中國粉體網訊 泡沫塑料是一種以氣體為填料塑料為基體的廣義復合材料，也被稱為多孔復合材料。多孔結構賦予泡沫塑料獨特的性能，相比于實心塑料制品，泡沫材料具有質輕、隔音、隔熱、抗震、比強度高、優異的緩沖性能等特點，在航空航天、軌道交通、汽車工業、建筑保溫、緩沖包裝、風電、家居家裝、醫療衛生、日常用品等方面具有廣泛應用。
最常用于泡沫塑料的樹脂有聚氨酯（PU）、聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）及聚氯乙烯等，此外聚丙烯（PP）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、乙烯-丙烯酸酯共聚物（EVA）、聚乳酸（PLA）、尼龍（PA）、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚偏氟乙烯（PVDF）等泡沫塑料在不同領域都有一定的應用。
在泡沫塑料中添加劑種類那么多，填充劑因為發揮了成核劑作用在配方中備受重視。例如，對于固體樹脂的發泡，如分解溫度與熔融溫度不相匹配，可加入發泡促進劑進行調整。而改變泡沫質量，一般加要入成核劑調整。進一步，成核劑的粒徑、份量、改性劑、水分都是影響發泡質量關鍵因素。
氣泡成核
1、泡沫塑料的成型方法
泡沫塑料的成型方法主要包括：擠出發泡、注塑發泡、模壓發泡、可發性珠粒模塑成型、交聯發泡、澆注發泡成型等。
（1）擠出發泡
擠出發泡是一種通過擠出機實現的連續發泡工藝，具有高產量連續化生產等優點，在工業界獲得廣泛應用。擠出發泡工藝過程包括：聚合物顆粒加入擠出機中，通過安裝在擠出機筒上的發泡劑注入口注入物理發泡劑，或將化學發泡劑與聚合物顆粒及其他助劑混合一起從加料口加入，在高溫高壓和螺桿的剪切混合作用下，形成聚合物/發泡劑均相溶液，降低均相溶液的溫度到適宜發泡溫區，通過機頭快速降壓實現泡孔的生產生長過程，物料出機頭后迅速冷卻定型形成泡沫塑料制品。
（2）注塑發泡
注塑發泡是指通過注塑成型工藝制備泡沫塑料。包括結構發泡注塑和微發泡注塑。注塑發泡通常發泡倍率較低，密度介于不發泡材料的50%～100%。泡孔結構的存在在實現制品輕量化的同時，可以解決常規注塑工藝中出現的制品翹曲變形、開裂、凹痕及尺寸不穩定等問題，在汽車工業、電子電器行業以及日常用品等領域有廣闊應用前景。
2、塑料發泡常用組分
（1）發泡劑
發泡劑是泡沫塑料制備用的最主要組分，指能在塑料中形成泡孔結構而添加的一類助劑。按氣體產生的方式可分為物理發泡劑（PBA）和化學發泡劑（CBA）兩大類。物理發泡劑是指在發泡過程中組成不發生變化，僅由于物理狀態發生變化而形成氣泡的物質，化學發泡劑是指在發泡過程中受熱分解釋放出氣體而形成氣泡的物質，包括有機化合物和無機化合物。
（2）發泡助劑
發泡助劑是一類與發泡劑并用，可調節發泡劑分解溫度與分解速度，并能改進發泡工藝，穩定泡沫結構和提高泡沫質量的一類助劑。按其作用不同可分為發泡促進劑、發泡抑制劑、泡沫穩定劑、催化劑、成核劑等。
（3）成核劑
成核劑也屬于發泡助劑的一種，是為了得到泡孔均勻致密的泡沫而加入的一類物質。其中，物理成核劑主要品種有滑石粉、二氧化硅、碳酸鈣、二氧化鈦、硅藻土和高嶺土等，這些往往也是降本和改性的填料。當發泡體系狀態變化時，無機顆粒表面的孔穴處易形成熱力學不穩定中心，從而引發氣泡成核。
無機顆粒的表面形狀影響成核效率，因此通常表面積較大的片狀無機材料可用作成核劑，如滑石粉具有更高的成核效率；碳酸鈣作為常用填料可改善力學性能，也有利于控制泡孔尺寸也常被采用；納米黏土、碳納米管等也可作為發泡成核劑。選對了成核劑，其應用效果關鍵在于納米顆粒的分散程度以及粒徑范圍，約在800～2500目之間。
3、發泡塑料無機成核劑應用技術
無機粉體材料是否影響塑料材料發泡性能發揮十分復雜，具體要看如下條件而定。
無機粉體尺寸：如果無機粉體的粒度大于10μm對于發泡有一定影響，但是如果無機粉體的粒度在5μm尺寸左右就基本沒有任何影響了，就可以起到發泡成核劑的作用促進發泡成型了。
無機粉體的分散性：如果無機粉體在樹脂中分散很均勻，保證沒有團聚現象就不影響發泡成型。分散性好壞主要看表面處理好壞，如果無機粉體表面處理的徹底，完全改變了原來的親水性為親油性，可以不影響發泡成型。具體表面處理方式可以采用雙親處理方式，即用鋁酸酯偶聯劑/多元醇表面活性劑雙重處理。
無機粉體含量：無機粉體加入量太低，熔體中形成不了足夠的成核點，造成發泡倍率偏低；如果無機粉體加入量太高，是可以形成很多成核點，但是填充過大熔體強度太低，導致過多破泡，也同樣降低發泡倍率。因此適宜的加入量可以促進發泡質量，一般建議最佳填充量為10%～30%。
無機粉體的含水量：如果無機粉體的含水量小于0.5%，填充基本不影響發泡成型。
值得一提的是，碳酸鈣可以正面促進發泡有兩個重要原因。
一是碳酸鈣可以作為成核劑，吸附發泡氣體形成氣泡核，控制泡孔的數量，使泡孔更細。
二是碳酸鈣可以改善樹脂的熔體性能，自身剛性比較大的碳酸鈣可以減緩熔體變形和移動能力，從而可以抑制泡孔過快膨脹，控制泡孔尺寸更細。
4、碳酸鈣、滑石粉成核劑研究進展
李浩等對微孔發泡木粉/聚丙烯復合材料的結晶行為與泡孔結構進行了測定與分析。結果表明：滑石粉的添加能夠提高微孔發泡木粉/聚丙烯復合材料的結晶溫度，誘導產生不完善的α晶型；能夠提高聚合物基體的熔體黏度，減小泡孔尺寸，增加泡孔密度，促使泡孔尺寸分布更均勻。
何博研究了無機粒子對發泡零件泡孔形態及分布的影響，發現通過減小無機粒子粒徑與適量添加納米碳酸鈣能夠有效的提高發泡零件的泡孔密度，減小泡孔的尺寸，但是會增加平行方向的泡孔變形量，在納米碳酸鈣含量為6wt%時垂直方向泡孔形態最好，泡孔尺寸為37.6μm，而泡孔密度達到了3.14×1010個/cm3。
黃常翼等分別以納米碳酸鈣、納米蒙脫土和納米滑石粉作為成核劑，采用微孔發泡注射成型工藝制備了聚丙烯（PP）/乙烯-辛烯嵌段共聚物（OBC）發泡復合材料，研究了成核劑的種類和含量對PP/OBC發泡復合材料的發泡行為和沖擊韌性的影響。結果表明，三種成核劑都能改善PP/OBC發泡復合材料的發泡行為。當成核劑的質量分數為6%時，PP/OBC/碳酸鈣、PP/OBC/蒙脫土和PP/OBC/滑石粉發泡復合材料的泡孔密度分別提升了556.8%，518.2%，497.7%。
結語
目前許多碳酸鈣等無機粉體生產企業和發泡材料生產企業都在研究細分領域的中高端產品。在粉體深加工技術方面，對粉體指標的控制和改性技術尤為重要；在發泡材料制備過程中，無機粉體成核劑的復配應用也是研究熱點。
參考來源：
李建軍編著塑料配方設計（第三版）
何博，等：機粒子對PP微孔發泡/模內裝飾復合注塑成型影響研究，武漢理工大學
王濱，等：填充劑對聚丙烯微發泡材料性能和表觀質量的影響，南京聚隆科技股份有限公司
李浩，等：滑石粉對微孔發泡木粉/聚丙烯復合材料結晶行為及泡孔結構的影響，東北林業大學
(中國粉體網編輯整理/昧光)
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