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[發(fā)泡絕緣] 淺談塑料發(fā)泡、交聯(lián)技術(shù)發(fā)展的趨勢
P:2008-11-16 09:14:19
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發(fā)泡技術(shù)
泡沫塑料是一種新型材料，具有質(zhì)輕、隔熱、絕緣、高強度等優(yōu)點，可應(yīng)用於包裝、建筑、交通與航空航天等諸多領(lǐng)域。近年來塑料發(fā)泡工藝中新技術(shù)、新材料及新型發(fā)泡劑不斷涌現(xiàn)，使得發(fā)泡塑料產(chǎn)品推陳出新，應(yīng)用的領(lǐng)域與市場也不斷擴大。
目前，塑料發(fā)泡技術(shù)可分為間歇與連續(xù)擠出兩類。間歇式技術(shù)主要包括注射、模壓、吹塑和澆鑄等成型方法。連續(xù)式技術(shù)主要采用雙螺桿擠出發(fā)泡成型方法。
間歇式工藝操作相對簡單，其優(yōu)點是投資小、見效快，而且適合制造大型復(fù)雜的制品。注射發(fā)泡工藝與普通注射工藝的本質(zhì)區(qū)別在於：前者在模具中進行注射成型的同時進行發(fā)泡。它可通過化學(xué)發(fā)泡劑的分解反應(yīng)產(chǎn)生氣體或物理發(fā)泡劑在降壓時釋放氣體，在聚合物熔體中形成泡孔。在注射發(fā)泡工藝上已有一些新的改進技術(shù)，如應(yīng)用超臨界流體技術(shù)、紅外線技術(shù)等，可以提高成核率，增加間隙并得到分布更均勻的發(fā)泡結(jié)構(gòu)。MuCell微孔發(fā)泡注塑技術(shù)采用超臨界流體進行發(fā)泡是一重要的技術(shù)成果。采用MuCell微孔發(fā)泡注塑技術(shù)，可生產(chǎn)與傳統(tǒng)模塑件相比重量更輕、厚度更小、平整度更高、平直度更優(yōu)良、極端工作溫度下外形穩(wěn)定性更佳的部件。MuCell技術(shù)已經(jīng)成功用於汽車、商務(wù)設(shè)備、工業(yè)與電氣工程等領(lǐng)域，取得了良好的經(jīng)濟效益。間歇式技術(shù)中，吹塑發(fā)泡技術(shù)是一個較新的成型方法，它借助成熟的中空吹塑成型方法制備性能優(yōu)異的發(fā)泡材料，有著廣泛的用途。例如，據(jù)報道加拿大ABC公司使用N2作為中空吹塑發(fā)泡劑成功制備了吹塑制件。與傳統(tǒng)吹塑制品相比，發(fā)泡吹塑件重量更輕、剛性增強、隔熱性更好，擴大了吹塑產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。
相對於注射、吹塑等間歇式技術(shù)，連續(xù)擠出發(fā)泡工藝采用了化學(xué)發(fā)泡劑或氣體直接注入技術(shù)，其中，氣體直接注入的物理發(fā)泡法有望使得氣體均勻分散到聚合物中而備受青睞。鑒於泡沫塑料具有廣闊的市場前景，國內(nèi)外不少企業(yè)正在致力於開發(fā)有效的擠出發(fā)泡生產(chǎn)線。在此次橡塑展會上筆者僅發(fā)現(xiàn)一家，即克勞斯瑪菲塑料技術(shù)公司展示了其塑料發(fā)泡擠出生產(chǎn)線及產(chǎn)品。目前，擠出發(fā)泡成型技術(shù)被業(yè)內(nèi)人士看作具有良好投資回報率的投資開發(fā)領(lǐng)域。此外，從此次展會期間的技術(shù)交流會上了解到還有其他塑料微孔發(fā)泡的新技術(shù)，例如NIR技術(shù)、動態(tài)釋壓和冷卻技術(shù)等，亦值得關(guān)注。
由於對發(fā)泡制品的性能要求越來越高，在發(fā)泡材料和配方等方面也出現(xiàn)了新的進展和突破。聚丙烯由於其環(huán)保及優(yōu)異的綜合性能將有望成為制備發(fā)泡產(chǎn)品的首選材料。PP發(fā)泡的技術(shù)難點在於制備高熔體強度的PP原料。例如，比利時MONTELL公司等開發(fā)了高熔體強度PP原料。此外，一些新型高效且環(huán)保的發(fā)泡劑也應(yīng)運而生，代替CFC系列物理發(fā)泡劑。例如，采用超臨界N2、超臨界CO2作為發(fā)泡劑。由於CO2的滲透性和溶解性均比N2強，且能有效降低聚合物的粘度，被認為是更有效、最具有應(yīng)用前景的發(fā)泡劑。
交聯(lián)技術(shù)
交聯(lián)是塑料、橡膠改性中的一種重要方法。通過交聯(lián)，在材料內(nèi)部形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以提高材料的力學(xué)性能、耐熱變形性及耐溶劑性。幾十年來，塑料、橡膠的交聯(lián)技術(shù)有了很大發(fā)展。除了傳統(tǒng)的橡膠硫化技術(shù)，目前有過氧化物交聯(lián)、含活性鹼的化合物的交聯(lián)、樹脂交聯(lián)、離子交聯(lián)、氨基酸、醛交聯(lián)、矽烷交聯(lián)以及輻射交聯(lián)等方法。由於在此次展會上，缺少直接介紹交聯(lián)技術(shù)的展商，作者參考了已公開發(fā)表的研究報告及專利資料，介紹幾種有應(yīng)用背景的交聯(lián)材料。
聚乙烯經(jīng)交聯(lián)改性而具有優(yōu)越的性能，可應(yīng)用於鋁塑復(fù)合管、交聯(lián)聚乙烯管、絕緣電纜等生產(chǎn)，有廣闊的市場前景。目前常采用兩種交聯(lián)技術(shù)：輻射交聯(lián)與矽烷交聯(lián)。輻射交聯(lián)采用輻射源發(fā)出的高能射線能均勻作用在材料上，使聚合物交聯(lián)分布均勻，并易控制交聯(lián)度。同時無需添加交聯(lián)劑，可以得到高純度的交聯(lián)產(chǎn)物。矽烷交聯(lián)是制備PE交聯(lián)的另一種有效方法，有如下優(yōu)點：設(shè)備投資少、成本低但效率高；工藝通用性強，適用於所有密度的PE，亦適用於大部分PE填充體系；不受厚度限制；過氧化物用量少；耐老化性能好，使用壽命長等。韓國、日本住友、意大利、英國以及中國等均用這種交聯(lián)方法制備了具有特殊用途的交聯(lián)PE材料。
同樣，聚氯乙稀的交聯(lián)改性賦予了PVC材料優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，并改善了PVC的抗蠕變性、耐溶劑性等多方面性能，滿足一些特殊條件下的需要，擴展了PVC的應(yīng)用場合。目前，主要采用兩種方法制備PVC交聯(lián)材料：矽烷交聯(lián)與過氧化物交聯(lián)法。矽烷交聯(lián)法中，較為成熟的做法是利用胺基矽烷或巰基矽烷的親核取代反應(yīng)，取代PVC大分子鏈上的Cl原子，從而引入可水解的矽烷基團，然後水解反應(yīng)制備交聯(lián)PVC。Dow Corning公司采用了一種新技術(shù)，即將乙烯矽烷基與氯乙烯單體共聚制備交聯(lián)聚氯乙烯，有利於控制交聯(lián)度。
近年來，在橡膠工業(yè)中不斷有新的交聯(lián)技術(shù)產(chǎn)生，例如樹脂交聯(lián)、離子交聯(lián)、醛交聯(lián)等，制備了性能各異的橡膠材料，大大拓寬了橡膠材料的使用領(lǐng)域。例如，采用雙氧化胺、硝酸靈、雙氧化、雙胺、雙聯(lián)胺等進行1-3偶極加成交聯(lián)。Hercules公司采用羧酸的迭氮和磺酸的迭氮作為交聯(lián)劑，成功制備了交聯(lián)橡膠材料，其交聯(lián)體具有優(yōu)異的物理性能和耐老化性。
總之，人們發(fā)現(xiàn)了許多塑料、橡膠的交聯(lián)方法，但在交聯(lián)反應(yīng)過程對體系的交聯(lián)度及均勻性控制等尚存在不少技術(shù)難點。隨著人們對聚合物材料交聯(lián)反應(yīng)機理的進一步深入研究，必定會有更多的新方法、新思路出現(xiàn)，能夠有效地控制交聯(lián)過程，使得制備的交聯(lián)材料性能更優(yōu)異，應(yīng)用也會更加廣泛。
泡沫塑料是一種新型材料，具有質(zhì)輕、隔熱、絕緣、高強度等優(yōu)點，可應(yīng)用於包裝、建筑、交通與航空航天等諸多領(lǐng)域。近年來塑料發(fā)泡工藝中新技術(shù)、新材料及新型發(fā)泡劑不斷涌現(xiàn)，使得發(fā)泡塑料產(chǎn)品推陳出新，應(yīng)用的領(lǐng)域與市場也不斷擴大。
目前，塑料發(fā)泡技術(shù)可分為間歇與連續(xù)擠出兩類。間歇式技術(shù)主要包括注射、模壓、吹塑和澆鑄等成型方法。連續(xù)式技術(shù)主要采用雙螺桿擠出發(fā)泡成型方法。
間歇式工藝操作相對簡單，其優(yōu)點是投資小、見效快，而且適合制造大型復(fù)雜的制品。注射發(fā)泡工藝與普通注射工藝的本質(zhì)區(qū)別在於：前者在模具中進行注射成型的同時進行發(fā)泡。它可通過化學(xué)發(fā)泡劑的分解反應(yīng)產(chǎn)生氣體或物理發(fā)泡劑在降壓時釋放氣體，在聚合物熔體中形成泡孔。在注射發(fā)泡工藝上已有一些新的改進技術(shù)，如應(yīng)用超臨界流體技術(shù)、紅外線技術(shù)等，可以提高成核率，增加間隙并得到分布更均勻的發(fā)泡結(jié)構(gòu)。MuCell微孔發(fā)泡注塑技術(shù)采用超臨界流體進行發(fā)泡是一重要的技術(shù)成果。采用MuCell微孔發(fā)泡注塑技術(shù)，可生產(chǎn)與傳統(tǒng)模塑件相比重量更輕、厚度更小、平整度更高、平直度更優(yōu)良、極端工作溫度下外形穩(wěn)定性更佳的部件。MuCell技術(shù)已經(jīng)成功用於汽車、商務(wù)設(shè)備、工業(yè)與電氣工程等領(lǐng)域，取得了良好的經(jīng)濟效益。間歇式技術(shù)中，吹塑發(fā)泡技術(shù)是一個較新的成型方法，它借助成熟的中空吹塑成型方法制備性能優(yōu)異的發(fā)泡材料，有著廣泛的用途。例如，據(jù)報道加拿大ABC公司使用N2作為中空吹塑發(fā)泡劑成功制備了吹塑制件。與傳統(tǒng)吹塑制品相比，發(fā)泡吹塑件重量更輕、剛性增強、隔熱性更好，擴大了吹塑產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。
相對於注射、吹塑等間歇式技術(shù)，連續(xù)擠出發(fā)泡工藝采用了化學(xué)發(fā)泡劑或氣體直接注入技術(shù)，其中，氣體直接注入的物理發(fā)泡法有望使得氣體均勻分散到聚合物中而備受青睞。鑒於泡沫塑料具有廣闊的市場前景，國內(nèi)外不少企業(yè)正在致力於開發(fā)有效的擠出發(fā)泡生產(chǎn)線。在此次橡塑展會上筆者僅發(fā)現(xiàn)一家，即克勞斯瑪菲塑料技術(shù)公司展示了其塑料發(fā)泡擠出生產(chǎn)線及產(chǎn)品。目前，擠出發(fā)泡成型技術(shù)被業(yè)內(nèi)人士看作具有良好投資回報率的投資開發(fā)領(lǐng)域。此外，從此次展會期間的技術(shù)交流會上了解到還有其他塑料微孔發(fā)泡的新技術(shù)，例如NIR技術(shù)、動態(tài)釋壓和冷卻技術(shù)等，亦值得關(guān)注。
由於對發(fā)泡制品的性能要求越來越高，在發(fā)泡材料和配方等方面也出現(xiàn)了新的進展和突破。聚丙烯由於其環(huán)保及優(yōu)異的綜合性能將有望成為制備發(fā)泡產(chǎn)品的首選材料。PP發(fā)泡的技術(shù)難點在於制備高熔體強度的PP原料。例如，比利時MONTELL公司等開發(fā)了高熔體強度PP原料。此外，一些新型高效且環(huán)保的發(fā)泡劑也應(yīng)運而生，代替CFC系列物理發(fā)泡劑。例如，采用超臨界N2、超臨界CO2作為發(fā)泡劑。由於CO2的滲透性和溶解性均比N2強，且能有效降低聚合物的粘度，被認為是更有效、最具有應(yīng)用前景的發(fā)泡劑。
交聯(lián)技術(shù)
交聯(lián)是塑料、橡膠改性中的一種重要方法。通過交聯(lián)，在材料內(nèi)部形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以提高材料的力學(xué)性能、耐熱變形性及耐溶劑性。幾十年來，塑料、橡膠的交聯(lián)技術(shù)有了很大發(fā)展。除了傳統(tǒng)的橡膠硫化技術(shù)，目前有過氧化物交聯(lián)、含活性鹼的化合物的交聯(lián)、樹脂交聯(lián)、離子交聯(lián)、氨基酸、醛交聯(lián)、矽烷交聯(lián)以及輻射交聯(lián)等方法。由於在此次展會上，缺少直接介紹交聯(lián)技術(shù)的展商，作者參考了已公開發(fā)表的研究報告及專利資料，介紹幾種有應(yīng)用背景的交聯(lián)材料。
聚乙烯經(jīng)交聯(lián)改性而具有優(yōu)越的性能，可應(yīng)用於鋁塑復(fù)合管、交聯(lián)聚乙烯管、絕緣電纜等生產(chǎn)，有廣闊的市場前景。目前常采用兩種交聯(lián)技術(shù)：輻射交聯(lián)與矽烷交聯(lián)。輻射交聯(lián)采用輻射源發(fā)出的高能射線能均勻作用在材料上，使聚合物交聯(lián)分布均勻，并易控制交聯(lián)度。同時無需添加交聯(lián)劑，可以得到高純度的交聯(lián)產(chǎn)物。矽烷交聯(lián)是制備PE交聯(lián)的另一種有效方法，有如下優(yōu)點：設(shè)備投資少、成本低但效率高；工藝通用性強，適用於所有密度的PE，亦適用於大部分PE填充體系；不受厚度限制；過氧化物用量少；耐老化性能好，使用壽命長等。韓國、日本住友、意大利、英國以及中國等均用這種交聯(lián)方法制備了具有特殊用途的交聯(lián)PE材料。
同樣，聚氯乙稀的交聯(lián)改性賦予了PVC材料優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，并改善了PVC的抗蠕變性、耐溶劑性等多方面性能，滿足一些特殊條件下的需要，擴展了PVC的應(yīng)用場合。目前，主要采用兩種方法制備PVC交聯(lián)材料：矽烷交聯(lián)與過氧化物交聯(lián)法。矽烷交聯(lián)法中，較為成熟的做法是利用胺基矽烷或巰基矽烷的親核取代反應(yīng)，取代PVC大分子鏈上的Cl原子，從而引入可水解的矽烷基團，然後水解反應(yīng)制備交聯(lián)PVC。Dow Corning公司采用了一種新技術(shù)，即將乙烯矽烷基與氯乙烯單體共聚制備交聯(lián)聚氯乙烯，有利於控制交聯(lián)度。
近年來，在橡膠工業(yè)中不斷有新的交聯(lián)技術(shù)產(chǎn)生，例如樹脂交聯(lián)、離子交聯(lián)、醛交聯(lián)等，制備了性能各異的橡膠材料，大大拓寬了橡膠材料的使用領(lǐng)域。例如，采用雙氧化胺、硝酸靈、雙氧化、雙胺、雙聯(lián)胺等進行1-3偶極加成交聯(lián)。Hercules公司采用羧酸的迭氮和磺酸的迭氮作為交聯(lián)劑，成功制備了交聯(lián)橡膠材料，其交聯(lián)體具有優(yōu)異的物理性能和耐老化性。
總之，人們發(fā)現(xiàn)了許多塑料、橡膠的交聯(lián)方法，但在交聯(lián)反應(yīng)過程對體系的交聯(lián)度及均勻性控制等尚存在不少技術(shù)難點。隨著人們對聚合物材料交聯(lián)反應(yīng)機理的進一步深入研究，必定會有更多的新方法、新思路出現(xiàn)，能夠有效地控制交聯(lián)過程，使得制備的交聯(lián)材料性能更優(yōu)異，應(yīng)用也會更加廣泛。
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