江西靠譜超臨界二氧化碳發(fā)泡定制

微發(fā)泡注塑，聚丙烯/橡膠/滑石粉復(fù)合材料擅编，增強(qiáng)增韌聚丙烯微孔發(fā)泡聚丙烯作為一種經(jīng)濟(jì)高效的熱塑性聚合物攀细，具有材料成本低、抗腐蝕性好爱态、比強(qiáng)度高和易于成型加工等優(yōu)點(diǎn)谭贪，已廣泛應(yīng)用于包裝工程、紡織锦担、電子產(chǎn)品以及汽車工業(yè)俭识。以汽車工業(yè)為例，聚丙烯的年均用量高達(dá)255.6百萬噸洞渔，研究表明汽車每減重10%就可以將燃料的利用率提高至少6%套媚。因此，近年來為了節(jié)省材料和能源磁椒、減少環(huán)境污染進(jìn)而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的健康可持續(xù)發(fā)展堤瘤，塑料制品的輕量化問題引起了廣大學(xué)者的研究興趣，而其中發(fā)泡注塑成型工藝被視為是一種非常有前途的輕量化實(shí)現(xiàn)方式浆熔。然而本辐，由于聚丙烯的熔體強(qiáng)度低，導(dǎo)致其發(fā)泡能力非常差，常規(guī)微發(fā)泡注塑聚丙烯產(chǎn)品存在泡孔尺寸大且分布極其不均勻慎皱，嚴(yán)重降低了其力學(xué)性能老虫，尤其是沖擊力學(xué)性能。針對(duì)上述問題茫多，山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院王桂龍和合作者提出了一種利用橡膠和滑石粉的耦合作用改性聚丙烯的新途徑祈匙，顯著提高了聚丙烯熔體強(qiáng)度和促進(jìn)了結(jié)晶，進(jìn)而改善了聚丙烯的發(fā)泡能力地梨，終通過微發(fā)泡注塑制備了具有優(yōu)異綜合力學(xué)性能的微孔聚丙烯制品菊卷。

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摘要:長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料（PP-LGF）作為一種輕質(zhì)高強(qiáng)的復(fù)合材料缔恳，在滿足汽車零部件性能的同時(shí)宝剖，對(duì)零部件減重具有明顯貢獻(xiàn)，目前在汽車零部件應(yīng)用上備受青睞歉甚。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)狀万细，詳細(xì)介紹了薄壁注塑、物理發(fā)泡纸泄、化學(xué)發(fā)泡三種成型工藝實(shí)現(xiàn)儀表板輕量化的技術(shù)概況赖钞，并展望了PP-LGF在儀表板上的應(yīng)用前景。聚丙烯微孔發(fā)泡近年來聘裁，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展雪营，汽車工業(yè)也得到了快速發(fā)展。然而衡便，由此引發(fā)的環(huán)境問題也日益嚴(yán)重献起，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(diǎn)镣陕，其中谴餐，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[1]。運(yùn)用復(fù)合材料來部分取代車身結(jié)構(gòu)件及內(nèi)呆抑、外飾裝飾件是汽車輕量化的一種行之有效的方法岂嗓。在眾多的復(fù)合材料中，長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料（PP-LGF）以其低廉的價(jià)格鹊碍、優(yōu)良的力學(xué)性能和環(huán)境友好性而獲得更多的青睞厌殉。與短玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料（PP-SGF）相比，PPLGF在強(qiáng)度侈咕、剛度公罕、翹曲度、耐疲勞乎完、缺口沖擊強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性等方面更具優(yōu)勢熏兄，因此，使用PP-LGF生產(chǎn)的汽車零部件可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)重量及成本的降低。1 長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料性能特點(diǎn)長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料的制備工藝主要分為5種摩桶，即熔融浸漬桥状、溶液浸漬、粉末浸漬硝清、纖維混編工藝以及薄膜疊層工藝[2]辅斟，而在汽車零部件領(lǐng)域主要應(yīng)用的為熔融浸漬法。熔融浸漬法生產(chǎn)的PP-LGF粒子的長度一般為8mm～15mm芦拿，其中玻纖的含量可達(dá)20%～60%士飒，粒子中玻纖的保留長度可達(dá)1mm～3mm,如圖1所示，相較于玻纖保留長度僅為0.2mm～0.4mm的PP-SGF材料蔗崎，PPLGF因其內(nèi)部纖維構(gòu)成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)酵幕，可保證產(chǎn)品具有更優(yōu)的力學(xué)性能、抗沖擊性能缓苛、耐蠕變性能等特點(diǎn)芳撒，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。此外未桥，如表1所示笔刹，隨著纖維含量的增加，PP-LGF的性能也隨之提高冬耿。圖1 PP-LGF（左）和PP-SGF（右）中玻纖分布情況Fig. 1 Distribution of glass fiber in PP-LGF (left)and PP-LGF (right)表1 不同玻纖含量PP-LGF材料和PP-SGF材料性能對(duì)比Table 1 Comparison of properties of PP-LGF and PP-SGF with different glass fiber content2 長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料在儀表板上的應(yīng)用儀表板是汽車內(nèi)飾中的重要部件舌菜，為提升汽車內(nèi)飾的感知質(zhì)量，中亦镶、高檔車型普遍會(huì)采用軟質(zhì)儀表板日月，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)的主體部件染乌，同時(shí)也是電器件和其他功能件的承載結(jié)構(gòu)山孔，因此要求其具有高強(qiáng)度及高剛性，目前在儀表板骨架上使用為廣泛的為PP材料荷憋，采用相同密度的PP-LGF材料替代傳統(tǒng)PP材料台颠，在滿足相關(guān)性能的同時(shí)，可提升儀表板吸能性能勒庄，同時(shí)可將現(xiàn)有儀表板骨架的設(shè)計(jì)厚度由3mm～3.5mm降低到1.8mm～2.5mm串前，從而降低儀表板骨架重量，推動(dòng)汽車內(nèi)飾輕量化实蔽。以下將從PP-LGF應(yīng)用于儀表板上的薄壁注塑荡碾、物理發(fā)泡、化學(xué)發(fā)泡三種成型工藝方面局装，介紹PP-LGF在儀表板輕量化方面的應(yīng)用坛吁。 2.1 薄壁注塑薄壁注塑工藝是直接將產(chǎn)品壁厚減薄劳殖，在模具中進(jìn)行加工的一種成型方法，與傳統(tǒng)PP材料注塑的3mm～3.5mm壁厚的儀表板骨架相比拨脉，PP-LGF材料運(yùn)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左右哆姻，整體減重可達(dá)約25%。該工藝的投入成本較低玫膀，重量優(yōu)勢明顯矛缨。目前，該工藝在國內(nèi)和國外合資品牌中帖旨，如吉利箕昭、大眾、上汽解阅、福特等均有應(yīng)用落竹，一般選擇PPLGF20材料，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品壁厚一般為2.2mm～2.5mm瓮钥。然而筋量，薄壁注塑工藝也存在兩點(diǎn)問題，首先是該工藝的模具成本較高碉熄，使用薄壁注塑，成型模具需要采用熱流道設(shè)計(jì)肋拔，熱流道模具的成本要比普通注塑工藝的模具成本高锈津。其次，注塑工藝管控和注塑精度要求高凉蜂，因?yàn)镻P-LGF中長玻纖分布的各向異性[3]琼梆，采用PP-LGF材料的薄壁注塑產(chǎn)品翹曲變形較為嚴(yán)重，尺寸穩(wěn)定性較差窿吩。2.2 物理發(fā)泡物理發(fā)泡工藝又稱為MuCell 工藝茎杂，它是以熱塑性材料為基體，通過將超臨界流體（二氧化碳或氮?dú)猓?溶解到熱熔膠中形成單相溶體纫雁，并保持在高壓力下煌往，然后，通過開關(guān)式射嘴射進(jìn)溫度和壓力較低的模具型腔轧邪，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]刽脖，該項(xiàng)技術(shù)早期由麻省理工學(xué)院發(fā)明，1995年由美國Trexel公司將技術(shù)實(shí)現(xiàn)全球商品化忌愚。MuCell 工藝優(yōu)勢為成型周期短曲管、產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性好、翹曲低硕糊、產(chǎn)品輕量化和工藝適用性廣院水。MuCell工藝使用超臨界流體腊徙，可有效降低PP-LGF材料黏度, 提高熔體流動(dòng)性。泡孔成長壓力代替?zhèn)鹘y(tǒng)注塑中的保壓階段檬某，縮短成型周期昧穿，同時(shí)，可使壓力分布均勻橙喘，有效降低PPLGF產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力时鸵，降低因長玻纖各項(xiàng)異性導(dǎo)致的產(chǎn)品翹曲，增加產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性厅瞎。另外饰潜，泡孔填充可有效避免產(chǎn)品表面縮痕，微孔結(jié)構(gòu)擴(kuò)充和簸，降低材料密度彭雾，產(chǎn)品重量減輕，較同材質(zhì)實(shí)體锁保，重量可降低5%～10%薯酝。目前，福特新蒙迪歐在儀表板骨架上應(yīng)用了該工藝爽柒，骨架產(chǎn)品設(shè)計(jì)壁厚2.4mm吴菠，相較于實(shí)心材料重量降低了10%，此外浩村，長城和大眾也有應(yīng)用于此項(xiàng)技術(shù)做葵。MuCell 工藝的缺點(diǎn)是一次性投入高，工藝難度大心墅，同時(shí)相關(guān)研究表明酿矢，使用該工藝對(duì)儀表板減重比控制在3%～8%時(shí)，產(chǎn)品性能會(huì)下降10%左右怎燥，基本滿足性能要求瘫筐，減重超過8%，機(jī)械性能和耐熱老化性能急劇下降铐姚，不能滿足要求策肝。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）（如圖2所示）谦屑，二者均是在注塑過程中驳糯，利用塑料粒子中加入的碳酸氫鈉和碳酸銨類的無機(jī)發(fā)泡劑，受熱分解產(chǎn)生的二氧化碳等氣體氢橙，使產(chǎn)品形成微孔發(fā)泡結(jié)構(gòu)酝枢，以降低材料密度，減輕產(chǎn)品重量[6]悍手。其中帘睦，core-back工藝因使用了二次開模袍患，相較于模內(nèi)化學(xué)發(fā)泡，發(fā)泡的倍率更高竣付，產(chǎn)品中形成的泡孔數(shù)量更多诡延，產(chǎn)品的減重比更大。一般來說古胆，模內(nèi)化學(xué)發(fā)泡的減重比相比于實(shí)心材料在5%～8%左右肆良，而core-back工藝可高達(dá)30%～50%，具體根據(jù)退模行程決定逸绎。同物理發(fā)泡工藝一樣惹恃，化學(xué)發(fā)泡工藝可在PP-LGF材料應(yīng)用減重的同時(shí)，減少產(chǎn)品翹曲變形棺牧，提升產(chǎn)品穩(wěn)定性巫糙，而且二次開模發(fā)泡工藝能夠適用于做外觀件。目前颊乘，寶馬5系已在儀表板骨架上應(yīng)用了PP-LGF的core-back工藝参淹，產(chǎn)品壁厚由初始1.8mm左右發(fā)泡到3.8mm，重量降低了約40%乏悄，此外大眾的部分車型也已使用模內(nèi)化學(xué)發(fā)泡工藝浙值。core-back工藝的缺點(diǎn)是發(fā)泡劑較貴，開模的周期較長纲爸，模具成本也比模內(nèi)發(fā)泡模具高亥鸠，而且該工藝的技術(shù)難度較高，后期調(diào)試周期較長识啦，產(chǎn)品的綜合成本較高。模內(nèi)發(fā)泡工藝的缺點(diǎn)是發(fā)泡劑較貴神妹，產(chǎn)品的減重效果不是特別明顯颓哮，減重效果低于薄壁注塑工藝，物理發(fā)泡工藝和core-back工藝鸵荠。圖2 二次開模發(fā)泡示意

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說到一次性容器你是不是認(rèn)為紙比塑料更環(huán)保呢冕茅？這可不一定，塑料具有重量輕蛹找，不易受水和陽光影響的特點(diǎn)姨伤，適合制作容器，但也因?yàn)檫@樣的特點(diǎn)使得塑料不易被大自然分解庸疾，容易造成大量垃圾乍楚，因此后來出現(xiàn)紙質(zhì)容器，但紙質(zhì)容器也不是沒有缺點(diǎn)届慈，甚至與傳統(tǒng)塑料相比問題還更大徒溪。首先因?yàn)榧垙執(zhí)焐滤尥担龅剿蜁?huì)軟化，沒辦法單獨(dú)承裝液體臊泌，因此市面上常見的紙杯就需要在紙張表面加一層塑料淋膜鲤桥，所以摸起來感覺滑滑的。但這種復(fù)合材質(zhì)的設(shè)計(jì)就會(huì)造成回收的難題渠概，紙加塑料淋膜的設(shè)計(jì)當(dāng)被送到回收廠時(shí)茶凳，如果沒有特殊技術(shù)是無法將紙與塑料淋膜分離，不能分離就無法重新回收材料再利用播揪，而被放在自然環(huán)境中也因?yàn)槭菑?fù)合材料很難被分解贮喧，所以紙杯基本上只能焚燒。聚丙烯微孔發(fā)泡所以說材質(zhì)越單一越容易回收再利用剪芍，現(xiàn)在有一種PP發(fā)泡塑料就具有這種易回收利用的特點(diǎn)塞淹，耐熱，抗腐蝕又安全罪裹，還可以在微波爐內(nèi)加熱饱普，只要經(jīng)過發(fā)泡加工處理，成為發(fā)泡聚丙烯就能制成又輕又安全的容器状共，并且材質(zhì)單一只要回收方式正確就能再利用套耕。發(fā)泡技術(shù)是塑料在擠出，吹塑等加工過程中為了減輕產(chǎn)品的重量峡继，將二氧化碳或氮?dú)庾⑷氲教厥獾乃芑b置中冯袍，使氣體與原料充分混合，讓塑料產(chǎn)生反應(yīng)形成具有微孔發(fā)泡的塑料制品過程碾牌，利用發(fā)泡技術(shù)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品具有輕量化康愤，緩沖吸震，吸音舶吗，保溫等特點(diǎn)征冷，廣泛應(yīng)用于包裝，建筑建材等行業(yè)誓琼。塑料發(fā)泡歷史塑料發(fā)泡技術(shù)的發(fā)展已有幾十年的歷史了检激，在20世紀(jì)20年代出現(xiàn)了早的泡沫膠木，這種材料是用類似于制造泡沫橡膠的方法制取的腹侣，從那以后的三十年內(nèi)幾乎所有的塑料都能夠通過發(fā)泡技術(shù)制成泡沫塑料叔收。到了80年代美國人研制出了微孔發(fā)泡之后，人們對(duì)這種微孔新型塑料日益感興趣傲隶，并逐漸成為市場上主要的塑料發(fā)泡技術(shù)饺律。發(fā)泡劑現(xiàn)在市場上普遍使用的發(fā)可以分為兩種。一種是物理發(fā)泡劑伦籍，這種發(fā)泡劑一般使用二氧化碳蓝晒，氮?dú)馊觯睔獾葰怏w，并且這些氣體在氣態(tài)下不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)芝薇，而且在氣態(tài)時(shí)在塑料中的擴(kuò)散速度會(huì)低于在空氣中的擴(kuò)散速度胚嘲。另一種是化學(xué)發(fā)泡劑，它是一種當(dāng)受熱后就會(huì)釋放如氮?dú)饴宥趸嫉鹊奈镔|(zhì)馋劈，釋放氣體的速度能夠控制，化學(xué)發(fā)泡劑一般有碳酸銨晾嘶，碳酸氫鈉等妓雾。發(fā)泡工藝發(fā)泡工藝有三種一種是物理發(fā)泡法，就是將氣體在壓力下注入塑料糊狀熔體中垒迂，再經(jīng)過降壓釋放出氣體械姻，從而就能在成型的塑料中形成很多小孔，這種發(fā)泡法由于成本較低机断，發(fā)泡后對(duì)不會(huì)留下殘余物楷拳，并且對(duì)發(fā)泡塑料性能不會(huì)改變。另一種是化學(xué)發(fā)泡法吏奸，這種是利用化學(xué)方法產(chǎn)生氣體來使塑料發(fā)泡欢揖，是對(duì)加入塑料中的化學(xué)發(fā)泡劑進(jìn)行加熱后讓其分解釋放出氣體而發(fā)泡，還有一種就是利用塑料之間相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放出氣體而進(jìn)行發(fā)泡奋蔚。 后一種是機(jī)械發(fā)泡她混，使用機(jī)械攪拌的方法使氣體混入材料中，然后經(jīng)定型過程形成泡孔的泡沫塑料泊碑。發(fā)泡原理將發(fā)泡劑注入到塑料熔體中后坤按，發(fā)泡劑的分子就會(huì)在塑料中形成很多微小氣泡（氣泡核），隨著塑料在熔化過程中溫度的升高和壓力增加馒过，氣泡開始增長或者與其它氣泡合并變大晋涣，隨著塑料產(chǎn)品的成型后溫度和壓力開始降低，氣泡也會(huì)停止增長并且慢慢成型沉桌，這樣就會(huì)在塑料中形成很多或大或小的氣孔。所以不管采用什么發(fā)泡工藝算吩，使用哪種發(fā)泡劑都要經(jīng)過形成氣泡核留凭，氣泡核膨脹，氣泡固化成型這個(gè)過程偎巢。發(fā)泡膜包裝袋制造過程在所有的發(fā)泡產(chǎn)品中常用的就是發(fā)泡膜蔼夜，也就是我們常說的珍珠棉，將它作為包裝材料來使用有很多的優(yōu)點(diǎn)压昼，如防震求冷，防潮瘤运，韌性好等，來看看我們包裝使用的發(fā)泡膜包裝袋是怎么制造出來的匠题。發(fā)泡膜包裝袋使用的材料是聚乙烯拯坟，首先將聚乙烯原料顆粒按比例混合，通過管道將其吸入到擠出機(jī)入料口韭山，同時(shí)在擠出機(jī)中還要加入發(fā)泡劑郁季。在擠出機(jī)中需要加溫讓原料熔化，再通過噴淋冷卻降溫以達(dá)到發(fā)泡溫度讓其膨脹發(fā)泡钱磅，然后從機(jī)頭口模擠出圓筒形發(fā)泡膜梦裂。將圓筒型發(fā)泡膜切刨開，展平后收成卷盖淡，這樣就可切割后包裝產(chǎn)品了年柠。讓成卷的發(fā)泡膜通過印刷機(jī)在上面印上需要的圖案或者文字。印刷好的發(fā)泡膜按照包裝袋的大小裁剪成片狀褪迟，后通過機(jī)器壓封成包裝袋冗恨，這樣就可以用于包裝產(chǎn)品了。塑料通過發(fā)泡技術(shù)能讓其內(nèi)部形成氣泡牵咙，能讓生產(chǎn)出來的產(chǎn)品更加輕便派近，還能起到包裝保護(hù)的功能，現(xiàn)在科學(xué)家研究出了一種氣泡金屬洁桌，也具有這樣的性能渴丸，它就像金屬的氣泡包裝材料。這種復(fù)合氣泡金屬是通過空心金屬周圍熔化鋁材來制造的另凌，它是一種新型復(fù)合材料并不是普通的金屬谱轨，它比合金鋼要輕70%，能吸收超過普通鋼幾十倍的能量吠谢，具備防輻射土童，防彈，防火的能力工坊，在遭遇壓力時(shí)其內(nèi)部的氣泡能起到緩沖保護(hù)的作用献汗，也許將來我們就能用到這種氣泡金屬。隨著世界資源的減少和對(duì)環(huán)境要求的提高王污，怎么提高可持續(xù)性以及提升效率罢吃，推動(dòng)材料和能源消耗的下降，以及材料性能的提升昭齐，成本降低尿招，有些可以通過輕量化實(shí)現(xiàn)，而發(fā)泡技術(shù)就是輕量化未來發(fā)展的方向。那些用于包裝就谜，汽車怪蔑，建筑和日用消費(fèi)品中的傳統(tǒng)固體材料都是朝著發(fā)泡，輕量化結(jié)構(gòu)在發(fā)展丧荐，很多高分子發(fā)泡材料被作為基礎(chǔ)原材料使用缆瓣，各種利用發(fā)泡技術(shù)制造出來的塑料產(chǎn)品在我們生活中的使用將越來越廣泛。

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核心技術(shù)優(yōu)勢：1篮奄、技術(shù)創(chuàng)新：·成套設(shè)備：自主研發(fā)的超臨界CO2微孔發(fā)泡成套裝備捆愁，將化學(xué)工程的技術(shù)手段應(yīng)用于聚合物加工】呷矗·適用性好：工藝適用于多種聚合物材料的微孔發(fā)泡(PP昼丑、PA、TPU夸赫、TPAE菩帝、PVDF…)〔缤龋·控制確：通過宏觀工藝參數(shù)(溫度呼奢、壓力)的確控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)泡孔結(jié)構(gòu)的確控制切平。2握础、性能優(yōu)勢：·多類別：從彈性體到工程塑料的多種聚合物輕量化材料產(chǎn)品 °财罚·高性能：充分發(fā)揮多孔結(jié)構(gòu)作用能并配合材料的功能化改性禀综，實(shí)現(xiàn)材料的高性能化 √ρ希·輕量化：低密度(min) 30kg/m3 定枷。重環(huán)保：純物理發(fā)泡，制程清潔環(huán)保届氢，產(chǎn)品安全無毒欠窒。聚丙烯微孔發(fā)泡已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的產(chǎn)品種類：1、M-PP：聚丙烯微孔發(fā)泡板材2退子、M-PVDF：聚偏氟乙烯微孔發(fā)泡板材3岖妄、M-PA12：尼龍12微孔發(fā)泡板材4、M-TPU：熱塑性聚氨酯彈性體微孔發(fā)泡板材5寂祥、M-TPEE：熱塑性聚酯彈性體微孔發(fā)泡板材6衣吠、M-PEBA：熱塑性聚酰胺彈性體微孔發(fā)泡板材