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發布時間：2024-12-23 00:53:37
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隨著國內大煉化項目、PDH項目陸續上馬，國內聚丙烯（PP）市場成為群雄角力之地。新建項目投產，PP產能仍將快速增長，預計到2023年我國PP產能將超過3500萬噸，自給率將近90%。屆時，高性能產品將成為企業突出重圍的殺手锏。高性能PP成投資熱土2020年已經有三家企業成功投產聚丙烯裝置，浙江石化、恒力石化、利和知信。近一個月，聚烯烴行業掀起了新一波高性能PP投資熱潮：4月22日，總投資約100億美元的埃克森美孚廣東惠州乙烯項目正式動工，項目包括乙烯裝置和高端PE、PP等生產裝置，采用已經成功應用、先進的專有工藝和催化劑技術生產高性能聚合物。聚丙烯微孔發泡5月17日，總投資約56億美元的中海殼牌惠州三期乙烯項目合作框架協議簽約，項目產品包括聚α烯烴、高碳合成醇、茂金屬PE、共聚PP等，共14規模生產裝置。18日，徐州海天石化集團年產10萬噸高性能PP樹脂項目“云簽約”，落戶大慶龍鳳區。高性能產品研發能力不足我國已投入生產的高端聚丙烯專用樹脂有：三元共聚聚丙烯薄膜專用料F5606、管材專用料、薄壁注塑料M50T、高熔體強度薄膜專用料、丙丁共聚膜料、低溫抗沖注塑專用料、氫調法高流動注塑料、高透明注塑專用料、抗菌系列專用料、低灰分PP、快速成型PP、透明PP專用料等。但由于我國高端聚丙烯產品研發能力不足，且同質化嚴重，一些高性能和特殊性能產品，如茂金屬PP（mPP）、特種雙向拉伸聚丙烯（BOPP）膜、流延聚丙烯（CPP）膜等仍需大量進口來滿足國內市場需求。我國mPP年消費量約10萬噸，除燕山石化少量供應市場，基本依賴進口，主要用于生產醫用或食品用高透明PP制品、食品包裝薄膜、無紡布、超細旦丙綸纖維等領域。具有高拉伸速度與幅寬、超薄、超透及更好低溫熱封性能的特種BOPP薄膜、電工膜、電容器膜、鍍鋁膜等PP薄膜料以及汽車和家電用PP注塑料的年進口量均超百萬噸。PP管材料的年進口量約50萬噸。高性能PP開發方向1抗菌PP此次新冠肺炎疫情的肆虐，推動汽車生產商聚焦抗菌PP在內飾件中的應用，這或將成為車用PP下一個熱點應用領域。2玻纖增強PP長玻纖增強PP材料因具備更高的強度、剛度、韌度、尺寸穩定性，廣泛應用于儀表骨架板、車門組合件、前端組件、車身門板模塊、車頂面板、座椅骨架等汽車部件上。長玻纖增強PP材料在120℃時的高溫疲勞強度是普通玻纖增強PP材料的2倍，甚至比以耐熱性著稱的玻纖增強尼龍材料高10%，具有作為結構件所需的耐久性和可靠性。氣味散發耐刮擦PP隨著人們對汽車品質的追求，車用PP材料需要滿足的已不僅僅是力學性能，還有對外觀、環保等方面的高要求。目前市場上低氣味散發PP材料多被Basell、北歐化工等公司產品壟斷，國產替代進口任務艱巨。制造高抗刮擦汽車內飾件材料一方面要采用國外表面硬度較高的PP原料，另一方面需要添加助劑提升材料表面的爽滑度。但助劑在體系內受熱會有小分子散發影響車內空氣質量，同時又會出現表面遷移現象，影響內飾件外觀。因此，問題核心仍取決于PP基材的性能。
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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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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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微發泡注塑，聚丙烯/橡膠/滑石粉復合材料，增強增韌聚丙烯微孔發泡聚丙烯作為一種經濟高效的熱塑性聚合物，具有材料成本低、抗腐蝕性好、比強度高和易于成型加工等優點，已廣泛應用于包裝工程、紡織、電子產品以及汽車工業。以汽車工業為例，聚丙烯的年均用量高達255.6百萬噸，研究表明汽車每減重10%就可以將燃料的利用率提高至少6%。因此，近年來為了節省材料和能源、減少環境污染進而實現經濟社會的健康可持續發展，塑料制品的輕量化問題引起了廣大學者的研究興趣，而其中發泡注塑成型工藝被視為是一種非常有前途的輕量化實現方式。然而，由于聚丙烯的熔體強度低，導致其發泡能力非常差，常規微發泡注塑聚丙烯產品存在泡孔尺寸大且分布極其不均勻，嚴重降低了其力學性能，尤其是沖擊力學性能。針對上述問題，山東大學材料科學與工程學院王桂龍和合作者提出了一種利用橡膠和滑石粉的耦合作用改性聚丙烯的新途徑，顯著提高了聚丙烯熔體強度和促進了結晶，進而改善了聚丙烯的發泡能力，終通過微發泡注塑制備了具有優異綜合力學性能的微孔聚丙烯制品。
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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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當熱塑性聚氨酯聚合物在1950年代問世時，TPE成為商業現實。在1960年代，苯乙烯嵌段共聚物問世，在1970年代，各種TPE出現。TPE的全球使用量（1990年為680000噸/年）以每年約9%的速度增長。由于聚苯乙烯和聚丁二烯之間的不相容性，苯乙烯-丁二烯材料具有兩相微觀結構塊，前者根據確切的成分分成球體或棒。由于聚苯乙烯含量低，該材料具有彈性，聚丁二烯的特性占主導地位。通常，它們提供比傳統交聯橡膠更廣泛的性能，因為其成分可以變化以適應最終的構造目標。嵌段共聚物很有趣，因為它們可以“微相分離”以形成周期性納米結構，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）嵌段共聚物。這種聚合物被稱為Kraton，用于鞋底和粘合劑。由于微細結構，需要透射電子顯微鏡（TEM）來檢查結構。丁二烯基質用四氧化鋨染色以在圖像中提供對比度。該材料是通過活性聚合制成的，因此塊體幾乎是單分散的，因此有助于形成非常規則的微觀結構。由于大多數聚合物彼此不相容，形成嵌段聚合物通常會導致相分離，并且自從引入SBS嵌段聚合物以來，該原理已被廣泛采用，特別是在其中一種嵌段是高度結晶的情況下。不相容規則的一個例外是Noryl材料，其中聚苯乙烯和聚苯醚或PPO相互形成連續共混物。其他TPE具有結晶域，其中一種嵌段與相鄰鏈中的其他嵌段共結晶，例如在共聚酯橡膠中，實現與SBS嵌段聚合物相同的效果。取決于嵌段長度，由于較高的晶體熔點，域通常比后者更穩定。該點決定了材料成型所需的加工溫度，以及產品的最終使用溫度。這樣的材料包括Hytrel，一種聚酯-聚醚共聚物和Pebax，一種尼龍或聚酰胺-聚醚共聚物。熱塑性彈性體（TPE），有時也稱為熱塑性橡膠，是一類共聚物或聚合物（通常是塑料和橡膠）的物理混合物，由具有熱塑性和彈性體特性的材料組成。雖然大多數彈性體是熱固性塑料，但相比之下，熱塑性塑料在制造中相對容易使用，例如通過注塑成型。熱塑性彈性體顯示出橡膠材料和塑料材料的典型優勢。使用熱塑性彈性體的好處是能夠拉伸到適度的伸長率并恢復到接近原始形狀的能力，從而比其他材料具有更長的使用壽命和更好的物理范圍。熱固性彈性體和熱塑性彈性體之間的主要區別在于其結構中的交聯鍵類型。事實上，交聯是賦予高彈性性能的關鍵結構因素。類型商業TPE有六類通用類別（名稱符合ISO18064）：苯乙烯嵌段共聚物，TPS（TPE-s）；熱塑性聚烯烴彈性體；熱塑性硫化橡膠，TPV（TPE-v或TPV）；熱塑性聚氨酯，TPU（TPU）；熱塑性共聚酯，TPC（TPE-E）；熱塑性聚酰胺，TPA（TPE-A）；未分類的熱塑性彈性體，TPZ。來自嵌段共聚物組的TPE材料的例子包括CAWITON、THERMOLASTK、THERMOLASTM、Arnitel、Hytrel、Dryflex、Mediprene、Kraton、Pibiflex、Sofprene和Laprene。這些苯乙烯嵌段共聚物（TPE-s）中有CAWITON、THERMOLASTK、THERMOLASTM、Sofprene、Dryflex和Laprene。Laripur、Desmopan或Elastollan是熱塑性聚氨酯（TPU）的例子。Sarlink、Santoprene、Termoton、Solprene、THERMOLASTV、Vegaprene、或Forprene是TPV材料的例子。熱塑性烯烴彈性體（TPO）化合物的例子是For-TecE或Engage。Ninjaflex用于3D打印。為了符合熱塑性彈性體的資格，材料必須具有以下三個基本特征：1.拉伸到適度伸長的能力。2.并在消除應力后恢復到接近其原始形狀的狀態.3.可在高溫下作為熔體加工,沒有明顯的蠕變。TPE用于傳統彈性體無法提供產品所需物理性能范圍的地方。這些材料在汽車領域和家用電器領域有大量應用。2014年，TPE的全球市場規模達到約167億美元。大約40%的TPE產品用于汽車制造。例如，共聚酯TPE用于雪地摩托軌道，其中剛度和耐磨性非常重要。熱塑性烯烴（TPO）越來越多地用作屋頂材料。TPE也廣泛用于導管尼龍嵌段共聚物為患者提供了一系列理想的柔軟度。熱塑性有機硅和烯烴混合物用于擠出玻璃滑道和動態擋風雨條汽車型材。苯乙烯嵌段共聚物因其易于加工而用于鞋底，并廣泛用作粘合劑。 由于在對各種熱塑性基材進行雙組分注塑成型方面具有無與倫比的能力，工程TPS材料還涵蓋了從汽車市場到消費品和醫療產品的廣泛技術應用。例如，柔軟的抓握表面、設計元素、背光開關和表面，以及密封件、墊圈或阻尼元件。TPE通常用于制造汽車性能應用的懸架襯套，因為與常規橡膠襯套相比，它具有更大的抗變形能力。由于改性塑料樹脂的功能、成本效益和適應性，熱塑性塑料在供暖、通風和空調（HVAC）行業經歷了增長成各種蓋子、風扇和外殼。TPE還可用于醫療設備、電纜護套和內絕緣、性玩具和一些耳機電纜。 不僅用于工業用途，還用于運動鞋和背包等消費品。您可以在許多運動和戶外品牌產品中看到基于TPE的材料“ARIAPRENE”。2021年，全新的TPE回收理念問世，稱為APTERRA，它是GRS（全球回收標準）收集和再生泡沫織物廠廢料，因為每次生產運行總是有20%的廢料。