Вступ до технології поліпропілену піноутворення
Зі збільшенням вимог до захисту навколишнього середовища, переробки відходів та економічності в продуктах, методи фізичної піноутворення за допомогою таких агентів, як CO2, N2 та ізопентан, привернули значну увагу. В даний час CO2 є найбільш широко використовуваним піноутворенням.
Основний метод підготовки мікропористих полімерних матеріалів з використанням надкритичної рідини передбачає створення сильно насиченої суміші розплаву/газу для розплаву/газу та індукування термодинамічної нестабільності під час процесу охолодження. Контролюючи такі параметри, як тиск і температура, в полімерній матриці утворюються мікроцелюлярні структури, при цьому надкритична рідина діє як нуклеїдне середовище. Ключові кроки в цьому процесі такі:
Система насичення полімеру/газу
При певній температурі застосовується відповідний метод для розчинення високого тиску, нереактивного газу (наприклад, CO2 або N2) в полімер, утворюючи однорідну систему насичення полімер/газу. Концентрація газу зазвичай становить від 5% до 20%. Дифузія газу всередині полімеру повільна і може бути прискорена за рахунок підвищення температури та тиску.
Зародження
Знижуючи тиск та/або підвищення температури, полімер/газова система потрапляє в термодинамічно нестабільний стан, стаючи перенасиченими. Це запускає однорідне та неоднорідне зародження, що призводить до утворення численних газових бульбашок.
Зростання міхура
Перенасичений газ дифундує в бульбашки, внаслідок чого вони ростуть і зменшують вільну енергію системи. Зростання міхурів контролюється такими факторами, як час, температура, перенасичення, стрес та в'язкопружні властивості системи.
Стабілізація мікропориста структура
Такі методи, як гасіння, використовуються для стабілізації структури міхура.
Уніфікована висококонцентраційна полімер/газова система та точний контроль зародження та зростання міхурів є критично важливими для процесу. Мікроцелюлярні піни, що виробляються, зазвичай мають розміри пор, починаючи від 5-30 мкм. Порівняно з традиційними пінопластовими листами, ці мікропористі матеріали демонструють 30% -40% більшу міцність на розтяг та стиск для однієї щільності, і вони можуть бути вироблені на існуючих виробничих лініях. Поєднання надкритичної технології рідини та пластичного лиття вприскування зробило пряме виробництво мікроцелюлярних продуктів, що займаються введенням поліпропілену, реальністю.
Технологія піноутворення поліпропілену високої міцності
У звичайній поліпропіленовій піноутасуванні в'язкість різко зменшується вище точки плавлення кристалізації, що ускладнює контроль температури під час екструзії. Однак поліпропілен повинен підтримувати достатню струмову в екструдері, а також мати адекватну міцність розплаву та еластичність для збереження регулярної структури міхура. Таким чином, поліпропілен високої міцності розплаву має вирішальне значення в процесі піноутворення.
Наприклад, Propax F814 Resin, вироблена іноземною компанією, має довгі бічні ланцюги, запроваджені під час процесу післяполімеризації, надаючи йому в 9 разів більше міцності розплаву звичайних гомополімерів з подібними характеристиками потоку. Поведінка бульбашок у лінійному РП та розгалуженому РП під час піноутворення значно відрізняється. Лінійні ПП демонструють високий вміст відкритих клітин, а бульбашки швидко зливаються, навіть під швидким охолодженням. На відміну від цього, розгалужена РП має тенденцію утворювати закриті клітинні структури з мінімальним злиттям бульбашок, що робить його придатним для досягнення високої міцності розплаву.
Технологія зшитого поліпропіленового піноутворення
Деякі компанії також прийняли перехресні процеси для виробництва поліпропіленових пін, таких як змішування ПП з ПЕ та зшиванням ПЕ. Наприклад, компанія розробила мікрозіркову поліпропіленову піну з використанням двоступеневого процесу: спочатку, екструдуючи твердий аркуш товщиною 3 мм, потім зшиваючи його пероксидом або опроміненням, і, нарешті, розміщуючи його в судні високого тиску (до 69 МПа) з N2 для індукції піни. Цей метод призводить до піни з 1 0% структури закритої клітини та щільності 0,3 г/см³. Ця піна використовується в таких програмах, як автомобільні деталі та спортивні товари.
Ключовим фактором цього процесу є зшивання смоли ПП перед піноутворенням, що зменшує розплави в'язкість і мінімізує розрив міхура під час піноутворення. Зшиті піни PP демонструють значно кращу тепловідповідач (30-50 ступінь вище) та продуктивність теплового повзучості (у 100 разів краще) порівняно з неперевершеними пінами. Однак висока кристалічність та труднощі ПП у зшиваннях присутніх проблем, що вимагають точного контролю умов реакції для мінімізації деградації.
Нуклеїстальні засоби в піноутуванні
Виробництво мікроцелюлярних пінів РП із звичайними термозетками або аморфними термопластичними технологіями важко завдяки низькій розчинності з газом у кристалічній області РП, що обмежує зародження міхура та ріст. Додавання невеликої кількості бензоату натрію як нуклеїруючого агента може знизити поверхневе натяг полімеру, сприяючи зародженню міхура. Однак тальк, який утворює міцний зв’язок з ПП, не є ефективним як нуклеїдний агент і не повинен використовуватися.