加工工藝對美國杜邦 Hytrel HTR4275 TPEE擠出發(fā)泡性能的影響
發(fā)泡材料的性能是樹脂、助劑、發(fā)泡劑用量和泡孔結(jié)構(gòu)等多種因素綜合作用的結(jié)果，這些因素與設(shè)備結(jié)構(gòu)和成型條件密切相關(guān)。
美國杜邦 Hytrel HTR4275 TPEE發(fā)泡材料兼顧熱塑性彈性體和發(fā)泡材料所具有的優(yōu)良特性，具有高強(qiáng)度、彈性以及吸收應(yīng)力、緩沖震動等性能，在減震阻尼方面有很好的應(yīng)用前景。但TPEE的結(jié)構(gòu)特性決定其熔體具有高流動性和低熔體強(qiáng)度，加工溫度變化會引起熔體黏度的驟變，給發(fā)泡帶來不利影響。對于TPEE擠出發(fā)泡來說，設(shè)備結(jié)構(gòu)與成型工藝參數(shù)等加工工藝條件對發(fā)泡制品的發(fā)泡效果和性能影響更大。
加工機(jī)器機(jī)頭溫度對TPEE發(fā)泡片材的表觀密度影響很大。制品的表觀密度隨機(jī)頭溫度的升高呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，發(fā)泡倍率則相反，這從制品的宏觀形貌和微觀形貌的形態(tài)變化可以解釋。機(jī)頭溫度高時，串泡、泡孔破裂塌陷等現(xiàn)象嚴(yán)重，當(dāng)機(jī)頭溫度為210 oC時，擠出過程中可以明顯看到因泡孔塌陷而引起片材表面凹凸不平，片材表觀密度達(dá)到0．995g／cm ，發(fā)泡倍率僅為1．19；當(dāng)機(jī)頭溫度為170℃時，泡孔小且多，分布均勻，表觀密度降至o．701 g／cm ，發(fā)泡倍率為1．62，發(fā)泡效果*好；繼續(xù)降低機(jī)頭溫度，會導(dǎo)致熔體強(qiáng)度過大，發(fā)泡變的越來越困難，片材內(nèi)部泡孔密度越來越小，表觀密度增大，發(fā)泡效果變差。
隨著擠出過程中機(jī)頭溫度從210變至150℃ ，發(fā)泡材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率先降后升，在170℃時達(dá)到*小值。模溫較高時，泡孔塌陷非常嚴(yán)重，樹脂相多，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長率較大，但因制品缺陷較多，較TPEE基體相比降低嚴(yán)重。當(dāng)機(jī)頭溫度為170℃ 時，形成的泡孔較為均一，制品內(nèi)部泡孔密度*大，而泡孔本身對于聚合物來說又是“增塑劑”，相當(dāng)于“內(nèi)部缺陷”，此時拉伸強(qiáng)度*小，為6．54 MPa。繼續(xù)降低機(jī)頭溫度，制品內(nèi)部泡孔數(shù)量開始變少，力學(xué)強(qiáng)度又開始上升。
美國杜邦 Hytrel HTR4275 TPEE發(fā)泡制品的壓縮長久形變隨著機(jī)頭溫度的升高，呈先降低后升高趨勢，而當(dāng)模溫為150 qC和210 oC時，壓縮長久形變因發(fā)泡倍率低已很難測試。當(dāng)機(jī)頭溫度為170℃ ，泡孔小而均一，能夠均勻平緩地吸收外界的能量，形變恢復(fù)能力強(qiáng)，壓縮長久形變較小，為14．68％ ，隨著溫度的升高，泡孔逐漸變的不均一，且串孔越來越多，而大泡孔抵抗外界壓力的能力遠(yuǎn)小于小泡孔，壓縮過程中泡孔會有破裂塌陷等不可逆的形變發(fā)生，壓縮長久形變逐漸變大，當(dāng)溫度為190時，壓縮長久形變?yōu)?8．32％ ，較170℃ 時升高了24．8％ ；而機(jī)頭溫度低于170℃ 時， 因為制品內(nèi)部泡孔密度的降低，壓縮長久形變也相應(yīng)變大。
螺桿結(jié)構(gòu)對美國杜邦 Hytrel HTR4275 TPEE發(fā)泡的影響
螺桿在美國杜邦 Hytrel HTR4275 TPEE擠出發(fā)泡過程中擔(dān)負(fù)著熔融、混煉及建立熔體壓力的職責(zé)，其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)筒內(nèi)物理化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程。對于擠出發(fā)泡來說，螺桿的壓縮比不能過小，以保證足夠致密度和高熔體壓力的形成；應(yīng)具有較強(qiáng)混煉能力，使樹脂短時間塑化；還應(yīng)具有較大螺槽深度，避免對物料的過度剪切。
隨著螺桿轉(zhuǎn)速的提高，片材表觀密度變化幅度不大，但呈現(xiàn)先降再升的趨勢，在60 r／min以下，隨著轉(zhuǎn)速的提高，泡孔越來越細(xì)密均勻，表觀密度會越來越低；在60 r／min以上，隨著轉(zhuǎn)速提高，泡孔串孔、破裂塌陷的現(xiàn)象逐漸加重，泡孔雖大，但數(shù)量急劇減少，表觀密度開始升高。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為60 r／min時，TPEE制品表觀密度*低，為0．701 g／cm ，發(fā)泡倍率達(dá)到1．62，泡孔結(jié)構(gòu)*為均勻細(xì)密，結(jié)構(gòu)決定性能，此時因泡孔分布產(chǎn)生的力學(xué)缺陷少，發(fā)泡片材強(qiáng)度*好，達(dá)到6．54 MPa，轉(zhuǎn)速降低或升高都會使發(fā)泡材料內(nèi)部缺陷增多，力學(xué)性能下降
擠出背壓對美國杜邦 Hytrel HTR4275 TPEE發(fā)泡的影響
擠出背壓達(dá)到一定程度，聚合物熔體／氣體溶液體系中氣體飽和度才會比較大，成核速率快，泡孔數(shù)目多，才能取得理想的發(fā)泡效果。實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)由于螺桿轉(zhuǎn)速過低、口模溫度高或采用低阻力機(jī)頭等原因?qū)е卤硥航档蜁r，發(fā)泡倍率也會降低。通過降低模溫或提高螺桿轉(zhuǎn)速等措施提高發(fā)泡過程中的背壓，當(dāng)達(dá)到10 MPa左右時，離開機(jī)頭口模時，發(fā)泡材料膨脹程度急劇上升，很容易得到高發(fā)泡倍率的TPEE片材。實驗中通過調(diào)節(jié)螺桿轉(zhuǎn)速和機(jī)頭模溫來調(diào)節(jié)背壓，發(fā)現(xiàn)當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為60 r／min，機(jī)頭溫度為170 CC時，擠出背壓為10．5 MPa，發(fā)泡倍率為1．62，得到的TPEE發(fā)泡制品表面光滑，泡孔細(xì)密均勻，發(fā)泡效果很理想。
冷卻方式對美國杜邦 Hytrel HTR4275 TPEE發(fā)泡的影響
TPEE是熱的**導(dǎo)體，因泡孔的存在，其泡沫體導(dǎo)熱系數(shù)更低，擠出發(fā)泡物離開口模時，表層降溫速率遠(yuǎn)高于芯層，泡沫體表層冷卻固化較快，而芯部溫度還比較高，當(dāng)芯部進(jìn)一步冷卻時，因收縮會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力會作用在泡孔上，同時泡孔壁還受到表層應(yīng)力的作用，這是泡孔結(jié)構(gòu)的一個不穩(wěn)定因素，發(fā)泡物離開?？诤蟮睦鋮s方式對發(fā)泡制品的性能影響很大。實驗過程中，通過三輥壓光機(jī)對TPEE發(fā)泡片材進(jìn)行牽引的同時，控制輥溫來實現(xiàn)初步冷卻，然后進(jìn)入冷卻定型箱繼續(xù)冷卻。結(jié)果表明，當(dāng)輥溫控制在20℃ 或以下，發(fā)泡制品表面光滑，且有光澤狀，而輥溫升高時制品表面逐漸變得粗糙，與自然冷卻相比，通過輥溫冷卻大大改善了TPEE發(fā)泡制品的表面質(zhì)量。
結(jié)論
1)系統(tǒng)地研究了單螺桿熔融擠出TPEE發(fā)泡過程中螺桿結(jié)構(gòu)、長徑比等設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)與機(jī)頭溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、擠出背樂、冷卻方式等成型工藝參數(shù)對TPEE發(fā)泡片材結(jié)構(gòu)和性能的影響，并對擠出加工工藝進(jìn)行了優(yōu)化，獲得了*佳擠出工藝條件，對生產(chǎn)實際有重要的指導(dǎo)意義。
2)當(dāng)采用壓縮比為3：1、長徑比為25的銷釘式螺桿，控制機(jī)頭模具溫度為170 oC、螺桿轉(zhuǎn)速為60r／rain、擠出背壓為1O．5 MPa、輥溫為20 cc時，TPEE發(fā)泡片材表面光滑，內(nèi)部泡孔大小均一，分布均勻，發(fā)泡倍率為1．62，力學(xué)性能*佳，壓縮長久形變*小，發(fā)泡效果*好。