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發(fā)布時間:2023-03-15 01:18:35珠海MPP廠家
當(dāng)前,作為制約人類生存和經(jīng)濟發(fā)展的水資源受到更大程度的保護(hù)沟沙,水污染治理也得到了高度的重視河劝。由于工業(yè)廢水中常含有多種有毒物質(zhì),對環(huán)境和人體有很大危害矛紫,因此要開發(fā)綜合利用赎瞎,采取科學(xué)的凈化措施才可排放,化害為利颊咬。工業(yè)廢水中存在一定的有害污染物質(zhì)务甥。研究表明,造成水污染的污染物中喳篇,重金屬占據(jù)主導(dǎo)地位敞临,一些重金屬對人體健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。尤其是化工廢水中有些含有如氰麸澜、酚挺尿、砷、汞炊邦、鎘或鉛等有毒或劇毒的物質(zhì)编矾,以及無機酸、堿類等刺激性馁害、腐蝕性的物質(zhì)窄俏,在一定的濃度下對生物和微生物產(chǎn)生毒性影響。環(huán)境中的銅離子很容易通過食物鏈進(jìn)入人體中碘菜,會引起頭痛凹蜈、呼吸困難、引起血管內(nèi)溶血忍啸、損傷神經(jīng)系統(tǒng)仰坦,對人體健康造成嚴(yán)重的威脅。聚乙烯醇微孔發(fā)泡材料聚丙烯微孔發(fā)泡基于這些危害吊骤,發(fā)泡材料因特有的吸附過濾功能成為工業(yè)污水處理設(shè)備中的目標(biāo)用材缎岗。在工業(yè)污水處理工程中,聚乙烯醇(PVA)是常用的高分子聚合物白粉,其具有良好的水溶性传泊、黏附性、機械性能和穩(wěn)定性鸭巴,廣泛應(yīng)用于紡織眷细、食品和醫(yī)藥等行業(yè)。近些年來鹃祖,聚乙烯醇聚合物發(fā)泡材料多被用到工業(yè)污水和城市廢水處理的研究應(yīng)用中溪椎。在有關(guān)公開的聚乙烯醇聚合物發(fā)泡材料用于污水處理的研究中,多以聚乙烯醇為原料恬口,配以甲醛校读、淀粉、半纖維素祖能、竹炭歉秫、聚丙烯酸、生物炭养铸、海泡石雁芙、水滑石、坡縷石水等聚合物钞螟,再經(jīng)發(fā)泡處理制備兔甘。不僅具有強吸水性,而且能夠通過吸附污漬實現(xiàn)凈化除污鳞滨《幢海可以有效處理工業(yè)廢水中的各種有害物質(zhì)(生物毒性或致癌性),為社會倡導(dǎo)的高效拯啦、節(jié)能的處理水體污染措施找到了可行性方案闽晦。針對污水處理的實際需求,本文僅限于對幾種公開的聚乙烯醇聚合物發(fā)泡材料類型做有關(guān)介紹提岔,如淀粉基仙蛉、碳納米管改性的水凝膠、聚乙烯醇縮甲醛碱蒙、聚乙烯醇縮甲醛殼聚糖荠瘪、生物炭等材質(zhì)的聚乙烯醇聚合物發(fā)泡材料。淀粉基聚乙烯醇聚合物發(fā)泡材料適用于污水處理 赛惩。該類發(fā)泡材料主要由包含半纖維素和海泡石的材料制備而成哀墓。利用半纖維素增強、增韌的作用喷兼,以及海泡石優(yōu)異的親水性能和力學(xué)性能篮绰,將半纖維素和海泡石穿插于聚乙烯醇與淀粉形成的水凝膠材料中,再經(jīng)發(fā)泡處理而成季惯。具有比表面積大吠各,結(jié)構(gòu)穩(wěn)固臀突,過濾分離和吸附效率好,同時具有優(yōu)異的親水性能和力學(xué)性能贾漏,能吸附廢水中的懸浮顆粒和污漬候学,并有脫除異味和脫色的效果,適用于污水處理技術(shù)纵散。 用碳納米管改性的聚乙烯醇聚合物發(fā)泡材料可以對工業(yè)污水中的重金屬進(jìn)行吸附梳码。發(fā)明思路是鑒于碳納米管具有管狀結(jié)構(gòu)和大的比表面積,其高吸附能力和很高的表面活性伍掀,使它成為獨特的多功能吸附劑掰茶。該版本的聚乙烯醇聚合物發(fā)泡材料,是利用腐殖酸和海泡石的增強作用蜜笤,將腐殖酸和海泡石均勻的穿插于聚乙烯醇濒蒋、甲基丙烯酸和聚乙二醇形成的三維網(wǎng)狀水凝膠材料中,形成對重金屬離子吸附效率好瘩例、吸附量大啊胶,而且結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、力學(xué)性能優(yōu)異的水凝膠發(fā)泡材料垛贤。試驗表明焰坪,凈化去污能力好,不僅可以處理城市生活廢水和畜禽養(yǎng)殖廢水聘惦,同時還可以處理工業(yè)廢水某饰,如電鍍、紡織善绎、印染黔漂、化工、制藥等工業(yè)排放的廢水禀酱,特別是不易生物處理的廢水炬守,并且可以回收廢水中的貴金屬、稀有金屬等剂跟。此外本發(fā)泡材料還是殺菌藥物的優(yōu)良載體减途,適用于需要殺菌的場合。聚乙烯醇縮甲醛海綿 傳統(tǒng)的污水處理材料很多不可降解曹洽,容易對周圍環(huán)境造成污染鳍置。天然高分子材料對生物無毒,傳質(zhì)性能好送淆,但強度低税产,厭氧條件下易被微生物分解,壽命短。合成高分子材料強度高辟拷,化學(xué)穩(wěn)定性好撞羽,但傳質(zhì)性能差。因此梧兼,將天然高分子材料秸稈纖維和合成高分子材料聚乙烯醇聚合物發(fā)泡材料——聚乙烯醇縮甲醛(PVFM)發(fā)泡材料用來處理污水,既能有良好的傳質(zhì)性能放吩。又能擁有強度高智听、化學(xué)穩(wěn)定性好的優(yōu)點羽杰。該實驗中采用機械打泡法和化學(xué)發(fā)泡法制備的聚乙烯醇縮甲醛發(fā)泡材料孔分布良好,孔徑重復(fù)率性,對廢水的 COD 和氨氮都有較高的去除能力到推,穩(wěn)定后COD去除效果可達(dá)90%以上考赛,氨氮去除效果可達(dá)96%以上。因此也可作為污水處理的潛在方案莉测。圖源:河北科技大學(xué) 聚乙烯醇縮甲醛殼聚糖聚合物發(fā)泡材料的制備進(jìn)一步豐富了工業(yè)廢水處理中的解決方案颜骤。聚乙烯醇縮甲醛發(fā)泡材料具有豐富的開孔結(jié)構(gòu),較好的力學(xué)強度和耐磨性捣卤,以及生物相容性忍抽。被用作清潔材料、過濾材料董朝、吸收劑和功能性的吸附材料鸠项。殼聚糖是含多種整合機的天然生物聚合物,能通過整合作用或離子交換除去廢水中的金屬離子和燃料等有害物質(zhì)子姜。通過這兩種材料制備的聚乙烯醇縮甲醛殼聚糖聚合物發(fā)泡材料含有一定量的氨基祟绊,且孔徑較大,接觸面積較大哥捕,克服了傳統(tǒng)吸附劑及殼聚糖對重金屬離子吸附速率較慢的缺點牧抽。實驗表明,聚乙烯醇縮甲醛殼聚糖聚合物發(fā)泡材料吸附金屬離子后可以在幾分鐘內(nèi)快速解吸附遥赚,經(jīng)過5次循環(huán)之后扬舒,對 Pb2+ 和 Cu2+仍然表現(xiàn)出相對良好的吸附能力≠旆穑可見是一種能用于污水處理的理想吸附劑讲坎。該方法操作方便,吸附后處理簡單御蒲,豐富了為工業(yè)廢水處理提供依據(jù)和方法衣赶。 我國大多數(shù)城鎮(zhèn)污水處理廠出水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不高,出水中仍含有較多的污染物質(zhì)厚满,進(jìn)入水體后會造成水體富營養(yǎng)化府瞄,對環(huán)境造成一定的影響。填料的性能直接決定污染物去除率,傳統(tǒng)的填料或多或少存在著比表面積小遵馆、掛膜困難鲸郊、生物量比較少且生物膜易脫落,處理效率不高等問題货邓。生物炭聚乙烯醇縮甲醛聚合物發(fā)泡材料秆撮,可以作為污水處理填料應(yīng)用,比表面積大换况,掛膜快职辨,具有良好的親水性親生物性,表面生物量大且種類豐富戈二,污泥量少不堵塞舒裤,與傳統(tǒng)填料相比有著巨大優(yōu)勢,在污水處理廠提標(biāo)改造及改擴建領(lǐng)域具有重大意義觉吭。生物炭聚乙烯醇縮甲醛聚合物發(fā)泡材料 圖源:浙江工業(yè)大學(xué)相較于傳統(tǒng)的技術(shù)腾供,如將聚合物吸附填料直接共混于樹脂中,或者直接用吸附性物質(zhì)制成復(fù)合吸附劑鲜滩,研究新型的聚乙烯醇聚合物發(fā)泡材料成為污水處理綠色發(fā)展的重要方向伴鳖。國內(nèi)外的聚乙烯醇發(fā)泡技術(shù)發(fā)展均比較成熟,并且得到了一定規(guī)模應(yīng)用徙硅,對解決工業(yè)污水處理榜聂、建設(shè)環(huán)保型社會做了應(yīng)有之義。目前闷游,針對聚乙烯醇聚合物發(fā)泡材料在工業(yè)污水處理中的應(yīng)用峻汉,各大專業(yè)院校和研究所以及污水處理公司都有研究,制作材料技術(shù)脐往、裝備和價格也具有普惠性和實用性休吠,但仍需要在今后的實際工業(yè)污水處理中對材料的性能進(jìn)行規(guī)模化驗證和優(yōu)化业簿。
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摘要:長玻纖增強聚丙烯材料(PP-LGF)作為一種輕質(zhì)高強的復(fù)合材料瘤礁,在滿足汽車零部件性能的同時,對零部件減重具有明顯貢獻(xiàn)梅尤,目前在汽車零部件應(yīng)用上備受青睞柜思。文章主要介紹了PP-LGF在汽車儀表板輕量化方面的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀,詳細(xì)介紹了薄壁注塑巷燥、物理發(fā)泡赡盘、化學(xué)發(fā)泡三種成型工藝實現(xiàn)儀表板輕量化的技術(shù)概況,并展望了PP-LGF在儀表板上的應(yīng)用前景缰揪。聚丙烯微孔發(fā)泡近年來陨享,隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展,汽車工業(yè)也得到了快速發(fā)展。然而抛姑,由此引發(fā)的環(huán)境問題也日益嚴(yán)重赞厕,通過汽車輕量化來降低油耗從而降低環(huán)境污染,已經(jīng)成為汽車行業(yè)的研究熱點定硝,其中皿桑,使用質(zhì)量更輕的非金屬材料替代傳統(tǒng)金屬材料的研究在近年來也取得了較大進(jìn)展。運用復(fù)合材料來部分取代車身結(jié)構(gòu)件及內(nèi)蔬啡、外飾裝飾件是汽車輕量化的一種行之有效的方法诲侮。在眾多的復(fù)合材料中,長玻纖增強聚丙烯材料(PP-LGF)以其低廉的價格星爪、優(yōu)良的力學(xué)性能和環(huán)境友好性而獲得更多的青睞浆西。與短玻纖增強聚丙烯材料(PP-SGF)相比粉私,PPLGF在強度顽腾、剛度、翹曲度诺核、耐疲勞抄肖、缺口沖擊強度和尺寸穩(wěn)定性等方面更具優(yōu)勢,因此窖杀,使用PP-LGF生產(chǎn)的汽車零部件可進(jìn)一步實現(xiàn)重量及成本的降低漓摩。1 長玻纖增強聚丙烯材料性能特點長玻纖增強聚丙烯材料的制備工藝主要分為5種,即熔融浸漬入客、溶液浸漬管毙、粉末浸漬、纖維混編工藝以及薄膜疊層工藝桌硫,而在汽車零部件領(lǐng)域主要應(yīng)用的為熔融浸漬法夭咬。熔融浸漬法生產(chǎn)的PP-LGF粒子的長度一般為8mm~15mm,其中玻纖的含量可達(dá)20%~60%铆隘,粒子中玻纖的保留長度可達(dá)1mm~3mm,如圖1所示卓舵,相較于玻纖保留長度僅為0.2mm~0.4mm的PP-SGF材料,PPLGF因其內(nèi)部纖維構(gòu)成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)膀钠,可保證產(chǎn)品具有更優(yōu)的力學(xué)性能掏湾、抗沖擊性能、耐蠕變性能等特點肿嘲,更加適合應(yīng)用于汽車領(lǐng)域?qū)Y(jié)構(gòu)性能要求較高的零部件融击。此外,隨著纖維含量的增加雳窟,PP-LGF的性能也隨之提高尊浪。長玻纖增強聚丙烯材料在儀表板上的應(yīng)用儀表板是汽車內(nèi)飾中的重要部件,為提升汽車內(nèi)飾的感知質(zhì)量,中际长、高檔車型普遍會采用軟質(zhì)儀表板耸采,即在儀表板骨架表面增加軟質(zhì)表皮層。儀表板骨架作為儀表板系統(tǒng)的主體部件工育,同時也是電器件和其他功能件的承載結(jié)構(gòu)虾宇,因此要求其具有高強度及高剛性,目前在儀表板骨架上使用為廣泛的為PP材料如绸,采用相同密度的PP-LGF材料替代傳統(tǒng)PP材料嘱朽,在滿足相關(guān)性能的同時,可提升儀表板吸能性能怔接,同時可將現(xiàn)有儀表板骨架的設(shè)計厚度由3mm~3.5mm降低到1.8mm~2.5mm搪泳,從而降低儀表板骨架重量,推動汽車內(nèi)飾輕量化扼脐。以下將從PP-LGF應(yīng)用于儀表板上的薄壁注塑岸军、物理發(fā)泡、化學(xué)發(fā)泡三種成型工藝方面瓦侮,介紹PP-LGF在儀表板輕量化方面的應(yīng)用艰赞。 2.1 薄壁注塑薄壁注塑工藝是直接將產(chǎn)品壁厚減薄,在模具中進(jìn)行加工的一種成型方法肚吏,與傳統(tǒng)PP材料注塑的3mm~3.5mm壁厚的儀表板骨架相比方妖,PP-LGF材料運用薄壁注塑工藝制造的儀表板骨架產(chǎn)品壁厚一般為2.5mm左右,整體減重可達(dá)約25%罚攀。該工藝的投入成本較低党觅,重量優(yōu)勢明顯。目前斋泄,該工藝在國內(nèi)和國外合資品牌中杯瞻,如吉利、大眾是己、上汽又兵、福特等均有應(yīng)用,一般選擇PPLGF20材料卒废,設(shè)計的產(chǎn)品壁厚一般為2.2mm~2.5mm沛厨。然而,薄壁注塑工藝也存在兩點問題摔认,首先是該工藝的模具成本較高逆皮,使用薄壁注塑,成型模具需要采用熱流道設(shè)計参袱,熱流道模具的成本要比普通注塑工藝的模具成本高电谣。其次秽梅,注塑工藝管控和注塑精度要求高,因為PP-LGF中長玻纖分布的各向異性剿牺,采用PP-LGF材料的薄壁注塑產(chǎn)品翹曲變形較為嚴(yán)重企垦,尺寸穩(wěn)定性較差。2.2 物理發(fā)泡物理發(fā)泡工藝又稱為MuCell 工藝晒来,它是以熱塑性材料為基體钞诡,通過將超臨界流體(二氧化碳或氮氣) 溶解到熱熔膠中形成單相溶體,并保持在高壓力下湃崩,然后荧降,通過開關(guān)式射嘴射進(jìn)溫度和壓力較低的模具型腔,由于溫度和壓力降低引發(fā)分子的不穩(wěn)定性從而在產(chǎn)品內(nèi)部形成從十到幾十微米不等的封閉氣泡微孔[4-5]攒读,該項技術(shù)早期由麻省理工學(xué)院發(fā)明朵诫,1995年由美國Trexel公司將技術(shù)實現(xiàn)全球商品化。MuCell 工藝優(yōu)勢為成型周期短薄扁、產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性好剪返、翹曲低、產(chǎn)品輕量化和工藝適用性廣泌辫。MuCell工藝使用超臨界流體随夸,可有效降低PP-LGF材料黏度, 提高熔體流動性。泡孔成長壓力代替?zhèn)鹘y(tǒng)注塑中的保壓階段震放,縮短成型周期,同時驼修,可使壓力分布均勻殿遂,有效降低PPLGF產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力,降低因長玻纖各項異性導(dǎo)致的產(chǎn)品翹曲乙各,增加產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性墨礁。另外,泡孔填充可有效避免產(chǎn)品表面縮痕耳峦,微孔結(jié)構(gòu)擴充恩静,降低材料密度,產(chǎn)品重量減輕蹲坷,較同材質(zhì)實體驶乾,重量可降低5%~10%。目前循签,福特新蒙迪歐在儀表板骨架上應(yīng)用了該工藝级乐,骨架產(chǎn)品設(shè)計壁厚2.4mm,相較于實心材料重量降低了10%县匠,此外风科,長城和大眾也有應(yīng)用于此項技術(shù)撒轮。MuCell 工藝的缺點是一次性投入高,工藝難度大贼穆,同時相關(guān)研究表明题山,使用該工藝對儀表板減重比控制在3%~8%時,產(chǎn)品性能會下降10%左右故痊,基本滿足性能要求臀蛛,減重超過8%,機械性能和耐熱老化性能急劇下降崖蜜,不能滿足要求浊仆。若使用MuCell 工藝推薦減重比為3%~5%。2.3 化學(xué)發(fā)泡化學(xué)發(fā)泡工藝包括模內(nèi)發(fā)泡工藝和二次開模發(fā)泡工藝(core-back)豫领,二者均是在注塑過程中抡柿,利用塑料粒子中加入的碳酸氫鈉和碳酸銨類的無機發(fā)泡劑,受熱分解產(chǎn)生的二氧化碳等氣體等恐,使產(chǎn)品形成微孔發(fā)泡結(jié)構(gòu)洲劣,以降低材料密度,減輕產(chǎn)品重量课蔬。其中囱稽,core-back工藝因使用了二次開模,相較于模內(nèi)化學(xué)發(fā)泡二跋,發(fā)泡的倍率更高战惊,產(chǎn)品中形成的泡孔數(shù)量更多,產(chǎn)品的減重比更大扎即。一般來說吞获,模內(nèi)化學(xué)發(fā)泡的減重比相比于實心材料在5%~8%左右,而core-back工藝可高達(dá)30%~50%谚鄙,具體根據(jù)退模行程決定各拷。同物理發(fā)泡工藝一樣,化學(xué)發(fā)泡工藝可在PP-LGF材料應(yīng)用減重的同時闷营,減少產(chǎn)品翹曲變形烤黍,提升產(chǎn)品穩(wěn)定性,而且二次開模發(fā)泡工藝能夠適用于做外觀件傻盟。目前速蕊,寶馬5系已在儀表板骨架上應(yīng)用了PP-LGF的core-back工藝,產(chǎn)品壁厚由初始1.8mm左右發(fā)泡到3.8mm莫杈,重量降低了約40%互例,此外大眾的部分車型也已使用模內(nèi)化學(xué)發(fā)泡工藝。core-back工藝的缺點是發(fā)泡劑較貴筝闹,開模的周期較長媳叨,模具成本也比模內(nèi)發(fā)泡模具高腥光,而且該工藝的技術(shù)難度較高,后期調(diào)試周期較長糊秆,產(chǎn)品的綜合成本較高武福。模內(nèi)發(fā)泡工藝的缺點是發(fā)泡劑較貴,產(chǎn)品的減重效果不是特別明顯痘番,減重效果低于薄壁注塑工藝捉片,物理發(fā)泡工藝和core-back工藝。
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與傳統(tǒng)注塑制品相比汞舱,微孔發(fā)泡注塑制品具有質(zhì)量更輕伍纫、翹曲和內(nèi)部殘余應(yīng)力更少、尺寸穩(wěn)定性好昂芜、成型周期短等一系列優(yōu)點莹规。目前,欠注發(fā)泡成型是微孔注塑技術(shù)中應(yīng)用為廣泛的工藝之一泌神,具有操作簡單良漱、效率高、能夠生產(chǎn)復(fù)雜制件欢际,且能耗少母市,符合節(jié)約材料,降低成本這一發(fā)展理念损趋,滿足發(fā)泡產(chǎn)品市場化的需求患久。然而,欠注發(fā)泡成型工藝也存在發(fā)泡制品內(nèi)部泡孔易發(fā)生大量變形舶沿,泡孔尺寸分布不均勻墙杯,所得制品表面存在大量的氣痕、銀紋等缺陷括荡,制約了其力學(xué)性能的提高和外觀視覺,阻礙了欠注發(fā)泡制品的進(jìn)一步應(yīng)用溉旋。國家復(fù)合改性聚合物材料工程技術(shù)研究中心的何力團隊采用自主研發(fā)的氣體反壓裝置畸冲,利用化學(xué)欠注發(fā)泡工藝研究氣體反壓(GCP)對微孔注塑過程中發(fā)泡行為的影響。研究發(fā)現(xiàn)观腊,采用氣體反壓可以減少發(fā)泡注塑制品的泡孔變形以及不均勻等缺點邑闲,改善了泡孔的形態(tài)。實驗方法聚丙烯微孔發(fā)泡將PP梧油、發(fā)泡劑(AC)苫耸、發(fā)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(jìn)行塑化。然后打開氣體反壓裝置儡陨,在型腔中分別注入固定的GCP為0褪子,0.2量淌,0.4,0.6嫌褪,0.8 MPa的氣體呀枢,隨后按照表1的工藝參數(shù)注射熔融樹脂進(jìn)行發(fā)泡,冷卻后笼痛,取出PP發(fā)泡樣品裙秋。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(dá)到值缨伊。隨著GCP從0增加至0.8 MPa摘刑,熔體內(nèi)部壓力從1.55 MPa增大到2.16 MPa,注射完成后刻坊,隨著氣體的排出枷恕,熔體壓力瞬間下降,隨著冷卻收縮紧唱,熔體壓力逐漸趨于0 MPa活尊。由此可知,GCP可以明顯地提高熔體充模過程中的熔體壓力漏益,改善欠注發(fā)泡過程中的熔體壓力環(huán)境蛹锰。 GCP對泡孔質(zhì)量的影響在沒有施加氣體反壓時,由于熔體流動速率遠(yuǎn)大于泡孔的膨脹速率绰疤,泡孔發(fā)生流動剪切變形铜犬,導(dǎo)致末端位置的泡孔在皮層區(qū)域受到剪切作用時間和作用力較大,在流動方向上出現(xiàn)很大的變形轻庆,泡孔發(fā)生撕裂合并現(xiàn)象癣猾,泡孔形貌極不規(guī)則,而中間區(qū)域的泡孔形態(tài)受到剪切力較小余爆,呈現(xiàn)規(guī)整圓形形態(tài)纷宇。同時發(fā)現(xiàn),隨著GCP的增大蛾方,皮層附近撕裂變形的泡孔區(qū)域變小像捶,熔體內(nèi)部芯層泡孔從橢圓形向規(guī)整圓形形態(tài)轉(zhuǎn)變,規(guī)則泡孔區(qū)域所占比例增大桩砰,泡孔之間呈現(xiàn)獨立分布拓春。當(dāng)GCP達(dá)到0.8 MPa時,皮層附近泡孔呈現(xiàn)出相對較好的圓形形態(tài)亚隅,此時整體泡孔的變形較小硼莽。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值越大煮纵,泡孔在遷移過程中受到熔體壓力越大懂鸵,泡孔受到熔體的約束力大偏螺,泡孔不易發(fā)生變形。GCP對泡孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響GCP對泡孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響如下圖所示矾瑰∽┤祝可知,在常壓下泡孔的非變形層(也就是規(guī)則泡孔區(qū))厚度僅占整個樣品厚度的10.9%殴穴;隨著GCP的增大凉夯,泡孔的非變形層所占比例逐漸升高,GCP為0.8 MPa時采幌,升高至26.7%劲够。而泡孔變形層區(qū)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%休傍,這說明GCP可以減小泡孔變形層征绎,增大規(guī)則泡孔區(qū)域范圍。對變形層的泡孔變形度進(jìn)行統(tǒng)計磨取,如下圖所示人柿,泡孔的平均長度隨著GCP的增加,整體呈現(xiàn)減小的趨勢忙厌,泡孔的平均寬度隨著GCP的增加而逐漸增大凫岖,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泡孔變形度逢净,即GCP可以減小泡孔長度與寬度的差距哥放,使變形區(qū)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(jìn)行統(tǒng)計爹土,見圖c甥雕,隨著GCP的增加,當(dāng)GCP為0.2 MPa時泡孔直徑略有減小胀茵,但隨著GCP的進(jìn)一步增大社露,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琼娘,使得泡孔的成核臨界能壘升高呵哨,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轨奄,更多的氣體在卸壓階段促進(jìn)泡孔的生長,因此熔體壓力越大拒炎,泡孔直徑越大挪拟。GCP提高了充模時的熔體壓力,有效地降低了泡孔的變形击你,且隨著GCP的升高玉组,泡孔直徑增大谎柄,泡孔密度下降,發(fā)泡材料的質(zhì)量減少整體趨于不變惯雳。結(jié)論隨著GCP從0增加至0.8 MPa朝巫,熔體內(nèi)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(shù)減小石景,減小了泡孔受到的流動剪切力劈猿。隨著GCP的增大,泡孔變形層區(qū)域厚度所占比例從63.7%下降到45.4%潮孽,變形層的泡孔的變形度從0.530下降到0.304揪荣,泡孔的平均長度增大。GCP的增加有效地改善了泡孔形貌往史,減小了泡孔變形層的CP增加了熔體流動時的阻力仗颈,提高了注塑充模階段的熔體壓力,使得臨界成核點后移椎例,泡孔的成核長大在充模后進(jìn)行挨决,進(jìn)而改善了制品泡孔的形貌。
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年來綜合性能優(yōu)異订歪、可回收易降解的聚丙烯發(fā)泡材料已成為泡沫塑料家族中的“新寵”脖祈,是聚合物泡沫材料中增長速度快的品種。超臨界二氧化碳(CO2)發(fā)泡聚合物技術(shù)是制備聚丙烯微孔發(fā)泡材料的關(guān)鍵核心技術(shù)陌粹,近日華東理工大學(xué)化工學(xué)院趙玲教授團隊在該技術(shù)領(lǐng)域取得了實質(zhì)性突破撒犀,成功開發(fā)了高性能聚丙烯微孔發(fā)泡材料綠色制備過程的優(yōu)化和強化技術(shù)。聚合物發(fā)泡有物理發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑兩大類掏秩』蛭瑁化學(xué)發(fā)泡劑存在化學(xué)殘留、發(fā)泡過程難控制和不易獲得高發(fā)泡倍率等缺點;物理發(fā)泡劑中的氟氯烴類則對臭氧層有破壞作用蒙幻,已逐漸被禁止和限制使用;而一些新型氟碳?xì)浠衔锏娜蜃兣瘽撃苤等韵鄬^高映凳,烷烴類發(fā)泡劑則易燃燒不安全。相比這些傳統(tǒng)的發(fā)泡劑邮破,超臨界CO2發(fā)泡聚合物技術(shù)作為綠色制造技術(shù)诈豌,已被工信部列入我國優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù),而且CO2進(jìn)入聚合物后會引起熔點抒和、表面張力和黏度下降矫渔、結(jié)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摧莽。丙烯微孔發(fā)泡丙烯是結(jié)晶聚合物庙洼,低溫固態(tài)發(fā)泡受結(jié)晶限制,很難制備高發(fā)泡倍率產(chǎn)品;高溫發(fā)泡聚合物熔體強度不夠無法保持完整泡孔,可操作窗口窄油够。因蚁袭,大規(guī)模制造具有穩(wěn)定均勻泡孔形貌和外形尺寸的高發(fā)泡倍率微孔材料難度大。為了攻克這一難題石咬,趙玲團隊聯(lián)合無錫會通揩悄、中石化北化院、浙江新恒泰鬼悠、鎮(zhèn)海煉化等單位删性,在合適物料體系、可控工藝過程和高效工業(yè)裝備等方面開展了超臨界CO2發(fā)泡聚丙烯的優(yōu)化厦章、強化和工程化等系列工作镇匀,形成了“適合超臨界CO2發(fā)泡的聚丙烯專用料”“分步/分段發(fā)泡新工藝”“優(yōu)化構(gòu)建流場結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高效規(guī)模制備”三大技術(shù)創(chuàng)新。趙玲介紹袜啃,在低于流動溫度的可變形區(qū)發(fā)泡汗侵,既可突破結(jié)晶的制約,又能保證發(fā)泡材料微孔結(jié)構(gòu)和外形尺寸穩(wěn)定成型群发∥希基于這一發(fā)泡機制,他們開發(fā)了兼具較寬發(fā)泡溫度窗口和較強的CO2溶解擴散能力的聚丙烯發(fā)泡專用料熟妓,以及能改善泡孔結(jié)構(gòu)和表觀形態(tài)的新型功能助劑/添加劑雪猪。CO2變壓飽和提高了過程效率和發(fā)泡倍率,氣泡成核和生長的分段實施減小了高壓設(shè)備體積;同時釜壓發(fā)泡起愈、模壓發(fā)泡等高壓設(shè)備和聚合物預(yù)成型體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計只恨,保證了均勻的壓力場、溫度場和速度場抬虽,實現(xiàn)了低密度聚丙烯微孔發(fā)泡材料的規(guī)模制造和柔性生產(chǎn)官觅。利用上述創(chuàng)新技術(shù),項目團隊建設(shè)了2套年產(chǎn)3萬立方米模壓發(fā)泡裝置阐污,實現(xiàn)了低密度聚丙烯微孔厚板的制造;新建了4套休涤、優(yōu)化改造了3套年產(chǎn)4萬~6萬立方米的釜壓發(fā)泡裝置,生產(chǎn)效率提高25%笛辟,成品率提高到99%以上功氨,發(fā)泡專用料已在鎮(zhèn)海煉化生產(chǎn),2016~2018年新增產(chǎn)值3.31億元手幢、利稅1.09億元捷凄。此外,該團隊已獲得授權(quán)發(fā)明專利8件围来、實用新型專利8件;相關(guān)研究成果發(fā)表了46篇SCI/EI收錄論文纵势。趙玲表示踱阿,超臨界CO2模壓發(fā)泡技術(shù)通用性強,除聚丙烯外钦铁,還可用于聚氨酯彈性體微孔發(fā)泡材料的生產(chǎn),多種熱塑性聚合物及其復(fù)合材料的中試已經(jīng)完成才漆。采用該技術(shù)生產(chǎn)的聚丙烯發(fā)泡專用料牛曹,除可應(yīng)用于汽車零部件和內(nèi)飾、緩沖包裝等傳統(tǒng)領(lǐng)域醇滥,還可滿足兒童玩具黎比、食品、醫(yī)療鸳玩、家居用品等領(lǐng)域?qū)G色材料的需求阅虫。由于微孔賦予了聚丙烯獨特的性能,聚丙烯微孔發(fā)泡材料還可應(yīng)用于更多的新興領(lǐng)域不跟,如新能源汽車動力電池墊片颓帝、5G通信微波中繼天線罩、高檔汽車音響振膜窝革、防彈衣背板等购城。
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隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展,制造汽車的各種原材料也迅速發(fā)展和更新?lián)Q代虐译,越來越多的汽車零部件開始采用改性塑料替代金屬制件瘪板。塑料在汽車上的應(yīng)用已有近50年的歷史,目前汽車用改性塑料的使用量已成為衡量汽車設(shè)計和制造水平高低的一個重要標(biāo)志漆诽,塑料飾件的大量應(yīng)用侮攀,促進(jìn)了汽車的減重節(jié)能,提高了汽車的美觀舒適度厢拭。PP以密度小兰英、性價比高、具有優(yōu)異的耐熱性能蚪腐、耐化學(xué)藥品腐蝕性箭昵、剛性、易于成型加工和回收利用等特性在汽車上得到了廣泛的應(yīng)用回季。近來更是有把汽車內(nèi)飾和外裝材料統(tǒng)一到PP系列材料的趨勢家制。由于高性能基礎(chǔ)樹脂的開發(fā)生產(chǎn)周期長、投資巨大泡一、技術(shù)要求高颤殴,且需要高精尖的集成先進(jìn)綜合技術(shù),所以對現(xiàn)有PP樹脂需要進(jìn)行更廣泛鼻忠、更有效涵但、更經(jīng)濟、更實用的改性。延伸性矮瘟、機械的強度和抗斷裂性無機填料和彈性體增韌增強改性PP主要是“三高”瞳脓。是由 PP樹脂、三元乙丙橡膠(EPDM)和乙烯-辛烯共聚物(POE)等增韌彈性體及滑石粉澈侠、碳酸鈣等無機填料的復(fù)合物劫侧,其主要用于汽車保險杠的注射成型,且改性PP保險杠具有成本低哨啃、質(zhì)輕烧栋、易涂裝、可循環(huán)使用等優(yōu)點拳球∩笮眨滑石粉填充改性PP材料具有高剛性、低熱膨脹系數(shù)和低收縮率祝峻,且其抗化學(xué)腐蝕性能強魔吐,尤其是經(jīng)表面處理的滑石粉填充PP可有效改善PP的沖擊性能,提高材料的模量和熱變形溫度呼猪。聚丙烯微孔發(fā)泡玻璃纖維增強改性PP玻璃纖維增強改性PP材料尤其是LGFPP材料在汽車部件上的研究與應(yīng)用(如在前端模塊画畅、儀表板骨架、車門模塊等典型部件的應(yīng)用)是多年來的研究熱點之一宋距。LGFPP制品指含有長度為10~25mm的玻璃纖維改性的PP復(fù)合材料經(jīng)過注塑等工藝形成的三維結(jié)構(gòu)轴踱。10~25mm的長玻璃纖維增強聚合物相比普通4~7mm的短玻璃纖維增強聚合物具有更高的強度、剛度谚赎、韌性淫僻,以及尺寸穩(wěn)定性好、翹曲度低等優(yōu)勢壶唤。此外雳灵,LGFPP材料比短玻璃纖維增強PP(GFPP)有著更好的抗蠕變性能,即使經(jīng)受100℃的高溫也不會產(chǎn)生明顯的蠕變闸盔。與金屬材料和熱固性復(fù)合材料相比悯辙,LG-FPP的密度低,相同部件的質(zhì)量可減輕20%~50%;LGFPP能為設(shè)計人員提供更大的設(shè)計靈活性迎吵,可成型形狀復(fù)雜的部件躲撰、提高集成汽車零部件的能力、節(jié)約模具成本(一般長玻璃纖維增強聚合物注塑模具的成本約為金屬沖壓模具成本的20%)击费、減少能耗(長玻璃纖維增強聚合物的生產(chǎn)能耗僅為鋼制品的60%~80%拢蛋,鋁制品的35%~50%)、簡化裝配工序蔫巩。汽車部件用礦物纖維增強PP的新產(chǎn)品谆棱,具有強度高快压、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫垃瞧、阻燃性能好蔫劣、低浮纖、低翹曲皆警、低收縮 等特點拦宣。發(fā)泡改性PPPP發(fā)泡材料是通過提高PP的熔體強度,從而提高發(fā)泡倍率而制成的低密度物質(zhì)信姓,其具有質(zhì)輕、耐熱绸罗、耐高溫等優(yōu)點意推。隨著汽車輕量化的發(fā)展,選用PP發(fā)泡材料已成為汽車減重的重要途徑珊蟀,目前其在汽車內(nèi)飾上的應(yīng)用也越來越多菊值,其中PP發(fā)泡材料在各種汽車上的使用占比為轎車占45%,卡車育灸、工程機械車占20% 腻窒,客車、商務(wù)車占35%磅崭。汽車用PP發(fā)泡材料主要為化學(xué)微發(fā)泡材料儿子,因為普通微發(fā)泡PP制品的表觀質(zhì)量很不理想,僅適合于需要表面覆皮的高端車砸喻,不僅增加了制造成本柔逼,也限制了PP發(fā)泡材料的推廣和應(yīng)用;而化學(xué)微孔發(fā)泡是以熱塑性材料為基體,化學(xué)發(fā)泡劑為氣源割岛,通過自鎖工藝使得氣體形成超臨界狀態(tài)愉适,注入模腔后氣體在擴散內(nèi)壓的作用下,使制品中間分布著直徑從十幾到幾十微米的封閉微孔泡癣漆,且其理想的泡孔直徑應(yīng) <50μm 维咸,但目前國內(nèi)行業(yè)實際生產(chǎn)的微發(fā)泡PP的微泡孔直徑約為80~350μm 。對于微孔發(fā)泡主要有注塑微發(fā)泡惠爽、吹塑微發(fā)泡和擠出微發(fā)泡等癌蓖,注塑微發(fā)泡適用于各種汽車內(nèi)外飾件,如車身門板疆股、尾門费坊、風(fēng)道等;擠出微發(fā)泡適用于密封條、頂棚等;吹塑微發(fā)泡適用于汽車風(fēng)管等旬痹。利用微發(fā)泡技術(shù)可使PP制品的質(zhì)量減少約10%~20% 附井,較傳統(tǒng)材料在部件上可實現(xiàn)50%的減重讨越,注射壓力降低約30%~50% ,鎖模力降低約20% 永毅,循環(huán)周期減少10%~15%把跨,同時還能提高汽車的節(jié)能性,較傳統(tǒng)材料可實現(xiàn)30%的節(jié)能沼死,并且能改善制品的翹曲變形性着逐,使產(chǎn)品和模具的設(shè)計更靈活。在一些部件中意蛀,如汽車風(fēng)管耸别、風(fēng)道,還可實現(xiàn)隔熱县钥、降噪的效果秀姐,減少后道工序的成本。密 度 為0.06g/cm3的輻射交聯(lián)PP高發(fā)泡片材具有良好的力學(xué)性能若贮,作為汽車車頂省有,可降低汽車的質(zhì)量,同時其還可用于汽車的內(nèi)飾件谴麦,有利于汽車的輕量化蠢沿。耐刮擦PP相對于工程塑料來說,PP匾效、橡膠改性PP舷蟀、熱塑性聚烯烴和熱塑性彈性體等聚烯烴材料具有可回收、質(zhì)輕弧轧、成本低的優(yōu)勢雪侥,因而被越來越多地應(yīng)用于汽車以及其他領(lǐng)域,然而聚烯烴材料的耐刮擦性能明顯較差精绎,而這一性能卻是儀表板速缨、操控臺和門板表皮等汽車內(nèi)部應(yīng)用部件的關(guān)鍵性能,也是汽車外部應(yīng)用部件代乃、全地形車輛(ATVs)的重要性能之一旬牲,而且表面性能提高的聚烯烴能很好地代替金屬和工程塑料,同時還有利于涂色搁吓,因此積極尋找提高聚烯烴材料耐刮擦性能的解決方案十分重要原茅。通過添加涂層、無機礦物和某些功能助劑可提高聚烯烴的耐刮擦性能堕仔,例如添加耐刮擦劑可制備耐刮擦汽車內(nèi)飾用PP復(fù)合材料擂橘。汽車用改性PP的回收利用塑料作為一種環(huán)保材料,因其可塑性強摩骨、質(zhì)輕通贞、回收再利用率高等特性朗若,在汽車工業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛,無論是內(nèi)飾件昌罩、外飾件還是功能性結(jié)構(gòu)件哭懈,都越來越多地用到了塑料。我國汽車保有量達(dá)到1.75億輛茎用,對應(yīng)用于汽車的塑料的粉碎再回收無疑變得越來越重要遣总,且汽車塑料的回收將會形成一個巨大的市場,是一個前景廣闊的領(lǐng)域轨功,學(xué)術(shù)界和企業(yè)在這方面都有很多的研究和實踐旭斥。