泡沫塑料的发泡机理

泡沫塑料的发泡机理
泡沫塑料也叫多孔塑料，由大量气体微孔分散于固体塑料中而形成的一类高分子材料。
由于泡沫塑料是以气体为填料的复合材料，与纯塑料相比，具有密度低，质轻，比强度高，其强度随密度增加而增大，有吸收冲击载荷的能力，有优良的缓冲减震性能，隔音吸音性能，热导率低，隔热性能好，优良的电绝缘性能，具有耐腐蚀、耐霉菌性能。软质泡沫塑料具有弹性优良等性能，并且其介电性能优于基体树脂，用途很广。几乎各种塑料均可作成泡沫塑料，发泡成型已成为塑料加工中一个重要领域。
泡沫塑料最早是20世纪20年代泡沫胶木；30年代硬质聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫；40年代，聚乙烯、聚氯乙烯、环氧树脂、酚醛泡沫；50年代，可发性聚苯乙烯泡沫和软质聚氨酯泡沫；现在几乎所有的塑料都可以做成泡沫塑料。
泡沫塑料内部有许多小孔，孔间互相连通的称为开孔型泡沫塑料，互相封闭的称为闭孔型泡沫塑料。泡沫塑料有硬质、软质两种。按美国试验和材料学会标准，在18～29℃温度下，在时间为5s内，绕直径2.5cm的圆棒一周，如不断裂，测试样属于软质泡沫塑料；反之则属硬质泡沫塑料。泡沫塑料还可分为低发泡和高发泡两类。通常将发泡倍率（发泡后比发泡前体积增大的倍数）小于5的称为低发泡，大于5的称为高发泡。
一、硬质泡沫塑料即在室温下，构成泡沫塑料的聚合物属结晶态或无定形态，它们的玻璃化温度高于常温，因此，在常温下泡沫塑料的质地较硬。
二、软质泡沫塑料即构成泡沫塑料的聚合物的熔点小于常温或无定形聚合物的玻璃化温度低于常温，材料在常温下质地柔软。
三、半硬质（或半软质）泡沫塑料是介于以上两类之间的泡沫体。
发泡方法
无论采用什么方法发泡，其基本过程都是：
①在液态或熔态塑料中引入气体，产生微孔；
②使微孔增长到一定体积；
③通过物理或化学方法固定微孔结构。
按照引入气体的方式，发泡方法有机械法、物理法和化学法。
机械法：借助强烈搅拌，把大量空气或其他气体引入液态塑料中。工业上主要用此法生产脲醛泡沫塑料，可用作隔热保温材料或影剧中布景材料（如人造雪花）。
物理法：常将低沸点烃类或卤代烃类溶入塑料中，受热时塑料软化，同时溶入的液体挥发膨胀发泡。如聚苯乙烯泡沫塑料，可在苯乙烯悬浮聚合时，先把戊烷溶入单体中，或在加热加压下把已聚合成珠状的聚苯乙烯树脂用戊烷处理，制得所谓可发泡性聚苯乙烯珠粒。将此珠粒在热水或蒸汽中预发泡，再置于模具中通入蒸汽，使预发泡颗粒二次膨胀并互相熔结，冷却后即得到与模具型腔形状相同的制品。它们广泛用作保温和包装中防震材料。
也可采用挤出成型法，此时，既可使用可发泡珠粒，将其一次发泡挤出成片材；也可使用普通聚苯乙烯粒料，在挤出机适当部位加入卤代烃，使之与塑料熔体混合均匀，当物料离开机头时即膨胀发泡。挤出法常用于制片材或板材，片材经真空吸塑成型可制成食品包装盒和托盘等。聚乙烯也可用类似方法制得挤出发泡制品。引入气体的物理方法还有溶出法、中空微球法等。溶出法是将可溶性物质如食盐、淀粉等和树脂混合，成型为制品后，再将制品放在水中反复处理，把可溶性物质溶出，即得到开孔型泡沫制品，多用作过滤材料。中空微球法是将熔化温度很高的空心玻璃微珠与塑料熔体相混，在玻璃微珠不致破碎的成型条件下，可制得特殊的闭孔型泡沫塑料。
化学法：可分为两类：① 采用化学发泡剂，它们在受热时分解放出气体。常用的化学发泡剂，如偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、N，N′－二亚硝基五亚甲基四胺、碳酸氢钠等。许多热塑性塑料均可用此法作成泡沫塑料。例如聚氯乙烯泡沫鞋，就是把树脂、增塑剂、发泡剂和其他添加剂制成的配合料，放入注射成型机中，发泡剂在机筒中分解，物料在模具中发泡而成。泡沫人造革则是将发泡剂混入聚氯乙烯糊中，涂刮或压延在织物上，连续通过隧道式加热炉，物料塑化熔融、发泡剂分解发泡、经冷却和表面整饰，即得泡沫人造革。硬质聚氯乙烯低发泡板材、管材或异型材则用挤出法成型，发泡剂在机筒中分解，物料离开机头时，压力降到常压，溶入气体即膨胀发泡，如果发泡过程与冷却定型过程配合得当，就可得到结构泡沫制品。
② 利用聚合过程中的副产气体，典型例子是聚氨酯泡沫塑料，当异氰酸酯和聚酯或聚醚进行缩聚反应时，部分异氰酸酯会与水、羟基或羧基反应生成二氧化碳。只要气体放出速度和缩聚反应速度调节得当，即可制是泡孔十分均匀的高发泡制品。聚氨酯泡沫塑料有两种类型，软质开孔型形似海绵，广泛用作各种座椅、沙发的座垫以及吸音、过滤材料等；硬质闭孔型则是理想的保温、绝缘、减震和漂浮材料。
几乎各种塑料均可作成泡沫塑料，常用的泡沫塑料有聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、酚醛泡沫塑料等等。