溫州優質微孔發泡材料定制
發布時間：2021-12-18 01:24:12
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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?；?，加工方便，潔凈，無粉塵污染等特點。
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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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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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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。滑石粉填充改性PP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。
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摘 要：聚丙烯（PP）發泡材料具有優異的力學性能和熱性能，PP屬于結晶型聚合物，在溫度低于熔點時，存在結晶區，相態為固態，難以發泡；而溫度達到熔點時，熔體強度急劇下降，導致泡孔聚并和破裂。目前，關于超臨界二氧化碳制備PP微孔發泡材料的研究主要聚焦于改善PP的發泡行為，通過添加納米顆?；蚓酆衔飦碚{控PP的結晶方式，采用直接合成、共混改性和輻照交聯等手段提高PP熔體強度，以及改進發泡方法來獲得PP微孔發泡材料。聚丙烯微孔發泡聚丙烯（PP）發泡材料具有良好的力學性能、熱穩定性能和尺寸穩定性能，剛性高于聚乙烯（PE）發泡材料，抗沖擊性能優于聚苯乙烯（PS），耐熱溫度130 ℃，而PS與PE泡沫塑料的耐熱溫度為70~80℃；此外，PP發泡制品尺寸穩定性良好，即使受到撓曲形變后也能立即回復到原始形狀。這些特性使PP微孔發泡材料在家居、包裝、交通、建筑等方面具有廣闊的發展前景和市場需求。超臨界二氧化碳由于無毒、價廉、不易燃以及在聚合物中相對高的溶解度使其成為有應用潛力的物理發泡劑，因此，用超臨界二氧化碳制備PP發泡材料備受關注。本文從PP微孔發泡的影響因素以及改變PP結晶行為、提高其熔體強度、改進發泡方法等方面綜述了近年來用超臨界二氧化碳制備發泡材料的研究進展。影響PP微孔發泡的因素.1 結晶度PP屬于結晶型聚合物，在進行固態發泡時，由于晶區的存在，發泡劑只能在PP的非晶區吸收和擴散，因此溶解度低；而且發泡劑在聚合物基體中分散不均勻，從而導致泡孔結構受結晶區的影響，無法得到泡孔均一的發泡材料。Doroudiani等發現，在高結晶度聚合物中無法得到均一的泡孔結構，而在低結晶度的聚合物中卻可以得到。.2 晶區尺寸結晶型聚合物的泡孔密度高于非晶型聚合物，是因為其晶區與非晶區界面的成核能壘更低，有利于泡孔成核。一般而言，晶區面積小，結晶密度大可以促進泡孔成核并減小泡孔尺寸；而晶區面積大不利于泡孔成核，甚至導致無法發泡。張純等研究PP微孔發泡時發現，PP結晶特性明顯影響氣泡的成核、長大和定型。1.3 熔體強度當溫度達到熔點，熔體強度急劇下降，導致在熔點以上進行PP發泡時，泡孔發生破裂和聚并，因此傳統的PP擠出發泡溫度窗口只有4℃。因此，要制備泡孔均一分布、泡孔尺寸小、發泡倍率高的發泡制品，需要解決PP在低溫時晶區的存在使二氧化碳難擴散、氣泡難成核以及高溫發泡過程中PP熔體強度低等問題。一般從三方面考慮：一是改變PP的結晶行為，使PP能在較低的溫度發泡；二是對PP進行改性，獲得高熔體強度PP（HMSPP）；三是改進發泡方法。調控PP的結晶行為改善PP發泡行為.1 添加無機納米粒子為提高PP的發泡性能，碳納米纖維、碳納米管、木纖維以及云母粉等已被用作添加劑來改變PP的結晶行為，在PP發泡時起異相成核作用。Selvakumar等采用碳納米纖維與PP共混的方法，利用聚合物與納米顆粒界面作用改變PP的結晶行為，減小晶體尺寸，而且由于碳納米纖維與PP基體不相容，因此為泡孔成核提供了更多異相成核點，從而得到晶體尺寸小、密度高的發泡材料。Wang Chuanbao等進一步考察了碳納米纖維含量對納米材料發泡的影響，結果表明：當碳納米纖維質量分數為5%，能得到規整的泡孔結構，但泡孔尺寸分布不均一，有大面積的未發泡區域；當碳納米纖維含量提高時，PP的結晶度和晶體尺寸均下降，使二氧化碳的溶解度提高，泡孔均一；當碳納米纖維質量分數提高到25%時，泡孔結構為均一，泡孔尺寸小。Bledzki等研究木纖維與PP的復合材料發現，納米材料的尺寸、幾何形狀對結晶行為也有影響，并且得到纖維含量越高，泡孔尺寸越小的結論。2.2 添加聚合物纖維聚合物纖維可提升復合體系的儲能模量，并且可以明顯影響PP的結晶。Rizvi等采用機械共混，將聚四氟乙烯（PTFE）微纖添加到PP發泡體系。結果表明：PTFE微纖促進了PP結晶成核與氣泡成核，且PTFE對二氧化碳有親和性，提高了二氧化碳溶解度，PP泡孔密度大幅提高。Luo Yiwei等分別對比了球狀和纖維狀聚對苯二甲酸丁二酯（PBT）與PP復合材料的發泡。結果表明：球狀和纖維狀PBT作為異相成核劑促進了PP的結晶，提高了PP的結晶密度，密集的晶體作為泡孔成核劑，減小了泡孔尺寸，提高了泡孔密度。提高熔體強度改善PP發泡為提高PP熔體強度，一種行之有效的方法就是對PP進行改性以得到HMSPP，從而加寬發泡溫度范圍。目前，獲得HMSPP的方法通常有直接合成、共混擠出、輻照交聯及與納米顆粒復合等。3.1 直接合成采用傳統的Zeigler-Natta催化劑和茂金屬催化劑能制備高線性和高規整聚合物，但很難得到支化聚合物。Langston等將對-（3-丁基）苯乙烯作為共聚單體和鏈轉移劑，與茂金屬催化劑結合，制備了相對分子質量高、具有所需支化度且分子結構相對規整的長支鏈PP（LCBPP）。另一種方法是在丙烯中加入少量不能自聚的α，ω-二烯單體制備LCBPP。丙烯先與二烯烴共聚合得到聚合物大單體，然后大單體之間發生聚合得到LCBPP。用這種方法制備LCBPP的相對分子質量分布大于5，且零剪切黏度也有所提高。3.2 反應共混擠出反應共混擠出是通過共混提高PP的支化程度，從而提高熔體強度。它采用化學自由基引發劑在PP主鏈接上PP或第二單體，從而獲得LCBPP。其原理是引發劑分解產生的自由基捕獲PP分子主鏈中叔碳上的氫原子，然后通過控制反應溫度、單體濃度等使失去氫原子的不穩定叔碳自由基與其他自由基反應，形成長支鏈結構。Nam等通過加入過氧化物引發劑和多官能團單體反應共混得到LCBPP，通過流變性能證明長支鏈的引入提高了PP的拉伸性能和熔體強度，并獲得了較好的發泡性能。Gotsis使用過氧化二碳酸酯對線性PP改性得到支化程度不同的LCBPP，熔體強度和拉伸性能都明顯提升，有效抑制泡孔的聚并和破裂。Cao Kun等用乙二胺作偶聯劑，與馬來酸酐（MAH）接枝PP反應共混，得到具有較高模量、低頻復數黏度和熔體強度的LCBPP，能改善發泡行為。另外在熔融態時，只加入過氧化物和PP，會發生交聯反應和降解，為了提高接枝效率，通常會加入給電子體（如苯乙烯、秋蘭姆等）抑制副反應。此外，通過緩慢釋放過氧化物的自由基以及超臨界流體作為塑化劑降低操作溫度的方法都可以有效抑制分子鏈的降解。