塑料螺丝为您讲解 聚丙烯发泡体系的性能
      一个典型的聚丙烯挤出发泡过程如图1所示。在挤出发泡的四个阶段中，聚丙烯熔体的粘弹性、发泡剂在PP熔体中的溶解度和扩散系数、PP的结晶行为，若发泡体系中采用成核剂，则成核剂的种类以及与PP熔体的相容性等均具有重要的作用，这些因素并非单独影响发泡过程的某一阶段，而是贯穿于整个发泡过程中。因此，聚丙烯的挤出发泡过程非常复杂。

1.1 聚丙烯熔体的粘弹性
      在PP挤出发泡的气泡增长阶段，形成气泡壁的PP熔体受到双向拉伸，PP熔体经历强烈的拉伸形变，因此聚丙烯熔体的粘弹性对气泡增长的稳定性、泡孔尺寸的均匀性、气泡的塌陷、破裂与否、发泡倍率，最终对发泡制品的性能将产生重要的影响。在气泡增长的初始阶段，要求聚丙烯熔体的拉伸黏度要低，以允许气泡进行快速增长；而在随后的增长过程中，拉伸黏度必须增加到足够高的水平以保持气泡的增长稳定，如果此时熔体的拉伸黏度出现下降，则受到拉伸已经变薄的气泡壁将在内压作用下变得更薄，气泡容易出现塌陷，影响气泡尺寸的均匀性和制品的发泡倍率。若此时熔体的拉伸黏度增加，则较薄气泡壁的形变将会由于黏度随应力增加而降低，结果得到泡孔尺寸均匀、发泡倍率较大的制品。另外，在气泡增长的最后阶段，在高的拉伸速率下PP的熔体弹性要足够高以阻止气泡出现爆裂，促使闭孔的气泡结构。因此PP熔体在不同温度和应变速率下的拉伸黏度和熔体弹性是聚丙烯挤出发泡中的关键，过低的熔体黏度和熔体弹性将使PP挤出发泡的窗口变窄，无法控制气泡的稳定增长，得到优质的发泡材料。

      一定温度和应变速率下，熔体的拉伸黏度随时间或者应力增加而快速增加的现象称为应变硬化，亦称粘性增强；熔体弹性，工业上通常用熔体强度和挤出胀大来表征，其中挤出发泡中通常采用熔体强度，为以最大拉伸速率拉伸挤出样条时的拉伸力（在一定的温度下）。通用PP熔体在拉伸过程中拉伸黏度表现不出应变硬化现象，并且熔体的弹性（熔体强度）很低，导致通用PP的可发性较差，适宜挤出发泡的加工窗口很窄。因此，长期以来，如何提高聚丙烯的可发性，也即提高通用PP熔体的粘度和弹性、拓宽PP挤出发泡的加工窗口是开发PP发泡材料必须解决的一个关键技术。

迄今为止，改善通用聚丙烯熔体粘弹性的主要技术包括：
（1）增加相对分子质量;
（2）拓宽相对分子质量；
（3）与其它支化聚合物共混；
（4）在通用聚丙烯线形主链上接枝长支链得到长链支化的聚丙烯；
（5）通用线形聚丙烯与长链支化聚丙烯共混。这些方法对聚合物熔体的拉伸黏度和熔体弹性的影响是不同的：其中，增加相对分子质量、拓宽相对分子质量分布可以提高熔体强度，但对于熔体黏度的提高却并不显著；而在通用聚丙烯线形主链上引入长的支链，得到长链支化的聚丙烯则可以同时提高拉伸黏度和熔体弹性，长链支化聚丙烯具有显著的应变硬化现象和较高的熔体强度。

      20世纪90年代以前，研究者大多通过交联和与其他聚合物共混的办法改变聚丙烯的流变性能以提高PP的熔体弹性。交联包括辐射交联和过氧化物交联，但是，交联度的控制比较困难，而且凝胶的存在影响了回收利用，实践证明交联并不是一种很好的技术。而与其它支化聚合物共混改性技术如与LDPE共混等，为了得到合适的熔体强度，所添加其他树脂的量甚至要超过基体树脂聚丙烯，也就无法充分利用聚丙烯的优点。因此，从20世纪90年代开始，对于聚丙烯可发性的研究重点转向了如何开发长链支化的聚丙烯，在此领域，研究最多并取得商业化生产的技术是电子束辐射接枝技术，Himont公司（后Montell公司、Basell公司）和Borealis公司先后推出了商品化的高熔体强度聚丙烯(HMS-PP) (高熔体强度聚丙烯是长链支化聚丙烯的商业名称)Profax系列和Daploy系列，其中 Montell公司采用电子束辐射工艺的反应温度在80°C以下。他们发现PP的降解依赖于温度，如图2所示,在65°C左右，降解反应和重建反应达到平衡。但是在80°C以上，降解反应速度要超过重组过程。这些长链支化的高熔体强度聚丙烯具有如下特征：
（1）显著的应变硬化现象；
（2）高的熔体强度（熔体弹性）
（3）与线形聚丙烯优良的相容性；
（4）加工窗口扩宽，已经在发泡、热成型、挤出涂布等领域取得成功应用。

      在电子束辐射接枝技术商业化以后，过氧化物诱发长链接枝PP 技术和反应挤出技术也引起了研究者广泛的关注，尤其是对反应挤出技术的研究近年来较为深入。Himont公司和Chisso公司拥有在低温下采用过氧化物进行PP长链接枝的专利技术；Akzo Nobel拥有采用几种过氧化物反应挤出进行PP长链接枝的专利技术并进行了持续的研究开发，其他研究者也对反应挤出表现出了浓厚兴趣。这种新型的聚丙烯长链支化技术有望在未来进行商业化转化，但是必须注意的一点是，反应挤出对于设备和工艺的要求非常严格。

: PP降解反应与温度的依赖关系
      高熔体强度聚丙烯的出现成功解决了聚丙烯挤出发泡的原料问题，但是由于HMSPP的价格大大高于通用聚丙烯，因此研究者对通用聚丙烯/长链支化聚丙烯共混物的挤出发泡性能进行了深入研究，希望通过共混改性的方法一方面降低生产成本，另一方面又能满足挤出发泡的要求。近几年的研究结果表明[19-21]：在通用聚丙烯中添加一定量的支化聚丙烯是提高其可发性的一种行之有效的方法，添加少量的HMSPP，通用聚丙烯即可表现出明显的应变硬化和适度的熔体弹性，可以阻止气泡增长中的塌陷，拓宽加工窗口，提高发泡倍率，获得优质的PP发泡材料。这种共混改性方法是目前具有工业意义的一种方式，但是，对于不同的成核机理、不同的发泡体系、不同的加工设备、不同的加工工艺和不同的制品性能，如何确定最佳的HMSPP用量是一个关键的问题。