出成型过程的主要因素。
由于发泡体比压实的物质在壁面上滑动性差,又要求制品有密实的外表,所以只有在熔体离开模腔的模口后才能开始发泡,这就要求挤出机与模腔内维持足够高的压力,作用在熔体上的压力足够高,使发泡气体一直溶解在熔体中,这要通过合适的挤出系统来实现。合适的螺杆设计、模具设计和温度控制能满足这些要求,这也是各种发泡工艺、设备和模具专利发明的基础,含有发泡剂的熔体离开模口,熔体压力便迅速下降,导致溶解在熔体中的过饱和气体和熔体组成的气液两相发生分离,几乎与此同时气体形成大量的泡孔。要形成就尽可能多的泡孔,需要足够量的成核剂均匀地分布在熔体中。在成泡的过程中,活性和非活性的成核剂之间存在区别。
在泡孔的形成过程中同时发生三个过程:
(1)由于气体过饱和而产生的新泡孔连续地形成;
(2)气体由小泡孔扩散到大泡孔中,这是由于小泡孔有更大的表面张力,从而有更大的气体压力;
(3)气体扩散到外表面。这三个过程都不理想,都是所不希望的,它们会导致生产的泡孔尺寸大小不一,对泡孔结构有重要影响,从而影响发泡制品质量。
熔体温度、粘度、对气泡结构和发泡制品密度及表面质量有重要影响。而熔体温度、粘度、与受PVC原料的K值、配方的组成以及挤出过程对原料的剪切应力的影响。发泡过程中,泡内气体压力与熔体结构作用相反;如果熔体温度太低,只能形成不完全发泡结构,这是由熔体较高的粘度造成的;如果材料温度过高,会产生由于熔体粘度过低而撕裂气泡,大部分气泡气体散失,造成泡孔塌陷,气泡破裂,使成品有残缺的表面和高密度。
发泡也受下列因素的影响:
(1)发泡剂与熔体混合物的均匀性;
(2)溶解在熔体中的气体的过饱和程度;
(3)成核剂的数量,颗粒大小,分布和功效;
(4)发泡剂的蒸发热和气体压力;
(5)发泡剂在熔体中的溶解性;
(6)在相同温度下由于发泡剂的存在而导致熔体粘度降低。
发泡剂必须根据制品要求来确定恰当的定型时机。定型装置终止发泡,以防止泡孔塌陷,目的是在窄的温度范围内迅速冻结泡孔结构。定型装置和模口之间不同的距离选择,以及冷却强度影响发泡制品外表层的密度和厚度,实际生产中,还是靠冷却定型和模口距离,冷却强度的调节来实现各种制品要求。但发泡制品的表面质量收到与模具光滑表面接触来调节,而与表皮的硬度和厚度无关。
3.2 PVC发泡方法
PVC直接发泡方法(也叫定向发泡),这种挤出发泡同样离不开前面所说的自由发泡工艺法和可控发泡工艺法(也叫结皮发泡法、向内发泡法)
对于自由发泡(如图1所示),含有发泡剂的熔体离开模口之后,开始自由膨胀在距模口一定距离内,通过定型装置获得所需形状,和发泡密度大小要求的发泡制品,这种发泡制品的横截面上的密度大致相同,周边有密实但很薄的外表皮包围。管材、板材、型材在适合的工艺条件下都可由自由发泡法成型。目前比较一致的观点是,自由发泡法应用往往限于较小截面的制品,截面积一般 <3000mm2,主要是薄壁件。
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