Teledyne Isco柱塞泵在擠出發泡中的應用
概述
使用物理發泡劑（PBAs）的擠出發泡工藝，已經在生產低密度熱塑性泡沫塑料中成功運用了一段時間。PBAs是惰性氣體、揮發性碳氫化合物，或在加工過程中被計量并溶解在聚合物熔體中的氫氟碳化合物（HFC）。這個擠出發泡工藝可以使用一臺擠出機或兩臺擠出機串聯運行。串聯系統也可以使用一個雙擠出機作為主擠出機。
該過程的基本步驟包括：
實驗步驟
圖1展示了使用環形模具和單螺桿生產泡沫板的系統示意圖 
Figure 1: 環形模單擠壓系統
Figure 2: 毛細管模串聯擠出系統
結論和影響
在一個典型的實驗中，從“恒壓”模式下運行的柱塞泵注射氣體開始。當聚合物熔化并由擠出機向前傳送時，柱塞泵變為“恒流”模式，保持準確和一致的泵送。
通過控制Teledyne Isco柱塞泵的流量可以改變發泡劑的用量，并研究了氣體含量對氣泡形貌的影響。
圖3顯示了用超臨界CO2吹塑擠出低密度聚苯乙烯（PS）的孔密度和膨脹率，同時改變模具幾何形狀（如燈絲模具的直徑和長度）和溫度。
Figure 3:（a）擠出低密度聚苯乙烯泡沫塑料的孔密度和 （b）膨脹率
圖4顯示了在不同模具的幾何形狀和溫度下，以5%重量超臨界CO2吹制的低密度聚丙烯（PP）的孔密度和膨脹率。
Figure 4:（a）CO2發泡擠出低密度PP泡沫的孔密度和（b）膨脹率
圖5顯示了在改變滑石粉（成核劑）含量和溫度的情況下，用氮氣吹塑擠出高密度PP的孔密度和膨脹率。
Figure 5: （a） N2吹塑擠出高密度PP泡沫的孔密度和（b）膨脹率
圖6顯示了在改變模具壓降率和滑石粉含量的情況下，用N2吹塑擠出高密度PP的泡孔形態。值得注意的是，溫度對低密度泡沫的膨脹行為影響很大，而溫度對高密度泡沫的膨脹行為沒有影響。在這兩種情況下，氣體含量和模具幾何形狀顯著影響膨脹行為，并且氣體含量影響氣泡密度。
Figure 6: N2 吹塑高密度PP泡沫的泡孔形態
參考文獻
1) Lee, S.T.; Park,C.B.; Ramesh, N.S. “Polymeric Foams:Science and Technology.” CRC. 2006.
2. Xu, D.; Park, C.B.; Fenton, R.G. SPE ANTEC Tech. Paper,113 (2005).
3. Xu, X.; Park, C.B.; Xu, D.; Pop-Iliev, R. Polym. Eng. Sci,43: p. 1378, 2003.
4. Lee, P.C.; Kaewmesri, W.; Wang, J.; Park, C.B.; Pumchusak,J.; Foland, R.; Praller, A. SPE ANTEC Tech. Paper,2115 (2007).
5. Lee, J.W.S.; Park, C.B. Macromolecular Materials &Engineering 291: p 1233, 2006.
使用物理發泡劑（PBAs）的擠出發泡工藝，已經在生產低密度熱塑性泡沫塑料中成功運用了一段時間。PBAs是惰性氣體、揮發性碳氫化合物，或在加工過程中被計量并溶解在聚合物熔體中的氫氟碳化合物（HFC）。這個擠出發泡工藝可以使用一臺擠出機或兩臺擠出機串聯運行。串聯系統也可以使用一個雙擠出機作為主擠出機。
該過程的基本步驟包括：
- 固體聚合物的熔化
- 向聚合物熔體中注入和溶解發泡劑
- 含發泡劑熔體的冷卻
- 成核起泡
- 合成細胞結構的穩定化
實驗步驟
圖1展示了使用環形模具和單螺桿生產泡沫板的系統示意圖
Figure 1: 環形模單擠壓系統圖2展示了使用毛細管模具生產泡沫長絲的串聯系統。第一臺擠出機熔化塑料顆粒，然后將熔體與ISCO柱塞泵供應的注入發泡劑（BA）混合。第一臺擠出機末端的混合段有助于快速分散發泡劑，使其與聚合物熔體形成單相溶液。第二臺擠出機有助于使溫度和發泡劑濃度均勻化。
齒輪泵可用于精確控制質量流量。下游設置根據需要而變化。
齒輪泵可用于精確控制質量流量。下游設置根據需要而變化。
Figure 2: 毛細管模串聯擠出系統結論和影響
在一個典型的實驗中，從“恒壓”模式下運行的柱塞泵注射氣體開始。當聚合物熔化并由擠出機向前傳送時，柱塞泵變為“恒流”模式，保持準確和一致的泵送。
通過控制Teledyne Isco柱塞泵的流量可以改變發泡劑的用量，并研究了氣體含量對氣泡形貌的影響。
圖3顯示了用超臨界CO2吹塑擠出低密度聚苯乙烯（PS）的孔密度和膨脹率，同時改變模具幾何形狀（如燈絲模具的直徑和長度）和溫度。
Figure 3:（a）擠出低密度聚苯乙烯泡沫塑料的孔密度和 （b）膨脹率圖4顯示了在不同模具的幾何形狀和溫度下，以5%重量超臨界CO2吹制的低密度聚丙烯（PP）的孔密度和膨脹率。
Figure 4:（a）CO2發泡擠出低密度PP泡沫的孔密度和（b）膨脹率圖5顯示了在改變滑石粉（成核劑）含量和溫度的情況下，用氮氣吹塑擠出高密度PP的孔密度和膨脹率。
Figure 5: （a） N2吹塑擠出高密度PP泡沫的孔密度和（b）膨脹率圖6顯示了在改變模具壓降率和滑石粉含量的情況下，用N2吹塑擠出高密度PP的泡孔形態。值得注意的是，溫度對低密度泡沫的膨脹行為影響很大，而溫度對高密度泡沫的膨脹行為沒有影響。在這兩種情況下，氣體含量和模具幾何形狀顯著影響膨脹行為，并且氣體含量影響氣泡密度。
Figure 6: N2 吹塑高密度PP泡沫的泡孔形態參考文獻
1) Lee, S.T.; Park,C.B.; Ramesh, N.S. “Polymeric Foams:Science and Technology.” CRC. 2006.
2. Xu, D.; Park, C.B.; Fenton, R.G. SPE ANTEC Tech. Paper,113 (2005).
3. Xu, X.; Park, C.B.; Xu, D.; Pop-Iliev, R. Polym. Eng. Sci,43: p. 1378, 2003.
4. Lee, P.C.; Kaewmesri, W.; Wang, J.; Park, C.B.; Pumchusak,J.; Foland, R.; Praller, A. SPE ANTEC Tech. Paper,2115 (2007).
5. Lee, J.W.S.; Park, C.B. Macromolecular Materials &Engineering 291: p 1233, 2006.
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