LDPE/EVA/弹性体发泡材料的研究

连荣炳

(厦门威迪亚科技有限公司， 361000)



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LDPE/EVA/弹性体发泡材料的研究

连荣炳

(厦门威迪亚科技有限公司， 361000)

研究了发泡剂AC、弹性体三元乙丙橡胶(EPDM)和丁腈橡胶(NBR)、填料超细CaCO3对低密度聚乙烯(LDPE)/聚乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)/弹性体发泡材料性能的影响。结果表明：当m(AC)∶m(LDPE+EVA)=6∶100时，发泡材料的密度达到0.078 g/cm3；EPDM能提高发泡材料的强度，当m(EPDM)∶m(LDPE+EVA)=15∶100时，发泡材料的力学性能优异；超细CaCO3可以提高发泡材料的强度，当m(CaCO3)∶m(LDPE+EVA)=30∶100时，发泡材料的泡孔均匀、细密，且性能较好。

LDPE； EVA； 弹性体；发泡材料； 配方

0　前言

LDPE/EVA发泡材料质轻、强韧、耐磨，还具有优异的回弹耐老化性、耐龟裂性和化学性能，广泛用于鞋材、包材、化工和建筑等行业。近年来卫浴行业的竞争越来越激烈，成本压力也越来越大，高性能的LDPE/EVA/弹性体发泡材料被很多厂家用于卫浴密封件，以替代成本较高的橡胶件。

笔者研究了发泡剂AC、弹性体EPDM和NBR、超细CaCO3对LDPE/EVA发泡材料的密度及力学性能的影响，并研制了综合性能较好、且能满足卫浴零件密封要求的LDPE/EVA/弹性体发泡材料[1-2]。

1　实验

1.1原料

EVATAISOXI，中国台湾塑胶工业有限公司;

LDPE1I2A，北京燕山石化公司；

偶氮二甲酰胺(AC)分析纯，杭州海虹精细化工公司；

过氧化二异丙苯(DCP)分析纯，上海高桥石化公司；

三元乙丙橡胶(EPDM)中国吉林石化公司；

丁腈橡胶(NBR)兰州石化公司石化研究院；

超细CaCO3，内蒙古蒙西公司。

1.2仪器与设备

双辊塑炼机SK-160B型，上海橡胶机械厂；

平板硫化机XLB型，青岛第三橡胶机械厂；

拉力实验机XL-250型，广州实验仪器厂；

测厚仪CH-10-AT型，上海六菱仪器厂；

电子扫描显微镜JSM-5900LV，日本日立公司。

1.3性能测试

密度按GB/T 6343—1995测试；

拉伸强度和断裂伸长率按GB/T 6344—1996测试；

压陷硬度按GB 10870—89测试；

发泡倍率发泡试样体积与模具型腔体积之比。

1.4实验方法

工艺条件：将LDPE加入双辊塑炼机中，辊温为90～100 ℃，熔化后加入EVA和弹性体EPDM、NBR，填料超细CaCO3，然后依次加入DCP、AC、发泡促进剂，混炼10 min后出片；称取适量的料片，置于平板硫化机模具上，模压发泡成型，压制温度为165～170 ℃，压制时间为10 min，压制压力为10 MPa。

2　结果与讨论

2.1AC对发泡材料性能的影响

发泡剂是气泡增长的动力，其用量直接影响到材料的发泡倍率，是控制发泡材料力学性能的主要因素。偶氮二甲酰胺(AC)的性价比高，适用范围宽，应用广泛。AC发泡剂分解温度195～210 ℃，添加适量发泡混合促进剂，可以把分解温度降至160～175 ℃，与LDPE/EVA材料的成型温度相符合。m(AC)∶m(LDPE+EVA)对发泡材料的密度及力学性能的影响，如表1所示。

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表1　m(AC)∶m(LDPE+EVA)对发泡材料性能的影响

由表1可知：随着m(AC)∶m(LDPE+EVA)增加，发泡材料的密度、拉伸强度、撕裂强度、硬度均呈下降趋势。当m(AC)∶m(LDPE+EVA)为6%时，发泡材料的密度较小；m(AC)∶m(LDPE+EVA)继续增大时，密度变化很小，因此，m(AC)∶m(LDPE+EVA)为6%时为宜。

2.2EPDM对发泡材料性能的影响

LDPE/EVA发泡材料存在易打滑、不耐穿刺、低温变硬等缺点，需要添加弹性体进行改善，同时弹性体的加入，也改善了LDPE/EVA的黏弹性，提高了材料的柔韧性、耐折性和耐磨性。由表1可见：发泡材料的密度很小时，材料的强度也较差。m(EPDM)∶m(LDPE+EVA)对发泡材料性能的影响，表2所示。 由表2可见：随着m(EPDM)∶m(LDPE+EVA)的增加，发泡材料的拉伸强度、撕裂强度、硬度均呈上升趋势，但密度逐渐变大。这是因为EPDM的黏度较高，用量越大，体系的黏度就越大，体系发泡越困难，从而使发泡材料的强度提高，密度增大。当m(EPDM)∶m(LDPE+EVA)为15%时，发泡材料的密度为0.121 g/cm3，力学性能优异。

表2　m(EMDM)∶m(LDPE+EVA)对发泡材料性能的影响

2.2NBR对发泡材料性能的影响

NBR少量添加时，易在体系中形成分散相，降低分子链之间的作用力，起增塑作用，此时NBR可视为一种高分子增塑剂[3]；只有当NBR添加到一定量时，在体系中形成了连续相，才能增大体系的黏度，提高材料的强度。m(NBR)∶m(LDPE+EVA)对发泡材料性能的影响，如表3所示。由表3可知：发泡材料的密度、断裂伸长率基本上不受NBR用量的影响；随着NBR的加入，发泡材料的拉伸强度反而变差，撕裂强度基本上没有得到改善，但柔软性变好。可见，NBR在该体系中起增塑作用，而非增强作用。

表3　m(NBR)∶m(LDPE+EVA)对发泡材料性能的影响

NBR降低了体系黏度，使材料的发泡倍率增大。图1是材料的发泡倍率与m(NBR)∶m(LDPE+EVA)的关系图。NBR加入越多，材料发泡越充分，厚度越大。可见，NBR促进了材料发泡。

图1　材料发泡倍率与m(NBR)∶m(LDPE+EVA)的关系

2.3超细CaCO3对发泡材料性能的影响

塑料成型中，在不影响性能的条件下，可以加入一些填料，如碳酸钙，它既可以降低成本，同时在一定范围内又可以提高材料的强度[4]。在LDPE/EVA/NBR体系中加入超细CaCO3，其他助剂不变，m(CaCO3)∶m(LDPE+EVA+NBR)对LDPE/EVA/NBR发泡材料性能的影响，如表4所示。由表4可知：与未填充超细CaCO3的材料相比，超细CaCO3提高了发泡材料的拉伸强度、撕裂强度和硬度。这是因为填充超细CaCO3时，少量的CaCO3颗粒可以分散到泡孔间的孔隙中，起到补强作用[5]，但增大了发泡材料的密度，降低了断裂伸长率。当m(CaCO3)∶m(LDPE+EVA+NBR)为30%时，发泡材料的密度为0.115 g/cm3，断裂伸长率较大，材料综合性能较好。

表4　m(CaCO3)∶m(LDPE+EVA+NBR)对LDPE/EVA/NBR发泡材料性能的影响

泡孔的孔径和分布均匀性是影响发泡材料性能的主要因素，一般泡孔小而分布均匀的闭孔泡沫材料具有较好的综合性能[6]。图2是m(LDPE)∶m(EVA)∶m(NBR)=60∶40∶10和m(LDPE)∶(EVA/NBR)∶CaCO3=60∶40∶10∶30的发泡材料断面泡孔分布的显微镜照片。由图2可见：LDPE/EVA/NBR/CaCO3材料的泡孔比LDPE/EVA/NBR材料的更均匀细密。这是因为CaCO3在体系中起泡孔成核作用，同时增大体系黏度，从而使泡孔数目增加，体积变小，所以CaCO3提高了发泡材料的强度。

3　结语

(1) 密度小是发泡材料的优良性能，当m(AC)∶m(LDPE+EVA)为6%时，发泡材料的密度达到0.078 g/cm3。

(2) EPDM弹性体能有效提高发泡材料的拉伸强度和撕裂强度，但会增大材料密度，降低断裂伸长率。当m(EPDM)∶m(LDPE+EVA)为15%时，发泡材料的力学性能较好。

(a) m(LDPE)∶m(EVA)∶m(NBR)=60∶40∶10

(b) m(LDPE)∶m(EVA)∶m(NBR)∶m(CaCO3)=60∶40∶10∶30

(3) NBR弹性体在发泡材料中起增塑作用，提高材料的发泡倍率，但不能提高材料的强度。在LDPE/EVA/NBR体系中加入超细CaCO3，发泡材料的强度得到提高。当m(CaCO3)∶m(LDPE)∶m(EVA)∶m(NBR)=30∶60∶40∶10时，发泡材料的密度低，性能较好，且能满足卫浴件的密封要求。

[1]MINORU Sawai, KENICHI Miyamoto. Super low density polyurethane systems for sports shoes[J]. Journal of Cellular Plastics, 2000, 36(4)：286-293.

[2]刘灿培，林金火. 超轻EVA发泡材料的研制与生产[J].中国塑料，2004，18(2)：58-62.

[3]郁小强. PVC发泡人造革泡孔质量的研究[J]. 聚氯乙烯，2000(3)：35-40.

[4]邱桂学，许淑贞. 碳酸钙填充HDPE泡沫塑料[J].工程塑料应用，1997，25(5)：16-18.

[5]王慧敏，寇亚志，倪士民. EVA/LDPE发泡材料的研制[J]. 科技进展，1999(5)：12-14.

[6]赵祺，雷卫华，古忠云，等.硅橡胶/三元乙丙橡胶泡沫合金性能的研究[J]. 特种橡胶制品，2000，21(6)：25-27.

Study on LDPE/EVA/Elastomer Foaming Materials

LIAN Rong-bing

(Xiamen Wdiplumbing Technology Co., Ltd., Xiamen 361000， China)

The effects of the blowing agent AC, elastomer of EPDM and NBR, filler of ultra fine CaCO3on the properties of LDPE/elastomer foaming materials were studied. The result show that the density of foaming materials reaches 0.078 g/cm3whenm(AC)∶m(LDPE+EVA)=6∶100; EPDM could enhance the strength of foaming materials, and the mechanical property is superior whenm(EPDM)∶m(LDPE+EVA)=15∶100; ultra fine CaCO3could enhance the strength of foaming materials, and whenm(CaCO3)∶m(LDPE+EVA)=6∶100, the property of foaming materials could be better and the cell structure could be also even.

LDPE; EVA; elastomer; foaming material; formula

连荣炳(1978—)，男，工程师，研究各种发泡材料的配方和工艺。

TQ 320

A

1009-5993(2016)01-0042-04

2015-12-15)