LDPEHDPE共混物泡沫塑料的研究DOC.docx
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LDPEHDPE共混物泡沫塑料的研究DOC
LDPE/HDPE共混物泡沫塑料的配方设计研究
一、研究综述
摘要：
本设计对不同比例LDPE/HDPE共混物泡沫塑料的配方设计、实验操作和性能测试进行了研究，并通过查资料对PE泡沫塑料的情况进行了解。
本设计以LDPE/HDPE为变量，添加固定量的EVA、AC发泡剂、DCP交联剂、氧化锌、硬脂酸锌进行模压发泡，并对其密度强度等进行测量，以获取最佳性能的LDPE/HDPE比例。
关键词：
发泡塑料LDPE/HDPE配方研究性能测试
前言：
本设计所做的论题是PE发泡塑料的配制，探讨不同比例LDPE/HDPE共混物泡沫塑料性能的影响。
PE泡沫塑料是泡沫塑料中应用较广的一种也是最早成功制得的泡沫塑料之一。
早在1941年美国杜邦公司就用氮气发泡制得了PE泡沫塑料，经过十几年的发展，PE泡沫塑料已发展成熟，在品种及应用方面实现了多样化，开发出各种各样的产品[1]。
随着理论研究的不断深入以及发泡技术的进步，PE泡沫塑料在产量和质量方面有了显著提高，应用领域得到不断扩展。
阻燃PE泡沫塑料﹑可降解PE泡沫塑料、共混交联等改性PE泡沫塑料及PE泡沫塑料回收再利用是当前PE泡沫塑料的研究方向和发展[2]。
本文作者为做此次论题而收集并查阅了大量文献，主要是最近来有关PE发泡塑料的研究论文、期刊、书籍和发明专利等，如期刊类《高分子材料科学与工程》，书籍类《塑料助剂》等。
通过对相应文献的综合分析和归纳整理，现就对综合整理后的文献进行比较专门的、全面的、深入的、系统的评述。
PE发泡塑料是聚乙烯发泡塑料，即英文的缩写为EPE，即定义为以PE为基础而内部具有无数微孔性气体的塑料制品,因此它既有聚乙烯的化学性能和泡沫塑料的一般物理性能。
PE发泡塑料有优异的化学稳定性，室温下耐盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、胺类、氢氧化钠、氢氧化钾等各种化学物质，硝酸和硫酸对聚乙烯有较强的破坏作用。
PE发泡塑料容易光氧化、热氧化、臭氧分解，在紫外线作用下容易发生降解，碳黑对聚乙烯有优异的光屏蔽作用。
受辐射后可发生交联、断链、形成不饱和基团等反应[3]。
PE发泡材料具有优异的物理性能，比如：
具有质量轻、密度小，能防止空气对流、不易传热、能吸音，具有隔热保温、防震包装、隔音等。
它安全无毒,强韧,挠曲性好,有优异的电绝缘性,耐候性和耐化学品性,主要应用于建筑、化工管道、设备等领域的隔热保温。
泡孔尺寸减小时热导率有减小的趋势,可以减少热量损失。
PE泡沫塑料的成型方法：
挤出、注射、模压、浇铸、压延。
本实验采用单一变量法设计研究了影响PE材料模压发泡质量的因素。
1.1泡沫塑料的分类
1.1.1、按软硬程度分（即机械强度分）
软质泡沫塑料:
在23℃和RH50%条件下，弹性模量小于70MPa,富有柔韧性、压缩硬度很小、应力解除后能恢复原状，残余变形较小。
硬质泡沫塑料:
弹性模量高于700MPa,无柔韧性，压缩硬度大，应力达到一定值方产生变形，解除应力后不能恢复原状。
半硬质泡沫塑料:
弹性模量在70～700MPa之间，性质介于两者之间。
PE泡沫塑料一般属于软质泡沫塑料[4]。
1.1.2、按密度分
密度大于0.4g/cm³，低发泡；密度等于0.1～0.4g/cm³,中发泡；密度为0.1g/cm³以下，高发泡。
PE发泡塑料一般属于高发泡塑料[5]。
1.1.3、按气孔结构不同分
开孔泡沫塑料——孔与孔是相通的，具有良好的吸音性能和缓冲性能；闭孔泡沫塑料——每一孔是独立的，具有较低的导热性能和较小的吸水性。
PE发泡塑料一般为开孔泡沫塑料[6]。
1.2泡沫塑料的发泡方法
泡沫塑料发泡方法：
物理发泡是指利用物理原理发泡的。
化学发泡是利用化学发泡剂加热后分解放出的气体而发泡或用原料相互反应放出的气体而发泡。
机械发泡是利用机械的搅拌作用，混入空气而发泡等[7]。
1.2.1、物理发泡法
物理发泡法一般最常用有惰性气体发泡法和低沸点的液体发泡法，还有些少用的溶出发泡法，交联发泡法（组合泡沫塑料），烧结发泡法。
惰性气体发泡法：
利用氮气、二氧化碳等无色无臭、化学活性较弱，很难与其它元素化合的惰性气体，在较高压力下，使其溶于熔融状态聚合物或糊状复合物中，而后在减压下使溶解气体释放出而发泡[8]。
低沸点的液体发泡法：
低沸点液体在高压下，压入熔态聚合物中，或掺入聚合物颗粒中，而后再减压或加热，使其在聚合物中汽化和发泡。
物理发泡法的优点：
操作中毒性小；发泡剂的原料成本低；没有发泡剂留下的残渣，而对泡沫塑料性能无严重影响。
物理发泡法的缺点：
某些过程所用设备投资较大。
1.2.2、机械发泡法
机械发泡法又称为气体混入法，它是用强烈的机械搅拌，将空气卷入树脂乳液、悬浮液或溶液中，然后树脂固化而将气泡均匀的分布于制品内的成型方法。
1.2.3、化学发泡法
热分解
化学发泡法可分为两种情况：
第一，由于化学反应产生低分子副产物而使自身发泡,比如聚氨酯泡沫塑料。
第二，在树脂中加入化学发泡剂，化学发泡剂分为有机发泡剂和无机发泡剂。
有机发泡剂主要有：
偶氮类发泡剂（AC发泡剂），亚硝基类发泡剂（发泡剂H）等；无机发泡剂主要有：
碳酸氢钠，亚硝酸铵等。
在树脂加工升温达到一定温度后，发泡剂分解产生气体，此气体固化于树脂中而形成泡沫塑料。
此方法的关键在于发泡剂的分解温度与树脂加工温度匹配，即分解温度应稍高于熔融温度。
本实验的发泡剂选用AC发泡剂。
N2﹢CO2﹢CO﹢NH3
1.3发泡塑料的发泡原理
气发泡沫塑料的形成：
是把气体溶解在液态聚合物中形成饱和溶液，然后通过成核作用生产泡沫。
发泡剂可预先溶解在液态聚合物中，当温度升高、压力降低时，就会放出气体，形成泡沫。
其泡沫的形成大体上分三个阶段：
泡沫的形成、泡沫的增长、泡沫的稳定。
1）泡沫的形成：
当气体在溶液中达饱和限度而形成过饱和溶液时，气体又从溶液中逸出形成气泡，形成气泡的过程就是成核作用。
这时，除聚合物液相外，产生了新相——气相，分散在聚合物中，成为泡沫。
如果同时还存在很小的固体粒子或很小的气泡，即所谓的第二分散相，就会有利于这一过程的形成。
这种加入第二相的物质叫做“成核剂”[9]。
2）泡沫的增长：
气泡形成之后，由于气泡内气体压力与半径成反比，气泡越小，内部的压力越大。
当两个大小不同的气泡接近时，由于气体从小气泡扩散到大气泡，造成气泡合并，通过成核剂的作用增加了气泡的数量，加上气泡的膨胀扩大了泡孔的直径，从而泡沫得到增长。
促使气泡增长的因素：
溶解气体的增加；温度的升高；气体的膨胀；气泡的合并。
阻碍气泡增长的因素：
表面张力和塑料的黏度。
降低塑料熔体的表面张力和黏度对泡沫增长有利。
但是如果熔体的黏度过低，会使泡孔壁膜减薄，使泡孔易破裂。
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，而达到熔融温度，整个聚合物的熔融黏度急剧下降，使发泡过程中产生的气泡很容易穿破泡孔壁而逃逸熔体外，难以保持，导致发泡失败。
为了改善聚烯烃类塑料的发泡缺陷，常采用共混改性，本实验用EVA共混提高熔体粘度，利于PE的发泡。
3）泡沫的稳定：
泡沫物是热力学不稳定体，它不会持续很长时间，所以必须保证泡沫稳定。
稳定泡沫的方法：
一是利用表面活性剂，以降低其表面张力，有利于形成细泡，减少气体的扩散作用，使泡孔稳定；二是提高塑料熔体的黏度，防止泡壁进一步减薄来稳定泡沫。
在发泡过程中，通过对物料的冷却或塑料的交联作用，都能提高塑料的熔体黏度[10]。
二、设计的目的及意义
本实训的目的是通过单因素变量法研究不同比例LDPE/HDPE发泡塑料的性能，确定弹性较好、密度较小、泡孔小而密集且均匀、冲击强度和冲击强度较大的泡沫塑料及LDPE/HDPE的最佳比例。
由于LDPE多支链，玻璃化温度和熔融温度较低，当LDPE加入量越多，发泡率越高，泡沫塑料越柔软。
HDPE支链较少，玻璃化温度较高，能使泡沫塑料的强度和韧性得以加强。
通过两者共混，能加宽体系的熔融温度范围，在熔融发泡时，体系的粘度就会有不同程度的提高；而当熔融物料冷却时，又可以延缓结晶，这种特性可使发泡过程更容易进行，对于PE泡沫塑料的制取很有价值。
控制不同密度PE的共混比例，就能够获得多种性能的泡沫塑料。
据研究，LDPE/HDPE共混发泡塑料中，韧性、强度、模量等都存在一个极值。
三、设计内容
3.1.PE发泡塑料助剂的选用与配方设计
3.11.基体
LDPE:
低密度聚乙烯,熔点115~125℃。
HDPE:
高密度聚乙烯,熔点132~135℃。
LDPE和HDPE结构相似，有很好的相容性。
3.12.助剂的选用
AC发泡剂：
偶氮二苯甲酰胺，分解温度范围为170~210℃，分解生成N2，理论发气量为193ml/g，是常用的有机发泡剂中最高的，多数作为塑料发泡剂。
DCP交联剂：
过氧化二异丙苯，分解温度120一125℃常和氧化锌并用，提高PE熔体粘度，有利于PE的发泡。
EVA:
乙烯-----醋酸乙烯共聚物能与PE有较好的相容性，提高PE泡沫塑料性能和利于PE熔体的发泡，随着醋酸乙烯含量的增加，弹性增加，本设计采用含有醋酸乙烯40%的EVA。
ZnO:
发泡助剂降低AC发泡剂的分解温度，也起到成核剂作用。
硬脂酸锌：
发泡助剂降低AC发泡剂的分解温度，与ZnO和AC发泡剂有良好的协同作用。
3.13.配方设计
本设计采用的技术方案是：
将基体和助剂先共混，再模压发泡，最后再进行二次发泡成型。
所用的基体和助剂配方如下：
基体（LDPE+HDPE）：
100份
EVA:
30份
AC发泡剂：
10份
DCP交联剂：
1.3份
ZnO:
2.5份
硬脂酸锌：
1.5份
本设计方案基体配方组成如下：
（份）
配方
1
2
3
4
5
6
7
LDPE
100
90
75
50
25
10
0
HDPE
0
10
25
50
75
90
100
3.2不同比例LDPE/HDPE共混物泡沫塑料设计制备方案
本设计的不同比例LDPE/HDPE共混物泡沫塑料配置方案包括如下步骤：
（以配方1为例）
3.21基体与助剂的混炼
a.称取100gLDPE树脂、0g的HDPE树脂、30gEVA置于高速混合机中，使之混合均匀。
b.称取10gAC发泡剂、2.5g硬脂酸锌、1.5gZnO，置于烧杯中搅拌均匀。
另称取1.3gDCP交联剂备用。
c.将LDPE、HDPE和EVA混合物置于开炼机中混炼4~7min,温度控制在110~120℃左右。
PE树脂混炼成片之后，加入AC发泡剂、ZnO、硬脂酸锌混合物，此时温度降至70~90℃，再混炼10min,待塑化均匀色泽一致后，再加入DCP交联剂。
在同一温度下混炼5min，制成片状。
3.22.制品的模压成型
a.按要求将混炼好的片状制品趁热切成所需要尺寸的片料。
b.将片料装入模具中，此时对模具加热至160℃，加压至0.6MPa,模压时间为12~15min。
3.23.二次发泡
将完成交联发泡的模具冷却到65℃左右，开模取出泡沫块，立即送入120~175℃的烘箱中，进行二次发泡，发泡10min，取出泡沫。
取出来的泡沫为具有闭孔结构，孔泡细微均匀、力学强度优良的PE的泡沫塑料制品。
二次发泡得到高发泡倍率的泡沫制品，性能更加优良。
（若直接将泡沫块从模具取出，不经过二次发泡，形成的泡孔不均匀且较小，发泡率不高，性能较差。
4.配方2-7的操作同配方1类似。
3.24.制备步骤流程图
模压发泡
泡沫制品
3.3不同比例LDPE/HDPE共混物泡沫塑料性能测试
本设计是不同比例LDPE/HDPE共混物泡沫塑料。
本节将不同比例LDPE/HDPE共混物泡沫塑料进行性能测试，分析其性能效果。
3.31.密度测试
密度是泡沫塑料的一个重要性质，依据密度的大小泡沫塑料可分为：
密度大于0.4g/cm³，低发泡；密度等于0.1～0.4g/cm,中发泡；密度为0.1g/cm以下，高发泡。
PE发泡塑料一般属于高发泡塑料。
将泡沫塑料切割成长方体，用游标卡尺测量其长宽高，体积=长×宽×高；在用天平称量其重量。
密度=重量/体积。
表1.不同比例配方LDPE/HDPE共混物泡沫塑料的密度
配方
1
2
3
4
5
6
7
密度（g/cm³）
3.32.泡孔结构
泡沫的孔径和均匀度是泡沫塑料的另一个重要指标，它直接衡量泡沫塑料的好坏。
测量泡孔结构的均匀性，常用光学显微镜或扫描电镜等来观察比较，品质优良的泡沫塑料的泡孔细微均匀，通过显微观察可辨别出泡沫塑料是闭孔结构还是开孔结构。
3.33.拉伸实验
通过拉伸实验课测量出泡沫塑料的拉伸强度、拉伸模量（软硬）、断裂伸长率，这些性能都是泡沫塑料的重要指标。
根据拉伸模量：
在温度23℃和相对湿度50%时，弹性模量大于700MPa为硬质泡沫塑料，介于70--700MPa为半硬质泡沫塑料，小于70MPa为软质泡沫塑料。
将泡沫塑料按国家标准切割成标准样条置于万能拉伸机中进行拉伸。
表2.不同比例配方LDPE/HDPE共混物泡沫塑料的拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率
配方
1
2
3
4
5
6
7
拉伸强度MPa
拉伸模量MPa
断裂伸长率%
3.34.冲击强度实验
冲击强度是泡沫塑料的重要指标。
测量方法将泡沫塑料按国家标准切割成标准样条置于悬臂梁或简支梁冲击测试。
表3.不同比例配方LDPE/HDPE共混物泡沫塑料的冲击强度
配方
1
2
3
4
5
6
7
冲击强度J/m
四、预测结论分析[11]
LDPE/HDPE共混发泡塑料中，韧性、强度、模量等都存在一个极值。
（1）当LDPE/HDPE=75/25左右时，密度最小。
由于成型特点，产品属于高发泡塑料。
（2）当LDPE/HDPE=90/10左右时拉伸模量、拉伸强度、断裂伸长率存在最大值，且泡孔最均匀。
（3）综上，当LDPE/HDPE=90/10左右时，能获得最佳综合性能。
参考文献
[1] 殷锦捷,王亚鹏.聚乙烯改性的研究进展[J].上海塑料,2006（3）:
13216.
[2] 程为庄,彭蓉,杜强国.聚乙烯与丙烯酸的溶液接枝聚合[J].功能高分子学报,1997,10
（1）:
67271.
[3] 唐进伟,童身毅.线型低密度聚乙烯研究[J].化工科技,2007,15（3）:
528.
[4] 于逢源,肖汉文,徐冰,等.低密度聚乙烯的接枝改性[J].应用化学,2005,22（7）:
7962799.
[5] 鲁建民,张湛,刘亚康,等.粉末态高密聚乙烯的辐射接枝[J].化工学报,2006,53（6）:
6402643.
[6] 张斌,朱武,周科朝,等.聚乙烯的化学改性,塑料科学2008,39
（1）:
173217
[7] 李孝三,王德禧.聚烯烃的化学结构改性[J].中国塑料,1990,4（4）:
17225.
[8]. 张慧萍,庄兴民,晏雄,等聚乙烯可降解塑料的研究。
高分子材料科学与工程,2004,20
（1）:
1212124
[9] 钱军民,李旭祥.国内聚乙烯接枝和交联改性的研究进展[J].合成材脂及塑料,2001,18（3）:
41244.
[10]潘宝风,刘军,宋斌,等.泡沫塑料的研究2008,24（4）:
1012104.
[11]吴培熙、张留城.聚合物共混改性.中国轻工业出版社1994
实训体会及建议
通过这一次课程实训，我们得到了不少收获，一方面加深了我对课本理论的认识，另一方面，加强了我的自主设计能力，并锻炼了我们查资料和搜索文献的能力。
现在我总结一下的体会和经验。
我们认为，在这次的实训中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。
更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。
其次，通过本次的课程实训，我进一步了解了PE发泡塑料的发展历史和性能，如LDPE、HDPE、EVA、DCP交联剂、AC发泡剂、氧化锌、硬脂酸锌各自的性质和作用，LDPE/HDPE的共混比例对PE发泡塑料性能的影响，PE泡沫塑料配方工艺和制备流程，对PE发泡塑料有重要影响的密度、泡孔结构、拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率和冲击强度等各种参数指标。
另外，通过查阅资料，我详细了解了各种发泡剂、阻燃剂等助剂，泡沫塑料的各种分类、发泡机理和发泡方法；阻燃机理、阻燃改性手段、检测方法等
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