Johdanto polypropeenin vaahtoava tekniikka
Tuotteiden kasvavien ympäristönsuojelun, jätteiden kierrätyksen ja kustannustehokkuuden vaatimusten myötä fysikaaliset vaahtoamismenetelmät, joissa käytettäviä aineita, kuten CO2, N2 ja isopentaani, ovat saaneet merkittävää huomiota. Tällä hetkellä CO2 on yleisimmin käytetty vaahtoava aine.
Perusmenetelmä mikrohuokoisten polymeerimateriaalien valmistamiseksi ylikriittistä nestettä käyttävät erittäin tyydyttyneen polymeerisula-/kaasuseoksen luomisen ja termodynaamisen epävakauden indusoivan jäähdytysprosessin aikana. Hallitsemalla parametreja, kuten painetta ja lämpötilaa, mikrosolujen rakenteet muodostuvat polymeerimatriisissa, ja ylikriittinen neste toimii ytimeen. Tämän prosessin keskeiset vaiheet ovat seuraavat:
Polymeeri/kaasun kylläisyysjärjestelmä
Tietyssä lämpötilassa käytetään sopivaa menetelmää, joka liuottaa korkeapaineinen, ei-reaktiivinen kaasu (esim. CO2 tai N2) polymeeriin muodostaen homogeenisen polymeerin/kaasun kyllästymisjärjestelmän. Kaasupitoisuus vaihtelee tyypillisesti 5% - 20%. Kaasun diffuusio polymeerissä on hidasta ja sitä voidaan kiihdyttää lisäämällä lämpötilaa ja painetta.
Ydin
Polymeeri/kaasujärjestelmä siirtyy termodynaamisesti epävakaaseen tilaan vähentämällä painetta ja/tai nousevaa lämpötilaa ja muuttuu ylikyllästetyksi. Tämä laukaisee homogeenisen ja heterogeenisen ytimenmuodostuksen, mikä johtaa lukuisten kaasukuplien muodostumiseen.
Kuplan kasvu
Ylimyllinnöllinen kaasu diffundoituu kuplia, aiheuttaen niiden kasvavan ja vähentämään järjestelmän vapaata energiaa. Kuplan kasvua säätelevät tekijät, kuten aika, lämpötila, ylikylläs, stressi ja järjestelmän viskoelastiset ominaisuudet.
Mikrohuokoinen rakenteen stabilointi
Menetelmiä, kuten sammutusta, käytetään kuplarakenteen vakauttamiseen.
Yhdenmukainen, korkean keskittyvä polymeeri/kaasujärjestelmä ja ytimen ja kuplakasvun tarkka hallinta ovat kriittisiä prosessille. Tuotetuissa mikroparvavaahdoissa on tyypillisesti huokoskokoja, jotka vaihtelevat 5-30 μm. Verrattuna perinteisiin vaahdotettuihin levyihin, näillä mikrohuokoisilla materiaaleilla on 30% -40% suurempi vetolujuus ja puristuslujuus samaan tiheyteen, ja niitä voidaan tuottaa olemassa olevilla tuotantolinjoilla. Superkriittisen nesteteknologian ja muovin injektiomuovan yhdistelmä on tehnyt mikropolypropeenin injektio-moldientuotteiden suoran tuotannon todellisuudeksi.
Korkea sulan lujuus polypropeenin vaahdotustekniikka
Tavanomaisessa polypropeenin vaahtoamisessa viskositeetti vähenee jyrkästi kiteytymisen sulamispisteen yläpuolella, mikä tekee lämpötilan hallinnan suulakepuristuksen aikana vaikeaa. Polypropeenin on kuitenkin säilytettävä riittävä virtaus suulakepuristimessa, samalla kun se on myös riittävä sulan lujuus ja joustavuus säännöllisen kuplarakenteen säilyttämiseksi. Korkea sula lujuus polypropeeni on siksi ratkaisevan tärkeä vaahtoprosessissa.
Esimerkiksi ulkomaisen yrityksen tuottamassa Profax F814 -hartsissa on pitkät sivuketjut, jotka on otettu käyttöön polymeroinnin jälkeisen prosessin aikana, mikä antaa sille 9-kertaisen tavanomaisten homopolymeerien sulamisvoiman, jolla on samanlaiset virtausominaisuudet. Kuplien käyttäytyminen lineaarisessa PP: ssä ja haaroittuneessa PP: ssä vaahtoamisen aikana eroaa merkittävästi. Lineaarisella PP: llä on korkea avoimen solun pitoisuus, ja kuplat sulautuvat nopeasti jopa nopeaan jäähdytykseen. Sitä vastoin haarautuneella PP: llä on taipumus muodostaa suljettujen solujen rakenteita, joissa on minimaalinen kuplan sulautuminen, mikä sopii suuren sulalujuuden saavuttamiseen.
Silloitettu polypropeenin vaahdotustekniikka
Jotkut yritykset ovat myös ottaneet käyttöön silloitusprosessit polypropeenivaahtojen tuottamiseksi, kuten PP: n sekoittaminen PE: n kanssa ja silloittuneena PE: n kanssa. Esimerkiksi yritys on kehittänyt mikro-ristikkäisen polypropeenivaahdon käyttämällä kaksivaiheista prosessia: ensin puristaa 3 mm: n paksua kiinteää arkkia, silloi sen sitten peroksidilla tai säteilytyksellä ja asettaa sen lopulta korkeapaineiseen astiaan (jopa 69 MPa) N2: n indusoimiseksi vaahtoamisen vaahtoamiseksi. Tämä menetelmä johtaa vaahtoon, jossa on 1 0% suljetun solurakenne ja tiheys 0,3 g/cm³. Tätä vaahtoa käytetään sovelluksissa, kuten autojen osissa ja urheiluvälineissä.
Avain tähän prosessiin on PP-hartsin silloittaminen ennen vaahtoamista, mikä vähentää sulaviskositeettia ja minimoi kuplan repeämän vaahtoamisen aikana. Sidotetut PP-vaahtot osoittavat huomattavasti parempaa lämpövastus (30-50 astetta korkeampi) ja lämpöhyökkäyksen suorituskyky (100 kertaa parempi) verrattuna ei-ristikkäisiin vaahtoihin. PP: n korkea kiteisyys ja vaikeudet silloittumisessa nykyisissä haasteissa vaativat kuitenkin reaktio-olosuhteiden tarkkaa hallintaa hajoamisen minimoimiseksi.
Ytimtäaineita vaahtoaessa
Mikropalvaisten PP -vaahtojen tuottaminen tavanomaisella termosetti- tai amorfisella kestomuovitekniikoilla on vaikeaa johtuen PP: n kiteisen alueen alhaisesta kaasun liukoisuudesta, joka rajoittaa kuplan ytimtä ja kasvua. Pienten määrien natriumbentsoaatin lisääminen ytimenmuodostusaineena voi pienentää polymeerin pintajännitystä edistäen kuplan ytimtä. Talkki, joka muodostaa voimakkaan sidoksen PP: n kanssa, ei kuitenkaan ole tehokas ydinasemana, eikä sitä pidä käyttää.