模压发泡板材成型方法及理论研究

摘要

发泡板材具有优异的力学性能，在包装、风电、交通运输等领域具有广泛的应用。采用模压成型方法制备发泡厚板具有对设备要求低，投资少等优点，但存在生产效率低、生长周期长等缺点。为了解决该问题，通过在模压发泡母板上开设气体扩散通道以缩短饱和时间，提高生产效率。本论文系统研究了气体扩散通道的布置模式对气体饱和时长的影响规律，优化了气体扩散通道设计，提高了模压发泡板材生产效率;通过对模压发泡工艺优化设计，降低扩散通道对制品性能的影响。
　　为了优化设计气体扩散通道的布置模式，本论文首先系统研究了，物理发泡剂二氧化碳在聚苯烯-丙烯晴聚合物(SAN)中的吸附与解吸附特性，得到不同工艺条件下CO2在SAN中的扩散系数;采用实验设计方法(DOE)，系统研究了发泡工艺参数对吸附量与发泡倍率的影响规律，确定了最优发泡工艺参数。
　　通过分析计算扩散距离，对比两种扩散通道布置方式的扩散效率，结果表明:按照等边三角形分布时，扩散效率不仅比较高而且还能减少制品缺陷产生的可能性。根据Fick定律，建立了饱和时间、扩散通道孔径大小与扩散通道中心距之间的理论模型，并通过吸附实验验证了其正确性。同样的饱和工艺下，开设扩散通道可以明显提高模压发泡生产效率，与未开扩散通道方式相比，饱和时长缩短了71.4％，制品生产提高了2.5倍;随着随着扩散孔间距的增大，同样条件下CO2在聚合物中的溶解量减小，因此在不影响制品质量的前提下，尽可能地缩短扩散孔间距。
　　最后系统研究了发泡工艺对于扩散通道闭合的影响，结果表明:采用自由发泡或者受限发泡的方式，都不能实现扩散孔的完全闭合，在较低发泡温度下，随发泡倍率增加扩散孔直径增大;在较高或更高压力下，随发泡倍率增加扩散孔径减小。基于此，本文采用三段式调温发泡法，在饱和过程中通过提高饱和温度，进一步提高了发泡倍率并实现了扩散孔径的完全闭合。此外，在三段式调温发泡法基础上垂直于扩散孔方向进行受限，对比了受限发泡对扩散孔闭合的影响，结果表明:受限有助于扩散孔的闭合。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 发泡材料简介

1．2 聚合物发泡机理

1．3 厚板发泡制品的成型方法

1．4 超临界CO2与聚合物的相互作用

1．4．1 超临界CO2在聚合物发泡加工中的优点

1．4．2 超临界CO2在聚合物内的溶解与扩散

1．4．3 超临界CO2对聚合物的塑化作用

1．5 受限发泡工艺

1．6 模压发泡的研究进展

1．7 本论文的主要研究内容、目的及意义

1．7．1 研究的目的及意义

1．7．2 主要研究内容

第二章 SAN聚合物模压发泡工艺的分析与优化

2．1 实验原料

2．2 实验设备

2．3 试样的制备及实验流程

2．3．1 试样的制备

2．3．2 实验流程

2．4 表征方法

2．4．1 制品宏观性能

2．4．2 制品微观性能

2．5 实验工艺区间的确定

2．5．1 饱和时间的确定

2．5．2 发泡温度的确定

2．5．3 发泡压力的确定

2．6 DOE方法对发泡工艺参数的优化

2．6．1 DOE优化方法简介

2．6．2 DOE优化步骤

2．6．3 传递函数的分析

2．6．4 最优工艺条件

2．7 本章小结

第三章 CO2在SAN聚合物中的溶解和扩散研究

3．1 实验原料与实验设备

3．1．1 实验原料

3．1．2 实验设备

3．2 试样的制备及实验流程

3．3 饱和时间对吸附量的影响

3．4 工艺参数对气体在聚合物中溶解量的影响

3．5 工艺参数对扩散系数的影响

3．6 SAN／CO2体系与PS／CO2体系解吸附扩散系数的对比

3．7 本章小结

第四章 模压发泡扩散理论模型及其实验分析

4．1 理论部分

4．1．1 待发泡母板打孔布置方式的选择

4．1．2 饱和时长理论模型的推导

4．1．3 饱和时长理论的分析

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．2．2 实验设备

4．2．3 样品制备方法及实验过程

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 发泡温度的确定

4．3．2 饱和时间的确定

4．3．3 溶解扩散系数的确定

4．3．4 扩散通道对饱和时间的影响

4．3．5 扩散通道对吸附量的影响

4．4 本章小结

第五章 制备无缺陷SAN模压发泡板材方法的分析

5．1 实验设备与测试方法

5．1．1 实验设备

5．1．1 测试方法

5．2 扩散孔径对发泡制品的影响

5．2．1 扩散孔径对自由发泡制品的影响

5．2．2 受限发泡对扩散孔缺陷的影响

5．3 自由发泡工艺对扩散孔闭合的影响

5．3．1 饱和压力对扩散孔闭合的影响

5．3．2 饱和温度对扩散孔闭合的影响

5．4 三段式调温发泡法

5．4．1 三段式调温发泡法对CO2吸附量的影响

5．4．2 三段式调温发泡法扩散孔闭合的影响

5．5 受限／三段式调温发泡法

5．5．1 受限对发泡倍率的影响

5．5．2 受限对孔径闭合的影响

5．5．3 发泡倍率对孔径闭合的影响

5．6 本章小结

第六章 全文总结

6．1 结论

6．2 本论文有待进一步研究的内容

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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