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| 聚丙烯发泡体系的挤出胀大和泡孔平均直径预测 |
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| 来源：广州鸿宇海绵厂 更新日期：2007年1月15日 浏览次数： |
发泡塑料是一种以塑料为基本成分、含有大量气体结构的复合材料。发泡塑料的成型加工和普通塑料相似，也存在着挤出胀大的现象。发泡塑料的挤出胀大，除了聚合物的勃弹性等原因之外，气泡大小也是一个重要影响因素，而且气泡大小对发泡塑料的力学性能也有很大的影响。为了获得具有良好力学性能、尺寸和形状精确的发泡塑料制品，有必要研究气泡大小和挤出胀大行为等问题。
知道采用发泡剂的聚合物熔体的流体行为对指导和开发泡沫塑料成型技术至关重要，但是目前的研究还很不够，大多停留在实验观察定性分析水平上，在设计成型设备、制定成型工艺上还缺乏足够的理论依据来进行精确定量计算。前人已研究了聚合物的胀大行为以及聚合物发泡体系气泡的膨胀原理，但是对气泡大小和挤出胀大没有进行定量的研究。随着泡沫塑料的需求不断增长，这就需要运用新的方法和模型来研究聚合物发泡体系的挤出胀大和气泡大小等问题，以便对实际生产进行指导。
本文选用聚丙烯发泡体系作为研究对象，通过实验研究挤出温度、挤出速率、压力、发泡剂和碳酸钙CaCO3含量等参数对发泡体系的气泡大小和挤出胀大的影响，从而找出聚丙烯发泡体系的挤出胀大和泡孔平均直径的预测模型，为探索控制生产挤出发泡制品的挤出胀大和泡孔大小提供理论依据和技术手段。
1、发泡体系黏度预测模型
由于影响发泡体系的因素很多，即使采用许多假设来简化影响的条件，至少也有影响效果比较明显的温度、偶氮二甲酰胺发泡剂（AC）含量和CaCO3含量等3个参数。因此，实验中采用DesignExpert试用版）等统计软件对实验得到的复杂的数据进行处理。
1.1主要原材料
聚丙烯（PP），PP-045,熔体流动速率2.0-6.0g/10min,密度0.91g/cm3,茂名石化实华股份有限公司；
偶氮二甲酰胺发泡剂（AC）,Q/JHG29-1999,发气量215-225mL/g，浙江巨化股份有限公司；
超微细CaCO3，Q/XXHG02-2001，密度2.7g/cm3，鑫鑫化工有限公司。
1.2主要设备与仪器
毛细管流变仪，XYL-II，吉林大学科学仪器厂；
选用长径比为40：1的毛细管、电子秒表、数码相机、自制的PID温度控制系统等对实验装置进行改造。改进的实验装置如图1所示。
1.3黏度预测模型
假设PP发泡体系的熔体服从幂律方程，即：
(1)
式中τ-剪切应力，Pa
-剪切速率，S-1
k-稠度，Pa·s
n-流动指数则黏度为： (2)
式中η-剪切黏度，Pa·s
利用图1所示改进的实验装置进行实验，从大量的实验数据中筛选回归得出式（2）中的k和n值。
根据实验数据和软件分析结果，整理得出k与n的表达式为：
（3）
其中：
式中φAC——AC发泡剂的质量分数
φCaCO3——CaCO3质量分数
T——温度（180℃≤T≤210℃）
而 （4）
因此，将式(3)、(4)代入式（2)就可以得到PP发泡体系的黏度预测模型：
(5)
1.4黏度预测模型实验验证
比较预测值和实验测量值（如表1所示），发现绝大多数的误差都不超过2％，因此认为可以接受该PP发泡体系的黏度预测模型。
2、挤出胀大预测模型
2.1挤出胀大比
挤出胀大过程的复杂性在于其边界问题，同时存在速度边界（本质边界）和表面力边界（自然边界），这是一个混合边界问题。这就使得挤出胀大的流动问题比黏弹流动向题（如入口收缩流动、绕球流动等）具有更强的非线性特性。
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