成核剂对软质 PVC 鞋底发泡材料的影响 (5 人评价)|430 人阅读|43 次下载|举报文档成核剂对软质 PVC鞋底发泡材料的影响泡沫塑料的成型过程一般包括 3个阶段， 即气泡核的形成、 长大和泡体的固化定型 其 中气泡核的形成阶段是关键， 它直接决定泡孔的数量和分布 气泡核的形成方法很多， 目前 在化学发泡成型中常常采用加成核剂的方法， 这是利用成核剂与熔体间的界面形成大量低势 能点作为成核点有些无机填料在熔体中能形成低势能点可作为发泡材料的成核剂本文以二氧化钛 (TiO2)、微细重质碳酸钙 (G-CaCO3)、纳米级超细碳酸钙 (N-CaCO3)和 滑石粉作为成核剂，讨论它们对软质 PVC鞋底发泡材料性能的影响1 实验部分1.1 主要原料PVC(S-1000),山东齐鲁石化股份有限公司 ; 发泡剂 ,偶氮二甲酰胺 (AC),分析纯 ; 交联剂 ,过氧化二异丙苯 (DCP),化学纯 ; 增塑剂 ,邻苯二甲酸二辛酯 (DOP),化学纯 ; 稳定剂 ,三盐 ,二盐 ,硬脂酸钡 ,硬脂酸铅 ,工业级 ; 改性剂 ,粉末 NBR,兰州石化公司石化研究院 ; 成核剂 ,二氧化钛 ,微细重质碳酸钙 ,滑石粉 ,工业级 ; 成核剂 ,纳米级超细碳酸钙 ,内蒙古蒙西公司。
1.2 实验仪器与设备双辊塑炼机 ,SK-160B型 ,上海橡胶机械厂 ; 平板硫化机 ,XLB型 ,青岛第三橡胶机械厂 ; 拉力实验机 ,XL-250型 ,广州实验仪器厂 ; 橡胶硬度计 ,LX-C型 ,上海六菱仪器厂 ; 测厚仪 ,CH-10-A T型 ,上海六菱仪器厂 ; 电热鼓风干燥箱 ,101型 ,上海实验仪器总厂 ; 电子扫描显微镜 ,JSM-5900LV ,日本日立公司1.3 性能测试密度按 GB/T6343-1995测试 ; 拉伸强度和断裂伸长率按 GB/T6344-1996测试 ; 撕裂强度按 GB/T10808-1989测试 ; 邵氏硬度按 GB2411-1980测试 ; 压缩永久变形 :标准试样 (长× 宽为25.4mm× 25.4mm,厚为(12.7± 0.5)mm)的压缩率为 50%,放入(50± 2)℃ 的烘箱内 6h,取出并在(23± 2)℃ 下放置 30min后 ,测量其厚度 ,精确到 0.01mm,按下 式计算 : 压缩永久变形 =[(原厚度-压缩后的厚度 )/(原厚度-6.4)]× 100%1.4 试样制备1.4.1 PVC的预塑化按配方准确称量 PVC、 DOP、稳定剂、成核剂等 ,充分混合后放入 100℃ ～ 110℃ 干燥箱 内进行预塑化 ,每隔 5min搅拌一次 ,总共搅拌 4～ 5次 ,使 DOP完全被 PVC树脂吸收。
1.4.2 双辊塑炼将预塑化的 PVC混合料加入双辊塑炼机中 (辊温为 110℃ ～ 120℃ ),待物料完全包辊塑化 后加入 NBR进行共混薄通 5～ 6次 ,待共混料混合均匀 ,再依次加入 DCP、 AC,混炼 3min后出片1.4.3 压制发泡称取料片 85g～ 100g,置于 165℃ 的加热模具中 ,在 10.0MPa条件下压制 9min使其发泡 ,出模后马上冷压 6min,发泡试样放置24h后制样 ,检测其性能2 结果与讨论2.1 二氧化钛用量对发泡材料性能的影响TiO2不仅能防止 PVC光降解 ,而且还能促使 PVC发泡 TiO2用量对发泡材料性能的影 响见表 1表1 TiO2用量对发泡材料性能的影响TiO2 密度拉伸撕裂断裂硬度用量强度强度伸长率phr g/cm3 MPa N/mm % HA 0 0.384 2.912 17.320 208.0 37.6 1 0.385 3.127 19.804 222.0 42.8 2 0.342 4.143 19.944 235.3 38.4 3 0.381 3.683 18.412 227.3 44.0 4 0.393 3.148 15.209 186.0 43.8 5 0.359 3.252 16.233 197.3 37.4 从表 1可知 ,加入TiO2,材料的拉伸强度有一定程度的提高 ,材料其他性能呈不规律变化。
当 TiO2用量达到 2phr时 ,材料拉伸强度、撕裂强度和断裂伸长率达到最大值 ,而材料密度最 小 ;但当其用量继续增加时 ,材料密度变大 ,力学性能变差因此 ,成核剂只有添加适量 ,才能在 熔体中均匀分散 ,使发泡时成核点分布及泡孔均匀 ,从而降低材料密度 ,改善材料力学性能压缩永久变形是鞋底发泡材料缓冲性能的重要指标之一 ,压缩永久变形小 ,说明材料缓冲 性好 ,反之亦然成核剂 TiO2能降低材料的压缩永久变形 ,改善材料的缓冲性当 TiO2用量为 2phr时 ,材料缓冲性较好2.2 微细碳酸钙用量对发泡材料性能的影响G-CaCO3用量对发泡材料性能的影响见表 2表 2 G-CaCO3用量对发泡材料性能的影响G-CaCO3 密度拉伸撕裂断裂硬度用量强度强度伸长率phr g/cm3 MPa N/mm % HA 0 0.384 2.912 17.320 208.0 37.6 1 0.387 2.583 14.845 178.0 44.0 2 0.357 3.510 18.853 222.2 44.2 3 0.377 3.181 15.445 192.7 46.6 4 0.421 3.004 17.164 200.0 43.8 5 0.498 3.012 23.569 202.7 47.6 从表 2可见 ,成核剂 G-CaCO3的加入 ,材料的硬度提高了 ,但其余各项性能指标变化不同。
随着成核剂 G-CaCO3用量的增加 ,材料的密度是先降低后增加 ,材料的拉伸强度先增加后降 低 ,而材料的撕裂强度和断裂伸长率呈无规律变化当成核剂 G-CaCO3用量为 2phr时 ,材料 的拉伸性能较好、密度较低、断裂伸长率较大成核剂 G-CaCO3能改善材料的缓冲性能 ,但不宜加多 ,以 1～ 3phr为宜2.3 纳米碳酸钙用量对发泡材料性能的影响表 3是成核剂 N-CaCO3用量对发泡材料性能的影响表 3 N-CaCO3用量对发泡材料性能的影响N-CaCO3 密度拉伸撕裂断裂硬度用量强度强度伸长率phr g/cm3 MPa N/mm % HA 0 0.384 2.912 17.320 208.0 37.6 1 0.324 3.960 20.107 216.7 34.6 2 0.343 3.164 14.615 194.0 40.6 3 0.357 3.203 15.196 223.6 38.6 4 0.368 3.173 15.971 204.7 43.2 5 0.360 2.998 16.439 209.8 40.2 从表 3可以看出 ,成核剂 N-CaCO3能有效降低材料密度 ,且其用量为 1phr时 ,材料密度最 小 ,此时材料的力学性能优异。
成核剂 N-CaCO3用量对材料的压缩永久变形影响较大 ,当其用量为 1phr时 ,材料压缩永 久变形最小 ,材料缓冲性最好2.4 滑石粉用量对发泡材料密度的影响滑石粉的加入增大了材料的密度 ,没能达到降低密度的目的这可能是因为滑石粉粒径(10μm) 太大 ,容易引起发泡剂分解出的气体在其周围过多积聚 ,致使鼓泡、并泡产生因此 ,不宜选用滑石粉作为该发泡材料的成核剂2.5 成核剂最佳性能对比及微观结构分析成核剂 N-CaCO3、 TiO2、 G-CaCO3粒子形状均为球状 ,粒径依次增大 ,分别为 100nm、0.22μm 、3.93μm 表 4是成核剂 N-CaCO3、 TiO2、 G-CaCO3获得的材料最佳性能表 4 N-CaCO、 TiO2、 G-CaCO3获得的材料最佳性能成核剂密度拉伸撕裂断裂硬度强度强度伸长率种类g/cm3 MPa N/mm % HA 未加0.384 2.912 17.320 208.0 37.6 N-CaCO3,1phr 0.324 3.960 20.107 216.7 34.6 TiO2,2phr 0.342 4.143 19.944 235.3 38.4 G-CaCO3,2phr 0.357 3.510 18.853 222.2 44.2 从表 4可以看出 ,成核剂 N-CaCO3、 TiO2、 G-CaCO3都能降低材料密度 ,改善材料拉伸 强度、撕裂强度和断裂伸长率 ;粒径最小的成核剂 N-CaCO3获得的材料密度、硬度最小 ,拉 伸强度、 撕裂强度较大 ,但材料的断裂伸长率较小 ;此外 ,材料的密度、 硬度与成核剂的粒径成 线性关系 ,成核剂粒径越小 ,材料的密度、硬度就越小。
对该体系发泡材料来说 ,成核剂粒径越小 ,获得的材料密度越小 ,力学性能优异粒径越小的成核剂获得材料的压缩永久变形越小 ,材料的缓冲性越好泡孔的均匀性依次降低 ,其中添加成核剂 N-CaCO3的材料泡孔最均匀细密 ,而添加 G-CaCO3的材料泡孔较不均匀 ,有粗孔、并孔存在 ;材料泡孔直径依次变大 ,添加成核剂 N-CaCO3、 TiO2、 G-CaCO3的材料泡孔直径分别为62.4μm 、71.5μm、90.1μm 粒径较小的成核剂对材料泡孔结构的改善效果明显优于粒径较大的成核剂 ,发泡材料中 添加粒径较小的成核剂能更进一步减小材料密度这是因为 ,在相同的成型条件下 ,粒径较小 的成核剂更易在熔体中分散均匀 ,在发泡过程中能形成大量、 均匀的成核点 ,从而获得较均匀、 细密的泡孔 ,有效降低材料密度所以 ,选用粒径最小的无机填料 N-CaCO3作为鞋底发泡材 料的成核剂最为适宜3 结论(1)添加成核剂的目的是为了降低材料密度,改善材料泡孔结构成核剂二氧化钛、微细 重质碳酸钙、纳米级超细碳酸钙均能减小发泡材料的密度 ;但滑石粉增大了材料的密度 ,不适 合作该材料的成核剂 ; (2)成核剂纳米级超细碳酸钙用量为 1phr,二氧化钛用量为 2phr,微细重质碳酸钙用量为 2phr时 ,获得的鞋底发泡材料性能优异 ; (3)粒径较小的成核剂能更有效改善材料泡孔结构、减小材料密度。
添加成核剂纳米级 超细碳酸钙的发泡材料密度最小 ,泡孔最均匀、细密 ; (4)对鞋底发泡材料来说 ,应选用粒径最小的无机填料纳米级超细碳酸钙作为成核剂。