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微孔爆气器技术中非结晶性材料

  • 作者:许一明    来源:宜兴市官高水处理填料有限公司    时间:2016-08-05    点击:453
非结晶性材料的形态是由结晶性材料的不同结构构成的,其独特的结构是无规分子排列的聚合物分子链的随机排列,分子间的相互作用决定了其性能。非结晶性材料没有 明显的熔点,只有一个软化温度范围决定着其从固体向超高黏度熔体的转变。用于微孔曝气机注射成型的典型非结晶性材料有通用聚苯乙烯(gpps)、聚碳酸酯(pc)、丙烯腈-丁 二烯-苯乙烯(abs)和高抗冲聚苯乙烯(ps-hi)。一般来说,微孔曝气机注射成型用非结晶性材料具有较宽的加工窗口和优异的泡孔结构。但abs和ps-hi的变化大,因为两者

基材中的不同橡胶相会显著影响结果。因此,不同牌号的abs和ps-hi得到的泡孔结 构不同0
4. 3.1非结晶性材料微孔曝气机泡沫的一般性能
非结晶性材料微孔曝气机泡沫一般都有较厚的表层,约为其整个厚度的15% ~20%,是 结晶性材料的i. 5 ~2倍。超临界态气体均匀溶解于非结晶性材料中,通常,其泡孔比 结晶性材料的小且均匀。.
4. 3, 2 gpps的微孔曝气机成型
商业化® gpps是微孔曝气机注射成型设备初期开发时最为常用的材料。未发泡时其是一种既脆又透明的无色材料,发泡后变白,加人少量润滑剂可以提髙其注射成型流动性, 有助于脱模。其密度低(1.05 ~1.08g/cn^);高于100尤时会变软;在185t左右变为 黏流体;耐酸、碱、酒精、蔬菜油、脂肪和石蜡。gpps注塑件颜色丰富多彩。在大多 数情况下gpps都是未改性的,但有时偶尔使用颜料、染料和改善流动性的添剂 gpps的全要应用之一就是生产泡沫。
图1-1给出了未填充gpps微孔曝气机泡沫的形态结构,所用发泡剂为,用量为a 3% (质量分数);平均泡孔尺寸为25(jim,泡孔密度为8.1 xlo7个泡孔/emss这是稳定成型 时的典型泡孔结构,注塑件表面质量良好。批处理工艺可以制备尺寸为的小泡孔,任意一处的泡孔密度均为109~10k个泡孔/cm3。具有这种泡孔结构的微孔曝气机ps的 韧性是未发泡ps的6倍
—般来说,无论使用何种气体,gpps微孔曝气机泡沫都是闭孔结构的。然而,通过成核 并且在150^以上促使泡孔长大可以制备出开孔微孔曝气机gpps,或者在高饱和压力时使成核后的泡孔压力足够高,从而把泡孔打开。一般来说,n2的溶解度大大低于c(\,但 两者的扩散速率相当
gpps很容易制备出密度超低、泡孔密度很高的优异微孔曝气机结构。将不同气体发泡的不同泡孔结构进行比较,用16% (质量分数)c02发泡的gpps微孔曝气机泡沫产生比较大的 泡孔,泡孔间壁薄,与suh提出的紧密堆叠模型类似。但这种结构并不适合于大多数注 塑件,仅适用于某些保温或包装制品。
4.3.3     pc的微孔曝气机成型
具有重要商业应用价值的pc是由双酚a衍生而来的,这种单体是由苯酚和丙酮在 酸性条件下反•应制得的。,使用的其他单体还有碳酰氯和二苯基碳酸酯:1]。所得注射成型 级pc的相对分子质量为25 000 -35 000,其在tg下的自由体积高于通常情况下的其他聚合物,因而其在很宽的温度范围内都有阻尼性。一定程度的结晶使其具有很高 的韧性,这可能是大量气体可以在7;左右的低温下溶于pc自由体积的原因所在。 pc的冲击强度取决于厚度,其还具有优异的耐蠕变性和光学性能,热变形温度范围为 143^0 s
pc用注射模具必须要能够承受很高的成型温度,能够成型高熔体黏度的材料, 使富气体熔体的黏度有一裡下降,但微孔曝气机成型大幅度降低了型腔压力f见下面实例研 究中的数据)。
pc熔体牢牢粘附于金属上,而且如果可以在机筒内冷却,会因收缩而从机筒壁上拉下几片金属来。因此,微孔曝气机注射成型时需要停机清洗机筒中的pc。
pc加工前也需要干燥。树脂中未得到恰当干•堤的残余水分会在成型温度下与树脂 进行化学反应,降低其相对分子质量,进而使韧性和冲击强度下降。
一般来说,pc是一种易于使用的微孔曝气机注射成堇非结晶性材料,冷却后几乎不结晶,没有观察到后结晶现象[1],这是pc易于微孔曝气机发泡的一个重要特性:图3-3所示为微孔曝气机注塑件表层-芯层结构的典型sem图片,取自未填充pc的横载s !标尺为 所用发泡剂为n2。试样厚度为3. 7mm,表层厚度为0.65mm,平均s孔!1脅为45^: 芯层泡孔小,表层附近泡孔大(除加工缺陷产生的一两个大空隙於| : 5型条&5下: 模具温度71弋,熔融温度304尤;压力降速率(dp/dt) 1.7^10"p^s,减重13ft:
hwang等人已经研究tn2发泡的pc微孔曝气机注塑件的力学性能结果表明,其韧性高于未发泡注塑件。微孔曝气机成型条件对pc注塑件的影响总结如下:
1) 熔融温度升高时,拉伸强度和韧性提高。
2) 模具温度升高时,拉伸强度提高,韧性下降。
3) 熔融塑化压力升高时,拉伸强度提高,韧性下降。
4) 注射量增加时,拉伸强度提高。
作为研究实例的用(质量分数为20%)和不用玻璃纤维增强的lexan®树脂是微孔曝气机 注塑件常用的lexan®树脂。所选结果在下面的实例中进行讨论,将微孔曝气机注塑件与未发 泡注塑件的性能变化进行比较。这些研究实例是高黏度非结晶性材料以及填充与未填充材料之间差异的典型参考数据。设备和实验条件与上述pbt实例研究相同。
1. 成型加工
未填充pc (lexan® 940a-116)传统注射成型的工艺条件是:机筒温度293〜 310^ ,模具温度约为49t,熔体背压约为6mpa。微孔曝气机成型时熔体背压为wmpa,注射 量小于不发泡成型。
填充pc (lexan® 3412r-739)传统注射成型的条件几乎与未填充pc相同,两者之 间的结果更具可比性。
微孔曝气机成型减重25%时,未填充pc的型腔压力降低46%,而填充pc可实现的最大 减重为15%,最大型腔压力下降45%。
此外,微孔曝气机成型时,未填充和填充pc的最大注射压力都下降了大约13%。
已经在低熔融温度下成功实验了未填充pc的微孔曝气机成型。后三段的机筒温度下降 28^;熔融温度为220t,而传统注射成型为251
在未达到螺杆的最大扭矩时未填充pc微孔曝气机成型可实现的最低熔融温度为283t, 而传统不发泡成型为310t。
2. 收缩率
减重幅度加大时,未填充pc树脂的收缩率稍有增大,减重25%时发泡试样的收缩 率提高了 4% 5而填充树脂的收缩率随减重幅度的提高而下降。不同熔体温度时填充pc
试样的收缩率没有统计误差。       '                           '
3.   阻燃性能
,未填充和填充pc制备的所有矩形板都通过了 5-v阻燃标准测试。pc微孔曝气机注塑件
和未发泡注塑件之间没有显著差异。
4.   热性能
对未填充和填充的pc树脂来说,减重幅度加大时,热导率都会下降。减重25% 时,热导率下降26%,说明发泡提高了其隔热性能。但是,机筒温度不同时未填充和
填充pc的热导率没有太大的差异。
5.   流变性能
未填充pc树脂的流变性能受注射成型工艺的影响,.微孔曝气机成型时黏度值大幅度 下降。
与预测的增强材料一样,填充pc树脂的流变性能受注射成型工艺的影响显著,而微孔曝气机成型时材料的黏度平均下降12%,螺杆设计、背压和停留时间都会使其流变性能 大幅度下降。
6.   动态力学分析
与其他力学实验类似,动态力学分析(dma)表明微孔曝气机成型使未填充pc的弹性 模量下降了 21%,而填充pc下降了 19%。发泡和未发泡时玻璃化转变温度几乎都没 有变化。
%弯曲性能
未填充pc的弯曲模量随减重幅度的加大而下降。减重25%时微孔曝气机注塑件的弯曲模量比未发泡注塑件下降28%。
微孔曝气机发泡的填充pc矩形板在减重22%时弯曲模量下降了 n%。降低熔融温度会稍微提高发泡试样的弯曲模量(下降7%3:s
8.   拉伸性能
未填充pc mucell®工艺注塑件的弹性模量下降了 38% (减重25%时)§
填充pc微孔曝气机注塑件(减重22%时)的弹性模量下降了 31%,降低熔融温度对保 持拉伸性能没有影响。
9.   冲击性能
填充pc发泡注塑件(厚3. 7mm)减重22%时总冲击吸收能量下降29% ,减重 10%时则不受影响。降低熔融温度减少了试样冲击吸收能量的下降(6%)。微孔曝气机成型 对冲击吸收能量的影响更大,对2mm厚的薄注塑件来说,减重10%时总冲击吸收能量下降了 33%。
10.  表面缺陷
未填充pc薄壁注塑件起泡,而相同壁厚的填充注塑件则不起泡。这说明填充pc 中存在的玻璃纤维大大促进了成核,解决了造成表面起泡的相分离问题。
4.3.4其他重要非结晶性材料的微孔曝气机成型
还有很多非结晶性材料已成功用于微孔曝气机注射成型。下面介绍了几种非结晶性材料, 其加工数据和材料性能数据都适用于工业应用。

第4章.._微孔曝气机法射成墅用材料 m
'u高抗冲聚苯乙烯(ps-m)的微孔曝气机成型很明显,图3"2中ps-ffl的泡孔结构不如图1-1中gpps的,但与图3*4批处理工 艺所得ps-k[的袍孔结构类似,只不过泡孔尺寸比较大:ps-hi中的橡胶相尺寸和形态 都会显著影响最终泡孔的形态结构图3-1所示注塑件表面责量不如图34所示的注塑 件,强度下降也很大。
聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)的微孔曝气机成型 pmma是一种透明度高、透光率优异的材料,耐紫外线照射.密度曳低.非常适合 用作光学部件。pmma也是一种好的微孔曝气机成型用材料,%和(:03都£成功用作其发泡 剤。%在™]^中的典型用量为0.6% ~0.8% (质量分数如果泡孔结构需要改善. 注射成型时的最大用量可达1%。然而,'n2用量高时注塑件的表面质量很差批耸理时cog在pmma中的最大用量为13% (质量分数),注射成型时为8% (质量分数 很明显,批处理工艺中气体在pmma中的最大吸收量高于注射戚型中扩散进pmma中 的最大气体量,这是因为气体在注射成型中的计量时间受到限制。
发泡和未发泡pmma注塑件之间没有明显的外观差异。发泡注塑件会变白,因此 只蜜用于对透明度没有要求的制品。
1聚砜(psu>的微孔曝气机成型
实验表明,psu已经成功用于微孔曝气机注射成型。主要有4种不同的砜:标准砜、聚芳 基,、聚醚基和聚苯基。市场上成功商业化的psu品种之一是4, 4'-二氯二苯砜和双酚a 基聚(芳基醚砜),是联碳公司1965年以bakelite聚砜推出的,商标为如1®,是一种 通用注射成型级树脂。其主链最明显的特征是具有二亚苯基砜基团,预测其具有优异的耐热性和抗氧化性,甚至在高温下也能保持高硬度。
聚合物主链的柔韧性有望赋予其韧性,这是醚键和异丙撑键适度增强的结果,再踢改善其加工性能;醚键还有助于提高其热稳定性。
psu会吸收少量水分,虽然水分不能从化学结构上使聚砜分解》但会使其发泡、在注塑件上产•生银纹。解决这一问题的方法是在微孔曝气机注射成型之前将水分含量减少至 0:05% (质量分数)以下,因为氷分引起的发泡会产生大孔而不是微孔曝气机。
psu线形尺寸的增加与所吸收的水分含量成正比,水分每增加0,1% (质量分数), 其尺寸就会加大0. 012%ia] :b
与所有芳香族聚合物一样,psu的耐紫外线(uv)性差,但着色和填充的psu树 脂有助于改善其uv稳定性。例如,炭黑能改善其uv稳定性,已经成功用其作太阳能 集热器的吸收板。另外,炭黑在微孔曝气机成型中也起到了优异成核剂的作用a
ps3的流变性能与pc类似,其玻璃化转变温度高,而且psu和pc都对剪切不敏 感,惧此,高的成型温度是降低黏度、顺利成型的有效方法=已经发现,微孔曝气机成型时充 足的气体扩散到了熔融psu中,进而降低了成型温度和注射压力^
4.聚醚酰亚胺(pei)
pei是一种高性能非结晶性热塑性材料,由有规律重复的醚键和酰亚胺键构成。芳 香酰亚胺单体赋予其硬度,而醚键使其具有优异的熔体流动性和加工性能。pei是一种
很好的工程塑料,能够满足电气/电子、运输和工业市场应用的高难度设计要求。通用电气公司(现sabic创新塑料公司)已将其商业化,商标为ultem®[22]
trexel公司于1999年将ultem®材料成功用于微孔曝气机成型实验,自此,很多公司都开 始使用ultem®,因为它是一种使用广泛、性能优异的工程材料。其加工窗口比大多数工程塑料都宽得多,尽管成型温度高达但微孔曝气机成型很容易。即使成型温度很 高,但其黏度也很高,与聚碳酸酯、聚砜类似。微孔曝气机成型的优势之一是加工过程中 ultem®与气体的混合物的黏度很低,因此,ultem®材料微孔曝气机成型时注射压力低于传统注 射成型。而且,微孔曝气机成型时仍需将其在150t下干燥4h。如果成型周期长,微孔曝气机注射成 型时最好使用料斗干燥器。
ultem®材料的另一个独特性能是不需要添加阻燃剂、稳定剂就具有优异的阻燃性和 uv稳定性。换句话说,也就是它可以在无有害腐蚀剂的低腐蚀性环境中成型加工。高热变形温度和稳定的电性能也是其所具有的特殊性能。一般来说,ultem®是一种比较昂 贵的材料,微孔曝气机成型可以控制泡孔结构,节省材料,且性能并没有明显降低。
防堵喷头
反射型ii喷头
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