聚丙烯發(fā)泡塑料性能突顯研究開發(fā)大有可為

肖 軍

泡沫塑料中，聚丙烯PP發(fā)泡材料有很多優(yōu)點：聚丙烯剛性優(yōu)于聚乙烯PE，PP彎曲模量大約為1.52GPa，PE僅為207MPa，耐化學性與PE相似；聚丙烯的玻璃化溫度低于室溫，抗沖擊性能優(yōu)于PS，而且相比PS泡沫的難回收性，聚丙烯泡沫是一種環(huán)境友好的材料；聚丙烯有較高的熱變形溫度，可以在一些高溫領域中應用。聚丙烯是一種結晶聚合物，其發(fā)泡只能在結晶熔點附近進行，超過熔點熔體粘度迅速下降。通用聚丙烯樹脂的熔體強度很低，發(fā)泡成型非常困難。但和其他聚烯烴材料相比，聚丙烯具有較高的剛性、優(yōu)良的力學性能、良好的熱和化學穩(wěn)定性。因此，聚丙烯無疑是制備發(fā)泡制品的首選材料，但聚丙烯發(fā)泡技術的起步則相對較晚，加速對聚丙烯發(fā)泡技術，尤其是聚丙烯環(huán)境友善發(fā)泡技術的研究、開發(fā)和推廣應用，已成為各國關注的焦點，新技術不斷推出，部分已商業(yè)化。

一、研究開發(fā)聚丙烯發(fā)泡材料成為創(chuàng)新熱點

泡沫塑料種類很多，我們日常生活中經常接觸的有：聚丙烯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、酚醛泡沫塑料、環(huán)氧樹脂泡沫塑料等等。其中應用最為廣泛的要屬聚苯乙烯泡沫塑料和酚醛泡沫塑料。泡沫塑料也叫多孔塑料。以樹脂為主要原料制成的內部具有無數微孔的塑料。質輕、絕熱、吸音、防震、耐腐蝕。廣泛用做絕熱、隔音、包裝材料及制車船殼體等。泡沫塑料的分類方法較多，常見的有三種。按硬度分類分為軟質泡沫塑料、硬質泡沫塑料和半硬質泡沫塑料三類。軟質泡沫塑料彈性模量小于70MPa；硬質泡沫塑料彈性模量大于700MPa；半硬質泡沫塑料彈性模量70～700MPa。按密度分類分為低發(fā)泡、中發(fā)泡和高發(fā)泡泡沫塑料三類。低發(fā)泡泡沫塑料密度大于400kg/m3；中發(fā)泡泡沫塑料密度100～400kg/m3；高發(fā)泡泡沫塑料密度小于100kg/m3。按泡孔結構分類微孔間互相連通的稱為開孔型泡沫塑料，互相封閉的稱為閉孔型泡沫塑料。

聚苯乙烯泡沫塑料曾經是應用最為廣泛泡沫塑料品種。但由于聚苯乙烯制品廢棄物體積大、不腐爛、難回收，對周圍環(huán)境造成“白色污染”，所以歐洲共同體制定了強制性的“包裝規(guī)則”，將發(fā)泡PS列入“避免使用”范圍，聯合國環(huán)保組織也決定在全世界范圍內停止生產和使用發(fā)泡PS。聚氨脂泡沫片材在發(fā)泡過程中存在對人體有害的異氰酸脂殘留物，而且發(fā)泡材料無法回收。聚乙烯泡沫塑料具有優(yōu)異的抗化學腐蝕性、吸震性、燃燒無毒性和易于回收性，人們對聚乙烯泡沫塑料的性能及其發(fā)泡性能、發(fā)泡過程進行了大量的研究，但是聚乙烯泡沫塑料存在力學性能比較低，耐熱性不高，不易于降解的缺點，限制了其廣泛應用。聚丙烯泡沫塑料就是人們近年來尋找到的一種新型的泡沫塑料，與其它泡沫塑料相比，聚丙烯泡沫塑料不但具有優(yōu)異的力學性能和熱性能，而且具有可回收、可降解等優(yōu)異的環(huán)保性能，引起了各國研究者、生產商和消費者的極大興趣，各國投入了大量的人力、物力進行研究開發(fā)，目前幾乎所有的世界著名的聚合物生產商都在進行研究開發(fā)。

與其他發(fā)泡材料制品相比，聚丙烯發(fā)泡材料是一種性能卓越的高結晶型聚合物/氣體復合材料，以其獨特而優(yōu)越的性能成為目前增長最快的新型的環(huán)保、抗壓、緩沖、隔熱材料。聚丙烯發(fā)泡制品具有良好的熱穩(wěn)定性，其熱變形溫度遠高于聚乙烯發(fā)泡材料，其最高使用溫度可達130℃，并且高溫下制品的尺寸穩(wěn)定性好。同時由于聚丙烯的玻璃化溫度低于室溫，這使其具有比PS更高的抗沖擊性能，所以聚丙烯發(fā)泡材料具有十分優(yōu)異的抗震吸能性能以及高的形變后回復率。聚丙烯泡沫塑料還具有很好的耐熱性、耐化學品、耐油性和隔熱性，具有較高的拉伸強度和抗沖擊強度以及較高的韌性、適宜和柔順的表面、優(yōu)異的微波適應性、良好的環(huán)境效應和易于回收等優(yōu)點。這些優(yōu)越性使PP發(fā)泡材料廣泛應用在包裝、汽車緩沖和隔熱材料等各個領域。發(fā)泡PP是一種環(huán)保材料，其主要成分為熱塑性樹脂聚丙烯，不僅可回收再利用，而且由于聚丙烯分子鏈上具有活潑的甲基氫原子，在光照作用下容易產生分子鏈降解反應，這使材料具備自然光降解的特性，如果對其進行生物改性還可以使其具備生物降解特性，從而制得光/生物雙降解材料，這樣在作一次性包裝材料使用時就不會造成白色污染，大大減輕對環(huán)境的壓力。所以發(fā)泡聚丙烯也是制備環(huán)保型發(fā)泡包裝制品的首選材料。聚丙烯發(fā)泡材料可以借助于現有的擠出設備及二次成型設備進行生產，固定資產的投資遠遠低于PS和聚氨酷泡沫塑料，其生產工藝也比較簡單，可以采用擠出發(fā)泡成型片材，再進行熱成型，發(fā)泡PP片材總的加工成本低于現有的其他發(fā)泡材料。因此聚丙烯發(fā)泡材料的研制成功具有重大的實際意義，它必將帶來發(fā)泡材料生產與應用領域的革命，從根本上改變國內外泡沫塑料市場格局，所以聚丙烯發(fā)泡材料的生產已經成為新的創(chuàng)新熱點，我國也將其列為十二五塑料發(fā)展的重點。

二、聚丙烯發(fā)泡材料的性能特點及應用領域

聚丙烯泡沫塑料是以聚丙烯樹脂為主體，加入發(fā)泡劑及其它添加劑制成。它機械強度較好，有優(yōu)良的抗拉強度、柔韌性和彈性摩擦系數大，耐磨性能好，有助于制止與其相接觸的光滑表面的滑動密度小，絕熱性優(yōu)良；無毒、無味等，但它對光的穩(wěn)定性差。

工業(yè)上用的聚丙烯塑料發(fā)泡材料（EPP），由固體和氣體兩個相組成，呈黑色、粉紅色或白色的顆粒狀，直徑大小一般在2～7mm之間。EPP顆粒的外壁是閉合的，內部充滿了氣體。通常，其固相成分只占總重量的2%～10%，其余部分均為氣體。該發(fā)泡材料具有如下特性：比重輕，其密度一般為17～100kg/m3?？蛻艨筛鶕煌Ｖ破返男枨?，選用不同密度大小的預發(fā)泡原料；耐溫能力強，通?？沙惺?40℃～110℃的溫度，在短時間內可承受的溫度范圍甚至更大；緩沖性能好，即使在墊層不厚的情況下也能起到很好的緩沖作用；可以100%的回收利用。與其他泡沫材料相比，EPP是一種純粹的碳氫化合物，不含增塑劑或發(fā)泡劑等其它任何不利于再循環(huán)的化學物質，因此加熱后即可消解，燃燒后留下的只是水和二氧化碳。即使是在100℃下進行霧測試，也能滿足環(huán)保法規(guī)的要求。此外，當EPP與其他聚丙烯如PP薄膜、注塑骨架、TPO面料等結合在一起時，還可實現所謂的“材料一體化系統(tǒng)”，即該系統(tǒng)在被回收利用時不需要進行分解。

聚丙烯（PP）剛性優(yōu)于聚乙烯（PE），PP彎曲模量大約為1.52GPa，PE僅為207MPa，耐化學性與PE相似。其壓縮強度略低于硬質PUR和發(fā)泡PS，但比軟質PUR和PE高。聚丙烯的玻璃化溫度低于室溫，抗沖擊性能優(yōu)于PS，而且相比PS泡沫的難回收性，聚丙烯泡沫是一種環(huán)境友好的材料。聚丙烯有較高的熱變形溫度，可以在一些高溫領域中應用。發(fā)泡聚丙烯通常能耐130℃的高溫，比聚乙烯泡沫的最高使用溫度80℃高得多。封閉式泡孔結構使其熱導率不會因潮濕而受影響，因此可用作保溫材料，制品即使在-30℃時也表現出很好的性能；由于PP發(fā)泡制品具有很好的吸收能量特性，具有優(yōu)異的抗壓吸能性能，廣泛應用于汽車保險杠能量處理系統(tǒng)及其他防沖撞吸能部件；PP發(fā)泡制品受多次連續(xù)撞擊和撓曲變形后會很快恢復原始形狀，而不產生永久形變；PP發(fā)泡制品的密度能夠達到很低水平，因此能大幅度降低重量，同時PP發(fā)泡制品柔韌性好，可反復使用，不易破碎；易回收再利用，易分解，制品不含對人體有毒有害的成分，燃燒不產生有毒物質；PP發(fā)泡制品是半硬質成形，具有適度的硬度、柔軟性，不會擦傷、碰傷與其接觸的物體，具有較好的表面保護性。

發(fā)泡聚丙烯通常能耐130℃的高溫，比聚乙烯泡沫的最高使用溫度80℃高得多。封閉式泡孔結構使其熱導率不會因潮濕而受影響，因此可用作保溫材料；良好的低溫特性：制品即使在-30℃時也表現出很好的性能；能量吸收：由于PP發(fā)泡制品具有很好的吸收能量特性，具有優(yōu)異的抗壓吸能性能。廣泛應用于汽車保險杠能量處理系統(tǒng)及其他防沖撞吸能部件；尺寸形狀恢復穩(wěn)定性：PP發(fā)泡制品受多次連續(xù)撞擊和撓曲變形后會很快恢復原始形狀，而不產生永久形變；質量輕且能夠反復使用；PP發(fā)泡制品的密度能夠達到很低水平，因此能大幅度降低重量，同時PP發(fā)泡制品柔韌性好，可反復使用，不易破碎；易回收再利用，易分解，制品不含對人體有毒有害的成分，燃燒不產生有毒物質；具有良好的表面保護性和隔音性能：PP發(fā)泡制品是半硬質成形，具有適度的硬度、柔軟性，不會擦傷、碰傷與其接觸的物體，具有較好的表面保護性。聚丙烯樹脂具有質輕、原料來源豐富、性能價格比優(yōu)越以及優(yōu)良的耐熱性、耐化學腐蝕性、易于回收等特點，是世界上產量增長量最快的通用熱塑性樹脂，目前，我國PP樹脂已成為產量最大的樹脂品種。然而應用主要是編織產品和農用薄膜，PP樹脂行業(yè)面臨消費結構單一，需求不旺且產品檔次低的問題。各樹脂生產企業(yè)都在積極調整生產思路，開發(fā)生產適銷對路、高質量、高附加值的專用料，以使PP具有更大的應用價值和經濟效益。近年來聚丙烯泡沫的研究開發(fā)也成為熱點，盡管聚丙烯發(fā)泡產品具有良好的性能和應用前景，但聚丙烯泡沫的開發(fā)難度很大，目前國內尚未有其相關的、可工業(yè)化的核心技術。目前一些發(fā)達國家正在大力發(fā)展并作為替代發(fā)泡聚苯乙烯的綠色包裝材料。

發(fā)泡塑料模板（PP發(fā)泡板）耐摩擦，易清洗，阻燃性好，使用壽命長，能承受巨大的負荷。而且這種模板周轉次數多，可反復利用，與木模板、竹膠板相比，可降低工程造價。此外，這種模板還可以根據工程需要靈活調整規(guī)格，減少接縫數量，大大提高支模效率?，F今，該生產技術已成功的應用在市場；并給企業(yè)帶來了很好的經濟效益和社會效益。該技術在國內處于技術領先地位，完全可以與發(fā)達國家制造的塑料模板相媲美。現在各地有生產基地。這些生產基地的建立，對再生聚烯烴塑料帶來了廣闊的市場，特別是為PP再生塑料的低發(fā)泡改性帶來了可喜的市場前景。

復合發(fā)泡塑料模板為塑料合金類，屬高科技產品，技術已達到國際領先水平。塑料模板的整體性好，表面硬度高，耐磨擦，易清洗，施工溫度適應范圍大，耐熱耐寒，抗老化，能承受各種施工負荷、重量輕、使用壽命長、施工輕便，省工40%以上，有效降低人工成本，省時40%以上，大幅提高施工效率，廣泛適用于高層建筑及橋梁施工；周轉率高，可周轉使用50次以上?？蛇M行回收再加工，充分利用廢舊原料。

無煙綠色環(huán)保，無任何有毒有害氣體排放；幅面大，最大寬度為2000mm，長度不限；寬度，長度都可以根據工程需要任意調節(jié)，減少接縫數量，可大大提高支模工作效率。

有足夠的機械強度，不翹曲、不開裂、不變形；耐水性能好，在水中長期浸泡不分層，不起泡，板材尺寸穩(wěn)定；韌性好，可做變曲面的模板；脫模容易，除去下方支撐，基本自動脫落。

塑料模板屬高分子材料，表面光潔度高，做清水混凝土，澆注物件表面光滑美觀，混凝土澆注后能夠達到清水墻要求，減去墻壁二次抹灰工藝，可直接貼面裝飾，減縮工期30%。產品耐酸、耐堿，防腐性能好，非常適合在沿海地區(qū)、地下工程、礦井、海堤壩等工程中應用。使用和存放均不需要做任何防腐處理，不污染混凝土表面。施工性能好，可鋸，可鉆，縱、橫向可以任意連接組合，釘、鋸、鉆孔等性能優(yōu)于竹木膠合板、小鋼模；可以根據施工需要加工成各種形狀的鋼框模板；安裝拆卸施工方便、快捷、安全，支撐操作方便，有利于組織施工，可有效提高施工進度。

隨著時代科技的進步，聚丙烯塑料發(fā)泡材料因其環(huán)保性，耐用性等優(yōu)良性能，在現代許多行業(yè)有著廣泛的應用，聚丙烯塑料發(fā)泡材料（EPP產品）的應用領域有：包裝行業(yè)（如：計算機、高級醫(yī)療器具、精密儀器、聲像材料、照相機、液晶玻璃、陶瓷、工藝品、各種家用電器等的防震緩沖包裝，以免在運輸過程中遭受損傷及破壞）；汽車行業(yè)如：汽車保險杠、汽車側面防震芯、汽車車門防震芯、高級安全汽車座椅、工具箱、后備箱、扶手、底墊板、遮陽板、儀表盤等。據統(tǒng)計數據反映：目前每輛汽車平均用塑料100～130kg，其中應用EPP塑料約4～6kg；電子行業(yè)結構件（如：冰箱空調內襯、太陽能熱水器上下尾托、通信設備內襯板等等）；物流運輸行業(yè)（如：EPP保護隔材、EPP棧板、EPP托盤、EPP周轉箱等）；玩具模型及體育用品（如玩具模型：飛機模型，船只模型；體育用品：運動頭盔，沖浪板，浮桶，運動墊；建筑行業(yè)可作為保溫、隔音效果好的建筑材料。由于EPP材料的低熱傳導性、低水蒸氣透過性、高能量吸收性及壓縮性，使其適于填充不平坦表面的空隙，如作為屋頂、墻壁、混凝土板、公路的伸縮縫中的填料、密封劑保持物、密封條等。EPP發(fā)泡板通過減小熱和濕氣的損失可以促進混凝土的凝固。利用其低熱傳導性，EPP泡沫塑料可用于普通建筑的屋面襯墊材料，通過EPP泡沫襯墊可以減小多層建筑的聲音傳播。

三、聚丙烯材料的發(fā)泡制備技術

根據泡沫塑料發(fā)泡成型中發(fā)泡動力的來源，一般可分為機械發(fā)泡、物理發(fā)泡、化學發(fā)泡三種類型。機械發(fā)泡是借助于機械的強力攪拌，使氣體均勻地混入樹脂中形成氣泡。

物理發(fā)泡則是借助于發(fā)泡劑在樹脂中物理狀態(tài)的改變，形成大量氣泡。化學發(fā)泡是依靠發(fā)泡劑發(fā)生化學變化時產生氣體使樹脂發(fā)泡。PP發(fā)泡大多采用化學發(fā)泡，使用的發(fā)泡劑有偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酸二異丙酯等；亦可使用氮氣作物理發(fā)泡劑進行物理發(fā)泡。

泡沫塑料的發(fā)泡過程一般可以分為二個階段：首先是在塑料熔體或液體中形成大量均勻、細密的氣泡核，然后再膨脹成為所要求的泡體結構，最后固化定型將泡體結構固定下來，得到泡沫塑料。化學發(fā)泡聚丙烯泡沫可以按類似聚乙烯的發(fā)泡工藝，采用普通的擠出法制造，而物理發(fā)泡法一般需要設置專用的發(fā)泡劑計量、加壓和注入系統(tǒng)，發(fā)泡劑通常是在聚丙烯完全熔融的擠出機相應位置處直接加入。隨著對環(huán)境保護、消費后塑料回收和制品性能價格比等要求的提高，以CO2、N2、丁烷和戊烷等物理發(fā)泡劑為主的物理發(fā)泡法得到了廣泛的重視。以往的CO2物理發(fā)泡法所需施加的氣體壓力在7MPa以下，所得發(fā)泡制品大多數為開孔或者是大直徑泡孔結構。為了得到更高泡孔密度的閉孔結構發(fā)泡制品，通常將發(fā)泡劑在超臨界狀態(tài)下注入聚合物基體。實質上，聚合物在成型加工的過程中，要承受高溫高壓的作用。這個高溫高壓的加工區(qū)與這些發(fā)泡劑的超臨界相態(tài)區(qū)常常也是一致的。

流體在其臨界溫度和臨界壓力以上所處的狀態(tài)，稱為超臨界狀態(tài)。處于超臨界狀態(tài)的流體也稱為超臨界流體。超臨界流體具有相對較大的、與液體相近的密度，因而有很高的溶解度，同時又具有與氣體相近的粘度，流動性比液體好得多，傳質系數也比液體大得多。采用超臨界流體制備微孔結構聚合物材料的基本方法，是將超臨界流體高度飽和的聚合物熔體/氣體混和體系，在其冷卻過程中誘導極大的熱力學不穩(wěn)定性，通過控制或改變共混體系的壓力和溫度等工藝參數，從而在聚合物基體中形成大量的以超臨界介質為泡核的微孔結構材料。其主要步驟為：形成聚合物/氣體飽和體系。在一定溫度下，采用適當方法，使高壓非反應性氣體（CO2或N2）溶解在聚合物中，形成濃度均勻的聚合物/氣體飽和體系。體系的氣體濃度一般可達到5%～20%（質量分數，下同）。氣體在聚合物中的溶解過程為擴散控制，速度慢、耗時長，可采用提高溫度和壓力的方法加快擴散速度；氣核引發(fā)通過降低壓力和/或升高溫度，使聚合物/氣體飽和體系進入熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，成為過飽和體系，此時體系內的氣體需要達到低自由能狀態(tài)，因而通過均相成核和異相成核，幾乎同時形成大量氣核；氣泡增長，體系內的過飽和氣體，擴散入氣核，使氣泡增長，體系的自由能持續(xù)降低。氣泡增長由允許增長時間、體系溫度、過飽和狀態(tài)、體系應力狀態(tài)和粘彈性控制；微孔結構定型通過淬火等方法使得到的泡體結構固定。上述各個步驟中，得到均勻的高濃度聚合物/氣體體系、氣核引發(fā)以及氣體溢出控制是工藝的關鍵所在。這個過程牽涉到復雜的物理化學過程。采用該工藝制備的聚丙烯發(fā)泡材料的泡孔很細小，一般為5～30mm。與傳統(tǒng)技術生產的泡沫片材相比，這種微孔泡沫的拉伸強度和壓縮強度比同樣密度的發(fā)泡片材高30%～40%，而且可以在現有生產線上生產。

超臨界流體技術為微孔結構聚合物材料的制備提供了廣闊的前景。微孔結構聚合物的定義是，氣泡密度在109～1012孔/cm3、氣泡直徑在1～10μm、相對密度（發(fā)泡制品的密度與純塑料密度之比）為0.05～0.95的閉孔泡沫塑料。微孔結構材料不但能減輕重量，降低材料消耗，而且其力學和熱學性能都有更明顯的改善。由于微孔結構材料具有更高的沖擊強度，能吸收更多的能量，其疲勞壽命可以數倍甚至數十倍地提高，同時其絕緣絕熱、隔音、保溫性能也會大幅度地增加。因此，優(yōu)良的微孔結構材料既可以用做隔熱、過濾、包裝和建筑材料，也可以廣泛用作日用品和工程結構材料。

最近幾年，一些公司還采用了交聯工藝路線來制備聚丙烯發(fā)泡制品，如采用PP和PE的混和物，將PE交聯等。但是這種工藝更復雜，投資更高。英國的Zote公司推出了一種微交聯的熱成型PP泡沫塑料，采用了兩階工藝，即首先擠出3mm厚的不發(fā)泡片，然后用過氧化物將其交聯或者采用輻照交聯，之后將其切成一定的長度，再將其置于高壓釜中，使其受熱受壓，同時使N2溶入其中。一定時間后將片材移到一個低壓釜中，使氣體從體系中逸出，這時片材膨脹到原來的22倍左右，其中有10%的閉孔結構，密度為0.3g/cm3。最后，根據需要切成所需要的厚度。該公司欲將其產品應用到汽車和運動器材上。

眾所周知，純聚丙烯是難以進行發(fā)泡加工的，但是采用共混改性的方法卻能提高體系的發(fā)泡性能。共混的方法很多，可以將聚丙烯與其他聚合物進行共混改性以獲得利于發(fā)泡加工的形態(tài)結構，也可以在聚丙烯基體中混入適當的助劑或填料，來改進體系的發(fā)泡性能。

四、聚丙烯泡沫塑料的成型工藝

聚丙烯PP泡沫塑料常用的成型方法有擠出、注塑及模壓成型等。

擠出成型是泡沫塑料成型加工的主要方法之一，一般的異型材、板材、管材、膜片、電纜絕緣層等發(fā)泡制品都采用擠出成型。擠出成型過程中可以采用物理發(fā)泡或化學發(fā)泡兩種發(fā)泡方法。物理發(fā)泡主要采用一些碳氟化合物及其混合物，以及其它的低沸點液體，另外，直接注入氣體的物理發(fā)泡法也在PP泡沫塑料的擠出成型過程中得到應用。影響擠出成型發(fā)泡的工藝參數主要包括：擠出壓力、擠出溫度、物料在擠出機中的滯留時間、口模軸向壓力等。一般來說，隨著擠出壓力的增加，泡孔尺寸減小，泡孔數量增加；高質量的發(fā)泡體只是在較窄的溫度范圍內才可能獲得。熔體溫度越高，聚合物熔體強度越低，泡內的發(fā)泡壓力就可能超過泡沫表面張力從而使泡體破裂。必須根據特定的聚合物體系進行優(yōu)化，確定一個適宜的發(fā)泡溫度。延長物料在擠出機內的滯留時間，會使氣泡的數目增加。

注射發(fā)泡成型法屬于一次成型法，可簡化泡沫塑料制品的制造工序，其特點是產量高、質量好，特別適用于形狀比較復雜、尺寸精度要求較高的制品。影響注射成型泡沫塑料制品質量的主要有材料配方、成型設備及工藝條件三個因素。在材料配方和成型設備確定后，決定制品性能的主要因素是工藝條件。壓力、溫度和時間是最重要的工藝條件。聚合物熔體中所溶解的氣體能否游離出來形成氣泡，熔體中已形成的氣泡能否穩(wěn)定，這兩點與熔體壓力密切相關，因為熔體的壓力直接影響氣體在熔體中的溶解度。當熔體所受外界壓力增加，氣體在熔體中溶解度增加，熔體中過飽和氣體量減少，氣泡的半徑減小。壓力的改變對熔體中氣泡的增長或塌陷的影響非常敏感，通過控制壓力來調節(jié)發(fā)泡過程是非常有效的。

聚合物的物理狀態(tài)是溫度的函數，確定適宜的溫度，對發(fā)泡成型非常重要，與溫度相關的主要工藝參數為料筒溫度、模具溫度。一般來說，提高熔體的出口溫度有利于氣泡的增長，但如果熔體溫度過高，不僅會導致聚合物降解，還會引起熔體粘度下降?？偟膩碚f，熔體溫度高，氣泡直徑增大，氣泡數量減少。制品的發(fā)泡倍數一般隨模溫的降低而下降，提高模溫可以改善熔體在模具中的流動條件，還可以改善制品的表面質量，提高制品的發(fā)泡倍數。但是冷卻定型的時間將延長，不利于提高勞動生產效率。注射速率對發(fā)泡制品的泡孔均勻性、發(fā)泡倍數及表面質量都有較大的影響。聚合物熔體高速充模，可以獲得大小均勻的泡孔，提高注射速率可以明顯增大制品的發(fā)泡倍數。

PP泡沫塑料還可以通過模壓成型工藝成型制品，泡沫塑料的模壓成型工藝可分為一步法和二步法。一步法的發(fā)泡過程是一次性完成的，物料經配料混合后，模壓成型坯，然后加熱加壓發(fā)泡制得泡沫塑料制品。二步法的基本程序與一步法相似，一次發(fā)泡后，一部分發(fā)泡劑分解使物料部分發(fā)泡，隨之冷卻，趁熱在常壓下進行第二次發(fā)泡。由于二步法發(fā)泡時物料的膨脹速率大大降低，發(fā)泡倍數可以加大。具體的模壓成型方法有多種，可視原材料的形成、制品的情況而定。比較典型的一種方法是PP發(fā)泡粒子的模壓熔結成型，先將閉孔的發(fā)泡PP加入模具中，壓入氣體，然后通入水蒸氣，使粒子熔融，形成制品。

BASP公司的Neopolen P系列PP泡沫塑料典型的成型工藝包括五個步驟：一是充模。將多孔的泡沫PP粒子輸入模腔中，通過加壓使多孔粒子壓縮；二成型。模腔中的泡沫PP粒子經水蒸氣加熱，脹大并熔融。根據泡沫PP粒子的品種來選擇水蒸氣的入口壓力，一般控制在0.25～0.42MPa范圍內；三冷卻定型。為了保證制品脫模后不至于脹大或裂開，應冷卻至適當的溫度方能開模，脫模時間取決于PP泡沫塑料的密度及制品的壁厚；四脫模。制品通過機械方法或壓縮空氣脫模；五是后處理。制品在80℃的環(huán)境中放置6h以上，進行熱處理并除去所吸水分。

五、聚丙烯材料發(fā)泡制品的應用與市場發(fā)展前景

我國屬于嚴重缺林少材的國家，森林資源十分匱乏，人均森林面積只有世界平均水平的五分之一，人均森林蓄積量僅為世界平均水平的八分之一。隨著經濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，木材的消費需求在不斷增長，而資源供應的不足，使得木材供需矛盾十分尖銳。木材產量大幅縮減，使得這種矛盾日漸加劇，不僅總量不足，結構性矛盾更顯突出。

據有關資料統(tǒng)計，建筑業(yè)為我國工業(yè)部門木材消耗的第一大用戶，占工業(yè)部門木材消耗量的70%以上，隨著我國城市化程度越來越高，木材市場供需矛盾已成制肘行業(yè)發(fā)展的突出問題。例如，我國房屋建筑施工面積達48.2億m2，按照施工面積與模板面積之比為10∶1計算，這48.2億m2房屋要使用4.82億m2建筑模板。如果這些模板全部為木模板，那么要消耗482萬m3木材。也就是說，為了制造這些模板要砍伐1446萬棵直徑為30cm的大樹。這僅僅是房屋建筑，若將橋梁、碼頭、堤壩等建筑物計算在內，這個數字將更令人吃驚。如何解決供需矛盾？從可持續(xù)發(fā)展角度看，木材節(jié)約和代用已成為政府提高木材利用效率，優(yōu)化木材消費結構，實現我國木材資源的可持續(xù)利用的一項重要舉措。

另一方面，目前我國塑料生產企業(yè)已達3萬多家，年產量超過2000多萬t，居世界第二位。我國每年產生的廢舊塑料在240萬t～480萬t左右，塑料廢棄物已占垃圾的1/4～1/3。由于缺乏系統(tǒng)的塑料回收再利用渠道以及成熟可靠的技術，再加上環(huán)保意識的淡薄，中國城市及農村地區(qū)因塑料廢棄制品處理不當而造成的白色污染問題，已成為中國環(huán)保事業(yè)中的一個棘手難題。而我國人均塑料的消費量不到10kg/a，低于世界人均25kg/a的水平，更低于西方發(fā)達國家人均近90kg/a的水平。隨著經濟的持續(xù)高速發(fā)展，所產生的塑料垃圾必將成倍增長，因此我們迫切需要找到一條經濟有效，能夠規(guī)模化地對廢舊塑料合理回收利用，大大提高塑料制品的回收率，降低并消除塑料制品對環(huán)境的潛在危害的方法和途徑。

從全球范圍看，塑料廢棄物形成的“白色污染”已成為困擾整個人類生存環(huán)境與人類自身發(fā)展的問題之一，如何將塑料垃圾變廢為寶，減少木材的大量使用，實現經濟的可持續(xù)發(fā)展？綠色、環(huán)保節(jié)能產品已經成為21世紀建材工業(yè)的發(fā)展方向和出路。而且，人們在選擇建筑材料時，一方面，不但希望其具備成本低廉、環(huán)保、耐用、易維護、施工簡便等功能于一身，而且對于建材的節(jié)能性和可重復使用性也提出了更高的要求，而現在市場上的大部分建材產品功能單一，遠遠不能滿足消費者的綜合需求；另一方面，隨著森林資源的減少和國家產業(yè)政策的調整，使用不可再生資源的成本越來越高，限制了生產的盈利空間，所以追求科技含量高的替代品成為各廠家的必然選擇。

復合發(fā)泡塑料模板正好解決了上述難題，它正是以再生塑料為主要原料而開發(fā)出的，可完全替代原有建材產品的新型高科技環(huán)保型建材產品。因其可以100%采用再生塑料為原料，故原材料價格低廉，制造時生產效率高，勞動強度低，能耗低，生產成本低。同時產品可以反復使用，無需維修，施工使用報廢后100%可重復回收，經處理后可以再生塑料模板或其他產品。對生產廠家而言可以降低生產成本，對施工企業(yè)而言無需支付處理報廢竹（木）模板的高額費用，還可以得到塑料模板一定的殘值，大大降低了建筑工程造價。因此本技術可大大提高廢棄資源的綜合回收利用率，大大降低因廢棄資源處理不當對環(huán)境造成的嚴重損害，對國家的環(huán)境綜合整治工程具有十分明顯的促進作用。

通常，密度在0.5g/cm3以下的發(fā)泡制品稱為低密度泡沫制品，密度在0.5～0.7g/cm3之間的為中密度制品，而密度在0.7g/cm3以上的則稱為高密度制品。對于聚丙烯發(fā)泡而言，不同的工藝方法會得到不同密度的制品。不發(fā)泡的聚丙烯熱成型制品的密度大約是0.9g/cm3，化學發(fā)泡片材的密度在0.5～0.7g/cm3之間，而物理發(fā)泡片材則在0.1～0.5g/cm3之間。除了一般發(fā)泡制品已知的特點外，聚丙烯發(fā)泡制品還有一些獨特的性能。聚丙烯發(fā)泡制品具有良好的熱穩(wěn)定性（最高使用溫度達130℃，而聚苯乙烯僅為80℃）和高溫下制品的尺寸穩(wěn)定性、較高的韌性以及較高的拉伸強度和抗沖擊強度、適宜和柔順的表面、優(yōu)異的微波適應性、良好的環(huán)境效應和易于回收等。這些特點使得發(fā)泡聚丙烯比傳統(tǒng)聚丙烯和發(fā)泡聚苯乙烯等制品在包裝、日用和結構材料等各個領域都具有更大的優(yōu)越性。

目前國內在硬脂酸鋇對聚丙烯發(fā)泡過程的影響及其機理等方面曾有過一定的研究，但總體上，在聚丙烯發(fā)泡技術方面的研究和應用與實際需要的水平仍相差很遠。由于聚丙烯具有良好的耐應力開裂性能，而且從擠出到熱成型PP總的加工成本低于PS，因此PP的發(fā)泡制品備受人們的青睞。聚丙烯發(fā)泡材料，尤其是發(fā)泡片材在我國有著廣泛的應用前景。人們看好發(fā)泡聚丙烯的原因除了上述優(yōu)點以外，其中一個更主要的原因是聚丙烯分子上存在一個甲基，其化學性質決定了發(fā)泡聚丙烯本身的降解性能將明顯優(yōu)于聚乙烯和聚苯乙烯，這就為其代替原有的聚乙烯和聚苯乙烯等一次性包裝材料提供了優(yōu)勢，因此有關部門應強化聚丙烯發(fā)泡技術和應用的研究與推廣，同時也應避免大量和重復的引進。

塑料模板是一種節(jié)能型和綠色環(huán)保的產品，推廣應用塑料模板，以塑代木正是節(jié)約資源保護環(huán)境的十分重要且有效的舉措，利國利民。發(fā)展塑料模板就是發(fā)展循環(huán)經濟，就是參與建設節(jié)約型社會，就是以實際行動貫徹落實黨中央提出的科學發(fā)展觀，對國家及全球的可持續(xù)發(fā)展都具有重大的意義。塑料產業(yè)的發(fā)展前景不但在中國看好，在全世界都是看好的，這不僅是因為產品本身的優(yōu)良特性，更為重要的是由其資源循環(huán)利用的意義和對環(huán)境保護的重要貢獻所決定的。

六、結束語

鑒于我國森林資源匱乏，綠色屏障遭到破壞，因此政府十分重視資源循環(huán)利用和對生態(tài)環(huán)境的保護，這為塑料模板產品的發(fā)展提供了一個良好的大環(huán)境。而復合發(fā)泡塑料模板的開發(fā)，真正意義上響應了國家可持續(xù)發(fā)展綠色經濟的號召，取代鋼、木模板。

積極開發(fā)并推廣應用聚丙烯發(fā)泡材料，對國內合成樹脂工業(yè)的發(fā)展、擴大聚丙烯發(fā)泡材料的應用領域和市場消費及汽車、包裝、食品、環(huán)保事業(yè)的發(fā)展都將具有極為重要的意義，我國建筑市場之大、用量之多，市場前景十分廣闊。發(fā)泡聚丙烯制品具有廣泛的應用前景和實用價值。超臨界流體技術的應用、高熔體強度聚丙烯的推廣、聚丙烯交聯技術和共混技術的深化都使得聚丙烯發(fā)泡的推廣應用更為現實和可行。在發(fā)展環(huán)境友善材料和微孔結構材料方面，以CO2等物理發(fā)泡劑為主的PP發(fā)泡技術具有獨特的優(yōu)勢。用CO2作發(fā)泡劑的聚丙烯物理發(fā)泡技術是聚丙烯發(fā)泡技術研究開發(fā)的一個重要方向。目前該產品已在一些大型建筑工程和橋梁工程中得到應用，取得了很好的效果。該項技術的應用也從根本上改變了環(huán)保產業(yè)社會效益高、經濟效益低的弊端，既有極大社會效益，又有巨大的經濟效益。