泡孔的形成及对微孔塑料性能的影响

1.泡孔成核

形成微孔塑料的关键环节在于大量的泡孔成核。泡孔成核可分为均相成核和异相成核两种，当塑料-气体溶液为均匀的单相溶液时，泡孔成核所需的活化能也是均匀的，此时就会产生均相成核。在两种或两种以上材料之间的界面上，其成核所消耗的能量较低，故界面上常产生异相成核。当塑料中气体的过饱和度非常大时，则均相成核和异相成核会同时发生。

传统的发泡工艺中，不仅要往塑料中加物理发泡剂或化学发泡剂，还要与碳酸钙等粉末共混形成异相成核位置，其泡孔个数由分散到塑料中的颗粒数量决定。因颗粒比较大且数量有限，且要将极细的粉末均匀分散到塑料中又非常困难，因此，形成的泡核有限且不够均匀，其发泡的泡孔尺寸通常为几百微米。另一方面，由于泡孔不是同时成核，其尺寸分布也不均匀，最初成核的泡孔会长的较大。

微孔塑料成型工艺要求发生均匀成核作用，因此，必须使单相溶液经历瞬间变化的、不稳定的热力学过程，即注射成型时，必须将注射机机筒内一定压力的塑料熔体注入压力比机筒中熔体压力低很多的型腔中，使熔体压力瞬间发生变化，出现热力学不稳定，导致溶解于塑料熔体中的气体瞬间大量析出而形成数以百万计的泡核。尽管单相溶液不可能瞬间充满型腔，但注射时间一般要短才足以产生均匀的成核作用。

研究表明，成核泡孔数量是饱和压力（即气体溶解量）的函数。在高饱和压力条件下，当塑料温度上升超过其熔点时，会导致结晶相转化为无定型相，从而产生大量泡孔成核位置，泡孔数量将急剧增加，泡孔数量越多，其尺寸越小。当发泡温度低于熔点时，微小的发泡温度变化对泡孔密度和泡孔尺寸没有影响。(www.xing528.com)

2.泡孔生长

一旦成核作用完成，泡孔就开始长大，泡孔持续长大，直到熔体完全充满型腔，此时塑料熔体已建立起足够的刚性来承受泡孔中的气体压力，使泡孔内的气体压力与泡孔表面张力和塑料熔体的应力平衡，泡孔将不再持续长大。泡孔长大是其抑制力和泡孔内气体压力的函数。泡孔尺寸由饱和压力、塑料温度、泡孔内部气体压力决定。当温度很高时，泡孔扩张力超过塑料熔体的抑制力，泡孔将会破裂而导致开孔结构的形成。

泡孔的形状和尺寸对微孔塑料的抗压强度和刚度有明显的影响。当泡孔近似球形时，微孔塑料的强度和刚度最高；在制品壁厚相同的情况下，泡孔尺寸小的制品比泡孔尺寸大的制品具有更高的抗压能力。

泡孔平均尺寸和均匀性取决于物料性质、工艺条件和模具的冷却速率。对于聚丙烯微孔注射成型工艺，提高注射速度就能提高泡孔的成核密度，从而得到更好的泡孔结构；加快模具的冷却速率，有利于更迅速地建立起对泡孔长大的抑制力，更有利于获得具有细小均匀泡孔的制品，使制品性能保持得更好。