从 rPET 到耐热颗粒泡沫芯材：利好风电及汽车

日本积水化成品（Sekisui Kasei）公司开发了一种耐热型颗粒泡沫ST-Eleveat RNW，它在高温下具备优异的尺寸稳定性。其主要特点是由回收塑料制成。凭借这种泡沫，该公司正在扩展其环保材料产品线，力求开拓新的商机。

 

标题图： 由ST-Eleveat RNW制成的模制件融合了多个可持续性优势：发泡工艺减轻了重量并降低了材料消耗，而回收料的使用则减少了对原生塑料的需求© 积水化成品

该材料由回收聚对苯二甲酸乙二醇酯（rPET）制成，密度为150g/L，这意味着与致密部件相比，其重量可减轻约90%。该泡沫在180°C的条件下放置168小时后的模具收缩率小于1%。该材料壁厚5mm，达到了FMVSS 302和UL94 V-2阻燃等级。它可使用标准的EPS（发泡聚苯乙烯）成型机进行加工。作为一种颗粒泡沫，它可被模塑成各种形状。

 

图1：该过程采用两步法生产工艺（来源：积水化成品；制图：© Hanser）

其生产工艺与标准EPS颗粒泡沫的制造非常相似，包含两个阶段：颗粒泡沫的生产和模塑成型（图1）。首先，通过挤出发泡工艺使颗粒体积膨胀约90%。随后，在挤出机中将rPET和添加剂熔融，并均匀混入碳氢化合物等物理发泡剂。冷却至最佳发泡温度后，将高压熔体通过喷嘴上的小孔挤出至常压环境，在发泡剂膨胀力的作用下发泡。此后，发泡后的聚合物通过旋转切刀切成颗粒，经水冷后固化定型。

 

通过EPS设备加工PET泡沫

泡沫颗粒随后被填入模具中，通过蒸汽加热进一步膨胀。颗粒相互熔融，形成与所选模具相对应的泡沫部件。积水化成品颗粒泡沫的一大优势在于：其可在约1bar的蒸汽压力下使用普通的EPS成型机进行模塑成型。PET通常为结晶性塑料，熔点约为245°C，因此在低温条件下使用普通EPS成型机时，很难实现颗粒的充分熔融并获得良好的力学性能。

 

图2：泡沫颗粒的横截面SEM 图像，左：整体视图，右：表面视图© 积水化成品

为此，积水化成品对ST-Eleveat所用的PET进行了改性。改性后的PET结晶度低，且在模塑过程中结晶速率慢。此外，该颗粒泡沫具有闭孔结构和可控的表层厚度（图2），这使其即使在低压蒸汽模塑条件下也能实现良好的颗粒熔接并获得优异的力学性能。图3所示为改性前后的结晶速率以及模塑泡沫的弯曲强度。改性后，其结晶半衰期提高至两倍以上，从而改善了颗粒在模具中的熔接。因此，该模制件的弯曲强度比使用未改性PET时提升了20%。

 

图3：泡沫颗粒的结晶半衰期（120° C）以及模制件的弯曲强度（来源：积水化成品；制图：© Hanser）

 

FRP和泡沫复合材料

由于其优异的性能，ST-Eleveat也适用于作为复合材料的芯材，并且已在多个领域得到应用。例如，它被用作风机叶片的芯材（图4）。这种由纤维增强塑料（FRP）和ST-Eleveat制成的复合材料具有轻质和高强度的特性。这使得制造更大的转子叶片成为可能，从而有助于提升风机的性能并改善其能效。 

 

图4：St-Eleveat被用作风机叶片的芯材© 积水化成品

图5：这种颗粒泡沫同样适用于汽车座椅© 积水化成品
 

该颗粒泡沫在汽车领域同样被用作复合材料芯层。例如，用于跑车座椅的背壳和外饰件。在这些应用中，该泡沫不仅提高了复合材料的刚度，也增加了设计的自由度（图5）。

 

图6：积水化成品目前正致力于建立颗粒泡沫的闭环循环（来源：积水化成品；制图：© Hanser）

 

结论与展望

该材料同样适用于其他行业。积水化成品目前正致力于为多个领域开发解决方案，以期充分发挥ST-Eleveat的优势。该公司希望通过颗粒泡沫扩展其产品组合，以顺应时代挑战，在可持续发展领域提供更多优势。为此，公司正在研究适用于该泡沫的多种回收技术，并致力于为其建立闭环回收工艺（图6）。

 

来源：荣格-《国际塑料商情》

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