PP塑料属性及结构性能与注塑加工应用

1.1聚丙烯PP：Polypropylene1.1.1分类1） 结构一［CH2-CH（CH3）］n—。PP为线型结构，和PE相似，只不过不同的是在主链上，每隔一个碳原子有一个甲基侧基存在，于是整个分子在空间结构上，就产生三种不同异构体。即全同PP（也叫等规PP）、间同FP（也叫间规PP）和无规PP三种立体化学结构。PP通常是全同PP，具有高度的结品性。1、 等规聚丙烯（全同立构聚丙烯），英文缩写为IPP从立体化学来看，IPP分子中每个含甲基（一CH3）的碳原子都有相同的构型，即如果把主链拉伸（实际呈线团状），使主链的碳原子排列在主平面内，则所有的甲基（—CH3）都排列在主平面的同一侧。我国各石化企业生产的均聚聚丙烯都属于等规聚丙烯，基本性能如前所述，典型产品如北京燕山石化的PP2401，扬子石化的F401，齐鲁石化的T30S等。2、 间规聚丙烯，英文缩写为SPP从立体化学来看，SPP分子中含有甲基（一CH3）的碳原子分为两种不同构型且交替排列，如把主链拉伸，使主链的碳原子排列在主平面内，则所有的甲基（一CH3）交替排列在主平面的两侧。SPP是高弹性的热塑性塑料，有良好的拉伸强度，它可以像乙丙橡胶那样进行硫化成为弹性体，机械性能优于一般不饱和橡胶。3、 无规聚丙烯，英文缩写为APP从立体化学来看，APP主链上所连甲基（一CH3）在主平面上下两方呈无规则排列。APP曾是碳酸钙填充母料的载体树脂的主要原料，其原因是它作为IPP生产过程中的副产物，作为技术输出的外国公司认为它没有应用价值，只有焚烧处之，是我国的科技人员将其用于制作碳酸钙填充母料，在八十年代初期，APP母料曾红极一时，为当时合成树脂原料奇缺的塑料工业带来巨大经济效益。后来北京燕山石化技术改造，改变了聚丙烯生产工艺，副产物APP的来源枯竭，碳酸钙填充母料用的载体树脂转向其它高分子材料，但APP作为一种聚合物，仍然有其自己的独特之处，至今仍有一些进口的APP在许多领域使用，这些APP已不再是IPP生产过程中的副产物，而是特殊工艺制造出的真正意义上的无规聚丙烯。纯APP为典型的非晶态高分子材料，内聚力较小，玻璃化温度低，常温下呈橡胶状态，而高于50C时即可缓慢流动。2） 按聚合工艺，等规聚丙烯的聚合可以分为泥浆法、本体法、溶液法和气相法等几种方法。目前气相法由于聚合物以固态粒子形式存在，没有溶剂参与，也不必脱出催化剂残渣，故以占据主导地位。具有我国自主知识产权的液相本体法聚合而成的聚丙烯产品为粉状，俗称小本体聚丙烯或称粉状聚丙烯，它是以炼油厂尾气中提取的丙烯为原料聚合而成的。目前全国共有六十多套小本体装置，年产量少则几千吨，多则几万吨。由于直接以粉状产品出售，没有加入抗氧剂等助剂，故存放时间受到限制。我国已制定该种聚丙烯树脂的行业标准Q/SHC001-1999粉状聚丙烯的分子量分布往往比较宽，由于是一釜一釜间歇操作，树脂的性能相互之间差别较大，因此在使用时往往仅作为部分基体树脂使用以求降低成本，或者经过改性再加以使用。按用途可以分为扁丝(窄带)、纤维、薄膜、挤塑、吹塑、注塑等级别。按单体种类分为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯均聚聚丙烯是指在聚丙烯主链上只有一种链节，而共聚聚丙烯在主链上除丙烯链节外还分布着其它单体反应后形成的链节。共聚聚丙烯在很大程度上可以改变聚丙烯的性能。丙烯和乙烯共聚的聚丙烯又可分为嵌段共聚和无规共聚两种，其英文缩写分别为PP-B和PP-R。PP-B是在单一的丙烯聚合后除去未反应的丙烯，再与乙烯聚合而得到的，实际上是由聚丙烯、聚乙烯和末端嵌段共聚物组成的混合物，它既保持了一定程度的刚性，又提高了聚丙烯的抗冲击性能，特别是低温抗冲击性能，但透明度和光泽度下降明显。PP-R的是将丙烯及乙烯单体混合在一起聚合，在聚合物主链上无规则地分布着丙烯单体或乙烯单体反应后的链段。乙烯链段的存在使共聚物无法结品，即使乙烯含量很少，也会使聚丙烯的结品能力大大降低。例如含3%乙烯时，聚丙烯的玻璃化温度下降11°C，如果用此种聚丙烯为原料制成薄膜，其使用最低温度可降低10吒左右。PP-R的特征是结晶度低、透明性好，较之均聚聚丙烯(PP-H)，在同样的熔体流动速率情况下，PP-R的脆化温度显著降低，冲击强度也有所提高。近年来无规共聚聚丙烯PP-R在热水给水管道上的应用得到认可，并得以大规模推广应用。用PP-R制成的管材料输送70C的热水，长期内压达到1MPa时，使用寿命可达到50年。同时由于材料的导热系数仅为钢管的二百分之一，故在输送热水时，保温性能极佳，用于热水及采暖系统可显著节能。PP-R管材专用料的著名生产厂商有北欧化工(BOREALIS)、德国赫斯特公司(HOECHST)、奥地利石油公司(PCD)等。1.1.2物理化学特性：无嗅、无味、无毒。是常用树脂中最轻的一种；优异的力学性能，包括拉伸强度、压缩强度和硬度，突出的刚性和耐弯曲疲劳性能，由PP制作的活动铰链可承受7x107次以上的折叠弯曲而不破坏，低温下冲击强度较差。PP的拉伸强度一般21-39兆帕；弯曲强度42-56兆帕，压缩强度39-56兆帕，断裂伸长率200%~400%，缺口冲击强度2.2-5kJ/m2，低温缺口冲击强度1-2kJ/m2。洛氏硬度R95~105；耐热性良好，连续使用温度可达110-120吒；化学稳定性好，除强氧化剂外，与大多数化学药品不发生作用；在室温下溶剂不能溶解PP，只有一些卤代化合物、芳烃和高沸点脂肪烃能使之溶胀，耐水性特别好；电性能优异，耐高频电绝缘件好，在潮湿环境中也具有良好的电绝缘性；由于PP的主链上有许多带甲基的叔碳原子，叔碳原子上的氢易受到氧的攻击，因此PP的耐候老化性差，必须添加抗氧剂或紫外线吸收剂；1.1.3鉴别方法：PP火焰颜色上部呈黄，下端显蓝；黑烟，熔融滴落；如石油气味1.1.4加工工艺（以注塑工艺为例）1） 成型特性：1、 成型收缩率：1.0-2.5%成型温度：160-220吒；2、 结品料，吸湿性小，易发生融体破裂，长期与热金属接触易分解；3、 流动性好，但收缩范围及收缩值大，易发生缩孔，凹痕，变形；4、 冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热，并注意控制成型温度。料温低温高压时容易取向，模具温度低于50度时，塑件不光滑，易产生熔接不良，流痕，90度以上易发生翘曲变形；5、 塑料壁厚须均匀，避免缺胶，尖角，以防应力集中。2） 工艺流程1、 塑料的处理。纯PP是半透明的象牙白色，可以染成各种颜色。PP的染色在一般注塑机上只能用色母料。若有加强混炼作用的独立塑化元件，也可以用色粉染色。户外使用的制品，一般使用UV稳定剂和碳黑填充。再生料的使用比例不要超过15%，否则会引起强度下降和分解变色。PP注塑加工前一般不需特别的干燥处理。2、 注塑机选用对注塑机的选用没有特殊要求。由于PP具有高结品性。需采用注射压力较高及可多段控制的电脑注塑机。锁模力一般按3800t/m2来确定，注射量20%~85%即可。3、 模具及浇口设计模具温度50~90吒，对于尺寸要求较高的用高模温。型芯温度比型腔温度低5吒以上，流道直径4-7mm，针形浇口长度1-1.5mm，直径可小至0.7mm。边形浇口长度越短越好，约为0.7mm，深度为壁厚的一半，宽度为壁厚的两倍，并随模腔内的熔流长度逐肯增加。模具必须有良好的排气性，排气孔深0.025mm-0.038mm，厚1.5mm，要避免收缩痕，就要用大而圆的注口及圆形流道，加强筋的厚度要小（例如是壁厚的50-60%）。均聚PP制造的产品，厚度不能超过3mm，否则会有气泡（厚壁制品只能用共聚PP）。4、熔胶温度PP的熔点为160-175T，分解温度为350吒，但在注射加工时温度设定不能超过275吒。熔融段温度最好在240吒。5、 注射速度为减少内应力及变形，应选择高速注射，但有些等级的PP和模具不适用。如刻有花纹的表面出现由浇口扩散的明暗相间条纹，则要用低速注射和较高模温。6、 熔胶背压可用5bar熔胶背压，色粉料的背压可适当调高。7、 注射及保压采用较高注射压力（1500~1800bar）和保压压力（约为注射压力的80%）。大概在全行程的95%时转保压，用较长的保压时间。8、 制品的后处理为防止后结品产生的收缩变形，制品一般需经热水浸泡处理。1.1.5应用领域：用于制作注塑制品、薄膜、管材、板材、纤维、涂料等。广泛用于家用电器、汽车、化工、建筑、轻工等领域。典型制品：汽车工业（主要使用含金属添加剂的PP：挡泥板、通风管、风扇等），器械（洗碗机门衬垫、干燥机通风管、洗衣机框架及机盖、冰箱门衬垫等），日用消费品（草坪和园艺设备如剪草机和喷水器等）。PP通称聚丙烯，因其抗折断性能好，也称“百折胶”。PP是一种半透明、半晶体的热塑性塑料，具有高强度、绝缘性好、吸水率低、热就形温度高、密度小、结品度高等特点。改性填充物通常有玻璃纤维、矿物填料、热塑性橡胶等。不同用途的PP其流动性差异较大，一般使用的PP流动速率介于ABS与PC之间。1、 塑料的处理。纯PP是半透明的象牙白色，可以染成各种颜色。PP的染色在一般注塑机上只能用色母料。在华美达机上有加强混炼作用的独立塑化元件，也可以用色粉染色。户外使用的制品，一般使用UV稳定剂和碳黑填充。再生料的使用比例不要超过15%，否则会引起强度下降和分解变色。PP注塑加工前一般不需特别的干燥处理。2、 注塑机选用对注塑机的选用没有特殊要求。由于PP具有高结品性。需采用注射压力较高及可多段控制的电脑注塑机。锁模力一般按3800t/m2来确定，注射量20%-85%即可。3、 模具及浇口设计模具温度50-90吒，对于尺寸要求较高的用高模温。型芯温度比型腔温度低5T以上，流道直径4-7mm，针形浇口长度1-1.5mm，直径可小至0.7mm。边形浇口长度越短越好，约为0.7mm，深度为壁厚的一半，宽度为壁厚的两倍，并随模腔内的熔流长度逐肯增加。模具必须有良好的排气性，排气孔深0.025mm-0.038mm，厚1.5mm，要避免收缩痕，就要用大而圆的注口及圆形流道，加强筋的厚度要小（例如是壁厚的50-60%）。均聚PP制造的产品，厚度不能超过3mm，否则会有气泡（厚壁制品只能用共聚PP）。4、 熔胶温度PP的熔点为160-175T，分解温度为350吒，但在注射加工时温度设定不能超过275吒。熔融段温度最好在24