聚乙烯泡沫塑料的发泡原理及性能

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1、聚乙烯泡沫塑料的发泡原理及性能贾国兴(兰和塑料化工有限 公司)Fo amimgPrinciPleandProp ertie sofPEFo amPlastie sJiaGu oxing(La nhePlasts件(l)PE泡沫体从 熔融态到结晶态 要放 出大量的热,再加上熔融体比热大,因此从熔融态到定型固化时间长,不利于气体在发泡过程中保持;(l)P E气体透过率较 高,易造成泡孔塌陷,使发泡过 程中气体逃逸,泡沫不能稳定。为 了改善这些缺陷,应提高PE熔融物的粘弹性,达 到适宜的发泡要求,必须对其进行交联,使之成 为网状结构,以利发泡(见附图)。 公耳万丫漏益 佳粘度十 I 了_T.Tl尸,

2、月彩 今夕 侧挂少今 心1堆 少 父刁丫 户夕义刁 写名送例州 l书侧牌要东交联的欢乙姆取乙稀附图交联与发泡的关系1.聚乙烯的交联聚乙烯的交联通常有化学交联和辐射交联 两种。(l )化学交联法PE树脂,交 联剂发泡剂,发泡助剂计量,捏和,混炼 一次发泡一二次发泡。(2 )辐射交联法pE树脂发泡剂发泡 助剂,和,混-一 辐照发泡。鉴于辐射交联必须配备电子加速器,设朔料2 2(19 9 3)!一45一备投资较大,因此在工业大生 产中多数采用化学交联的办法。2.交联剂的选择原则和交联机理交联剂的分解温度应高于PE熔融温度而低于发泡剂的分解温度。同时还 要考虑到价廉,使用方便,不易和其他物质反应。为此

3、我们采用过氧化二异丙苯(D CP)作交联剂。在 一定温度下,D cP分解成化学 活性较高的游离基并能夺取PE直链分子中的氢原子,而使大分 子的碳原子变为活性游离基。两个或多个大分子链上活性游离基相互结合而 生成c一c化学链,构成网状结构。(l )D cP分解,产生 两个氧异 丙苯游离基:CH,CH:一趁)竺些丝竺C科叶 亡H,CH开始亡衬: 仁洲刁口衬1(2 )进一 步在C原子上夺取氢,然后分解为苯乙酮和甲基游离基:C万, 一曰H一仁科司. C万一CH:+CH:心衬:-一。翁衬:+“(3)ZCH:十2CHz一CH,一CH,一CH:. 一ZCH4+2CH一CH:一CHZ一CH:(4 )交联成 网

4、状结构2H:一一CHe s一仁H:-H:一一(二)发泡发泡剂的选择原则和热分解反应式发泡剂的分解温度应高于交联剂的分解温度,要求发气量要大,发气要稳定,贮存运输安全,放 出的气体无毒,残渣对制品无 影响口我们选用偶氮二甲酞胺(AC )作为发泡剂。其热分解反应式为:OO l! ZNHZ一一N一N一一NH:一 一巨一46一ZN:个+2C0个+ZH:N CONH,1卜 ZHNCO+ZNH:个H:NCONHNH CONH:+ZHNCO+N:牛塑料2 2(1 9 9 3)-从反应 方程式中可以看出反应物由三部分组成:a)气体:N:、e o和NH:;b )升华物:三 聚氰酸、三 聚 异氰酸与尿素;c)残留

5、物:脉、尿哇。AC发气量大,分解气体在PE中透过率几乎和空气相同,只要粒度分布相对均匀,它可以使泡孔均匀,获得较好的尺寸稳定性。(三)交联和发泡的关系(l )树脂的塑化和交联是相伴而行,交联和发泡对于高发泡PE而言原则上是先交联后发泡,但要控制在捏和混炼过程中,避免局部交联。在一次发泡模具中,依靠外界热量慢慢交联,达到 一定粘弹性后,发泡剂逐步分解,达到适宜的交联度。交联度通常用凝胶率来表示。凝胶率在3 0%以下,泡孔不可能均匀,泡沫塑料成型稳定区一般控制凝胶率在5 0 %一80%之间。在该条件下,产生的气体能保持在物料中,等到二次发泡中,A c进一步分解,然后高压气体膨胀,形成闭孔、微孔、稳

6、定的泡沫体。(2 )一定原料配方及工艺条件下,由于受设备、模具、辅料等影响,泡孔结构变化较大,而一次发泡的时间和温度以及发泡剂本身的质量决定其泡孔结构,也就直接影响其物性。如果发泡剂由于粒度差异而引起分解速率有所区别,在PE未交 联前过早分解,造成粗孔;或者由于温度过高,物料温 差较大,易造成表层老化、结皮、龟裂、二次发泡 严重卷角等情况。因此,要求一次发泡产 品出模时,呈浅黄色,内外颜色基本一致,轮廓形状饱满,具有较好的弹性,边缘无破裂,尺寸适中。(3 )一般来说,交联度随着交联剂用量的增加而增大,PE的密度是结晶度的标志,通常树脂密度低,结晶度低,制得的泡 沫塑料比较柔软,因此高压聚乙烯比

7、低压 聚乙烯泡沫易得且柔软。熔体指数值越高,说明其分子 量越低。粘度较小,就越需提高交联度,使泡沫体稳定,这样的泡沫体硬度就越大。(4 )发泡助剂的应用由于聚乙烯树脂熔融体温度特征,虽经交联,A C分解温度近200C,而Lo PE(MIF=一2 )一般熔融温度约12 0一13OC,在这样的温度下泡孔仍易破,因此,采用降低A C分解温度以增加其熔体粘度的发泡助剂,如金属盐类、硬脂酸盐、尿素类化合物等。二、聚乙烯高发泡制品的一般性能(一)聚乙烯 高发泡体的物理机械 性能聚乙烯发泡体按其发泡倍率的不同,物性指标也有所不同。下面就4 5倍、3 0倍、2 0倍发泡制品一般物性,按Jl sK6767试验标

8、准实测,测试数据列附表说明。附表不同发泡倍率聚乙烯发泡体的物理性能试试验项目目45倍倍3 0倍倍20倍倍密密度(g/em3) ) )0.0 22 2 20.030 0 00.045 5 5拉拉伸强度(kpa) ) )15 7 7 7215 5 52 75 5 5伸伸长率(%) ) )125 5 5135 5 5145 5 5撕撕裂强度(N/m) ) )80 0 0 010 00 0 012 00 0 0压压缩强度(2 5%)(kPa) ) )28 8 839 9 957 7 7尺尺寸变化率(%)(70C,一4oC ) ) )3.2 2 228 8 82 2 2热热传导率(w/mk) ) )0.

9、03 6 6 60.03 8 8 80.0 40 0 0吸吸水率(g/em3) ) )0.004 4 40.004 4 40.00 4 4 4压压缩永久变形( 25%)(%) ) )7.0 0 03.0 0 02.0 0 0由表看出,4 5倍泡沫 板用作保温材料更为合适,因其具有较低的导热系数,且几乎不吸水,是一种理想的闭孔软质保温材料。(二)聚乙烯泡沫塑料化学稳定性突出耐酸:在 2 0%HZSo,水溶液中浸泡2 4小时,无变化。耐硷:在4 5 %苛性钠 水 溶 液 中浸 泡 2 4小时无变化。耐盐;在3%氯化钠水溶液中浸泡 2 4小时无变化。耐油:在柴油中浸泡2 4小时,线膨胀镇3.5%。耐

10、寒:一3 0C条件下经8小时不龟裂。耐热:+6 5C条件下经6小时不发粘。塑料22(19 9 3)l一4 7(三)聚乙烯泡沫塑料的老化性能经广州老化所“人 工 加速老化试验”证实,在7 0C,热老化500 0小时的情况 下,其撕裂强度保持率!0 5写,拉伸强度9 5.2%,压缩强度10 8 %,其他物理性 能保持率均不低于90写。(四)聚乙烯泡沫塑料的阻然性能众所周知,聚乙烯泡沫塑料是 一种有机碳氢化合物。加上材料发泡后呈多孔状态,是一种易燃物品。但只要添加适量的阻燃剂就可达 到满意的阻燃效果。燃烧速度的快慢与燃烧过 程中产生的自由基的多少有关。阻燃剂必 须把O H.“捕捉”达到阻燃目的。此外

11、,还和高聚物进行化学反应形成不易燃产物,或者热分解放出某种物质起屏蔽作用,减缓和阻 止 了连锁反应 的继续进行,从而达 到阻燃的目的。目前评估阻燃性能,国际 上普遍采用美国uL一9 4标准。国内通常采用氧指数法。氧指数法是试样在规定条件下的。:、N:混合气流中维持平衡燃烧所需的最低的氧气浓度(o:占的体积 百分数)。我厂产 品1991年6月经 国家公安部四川防火建材监督检测中心 测定:阻燃型聚乙烯泡沫板的氧指数达 2 7.3。完全符合建材使用要求。另外,塑料燃烧过程中会 产生大量烟 雾和有毒气体。这是火灾中最危险的因素,因此尚需测定泡沫体中烟密度。即衡量其燃烧时放出烟雾和毒气的能力。我厂产品完

12、全达标,测定结果如下:最大烟密度:MSD3 5安全标志:清晰烟密度等级:s D R2 5综上所述:PE高发泡制品质地柔软,成本适中,导热系数小,吸水率低,保温性能极为稳定,阻燃级P E泡沫塑料阻燃性能优异,因此它在 同类产 品中占有相当的优势。随着国民经济的发展,聚乙烯泡 沫制品的需求量日益增大。尤其在建筑和 空调行业中的开拓和应用,以及 产品的深度加工等方面具有广阔的前景。(本文编辑LYw)团两团阮团两团两涌阮诩哎闪阉团两冈泌阶团两田、沁、咤田阶两矽曰两团吃两曰随砂两团两矽,尹“J.士.2、本名裱口尘纽夹今自飞加二渔,I飞:匀”尸林.J门O, J、Jg111 之匕,一 ,I口夕O、. 口卜,

13、奋入曰Jl今勺.习.又之交之之笋矛界月月沪考乙,建叁目 顶贞二本公 司将热 忱地为 您提 供塑料信息咨 询及信息产品中介技术服务。协助专 利所严洲剔l有 权者和新 技术新产品发明人,推广 应用 其 成 果;为需方调 整产品结构,开发新产品牵 线 搭桥,组织协作开发 提供全套 技术或承担交钥匙工程;为客户调剂闲置原辅料、仪器和设备,为顾客研制新产品,提供 市场难以买到的原、辅料及产品样品;组织国内、外技术交流、新产品演示、参观考察、人员 培训、智力引进及中外文 翻译 服 务等。联系地址:北京旧鼓楼大街 4 7号,北京市塑料研究所内联系人:王明芬联来电话:4034 4 48一6 51矛厄矛叹j硬 涟厄诬硬涯硬 J啄;觅咨啄困厄子乳3乓;矛三谬石石梦 石奋灭几子 巴)多 石忍咚州理硬二 刁厄 诬耳二 石 勇 j 龟宙九刁毛刀厄J 吸.J 龟沙龟去龟刁尽困毛矛5,典 名厄.多5日七刁性之飞叫洲泪洲创洲侧恻洲洲调恻训酬困倒例恻训倒洲创训恻阅州侧训、4 8一州料2 2(199 3)-