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解读 PP可以取代工程塑料吗?
发布日期:2022-02-25 05:45   来源:未知   阅读:

  上均优于聚乙烯;能够在100 ℃的温度下正常使用,具有良好的尺寸稳定性、热稳定性、较好的力学性能、较高的耐冲击性、机械性质强韧,化学稳定性良好且不受湿度影响。聚丙烯外观透明而轻,密度为0.89~0.91 g/cm 3 ,是目前塑料中最轻的品种之一。因此,。另外,由于近年聚丙烯改性技术的发展使聚丙烯在汽车工业的发展占据绝对优势。

  聚丙烯为无毒、无味、无臭的乳白色透明高结晶聚合物,属于环保材质。聚丙烯不仅可回收再利用,而且在聚丙烯主链上含有叔碳原子,在高温和氧化作用下能够产生分子链分解反应,使聚丙烯具有降解特性,大大地降低了白色污染带来的环境问题。

  聚丙烯的生产原料来源路径多样,主要有油、煤、甲醇、丙烯等。煤制聚丙烯是目前聚丙烯中增长最快的一种原料来源方式。由于我国煤炭资源丰富,且煤炭的价格较为稳定,煤制备聚丙烯成本浮动小。同时,聚丙烯容易加工成型,生产工艺简单,其生产成本远远低于现有的其他塑料材料。

  尽管聚丙烯有许多优点,但缺点也非常明显:PP分子链上的甲基基团增大了分子链的刚性,降低了PP的冲击性能尤其是低温韧性;PP作为非极性聚合物,PP与极性树脂、无机填料相容性差,且具有较差的亲水性、染色性、抗静电性、粘接性;收缩率大造成产品尺寸稳定性差,耐老化降解性能差;另外,聚丙烯作为常用的通用型塑料,具有耐高温性能差、耐油性差等缺点[3]。这些缺点大大束缚了聚丙烯在复杂工况、要求多样化的车用功能件上的使用,需要通过比内外饰要求更高更复杂的改性技术改善缺点和提升性能,从而拓宽改性PP在车用功能件上的使用。薄壁化、微发泡、低气味、高强度、低密度等是目前车用聚丙烯材料亟待解决的技术难题和未来主要的发展方向。

  一般薄壁制品的尺寸满足壁厚小于1mm 且表面 积大于50cm 2 ;或是长径比大于100(或150),由于模腔空间尺寸严苛,注塑时易出现严重的收缩。林友平等[4]通过氢调法制备高熔体流动速率PP薄壁注塑专用料,该产品弯曲模量不小于1600MPa,达到客户设计指标和加工要求,已规模化生产。Keisuke等[5]探究了薄壁PP零件的注射工艺与性能的关系,在较低的注射速度下有助于PP分子取向,薄壁产品可获得较高的断裂韧性。许冰 [6] 系统分析了长玻纤增强PP(LGFPP)薄壁制件不同部位的玻纤结构与性能。在填充模腔过程中,熔融的PP流动性强于玻纤,远浇口端与模具边缘温度较低,PP快速冷却,而玻纤在不断更新的熔体推动下聚集,含量提高。另外远浇口端的玻纤由于流程增长而发生较多折损,保留长度降低,近浇口端由于长时间保压,玻纤长度也严重受损。中间位置拥有最长的玻纤保留长度,且此处的玻纤因熔体快速流动而高度取向,拉伸强度最强。

  陈明等 [7] 综述了微发泡PP材料的改性研究,PP的半结晶相结构和较低的熔体强度使其发泡性较差,引入均匀分布的其他粒子,在基体内充当异相成核点,形成的良好分散增大熔体强度,二者协效促进 PP发泡。Wang等 [8] 使用纤维素纳米纤维(CNFs)改善PP 发泡性,细小的纤维结构诱导PP结晶温度提高,形成大量微晶成核点,熔体黏弹性增强防止泡孔破裂合并,当添加5%质量分数的CNFs时发泡性最佳。陈明等 [9] 深入探究了热塑性弹性体(POE)对PP微发泡材料综合性能的影响。POE粒子在基体中提供有效异相成核点,形成大量微晶,添加质量分数10%时,发泡均匀,泡孔平均直径约60μm。另外,由于POE与PP分子链间相容性好,互相缠结形成良好有序的网络结构,可使材料松弛时间变长,熔体黏弹性显著提高,为发泡提供有利条件。

  为提升PP性能往往通过添加助剂来实现,但助剂固有的挥发性,导致制品不能满足气味指标要求。余林华 [10] 采用耐刮擦剂 V-Si4042复配气味吸附剂PY88TQ制备汽车内饰用PP材 料。V-Si4042主要成分为聚硅氧烷,可在材料表面形成润滑层,降低表面摩擦系数。单独 添加质量分数1.5%的V-Si4042,PP已不能分辨出刮擦痕迹,显示出较好的耐刮擦性,但气味与挥发性有机化合物 (VOC)散发等急剧上升。加入质量分数为1.0%的PY88TQ,其三维多孔结构经表面活化处理可分解或螯合气味小分子基团,此时PP同时满足良好的耐刮擦与低散发要求,已成功推广用于一汽大众、通用福特等车型。Brodzik [11] 检测了3种不同汽车内饰部件(遮阳板、车顶衬和手制动杆盖)的VOC排放,发现各零件单独测试VOC浓度均高于整车测试条件下的结果,材料间存在着协效吸附作用,有利于减弱汽车内部VOC散发。李秀峻等 [12] 探究了汽车工业中常用的螺杆挤出双抽真空脱挥法的有效性,PP熔体与挥发性有机物存在“吸附-解析”平衡,还需进一步通过延长高温烘料时间降低材料VOC,由于分子链在高温下运动加剧,自由体积扩大,且熔 体黏度降低,利于挥发物扩散释放。在130 ℃ 烘烤4h后材料VOC含量降至7768μg/m3,满足汽车零部件对PP材料低挥发的要求。

  玻纤对聚丙烯(PP)有成核作用,这是由于玻纤表面的PP分子链受到热应力作用取向及玻纤给PP提供的成核表面,两者均使PP的结晶成核能垒降低,PP首先在玻纤表面成核结晶生长,而远离玻纤的基体由于能垒较高尚未成核;随着沮度的降低,玻纤表面晶体继续生长,而远离玻纤的基体在达到一定沮度后开始成核结晶生长。华东理工大学崔新宇等 [13] ,对玻纤增强PP结晶行为的研究说明了这一点。因此,由于玻纤增强PP复合体系的结晶过程变得复杂,在界面处可能会有异常晶体形式—界面横晶出现,横晶的出现改变了复合体系的界面结构,对界面的应力传递及破坏行为产生很大影响。

  PP类聚烯烃具有非极性结晶型线型结构,其表面活性低,因此,难以进行表面印刷、涂装和粘接,也难以和极性类高聚物相容。此外,PP的熔点较低、热变形温度低、抗蠕变性差、尺寸稳定性差等缺陷限制了其作为工程结构材料应用。通过接枝反应向高分子链上引进极性基团,来改善聚烯烃的粘接性及与其它材料的相容性,成为目前聚烯烃改性研究的重要方向之一。

  成核剂对PP的结晶行为有显著影响,许多物质都可作为PP的成核剂。当然不同成核剂有不同的成核效果。通过添加成核剂,促进PP结晶加快、晶核结构微细化和性能提高,这是近期发展起来的使PP高性能化、高透明化的简单且有效的方法。从机理上看,成核剂通过改变PP结晶形态来影响其物理力学性能,因此加入成核剂的PP具有较高的拉伸强度、模量、热变形温度、硬度和透明度。

  山东飞达化工科技有限公司与北京清华工业开发研究院共同研究开发的PP成核剂加入PP中,能显著提高制品的透明性、表面光泽度、热变形温度,并缩短了成型周期。

  随着能源和环保问题日益严峻,汽车工业积极响应可持续发展要求,“以塑代钢”具有长远的意义,改性PP作为主选塑料材料,需求前景广阔,经济效益巨大。汽车的广泛普及极大地增多了用户与车辆的交互,从视觉、触觉、嗅觉等方面对材料提出越来越严苛的要求,如内饰减少应力发白,表面抗静电,长时间光照下抗发黏等等。现代高分子研究进步飞速,成核剂、改性剂等更新加快,纳米技术、塑料合金化、原位反应挤出等新技术与工艺迅速发展,为PP改性创造了更多可能的空间。因此,加强对PP的改性研究,开发出适用性更广,功能性更强的PP材料,将是未来长期关注的焦点。

  [3]邹恩广. 聚丙烯复合材料的制备及性能研究[D].东北石油大学,2011.

  [4]林有平,胡少坤.高融熔指数薄壁注塑聚丙烯产品的开发与生产[J].化工设计通讯,2019,45(06):48+62.

  [6]许冰,黄宗斌,韦超忠.长玻纤增强聚丙烯注塑成型薄壁制件的结构和性能研究[J].塑料工业,2018,46(03):97-100+113.

  [10]余林华.低散发耐刮擦汽车内饰用聚丙烯复合材料的研制[J].工程塑料应用,2012,40(09):9-12.部分考点取消全员核酸检测12企业数据交易合规指南

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