聚丙烯發(fā)泡片材的熱成型性研究

    摘要：本研究比較了聚丙烯發(fā)泡片材、支化聚丙烯改性發(fā)泡片材和共擠出發(fā)泡片材的熱成型性。結(jié)果表明，用支化聚丙烯改性的發(fā)泡片材熱成型性較佳。

　　關(guān)鍵詞：聚丙烯 發(fā)泡 片材 熱成型

　　聚丙烯（PP）發(fā)泡材料由于具有價格低、承受靜態(tài)載荷的能力和彎曲模量較高、 耐沖擊性能好、使用溫度高、對環(huán)境相對友善等優(yōu)點而具有廣泛的用途[1]。如可以將PP發(fā)泡片材作為發(fā)泡聚苯乙烯和其它非發(fā)泡片材的替代品用于食品包裝領(lǐng)域，也可將其與各種復(fù)合面料熔合或粘接在一起，制成聚烯烴泡沫塑料復(fù)合片材等。這種聚烯烴泡沫塑料復(fù)合片材可以直接用來生產(chǎn)各種汽車內(nèi)飾護面材料[2]。但是，由于PP樹脂是結(jié)晶型樹脂，熔體強度低，氣泡壁強度不夠，在后加工過程中泡孔易破裂成為開孔結(jié)構(gòu)使制品外觀不良，無法使用。一般采用交聯(lián)發(fā)泡的方法解決這一問題，但交聯(lián)的方法具有工藝路線長、生產(chǎn)過程難控制、產(chǎn)品難回收等缺點。因此，我國對熱成型用PP擠出發(fā)泡片材的研究尚不多見。本研究采用化學(xué)發(fā)泡方法，通過添加高熔體強度的支化PP樹脂和共擠出等方法生產(chǎn)PP發(fā)泡片材，并比較了所生產(chǎn)片材的熱成型性。

　　試驗部分

　　主要原料

　　聚丙烯（PP），2401，北京燕山石化；支化聚丙烯（BPP），PF814，進口；發(fā)泡劑A、B，進口；發(fā)泡劑C，市售；發(fā)泡劑D，自制。

　　主要設(shè)備和儀器

　　GT-500片材擠出機組，意大利；SJ-30B擠出機，上海擠出機械廠；FC-5固相熱成型機，意大利；YH-1混合機，自制；熱成型制品模具1、2，自制；密度測定儀，AR-160，日本。

　　結(jié)果與討論

　　共擠對片材熱成型性的影響
    將用PP生產(chǎn)的單層發(fā)泡片材及芯層發(fā)泡而兩表面為非發(fā)泡層的三層共擠發(fā)泡片材成卷至少放置72小時之后，在意大利FC-5熱成型機上分別生產(chǎn)兩種熱成型制品，由制品的表觀質(zhì)量判斷片材的熱成型性能。試驗中兩種熱成型制品的引伸比和面積比等相關(guān)尺寸對照見表1，試驗結(jié)果見表2。

　　表1 兩種熱成型制品尺寸對照表 

    上口直徑/mm 側(cè)壁長/mm 引伸比 面積比
    制品1 61 52 0.85 3.76
    制品2 77 88  1.11  4.11

　　表2 共擠對片材熱成型性的影響

    發(fā)泡劑  密度（g/cm3） 片材種類  制品1表觀 制品2表觀 
    Ａ 0.7472 單層 不可接受 ---
    Ｂ 0.6573 單層 不可接受 ---
    Ｃ 0.7249 單層 不可接受 ---
    Ａ 0.7230 共擠 可接受 不可接受
    Ｂ 0.6760 共擠 可接受 不可接受
    Ｃ 0.7056 共擠 不可接受 ---

　　在熱成型過程中,塑件的引伸比在很大程度上反映了該制品成型的難易程度，引伸比越大，成型越難，反之則容易。引伸比除與塑件的最小壁厚、模具斜度有關(guān)外，還與成型用片材有關(guān)，引伸比愈大，要求所用片材的可拉伸性愈大，引伸比過大的塑件將會出現(xiàn)起皺甚至破裂等現(xiàn)象。面積比與引伸比相關(guān)，面積比越大，熱成型制品的壁厚越小[3]。成型越困難。由表1可以看出，制品1的引伸比和面積比均比制品2的小，也就是說，成型制品2所用發(fā)泡片材的可拉伸性要高于成型制品1用發(fā)泡片材的拉伸性能。

　　由表2的試驗結(jié)果可以看出，單層發(fā)泡片材不能用來成型試驗中的兩種熱成型制品。由所成型的制品外觀可以發(fā)現(xiàn)，片材內(nèi)的氣泡沿引伸方向被拉伸破裂，制品表觀粗糙呈魚鱗狀；使用發(fā)泡劑A、B的共擠發(fā)泡片材可用來成型引伸比相對較小的制品1，制品表觀比較平整，使用發(fā)泡劑C的共擠發(fā)泡片材則與單層發(fā)泡片材一樣，所成型的制品表觀粗糙呈魚鱗狀。這說明使用在發(fā)泡片材的兩表面各覆蓋一層未發(fā)泡皮層的方法可以在一定程度上改善發(fā)泡片材的熱成型性能，改善程度與發(fā)泡配方有關(guān)。

　　加入BPP對片材熱成型性的影響
　　將一定比例的BPP分別加入PP中，擠出單層發(fā)泡片材后進行固相熱成型，試驗結(jié)果如表3所示：

　　表3 加入BPP對發(fā)泡片材熱成型的影響

    原料 發(fā)泡劑  密度（g/cm3） 制品1表觀 制品2表觀 
    PP+10%BPP Ａ 0.6518 可接受 不可接受
    Ｂ 0.6510 可接受 不可接受
    Ｃ 0.6486 可接受 不可接受
    Ｄ 0.6446 不可接受 ---
    PP+10%BPP Ａ 0.6409 --- 可接受
    Ｂ 0.6495 --- 可接受
    Ｃ 0.6269 --- 可接受
    Ｄ 0.6221 不可接受 不可接受

　　由表3可以看出，在PP中加入BPP改性的方法能夠較大地改善發(fā)泡片材的熱成型性，隨著熱成型制品拉伸比和面積比的增加，BPP的加入量也應(yīng)隨之增加以成型滿意的制品。如當(dāng)BPP的加入量由10%增加到20%時，最終可以用發(fā)泡片材生產(chǎn)出外觀平整的制品2，這是由于BPP具有長支鏈，其熔體強度較高，是PP2401熔體強度的9倍。而且它還具有應(yīng)變硬化特性，在恒定應(yīng)變速率下，熔體流動的應(yīng)力開始逐漸增加，然后成指數(shù)級增加，表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變硬化行為[4]。這種應(yīng)變硬化行為保證熱成型深拉伸時，具有均勻變形的自我調(diào)節(jié)能力，利于成型較大引伸比的制品。

　　結(jié)論

　　a．采用共擠或在基礎(chǔ)樹脂中加入BPP的方法均可在一定程度上改善發(fā)泡片材的熱成型性能。其中，加入BPP的方法更為有效。
　　b.在實際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)熱成型制品的成型難度來選擇片材生產(chǎn)方法和發(fā)泡配方，以取得產(chǎn)品質(zhì)量和成本之間的平衡。

　　參考文獻

　　王力，韓柏東。聚烯烴發(fā)泡材料在汽車上的應(yīng)用。汽車技術(shù)，2001，1：25～28
　　成都科技大學(xué).塑料成型模具.北京:輕工業(yè)出版社,1983.292～294

　　張玉澎，高級工程師。1989年畢業(yè)于成都科技大學(xué)塑料工程系，2001年獲清華大學(xué)化工系材料科學(xué)領(lǐng)域工程碩士學(xué)位。一直從事PE、PP等材料的產(chǎn)品開發(fā)和改性研究，有多篇論文發(fā)表。