国外微孔塑料物理发泡研究现状

本文综述了国际上微孔塑料物理发泡的最新进展，阐述了经典成核理论的应用状况及存在的不足，同时介绍了气泡长大的物理模型及各种模型在实际研究中的应用。

微孔塑料物理发泡新技术

微孔塑料因其独特的结构性能和工艺合于环保要求而成为研究热点 ,成核过程和泡孔长大的控制是微孔发泡中的研究重点。文章阐述了泡核形成的均相成核、固液界面诱导的非均相成核以及空穴成核的机理和模型。在成核过程中 ,泡核的临界半径和成核速率占有重要地位 ,提高体系的过饱和度和压力降有利于泡核临界半径的减小和成核速率的提高。同时文章也论述了非均相成核中残余应力导致的空穴成核等最新研究成果。成核过程中原生核的长大和次生核生成的竞争机制的概念可以丰富成核理论 ,并得到了实验的验证。在泡孔长大方面 ,文章详细地阐述了海 -岛模型和细胞模型在研究泡孔长大方面的应用及其各自优缺点 ,并将影响泡孔长大的因素归纳为两大类 ,即熔体体系的物性参数和加工过程的工艺参数。

微孔发泡过程的气泡成长动力学模型

研究、建立了聚合物微孔发泡过程中的气泡成长数学模型,以控制发泡过程中的泡孔尺寸大小和尺寸分布。讨论了温度、压力、发泡气体含量等多种因素对气泡成长的影响。

微孔发泡气泡非等温长大过程的数值模拟

针对微孔发泡气泡非等温长大过程,以PS/C02系统为例,考虑了温度对聚合物流变性质、亨利常数、扩散系数、表面张力的影响,基于细胞模型建立气泡非等温长大问题的数学模型,研究非等温条件下气泡长大情况的变化和不同工艺参数对气泡长大的影响.结果表明:冷却过程中亨利系数的增大和扩散系数的减小是导致气泡长大速度降低的主要因素;增加冷却速度是获得具有高密度、小尺寸泡孔形态微孔塑料的有效手段.这为微孔发泡气泡长大过程的控制提供了一定的理论依据.

泡沫塑料成型气泡膨胀阶段气泡振动机理的研究

本文研究在气泡膨胀阶段,气泡振动的机理,分析振动产生的原因,特别通过对气泡膨胀方程的简化,揭示气泡振动的主要本质和影响因素,为研究气泡振动对气泡膨胀过程的影响,严格控制泡沫塑料成型加工提供理论依据。

微孔塑料物理发泡泡孔控制

本文简单介绍了国际上微孔塑料物理发泡的最新进展，阐述了微孔塑料物理发泡的机理，详细介绍了国际上微孔塑料泡孔控制的研究进展。海岛模型和细胞模型是研究泡孔长大的基本模型，理论上细胞模型更接近细胞长大的实际情况。影响泡孔长大的因素很多，综合起来可分为两大类：体系的物性参数和工艺参数，综合有关文献定性地得出了有关因素对泡孔长大的影响。

泡沫塑料气泡膨胀过程的研究

从气泡膨胀过程的物理和数学模型出发,作者建立了描述气泡膨胀、传热、传质等过程的微分方程。通过对不同冷却条件下B_i数的分析,并发现采用无量纲数群来研究泡沫塑料气泡的膨胀过程比较有效。

超临界CO_2发泡微孔塑料挤出成型中气泡核自由长大过程的数学模型和数值模拟研究

利用CO2超临界法进行发泡是目前塑料发泡研究和应用领域中较为热门的一个方面。研究探讨了超临界CO2/PS微孔塑料挤出成型中气泡核自由长大的机理,选用球形模型为表征气泡长大的物理模型,利用Dewitt本构方程、守恒定律和理想气体状态方程,研究探讨了气泡核自由长大阶段的数学模型,并对数学模型进行了求解和实验验证。

超临界CO_2/PS微孔塑料挤出成型中成核数对气泡核自由长大的影响

以超临界CO2 为发泡剂,研究了PS微孔塑料挤出成型中气泡核自由长大的机理,选用球形模型为表征气泡长大的物理模型,利用Dewitt本构方程、守恒定律和理想气体状态方程导出了气泡核自由长大阶段的数学模型。通过此数学模型着重对气泡成核数与气泡核自由长大平均半径之间的关系进行了数值模拟预测,并以实验验证了其正确性,结果表明:当其他加工条件不变时,增加气泡的成核数,气泡长大的平均半径将变小。因此,在制备微孔塑料时,我们可以通过增加气泡的成核数来改善制品的泡孔结构。

聚丙烯/CO_2微孔发泡气泡长大过程的数值模拟

假设聚丙烯/超临界CO2微孔发泡气泡长大为等温过程,结合动量方程、质量方程、扩散方程以及本构方程建立了气泡长大问题的数学模型。利用可视化间歇发泡实验结果对模型进行了验证,研究了初始气泡大小、形核密度、饱和压力、压强降速率和聚合物粘弹性对气泡长大的影响。结果表明,形核密度的增加、饱和压力和压强降的降低都会阻碍气泡的长大。当松弛时间足够短时,气泡长大速度回减慢,而且在后期气泡会发生收缩。气泡初始大小对气泡初始长大过程有影响,但和最终平衡值无关。

微孔发泡模内表面装饰复合成型工艺的气泡长大过程的动态演变

微孔发泡模内表面装饰复合成型是将微孔发泡注射成型与模内表面装饰复合成型的新工艺,与常规微孔发泡注射成型相比,由于覆膜的嵌入在模具型腔内产生非平衡的差异性成型条件,使得该工艺的气泡形态结构演变与分布发生重大改变。为了研究覆膜与模具型腔内壁差异性成型条件下,该工艺中的气泡形态与分布在长大过程的动态演变及其影响规律,以典型的拉伸试验样条为例,采用数值模拟的方法,通过对比分析不同阶段泡孔长大情况,研究不同阶段的泡孔长大过程,揭示泡孔长大演变规律,为产品泡孔结构的优化调控提供理论基础与方法途径。结果表明,微孔发泡模内表面装饰复合成型工艺的气泡长大演变过程分为不对称熔体流动、充填长大和变形、冷却长大和定型三个阶段;在冷却长大定型阶段,气泡长大发生差异,由于“滞热”现象的存在导致覆膜侧比未覆膜侧气泡大;抑制或者消除气泡在冷却阶段中的长大,对提升微孔发泡模内表面装饰复合成型泡孔质量具有重要意义。

聚苯乙烯微孔发泡中气泡长大及冷却定型模拟

本文以聚苯乙烯(PS)-超临界CO_2系统为例,提出了一种基于细胞模型,结合动量方程、质量方程、扩散方程及本构方程建立气泡长大及冷却定型问题的数学模型。用MATLAB编制了基于以上数学模型的仿真模拟程序。在模拟过程中,通过引入材料性质与温度、压力、CO_2浓度的关系式,确定了工艺参数和微孔形态之间的量化关系。结果表明,三个工艺参数对PS-CO_2气泡长大的影响:CO_2浓度>压力>温度。由正交模拟实验可知,不同加工条件下得到的气泡半径最大为49.5μm,最小为1.27μm,其中适于微孔发泡的气泡半径则处于10~25μm之间。另外通过对气泡冷却定型的研究得到,快速冷却可以使气泡密度增加、气泡尺寸减小。

聚苯乙烯(PS)/CO_2发泡过程中气泡生长的非等温模型及预测

以聚苯乙烯(PS)/CO2发泡体系为研究对象,采用细胞模型建立了气泡非等温生长过程的数学模型;通过matlab数值模拟计算,研究了工艺参数对于气泡生长的影响,得到了气泡生长与工艺参数之间的传递函数,并建立了泡孔生长预测模型。结果表明:气泡非等温生长过程中,体系的降温速率越快,气泡的生长速率就越慢;系统压力对于气泡生长的影响最显著;建立的泡孔生长预测模型可用于预测气泡半径及气泡生长最大生长速率。