第五節(jié)化學(xué)發(fā)泡法舉例3聚乙烯泡沫塑料生產(chǎn)

聚乙烯泡沫塑料

聚乙烯泡沫塑料密度小，低溫性能和抗化學(xué)腐蝕性能良好，并且具有一定的物理力學(xué)強(qiáng)度，因此可用于日用制品、精密儀器包裝材料、保暖材料、水上漂浮材料以及代替天然木材等方面，應(yīng)用面很廣，發(fā)展也很迅速。（一）聚乙烯發(fā)泡的特點(diǎn)1、聚烯烴結(jié)晶度高；在未達(dá)到結(jié)晶熔融溫度以前，樹(shù)脂幾乎不能流動(dòng)，而一旦達(dá)到熔融溫度，整個(gè)聚合物的熔融黏度便急劇下降，使發(fā)泡過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡很難保持。2、PE結(jié)晶度高結(jié)晶快；從熔融態(tài)到晶態(tài)時(shí)放出大量的結(jié)晶熱；熔融聚烯烴的比熱容較大；從熔融態(tài)冷卻到固態(tài)需時(shí)間較長(zhǎng)；使發(fā)泡的氣體逃逸的機(jī)會(huì)增多；3、聚烯烴塑料的透氣性大，使發(fā)泡的氣體難保持。

為了改善聚烯烴類(lèi)塑料的發(fā)泡缺陷，常采用樹(shù)脂分子間交聯(lián)的方法調(diào)節(jié)熔融物的粘彈性，使之達(dá)到發(fā)泡所需的條件，并提高泡沫塑料的物理機(jī)械性能。（二）聚烯烴的交聯(lián)

交聯(lián)方法有物理交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)，而物理交聯(lián)常用的是輻射交聯(lián)，由于輻射交聯(lián)需要很昂貴的設(shè)備，特殊產(chǎn)品（如薄的發(fā)泡制品、細(xì)徑電纜）生產(chǎn)時(shí)有應(yīng)用，一般的采用化學(xué)交聯(lián)。

交聯(lián)劑都含有氧-氧鍵，如：過(guò)氧化二異丙苯(DCP）等，它的鍵能小，不穩(wěn)定，在熱和光作用下容易分解生成游離基，從而引發(fā)聚乙烯主鏈上某些碳原子產(chǎn)生活性，而后兩個(gè)大分子游離基相互結(jié)合產(chǎn)生c-c交聯(lián)鍵。加入助交聯(lián)劑，如：馬來(lái)酰亞胺、順丁烯二酸酐、1，2－聚丁二烯等含有雙鍵和過(guò)氧鍵的化合物。可以提高過(guò)氧化物的交聯(lián)效率，可以提高交聯(lián)度，使泡沫均勻、堅(jiān)固。

交聯(lián)時(shí)間

有機(jī)過(guò)氧化物的反應(yīng)是從分解開(kāi)始的，當(dāng)交聯(lián)劑分解到其濃度一半時(shí)所需的時(shí)間，稱為半衰期。而交聯(lián)時(shí)間取預(yù)定交聯(lián)溫度下半衰期的10～12倍的時(shí)間。在發(fā)泡成型過(guò)程中，要防止交聯(lián)劑過(guò)早達(dá)到分解溫度，選擇過(guò)氧化物的穩(wěn)定性要適合交聯(lián)起始要求和加工的要求。如圖(下頁(yè))。是三種過(guò)氧化物半衰期和分解溫度的關(guān)系。1－過(guò)氧化二叔丁烷2－2，5－二甲基2，5－雙己烷3－過(guò)氧化二異丙苯為了制得不同性能的PE泡沫塑料制品,可以對(duì)PE本身進(jìn)行改性,如接枝；同EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）

、聚異丁烯、天然橡膠或合成橡膠、聚苯乙烯、高低密度聚乙烯等共混；還可以在泡沫塑料中使用填料。

填料的作用:a、擴(kuò)大泡沫塑料的物理性能范圍,如碳黑、二氧化硅可作為增強(qiáng)填料,提高泡沫的撓曲模量、拉伸強(qiáng)度、壓縮載荷和剛度;碳酸鈣、亞硫酸鈣、硅酸鈣可以較低泡沫塑料的成本,改進(jìn)其燃燒性能等；b、可以使溶解的氣體進(jìn)一步成核，使氣泡分散更廣，泡孔尺寸更加一致。填料一般不改變泡孔的結(jié)構(gòu)，而對(duì)與泡壁有關(guān)的泡沫塑料的性能（氣體滲透性）有關(guān)。c、含填料、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑的HDPE，可以制成泡孔細(xì)小的泡沫塑料，密度最小達(dá)0.04g/cm3。加入填料會(huì)降低過(guò)氧化物的交聯(lián)效率，要相應(yīng)增加用量來(lái)補(bǔ)償。（三）聚乙烯泡沫塑料的成型

擠出法注射法

模壓法一步法和兩步法可發(fā)性PE珠粒法有交聯(lián)和無(wú)交聯(lián)法(低發(fā)泡制品)化學(xué)發(fā)泡法物理發(fā)泡法直接擠出法擠出后常壓交聯(lián)發(fā)泡法高壓法低壓法PE發(fā)泡片材生產(chǎn)線1、擠出法PE物理發(fā)泡法擠出PE物理發(fā)泡擠出網(wǎng)及設(shè)備2、模壓法

（1）一步法配方：

僅供參考LDPEMFR=3g/10min

100EVA改性劑20DCP交聯(lián)劑1AC發(fā)泡劑5.5HSt潤(rùn)滑劑

1.5三堿式硫酸鉛活化劑降低發(fā)泡劑的分解溫度3工藝流程

1.LDPE、EVA混合2.兩輥塑煉，加入AC（偶氮二甲酰氨）、三堿式硫酸鉛混合粗煉3.再加入交聯(lián)劑DCP（過(guò)氧化二異丙苯）精煉4.拉片5.模壓交聯(lián)6.開(kāi)模發(fā)泡工藝控制：在室溫下進(jìn)行混合。混煉溫度在樹(shù)脂的熔點(diǎn)以上，交聯(lián)劑和發(fā)泡劑的分解溫度以下（110～120℃）?；鞜捄煤?，按模具大小出片，厚度1mm左右，按質(zhì)量稱量、裁切后，放入模壓模具，加熱（160℃左右）、加壓（7.12～10.78MPa）6～8min，交聯(lián)劑交聯(lián)，后發(fā)泡劑分解，待發(fā)泡劑完全分解后，解除壓機(jī)的壓力開(kāi)模，使熱的物料膨脹彈出，在2～3秒內(nèi)完成發(fā)泡。

在發(fā)泡過(guò)程中特別要注意物料的粘彈性，如果粘彈性太低，如遇微小的機(jī)械阻力，就會(huì)導(dǎo)致泡沫塑料的龜裂，在生產(chǎn)中，有用開(kāi)模前適當(dāng)降低物料的溫度，使其粘彈性提高，再開(kāi)模的辦法。所以一步法所得泡沫塑料的發(fā)泡倍率不高，一般在3～15倍。而兩步法可得發(fā)泡倍率為30倍的PE泡沫塑料。（2）兩步法

成型工藝：首先將塑煉好的片材在壓機(jī)上模壓,溫度150℃,時(shí)間根據(jù)片材的厚度,常為30min左右,去壓,開(kāi)模,完成第一步發(fā)泡,密度0.098g/cm3,此時(shí)70%的發(fā)泡劑沒(méi)有分解,然后趁熱置于165℃的油浴中加熱20min,這一步材料的密度進(jìn)一步降低,但是尚有7%發(fā)泡劑沒(méi)有分解,從油浴中取出,室溫下冷卻,余下的發(fā)泡劑繼續(xù)分解10min后，發(fā)泡完畢。所制得的制品泡孔細(xì)小均勻,密度0.027g/cm3。3、注射法PE結(jié)構(gòu)泡沫塑料結(jié)構(gòu)發(fā)泡材料是指密度在10～60kg/cm之間的發(fā)泡材料，制品表面呈封閉的致密層，芯部呈微孔泡沫結(jié)構(gòu)。厚度在5mm以上。（1）低壓結(jié)構(gòu)發(fā)泡注射（模腔壓力2～7MPa）（普通注射模腔壓力30～60MPa）（2）高壓結(jié)構(gòu)發(fā)泡注射

（模腔壓力7～15MPa）多工位結(jié)構(gòu)發(fā)泡注射機(jī)多組分結(jié)構(gòu)發(fā)泡注射機(jī)多組分結(jié)構(gòu)發(fā)泡注射機(jī)局部泡沫塑料成型思考題

1.掌握泡沫塑料的三種