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    擠出發泡 使用Teledyne Isco 柱塞泵

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    概述
        使用物理發泡劑(PBAs)的擠出發泡工藝,已經在生產低密度熱塑性泡沫塑料中成功運用了一段時間。PBAs是惰性氣體、揮發性碳氫化合物,或在加工過程中被計量并溶解在聚合物熔體中的氫氟碳化合物(HFC)。這個擠出發泡工藝可以使用一臺擠出機或兩臺擠出機串聯運行。串聯系統也可以使用一個雙擠出機作為主擠出機。
     
    該過程的基本步驟包括:

    • 固體聚合物的熔化

    • 向聚合物熔體中注入和溶解發泡劑

    • 含發泡劑熔體的冷卻

    • 成核起泡

    • 合成細胞結構的穩定化

    Teledyne Isco柱塞泵對控制發泡劑含量的準確和一致性在以下實驗系統中得到了驗證。
     
    實驗步驟
    圖1展示了使用環形模具和單螺桿生產泡沫板的系統示意圖

    發泡1.jpg

    Figure 1: 環形模單擠壓系統

     
        圖2展示了使用毛細管模具生產泡沫長絲的串聯系統。第一臺擠出機熔化塑料顆粒,然后將熔體與ISCO柱塞泵供應的注入發泡劑(BA)混合。第一臺擠出機末端的混合段有助于快速分散發泡劑,使其與聚合物熔體形成單相溶液。第二臺擠出機有助于使溫度和發泡劑濃度均勻化。
         齒輪泵可用于精確控制質量流量。下游設置根據需要而變化。

    發泡2.jpgFigure 2: 毛細管模串聯擠出系統

     
    結論和影響
        在一個典型的實驗中,從“恒壓”模式下運行的柱塞泵注射氣體開始。當聚合物熔化并由擠出機向前傳送時,柱塞泵變為“恒流”模式,保持準確和一致的泵送。
        通過控制Teledyne Isco柱塞泵的流量可以改變發泡劑的用量,并研究了氣體含量對氣泡形貌的影響。
        圖3顯示了用超臨界CO2吹塑擠出低密度聚苯乙烯(PS)的孔密度和膨脹率,同時改變模具幾何形狀(如燈絲模具的直徑和長度)和溫度。

    發泡3.jpgFigure 3:(a)擠出低密度聚苯乙烯泡沫塑料的孔密度和 (b)膨脹率

        圖4顯示了在不同模具的幾何形狀和溫度下,以5%重量超臨界CO2吹制的低密度聚丙烯(PP)的孔密度和膨脹率。

    發泡4.jpgFigure 4:(a)CO2發泡擠出低密度PP泡沫的孔密度和(b)膨脹率

     
        圖5顯示了在改變滑石粉(成核劑)含量和溫度的情況下,用氮氣吹塑擠出高密度PP的孔密度和膨脹率。

    發泡5.jpgFigure 5: (a) N2吹塑擠出高密度PP泡沫的孔密度和(b)膨脹率

     
        圖6顯示了在改變模具壓降率和滑石粉含量的情況下,用N2吹塑擠出高密度PP的泡孔形態。值得注意的是,溫度對低密度泡沫的膨脹行為影響很大,而溫度對高密度泡沫的膨脹行為沒有影響。在這兩種情況下,氣體含量和模具幾何形狀顯著影響膨脹行為,并且氣體含量影響氣泡密度。

    發泡6.jpgFigure 6: N2 吹塑高密度PP泡沫的泡孔形態


    發泡7.jpg 

     
    參考文獻
    1) Lee, S.T.; Park,C.B.; Ramesh, N.S. “Polymeric Foams:Science and Technology.” CRC. 2006.
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