1。2。1 微孔注射成型基本理论

1。2。1。1 超临界流体（SCF） 气体必须在限定的时间内溶入聚合物的熔体，所以满足这种限速工艺的最佳气

体状态称为超临界流体。微孔成型的加工参数里必须有很高的压力和温度来保证能 产生超临界流体，即设置临界压力和临界温度。现实生产中，加工条件须高于临界 压力和临界温度才能使气体在聚合物熔体中迅速扩散。对于可能的发泡剂，在加工

中都必须达到临界压力和临界温度。氮气（N2）的溶解度很低，可以制得非常小的 泡孔，因此被常用作物理发泡剂。二氧化碳（CO2）也是一种常用发泡剂，其添加 在聚合物中后在注射成型阶段会迅速逸出。还有很多其他气体和液体发泡剂，但是 最广范应用的是以上两种，因为它们对环境污染小，易于从空气中制备。超临界流 体和所有聚合物熔体的黏度差都很大，因此超临界发泡剂在气体注射器内流动阻力 小，流动平缓且有助于清洁气体注射器内的残余材料。

1。2。1。2 气体在熔体中的溶解和扩散 溶解度决定了可能的气体用量范围，是理解微孔发泡的一个重要参数。在注射

成型机的塑化阶段，压力及温度都很高，气体发泡剂的溶解度也很高，聚合物被气 体发泡剂所饱和。在模具浇口处压力迅速下降，气体发泡剂在聚合物内过饱和，因 此以气体的形式逸出来使聚合物发泡。若发泡剂溶解度减小幅度足够快，那么泡孔 均相成核条件就具备了。一般来说，气体在聚合物熔体中的溶解度随压力的下降而 减小，随温度的下降而增大。气体在非结晶性塑料和结晶性塑料中的溶解度差异也 很大，结晶性塑料中的溶解度一般低于非结晶性塑料，甚至在同一种半结晶性塑料 中，结晶区的溶解度也低于非结晶区。为了估算气体在聚合物熔体中的浓度，Henry 定律给出一个方程，在热力学平衡条件下[13,14]：文献综述

式中， C   为 气 体 浓 度 [cm3(STP)/g( 聚合物 )] ； H  为 Henry  定律常数 

[cm3(STP)/(g。atm)]；Pm  为熔融聚合物压力（也称为气体压力）；Tpoly  为熔融聚合物

温度（K）。低熔体压力和低气体浓度时，H 为常数；高压时，H 取决于压力和温度。 另一个关键的微发泡参数是扩散速率，尤其是在制备单相溶液的过程中。扩散 速率是分子通过聚合物熔体的速率[15]，决定了气体—熔融聚合物体系能否经济及时 地完成工作。扩散速率与某一温度下特定聚合物熔体中运动的特定分子有关，总的 趋势是随着温度的升高而增大。与注射成型有关的扩散原则有如下几条：增大聚合

物侧基尺寸，气体扩散速率降低，但气体的扩散活化能随着侧基尺寸的增大而增加； 增加线性烯烃中的甲基数量会降低扩散速率，但使活化能增加；高浓度极性基团降 低扩散速率，但扩散活化能提高；提高结晶性材料的结晶度会降低气体在聚合物熔 体中的扩散速率。

1。2。1。3 泡孔成核与泡孔长大 在塑化装置中制得单相溶液或均匀的气体—熔融聚合物混合物后，下一个关键

步骤就是在注射装置中泡孔成核。成核必须产生大量气泡，且密度大概应在 109 个 泡孔/cm3 [13]。成核有两种成核模型：均相成核与异相成核。均相成核只有在材料完 全均质的时候才会发生[13]，因此在实际成核中不可能完全真正的均匀。均相成核的 吉布斯自由能变化可以写为：

式中，ΔGhom 为均相成核的吉布斯自由能变化值；Vb 为泡核体积；Δp 为泡孔内 的气体压力；Abp 为泡孔表面积；γbp 为聚合物泡孔界面的表面能。 实际注射成型中，大多数成型都是异相成核。异相成核的吉布斯自由能变化可以写 为[16]：来`自+优-尔^论:文,网www.youerw.com +QQ752018766-