超临界CO2/PP挤出发泡工艺研究

论文摘要

聚丙烯（PP）树脂是一种应用广泛的通用塑料，它具有来源广泛、成本较低、容易回收等优点，而PP发泡材料更是以良好的耐热性、优异的缓冲性能和易降解等独特性能成为泡沫塑料行业中的热点，可广泛应用于包装、汽车、建筑等工业领域。目前日本、德国等少数国家已经掌握了工业化生产的关键技术，但是采用超临界CO2挤出发泡PP还是一个比较新的研究方向，目前国内，包括很多发达国家都还处于研究开发阶段。本课题首先从理论上系统分析了气泡成核理论和挤出发泡的重要影响因素，然后在理论指导的基础上，对改性物料进行了一系列测试，探讨了影响PP发泡性能的主要因素。并得出了分子链结构的改变是造成PP熔体强度变化的最主要原因，在PP分子链上引入支链结构，增强了PP分子链之间的相互缠结，提高了的熔体弹性和起始结晶温度。发泡实验表明，改性的PP物料发泡性能得到提高。在此基础上通过对发泡设备进行改进，对改性PP进行一系列挤出发泡实验研究，优化工艺条件，实现了PP连续挤出发泡成型，并最终获得泡孔密度达到107数量级，最小泡孔平均直径为50μm，发泡倍率最高达20倍左右的发泡样品。本文重点分析和研究了挤出工艺参数对发泡倍率和泡孔结构的影响，主要包括熔体温度，口模温度，机头压力以及CO2注气量等，并确定了主要工艺参数的范围。对于本实验体系，熔体温度应控制在125～140℃之间，并且在这个范围内，随着温度的降低，泡孔尺寸减小，泡孔密度增大，发泡倍率增大；口模温度同样影响最终样品的发泡倍率，对于本研究体系口模温度存在一个最佳区间，口模温度为150℃左右时，得到最大发泡倍率为23；机头出口压力应维持在7～9MPa，且在这个范围内，随着压力的增大，泡孔的密度增大，泡孔尺寸减小；提高CO：注气量，有利于提高发泡倍率，泡孔尺寸减小，泡孔密度增大，泡孔结构得到改善。但CO2的注气量不能超过其在PP熔体中的溶解度上限（本实验体系CO2注气量小于10wt％），否则由于过量的CO2无法完全溶解到聚合物熔体中，使挤出发泡材料中可能存在大的气泡。此外，针对PP发泡制品的主要缺陷，如气泡合并，泡孔塌陷，气体逃逸等，提出了工艺上需要改进和注意的问题

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 聚丙烯发泡材料的性能及其应用
• 1.2.1 聚丙烯发泡材料的性能特点
• 1.2.2 聚丙烯发泡材料的应用领域
• 1.3 聚丙烯发泡材料的国内外发展状况
• 1.3.1 工业化历史和现状
• 1.3.2 理论研究现状
• 1.4 本课题的主要研究内容、目的、意义和技术难点
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 目的和意义
• 1.4.3 本课题的关键问题
• 第二章 聚丙烯挤出发泡成型原理
• 2.1 物理发泡的一般工艺过程
• 2.2 气泡成核机理
• 2.2.1 气泡成核机理分析
• 2.2.1.1 均相成核
• 2.2.1.2 非均相成核
• 2.2.1.3 混合模式成核
• 2.2.2 气泡成核的影响因素
• 2.2.2.1 结晶性对气泡成核的影响
• 2.2.2.2 自由体积的影响
• 2.2.2.3 气体饱和度的影响
• 2.3 气泡的膨胀和气泡生长过程
• 2.3.1 气泡膨胀过程的描述
• 2.3.2 气泡生长的动力学模型
• 2.3.3 气泡生长过程的影响因素
• 2.4 气泡的稳定固化和非稳定缺陷
• 2.4.1 气泡的合并
• 2.4.2 气泡的破裂与塌陷
• 2.4.3 气体的逃逸
• 2.5 本章小结
• 第三章 聚丙烯树脂的可发泡性研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验及测试
• 3.3 结果和讨论
• 3.3.1 分子量及其分布
• 3.3.2 熔体强度
• 3.3.3 结晶性能
• 3.3.4 流变性能
• 3.3.4.1 稳态流变性能
• 3.3.4.2 动态流变性能
• 3.3.5 温度-储能模量动态扫描曲线
• 3.3.6 发泡性能
• 3.4 本章小结
• 第四章 改性聚丙烯的挤出发泡工艺实验研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 实验装置及设备
• 4.1.2.1 同向双螺杆挤出机
• 4.1.2.2 熔体泵系统
• 4.1.2.3 机头口模
• 2注气系统'>4.1.2.4 超临界 CO₂注气系统
• 4.1.2.5 同向双螺杆挤出机-熔体泵挤出系统
• 4.1.3 挤出发泡工艺过程
• 4.1.3.1 工艺路线的确定
• 4.1.3.2 实验的具体步骤
• 4.1.4 发泡性能和泡孔结构的表征
• 4.1.4.1 宏观表征
• 4.1.4.2 微观表征
• 4.2 工艺条件对发泡性能、泡孔结构的影响
• 4.2.1 熔体温度对发泡性能、泡孔结构的影响
• 4.2.2 机头出口压力对发泡性能、泡孔结构的影响
• 2浓度对发泡性能、泡孔结构的影响'>4.2.3 CO₂浓度对发泡性能、泡孔结构的影响
• 4.2.4 口模温度对发泡性能的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 聚丙烯挤出发泡工艺的控制和泡孔结构的优化
• 5.1 前言
• 5.2 发泡倍率的主要影响因素及控制
• 2注气量'>5.2.1 CO₂注气量
• 5.2.2 温度
• 5.3 泡孔结构的主要影响因素
• 2与PP熔体混合程度'>5.3.1 CO₂与PP熔体混合程度
• 5.3.2 成核剂
• 5.3.3 挤出压力
• 5.3.4 温度
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 结论
• 6.2 不足之处
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书