聚丙烯发泡片材的热成型性研究

    摘要：本研究比较了聚丙烯发泡片材、支化聚丙烯改性发泡片材和共挤出发泡片材的热成型性。结果表明，用支化聚丙烯改性的发泡片材热成型性较佳。

　　关键词：聚丙烯 发泡 片材 热成型

　　聚丙烯（PP）发泡材料由于具有价格低、承受静态载荷的能力和弯曲模量较高、 耐冲击性能好、使用温度高、对环境相对友善等优点而具有广泛的用途[1]。如可以将PP发泡片材作为发泡聚苯乙烯和其它非发泡片材的替代品用于食品包装领域，也可将其与各种复合面料熔合或粘接在一起，制成聚烯烃泡沫塑料复合片材等。这种聚烯烃泡沫塑料复合片材可以直接用来生产各种汽车内饰护面材料[2]。但是，由于PP树脂是结晶型树脂，熔体强度低，气泡壁强度不够，在后加工过程中泡孔易破裂成为开孔结构使制品外观不良，无法使用。一般采用交联发泡的方法解决这一问题，但交联的方法具有工艺路线长、生产过程难控制、产品难回收等缺点。因此，我国对热成型用PP挤出发泡片材的研究尚不多见。本研究采用化学发泡方法，通过添加高熔体强度的支化PP树脂和共挤出等方法生产PP发泡片材，并比较了所生产片材的热成型性。

　　试验部分

　　主要原料

　　聚丙烯（PP），2401，北京燕山石化；支化聚丙烯（BPP），PF814，进口；发泡剂A、B，进口；发泡剂C，市售；发泡剂D，自制。

　　主要设备和仪器

　　GT-500片材挤出机组，意大利；SJ-30B挤出机，上海挤出机械厂；FC-5固相热成型机，意大利；YH-1混合机，自制；热成型制品模具1、2，自制；密度测定仪，AR-160，日本。

　　结果与讨论

　　共挤对片材热成型性的影响
    将用PP生产的单层发泡片材及芯层发泡而两表面为非发泡层的三层共挤发泡片材成卷至少放置72小时之后，在意大利FC-5热成型机上分别生产两种热成型制品，由制品的表观质量判断片材的热成型性能。试验中两种热成型制品的引伸比和面积比等相关尺寸对照见表1，试验结果见表2。

　　表1 两种热成型制品尺寸对照表 

    上口直径/mm 侧壁长/mm 引伸比 面积比
    制品1 61 52 0.85 3.76
    制品2 77 88  1.11  4.11

　　表2 共挤对片材热成型性的影响

    发泡剂  密度（g/cm3） 片材种类  制品1表观 制品2表观 
    Ａ 0.7472 单层 不可接受 ---
    Ｂ 0.6573 单层 不可接受 ---
    Ｃ 0.7249 单层 不可接受 ---
    Ａ 0.7230 共挤 可接受 不可接受
    Ｂ 0.6760 共挤 可接受 不可接受
    Ｃ 0.7056 共挤 不可接受 ---

　　在热成型过程中,塑件的引伸比在很大程度上反映了该制品成型的难易程度，引伸比越大，成型越难，反之则容易。引伸比除与塑件的最小壁厚、模具斜度有关外，还与成型用片材有关，引伸比愈大，要求所用片材的可拉伸性愈大，引伸比过大的塑件将会出现起皱甚至破裂等现象。面积比与引伸比相关，面积比越大，热成型制品的壁厚越小[3]。成型越困难。由表1可以看出，制品1的引伸比和面积比均比制品2的小，也就是说，成型制品2所用发泡片材的可拉伸性要高于成型制品1用发泡片材的拉伸性能。

　　由表2的试验结果可以看出，单层发泡片材不能用来成型试验中的两种热成型制品。由所成型的制品外观可以发现，片材内的气泡沿引伸方向被拉伸破裂，制品表观粗糙呈鱼鳞状；使用发泡剂A、B的共挤发泡片材可用来成型引伸比相对较小的制品1，制品表观比较平整，使用发泡剂C的共挤发泡片材则与单层发泡片材一样，所成型的制品表观粗糙呈鱼鳞状。这说明使用在发泡片材的两表面各覆盖一层未发泡皮层的方法可以在一定程度上改善发泡片材的热成型性能，改善程度与发泡配方有关。

　　加入BPP对片材热成型性的影响
　　将一定比例的BPP分别加入PP中，挤出单层发泡片材后进行固相热成型，试验结果如表3所示：

　　表3 加入BPP对发泡片材热成型的影响

    原料 发泡剂  密度（g/cm3） 制品1表观 制品2表观 
    PP+10%BPP Ａ 0.6518 可接受 不可接受
    Ｂ 0.6510 可接受 不可接受
    Ｃ 0.6486 可接受 不可接受
    Ｄ 0.6446 不可接受 ---
    PP+10%BPP Ａ 0.6409 --- 可接受
    Ｂ 0.6495 --- 可接受
    Ｃ 0.6269 --- 可接受
    Ｄ 0.6221 不可接受 不可接受

　　由表3可以看出，在PP中加入BPP改性的方法能够较大地改善发泡片材的热成型性，随着热成型制品拉伸比和面积比的增加，BPP的加入量也应随之增加以成型满意的制品。如当BPP的加入量由10%增加到20%时，最终可以用发泡片材生产出外观平整的制品2，这是由于BPP具有长支链，其熔体强度较高，是PP2401熔体强度的9倍。而且它还具有应变硬化特性，在恒定应变速率下，熔体流动的应力开始逐渐增加，然后成指数级增加，表现出明显的应变硬化行为[4]。这种应变硬化行为保证热成型深拉伸时，具有均匀变形的自我调节能力，利于成型较大引伸比的制品。

　　结论

　　a．采用共挤或在基础树脂中加入BPP的方法均可在一定程度上改善发泡片材的热成型性能。其中，加入BPP的方法更为有效。
　　b.在实际生产中，应根据热成型制品的成型难度来选择片材生产方法和发泡配方，以取得产品质量和成本之间的平衡。

　　参考文献

　　王力，韩柏东。聚烯烃发泡材料在汽车上的应用。汽车技术，2001，1：25～28
　　成都科技大学.塑料成型模具.北京:轻工业出版社,1983.292～294

　　张玉澎，高级工程师。1989年毕业于成都科技大学塑料工程系，2001年获清华大学化工系材料科学领域工程硕士学位。一直从事PE、PP等材料的产品开发和改性研究，有多篇论文发表。