EVA 交联发泡技术及应用
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冯绍华,刘忠杰,左建东,曾建国,郝建东
(青岛科技大学高分子科学与工程学院,山东青岛266042)
摘要: 对影响EVA 交联发泡的各种因素予以研究,初步研究了发泡剂AC (偶氮二甲酰胺) 的用量、交联剂DCP 的用量、发泡温度和发泡时间对EVA 泡沫制品性能的影响
。结果发现,在发泡剂AC 的用量为11 份,交联剂DCP 的用量为015 份,发泡温度为165 ℃,压力为15MPa ,发泡时间15 分钟时,为EVA 发泡的最佳条件。
关键词: EVA ;交联发泡
中图分类号: TQ32515 文献标识码: A
EVA 是乙烯和乙酸乙烯酯的无规共聚物,它的性
质随着VA 含量的变化而变化: 即VA 含量越小,其共聚物的性质越接近PE ; 含量越大,其共聚物的性质越接近橡胶。对于塑料制品而言, VA 含量约为10
%～
20 %[ 1 ] 。
EVA 泡沫塑料是以EVA 树脂为基体而内部具有微孔的塑料制品,气相的存在使得EVA 泡沫塑料具有密度低、比强度高、能吸载荷、能隔热、隔音等优点,因而用途广泛
,近几年来得到很大的发展[ 2 ] 。
EVA 泡核产生的方法可分为物理发泡法和化学发泡法,本实验采用后者。由于发泡剂AC 是通用的有机发泡剂中发气量最大( 为250～300mlΠg) , 且有放热量较小、分散性好
、释放氮气为主又不易从泡体中逸出等优点,故采用AC 作为发泡剂。AC 分解的主反应是
强的放热反应,次级反应是吸热反应,由于主反应温度与次级反应的反应温度相差不大,故加入ZnO 发泡助剂以增大发泡的温度区间,同时ZnO 还抑制AC 分解的次级反应
,从而防止生成异氰酸和氨气对设备造成腐蚀。实践证明: 当ZnOΠAC = 011 时,发泡助剂的效果
最为明显[ 3 ] 。
考虑到EVA 结晶度随VA 含量增大而减小,而且它的晶区温度高于它的熔点( 即在其熔限内) 时,粘度
急剧下降,这对发泡是不利的,故须加交联剂以增大其
粘度。本实验选择DCP 为交联剂, 同时选择1 ,22二乙烯基苯作交联助剂。
1 实验部分
111 实验原料
EVA (VA 含量为14 %) :北京有机化工厂
Hst :工业级
DCP (分解温度171 ℃、半衰期为1min) AC :工业级,广州助剂化工厂
ZnO :工业级
1 ,22二乙烯基苯:化学纯,上海化学试剂公司
112 仪器与设备
QLB —D 型平板硫化机:青岛化工学院机械厂
LJ —1000 型拉伸实验机:广州实验仪器厂
SK —160 型双辊塑炼机:上海橡胶机械厂
XRZ 熔融指数测定仪:长春第二材料试验机厂
113 试样制备
11311 工艺流程
EVA 交联发泡工艺流程如下:
AC ZnO DCP 1 ,22二乙烯基苯
↓ ↓ ↓ ↓
EVA 原料+ Hst → 开炼包辊→ 初混炼→ 混炼→ 出片→ 裁片→装模热压→ 冷却定型→ 裁样→ 测性能
实践发现:由于EVA 粘度低,在物料混合时,可省
去捏和工艺,仅用混炼分步投料法。
11312 性能测试
拉伸强度:执行GB1040 —2
MFR :执行GB3682 —83
密度:执行GBΠT6343 —1995[ 4 ]
2 结果与讨论
基本配方〔质量(份) 〕
EVA :100 ; 1 , 22二乙烯基苯: 015 ; DCP : 015 ; Hst :
110 ; ZnO :115 ;AC :15
211 DCP 量对EVA 发泡的影响
EVA , Hst 为定量, ZnOΠAC 的比例不变,DCP 为变量,作为体系交联助剂的 1 , 22二乙烯基苯, 其量要与DCP 用量保持一定的比例,制出样品并测其性能。
实验证明:
当DCP ≥016 :制品表面有龟裂、皱折; DCP < 016 :制品表面视觉效果较好;
对上述结果予以分析: 在实验条件下, 当DCP 的
量大于或等于016 时,其交联速率过大,此时AC 还来不及充分分解, EVA 熔体的粘度已经很大, 气泡没有
充分膨胀,故泡体内压很大(受力处于暂时的平衡) ,但内压不至于破坏EVA 的交联体系,当卸去外压时,产生龟裂、皱折。从理论上推测: 当DCP 用量小于某一定值时
,此定值对应着某一凝胶量,而此凝胶量是获得好
的泡沫体的最小值(约为65 %) 。
DCP 用量的增加先增大后减小, 并在DCP = 013 处有
最大值。理论上讲,制品的拉伸强度应随DCP 用量的增大而减小,但本实验在制样时未去掉结皮层,因此它的影响不可忽略, 甚至在DCP 用量较小时起主导因素
,使拉伸强度有一定程度的增加; 当DCP 用量超过
013 时,制品的表观总密度为主导因素, 拉伸强度降
低[ 6 ] 。
图 2 DCP 用量对拉伸强度的影响
(AC = 15)
兼顾制品的表观总密度和拉伸强度等因素,DCP
的量宜选015 份。
212 AC 用量对EVA 制品发泡的影响
保持基本配方中的DCP , Hst , 1 , 22二乙烯基苯不变,而使发泡剂AC 用量按17 ,15 ,11 ,9 依次变化,保持ZnOΠAC = 011 的比例, 按工
艺流程制出样品, 测其性能。
图3DCP 用量对表观总密度的影响
由图 1 可知:当DCP 的量在011 和015 之间时,制品的表观总密度随DCP 量的增大而减小。这是在实验条件下,DCP 的加入有利于熔体粘度的增大,从而有效
地防止了熔体内气体的逸出,使制品的表观总密度降低[ 5 ] 。
从图 2 可看出:在实验条件下,制品的拉伸强度随
图 3 AC 用量对表观总密度的影响
(DCP = 015)
在图 3 中,制品的表观总密度随发泡剂AC 用量的变化是: 小于13 份时, 表观总密度较低,15 份时出现峰值 1 这是由于: 当AC 的量较小时,发气量小,AC
分解气体的速率与DCP 交联反应的速率相适应,使熔体内的气体充分膨胀,因而制品的表观总密度较小,但随着发泡剂用量的增加,发气量增加,AC 的分解速率增大,大于DCP 的交联速率
,故熔体内的气体逸出量
冯绍华,等EVA 交联发泡技术及应用11
逐渐增多,导致制品的表观总密度逐渐增加。当AC 的
量为11 份时,制品的表观总密度较小。
膜,随着AC 分解气体量的增多,低交联的EVA 承受不
了强大气压的冲击而破裂;若模压时间过长,则导致制品的交联度过大,出现泡材收缩[ 5 ] 。
图 4 AC 用量对断裂伸长率的影响
(DCP = 015)
图 6 拉伸强度、断裂伸长率和表观总密度的关系图
原料混炼的上限温度由DCP 交联反应的半衰期
图 5 AC 用量对拉伸强度的影响
(DCP = 015)
10 分钟所对应的温度决定, 交联温度则要考虑DCP , AC 各自与体系凝胶量的关系,最终予以确定。若温度过高,DCP 的交联温度和AC 分解速率过高,从而导致
制品成型时间不易控制; 温度过低,导致AC 分解速度和DCP 交联速度不相适应, 使体系的凝胶量小于
65 % ,不能得到良好的发泡体。因此,降低模压温度,使
AC 的分解速率与DCP 交联速率都降低, 可延长制品
[ 5 ]
在图 4 中,制品的断裂伸长率先随AC 用量的增
加先减小后增大。其原因是: 当AC 量较小时,AC 分解速率与DCP 交联速率相适应, 故制品的伸长率在AC
= 11 左右较大;随着AC 的量增加,其分解速率也随之增加,气体在熔体中不能充分膨胀, 故制品的韧度降
低,但是由于不能充分膨胀的气体对制品的表皮的影
响是不可忽略的,甚至超过上述因素的影响,从而表现为制品的韧性增加,因此,当AC 的量超过15 份时,其
断裂伸长率增大。
从图 5 可知,随着AC 用量的增加,制品的拉伸强度呈增大趋势, 出现这种现象的原因是: 在此区间上
AC 的分解速度与DCP 的交联速度相适应, 故制品的表观总密度最小,但此时的结皮层对拉伸强度的影响
很大,反而使制品的拉伸强度增加了。
兼顾制品的表观总密度、拉伸强度和伸长率三个因素(如图6 所示) ,AC 取11 份合适。
213 模压时间和温度对EVA 发泡的影响
从理论上讲: 模压时间过短,出现粘膜、泡材底面破裂。其原因是:当交联时间较短时,交联度低、泡材粘
的模压成型时间。
3 结论
综合以上几方面的因素,本实验最佳模压发泡条件为:发泡剂AC 的用量为11 份,交联剂DCP 的用量为015 份,发泡温度为165 ℃,发泡压力为15MPa ,发泡时间为
15 分钟。
参考文献:
[ 1 ] 张先知主编1 合成树脂和塑料牌号手册(上)〔M〕1 北京:
化学工业出版社, 198～2001
[ 2 ] 洪定一主编1 塑料工业手册(聚烯烃)〔M〕1 北京:化学工业出版社1
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[ 4 ] 软质泡沫塑料密度的测定〔M〕1 塑料技术标准手册—树脂、制品、实验方法1
[ 5 ] 用于热收缩材料的EVAΠLDPE 体系的化学交联〔J 〕1 北京化工大学学报1995122 (1) 71～761 [ 6 ] 聚乙烯泡沫塑料性能研究〔J 〕1 高分子材料科学与工程,
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Technology of EVA Cross2linked Foa ming and Its Application
FENG Shao2hua ,L IU Zhong2jie ,ZUO J ian2dong ,ZENG J ian2guo , HAO J ian2dong
( College of Polymer Science and Engineering ,Qingdao University of Science and Technology ,Qingdao 266042 ,China)
Abstract : The influence of several factors on EVA cross2linked foaming was studied ,and the effects of amounts of AC (foaming agent) and DCP (cross2linked agent) to be used ,and foaming temperature as well as foaming time on the properties of EVA foaming products were preliminary researched. The results showed that the optimum foaming conditions for EVA were :
11 weight percent of AC ,015 weight percent of DCP ,foaming temperature of 165 ℃,pressure 15MPa and
time 15 minutes.
Key words : EVA ;Cross2linked foaming