郭小康，李新峰，留偉兵

（浙江交聯(lián)輻照材料有限公司，浙江 蘭溪321100）

0 前言

用輻射交聯(lián)方式制備的聚乙烯發(fā)泡材料（IXPE），其特點(diǎn)是泡孔細(xì)密，表面光滑平整，在生產(chǎn)制作薄型產(chǎn)品方面具有其他任何工藝都不可比擬的特點(diǎn)。薄型IXPE產(chǎn)品可廣泛使用于工業(yè)雙面膠帶芯材、電子產(chǎn)品緩沖密封墊片、醫(yī)用創(chuàng)可貼、汽車裝飾、日用品等方面。薄型發(fā)泡材料在前面提及的這些領(lǐng)域中使用都需要進(jìn)行不干膠涂敷加工，由于聚乙烯材料表面張力較小，不能滿足涂膠工藝的需要，因此，在生產(chǎn)IXPE 時(shí)往往需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行表面處理，提高其表面張力，改善其表面粘接性和潤(rùn)濕性，表面張力達(dá)到38以上［1－3］，才可以滿足涂膠工藝的要求。

常用的提高材料表面張力的處理方發(fā)一般有2種：電暈處理和火焰處理?；鹧嫣幚硎怯锰刂频膰姛?，通過可燃?xì)怏w燃燒，形成溫度高達(dá)2100～2800 ℃的氧化火焰，來達(dá)到在瞬間改變材料表面性能的目的。但是火焰處理方法不適合于發(fā)泡材料，因火焰極容易引發(fā)材料泡孔收縮、塌陷，甚至引發(fā)火災(zāi)。電暈處理是提高塑料薄膜、發(fā)泡塑料等材料表面張力普遍使用的一種方法。電暈處理可改變固體材料的表面張力，電暈處理的原理是將薄型材料通過有高壓存在的兩電極間，高壓讓電極間的空氣發(fā)生電離，電極間產(chǎn)生電子流，在材料表面形成等離子區(qū)，使材料表面由非極性變成極性表面，達(dá)到改性。另外空氣在高壓電場(chǎng)中電離產(chǎn)生臭氧，臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，可以立即氧化塑料材料的表面分子，也使其由非極性轉(zhuǎn)化為極性，表面張力得到提高，滿足涂膠需要［1－2］。

不同厚度、不同倍率的IXPE 材料，采用電暈機(jī)在不同處理工藝條件進(jìn)行電暈處理，得到的處理效果不同。電暈處理工藝條件變化主要包括速度變化、電流變化、處理溫度變化等。電暈效果的好壞主要看在不破壞表觀前提下對(duì)所處理材料表面張力提高的程度，通過測(cè)量材料表面張力即達(dá)因值的變化，可以來表征電暈處理效果的好壞。本文對(duì)電暈處理提高IXPE 產(chǎn)品表面張力的效果測(cè)試、控制，處理后的表面張力變化規(guī)律等幾方面加以研究、探討。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

聚乙烯（PE），2426H，揚(yáng)子石化－巴斯夫有限責(zé)任公司；

偶氮二甲酰胺（AC），江蘇索普（集團(tuán)）有限公司；

甲酰胺，分析純，市售；

乙二醇乙醚，分析純，市售。

1.2 主要設(shè)備及儀器

雙螺桿混煉機(jī)，TSE65A，南京瑞亞高聚物制備有限責(zé)任公司；

擠出機(jī)，105，上海金湖擠出設(shè)備有限責(zé)任公司；

電子加速器，ELV－8，俄羅斯新西伯利亞物理研究所；

發(fā)泡爐，自制；

電暈處理機(jī)，CW－3600，南通三信塑膠裝備科技有限公司。

1.3 樣品制備

將PE和AC發(fā)泡劑按照一定比例混合，在雙螺桿混煉機(jī)上混合均勻完成發(fā)泡母料造粒，再將發(fā)泡母料、自制助劑母料、PE 按比例混合，用擠出機(jī)制成不同厚度的卷狀材料（稱作母片）；母片用電子加速器輻照，從線形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢ǔ潭染W(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)；交聯(lián)母片通過自制發(fā)泡爐加熱發(fā)泡，成為不同膨脹倍率的IXPE。

1.4 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

采用涂液法測(cè)試固體材料表面張力的測(cè)試辦法是涂液法，按照GB／T 14216—2008，用甲酰胺和乙二醇乙酯2種液體按不同比例進(jìn)行混合，得到一系列不同潤(rùn)濕張力的測(cè)試液，實(shí)驗(yàn)中所用測(cè)試液配比見表1；測(cè)試時(shí)將測(cè)試液涂拭在材料表面上，可保持2s液面才破裂的測(cè)試液所對(duì)應(yīng)的潤(rùn)濕張力即表示材料的表面張力；

測(cè)定材料的電暈前表面張力時(shí)，需要把材料完成加工后放置24h再測(cè)得；材料電暈處理后的表面張力隨著時(shí)間變化而會(huì)有衰減，所以分為完成處理后立即測(cè)量值（即測(cè)值）以及不同放置時(shí)間測(cè)量值，未注明時(shí)間的均為即測(cè)值；

表1 測(cè)試液配比Tab.1 Ingredient of the testing solution

2 結(jié)果與討論

2.1 材料配方對(duì)表面張力的影響

發(fā)泡材料發(fā)泡前后體積將發(fā)生很大變化，發(fā)泡后體積與發(fā)泡前體積之比稱為發(fā)泡倍率，按發(fā)泡倍率不同，IXPE產(chǎn)品可分為5、10、15、20、25、30等不同倍率。生產(chǎn)不同發(fā)泡倍率產(chǎn)品，其原料配方不同，主要差別是發(fā)泡劑含量有差異，發(fā)泡材料的中間過程產(chǎn)品即發(fā)泡材料母片，由于配比差異其表面張力也不同，而且是否經(jīng)過輻照交聯(lián)處理也有很大區(qū)別。表2是不同材料配方母片輻照前后的張力變化情況。不同發(fā)泡倍率產(chǎn)品電暈處理前的表面張力狀況有較大差別，而且還與是否壓光有關(guān)，實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表2 不同發(fā)泡倍率母片輻照處理前后的表面張力mN／mTab.2 Surface tension of different sheets before and after irradidtion mN／m

表3 不同倍率發(fā)泡產(chǎn)品電暈處理前表面張力mN／mTab.3 Surface tension of different base sheets before and after corona treatment mN／m

由表2可看出，純PE 表面張力最小，隨著發(fā)泡劑加入比例增加，改變了材料的結(jié)晶性，表面張力趨于增加。電子束輻照交聯(lián)，可以改變材料結(jié)構(gòu)，同樣改變了材料表面的表面能，材料表面張力變大。

由表3可看出，隨著發(fā)泡產(chǎn)品倍率提高，材料表面張力會(huì)增加。發(fā)泡材料的微觀泡孔結(jié)構(gòu)，改變了表面特性，增加了液體的潤(rùn)濕，發(fā)泡倍率加大，單位體積內(nèi)泡孔數(shù)增加，表面泡孔結(jié)構(gòu)更利于浸潤(rùn)。發(fā)泡材料剛完成發(fā)泡后，其表面張力小于發(fā)泡前對(duì)應(yīng)的母片，這是因?yàn)榘l(fā)泡在高溫下進(jìn)行，使得表面進(jìn)行了結(jié)晶融化和重新結(jié)晶，改變了前期輻照交聯(lián)引起的表面變化。同一材料，若表面壓光處理后，表面張力會(huì)略有下降，這是因?yàn)閴汗飧淖兞瞬牧媳砻娴呐菘仔螒B(tài)，形成了一層平整表皮，不利于液體的浸潤(rùn)。

2.2 電暈處理功率、處理線速度對(duì)表面張力的影響

同一材料在不同功率、不同速度下做電暈處理，得到的表面張力不同。電暈設(shè)備的輸出功率是通過輸出電流調(diào)整改變的，輸出電流和處理功率成比例。表4是30倍3mm 產(chǎn)品在固定處理線速度（5 m／min）、不同輸出電流條件下的電暈處理結(jié)果。表5給出的是在固定電暈機(jī)輸出電流（2.6A）時(shí)，不同處理線速度對(duì)應(yīng)的表面張力?？梢钥闯觯岣咻敵鲭娏骰蚪档吞幚硭俣?，都可以提高電暈處理效果，材料可獲得更高的表面張力。

表4 輸出功率對(duì)處理效果影響Tab.4 Effects of corona treatment power on surface tension

表5 線速度對(duì)處理效果的影響Tab.5 Effects of line speed on surface tension

2.3 材料厚度對(duì)電暈處理的影響

材料厚度不同，對(duì)電暈設(shè)備要求不同。調(diào)節(jié)電極時(shí)，電極距離待處理材料表面一般為1～3mm，否則電弧不均勻或形不成電??；放電電極與放電導(dǎo)輥間距離一般不能太大，否則也形不成均勻電弧。放電電極與放電導(dǎo)輥間可離需要加大時(shí)，必須調(diào)高輸出電壓，處理產(chǎn)品厚度小時(shí)需要的輸出電壓較小，處理厚產(chǎn)品時(shí)需要加大輸出電壓［3］。

表6是15倍1mm 產(chǎn)品在處理線速度8m／min、不同輸出電流條件下的電暈處理結(jié)果。結(jié)合表4數(shù)據(jù)可以看出，電暈處理達(dá)到同樣的效果，發(fā)泡材料厚度較小時(shí)需要的電流較小、處理效率也高（線速度高）；厚度增大，則需要加大功率，放慢處理速度。此外，試驗(yàn)和生產(chǎn)中還發(fā)現(xiàn)處理薄產(chǎn)品時(shí)更容易形成連續(xù)電弧，不容易產(chǎn)生放電擊穿，處理結(jié)果也容易達(dá)到要求值。處理厚產(chǎn)品則容易出現(xiàn)火花不均勻現(xiàn)象。

表6 電暈處理工藝對(duì)處理效果的影響Tab.6 Effects of corona process conditions on surface tension

2.4 電暈處理效果與電暈處理溫度關(guān)系

產(chǎn)品電暈處理可以在發(fā)泡生產(chǎn)過程中進(jìn)行電暈，即在線處理；也可以發(fā)泡完成后使用前再進(jìn)行處理。通過15倍1.5mm 產(chǎn)品做在線處理和材料放置達(dá)到室溫后再做電暈處理的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在線處理效果明顯容易達(dá)到要求。都按5m／min線速度處理，表面張力達(dá)到38mN／m，在線處理需要輸出電流2.0A，而放置后處理時(shí)則需要輸出電流2.5A。生產(chǎn)中也發(fā)現(xiàn)，不同季節(jié)，產(chǎn)品電暈處理生產(chǎn)工藝有差別，夏天需要的輸出電流小，冬天則大?？梢姴牧蠝囟?、環(huán)境溫度對(duì)電暈處理效果有明顯影響作用。材料溫度高，有利于表面分子的極化，從而達(dá)到較好效果。筆者推薦在線電暈處理，可提高效率、降低成本。

2.5 電暈處理效果隨放置時(shí)間、溫度、條件的變化

材料電暈處理后，電暈效果隨著放置時(shí)間會(huì)減弱直至消除。消除的快慢與放置環(huán)境條件有關(guān)［3］。15倍1.5mm 產(chǎn)品，經(jīng)電暈處理表面張力即測(cè)達(dá)到38mN／m后，取樣展平，在室內(nèi)暴露于空氣中放置，觀測(cè)隨著放置時(shí)間推移表面張力的衰減程度。結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出，處理完畢后，大約1周時(shí)間內(nèi)，表面張力衰減較小，1～2周時(shí)間范圍內(nèi)，衰減較快，3周開始衰減速度變緩，逐步衰減到最低值，隨后基本保持不變。殘留值比未作電暈處理時(shí)的材料表面張力略高。

同時(shí)把處理好的產(chǎn)品收卷包裝完好進(jìn)行放置做對(duì)比。從材料卷中心部位取得樣品測(cè)量，電暈處理效果保持較好，14d 時(shí)表面張力仍能達(dá)到37～38 mN／m之間。

圖1 電暈后表面張力隨放置時(shí)間變化Fig.1 Surface tension after corona treatment

試驗(yàn)中，同時(shí)也將電暈好、表面張力38 mN／m 的材料放置在烘箱內(nèi)180 ℃加熱2min，取出冷卻后測(cè)表面張力，其值變?yōu)?5～36 mN／m 之間，等同于未處理材料。

由此可見電暈處理后材料表面張力的衰減，同溫度有關(guān)、同氣氛有關(guān)。溫度高衰減加快，接觸空氣充分衰減加快。為了減少這種衰退，一是可適當(dāng)加強(qiáng)電暈處理程度，二是要妥善包裝、避免暴曬，并盡可能減少使用前的放置時(shí)間。但過分加大在線電暈處理程度，運(yùn)輸途中會(huì)引發(fā)粘連，使用時(shí)難于打開。

2.6 二次電暈處理電暈效果研究

經(jīng)過在線處理的材料，放置直至電暈效果完全衰退，做再次電暈處理，采用與第一次處理同樣的處理工藝。試驗(yàn)結(jié)果如表7數(shù)據(jù)所示，以15倍1.5mm 產(chǎn)品為例，第一次處理達(dá)到表面張力到達(dá)38mN／m，處理線速度5m／min時(shí)需要輸出電流2.0A，放置1個(gè)月后，電暈效果基本消除，表面張力接近原始值，第二次處理達(dá)到38mN／m 在同樣速度時(shí)電流只需要1.5A，而且客戶反應(yīng)更均勻，涂膠時(shí)效果更好。由此可以得出結(jié)論，生產(chǎn)時(shí)在線電暈處理和涂膠工序中再次處理相結(jié)合，有明顯實(shí)際意義，不僅能避免第一次電暈程度太高引發(fā)運(yùn)輸途中的黏連，而且能得到更好、更均勻的涂膠效果。該結(jié)果與已報(bào)道的塑料薄膜產(chǎn)品電暈研究相似［3］。

表7 二次電暈處理工藝條件Tab.7 Conditions of second corona treatment

3 結(jié)論

（1）輻射交聯(lián)發(fā)泡材料的泡孔結(jié)構(gòu)能改變其表面浸潤(rùn)性，隨著發(fā)泡倍率的提高，表面張力增加；

（2）電暈處理功率加大、速度降低，材料表面張力更容易達(dá)到38mN／m，電暈處理效果更好；

（3）電暈處理效果隨溫度提高而提高；電暈處理后電暈效果有衰減現(xiàn)象存在，常溫下空氣中存放，電暈效果可保持1周，3周基本衰退完畢達(dá)到穩(wěn)定；衰減速度隨著溫度提高加快、接觸空氣充分也可加快衰減；

（4）通過再次電暈處理使材料表面張力達(dá)到38mN／m的涂膠要求，對(duì)材料副作用更小。

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