Ievads polipropilēna putošanas tehnoloģijā
Pieaugot prasībām pēc vides aizsardzības, atkritumu pārstrādes un rentabilitātes produktiem, fizisko putošanas metodēm, izmantojot tādus aģentus kā CO2, N2 un izopentāns, ir ieguvusi ievērojamu uzmanību. Pašlaik CO2 ir visplašāk izmantotais putojošās aģents.
Mikroporu polimēru materiālu sagatavošanai, izmantojot superkritisko šķidrumu, ir izveidota ļoti piesātināta polimēra kausēšanas/gāzes maisījuma izveidošana un termodinamiskās nestabilitātes izraisīšana dzesēšanas procesā. Kontrolējot tādus parametrus kā spiediens un temperatūra, polimēra matricā veidojas mikroķelulārās struktūras, un superkritiskais šķidrums darbojas kā kodola līdzeklis. Galvenie soļi šajā procesā ir šādi:
Polimēru/gāzes piesātinājuma sistēma
Noteiktā temperatūrā tiek izmantota piemērota metode, lai polimērā izšķīdinātu augsta spiediena, nereaģējošu gāzi (piemēram, CO2 vai N2), veidojot viendabīgu polimēru/gāzes piesātinājuma sistēmu. Gāzes koncentrācija parasti svārstās no 5% līdz 20%. Gāzes difūzija polimērā ir lēna, un to var paātrināt, paaugstinot temperatūru un spiedienu.
Kodolizēšana
Samazinot spiedienu un/vai paaugstinot temperatūru, polimēra/gāzes sistēma nonāk termodinamiski nestabilā stāvoklī, kļūstot piesātināta. Tas izraisa viendabīgu un neviendabīgu kodolu veidošanos, izraisot daudzu gāzes burbuļu veidošanos.
Burbuļu augšana
Piestātinātā gāze izkliedējas burbuļos, izraisot tos augt un samazinot sistēmas brīvo enerģiju. Burbuļa augšanu kontrolē tādi faktori kā laiks, temperatūra, piesātinājums, stress un sistēmas viskoelastīgās īpašības.
Mikroporas struktūras stabilizācija
Burbuļa struktūras stabilizēšanai tiek izmantotas tādas metodes kā rūdīšana.
Procesam ir kritiski svarīgi vienveidīga, augstas koncentrācijas polimēru/gāzes sistēma un precīza kodolizācijas un burbuļu augšanas kontrole. Mikrocelulārajām putām, kas ražotas parasti, ir poru izmēri, sākot no 5-30 μm. Salīdzinot ar tradicionālajām putojošajām lapām, šiem mikroporiskajiem materiāliem ir 30% -40% lielāks stiepes un spiedes stiprums vienam un tam pašam blīvumam, un tos var ražot esošajās ražošanas līnijās. Superkritisko šķidruma tehnoloģijas un plastmasas iesmidzināšanas veidņu kombinācija ir padarījusi realitāti tieši mikrocellulārā polipropilēna injekcijas veidotu produktu ražošanai.
Augstas kausēšanas stiprības polipropilēna putošanas tehnoloģija
Parastā polipropilēna putošanas laikā viskozitāte strauji samazinās virs kristalizācijas kušanas temperatūras, apgrūtinot ekstrūzijas temperatūras kontroli. Tomēr polipropilēnam ir jāsaglabā pietiekama ekstrūdera plūstamība, vienlaikus arī ar atbilstošu kausēšanas izturību un elastību, lai saglabātu regulāru burbuļa struktūru. Tāpēc lielas kausēšanas stiprības polipropilēns ir būtisks putošanas procesā.
Piemēram, Profax F814 sveķiem, ko ražo ārvalstu uzņēmums, pēc polimerizācijas procesa laikā ir ieviesti garas sānu ķēdes, piešķirot tam 9 reizes lielāku parasto homopolimēru kausējuma stiprumu ar līdzīgām plūsmas īpašībām. Burbuļu izturēšanās lineārā PP un sazarotajā PP putošanas laikā ievērojami atšķiras. Lineārajam PP ir augsts atvērto šūnu saturs, un burbuļi ātri saplūst, pat ātri atdzesējot. Turpretī sazarotajam PP ir tendence veidot slēgtu šūnu struktūras ar minimālu burbuļu apvienošanos, padarot to piemērotu augstas kausēšanas stiprības sasniegšanai.
Savstarpēji saistīta polipropilēna putošanas tehnoloģija
Daži uzņēmumi ir pieņēmuši arī savstarpējas saistīšanas procesus, lai iegūtu polipropilēna putas, piemēram, sajaukt PP ar PE un savstarpēji savienojošu PE. Piemēram, uzņēmums ir izstrādājis mikrokroslinkētas polipropilēna putas, izmantojot divpakāpju procesu: vispirms ekstrudējot 3 mm biezu cietu loksni, pēc tam to šķērsojot ar peroksīdu vai apstarošanu, un visbeidzot ievietojot to augstspiediena traukā (līdz 69 MPa) ar N2, lai izraisītu putu. Šīs metodes rezultātā rodas putas ar 1 0% slēgtu šūnu struktūru un blīvumu 0,3 g/cm³. Šīs putas tiek izmantotas tādās lietojumprogrammās kā automobiļu detaļas un sporta preces.
Šī procesa atslēga ir PP sveķu savstarpēja saistīšana pirms putošanas, kas samazina viskozitāti kausēšanu un putošanas laikā samazina burbuļa plīsumu. Krustveida PP putām ir ievērojami labāka karstuma pretestība (30-50 pakāpe augstāka) un termiskā šļūdes veiktspēja (100 reizes labāka), salīdzinot ar nesaistītām putām. Tomēr PP augstā kristalinitāte un grūtības šķērsot pašreizējos izaicinājumus, kas prasa precīzu reakcijas apstākļu kontroli, lai samazinātu degradāciju.
Kodolu aģenti putojošos
Mikrocelulāru PP putas ar parasto termosetu vai amorfu termoplastisko tehnoloģiju ražošanu ir grūti, jo pp ir zema gāzes šķīdība, kas ierobežo burbuļa kodolu un augšanu. Neliela daudzuma nātrija benzoāta pievienošana kā kodola līdzeklis var samazināt polimēra virsmas spraigumu, veicinot burbuļa kodolu. Tomēr Talc, kas veido spēcīgu saikni ar PP, nav efektīva kā kodola līdzeklis un to nevajadzētu izmantot.