淺談物理發泡押出
On ThePhysical FoamingExtrusion
陳幸郎博士
新端實業有限公司 協理
中山大學化學研究所
一般使用於低密度塑膠發泡的製品，以利用物理方法使塑料發泡為主，常用的方法有三種：
一、將惰性氣體加壓充填入塑料熔體中，經過減壓釋出，使在製品中形成氣孔而發泡。
二、將低沸點液體混入塑料熔體中，利用高溫轉換為氣態，產生氣泡，且能均勻散佈於熔體。
三、於塑料中加入空心球，形成發泡體。
其中第一種發泡押出方法，普遍為業界所使用，在這裡做簡單介紹與說明。
物理發泡顧名思義是指，押出發泡過程無發生化學反應，所以無分解物殘留，較為乾淨，對發泡塑膠性能的影響不大，只是要得到發泡良好的製品，需要專用的押出機以及輔助設備，技術難度較大，但不外乎幾個步驟，包括塑料加熱熔融、物理發泡劑注入、冷卻及發泡定型。當氣體被打入押出機，經與押出機內的塑料混練，其熔融黏度會下降，這時塑料必須降溫，以增強熔融強度，否則氣體會跑出塑料，發泡結構會瓦解。使用單螺桿押出機(Long Single Extrusion)製程，一般會設計成兩階段，第一階段是聚合物進料熔融處理過程，在中段上方設計氣體壓入口，利用高壓將氣體以幫浦打入押出機，隨後在第二階段形成氣體/聚合物熔體，如圖一所示。也可以用串連式押出機(Tandem Extrusion)，如圖二，都可以達到物理發泡押出製品的目的。兩種押出機各有其優缺點，比較分析如表一。
物理發泡使用的氣體，依J. Murphy編輯的「Additives for Plastics Handbook」所述，主要包括烷烴類(alkane group)、氯氟碳(chlorofluorocarbon, CFC)化合物、氫-氯氟碳/氟氯烴(hydro-chlorofluorocarbon/hydrofluoro alkane, HCFC/HFA)化合物、及其它惰性的氣體，如表二。因為CFC會破壞臭氧層，而烷烴類易產生爆炸，所以相形之下，CO2及N2較安定，已逐漸成為主流，尤其利用超臨界CO2發泡技術，如雨後春筍，正蓬勃發展中；也由於物理發泡法使用的物理發泡劑成本較低，尤其是二氧化碳和氮氣，雖然其溶解度低，對加工技術的要求高，但是同時具備眾多優勢，包括其適用性較不受限製、不可燃、無氣味、無污染，也由於是從大氣獲得，所以不會增加全球暖化的壓力，並且符合加工時無毒的焦點，這些氣體用於高密度泡沫生產時，僅需非常低的濃度即可，對以往大量採用化學發泡劑業者而言，相對可降低成本壓力，因此在高密度泡沫的使用領域也日益增多，究其原因，與其說是技術必要性，不如說是節省成本。目前，在生產應用中，可對傳統烷烴類生產的硬體設備進行改造，轉換使用CO2氣體作為發泡劑，生產物理發泡製品。
從上述的說明，可知物理發泡押出是在塑料押出過程中，利用輔助設備注入氣體或液態氣體來呈現發泡，因為採用不產生化學反應的氣體作為發泡劑，所以可消除化學發泡劑產生殘餘物或水份的缺點，且易於製得氣泡孔徑微細(可達20µm)及發泡均勻的製品。物理發泡使用的材料包括塑料、發泡劑和成核劑等，進行物理發泡時，塑料應先與成核劑混合，接著把氣體或液體發泡劑注入熔融的塑料中，再使其從熔解狀態析出，隨後在押出過程中，藉著成核劑發生核化，使熔體不斷產生凝聚中心與氣泡，經適度的氣泡成長後，即可製得發泡製品，成核劑的功能就在使氣泡的大小及分布變得均勻。
