微发泡聚甲醛结构与性能研究(2)
1.2 微发泡技术的发展 微发泡成型技术是指以热塑性材料为基体，通过特殊的加工工艺，使制品中间层密布泡孔尺寸从小于一微米到几十微米尺寸的封闭微孔。微发泡注塑成型技术突破了传统注塑的诸多局限，在基本保证制品性能不降低的基础上，可以明显减轻制件重量和成型周期，大大降低设备的锁模力，并具有内应力和翘曲小，平直度高，没有缩水，尺寸稳定，成型视窗大等优势。与常规注塑相比较，特别在生产高精密以及材料较贵的制品中，在许多方面都独具优势，成为近年来注塑技术发展的一个重要方面。 微孔加工技术于 1980-1984 年间诞生于美国麻省理工学院（MIT），是由 Suh 博士及其学生所发明[1]，微孔批处理技术的第一项美国专利于 1984 年公开。该技术提出两个目标：一是节省材料，二是微小球形泡孔裂纹尖端捕获裂纹，进而提高材料的韧性[2]。 Jonathan Colton研究了半结晶性聚合物如PP 等的发泡方法[3]，原理是：温度升高至 PP 的熔融温度以上后就消除了PP 中的结晶相，气体就可以溶解于非晶结构中。 Chul Park 和 Dan Baldwin研究了微孔泡沫的连续挤出工艺[4]。 Sung Cha 利用超临界流体（如 CO2）将气体快速溶解，产生更多的泡孔[5,6]。利用超临界流体发泡，泡孔密度从109cells/cm3增加到1015cellls/cm3。 1995 年 Axiomatics 公司（后来的 Trexel公司）开始将微孔注射成型技术商业化应用，主要通过挤出工艺不断开发微孔技术的。1997 年，Trexel公司开发出第一台注射成型机。 微发泡聚合物材料的研究先从美国、欧洲开始，再延伸到日本及东南亚等地区，虽然在中国起步不久，但经过近年来的不断发展，用户正在迅速增长。许多世界知名的设备和原料厂商都购买了微发泡技术的专利使用权来对微发泡聚合物材料进行研究，经过多年来全球不同用户在商业设备、汽车部件、电子电器等各种产品中大批量生产使用，微发泡技术的优点得到了验证，用户在提高产品质量的同时获取了更高的经济效益。国内北京化工大学，中科院宁波材料所等单位也对此进行了深入地研究。
1.3 微发泡聚合物的性能优点 微发泡聚合物中的泡孔，实际起到了一种类似橡胶颗粒增韧塑料的作用（即微孔周围引发大量的银纹和剪切带，吸收能量）的作用，使得许多力学性能相对普通发泡和未发泡的材料明显提高。 微孔发泡高分子材料质量轻，密度可比未发泡的高分子材料轻5%~95%，刚性-质量比要比未发泡的高分材料高3~5倍[7]，疲劳寿命比未发泡的高分子材料高5倍，断裂韧性可高近4 倍，比强度可提高3~5 倍，比刚度提高3~5 倍，热稳定性高，介电常数热传导性更低[8]。 鉴于微发泡聚合物具有以上各种优异的力学性能，以及隔热、隔音、吸震等特殊功能，因此在制作汽车、飞机和各种薄壁制品时均可进行微孔处理，也可用于食品包装、生物医学材料、高压电绝缘层、汽车航空零件等方面。这些都是无法用未发泡或普通发泡材料取代的。 微孔聚合物已成为材料领域的一个研究热点， 被认为是 21 世纪的新型材料。 目前，对于很多聚合物材料如PE、PMMA、PU、PS、PP、PET等已有成功的研究和生产应用。表1-1是传统泡沫、微孔泡沫和未发泡聚合物的比较。