Vol. 29, No. 1Jan. 2021
第29卷第1期
2021年1月
Advanced Textile Technology
DOI ： 10. 19398/j. att. 201912003
引用格式：董佳杰，李烜一.刀刮法软质PVC 发泡高强涤纶膜结构材料的配方优化现代纺织技术,021,9（1）:82 — 88.信道估计
刀刮法软质PVC 发泡高强涤纶膜
结构材料的配方优化
董佳杰，李烜一
（浙江锦达膜材科技有限公司，浙江海宁314000）
摘要：对发泡体系偶氮二甲酰胺(AC)及其共混物(稳定剂和三氧化二锑)进行了差示扫描量热法
(DSC)分析，并确定最佳发泡体系热稳定剂配方。在该配方基础上，采用正交实验对高强涤纶膜结构材料用
刀刮法软质PVC 发泡材料进行配方优化筛选，讨论了纳米CaCO 八偶氮二甲酰胺(AC-6000).丙烯酸酯类共 聚物(ACR401)和树脂配比对刀刮法软质PVC 发泡材料发泡倍数和泡孔结构的影响。结果表明：钾锌稳定
剂(K-Zn9004)添加3份时AC-6000分解温度最低，为189. 38 °C ，与PVC 塑化温度相匹配，为最佳稳定剂配 方；经正交实验证实，当添加6份纳米CaCO 八13份AC-6000.4份ACR-401以及树脂比为1 : 1时其发泡率
达到最大且泡孔均匀，质地柔软。
关键词：刀刮法；软质PVC ；发泡材料；正交实验；高强涤纶
中图分类号:TB332
文献标志码:A 文章编号：1009 —265X(2021)01—0082 —07
Formulation Optimization for High-strength Polyester Membrane Structural
Material Foamed with Knife Coating Flexible PVC
DONG Jiajie , LI Xuanyi
(Zhejiang Jinda Membrane Material Technology Co. , LTD, Haining 314100, China)
Abstract ： The foaming agents of azodicarbonamide (AC) and its mixtures (stabilizer and
Sb ()3)were analyzed by means of differential scanning calorimetry (DSC) , and the best,
foaming system heat, stabilizer formula was determined. Based on the formula , orthogonal experiments were carried out. for optimization of the formulation by knife coating flexible PVC foam materials on high- strength polyester membrane materials , and the influence of
the proportion of nano-CaCO 3 , AC-6000, ACR-401 and resin on the foaming ratio and foam structure of knife coating flexible PVC foam materials was discussed. The results show that,
the lowest, decomposition temperature of AC-6000 was 189. 38 C if 3 portions of K-Zn9004 is added ,whichisconsistentwithPVCplasticizingtemperature.Thisturnsouttobethebest
stabilizer formula. Orthogonal experiments prove that, if 6 portions of nano-CaCO 3 , 13
portions of AC-6000, and 4 portions of ACR-401 are added and the resin ratio was 1 ： 1 , the
foaming rate reaches the maximum , the foam pores are uniform and the resulting foamed materials are soft.
Key words : knife coating ； flexible PVC ； foamed material ； orthogonal experiment ； high-strength
polyester
收稿日期2019 — 12 — 06网络出版日期：2020 —07 —17
作者简介：董佳杰（1990 — ）男，浙江海宁人，助理工程师，主要从事产业用刀刮涂层织物方面的研究。
・82・
第1期董佳杰等：刀刮法软质PVC发泡高强涤纶膜结构材料的配方优化染化工程
近年来，聚氯乙烯作为四大通用塑料之一在发泡材料开发应用领域得到了迅速发展。软质PVC 发泡制品是以树脂为基础而内部具有无数微孔性气体的塑料制品，又称多孔性塑料［1］。据研究，泡沫塑料质量可降低5%~95%，卡毕冲击强度和韧性可提高5倍以上⑵，热稳定性提高，而介电常数和热导率则可以降低［3］.所以和普通塑料相比具有诸多优点。
发泡本身是一种动态而且复杂的过程，涉及到科学原理和控制加工工艺的工程参数［］。PVC发泡材料成型机理同其他泡沫材料一样，也要经过3个阶段，即形成气泡核、气泡的膨胀和泡体的固化定型［5］。而软质聚氯乙烯发泡高强涤纶膜结构材料，即将发泡助剂与PVC糊树脂、增塑剂、稳定剂、填料、颜料等混合成浆料，后经研磨、过滤等多道工序制作成待用浆料，再经刮刀涂覆在高强涤纶编织而成的基材上，通过烘箱烘干、塑化、压纹、表面处理成型后制得的具一定表面风格和性能的膜结构材料。软质聚氯乙烯发泡高强涤纶膜结构材料与其他发泡材料相比具有优良的力学性能和抗剥离性能。加工方式简单方便，可以使用高频、热风、胶黏等焊接手段，且成本低廉，手感柔软，具有导热系数低、密度小、柔韧性高、防火防水、防辐射、抗静电等特性［6］。此外由于PVC本身是天然的阻燃材料，防火等级可达B1级，不易受潮，适用温度极广且能耐受多种强酸强碱等化学物质的腐蚀，是一种绿环保的保温材料［7］。可广泛应用于各类体育垫子，发泡人造革，隔热保温材料、隔音材料等生产生活领域，市场应用前景广泛。
连荣炳等［］采用一步法模压成型软质PVC鞋底发泡材料。研究AC、柠檬酸、丁晴橡胶、泡孔调节剂
用量对软质PVC发泡材料密度和力学性能的影响，其成型工艺与刀刮法制软质PVC发泡高强涤纶膜结构材料差异较大。其配方中增塑剂添加量不高于40phr，添加组分较单一，成型工艺相对简单。而刀刮法软质发泡聚氯乙烯膜结构材料由于其增塑剂添加量大（一般65phr及以上），添加功能性助剂较多，且刀刮法生产工艺复杂，要寻到发泡温度、线速度、压辊张力等动态平衡点，所以要制得性能优异的发泡膜结构材料较为困难。且没有讨论在阻燃体系下PVC发泡材料的影响情况。此外许林忠［］研究了关于软质PVC发泡制品原材料的选用，探讨了各种原材料的选用原则，并没有对具体的用量做深入的研究。
在实际应用过程中，不同类型发泡剂以及配方设计的不同，会对PVC发泡材料在泡孔结构、发泡制品的密度、硬度以及发泡表面平整度等方面都具有显著的影响。所以，研究不同发泡剂配方的发泡效果十分有必要。但是目前对刀刮法软质PVC发泡高强涤纶膜结构材料配方筛选和优化方面的研究还存在不足。根据实际生产经验，笔者发现使用Ba-Zn205和K-Zn9004复配的热稳定剂体系可以降低AC的分解温度，调整Ba-Zn205和K-Zn9004的配比可使AC的分解温度与刀刮法软质PVC塑化温度相一致，且可以遏制PVC的热分解老化。本研究在生产经验基础上重点研究液体稳定剂（B-Zn205、K-Zn9004），闪星二锑粉（主要成分Sb2O3）对AC-6000分解温度和吸放热的影响；并对PVC 糊树脂、发泡剂、成核剂、泡孔调节剂等主要助剂对软质PVC发泡材料的影响进行了正交试验研究，分析其发泡倍数和微观泡孔结构，总结各组分对发泡材料性能的影响，最终优选出高发泡倍数且表面平整
、泡孔均匀细密的配方体系用于生产刀刮法软质PVC发泡膜结构材料。本研究对新型刀刮法软质PVC阻燃发泡高强涤纶膜结构材料的开发具有指导意义。
1实验
1.1实验仪器
电子天平（上海光正医疗仪器有限公司）；JJ-精密增力电动搅拌器（金坛西城区新瑞仪器厂）；NDJ-5S数显旋转黏度仪（邦西仪器科技（上海）有限公司）；电热鼓风干燥箱（上海姚氏仪器厂）；数码电子显微镜（东菀市新索科仪器有限公司）；DSC204型测量仪（德国NETZSCH公司）；CH-10-AT型测厚仪（上海六菱仪器厂）.
1.2实验原料
实验中所用药品见表1.
1.3实验方案
1.3.1发泡体系稳定剂配比的设计
AC-6000/热稳定剂配方见表2.
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染化工程兌代物偲杖*第29卷
表1实验所用药品
流水工艺药品规格厂家聚氯乙烯糊树脂E67ST、E69ST Vinnolit 增塑剂邻苯二甲酸二异壬酯（）INP）镇江联城化学工业有限公司
发泡剂偶氮二甲酰胺(AC-6000:IINP1:1)浙江舜泰科技有限公司
稳定剂钡锌稳定剂（Ba-Zn205）德清东来化工有限公司助发泡稳定剂钾锌稳定剂（K-Zn9004）德清东来化工有限公司阻燃剂闪星二锑粉（SbOJ闪星锑业有限责任公司
成核剂纳米CaCO.^江西华明纳米钙有限公司
发泡助剂ACR401温州天盛塑料助剂有限公司辅助增塑剂环氧大豆油（：SO）桐乡嘉澳化工有限公司
表2AC-6000/热稳定剂配方（phr）表3因素水平
编号Ba-Zn205K-Zn9004Sb
2O3AC-6000
10 2.5129
21 2.5129
32 2.5129
43 2.5129
511129
612129
713129
814129
91 2.589
101 2.5169
1.3.2AC-6000/热稳定剂的DSC分析
将表2中的配方进行配制并充分混合均匀，并做DSC分析。并选取其中最优稳定剂配比作为下个实验的稳定剂配方。因素水平表见表3。
水平
纳米
相框制作设备CaCO.^A)
树脂添加比例
E67ST：E69ST（E）
AC-6000
(C)
ACR-401
(D)
1350:50912
2033:67154
3625:75138 4975:25170
51267:331116 1.3.3以主要影响因素制定正交试验方案
根据实际生产经验，影响PVC发泡效果的因素主要有：纳米CaCCV、AC6（）（）0、ACR401用量及树脂添加比例。据此提出4因素5水平的正交实验方案。实验不考虑因素间的交互作用,L25（56）是满足条件m>5最小的L”（5m）型正交表，故选用正交表L25（56）来安排实验。其正交试验方案见表4，实验配方见表5。
表4正交试验方案
实验号A B C空列D空列试验方案1111111A〕B]C1D-| 2122222A1B2C2D2 3133333A B3C3D3 4144444A1B4C4D4 5155555A1B:>C:>D> 6212345A2B1C2D4 7223451A2B2C3D5 8234512A2B3C；D1 9245123A・B C5D2 10251234A2B5C D3 11313524A3B C3D2 12324135A3B2G D3 13335241A3B3C5D4 14341352A3B4C1D5 15352413A3B5C2D
-84-
第1期董佳杰等：刀刮法软质PVC发泡高强涤纶膜结构材料的配方优化染化工程
（续表）实验号A B C空列D空列试验方案16414253A4B1C D5
17425314A4B2C5D1
液压一体升降柱18431425A4B3C1D2
19442531A4B i C2D3
20453142A4b：cd
21515432A5B1C5D3
22521543A5B2C1D4
23532154A5B3C2D5
24543215A5B4C3D1
25554321A5B5C4d2
表5实验配方
编号E67ST E69ST DINP Ba-Zn2(O>K-Zn9004Sb2O3AC-6000ESO纳米CaCO3ACR-401 1505065329 2.532 2336765325 2.534 3257565323 2.538 4752565327 2.530 56733653211 2.536 6505065325 2.500 7336765323 2.506 8257565327 2.502 97525653211 2.504 10673365329 2.508 11505065323 2.564 12336765327 2.568 132575653211 2.560 14752565329 2.566 5673365325 2.562 6505065327 2.596 73367653211 2.592 8257565329 2.594 9752565325 2.598 20673365323 2.590 25050653211 2.528 22336765329 2.520 23257565325 2.526 24752565323 2.522 25673365327 2.524
1.3.4试样制备与测试方法
按表5中的配方用电子天平准确称量进行配料。用电动搅拌器充分搅拌混合均匀，倒出适量浆料于烘干过的脱模纸上，然后用刮涂棒将其刮涂均匀，放入110°C的电热烘箱中预塑化3min，然后取出冷却测量厚度，再将其转入190C电热烘箱进行发泡塑化3min，取出后在室温下冷却，称量其对应预塑化位置处的厚度，分别每组取10个点去掉最高值和最低值计算平均发泡倍数。发泡倍数计算见式（1）：发泡倍数=
发泡后称量厚度（mm） —脱模纸厚度（mm）
预塑化后称量厚度（mm） —脱模纸厚度（mm）（丿1.3.5电镜分析
采用数码电镜观察发泡材料的泡孔结构。将发泡试样用锋利的刀片在中部切开，并用黑颜料对其横切面进行表面涂，用电镜放大50倍观察其形貌。
-85-
染化工程第29卷2结果与分析
2.1AC-6000/热稳定剂的DSC实验结果
表6发泡剂体系的DSC实验结果
编号峰尖温度
/C
峰尖吸热
值/mW
峰尾温度
/C
峰尾吸热
值/mW
1187.54—8.07191.549.63
2186.95 3.35193.5414.17
3189.48 2.53194.4815.77
4188.409.43195.4016.44
5193.39—8.00197.3934.00
6189.38 4.97194.3822.25
7180.38 6.31189.3821.57
8185.409.65192.4022.66
9187.36 2.73193.3626.04
10188.367.51193.3626.83
实验软质PVC的塑化温度为190〜200C，而偶氮二甲酰胺(AC)在205C下才开始出现放热分解.从实验结果看，B-Zxi205的添加量对AC-6000的分解温度影响不大，提高Ba-Zn205的添加量仅使得完全分解温度略微提升；另一方面加入Ba-Zn205会提高AC-6000分解的吸热值，从而避免AC-6000分解发生自加速现象.K-Zn9004的添加量对AC-6000的分解温度影响很大，提高K-Zn9004的添加量AC-6000的分解温度先降低后升高，其中K-Zxi9004添加量为3份时AC-6000分解温度最低，体系在189.38C时即可完全分解，与PVC的塑化温度相匹配.闪星二锑粉对于体系的分解温度完全没有影响，添加量提高仅使得体系的吸热值提高，对体系影响不大，因此在本体系中维持原配方不变.综上，AC-6000/热稳定剂以第7组为最优配方.发泡体系10组DSC曲线见图1.
_]0I・I・I・I•I・I•I・I•I•I•I•I
-110120130140150160170180190200210220
电子智能印章温度/°C
图1发泡体系10组DSC曲线
发泡剂的分解峰形越窄，其分解速度就越快.从图1中可以看出：该体系分解峰分布较宽，说明该体系可以降低AC发泡速率.降低AC分解峰宽度有利于软质PVC产品发泡时产生均匀的泡孔结构，避免短时间剧烈分解时气体集聚使材料发生破孔或者产生较大气泡，有利于软质PVC发泡材料的加工成型。
2.2正交实验方案结果
25组平均发泡倍数折线图见图2.正交实验分析数据结果见表7.
024681012141618202224262830
编号
图2发泡倍数测量结果
表7实验方案结果分析
指标
平均发泡倍数
A B C空列1D空列2
K12038195916.5820.1519182037
K219.58213922.0218.75221019.32
K322.49193320.6918.7920141929
K419.4419.7219.13211120022157
K517.2519.1120.7120.3417701859
k1408 3.92 3.32 4.033.84 4.07
k2392 4.28 4.40 3.754.42386
k3 4.50 3.87 4.14 3.764.03 3.86
k4 3.89 3.94 3.83 4.224.00 4.31
k5345382 4.14 4.073.54 3.72
极差R 5.24 2.29 5.44 2.354.41 2.98
T=99.13；P=393.07；Q=404.07
・86
傅科摆图片
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