聚烯烃发泡板材技术版支持

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1、聚烯烃发泡板材的技术支持软质聚氯乙烯在混炼时加入适量的发泡剂，经发泡加工成型可制成泡沫塑料，用作泡沫拖鞋，凉鞋，鞋垫，坐垫和防震缓冲的包装材料。聚氯乙烯也可以用挤出机制成发泡硬质板材，替代木材作为建筑材料。聚氨酯为材料的发泡塑料，由于在发泡过程中会产生有毒的异氰酸酯残留物、不能回收，也限制了它的发展。相对而言，聚烯烃发泡塑料存在很多优点，比如其具有优良的耐热性(最高使用温度可达130200)，常温下较高的韧性，拉伸强度和冲击强度，优异的耐微波性和可降解性，以及从挤出发泡到热成型总的加工成本低于发泡 PS 等，引起了人们的高度重视。由于聚烯烃发泡材料的无与伦比的优点及在不同领域的应用，其市场发展

2、空间相当的广阔。比如，交联聚乙烯发泡片材具有良好保温特性、弹性好、不透气、不腐烂、抗老化、质量轻、造价低，是用于塑料大棚保温被的最佳材料。在我国且不论温室棚菜生产这个农业支撑产业，单在利用大棚发展养殖业就有十分诱人的市场空间。据不完全统计，我国用于种养业的塑料大棚达 6000 万亩以上 ,并以每年 10%的速度增长。若有 5%的用户改用此种材料保温，每年就需 300 余万亩的大棚保温被，可创净利润近 500 万元，年交税额达到 79 万元。因此，在一些工业发达国家，聚烯烃发泡塑料的生产已经成为一种重要的行业，开发聚烯烃发泡材料以满足不同环境下的应用已经成为一个时代要求。1.2 立项意义1本项目

3、的研究实现了以塑代木并与现代社会所倡导的环保、节能、高效、合理的利用资源的理念相一致，同时对缓解当前国际社会对塑料需求量与环境保护矛盾的压力有显著作用。2本项目关键技术的集成和示范，将形成生产聚烯烃发泡材料的理论和工艺指导文件，它可以推动我市塑胶行业企业实现产品的转型升级，通过项目的进一步孵化，吸引一批企业投资进入发泡材料生产领域，从而推动地方经济发展。3聚烯烃发泡材料广泛应用于汽车零配件行业，在具有汽车零配件基地之称的瑞安具有很大的市场空间，可带动瑞安原材料和生产设备产业的整体发展。4可以为企业为主体的科技创新载体提供可资借鉴的经验，产学研联合开发，用研究成果的直接产业化创造的经济效益来激活

4、发展民营研发机构，形成良性循环，增强区域技术创新能力和创新水平，促进我国科技事业更好更快发展。2. 国内外研究的现状和发展趋势1931 年瑞典的 Munters 和 Tandberg 发明了泡沫聚苯乙烯并于 1935 年获得了美国专利。1940 年前后德国的 OttoBayer 发明了聚氨酯泡沫塑料并在第二次世界大战中首先用于军用飞机上。1958 年美国的 DOW 化学公司用挤出法生产出高发泡的聚乙烯，但是这种方法仅能生产薄的片材。20 世纪 60 年代初又发明了聚乙烯的化学交联方法，提高聚乙烯的熔体强度。20 世纪 60 年代中期日本的积水化学公司与东丽公司各自独立开发了辐射交联的方法生产聚

5、乙烯泡沫。欧州大约从七十年代开始生产交联聚乙烯发泡材料,交联发泡聚丙烯 1980 年才实现工业化。据 1999 年的统计日本辐射交联聚乙烯泡沫塑料的产量已达 15000吨。20 世纪 70 年代联邦德国 BASF 公司又发明了注射成型聚烯烃泡沫塑料。近年来，其它一些国家也开发出不同用途的聚丙烯发泡产品。意大利AMUT 公司的挤出发泡 PP 片材是泡沫塑料产品的最新进展。它应用 Montell 公司的高熔体强度聚丙烯(HMSPP)、PP 均聚物 VA 及低臭氧消耗潜值(ODP) 化学发泡剂，生产出具有细小且均匀分布微孔的聚丙烯发泡片材(FPP)，密度为0.6g/cm3，发泡 PP 用的 HMSP

6、P 仅占 12.5%，具有极大的经济和环境意义。英国的 Packaging Trays 公司已经在旋转热成型机上热成型发泡 PP 片材。该公司采用化学交联剂生产的发泡 PP 片材密度为 0.5g/cm3，主要用于汽车工业，制造地毯背衬材料、遮光板、门衬和行李架等。JSP（株）开发出一种无交联高发泡聚乙烯板材，添加有永久防静电聚合物助剂，还具有缓冲性、节省资源和可回收等特点，可用于防止静电引起的灰尘等的吸附、IT 相关制品、食品等的缓冲包装材料。目前全世界范围内已有 JSP、BASF 、GEFINEX 等公司的多家工厂在生产PP 发泡模塑制品。据不完全统计，美国 1999 年 PP 泡沫塑料的消

7、耗量 350kt，欧洲为 170kt，日本为 10kt，亚洲其它国家为 7kt。美国将 JSP 公司的 PP 泡沫塑料主要用来制造汽车零部件，欧洲将 JSP 公司 60%的 PP 泡沫塑料用于汽车零部件的制造，其余 40%主要用于包装行业，亚洲其它国家将 JSP 公司的 PP泡沫塑料用于汽车零部件的制造，30%左右用于包装制品。我国发泡PP的研究始于70 年代末期。上海化工厂采用中部进料的螺杆机头法挤出成型宽度为400mm左右，厚度为12-15mm的低发泡PP板材，其皮层厚度约1.5-2mm，密度为0.50g/cm 3，交联度为7.8%。中国石油化工集团公司北京化工研究所承担了国家科技部的“九

8、五” 攻关课题，研制出具有较高熔体强度的新型改性PP，可用来生产发泡倍率在 10倍以上的PP 泡沫，也可以应用于热成型等其他方面。但目前聚烯烃发泡材料在国内工业化较为缓慢，且存在产品易变形、易燃、成本高等缺点。这是因为该项生产具有很高的技术难度，诸如泡孔结构、配方、原料、工艺等等，虽然国内多个大学和研究单位也从事这方面的研究，但是一直没有对产业起到支撑作用，究其原因主要为该产品开发生产涉及到材料、设备、模头、工艺及其集成和资金等系统技术和管理问题，仅仅靠一个科研院（所）难以解决所有的难题，因此，该生产的技术和材料受制于国外，致使许多已开工生产的企业举步维艰，进度缓慢，面对国内巨大的市场至今无法

9、形成产业化规模。我们只有拥有自主知识产权，产品立足于自主开发，才能带来经济效益和服务于广大人民群众。基于这样的思路，我们决心以自已的力量开发研究聚烯烃发泡材料，为我国发泡技术的发展创出一条新路。3. 项目主要研究开发内容、技术关键及主要创新点3.1 项目研究开发主要内容针对国内聚烯烃发泡板开发中存在的原料、设备、技术和工艺优化等关键技术问题，本项目在聚烯烃自由发泡板及结皮发泡板的研制、设备改造、生产工艺开发及开拓应用领域等方面开展研究，主要包括：3.1.1 聚烯烃自由发泡板材的研制 聚 烯 烃 自 由 发 泡 板 的 性 能 主 要 由 配 方 、 原 料 、 设 备 及 生 产 工 艺 等

10、因 素 决定 。 对 于 配 方 ， 用 于 聚 烯 烃 低 密 度 自 由 发 泡 挤 出 板 材 的 物 料 ， 是 以 聚 烯 烃树 脂 为 主 料 ， 添 加 稳 定 剂 、 改 性 剂 、 润 滑 剂 、 发 泡 剂 、 成 核 剂 、 阻 燃 剂 等辅 料 经 混 合 而 成 ， 主 、 辅 材 料 的 种 类 和 质 量 直 接 影 响 加 工 性 能 ， 因 此 ， 我 们通 过 对 聚 烯 烃 自 由 发 泡 板 材 生 产 工 艺 、 产 品 性 能 及 应 用 场 合 要 求 的 分 析 ,采用 正 交 化 试 验 方 法 、 Brabender 流 变 仪 、 双 螺

11、杆 挤 出 机 等 先 进 设 备 进 行 一 系列 的 优 化 试 验 ， 考 察 发 泡 剂 、 稳 定 剂 、 高 分 子 改 性 剂 、 成 核 剂 、 阻 燃 剂 等添 加 剂 对 产 品 性 能 的 影 响 ， 并 筛 选 出 阻 燃 性 能 好 、 密 度 低 、 产 品 性 能 好 的配 方 。 然 后 根 据 所 选 择 的 配 方 进 行 生 产 工 艺 参 数 （ 包 括 混 合 工 序 、 挤 出 工 序 、后 续 工 序 ） 的 设 定 ， 如 投 料 方 法 、 混 料 温 度 、 加 工 温 度 、 机 头 压 力 、 螺 杆 转速 及 牵 引 速 度 等 ， 并

12、 对 实 验 进 行 分 析 校 正 ， 最 后 择 优 确 定 工 艺 参 数 。3.1.2 聚烯烃结皮发泡板材的研制 聚烯烃结皮发泡表面能形成一层硬皮，表面平整光滑，不吸水，绝缘，隔热，具有优良的化学稳定性，耐腐蚀性，能与木材同等加工等优点。我们通过考虑成型工艺及产品使用性能要求、各助剂之间的相互影响、助剂与树脂的相溶性、助剂合理的添加量以及成本因素，对配方进行设计，并研究了挤出机料筒及模具温度、挤出速度、冷却模温度等生产工艺条件对产品性能的影响，确定最佳生产工艺条件。另外，对生产过程中产生的一系列质量缺陷，如结皮发泡材料表面局部或整体结皮薄、硬度低、断面有比较大的气泡、表面有收缩痕、凹线

13、凹凸不平等问题，进行分析研究，寻求解决方法。3.1.3 关键设备单元的改进和创新研究 聚烯烃发泡片材挤出机其塑化、混合能力对泡沫体的质量有着极其重要的影响 ,混合均化能力不足是无法生产泡孔均匀致密、密度小的泡沫制品的。为了提高螺杆的混合均化能力,并且能稳定地挤出，我们通过适当地缩短螺距来增加物料停留时间，提高螺杆的塑化均化能力；混和段和均化段前半部分开设反螺纹方向的螺旋槽，增强分流混合的效果，大幅度地提高熔体各组分的分散性,以促进气泡核大量、细密地增长。采用最先进的高效双螺旋流道叠加共挤模头，二元预分配系统结合螺旋型芯的设计，保证了最短的驻留时间和熔体各部分之间的均匀的温度，大大节省了动力，减

14、少机械损耗。3.1.4 聚烯烃发泡板材应用范围的拓宽研究鉴于聚烯烃发泡板材的性能，其应用领域是有限的。例如传统的聚烯烃自由发泡材料广泛应用于广告刻字，建筑及装饰材料，交通运输工具的内装饰材料及家具门窗的装饰材料。但是，聚烯烃发泡板本身具有很多潜在的优点，因此通过研究扩大其应用范围是可能的。比如，聚乙烯发泡板作为一种新型的接缝止水材料由于制作简单、运输方便、安装方便、美观等原因正广泛应用于水利工程。聚丙烯发泡板具有优良的物理、环保和安全性能, 符合汽车工业轻量化、舒适性、安全性、环保性和同质化的技术发展趋势，已被研究出作为轻量环保型汽车内饰材料。因此，我们通过研究聚烯烃发泡板的潜在优点，并添加一

15、些特殊助剂来拓宽其应用领域，尽量地发挥其价值。3.2 拟解决的关键技术问题3.2.1 聚烯烃发泡板材配方的确定 配方是否合适直接影响产品的最终性能。然而研究配方是个复杂、烦琐的过程，因为配方中除了主料之外，稳 定 剂 、 改 性 剂 、 润 滑 剂 、 发 泡 剂 、 成 核剂 、 阻 燃 剂 等 辅 料 经 混 合 而 成 ， 每 一 种 助 剂 的 种 类 和 用 量 对 产 品 的 性 能 都 会产 生 较 大 的 影 响 。 我 们 采 用 正 交 化 试 验 方 法 、 Brabender流 变 仪 、 双 螺 杆 挤出 机 等 先 进 设 备 进 行 一 系 列 的 优 化 试 验

16、 ， 研 究 了 各助剂之间的相互影响、助剂与树脂的相溶性、助剂合理的添加量以及最佳经济效益，筛 选 出 阻 燃 性 能 好 、密 度 低 、 产 品 性 能 好 、 成 本 低 的 配 方 。3.2.2 熔体强度及机械强度的提高 聚烯烃发泡过程中普遍存在的问题是聚烯烃为结晶性聚合物，结晶度较高，在温度到达结晶熔融温度后,其熔体粘度迅速下降，使发泡过程中产生的气体很难保持住，因此如何提高聚烯烃的熔体强度是其发泡成型中一个必须解决的问题。另外，目前国内的聚烯烃发泡材料普遍存在机械强度不高，产品久置或加工后易变形的问题。为了改善聚烯烃发泡时的熔体强度和产品的机械强度，我们采用对聚合物基体进行共混改性以及化学交联改性。对于共混改性，通过研究共混物的种类，如聚乙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物、三元乙丙橡胶、纤维素等，分子量及混合比来提高熔体强度。对于化学交联改性，技术关键是控制交联度，研究最佳的凝胶量。如果交联度过低，不能保持从发泡剂产生的气体；如果交联度过高，弹性过大，树脂不能充分膨胀，难以提高膨胀倍率。3.2.3 无卤阻燃性