珠海MPP定制
發布時間：2024-12-15 00:53:40
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編者按：目前，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。本文作者從專利角度對微孔發泡技術的重點申請人進行分析，以期為行業企業提供參考。標題：微孔發泡技術讓汽車駛向輕量化丙烯微孔發泡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。目前，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。該技術在20世紀80年代初被麻省理工學院提出，通常指孔徑小于10μm、泡孔密度大于109個/cm3的發泡材料，這種材料的孔密度非常高且為封閉泡孔，相對于其他發泡材料具有更好的剛性，在汽車零件等工業領域廣泛應用。本文中，筆者將從專利角度對微孔發泡技術的重點申請人進行分析，以期為行業企業提供參考。外注重工藝技術保護筆者通過專利數據庫檢索后發現，截至目前，全球共有4000多件與微孔發泡相關的專利申請，其中國外有1700余件，美國、日本、德國三國的相關專利申請量居前三位；國內相關專利申請有2400多件，其中企業占1556件，其次是科研院所，從申請人分布地區來看，廣東、江蘇、浙江等地的專利申請量較高。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。后來，Trexel公司基于MuCell技術提交相關專利申請共有33件，涉及微孔發泡工藝以及發泡設備結構的研發，旨在提高超臨界流體在聚合物中的溶解性以及控制超臨界流體的流量。為提高發泡劑超臨界流體的溶解性，Trexel公司通過加入液壓系統、設置旋轉擠壓系統以及在加熱工作缸內安裝旋轉的螺旋件等方法改進；在超臨界流體計量控制上，Trexel公司給出了在入口閥和出口閥之間設置儲料缸控制發泡劑計量、螺桿上添加超臨界流體的計量泵等解決手段。基于MuCell工藝的加工成本可降低10%至20%，減少材料消耗并縮短成型周期，成為汽車輕量化的優良解決方案。Demag Ergotech公司在微孔發泡技術方面也申請了較多專利，其早的相關專利申請是在1995年，申請的25件相關專利均為螺桿等機械結構的技術改進，其專利的商品化產品為Ergocell微孔發泡技術。該技術的核心是設置了氣體計量與混合模塊，使熔體/氣體混合物的均化過程獨立于塑化過程，獲得的制品具有較低的內應力，消除了翹曲和縮痕，較適用于汽車內飾。阿博格公司是全球領先的注塑機制造商，其在2015年公開了Profoam發泡技術，該技術工藝簡單，采用液體發泡劑，通過密封螺桿加料段來使料斗和塑化裝置之間形成壓力腔，從而使發泡劑在壓力下引入。該技術主要適用于纖維增強發泡材料，制得的發泡塑件多能減重30%。阿博格公司的專利申請量不多，主要涉及注塑機結構設計，其中具有顆粒鎖結構的注塑機是Profoam發泡工藝的關鍵技術。筆者認為，Trexel、Demag Ergotech等國外企業掌握了微孔發泡工藝的核心技術，國內企業在使用相關技術時必然面臨較高的專利許可費用。國內注重原料技術研發在國內專利申請人中，南京聚隆科技股份有限公司（下稱聚隆科技）和會通新材料股份有限公司（下稱會通新材料）的相關專利申請量多，這兩個申請人都是以微孔發泡材料的原料研發為主，涉及的技術均為通過原料選擇來提高發泡材料的熔體強度和流動性，以獲得泡孔均勻、外觀優良的微孔發泡產品。
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PBAT是一種石油基生物可降解塑料 PBAT材料不僅可堆肥也可以生物降解，PBAT生產的生物降解材料是生物堆肥垃圾中心回收生物變廢物時的使用材料，。主要應用于：全降解包裝袋，全降解包裝用薄膜，物品內襯，盒子內托，食品包裝袋等。那么，生物基塑料和生物可降解塑料到底是什么？生物基塑料強調塑料制品的原材料，因此未必具有生物可降解性能。而生物可降解塑料則強調塑料制品的廢棄處理方式（可否分解），這類塑料未必是生物基的，它也可以是化石基的。在歐洲，可堆肥塑料（生物可降解塑料）有完善的法例約束（歐洲標準EN 13432）。要落實可持續的塑料政策，就得推行生物垃圾的分類收集，并努力發展工業堆肥，而非僅僅紙上談兵。大力發展可堆肥塑料，除了要防止其被廢棄在自然環境中，還應該把它們集中工業堆肥，形成塑料處理的“閉環”。可堆肥塑料雖然被認為是良好的一次性塑料替代品，但它有局限性。其局限性在于可堆肥塑料仍然是基于“用完即棄”的邏輯，而非可反復使用的材料。因此，我們依然將反復使用模式作為主要的塑料政策進行倡導。寧波致微新材料科技有限公司成立于2017年是一家專注于研究、開發、生產及銷售的高科技企業，其中推出的PBAT材料，發泡出應用在禮品內襯、內托包裝盒中等等，在超臨界物理發泡下使材料做到了無毒、無味、無化學物質殘留，其表面光滑，質感細膩，可印刷，耐摔耐折疊等。
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簡述聚丙烯微孔發泡新材料(Microcellular Polypropylene foam), 簡稱MPP，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的替代物。聚丙烯微孔發泡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。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。
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新材料研習社報道，隨著汽車工業的快速發展，輕量、舒適、綠色、環保成為汽車工業發展的主要方向。汽車輕量化技術能夠減輕車身重量、降低油耗，是實現節能減排的重要措施之一。目前，汽車零部件更多地采用塑料材料替代笨重、昂貴的金屬構件，“以塑代鋼”成為解決汽車工業發展要求的佳方案，汽車塑料化程度已經成為衡量汽車設計和制造水平的重要標志。在當前的車用塑料中，聚丙烯是用量、使用頻次、增長速度的品種。聚丙烯在汽車工業中用量迅速增長是因為其密度小、體積輕、設計空間廣，綠色環保、性能優異及其制造成本低。聚丙烯微孔發泡聚丙烯在汽車外裝飾件的應用特點是以塑代鋼，減輕汽車自重。聚丙烯是一種由丙烯聚合（均聚PP）或丙烯和乙烯共同聚合（共聚PP）而成的無臭、無毒、半透明的聚合物。聚丙烯按甲基（-CH3）空間排布的位置可分為等規聚丙烯（Isotactic polypropylene）、無規聚丙烯（Atactic polypropylene）和間規聚丙烯（Syndiotactic polypropylene）三種。聚丙烯具有優良的柔韌性、耐化學腐蝕性、耐熱性、介電性能，以及高強度的機械性能和高頻絕緣性，且不受濕度的影響，聚丙烯的種類及性能。目前，為了進一步改善聚丙烯的性能，通常采用化學改性（共聚改性、交聯改性、接枝改性、添加成核劑等）或物理改性（添加有機或無機助劑等）改變高分子組分與大分子結構、晶體構型或填充、共混、增強等來實現性能優化。改性聚丙烯根據特點和功能可分為長玻纖增強聚丙烯材料、免噴涂聚丙烯材料、聚丙烯微發泡材料、高溶體強度聚丙烯、環保阻燃聚丙烯材料、抗菌聚丙烯、耐刮擦聚丙烯材料，及低氣味、低VOC聚丙烯材料等。01 聚丙烯的車用優勢性能優勢聚丙烯在強度、剛度、硬度、耐熱性上均優于聚乙烯；能夠在100℃的溫度下正常使用，具有良好的尺寸穩定性、熱穩定性、較好的力學性能、較高的耐沖擊性、機械性質強韌，化學穩定性良好且不受濕度影響。聚丙烯外觀透明而輕，密度為0.89~0.91 g/cm3，是目前塑料中輕的品種之一。因此，采用聚丙烯替代傳統的金屬材料可以進一步實現重量的降低。另外，由于近年聚丙烯改性技術的發展使聚丙烯在汽車工業的發展占據優勢。保優勢聚丙烯為無毒、無味、無臭的乳白色透明高結晶聚合物，屬于環保材質。聚丙烯不僅可回收再利用，而且在聚丙烯主鏈上含有叔碳原子，在高溫和氧化作用下能夠產生分子鏈分解反應，使聚丙烯具有降解特性，大大地降低了白色污染帶來的環境問題。成本優勢聚丙烯的生產原料來源路徑多樣，主要有油、煤、甲醇、丙烯等。煤制聚丙烯是 目前聚丙烯中增長快的一種原料來源方式。由于我國煤炭資源豐富，且煤炭的價格較為穩定，煤制備聚丙烯成本浮動小。同時，聚丙烯容易加工成型，生產工藝簡單，其生產成本遠遠低于現有的其他塑料材料。02 車用聚丙烯的改性研究聚丙烯是汽車領域應用的核心基材，但由于聚丙烯的性能缺陷，包括收縮率大、容易產生翹曲變形、低溫易脆斷等，決定其必須通過改性才能滿足車用部件的特殊需求。聚丙烯的改性原理是基于車用零件的具體要求，優化基體樹脂的結構和組成，采用化學或物理方法來進行改性。長玻纖增強聚丙烯長玻纖增強聚丙烯是采用長度為 10~25 mm的玻璃纖維與基體樹脂進行復合而形成的改性聚丙烯復合材料，與普通聚丙烯材料相比，通過玻璃纖維增強的聚丙烯的機械性能能夠得到成倍甚至數倍的提高，能夠與ABS塑料的相關產品相媲美。長玻纖增強聚丙烯具有更好的耐熱性能，且成本遠低于ABS塑料；另外，長玻纖增強聚丙烯的高溫耐疲勞強度甚至比以耐熱性著稱的玻纖增強尼龍高出10%，同時兼具更優異的抗翹曲特性。普通聚丙烯與長玻纖增強聚丙烯的性能對比。發泡改性聚丙烯發泡改性聚丙烯是以聚丙烯材料為基體，通過物理或者化學的方式使塑料中間層密布尺寸十到幾十微米的封閉微孔結構。發泡改性技術突破了傳統聚丙烯的諸多局限，可以減輕制品的質量和成型周期；同時使制品具有內應力、翹曲小的特性，在注塑成型中更平整、筆直和穩定；另一方面，由于微孔的支撐作用，使材料的抗沖擊性能和抗壓吸能性能更優異，在受到多次連續撞擊和撓曲變形后能夠很快恢復原始形狀。低氣味、低VOC聚丙烯低氣味、低 VOC 聚丙烯材料的研究是車用塑料發展的一個重要方向，尤其針對處于相對封閉空間的汽車內飾用聚丙烯材料，對聚丙烯提出了綠色、環保的要求。低氣味、低 VOC 聚丙烯是通過在填料、加工助劑的選擇、成型及后處理工藝等各個環節上來優化以減少小分子的產生，從而控制氣味的產生。
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隨著汽車工業的蓬勃發展，制造汽車的各種原材料也迅速發展和更新換代，越來越多的汽車零部件開始采用改性塑料替代金屬制件。塑料在汽車上的應用已有近50年的歷史，目前汽車用改性塑料的使用量已成為衡量汽車設計和制造水平高低的一個重要標志，塑料飾件的大量應用，促進了汽車的減重節能，提高了汽車的美觀舒適度。P以密度小、性價比高、具有優異的耐熱性能、耐化學藥品腐蝕性、剛性、易于成型加工和回收利用等特性在汽車上得到了廣泛的應用。近來更是有把汽車內飾和外裝材料統一到PP系列材料的趨勢。由于高性能基礎樹脂的開發生產周期長、投資巨大、技術要求高，且需要高精尖的集成先進綜合技術，所以對現有PP樹脂需要進行更廣泛、更有效、更經濟、更實用的改性。聚丙烯微孔發泡微發泡(Microcellular Foaming)是指以熱塑性材料為基體，制品中間層密布尺寸從十到幾十微米的封閉微孔。微發泡注塑成型技術突破了傳統注塑的諸多局限，在基本保證制品性能的基礎上，可以明顯減輕重量和成型的周期，大大降低機臺的鎖模力，并具有內應力和翹曲小、平直度高，沒有縮水，尺寸穩定，成型視窗大等特點，特別是在生產高精密和材料較貴的制品上與常規注塑相比較獨具優勢，成為近年來注塑技術發展的一個重要方向。聚丙烯微發泡材料能夠滿足大型微發泡汽車注塑件。隨著汽車輕量化的發展，選用PP發泡材料已成為汽車減重的重要途徑，目前其在汽車內飾上的應用也越來越多，其中PP發泡材料在各種汽車上的使用占比為轎車占45%，卡車、工程機械車占20% ，客車、商務車占35% 。汽車用PP發泡材料主要為化學微發泡材料。普通微發泡PP制品的表觀質量很不理想，僅適合于需要表面覆皮的高端車，不僅增加了制造成本，也限制了PP發泡材料的推廣和應用；而化學微孔發泡是以熱塑性材料為基體，化學發泡劑為氣源，通過自鎖工藝使得氣體形成超臨界狀態，注入模腔后氣體在擴散內壓的作用下，使制品中間分布著直徑從十幾到幾十微米的封閉微孔泡，且其理想的泡孔直徑應 <50μm ，但目前國內行業實際生產的微發泡PP的微泡孔直徑約為80～350μm 。對于微孔發泡主要有注塑微發泡、吹塑微發泡和擠出微發泡等，注塑微發泡適用于各種汽車內外飾件，如車身門板、尾門、風道等；擠出微發泡適用于密封條、頂棚等；吹塑微發泡適用于汽車風管等。利用微發泡技術可使PP制品的質量減少約10%～20% ，較傳統材料在部件上可實現高50%的減重，注射壓力降低約30%～50% ，鎖模力降低約20% ，循環周期減少10%～15%，同時還能提高汽車的節能性，較傳統材料可實現高30%的節能，并且能改善制品的翹曲變形性，使產品和模具的設計更靈活。輻射交聯PP高發泡片材具有良好的力學性能，作為汽車車頂，可降低汽車的質量，同時其還可用于汽車的內飾件，有利于汽車的輕量化。