聚丙烯發(fā)泡塑料性能突顯研究開(kāi)發(fā)大有可為（上）

肖 軍

（湖北十堰化工材料公司）

聚丙烯發(fā)泡塑料性能突顯研究開(kāi)發(fā)大有可為（上）

肖 軍

（湖北十堰化工材料公司）

聚丙烯是一種結(jié)晶聚合物，其發(fā)泡只能在結(jié)晶熔點(diǎn)附近進(jìn)行，超過(guò)熔點(diǎn)熔體粘度迅速下降。通用聚丙烯樹(shù)脂的熔體強(qiáng)度很低，發(fā)泡成型非常困難。但和其他聚烯烴材料相比，聚丙烯具有較高的剛性、優(yōu)良的力學(xué)性能、良好的熱和化學(xué)穩(wěn)定性。首先綜述了研究開(kāi)發(fā)聚丙烯發(fā)泡材料成為創(chuàng)新熱點(diǎn)，接著分析了聚丙烯發(fā)泡材料的性能特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域，然后介紹聚丙烯材料的發(fā)泡制備技術(shù)，最后討論聚丙烯泡沫塑料的成型工藝，同時(shí)指出了聚丙烯材料發(fā)泡制品的應(yīng)用與市場(chǎng)發(fā)展前景。

聚丙烯 發(fā)泡塑料 性能特點(diǎn) 制備技術(shù)

泡沫塑料中，聚丙烯PP發(fā)泡材料有很多優(yōu)點(diǎn)：聚丙烯剛性優(yōu)于聚乙烯PE，PP彎曲模量大約為1.52GPa，PE僅為207MPa，耐化學(xué)性與PE相似；聚丙烯的玻璃化溫度低于室溫，抗沖擊性能優(yōu)于PS，而且相比PS泡沫的難回收性，聚丙烯泡沫是一種環(huán)境友好的材料；聚丙烯有較高的熱變形溫度，可以在一些高溫領(lǐng)域中應(yīng)用。聚丙烯是一種結(jié)晶聚合物，其發(fā)泡只能在結(jié)晶熔點(diǎn)附近進(jìn)行，超過(guò)熔點(diǎn)熔體粘度迅速下降。通用聚丙烯樹(shù)脂的熔體強(qiáng)度很低，發(fā)泡成型非常困難。但和其他聚烯烴材料相比，聚丙烯具有較高的剛性、優(yōu)良的力學(xué)性能、良好的熱和化學(xué)穩(wěn)定性。因此，聚丙烯無(wú)疑是制備發(fā)泡制品的首選材料，但聚丙烯發(fā)泡技術(shù)的起步則相對(duì)較晚，加速對(duì)聚丙烯發(fā)泡技術(shù)，尤其是聚丙烯環(huán)境友善發(fā)泡技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用，已成為各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)，新技術(shù)不斷推出，部分已商業(yè)化。

1.研究開(kāi)發(fā)聚丙烯發(fā)泡材料成為創(chuàng)新熱點(diǎn)

泡沫塑料種類很多，我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常接觸的有：聚丙烯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、酚醛泡沫塑料、環(huán)氧樹(shù)脂泡沫塑料等等。其中應(yīng)用最為廣泛的要屬聚苯乙烯泡沫塑料和酚醛泡沫塑料了。泡沫塑料也叫多孔塑料。以樹(shù)脂為主要原料制成的內(nèi)部具有無(wú)數(shù)微孔的塑料。質(zhì)輕、絕熱、吸音、防震、耐腐蝕。廣泛用做絕熱、隔音、包裝材料及制車船殼體等。泡沫塑料的分類方法較多，常見(jiàn)的有三種。按硬度分類分為軟質(zhì)泡沫塑料、硬質(zhì)泡沫塑料和半硬質(zhì)泡沫塑料三類。軟質(zhì)泡沫塑料彈性模量小于70MPa；硬質(zhì)泡沫塑料彈性模量大于700MPa；半硬質(zhì)泡沫塑料彈性模量70－700MPa。按密度分類分為低發(fā)泡、中發(fā)泡和高發(fā)泡泡沫塑料三類。低發(fā)泡泡沫塑料密度大于400kg／m3；中發(fā)泡泡沫塑料密度100－400kg／m3；高發(fā)泡泡沫塑料密度小于100kg／m3。按泡孔結(jié)構(gòu)分類微孔間互相連通的稱為開(kāi)孔型泡沫塑料，互相封閉的稱為閉孔型泡沫塑料。

聚苯乙烯泡沫塑料曾經(jīng)是應(yīng)用最為廣泛泡沫塑料品種。但由于聚苯乙烯制品廢棄物體積大、不腐爛、難回收，對(duì)周圍環(huán)境造成“白色污染”，所以歐洲共同體制定了強(qiáng)制性的“包裝規(guī)則”，將發(fā)泡PS列入“避免使用”范圍，聯(lián)合國(guó)環(huán)保組織也決定在全世界范圍內(nèi)停止生產(chǎn)和使用發(fā)泡PS。聚氨脂泡沫片材在發(fā)泡過(guò)程中存在對(duì)人體有害的異氰酸脂殘留物，而且發(fā)泡材料無(wú)法回收。聚乙烯泡沫塑料具有優(yōu)異的抗化學(xué)腐蝕性、吸震性、燃燒無(wú)毒性和易于回收性，人們對(duì)聚乙烯泡沫塑料的性能及其發(fā)泡性能、發(fā)泡過(guò)程進(jìn)行了大量的研究，但是聚乙烯泡沫塑料存在力學(xué)性能比較低，耐熱性不高，不易于降解的缺點(diǎn)，限制了其廣泛應(yīng)用。聚丙烯泡沫塑料就是人們近年來(lái)尋找到的一種新型的泡沫塑料，與其它泡沫塑料相比，聚丙烯泡沫塑料不但具有優(yōu)異的力學(xué)性能和熱性能，而且具有可回收、可降解等優(yōu)異的環(huán)保性能，引起了各國(guó)研究者、生產(chǎn)商和消費(fèi)者的極大興趣，各國(guó)投入了大量的人力、物力進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，目前幾乎所有的世界著名的聚合物生產(chǎn)商都在進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。

與其他發(fā)泡材料制品相比，聚丙烯發(fā)泡材料是一種性能卓越的高結(jié)晶型聚合物／氣體復(fù)合材料，以其獨(dú)特而優(yōu)越的性能成為目前增長(zhǎng)最快的新型的環(huán)保、抗壓、緩沖、隔熱材料。聚丙烯發(fā)泡制品具有良好的熱穩(wěn)定性，其熱變形溫度遠(yuǎn)高于聚乙烯發(fā)泡材料，其最高使用溫度可達(dá)130℃，并且高溫下制品的尺寸穩(wěn)定性好。同時(shí)由于聚丙烯的玻璃化溫度低于室溫，這使其具有比PS更高的抗沖擊性能，所以聚丙烯發(fā)泡材料具有十分優(yōu)異的抗震吸能性能以及高的形變后回復(fù)率。另外聚丙烯泡沫塑料還具有很好的耐熱性、耐化學(xué)品、耐油性和隔熱性，具有較高的拉伸強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度以及較高的韌性、適宜和柔順的表面、優(yōu)異的微波適應(yīng)性、良好的環(huán)境效應(yīng)和易于回收等優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)越性使PP發(fā)泡材料廣泛應(yīng)用在包裝、汽車緩沖和隔熱材料等各個(gè)領(lǐng)域。發(fā)泡PP是一種環(huán)保材料，其主要成分為熱塑性樹(shù)脂聚丙烯，不僅可回收再利用，而且由于聚丙烯分子鏈上具有活潑的甲基氫原子，在光照作用下容易產(chǎn)生分子鏈降解反應(yīng)，這使材料具備自然光降解的特性，如果對(duì)其進(jìn)行生物改性還可以使其具備生物降解特性，從而制得光／生物雙降解材料，這樣在作一次性包裝材料使用時(shí)就不會(huì)造成白色污染，大大減輕對(duì)環(huán)境的壓力。所以發(fā)泡聚丙烯也是制備環(huán)保型發(fā)泡包裝制品的首選材料。聚丙烯發(fā)泡材料可以借助于現(xiàn)有的擠出設(shè)備及二次成型設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，固定資產(chǎn)的投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于PS和聚氨酷泡沫塑料，其生產(chǎn)工藝也比較簡(jiǎn)單，可以采用擠出發(fā)泡成型片材，再進(jìn)行熱成型，發(fā)泡PP片材總的加工成本低于現(xiàn)有的其他發(fā)泡材料。因此聚丙烯發(fā)泡材料的研制成功具有重大的實(shí)際意義，它必將帶來(lái)發(fā)泡材料生產(chǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域的革命，從根本上改變國(guó)內(nèi)外泡沫塑料市場(chǎng)格局，所以聚丙烯發(fā)泡材料的生產(chǎn)己經(jīng)成為新的創(chuàng)新熱點(diǎn)，我國(guó)也將其列為十二五塑料發(fā)展的重點(diǎn)。

2.聚丙烯發(fā)泡材料的性能特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域

聚丙烯泡沫塑料是以聚丙烯樹(shù)脂為主體，加入發(fā)泡劑及其它添加劑制成。它機(jī)械強(qiáng)度較好，有優(yōu)良的抗拉強(qiáng)度、柔韌性和彈性摩擦系數(shù)大，耐磨性能好，有助于制止與其相接觸的光滑表面的滑動(dòng)密度小，絕熱性優(yōu)良，無(wú)毒、無(wú)味等，但它對(duì)光的穩(wěn)定性差。

工業(yè)上用的聚丙烯塑料發(fā)泡材料（EPP），由固體和氣體兩個(gè)相組成，呈黑色、粉紅色或白色的顆粒狀，直徑大小一般在Ф2～7 mm之間。EPP顆粒的外壁是閉合的，內(nèi)部充滿了氣體。通常，其固相成分只占總重量的2%～10%，其余部分均為氣體。該發(fā)泡材料具有如下特性：比重輕，其密度一般為17～100 kg／m3?？蛻艨筛鶕?jù)不同模制品的需求，選用不同密度大小的預(yù)發(fā)泡原料；耐溫能力強(qiáng)，通?？沙惺埽?0℃～110℃的溫度，在短時(shí)間內(nèi)可承受的溫度范圍甚至更大；緩沖性能好，即使在墊層不厚的情況下也能起到很好的緩沖作用；可以100%的回收利用，與其他泡沫材料相比，EPP是一種純粹的碳?xì)浠衔?，不含增塑劑或發(fā)泡劑等其它任何不利于再循環(huán)的化學(xué)物質(zhì)，因此加熱后即可消解，燃燒后留下的只是水和二氧化碳。即使是在100℃下進(jìn)行霧測(cè)試，也能滿足環(huán)保法規(guī)的要求。此外，當(dāng)EPP與其他聚丙烯如PP薄膜、注塑骨架、TPO面料等結(jié)合在一起時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)所謂的“材料一體化系統(tǒng)”，即該系統(tǒng)在被回收利用時(shí)不需要進(jìn)行分解。

聚丙烯（PP）剛性優(yōu)于聚乙烯（PE），PP彎曲模量大約為1.52GPa，PE僅為207MPa，耐化學(xué)性與PE相似。其壓縮強(qiáng)度略低于硬質(zhì)PUR和發(fā)泡PS，但比軟質(zhì)PUR和PE高。聚丙烯的玻璃化溫度低于室溫，抗沖擊性能優(yōu)于PS，而且相比PS泡沫的難回收性，聚丙烯泡沫是一種環(huán)境友好的材料。聚丙烯有較高的熱變形溫度，可以在一些高溫領(lǐng)域中應(yīng)用。發(fā)泡聚丙烯通常能耐130℃的高溫，比聚乙烯泡沫的最高使用溫度80℃高得多。封閉式泡孔結(jié)構(gòu)使其熱導(dǎo)率不會(huì)因潮濕而受影響，因此可用作保溫材料；制品即使在－30℃時(shí)也表現(xiàn)出很好的性能。由于PP發(fā)泡制品具有很好的吸收能量特性，具有優(yōu)異的抗壓吸能性能。廣泛應(yīng)用于汽車保險(xiǎn)杠能量處理系統(tǒng)及其他防沖撞吸能部件；PP發(fā)泡制品受多次連續(xù)撞擊和撓曲變形后會(huì)很快恢復(fù)原始形狀，而不產(chǎn)生永久形變。PP發(fā)泡制品的密度能夠達(dá)到很低水平，因此能大幅度降低重量，同時(shí)PP發(fā)泡制品柔韌性好，可反復(fù)使用，不易破碎。易回收再利用，易分解，制品不含對(duì)人體有毒有害的成分，燃燒不產(chǎn)生有毒物質(zhì)；PP發(fā)泡制品是半硬質(zhì)成形，具有適度的硬度、柔軟性，不會(huì)擦傷、碰傷與其接觸的物體，具有較好的表面保護(hù)性。

發(fā)泡聚丙烯通常能耐130℃的高溫，比聚乙烯泡沫的最高使用溫度80℃高得多。封閉式泡孔結(jié)構(gòu)使其熱導(dǎo)率不會(huì)因潮濕而受影響，因此可用作保溫材料。良好的低溫特性：制品即使在－30℃時(shí)也表現(xiàn)出很好的性能。能量吸收：由于PP發(fā)泡制品具有很好的吸收能量特性，具有優(yōu)異的抗壓吸能性能。廣泛應(yīng)用于汽車保險(xiǎn)杠能量處理系統(tǒng)及其他防沖撞吸能部件。尺寸形狀恢復(fù)穩(wěn)定性：PP發(fā)泡制品受多次連續(xù)撞擊和撓曲變形后會(huì)很快恢復(fù)原始形狀，而不產(chǎn)生永久形變；質(zhì)量輕且能夠反復(fù)使用：PP發(fā)泡制品的密度能夠達(dá)到很低水平，因此能大幅度降低重量，同時(shí)PP發(fā)泡制品柔韌性好，可反復(fù)使用，不易破碎，易回收再利用，易分解，制品不含對(duì)人體有毒有害的成分，燃燒不產(chǎn)生有毒物質(zhì)。具有良好的表面保護(hù)性和隔音性能：PP發(fā)泡制品是半硬質(zhì)成形，具有適度的硬度、柔軟性，不會(huì)擦傷、碰傷與其接觸的物體，具有較好的表面保護(hù)性。聚丙烯樹(shù)脂具有質(zhì)輕、原料來(lái)源豐富、性能價(jià)格比優(yōu)越以及優(yōu)良的耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性、易于回收等特點(diǎn)，是世界上產(chǎn)量增長(zhǎng)量最快的通用熱塑性樹(shù)脂。目前我國(guó)PP樹(shù)脂已成為產(chǎn)量最大的樹(shù)脂品種。然而應(yīng)用主要是編織產(chǎn)品和農(nóng)用薄膜，PP樹(shù)脂行業(yè)面臨消費(fèi)結(jié)構(gòu)單一，需求不旺且產(chǎn)品檔次低的問(wèn)題。各樹(shù)脂生產(chǎn)企業(yè)都在積極調(diào)整生產(chǎn)思路，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)適銷對(duì)路、高質(zhì)量、高附加值的專用料，以使PP具有更大的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。近年來(lái)聚丙烯泡沫的研究開(kāi)發(fā)也成為熱點(diǎn)，盡管聚丙烯發(fā)泡產(chǎn)品具有良好的性能和應(yīng)用前景，但聚丙烯泡沫的開(kāi)發(fā)難度很大，目前國(guó)內(nèi)尚未有其相關(guān)的、可工業(yè)化的核心技術(shù)。一些發(fā)達(dá)國(guó)家正在大力發(fā)展并作為替代發(fā)泡聚苯乙烯的綠色包裝材料。

發(fā)泡塑料模板（PP發(fā)泡板）耐摩擦，易清洗，阻燃性好，使用壽命長(zhǎng)，能承受巨大的負(fù)荷。而且這種模板周轉(zhuǎn)次數(shù)多，可反復(fù)利用，與木模板、竹膠板相比，可降低工程造價(jià)。此外，這種模板還可以根據(jù)工程需要靈活調(diào)整規(guī)格，減少接縫數(shù)量，大大提高支模效率?，F(xiàn)今，該生產(chǎn)技術(shù)已成功的應(yīng)用在市場(chǎng)。并給企業(yè)帶來(lái)料很好的經(jīng)濟(jì)效益和很好的社會(huì)效益。該技術(shù)在國(guó)內(nèi)處于技術(shù)領(lǐng)先地位，完全可以與發(fā)達(dá)國(guó)家制造的塑料模板相媲美。現(xiàn)在各地有生產(chǎn)基地。這些生產(chǎn)基地的建立，對(duì)再生聚烯烴塑料帶來(lái)了廣闊的市場(chǎng)，特別是PP再生塑料的低發(fā)泡改性帶來(lái)了可喜的市場(chǎng)前景。

復(fù)合發(fā)泡塑料模板為塑料合金類，屬高科技產(chǎn)品，技術(shù)已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。塑料模板的整體性好，表面硬度高，耐磨擦，易清洗，施工溫度適應(yīng)范圍大，耐熱耐寒，抗老化，能承受各種施工負(fù)荷、重量輕、使用壽命長(zhǎng)、施工輕便。省工：省工40%以上，有效降低人工成本。省時(shí)：省時(shí)40%以上，大幅提高施工效率，廣泛適用于高層建筑及橋梁施工。周轉(zhuǎn)率高，可周轉(zhuǎn)使用50次以上?？煞磸?fù)回收再利用：可進(jìn)行回收再加工，充分利用廢舊原料。

無(wú)煙綠色環(huán)保，無(wú)任何有毒有害氣體排放；幅面大，最大寬度為2000mm，長(zhǎng)度不限。寬度，長(zhǎng)度都可以根據(jù)工程需要任意調(diào)節(jié)，減少接縫數(shù)量，可大大提高支模工作效率。

有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，不翹曲、不開(kāi)裂、不變形。耐水性能好，在水中長(zhǎng)期浸泡不分層，不起泡，板材尺寸穩(wěn)定。韌性好，可做變曲面的模板。脫模容易，除去下方支撐，基本自動(dòng)脫落。

塑料模板屬高分子材料，表面光潔度高，做清水混凝土，澆注物件表面光滑美觀，混凝土澆注后能夠達(dá)到清水墻要求，減去墻壁二次抹灰工藝，可直接貼面裝飾，減縮工期30%。產(chǎn)品耐酸、耐堿，防腐性能好，非常適合在沿海地區(qū)、地下工程、礦井、海堤壩等工程中應(yīng)用。使用和存放均不需要做任何防腐處理，不污染混凝土表面。施工性能好，可鋸，可鉆，縱、橫向可以任意連接組合，釘、鋸、鉆孔等性能優(yōu)于竹木膠合板、小鋼模。可以根據(jù)施工需要加工成各種形狀的鋼框模板。安裝拆卸施工方便、快捷、安全，支撐操作方便，有利于組織施工，可有效提高施工進(jìn)度。

隨著時(shí)代科技的進(jìn)步，聚丙烯塑料發(fā)泡材料因其環(huán)保性，耐用性等優(yōu)良性能，在現(xiàn)代許多行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。聚丙烯塑料發(fā)泡材料（epp產(chǎn)品）的應(yīng)用領(lǐng)域有：包裝行業(yè)（如：計(jì)算機(jī)、高級(jí)醫(yī)療器具、精密儀器、聲像材料、照相機(jī)、液晶玻璃、陶瓷、工藝品、各種家用電器等的防震緩沖包裝，以免在運(yùn)輸過(guò)程中遭受損傷及破壞）。汽車行業(yè)如：汽車保險(xiǎn)杠、汽車側(cè)面防震芯、汽車車門防震芯、高級(jí)安全汽車座椅、工具箱、后備箱、扶手、底墊板、遮陽(yáng)板、儀表盤等。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)反映：目前每輛汽車平均用塑料100－130kg，其中應(yīng)用EPP塑料約4－6kg；電子行業(yè)結(jié)構(gòu)件（如：冰箱空調(diào)內(nèi)襯、太陽(yáng)能熱水器上下尾托、通信設(shè)備內(nèi)襯板等等）；物流運(yùn)輸行業(yè)（如：EPP保護(hù)隔材、EPP棧板、EPP托盤、EPP周轉(zhuǎn)箱等）；玩具模型及體育用品（如玩具模型：飛機(jī)模型，船只模型；體育用品：運(yùn)動(dòng)頭盔，沖浪板，浮桶，運(yùn)動(dòng)墊；建筑行業(yè)可作為保溫、隔音效果好的建筑材料。由于EPP材料的低熱傳導(dǎo)性、低水蒸氣透過(guò)性、高能量吸收性及壓縮性，使其適于填充不平坦表面的空隙，如作為屋頂、墻壁、混凝土板、公路的伸縮縫中的填料、密封劑保持物、密封條等。EPP發(fā)泡板通過(guò)減小熱和濕氣的損失可以促進(jìn)混凝土的凝固。利用其低熱傳導(dǎo)性，EPP泡沫塑料可用于普通建筑的屋面襯墊材料，通過(guò)EPP泡沫襯墊可以減小多層建筑的聲音傳播。

3.聚丙烯材料的發(fā)泡制備技術(shù)

根據(jù)泡沫塑料發(fā)泡成型中發(fā)泡動(dòng)力的來(lái)源，一般可分為機(jī)械發(fā)泡、物理發(fā)泡、化學(xué)發(fā)泡三種類型。機(jī)械發(fā)泡是借助于機(jī)械的強(qiáng)力攪拌，使氣體均勻地混入樹(shù)脂中形成氣泡。

物理發(fā)泡則是借助于發(fā)泡劑在樹(shù)脂中物理狀態(tài)的改變，形成大量氣泡?；瘜W(xué)發(fā)泡是依靠發(fā)泡劑發(fā)生化學(xué)變化時(shí)產(chǎn)生氣體使樹(shù)脂發(fā)泡。PP發(fā)泡大多采用化學(xué)發(fā)泡，使用的發(fā)泡劑有偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酸二異丙酯等，亦可使用氮?dú)庾魑锢戆l(fā)泡劑進(jìn)行物理發(fā)泡。

泡沫塑料的發(fā)泡過(guò)程一般可以分為二個(gè)階段：首先是在塑料熔體或液體中形成大量均勻、細(xì)密的氣泡核，然后再膨脹成為所要求的泡體結(jié)構(gòu)，最后固化定型將泡體結(jié)構(gòu)固定下來(lái)，得到泡沫塑料?；瘜W(xué)發(fā)泡聚丙烯泡沫可以按類似聚乙烯的發(fā)泡工藝，采用普通的擠出法制造，而物理發(fā)泡法一般需要設(shè)置專用的發(fā)泡劑計(jì)量、加壓和注入系統(tǒng)，發(fā)泡劑通常是在聚丙烯完全熔融的擠出機(jī)相應(yīng)位置處直接加入。隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)、消費(fèi)后塑料回收和制品性能價(jià)格比等要求的提高，以CO2、N2、丁烷和戊烷等物理發(fā)泡劑為主的物理發(fā)泡法得到了廣泛的重視。以往的CO2物理發(fā)泡法所需施加的氣體壓力在7MPa以下，所得發(fā)泡制品大多數(shù)為開(kāi)孔或者是大直徑泡孔結(jié)構(gòu)。為了得到更高泡孔密度的閉孔結(jié)構(gòu)發(fā)泡制品，通常將發(fā)泡劑在超臨界狀態(tài)下注入聚合物基體。實(shí)質(zhì)上，聚合物在成型加工的過(guò)程中，要承受高溫高壓的作用。這個(gè)高溫高壓的加工區(qū)與這些發(fā)泡劑的超臨界相態(tài)區(qū)常常也是一致的。

流體在其臨界溫度和臨界壓力以上所處的狀態(tài)，稱為超臨界狀態(tài)。處于超臨界狀態(tài)的流體也稱為超臨界流體。超臨界流體具有相對(duì)較大的、與液體相近的密度，因而有很高的溶解度，同時(shí)又具有與氣體相近的粘度，流動(dòng)性比液體好得多，傳質(zhì)系數(shù)也比液體大得多。采用超臨界流體制備微孔結(jié)構(gòu)聚合物材料的基本方法，是將超臨界流體高度飽和的聚合物熔體／氣體混和體系，在其冷卻過(guò)程中誘導(dǎo)極大的熱力學(xué)不穩(wěn)定性，通過(guò)控制或改變共混體系的壓力和溫度等工藝參數(shù)，從而在聚合物基體中形成大量的以超臨界介質(zhì)為泡核的微孔結(jié)構(gòu)材料。其主要步驟為：形成聚合物／氣體飽和體系。在一定溫度下，采用適當(dāng)方法，使高壓非反應(yīng)性氣體（CO2或N2）溶解在聚合物中，形成濃度均勻的聚合物／氣體飽和體系。體系的氣體濃度一般可達(dá)到5%～20%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）。氣體在聚合物中的溶解過(guò)程為擴(kuò)散控制，速度慢、耗時(shí)長(zhǎng)，可采用提高溫度和壓力的方法加快擴(kuò)散速度。氣核引發(fā)通過(guò)降低壓力和／或升高溫度，使聚合物／氣體飽和體系進(jìn)入熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，成為過(guò)飽和體系，此時(shí)體系內(nèi)的氣體需要達(dá)到低自由能狀態(tài)，因而通過(guò)均相成核和異相成核，幾乎同時(shí)形成大量氣核；氣泡增長(zhǎng)，體系內(nèi)的過(guò)飽和氣體，擴(kuò)散入氣核，使氣泡增長(zhǎng)，體系的自由能持續(xù)降低。氣泡增長(zhǎng)由允許增長(zhǎng)時(shí)間、體系溫度、過(guò)飽和狀態(tài)、體系應(yīng)力狀態(tài)和粘彈性控制。微孔結(jié)構(gòu)定型通過(guò)淬火等方法使得到的泡體結(jié)構(gòu)固定。上述各個(gè)步驟中，得到均勻的高濃度聚合物／氣體體系、氣核引發(fā)以及氣體溢出控制是工藝的關(guān)鍵所在。這個(gè)過(guò)程牽涉到復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。采用該工藝制備的聚丙烯發(fā)泡材料的泡孔很細(xì)小，一般為5～30mm。與傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)的泡沫片材相比，這種微孔泡沫的拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度比同樣密度的發(fā)泡片材高30%～40%，而且可以在現(xiàn)有生產(chǎn)線上生產(chǎn)。

超臨界流體技術(shù)為微孔結(jié)構(gòu)聚合物材料的制備提供了廣闊的前景。微孔結(jié)構(gòu)聚合物的定義是，氣泡密度在109～1012孔／cm3、氣泡直徑在1～10μm、相對(duì)密度（發(fā)泡制品的密度與純塑料密度之比）為0.05～0.95的閉孔泡沫塑料。微孔結(jié)構(gòu)材料不但能減輕重量，降低材料消耗，而且其力學(xué)和熱學(xué)性能都有更明顯的改善。由于微孔結(jié)構(gòu)材料具有更高的沖擊強(qiáng)度，能吸收更多的能量，其疲勞壽命可以數(shù)倍甚至數(shù)十倍地提高，同時(shí)其絕緣絕熱、隔音、保溫性能也會(huì)大幅度地增加。因此，優(yōu)良的微孔結(jié)構(gòu)材料既可以用做隔熱、過(guò)濾、包裝和建筑材料，也可以廣泛用作日用品和工程結(jié)構(gòu)材料。

最近幾年，一些公司還采用了交聯(lián)工藝路線來(lái)制備聚丙烯發(fā)泡制品，如采用PP和PE的混和物，將PE交聯(lián)等。但是這種工藝更復(fù)雜，投資更高。英國(guó)的Zote公司推出了一種微交聯(lián)的熱成型PP泡沫塑料，采用了兩階工藝，即首先擠出3mm厚的不發(fā)泡片，然后用過(guò)氧化物將其交聯(lián)或者采用輻照交聯(lián)，之后將其切成一定的長(zhǎng)度，再將其置于高壓釜中，使其受熱受壓，同時(shí)使N2溶入其中。一定時(shí)間后將片材移到一個(gè)低壓釜中，使氣體從體系中逸出，這時(shí)片材膨脹到原來(lái)的22倍左右，其中有10%的閉孔結(jié)構(gòu)，密度為0.3g／cm3。最后，根據(jù)需要切成所需要的厚度。該公司欲將其產(chǎn)品應(yīng)用到汽車和運(yùn)動(dòng)器材上。

眾所周知，純聚丙烯是難以進(jìn)行發(fā)泡加工的，但是采用共混改性的方法同樣也能提高體系的發(fā)泡性能。共混的方法很多，可以將聚丙烯與其他聚合物進(jìn)行共混改性以獲得利于發(fā)泡加工的形態(tài)結(jié)構(gòu)，也可以在聚丙烯基體中混入適當(dāng)?shù)闹鷦┗蛱盍?，?lái)改進(jìn)體系的發(fā)泡性能。

（未完待續(xù)：見(jiàn)本刊2014年第6期）

Pp foam plastic performance highlights the research and development

Xiao Jun
（Hubei shiyan chemicalmaterials company，442001）

polypropylene is a crystalline polymer，its foam only near the crystalmelting point，more than melting pointmelt viscosity drops rapidly.General low melt strength of polypropylene resin，foam molding is very difficult.But compared with those of other polyolefin material polypropylene has high rigidity，excellentmechanical properties，good thermal and chemical stability.First summarizes the research development of polypropylene foam material，aswell as the innovation，then analyzed the performance characteristics and application fields of pp foam material，then introduces foaming preparation technology of polypropylenematerials，the final discussion of polypropylene foam plastic molding process，and points out the application and market prospect of polypropylene foam material products.

polypropylene foam plastic properties preparation technology