聚烯烃弹性体与低密度聚乙烯共混高弹发泡地垫的研究

沈 倩,黄海云,徐 晨,董炎明，2*

(1.江苏明德玩具股份有限公司，江苏 南通 226500；2.厦门大学材料学院，福建 厦门 361005)

目前应用于儿童爬行垫和家装材料的聚烯烃(主要是聚乙烯或EVA)泡沫地垫的主要特性是兼有一定的柔性和刚性，也就是弹性和塑性的结合。但总的来说，回弹性不够，脚踩上去舒适度不够好。一般聚乙烯或EVA泡沫地垫的邵氏A硬度大于30°，正常情况是38°。有许多应用要求泡沫地垫做得更有弹性，更柔软，脚感舒适，不易疲劳。而且使脚面和泡沫地垫之间以及泡沫地垫与地面之间不容易滑动，也就是有一定的止滑作用，防止老人小孩摔倒。但是目前这方面的系统研究鲜有报道。

本文用聚烯烃弹性体POE改善LDPE[1]的高弹性，以期得到最佳高弹性和性价比。

1 实验部分

1.1 仪器与原料

仪器：LX-A邵氏硬度计[2]；日本岛津AGS-X5KN电子万能试验机；QC-607-KY-C海绵回弹仪(东莞市利拓检测仪器有限公司)。

原料：低密度聚乙烯LDPE(扬子巴斯夫2426H，熔融指数为2.3g/10min)，聚烯烃弹性体POE(陶氏Engage 8150，熔融指数为2.02g/10min)，偶氮二甲酰胺AC(广州江盐化工有限公司)，氧化锌(潍坊恒丰有限公司)，硬脂酸(上海倍特化工有限公司)，二叔丁基过氧异丙基苯BIPB(上海方锐达化学品有限公司)，滑石粉(青岛盛达滑石粉有限公司)。配方：LDPE+POE共3kg，AC 300g，BIPB 22g，硬脂酸30g，氧化锌40g，滑石粉2kg。

1.2 试验方法

将所需原料按需备好，置于密闭式炼胶机内进行混料塑炼处理，其中密闭式炼胶机内温度为135℃塑炼15min排出；将密闭式炼胶机排出的物料送入开炼机进行开炼薄通15min；冷却后裁切成片，于175℃压机中发泡成型，得到所需基于聚烯烃弹性体的高弹性发泡材料。

1.3 性能测试测试方法

1.3.1 邵氏A硬度的测定方法

根据GB/T530-1999《橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法》，国际标准ISO7619:1986进行测试。

1.3.2 断裂伸长率的测定方法

根据GB/T6344-2008 《软质泡沫聚合材料拉伸强度和断裂伸长率的测定》进行测试；试样尺寸为152mm×13 mm×10 mm，横截面为矩形；拉伸速度为500mm/min±50mm/min；测定温度23℃±2℃，相对湿度50%±5%。

1.3.3 回弹系数的测定方法

根据GB/T6670-2008《软质泡沫聚合材料落球法回弹性能的测定》 ；相应国际标准ISO8307:2007。钢球回落高度：500mm；钢球直径：16mm。

2 结果与讨论

2.1 POE的特点

本文利用POE来提高LDPE地垫的弹性和韧性是基于以下考虑。POE具有塑料和橡胶的双重特性，具有优异的机械性能和低温性能。并且，POE的饱和分子链结构赋予其优异的耐热氧老化和紫外光老化性能，可以直接作弹性材料使用[3]。POE还具有较高的拉伸强度和断裂伸长率[4]。聚烯烃发泡材料具有高强度以及良好的力学性能。这种材料强度高、韧性好、耐磨损，并且有优异的绝缘性[5]、隔热性能、耐腐蚀性，被广泛的应用于化工、建材等各个领域。

POE是采用茂金属催化剂的乙烯(或丙烯)和1-辛烯实现原位(Insite)催化技术无规共聚的热塑性弹性体。POE的特点是：(a)辛烯的柔软链卷曲结构以结晶的乙烯链作为物理交联点，使它既有优异的韧性又有良好的加工性。(b)POE分子结构中没有不饱和双键，具有优良的耐老化性能。(c)POE分子量分布窄，具有较好的流动性，与聚烯烃相容性好。(d)良好的流动性可改善填料的分散效果。(e)POE与LDPE有良好的相容性和相混性。

2.2 LDPE中添加不同的质量百分数POE对产品高弹性的影响

本文系统研究了POE质量分数对泡沫地垫高弹性的影响，结果列于表1。

表1 不同质量分数POE的产品性能对比

当邵氏A硬度达到22°以下时就认为产品是柔软的和高弹的，本文测得低密度聚乙烯发泡地垫的邵氏A硬度为31.1°，根据表中数据可知当POE质量百分数达到50%的时候邵氏A硬度低于22°。

断裂伸长率越大产品越难被拉断，一般低密度聚乙烯发泡的地垫断裂伸长率为100%，根据表中数据可知当POE质量百分数达到50%以上时产品断裂伸长率达到200%以上，即原长度的三倍以上。

回弹系数越大产品回弹性能越好，当回弹系数达到40%以上时认为产品回弹性能较优，一般LDPE发泡的地垫回弹系数为26%，根据表中数据可知当POE质量百分数达到50%的时候回弹系数已经大于40%。

综上所述，随着POE含量的增加，体系的弹性和断裂伸长率有很大的提高。可见，POE对聚烯烃泡沫塑料有优良的增弹作用。当POE质量分数加到50%时邵氏A硬度为21.7°，断裂伸长率为204%，回弹系数为42%；三项指标都达到高弹性能要求并且增加的成本相对较低，达到最佳的性价比。

2.3 不同的质量填料对产品性能的影响

表2 不同的质量填料的产品性能对比

结果表明，虽然滑石粉的量与地垫的硬度成正比，而与回弹系数成反比，虽然少加滑石粉是有利的，但是成本也会增加。填料本来的作用就是降低成本的。很有意思的是，我们观察到断裂伸长率却不是这个规律，2kg滑石粉的断裂伸长率确实最大的，断裂伸长率反应的是材料的韧性[7]，是一种极限的力学性能值，作为拼接地垫，其齿形边经常要受到拉力而不断裂。从这个角度来说，2kg是最佳选择。

3 结论

(1)添加质量分数50%的弹性材料POE，50%LDPE所制备而成的发泡材料硬度较低比较柔软，断裂伸长率较高并且回弹系数较好。

(2)填料选用2kg滑石粉有最佳的断裂伸长率是综合性能和性价比最佳的选择。

(3)综上所述，优选配方为LDPE 1.5kg，POE 1.5kg，AC 300g，BIPB 22g，硬脂酸30g，氧化锌40g，滑石粉2kg。

致谢：感谢江苏明德玩具股份有限公司的领导潘炜和倪锋对本文的大力支持。