應(yīng)用于聚乙烯發(fā)泡材料生產(chǎn)的新工藝和設(shè)備

摘 要：文章分析了現(xiàn)有聚乙烯生產(chǎn)的現(xiàn)狀，根據(jù)它的不足，提出了電子輻射聚乙烯發(fā)泡材料的工藝特點(diǎn)，并將它與化學(xué)交聯(lián)方法進(jìn)行對比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：電子輻射交聯(lián)制備聚乙烯發(fā)泡材料的工藝要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于化學(xué)交聯(lián)法。

關(guān)鍵詞：聚乙烯；發(fā)泡材料；輻射；交聯(lián)

中圖分類號：TQ320.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）9-0175-02

聚乙烯泡沫是常用的工業(yè)材料，它具有許多獨(dú)特的性質(zhì)，如質(zhì)地強(qiáng)韌、抗干擾性、耐摩擦，還具有優(yōu)異的絕緣、隔熱性和耐化學(xué)性，且二次加工性能良好。聚乙烯泡沫材料應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛，主要有：電子電器、元件、家用電器等；汽車內(nèi)裝飾、冷卻器、地板等；兒童玩具、體育墊子、沖浪板等；水箱、中央空調(diào)、空調(diào)用等。它常采用化學(xué)交聯(lián)的工藝來制備，但是化學(xué)交聯(lián)生產(chǎn)的聚乙烯泡沫具有一些缺陷，需要發(fā)展新工藝。經(jīng)過輻射交聯(lián)制備的聚乙烯發(fā)泡材料屬于高科技的產(chǎn)品。它以特殊的閉孔結(jié)構(gòu)、光滑細(xì)致的外表、優(yōu)異的性能，可以應(yīng)用于粘結(jié)、熱成型等工藝進(jìn)行二次加工。本文根據(jù)化學(xué)交聯(lián)的不足，提出采用輻射交聯(lián)的工藝來制備聚乙烯泡沫材料，闡述其生產(chǎn)流程和特點(diǎn)。

1 聚乙烯泡沫材料的發(fā)泡方法及特點(diǎn)

聚乙烯泡沫材料是采用聚乙烯作為最主要的原材料，通過與發(fā)泡劑、交聯(lián)劑等助劑，在高溫高壓的環(huán)境下，經(jīng)過交聯(lián)發(fā)泡環(huán)節(jié)而產(chǎn)生的。經(jīng)過交聯(lián)處理后的聚乙烯發(fā)泡材料，它具有如下特性：機(jī)械強(qiáng)度高，抗蠕變性，耐應(yīng)力開裂，耐熱和耐低溫。聚乙烯樹脂系結(jié)晶型高聚物，呈線型結(jié)構(gòu)，發(fā)泡較困難。為了改善聚乙烯發(fā)泡材料存在的不足，在發(fā)泡工藝方面應(yīng)該提高聚乙烯中形成的熔融物的粘彈性，使之達(dá)到適宜的發(fā)泡條件，必須對它進(jìn)行交聯(lián)處理，以利于下一步的發(fā)泡工藝。

聚乙烯泡沫發(fā)泡分為交聯(lián)和無交聯(lián)兩種，交聯(lián)又分為化學(xué)交聯(lián)和輻射交聯(lián)?；瘜W(xué)交聯(lián)聚乙烯泡沫最早由美國于1941年研制成功，其生產(chǎn)方法是非連續(xù)的。輻射交聯(lián)聚乙烯泡沫由日本于1965年首先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。在聚乙烯泡沫材料的制備中，影響聚乙烯泡沫材料質(zhì)量的關(guān)鍵因素是氣泡的生成和成長，良好的質(zhì)量是形成細(xì)小均勻又相互獨(dú)立的泡孔結(jié)果。其生產(chǎn)過程對于物理發(fā)泡劑、發(fā)泡助劑、抗縮劑、成核劑的選擇和溫度控制要求相對嚴(yán)格。主要的影響因素有：發(fā)泡劑的用量，物料在料筒內(nèi)滯留時(shí)間，各種助劑的用量等。

2 聚乙烯發(fā)泡材料的生產(chǎn)工藝

現(xiàn)有聚乙烯泡沫材料多采用溶液發(fā)泡或模壓發(fā)泡法來制備，工藝復(fù)雜，周期長，成本高，限制了其應(yīng)用。聚乙烯泡沫材料的交聯(lián)工藝，通常有化學(xué)交聯(lián)和輻射交聯(lián)兩種：

2.1 化學(xué)交聯(lián)法

聚乙烯樹脂、交聯(lián)劑、發(fā)泡劑和發(fā)泡助劑？陴計(jì)量、捏合、混煉？陴一次發(fā)泡？陴二次發(fā)泡。

2.2 輻射交聯(lián)法

聚乙烯樹脂、發(fā)泡劑和發(fā)泡助劑？陴計(jì)量、捏合、混煉 切粒擠片？陴輻照？陴發(fā)泡。

鑒于輻射交聯(lián)必須配備電子加速器，設(shè)備投資較大，因此在目前的工業(yè)大生產(chǎn)中多數(shù)采用化學(xué)交聯(lián)的辦法。IXPE泡棉材料全稱電子輻射交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料；普通的XPE一般采用水平爐發(fā)泡而IXPE可以采用水平爐發(fā)泡也可以通過水平爐預(yù)熱垂直爐發(fā)泡，但是無論是XPE或者IXPE前道和后道工藝基本相同，現(xiàn)在最常見的生產(chǎn)方式主要如圖1所示。

常用的造粒方式有四種方式，具體如圖2（a）、（b）、（c）、（d）所示，本公司采用（d）圖的線路。

3 制備聚乙烯泡沫材料的輻射交聯(lián)工藝

聚乙烯通過輻射交聯(lián)制備的基本原理是：高能粒子將聚乙烯分子激發(fā)，使之形成激發(fā)的自由基，而這些自由基相互彼此結(jié)合，從而產(chǎn)生交聯(lián)鍵，導(dǎo)致聚乙烯分子的三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成，如圖3所示。

IXPE泡棉材料的全稱是：電子輻射交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料，它以聚乙烯為主要材料，按照一定的比例配以幾種輔料，先將它們混合，然后擠塑成型，依靠輻照加工技術(shù)，該技術(shù)具有綠色健康的特性，它利用電離子輻射作用于聚乙烯，形成的交聯(lián)作用從而改變了聚乙烯原有的結(jié)構(gòu)，形成網(wǎng)狀的、獨(dú)立的、閉孔的、泡孔結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)出閉孔泡沫材料。其產(chǎn)品特征為：產(chǎn)品發(fā)泡倍率分別為5，10，15，20，25，30，35倍，常規(guī)寬度為1 m，1.04 m，1.05 m，1.1 m，最寬做到2.4 m，2.5 m，單層厚度為0.2～8 mm，其它厚度如50 mm等需要復(fù)合。我公司采用輻射交聯(lián)工藝流程如圖4所示。

它的工藝過程是在雙螺桿上造好5 mm大小的顆粒等各種母料（發(fā)泡母料、敏化母料等）然后根據(jù)用戶需要在PE中添加不同母料，擠出不同倍率、不同要求全配方粒料，再由擠出機(jī)擠出成片，通過輻照傳送裝置進(jìn)行輻照，最后在水平預(yù)熱垂直發(fā)泡爐上進(jìn)行發(fā)泡。此工藝在生產(chǎn)實(shí)際中，影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要指標(biāo)有4個(gè)，即：混合物的配方、擠片、輻射交聯(lián)作用、發(fā)泡專用設(shè)備等。

①混合物配方的結(jié)果，直接影響著產(chǎn)品的性能，決定產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的好壞，同時(shí)也對產(chǎn)品加工的難易程度、成品率的高低、成本的大小，有著直接的影響。

②擠片質(zhì)量的好壞，直接影響到泡孔的大小、物料的均勻性及成品的尺寸精度。

③聚乙烯輻射交聯(lián)發(fā)泡材料的加工時(shí)，母片必須進(jìn)行連續(xù)的、均勻的輻照加工。因此輻照加速器一些參數(shù)控制產(chǎn)品質(zhì)量，如輻照能量、束流、掃描寬度、傳送速度、照射方式等。為了使聚乙烯輻射交聯(lián)發(fā)泡材料的生產(chǎn)運(yùn)行滿足工藝要求，輻照加速器的能量、束流、掃描寬度等參數(shù)的選擇是重中之重。它可以通過糾偏、控制張力等措施，解決發(fā)泡材料的輻射生產(chǎn)工藝。

④加熱發(fā)泡是輻射交聯(lián)發(fā)泡材料生產(chǎn)中最特殊，也是最重要的環(huán)節(jié)。聚乙烯輻射交聯(lián)發(fā)泡材料的制備中，發(fā)泡工藝需要控制的主要參數(shù)有3個(gè)，即：加熱溫度、預(yù)熱時(shí)間、發(fā)泡時(shí)間。發(fā)泡時(shí)的加熱溫度要高于發(fā)泡劑的分解溫度，確保發(fā)泡劑分解完整，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

輻射交聯(lián)與化學(xué)交聯(lián)發(fā)泡工藝相比較，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：①輻射交聯(lián)發(fā)泡工藝由于不采用化學(xué)交聯(lián)劑，因此它不會產(chǎn)生有害氣體，減少空氣污染。②輻射交聯(lián)發(fā)泡工藝更容易控制反應(yīng)進(jìn)程，而且原材料如基礎(chǔ)樹脂或發(fā)泡劑選擇更簡單、方便。③化學(xué)交聯(lián)工藝的交聯(lián)劑通過加熱，它會在較寬溫度范圍進(jìn)行分解，導(dǎo)致產(chǎn)品的均勻性出現(xiàn)缺陷。而輻射交聯(lián)工藝是不存在這一問題的，因?yàn)樗谕粶囟认聦?shí)現(xiàn)產(chǎn)品交聯(lián)。④輻射工藝可在任意溫度的條件下，使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)預(yù)定的交聯(lián)，然后再進(jìn)行發(fā)泡，因此它的發(fā)泡速度比化學(xué)交聯(lián)發(fā)泡速度快1倍。⑤能夠生產(chǎn)多種型號的產(chǎn)品，交聯(lián)度控制方便，可得到孔徑大小各異，發(fā)泡率相差很大的泡沫材料。⑥生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，輻射交聯(lián)發(fā)泡工藝成本明顯越低，而化學(xué)交聯(lián)發(fā)泡工藝成本則不隨生產(chǎn)規(guī)模而改變。

4 結(jié) 語

通過分析可知，采用電子輻射交聯(lián)工藝生產(chǎn)聚乙烯發(fā)泡材料具有比化學(xué)法更環(huán)保，更經(jīng)濟(jì)。一是采用輻射交聯(lián)技術(shù)可制備發(fā)泡倍率高達(dá)30倍的聚乙烯泡沫。二是利用輻射技術(shù)能夠顯著地縮短發(fā)泡時(shí)間，降低發(fā)泡溫度，為此工藝的推廣奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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