Introduktion til polypropylen skummeteknologi
Med stigende krav til miljøbeskyttelse, genanvendelse af affald og omkostningseffektivitet i produkter har fysiske skummetoder ved hjælp af agenter som CO2, N2 og Isopentan fået betydelig opmærksomhed. I øjeblikket er CO2 det mest anvendte skummiddel.
Den grundlæggende metode til fremstilling af mikroporøse polymermaterialer ved anvendelse af superkritisk væske involverer at skabe en stærkt mættet polymer smelte/gasblanding og inducere termodynamisk ustabilitet under kølingsprocessen. Ved at kontrollere parametre som tryk og temperatur dannes mikrocellulære strukturer i polymermatrixen, hvor den superkritiske væske virker som det nukleating -medium. De vigtigste trin i denne proces er som følger:
Polymer/gasmætningssystem
Ved en bestemt temperatur anvendes en passende metode til at opløse et højt tryk, ikke-reaktivt gas (f.eks. CO2 eller N2) i polymeren, der danner et homogen polymer/gasmætningssystem. Gaskoncentrationen varierer typisk fra 5% til 20%. Diffusionen af gas inden i polymeren er langsom og kan accelereres ved at øge temperaturen og trykket.
Kimdannelse
Ved at reducere tryk og/eller øge temperaturen kommer polymer/gassystemet ind i en termodynamisk ustabil tilstand og bliver overmættet. Dette udløser homogene og heterogene nucleation, hvilket fører til dannelse af adskillige gasbobler.
Boblevækst
Den overmættede gas diffunderer ind i boblerne, hvilket får dem til at vokse og reducere systemets frie energi. Boblevækst styres af faktorer som tid, temperatur, overmætning, stress og systemets viskoelastiske egenskaber.
Mikroporøs strukturstabilisering
Metoder som slukning bruges til at stabilisere boblestrukturen.
Den uniforme, højkoncentrationspolymer/gassystem og præcis kontrol af nucleation og boblevækst er kritisk for processen. De producerede mikrocellulære skum har typisk porestørrelser, der spænder fra 5-30 μm. Sammenlignet med traditionelle skummede ark udviser disse mikroporøse materialer 30% -40% højere træk- og trykstyrke for den samme densitet, og de kan produceres på eksisterende produktionslinjer. Kombinationen af superkritisk væsketeknologi og støbning af plastikinjektion har gjort den direkte produktion af mikrocellulær polypropyleninjektionsformede produkter til virkelighed.
Polypropylen -skumningsteknologi med høj smeltestyrke
I konventionel polypropylen skumning falder viskositet kraftigt over krystallisationsmeltningspunktet, hvilket gør temperaturstyringen under ekstrudering vanskeligt. Polypropylen skal imidlertid opretholde tilstrækkelig strømningsevne i ekstruderen, mens den også har tilstrækkelig smeltestyrke og elasticitet til at bevare en regelmæssig boblestruktur. Polypropylen med høj smeltestyrke er derfor afgørende i skumningsprocessen.
For eksempel har Profax F814-harpiks, produceret af et udenlandsk selskab, lange sidekæder introduceret under post-polymerisationsprocessen, hvilket giver den 9 gange smeltestyrken for konventionelle homopolymerer med lignende strømningsegenskaber. Boblernes opførsel i lineær PP og forgrenet PP under skumning adskiller sig markant. Lineær PP udviser højt åbent celleindhold, og boblerne smelter hurtigt sammen, selv under hurtig afkøling. I modsætning hertil har forgrenet PP en tendens til at danne lukkede celle-strukturer med minimal boble sammenlægning, hvilket gør den velegnet til opnåelse af høj smeltestyrke.
Tværbundet polypropylen skummeteknologi
Nogle virksomheder har også vedtaget tværbindingsprocesser for at producere polypropylenskum, såsom at blande PP med PE og tværbinding af PE. For eksempel har et firma udviklet et mikrokrosslinket polypropylenskum ved hjælp af en to-trins proces: først, ekstruderet et 3 mm tykt fast ark, derefter tværbinding det med peroxid eller bestråling og til sidst placere det i et højpressekar (op til 69 MPa) med N2 til inducering af foaming. Denne metode resulterer i et skum med 1 0% lukket cellestruktur og en densitet på 0,3 g/cm³. Dette skum bruges i applikationer som bildele og sportsvarer.
Nøglen til denne proces er tværbindende PP-harpiks før skumning, hvilket reducerer smeltet viskositet og minimerer boblebruddet under skum. Tværbundne PP-skum udviser markant bedre varmemodstand (30-50 grad højere) og termisk krybning (100 gange bedre) sammenlignet med ikke-crosslinkede skum. PP's høje krystallinitet og vanskeligheder i tværbinding præsenterer imidlertid udfordringer, hvilket kræver præcis kontrol af reaktionsbetingelser for at minimere nedbrydning.
Nukleating -agenter i skummende
Det er vanskeligt at fremstille mikrocellulære PP -skum med konventionel termohærdet eller amorfe termoplastiske teknologier på grund af den lave gasopløselighed i det krystallinske område af PP, hvilket begrænser boblens nucleation og vækst. Tilsætning af små mængder natriumbenzoat som et kernetiemiddel kan sænke overfladespændingen af polymeren og fremme boble -nucleation. Talc, der danner et stærkt binding med PP, er imidlertid ikke effektiv som et nukleatingmiddel og bør ikke bruges.