聚丙烯发泡材料及其在体育器材中的应用

表1 高熔体强度（HMSP）PP与普通PP的主要性能比较[7]
性能	测试方法	Pro-faxPF-814	普通线性PP
熔体流动指数,g/10min	ASTM-D1238	2	3
密度,g/cm3	ASTM-D1505/792	0.91	0.90
拉伸屈服强度,MPa	ASTM-D538	40	37
弯曲模量,MPa	ASTM-D6908	2206	1700
缺口冲击强度(23℃),J/m	ASTM-D256	27	64
热变形温度(0.45MPa),℃	ASTM-D648	135	110
熔点,℃	DSC	168	157

       除了直接采用高熔体强度的PP外，为降低成本，可以利用其对普通PP进行共混改性，以达到增加体系熔体强度的目的。刘振龙[8]等以质量分数为10%～15%HMSPP分别与均聚和共聚PP进行共混。采用均聚PP为树脂基体的材料具有较高的刚性，但是发泡倍率以及材料韧性不及以共聚PP体系，这主要是均聚PP较高的结晶度决定的。当在以 HMSPP/均聚PP体系中加入第三组分弹性体乙烯辛烯共聚物（POE）后，可以增加发泡倍率，改善发泡材料的韧性。此外，文章对三种不同的化学发泡剂的发泡效果进行了对比，它们分别是HP-20P、EP1755和RA。其中HP-20P、EP1755为吸热型发泡剂，一旦受热停止，发泡剂就会停止分解，材料的形态体现为较小的泡孔。而RA属于放热型发泡剂，在没有吸热的情况下仍可能继续分解，导致气泡孔径的增大。
       1.2.2基于化学交联提高聚丙烯熔体强度的研究
       由于我国高熔体强度PP的生产还是空白，为增加熔体强度，国内在PP发泡方面的研究主要集中于PP的化学交联上。王兰[9]等以过氧化二异丙苯(DCP)为交联剂， 二乙烯基苯为助交联剂研究了发泡PP挤出型材的性能受各组分以及工艺条件的影响，通过设计正交配方实验方案，发现按照用量对制品拉伸强度影响最大的因素分别为：AC发泡剂、交联剂、成核剂以及发泡助剂PbSt。徐志娟[10]等利用发泡剂(AC）、交联剂(DCP)研究了PP在挤出发泡过程中工艺条件的影响，发现挤出机头的设计对制品的发泡形态有重要影响，如果机头口模设计不合理，导致螺杆和机头之间出现压力损失，很容易引起熔体的提前发泡，导致熔体在离开机头后爆炸式膨胀而引起熔体破裂。同时，螺杆的转速也对制品质量有很大影响，转速太低，机头处的背压低，容易发生提前发泡，而当其转速过高时，则会产生熔体滑移现象，导致熔体流动的不稳定性，最终产生熔体破裂。从温度方面考虑，一方面温度越高，气体在熔体中的溶解度越低，容易导致提前发泡，另一方面，温度越高，熔体强度会降低，不利于泡孔的形成，因此机头温度应尽可能低。
      李迎春[11]等以过氧化二异丙苯(DCP)为交联剂，二乙烯基苯为助交联剂，AC为发泡剂对PP模压板材的发泡进行了报道。他们首先对交联过程进行了研究，发现交联剂和交联助剂的用量直接影响泡沫制品的性能，用量太小，熔体强度不够，用量太大则会产生凝胶化，影响材料加工。在发泡剂的用量与制品性能图上，存在一个最优值，制品的冲击强度首先随发泡剂用量的增加而增加，达到最大值后，性能反而随之下降，这通常是由于发泡剂含量太大，气体体积增加导致气孔破裂引起的。同时，模压时间、压力以及温度都对制品的发泡性能有很大影响：模压时间的长短决定了发泡剂的分解时间，时间太短，发泡剂不能完全分解，而时间如果太长又会导致PP的降解，而模压力和模温则直接关系到熔体的黏度，压力小、气泡的孔径大，会导致气体的逃逸；压力太大的话，外压释放时，熔体无法承受内部气体的高压也会导致气泡的破裂。
    方少明[12]采用AC发泡剂，交联剂DPC以及一些偶联剂、发泡成核剂和助发泡剂，对CaCO3 交联PP复合体系的注射成型进行了研究。大量CaCO3(80%)的加入一方面提高了熔体的黏度，有利于气泡的稳定，另一方面针状的CaCO3粒子能有效的阻止裂纹的发展，降低材料对缺口冲击的敏感性。
    除了采用常规的交联剂对PP分子进行交联以提高熔体强度外，还可以对PP主链进行接枝。G．J．Nam[13]通过反应挤出接枝，对线性PP和接枝PP的流变学性能和挤出发泡进行了比较，发现长链接枝可以大大提高PP的零剪切粘度、抗熔垂性和拉伸变硬性。反映在发泡性能上，就使得材料具有更好的泡孔形态和尺寸，以及更高的发泡倍率。黎勇[14]等对接枝改性PP的发泡进行了研究，采用过氧化物作为引发剂、线性不饱和聚酯作为支链，在双螺杆挤出机上进行反应挤出，红外分析表明，接枝率可达89.3%。接枝能改善PP的流变性能，降低结晶度，使熔体强度对温度的敏感性下降，从而拓宽了材料的发泡温度范围。