聚丙烯發(fā)泡發(fā)泡材料及其在體育器材中的運(yùn)用

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1、摘?要：???????聚丙烯發(fā)泡材料具有質(zhì)量輕、隔音、吸收沖擊能量大等優(yōu)點(diǎn)，在體育器材中得到了廣泛的應(yīng)用。本文綜述了發(fā)泡聚丙烯（EPP）發(fā)泡的原理、工藝、國(guó)內(nèi)外進(jìn)展?fàn)顩r，對(duì)其在體育中的應(yīng)用做些簡(jiǎn)單的介紹，并對(duì)化學(xué)交聯(lián)及共混改性進(jìn)行PP發(fā)泡的研究進(jìn)行評(píng)論，指出下一步的開(kāi)發(fā)方向。關(guān)鍵字：聚丙烯；發(fā)泡材料；體育器材；應(yīng)用????????發(fā)泡塑料作為一種新型的材料，與純塑料相比，它們具有密度小、比強(qiáng)度高、能量吸收能力強(qiáng)、隔音隔熱性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)[1]主要品種有聚氨酯(PUR)軟、硬質(zhì)泡沫塑料，聚苯乙烯(PS)和聚乙烯(PE)擠

2、出發(fā)泡三大類。其中，發(fā)泡聚丙烯(EPP)是繼聚苯乙烯泡沫塑料之后JSP公司開(kāi)發(fā)的一種新型材料，與傳統(tǒng)發(fā)泡材料相比，其具有優(yōu)良的耐熱性、力學(xué)性能、適宜和柔順的表面，優(yōu)異的微波適應(yīng)性以及良好的環(huán)境適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)，而且，由于聚丙烯分子上存在一個(gè)甲基，其化學(xué)性質(zhì)決定了發(fā)泡聚丙烯本身的降解性能將明顯優(yōu)于其它發(fā)泡材料，因此，在日本、美國(guó)和德國(guó)等國(guó)家得到了大力發(fā)展。從1982年EPP首次應(yīng)用于汽車保險(xiǎn)杠以來(lái)，該材料目前已廣泛應(yīng)用，隨后EPP應(yīng)用于汽車、包裝、體育用品以及日用和結(jié)構(gòu)材料等各個(gè)領(lǐng)域。本文分別對(duì)聚丙烯發(fā)泡材料的開(kāi)發(fā)研究進(jìn)展及其

3、在體育器材中的應(yīng)用做簡(jiǎn)要介紹。,?1.聚丙烯發(fā)泡材料的開(kāi)發(fā)研究進(jìn)展????????聚丙烯結(jié)晶型聚合物，在結(jié)晶熔點(diǎn)以下幾乎不流動(dòng)，結(jié)晶熔點(diǎn)以上則熔體粘度急劇變小，所以在聚丙烯發(fā)泡過(guò)程中所產(chǎn)生的氣體很難被熔體包住。此外，聚丙烯從熔融態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶態(tài)會(huì)放出大量的熱量，由熔體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w所需時(shí)間較長(zhǎng)，加之聚丙烯透氣率高，發(fā)泡氣體易逃逸，故適于聚烯發(fā)泡的溫度區(qū)間窄，發(fā)泡過(guò)程較難控制[2]發(fā)泡聚丙烯（EPP）發(fā)泡的原理、國(guó)內(nèi)外研究的工藝進(jìn)展?fàn)顩r做些相應(yīng)的介紹。，因此，發(fā)泡聚丙烯的工業(yè)化開(kāi)發(fā)頗有難度。目前，國(guó)外少數(shù)國(guó)家如美國(guó)、意大利、德國(guó)

4、PP發(fā)泡材料的生產(chǎn)已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。我國(guó)近幾年才開(kāi)始PP發(fā)泡材料方面的研究，至今還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出穩(wěn)定高發(fā)泡PP的成熟技術(shù)，工業(yè)化生產(chǎn)在我國(guó)還在起步階段。下面將就1.1聚丙烯發(fā)泡機(jī)理及發(fā)泡劑1.1.1發(fā)泡機(jī)理???????物理發(fā)泡是將一種揮發(fā)性的液體在一定壓力下將其注入聚合物熔體中，當(dāng)熔體經(jīng)過(guò)機(jī)頭時(shí)，壓力下降，液體汽化，形成泡沫。一般需要設(shè)置專用的發(fā)泡劑計(jì)量、加壓和注入系統(tǒng)，發(fā)泡劑通常是在PP完全熔融的擠出機(jī)相應(yīng)的位置處直接加入。氣體發(fā)泡劑在熔體中相容性差，需要使用混合效果極好的排氣系統(tǒng)。另外,熔體壓力和擠出過(guò)程中壓力降的大小亦

5、影響物理發(fā)泡過(guò)程。因此今后物理發(fā)泡劑的研制目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一些不太穩(wěn)定的揮發(fā)性化合物做發(fā)泡劑，同時(shí)要解決這些發(fā)泡劑和樹(shù)脂相容性的問(wèn)題及其從氣泡中擴(kuò)散速度快、易使氣泡塌陷等問(wèn)題。所以該技術(shù)對(duì)設(shè)備和工藝條件的精確控制要求很高。???????目前開(kāi)發(fā)較為成功的是CO2超臨界流體發(fā)泡技術(shù)。該技術(shù)現(xiàn)正由美國(guó)的Trexel、MicrocellularPasticsTechnology、Axiomatics公司和日本的SekisuiPlasticsofTokyo公司等進(jìn)行商業(yè)化推廣[3]。???????PP化學(xué)發(fā)泡是加入化學(xué)發(fā)泡劑在一定溫度

6、下分解放出氣體進(jìn)行發(fā)泡。PP發(fā)泡工藝控制比較困難，由于聚丙烯樹(shù)脂為結(jié)晶聚合物，結(jié)晶度較高，在升溫達(dá)到結(jié)晶熔融溫度后，聚合物熔體粘度迅速下降，使發(fā)泡過(guò)程中產(chǎn)生的氣體很難保持??；聚丙烯樹(shù)脂熱容較大，樹(shù)脂從熔融狀態(tài)轉(zhuǎn)變到結(jié)晶態(tài)要放出大量的熱，也使聚丙烯樹(shù)脂的熔體強(qiáng)度下降，這些都使發(fā)泡的氣體易于逃逸。因此增強(qiáng)熔體強(qiáng)度，選擇合適的主發(fā)泡劑、助發(fā)泡劑及成核劑是化學(xué)發(fā)泡的關(guān)鍵。1.1.2發(fā)泡劑類型??????PP發(fā)泡分為物理發(fā)泡和化學(xué)發(fā)泡。常用的物理發(fā)泡劑包括戊烷、丁烷、CO2或N2等；化學(xué)發(fā)泡劑包括放熱型發(fā)泡劑和吸熱型發(fā)泡劑。放熱型

7、發(fā)泡劑大多為有機(jī)發(fā)泡劑，如偶氮二甲酰胺、對(duì)甲苯磺酰胺基脲等，吸熱型發(fā)泡劑一般是檸檬酸、碳酸氫鈉、碳酸鈉的混合物。其中最為典型的是德國(guó)BoehringerIngelgeim公司生產(chǎn)的Hydrocerol發(fā)泡劑。經(jīng)剖析其成分主要是檸檬酸，碳酸氫鈉[4]。1.2發(fā)泡聚丙烯材料研發(fā)進(jìn)展　???????與非結(jié)晶的PS相比，結(jié)晶PP的發(fā)泡溫度范圍窄，發(fā)泡難度大。在熔點(diǎn)以下，體系黏度大，氣泡難以生成，而在熔點(diǎn)以上，體系黏度迅速下降，熔體強(qiáng)度低，導(dǎo)致氣體在體系中逃逸難以形成封閉的氣泡。同時(shí)，在冷卻階段，由于PP結(jié)晶放熱量大，體系黏度變低

8、，使得形成的氣泡可能進(jìn)一步被破壞。???????人們采用了各種方法來(lái)改進(jìn)PP的這種缺點(diǎn)，所有的方法都具有相同的目的，即提高體系在發(fā)泡時(shí)的熔體強(qiáng)度。目前主要采用的方法有：直接使用高熔體強(qiáng)度PP、化學(xué)交聯(lián)和接枝、共混改性[5]。1.2.1基于高熔體強(qiáng)度聚丙烯的研究???????使聚丙烯具有良好的發(fā)泡性能最直接也是最簡(jiǎn)單的