Page 75 - 《橡塑技术与装备》2019年8期（4月下半月塑料）
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材料与应用 崔雯 等·高分子材料轻量化技术及工业化应用
高分子材料轻量化技术及工业化应用
崔雯，张国强
( 天华化工机械及自动化研究设计院有限公司，甘肃 兰州 730060)
摘要 ： 综述了高分子材料轻量化的产生原因、实现方法及优缺点，分析了双螺杆挤出机在用于高分子材料轻量化领域的难点，
并着重介绍了我公司近年来在高分子材料轻量化领域做出的工作。
关键词 ： 双螺杆挤出机 ；聚合物 ；轻量化
中图分类号 ： TQ321 文章编号 ： 1009-797X(2019)08-0057-04
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2019.08.010
轻量化的高分子材料是指以塑料、橡胶、弹性体 物理法发泡。
或天然高分子材料等为基础，在其内部充填微小气泡 化学法发泡指发泡剂经过加热分解后能释放二氧
而得到的一种复合材料，也被称为泡沫塑料。相比于 化碳和氮气等气体，并在聚合物组成中形成细孔的化
普通塑料，它质轻、省料、耐冲击，隔热隔音好，比 合物。化学发泡剂又有无机发泡剂（碳酸盐、硅酸钠、
强度高，因此其应用领域愈来愈广，尤其在包装、建 炭黑等）和有机发泡剂（偶氮化合物、亚硝基化合物等）
筑、运输、国防、能源和制鞋等行业，已占有不可取 之分。
代的地位。2016 年，全球中、低密度泡沫塑料市场突 物理法发泡指通过某种物质的物理形态的变化，
破 1 000 亿美元，增长速度惊人，预计 2021 年将突破 即压缩气体的膨胀、液体的挥发或固体的溶解而形成。
1 600 亿美元。轻量化材料的制备一直是我国新材料 常用的物理发泡剂有低沸点的烷烃、氟碳化合物以及
发展的重要领域。2016 年，“ 聚合物材料的轻量化技 最近兴起的超临界流体。
术 ” 被列入 “ 国家重点研发计划 ”，工信部《轻工业 传统化学发泡剂虽然具有阻燃、化学惰性等良好
发展规划（2016-2020）》提出 “ 十三五 ” 期间，将超 性能，但其在制品中的残留会影响制品性能并对环境
临界发泡技术列为关键技术研究与产业化工程、以及 有一定程度的破坏。传统的物理发泡剂，如氯氟烃及
节能减排推广工程。 烃类，其对臭氧层的破坏会导致温室效应的加重，并
且烃类自身的可燃性也会对生产安全和环境保护造成
1 成型原理 严重危害。
一般而言，泡沫塑料的成型分为 4 个阶段 ：①发 超临界流体（Supercritical fluids，简称 SCF），
泡剂气体在聚合物基体内溶解、扩散，形成聚合物 / 是指温度和压力同时高于其临界值的流体。超临界流
气体均相体系 ；②通过调节温度或改变压力造成聚合 体的物性兼具气体和液体的性质。一方面超临界流体
物 / 气体体系的热力学不稳定，使溶解在聚合物机体 的密度比一般气体高两个数量级，接近于液体的密度，
内的气体量达到过饱和状态，引发气泡的成核 ；③随 因此具有良好的溶解能力 ；而其黏度比液体小 1 个数
着气核周围的气体分子向气核内不断扩散，泡孔生长， 量级，接近于气体，具有气体易于扩散和运动的特性
泡孔内气体浓度的下降，以及聚合物熔体的黏弹性增 以及传播速率高的优点。近年来，超临界 CO 2 和 N 2
大，气泡孔内外压力达到平衡，泡孔维持在稳定状态； 由于其无毒、不易燃烧等环境友好特性，被广泛用于
④聚合物的温度继续降低并冷却固化，泡孔停止生长 取代氟利昂、烷烃等传统物理发泡剂，制备聚合物发
成型，得到发泡材料。 泡材料。尤其是超临界 CO 2 ，其键能大，分子间作用
2 发泡工艺 作者简介 ：崔雯（1988-），女，汉，硕士，工程师，主要
2.1 发泡剂不同 从事高分子材料加工工艺及设备研发。
根据发泡剂的不同，发泡可以分为化学法发泡和 收稿日期 ：2018-12-17
年
2019 第 45 卷 ·57·
