|
|
发表于 2007-6-14 12:58:01
|
显示全部楼层
来自： 中国安徽马鞍山
图片1 C. S, S3 R* t+ f0 z4 Z
- M7 b; @) [( R+ ]" ?. c' C* M
( h: F- c7 T0 r v. U
摘要 采用化学交联、化学发泡法挤出了低发泡PE棒材.研究发现，当口模温度为170℃左右、螺杆转速为55 r/min～64 r／min时，熔体的黏度、弹性适合发泡；而当每100 g PE中，AC用量为2 g，DCP用量为0.2 g～0.4 g，ZnO+Zn(St)2用量为2g时，可以得到外观光滑、手感好、泡孔细密的PE低发泡材料.
% W8 ^, ~6 K2 K- } m关键词 挤压；发泡剂；交联: u" \" d8 _# n5 _& o0 Y9 f+ l. J
2 b# X# j* ^' z3 {! w6 `$ H5 H0 引言
4 v8 x1 b0 r* H4 { 聚乙烯(PE)泡沫塑料具有优异的物理、化学和力学性能，它的低发泡制品质轻、耐腐蚀、隔热、绝缘，具有一定的韧性，可进行钉、锯等机械性加工，广泛用于化工、建筑等领域.近年来装饰市场对化学建材需求的增长，给泡沫材料的开发提供了很好的机遇.PE泡沫的成型工艺分为化学发泡法和物理发泡法.物理发泡法需专用输送物理发泡剂的设备，或增加很繁琐的工艺，成本较高.化学发泡法又分化学交联和辐射交联，而辐射交联也需很昂贵的辐照设备，投资很大；化学交联生产PE发泡制品多见于模压法生产，生产不连续，制品应用受到很大限制.鉴于此，笔者对PE挤出化学交联发泡工艺及助剂进行了初步的探讨.
& A! K$ K1 c9 X4 J. y; ~
3 ?: S u, V8 G' R1 实验7 _: t3 s) m$ H, G, X; j
1.1 原料与设备+ @9 p7 E* `8 g m
高密度聚乙烯HDPE，工业品；低密度聚乙烯LDPE，工业品；偶氮二甲酰胺AC，工业品；过氧化二异丙苯DCP，化学纯；氧化锌ZnO，硬酯酸锌Zn(St)2，碳酸钙等均为工业品.+ h! m0 f) f( V# B7 _4 M
SK－160B双辊炼塑机，上海橡胶机械厂；LSJ120转矩流变仪,上海轻机模具厂；其他实验仪器自制. O3 [1 ^1 i }- I/ W
1.2 工艺流程
- A) a0 j1 O: C6 H; [4 m' U0 x" ]- X! S# r$ d/ K ^6 Y' d& B
; ^3 d$ k2 d1 U5 t8 {" o! @8 V0 |% }# s5 h. A( U: [0 z2 I
1.3 性能测试3 E" Q! j) P5 A y& U
密度测定按GB1033－70进行；用肉眼观测发泡样条的外观及泡孔结构.0 D, ~- |& K0 ]" u' N. K( \
& \) m% o6 A, f( i: G/ {' q2 结果与讨论
- r4 x& L, E+ h0 M( z2.1 工艺条件对泡沫性能的影响& c! t: l! }; `! e& [( v3 E
2.1.1 温度 对于挤出PE发泡材料，加工温度直接影响熔体的粘弹性和泡沫的稳定性.首先在混炼时，混炼温度须低于交联剂DCP的分解温度，否则DCP一旦分解发生交联反应，将影响PE挤出的顺利进行.因此交联剂、发泡剂应最后加入，且辊温应低于130 ℃．
9 D' o4 Q' s& x3 V* p0 j5 |0 X+ ~ 挤出温度的控制如下：自料斗至口模第一段130 ℃～140 ℃；第二段140 ℃～150 ℃；第三段165 ℃～175 ℃；口模160 ℃～170 ℃.其中口模温度的控制是关键，口模温度对发泡制品的密度影响如图1.从图1可看出，随着口模温度的提高，制品密度呈下降趋势，当口模温度超过180 ℃时，制品表面毛糙，发泡出现不均匀大孔，密度有上升趋势，说明熔体弹性变差，气泡破裂，气体散失.当口模温度太低时，发泡剂分解不均匀，也不会得到均匀、密度较低的发泡制品.因此，在挤出发泡过程中，要求熔体的流变行为、发泡剂的分解和PE的交联作用相适应.温度过高，熔体的黏度太低，弹性变差，气泡不易保持而导致破裂，表面毛糙，因此口模温度在170 ℃左右为宜." K' D$ X# B+ c+ X ]& m
" F) I$ C: C* H& Z+ L
6 {" I, j5 O9 g! U: e; L* n
( ^- d3 h. W, x* {& v 图1 口模温度与制品密度的关系 f; K" i6 P! ~* f, p7 x
# m Y' h- K4 [2.1.2 螺杆转速 PE的熔体黏度对压力的敏感性较大，螺杆转速决定了熔体的剪切压力大小，即PE熔体的黏度直接受螺杆转速的影响，也即螺杆转速影响PE发泡材料的性能.提高螺杆转速，黏度下降.若螺杆转速过高，发泡剂分解后气体不易保持，易产生气泡破裂、表面毛糙的现象；相反，若转速过低，生产效率太低，且气泡会有大孔现象，发泡不均匀.因此，转速的控制应合理.在相同配方、相同工艺条件下，只改变螺杆转速得出结果如表1所示.从表1看出，随着螺杆转速的提高，制品的密度降低，当转速超过64 r／min以后，密度又会增加，表面略粗糙，泡孔结构不均匀，说明螺杆转速过高过低对PE低发泡均不利，适合的转速范围应在55 r／min～64 r／min.
+ z2 d0 }# r* d+ V1 t8 ]" c! h
3 t) q. M' U; e& R9 S表1 螺杆轩速对制品性能的影响1 B0 N( O# J6 E- E& z9 q4 w
( \+ y3 r/ [* W" L
2 C2 ?6 H9 [* Q螺杆转速
1 K% E5 U$ ~3 g7 ^, n) s$ W/r.min－1 密度: \5 S8 Q8 ]# W- { h: z
/g.cm－3 泡孔结构 外观 8 Y& J( }* W" |+ t. ~+ X2 ?
30 0.82 不均匀、大孔 略微粗糙 : K+ n0 L- H( N/ K$ `- B
40 0.72 均匀、略大 稍光滑 $ w! b" G! x! Z2 N+ ^3 T
55 0.65 均匀、细小 光 滑
* h# C6 t0 q) W' K* Q64 0.68 均匀、细微 光 滑
6 ]4 T( }( F0 V) s2 X5 F70 0.75 不均、略大 稍粗糙
; o' r! `. n" [" n1 j# `0 ~# D1 C% T" F, l4 @, ?2 e
2.2 配方对泡沫材料性能的影响
. Y6 l: m# k/ g7 ^! l# m' D+ T2.2.1 LDPE和HDPE的比例 LDPE本身带有支链，结晶度低，大分子间自由体积较大，从而使分子链具有良好的柔顺性，发泡制品柔软性高，不适宜制低发泡制品.HDPE用来制备发泡材料具有可发性好、泡沫软硬可调等优点，但是由于其分子链规整性好，结晶度高，熔融黏度迅速下降，对发泡不利，且发泡后的制品强度、刚性很低.为了弥补其缺点，采用两种共混的发泡基体，适当交联后，延缓熔体黏度下降的速度，改善发泡条件，实验中考查了LDPE和HDPE的不同配比对发泡效果的影响，见表2.从表2看出，随着LDPE含量的下降，发泡制品的密度下降，泡孔均匀细小，但是当LDPE配比少于10时，泡孔结构不均匀，密度有所增加，因此LDPE和HDPE的最佳配比为20∶80.
) ?; k; I% |0 D3 z P$ _& D表2 LDPE和HDPE配比对发泡效果的影响
$ \0 W4 Y4 `) @5 v, c3 |% `
$ Z8 N: h9 I9 E9 U
7 {8 |+ k9 ?: z5 U& d9 nLDPE∶HDPE 密度/g.cm-3 泡孔结构 外 观 / @" T2 `: E/ {+ \
50∶50 0.72 大孔、不均 塌陷、表面粗糙 2 g7 G- t7 |8 J! W6 r# H
40∶60 0.72 泡孔略大 表面粗糙
4 {6 P# A8 `0 I& R( |( K30∶70 0.68 细小、均匀 略光、有个别开孔
* a5 S; j) O$ D# T* Q; w20∶80 0.65 孔细微、均匀 表面光滑
$ I. ~% B! L0 u0 Y2 d, A8 k- E: k10∶90 0.70 细小、不均匀 表面光滑
7 j ^2 F7 c7 |' \2 m6 d+ ]' x1 i0 g; D( _7 e6 e, V
2.2.2 发泡剂含量对制品密度的影响 目前常用的化学发泡剂是偶氮二甲酰氨即发泡剂AC，由于它的发气量大，无毒无味，无污染，且其分解的残渣对制品性能没有太大影响，因此常选用AC作为化学发泡制品的发泡剂.AC用量的大小，决定发气量，直接影响制品的密度.发泡剂用量与制品密度的关系如图2.从图2看出，每100 g PE中发泡剂AC用量为2 g时，制品的密度最小；当AC用量超过2 g以后，发气量太大，以致气泡破裂，气体逸出，制品密度反而上升. " r' |& @3 ~' f: K
( y8 ^% j' L8 c- @7 t8 T; @# }% w/ x
; I6 y( `1 U8 x( M/ t8 f) H
% o8 y1 Y7 t* i. J0 m- l 图2 发泡剂用量对制品密度的影响0 x3 f3 ~& G# ~% q8 z
. K6 A9 r$ Y) Q' X' B
2.2.3 发泡助剂对发泡效果的影响 单纯AC的分解温度在210 ℃左右，而PE的熔点为120 ℃～130 ℃.PE是结晶型塑料，接近熔点时的黏度随温度的升高而急剧下降，发泡气体易于逃逸，不易保持.加入一定的交联剂使PE产生交联，黏度提高.交联后，黏度随温度的变化不再急剧下降，从而在比较宽的温度范围内获得适合发泡的黏度条件，提高泡沫的稳定性，见图3.采用过氧化二异丙苯DCP为交联剂，它的分解温度为170 ℃左右，在聚乙烯的加工温度范围之内，交联剂用量对制品密度的影响见图4.2 s- ~4 p- M! l z5 ^
9 ^8 s1 S* k6 Y* |6 \% b! ?) J
: x" J) _: s1 i: x2 h6 y$ q7 m5 J% m0 x2 k# W4 Z2 P5 }8 ~- j) i
% H) k+ H: u6 T! n, G图3 交联与否对PE熔融性能的影响* F1 p* D+ d' o& _+ {; W' R' ^3 F4 r
(a)无交联PE (b)交联PE: J: C @9 ]. p y3 e
( c) M2 L3 U2 S g; _9 X2 ^0 S0 C8 {, J( p1 c3 {
- m5 d# f/ `, O
$ Y/ N6 V* U" c3 @4 s, D& a 图4 交联剂用量对制品密度的影响
% L! j; I6 V+ r5 n, w6 k+ T! o" [, y6 T; w2 c1 x/ }
由图4可知，每100 g PE中交联剂用量<0.2 g时，制品的密度较高，交联的程度低，不稳定，在交联剂用量>0.5 g时，制品的密度也较高，这是因为交联的程度过大，熔体黏度增大，气体不能均匀地分散其中，而是呈大泡状逃逸，使发泡倍率降低，密度增大.因此每100 g PE中DCP的适宜用量为0.2 g～0.4 g.
# o [9 A r7 Q7 O |* | 为了降低发泡剂的分解温度，使其与PE的加工温度、交联剂的分解温度相适应，还应加入发泡剂的活化剂即助发泡剂.应用证明,ZnO和Zn(St)2是AC发泡剂的活化剂，两者协同可以使AC的分解温度明显降低，与PE挤出温度相适应.此外，ZnO和Zn(St)2二者来源丰富，价格便宜.同时，ZnO是延长PE泡沫塑料使用寿命的紫外线屏蔽剂，Zn(St)2是热稳定剂和润滑剂，且二者无毒，是理想的助发泡剂，以ZnO为主，Zn(St)2协同，二者配合比例为ZnO∶Zn(St)2＝3∶1.二者的混合用量对发泡材料性能的影响见表3.从表3看出，助发泡剂对泡孔结构影响很大，随着其用量的增加，泡孔逐渐减小，密度降低，当每100 g PE中用量超过2.5 g时，密度又会增大，泡孔直经变大，泡孔开始破裂，材料表面粗糙，回弹性不好，泡沫收缩厉害.这主要是由于ZnO既是AC分解的活化剂，又是发泡剂的成核剂，当含有ZnO的助剂用量合适时，ZnO使AC的分解速度正常，并成为良好的成核剂.在成核点处，聚乙烯熔体的温度、黏度适宜，熔体温度适中，能将AC分解的气体均匀地包裹在成核点处，表现为泡孔大小均匀、致密；当助剂用量过大时，使AC分解加剧，在产生大量气体的同时，放出大量的热，使得成核点处的熔体温度升高，熔体黏度急剧下降，强度降低，表面粗糙，因此每100 g PE中助发泡剂的适宜用量为2 g左右.
% N( b" x' m8 M
) x/ ]$ J5 f @7 Z" q: f表3 助发泡剂用量对发泡材料性质的影响. @$ \. h' A y: B
$ _ o& Z5 \: x1 o
. }% G) e: I ?/ B! Z
100 g PE中ZnO+% {! i% ~" X. } X
Zn(St)2用量/g 密度# w( m1 W1 Q, Q4 c f7 y
/g.cm－3 泡孔结构 外观 % u$ r8 w& I' o1 w
1 0.70 泡孔少、不均匀 光滑 " j! {' I# O3 F& ]
1.5 0.68 泡孔多、均匀、细小 光滑 $ p0 O: m; V, G
2 0.65 泡孔多、均匀、细微 光滑
! P) G7 ^7 J( j; i5 z2.5 0.70 泡孔多、均匀、细小 略光 * S( T L$ R& {; \" M) l, Y
3 0.76 泡孔多、不均匀 粗糙 ! M0 V, J! t6 B/ S8 `8 J2 _/ D* p
5 ` i3 d/ p3 U3 结论5 O' U& J( p, I* l
3.1 采用化学发泡法挤出PE低发泡材料是可行的，温度、螺杆转速的控制至关重要，当口模温度为170 ℃左右，螺杆转速55 r/min～64 r／min时，可以使得熔体的黏度、弹性适合发泡.% [1 i& o% C9 X( G1 n
3.2 发泡剂、交联剂、助发泡剂协调熔体的黏弹性和发泡的速率，每100 g PE中AC用量为2 g，DCP用量为0.2 g～0.4 g，ZnO+Zn(St)2用量为2 g时，可以得到外观光滑、手感好、泡孔细密的PE低发泡材料，可以在装饰、建材等行业应用，前景广阔 |
评分
-
查看全部评分
|
楼主