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解析:滚塑发泡成型技术的发泡过程影响因素

发布日期:2018-08-20 作者: 点击:


1)气泡成核
  在滚塑发泡(fāpāo)成型过程中典型的气泡(gas bubble)形态及温度。滚塑模具又称滚塑成型、旋转成型、回转成型等,是一种热塑性塑料中空成型方法。滚塑军用油箱必须有足够大的容积,尽可能地满足散热的要求。当模具(称号:工业之母)送入预热至300~400℃的加热炉中时,模具中的混合粉末开始逐渐被加热。当温度升至聚合物熔融温度时,聚合物粉末开始熔融。聚合物熔体随着模具的旋转(rotate)而流动,包裹住发泡剂,形成发泡母体,其中分散着还没有开始分解的发泡剂。需要注意的是,如果聚合物熔体停止流动,而没有很好地包裹住发泡剂的话,会在发泡剂和聚合物熔体间形成气泡,这些气泡会给最终的气泡形态带来负面影响。滚塑发泡成型过程基本上没有剪切运动,因此在聚合物熔融过程中,聚合物熔体的零剪切黏度是一个重要的流变参数(parameter)。当聚合物母体的温度高于发泡剂的分解温度时,发泡剂开始分解,在聚合物母体中产生气体(gases).这样就形成了气泡核。
2)气泡(gas bubble)生长
  当发泡(fāpāo)剂分解形成气泡核后,这些气泡核继续生长变成气泡。值得注意的是,滚塑(rotational moulding)发泡成型中所采用的化学发泡剂的气泡生长机理和物理发泡剂完全不同.物理发泡是将一种挥发性的液体在一定压力下将其注入聚合物熔体中,压力下降,聚合物熔体中的液体气化,形成泡沫.与此相反,滚塑发泡成型使用(use)化学发泡剂,加工过程在低压或常压下进行,溶解(solubility)在聚合物母体中的气体(gases)可以忽略不计。当发泡剂分解产生气体时,气泡核内的压力也随之上升。但是聚合物熔体的压力基本上都是维持在一个大气压左右.压力差是气泡生长的主要驱动力。核内的高压气体使气泡膨胀(inflate),但是由于存在压力差,部分气体会溶解在聚合物熔体内。气泡生长率受到气体产生率,气体溶解率和聚合物熔体强度的影响。一般说来,气泡生长主要受到气泡生长时间、温度、气体量、,流体静压或聚合物熔体压力和聚合物熔体黏弹性能的影响。
3)气泡聚结
  随着气泡生长,相邻的气泡最终会聚结起来。这些邻近的气泡开始只是相连,具有共同的气泡壁,随着空隙组分的增加,气泡壁变薄,气泡的密度(单位:g/cm3或kg/m3)开始减小。这是因为随着气泡壁强度减弱,气泡开始不稳定,更多的气泡聚结在一起。根据热力学定律,气泡的表面积减小,相邻气泡趋向(tend to)聚结。因为聚结气泡的表面积要小于两个独立气泡的表面积之和,总的自由能因为气泡聚结而降低,因此整个系统会倾向于形成自由能最小的结构,在这个过程中气泡聚结是很自然的。当气泡聚结后,气泡核密度减小,最终发泡材料(Material)的气泡密度也会降低。气泡尺寸较小,气泡尺寸分布较窄的发泡材料具有更好的力学和热性能(xìng néng),因此在滚塑(rotational moulding)发泡过程中应该预防气泡聚结以获得理想的气泡核密度。产生气泡聚结主要原因是聚合物熔体强度不够。熔体强度可以定义为在气体(gases)体积(volume)膨胀,气泡壁变薄的过程中,聚合物熔体抵抗气泡扩张的能力.因此气泡壁的稳定性(The stability of)随着熔体强度的增加而增加.熔体强度随着温度(temperature)的降低而增加,因此在滚塑发泡成型(Forming)过程中,必须保持低温(dī wēn)以尽量减少气泡聚结。
4)气泡(gas bubble)粗化
  在气泡(gas bubble)生长过程中另一个降低气泡密度的因素(factor)是气泡粗化。滚塑模具厂家由于制作过程中的各个部件都是在高温与旋转的工艺流程下最终成型的,不同于那些在重压之下形成的部件,因此滚塑模具不需要像注塑工艺那样还需要经过特别加工才可以经受住重压的考验。相邻的两个气泡大小不同时,因为存在压力(pressure)差,气体会从较小的气泡流向较大的气泡。因此较小的气泡变得更小,最终塌陷,.另一方面,较大的气泡变得更大,最后两个气泡变成一个大气泡。发生气泡粗化时,气泡密度严重下降(descend),同时会产生气泡聚结,因此力学性能也会随之下降。目前在滚塑(rotational moulding)发泡成型过程中已经做了大量的研究工作,其中包括气泡聚结和气泡粗化对发泡材料力学性能的影响。
 

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