聚丙烯连续挤出发泡技术 可行性报告

我爱范文 52fw.cn 2019-06-20 我要评论关注:

而聚丙烯树脂具有质轻、原料来源丰富、性能价格比优越以及优良的耐热性、耐化学腐蚀性、易于回收等特点,是世界上产量增长量最快的通用热塑性树脂,对聚丙烯泡沫的研究开发一直是行业的技术热点和难点,目前一些发达国家正在大力发展并将其作为替代上述三种泡沫的下一代绿色发泡材料,其中聚丙烯发泡珠粒(EPP)、发泡片材和板材是最典型和用量最大的品种。

聚丙烯发泡材料有很多优点:

1) 聚丙烯(PP)刚性明显优于聚乙烯(PE),PP弯曲模量大约为1.52Gpa,PE仅为207Mpa,耐化学性与PE相似。其压缩强度比软质PUR和PE更高。

2) 聚丙烯的玻璃化温度低于室温,抗冲击性能优于PS,而且相比PS泡沫的难回收性,聚丙烯泡沫是一种环境友好的材料。

3) 聚丙烯有较高的热变形温度,可以在一些高温领域中应用。发泡聚丙烯通常能耐120℃的高温,比聚乙烯泡沫高很多,在很多食品和汽车等领域具有广泛应用。

4) 良好的低温特性:制品即使在-30℃时也表现出良好的性能。

5) 能量吸收:PP发泡制品具有很好的吸收能量特性,优异的抗压吸能性能,广泛应用于汽车保险杠能量处理系统及其他防冲撞吸能部件,同时也具有很好的吸音和减震特性。

6) 尺寸形状恢复稳定性:PP发泡制品受多次连续撞击和挠曲变形后会很快恢复原始形状,而不产生永久形变。

7) 质量轻且能够反复使用:PP发泡制品的密度能够达到很低水平,因此能大幅度降低重量,同时PP发泡制品柔韧性好,可反复使用;易回收再利用,易分解,制品不含对人体有毒有害的成分,燃烧不产生有毒物质。

8) 具有良好的表面保护性和隔音性能:PP发泡制品是半硬质成形,具有适宜的硬度、柔软性,不会擦伤、碰伤与其接触的物体,具有较好的表面保护性。

目前,我国PP树脂生产厂家有70多家,各种装置100余套,生产能力超过500万吨/年,预测到2020年底,我国PP树脂的总生产能力将超过650万吨/年。然而,我国PP树脂的应用主要是编织产品和薄膜,PP树脂行业面临消费结构单一,需求不旺且产品档次低的问题。各树脂生产企业都在积极调整生产思路,开发生产适销对路、高质量、高附加值的专用料,以使PP具有更大的应用价值和经济效益。

由此可见,聚丙烯发泡产品具有良好的性能和应用前景,但聚丙烯连续挤出发泡材料的技术难度很大,目前发泡聚丙烯的核心技术垄断在少数几个发达国家的大公司手上,其主要原因为:聚丙烯属结晶型聚合物,在结晶熔点以下几乎不流动,但结晶熔点以上则熔体粘度急剧变小,熔体强度很低;此外,聚丙烯从熔融态转变为结晶态会放出大量的热量,而由熔体转变为固体所需时间较长;加之聚丙烯熔体的扩散系数高,发泡气体易逃逸;同时适于聚丙烯发泡的成型温度区间非常窄,发泡过程难以控制。所以要得到泡孔均匀细密、发泡倍率高的产品,通常需使PP树脂在发泡之前进行交联,以使其熔融粘度的降低速度变慢,从而在较宽的温度范围内具有合适的发泡粘度和熔体强度。但聚丙烯交联后会降低材料的可回收性能,所以从技术发展的趋势来看,通过商品化牌号的改性来得到物理发泡的非交联聚丙烯发泡产品是下一步的发展方向。

2.国内外研究背景和发展趋势

聚丙烯发泡产品种类很多,但用量最大的还是聚丙烯发泡板片材和发泡珠粒模塑制品,因此本项目将重点对这两种产品形式进行讨论。

聚丙烯发泡板片材:

在日本,东丽和古河电气公司最早于上世纪70年代末开始推出发泡PP产品,在80年代初期,其PP泡沫产量达到50~60t/a。目前,日本大约有4-5家企业能够生产PP发泡制品。欧洲70年代开始生产发泡PE,而交联发泡PP一直到80年代后才实现工业化。

近年来,其它一些国家也开发出不同用途的PP发泡产品。德国Reifenhauser采用共挤出方法,生产密度为0.1~0.5g/cm3可以用于食品或肉品包装的PP发泡片材,还可以用于制作薄壳制品及盘、碟、碗、盒等各种器皿,以及汽车中的消音和绝缘材料等用的内插件。Battenfield采用T型机头生产化学发泡PP片材,比不发泡PP片材轻50%。英国的Packaging Trays在旋转热成型机上成型发泡PP片材。该公司采用化学交联剂生产的发泡PP片材密度为0.5g/cm3,主要用于汽车工业,制造地毯背衬材料、遮光板、门衬和行李架等。美国Dow化学生产商标为Strandfoam的PP发泡板,先挤出多层发泡片材,然后迅速冷却成坚硬且高度取向的板材,可用作冲浪板。该公司开发的发泡PP在热绝缘和汽车上也得到应用。瑞士Alveo公司一直生产辐射交联PP/PE泡沫,主要用于汽车工业。与未交联的发泡制品相比,交联泡沫塑料在热成型后更易保持其形状。意大利Oman公司采用Compact EPX T型机头共挤生产线,采用吸热型发泡剂生产密度低于0.5g/cm3的PP发泡片材,他们与Reedy-International公司合作,共挤出表皮不发泡、芯层发泡80%的片材。加拿大的Endex Polymer Additives公司生产的吸热性发泡剂(放出CO2)已用于生产PP发泡片材多年。该公司生产的吸热型发泡剂已成功用于PP、HDPE和PET发泡片材的生产中,采用高熔体强度PP树脂时,使用该公司的发泡剂可以成型厚度40μm的发泡薄膜。

聚丙烯发泡珠粒(EPP):

目前,世界上有日本的JSP、Kaneka,德国的BASF、Berstorff等拥有EPP生产技术,我国的无锡会通于前年也打通了EPP生产工艺,具备规模化生产能力。EPP产品主要为模塑发泡制品(作为包装和汽车零部件),其中利用聚丙烯发泡珠粒通过模塑工艺成型的汽车用抗振吸能部件和抗冲击包装材料,由于生产工艺简单,易于控制,且可成型形状复杂的部件而占据较大的市场份额。美国CSI公司已建成用可发性PP珠粒生产发泡PP制品的生产线,用于生产食品包装盒、微波炉用托盘和容器。

我国EPP制品生产厂家如上海众通汽车配件有限公司、上海伊比伊隔热制品有限公司、佛山市南海海洋包装材料厂和天津润生包装材料有限公司等均采用国外进口的聚丙烯预发泡粒子,通过二次发泡和模塑工艺生产汽车零部件和工业品的包装。而这种进口的EPP原料价格昂贵,如JSP公司的发泡PP珠粒(EPP)有些牌号的售价高达6万元/吨,此外,EPP粒子本身已经是一种发泡颗粒,且密度很低(20~150kg/m2),相应体积很大,进口价格中运输费用所占成本很高。

目前全世界范围内已有JSP、BASF、GEFINEX等公司的多家工厂在生产PP发泡模塑制品。据不完全统计,美国2016年PP泡沫塑料的消耗量为650kt,欧洲为570kt,日本为310kt,亚洲其它国家为21kt,这些PP发泡制品主要用来制造汽车零部件和各种包装制品。

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