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塑料发泡、交联技术的新趋势
作者:上海交通大学 郑泓 周持兴    来源:PT现代塑料
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橡塑业盛事——2006年国际橡塑展向我们展示了中国及世界橡胶塑料业的迅速发展。本文将结合此次参展公司的产品以及相关技术报道,简要介绍塑料发泡与交联的新技术以及发展趋势,以飨读者。

发泡技术

泡沫塑料是一种新型材料,具有质轻、隔热、绝缘、高强度等优点,可应用於包装、建筑、交通与航空航天等诸多领域。近年来塑料发泡工艺中新技术、新材料及新型发泡剂不断涌现,使得发泡塑料产品推陈出新,应用的领域与市场也不断扩大。

目前,塑料发泡技术可分为间歇与连续挤出两类。间歇式技术主要包括注射、模压、吹塑和浇铸等成型方法。连续式技术主要采用双螺杆挤出发泡成型方法。

间歇式工艺操作相对简单,其优点是投资小、见效快,而且适合制造大型复杂的制品。注射发泡工艺与普通注射工艺的本质区别在於:前者在模具中进行注射成型的同时进行发泡。它可通过化学发泡剂的分解反应产生气体或物理发泡剂在降压时释放气体,在聚合物熔体中形成泡孔。在注射发泡工艺上已有一些新的改进技术,如应用超临界流体技术、红外线技术等,可以提高成核率,增加间隙并得到分布更均匀的发泡结构。此次参展的Trexel公司的MuCell微孔发泡注塑技术采用超临界流体进行发泡是一重要的技术成果。采用MuCell微孔发泡注塑技术,可生产与传统模塑件相比重量更轻、厚度更小、平整度更高、平直度更优良、极端工作温度下外形稳定性更佳的部件。MuCell技术已经成功用於汽车、商务设备、工业与电气工程等领域,取得了良好的经济效益。间歇式技术中,吹塑发泡技术是一个较新的成型方法,它借助成熟的中空吹塑成型方法制备性能优异的发泡材料,有着广泛的用途。例如,据报道加拿大ABC公司使用N2作为中空吹塑发泡剂成功制备了吹塑制件。与传统吹塑制品相比,发泡吹塑件重量更轻、刚性增强、隔热性更好,扩大了吹塑产品的应用领域。


克劳斯玛菲展示的设备中,包括一台塑料发泡挤出生产线

相对於注射、吹塑等间歇式技术,连续挤出发泡工艺采用了化学发泡剂或气体直接注入技术,其中,气体直接注入的物理发泡法有望使得气体均匀分散到聚合物中而备受青睐。鉴於泡沫塑料具有广阔的市场前景,国内外不少企业正在致力於开发有效的挤出发泡生产线。在此次橡塑展会上笔者仅发现一家,即克劳斯玛菲塑料技术公司展示了其塑料发泡挤出生产线及产品。目前,挤出发泡成型技术被业内人士看作具有良好投资回报率的投资开发领域。此外,从此次展会期间的技术交流会上了解到还有其他塑料微孔发泡的新技术,例如NIR技术、动态释压和冷却技术等,亦值得关注。

由於对发泡制品的性能要求越来越高,在发泡材料和配方等方面也出现了新的进展和突破。此次作为原料或发泡剂供应商参展的厂家不少,如东部韩农化学、ZOTEFOAMS PLC公司,国内的有常州春和橡塑公司、龙海有限公司、北京塑化贸易有限公司等,提供PP、PU、PE、PS、EVA、PVC等发泡塑料原料。其中,聚丙烯由於其环保及优异的综合性能将有望成为制备发泡产品的首选材料。PP发泡的技术难点在於制备高熔体强度的PP原料。例如,比利时MONTELL公司等开发了高熔体强度PP原料。此外,一些新型高效且环保的发泡剂也应运而生,代替CFC系列物理发泡剂。例如,采用超临界N2、超临界CO2作为发泡剂。由於CO2的渗透性和溶解性均比N2强,且能有效降低聚合物的粘度,被认为是更有效、最具有应用前景的发泡剂。

交联技术

交联是塑料、橡胶改性中的一种重要方法。通过交联,在材料内部形成三维网络结构,可以提高材料的力学性能、耐热变形性及耐溶剂性。几十年来,塑料、橡胶的交联技术有了很大发展。除了传统的橡胶硫化技术,目前有过氧化物交联、含活性硷的化合物的交联、树脂交联、离子交联、氨基酸、醛交联、矽烷交联以及辐射交联等方法。由於在此次展会上,缺少直接介绍交联技术的展商,作者参考了已公开发表的研究报告及专利资料,介绍几种有应用背景的交联材料。

聚乙烯经交联改性而具有优越的性能,可应用於铝塑复合管、交联聚乙烯管、绝缘电缆等生产,有广阔的市场前景。目前常采用两种交联技术:辐射交联与矽烷交联。辐射交联采用辐射源发出的高能射线能均匀作用在材料上,使聚合物交联分布均匀,并易控制交联度。同时无需添加交联剂,可以得到高纯度的交联产物。矽烷交联是制备PE交联的另一种有效方法,有如下优点:设备投资少、成本低但效率高;工艺通用性强,适用於所有密度的PE,亦适用於大部分PE填充体系;不受厚度限制;过氧化物用量少;耐老化性能好,使用寿命长等。韩国、日本住友、意大利、英国以及中国等均用这种交联方法制备了具有特殊用途的交联PE材料。

同样,聚氯乙稀的交联改性赋予了PVC材料优异的高温力学性能,并改善了PVC的抗蠕变性、耐溶剂性等多方面性能,满足一些特殊条件下的需要,扩展了PVC的应用场合。目前,主要采用两种方法制备PVC交联材料:矽烷交联与过氧化物交联法。矽烷交联法中,较为成熟的做法是利用胺基矽烷或巯基矽烷的亲核取代反应,取代PVC大分子链上的Cl原子,从而引入可水解的矽烷基团,然後水解反应制备交联PVC。Dow Corning公司采用了一种新技术,即将乙烯矽烷基与氯乙烯单体共聚制备交联聚氯乙烯,有利於控制交联度。

近年来,在橡胶工业中不断有新的交联技术产生,例如树脂交联、离子交联、醛交联等,制备了性能各异的橡胶材料,大大拓宽了橡胶材料的使用领域。例如,采用双氧化胺、硝酸灵、双氧化、双胺、双联胺等进行1-3偶极加成交联。Hercules公司采用羧酸的迭氮和磺酸的迭氮作为交联剂,成功制备了交联橡胶材料,其交联体具有优异的物理性能和耐老化性。

总之,人们发现了许多塑料、橡胶的交联方法,但在交联反应过程对体系的交联度及均匀性控制等尚存在不少技术难点。随着人们对聚合物材料交联反应机理的进一步深入研究,必定会有更多的新方法、新思路出现,能够有效地控制交联过程,使得制备的交联材料性能更优异,应用也会更加广泛。

《中国塑料橡胶》(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (8/31/2006)
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