基于辐照交联聚丙烯发泡材料制备分析

摘 要：文中以石化股份有限公司PP的 T36F，以及辐照敏化剂 （季戊四醇三丙烯酸酯 ）d的PET A，进行了辐照交联聚丙烯发泡材料制备分析，实验结果可知电子束辐照交联改性的方法是有效的，这一研究对于相关技术的推广具有一定的意义。

关键词：辐照交联 聚丙烯发泡 电子束

聚丙烯从熔融态转变为结晶态是固化过程，那就必然有许多的热量释放出来，然而，结晶通常是很缓慢的过程，聚丙烯发泡的温度范围很小，所以提高聚丙烯的熔体强度来得到发泡倍率高的聚丙烯泡沫塑料是唯一途径。文中讨论采用电子束辐射交联的方法来提高聚丙烯熔融时的黏弹性，扩大加工范围，从而制造出结构规正、 泡孔均匀的聚丙烯发泡材料。本文基于这一背景，分析了辐照交联聚丙烯发泡材料制备，这一研究对于相关技术的推广具有一定的意义。

一、实验研究过程

1.实验材料

实验主要需要以下材料：齐鲁石化股份有限公司的PP：，以T36F为主；辐照敏化剂 （季戊四醇三丙烯酸酯 ），以PET A为主；发泡剂母粒，通过实验室制得；市场上出售分析纯二甲苯。

2.实验器材

实验过程需要以下的器材：ZSK2 25WLE型号的双螺杆挤出机；PLD2 651型号的单螺杆挤出机；电子加速器；1012 2A型号的电热鼓风干燥箱；WDT2 10型号的电子万能试验机；S2 2502Ⅲ型号的扫描电镜 （ SEM） 。

3.样品制备

第一步，混合上面提到实验材料并均匀搅拌，以180 ℃的高温在双螺杆挤出机熔融区和以200 r /min的螺杆转速造粒；第二步，将这些粒子与发泡剂母粒混在一起，在单螺杆挤出机上挤出片材；第三步，打开电子加速器将片材辐照处理，再在干燥箱中加热，温度保持在 100 ℃，时间通常是115 h，这样做可以有效地清除辐照后样品中的游离基；第四步，在220 ℃的高温下，把片材放入电热鼓风干燥箱中进行发泡，于是发泡片材就得到了。

4.测试与表面现象

表观密度是国际上通用的密度名词，一般按国标标准 G B 63432 1986来衡量。拉伸强度和断裂伸长率也是专有名词，衡量标准是GB 63442 1986。泡孔形态的测试是在显微镜下观察得到的，一般是观察PP发泡样品通过液氮冷冻的断裂面。凝胶含量是指样品的净重，它是在试样用不锈钢丝网包好的情况下，投入到沸腾的二甲苯中达到24 h的时间，再进行真空干燥后称得的重量。

二、实验结果分析

PP发泡材料制备其实很简单，但是还是受到制约，如物料组成配比、辐照工艺条件等都会影响其结果。聚丙烯发泡材料的制备条件是敏化剂质量含量在 0.6～0.8份范围内，发泡剂质量含量在3～5份左右，辐射剂量在4～12 kGy范围内，表 1对制约条件进行了详细的描述。如果表观密度保持在0.22 g/ cm3左右，泡孔尺寸和均匀性会有很大不同。泡孔的细密均匀程度与泡沫材料的拉伸强度息息相关。这里我们将拉伸强度作为参数来研究其性能，辐照敏化剂质量含量、 发泡剂质量含量和辐射剂质量含量是主要的影响因素，研究起来方便易懂。通常他们三者要进行正交实验，选择每个因素的三个水平力来规定实验工艺参数。表1介绍了正交实验的答案， 、Ⅱj、、 Ⅲj分别是第 j列中水平 1、 水平 2和水平 3对应的指标值之和的平均值。Rj是该因素的指标平均值的极差， Rj的值决定了各因素的地位。表1的Rj值说明，实验过程中，对发泡材料的拉伸强度的影次序是：辐照敏化剂含量>辐照剂量>发泡剂含量。表中各列的指标平均值的最大值表示最佳工艺条件为实验的最佳条件是，0.18 %敏化剂质量含量、5 %的发泡剂质量含量、12 kGy的辐照剂量。

直观分析法是研究表 1正交实验结果的最好方法。图1中的横坐标代表各因子的水平，纵坐标代表在一定条件下，某一因子测试样品的拉伸强度之和的平均值。图中明确表示，辐照敏化剂具有促进体系交联、扩大熔体表面张力的作用，它能够贮存发泡剂所生成的气体，从而有利于形成规则的泡孔形状，力学性能随之显著提高。图1 （a）用数据对这一结果进行了阐释，在辐照敏化剂含量为0.8份的情况下，达到了发泡材料拉伸的最佳状态。发泡剂质量含量和发泡材料密度、 微观结构和形态有很大关联。图1 （b）说明，在发泡剂质量含量为 4份的情况下，达到发泡材料拉伸强度的最佳状态。辐照剂量作为重要的材料，当一定辐照剂量辐照片材时，含有多个官能度的敏化剂单体会迅速和大分子链以及大分子链生成的叔碳自由基结合，三维网状结构就是这样得到的，增强了PP熔体的强度；在加热发泡的过程中， PP熔体强度足够强大，能够包裹住气体，有利于气泡的产生。图 1 （c）从数据层面向我们说明，在辐照剂量为 12 kGy的情况下，达到发泡材料拉伸的最佳状态。从以上分析可知，在辐照敏化剂质量含量是 0.8份，发泡剂质量含量是4份，辐射剂量是12 kGy时，实验效果最佳。如果对样品进行测试，那么就可以得知表观密度为 0.23 g/ cm ，泡孔均匀，拉伸强度为 5.89MPa。

三、结论

制备聚丙烯发泡材料的方法虽然少，但是从文来看，采用电子束辐照交联改性的方法是有效的。

参考文献

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