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　　PE及復合材料的滾塑加工知識

　　(一)聚乙烯(PE)原料及相關特性

　　聚乙烯是由乙烯進行加聚而成的高分子化合物。根據聚合條件的不同實際分子量從l萬至幾百萬不等。最先發(fā)明的聚乙烯是采用高壓法獲得的低密度聚乙烯，其比重為0.9l0-0.925g/cm3。隨后由低壓及中壓法獲得的聚乙烯比重為0.94l-0.965g/cm3，稱為高密度聚乙烯。聚乙烯為白色蠟狀半透明材料，柔而韌，稍能伸長，無毒，易燃，燃燒時熔融滴落，發(fā)出石蠟燃燒時的氣味。聚乙烯的性能與其分子量有關，也與其結晶度有關。

　　聚乙烯的機械性能

　　聚乙烯的很多機械性能都決定于材料的密度和熔融指數。從低密度聚乙烯到高密度聚乙烯，其密度在0.90-0.96g/cm3范圍內變化。聚乙烯的熔融指數(熔體流動指數)變化范圍很大，可從0.3到25.0以上。聚乙烯的很多重要性能都隨著密度和熔融指數而變化。

　　聚乙烯的熱性能

　　聚乙烯材料的玻璃化溫度較低，為125℃，但在較寬的溫度范圍內，能保持它的機械性能。線性高分子量聚乙烯的平衡熔點為137℃，但一般很難達到平衡點，通常在加工時的熔點范圍為132—135℃。聚乙烯的著火溫度是340℃，自燃溫度是349℃，其塵埃的著火溫度是450℃。聚乙烯的熔融指數決定于其分子量的大小。不同分子量的聚乙烯材料混合時，其熔融指數也按一定的規(guī)律取其一定的值。

　　環(huán)境對聚乙烯性能的影響

　　聚乙烯耐水，在高濕度或水中物理性能不變。濃硫酸、濃硝酸及其他氧化劑會緩慢侵蝕聚乙烯。在脂肪烴、芳烴和氯代烴中，聚乙烯會發(fā)生溶脹現象，但溶脹劑揮發(fā)后能恢復原來的性能。在60℃以下，聚乙烯能耐大多數溶劑，但溫度高于70℃時烴類的溶劑會迅速侵蝕聚乙烯。當溫度繼續(xù)升高時，聚乙烯會溶解在某些溶劑中。從溶液中分離出來的聚乙烯，經冷卻后根據溫度的不同形成糊狀或膠態(tài)。

　　聚乙烯容易光氧化、熱氧化、臭氧分解和鹵化反應。由于化學上的惰性和表面的非極性，聚乙烯很難粘接，很難印刷。但經過氧化劑、火焰和電暈放電處理后，聚乙烯會有良好的粘接性及印刷性能。

　　聚乙烯經受輻射時會發(fā)生交聯(lián)、斷鏈及形成不飽和基團等反應，但主要的反應是交聯(lián)。在惰性氣體中輻照聚乙烯時，會產生氫氣的溢出而失重;在空氣中輻照聚乙烯，則由于氧氣的加入而使其增重。輻照之后在聚乙烯分子中增加了不飽和基團，導致氧化穩(wěn)定性的降低。受輻照時聚乙烯的交聯(lián)反應勝過斷鏈和形成不飽和基閉的反應，交聯(lián)反應可以提高聚乙烯的耐侯性，因而經輻照的聚乙烯制品比未經輻照的聚乙烯制品具有更好的耐候性。

　　聚乙烯在空氣個受氧氣的作用而緩慢降解，這個過程會由于熱、紫外線和高能輻射的作用而加速。降解老化的表征是制品褪色、發(fā)脆，直至損壞。碳黑對聚乙烯有顯著的光屏蔽作用，加入2%的碳黑可以有效地提高聚乙烯制品的使用壽命。除了碳黑之外，在聚乙烯中加入某些紫外線吸收劑，也能起到抗老化作用。

　　聚乙烯粉末

　　聚乙烯塑料導熱性能差，為了使在滾塑過程中熱量能夠較快地傳入塑料粉末顆粒的全部體積內，用作滾塑的聚乙烯粉末顆粒尺寸應滿足一定的要求。顆粒越小，熱量越容易傳入，材料的溫度就越容易達到其熔點。但顆粒過小時，材料則易吸濕結塊，不利于在模具內的翻滾運動。在市場上買到的聚乙烯塑料往往是粒料，需要把它磨碎、過篩，才能滿足滾塑工藝要求。

　　聚乙烯粒料的磨碎

　　聚乙烯是一種韌性較高的塑料，當采用通常的磨碎機加工時，其粒料會被撕拉成不利于再次進行磨碎的形狀。聚乙烯粒料的粉碎需要專門的高速切碎設備。

　　(二)聚乙烯滾塑工藝過程中的關鍵要素控制

　　1、脫模劑

　　在滾塑工藝過程的加熱階段，在聚乙烯粉末或熔體與模具內表面的分界面上，由于表面氧化的作用會發(fā)生化學或物理粘接。當模具內表面有局部缺陷時，聚乙烯熔體會流進這些缺陷而形成局部嵌入。這將使冷卻之后的制品難以從模具中取出。為了避免上述情況的發(fā)生，需要在模具內表面涂一層熱穩(wěn)定的材料以防止粘聯(lián)，這類材料稱為脫模劑。工業(yè)用脫模劑有很多種，聚乙烯的滾塑工藝對脫模劑有較高的要求，主要是耐熱性能的要求。油類、蠟和硅油是常用的脫模劑，但它們需要每次加料前涂一次，故稱為一次性脫模劑。這類脫模劑成本較低，脫模效果很好，但易于遷移到制品表面影響其表面性能。交聯(lián)硅氧烷是一種半永久性的脫模劑，它不需要頻繁的涂抹，不會發(fā)生遷移現象，不會受溫度變化的影響，具有較好的脫模效果，但成本較高。

　　在模具型腔表面復合一層聚四氣乙烯薄層(就像市售的不粘鍋那樣)可獲得永久性的脫模效果，聚四氟乙烯屬于永久性脫模劑。

　　2、 溫度控制

　　聚乙烯的滾塑上藝過程有一個特殊的現象：在粉末熔融過程中，粉末顆粒之間滯留的空氣形成了氣泡，隨著加熱過程的持續(xù)、這些氣泡又消失了。進一步的研究表明，這些氣泡的消失并非由于它們在浮力的作用下移向熔體的自由面，而是因為氣泡中的空氣逐漸融合在熔融的塑料熔體中。實驗表明當溫度升至150℃時，聚乙烯熔體中形成了不同尺寸的氣泡。由于聚乙烯熔體粘度很大，氣泡的浮力不足以把氣泡推向自由面。當溫度升至200℃時，所有的氣泡都消失了。因此，對于聚乙烯的滾塑來說，科學地控制加熱過程對消除聚乙烯制品中的氣泡，提高產品質量有十分重要的意義。由于滾塑的加熱時間有時會較長，特別是制品壁較厚時?？赡軙掷m(xù)半小時到一小時以上。這時就要求采取措施以防止材料在加熱過程個的熱氧化和材料性能的降低，通常在聚乙烯塑料中加入抗氧化劑可達到預防的目的。但是，當聚乙烯材料被加熱到過高的溫度或加熱時間過長時，抗氧化劑并不能防止材料的氧化。當制品厚度較大需要加熱較長的時間時，必須降低加熱溫度。如果利用提高溫度來縮短加熱時間，則有可能因氣泡中的空氣來不及消失而使氣泡保留下來。當聚乙烯塑料被加熱到熔融狀態(tài)時，材料將經歷一個從結晶態(tài)向熔體轉化的過程，這正是聚乙烯顆粒開始熔化變軟時所發(fā)生的過程。它首先出現在和模具內壁接觸的一層材料，形成一個均勻的熔融材料層。然后，逐漸向內層擴展，直到全截面完全變成塑料熔體為止。接下來是繼續(xù)加熱使氣泡逐漸消失的過程。這一過程的溫度控制和時間控制需要調節(jié)。

　　3、冷卻過程

　　在冷卻過程中，聚乙烯熔體的溫度將從200℃降至接近室溫，聚乙烯的分子將從無序的狀態(tài)轉變?yōu)檩^為有序的晶態(tài)。結晶的過程需要一定的時間，結晶的速度和聚乙烯熔體的粘度有關。當聚乙烯熔體被迅速冷卻時，聚乙烯熔體的粘度迅速增加，使其晶粒的生長受到阻礙，從而影響聚乙烯的結晶度。當結晶度不同時，聚乙烯制品的密度就不同，物理性能也將有所差別。由此，急速冷卻的聚乙烯滾塑制品具有較低的密度，而緩慢冷卻的制品則具有較高的密度。當然，制品冷卻越慢，其生產周期越長，成本越高。用于滾塑生產的聚乙烯粉末本身具有一定的密度，它決定于材料的生產廠家。但經過滾塑生產后，由于冷卻速度的不同，聚乙烯滾塑制品的密度將發(fā)生一定的變化。