交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料的研究進(jìn)展

夏碧華，徐文強(qiáng)，王 珂，黃啟谷，孫小杰

(1.北京低碳清潔能源技術(shù)研究所，先進(jìn)材料中心，北京 102211；2. 北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京100029)

0 前言

聚乙烯具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能，同時(shí)其具有產(chǎn)量大、價(jià)格低廉、容易獲得等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。聚乙烯材料的衍生品種很多，例如：阻燃聚乙烯材料、發(fā)泡聚乙烯材料、抗老化聚乙烯材料等等，其中發(fā)泡聚乙烯材料由于具有獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的隔電、隔熱、強(qiáng)韌、能量吸收性、耐腐蝕等[1-2]，被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施、建筑、農(nóng)業(yè)、家居生活等領(lǐng)域[3-4]，同時(shí)聚乙烯也是是最早工業(yè)化應(yīng)用的發(fā)泡材料之一[5]。

已有多種關(guān)于聚乙烯發(fā)泡材料的制備方法被報(bào)道[6]，例如：按發(fā)泡劑種類來(lái)分，發(fā)泡聚乙烯材料的制備方法分為物理法和化學(xué)法，常用的物理發(fā)泡劑主要有惰性氣體如N2、CO2以及正戊烷、正己烷、石油醚等低沸點(diǎn)液體；常用的化學(xué)發(fā)泡劑有偶氮二甲酰胺、N,N-二亞硝基五次甲基四胺、4,4-氧代雙苯磺酰肼，其中，偶氮二甲酰胺的分解機(jī)理如圖1所示。從聚乙烯發(fā)泡材料的生產(chǎn)工藝來(lái)看，分為有壓發(fā)泡和無(wú)壓發(fā)泡2種方式[7]。有壓發(fā)泡工藝通過(guò)設(shè)備在有壓力的條件下制備發(fā)泡聚乙烯材料，該工藝相對(duì)較為成熟，采用該工藝制備的發(fā)泡材料性質(zhì)較為穩(wěn)定，但其存在設(shè)備投資高、制備工藝復(fù)雜、氣體壓力大等缺點(diǎn)。無(wú)壓發(fā)泡工藝主要將聚乙烯材料在加熱或者輻射條件下發(fā)泡，該工藝主要應(yīng)用在滾塑領(lǐng)域，其具有設(shè)備投資低、制備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但是也存在制備泡孔均勻性較差、泡孔尺寸不易控制、發(fā)泡倍率低等問(wèn)題。然而，由于聚乙烯是典型的高結(jié)晶度聚合物，在熔點(diǎn)以下具有很高的粘彈性，接近熔點(diǎn)時(shí)黏度又急劇降低，化學(xué)發(fā)泡劑的分解氣體或物理發(fā)泡劑在樹(shù)脂中極易出現(xiàn)泡孔塌陷、關(guān)閉或者氣體逸出等現(xiàn)象而造成發(fā)泡失敗，通常采用的溶劑發(fā)泡技術(shù)很難控制操作，并且只能使原料的體積增大2～3倍。除此以外，發(fā)泡聚乙烯材料還存在力學(xué)性能較差、泡孔尺寸較大等問(wèn)題，為解決氣體在聚乙烯樹(shù)脂中殘留率低、氣體透過(guò)率高等問(wèn)題，通常采用交聯(lián)法使乙烯分子形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以提高熔體強(qiáng)度[8]。

HNCO+NH3

圖1 偶氮二甲酰胺的分解機(jī)理
Fig.1 Decomposition mechanism of azodiformamide

圖2 泡孔生長(zhǎng)示意圖Fig.2 Schematic diagram of foaming growth

聚乙烯的交聯(lián)方法主要分為化學(xué)法和輻射法[9]。化學(xué)交聯(lián)法主要采用過(guò)氧化物作為交聯(lián)劑(常用的交聯(lián)劑主要有過(guò)氧化二異丙苯和過(guò)氧化苯甲酰等) 使聚乙烯分子間產(chǎn)生交聯(lián)，具體交聯(lián)反應(yīng)過(guò)程如下：交聯(lián)劑受熱分解生成初級(jí)自由基，初級(jí)自由基進(jìn)攻聚乙烯大分子鏈，使聚乙烯大分子鏈上生成不飽和的雙鍵結(jié)構(gòu)(即聚乙烯大分子鏈自由基)，由于大分子鏈自由基反應(yīng)活性較強(qiáng)，當(dāng)分子鏈自由基彼此相遇時(shí)，便會(huì)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)生成化學(xué)鍵，最終實(shí)現(xiàn)交聯(lián)[10-13]，化學(xué)法制備交聯(lián)聚乙烯的反應(yīng)機(jī)理如圖3所示。輻射交聯(lián)法主要是通過(guò)輻射使得聚乙烯材料形成活化中心，活化中心與其它聚乙烯分子鏈之間產(chǎn)生化學(xué)交聯(lián)，生成的產(chǎn)品稱為輻射交聯(lián)聚乙烯[6]262，圖4為輻射法制備交聯(lián)聚乙烯的示意圖。相較于輻射交聯(lián)法，采用過(guò)氧化物作為引發(fā)劑和交聯(lián)劑的化學(xué)交聯(lián)法應(yīng)用更為普遍和廣泛。

圖3 化學(xué)法制備交聯(lián)聚乙烯反應(yīng)機(jī)理
Fig.3 Reaction mechanism of crosslinking polyethylene prepared by chemical method

圖4 聚乙烯輻射交聯(lián)示意圖Fig.4 Schematic diagram of radiation crosslinking polyethylene

綜上所述，經(jīng)過(guò)交聯(lián)反應(yīng)的發(fā)泡材料稱為交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料，其兼具交聯(lián)材料和發(fā)泡材料的優(yōu)點(diǎn)。與聚乙烯發(fā)泡材料相比，經(jīng)過(guò)交聯(lián)的制品泡孔結(jié)構(gòu)更均勻規(guī)則，其耐熱、耐蠕變、耐候、耐化學(xué)腐蝕、耐應(yīng)力開(kāi)裂、彈性及力學(xué)強(qiáng)度等性能均能得到改善；與交聯(lián)聚乙烯材料相比，交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料具備密度低、重量輕的優(yōu)勢(shì)，上述優(yōu)點(diǎn)使得交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料的應(yīng)用范圍更為廣泛[6]265。本文主要綜述了國(guó)內(nèi)外交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料制備工藝及應(yīng)用進(jìn)展，其中，制備工藝主要分為有壓發(fā)泡和無(wú)壓發(fā)泡2種工藝，交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料的應(yīng)用進(jìn)展則主要針對(duì)其在填充材料、隔熱材料、建筑材料和輕量化材料等領(lǐng)域的應(yīng)用情況總結(jié)。

1 交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料的制備工藝

1.1 有壓工藝制備交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料

有壓工藝是指聚乙烯材料在有壓力的條件下完成交聯(lián)和發(fā)泡反應(yīng)，采用有壓工藝法交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料又細(xì)分為模壓法和擠出法2種。

1.1.1 模壓法

模壓法是在平板模內(nèi)加熱加壓發(fā)泡的工藝，可分為一步法和二步法。一步法是配料混煉后的片材在同一模具內(nèi)完成交聯(lián)和發(fā)泡2個(gè)工序，加熱溫度較高，一般設(shè)定為180～200 ℃，加熱時(shí)間4～6 min。二步法是將片材先在稍低溫度下加熱加壓一段時(shí)間，一般為(12～15 min)，隨后將交聯(lián)完且部分發(fā)泡的低發(fā)泡物料取出來(lái)，放入二次發(fā)泡模具內(nèi)進(jìn)一步加熱發(fā)泡。顯然，一步法適于制造低發(fā)泡倍率的產(chǎn)品，二步法適于制造中高發(fā)泡倍率的產(chǎn)品，發(fā)泡倍率可達(dá) 40倍以上，全部反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，約為 44 min[6]264。

圖5 模壓法制備交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料Fig.5 Prepared crosslinking polyethylene foaming materials by moulding method

張燚等采用了均勻混合密煉的方法制備交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料：將線形低密度聚乙烯、空心玻璃微珠及交聯(lián)劑、發(fā)泡劑按照一定配比在常溫下混合均勻后加入密煉機(jī)，在160 ℃和40r/min的條件下密煉。交聯(lián)劑含量越多，體系黏度越大，模壓時(shí)空心玻璃微珠破裂得就越多，釋放的氣體量也越多，所形成的泡孔孔徑越小，反之密度較大且較為均勻，最終制備的材料力學(xué)性能越好[14]。Rodriguez-Perez等以低密度聚乙烯樹(shù)脂為基體、偶氮二甲酰胺為發(fā)泡劑、過(guò)氧化二異丙苯為交聯(lián)劑，采用雙螺桿擠出機(jī)均勻混合上述物料，隨后將混合物放入一定溫度的壓片機(jī)中預(yù)壓使交聯(lián)劑和發(fā)泡劑部分分解，隨后升高壓片機(jī)的壓力使得交聯(lián)劑和發(fā)泡劑充分反應(yīng)完全，最后壓片機(jī)泄壓、冷卻至室溫，制得交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料[15]。章炎敏等將熱膨脹微球與低密度聚乙烯均勻混合然后模壓發(fā)泡， 研究發(fā)現(xiàn)微球膨脹后的體積是膨脹前的50倍，直徑最大可達(dá)110 μm，添加10 %質(zhì)量分?jǐn)?shù)的微球可使低密度聚乙烯的密度降低至 0.2 g/cm3，熱膨脹微球?qū)Φ兔芏染垡蚁┌l(fā)泡材料的泡孔有較好的控制能力，最終制備的泡孔結(jié)構(gòu)和數(shù)量取決于熱膨脹微球的用量[16]。劉莊等研究以高密度聚乙烯、木粉為主要原料，分別以過(guò)氧化二異丙苯和偶氮二甲酰胺為交聯(lián)劑和發(fā)泡劑，采用模壓法制備了高密度聚乙烯微發(fā)泡木塑復(fù)合材料。研究木粉粒徑、交聯(lián)劑添加量、發(fā)泡劑添加量對(duì)高密度聚乙烯微發(fā)泡木塑復(fù)合材料性能的影響，結(jié)果表明，當(dāng)木粉粒徑為106 μm、交聯(lián)劑的用量為1.5 %、發(fā)泡劑用量為0.7 %時(shí)，制備的微孔聚乙烯復(fù)合材料的物理性能較好[17]。

1.1.2 擠出法

擠出交聯(lián)發(fā)泡法是將含有交聯(lián)劑和發(fā)泡劑的聚乙烯混合物料從擠出機(jī)口模擠出，交聯(lián)劑在擠出機(jī)的高溫環(huán)境下發(fā)生分解引發(fā)聚乙烯分子間交聯(lián)，當(dāng)聚乙烯熔融物料從高壓降為常壓時(shí)，氣體膨脹最終形成交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料，擠出法制備交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料的示意圖如圖6所示。擠出法又可細(xì)分為1,2-二氯四氟乙烷法、化學(xué)發(fā)泡劑法和超臨界CO2法3種。

圖6 擠出法制備交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料示意圖Fig.6 Schematic diagram of preparing crosslinking polyethylene foaming materials by extrusion method

1,2-二氯四氟乙烷法通常首先將配料加熱，使其在140 ℃塑化，隨后降溫至105 ℃并加入1,2-二氯四氟乙烷均化后，最后將均化后的混合物擠出并釋放壓力并最終發(fā)泡的工藝過(guò)程。該方法因?yàn)槿菀自斐煞葻N的污染，一般不被采用?；瘜W(xué)發(fā)泡劑法常用于制造管材、棒材，配料在螺桿機(jī)頭部高速混合加熱，塑化段保持135～180 ℃溫度完成交聯(lián)，在第二均化段加入發(fā)泡劑，同時(shí)控制機(jī)頭溫度不超過(guò)135 ℃、模具溫不超過(guò)130 ℃的條件下擠出發(fā)泡并成型[18]。Park等采用超臨界CO2法制備交聯(lián)聚乙烯微孔材料，以線性低密度聚乙烯為樹(shù)脂基體、過(guò)氧化二異丙苯為交聯(lián)劑、滑石粉作為成核劑、聚苯乙烯作為誘導(dǎo)劑，將上述物料均勻混合后放入擠出機(jī)，同時(shí)在擠出機(jī)的第二段上側(cè)注入超臨界CO2流體，使CO2均勻溶解于聚乙烯基體中，使聚乙烯基體形成不穩(wěn)定的過(guò)飽和狀態(tài)，最后通過(guò)口模發(fā)泡成型。采用該方法制備的聚乙烯材料泡孔尺寸微小、結(jié)構(gòu)均勻規(guī)則、泡孔數(shù)量呈現(xiàn)幾何級(jí)增長(zhǎng)、力學(xué)性能優(yōu)越[19-20]。

采用擠出工藝制備交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料已經(jīng)開(kāi)展多年，其在工藝和理論方面都得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也得到不斷拓展。但是也存在一些問(wèn)題，例如：工藝參數(shù)的控制相對(duì)復(fù)雜、不夠穩(wěn)定，影響這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。相信隨著擠出交聯(lián)發(fā)泡工藝的不斷發(fā)展，其應(yīng)用前景將更加廣闊[21]。

1.2 無(wú)壓工藝制備交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料

為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化制備工藝和步驟，同時(shí)降低設(shè)備投資，人們研發(fā)出交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料無(wú)壓制備工藝。無(wú)壓工藝主要是指聚乙烯材料的交聯(lián)反應(yīng)和發(fā)泡反應(yīng)在常壓條件下發(fā)生并完成。目前，交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料的無(wú)壓制備工藝主要分為發(fā)泡爐工藝、滾塑工藝和輻射工藝[22]。

1.2.1 發(fā)泡爐工藝

發(fā)泡爐的結(jié)構(gòu)主要分為3段，包括預(yù)熱段、交聯(lián)段和發(fā)泡段[7] 5。采用發(fā)泡爐制備交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料的大致步驟為：首先將聚乙烯和交聯(lián)劑、發(fā)泡劑及其他助劑混合均勻，隨后將上述混合物放在壓板機(jī)上模壓制備成一定尺寸的片材，然后放入發(fā)泡爐中程序升溫加熱，加熱到一定溫度后，迅速將材料從爐中取出并放入冰水中終止發(fā)泡[23-24]。

圖7 工業(yè)發(fā)泡爐結(jié)構(gòu)圖Fig.7 Structure chart of foaming furnace

李環(huán)環(huán)等采用發(fā)泡爐工藝制備高發(fā)泡倍率的交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料，首先采用雙螺桿擠出機(jī)將聚乙烯與復(fù)合發(fā)泡劑、交聯(lián)劑(過(guò)氧化二異丙苯和乙烯-乙酸乙烯共聚物)混合均勻，隨后將上述混合物壓制成一定形狀的片材，最后放入水平發(fā)泡爐中發(fā)泡。通過(guò)一系列相關(guān)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，得出發(fā)泡倍率為40倍且性能優(yōu)異的交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料，經(jīng)測(cè)試其性能滿足產(chǎn)品的要求，且回彈性能優(yōu)于發(fā)泡倍率為30 和 35 倍的交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料[25]。

雖然采用發(fā)泡爐制備交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料的過(guò)程較為簡(jiǎn)單，但是其運(yùn)轉(zhuǎn)效率低，單體容量有限，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)型企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)量；除此以外，發(fā)泡爐技術(shù)對(duì)于制備3層或者多層發(fā)泡材料存在一定困難，這些都抑制了發(fā)泡爐技術(shù)在聚乙烯無(wú)壓發(fā)泡領(lǐng)域的擴(kuò)展和應(yīng)用。

1.2.2 滾塑工藝

滾塑工藝又稱旋轉(zhuǎn)成型工藝或者回轉(zhuǎn)成型工藝，該制備工藝的大致步驟為：首先將聚乙烯樹(shù)脂粉料加入旋轉(zhuǎn)模具中，隨著物料的溫度逐漸升高，經(jīng)歷旋轉(zhuǎn)、加熱、熔融、塑化等步驟后，聚乙烯樹(shù)脂均勻布滿模具型腔表面，然后冷卻定型后，即得到聚乙烯制件[26]。交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料的滾塑制備工藝又細(xì)分為一步法和多步法。圖8為一步法滾塑成型工藝示意圖。

(a)聚乙烯材料滾塑成型示意圖 (b)獨(dú)立式三臂滾塑機(jī)工作側(cè)視圖圖8 一步法滾塑成型工藝Fig.8 One-step roll-molding process

所謂一步法即將聚乙烯樹(shù)脂的密度、熱容、顆粒尺寸及交聯(lián)劑和發(fā)泡劑分解溫度等因素綜合考慮，僅通過(guò)一個(gè)步驟即完成交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料的制備，一步法多用于滾塑成型工藝[27]。國(guó)朝聘等人采用一步法滾塑工藝制備大型軍用包裝箱，但是由于一步法滾塑工藝對(duì)樹(shù)脂材料的熔融溫度、發(fā)泡溫度、熔體強(qiáng)度要求較高，因此在成型過(guò)程中容易出現(xiàn)跑料或局部大氣泡等缺陷，導(dǎo)致產(chǎn)品的成型率較低[28]。北京低碳清潔能源研究所開(kāi)發(fā)出的可控?zé)崛劢宦?lián)發(fā)泡技術(shù)，該技術(shù)與一步法滾塑工藝配合使用，最終制備出高流動(dòng)性高交聯(lián)高發(fā)泡的聚乙烯材料[29-30]?？傊捎谝徊椒ǖ挠绊懸蛩乇姸?，原料性質(zhì)、交聯(lián)劑性質(zhì)、發(fā)泡劑性質(zhì)、氣泡成核及生長(zhǎng)過(guò)程等都會(huì)對(duì)成型材料的成型造成重大影響，準(zhǔn)確把握好材料成型的各個(gè)細(xì)節(jié)并一步實(shí)現(xiàn)高成型率聚乙烯制品的制備具有一定難度[31]。

多步法主要是指在滾塑模具內(nèi)放置一個(gè)預(yù)先裝有聚乙烯發(fā)泡粉末的投入箱或投入袋。當(dāng)模具內(nèi)的交聯(lián)樹(shù)脂粉末開(kāi)始熔融并覆蓋住模具內(nèi)壁后，打開(kāi)投入箱或投入袋，釋放出含有發(fā)泡劑的樹(shù)脂粉末，最終在致密的非發(fā)泡層上形成發(fā)泡內(nèi)芯。中國(guó)石油化工股份有限公司以線性低密度聚乙烯為基料并采用多步法制備交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料，該方法通過(guò)把握發(fā)泡劑和交聯(lián)劑的分解溫度差異來(lái)調(diào)控樹(shù)脂的熔體強(qiáng)度，通過(guò)添加成核劑使制備的氣泡更均勻致密，通過(guò)添加潤(rùn)滑劑實(shí)現(xiàn)制品表面致密光滑，通過(guò)聚乙烯樹(shù)脂顆粒的尺寸差異實(shí)現(xiàn)熔融交聯(lián)發(fā)泡的先后順序調(diào)控，最終制備出多層結(jié)構(gòu)的聚乙烯制品[32]。

滾塑工藝的最大優(yōu)勢(shì)在于其可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)、產(chǎn)量較大，并且其在制備多層發(fā)泡材料領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)。截止目前，滾塑工藝是制備低密度、高韌性、輕量化、良好隔熱隔音聚乙烯材料的最優(yōu)化制備工藝之一。

1.2.3 輻射工藝

所謂輻射工藝主要是指將聚乙烯制品用γ射線或者高能射線等進(jìn)行輻射交聯(lián)(引發(fā)聚乙烯大分子產(chǎn)生自由基形成碳碳交聯(lián)鏈)成型的方法。聚乙烯的交聯(lián)度主要受到輻射劑量和溫度等因素的影響，聚乙烯分子鏈之間的交聯(lián)點(diǎn)隨著輻射劑量的增加而增加，因此通過(guò)控制輻射條件可以獲得具有不同交聯(lián)度的聚乙烯制品。

輻射工藝的大致流程為：首先將聚乙烯樹(shù)脂和發(fā)泡劑按照一定比例混合均勻，隨后將上述混合物在雙螺桿擠出機(jī)上混合均勻制備發(fā)泡母粒，其次將發(fā)泡母粒、各種助劑和聚乙烯樹(shù)脂按一定比例再次混合造粒，混合物顆粒放入壓片機(jī)或者擠出機(jī)制備成特定形狀的片材，最后用射線對(duì)片材進(jìn)行輻照，聚乙烯材料從線形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ňW(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的交聯(lián)聚乙烯材料，最后將交聯(lián)聚乙烯材料放入發(fā)泡爐加熱制備出不同膨脹倍率的交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料[33]。唐小康、王鵬等采用上述輻射工藝制備出交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料，制備的材料泡孔細(xì)密、表面光滑平整[34]。邢哲等將輻射交聯(lián)技術(shù)和超臨界二氧化碳發(fā)泡技術(shù)相結(jié)合成功制備出具有微孔結(jié)構(gòu)的交聯(lián)聚乙烯泡沫材料，通過(guò)對(duì)交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料的熔點(diǎn)、結(jié)晶度以及泡孔的微觀形貌進(jìn)行了分析研究后發(fā)現(xiàn)，射線的吸收劑量為50 kGy時(shí)制備的交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料泡孔結(jié)構(gòu)最精細(xì)。采用輻照交聯(lián)法制備的聚乙烯材料，熱穩(wěn)定性顯著提高，其發(fā)泡溫度范圍得到顯著拓寬[35]。

2 交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料的應(yīng)用

由于交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料兼具交聯(lián)聚乙烯材料和聚乙烯發(fā)泡材料的優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，主要應(yīng)用于填充材料、隔音隔熱材料、建筑行業(yè)材料及輕量化材料等領(lǐng)域。

交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料作為填充材料主要應(yīng)用于電纜的填充材料領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)交聯(lián)的聚乙烯發(fā)泡填充條完整性好，填充簡(jiǎn)便，填充條間便于互相連接，接點(diǎn)平滑，并可避免由于使用其他(聚丙烯)發(fā)泡材料引起細(xì)絲飛揚(yáng)問(wèn)題，因此，采用交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料所生產(chǎn)的電纜填充條結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定、表面圓整度更好。另一方面，交聯(lián)后的聚乙烯發(fā)泡材料具有剛性好的優(yōu)點(diǎn)，其作為填充條成圈旋轉(zhuǎn)退扭時(shí)無(wú)需外加應(yīng)力，成圈方便[36]。

(a)電纜填充條 (b)大棚保溫被圖9 采用交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料制備產(chǎn)品Fig.9 Products prepared by crosslinking polyethylene foaming material

交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料作為隔熱材料應(yīng)用最廣的領(lǐng)域是大棚保溫被，其由多層交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料復(fù)合加工而成。采用交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料制備的大棚保溫被除了具有較高的強(qiáng)度和良好的保溫性能外，還具有質(zhì)輕、 防水、 耐老化等性能。 與草苫覆蓋相比， 大棚保溫被的保護(hù)溫度提高了10 ℃以上，同時(shí)其使用壽命比草苫長(zhǎng)(平均可使用5～9年以上)。除此以外，交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料由于具有較好的強(qiáng)度和均勻的泡孔結(jié)構(gòu)，其低溫性能也十分優(yōu)越，這一性能使其可用于冷藏庫(kù)庫(kù)體、制冷裝置管道及設(shè)備的隔熱保溫、建筑物本身隔熱等，其還可替代飽和聚酯塑料、聚氨酯產(chǎn)品及部分進(jìn)口保溫材料[37]。

交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料的優(yōu)異性質(zhì)使其在建筑領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。21世紀(jì)初，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已實(shí)現(xiàn)將交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料應(yīng)用于房屋墻壁建造、地板、人工草坪及冷氣管道的隔熱保溫等方面。交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料不僅避免了玻璃纖維和無(wú)機(jī)發(fā)泡材料的生硬感和環(huán)境污染問(wèn)題，而且其可與鋁箔進(jìn)行表面復(fù)合，增強(qiáng)其絕緣隔熱、光熱反射、反輻射等功能。同時(shí)，交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料內(nèi)部均勻而密閉的氣孔結(jié)構(gòu)在房屋的使用過(guò)程中起到了獨(dú)特的緩沖、減震、抗沖擊效果。甚至，交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料表面還可以復(fù)合編織布，以提高其抗拉，抗撕裂強(qiáng)度。近年來(lái)，由于人們對(duì)環(huán)保、舒適、節(jié)能要求的不斷提高，交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料在我國(guó)建筑業(yè)逐步得到越來(lái)越廣泛的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用，相信在不久的將來(lái)，我國(guó)交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料的需求量將會(huì)迅速增加[38-39]。

(a)建筑 (b)草坪 (c)管道圖10 建筑、草坪和管道保溫用交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料Fig.10 Crosslinking polyethylene foaming material used in building, lawn and pipe insulation fields

圖11 采用交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料制備運(yùn)動(dòng)鞋底示意圖Fig.11 Schematic diagram of sports shoes made by crosslinking polyethylene foaming material

交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料除了具有良好的力學(xué)和隔熱性能外，還有輕量化的優(yōu)勢(shì)。交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)鞋領(lǐng)域是其輕量化優(yōu)點(diǎn)的良好體現(xiàn)。Sekaich橡膠有限公司采用聚乙烯和EVA(首次出現(xiàn)英文縮寫(xiě)，請(qǐng)給出中文全稱)混合物作為樹(shù)脂基體，偶氮二甲酰胺為發(fā)泡劑和過(guò)氧化二異丙苯為交聯(lián)劑，將上述物料混合熔融制備成一種流體，然后將這種流體“減壓”并干燥成粉末，把這種粉末擠塑成泡沫板，再經(jīng)過(guò)壓縮成型制成特定的厚度以便剪裁成鞋底及后跟。據(jù)Sekiah公司報(bào)導(dǎo)，這種混合交聯(lián)聚乙烯泡沫具有質(zhì)量輕并且剛性好、色澤明亮、耐磨性好、耐油和耐化學(xué)腐蝕性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，這種混合交聯(lián)聚乙烯泡沫應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)鞋底已經(jīng)取得良好的市場(chǎng)認(rèn)可[40-41]。

3 結(jié)語(yǔ)

由于交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料兼具交聯(lián)聚乙烯材料和發(fā)泡聚乙烯材料兩者的優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)發(fā)泡聚乙烯材料相比，其力學(xué)性能更優(yōu)、應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛。但是，局限于現(xiàn)有科技水平和制備工藝，交聯(lián)聚乙烯材料依然普遍存在發(fā)泡倍率較低、力學(xué)性能不足和制備成本偏高等問(wèn)題，這些問(wèn)題嚴(yán)重制約了交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用，因此提升交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料的制備工藝和水平，制備高發(fā)泡倍率、高力學(xué)性能和低制備成本交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料將是未來(lái)的發(fā)展重點(diǎn)。其中，高發(fā)泡倍率和高力學(xué)性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)具有很大難度。在現(xiàn)有制備工藝條件下，交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料往往是高發(fā)泡倍率低力學(xué)性能或者低發(fā)泡倍率高力學(xué)性能中的一種。若要兼具高發(fā)泡倍率和高力學(xué)性能，交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料需要同時(shí)具有泡孔數(shù)量多(高發(fā)泡倍率)、泡孔尺寸小(高力學(xué)性能)的特征。截至目前，交聯(lián)微孔發(fā)泡技術(shù)可實(shí)現(xiàn)聚乙烯材料的泡孔數(shù)量多和泡孔尺寸小，但是該技術(shù)目前處于實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)階段，且主要以輻射交聯(lián)發(fā)泡的方式存在，除此以外，其還存在制備成本高、設(shè)備依賴度大等缺點(diǎn)，因此低制備成本的微孔交聯(lián)發(fā)泡技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)迫在眉睫。將微孔交聯(lián)發(fā)泡技術(shù)與制備成本較低的滾塑工藝或者發(fā)泡爐工藝結(jié)合具有現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)影響，其對(duì)于未來(lái)推動(dòng)交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料朝高發(fā)泡倍率、高力學(xué)性能方向發(fā)展具有重要作用。