1、滾塑用材料要求
為滿足滾塑成型工藝要求,美國賓夕法尼亞州工業(yè)咨詢家P.Nugent認(rèn)為,材料必須滿足以下性能要求。
(1)熱穩(wěn)定性。材料在滾塑成型的寬加工范圍內(nèi)有符合要求的熱穩(wěn)定性,并且能防止磨碎成粉料時(shí)性能降低。大部分滾塑材料用抗氧劑穩(wěn)定化,降低由于一般滾塑成型時(shí)長時(shí)間加熱對材料性能的負(fù)面影響。
(2)材料熔體粘度必須足夠低,已足以使材料浸漬模具內(nèi)表面,并熔融成均一體。衡量材料熔體流動(dòng)性的一般指標(biāo)是熔體熔體流動(dòng)速率(MFR),單位為g/10min。工業(yè)上較常用的滾塑用聚乙烯的MFR為2~8g/10min(2.16kg,190℃下),結(jié)構(gòu)復(fù)雜和細(xì)節(jié)豐富的滾塑制品要求材料有較高的熔體流動(dòng)速率。
(3)良好的沖擊強(qiáng)度。這是能否作為低溫用滾塑制品判別較常用指標(biāo),通常要求材料在低至-40℃下仍保持良好的抗沖擊性能。
(4)耐環(huán)境應(yīng)力開裂(ESCR)是材料長期耐與應(yīng)力開裂介質(zhì)接觸的能力,按照通用的測試方法,認(rèn)為可以接受的材料ESCR值一般應(yīng)超過1000h。
(5)滿足材料打算用于的最終應(yīng)用的足夠的彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度,聚乙烯強(qiáng)度相對低,而尼龍和聚碳酸酯等工程塑料具有較高的強(qiáng)度。
(6)折斷(failure)伸長率應(yīng)高,以符合大部分的應(yīng)用要求。
(7)必須要有優(yōu)良的流動(dòng)性和良好的傳熱性,使材料在成型加熱過程中均勻和快速分散開,不良的流動(dòng)性將嚴(yán)重影響成型部件的最終外觀。最近已研究了材料流變行為和熱性能對燒結(jié)過程和脫除聚合物中氣泡的影響,這種開發(fā)技術(shù)是在成型前評(píng)價(jià)材料方法上取得的重大進(jìn)展,由此得到的結(jié)論表明,熔體流變行為和表面張力在材料致密化初期起主要作用,而在致密化后期,攔阻氣泡中氣體的擴(kuò)散是十分重要的。象線型低密度聚乙烯這樣的材料隨著粘度降低而熔融速度減慢,這樣在粒子相鄰的周圍形成三維粒子網(wǎng),攔截大量氣體。低粘度材料趨向于快速熔融,攔截氣體少,因而致密化快。大部分滾塑成型樹脂是粉料,粒子尺寸35目(74~2000um),材料另一種狀態(tài)是液體,一些高流動(dòng)性樹脂,如尼龍,成型時(shí)要用小粒料。
所有適用于塑料加工的許多聚合物中,能容易滾塑成型材料都相當(dāng)有限,有以下兩個(gè)主要原因:(1)許多工程材料在被磨碎成流動(dòng)性好的粉料后不能在沒有壓力條件下重新成型為均一固體;(2)與作為滾塑基準(zhǔn)材料聚乙烯比,一些專用材料最初往往價(jià)格較貴,而市場需求低又抑制和阻礙對材料的開發(fā)熱情。
聚乙烯是主要的滾塑用樹脂,按用量大小依次排序的滾塑樹脂為:聚乙烯(LDPE、LLDPE、HDPE、XLPE、mLLDPE、EVA)95%;聚氯乙烯3%;尼龍(尼龍6、尼龍66、尼龍11、尼龍12)<0.5%;聚丙烯<0.5%;聚碳酸酯<0.2%;含氟聚合物(ETFE、ECTFE、PFA、MFA、PVDF)<0.1%。另外,還有一些在近30年中已成功滾塑成型的聚合物和小量用于特種應(yīng)用的聚合物有:聚甲醛、丙烯酸樹脂、苯乙烯/丁二烯/丙烯腈共聚物(ABS)、纖維素樹脂、環(huán)氧樹脂、離子型聚合物、酚醛樹脂、聚丁烯、聚酯、聚酯彈性體、聚苯乙烯、抗沖聚苯乙烯、聚氨酯、有機(jī)硅聚合物。
不同來源數(shù)據(jù)略有差異,根據(jù)美國塑料工程師協(xié)會(huì)(SPE)主辦的2005年美國滾塑會(huì)議論文提供的數(shù)據(jù),2002年滾塑用樹脂占有份額分別為:聚乙烯93.3%,聚氯乙烯3.2%,尼龍0.5%,聚碳酸酯0.2%,含氟聚合物0.1%,其他塑料0.1%。最近報(bào)道稱,聚乙烯占全球滾塑材料的95%左右。聚乙烯具有容易滾塑成型、良好的熱穩(wěn)定性和成本低等綜合優(yōu)勢,因此一直有主導(dǎo)和控制滾塑制品市場,占絕對主導(dǎo)地位,特別是最近聚合采用單中心催化劑,進(jìn)一步開發(fā)和推出適用于滾塑成型、容易加工和剛性高的聚乙烯牌號(hào),零剪切熔體粘度低,成型時(shí)間(周期)短,推動(dòng)和促進(jìn)滾塑工業(yè)進(jìn)展。