聚乙烯發(fā)泡材料的研究進展

郭 鵬，徐耀輝，張師軍，呂明福

（中國石化 北京化工研究院，北京 100013）

聚乙烯發(fā)泡材料的研究進展

郭 鵬，徐耀輝，張師軍，呂明福

（中國石化 北京化工研究院，北京 100013）

概述了聚乙烯（PE）發(fā)泡材料的發(fā)展歷程。綜述了PE發(fā)泡材料的制備方法，包括擠出發(fā)泡法、釜式浸漬發(fā)泡法、模壓發(fā)泡法和注射發(fā)泡法，其中，物理擠出發(fā)泡法及交聯(lián)擠出發(fā)泡法的技術(shù)較成熟，市場占有率高。介紹了PE發(fā)泡產(chǎn)品的性能，包括非交聯(lián)PE發(fā)泡產(chǎn)品、交聯(lián)PE發(fā)泡產(chǎn)品和PE發(fā)泡珠粒。對PE發(fā)泡材料今后研究的發(fā)展方向和需要解決的問題提出了展望。

聚乙烯；發(fā)泡材料；制備方法

聚乙烯（PE）具有優(yōu)良的物理、化學和力學性能，其韌性、撓曲性和緩沖性能好，具有電絕緣、隔熱等特性，廣泛應用于包裝、化工和建筑等領域［1］。PE發(fā)泡材料是最早工業(yè)化應用且應用較廣的發(fā)泡材料之一。PE發(fā)泡材料的品種及應用領域多樣化，按發(fā)泡倍率可分為高發(fā)泡、低發(fā)泡和微孔發(fā)泡材料；按形狀可分為珠粒、片材和異型材發(fā)泡材料等；按泡孔形態(tài)可分為閉孔和開孔發(fā)泡材料。目前PE發(fā)泡材料的產(chǎn)量僅次于聚氨酯（PU）和聚苯乙烯（PS），但在應用方面比PU和PS更廣泛，已開發(fā)的制品達1 000種以上，發(fā)展迅速，大有后來居上之勢［2］。

本文概述了PE發(fā)泡材料的發(fā)展歷程；綜述了PE發(fā)泡材料的制備方法，包括擠出發(fā)泡法、釜式浸漬法、模壓發(fā)泡法和注射發(fā)泡法；介紹了PE發(fā)泡產(chǎn)品的性能。

1 PE發(fā)泡材料的發(fā)展歷程

PE發(fā)泡材料的專利最早于1941年由DuPont公司提出［3］，該專利以氮氣為發(fā)泡劑在PE熔點附近進行發(fā)泡，但由于不能連續(xù)化生產(chǎn)，故未得到廣泛的工業(yè)化應用。1958年，Dow公司首次以四氟二氯乙烷為發(fā)泡劑采用無交聯(lián)擠出發(fā)泡法，實現(xiàn)了高發(fā)泡PE材料的工業(yè)化生產(chǎn)［4］，目前美國的高發(fā)泡PE材料多數(shù)仍采用此法生產(chǎn)。20世紀60年代初，日本三和化工、古河電氣和積水化學等公司先后研制和開發(fā)出交聯(lián)高發(fā)泡PE材料［5］，并從1965年開始生產(chǎn)高發(fā)泡PE產(chǎn)品，該方法主要利用交聯(lián)劑提高PE熔體強度從而提高發(fā)泡性能。歐洲大約從20世紀70年代開始生產(chǎn)交聯(lián)PE發(fā)泡材料［6-7］。目前大部分廠家都以日本開發(fā)的技術(shù)為基礎生產(chǎn)PE發(fā)泡材料。但交聯(lián)后的產(chǎn)品使用后無法重復利用，易于造成環(huán)境污染。使用非交聯(lián)物理發(fā)泡技術(shù)得到的PE發(fā)泡板材在國內(nèi)通稱珍珠棉，具有非交聯(lián)閉孔結(jié)構(gòu)，是一種新型環(huán)保的包裝材料，它由低密度PE經(jīng)物理發(fā)泡產(chǎn)生的無數(shù)獨立氣泡構(gòu)成，克服了普通發(fā)泡塑料易碎、變形、恢復性差的缺點，具有隔水防潮、防震、隔音、保溫、可塑性能佳、韌性強、循環(huán)再造、環(huán)保、抗撞力強和抗化學性能佳等諸多優(yōu)點，是傳統(tǒng)包裝材料的理想替代品。20世紀末以來，為解決生產(chǎn)異型多功能制品的需求問題，日本的JSP和Kaneka等公司開發(fā)了間歇式生產(chǎn)PE發(fā)泡珠粒（EPE）的工藝，通過模壓成型裝置可得到符合要求的各種形狀和性能的EPE發(fā)泡體。反應釜浸漬法被廣泛應用于EPE的生產(chǎn)。但釜式發(fā)泡工藝復雜，設備成本高，目前只有日本JSP株式會社、Kaneka公司、德國BASF公司、韓國韓華和韓國樂天化學等少數(shù)幾家公司掌握該技術(shù)。

2 PE發(fā)泡材料的制備

2.1 PE發(fā)泡材料的原料

PE是通用合成樹脂中產(chǎn)量最大的品種，其產(chǎn)品包括低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）、線型低密度聚乙烯和茂金屬線型低密度聚乙烯。PE樹脂為半結(jié)晶聚合物，通常為線型結(jié)構(gòu)，當加熱至熔點附近時大分子間的作用力很小，沒有類似于PS等樹脂的高彈態(tài)溫度區(qū)間，熔融后其熔體強度很低，化學發(fā)泡劑的分解氣體或物理發(fā)泡劑不易保持在樹脂中，發(fā)泡工藝較難控制［8］。

在各種PE中，LDPE的加工性能好，其熔體流動速率（MFR）范圍寬，具有良好的柔軟性、延伸性和較高的透明度，且與HDPE相比更容易滲透氣體，是制造PE發(fā)泡材料選用較多的基礎樹脂。為解決大多數(shù)物理發(fā)泡劑在PE樹脂中氣體透過率高的問題，需提高PE樹脂的熔體強度以適應發(fā)泡要求。提高PE熔體強度主要通過提高相對分子質(zhì)量、增大支化度或加入交聯(lián)劑形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等使相對分子質(zhì)量分布變寬、結(jié)晶度減小等。熔體強度增大可提高發(fā)泡性能，減小破孔率［8］。

隨MFR的減小，PE發(fā)泡材料變軟，撓性模量和壓縮負荷值下降，但拉伸強度變化不大。通常選用MFR（190 ℃，10 min）為0.5～6 g的LDPE為制造PE發(fā)泡材料的主體原料。在實際生產(chǎn)中，常用HDPE 與MDPE或LDPE混合的方法延緩結(jié)晶，改變物料的流動性，從而使發(fā)泡材料既能保持一定的柔軟性又能提高強度。HDPE主要作為低倍率PE發(fā)泡板材的基礎樹脂，用于建筑結(jié)構(gòu)材料和包裝材料等。

2.2 發(fā)泡方法

2.2.1 擠出發(fā)泡法

擠出發(fā)泡法主要分為非交聯(lián)和交聯(lián)擠出發(fā)泡法，主要利用物理或化學發(fā)泡劑實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)PE發(fā)泡片材、板材、管材和棒材。交聯(lián)擠出發(fā)泡制品的應用廣泛，但由于存在交聯(lián)結(jié)構(gòu)，使其無法回收利用，容易導致環(huán)境污染。

非交聯(lián)擠出發(fā)泡法可概括為4步［9］：1）熔融態(tài)PE與高壓氣體通過螺桿的剪切混合，形成PE/氣體的均相體系；2）熔體泵和擠出機輸送PE/氣體均相體系；3）泡孔成核和生長；4）通過控制壓降速率及口模溫度，PE/氣體均相體系擠出定型。具體過程為：物料通過螺桿的輸送和熔融；計量泵連續(xù)穩(wěn)定地將發(fā)泡氣體注入擠出機；雙螺桿混合剪切并在靜態(tài)混合器充分混合，形成PE/氣體均相體系；然后通過特殊噴嘴、熔體齒輪泵及快速釋壓元件等實現(xiàn)熔體壓力的快速下降；熔體中溶解的氣體達到過飽和不穩(wěn)定狀態(tài)時，瞬間形成大量微小的氣泡核；泡孔長大，含大量氣泡的熔體流入成型裝置成型并在定型口模穩(wěn)定和固化，得到發(fā)泡制品。非交聯(lián)擠出發(fā)泡法主要用于工業(yè)生產(chǎn)珍珠棉。

交聯(lián)擠出發(fā)泡法分輻照交聯(lián)擠出發(fā)泡和化學交聯(lián)擠出發(fā)泡。輻照交聯(lián)擠出發(fā)泡的步驟為［10］：1）將PE、化學發(fā)泡劑和助劑進行混合；2）混煉，擠出成片；3）輻照交聯(lián)，加熱發(fā)泡后定型得到制品。該方法由于輻照設備昂貴、射線穿透力差，不適用于制備較厚的發(fā)泡體，應用受一定限制。化學交聯(lián)擠出發(fā)泡過程由預熱段、交聯(lián)段、發(fā)泡段3段組成［11］。通過擠出機擠出的PE片材首先進入預熱段，在預熱段母片受熱達到較均勻溫度，使片材進入交聯(lián)段后能盡快達到交聯(lián)所需的溫度并發(fā)生交聯(lián)。進入發(fā)泡段的片材達到更高的溫度后進行發(fā)泡，最終冷卻成型并收卷。

由于PE擠出發(fā)泡產(chǎn)品應用廣泛，因此它一直是各研究機構(gòu)及工業(yè)界的關(guān)注焦點。但擠出發(fā)泡工藝對樹脂熔體強度的要求較高，而PE本身的熔體強度較低，泡孔結(jié)構(gòu)不好導致產(chǎn)品的力學性能較差，故經(jīng)常使用共混或加入交聯(lián)劑的方法改善PE的熔體性能。Wang等［12］以LDPE/聚硅氧烷共混物為基礎樹脂、多孔硅碳氧化物為泡孔成核劑，通過調(diào)節(jié)多孔硅碳氧化物的含量和組分得到了全開孔、閉孔結(jié)構(gòu)、孔隙率為20.5%～79.8%的PE發(fā)泡材料。Kuboki等［13］考察了纖維長度及馬來酸類聚合物對纖維素增強HDPE發(fā)泡材料力學性能的影響。實驗結(jié)果表明，分別添加長纖維和短纖維的HDPE具有相似的泡孔結(jié)構(gòu)（如平均孔徑和孔分布相似），但馬來酸改性可使HDPE的平均孔徑和孔分布增大。Adhikary等［14］利用雙螺桿擠出機，在不同的化學發(fā)泡劑及壓縮比下以HDPE和木粉為原料得到了一種具有良好泡孔結(jié)構(gòu)及力學性能的發(fā)泡木塑復合材料，并考察了化學發(fā)泡劑及壓縮比對制品表面、泡孔形貌及力學性能的影響。實驗結(jié)果表明，該發(fā)泡木塑復合材料可減重22%。劉本剛等［15］通過擠出發(fā)泡法制備了HDPE/納米蒙脫土（nano-OMMT）復合材料的發(fā)泡試樣。實驗結(jié)果表明，MFR對發(fā)泡過程有很大影響，MFR居中的HDPE的發(fā)泡效果最好。當發(fā)泡劑用量（質(zhì)量份數(shù)）為2份時，發(fā)泡試樣的密度達到0.59 g/cm3；加入nano-OMMT可改善MFR較高的HDPE的發(fā)泡效果。陸慶章［16］對可發(fā)性PE的制備方法進行了初步研究。研究結(jié)果表明，為提高PE的熔體強度，可采用浸漬過氧化二異丙苯（DCP）的方法對LDPE進行交聯(lián)，且交聯(lián)度可通過控制浸漬液中DCP的用量和浸漬工藝條件進行調(diào)整，但浸漬DCP的方法難以使HDPE達到有效的交聯(lián)。助交聯(lián)劑類型和用量是影響PE擠出發(fā)泡倍率和發(fā)泡質(zhì)量的關(guān)鍵因素。許佳潤［17］研究了LDPE及其共混物發(fā)泡材料在成型后氣體逸出的現(xiàn)象，并引入LDPE-g-MAH（MAH為馬來酸酐）為相容劑，以nano-OMMT為阻隔氣體逃逸的填料用于降低CO2在聚合物中的滲透率。研究結(jié)果表明，在LDPE-g-MAH的協(xié)同作用下，nano-OMMT在LDPE中成功插層。該插層結(jié)構(gòu)可有效地阻隔CO2氣體的逸出，發(fā)泡材料靜置24 h后的密度變化率由20%降至5%以內(nèi)。同時nano-OMMT的加入提高了LDPE的熔體強度，有助于形成較好的泡孔形態(tài)，保持發(fā)泡材料良好的力學性能。徐定紅等［18］通過共混擠出在二次開模條件下制備了微孔發(fā)泡LDPE/PS合金材料，并分析了PS含量對合金材料發(fā)泡行為的影響規(guī)律。實驗結(jié)果表明，當PS的含量為15%（w）時，LDPE/PS合金發(fā)泡材料的密度最小，泡孔分布均勻且孔徑較小。

發(fā)泡劑種類對PE擠出發(fā)泡的影響也很明顯。Wei等［19］考察了以超臨界氮氣為發(fā)泡劑時，HDPE擠出發(fā)泡過程中表面張力的變化過程。研究結(jié)果表明，當溫度在熔點以上時，HDPE的表面張力隨溫度及壓力的變化趨勢與PS的發(fā)泡過程類似，即隨溫度升高和壓力增大，表面張力下降。當HDPE結(jié)晶時，隨溫度下降其表面張力下降。Wang等［20］利用電荷耦合器件觀察了正丁烷擠出LDPE發(fā)泡?？谔幍淖兓袨榧罢⊥椋òl(fā)泡劑）、滑石粉（成核劑）、單硬脂酸甘油酯（老化改性劑）、口模溫度和口模幾何形狀對擠出發(fā)泡過程的影響。實驗結(jié)果表明，老化改性劑不僅在室溫下可穩(wěn)定發(fā)泡過程，而且在高溫時可更早地引入更多的泡孔結(jié)構(gòu)，但這種過早的膨脹可能導致泡孔密度的下降。Lee等［21］考察了以氮氣為發(fā)泡劑時，少量黏土（包括插層型和剝離型）的加入對木纖維/HDPE復合材料發(fā)泡性能的影響。實驗結(jié)果表明，當剝離型黏土加入量超過5%（w）（基于復合材料的質(zhì)量）以后，發(fā)泡材料的泡孔形貌有明顯改善。張玉霞等［22］利用DCP對HDPE進行微交聯(lián)改性、以CO2超臨界流體為發(fā)泡劑，對不同含量DCP微交聯(lián)的HDPE體系進行擠出發(fā)泡，用掃描電子顯微鏡和真密度計對其擠出發(fā)泡行為進行了研究。研究結(jié)果表明，當DCP添加量（質(zhì)量份數(shù)）為0.5份時HDPE的發(fā)泡效果最好，此時泡孔較小，發(fā)泡材料的密度可達0.59 g/cm3。

擠出發(fā)泡工藝的變化對PE發(fā)泡材料的性能影響顯著。桂觀群［2］采用化學擠出發(fā)泡法對PE回收料進行發(fā)泡研究。研究結(jié)果表明，發(fā)泡劑用量、螺桿各區(qū)溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、機頭壓力、發(fā)泡口模的擠出溫度以及擠出物的冷卻方式直接影響發(fā)泡體的發(fā)泡倍率、密度及泡孔結(jié)構(gòu)。值得注意的是，當口模溫度較低時，發(fā)泡體才能較好地定型并保持一定的發(fā)泡倍率；擠出發(fā)泡物的冷卻方式也對發(fā)泡效果產(chǎn)生影響，如采用水中強制冷卻發(fā)泡制品的效果較好，可改善泡體表面質(zhì)量、泡孔結(jié)構(gòu)和泡體的物理機械性能。

2.2.2 釜式浸漬發(fā)泡法

釜式浸漬發(fā)泡法（又稱間歇式發(fā)泡法）是指在PE微顆粒熔融態(tài)附近，通入物理發(fā)泡劑，當PE樹脂內(nèi)部的發(fā)泡劑達到飽和后迅速卸除壓力，利用瞬間巨大的壓力及溫度變化得到EPE［23］。該方法主要的步驟為：1）PE微顆粒的制備。PE樹脂與成核劑、抗氧劑、抗靜電劑等加工助劑混合后，利用單螺桿或雙螺桿擠出機共混擠出，利用絲束牽伸切?；蛩虑辛?，得到直徑約0.6～1.0 mm的PE微顆粒。2）物理發(fā)泡劑在PE微顆粒中的浸漬。將PE微顆粒、發(fā)泡劑及其他助劑加入高壓釜中，攪拌均勻的同時調(diào)整溫度和壓力等工藝參數(shù)，在一定溫度下保持反應釜內(nèi)壓力一段時間。3）快速泄壓出料。PE微顆粒完成發(fā)泡得到EPE，隨后進行EPE的清洗、常壓烘干等。4）加工成型。將EPE于保壓罐中保壓后，通入一定蒸汽壓的模具熱成型，EPE表面微熔融并相互黏結(jié)，最終得到成型制品。

與擠出發(fā)泡法相比，釜式浸漬發(fā)泡法具有以下優(yōu)點：在發(fā)泡過程中，PE熔體不會受到螺桿擠壓的高剪切作用，聚合物鏈的纏結(jié)結(jié)構(gòu)保證熔體具有足夠的強度［24］；在泡孔增長過程中，孔壁的雙向拉伸不易發(fā)生破裂；在發(fā)泡中PE晶體不會完全熔融，這些殘留的晶體起物理交聯(lián)點的作用，更易得到高發(fā)泡倍率和高閉孔率的EPE；PE不需添加過氧化物或交聯(lián)劑進行改性處理，熔體強度即可滿足發(fā)泡要求；由于不存在交聯(lián)結(jié)構(gòu)，因此可循環(huán)利用，對環(huán)境的副作用小。但該工藝為間歇式，工藝復雜且設備成本高，存在技術(shù)壁壘，故得到的EPE的價格較高，應用領域受到限制。

利用釜式浸漬法得到EPE具有多個熔融峰，其中，低溫峰有利于后續(xù)模壓成型過程中降低蒸汽壓力及溫度，從而降低設備能耗。Behravesh等［25］以不同比例和種類的LLDPE，LDPE，HDPE的共混物為基礎樹脂，利用釜式浸漬法得到EPE。研究結(jié)果表明，HDPE/LLDPE共混物的DSC曲線與LDPE/ LLDPE共混物的DSC曲線明顯不同。擠出機轉(zhuǎn)速和冷卻速率直接影響DSC曲線的形狀。利用釜式浸漬法得到的EPE的DSC曲線中出現(xiàn)多個熔融峰，這與發(fā)泡過程中氣體飽和過程及PE發(fā)生退火效應有關(guān)。

2.2.3 模壓發(fā)泡法

模壓發(fā)泡法主要用于生產(chǎn)具有規(guī)則形狀的PE發(fā)泡板材及發(fā)泡型材［26］。模壓發(fā)泡法的工藝流程包括：將模壓設備上的發(fā)泡模具升溫，待達到發(fā)泡溫度后，將PE放入模具后合模；待PE粒子達到可發(fā)生黏彈性形變的溫度范圍后，向模具內(nèi)充入物理發(fā)泡劑或化學發(fā)泡劑；充入發(fā)泡劑后，保證其在PE粒子中溶脹擴散或分解一段時間；隨后模壓機在極短時間內(nèi)開模泄壓發(fā)泡，即可得到泡孔尺寸和密度可控的模壓PE發(fā)泡材料。模壓發(fā)泡利于制備形狀規(guī)則的板材和片材，但由于技術(shù)所限不利于制備結(jié)構(gòu)復雜的發(fā)泡制品。

發(fā)泡劑種類及用量對模壓發(fā)泡制品的性能影響較大。張燚等［27］研究了以空心玻璃微珠為氣體載體，采用模壓發(fā)泡法制備LDPE發(fā)泡材料的工藝。研究結(jié)果表明，用該發(fā)泡工藝制備的發(fā)泡LDPE的泡孔分布均勻，孔徑較小，但導熱系數(shù)下降較多。李垂祥等［28］以偶氮二甲酰胺（AC）為發(fā)泡劑，研究了影響模壓LDPE發(fā)泡保溫材料質(zhì)量的因素。實驗結(jié)果表明，AC與活化劑的用量比對模壓LDPE發(fā)泡保溫材料的密度影響最大，發(fā)泡溫度次之。制備LDPE發(fā)泡保溫材料的最優(yōu)條件為：發(fā)泡溫度175 ℃，發(fā)泡壓力10 MPa，硬脂酸用量1.5份，m（AC）∶m（ZnO）=10∶1。廖華勇等［29］使用模壓發(fā)泡法制備了HDPE/LDPE共混發(fā)泡材料，并研究了AC發(fā)泡劑用量、HDPE用量及模壓發(fā)泡工藝對共混發(fā)泡材料的表觀密度和力學性能的影響。實驗結(jié)果表明，隨HDPE用量的增加，表觀密度、撕裂強度和拉伸強度均逐漸增加。在一定范圍內(nèi)，隨AC發(fā)泡劑用量的增加，表觀密度和力學性能先下降后增加。發(fā)泡時間10 min時，表觀密度較低，再延長發(fā)泡時間，表觀密度變化不大。在0～10 MPa范圍內(nèi)，隨模壓壓力的增加，表觀密度緩慢下降。在溫度為170～180 ℃范圍內(nèi)，隨溫度的升高，表觀密度逐漸下降。SEM表征結(jié)果顯示，HDPE/LDPE共混發(fā)泡材料的泡孔分布均勻且多為閉孔。王洪等［30］采用二步法模壓發(fā)泡工藝制造LDPE發(fā)泡材料：第一步利用模壓法得到預發(fā)泡型坯；第二步在烘箱中對預發(fā)泡型坯進行二次發(fā)泡。研究結(jié)果表明，合理控制預發(fā)泡型坯的交聯(lián)度和發(fā)泡劑的分解速率是二步法模壓發(fā)泡工藝的關(guān)鍵，必須使LDPE的交聯(lián)速率與AC發(fā)泡劑的分解速率相匹配。

2.2.4 注射發(fā)泡法

注射發(fā)泡法是利用快速改變溫度形成氣體/PE均相體系。具體工藝為：在靜態(tài)混合器處得到物理發(fā)泡劑/PE均相體系，快速加熱的同時將該體系導入擴散室；擴散室保持較高背壓，防止已形成的氣泡核過度膨脹破裂；最后，模具冷卻使發(fā)泡PE制品固化定型。利用注射發(fā)泡法可得到形狀各異的發(fā)泡制品，但由于注射流道的限制，較大曲率半徑制品的表面規(guī)整度不佳［31］。

莫文江等［32］使用化學發(fā)泡注射成型法二次開模制備了LDPE微發(fā)泡復合材料，考察了不同牌號聚烯烴彈性體（POE）對該復合材料發(fā)泡行為的影響。實驗結(jié)果表明，加入辛烯含量較高的POE的LDPE微發(fā)泡復合材料的泡孔尺寸均勻、泡孔直徑較小，適用于LDPE發(fā)泡制品的開發(fā)。張純等［33］系統(tǒng)研究了不同的工藝參數(shù)對化學發(fā)泡注塑成型法制備的HDPE發(fā)泡材料的孔徑、孔分布和泡孔密度等性能的影響。實驗結(jié)果表明，注塑溫度對HDPE發(fā)泡材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)影響最大，其次為注塑壓力。注塑溫度影響發(fā)泡劑分解速率、產(chǎn)氣量和熔體強度，并與泡孔的形成和長大（泡孔合并）過程有關(guān)。楊美玲［34］采用注塑成型的方法制備了發(fā)泡聚烯烴試樣和麥稈粉/HDPE發(fā)泡復合材料試樣，研究了AC發(fā)泡劑的含量、麥稈粉含量及目數(shù)、硅烷偶聯(lián)劑含量對注塑成型的麥稈粉/HDPE發(fā)泡復合材料試樣的性能及泡孔形態(tài)的影響。研究結(jié)果表明，麥稈粉的加入會降低發(fā)泡材料的力學性能，硅烷偶聯(lián)劑的使用有利于發(fā)泡材料力學性能的改善。

3 PE發(fā)泡產(chǎn)品的性能

3.1 非交聯(lián)PE發(fā)泡產(chǎn)品

非交聯(lián)PE發(fā)泡產(chǎn)品以PE發(fā)泡棉為代表。PE發(fā)泡棉（又稱EPE珍珠棉）是非交聯(lián)閉孔結(jié)構(gòu)的一種新型環(huán)保包裝材料，一般由LDPE經(jīng)非交聯(lián)物理擠出發(fā)泡產(chǎn)生的微孔結(jié)構(gòu)構(gòu)成。它克服了普通PU和聚氯乙烯發(fā)泡材料易粉化、易形變及回彈性差的缺點，具有抗沖擊防震能力強、非交聯(lián)環(huán)保可循環(huán)利用、保溫隔音、耐水耐化學品腐蝕、防潮性、可塑性能佳及韌性強等優(yōu)良性能。由于具有良好的性價比，它可作為傳統(tǒng)包裝材料的理想替代品。PE發(fā)泡棉可廣泛應用于建筑裝修、汽車內(nèi)飾、電子電器、儀器儀表、電腦、家電音響、醫(yī)療器械、工控機箱、五金燈飾、工藝品、玻璃、家具家私、酒類及樹脂等高檔易碎禮品包裝，五金制品、玩具、瓜果、皮鞋的內(nèi)包裝。加入防靜電劑及阻燃劑得到的阻燃抗靜電級別的PE發(fā)泡棉的應用更廣泛。PE發(fā)泡棉與鋁箔或鍍鋁薄膜的復合制品具有優(yōu)異的反紅外紫外線能力，可用于野營器材、化工設備、冷藏庫或汽車遮陽，其管材大量用于空調(diào)、童車、兒童玩具、家私和水暖通氣等行業(yè)。

3.2 交聯(lián)PE發(fā)泡產(chǎn)品

交聯(lián)PE發(fā)泡產(chǎn)品具有以下優(yōu)良性能：良好的輕質(zhì)性、吸收沖擊性、回彈性及緩沖儲能性；熱導率低、耐低溫、隔熱保溫性能優(yōu)異、尺寸穩(wěn)定性好；閉孔結(jié)構(gòu)、表面光滑、易于著色；吸水率低、化學穩(wěn)定性、耐候性、耐老化性佳。與非交聯(lián)PE發(fā)泡產(chǎn)品相比，交聯(lián)PE發(fā)泡產(chǎn)品具有更好的耐化學品、耐水及耐候性。由于具有良好的緩沖性，能防震動，多用于包裝精密儀器和光學儀器，如中小型儀器、照相機、玻璃器皿、陶瓷、美術(shù)品、電視機、計算機、手機及鐘表；還可熱成型包裝，用作包角及保護膠合板、四周密封填襯及黏合劑。當使用筒形口模時可生產(chǎn)管道隔熱保溫材料，如空調(diào)制冷劑輸送管保溫、分戶供暖上下水管保溫、石油輸送管保溫等；在建筑工程領域，可用作住宅、寫字樓及冷庫外墻保溫，還可用于覆蓋天花板；在體育用品領域，可用于運動衣內(nèi)襯、航模、艦模、頭盔襯里、泳衣蒙皮、內(nèi)衣襯墊等；農(nóng)業(yè)領域可用作大棚保溫被、坑道栽培和貯藏室隔熱層；交通運輸領域，可用于飛機、汽車、火車及輪船的裝飾保溫材料，冷藏車的車門及汽車線束管。

3.3 EPE產(chǎn)品

EPE的主要優(yōu)點是可根據(jù)需要設計模壓成型，從而得到各種異形產(chǎn)品。EPE珠粒為非交聯(lián)結(jié)構(gòu)，可循環(huán)利用，主要用于對低溫有要求的特殊應用領域，如海鮮冷藏及包裝、低溫設備內(nèi)線路隔溫層、航天航空器精密儀器保溫等。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)PE發(fā)泡產(chǎn)品技術(shù)工藝成熟，應用領域廣泛，但還存在一些問題。例如交聯(lián)PE發(fā)泡材料中交聯(lián)結(jié)構(gòu)的存在導致其無法循環(huán)利用；物理發(fā)泡PE材料的耐候性及可重復利用性還有待提高；EPE的生產(chǎn)工藝復雜，價格昂貴，從而限制其應用領域。通過聚合工藝的改進，對PE的分子結(jié)構(gòu)進行設計，得到非交聯(lián)態(tài)熔體強度高、流動性好、且發(fā)泡性能佳的PE基礎樹脂，對于PE發(fā)泡材料的升級換代具有科學及經(jīng)濟價值。

PE發(fā)泡材料發(fā)展速度快，其中，物理擠出發(fā)泡及交聯(lián)擠出發(fā)泡技術(shù)成熟，市場占有率高，相比傳統(tǒng)的PS及PU發(fā)泡材料具有性價比高、環(huán)境效益好、附加值高等特點。近年來，EPE的出現(xiàn)拓展了PE發(fā)泡材料的應用領域。隨著能源及綠色環(huán)保低碳問題的出現(xiàn)，輕量化PE發(fā)泡制品必將有更加廣闊的發(fā)展空間。

［1］ Chum P S，Swogger K W. Olefin Polymer Technologies-History and Recent Progress at the Dow Chemical Company［J］. Prog Polym Sci，2008，33（8）：797 - 819.

［2］ 桂觀群. 聚乙烯擠出發(fā)泡成型研究［D］. 上海：東華大學，2012.

［3］ DuPont. Synthetic Spongy Material：US，2256483 A［P］. 1941-09-23.

［4］ Dow Chemical Co. Process of Foaming and Extruding Polyethylene Using 1，2-Dichlorotetrafluoroethane as the FoamingAgent：US，3067147 A［P］.1962-12-04.

［5］ Furukawa Electric Co. Ltd. Method of Manufacturing Foamed Crosslinked Polyolefin Slabs Involving Multiple Expansion Techniques and Direct Gas Pressure：US，3812225 A ［P］. 1974-05-21.

［6］ BASF Ag. Production of Chlorinated Polyethylene Foams：US，3819543 A［P］.1974-06-25.

［7］ BASFA ktiengesellschaft. Manufacture of Crosslinked Foamable Moldings from Olefin Polymers：US，4166890 A ［P］. 1979-09-04.

［8］ 何繼敏. 聚合物發(fā)泡材料及技術(shù)［M］. 北京：化學工業(yè)出版社，2007：253 - 254.

［9］ 王偉華，羅承緒. 丁烷物理發(fā)泡聚乙烯的生產(chǎn)與應用［J］. 現(xiàn)代塑料加工應用，1999，11（1）：26 - 28.

［10］ 邢哲. 輻照交聯(lián)聚乙烯的超臨界二氧化碳微孔發(fā)泡研究［D］.湘潭：湘潭大學，2008.

［11］ 楊娟. 化學交聯(lián)發(fā)泡聚乙烯的發(fā)泡過程研究及其泡孔調(diào)控［D］. 上海：華東理工大學，2013.

［12］ Wang C，Wang J，Park C B，et al. Processing of Porous Silicon Oxycarbide Ceramics from Extruded Blends of Polysiloxane and Low-Density Polyethylene［J］. J Ceram Process Res，2009，10（2）：238 - 242.

［13］ Kuboki Takashi，Lee Y H，Park C B，et al. Mechanical Properties and Foaming Behavior of Cellulose Fiber Reinforced High-Density Polyethylene Composites［J］. Polym Eng Sci，2009，49（11）：2179 - 2188.

［14］ Adhikary K B，Islam M R，Rizvi G M，et al. Effect of Extrusion Conditions on the Surface Quality，Mechanical Properties，and Morphology of Cellular Wood Flour/High-Density Polyethylene Composite Profiles［J］. J Thermoplast Compos，2013，26（8）：1127 - 1144.

［15］ 劉本剛，趙哲晗，何路東，等. 不同高密度聚乙烯發(fā)泡體系的擠出發(fā)泡行為研究［J］. 中國塑料，2011，25（3）：70 -74.

［16］ 陸慶章. 可發(fā)性聚烯烴的初步研究［D］. 北京：北京化工大學，2009.

［17］ 許佳潤. 以超臨界CO2為介質(zhì)的LDPE發(fā)泡塑料擠出成型研究［D］. 廣州：華南理工大學，2011.

［18］ 徐定紅，龔維，張純，等. 低密度聚乙烯/聚苯乙烯合金材料的發(fā)泡行為［J］. 塑料，2012，41（5）：48 - 51.

［19］ Wei H，Thompson R B， Park C B， et al. Surface Tension of High Density Polyethylene（HDPE） in Supercritical Nitrogen：Effect of Polymer Crystallization［J］. Colloids Surf， A，2010，354（1/3）：347 - 352.

［20］ Wang J，Lee P C，Park C B. Visualization of Initial Expansion Behavior of Butane-Blown Low-Density Polyethylene Foam at Extrusion Die Exit［J］. Polym Eng Sci，2011，51 （3）：492 - 499.

［21］ Lee Y H，Kuboki T，Park C B，et al. The Effects of Nanoclay on the Extrusion Foaming of Wood Fiber/Polyethylene Nanocomposites［J］. Polym Eng Sci，2011，51（3）：1022 -1041.

［22］ 張玉霞，劉本剛，陳云，等. 超臨界CO2擠出發(fā)泡DCP微交聯(lián)高密度聚乙烯研究［J］. 中國塑料，2012，26（6）：81 -86.

［23］ Guo Peng，Liu Youpeng，Xu Yaohui，et al. Effects of Saturation Temperature/Pressure on Melting Behavior and Cell Structure of Expanded Polypropylene Bead［J］. J Cell Plast，2014，50（4）： 321 - 335.

［24］ Lee E K. Novel Manufacturing Processes for Polymer Bead Foams［D］. Toronto：University of Toronto，2010.

［25］ Behravesh A H，Park C B，Lee E K. Formation and Characterization of Polyethylene Blends for Autoclave-Based Expanded-Bead Foams［J］. Polym Eng Sci，2010，50（6）：1161 -1167.

［26］ 張文華. 聚乙烯共混發(fā)泡材料的制備及性能研究［D］. 天津：天津科技大學，2011.

［27］ 張燚，熊傳溪. 模壓法制備物理發(fā)泡聚乙烯塑料的研究［J］.上海塑料，2005， 129（1）：27-30.

［28］ 李垂祥，楊雷，李樹軍，等. 影響LDPE模壓發(fā)泡保溫材料質(zhì)量的因素［J］. 塑料助劑，2011，86（2）：42 - 45.

［29］ 廖華勇，陶國良. 高密度聚乙烯/低密度聚乙烯共混材料的模壓發(fā)泡［J］. 高分子材料科學與工程，2013，29（7）：131 -134，139.

［30］ 王洪，張隱西. 低密度聚乙烯二步法模壓發(fā)泡的研究［J］.塑料工業(yè)，1997，18（1）：70 - 72.

［31］ 胡廣洪. 微細發(fā)泡注塑成型工藝的關(guān)鍵技術(shù)研究［D］. 上海：上海交通大學，2009.

［32］ 莫文江，劉何琳，張純，等. POE對LDPE發(fā)泡行為的影響［J］. 現(xiàn)代塑料加工應用，2014，26（1）：37 - 40.

［33］ 張純，于杰，何力，等. 注塑工藝參數(shù)對HDPE化學發(fā)泡行為的影響［J］. 高分子材料科學與工程，2010，26（10）：107 - 111.

［34］ 楊美玲. 化學發(fā)泡麥稈粉/HDPE復合材料注塑制品機械性能研究［D］. 鄭州：鄭州大學，2012.

（編輯 鄧曉音）

Progresses in Research of Polyethylene Foaming Materials

Guo Peng，Xu Yaohui，Zhang Shijun，Lü Mingfu
（SINOPEC Beijing Research Institute of Chemical Industry，Beijing 100013，China）

Progresses in the research of polyethylene foaming materials were introduced. The preparation methods for the polyethylene foaming materials，namely extruding foaming，autoclavebased batch foaming，molding foaming and injection foaming，were reviewed，among which，physical extruding foaming and crosslinking extruding foaming gained high market share due to mature techniques. The features and applications of the polyethylene foaming products and polyethylene foaming beads were summarized. The developing tendency and problems to be solved for the polyethylene foaming materials were proposed.

polyethylene；foaming materials；preparation

1000 - 8144（2015）02 - 0261 - 06

TQ 328.9

A

2014 - 08 - 11；［修改稿日期］ 2014 - 11 - 14。

郭鵬（1982—），男，江蘇省靖江市人，博士，高級工程師，電話 010 - 59202167，電郵 guopeng.bjhy@sinopec.com。聯(lián)系人：呂明福，電話 010 - 59202165，電郵 lumf.bjhy@sinopec.com。

國家科技支撐計劃課題（2011BAE26B04）；中國石化科技開發(fā)項目（G6001-14-ZS-0464）。