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HDPE模压发泡工艺及配方的研究
HDPE模压发泡工艺及配方的研究
摘要:
利用实验室高温开炼机开镰、模压成型制备HDPE发泡板,研究了发泡剂(AC)的用量、交联剂(DCP)的用量、温度、压力对发泡效果的影响,对发泡效果的影响,在常态下观察了AC、DCP、温度、压力对发泡形态的影响。
结果表明,AC能明显降低熔体粘度,随着AC用量的增加,发泡的的倍率由低到高在下降,即AC用量在6份、DCP在0.4份时效果最佳。
模压温度180℃,开模温度180℃,AC分解不充分,造成发泡率低,制品成板状,且有穿孔现象,表面粗糙,气泡逃逸。
模压温度190℃,压力10MPa,开模温度150℃,制品表面有气疙瘩,气泡逃逸不明显,泡孔有合并现象。
关键词:
HDPE模压发泡
Abstract:
Inalaboratorymillcarriedoutfromtemperature,HDPEmoldedfoamsheetwaspreparedtostudythefoamingagent(AC)theamountofthecrosslinkingagent(DCP)intheamount,temperatureandpressureeffectonthefoam,thefoamingeffect,observedunderthenormalAC,DCP,temperature,pressurefoammorphology.Theresultsshowthat,ACcansignificantlyreducethemeltviscosityincreaseswiththeamountofAC,foamingmagnificationfromlowtohighinthefall,thatamountin6partsAC,DCP0.4phrbestresults.Moldingtemperature180℃,moldtemperatureof180℃,ACdecompositioninadequate,resultinginlowfoaming,productsintoaplate,andthereisperforationphenomena,roughsurface,bubblesescape.Moldingtemperature190℃,pressureof10MPa,moldtemperatureof150℃,theproductsurfacepimplewithgasbubblesescapingobvious,havemergedcellphenomenon.
Keywords:
HDPEmoldedfoam
2.4试验流程7
2.5性能测试7
第一章前言
1.1概述;
泡沫塑料具有密度小、吸收冲击载荷性好、隔热性优良、隔音效果好、比强度高等特点,因而被广泛应用于日常生活和工业的各个领域。
泡沫塑料的用量极大,据悉仅2004年,我国泡沫塑料的用量就达80万吨。
聚乙稀泡沫塑料具有良好的物理和化学性能,目前正逐渐成为一个产品多样、生产量大、应用面宽的泡沫塑料品种。
它具有闭孔结构、热导率低、吸湿和透湿性小等特点,可用做建筑物、冷藏车等保湿隔热材料;质轻、浮力大、收缩率小、耐海水侵烛,可制成救生漂浮制品;具有良好的电绝缘性能,可作为电讯电缆的绝缘层等;还具有优异的抗化学腐烛性、吸震性、燃烧无毒性和易于回收性,因此人们对聚乙烯泡沫塑料的性能及其发泡性能、发泡过程进行了大量的研究[1]。
20世纪70年代以来,发泡塑料材料在包装领域崛起,每年8%~10%的增长那个速率。
发泡塑料制品应用在军事、农业、工业、建筑等领域。
但是,目前对HDPE模压艺及配方。
发泡尚无完整的工艺与配方。
此次试验将对HDPE配方、工艺进行研究实验,以确定较佳发泡方案。
1.2发泡塑料的概念
发泡塑料是一类高分子材料。
它是以树脂为主要原料制成的内部具有无数微孔的塑料[2]。
1.3发泡的基本原理
1.3.1物理发泡法
常将低沸点烃类或卤代烃融入塑料中,受热时塑料软化。
表1-1低沸点液体发泡剂及性能
发泡剂名称
沸点/℃
相对密度(25℃)
相对分子质量
丙烷
-42.5
0.513
44
丁烷
-0.5
0.599
58
戊烷
30~38
0.616
72015
己烷
60~70
0.658
86.17
一氯甲烷
-23.76
0.952
50.49
二氯甲烷
40
1.325
84.94
二氯四氟乙烷
3.6
1.440
170.90
三氯氟甲烷
23.8
1.476
137.38
三氯二氟乙烷
47.6
1.565
187.39
二氯二氟甲烷
-29.8
1.311
120.90
1.3.2化学发泡法
将发泡剂混合到原料中,通过特意加入化学发泡剂,使之受热分解或与原料组分间发生化学反应而产生的气体,使塑料溶体充满泡孔。
化学发泡剂在加热时释放出的气体有二氧化碳、氮气、氨气等。
化学发泡常用于聚氨酯泡沫塑料的生产[3]。
表1-2常用的化学发泡剂及特性
发泡剂名称
分解温度/℃
分解气体
发气量/(Ml/g)
偶氮二甲酰胺
165~200
氮气和氨气
220
偶氮二异丁腈
110~125
氮气
135
1.3.3机械发泡法
借机械搅拌方法使气体混入液体混合料中,然后经定型过程形成泡孔的泡沫塑料。
此法常用于脲酸树脂,聚乙稀醇缩甲醛、聚乙酸乙稀、聚氯乙稀溶胶等的发泡[4]。
气泡的生成与发泡剂有关,而气泡的成长与聚合物薪度、气泡内外压差有关,他们间的关系由下述公式决定;
P=2*V/R(1-1)
P——气泡内外压差;
V——表面张力
R——气泡半径。
P1=2V(1/R1-1/R2)(1-2)
式中:
R1;R2——不同半径的气泡。
E=VA(1-3)
E——自由能
A——总界面面积。
1.4原料的选择
1.4.1发泡剂(AC)
发泡剂AC,分子量:
116.08;比重:
1.65g.cm-3;pH值:
6-7;灰份:
0.1%;水份:
<0.3%;外观呈淡黄色的结晶粉末;不溶于碱、醇、汽油、苯、批唆,难溶于水中,易溶于二甲基亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)和氧氧化钠溶液,性能较稳定,在常温下可长期储存,不易变质;分解温度:
空气中195~220℃之间,塑料中160~200℃属于偶氮系列分解温度较高的有机热分解型发泡剂;AC发泡剂无毒、无臭、不易燃,并具有发气量大,分解速度快,所产生的气体无毒,温度容易控制,气泡均匀,对制品无污染,对模具不腐烛,价格合适,不影响固化或成型速度等特点,特别适合于自由发泡。
1.4.2发泡助剂(ZnO)
氧化锌是一种著名的白色的颜料,俗名叫锌白。
它的优点是遇到H2S气体不变黑,因为ZnS也是白色的。
在加热时,ZnO由白、浅黄逐步变为柠檬黄色,当冷却后黄色便退去,利用这一特性,把它掺入油漆或加入温度计中,做成变色油漆或变色温度计。
因ZnO有收敛性和一定的杀菌能力,在医药上常调制成软膏使用,ZnO还可用作活化剂。
1.4.3交联剂(DCP)
DCP称为过氧化二异丙苯(dicumylperoxide)、过氧化二枯茗。
相对分子质量270.37。
DCP交联剂,即过氧化二异丙苯,白色菱形结晶。
1.4.4高密度聚乙烯(HDPE)
高密度聚乙烯(HighDensityPolyethylene,简称为“HDPE”),是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。
原态HDPE的外表呈乳白色,在微薄截面呈一定程度的半透明状。
PE具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性[5]。
某些种类的化学品会产生化学腐蚀,例如腐蚀性氧化剂(浓硝酸),芳香烃(二甲苯)和卤化烃(四氯化碳)[6]。
该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性,可用于包装用途。
HDPE具有很好的电性能,特别是绝缘介电强度高,使其很适用于电线电缆。
中到高分子量等级具有极好的抗冲击性,在常温甚至在-40F低温度下均如此[7]。
第二章试验
2.1实验设备及仪器
实验用的设备及仪器见表1:
表1实验设备及仪器
设备名称设备出产厂家
SK-160开放式炼塑机无锡市第一橡塑有限公司
平板硫化机型号QLB-25D/Q无锡市第一橡塑有限公司
2.2实验原材料
实验用的原材料见表2:
表2实验原材料及出产地
原材料原材料出产地
树脂:
HDPE中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司
交联剂:
DCP市售
发泡助剂:
ZnO市售
发泡剂:
AC市售
2.3试验配方
表3变量AC
序号
材料名称
作用
份数/份
实际用量/g
1
HDPE
基体树脂
100
300
2
AC
发泡剂
2/4/6/8/10
6/12/18/24/30
3
DCP
交联剂
1
3
4
ZnO
发泡助剂
2
6
序号
材料名称
作用
份数/份
实际用量/g
1
HDPE
基体树脂
100
300
2
AC
发泡剂
6
18
3
DCP
交联剂
0.2/0.4/0.6/0.8
0.6/1.2/1.8/2.4
4
ZnO
发泡助剂
2
6
表4变量DCP
表5变量温度
序号
材料名称
作用
份数/份
实际用量/g
1
HDPE
基体树脂
100
300
2
AC
发泡剂
6
18
3
DCP
交联剂
0.6
1.8
4
ZnO
发泡助剂
2
6
2.4.实验流程
2.4.1操作
1.打开高温开炼机、平板硫化机分别升温至140℃
2.检查机器是否正常工作
3.机器能够正常升温,按配方称料
4.当高温开炼机升温至140℃,等恒温后开始塑炼
5.首先加入HDPE,包棍后加入DCP、ZnO塑炼,3分钟后加入AC
6.2分钟后下片,并裁剪
7.观察平板硫化机温度是否升至180℃,压力值10MPa,如到达设置温度拿出模压板,放入开炼好的样品,将模板对齐放入模压机上,预热8分钟,加压排气2次,加压10分钟,开模温度180℃,最后拿出制品。
如没达到设定值等达到设定值时开始以上步奏。
2.5性能测试
力学性能测试时,由于试样中存在缺陷和高聚物的力学松弛特性,以及力的作用时间,作用变化的速度,试样受热的历史等不同,所测的性能往往有误差[8]。
2.5.1邵氏硬度的测试
参照标准GB/T2411-2008塑料和硬橡胶使用硬度计测定压痕硬度
原理:
在规定的测试条件下,将规定形状的压针压入试验材料,测量垂直压入的深度[9]。
实验条件:
A型式样厚度大于4mm,式样尺寸足够大。
离任何一边至少9mm.实验环境:
温度23℃,湿度50%。
2.5.2密度的测试
参照标准GB/T1033-2008
测试原理:
根据测量式样在比重瓶中排开液体的质量计算式样的密度[10]。
试验条件:
天平精确到0.1mg
第三章实验结果
3.1DCP的变化对性能的影响
表4-1
性能
DCP用量/份
0.2
0.4
0.6
0.8
1
密度(g/cm3)
0.38
0.42
0.44
0.45
0.48
硬度(邵氏A)
60
58
64
66
70
图1密度变化曲线图
图2硬度变化曲线图
对于DCP用量研究可看,当DCP的份数为1时,此时密度最大,硬度最大,当DCP的份数为0.2时密度最小。
DCP的用量影响发泡效果,要使发泡的产品同时达到硬度、密度要求,DCP用量在0.6份。
随着DCP用量的增加使聚合物的交联度提高,加大了分子间的作用力,不易发泡。
交联剂体系的选择及其用量控制对HDPE熔体强度及其模压发泡起至关重要的作用。
3.2温度对发泡效果的影响
表4-2
性能
开模温度
130
140
150
160
170
密度(g/cm3)
0.30
0.32
0.38
0.5
0.55
硬度(邵氏A)
70
73
80
85
82
图3硬度变化曲线图
图4密度变化曲线图
由图可以看出开模温度在130℃,发泡效果最好。
密度为0.3,硬度70,。
温度在160℃,硬度最大,说明发泡剂产生的气体完全逃逸。
第四章结论
结果表明,纯HDPE在高温开炼机上开炼容易黏辊,不易从滚筒上切下,当加入DCP,下片容易,表面粗糙。
在没加入DCP之前加入AC在高温开炼机上开炼易造成AC分解。
随着DCP用量的增加使聚合物的交联度提高,一方面加大了分子间的作用力,结果扯断强度提高;另一方面,DcP份数增多时泡孔尺寸变小。
说明气体膨胀只能控制在一定范围内进行,不能无限扩展,故密度、硬度增大.由图4可以清楚的看出开模温度130℃密度最小,发泡效果最好。
参考文献
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北京:
化学工业出版社,2012.5
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通用塑料改性技术。
北京:
机械工业出版社2006.9
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(1),53
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[7]晋日亚,王培霞。
聚丙烯共混改性研究[J].中国塑料,2001(02)
[8]威亚光,薛叙明。
高分子材料改性[J].化学工业.北京:
化学工业出版社,2009.5,146-188
[9]张琳。
高分子加工技术.化学工业.徐州工业职业技术学院,2012.7
[10]郭建民。
高分子材料化学基础[J].化学工业.北京:
化学工业出版社,2009.3
致谢
本次毕业设计已经接近尾声,由于经验的匮乏,难免有许多不足之处。
在此我要衷心的感谢我的导师。
本论文是在我的导师悉心指导下完成的从论文的选题、设计与实施到论文的撰写、修改、付梓,无不凝结着导师的大量心血和汗水。
刘老师平日里工作繁多,但在我做毕业设计的每个阶段都给予了我悉心的指导,每一次的谆谆教导让我在困难面前鼓起勇气和信心。
导师治学严谨、学识渊博,平易近人,在我的脑海里留下深深地烙印,让我受益终生。
此外,我还想要感谢那些给我授过课的每一位老师,是你们教会我专业知识。
在论文付梓之际,再次对所有在我大学阶段曾经帮助我、支持我的人表示诚挚的感谢!
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