EPE珍珠棉 （由低密度聚乙烯树脂形成的新型环保包装材料）

简介

美国是最早使用EPE珍珠棉包装材料的国家。20世纪80年代后期EPE珍珠棉进入中国市场，然后进入德国、意大利等国家市场。在20世纪90年代初期，珍珠棉又快速发展到韩国、日本。截至2007年底为止，世界各国都在大量使用EPE珍珠棉作为包装材料。

EPE珍珠棉可以根据其结构分为条状和网状珍珠棉，根据密度分为低密度和高密度珍珠棉，根据用途分类，可以用来包装物品、保温隔热、作填充材料、以及防潮。EPE珍珠棉生产工艺流程主要包括发泡、复合、裁片等过程，半成品出来后要进行下一步的成形加工，如油压、热贴、啤制等。

EPE珍珠棉可应用在工业、商业和农业领域，如电子行业的防静电包装、易碎商品的包装运输和水果的包装运输等。珍珠棉的发展趋势为制造降解时间更短的环保珍珠棉产品；将珍珠棉与其他材料结合使用，如开发高性能的保温产品；改进和升级材料的配方，实现珍珠棉功能提升，如阻燃等功能；可根据客户的需求定制珍珠棉产品。但是珍珠棉由于回收和再利用的流程不够成熟，导致回收利用困难；一些新型的替代材料出现，如发泡聚烯烃EPO等具有类似性能的竞争产品，而这些替代材料可能对珍珠棉的市场份额构成竞争。

发展过程

发展背景

1941年，美国杜邦首先提出用氮气发泡制取聚苯乙烯泡沫塑料。

20世纪50年代，聚乙烯泡沫塑料作为电缆绝缘层开始工业化。

1958年，美国道化学公司采用了直接将物理发泡剂二氯四氟乙烷注入挤出机料筒的方法，生产出无交联的高发泡聚乙烯。

20世纪60年代初，英国的发泡橡塑公司最早开始模压的交联聚乙烯泡沫塑料的工业化生产。

20世纪70年代初，西德巴登苯胺烧碱厂使用已经发泡或部分发泡的圆形泡沫粒子，通过加热熔结或加胶粘剂粘结，成型为泡沫块，然后剖成薄片。1973年，日本钟渊公司采用另一种可发性珠粒模塑法生产聚乙烯泡沫塑料。此外，人们早已通过溶沥法，使可溶性固体或液体溶解出来，或通过定向法，对流变性不同的各组分的混合物进行定向，制取聚乙烯泡沫塑料。

氟里昂会破坏大气臭氧层，影响人类生存环境。所以在1987年，联合国通过决议限制其使用。在1994年，中国泡沫塑料行业制定了《CFC代物战略方案》。中国主要开发以丁烷为发泡剂生产高发泡聚乙烯(EPE)的新工艺。

发展过程

1. 美国是最早使用EPE珍珠棉的国家。

2. 在20世纪80年代后期，EPE珍珠棉包装材料进入中国市场，先于如德国、意大利等国家。

3. 在20世纪90年代初期，EPE珍珠棉又快速发展到韩国、日本等国。

4. 截至2007年底为止，世界各国都在大量使用EPE珍珠棉作为包装材料。

原理与组成

EPE珍珠棉 (Expandable Polyethylene) ，俗称聚乙烯泡沫棉，是一种非交联闭孔结构，且由低密度聚乙烯树脂经物理发泡产生无数独立气泡而形成的材料，该材料由于可以提供良好的缓冲、隔热性能（该性能是由于其特殊的小孔结构带来的），以及一定的防水性和耐化学腐蚀性，所以被广泛应用于包装、隔音、缓冲等领域。

低密度聚乙烯

低密度聚乙烯是在100~300MPa的高压下，使用氧或有机过氧化物为催化剂聚合而成，也被称为高压聚乙烯。

结构

LDPE（低密度聚乙烯）的分子由亚甲基构成，不完全是线型结构，而是有长支链、短支链，其分子链近似树枝状结构。

性能

低密度聚乙烯（LDPE）是无毒、无味、无臭的，密度为0.910~0.940g/cm³。它相对于高密度聚乙烯（HDPE），LDPE的结晶度（55%~65%）和软化点（90~100°C）确实较低。它具有优良的柔软性、延伸性、透明性、耐寒性（可耐-70°C）和加工性。其化学稳定性较好，可耐酸、碱和盐类水溶液。LDPE具有良好的电绝缘性和透气性，吸水性低，且易燃烧。然而，LDPE易燃且有烧滴现象，最高使用温度可达近100℃，最低使用温度为-100～-70℃，热变形温度仅为38～50℃，限制了其使用范围。

用途

低密度聚乙烯因其综合性能优异和卫生性好而广泛应用于各个工业部门和日常生活用品。其中，低密度聚乙烯薄膜占其总产量的一半。交联改性的低密度聚乙烯可提高其耐热性、耐应力开裂性和强度，常用于制造高频、海底电缆的被覆料等。

低密度聚乙烯（LDPE）电绝缘性能优异，高频性能优良，适用于制造高频电缆和海底电缆的绝缘层。LDPE的透明性优良，易加工成型，表面张力极低，但需要进行预先处理以获得良好的附着力，适用于食品包装、工业品包装、化学药品包装、农用膜和建筑膜等领域，如作为生产抗静电EPE珍珠棉的原材料。

类型分类

结构分类

条状珍珠棉

条状珍珠棉是一种具有条状结构的珍珠棉产品。条状的珍珠棉优点是符合产品需要；缺点是片状或条状的珍珠棉不能及时梳理，容易混乱，珍珠棉分切成块状或条状的生产过程大多依靠人工来完成，工作效率低；特点是条状结构。

网状珍珠棉

网状珍珠棉是一种具有网状结构的珍珠棉产品。优点是抗压性强、柔软性好、环保；缺点是网状结构容易变形，且网状结构不能对易碎品进行全表面包装，防碰撞能力有限；特点是网状结构，主要应用于包装水果，为水果运输提供保护材料。

密度分类

低密度珍珠棉

EPE珍珠棉的密度一般为24~28kg/m³，即低密度珍珠棉。它具有柔韧、轻盈、富有弹性的优点，可通过弯曲来吸收和分散外部的冲击力，从而达到缓冲的效果。

高密度珍珠棉

高密度珍珠棉密度更高，更耐压，常用于如需要更强保护性能的产品。高密度珍珠棉相比普通电珍珠棉具有更高的硬度和承重力，从而不易压缩变形，具有更好的防震定位效果；特点是高密度。

用途分类

包装用珍珠棉

包装用珍珠棉通过提供缓冲和抗挤压的保护，广泛应用于家电、玩具、家具等领域，确保产品在运输和储存过程中不受损坏。

填充用珍珠棉

填充用珍珠棉主要用于填充材料，起到防震、抗挤压的作用。

保温隔热用珍珠棉

保温隔热珍珠棉具有优异的保温性能，常用于建筑保温等领域。

垫料珍珠棉

垫料珍珠棉用于家具保护、地板垫料等，起减震缓冲作用。

防潮珍珠棉

防潮珍珠棉具有防潮效果，适用于如木地板防潮地垫等防潮产品。

医用珍珠棉

医用珍珠棉密封性能好、抗菌性强，适用于医用口罩等医用防菌产品。

生产工艺

主要工艺

挤出法：热塑性塑料的挤出成型是将粒状或粉状塑料加入料斗中，通过旋转的挤出机用下料向前输送。塑料在输送过程中，不断接受外部加热、螺杆与物料的剪切摩擦产生的热量，逐渐熔融呈粘流态。熔融的塑料在挤压系统的作用下，通过具有特定形状的挤出模具口以及一系列辅助装置（定型、冷却、牵引、切割等装置），形成塑料型材。挤出法是一种应用广泛、生产效率高、成本低、设备结构简单、适应性强、制造和维修方便的塑料成型方法。

熔融切割法：熔融切割法是在挤出阶段中，在无固化过程中通过热刀等工具将珍珠棉条带直接切割成片材。该方法较快速且适用于产量较大的珍珠棉生产。

深加工法：深加工法应用在珍珠棉深加工阶段中，通过优化切割和排版，最大程度地利用珍珠棉来避免浪费。生产过程是根据所需尺寸计算切割宽度，计算尺寸对珍珠棉进行排版，将排版后的珍珠棉放置在处理机内部，使珍珠棉表面排版痕迹与处理机内部的刀具对齐。最后启动处理机，根据排版痕迹对珍珠棉进行加工处理。

印刷法：印刷法应用在珍珠棉印刷阶段中，通过选取合适的承载物、预热、粘贴印刷版、放置印刷辊和支撑印刷辑等步骤，实现对珍珠棉的印刷。

生产流程

珍珠棉的生产流程是：原料一一发泡一一复合一一开料一一油压一一贴合/热贴一一包装。EPE珍珠棉生产工艺流程主要包括发泡、复合、裁片等过程，半成品出来后要进行下一步的成形加工，如油压、热贴、啤制等。

原料

EPE珍珠棉原料主要使用了低密度LDPE树脂，加入一些辅料发泡而成。主要辅料有：发泡剂 (丁烷)、成核剂(滑石粉)、抗缩(单甘酯)。其他辅料有：红色母、白色母、黑色母、抗静电剂等。EPE珍珠棉有加重料和普通料两种，主要配方如下：再生料与原材料的配比是根据再生料的库存情况来决定使用的比例，最高配比为1:1，通常按3:1使用（客户产品有特殊要求除外）。滑石粉与丁烷气的使用量根据产品密度和厚度来进行配比。

发泡

EPE珍珠棉的助剂包括发泡剂、成核剂、稳定剂、着色剂和防静电剂。EPE珍珠棉需要注意发泡挤出时会产生波浪。生产过程中可以通过添加防静电剂生产防静电EPE，通过增加色粉调整颜色，常用颜色为红色和白色。为方便区分，一般白色是不防静电EPE珍珠棉，有颜色的是防静电EPE珍珠棉。

复合

复合指将薄的卷材复合成厚的片材。复合完成后需将片材放置4小时左右，使易燃的液化气挥发掉。在选择复合卷材时，首先要确认卷材是否已经到达复合期。卷材的储存时间在冬天为15-20天，夏天为7-15天。卷材发泡后内部存在大量丁烷，必须等待丁烷挥发后才能进行复合。如果未完全达到复合期而强行复合，会导致起泡、脱层、烧焦和起火等问题，不仅影响品质，还会增加损耗。只有当卷材中的发泡气体完全挥发，卷材的物理性质才能趋于稳定状态。

开料

开料是指将复合后的片材切割成较小的片材，以便于进行油压操作，或者直接切割成半成品，然后将其送到后道工序进行贴合。开料机是一种相对简单的设备。

油压

油压是指使用油压机将片材按照刀模形状冲压成半成品的过程。在这个过程中，有两种冲压方式：定位冲压和非定位冲压。定位冲压会导致边缘产生弧度，而非定位冲压则不会在边缘产生弧度。

贴合/热贴

将粘贴面放置在高温板上，使其与高温板接触的部分熔化，然后迅速粘贴。这种方法的厚度损失为5毫米，因为粘贴面在热贴时会被烫板烫掉。热贴法的特点是速度快，但精度较低。

黏合

在粘贴面上涂上已经熔化的黏结剂，然后进行粘贴。这种方法会造成1.5毫米的厚度损失。该工序的特点是精度高，但速度较慢，需要使用热熔胶，并且在操作过程中会产生胶丝。

包装

用PE胶袋包装成品，便于后期回收。

性能参数

珍珠棉具有优良的化学和物理性能，能抵御许多化合物的侵蚀，具有很好的耐候性能。

特点

优点

1. EPE珍珠棉相较于易拉伸变型、强度差的低密度聚乙烯（LDPE），具有质轻，表面柔和，拉伸强度高，耐多次冲击，缓冲性能好，优良的减震性和抗冲击性的优点。

2. EPE珍珠棉相较于具有耐久性，降解时间长的EPS材料，是一种由微生物合成的生物降解塑料新型环保的包装材料，简称生物塑料，是一类能完全被自然界中的微生物降解的塑料。

3. EPE珍珠棉相较于阻氧性差，抗氧化效果不好的低密度聚乙烯（LDPE），因其独特的气泡结构，还能防油、防潮、耐酸碱、抗氧化、隔音、保温等。珍珠棉优良的化学性能，使它能抵御许多化合物的侵蚀，具有很好的耐候性能。

4. EPE珍珠棉相较于静电强，阻氧性较差的双向拉伸聚丙烯（BOPP），可以在生产过程中添加适量的添加剂，满足抗静电、阻燃或赋予各种色彩等不同包装的需求。

5. EPE珍珠棉相较于表面光泽性较差的高密度聚乙烯（HDPE），pH为中性，且材料表面光滑，不会对产品造成损伤。

缺点

1. EPE珍珠棉相较于质地刚硬，不易破损的高密度聚乙烯（HDPE），柔软性好易变形。

2. EPE珍珠棉生产过程人工成本高，材料利用率低，物流及仓储费用高，生产成本高；且生产效率低，质量管控比较困难。

3. EPE珍珠棉生产过程需要用丁烷作为物理发泡剂，生产场地在生产过程和储存过程存在很大的安全隐患。

应用领域

工业应用

包装和运输

珍珠棉可用于包装易碎物品。珍珠棉由于其保温特性及缓冲特性被大量应用在易碎品的包装运输中。珍珠棉广泛应用于如电子电器、仪器仪表、电脑、玻璃、陶瓷、家电等高档易碎的礼品包装。

建筑材料

珍珠棉具有独特的气泡结构来防潮，可用于建筑中的防潮材料，如防潮地板等。

电子行业

珍珠棉添加适量的添加剂，能满足抗静电的需求，可用作电子产品的防静电材料。

商业应用

包装材料

珍珠棉表面柔和，拉伸强度高，耐多次冲击，缓冲性能好，具有优良的减震性和抗冲击性，可用于商品包装，如礼品包装、酒瓶包装等。

家居用品

珍珠棉质轻，表面柔和，具有优良的减震性和抗冲击性，可用于制作床垫、坐垫等软体家具。

农业应用

温室

珍珠棉具有的独特气泡结构来保温，可用于温室的保温，优化作物生长环境。

水果包装

珍珠棉具有独特的气泡结构来抗氧化，可用于水果的包装和储存，保持水果的新鲜度和保证质量。

相关标准

中国标准

中国国家标准化管理委员会（SAC）发布了一系列适用于珍珠棉的国家标准，如GB/T6348（珍珠棉绝热制品）和GB/T6349（珍珠棉包装）。

日本标准

日本工业标准（JIS）发布了A9512-Expanded Polystyrene (EPS) Boards for Thermal Insulation，针对珍珠棉板材的热绝缘性能制定了规范。

美国标准

美国材料试验协会（ASTM）发布了标准C578-Standard Specification for Rigid, Cellular Polystyrene Thermal Insulation，涵盖了聚苯乙烯泡沫绝缘材料的性能要求和测试方法。

欧洲标准

欧洲标准化委员会（CEN）发布的标准EN13163-Thermal Insulation Products for Buildings - Factory-Made Expanded Polystyrene (EPS) Products，规定了欧洲范围内用于建筑的工厂制造的珍珠棉产品的性能要求、测试方法和标记等。

国际标准

国际标准化组织（ISO）发布的标准：ISO1043-2- Plastics - Symbols and Abbreviated Terms - Part 2: Fillers and Reinforcing Materials包含了塑料材料的符号和缩写术语，也包括了珍珠棉这样的填充材料。

发展趋势

应用趋势

珍珠棉可以根据客户的需求进行个性化定制。环保是珍珠棉的优点之一，制造商将会继续利用这一优点，制造降解时间更加短暂的环保产品。将珍珠棉与其他材料结合使用，开发创新产品，如开发高性能的保温产品。通过改进和升级材料的配方，实现珍珠棉功能提升，如阻燃等功能。

面临的挑战

1. 回收利用问题：虽然珍珠棉是一种可回收的材料，但在实际操作中，由于其回收和再利用的流程不够成熟，存在一定的回收困难和管理挑战。

2. 替代材料竞争：随着技术的发展，出现了一些新型的替代材料，如发泡聚烯烃EPO具有类似性能的竞争产品。这些替代材料可能对珍珠棉的市场份额构成竞争。

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