低密度硬質(zhì)交聯(lián)pvc發(fā)泡板尺寸收縮的影響因素

低密度硬質(zhì)交聯(lián)pvc發(fā)泡板尺寸收縮的影響因素

泡沫塑料具有輕質(zhì)量、早熟、緩沖、絕緣性、防腐、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于日用品、包裝、建筑、交通運(yùn)輸、軍事、航天工業(yè)等領(lǐng)域，為人們的生活帶來(lái)了極大的便利。目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的保溫材料主要有聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯和PVC。前3種保溫材料的阻燃性能都較差,但由于其具有較高的性價(jià)比而在保溫行業(yè)大量使用,而阻燃性能較好的PVC泡沫材料則以軟質(zhì)泡沫材料和高密度泡沫材料為主。國(guó)內(nèi)對(duì)低密度硬質(zhì)交聯(lián)PVC泡沫材料的研究較少,目前還沒(méi)有成熟的產(chǎn)品投放市場(chǎng)。針對(duì)這種形勢(shì),新疆天業(yè)天偉化工有限公司經(jīng)過(guò)1年的努力,開(kāi)發(fā)出了一種低密度硬質(zhì)交聯(lián)PVC發(fā)泡板(以下簡(jiǎn)稱發(fā)泡板),經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)其性能完全滿足外墻保溫的要求,且價(jià)格和聚苯乙烯發(fā)泡板相差不多,具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。現(xiàn)階段該發(fā)泡板已進(jìn)行了小批量生產(chǎn),下面就生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)泡板尺寸收縮的影響因素進(jìn)行探討。1試驗(yàn)部分1.1主要試驗(yàn)原材料主要試驗(yàn)原料見(jiàn)表1。1.2主要試驗(yàn)設(shè)備主要試驗(yàn)設(shè)備見(jiàn)表2。1.3發(fā)泡機(jī)發(fā)酵(1)將稱量好的原料依次加入捏合機(jī)中,攪拌10~20min后備用。(2)將有機(jī)溶劑和穩(wěn)定劑添加到捏合機(jī)中捏合30min,待物料完全混合均勻后備用。(3)將平板發(fā)泡機(jī)溫度設(shè)置在150~180℃,壓力設(shè)置在10~15MPa,冷卻溫度設(shè)置在30~50℃后備用。(4)將混合好的物料無(wú)間隙地加入模具后合模,保壓30min后開(kāi)模得到初始發(fā)泡板。(5)將得到的初始發(fā)泡板放入80~110℃烘箱中加熱10~12h,取出讓其自然冷卻,最后經(jīng)修剪得到產(chǎn)品。1.4增塑糊表觀粘度的測(cè)定發(fā)泡板的尺寸用數(shù)顯標(biāo)尺直接測(cè)量。PVC糊樹(shù)脂的黏度按GB/T12004.4—2003《聚氯乙烯增塑糊表觀粘度的測(cè)定Brookfield試驗(yàn)法》測(cè)定。水含量按GB/T2914—2008《塑料氯乙烯均聚和共聚樹(shù)脂揮發(fā)物(包括水)的測(cè)定》測(cè)定。2結(jié)果與討論2.1vc糊樹(shù)脂黏度筆者考察了PVC糊樹(shù)脂黏度對(duì)發(fā)泡板尺寸的影響,結(jié)果如表3所示。由表1可以看出:PVC糊樹(shù)脂黏度在2500~3000mPa·s時(shí),得到的發(fā)泡板尺寸最大。原因可能是:當(dāng)PVC糊樹(shù)脂黏度較低時(shí),氣體逸散速度快,致使后處理過(guò)程中泡孔保持內(nèi)外氣壓平衡的時(shí)間縮短,分子鏈內(nèi)的大部分應(yīng)力沒(méi)有來(lái)得及釋放,泡孔尺寸收縮,導(dǎo)致得到的發(fā)泡板整體尺寸下降,且表面粗糙,嚴(yán)重影響外觀質(zhì)量;隨著PVC糊樹(shù)脂黏度的增加,氣體逸散速度降低,泡孔保氣能力增強(qiáng),后處理過(guò)程中泡孔保持內(nèi)外氣壓平衡的時(shí)間延長(zhǎng),分子鏈內(nèi)殘存應(yīng)力減少,泡孔收縮減小,發(fā)泡板尺寸增加,表面平整光滑;當(dāng)PVC糊樹(shù)脂黏度進(jìn)一步增加時(shí),殘留在泡孔內(nèi)的氣體減少,其產(chǎn)生的膨脹力不足以抗衡分子鏈產(chǎn)生的收縮力,導(dǎo)致泡孔收縮,發(fā)泡板尺寸隨之降低。2.2助交聯(lián)劑用量以BIBP(雙叔丁基過(guò)氧化二異丙苯)為主交聯(lián)劑,TMPTA(三羥甲基丙烷三丙烯酸酯)為助交聯(lián)劑,考察交聯(lián)體系對(duì)發(fā)泡板尺寸的影響,結(jié)果如表4所示。從表4可以看出:隨著主交聯(lián)劑的加入,發(fā)泡板尺寸明顯增加,但當(dāng)用量達(dá)到1.4份以后,發(fā)泡板尺寸變化不大,厚度反而有所下降,且顏色發(fā)黃;在1.0份主交聯(lián)劑的基礎(chǔ)上加入2份助交聯(lián)劑后,發(fā)泡板尺寸增加也比較明顯(尤其是厚度),且發(fā)泡板泡孔變細(xì),顏色恢復(fù)正常;隨著助交聯(lián)劑用量提高到4份,發(fā)泡板尺寸反而出現(xiàn)收縮,且顏色發(fā)黃。原因可能是:當(dāng)未加入主交聯(lián)劑時(shí),熔體強(qiáng)度不足,保泡能力差,導(dǎo)致發(fā)泡板尺寸小,且泡孔不均勻;隨著主交聯(lián)劑的加入,熔體強(qiáng)度增加,保泡能力增加,收縮率降低,得到的發(fā)泡板尺寸增加;當(dāng)主交聯(lián)劑的用量進(jìn)一步增加時(shí),其作為過(guò)氧化物對(duì)PVC的降解有一定的促進(jìn)能力,導(dǎo)致熔體強(qiáng)度反而下降,且發(fā)泡板因降解而顏色發(fā)黃;當(dāng)加入2份助交聯(lián)劑時(shí),主交聯(lián)劑的交聯(lián)速率加快,對(duì)PVC的降解作用降低,從而使熔體強(qiáng)度提高,得到的發(fā)泡板尺寸增加,且泡孔和顏色都較好;當(dāng)加入4份助交聯(lián)劑時(shí),交聯(lián)體系已經(jīng)過(guò)量,導(dǎo)致PVC降解,發(fā)泡板尺寸收縮、顏色發(fā)黃。2.3pvc糊樹(shù)脂中在添加時(shí)間和質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)發(fā)泡板質(zhì)量的影響用水分測(cè)定儀測(cè)定粉料中的水含量,用卡爾費(fèi)修水分測(cè)定儀測(cè)定有機(jī)溶劑中的水含量,考察放置不同時(shí)間的原料中水含量的變化及其對(duì)發(fā)泡板的影響,結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可以看出:填料和有機(jī)溶劑的水含量隨放置時(shí)間的延長(zhǎng)變化不大,而PVC糊樹(shù)脂的水含量隨放置時(shí)間的延長(zhǎng)明顯上升;當(dāng)PVC糊樹(shù)脂中含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)<1%時(shí),對(duì)發(fā)泡板質(zhì)量影響不大;當(dāng)PVC糊樹(shù)脂中含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1%時(shí),發(fā)泡板開(kāi)始收縮,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成邊角開(kāi)裂。原因可能是:當(dāng)PVC糊樹(shù)脂中含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1%時(shí),在加工過(guò)程中水分無(wú)法完全揮發(fā)出去,而其與PVC熔體相容性差,一部分水分會(huì)在熔體表面形成水蒸氣層,導(dǎo)致開(kāi)模阻力增加,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使發(fā)泡板表面產(chǎn)生缺陷,甚至邊角撕裂;一部分水分會(huì)殘留在PVC熔體中,在后處理過(guò)程中因水的沸點(diǎn)比有機(jī)溶劑低,其揮發(fā)速度相對(duì)較快,使泡孔保持內(nèi)外壓平衡的時(shí)間縮短,分子鏈內(nèi)應(yīng)力釋放不完全,收縮率增大。2.4試驗(yàn)結(jié)果分析在其他條件不變的情況下,筆者考察了穩(wěn)定體系對(duì)發(fā)泡板尺寸和泡孔尺寸的影響,穩(wěn)定體系的組成見(jiàn)表6,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。由表6、表7可以看出:采用有機(jī)錫穩(wěn)定劑制得的發(fā)泡板的表面更加光滑,而液體鈣鋅穩(wěn)定劑和三鹽穩(wěn)定劑的長(zhǎng)期穩(wěn)定性較好,制得的發(fā)泡板顏色較好,但是泡孔尺寸較大,影響保溫效果。綜合考慮,適宜的穩(wěn)定體系為液體鈣鋅穩(wěn)定劑4份、有機(jī)錫穩(wěn)定劑4份,制得的發(fā)泡板發(fā)泡效果最好,泡孔尺寸最小。2.5溫度對(duì)泡孔內(nèi)部氣體的影響筆者考察了烘箱溫度對(duì)發(fā)泡板尺寸的影響,結(jié)果見(jiàn)表8。由表8可知:隨著烘箱溫度的升高,發(fā)泡板的尺寸逐漸增加;當(dāng)超過(guò)100℃時(shí),會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象。其原因可能為:制得初始發(fā)泡板時(shí),泡孔內(nèi)部的氣體形成的膨脹力與分子鏈形成的收縮力處于短暫的動(dòng)態(tài)平衡中;當(dāng)烘箱溫度過(guò)低時(shí),泡孔內(nèi)部氣體產(chǎn)生的膨脹力和分子鏈形成的收縮力保持平衡的時(shí)間不足以使分子鏈的內(nèi)應(yīng)力得到釋放,導(dǎo)致泡孔縮小甚至消失,嚴(yán)重影響發(fā)泡倍率;隨著溫度的上升,內(nèi)部氣體產(chǎn)生的膨脹力和分子鏈形成的收縮力保持平衡的時(shí)間延長(zhǎng),分子鏈的內(nèi)應(yīng)力大部分得到釋放,泡孔形態(tài)得到最大限度的保持;當(dāng)進(jìn)一步升高溫度時(shí),會(huì)導(dǎo)致泡孔內(nèi)部氣體過(guò)于膨脹,以致沖破泡壁,嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象,影響發(fā)泡板的整體性能。適宜的烘箱溫度為80~100℃。2.6原料配比及交聯(lián)劑用量綜上所述,性能優(yōu)良的發(fā)泡板的制備工藝為:PVC糊樹(shù)脂黏度為2500~3000mPa·s,主交聯(lián)劑為1.0份,助交聯(lián)劑為2份,原料含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)<1%,液體鈣鋅穩(wěn)定劑為4份,有機(jī)錫穩(wěn)定劑為4份,烘箱溫度為80~100℃。3形態(tài)表征結(jié)果采用上述工藝制得的發(fā)泡板如圖1所示。用掃描電鏡對(duì)發(fā)泡板的泡孔形態(tài)進(jìn)行了表征,結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出:泡孔的泡壁很薄,在放大500倍時(shí)可清晰地看到泡孔壁上的填料,說(shuō)明填料起到了支撐作用,使泡孔