LDPE/EVA/彈性體發(fā)泡材料的研究

連榮炳

(廈門威迪亞科技有限公司， 361000)

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·特色專欄·

LDPE/EVA/彈性體發(fā)泡材料的研究

連榮炳

(廈門威迪亞科技有限公司， 361000)

研究了發(fā)泡劑AC、彈性體三元乙丙橡膠(EPDM)和丁腈橡膠(NBR)、填料超細(xì)CaCO3對(duì)低密度聚乙烯(LDPE)/聚乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)/彈性體發(fā)泡材料性能的影響。結(jié)果表明：當(dāng)m(AC)∶m(LDPE+EVA)=6∶100時(shí)，發(fā)泡材料的密度達(dá)到0.078 g/cm3；EPDM能提高發(fā)泡材料的強(qiáng)度，當(dāng)m(EPDM)∶m(LDPE+EVA)=15∶100時(shí)，發(fā)泡材料的力學(xué)性能優(yōu)異；超細(xì)CaCO3可以提高發(fā)泡材料的強(qiáng)度，當(dāng)m(CaCO3)∶m(LDPE+EVA)=30∶100時(shí)，發(fā)泡材料的泡孔均勻、細(xì)密，且性能較好。

LDPE； EVA； 彈性體；發(fā)泡材料； 配方

0　前言

LDPE/EVA發(fā)泡材料質(zhì)輕、強(qiáng)韌、耐磨，還具有優(yōu)異的回彈耐老化性、耐龜裂性和化學(xué)性能，廣泛用于鞋材、包材、化工和建筑等行業(yè)。近年來(lái)衛(wèi)浴行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，成本壓力也越來(lái)越大，高性能的LDPE/EVA/彈性體發(fā)泡材料被很多廠家用于衛(wèi)浴密封件，以替代成本較高的橡膠件。

筆者研究了發(fā)泡劑AC、彈性體EPDM和NBR、超細(xì)CaCO3對(duì)LDPE/EVA發(fā)泡材料的密度及力學(xué)性能的影響，并研制了綜合性能較好、且能滿足衛(wèi)浴零件密封要求的LDPE/EVA/彈性體發(fā)泡材料[1-2]。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1原料

EVATAISOXI，中國(guó)臺(tái)灣塑膠工業(yè)有限公司;

LDPE1I2A，北京燕山石化公司；

偶氮二甲酰胺(AC)分析純，杭州海虹精細(xì)化工公司；

過(guò)氧化二異丙苯(DCP)分析純，上海高橋石化公司；

三元乙丙橡膠(EPDM)中國(guó)吉林石化公司；

丁腈橡膠(NBR)蘭州石化公司石化研究院；

超細(xì)CaCO3，內(nèi)蒙古蒙西公司。

1.2儀器與設(shè)備

雙輥塑煉機(jī)SK-160B型，上海橡膠機(jī)械廠；

平板硫化機(jī)XLB型，青島第三橡膠機(jī)械廠；

拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)XL-250型，廣州實(shí)驗(yàn)儀器廠；

測(cè)厚儀CH-10-AT型，上海六菱儀器廠；

電子掃描顯微鏡JSM-5900LV，日本日立公司。

1.3性能測(cè)試

密度按GB/T 6343—1995測(cè)試；

拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率按GB/T 6344—1996測(cè)試；

壓陷硬度按GB 10870—89測(cè)試；

發(fā)泡倍率發(fā)泡試樣體積與模具型腔體積之比。

1.4實(shí)驗(yàn)方法

工藝條件：將LDPE加入雙輥塑煉機(jī)中，輥溫為90～100 ℃，熔化后加入EVA和彈性體EPDM、NBR，填料超細(xì)CaCO3，然后依次加入DCP、AC、發(fā)泡促進(jìn)劑，混煉10 min后出片；稱取適量的料片，置于平板硫化機(jī)模具上，模壓發(fā)泡成型，壓制溫度為165～170 ℃，壓制時(shí)間為10 min，壓制壓力為10 MPa。

2　結(jié)果與討論

2.1AC對(duì)發(fā)泡材料性能的影響

發(fā)泡劑是氣泡增長(zhǎng)的動(dòng)力，其用量直接影響到材料的發(fā)泡倍率，是控制發(fā)泡材料力學(xué)性能的主要因素。偶氮二甲酰胺(AC)的性價(jià)比高，適用范圍寬，應(yīng)用廣泛。AC發(fā)泡劑分解溫度195～210 ℃，添加適量發(fā)泡混合促進(jìn)劑，可以把分解溫度降至160～175 ℃，與LDPE/EVA材料的成型溫度相符合。m(AC)∶m(LDPE+EVA)對(duì)發(fā)泡材料的密度及力學(xué)性能的影響，如表1所示。

印度最大的汽車和摩托車零部件經(jīng)銷商之一Bastian Solution已經(jīng)安裝了OTU換向臺(tái)。它可用于所有的倉(cāng)庫(kù)，速度極快，每小時(shí)能將10,000個(gè)包裹配送至八個(gè)甚至更多不同的目的地。這種分揀機(jī)突出了OTU的優(yōu)勢(shì)，貨物可沿著曲線被直接運(yùn)輸?shù)接覀?cè)或左側(cè)，或者直接運(yùn)輸?shù)街被邸?/p>

表1　m(AC)∶m(LDPE+EVA)對(duì)發(fā)泡材料性能的影響

由表1可知：隨著m(AC)∶m(LDPE+EVA)增加，發(fā)泡材料的密度、拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、硬度均呈下降趨勢(shì)。當(dāng)m(AC)∶m(LDPE+EVA)為6%時(shí)，發(fā)泡材料的密度較??；m(AC)∶m(LDPE+EVA)繼續(xù)增大時(shí)，密度變化很小，因此，m(AC)∶m(LDPE+EVA)為6%時(shí)為宜。

2.2EPDM對(duì)發(fā)泡材料性能的影響

LDPE/EVA發(fā)泡材料存在易打滑、不耐穿刺、低溫變硬等缺點(diǎn)，需要添加彈性體進(jìn)行改善，同時(shí)彈性體的加入，也改善了LDPE/EVA的黏彈性，提高了材料的柔韌性、耐折性和耐磨性。由表1可見(jiàn)：發(fā)泡材料的密度很小時(shí)，材料的強(qiáng)度也較差。m(EPDM)∶m(LDPE+EVA)對(duì)發(fā)泡材料性能的影響，表2所示。 由表2可見(jiàn)：隨著m(EPDM)∶m(LDPE+EVA)的增加，發(fā)泡材料的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、硬度均呈上升趨勢(shì)，但密度逐漸變大。這是因?yàn)镋PDM的黏度較高，用量越大，體系的黏度就越大，體系發(fā)泡越困難，從而使發(fā)泡材料的強(qiáng)度提高，密度增大。當(dāng)m(EPDM)∶m(LDPE+EVA)為15%時(shí)，發(fā)泡材料的密度為0.121 g/cm3，力學(xué)性能優(yōu)異。

表2　m(EMDM)∶m(LDPE+EVA)對(duì)發(fā)泡材料性能的影響

2.2NBR對(duì)發(fā)泡材料性能的影響

NBR少量添加時(shí)，易在體系中形成分散相，降低分子鏈之間的作用力，起增塑作用，此時(shí)NBR可視為一種高分子增塑劑[3]；只有當(dāng)NBR添加到一定量時(shí)，在體系中形成了連續(xù)相，才能增大體系的黏度，提高材料的強(qiáng)度。m(NBR)∶m(LDPE+EVA)對(duì)發(fā)泡材料性能的影響，如表3所示。由表3可知：發(fā)泡材料的密度、斷裂伸長(zhǎng)率基本上不受NBR用量的影響；隨著NBR的加入，發(fā)泡材料的拉伸強(qiáng)度反而變差，撕裂強(qiáng)度基本上沒(méi)有得到改善，但柔軟性變好?？梢?jiàn)，NBR在該體系中起增塑作用，而非增強(qiáng)作用。

表3　m(NBR)∶m(LDPE+EVA)對(duì)發(fā)泡材料性能的影響

NBR降低了體系黏度，使材料的發(fā)泡倍率增大。圖1是材料的發(fā)泡倍率與m(NBR)∶m(LDPE+EVA)的關(guān)系圖。NBR加入越多，材料發(fā)泡越充分，厚度越大?？梢?jiàn)，NBR促進(jìn)了材料發(fā)泡。

圖1　材料發(fā)泡倍率與m(NBR)∶m(LDPE+EVA)的關(guān)系

2.3超細(xì)CaCO3對(duì)發(fā)泡材料性能的影響

塑料成型中，在不影響性能的條件下，可以加入一些填料，如碳酸鈣，它既可以降低成本，同時(shí)在一定范圍內(nèi)又可以提高材料的強(qiáng)度[4]。在LDPE/EVA/NBR體系中加入超細(xì)CaCO3，其他助劑不變，m(CaCO3)∶m(LDPE+EVA+NBR)對(duì)LDPE/EVA/NBR發(fā)泡材料性能的影響，如表4所示。由表4可知：與未填充超細(xì)CaCO3的材料相比，超細(xì)CaCO3提高了發(fā)泡材料的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和硬度。這是因?yàn)樘畛涑?xì)CaCO3時(shí)，少量的CaCO3顆?？梢苑稚⒌脚菘组g的孔隙中，起到補(bǔ)強(qiáng)作用[5]，但增大了發(fā)泡材料的密度，降低了斷裂伸長(zhǎng)率。當(dāng)m(CaCO3)∶m(LDPE+EVA+NBR)為30%時(shí)，發(fā)泡材料的密度為0.115 g/cm3，斷裂伸長(zhǎng)率較大，材料綜合性能較好。

表4　m(CaCO3)∶m(LDPE+EVA+NBR)對(duì)LDPE/EVA/NBR發(fā)泡材料性能的影響

泡孔的孔徑和分布均勻性是影響發(fā)泡材料性能的主要因素，一般泡孔小而分布均勻的閉孔泡沫材料具有較好的綜合性能[6]。圖2是m(LDPE)∶m(EVA)∶m(NBR)=60∶40∶10和m(LDPE)∶(EVA/NBR)∶CaCO3=60∶40∶10∶30的發(fā)泡材料斷面泡孔分布的顯微鏡照片。由圖2可見(jiàn)：LDPE/EVA/NBR/CaCO3材料的泡孔比LDPE/EVA/NBR材料的更均勻細(xì)密。這是因?yàn)镃aCO3在體系中起泡孔成核作用，同時(shí)增大體系黏度，從而使泡孔數(shù)目增加，體積變小，所以CaCO3提高了發(fā)泡材料的強(qiáng)度。

3　結(jié)語(yǔ)

(1) 密度小是發(fā)泡材料的優(yōu)良性能，當(dāng)m(AC)∶m(LDPE+EVA)為6%時(shí)，發(fā)泡材料的密度達(dá)到0.078 g/cm3。

(2) EPDM彈性體能有效提高發(fā)泡材料的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度，但會(huì)增大材料密度，降低斷裂伸長(zhǎng)率。當(dāng)m(EPDM)∶m(LDPE+EVA)為15%時(shí)，發(fā)泡材料的力學(xué)性能較好。

(a) m(LDPE)∶m(EVA)∶m(NBR)=60∶40∶10

(b) m(LDPE)∶m(EVA)∶m(NBR)∶m(CaCO3)=60∶40∶10∶30

(3) NBR彈性體在發(fā)泡材料中起增塑作用，提高材料的發(fā)泡倍率，但不能提高材料的強(qiáng)度。在LDPE/EVA/NBR體系中加入超細(xì)CaCO3，發(fā)泡材料的強(qiáng)度得到提高。當(dāng)m(CaCO3)∶m(LDPE)∶m(EVA)∶m(NBR)=30∶60∶40∶10時(shí)，發(fā)泡材料的密度低，性能較好，且能滿足衛(wèi)浴件的密封要求。

[1]MINORU Sawai, KENICHI Miyamoto. Super low density polyurethane systems for sports shoes[J]. Journal of Cellular Plastics, 2000, 36(4)：286-293.

[2]劉燦培，林金火. 超輕EVA發(fā)泡材料的研制與生產(chǎn)[J].中國(guó)塑料，2004，18(2)：58-62.

[3]郁小強(qiáng). PVC發(fā)泡人造革泡孔質(zhì)量的研究[J]. 聚氯乙烯，2000(3)：35-40.

[4]邱桂學(xué)，許淑貞. 碳酸鈣填充HDPE泡沫塑料[J].工程塑料應(yīng)用，1997，25(5)：16-18.

[5]王慧敏，寇亞志，倪士民. EVA/LDPE發(fā)泡材料的研制[J]. 科技進(jìn)展，1999(5)：12-14.

[6]趙祺，雷衛(wèi)華，古忠云，等.硅橡膠/三元乙丙橡膠泡沫合金性能的研究[J]. 特種橡膠制品，2000，21(6)：25-27.

Study on LDPE/EVA/Elastomer Foaming Materials

LIAN Rong-bing

(Xiamen Wdiplumbing Technology Co., Ltd., Xiamen 361000， China)

The effects of the blowing agent AC, elastomer of EPDM and NBR, filler of ultra fine CaCO3on the properties of LDPE/elastomer foaming materials were studied. The result show that the density of foaming materials reaches 0.078 g/cm3whenm(AC)∶m(LDPE+EVA)=6∶100; EPDM could enhance the strength of foaming materials, and the mechanical property is superior whenm(EPDM)∶m(LDPE+EVA)=15∶100; ultra fine CaCO3could enhance the strength of foaming materials, and whenm(CaCO3)∶m(LDPE+EVA)=6∶100, the property of foaming materials could be better and the cell structure could be also even.

LDPE; EVA; elastomer; foaming material; formula

連榮炳(1978—)，男，工程師，研究各種發(fā)泡材料的配方和工藝。

TQ 320

A

1009-5993(2016)01-0042-04

2015-12-15)