燕山石化PPH21-176 PP管材管道料耐老化耐磨

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微发泡聚合物材料，即通过化学或物理的手段引入大量微气泡，与毫米级泡沫材料相比，微发泡材料具有更优异的力学性能、热性能和低介电性能等。微发泡聚合物材料孔径在1～100μm，泡孔密度在107～1012个/cm3，泡孔分布均匀，材料总密度相比发泡前下降5%～95%。

根据气体来源可将发泡方式分为物理发泡和化学发泡。物理发泡是将氮气等气体与熔融塑料直接混合生成泡孔;化学发泡是化学发泡剂发生反应产生气体，在聚合物内产生泡孔。

2. 2 发泡过程

聚丙烯的发泡过程经过以下四个步骤:

(1)聚合物/气体的混合:发泡剂(气体)在聚合物中扩散，形成均相的聚合物/气体体系。该过程与气体浓度、压力和温度有关。

(2)泡孔成核:饱和聚合物/气体体系压力骤降或温度骤升，变为热力学不稳定的过饱和态，诱导泡孔成核，与聚合物与气体之间的界面张力、气体压力等有关。

(3)泡孔生长:气体进入泡核，扩大的泡核发生泡孔合并或泡壁破裂而生长，受聚合物黏弹性、过饱和程度和温度等因素的影响。

(4)泡孔定型:气体减少，泡孔生长减慢，聚合物基体逐渐冷却，泡孔逐渐定型，该过程受聚合物的冷却速率影响。

2. 3发泡聚丙烯材料的制备方法

超饱和气体法是应用相对广泛的发泡方法，即形成均相的聚合物/气体体系，再通过气体过饱和，在聚合物中成核发泡。由此衍生出的发泡工艺包括釜压发泡、挤出发泡和微发泡注塑成型等。Okolieocha和王素玉等分别比较了微发泡成型技术的一些特点，其如表2所示。

2.3.2挤出发泡

连续式的挤出发泡，使微发泡PP连续的工业制备成为可能。PP颗粒自料筒进入挤出机腔体，加热熔融塑化，接着将一定压力的气体注入腔体内，高温和螺杆剪切使气体快速进入聚合物，形成均相聚合物/气体体系，接着体系从高温螺杆进入较低温的螺杆，后进入口模段，压力骤降，诱导泡孔形核、生长，口模处的低温使泡孔定型，得到产品。双螺杆的设计是为了解决聚合物熔体难以在口模处可控降温，达到合适发泡温度的问题。挤出发泡生产效率是较高的，但对于发泡的熔体强度要求也高，口模的限制使其难以稳定生产较厚的制品。

2.3.3微发泡注塑成型

微发泡注塑机，由常规注塑机和气体注入装置组成。聚合物颗粒自料筒进入高温螺杆腔体熔化，接着腔体内注入气体，经螺杆剪切混匀，形成聚合物/气体均相体系，后注入模腔，由于模腔内的低压，气体过饱和，泡孔成核，生长，冷却定型。在发泡注塑中，泡孔生长会帮助熔体填满模腔，补偿因聚合物熔体冷却而导致的体积收缩。相比于其他成型方法，微发泡注塑成型的通用性强，在高生产率的前提下能够成型三维形状复杂制品，适用于新能源汽车部件的批量化应用。

常规的微发泡注塑成型仍然存在一些挑战：一是发泡率有限，这是由于熔体在封闭模腔内发泡，泡孔生长受到抑制；二是熔体注射阶段，剪切力强，聚丙烯等材料熔体强度低，泡孔易破裂，制品表面存在流痕、粗糙等问题。Zhao等报道了开合模微发泡注塑，即在熔体填充模腔后部分开模，将熔体填充模具过程与发泡过程分离，改善发泡时的熔体强度，制品的发泡率大大提高。Xiao等通过电加热和水冷的方式，调控模腔温度，将微发泡制品的表面粗糙度下降至发泡前的水平。