東莞PLA發泡定制
發布時間：2024-08-01 01:04:13
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與傳統注塑制品相比，微孔發泡注塑制品具有質量更輕、翹曲和內部殘余應力更少、尺寸穩定性好、成型周期短等一系列優點。目前，欠注發泡成型是微孔注塑技術中應用為廣泛的工藝之一，具有操作簡單、效率高、能夠生產復雜制件，且能耗少，符合節約材料，降低成本這一發展理念，滿足發泡產品市場化的需求。然而，欠注發泡成型工藝也存在發泡制品內部泡孔易發生大量變形，泡孔尺寸分布不均勻，所得制品表面存在大量的氣痕、銀紋等缺陷，制約了其力學性能的提高和外觀視覺，阻礙了欠注發泡制品的進一步應用。家復合改性聚合物材料工程技術研究中心的何力團隊采用自主研發的氣體反壓裝置，利用化學欠注發泡工藝研究氣體反壓（GCP）對微孔注塑過程中發泡行為的影響。研究發現，采用氣體反壓可以減少發泡注塑制品的泡孔變形以及不均勻等缺點，改善了泡孔的形態。丙烯微孔發泡實驗方法將PP、發泡劑(AC)、發泡助劑[Zn(St)2／ZnO]按照98.5∶1∶0.5的比例混合均勻后加入料筒中進行塑化。然后打開氣體反壓裝置，在型腔中分別注入固定的GCP為0，0.2，0.4，0.6，0.8?MPa的氣體，隨后按照表1的工藝參數注射熔融樹脂進行發泡，冷卻后，取出PP發泡樣品。GCP對充模過程中熔體壓力的影響熔體注射完后，熔體壓力瞬間達到大值。隨著GCP從0增加至0.8?MPa，熔體內部大壓力從1.55?MPa增大到2.16?MPa，注射完成后，隨著氣體的排出，熔體壓力瞬間下降，隨著冷卻收縮，熔體壓力逐漸趨于0?MPa。由此可知，GCP可以明顯地提高熔體充模過程中的熔體壓力，改善欠注發泡過程中的熔體壓力環境。CP對泡孔質量的影響在沒有施加氣體反壓時，由于熔體流動速率遠大于泡孔的膨脹速率，泡孔發生流動剪切變形，導致末端位置的泡孔在皮層區域受到剪切作用時間和作用力較大，在流動方向上出現很大的變形，泡孔發生撕裂合并現象，泡孔形貌極不規則，而中間區域的泡孔形態受到剪切力較小，呈現規整圓形形態。同時發現，隨著GCP的增大，皮層附近撕裂變形的泡孔區域變小，熔體內部芯層泡孔從橢圓形向規整圓形形態轉變，規則泡孔區域所占比例增大，泡孔之間呈現獨立分布。當GCP達到0.8?MPa時，皮層附近泡孔呈現出相對較好的圓形形態，此時整體泡孔的變形較小。是因為GCP可以有效地降低泡孔在充模過程中受到的流動剪切作用，GCP值越大，泡孔在遷移過程中受到熔體壓力越大，泡孔受到熔體的約束力大，泡孔不易發生變形。GCP對結構參數的影響CP對泡孔結構參數的影響如下圖所示。可知，在常壓下泡孔的非變形層(也就是規則泡孔區)厚度僅占整個樣品厚度的10.9%；隨著GCP的增大，泡孔的非變形層所占比例逐漸升高，GCP為0.8 MPa時，升高至26.7%。而泡孔變形層區域厚度所占比例隨著GCP的增大而大幅度下降，從63.7%下降到45.4%，這說明GCP可以減小泡孔變形層，增大規則泡孔區域范圍。對變形層的泡孔變形度進行統計，如下圖所示，泡孔的平均長度隨著GCP的增加，整體呈現減小的趨勢，泡孔的平均寬度隨著GCP的增加而逐漸增大，泡孔的變形度隨GCP的增大而減小，由常壓下0.530的泡孔變形度降低到GCP為0.8?MPa下的0.304泡孔變形度，即GCP可以減小泡孔長度與寬度的差距，使變形區的泡孔變形程度減小。對不同GCP下泡孔非變形層的泡孔直徑進行統計，見圖c，隨著GCP的增加，當GCP為0.2?MPa時泡孔直徑略有減小，但隨著GCP的進一步增大，泡孔直徑從36.09?μm增大到41.93?μm。這是因為GCP的增大使得熔體的壓力也隨之增大，使得泡孔的成核臨界能壘升高，泡孔的成核速率下降，泡孔在充模過程中受到流動場的影響減弱，更多的氣體在卸壓階段促進泡孔的生長，因此熔體壓力越大，泡孔直徑越大。
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聚丙烯微孔發泡材料的特殊應用價值：微孔發泡材料的韌性高、疲勞壽命長、比強度高、熱穩定性高、介電常數低。除此之外還有質輕、隔熱、吸震、隔音、價格低廉等特點。這是因為這種材料中有比塑料中原有的缺陷或微細裂縫小得多的孔徑，這種孔徑能鈍化塑料中原有裂縫的尖端，所以不會降低塑料的強度。因此，在汽車、航天航空和其他各種運輸工具等領域有特殊的應用價值。聚丙烯微孔發泡通過研究熔體流動速率和微孔發泡PP性能之間的關系發現，低熔體流動速率的聚丙烯微孔發泡材料具有良好的機械性能。日本Sumitom化學公司利用幾種熔體流動速率不同的聚合物共混發泡，制得了一種沖擊強度高且具有類似于皮革結構紋理的柔軟片材，這種泡沫塑料的發泡倍率在1.1~2.0之間。聚丙烯微孔發泡材料成核劑改性聚丙烯材料：PP是一種不完全結晶的通用塑料，它的結晶速度較慢慢，容易形成尺寸較大的球晶，導致制品的光澤度和透明性差，制品的外觀缺乏美感，限制了其在透明包裝和日用品等領域的應用。利用成核劑改性聚丙烯，是一種制備透明度高，力學性能優異的聚丙烯材料的簡單有效的方法，因此在聚丙烯的改性當中被廣泛應用。陳枝晴等研究了聚丙烯的透明性，適量的成核劑和相應的分散劑能提高聚丙烯的透明性；且共聚PP的透明性比均聚PP好。張廣平等采用2，2-亞甲基-雙(4，6-二叔丁基苯基)磷酸及其衍生物作為聚丙烯的成核劑，研究了成核劑對復合材料力學性能的影響。結果表明：這種成核劑的佳質量分數為0.4%。此時，復合材料的結晶溫度提高了11℃~15℃，結晶度增加3%~6%，結晶速率顯著增加；材料的模量提高了20%~30%，彎曲強度也提高了10%~20%。纖維增強聚丙烯材料：纖維增強聚丙烯復合材料是目前熱塑性塑料市場中增長較快的塑料品種之一，尤其是在汽車用塑料中。為了能夠更好的發揮纖維的增強作用，在塑料中纖維長度需要大于LC，既零界長度，LC取值與塑料的種類有直接關系。如果纖維的長度小于LC，其增強效果與一般的粉末填料區別不大。例如，玻纖增強PP中，玻璃纖維的零界長度為3.1 mm；而在另外一種經過化學改性的PP中，LC可能降到0.9mm以下。對于普通的短玻纖增強塑料，制品中的纖維長度一般只有0.2~0.6mm，限制了制成品性能的提高。而在長玻纖增強塑料部件中，玻璃纖維的殘留長度可以達到3mm以上，大大提高了制品的物理機械性能。聚丙烯微孔發泡材料應用價值由于長纖維增強熱塑性塑料制品中的纖維殘留長度較長，它的沖擊強度比普通的纖維增強材料高了4倍左右；比強度(17.2%)更是比鋁材料(9.8%)都高；此外，這種材料的加工流動性好，制品外觀光亮、無塌坑等缺陷，制品的成型收縮率也小。的研究成果表明，長玻纖增強聚丙烯(LFG/PP)和短玻纖增強聚丙烯(SFG/PP)的玻璃纖維直徑和含量相同時，LFG/PP的拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度明顯高于SFG/PP。
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什么是MPP？MPP又名微孔發泡聚丙烯，是特指泡孔尺寸小于100微米的聚丙烯多孔發泡材料(更嚴格地定義是泡孔尺寸小于10微米，泡孔密度大于10的9次方個/cm3)。由于材料內部大量微米級泡孔的存在，MPP具有優異的減震、緩沖、隔熱和吸聲等性能，可廣泛應用于包裝、交通工具、箱包、體育器材等領域，是傳統EVA、PU、PS發泡材料、EPE和EPP的佳替代物。聚丙烯微孔發泡MPP所需的原料制造MPP一般需要使用高熔體強度聚丙烯(high melt strength PP)。通用的PP由于其是線性的半結晶聚合物，加工窗口較窄，且難以得到封閉的泡孔結構。性能與應用應用超臨界二氧化碳技術(supercritical carbon dioxide) 制備MPP，在高溫高壓下將二氧化碳氣體導入聚丙烯材料基體，并誘導其成核、發泡，形成含有大量微米尺度泡孔的微孔發泡材料。發泡過程清潔無污染，發泡制品衛生環保。發泡過程PP材料未發生交聯，因此可回收循環使用。聚丙烯（PP）本身是無毒材料，是目前嬰兒奶瓶和可微波加熱餐盒的常用材料。清潔衛生的MPP特別適合于醫療器械、食品等包裝材料衛生等級要求較高的領域。也可應用于兒童拼圖、玩具等對產品健康要求較高的領域，代替常用的由AC發泡劑制造的交聯PE泡沫，EVA泡沫。 PP是半結晶聚合物，其熔點一般150~170℃。相比于耐溫只有70~80℃的PE、PS、PU發泡材料，MPP的使用溫度可達120℃，因此MPP特別適合高溫包裝、高溫保溫等領域。MPP集增強、隔熱和降噪為一體，也特別適用于對材料輕量化要求較高的領域，如汽車、軌道交通，船舶，風機葉片等。輕質高強的MPP厚板作為結構泡沫使用，代替傳統的結構泡沫如PVC/PU互穿結構泡沫、PET結構泡沫等，特別是作為三明治夾芯復合材料的芯材使用。MPP微米尺度的泡孔賦予材料的特別之處有： 1) 同等發泡倍率(或表觀密度)下，由于泡孔較小，微孔發泡材料的機械性能損失較小。這意味著使用MPP可以更加節約材料，更加降低制品重量和體積。(2) 由于泡孔尺寸在1-100μm之間可控，MPP可以被剖切成厚度小于0.1mm的超薄片材，而片材表面不會穿孔，可應用于微電子器件的包裝(3) 由于表面大量微米級泡孔的存在，MPP適合作為液晶顯示器背光模組的反射板，提高漫反射率。(4) 微米尺度的泡孔有效降低了泡孔內氣體的對流，從而有效降低了由空氣對流引起的熱傳遞。因此高倍率的微孔發泡材料具有較低的、依賴于泡孔結構的長期穩定的低導熱系數。(5) 輕質高強的MPP片材適合于作為揚聲器振膜使用。(6) 同樣由于其微米尺度的泡孔，MPP具有極佳的表面保護性能，可應用于液晶面板等防護性要求較高的包裝領域。 MPP的阻燃著下游應用范圍的不斷擴大以及性能要求的提升，對MPP阻燃要求日益劇增，巴斯夫BASF無鹵阻燃劑Flamestab?NOR116在MPP中添加量非常低，添加1%即可達到UL94 VTM-2阻燃等級，對材料的物理性能及發泡性能幾乎不影響，NOR116除優異的阻燃效果外，它還有出色的光和熱穩定性，以及不與酸性環境以及含鹵阻燃劑中的酸性成份發生反應的優點。MPP的光老化MPP是一款容易受光老化的產品，巴斯夫光穩定劑Tinuvin? XT55在MPP微孔發泡聚丙烯上能夠達到非常高效的光老化，延長MPP長時間在戶外暴曬的時間，防止材料老化降解； BASF Tinuvin? XT55除了優異的光老化外，同時還具有形態顆粒化，加工方便，潔凈，無粉塵污染等特點。
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發泡材料品種眾多，大多數熱塑性塑料和熱固性塑料都能加工成發泡材料。熱塑性塑料發泡材料是指以高分子聚合物(塑料、橡膠、彈性體)為基礎而其內部具有無數氣泡的微孔材料，也可以視為以氣體為填料的復合材料。下面介紹熱塑性塑料發泡材料的四大成型工藝。一、模壓成型聚丙烯微孔發泡模壓成型屬于較早的發泡工藝類型，所以對模壓發泡并沒有規范的縮寫命名。直到近年來聚丙烯模壓發泡材料涌現出來后，被冠以“M”，定義為“MPP”。近年來涌現出MPP，幾乎是我國獨創的一種發泡PP。其制造工藝是以壓機做為發泡的關鍵設備，原理上與傳統的模壓發泡沒有本質的不同，關鍵的區別在于發泡劑不是傳統的AC化學發泡劑，而是采用超臨界CO2，因而發泡倍率可以高達20多倍，且非常環保。具體的制造方法是，先采用混煉、壓延、擠出等各類加工工藝將PP 制成不同厚度的薄板，然后將這些薄板剪裁好放置在大型壓機中的模具中，合上模具。加熱壓機的上下模板，將PP板材的溫度上升至PP的熔點附近，與此同時從不同方位向模具中注入超臨界CO2，在充分浸漬PP板材后，將PP板材的溫度降至適于發泡的溫度，迅速釋放壓機的壓力，讓PP板材充分發泡并降溫，即得到MPP發泡板材。MPP產品的制造以及制品的優點在于：在固體形態下浸漬;對PP熔體強度要求較低;發泡過程易于控制;產品泡孔精細、均勻;材料力學性能優;超臨界CO2較為環保且不會燃燒。但不足點也是比較明確的，如：浸漬速度慢;必須經歷制成薄板的預加工工藝過程;受聚丙烯結晶度的影響很大;靠壓機進行生產，不僅不連續，且效率較低，難以大規模工業化;應用領域不十分明確;在發泡PP中屬于制造成本較高的工藝。二、可發性珠粒模塑成型可發性珠粒模塑成型工藝，即在高壓釜中，在一定時間內，通過高壓將物理發泡劑在預定溫度下浸漬進入基體樹脂的細小粒料之中，然后冷卻體系溫度至室溫，即得到可發性珠粒。使用時，先在一定的發泡溫度下，利用水蒸氣或熱空氣使可發性珠粒預發泡一下，得到綠豆大小預發泡的可發性珠粒。在制備制品時，將預發泡的可發性珠粒放入模具中加熱、減壓，使預發泡的可發性塑料珠粒進一步膨脹并相融合，形成預定形狀的發泡材料，即稱為可發性珠粒模塑成型。由于都是采用物理發泡劑，因而發泡倍率較大。三、擠出發泡成型將塑料與發泡劑(物理或化學)分別加入擠出機的不同位置，高壓下在擠出機中熔融形成均勻的溶液，然后在口模處突然泄壓、發泡、冷卻，制成板材、片材甚至管材等。在擠出發泡過程中，發泡劑在高壓狀況下必須與塑料形成均勻的溶液，并在口模處瞬間泄壓、發泡、冷卻、形成發泡材料，不可能借助固相或者結晶的約束力，故而對塑料的熔體強度要求很高，特別需要熔體在拉伸過程中具有較強的應變硬化的性能，因此發泡難度較大。四、注塑發泡成型注塑發泡材料是發展相對較晚的一種發泡材料，主要因為傳統注塑工藝與發泡必備條件之間存在矛盾。當今的注塑發泡材料僅限于發泡倍率很低的制品，甚至于發泡并非是主要目的，而僅僅為了減小注塑制品的收縮率與變形，特別是在托盤，支架等大型制品的注塑中。聚賽龍公司通過配方的優化設計、精準的加工工藝、特殊的螺桿組合及配混工藝研制的可微發泡改性PA6區別于普通可微發泡改性PA材，使其在高表面要求、發泡效率及穩定性上具備優勢，使其能夠滿足大型微發泡汽車注塑件。
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塑料化工研究發展至今，已合成出上千種高分子材料，其中具有工業價值的僅百余種，塑料常用的樹脂原料90%以上集中在五大通用樹脂（PE、PP、PVC、PS、ABS），目前再繼續合成大批新的高分子材料難度很大，既不經濟也不現實。在聚乙烯、聚丙烯塑料改性是目前高分子材料未來發展的一個重要領域，龍樸君整理了這部分的相關信息，供大家參考。深入研究聚合物組成、結構和性能的關系，并在此基礎上對現有的塑料進行改性，以制造適用的塑料新材料，已成為發展塑料工業的有效途徑之一，全球的改性塑料行業也因此在近年內獲得了長足的發展。關于改性的基礎知識在通用塑料和工程塑料的基礎上，通過物理、化學、機械等方式，經過填充、共混、增強等加工方法，改善塑料的性能或增加功能，對塑料的阻燃性、強度、抗沖擊性、韌性等機械性能得到改善和提高，使得塑料能適用在特殊的電、磁、光、熱等環境條件下。從原料樹脂的生產到多種規格及品種的改性塑料母料的生產，改性技術廣泛應用于幾乎所有的塑料制品的原材料與成型加工過程中。如塑料的外觀、透明性、密度、精度、加工性、機械性能、化學性能、電磁性能、耐腐蝕性能、耐老化性、耐磨性、硬度、熱性能、阻燃性、阻隔性等方面。為了降低塑料制品的成本、改善性能、提高功能，都離不開塑料改性技術。如何進行聚乙烯的改性？1、不同密度的聚乙烯的共混改性由于市場上的專用原料較少和供應的不平衡，促進了共混改性技術的發展。根據不同的吹塑中空制品的性能要求，可以通過調整低、高密度聚乙烯在配方中的不同比例來滿足要求。一般說來，小型制品、要求較軟的制品、盛放化學藥品、洗滌劑之類的容器，低密度聚乙烯的比例應該高些，高密度聚乙烯的比例應該低些。當然，并不是所有的低、高密度聚乙烯都能用于吹塑中空制品，應該從市場上選擇能用于吹塑的塑料材料，并通過改進配方設計，使制品的性能價格比達到優。2、不同分子量的高密度聚乙烯共混改性對于同為高密度聚乙烯材料來說，即使同為可用于吹塑成型的，可能在密度上相差無幾，但從分子量上來說，差別可能較大。樹脂牌號手冊上一般對材料的分子量都沒有標出，而從融體指數上大致可以看出。在擠出吹塑中空制品時，隨著所用吹塑級的分子量的提高，熔體強度會相應提高，同時制品的機械性能也會提高。但在實踐中發現，當分子量提高到一定程度后，熔體強度和擠出速率反而有下降的趨勢。出現這種情況后，對制品的正常生產將造成不同程度的負面影響，有時甚至會引發安全事故。制品加工時，出現分子量提高，熔體強度和擠出速率下降的情況，這與擠出機螺桿和進料段設計有較大的關系。雖然在設備上改進可以取得較為明顯的效果，但從材料配方上進行改進更能取得當期實效和減少設備改造的投資。將不同分子量、不同生產廠家生產的聚乙烯按比例共混，對于改善材料的分子量分布和材料內微量添加劑元素的分布大有好處。將它用于擠出吹塑, 往往容易收到較好的效果。從制品的化學性能，機械性能及生產中的各項工藝性出發，可以比較自由的設計出各種不同的配方，來滿足各種不同的要求，往往還可達到降低生產成本的目的。3、不同品種塑料的共混改性在工廠的現場生產當中，往往由于種種原因的限制，還會有許多不同的要求。比如說采用一些分子量較低的材料來代替分子量較高的塑料原料，不但是市場供應狀況的限制，還有可能是制造成本的要求，比如，在HDPE中加人一定量的PP，就能有效的改善的剛性，而且不會影響的沖擊強度。加入的比例需要根據產品的要求來確定。4、高密度聚乙烯的填充改性技術在加工塑料制品時，適當的加入各種不同的填充劑，不但可以提高塑料制品的剛度和硬度，同時也可以大幅度的降低原料成本。單就降低成本這點出發，對許多附加值低的產品來說，就值得作深入的研究。就近幾年來塑料制品加工廠填充改性的情況來看，技術層次普遍較低。
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塑料部件在國內汽車上占重量的10%左右，在國外汽車上達到了15%至20%。微孔發泡技術能使塑料部件的重量降低15%至30%，廣泛應用于儀表板、電機支架、座位板、空調風罩、門嵌飾板等內外飾。聚丙烯使用量占比塑料部件50%以上。讓汽車用上更多的塑料部件，還有很多功課可以開展。全球微孔發泡相關的專利申請，前三位為：美國、日本、德國。Trexel公司的MuCell技術是目前為成熟、商品化為廣泛的微孔發泡技術，該技術來源于麻省理工學院在20世紀80年代提出的發明專利。Trexel公司在1995年通過專利權轉讓獲得這項技術的全球開發和商品化推廣，并在此基礎上開發出連續微孔成型技術--MuCell。MuCell技術的核心即采用超臨界流體為發泡劑，發泡劑在聚合物中形成均勻分布的微小氣孔，通過壓力控制氣泡的生長使樹脂形成泡孔均勻的微孔結構。聚丙烯微孔發泡微孔發泡技術讓汽車駛向輕量化——在汽車非金屬部件的輕量化領域，微孔發泡材料是行業競相研究的主要課題之一。2018年，中石化就將聚丙烯微孔發泡材料應用技術開發列為重點課題。國內微孔發泡材料注重原料技術研發。在高校方面，北京化工大學在微孔發泡工藝的專利申請量上占有主要地位，主要發明人為楊衛民課題組和何亞東課題組。楊衛民課題組的研究方向主要是微孔發泡專用注射機的結構改進，在專利申請方向上側重于改進螺桿結構和設置滲透釜來獲得聚合物熔體/超臨界氣體均相體系。近期，華東理工大學化工學院趙玲教授領銜的“高性能聚丙烯微孔發泡材料綠色制備過程的優化和強化”項目斬獲上海市科技進步獎一等獎。北京化工大學教授、教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授楊衛民，華東理工大學化工學院院長、聯合化學反應工程研究所所長、教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授趙玲，兩位教授將出席“2020中國聚烯烴大會”，并介紹聚烯烴發泡技術與材料開發。國內汽車產業節能減排發展趨勢愈加顯著，對汽車輕量化提出了更高要求。特別是在車市持續萎靡、新能源汽車競爭愈發激烈的情況下，輕量化成為汽車產業從困境中突圍的重要方向。整車廠、改性塑料企業都在加大輕量化材料領域的布局。汽車輕量化要求更高，對聚丙烯微孔發泡材料的需求正在進一步放大！在這個領域有哪些新的進展和要求？有哪些新的技術研發？趙玲教授將在“2020中國聚烯烴大會”開講。