聚烯烴彈性體與低密度聚乙烯共混高彈發泡地墊的研究

沈 倩,黃海云,徐 晨,董炎明，2*

(1.江蘇明德玩具股份有限公司，江蘇 南通 226500；2.廈門大學材料學院，福建 廈門 361005)

目前應用于兒童爬行墊和家裝材料的聚烯烴(主要是聚乙烯或EVA)泡沫地墊的主要特性是兼有一定的柔性和剛性，也就是彈性和塑性的結合。但總的來說，回彈性不夠，腳踩上去舒適度不夠好。一般聚乙烯或EVA泡沫地墊的邵氏A硬度大于30°，正常情況是38°。有許多應用要求泡沫地墊做得更有彈性，更柔軟，腳感舒適，不易疲勞。而且使腳面和泡沫地墊之間以及泡沫地墊與地面之間不容易滑動，也就是有一定的止滑作用，防止老人小孩摔倒。但是目前這方面的系統研究鮮有報道。

本文用聚烯烴彈性體POE改善LDPE[1]的高彈性，以期得到最佳高彈性和性價比。

1 實驗部分

1.1 儀器與原料

儀器：LX-A邵氏硬度計[2]；日本島津AGS-X5KN電子萬能試驗機；QC-607-KY-C海綿回彈儀(東莞市利拓檢測儀器有限公司)。

原料：低密度聚乙烯LDPE(揚子巴斯夫2426H，熔融指數為2.3g/10min)，聚烯烴彈性體POE(陶氏Engage 8150，熔融指數為2.02g/10min)，偶氮二甲酰胺AC(廣州江鹽化工有限公司)，氧化鋅(濰坊恒豐有限公司)，硬脂酸(上海倍特化工有限公司)，二叔丁基過氧異丙基苯BIPB(上海方銳達化學品有限公司)，滑石粉(青島盛達滑石粉有限公司)。配方：LDPE+POE共3kg，AC 300g，BIPB 22g，硬脂酸30g，氧化鋅40g，滑石粉2kg。

1.2 試驗方法

將所需原料按需備好，置于密閉式煉膠機內進行混料塑煉處理，其中密閉式煉膠機內溫度為135℃塑煉15min排出；將密閉式煉膠機排出的物料送入開煉機進行開煉薄通15min；冷卻后裁切成片，于175℃壓機中發泡成型，得到所需基于聚烯烴彈性體的高彈性發泡材料。

1.3 性能測試測試方法

1.3.1 邵氏A硬度的測定方法

根據GB/T530-1999《橡膠袖珍硬度計壓入硬度試驗方法》，國際標準ISO7619:1986進行測試。

1.3.2 斷裂伸長率的測定方法

根據GB/T6344-2008 《軟質泡沫聚合材料拉伸強度和斷裂伸長率的測定》進行測試；試樣尺寸為152mm×13 mm×10 mm，橫截面為矩形；拉伸速度為500mm/min±50mm/min；測定溫度23℃±2℃，相對濕度50%±5%。

1.3.3 回彈系數的測定方法

根據GB/T6670-2008《軟質泡沫聚合材料落球法回彈性能的測定》 ；相應國際標準ISO8307:2007。鋼球回落高度：500mm；鋼球直徑：16mm。

2 結果與討論

2.1 POE的特點

本文利用POE來提高LDPE地墊的彈性和韌性是基于以下考慮。POE具有塑料和橡膠的雙重特性，具有優異的機械性能和低溫性能。并且，POE的飽和分子鏈結構賦予其優異的耐熱氧老化和紫外光老化性能，可以直接作彈性材料使用[3]。POE還具有較高的拉伸強度和斷裂伸長率[4]。聚烯烴發泡材料具有高強度以及良好的力學性能。這種材料強度高、韌性好、耐磨損，并且有優異的絕緣性[5]、隔熱性能、耐腐蝕性，被廣泛的應用于化工、建材等各個領域。

POE是采用茂金屬催化劑的乙烯(或丙烯)和1-辛烯實現原位(Insite)催化技術無規共聚的熱塑性彈性體。POE的特點是：(a)辛烯的柔軟鏈卷曲結構以結晶的乙烯鏈作為物理交聯點，使它既有優異的韌性又有良好的加工性。(b)POE分子結構中沒有不飽和雙鍵，具有優良的耐老化性能。(c)POE分子量分布窄，具有較好的流動性，與聚烯烴相容性好。(d)良好的流動性可改善填料的分散效果。(e)POE與LDPE有良好的相容性和相混性。

2.2 LDPE中添加不同的質量百分數POE對產品高彈性的影響

本文系統研究了POE質量分數對泡沫地墊高彈性的影響，結果列于表1。

表1 不同質量分數POE的產品性能對比

當邵氏A硬度達到22°以下時就認為產品是柔軟的和高彈的，本文測得低密度聚乙烯發泡地墊的邵氏A硬度為31.1°，根據表中數據可知當POE質量百分數達到50%的時候邵氏A硬度低于22°。

斷裂伸長率越大產品越難被拉斷，一般低密度聚乙烯發泡的地墊斷裂伸長率為100%，根據表中數據可知當POE質量百分數達到50%以上時產品斷裂伸長率達到200%以上，即原長度的三倍以上。

回彈系數越大產品回彈性能越好，當回彈系數達到40%以上時認為產品回彈性能較優，一般LDPE發泡的地墊回彈系數為26%，根據表中數據可知當POE質量百分數達到50%的時候回彈系數已經大于40%。

綜上所述，隨著POE含量的增加，體系的彈性和斷裂伸長率有很大的提高?？梢姡琍OE對聚烯烴泡沫塑料有優良的增彈作用。當POE質量分數加到50%時邵氏A硬度為21.7°，斷裂伸長率為204%，回彈系數為42%；三項指標都達到高彈性能要求并且增加的成本相對較低，達到最佳的性價比。

2.3 不同的質量填料對產品性能的影響

表2 不同的質量填料的產品性能對比

結果表明，雖然滑石粉的量與地墊的硬度成正比，而與回彈系數成反比，雖然少加滑石粉是有利的，但是成本也會增加。填料本來的作用就是降低成本的。很有意思的是，我們觀察到斷裂伸長率卻不是這個規律，2kg滑石粉的斷裂伸長率確實最大的，斷裂伸長率反應的是材料的韌性[7]，是一種極限的力學性能值，作為拼接地墊，其齒形邊經常要受到拉力而不斷裂。從這個角度來說，2kg是最佳選擇。

3 結論

(1)添加質量分數50%的彈性材料POE，50%LDPE所制備而成的發泡材料硬度較低比較柔軟，斷裂伸長率較高并且回彈系數較好。

(2)填料選用2kg滑石粉有最佳的斷裂伸長率是綜合性能和性價比最佳的選擇。

(3)綜上所述，優選配方為LDPE 1.5kg，POE 1.5kg，AC 300g，BIPB 22g，硬脂酸30g，氧化鋅40g，滑石粉2kg。

致謝：感謝江蘇明德玩具股份有限公司的領導潘煒和倪鋒對本文的大力支持。