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热塑性发泡是一个复杂的热力学过程,其成型过程如图1所示。在此过程中,发泡剂的物理状态发生多重变化,首先与聚合物熔体形成均质溶液,然后在发泡过程中发生相分离。发泡过程以获得聚合物/发泡剂复合体系。

图1热塑性聚合物泡沫的成型工艺

一旦发泡材料配制好并放置在空气中,随着时间的推移,大部分发泡剂将逐渐被空气取代,发泡过程中发泡剂的物理状态变化如图2所示。因此,可以认为在大多数聚合物泡沫的制备中,发泡剂充当催化剂。

图2发泡过程中发泡剂物理状态的变化

无论采用何种发泡剂或发泡工艺,典型的热塑性泡沫材料的发泡成型过程主要包括四个步骤发泡剂的溶解;气泡的成核;气泡的长大和稳定;固化与定型。

在发泡过程中,首先要保证发泡剂充分溶解在聚合物熔体中,形成均匀的溶液,然后在聚合物熔体中必须产生大量均匀分布的气泡核。气泡核形成后,会迅速长大。然后对其进行成型和固化。在成型过程中,由于气液共存体系通常不稳定,气泡核可能会膨胀或破裂,过程中影响因素较多。气泡成核、气泡生长和稳定、凝固和凝固三个主要阶段存在不同的机制,并且可能相互作用。当周围条件发生变化时,这些竞争机制使发泡动力学变得复杂。为了有效控制发泡过程,必须在发泡过程中有效控制这三个阶段。

气泡成核是在聚合物熔体中产生大量初始气泡核的过程。气泡核的产生方法、气泡核的数量以及初始气泡核的大小对形成的泡沫的质量起着关键作用。体重关键阶段;气泡的膨胀伴随着气泡的成核。由于成核和膨胀的时间极短,很难区分成核和膨胀的两个阶段。扩张阶段直接影响细胞能量。类型取决于开始凝固的时间和凝固的速度,这决定了最终的泡孔结构。因此,定性研究发泡过程不同阶段的机理对于配方设计、工艺确定和设备选型具有重要意义。

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