廣州PLA發泡定制
發布時間：2025-01-03 00:53:06
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POE是乙烯和辛烯的共聚物，其中共聚單體辛烯（C8H16）的含量為20%-30%。分子結構中辛烯的存在破壞了乙烯的結晶，但是同時也賦予共聚物優良的透明性和良好的彈性。在常溫下乙烯的結晶作為物理交聯點，在高溫下乙烯解結晶使共聚物具有塑性。窄的分子量分布使POE具有較高的拉伸強度和抗沖擊性等。由于辛烯的支化作用，使得共聚物的熱敏性大大提高，大大增強了聚合物的可加工性。與EPDM和EPR相比，α-烯烴在共聚單體中的比重較小，大大減少了分子骨架上的叔氫原子，這使得POE的耐熱氧老化性能大大提高。POE具有優異的性能 (特別是高耐熱氧老化性)，價格相對便宜，因此是一種應用前景廣闊的新型彈性體材料。但是POE熱塑性彈性體材料在實際應用中存在的最大問題就是熱變形溫度較低（熱變形溫度<80℃），這大大限制了該材料的應用領域。熱塑性彈性體POE在高溫下，乙烯結晶相的消失，可能會導致某些性能（模量、耐溶劑性）等發生突變。使用交聯、填充增強等方法可以大幅度提高該材料的使用溫度并改善其它性能。適當的硫化體系和補強體系能有效的提高POE硫化膠的性能，而且通過橡塑共混改性的方法，也可以獲得一種新型POE復合材料，可期望用其代替某些如EPDM等橡膠改性PP，應用于長期處在高負荷、高應變、高溫等苛刻工作環境的橡膠制品中。茂金屬聚烯烴彈性體（Metallocene catalyzed polyolefin elastomer）是杜邦-陶氏(DuPont Dow)彈性體公司采用限定幾何構型催化技術(CGCT) 和INSITE 工藝制成的新型聚烯烴彈性體材料。限定幾何構型催化技術是當今世界上最先進的茂金屬技術之一，它能極其嚴格的控制材料的分子結構，制得加工性能和使用性能優良的所需材料。茂金屬催化劑催化效率高、工藝適應性強和制得產品性能優異，因此很快進入了工業化階段。Engage POE具有相對分子量分布窄、聚合物結構可控、聚合物分子可剪裁等一系列特點，其產品具有優異的物理機械性能和加工性能，具有其它高聚物無法比擬的優點。近來，新型聚烯烴彈性體Engage POE越來越受到科研工作者和生產企業的廣泛關注。采用溶液法聚合工藝生產的茂金屬聚乙烯彈性體是在茂金屬催化體系作用下由乙烯和α-烯烴的共聚物，α-烯烴一般為1-己烯和1-辛烯。DOW Chemical公司按照共聚單體含量將POE進行分類，辛烯在共聚單體中含量<20%，密度為0.895g/cm3~0.915g/cm3的彈性體稱為聚烯烴塑性體（POP）；辛烯在共聚單體中含量>20%，在20%-30%之間，密度為0.865~0.895g/cm3，稱為聚烯烴彈性體（POE）商品名為Engage。Exxon化學公司的彈性體一般特指乙丙橡膠。在聚合過程POE分子鏈中的樹脂相（聚乙烯鏈）結晶區起到了物理交聯點的作用，一定量辛烯的引入削弱了聚乙烯鏈結晶區，形成了橡膠相從而成為具有橡膠彈性的無定型區，使得POE成為一種性能優異的熱塑性彈性體[9]。微觀結構決定聚合物的宏觀性能，與傳統聚合方法制備的聚合物相比，聚烯烴彈性體POE具有很窄的分子量分布和短支鏈結構，因而具有高彈性、高強度、高伸長率等優異的物理機械性能和的優異的耐低溫性能。窄的分子量分布使材料在注射和擠出加工過程中不宜產生撓曲，因而POE材料的加工性能優異。又由于POE大分子鏈的飽和結構，分子結構中所含叔碳原子相對較少，因而具有優異的耐熱老化和抗紫外線性能。另外，CGCT技術的應用還能夠有效控制在聚合物線形短支鏈支化結構中引入長支鏈，使材料的透明度提高，同時有效的改善了聚合物的加工流變性能。
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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。
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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?；贛uCell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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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。PP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。延伸性、機械的強度和抗斷裂性無機填料和彈性體增韌增強改性PP主要是“三高”。是由 PP樹脂、三元乙丙橡膠(EPDM)和乙烯-辛烯共聚物(POE)等增韌彈性體及滑石粉、碳酸鈣等無機填料的復合物，其主要用于汽車保險杠的注射成型，且改性PP保險杠具有成本低、質輕、易涂裝、可循環使用等優點?；厶畛涓男訮P材料具有高剛性、低熱膨脹系數和低收縮率，且其抗化學腐蝕性能強，尤其是經表面處理的滑石粉填充PP可有效改善PP的沖擊性能，提高材料的模量和熱變形溫度。聚丙烯微孔發泡玻璃纖維增強改性PP玻璃纖維增強改性PP材料尤其是LGFPP材料在汽車部件上的研究與應用(如在前端模塊、儀表板骨架、車門模塊等典型部件的應用)是多年來的研究熱點之一。LGFPP制品指含有長度為10～25mm的玻璃纖維改性的PP復合材料經過注塑等工藝形成的三維結構。10～25mm的長玻璃纖維增強聚合物相比普通4～7mm的短玻璃纖維增強聚合物具有更高的強度、剛度、韌性，以及尺寸穩定性好、翹曲度低等優勢。此外，LGFPP材料比短玻璃纖維增強PP(GFPP)有著更好的抗蠕變性能，即使經受100℃的高溫也不會產生明顯的蠕變。與金屬材料和熱固性復合材料相比，LG-FPP的密度低，相同部件的質量可減輕20%～50%;LGFPP能為設計人員提供更大的設計靈活性，可成型形狀復雜的部件、提高集成汽車零部件的能力、節約模具成本(一般長玻璃纖維增強聚合物注塑模具的成本約為金屬沖壓模具成本的20%)、減少能耗(長玻璃纖維增強聚合物的生產能耗僅為鋼制品的60%～80%，鋁制品的35%～50%)、簡化裝配工序。汽車部件用礦物纖維增強PP的新產品，具有強度高、熱膨脹系數低、耐高溫、阻燃性能好、低浮纖、低翹曲、低收縮 等特點。發泡改性PPPP發泡材料是通過提高PP的熔體強度，從而提高發泡倍率而制成的低密度物質，其具有質輕、耐熱、耐高溫等優點。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，因為普通微發泡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。在一些部件中，如汽車風管、風道，還可實現隔熱、降噪的效果，減少后道工序的成本。密 度 為0.06g/cm3的輻射交聯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。耐刮擦PP相對于工程塑料來說，PP、橡膠改性PP、熱塑性聚烯烴和熱塑性彈性體等聚烯烴材料具有可回收、質輕、成本低的優勢，因而被越來越多地應用于汽車以及其他領域，然而聚烯烴材料的耐刮擦性能明顯較差，而這一性能卻是儀表板、操控臺和門板表皮等汽車內部應用部件的關鍵性能，也是汽車外部應用部件、全地形車輛(ATVs)的重要性能之一，而且表面性能提高的聚烯烴能很好地代替金屬和工程塑料，同時還有利于涂色，因此積極尋找提高聚烯烴材料耐刮擦性能的解決方案十分重要。通過添加涂層、無機礦物和某些功能助劑可提高聚烯烴的耐刮擦性能，例如添加耐刮擦劑可制備耐刮擦汽車內飾用PP復合材料。汽車用改性PP的回收利用塑料作為一種環保材料，因其可塑性強、質輕、回收再利用率高等特性，在汽車工業中的應用非常廣泛，無論是內飾件、外飾件還是功能性結構件，都越來越多地用到了塑料。我國汽車保有量達到1.75億輛，對應用于汽車的塑料的粉碎再回收無疑變得越來越重要，且汽車塑料的回收將會形成一個巨大的市場，是一個前景廣闊的領域，學術界和企業在這方面都有很多的研究和實踐。