摘要：EPE为聚乙烯发泡棉，其广泛应用于缓冲包装设计中。缓冲性能是衡量EPE质量的关键参数之一，其受发泡工艺的显著影响。为此本文分析EPE发泡工艺参数对材料缓冲性能的影响，分析不同发泡工艺的特点，为EPE材料缓冲性能优化提供利用参考。
关键词：聚乙烯发泡材料；发泡工艺；缓冲性能
引言：聚乙烯发泡材料为聚乙烯材料的衍生品种，该材料具备特殊的多孔结构，隔热保温、韧性、耐腐蚀等方面表现优异，在建筑、农业、生活等领域均有着广泛的应用。EPE发泡工艺分有压和无压两种形式，不同发泡工艺各具优缺点，生产出EPE材料的性能也存在一定差异，缓冲包装设计领域主要关注EPE材料的缓冲性能，因此有必要对EPE发泡工艺对缓冲性能的影响进行分析。
1 EPE材料简介
发泡聚乙烯材料多呈现为半硬质的闭孔结构，其为一种密度较低的发泡塑料，可承受频繁的冲击作用，具备较优的缓冲性能，冲击后回弹性好。受生产工艺的限制，聚乙烯发泡材料的厚度一般在3～60mm之间，在具体应用中，一般需要将多层聚乙烯发泡材料相贴合。EPE生产过程中，使用物理发泡工艺促使低密度聚乙烯产生独立气泡，可有效弥补常规发泡易发生变形、碎裂、恢复性差的缺陷，有效提高EPE化学性质的稳定性。
2 EPE发泡工艺参数对缓冲性能的影响
2.1 EPE的发泡工艺。
依照发泡工艺不同，聚乙烯发泡材料分为有压发泡材料和无压发泡材料两种。其中，有压发泡指的是借助加压设备，在有压状态下完成聚乙烯发泡材料的生产，目前该工艺的发展已相对成熟，使用该发泡工艺生产的聚乙烯发泡材料在性质上更为稳定。但该工艺存在生产设备造价高、工艺流程复杂等不足。无压发泡利用加热或辐射处理的方式促使聚乙烯材料发泡，其在滚塑领域的应用相对广泛，且具备设备投资小、生产过程简单的优点。但相较于有压发泡工艺，无压发泡所生产的聚乙烯发泡材料在均匀性、泡孔尺寸、发泡倍率等方面存在不足。
2.2发泡工艺参数对缓冲性能的影响
2.2.1有压发泡工艺
（1）挤出法。挤出法将聚乙烯材料与交联剂和发泡剂混合，从挤出机口模中挤出，促使交联剂在高温状态下分解促使聚乙烯分子交联，待反应压力降低至常规状态后，气体发生膨胀形成聚乙烯发泡材料。近年来有关发泡剂的升级优化研究持续进行，之前的氟利昂因会破坏大气层已被全面取代，目前我国聚乙烯发泡制品生产厂家主要使用R22二氟一氯甲烷、R600高纯度正丁烷作为发泡剂，如本厂的发泡剂配比为丙烷：异丁烷：正丁烷=3.3901:2.3058:73.3041，同时使用单、双甘油脂肪酸酯、滑石粉等试剂作为交联剂、成核剂及诱导剂。另外有学者使用超临界二氧化碳法进行聚乙烯发泡材料的制备，分别使用过氧化二异丙苯、滑石粉和聚苯乙烯作为交联剂、成核剂和诱导剂，在挤出过程中通入超临界二氧化碳，将二氧化碳气体注入到聚乙烯材料中，完成发泡处理。实验表明，该方法生产的聚乙烯发泡材料泡孔直径较小，且分布均匀，在缓冲能力上表现优异。目前该技术还未在工业生产领域取得成功，但不失为一种环保的聚乙烯发泡方法，值得做进一步研究。
（2）模压法。模压法在模板内完成聚乙烯的加压发泡，包括一步法和两步法两种。其中，一步法将原料混合并在同一模具中完成聚乙烯交联和发泡处理，该工艺对温度的要求较高，一般在180～200℃左右，处理时长在4～6min。二步法则先对材料做低温预处理，该过程一般持续15min，然后将材料置于二次发泡模具中，依照一步法的工艺进行发泡。有学者利用混合密炼法制备交联聚乙烯发泡材料，依照既定比例混合低密度聚乙烯、空心玻璃微珠、交联剂、发泡剂等材料，然后放置于160℃、40r/min的密炼机环境中进行处理[1]。实验发现，随着交联剂用量的增加，原料中空心玻璃微珠的碎裂程度越大，释放更多的气体促使材料泡孔孔径缩小，形成更为均匀的材料密度，以提高其缓冲性能。
另有学者使用高密度聚乙烯及木粉材料，选用过氧化二异丙苯为交联剂，使用偶氮二甲酰胺作为发泡剂，生产聚乙烯发泡材料，研究交联剂与发泡剂的用量对聚乙烯发泡材料性能的影响。最终发现，当交联剂与发泡剂的用量分别为1.5%和0.7%时，制的聚乙烯发泡材料的物理性能最佳。通过以上实验结果可以看出，在模压法中，聚乙烯发泡材料的缓冲性能受交联剂和发泡剂用量的影响，且呈现出正相关关系。
2.2.2无压发泡工艺
无压发泡工艺是在有压发泡的基础上发展起来的，其研发主要是解决有压发泡在生产成本和复杂性上的不足。
（1）滚塑工艺。滚轮工艺为最常用的无压发泡工艺，制备过程中，将聚乙烯树脂粉添加至模具中做升温处理，材料在受热、熔融、塑化的过程中填充整个模具内表面，后冷却定性，得到所需的聚乙烯成品。依照工艺流程不同，滚塑工艺又可被进一步分为一步法和多步法。经试验验证，一步法生产聚乙烯发泡材料，其制备过程的影响因素较多，如材料属性、交联剂和发泡剂类型等均会对成品的缓冲性能造成一定影响，因此使用该方法进行聚乙烯发泡材料的制备，成品性能难以把控。多步法在滚塑模具中添加发泡剂投入箱，材料熔融过程中即向其中添加发泡剂，促使发泡内芯形成。
（2）发泡炉工艺。发泡炉主体结构包括预热模块、交联模块和发泡模块。将聚乙烯、交联剂、发泡剂等材料混合均匀后放置于模具上中，模压制备成既定聚乙烯片材，然后进入发泡炉进行升温处理，达到一定温度后取出迅速制冷，促使材料发泡。有学者使用该工艺制备聚乙烯发泡材料，依照上述流程进行材料处理，最终制备的聚乙烯发泡材料的发泡率达到40倍，且缓冲性能优良。经对比分析，发现在同等实验条件下，发泡率为40倍的聚乙烯发泡材料，在回弹性上要明显优于发泡率为30倍和35倍的材料，即材料的缓冲性能更优。因此可以判断，高发泡率有利于提高聚乙烯发泡材料的缓冲性能。
（3）辐射工艺。辐射工艺即利用γ射线或其他高能射线，对材料做交联处理，进而促使聚乙烯材料成型。在该工艺中，聚乙烯的交联程度与辐射剂量及温度有关，辐射剂量增加会促使聚乙烯分子间的交联点增加，因此通过辐射剂量的控制，即可得到缓冲性能不同的聚乙烯发泡材料。辐射工艺的具体流程为：依照既定比例均匀混合聚乙烯材料及发泡剂，经双螺杆挤出机处理为发泡母粒，再将发泡母粒与其他材料混合，进入压片机生产为特定形状的片材。对片材做辐射处理，形成具备网状结构的交联聚乙烯材料，进入发泡炉加热得到最终产品。有学者利用50kGy的射线剂量生产聚乙烯发泡材料，并验证该辐射剂量下产生材料的泡孔结构最为精细，缓冲性能优[2]。
总结而言，不同发泡工艺所生产的聚乙烯发泡材料在缓冲性能及其他性能特征上具备一定差异。其中，对缓冲性能影响较大的为交联剂和发泡剂，如试剂类型、用量等。
2.3缓冲性能的外部影响因素
前文分析发泡工艺参数对聚乙烯发泡材料缓冲性能的影响主要体现在初始缓冲能力上，在缓冲材料的应用过程中，温度环境、材料厚度、冲击高度等均可能给缓冲材料的缓冲性能造成不同程度的影响。例如温度对聚乙烯发泡材料缓冲性能的影响，已有大量实验表明，高温或低温状态下，材料的缓冲能力会发生一定变化。如当静应力低于3kPa时，低温状态下聚乙烯发泡材料的缓冲性能要明显低于常温条件下，最大差值可达到22g。因此在缓冲材料设计中，除考虑发泡工艺参数对材料缓冲性能的影响，还需结合材料使用环境进行综合考虑。
结论：随着高精密仪器设备、家电产品及其他易碎物品运输流通频率的增加，市场上将产生更大的缓冲材料需求。明确EPE缓冲性能与发泡工艺间的影响关系，有助于工艺优化选择，生产缓冲性及其他力学性能更优的包装材料。
参考文献：
[1]徐绍虎,崔爽.基于本构模型的发泡聚乙烯缓冲特性曲线研究[J].包装工程,2019,40(15):11-15.
[2]夏碧华,徐文强,王珂,等.交联聚乙烯发泡材料的研究进展[J].中国塑料,2019,33(03):128-135.