PP改性

作者:文/本刊记者 李欣达 文章来源:PT《现代塑料》2015年3月刊 发布时间:2015-03-17
聚丙烯(PP)改性一直是行业内关注的焦点.那么在PP改性中需要改善哪些性能?会遇到什么问题?有何解决之道?未来的发展前景如何...

绍兴佳华高分子材料股份有限公司技术总监徐力群先生博禄贸易(上海)有限公司汽车事业部应用市场经理陈怡女士美利肯企业管理(上海)有限公司化工部终端客户经理蒲菁华女士JAVACHEM TP低VOC硅酮耐刮擦剂,可解决车用PP内饰材料的气味、析出和应力发白问题由图可知,添加美利肯成核剂后汽车内饰注塑部件的翘曲变形和尺寸稳定性有非常明显的改善博禄玻纤增强聚丙烯Fibremod GD301FEC应用于大众帕萨特CC前端框架博禄玻纤增强聚丙烯Fibremod GB306SAFC 应用于大众EA211平台1.4L/1.6L进气歧管

聚丙烯(PP)改性一直是行业内关注的焦点。那么在PP改性中需要改善哪些性能?会遇到什么问题?有何解决之道?未来的发展前景如何……为了对这些问题有更深入、更全面的了解,本刊特别邀请了绍兴佳华高分子材料股份有限公司技术总监徐力群先生、博禄贸易(上海)有限公司汽车事业部应用市场经理陈怡女士和美利肯企业管理(上海)有限公司化工部终端客户经理蒲菁华女士就“PP改性”这一话题进行了探讨。

PT:众所周知,聚丙烯(PP)材料经改性后应用范围广泛。根据应用的不同,通常可对PP做哪些改性才能使其满足具体的应用需求?请您结合不同的应用一一予以说明。

徐力群先生:通常,针对PP进行的改性主要包括以下几方面:

1.收缩率改性。这是最常见的PP改性。由于PP成型收缩率大,容易导致产品产生缩痕、缝隙和翘曲变形等问题。填充滑石粉和玻纤是降低PP收缩率的常见方法。

2.提高耐热性。在汽车内饰部件和家电注塑行业中使用的PP材料大都需进行耐热改性。添加滑石粉、云母、硅灰石和玻纤等是提高PP材料耐热性的主要途径。

3.耐刮擦改性。PP的耐刮擦改性可以通过添加某些特殊的硅酮和高弹性聚合物来实现。耐刮擦改性PP主要应用于汽车内饰部件、电器和电动工具等设备的外观部件中。

4.耐应力发白改性。PP材料由于分子柔性有限,在受到应力作用时,较容易生成银纹或微裂纹,在光线照射下就会出现发白现象,尤其是在用PP注塑大型汽车部件时。添加一些弹性恢复力好的助剂将有助于改进PP的耐应力发白。

陈怡女士:由于PP材料经过改性后可具备工程塑料的性能,所以可被广泛地应用于家电、汽车、建筑和环保等领域。博禄专注于为汽车行业提供改性PP的创新解决方案,通过对PP材料添加弹性体、滑石粉、色母粒以及各种添加剂来满足汽车用产品对冲击、刚性、耐老化、抗静电、颜色及表面触感等物理性能的要求及感官要求。

蒲菁华女士:通常来说,聚丙烯填充和增强体系是最常用的改性方式,改性聚丙烯可广泛地应用于汽车部件和家电注塑行业。对于汽车改性行业,填充聚丙烯可有效地提高汽车内外饰件的刚性和模量,玻纤增强聚丙烯可达到更好的耐冲击性能。在家电注塑行业中,聚丙烯的改性主要满足大家电的高光泽、高耐热及耐冲击性能,同时更容易加工成型,以及满足不同家电的色彩需求。

PT:对于配混商而言,PP改性加工过程中最常遇到的问题是什么?应如何避免?

徐力群先生:1.喂料困难。共混PP往往要加填料,如滑石粉、碳酸钙和云母等粉状填充料容易在下料时被流态化,这样大量的夹带气体在往回排出时会托住下落的物料,待到无法托住时,就会有大量物料落到螺杆加料口,导致螺杆卡死停机。可通过采用侧喂料、加深和用更宽喂料段螺槽以及使用填充母粒的方法来解决该问题。

2.分散不良。填充物的含量越高,共混物料的黏度则越大,从而导致材料分散困难。这时,添加不易析出的润滑剂以进行适当的内外平衡润滑是必要的。佳华精化® JAVACHEM® SG高分子量硅蜡和有机硅添加剂都可有效解决该问题。

3.口模积垢。共混造粒时,PP材料容易产生口模积垢。一方面PP容易降解产生碳化杂质,另一方面添加的小分子助剂析出后堆积在口模模唇上导致碳化产物,这些物质的长时间积累便产生了积垢。解决积垢问题,一要用抗氧剂来提高树脂热稳定性,防止PP热降解;二要使用耐析出助剂,适量添加佳华精化® JAVACHEM® SG高分子量硅蜡,有利于降低摩擦升温,防止PP对机件的粘附降解,且对热老化有抵抗作用,这对预防PP降解积垢大有益处。

陈怡女士:原材料分散不均匀、原材料塑化不够以及加工过程中发生材料降解等是PP改性过程中最常遇到的问题。对于改性产品而言,添加粒子状及粉末状的改性物质,有些添加剂的添加量又非常小,因此原材料的均匀分散变得比较困难,而原材料分散均匀对改性之后的产品性能非常关键。为避免此类情况,需要精确的定量喂料系统以及挤出机螺杆组合的优化设计,让原料进入挤出机料筒后能被有效地剪切分散。通过合理的料筒温度设定,让原料分散的同时得到完全的塑化。料筒温度的设定和螺杆组合的优化除了对材料分散塑化有重要影响,对于避免材料在加工过程中发生材料降解也至关重要。博禄的改性工厂拥有一批经验丰富的工艺工程师,他们汲取北欧化工的先进经验,针对在中国市场上投放的产品,优化改性加工工艺、设备及螺杆组合,以生产出高性能的改性聚丙烯塑料粒子。

PT:为了确保获得品质优良的改性PP,请分别围绕汽车、包装、电子电器或其他终端应用领域的需求,介绍在配方设计,以及在原材料、添加剂、填料及配混造粒设备、螺杆等的选择和使用上应注意的问题。

徐力群先生:在设计PP改性配方时首先要考虑刚性、韧性和流动性三者的平衡问题,兼顾这三个平衡需要很高的平衡技巧,可采用对抗原理来实现三者的平衡。此外,耐热老化、耐光老化、耐刮擦、低VOC和低FOGGING(雾度)都是PP改性配方长期研究的课题,特别是在针对汽车内饰件的应用中。

原料方面,不同牌号的PP树脂,它们在分子结构、分子量分布上有所不同,需根据改性的需求选择合适的PP树脂。例如,汽车保险杠对材料的耐冲击性要求较高,使用高冲击PP是有利的;汽车散热器风扇采用均聚PP可获得更高刚性。

设备方面,干混设备多采用低速卧式混合器,以减轻不同比重组分的分层。干混时很多体系并不需要高速混合,如抗菌体系和着色剂,这些组分对摩擦敏感,高速搅拌往往会导致结构或颜色的改变。螺杆组合无疑是混炼设备的核心,需要精心研究不同材料配方体系对于不同螺杆组合的匹配。一般而言,阻燃、玻纤增强和抗菌等体系需使用弱剪切螺杆组合,而增韧、合金和矿粉填充则需使用强剪切螺杆组合。

陈怡女士:博禄和北欧化工的汽车业务单元专注于为汽车行业中的领先制造商提供先进的聚烯烃塑料,我们的产品组合包括适合外饰、内饰和发动机周边的各种材料,如用于保险杠、车身板、装饰条、仪表板、车门盖板、进气歧管以及电池应用的材料。根据不同的应用,我们设计不同的材料配方,以满足最终产品的客户需求。以内饰为例,为了达到汽车内饰对材料性能的要求以及良好的触感、耐刮擦、耐发粘及低VOC、低气味的要求,需要在配方设计中就采用低VOC、低气味且高性能的聚丙烯,配以高效的添加剂组合,在优化的改性工艺条件下通过先进的挤出设备改性造粒。博禄公司位于阿布扎比鲁韦斯的聚合工厂为改性材料提供了高性能的基础树脂,而位于上海奉贤的改性聚丙烯生产基地,采用了最先进的生产设备,也是对产品性能稳定性的重要保障。

蒲菁华女士:随着PP改性行业的高速发展,PP改性塑料在汽车、电子和包装等行业的应用越来越广泛,在配方设计上,对最终的刚韧平衡以及高流动、快速成型的要求比较高。因此,较多的选择高流动与高抗冲的、可提高结晶温度和改善刚韧平衡的,同时又能避免最终注塑过程中产生翘曲变形且更容易脱模的配方。在包装和电子电器行业中,对于产品外观光泽度要求以及更加环保的添加剂选择和使用也是非常必要的。

PT:对此,贵公司可提供哪些好的解决方案或拥有哪些好的经验?请详细介绍贵公司技术所能带来的优势。

徐力群先生:佳华精化始终将“高效能产品,专家型服务”的理念作为公司产品开发和服务的座右铭。

佳华精化致力于帮助客户成功。帮助材料供应商解决其现有的生产问题是我们开发产品的出发点。例如,我们在与汽车内饰材料供应商协同开发产品时发现超高分子量硅酮可以解决PP材料的耐刮擦、气味和析出等方面的问题,但在解决PP材料应力发白方面有所欠缺,且添加量大。在客户的积极配合下,我们开发出了低TVOC的JAVACHEM®TP特殊官能团硅酮耐刮擦剂,完美地解决了PP材料的应力发白问题,同时可赋予材料更高的耐刮擦性能,添加量也较低。与改性材料供应商在应用开发上的互相支持是该解决方案成功开发的关键所在。上下游产业链的密切合作开发,有助于为终端客户提供更好的解决方案。

我们注重添加剂在材料细分市场的应用开发。我们把产品应用开发作为产品服务的重要手段。高附加值的细分市场应用,更是我们开发的重点。例如,佳华精化® JAVACHEM®RC系列β成核剂在锂电池PP隔膜和高性能PPR管道等细分市场的开发。在锂电池隔膜市场我们开发了亚微米级高分散性的Javachem®RCMB聚丙烯锂电池隔膜β成核母料,使客户使用时更加方便。Javachem®RCMB提高了PP电池隔膜β晶型转化率,从而赋予电池隔膜更好的孔径分布和平均孔隙率,提高了隔膜的力学性能。我们的Javachem®RC BTβ成核母料专用于高性能PPR管道,使材料具有均匀细腻的β晶型结构,使其不但具有优良的耐高温性和抗蠕变性,而且在低温下具有优异的抗冲击性。尤其突出的是耐长期蠕变性、抗应力开裂性、耐压性和易焊接性(熔接性)。

我们对准不同细分市场会协同客户一起做材料应用试验,来调整添加剂的性能和工艺,满足客户需求。这就是我们专家型服务的理念。

我们坚持原创性产品的开发,同时原创产品的组合拓宽了材料产品的性能和加工窗口,使相关添加剂之间形成互补、协同的功效。如我们在与客户交流时发现改性PP和PA在涂装时会碰到表面涂装难的问题,需要繁复的前处理,或做苯类溶剂底涂,工作环境会比较差,而且涂层很难通过百格测试。因此我们和客户配合开发了JAVACHEM®KF涂层改性剂,其含极性功能基团,与塑料和涂层有很好的相容性,有效提高材料与涂层的界面粘附力。JAVACHEM®KF涂层改性剂还可应用于BOPP薄膜和聚烯烃包装材料使印刷性能提升,KF涂层改性剂能提高BOPP和聚烯烃表面极性,解决聚烯烃材料的印刷难题。

我们持续致力于让添加剂产品更好用。例如,佳华精化 JAVACHEM®SA离子液体抗静电剂虽然抗静电效果好、效率高,但因为是液体,在塑料加工行业使用操作颇为不便。我们为此开发了在聚合物上键合特殊离子的颗粒状JAVACHEM®EST离子聚合物抗静电剂,使材料加工厂商配混加工更方便。

陈怡女士:博禄在中国汽车市场主要推广基于Borstar技术生产的各类内外饰及发动机周边改性聚丙烯材料。产品主要为Daplen™系列抗冲改性矿粉增强聚丙烯材料和Fibremod系列玻纤增强聚丙烯材料。博禄产品的主要优势在于所有原基料都产自博禄位于阿布扎比鲁韦斯的聚合工厂,材料供应和产品质量稳定,为改性后材料性能的稳定性提供了保证。博禄的原基料聚合与改性技术均来自博禄的控股方之一的位于欧洲拥有超过50年聚丙烯材料开发生产经验的北欧化工,具有对汽车工业需求深刻的理解和强大的技术研发能力。

在应用方面,博禄主要推广创新轻量化解决方案,如塑料车身面板、全塑前端框架、薄壁保险杠、玻纤增强聚丙烯进气歧管以及发泡工艺内饰零件等。在这些轻量化应用中,博禄不仅提供满足客户要求的塑料材料,更为客户提供整体解决方案。从零件概念设计阶段早期介入,提供适合塑料零件的设计建议,到结构设计阶段提供热力学、静态、动态零件性能分析并基于分析结果提出设计更改建议;从开模阶段提供模流分析支持,给出模具优化建议,到产品调试阶段现场工艺支持,博禄提供的不仅仅是稳定优质的原材料,而是作为共同开发伙伴为产业链各层次客户提供增值服务,实现双赢直至多赢。

蒲菁华女士:随着汽车行业的高速发展及车用材料轻量化和低气味的发展趋势,聚丙烯在车用材料中的应用越来越广泛,作为世界领先的聚烯烃添加剂生产商,美利肯公司新一代应用于车用材料的HPN成核剂可帮助客户全面改进产品外观和性能,并提高生产率和可持续性。

作为新一代成核剂,HPN-20E和HPN-68L为汽车聚丙烯部件收缩率和翘曲控制提供了新型解决方案。相较于传统的成核剂体系,HPN不仅对刚性提高有着非常好的作用,同时HPN高的结晶温度可缩短成型周期10%~20%,提高生产效率的同更加环保节能。此外,HPN独特的片晶结构和各项同性使得产品获得非常优异的刚韧平衡和冲击性能的提升。

HPN-68L的高结晶温度在结构复杂的注塑件注塑过程中有效地减少了固化时间,缩短零件的成型周期10%~20%, 同时HPN-68L具有优异的成核各项同性,对车用材料部件的翘曲变形和后收缩有着非常好的控制和改善,这也使HPN-68L在改性工厂中被越来越多的应用。

相较传统成核剂的增刚性能,HPN-20E独特的片晶结构可以优化刚韧平衡,对冲击性能有一定幅度的提升,同时对收缩率的调整以及尺寸稳定性的控制都可以达到非常好的效果。

目前美利肯与中石化中石油合作推出了一系列含有美利肯成核剂的抗冲聚丙烯牌号,使得汽车部件注塑过程中收缩控制、翘曲变形和快速脱模等一系列问题得到非常好的解决和改进。

HPN也可以在改性造粒的环节直接添加来改善收缩率,提高结晶温度,目前如金发等改性企业会选择在造粒过程中直接添加来更好地控制收缩、翘曲等问题的产生,同时达到刚韧平衡以及快速成型等非常好的效果。

相信在未来改性行业的发展中,美利肯HPN系列产品“一站式”的解决方案,将从节省能源、缩短加工时间,到提高性能、美化产品外观等方面,帮助客户更高效地制造出差异化的产品,同时也提升产品的环保性。

PT:作为一种应用广泛的材料,如何才能有效提高改性PP的配混、造粒生产效率并降低其成本?

徐力群先生:在提高改性PP的混配和造粒生产效率方面,主要是解决干混和喂料流态化问题,以及降低造粒时的转矩。解决物料流态化问题可以使用填料母粒或采用侧喂料系统。例如,少量添加佳华精化®JAVACHEM®SG高分子量硅蜡则可非常有效地解决高填充PP体系转矩过高和口模积垢这类传统问题。

PT:目前PP改性有哪些新的技术发展趋势?其前景如何?是否能够逐渐取代一些价格相对昂贵的材料而用于一些新的、应用环境更严苛的领域?

徐力群先生:更加环保是PP改性新的技术发展趋势,通过改性使PP材料在新的应用领域比其他工程塑料具有更匹配的性能,从而使制品体系PP材料单一化,便于材料回收再利用。改性PP材料在现有生活家居相关的DIY家电行业的应用前景非常大,我们正在帮助客户开发一款改性PP,添加我们的JAVACHEM®SS添加剂可使其疏水疏油以取代价格昂贵的工程塑料,应用在洗碗机和豆浆机等部件中,在高温操作时可防止番茄酱和食品油污等污染材料表面,从而使消费者清洗更方便。

陈怡女士:玻纤增强改性PP以其优异的力学性能、声阻优势、减重潜力和加工性能等优势,逐渐取代尼龙,应用于较高工作环境温度下如发动机周边的元件。

博禄在一汽大众帕萨特CC前端框架项目中,为客户提供了Fibremod™ GD301FEC短纤增强聚丙烯材料,替代常规30%短纤增强尼龙材料,在保持零件性能满足客户标准的情况下减重达到15%,同时更为客户提供了超过30%的成本下降。

在大众EA211发动机平台上,博禄使用Fibremod™ GB306SAFC 35%短纤增强聚丙烯改性材料,替代原设计的30%短纤增强尼龙材料,成功应用在1.4L/1.6L MPI自然吸气发动机进气歧管,在实现13%减重的同时,更为客户实现30%以上的成本降低。

PT:您还有其他补充说明的吗?

徐力群先生:我公司非常关注PP改性的“表面功夫”,在PP疏水疏油和亲水以及PP材料表面美感的技术层面会有更多持续的研发投入,以拓宽PP改性材料的应用市场,改善我们的环境空间和家居生活,让PP材料使我们的生活更加美好!

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