您當前的位置:檢測資訊 > 科研開發
嘉峪檢測網 2022-01-06 16:14
聚丙烯是一種性能優良的通用熱塑性樹脂,具有比重小、無毒、易加工、抗沖擊強度、抗撓曲性以及電絕緣性好等優點,在汽車、家用電器、電子、包裝及建材家具等行業被廣泛應用。近年來,成為合成樹脂中增長速度最快、新產品開發最為活躍的品種之一。聚丙烯熱成型專用料的消費需求正在快速增加。
熱成型基本原理和特點
熱成型是以熱塑性塑料片材為成型對象的二次成型技術,主要包括真空成型、壓力成型、模塞輔助成型及它們的組合,即通過加熱熱塑性片材使其軟化后采用壓力(真空或正壓)使熱塑性塑料片材作用于模具表面,冷卻定型,從而得到所需形狀的制品。
熱成型過程對應的兩個形變區域
熱成型的過程包括片材加熱和制品成型兩個階段,如上圖所示,兩者均對最終的熱成型制品性能有很大的影響。一般情況下,片材加熱軟化或熔融后,由于自身重力作用會發生一定程度的熔垂變形,該形變的應變速率通常在小于0.01 s-1范圍;當預熱好的片材進人成型工位后,在外力(壓力或機械力)作用下快速進人模具腔成型,此時的應變速率通常在0.1-10 s-1范圍;不同材料在上述兩個形變速率區域的應力-應變速率-溫度關系,直接關系到熱成型加工窗口的寬度及最終制品的性能。
熱塑性樹脂原則上都可用于熱成型,根據樹脂的結晶性能可進一步分為部分結晶和無定形兩大類。下圖為典型無定形聚合物PS和半結晶聚合物PP的熱成型窗口示意圖。
典型部分結晶和無定型樹脂熱成型加工窗口對比示意圖
無定形聚合物,如PS、ABS、APET、PVC、PMMA 和PC等,在加熱軟化后通常彈性模量對溫度的變化不敏感,存在一個模量平臺區,在較寬的溫度范圍內能滿足熱成型壓力需求,因此無定形熱塑性樹脂在熱成型中獲得非常廣泛的應用。而半結晶聚合物,如PP、PET、PA等通常在熔融之前模量較高,而熔融后模量急劇下降。對熱成型而言,模量過高或過低都會導致成型困難,比如模量過高,普通成型壓力下無法成型或難以實現細節復制和復雜結構成型;模量過低易發生熔垂,厚度不均,甚至破裂等。模量對溫度過于敏感,導致過窄的成型窗口,使片材溫度難以控制,并引起制品質量不穩定。
因此,半結晶聚合物的熱成型對聚合物結構性能、成型設備和技術的要求更高,應用也受到一定的限制。半結晶聚合物中聚乙烯較為特殊,通常其熔體彈性較高且對溫度敏感性較低,成型窗口較寬,在熱成型中得到廣泛應用。
近年來隨著熱成型工藝和設備的不斷改進以及針對熱成型的計算機模擬技術的提高,工業化熱成型工藝在更短的加工周期、更低的制模成本前提下,獲得的熱成型部件與注塑件具有相同的質量效果,使熱成型工藝已經成為注塑工藝的競爭性解決方案。與注射成型工藝比較,熱成型工藝的優勢和不足如表1所示。
影響聚丙烯熱成型制品透明度的因素
原料和配方的影響
1均聚聚丙烯原料的影響
用于聚丙烯片材和熱成型制品的原料通常為低熔指拉絲級的均聚PP原料,包括常用的T30S(T03H),L5E89, S1003等。但是不同廠家的拉絲PP原料的等規度控制不一樣,因此導致原料的透明性和剛性不一樣,從而影響產品的透明性。等規度低的PP原料通常會透明性更高,但同時也會偏軟一些。
2無規共聚高透明PP原料
無規共聚高透明PP原料由于含一定的乙烯共聚合,因此本身具有非常高的透明性和光澤度,有一定的客戶會在配方中混合均聚PP原料和高透明PP原料以提高產品的透明性和光澤度,制備高透明杯子。不同廠家的無規共聚高透明PP原料本身乙烯含量和透明劑類型和含量有差異,因此用不同的高透明PP原料和均聚PP料混合的產品透明性和光澤性也會有影響。
3增韌劑的影響
在PP熱成型和吸塑制品中,比較多的客戶會添加增韌劑以降低破杯率,或者改善低溫存儲性能,目前適用于PP低溫增韌的增韌劑有很多種(PE/威達美/POE),但是有相當多的增韌劑會影響透明性。尤其是在耐低溫要求高,增韌劑添加量比較高的情況,這時就需要選擇合適的增韌劑產品,以盡量避免對產品的透明性產生負面影響。
4透明劑和透明母粒的選擇
市場上有非常多的聚丙烯透明劑,每種透明劑有存在效果和價格的差異,包括分散的難易程度和合適的添加量,以及增透效果的差異。同時由于擠出片材機通常都是單螺桿擠出機,因此剪切和分散能力不強,使用粉末透明劑時,有可能無法分散。影響產品的最終透明性。在制備高透明高光澤的熱成型制品時,需要選擇合適的透明劑和透明母粒。
5邊角料的影響
熱成型和吸塑廠家通常都會摻混一定比例的邊角料,在客戶生產高透明產品的時候,如果邊角料里面有影響透明性一些組分(不適當的增韌劑,透明劑,雜質等),將會影響到片材的質量和透明性, 從而最終影響制品的透明性。因此需要客戶在生產環節加以管控,盡量將普通的邊角料和高透的邊角料區分開。
生產工藝的影響
1擠出溫度的影響
片材擠出的溫度設定會對PP產品的結晶行為和片材表面缺陷產生影響,同時也會對增韌劑,透明劑和其他組分在片材中的分散產生影響,從而影響到片材的透明性和最終制品的透明性。
2擠出速度的影響
擠出速度對片材和制品的影響和擠出溫度的影響類似,同樣也是會影響其他組分的分散性,以及PP片材的結晶行為和表面缺陷,從而影響最終制品的透明性。擠出速率太高,則三輥冷卻跟不上,從而導致PP片材的結晶度增加,片材透明性下降。同時,擠出速率太快將容易在PP片材表面出現麻點,這些麻點將繼續殘余在制品表面,從而影響制品的透明性。
3三輥冷卻的影響
三輥的溫度設定主要是影響PP片材的結晶行為,從而影響制品的透明性,三輥溫度高,這PP片材的結晶度高,容易形成大的晶體,從而降低透明性。
4熱壓成型溫度的影響
熱成型溫度對最終PP熱成型制品的透明性也會有一定影響,需要在一個合理的范圍內,熱成型溫度太高將導致產品發霧,產品透明性和光澤性下降。溫度太低導致產品成型不滿。PP制品的成型溫度區間非常窄,只有幾度的范圍。
模具和拉伸頭的影響
1拉伸頭的影響
拉伸頭材料在熱成型制品中具有非常重要的作用,拉伸頭的材料的選擇,形狀的設計和表面光潔度都會對產品的壁厚分布,拉伸紋的高度和深淺產生影響,從而對產品的透明性產生影響。
2模具的影響
模具的設計,拋光和冷卻情況會影響到PP制品表面的光潔度,以及PP材料的結晶,從而影響終端制品的透明性和光亮度。
來源:Internet