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可用于滚塑工艺的原料有哪些
来源: | 作者:捷瑞滚塑 | 发布时间: 2023-08-01 | 828 次浏览 | 分享到:
滚塑行业的快速发展不仅要求产品设计具有创意性、功能性和系统化,加工设备具有大型自动化、精密化和节能化,也将驱动滚塑原料的多样化和功能化发展。目前,国内滚塑用耐温高抗冲聚乙烯、钢衬涂覆用聚乙烯、轻量化发泡聚乙烯等功能性聚烯烃材料有了较快的发展,极大地拓展了滚塑产品在领域的开发和应用。
目前,市场上常见的滚塑原料包括以下几种:
聚乙烯(PE)
聚丙烯(PP)
尼龙(PA)
聚氯乙烯(PVC)
聚碳酸酯(PC)
上面提到的塑料里面,不是所有的都能用于滚塑。滚塑需要专门设计的材料。基本的要求包括:
易于磨粉(或易于保持液态)。利用高性能的常温磨粉机和低温磨粉机,我们已经可以处理聚乙烯和聚丙烯等常用的滚塑原料,而且成本也在不断的降低。

恰当的流动性。以常用的聚乙烯原料为例,牌号的熔指(MI,或MFI)范围一般应该介于2到10(克/10分钟)之间,优化的熔指范围是3-6(克/10分钟)。熔指过低,产品难于成型;熔指过高,产品的物理性能会下降。


聚乙烯(PE)原料
PE被广泛应用于滚塑工艺中,是有原因的:
,PE的加工窗口宽广,适用于长时间的高温环境,降低了对滚塑机械的要求;
第二,在室温下,PE不会与水、大部分油脂、酸和碱性物质发生反应,适用范围广;
第三,PE原料成本低廉,易于推广。
由于聚乙烯分子结构取向性太强,在垂直方向上性能相对太弱。为了改善这种情况,共聚单体被引进了聚乙烯生产之中,以改善聚乙烯的支化程度,常用的共聚单体包括丁烯(C4),己烯(C6)和辛烯(C8)。随着碳数的增加,聚乙烯分子中的支链长度增加,宏观下很多性能会有明显的改善,如冲击强度,韧性,ESCR(抗环境应力性能,这是指塑料产品在长期外力的作用下,会发生破坏的情况)等。另外,随着共聚单体比例的升高,聚乙烯整体的密度降低。
另一方面,聚乙烯分子量的分布也会影响其性能。聚乙烯是各种不同长短的分子链的混合物。一般来说,分子链长度越短,流动性越好,熔指越高;反之则熔指降低。其次,分子量分布越宽,原料越容易加工(因为低分子量的部分可以起到增塑剂的作用),但是产品的性能相对较弱。
分子量的分布,主要决定因素在于聚乙烯的聚合装置和使用的催化剂类型。
另外一个重要的因素是聚乙烯的结晶度。结晶是聚乙烯分子链折叠形成层晶进而结晶的过程。形状为球形,所以也叫球晶。在一定应力下,球晶是有弹性的,受力减小后,可以恢复原状;但是到了一定的强度,球晶会解体成为纤形,这个过程是不可逆,这个强度也就是屈服强度了。聚乙烯结晶度的不同,会表现为密度的区别:结晶度越高,聚乙烯的密度也越高。同时,熔点、拉伸强度等物理属性也会提高;同样,某些属性也就相应降低了,如ESCR等。
在上面因素的共同作用下,线形聚乙烯表现出两个关键的指标——熔指和密度。
熔指可以用来评估原料的流动性能。一般情况下,常常使用美国材料试验协会(ASTM)的 D-1238标准,或标准化组织(ISO)1133标准,来测定熔指。两个标准所规定的测试条件有细微的差别,但是一般情况下,可以简单比较。测试条件是:190度温度下,在2.16公斤的砝码压力下,10分钟时间内,从一个细管中挤出的原料的重量,单位是克/10分钟(g/10min)。
密度是通用的,在ASTM D1505或ISO1183条件下测得,单位是克/立方厘米(g/cm^3)。

同时,这些因素也决定了聚乙烯的其他物理性能,如熔点、拉伸强度、拉伸伸长率、弹性模量等。


聚丙烯(PP)原料
合成树脂的消费结构中,聚丙烯是仅次于聚乙烯的通用原料。与聚乙烯相比,聚丙烯有以下特点:
密度低:PP的密度大致在0.85-0.93之间,而普通 聚乙烯在0.91-0.98之间。其中的一个原因是PP的结晶度低于PE;
力学性能好:PP的拉伸强度,弹性模量普遍高于 PE。目前,经过改性的PP甚至可以媲美PS(聚苯乙烯)的力学性能,广泛地应用于电子电器和汽车领域;
光学性能好:相比PE,PP的透明度高出很多;
耐高温:PP的熔点在160-170度左右,相比PE的100-130度,高出许多。因此可以用于更高温度环境下使用;
耐低温差:在零度以下,PP的冲击强度低,不适合在低温冷冻环境下使用;
耐受性好:PP比PE的耐水性,耐化学腐蚀性,耐酸、碱性都有提高,更适合用于生产化工容器;
老化性能差:PP在阳光照射(紫外线,热)的环境下,容易氧化降解。因此不适合做长期在室外使用的产品。
PP的生产也需要催化剂的参与,催化剂仍然是前面提到的ZN催化剂。不过,目前市场上也已经出现了利用茂金属催化剂生产的PP产品。
与PE一样,基于丙烯单体聚合反应而得到的PP叫做均聚聚丙烯;而与其他单体(常用的是乙烯)聚合而得到的聚丙烯叫做共聚聚丙烯,共聚又分为嵌段共聚和无规共聚。
而根据丙烯中甲基排布的情况,可以把PP分为等规、间规和无规三种。无规聚丙烯不能结晶,因此它的透明度在PP中是最高的。
在滚塑上,PP的应用还没有拓展开来,主要有以下几个原因:
低温脆化温度很低,限制了很多应用;
PP磨粉很难,需要在低温环境下进行,这也不利于PP滚塑原料的开发;
为了改善PP对于高温、紫外线的耐受性,需要在PP中添加一些特殊的添加剂以改善其性能;
合适的PP加工温度范围非常窄,对工艺控制提出了很高的要求。

虽然有这些不利的条件,考虑到PP在弹性模量,耐化学腐蚀性、透明度上的优势,很多供应商也在努力开发相应的PP滚塑料,且已经商用,如道达尔推出的 TPS-D-0023(高透明型)和TPS-D-0026(冲击强度改善型)等。


滚塑行业的快速发展不仅要求产品设计具有创意性、功能性和系统化,加工设备具有大型自动化、精密化和节能化,也将驱动滚塑原料的多样化和功能化发展。目前,国内滚塑用耐温高抗冲聚乙烯、钢衬涂覆用聚乙烯、轻量化发泡聚乙烯等功能性聚烯烃材料有了较快的发展,极大地拓展了滚塑产品在领域的开发和应用。