聚乙烯發泡被覆工藝 (一)
Coating works with Foamed Polyethylene
陳幸郎博士
新端實業有限公司 協理
中山大學化學研究所
一般而言，發泡材的特性包括質輕、具緩衝能力、隔熱、比強度(specific strength)高、及吸音等特性，也因為材料要求品質日益提昇，這些要求變成很普及化，如果大家多注意，發泡材的應用真的非常廣泛，包括玩具、家具、運動器材…等，其特性之原理概略說明如下：
- 發泡材質輕是因為原來固態的高分子原料，被大部分的氣體微泡所佔據，在同體積下，較高密度的材料(聚乙烯約0.9 g/cm3)減少，被低密度的氣體(約1.3×10-3 g/cm3)取代，於是密度大幅度下降，重量也隨之減少，所以目前工業用管材的功能性被覆，都以發泡材為主，可減少附加於管材的重量，又可達到需求的功能。
- 在緩衝能力方面，因發泡材內含有大量孔洞，一旦受到壓力，孔洞內的氣體會被壓縮，造成氣體分子的運動頻率增加，藉此機制耗掉外來能量，終止衝擊負荷，所以發泡材具有較佳的緩衝能力。
- 隔熱功能是指可隔離低溫與高溫，因為氣體的熱傳導率比塑膠小約10倍，也由於發泡氣體相互隔離，減少了氣體的對流傳導，更有利於發泡塑膠的隔熱能力。
- 比強度是材料在斷裂點的強度（拉伸強度，N/m2）與其密度(kg/m3)之比，單位為N·m/kg。優質的結構材料應具有較高的比強度，能以較小的截面滿足強度要求，而發泡材有氣孔緩衝，所以發泡倍率越高，比強度會增高，當然會有一定的倍率上限。
- 發泡材的吸音能力除了利用泡孔內氣體的運動外，高分子塑膠本身的物理性質很重要，聚合物的段鏈分子必須具備轉換音波能量為熱能的結構，簡單的說，聚合物在微觀下，當音波傳遞到聚合物的某一小段分子時，必須造成該段分子的移動、轉動或扭動，藉以轉換音能，例如EPDM (ethylene propylene diene monomer) 和PVC。
發泡材之中，被覆鋼管以聚乙烯發泡為主，是將大量氣體微孔分散於固態聚乙烯中，形成具附加功能的高分子材料，以質輕、隔熱、減震等為主要特性，另為增加產品多元性，又會添加一些助劑改質，包括耐候、耐燃、抗氧化、抗酸鹼等化學原料。由於聚乙烯本身是硬質材料，如果要降低硬度，根據高分子工業雜誌的報導，LDPE的表面硬度會隨發泡倍率的增加而下降（如圖一），然而，由於聚乙烯被覆鋼管是屬模外發泡，而且是低發泡(發泡倍率小於5)，所以很難以發泡倍率調整到感覺有軟度，可添加EVA軟化改質，而EVA產品很多，適用的EVA，一般VA百分比約在15 ~ 20%之間。
無論採用什麼方法發泡，過程都必須包括三個步驟：(1)在熔融液態塑膠材中引入氣體或化料，使產生氣體微孔；(2)使微孔增長到適量體積；(3)固定微孔結構，使之不再漲大，甚或破孔。被覆鋼管通常採用化學發泡法，藉添加發泡劑發泡，如AC發泡劑(偶氮二甲醯胺)，讓它們在受熱時分解，放出氣體，包括N2、CO、CO2等。
要讓氣泡發的好，在押出機及模頭的溫控是非常重要的，必須使塑膠粒在押出機熔解，又要控制發泡劑在押出機只分解不發泡，待熔融料出模頭瞬間發泡，再利用冷卻系統控制發泡顆粒的大小，尤其要確定被覆後的溫度確實已經被冷卻下來，否則會繼續發泡，造成氣泡過大，所以要盡量拉長冷卻時間。
另一個重點是，到底要發泡到什麼程度才算好，從降低導熱係數的觀點來看，氣泡愈小愈綿密最好，簡單的說，應該肉眼看不見氣泡，如果你的被覆發泡切面明顯看得見氣泡，那可能還有精進空間，常見的是氣泡過大、大小不一、氣泡無法均勻分布、外層有皺紋等，這些現象都可以改善，可能是發泡粉不均勻、熔體溫度內外有溫差、出模頭溫度過高等，這些都可透過實際試料，找到最佳條件或生產流程。另外，藉添加硬脂酸鋅或鋅氧粉等發泡助劑，強化融體溫度的傳熱效果，也可降低發泡劑分解溫度，提升氣體產生量，達到發泡最佳化的效果。
