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IXPE聚乙烯辐射交联发泡

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  聚乙烯泡沫塑料继承了原材料聚乙烯树脂的所有优点:强韧、有挠性、耐摩擦、有优异的绝缘、隔热性和耐化学性,还具有飘浮性和缓冲性。PE泡沫多为闲孔,无毒,有优良的二次加工性能,可以进行切削切断,可热成型、真空成型、压花成型,还可与其他材料复合。
                    
  PE泡沫分为交联和无交联两种,交联又分为化学交联和辐射交联。化学交联PE最早由美国于1941年研制成功,其生产方法是非连续的。辐射交联PE泡沫由日本于1965年首先实现工业化,其他从事PE辐射交联泡沫生产的主要厂家有美国Voltex,德国的Basf及英国的发泡橡胶和塑料公司,我国在这方面近几年发展也较快。


  本文将主要就聚乙烯辐射交联发泡的机理和工艺,交联剂的种类,交联方式等展开综述。

1.辐射交联的优点

  化学交联和辐射交联的泡沫塑料之间的差别主要在于由辐射交联得到的泡孔质量更好一些。由于生产过程中辐射交联先于发泡所以辐射交联法对于发泡板材的厚度有一定的要求,通常以薄型发泡制品为主。另外,过量的辐射也会导致泡孔破裂并得到高密度制品。而化学交联体系,交联同时在片材的中间和两面发生交联,所以对发泡板的厚度无限制。

  化学交联需要在高温下进行,而辐射交联在常温常压下就可以完成,辐射反应便于精确控制,重现性好,均匀性优于化学交联。如,辐射交联产品用于电线电缆时,质量好,绝缘层交联均匀性佳,无烧结,无气泡,绝缘层不粘导体,易剥离,消除了由于熔融造成的偏心和变色。

  另外,经过技术经济比较,辐射交联比化学交联应用范围广,生产效率高,成本低,创效大,节能节材。

  因此, PE泡沫塑料的辐射交联正在被广泛的应用和研究着。

2. 聚乙烯辐射交联发泡交联机理
                     
  高分子辐射交联技术就是利用高能或电离辐射引发聚合物电离与激发,从而产生一些次级反应,进一步引起化学反应,实现高分子间交联网络的行成,是聚合物改性制备新型材料的有效手段之一。

  高聚物的辐射交联是一个伴随着交联和主链降解的过程。它的基本原理为:聚合物大分子在高能或放射性同位素作用下发生电离和激发,生成大分子游离基,进行自由基反应;并产生一些次级反应。其反应终止机理大致如下:

(1)辐射产生的邻近分子间脱氢,生成的两个自由基结合而交联

(2)产生的两个可移动的自由基相结合产生交联

(3)离子—分子反应直接导致交联

(4)自由基与双键反应而交联

(5)链裂解产生的自由基复合反应实现交联

(6)环化反应导致交联

3. 聚乙烯辐射发泡的工艺

  辐射交联的工艺流程为:
                     
  将聚乙烯和发泡剂以低于发泡剂分解温度的温度混炼并成型为初坯,接着以剂量1~200kGY的射线辐射,使之交联,然后再加热到发泡剂的分解温度以上,是发泡剂分解放气,就制成了泡沫塑料制品。

  PE发泡成型可以采用的化学发泡剂比较多,如偶氮二甲酰胺(AC),偶氮二甲酸二异丙酯,对甲苯磺酰氨基脲等。

  对于PE泡沫来说,AC是较理想的发泡剂。研究表明,AC的分解温度很高,约200°C左右,远高于聚乙烯的熔点,发气量大,无毒。氧化锌、硬酯酸锌是促进AC分解的首选助剂,可以使其有较大的发气量和较快的分解速率。为了制备发泡率高,泡孔细小均匀致密的高质量聚乙烯泡沫塑料,要求AC发泡剂在聚乙烯树脂中分解温度要低,AC在聚乙烯中的分解速度要快,分解产生的气体量要大。单纯AC在聚乙烯树脂中的分解温度范围较宽,而含复合助剂的AC在聚乙烯树脂中的分解温度范围较窄。
                     
  聚乙烯一般常采用加交联剂的方法使PE熔体交联,以提高熔体的粘弹性,扩大熔体适宜发泡的温度区间。交联剂的种类很多,但适宜作PE发泡成型交联剂的种类并不多,要求它不但与PE熔体有一定的相容性,而且它的分解温度必须比PE熔点高,比发泡剂的分解温度低,一般相互之间差10℃左右,这样使PE熔体在发泡剂分解之前,交联剂已经分解,并使熔体发生一定程度的交联,使PE熔体具有适宜发泡的粘弹性后,发泡剂再分解放出气体形成泡体。

  交联发生在发泡以前,可使泡孔壁的表面张力加强,得到均匀致密的泡孔结构。

4.影响聚乙烯辐射交联的一些因素

4.1敏化作用
                     
  在聚合物中添加敏化剂,可以使反应速度加快,辐射交联的敏化及降解保护可以提高材料的使用性能,扩大其应用范围。如吸入10%S2Cl2的PE薄膜,不但辐射剂量降低到原来的千分之一,强度也有所提高;PE中加入AMA,CB等,可使辐照剂量降低1/10到1/100。
                     
  在敏化剂蒸汽或溶剂中浸泡,或在聚合物加工成型以前,向其中掺入少量敏化剂,混合均匀后成型,然后进行交联化处理的方法已经得到了广泛的应用。

4.2辐照剂量

  在辐射交联工艺中,因为是先交联后发泡,所以对发泡工艺而言,好的交联度很重要,交联度常用凝胶分数表示。

4.3辐照条件

  辐照条件,如温度、压力、环境等对交联效率有一定的影响。提高温度和全面加压,可以增加交联型高分子的交联度。在真空或者惰性气体中辐照可以减少氧化降解,提高交联效率。空气中的氧对PE尼龙的交联有一定的阻碍作用。

4.4发泡剂的分数和发泡温度对发泡倍率的影响

  研究表明,在辐照剂量一定的情况下,随着发泡剂用量的增加,发泡倍率也增加,这是因为随着发泡剂用量的增加,在发泡过程中放出气体的体积增加,由于发泡粘度适宜,这些气体能均匀的分散其中,是发泡倍率增加。发泡倍率还随着温度的增加而增大。

5.PE泡沫塑料的应用

(1)包装领域

  PE泡沫有良好的缓冲性,能防震防碎,常用于包装精密仪器和光学仪器,如照相机、电视机、计算机、玻璃器皿等。

(2)建筑工程领域

  在建筑冷藏库、位于寒冷地带的住房、厂房中的应用,能维持室内温度。还可以用于育苗、蔬菜等的暖棚上,结实、保温、耐侯性好。

(3)交通运输领域

  常利用PE泡沫的隔热保温性制造冷藏汽车、冷藏火车的车门和车衬里以及汽车线束管。利用其耐化学性能好,能包裹腐蚀环境中的管道,辐射交联PE高发泡管材还可以用于管道的隔热保温,和空调机的保温管上和下水管的保温。

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