衢州超臨界二氧化碳發泡廠家
發布時間：2024-11-28 00:57:08
衢州超臨界二氧化碳發泡廠家
與傳統注塑制品相比，微孔發泡注塑制品具有質量更輕、翹曲和內部殘余應力更少、尺寸穩定性好、成型周期短等一系列優點。目前，欠注發泡成型是微孔注塑技術中應用為廣泛的工藝之一，具有操作簡單、效率高、能夠生產復雜制件，且能耗少，符合節約材料，降低成本這一發展理念，滿足發泡產品市場化的需求。然而，欠注發泡成型工藝也存在發泡制品內部泡孔易發生大量變形，泡孔尺寸分布不均勻，所得制品表面存在大量的氣痕、銀紋等缺陷，制約了其力學性能的提高和外觀視覺，阻礙了欠注發泡制品的進一步應用。國家復合改性聚合物材料工程技術研究中心的何力團隊采用自主研發的氣體反壓裝置，利用化學欠注發泡工藝研究氣體反壓（GCP）對微孔注塑過程中發泡行為的影響。研究發現，采用氣體反壓可以減少發泡注塑制品的泡孔變形以及不均勻等缺點，改善了泡孔的形態。實驗方法聚丙烯微孔發泡將PP、發泡劑(AC)、發泡助劑[Zn(St)2／ZnO]按照98.5∶1∶0.5的比例混合均勻后加入料筒中進行塑化。然后打開氣體反壓裝置，在型腔中分別注入固定的GCP為0，0.2，0.4，0.6，0.8 MPa的氣體，隨后按照表1的工藝參數注射熔融樹脂進行發泡，冷卻后，取出PP發泡樣品。GCP對充模過程中熔體壓力的影響熔體注射完后，熔體壓力瞬間達到值。隨著GCP從0增加至0.8 MPa，熔體內部壓力從1.55 MPa增大到2.16 MPa，注射完成后，隨著氣體的排出，熔體壓力瞬間下降，隨著冷卻收縮，熔體壓力逐漸趨于0 MPa。由此可知，GCP可以明顯地提高熔體充模過程中的熔體壓力，改善欠注發泡過程中的熔體壓力環境。 GCP對泡孔質量的影響在沒有施加氣體反壓時，由于熔體流動速率遠大于泡孔的膨脹速率，泡孔發生流動剪切變形，導致末端位置的泡孔在皮層區域受到剪切作用時間和作用力較大，在流動方向上出現很大的變形，泡孔發生撕裂合并現象，泡孔形貌極不規則，而中間區域的泡孔形態受到剪切力較小，呈現規整圓形形態。同時發現，隨著GCP的增大，皮層附近撕裂變形的泡孔區域變小，熔體內部芯層泡孔從橢圓形向規整圓形形態轉變，規則泡孔區域所占比例增大，泡孔之間呈現獨立分布。當GCP達到0.8 MPa時，皮層附近泡孔呈現出相對較好的圓形形態，此時整體泡孔的變形較小。這是因為GCP可以有效地降低泡孔在充模過程中受到的流動剪切作用，GCP值越大，泡孔在遷移過程中受到熔體壓力越大，泡孔受到熔體的約束力大，泡孔不易發生變形。GCP對泡孔結構參數的影響GCP對泡孔結構參數的影響如下圖所示。可知，在常壓下泡孔的非變形層(也就是規則泡孔區)厚度僅占整個樣品厚度的10.9%；隨著GCP的增大，泡孔的非變形層所占比例逐漸升高，GCP為0.8 MPa時，升高至26.7%。而泡孔變形層區域厚度所占比例隨著GCP的增大而大幅度下降，從63.7%下降到45.4%，這說明GCP可以減小泡孔變形層，增大規則泡孔區域范圍。對變形層的泡孔變形度進行統計，如下圖所示，泡孔的平均長度隨著GCP的增加，整體呈現減小的趨勢，泡孔的平均寬度隨著GCP的增加而逐漸增大，泡孔的變形度隨GCP的增大而減小，由常壓下0.530的泡孔變形度降低到GCP為0.8 MPa下的0.304泡孔變形度，即GCP可以減小泡孔長度與寬度的差距，使變形區的泡孔變形程度減小。對不同GCP下泡孔非變形層的泡孔直徑進行統計，見圖c，隨著GCP的增加，當GCP為0.2 MPa時泡孔直徑略有減小，但隨著GCP的進一步增大，泡孔直徑從36.09 μm增大到41.93 μm。這是因為GCP的增大使得熔體的壓力也隨之增大，使得泡孔的成核臨界能壘升高，泡孔的成核速率下降，泡孔在充模過程中受到流動場的影響減弱，更多的氣體在卸壓階段促進泡孔的生長，因此熔體壓力越大，泡孔直徑越大。GCP提高了充模時的熔體壓力，有效地降低了泡孔的變形，且隨著GCP的升高，泡孔直徑增大，泡孔密度下降，發泡材料的質量減少整體趨于不變。結論隨著GCP從0增加至0.8 MPa，熔體內部的壓力從1.55 MPa增大到2.16 MPa，使充模過程中受流動影響的泡孔數減小，減小了泡孔受到的流動剪切力。隨著GCP的增大，泡孔變形層區域厚度所占比例從63.7%下降到45.4%，變形層的泡孔的變形度從0.530下降到0.304，泡孔的平均長度增大。GCP的增加有效地改善了泡孔形貌，減小了泡孔變形層的CP增加了熔體流動時的阻力，提高了注塑充模階段的熔體壓力，使得臨界成核點后移，泡孔的成核長大在充模后進行，進而改善了制品泡孔的形貌。
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隨著新能源等行業的快速發展，發泡材料得到大規模應用，因其具有的優異機械性能和無毒（低毒）、絕熱、隔音、絕緣、緩沖、輕量化等性能，在新能源汽車領域的應用更是帶來了行業發展的新契機。隨著國民對于環保、綠色、安全、舒適要求愈加苛刻，對環境友好型的發泡技術和具備可阻燃、可（完全）降解、可導電等新型發泡材料受到追捧，成為國內外研究人員的研究熱點。聚丙烯微孔發泡由華東理工大學化工學院趙玲教授領銜的《高性能聚丙烯微孔發泡材料綠色制備過程的優化和強化》項目斬獲科技進步獎一等獎，發的聚丙烯發泡專用料打破了國外公司的壟斷，聚丙烯微孔發泡材料不斷地在新興領域成功應用，包括新能源汽車動力電池墊片等等，引領了高性能聚丙烯微孔發泡材料的綠色制造和高端應用。發泡材料具有什么優點發泡材料具有較好防震緩沖、隔音、隔熱保溫以及阻燃防爆等特性，其在汽車領域主要用于汽車車載空調用隔熱泡沫管材、汽車減震、新能源汽車電池用發泡硅膠密封墊圈等。目前大多數汽車內飾材料，如地板、頂棚、方向盤、汽車座椅等均為聚氨酯類泡沫材料，這種材料耐候性能較差，易燃且燃燒過程中釋放大量對人體有害的有毒氣體。隨著國內汽車產業節能減排發展趨勢愈加顯著，對汽車輕量化提出了更高要求。特別是在車市持續萎靡、新能源汽車競爭愈發激烈的情況下，輕量化成為汽車產業從困境中突圍的重要方向。整車廠、改性塑料企業都在加大輕量化材料領域的布局。發泡材料在新能源汽車領域的新應用新能源電動汽車的技術關鍵在于其高能量密度鋰電池的充放電技術及安全性能。鋰電池在使用過程中必須保持絕佳的防水防塵效果，而易發熱自燃是影響其安全使用的頭等難題。在暴雨、淺灘、霧霾等極端條件下，為滿足汽車行駛過程中動力電池的密封和緩沖保護的要求，特斯拉等美國車企率先將發泡硅膠這一小眾材料應用到動力電池上。例如：特斯拉model3電池PACK包為了減輕模組重量、提升安全性，大量使用有機硅發泡灌封材料來保護單個電芯，可在一定時間內有限阻止電池包上部熱量傳輸給電芯導致熱失控。由于特斯拉在動力電池組技術方便的標桿作用，大大加速硅膠發泡材料在動力電池PACK包上的應用推廣。聚丙烯微孔發泡材料技術在新能源汽車競爭愈發激烈的情況下，微孔發泡技術讓汽車駛向輕量化——在汽車非金屬部件的輕量化領域，微孔發泡材料是行業競相研究的主要課題之一。2018年，中石化就將聚丙烯微孔發泡材料應用技術開發列為重點課題。日常生活中，當人們購買兒童玩具、家具用品等塑料制品時，都會十分在意其材質是否無毒無味、綠色環保，近年來綜合性能優異、可回收的聚丙烯發泡材料已成為泡沫塑料家族中的“新寵”，日益受到熱捧，是聚合物泡沫材料中增長速度快的品種。聚丙烯作為產量大、增長量快、應用領域廣泛的五大通用熱塑性樹脂之一，其高品質發泡材料的綠色制備一直是聚合物發泡領域的熱點與難點。其中，超臨界CO2（二氧化碳）發泡聚合物技術是制備聚丙烯微孔發泡材料的關鍵核心技術。聚焦發泡材料綠色制造新技術2016年，由華東理工大學牽頭申報的國家重點研發計劃“重點基礎材料技術提升與產業化”重點專項項目——“聚合物材料的輕量化技術”獲準立項。該項目所聚焦的正是運用綠色高效發泡工藝，開展聚合物輕量化的應用基礎—共性技術—產業化示范的“一條鏈式”研發工作。據項目團隊專家介紹，聚合物發泡有物理發泡劑和化學發泡劑兩大類。化學發泡劑常常存在化學殘留、發泡過程難控制和不易獲得高發泡倍率等缺點；物理發泡劑中的氟氯烴類則對臭氧層有破壞作用，已逐漸被禁止和限制使用；一些新型氟碳氫化合物的全球變暖潛能值仍相對較高或價格昂貴，烷烴類發泡劑則易燃燒不安全。相比傳統發泡劑影響氣候、火災危險、有害殘留以及VOC排放等問題和弊端，超臨界流體，特別是超臨界CO2發泡聚合物是綠色制造技術，被工信部列入我國優先發展的產業關鍵共性技術，而且CO2進入聚合物后會引起熔點、表面張力和粘度下降、結晶行為改變等一系列變化，可以制備微孔甚至納米泡孔材料。聚丙烯是結晶聚合物，低溫固態發泡受結晶限制，很難制備高發泡倍率產品；高溫發泡聚合物熔體強度不夠無法保持完整泡孔，可操作窗口窄。因此，大規模制造具有穩定均勻泡孔形貌和外形尺寸的高發泡倍率微孔材料難度大。了攻克這一難題，近年來，團隊聯合無錫會通、中石化北化院、浙江新恒泰、鎮海煉化等單位，在合適物料體系、可控工藝過程和高效工業裝備等方面開展了超臨界CO2發泡聚丙烯的優化、強化和工程化等系列工作，形成了“適合超臨界CO2發泡的聚丙烯專用料“分步/分段發泡新工藝”“優化構建流場結構實現高效規模制備”等三大技術創新優勢：根據在低于其流動溫度的可變形區發泡既可以突破結晶的制約又能保證發泡材料微孔結構和外形尺寸的穩定成型這一發泡機制，開發了兼具較寬發泡溫度窗口和較強的CO2溶解擴散能力的聚丙烯發泡專用料，以及能有效改善泡孔結構和表觀形態的新型功能助劑/添加劑；CO2變壓飽和提高了過程效率和發泡倍率，氣泡成核和生長的分段實施大幅減小了高壓設備體積；釜壓發泡、模壓發泡等高壓設備和聚合物預成型體的結構優化設計保證了均勻的壓力場、溫度場和速度場，成功實現了低密度聚丙烯微孔發泡材料的規模制造和柔性生產。目成果利用上述創新技術，項目已成功建設了2套年產3萬立方模壓發泡裝置，實現了低密度聚丙烯微孔厚板的制造；新建了4套、優化改造了3套年產4-6萬立方的釜壓發泡裝置，生產效率提高25%，成品率提高到99%以上；發泡專用料已在鎮海煉化生產；2016-2018年新增產值3.31億，利稅1.09億。隨著應用市場快速開拓，2019年共推廣新建了13套裝置，市場占有率高和競爭力強。項目團隊獲得授權發明專利8件、實用新型專利8件；相關研究成果發表了46篇SCI/EI收錄論文，“國外同行認為我們全面系統地研究了CO2間歇發泡聚丙烯行為。”科技查新表明，模壓發泡的工程化技術達到國際領先水平，釜壓發泡的優化與強化技術具有國內外新穎性。
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POE是乙烯和辛烯的共聚物，其中共聚單體辛烯（C8H16）的含量為20%-30%。分子結構中辛烯的存在破壞了乙烯的結晶，但是同時也賦予共聚物優良的透明性和良好的彈性。在常溫下乙烯的結晶作為物理交聯點，在高溫下乙烯解結晶使共聚物具有塑性。窄的分子量分布使POE具有較高的拉伸強度和抗沖擊性等。由于辛烯的支化作用，使得共聚物的熱敏性大大提高，大大增強了聚合物的可加工性。與EPDM和EPR相比，α-烯烴在共聚單體中的比重較小，大大減少了分子骨架上的叔氫原子，這使得POE的耐熱氧老化性能大大提高。POE具有優異的性能 (特別是高耐熱氧老化性)，價格相對便宜，因此是一種應用前景廣闊的新型彈性體材料。但是POE熱塑性彈性體材料在實際應用中存在的最大問題就是熱變形溫度較低（熱變形溫度<80℃），這大大限制了該材料的應用領域。熱塑性彈性體POE在高溫下，乙烯結晶相的消失，可能會導致某些性能（模量、耐溶劑性）等發生突變。使用交聯、填充增強等方法可以大幅度提高該材料的使用溫度并改善其它性能。適當的硫化體系和補強體系能有效的提高POE硫化膠的性能，而且通過橡塑共混改性的方法，也可以獲得一種新型POE復合材料，可期望用其代替某些如EPDM等橡膠改性PP，應用于長期處在高負荷、高應變、高溫等苛刻工作環境的橡膠制品中。茂金屬聚烯烴彈性體（Metallocene catalyzed polyolefin elastomer）是杜邦-陶氏(DuPont Dow)彈性體公司采用限定幾何構型催化技術(CGCT) 和INSITE 工藝制成的新型聚烯烴彈性體材料。限定幾何構型催化技術是當今世界上最先進的茂金屬技術之一，它能極其嚴格的控制材料的分子結構，制得加工性能和使用性能優良的所需材料。茂金屬催化劑催化效率高、工藝適應性強和制得產品性能優異，因此很快進入了工業化階段。Engage POE具有相對分子量分布窄、聚合物結構可控、聚合物分子可剪裁等一系列特點，其產品具有優異的物理機械性能和加工性能，具有其它高聚物無法比擬的優點。近來，新型聚烯烴彈性體Engage POE越來越受到科研工作者和生產企業的廣泛關注。采用溶液法聚合工藝生產的茂金屬聚乙烯彈性體是在茂金屬催化體系作用下由乙烯和α-烯烴的共聚物，α-烯烴一般為1-己烯和1-辛烯。DOW Chemical公司按照共聚單體含量將POE進行分類，辛烯在共聚單體中含量<20%，密度為0.895g/cm3~0.915g/cm3的彈性體稱為聚烯烴塑性體（POP）；辛烯在共聚單體中含量>20%，在20%-30%之間，密度為0.865~0.895g/cm3，稱為聚烯烴彈性體（POE）商品名為Engage。Exxon化學公司的彈性體一般特指乙丙橡膠。在聚合過程POE分子鏈中的樹脂相（聚乙烯鏈）結晶區起到了物理交聯點的作用，一定量辛烯的引入削弱了聚乙烯鏈結晶區，形成了橡膠相從而成為具有橡膠彈性的無定型區，使得POE成為一種性能優異的熱塑性彈性體[9]。微觀結構決定聚合物的宏觀性能，與傳統聚合方法制備的聚合物相比，聚烯烴彈性體POE具有很窄的分子量分布和短支鏈結構，因而具有高彈性、高強度、高伸長率等優異的物理機械性能和的優異的耐低溫性能。窄的分子量分布使材料在注射和擠出加工過程中不宜產生撓曲，因而POE材料的加工性能優異。又由于POE大分子鏈的飽和結構，分子結構中所含叔碳原子相對較少，因而具有優異的耐熱老化和抗紫外線性能。另外，CGCT技術的應用還能夠有效控制在聚合物線形短支鏈支化結構中引入長支鏈，使材料的透明度提高，同時有效的改善了聚合物的加工流變性能。
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由于光降解材料的局限，以及廣泛的生物來源，目前的研究熱點更多地放在生物降解材料上，相對于光降解材料，生物降解材料的原料來源更加綠色，降解的產物對環境的污染性也更加小。生物可降解材料是一類在酶或微生物的作用下，使維持自身結構的分子鏈逐漸斷裂，形成對環境無害的小分子化合物的材料。 生物降解的方式有生物的物理、化學作用和酶的直接作用。根據來源的不同可以分為微生物降解型的生物材料、合成高分子型的生物降解材料、天然高分子型的生物降解材料。微生物降解材料是以有機物為碳源，微生物進行發酵轉化為高分子聚酯，利用這種高分子聚酯制作為塑料的材料。合成高分子型的生物降解材料是利用化學方法合成在自然界中與原本存在的利于降解的高分子化合物。天然高分子型的生物降解材料是在合成時以淀粉、纖維素、木質素等多糖化合物為原料，在必要的條件下加入生物降解添加劑或經氧化、改性而加工制成的塑料。其中，淀粉基構成的可降解材料和PLA構成的可降解材料是當今研究的熱點，PHB作為可降解材料也有較為廣泛的應用。 淀粉通過植物光合作用而形成的，易得，降解后仍以二氧化碳和水的形式回歸到生態環境中，是完全無污染的非常優良的生物降解材料。針對淀粉作為原料來源的淀粉基塑料是目前可降解材料領域研究的—大熱點。 PLA(聚乳酸）是多糖經過降解發酵制得、純化、聚合而成的環境友好型樹脂。PLA是由乳酸分子在一定條件下脫水縮合而成。PLA在土壤掩埋條件下，在溫度、氧氣、弱堿性的共同作用下，6~12個月降解為乳酸,最終經微生物代謝，形成二氧化碳和水。PLA因其優良的生物相容性和機械強度，被廣泛應用于新興功能型醫用高分子材料如醫用手術縫合線、骨科用固定材料等。 PHB(聚β-羥基丁酸酯）是細菌體內碳源和能源的以顆粒狀儲存的酯類積累物。PHB對氣體有阻擋性，能用于未添加抗氧化劑的食品的包裝袋;PHB有良好的生物相容性，可用于手術縫合線、骨折固定材料;因PHB能夠降解，可用于與農藥或貴重藥品的包埋處理。因為PHB用細菌發酵法進行生產，所以PHB的生產重點放在基因工程等技術。針對其易結晶、較脆、降解速度較慢的缺點，如何通過物理或化學的方法改善PHB的性能成為研究的重點對象。