CN105801888B - 一种化学交联聚乙烯泡沫材料邵氏硬度与发泡倍数指数关联表征的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种化学交联聚乙烯泡沫材料邵氏硬度与发泡倍数指数关联表征的方法。通过XPE材料、邵氏硬度值、发泡倍数的关系式快速确定不同发泡倍数XPE材料的邵氏硬度值范围，表征其最基本力学性能之一的邵氏硬度。本发明所述方法通过反复测量不同发泡倍数邵氏硬度值的数据，获得了XPE泡沫材料邵氏硬度与发泡倍数呈现指数依赖关系的规律。一方面指出了泡沫材料制备工艺中关键参数发泡倍数与成型乃至复合产品邵氏硬度之间存在的指数关联关系，可用于同类产品的性能拓展研究；另一方面可以通过获得的数据规律图谱，达到柔性选材，因性能需求而生产相应产品的科学生产方法，避免了原材料的损耗，提高了选材、制备效率，节约人力、物力及能耗。
Description
（一）技术领域
本发明涉及一种交联聚乙烯泡沫材料（Extruded Polyethylene Foam(XPE)）的力学性能，是其邵氏硬度性能表征的新方法，通过邵氏硬度与发泡倍数的关联指数方程，可以表征材料的邵氏硬度值范围，开展产品柔性生产与设计，具体涉及一种化学交联聚乙烯泡沫材料邵氏硬度与发泡倍数指数关联表征的方法。
（二）背景技术
说到多孔材料，可能我们首先想到的是我们在自然界中见过的像蜂窝、珊瑚这一类材料，而人造的多孔材料有哪些呢？最主要的人造多孔材料就是泡沫材料以及蜂窝材料，这些材料他们本身有着优良的力学性能，这引起了人们极大的关注。泡沫材料是用发泡工艺制成的多胞工程材料，是由刚性骨架和内部的孔洞组成的复合型材料。泡沫材料的优异缓冲性能、耐化学性能、耐水性以及某些泡沫材料所具备的优良的吸声、保温性能等等得到了人们的重视，并对其开展了深入研究，其应用领域也百花齐放，在土木建筑、汽车领域、包装材料领域、保温材料领域得到了广泛的应用。
对泡沫材料力学问题的探索最早开始于1950年左右，该领域在80年代后的研究取得了快速发展。尤其是随着这些年来出现了各种新型泡沫材料（比如，植物纤维泡沫材料，金属泡沫材料，陶瓷泡沫材料，碳泡沫，碳化硅泡沫等等)，目前，依然有很多人致力于这方面的研究，并且不断地取得了很多新的成果。泡沫材料通常是由一个个胞体结构组成的，依照泡沫材料胞体单元的几何结构，可以把泡沫材料划分为开孔型、闭孔型以及混合型。与闭孔泡沫材料不同，开孔泡沫材料中的气相是互相贯通的，对低密度泡沫材料来说，它的胞体通常是一种多面体的形式，在材料中形成一种网状的结构，由于这样特殊的结构特征，泡沫材料具有较大的比强度和比模量，在低应力下也能产生较大的形变，因此材料在受压的过程中具有良好的吸能性能。
我们所研究的化学交联聚乙烯发泡材料(Extruded Polyethylene Foam(XPE))是一种以微交联泡沫为结构特征的新型环保的高分子功能材料，就是用低密度聚乙烯（LDPE）经过化学交联发泡得到的。XPE泡沫材料的泡孔结构是80%闭孔式独立气泡结构的发泡材料，见附图1。由于特殊的泡沫结构，使其具有良好的缓冲吸能性能、保温隔热、物理化学性质稳定等特点。近年来XPE材料凭其轻质、环保、抗震、强度高等优异性能在汽车安全、包装产业、竞技体育和运动休闲用品等方面越来越受到关注，商业价值巨大。比如土木建筑中保温墙会使用XPE作为保温隔热材料，在汽车中的脚垫使用XPE将会更加的舒适等等。
XPE材料是经过聚乙烯发泡工艺制备的，不同发泡倍数的XPE呈现出不同的力学性能。邵氏硬度是XPE应用中关键参数之一。如何快速表征材料的硬度，如何根据设计的邵氏硬度范围生产XPE产品，这是一个涉及科研及生产工艺的关键问题。
（三）发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种化学交联聚乙烯泡沫材料邵氏硬度与发泡倍数指数关联表征的方法，该方法通过邵氏硬度与制备工艺关键参数发泡倍数的指数关联方程来表征材料的邵氏硬度值范围，并为XPE材料柔性生产与设计提供科学方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种化学交联聚乙烯泡沫材料邵氏硬度与发泡倍数指数关联表征的方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：通过XPE材料、邵氏硬度值、发泡倍数的关系式快速确定不同发泡倍数XPE材料的邵氏硬度值范围，表征其最基本力学性能之一的邵氏硬度，或通过产业产品对材料邵氏硬度值范围去选定不同的发泡倍数，
XPE材料、邵氏硬度值、发泡倍数的关系式为：
，
其中：
y—XPE材料邵氏硬度值；
x—XPE材料发泡倍数；
a—待定指数；
b—待定指数。
XPE材料为单层，a1=242.22, b1=-0.68。
XPE材料为XPE多孔材料复合双层，a2=245.85, b2=-0.68。
XPE材料为XPE多孔材料复合三层，a3=224.27, b3=-0.63。
上述XPE材料、邵氏硬度值、发泡倍数的关系式通过同一种成分配方的聚乙烯泡沫材料母带，通过工艺发泡制备不同发泡倍数的XPE材料，采用LX-C型微孔材料硬度计测试了不同倍数XPE的邵氏硬度值，每种倍数的硬度值测量多次，取平均值获得有效数据，同时开展对不同倍数XPE多孔材料，及其复合多层的邵氏硬度值，均进行测试，测试多次，取有效值做均值处理，得上述关系式。
本发明的有益效果为：本发明公布了一种通过数据图谱柔性选择化学交联聚乙烯泡沫材料（XPE）的方法。本发明所述方法通过反复测量不同发泡倍数邵氏硬度值的数据，获得了XPE泡沫材料邵氏硬度与发泡倍数呈现指数依赖关系的规律。一方面指出了泡沫材料制备工艺中关键参数发泡倍数与成型乃至复合产品邵氏硬度之间存在的指数关联关系，可用于同类产品的性能拓展研究；另一方面可以通过获得的数据规律图谱，达到柔性选材，因性能需求而生产相应产品的科学生产方法，避免了原材料的损耗，提高了选材、制备效率，节约人力、物力及能耗。
（四）附图说明
附图1 为挤出型化学交联聚乙烯泡沫材料微观结构扫描电镜图；
附图2为挤出型化学交联聚乙烯泡沫材料（XPE）硬度值随发泡倍数增加呈现指数关系。
（五）具体实施方式
实施例1
下面结合附图与实施事例对本发明作进一步说明。该实施例中，选择生产同一种成分配方的聚乙烯泡沫材料母带，通过工艺发泡制备7种不同发泡倍数的XPE材料，分别制备了6倍，10倍，15倍，20倍，25倍，30倍，35倍的XPE泡沫材料。其中典型的化学交联聚乙烯泡沫材料微观结构扫描电镜图如图1所示。
采用LX-C型微孔材料硬度计测试了不同倍数XPE的邵氏硬度值，每种倍数的硬度值测量40多次，取平均值获得有效数据。同时开展对不同倍数XPE多孔材料复合双层、三层也是开展了响应的邵氏硬度值，测试次数每种20多次，取有效值做均值处理，数据如图2所示。其中横坐标为XPE材料的发泡倍数，纵坐标为XPE材料的邵氏硬度值。
通过数据拟合获得了XPE材料单层、复合双层、复合三层都呈现硬度值随发泡倍数之间具有指数关系，其关系式为：
其中：
y—XPE材料邵氏硬度值；
x—XPE材料发泡倍数；
a—待定指数；
b—待定指数。
通过总结数据规律，可以通过指数关系图谱，快速确定不同发泡倍数XPE材料的邵氏硬度值范围，表征其最基本力学性能之一的邵氏硬度，也可以通过产业产品对材料邵氏硬度值范围去选定不同的发泡倍数。在获得XPE材料邵氏硬度值与发泡倍数指数规律的基础上，有利于更好的促进材料选择与产品柔性快速研发。
图2中黑色曲线为单层XPE邵氏硬度值与发泡倍数规律的拟合曲线，方程为，其中a1=242.22, b1=-0.68;
图2中红色点线为热复合双层XPE邵氏硬度值与发泡倍数规律的拟合曲线，方程为，其中a2=245.85, b2=-0.68;
图2中蓝色点划线为热复合三层XPE邵氏硬度值与发泡倍数规律的拟合曲线，方程为，其中a3=224.27, b3=-0.63。
如图2所示，获得了XPE材料邵氏硬度值与其发泡倍数的关系，就可以柔性设计定制需要的产品性能与选材。例如单层XPE，需要邵氏硬度范围在50gf，则通过曲线获得其发泡倍数约为11倍。反过来生产了11倍的XPE材料，那么其邵氏硬度值也可以通过图谱获得约为50gf。运用此种方法，可以通过图谱获得生产范围内任意XPE单层、复合双层、复合三层的邵氏硬度对应相应的发泡倍数。
本发明将有利于XPE产品基本力学性能特别是邵氏硬度的确定与发泡倍数生产工艺的制定，将大大促进相关行业产品的研发与制备。
Claims (1)
1.一种化学交联聚乙烯泡沫材料邵氏硬度与发泡倍数指数关联表征的方法，其特征在于：包括以下步骤：通过XPE材料、邵氏硬度值、发泡倍数的关系式快速确定不同发泡倍数XPE材料的邵氏硬度值范围，表征其最基本力学性能之一的邵氏硬度，或通过产业产品对材料邵氏硬度值范围去选定不同的发泡倍数， XPE材料、邵氏硬度值、发泡倍数的关系式为：
，
其中，y—XPE材料邵氏硬度值；
x—XPE材料发泡倍数；
a—待定指数；
b—待定指数；
XPE材料为单层，a=242 .22 , b=-0 .68；
XPE材料为XPE多孔材料复合双层，a=245 .85 , b=-0 .68；
XPE材料为XPE多孔材料复合三层，a=224 .27 , b=-0 .63。
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