第五节化学发泡法举例3聚乙烯泡沫塑料的生产

聚乙烯泡沫塑料聚乙烯泡沫塑料密度小，低温性能和抗化学腐蚀性能良好，并且具有一定的物理力学强度，因此可用于日用制品、精密仪器包装材料、保暖材料、水上漂浮材料以及代替天然木材等方面，应用面很广，发展也很迅速。（一）聚乙烯发泡的特点1、聚烯烃结晶度高；在未达到结晶熔融温度以前，树脂几乎不能流动，而一旦达到熔融温度，整个聚合物的熔融黏度便急剧下降，使发泡过程中产生的气泡很难保持。2、PE结晶度高结晶快；从熔融态到晶态时放出大量的结晶热；熔融聚烯烃的比热容较大；从熔融态冷却到固态需时间较长；使发泡的气体逃逸的机会增多；3、聚烯烃塑料的透气性大，使发泡的气体难保持。为了改善聚烯烃类塑料的发泡缺陷，常采用树脂分子间交联的方法调节熔融物的粘弹性，使之达到发泡所需的条件，并提高泡沫塑料的物理机械性能。（二）聚烯烃的交联交联方法有物理交联和化学交联，而物理交联常用的是辐射交联，由于辐射交联需要很昂贵的设备，特殊产品（如薄的发泡制品、细径电缆）生产时有应用，一般的采用化学交联。交联剂都含有氧-氧键，如：过氧化二异丙苯(DCP）等，它的键能小，不稳定，在热和光作用下容易分解生成游离基，从而引发聚乙烯主链上某些碳原子产生活性，而后两个大分子游离基相互结合产生c-c交联键。加入助交联剂，如：马来酰亚胺、顺丁烯二酸酐、1，2－聚丁二烯等含有双键和过氧键的化合物。可以提高过氧化物的交联效率，可以提高交联度，使泡沫均匀、坚固。交联时间有机过氧化物的反应是从分解开始的，当交联剂分解到其浓度一半时所需的时间，称为半衰期。而交联时间取预定交联温度下半衰期的10～12倍的时间。在发泡成型过程中，要防止交联剂过早达到分解温度，选择过氧化物的稳定性要适合交联起始要求和加工的要求。如图(下页)。是三种过氧化物半衰期和分解温度的关系。1－过氧化二叔丁烷2－2，5－二甲基2，5－双己烷3－过氧化二异丙苯为了制得不同性能的PE泡沫塑料制品,可以对PE本身进行改性,如接枝；同EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）、聚异丁烯、天然橡胶或合成橡胶、聚苯乙烯、高低密度聚乙烯等共混；还可以在泡沫塑料中使用填料。填料的作用:a、扩大泡沫塑料的物理性能范围,如碳黑、二氧化硅可作为增强填料,提高泡沫的挠曲模量、拉伸强度、压缩载荷和刚度;碳酸钙、亚硫酸钙、硅酸钙可以较低泡沫塑料的成本,改进其燃烧性能等；b、可以使溶解的气体进一步成核，使气泡分散更广，泡孔尺寸更加一致。填料一般不改变泡孔的结构，而对与泡壁有关的泡沫塑料的性能（气体渗透性）有关。c、含填料、发泡剂、交联剂的HDPE，可以制成泡孔细小的泡沫塑料，密度最小达0.04g/cm3。加入填料会降低过氧化物的交联效率，要相应增加用量来补偿。（三）聚乙烯泡沫塑料的成型挤出法注射法模压法一步法和两步法可发性PE珠粒法有交联和无交联法(低发泡制品)化学发泡法物理发泡法直接挤出法挤出后常压交联发泡法高压法低压法PE发泡片材生产线1、挤出法PE物理发泡法挤出PE物理发泡挤出网及设备2、模压法（1）一步法配方：仅供参考LDPEMFR=3g/10min100EVA改性剂20DCP交联剂1AC发泡剂5.5HSt润滑剂1.5三碱式硫酸铅活化剂降低发泡剂的分解温度3工艺流程1.LDPE、EVA混合2.两辊塑炼，加入AC（偶氮二甲酰氨）、三碱式硫酸铅混合粗炼3.再加入交联剂DCP（过氧化二异丙苯）精炼4.拉片5.模压交联6.开模发泡工艺控制：在室温下进行混合。混炼温度在树脂的熔点以上，交联剂和发泡剂的分解温度以下（110～120℃）。混炼好后，按模具大小出片，厚度1mm左右，按质量称量、裁切后，放入模压模具，加热（160℃左右）、加压（7.12～10.78MPa）6～8min，交联剂交联，后发泡剂分解，待发泡剂完全分解后，解除压机的压力开模，使热的物料膨胀弹出，在2～3秒内完成发泡。在发泡过程中特别要注意物料的粘弹性，如果粘弹性太低，如遇微小的机械阻力，就会导致泡沫塑料的龟裂，在生产中，有用开模前适当降低物料的温度，使其粘弹性提高，再开模的办法。所以一步法所得泡沫塑料的发泡倍率不高，一般在3～15倍。而两步法可得发泡倍率为30倍的PE泡沫塑料。（2）两步法成型工艺：首先将塑炼好的片材在压机上模压,温度150℃,时间根据片材的厚度,常为30min左右,去压,开模,完成第一步发泡,密度0.098g/cm3,此时70%的发泡剂没有分解,然后趁热置于165℃的油浴中加热20min,这一步材料的密度进一步降低,但是尚有7%发泡剂没有分解,从油浴中取出,室温下冷却,余下的发泡剂继续分解10min后，发泡完毕。所制得的制品泡孔细小均匀,密度0.027g/cm3。3、注射法PE结构泡沫塑料结构发泡材料是指密度在10～60kg/cm之间的发泡材料，制品表面呈封闭的致密层，芯部呈微孔泡沫结构。厚度在5mm以上。（1）低压结构发泡注射（模腔压力2～7MPa）（普通注射模腔压力30～60MPa）（2）高压结构发泡注射（模腔压力7～15MPa）多工位结构发泡注射机多组分结构发泡注射机多组分结构发泡注射机局部泡沫塑料成型思考题1.掌握泡沫塑料的三种发泡方法，以及气发泡沫的发泡原理。2.PS可发性珠粒生产模压发泡制品前，为什么要经过预发泡、熟化再模压的过程？熟化的目的何在？3.PE泡沫塑料的化学发泡法为什么先交联再发泡？采用这种方法发泡时应注意什么？4.了解聚氨酯泡沫塑料的发泡原理及发泡方法。