EPP---TPU----TPO材料介绍

一 一 EPP 材料介绍 材料介绍 聚丙烯 EPP 发泡 学 名英文全名简 称俗 称粒径范围 直径 发泡性聚丙烯EXPANDABLE POLYPROPYLEN E EPP拿普龙4 7 mm 密度 20 30 45 60 单位 g l 原料种类 A 普通料 B 抗静电料 C 阻燃料 加工方式 A 模具成型 B 裁切成型 C 刀模冲击成型 D 黏贴成型 热融胶 强力胶 热贴合 环保回收方式 A 融解 分解再生为塑胶 B 再生 应用范围 防震 保护 包装 空调行业 电子行业 汽车 体育用品 建筑等等 本产品特征 聚丙烯发泡材料是一种性能卓越的高结晶型聚合物 气体复合材料 以其独特而优越 的性能成为目前增长最快的环保新型抗压缓冲隔热材料 EPP 制品具有十分优异的抗震吸能性能 形变后回复率高 很好的耐热性 耐化学品 耐油性和隔热性 另外 其质量轻 可大幅度减轻物 品重量 EPP 还是一种环保材料 不仅可回收再利用 而且可以自然降解 不会造成白色污染 随着加工温度的升高 PP 树脂熔体粘度急剧下降 发泡剂分解出来的气体难以保持在树脂中 气体的逸散会导致发泡难以控制 结晶时也会放出较多的热量 使熔体强度降低 发泡后气泡容易 破坏 因而不易得到独立气泡率高的发泡体 若能使 PP 树脂在发泡之前交联 使其熔体粘度随着温 度升高而降低的速度变慢 从而在较宽的温度范围内具有适当的熔体黏度 交联还可同时提高 PP 泡 沫塑料的物理机械性能 交联发泡交联发泡 PP 比未交联的发泡比未交联的发泡 PP 耐热温度提高耐热温度提高 30 50 抗蠕变性能 抗蠕变性能 提高提高 100 倍 其拉伸强度 刚性 耐冲击强度也都大幅度提高 耐油 耐磨性也获得很大改善 倍 其拉伸强度 刚性 耐冲击强度也都大幅度提高 耐油 耐磨性也获得很大改善 交联发泡 PP 技术可分为两步法和一步法两步法和一步法 两步法是将 PP 交联剂 发泡剂和其他助剂先进行共混挤出 然后再进行水浴或是辐射交联 最后升温制得发泡塑料 一步法是将 PP 交联剂 发泡剂和其他助剂进行共混挤出 在挤出的过程 中直接进行适当的交联 并使发泡剂分解 生产出泡沫塑料 但这种方法要求对挤出过程中的反应 程度进行准确的控制 因此难度较大 目前已有多家企业和研究机构正在研究或已经研究出交联发 泡 PP 的生产工艺 这其中大多为两步法生产工艺 少数能够采用一步法连续挤出 英国的 Dote 公司推出了一种微交联的热成型 PP 泡沫塑料 商标为 Yropazote 该产品的生产采用 两阶工艺 即首先挤出 3mm 厚的小发泡片 然后用过氧化物将其交联或者采用辐照交联 之后将其 切成一定的匕度 再将其置于高压釜中 压力高达 69MPa 使其受热受压 同时使 N2 溶入其中一定 时间后 将片材移到一个低压釜中 使气体从体系中逸出 这时片材膨胀到原来的 22 倍左右 其中 有 10 的闭孔结构 密度为 0 3g cm2 扬子石化公司研究院采用有机过氧化物交联剂 聚丙烯和聚乙烯组合物在混炼挤出过程中进行微 交联 材料可用于热成型 加工各种制品 用于汽车 家电 家具和建筑等行收 中国石油化工股份有限公司北京化工研究院研究了低辐照剂量辐照交联生产发泡 PP 材料及制品的技术并申请了专利 发泡倍率 8 25 将合适熔体流动指数的 PP 原料与各种助剂混 合造粒 然后压片 辐照交联 最后放入烘箱中发泡 得到发泡 PP 片材 瑞十 Alveo 公司几年来也一直生产辐射交联 PP PE 泡沫主要用于汽车工收中 EPP 制品的应用范围 特性应用 能量吸收EPP 制品易于吸收动能 其被广泛地应用于汽车保险杠能量处理系统的关键部件及其它撞击动能吸收部件 多次撞击EPP 制品受到多次连续撞击 在撞击能量被其吸收后便可立即恢复原始形状 而不 产生形变 质量轻EPP 制品具有极轻的质量 可被应用在飞机 汽车上的等省重部件 结构强度好虽然是一种具有弹性且软质的材料 但其制品却具有一定的承载性能 可被应用于某些建筑材料领域 不同密度 密度可异性可制成各部份密度不同的 EPP 制品 良好的隔热性良好的隔热性由于由于 EPP 的闭孔结构 使得其制品具有优异的隔热性能的闭孔结构 使得其制品具有优异的隔热性能 隔音性能好隔音性能好EPP 制品具有高效的噪音隔离作用 尤其在其特定的频率范围内 在加入其它材料后可制成制品具有高效的噪音隔离作用 尤其在其特定的频率范围内 在加入其它材料后可制成 很好降噪制品 很好降噪制品 耐油 耐化学剂性能好由于 EPP 的化学隋性 使得其制品能长期暴露于水 大多数油和化学制剂中而不受影响 稳定性好能在不同环境 下使用 EPP 制品具有极好的耐久性 如 抗紫外暴露 物理破坏 极端温度 0 100 磨损 和其它恶劣环境 浮力性能好由于 EPP 的闭孔结构 其制品具有长期极好的浮性 甚至置于盐水中也丝毫不会减弱其浮性 回弹性挠性好EPP 制品具有 记忆 能力 在被弯曲变形后能很快地恢复原始形态 可重复回收的环保材料可重复回收的环保材料EPP 制品是一种 环保产品 易于分解和回收再利用 聚丙烯基本知识聚丙烯基本知识 分类分类用途 定义 分类用途 定义 分类 树脂 Resin 高分子材料亦称高分子聚合物 分为天然高分子材料和合成高分子材料 在合成高分子材料中按塑 料 橡胶 纤维三大用途分为合成树脂 合成橡胶和合成纤维三大类 其中用于塑料的合成树脂所 占的比例最大 约占合成材料总量的 2 3 以上 塑料 Plastics 以合成树脂为主要成分 添加有适量的填料 助剂 颜料 而且在加工过程中能流动成型的材料 热塑性塑料 ThermoPlastics 能在特定温度范围内反复软化和冷却硬化的塑料 热固性塑料 Thermosetting Plastics 在第一次成型之后 成为不熔 不溶性物料的塑料 通用塑料 General Plastics 指产量大 用途广 成型加工性能好 价格相对便宜的塑料 以五大通用树脂为基础原料的塑料为 聚乙烯 PE 聚丙烯 PP 聚氯乙烯 PVC 聚苯乙烯 PS 和丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 ABS 工程塑料 Engineering Plastics 指具有高性能 可以作为工程结构件的塑料 工程塑料又分为通用工程塑料和特殊工程塑料 前者 如聚酰胺 PA 聚甲醛 POM 聚酯 PET 和 PBT 聚碳酸酯 PC 改性聚苯醚 MPPO 其使用温度一般在 150 以下 而特种工程塑料是指使用温度可达 150 以上的工程塑料 如聚砜 PSF 聚苯硫醚 PPS 聚酰亚胺 PI 聚四氟乙烯 PTFE 等 1 2 聚丙烯 Polypropylene 缩写为 PP 的种类与特性 2 2 1 聚丙烯的基本概念 聚丙烯是以丙烯 CH3 CH CH2 为单体 通过加聚反应得到的高分子聚合物 其反应特征一是 瞬间完成 二是没有小分子化合物伴随产生 采用齐格勒 纳塔催化剂可以得到高分子量的结晶性 PP 根据 CH3 基团在空间排布的规律 PP 分为等规 间规和无规三种聚合物 只有等规度高的 PP 才能生成良好的结晶区 才能具有我们所需要的优良性能 等规聚丙烯的晶体形态有 和拟六方五种 最常见的是 晶态 属单斜晶系 晶态在 138 左右形成 其熔点为 180 拟六方态也叫次晶结构 又叫蝶状液晶 当熔融态的等规 PP 被急冷至 70 以下 或在 70 以下进行冷拉伸时 就会生成拟六方态晶体 此时 PP 的硬度和刚性减小 而冲击强度和透明性提高 等规 PP 从熔融状态逐渐冷却时形成的晶体为球晶 结晶温度越高 球晶越大 反之球晶越小 球晶 越大 性能越脆 球晶大小直接影响到 PP 材料的冲击强度 在结晶型塑料中 结晶度对材料的性能 影响最大 结晶度即材料中结晶部分重量占材料总重量的百分数 PP 的结晶度可通过使用水 乙醇 体系的密度梯度管测定其密度来求塑成型的 PP 结晶度一般为 50 70 改变成型条件和后处理条件 可以改变结晶度 结晶需要晶核 如果 PP 结晶时存在大量晶核 可以提高结晶度和减小球晶尺寸 从而可以提高 PP 的屈服强度 冲击强度和表面硬度 同时还可以改进 PP 的透明性和光泽性 降低 成型加工温度 缩短成型周期 得到残留内应力低的性能均衡的制品 特别有利于成型大型制品 通常增加晶核的办法是添加成核剂 PP 分子量的大小和分布也直接影响着 PP 塑料材料性能和加工 性能 通常从 PP 的熔体流动速率 MFI 可以了解到 PP 分子量的大小和分布情况 MFI 越大 表 示 PP 的分子量越小 不同 PP 的 MFI 可从零点几到几十 单位为 g 10min 分子量分布可通过 Q 值 重均分子量与数均分子量之比 反映出来 Q 值越大 分子量分布越宽 通常 PP 的 Q 值为 10 40 PP 的分子量越高 即 MFI 越小 材料的拉伸强度 断裂伸长率和冲击强度都越高 而透明 性 光泽及表面硬度则越低 高熔体强度聚丙烯的研究虽然起自 20 世纪 80 年代末 但它的各种优异性能 合理的价格优势 以及广泛的应用范围已经获得世界范围的认同 并有逐步取代传统的 PS ABS 向工程塑料发展的 趋势 其开发利用前景广阔 我国 HMSPP 的研究现仍处于起始阶段 制备工艺一般均采用后加工 过程中的交联或部分交联 如扬子石化公司研究院新近就使用动态硫化技术研制出了热成型用 HMSPP 工艺过程采用有机过氧化物交联剂 与聚丙烯 聚乙烯组合物在混炼挤出过程中进行微交 联 材料可用于热成型 加工各种制品 用于汽车 家电 家具和建筑等行业 北京化工研究院 2001 年底首次通过辐照支化方法研制出了支化型 HMSPP 除了熔体强度提高 50 以上 其他性能 也有所提高 以这种 HMSPP 为原料 通过热成型的方法可制备具有一定深度的制品 采用挤出和 注射方法可制备发泡聚丙烯 另外在国内首次采用辐照交联的方法 在较低的吸收剂量下 研制出 了高发泡率的辐照交联发泡聚丙烯 其发泡率可以达到 20 倍 HMSPP 以及辐照交联发泡聚丙烯的 研制填补了我国在这方面的空白 中国石油华北石化公司与燕山石化公司树脂应用研究所合作 对 HMSPP 的性能进行了研究测试 并把 HMSPP 用于发泡材料 取得了可喜的效果 不仅完成了低倍 率化学片材的小试 制成低发泡片材 还对高发泡和珠粒制品做了初步研制 另外 天津轻工业学 院 上海塑料研究所等也在此方面做了大量工作 北京化工大学采用敏化辐射法研制高熔体强度聚 丙烯取得进展 27 他们在普通 PP 中加入双官能度敏化剂 SR213 美国 Sartmer 公司生产 经钴 60 射线辐射得到长链支化结构聚丙烯 不仅提高了熔体强度 而且拉伸强度 冲击强度都有较大提 高 这种 PP 凝胶含量很少 可以满足成型加工的需要 2 3 聚丙烯微孔膜 28 聚丙烯的改性包括 功能性的扩展 通过加工工艺方面的创新 可以制成分布着直径约 0 5 m 圆孔的微孔膜 其性能如 下 1 外观 光线照射到膜上时 由于微孔的存在会发生漫反射从而呈现白色不透明的外观 2 性能 见表 40 表 40 微孔膜 25 m 的性能密度 g cm3 膜重 cm2 g 空孔率 孔径 最大 m 拉伸强度纵 横 MPa 断裂伸长率纵 横 0 56 710 38 0 02 0 2 140 14 50 250 以上 3 临界表面张力为 35dyne cm 表面张力比之大的物质就不能通过 例如水为 72dyne cm 就不能通过 但比之小的物质就能通过 例如乙醇 22 6 丙酮 23 3 苯 28 9 等 4 可以阻隔细菌 胶体粒子 5 具有优良的耐酸碱性 6 本身呈疏水性 在进行表面活性处 理后可转化呈亲水性 7 可像一般 PP 膜一样进行热合 层压 涂覆等二次加工 微孔形成机理 结晶高聚物在拉伸聚向过程中会出现冷拉伸现象 这时其结构具有高度规整性 并且所有微晶都沿 应力方向取向排列 称之为再结晶 对结晶制品在熔点下缓慢地进行热处理 退火 这时体积较小 不完整的微晶在较低温度下熔化 立即又重新结晶 从而调整链段排列使结晶结构趋于均匀化 在 结晶 取向 再结晶的过程中 有效控制材料非晶区和晶区的取向分布 调整拉伸温度 拉伸强度 拉伸方法 热定型温度 冷却速率等工艺条件 就可得到微孔膜 XPE 产品主要性能及用途说明产品主要性能及用途说明 化学交联发泡聚乙烯塑料生产有模压法和连续挤出法两种工艺路线 模 压法生的产聚乙烯化学交联发泡塑料 PEF 是间歇式生产 设备投资少 发泡倍率低 密度大 产品尺寸范围小 产品为块状 然后分切成片材 而挤出法生产的聚乙烯化学交联发泡塑料 XPE 为连续生产 XPE 是我 公司引进世界先进技术 填补国内空白的高新技术 产品 XPE 产品比 PEF 产品具有优良的特性 如发 泡倍率高 密度低 厚度薄 表面光滑 高弹性 高韧性 易于二次加工性 用途更广泛 XPE 产品被世界上先时国家称为元公害产品 产品生产过程中 不造成环 境污染 产品在使用后 易于回收 焚烧时不造成严惩大气污染 PS PU 产品易 风化 不易 回收 焚烧时造成大气严惩污染 因此在世界上先进国家逐步禁止 PS PU 作包装物进口 即必须采用 XPE 或 EPE 作包装的产品才允许进口 XPE 产品的主要用途 产品的主要用途 1 应用领域 XPE 产品用途广泛 目前用途达 350 种以上 1 建筑 土木领域 屋顶 墙体隔热 保温 缓冲 防结露 防水 防漏 防腐蚀材料 土建 各种基础材料 防冻 地震缓冲材料 室内装饰 壁纸 床垫材料等 2 职热工业领导 冷暖房机器 水箱 水库的隔热材料 化学工厂管道 热水管 水管防冻等 保温材料 太阳能热水器 节约能源的隔热材料 中央空调 空调器用隔热材料等 3 车辆领域 汽车内装饰 天棚 仪表盘 遮旧板 冷却器 地板等用材料 火车车箱内衬 座位 地板 装饰用材料 各种车辆用配线保护 座位 装饰用材料 4 包装领域 玻璃 陶瓷等易碎物品包装 电子电器 元件 家用电器的保护包装材料 打火 机 钟表 万用笔保护材料 医疗器械运输缓冲材料 家俱运输用保护材料 等 5 文化体育 杂货领域 学校教学用材料 儿童玩具 体育用各种垫子 冲浪板 游泳用救生衣 浮子及缓冲用材料 厨房用洗涤槽 席子 浴槽盖 子及拖鞋 帽子等 6 农林 水产领域 育苗 建苗片材 温度保温材料 畜舍屋项片材 冷库隔热材料 水果包装 7 其它领域 习机内部装饰材料 船舶内保温隔热 缓冲 浮力 安全空调等到专用材料 火 车保温隔热 装饰材料 冷冻车 活鲜车隔热材料 天然气 煤气管道保护材料 2 XPE 复合材料 XPE 产品的二次加工性能很好 可以用基材本身复合成各种厚度的片材 也可以同其它材料复合成 各种复合材料 如与钢板 铝板等金属材料复合 人造革 塑料薄腊 镀铝膜 织布 纸张等非金 属材料复合成各种复合材料 这使得 XPE 产品的应用范围更加广泛 多功能一次成型汽车内饰用多功能一次成型汽车内饰用 PP PE 蜂窝板材系列产品的开发应用蜂窝板材系列产品的开发应用 简介简介 一 研究目的 意义和必要性 1 汽车内衬材料 2 汽车衬里产品的种类 针刺毡和无纺布的复合方式有热融复合和粘接剂粘接复合 目前国内大多数生产的是各种材质的 普通板材 近几年复合板材也逐渐增多 但均是采用粘接剂粘接复合 而国外汽车衬里基本全部为 一次成型热熔复合蜂窝板材 这是由于一次成型热熔复合蜂窝板材具有隔热 隔音 减震 质轻 强度好等优点 因此 目前国内中高档汽车的衬里也基本使用这种板材 3 国外塑料蜂窝板材生产情况 一次成型塑料蜂窝板材的生产和使用在国外已经有十多年的历史 目前 德国和韩国在一次成型塑料蜂窝板材的研发和生产方面居于世界领先地位 其产品占据了国 内大部分市场份额 产品售价较高 国内有关生产厂家意识到这类产品的巨大利润 已经着手开发该类产品 4 国内塑料蜂窝板材主要制造商 5 公司新产品的开发情况 一次复合成型蜂窝板材中试生产设备及工艺流程 单面复合涤纶无纺布一次成型 PP PE 普通板材 双面复合涤纶无纺布一次成型 PP PE 普通板材 单面复合涤纶无纺布一次成型 PP PE 蜂窝板材 双面复合平板式一次成型 PP PE 蜂窝板材 二 本课题的任务和目标 1 本课题主要任务 在现有生产工艺上 对研发设备的结构和性能进行优化 对产品配方和基材种类进行进一步开发 对产品的性能进一步提升 最终开发出性能更加优越的产 品 为全部替代国外产品奠定技术基础 2 研究目标 1 总体目标 本课题的总体目标是开发一种 PP PE 基汽车内饰用蜂窝板材 该板材具有耐高低温 耐有机溶剂 无毒无害 强度高 韧性好 一次复合成型和成本低的特点 所开发产品投放市场后可以取代进口 产品 价格比同类进口产品低 30 为天津夏利 吉利汽车等国内外大型汽车生产厂家提供配套 2 取得的成果和能形成知识产权的情况 项目完成后建成一套日生产 1800 2000m2 d 蜂窝板材的生产线 可以生产三种材质 四种规格的蜂 窝板材 申请发明专利 3 项 发表 9 篇科技论文 专利号分别为 1 200610013581 8 2 200620027259 6 3 200620027255 8 三 主要研究开发内容 1 中试设备结构改进和优化 2 产品配方的改进和新配方的开发 1 蜂窝板材原配方的改进 2 新型蜂窝板材配方的开发 1 中试设备结构改进和优化 对中试生产线中的配料系统 原料混合烘干系统 螺杆挤出装置 吸塑成型和真空定型等五个方 面进行结构改造和优化 通过改进配料系统 使原料给入更快捷 给入比例更准确 通过改进原料 混合烘干系统 使原料混合充分 减少水分进入板材内部 对提高产品的质量具有重要意义 通过 改进螺杆挤出装置 使板材在成型初期尽可能各向同性 减少塑料切片在板材中的包裹和残次品的 产生 改进吸塑成型和真空定型系统 主要是为了保证板材内蜂窝的尺寸和壁厚 使板材尽可能各 向均匀 2 产品配方的改进和新配方的开发 1 蜂窝板材原配方的改进 对聚丙烯 PP 和聚乙烯 PE 的比例 无机填料的种类和添加量 分散剂 抗老化剂以及阻燃剂 的种类和用量进行系统研究 考察这些因素对蜂窝板材的综合性能影响 以期得到产品的最佳配方 2 新型蜂窝板材配方的开发 以 PP 和热塑性聚氨酯弹性体 TPU 等材料按一定比例的共混物料为基材 通过添加适量的无机填 料 分散剂和抗老化剂 开发一种综合性能优秀 如突出的耐低温和阻燃性能 优良抗冲击性能和 隔热隔音效果 的高档汽车内饰用蜂窝板材 为早日进入国际市场做技术储备 四 项目创新点 创新点 一次成型复合蜂窝板材生产工艺 该技术填补了国内空白 一次成型热熔复合针刺毡蜂窝板材生产技术和设备 该技术填补了国际空白 将国外生产的蜂窝呈一字型排列的板材工艺改为蜂窝呈棱型排列的蜂窝板材工艺 大大提高了板 材的强度 拉伸撕裂能力和隔热隔音性能 在板材拉断力 伸长率 屈服强度 撕裂强度综合质量指标上比韩国产品高 37 94 比德国产 品指标高 6 33 产品质量优于国外产品 处于国际领先水平 和国内类似产品相比 产品一次成型 不添加粘合剂 无毒无害 热熔粘合层不脱落 成本低 五 研究方法和工艺技术路线 1 技术路线和方法 2 实验研究步骤 3 技术性能指标 1 技术路线和方法 2 实验研究步骤 1 本课题首先需要对中试生产设备的五个系统 配料系统 原料混合烘干系统 螺杆挤出装置 吸塑成型和真空定型 进行改造 2 中试生产设备改造好后 在此生产线上进行原料配方的优化 主要考察聚丙烯 PP 和聚乙烯 PE 的比例 无机填料的种类和添加量 分散剂 抗老化剂以及阻燃剂的种类和用量对蜂窝板材 的综合性能影响 最后获得最佳产品性能的原料配方 3 在中试生产线上进行新产品原料配方的研究 以 PP 热塑性聚氨酯弹性体 TPU 等材料一 定比例的共混物料为基材 通过添加适量的无机填料 分散剂和抗老化剂 开发一种综合性能优秀 如突出的耐低温和阻燃性能 优良抗冲击性能和隔热隔音效果 的高档汽车内饰用蜂窝板材 3 技术性能指标 1 力学性能 拉断力 纵向 713 N 25mm 横向 898 N 25mm 断裂伸长率 纵向 53 5 横向 78 1 平面压 缩屈服强度 3 31MPa 垂直压缩强度 681N 5cm 直角撕裂强度 纵向 240N 0 5cm 横向 324 N 0 5cm 2 蜂窝板材在 20 不断裂 140 不变形 不软化 蜂窝排列为菱形 3 产品质量符合 GB1040 1992 4 一次热熔热压成型 产品无毒无害 附和层不脱落 性能稳定 六 潜在市场 目前 国内 PP PE 蜂窝板材供应主要来自国外 本项目的研究成果不但在板材性能上赶上或部分超 过国外同类产品 而且独创的一次成型工艺还将极大的节约成本 使产品价格有所降低 从而在竞 争中处于优势地位 我公司经过多年经营 目前已经在国内树立了良好的品牌 在业内享有较高的 声誉 公司销售前景良好 此外 所开发的产品在建筑用材 包装 家具制造等行业也有不错的市 场需求 七 研究工作基础及条件 目前公司已经掌握的技术有四项 1 塑料蜂窝板材复合涤纶针刺毡一次成型技术 2 无纺布热熔 直接粘合技术 3 塑料蜂窝板材原料的聚丙烯共混改性技术 4 菱形蜂窝结构复合板材的制造技 术 拥有发明专利两项 拥有一套一次成型热熔复合蜂窝板材的生产线 八 项目情况 九 风险分析 十 产品使用单位 丹阳市汽车装饰有限公司 浙江台州汽车装饰公司 烟台市汽车装饰公司 重庆长泰汽车零部件有限公司 签署为天津夏利 D 系列车型提供配套意向协议 日产 中国 技术研发中心 若有兴趣 可联系 eaglehu2008 聚乙烯辐射交联发泡聚乙烯辐射交联发泡 2006 07 08 14 18 标签 聚乙烯辐射交联发泡 目录 技术资讯 聚乙烯泡沫塑料继承了原材料聚乙烯树脂的所有优点 强韧 有挠性 耐摩擦 有优异的绝缘 隔 热性和耐化学性 还具有飘浮性和缓冲性 PE 泡沫多为闲孔 无毒 有优良的二次加工性能 可以 进行切削切断 可热成型 真空成型 压花成型 还可与其他材料复合 PE 泡沫分为交联和无交联两种 交联又分为化学交联和辐射交联 化学交联 PE 最早由美 国于 1941 年研制成功 其生产方法是非连续的 辐射交联 PE 泡沫由日本于 1965 年首先实现工业化 其他从事 PE 辐射交联泡沫生产的主要厂家有美国 Voltex 德国的 Basf 及英国的发泡橡胶和塑料公司 而我国在这方面几乎属于空白 本文将主要就聚乙烯辐射交联发泡的机理和工艺 交联剂的种类 交联方式等展开综述 1 辐射交联的优点 化学交联和辐射交联的泡沫塑料之间的差别主要在于由辐射交联得到的泡孔质量更好一 些 由于生产过程中辐射交联先于发泡所以辐射交联法对于发泡板材的厚度有一定的要求 通常以 薄型发泡制品为主 另外 过量的辐射也会导致泡孔破裂并得到高密度制品 而化学交联体系 交 联同时在片材的中间和两面发生交联 所以对发泡板的厚度无限制 3 化学交联需要在高温下进行 而辐射交联在常温常压下就可以完成 辐射反应便于精确 控制 重现性好 均匀性优于化学交联 如 辐射交联产品用于电线电缆时 质量好 绝缘层交联 均匀性佳 无烧结 无气泡 绝缘层不粘导体 易剥离 消除了由于熔融造成的偏心和变色 另外 经过技术经济比较 辐射交联比化学交联应用范围广 生产效率高 成本低 创 效大 节能节材 5 因此 PE 泡沫塑料的辐射交联正在被广泛的应用和研究着 2 聚乙烯辐射交联发泡交联机理 高分子辐射交联技术就是利用高能或电离辐射引发聚合物电离与激发 从而产生一些次 级反应 进一步引起化学反应 实现高分子间交联网络的行成 是聚合物改性制备新型材料的有效 手段之一 高聚物的辐射交联是一个伴随着交联和主链降解的过程 它的基本原理为 聚合物大分 子在高能或放射性同位素作用下发生电离和激发 生成大分子游离基 进行自由基反应 并产生一 些次级反应 其反应终止机理大致如下 5 1 辐射产生的邻近分子间脱氢 生成的两个自由基结合而交联 2 产生的两个可移动的自由基相结合产生交联 3 离子 分子反应直接导致交联 4 自由基与双键反应而交联 5 链裂解产生的自由基复合反应实现交联 6 环化反应导致交联 3 聚乙烯辐射发泡的工艺 辐射交联的工艺流程为 将聚乙烯和发泡剂以低于发泡剂分解温度的温度混炼并成型为初坯 接着以剂量 1 200kGY 的射线辐射 使之交联 然后再加热到发泡剂的分解温度以上 是发泡剂分解放气 就 制成了泡沫塑料制品 PE 发泡成型可以采用的化学发泡剂比较多 如偶氮二甲酰胺 AC 偶氮二甲酸二异 丙酯 对甲苯磺酰氨基脲等 3 对于 PE 泡沫来说 AC 是较理想的发泡剂 研究表明 AC 的分解温度很高 约 200 C 左右 远高于聚乙烯的熔点 发气量大 无毒 氧化锌 硬酯酸锌是促进 AC 分解的首选助剂 可 以使其有较大的发气量和较快的分解速率 为了制备发泡率高 泡孔细小均匀致密的高质量聚乙烯 泡沫塑料 要求 AC 发泡剂在聚乙烯树脂中分解温度要低 AC 在聚乙烯中的分解速度要快 分解产 生的气体量要大 单纯 AC 在聚乙烯树脂中的分解温度范围较宽 而含复合助剂的 AC 在聚乙烯树 脂中的分解温度范围较窄 聚乙烯一般常采用加交联剂的方法使 PE 熔体交联 以提高熔体的粘弹性 扩大熔体适宜 发泡的温度区间 交联剂的种类很多 但适宜作 PE 发泡成型交联剂的种类并不多 要求它不但与 PE 熔体有一定的相容性 而且它的分解温度必须比 PE 熔点高 比发泡剂的分解温度低 一般相互 之间差 10 左右 这样使 PE 熔体在发泡剂分解之前 交联剂已经分解 并使熔体发生一定程度的交 联 使 PE 熔体具有适宜发泡的粘弹性后 发泡剂再分解放出气体形成泡体 3 交联发生在发泡以前 可使泡孔壁的表面张力加强 得到均匀致密的泡孔结构 4 影响聚乙烯辐射交联的一些因素 4 1 敏化作用 在聚合物中添加敏化剂 可以使反应速度加快 辐射交联的敏化及降解保护可以提高材 料的使用性能 扩大其应用范围 如吸入 10 S2Cl2 的 PE 薄膜 不但辐射剂量降低到原来的千分之 一 强度也有所提高 PE 中加入 AMA CB 等 可使辐照剂量降低 1 10 到 1 100 在敏化剂蒸汽或溶剂中浸泡 或在聚合物加工成型以前 向其中掺入少量敏化剂 混合 均匀后成型 然后进行交联化处理的方法已经得到了广泛的应用 4 2 辐照剂量 在辐射交联工艺中 因为是先交联后发泡 所以对发泡工艺而言 好的交联度很重要 交联度常用凝胶分数表示 4 3 辐照条件 辐照条件 如温度 压力 环境等对交联效率有一定的影响 提高温度和全面加压 可 以增加交联型高分子的交联度 在真空或者惰性气体中辐照可以减少氧化降解 提高交联效率 空 气中的氧对 PE 尼龙的交联有一定的阻碍作用 4 4 发泡剂的分数和发泡温度对发泡倍率的影响 研究表明 在辐照剂量一定的情况下 随着发泡剂用量的增加 发泡倍率也增加 这是 因为随着发泡剂用量的增加 在发泡过程中放出气体的体积增加 由于发泡粘度适宜 这些气体能 均匀的分散其中 是发泡倍率增加 发泡倍率还随着温度的增加而增大 5 PE 泡沫塑料的应用 5 1 包装领域 PE 泡沫有良好的缓冲性 能防震防碎 常用于包装精密仪器和光学仪器 如照相机 电视机 计算 机 玻璃器皿等 2 建筑工程领域 在建筑冷藏库 位于寒冷地带的住房 厂房中的应用 能维持室内温度 还可以用于育 苗 蔬菜等的暖棚上 结实 保温 耐侯性好 3 交通运输领域 常利用 PE 泡沫的隔热保温性制造冷藏汽车 冷藏火车的车门和车衬里以及汽车线束管 利用其耐化学性能好 能包裹腐蚀环境中的管道 辐射交联 PE 高发泡管材还可以用于管道的隔热保 温 和空调机的保温管上和下水管的保温 塑料在汽车工业中的应用塑料在汽车工业中的应用 2007 02 08 21 53 标签 技术咨询 目录 技术资讯 当前 世界汽车材料技术发展的主要方向是轻量化和环保化 减轻汽车自身的重量是降低汽车排当前 世界汽车材料技术发展的主要方向是轻量化和环保化 减轻汽车自身的重量是降低汽车排 放 提高燃烧效率的最有效措施之一 汽车的自重每减少放 提高燃烧效率的最有效措施之一 汽车的自重每减少 10 燃油的消耗可降低 燃油的消耗可降低 6 8 为此 为此 增加塑料类材料在汽车中的使用量 便成为降低整车成本及其重量 增加汽车有效载荷的关键 增加塑料类材料在汽车中的使用量 便成为降低整车成本及其重量 增加汽车有效载荷的关键 汽车用塑料零部件分为三类 内饰件 外饰件和功能件内饰件 外饰件和功能件 自 20 世纪 90 年代以来 随着汽车 材料国产化的开展 我国汽车用塑料步入了世界发展的轨道 在我国 塑料件约占汽车自重的 7 10 举例来说 在轿车和轻型车中 CA7220 小红旗轿 车中的塑料用量为 88 33kg 上海桑塔纳为 67 2 kg 奥迪为 89 98 kg 富康为 81 5 k g 依维柯 0041 则为 144 5 kg 在重型车中 斯太尔 1491 为 82 25kg 斯太尔王为 120 5 kg 据有关部门统 计 我国汽车用塑料的品种按用量排列依次为 PP PVC PU 不饱和树脂 ABS PF PE PA PC 复合材料 但是 与汽车工业发达国家相比 我国还存在很大的差距 德国 美国 日本等国的汽车塑料用 量已达到 10 15 有的甚至达到了 20 以上 虽然各国使用的塑料品种不尽相同 但大体相似 就不同品种的塑料用量来看 如果按使用数量排列 德国是 PVC PU PP PE ABS 美国是 PU PP PE PVC ABS 日本是 PVC PP PU ABS PE FRP 内饰件内饰件 一辆汽车最容易出彩的是内饰件 因为汽车的外观是给别人看的 而人们真正享受的是汽车的内 饰 内饰强调触觉 手感 舒适性和可视性等 内饰产品主要包括以下几个方面 仪表板 欧洲汽车的仪表板一般以 ABS PC 及增强 PP 为主要材料 美国汽车的仪表板多用苯乙烯 顺丁烯 二酸酐 SMA 这类材料价格低 耐热 耐冲击 具有良好的综合性能 日本汽车的仪表板曾采用过 ABS 和增强 PP 材料 目前则以玻璃纤维增强的 SAN 为主 有时也采用耐热性更好的改性 PPE 随着电子技术的应用 高度的控制技术 发动机前置前轮驱动汽车操纵系统以及其它中央控制系统 等将被集中在仪表板周围 因此 由纺织物来取代目前在聚氨酯发泡体表面覆盖的聚乙烯表皮将成 为可能 目前 我国使用的仪表板可分为硬仪表板和软仪表板两种 硬仪表板常被用在轻 小型货车 大 货车和客车上 一般采用 PP PC ABS ABS PC 等一次性注射成型 这种仪表板表面有花纹 尺寸很大 无蒙皮 对表面质量要求很高 对材料的要求是耐湿 耐热 刚性好 不易变形 但由 于这种仪表板通常采用多点注射成型 易形成流痕和粘接痕 同时添加色母不均 容易产生色差 因此表面需经涂装后才能使用 且最好选用亚光漆涂装 另外 由于高档仪表板追求质感 所以在 仪表板表面做一部分桃木饰纹将是一种发展方向 软质仪表板由表皮 骨架材料 缓冲材料等构成 斯太尔 7001 产品采用钢板骨架 也有用 ABS 改性 PP FRP 做骨架的 桑塔纳 捷达 富康及斯太尔 7001 均采用 PVC ABS 或 PVC 片 材作为表皮材料 并带有皮纹 其加工工艺是先将表皮真空吸塑成型 再将吸塑好的表皮修剪后备 用 置入发泡模腔内 再放上骨架 然后注入缓冲类发泡材料 如 PU 而成形 由于半硬质 PU 泡 沫的开孔性 因此它具有良好的回弹性 并能吸收 50 70 的冲击能量 安全性高 耐热 耐寒 坚固耐用 且手感好 但是 由三种以上材料构成的仪表板 材料的再生利用极为困难 为了便于 回收利用 正在发展用热塑性聚烯烃 TPO 表皮和改性聚丙烯 PP 骨架及聚丙烯发泡材料构成的仪表 板 车门内板 车门内板的构造基本上类似于仪表板 由骨架 发泡和表皮革构成 以红旗轿车和奥迪轿车为例 车门内板的骨架部分由 ABS 注塑而成 再采用真空成形的方法 将衬有 PU 发泡材料的针织涤纶表 皮复合在骨架上形成一体 最近开发成功的低压注射 压缩成型方法 是把表皮材料放在还未凝固 的聚丙烯毛坯上 经过压缩 压成为门内板 表皮材料为衬有 PP 软泡层的 TPO 这类门板易回收 再生 中低档轿车的门内板 可采用木粉填充改性 PP 板材或废纤维层压板表面复合针织物的简单 结构 即没有发泡缓冲结构 有些货车上甚至使用直接贴一层 PVC 人造革的门内板 在美国 门内 装饰板用 ABS 或 PP 注塑成形的居多 现在我国国产的卡车 斯太尔王也使用同类板 近年来 车门内饰板为满足耐候性和柔软性 已开始使用热塑性弹性体与 PP 泡沫板相叠合的结构 日本开 发了一种冲压成形 连续生产全 PP 车门内饰板的技术 门板包括 PP 内衬板 PP 泡沫衬热层和 PP EPDM 皮层结构 座椅 目前坐垫及靠背基本上是由软质 PU 发泡制成 对于座椅的表皮材料 60 年代大多数采用 PVC 人造革 70 年代开始使用真皮织物包皮 织物材料主要是尼龙 预计聚酯织物包皮会逐年增加 座 椅缓冲材料为模压发泡的软质高弹性 PU 目前尚无其它发泡材料可以替代它 软质 PU 发泡材料可 用热硫化层和冷硫化法生产 但从设备投资和材料性能考虑 目前座椅缓冲垫多用冷硫化法生产 考虑到座椅的舒适性 缓冲垫的密度可以改变 从而使软硬度随之改变 如奥迪 A6 轿车靠背上的 缓冲垫可使用天然纤维 如椰子壳 浸胶材料 其特点是透气性好 骨架材料可用 GMT 玻璃纤维 毡片 取代钢铁材料 方向盘 方向盘一般采用自结皮硬质 PU 泡沫材料高压或低压发泡而成 方向盘结构要求挺拔 坚固 轻 便 外韧内软 并能耐热 耐寒 耐光 耐磨 因此 包覆物多用改性 PP PVC PU ABS 等树 脂 骨架一般选用钢骨架与铝压注而成 考虑到轻量化 现在也有用玻璃纤维增强 PA 替代铁芯的 趋势 为了追求豪华 舒适 手感好 现在的方向盘表面部分增加了桃木饰纹或真皮包皮等 顶棚 后围 车内顶棚 后围 后围主要对重型车而言 是内饰件中材料和品种花样最多的一种复合层压制品 车内顶棚 后围 后围主要对重型车而言 是内饰件中材料和品种花样最多的一种复合层压制品 它的作用除了起装饰功能外 还起着隔热 隔音等特殊功能 它的作用除了起装饰功能外 还起着隔热 隔音等特殊功能 顶棚 后围一般由基材和表皮构成 基材需要具有轻量 刚性高 尺寸稳定 易成形等特点 为此一般使用热塑性聚氨酯发泡内材 PP 发泡内材 热塑性毡类内材 玻璃纤维瓦楞纸 蜂窝状塑料带等 表皮材料可用织物 无纺布 TPO PVC 等 我国的轿车顶棚一般使用 TPO 发泡片材 玻璃纤维 无纺涤纶布材料层压成型 顶棚的种类有成型顶棚 粘接顶棚和吊装顶棚 其中成形顶棚占 70 以上 卡车主要用成型顶棚 基材采用热固性或热塑性毡类 压制成型 表皮材料选用针织面料 无纺布 PVC 等 发动机罩及地垫 发动机罩及地垫属中 重型汽车及客车的重要内饰件 现在 发动机罩一般是将 PVC 皮革吸塑 后与聚醚多元醇和异氰酸酯发泡填充而成 主要起到吸音 隔热 减震和美化车内环境等作用 轿 车中的地垫一般都采用美观 漂亮的复合成型垫 如橡胶 PVC 毛 麻类 制成 除了以上塑料内饰件外 还有遮阳板 门手柄 门槛饰条 侧窗防霜器 杂物箱及盖以及其它吸 音材料等 外饰件外饰件 外饰件除了要具有内饰件的功能外 还要求具有高强度 高韧性 耐环境条件性能及抗冲击性能 等 汽车保险杠 保险杠是汽车的主要外饰件之一 保险杠一般采用模压塑料板材 改性 PP 材料 或用玻璃纤维增强塑料经模压 吸 塑或注塑成型 桑塔纳轿车的面板材料是采用共聚丙烯加热塑性弹性体 再加入其它助剂 经注塑成型的 根据不同 车型的要求 某些车型的保险杠需要喷漆 如捷达王 新捷达 别克等车的保险杠都进行了表面喷漆 而桑塔纳和奥 迪 100 等就直接采用注塑成形的保险杠 但要求保险杠与车身同一色泽 保险杠表面经喷漆后 色泽漂亮 但成本 增加近一倍 而且喷漆后的保险杠 其回收再生料的耐寒性和伸长率大幅度降低 不能再用于制造保险杠 所以 开 发可涂性 PP 来制造保险杠是当前的研究课题 斯太尔王的保险杠及前脸连在一起 主要采用 SMC 压制而成 质量 轻 强度高 脚踏板 脚踏板是中 重型汽车或客车的重要外饰功能件 因对其强度要求较高 且需具有耐磨 抗冲击的 特性 所以有些车选用 PC ABS 注塑而成 有些车用玻璃纤维增强塑料 FRP PUR 或 SMC 制作 如斯太尔王的脚踏板就是用 PUR 制作的 黄河王子 则是用 FRP 制作的 散热器格栅 散热器格栅是为了冷却发动机而设置的开口部件 位于车体最前面 往往把汽车的铭牌镶嵌其间 是表现一辆汽车风格的重要部件 目前轿车上所使用的散热器格栅一般用 ABS 或 PC ABS 合金 经 注塑成型制成 桑塔纳轿车的格栅是用 ABS 制成的 由于 ABS 耐候性较差 使用时需加入耐候性 助剂 色泽为黑色 小红旗的格栅是 ABS PC 合金经注塑成型后 再用喷漆喷敷 当然 也有用耐 候性较好的 ASA 材料 在注塑成型后 表面可不经涂装 表面不涂装的散热器格栅 其成本将降低 50 最近 出现了以聚酯弹性体为材料的格栅 经表面溅射金属铬后使用 此种格栅备受用户的 青睐 翼子板 翼子板 也叫挡泥板 的作用是 在汽车行驶过程中 防止被车轮卷起的砂石 泥浆溅到车厢的 底部 因此 要求所使用材料具有耐气候老化和良好的成型加工性 桑塔纳轿车左右前轮的上方有 2 个翼子板 重约 1 8Kg 它是用增韧改性 PP 经注射成型而成 重卡斯太尔王的翼子板采用 FRP 制作 斯太尔 1491 的翼子板则采用 PU 弹性体制作 现在 翼子板用塑料多为现在 翼子板用塑料多为 PUPU 类类 也有采用树 脂制作的 今后 用 PA PP 合金注射成型是一种发展方向 进气道 进气道是为发动机而设计的部件 对于卡车来说 进气道是重要的外饰件 通常位于驾驶室后面 一般为 ABS 板吸塑二次加工成型 PE 吹塑成型或 ABS 注塑而成 重卡斯太尔王和 黄河王子 的进 气道就是 ABS 注塑而成 重约 15Kg 导流板 导流板通常具有轻量 高刚性 设计新颖并呈流线型等特点 根据不同车型的要求 一般可采用 SMC 片材模塑材料 FRP mPPO 等材料 也可用改性 PP 和 ABS 经中空成型的导流板成本 低 且表面易涂装 重卡斯太尔王的导流板就是用 FRP 制作的 灯类 对于前大灯来说 考虑到大灯玻璃的透明性 耐热性 耐冲击性以及易于成型性 多数采用表面 涂敷硬膜的 PC 从而进一步提高了耐擦性和耐候性 对于后排指示组合灯 其灯罩材料选用 PMMA 灯壳材料选用填充改性 PP 它们之间用热熔胶粘接剂粘接 随着振动焊接技术的发展 灯 壳材料开始采用耐热 ABS 这样灯壳和灯罩之间可采用振动焊接的方式 也便于材料的再生利用 功能件功能件 功能件必须满足特殊的使用功能 因此 对其具有特殊的要求 暖风机 空调 暖风机 空调是汽车重要的功能件 其总成大部分是由塑料注塑或吸塑而成 以斯太尔王暖风机 空调为例 其塑料件约重 6 Kg 其上 中 下壳体由 PP 20 玻璃纤维增强注塑而成 暖风管是由 LDPE 吹塑而成 转动板 臂 拨叉 齿轮等连接件则是由增强 PA66 注塑而成 燃油箱及燃油管 燃油箱是汽车中重要的安全部件之一 具有单层或多层复合结构 要求其材质具有耐寒 耐热 耐蠕变 耐应力开裂 耐大气老化 耐溶剂和耐化学药品腐蚀等性能 以适应抗冲击 抗渗漏 阻 燃 防爆等方面的要求 因此塑料燃油箱通常采用 HMWHDPE 基材 并辅以粘接和阻隔性材料吸 塑而成 其箱体内壁要用不同的方法进行表面处理 挡位标牌 暖风操纵面板 操纵旋钮及导光块 这类功能件一般选用原色 PMMA 为材料 但也有例外 如斯太尔王的前遮阳罩则选用黑色 铅黄色 或紫色的 PMMA 主要是防止太阳光的直射 烟灰缸 缸体及盖板 为了满足阻燃 耐温的需要 这类功能件一般选用 PC PF PBT 或 PC ABS 注塑而成 如黄河王 子就采用 PC 而斯太尔王则用 PBT PC ABS 注塑而成 二 二 聚苯乙烯聚苯乙烯 EPS 简介简介 聚苯乙烯是指有苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物 英文名称为 Polystyrene 简称 PS 普通聚苯乙普通聚苯乙 烯烯 GPPS 普通聚苯乙烯树脂属无定形高分子聚合物 普通聚苯乙烯树脂为无毒 无臭 无色的透明颗粒 似玻璃状脆性材料 其制品具有极高的透明度 透光率可达 90 以上 电绝缘性能好 易着色 加工流动性好 刚性好及耐化学腐蚀性 好等 普通聚苯乙烯的不足之处在于性脆 冲击强度低 易出现应力开裂 耐热性差及不耐沸水等 聚苯乙烯 聚苯乙烯大分子链的侧基为苯环 大体积侧基为苯环的无规排列决定了聚苯乙烯的物理化学性质 如透明度高 刚 度大 玻璃化温度高 性脆等 可发性聚苯可发性聚苯可发性聚苯乙烯为在普通聚苯乙烯中浸渍低沸点的物理发泡剂制成 加工过程中受热发泡 专用于制作泡沫塑料 乙烯 乙烯 EPS 产品 高抗冲聚苯乙烯为苯乙烯和丁二烯的共聚物 丁二烯为分散相 提高了材料的冲击强度 但产品不透明 间规聚苯乙烯为间同结构 采用茂金属催化剂生产 是近年来发展的聚苯乙烯新品种 性能好 属于工程塑料 高抗冲聚苯 乙烯 HIPS 抗冲聚苯乙烯 间规聚苯乙间规聚苯乙 烯 烯 SPS 普通聚苯乙烯 GPPS 结构 普通聚别人难以西德侧苯基在分子链上的排列为无序结构 导致聚苯乙烯为无定形聚合物 具有 很高的透明度 聚苯乙烯的侧基为体积大的苯环 分子结构不对称 大分子链运动困难 所以举报 呢乙烯呈现刚且脆的性质 制品易产生内应力 因透明度高 制品的内应力可用偏振光检查 聚苯乙烯的大分子主链为饱和的烃类聚合物 具有良好的电绝缘性 又因吸湿小 可用于潮湿环 境使用 由于苯基的存在 主链上 氢原子活化 易被空气中的氧所氧化 制品室外长期使用变黄 发脆 但同时苯基的存在又赋予其较高的耐辐射性能 在 10 的 6 次方 Gy 辐射剂量下 性能变化很 小 性能 普通聚苯乙烯树脂颗粒为无色透明状 燃烧时发浓烟并带有松节油气味 吹熄可拉出长丝 制品 质硬似玻璃状 落地或敲打会有金属般的响声 能断不能弯 断口处呈蚌壳色的银光 聚苯乙烯的 吸水率 0 05 稍大于聚乙烯 对制品强度 尺寸稳定性影响不大 拉伸强度可达 60MPa 以上 冲击强度小 耐磨性差 耐蠕变性一般 力学性能随温度升高变化较 大 热变形温度 70 90 度 只可长期在 60 80 度范围内使用 脆化温度 30 度 导热为 0 04 0 13W 膨胀系数较大 6 10 的 5 次 方 8 10 的 5 次方 化学稳定较好 耐一般酸 碱 盐 矿物油及低级醇 可溶于芳烃 苯 甲苯 乙苯及苯乙烯 氯 化烃 四氯化碳 氯仿 二氯甲烷及氯苯 透光率 88 92 同 PC PMMA 并列为三大透明塑 料 他的折射率 1 59 1 602 因为苯环的存在其双折射较大 不能用于高档光学仪器 聚苯乙烯物理机械性能 相对密度 1 05 1 09 吸水率 0 0