江蘇PP物理發(fā)泡定制

摘要:長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料（PP-LGF）作為一種輕質(zhì)高強(qiáng)的復(fù)合材料穴肘，在滿足汽車零部件性能的同時(shí)，對(duì)零部件減重具有明顯貢獻(xiàn)舔痕，目前在汽車零部件應(yīng)用上備受青睞评抚。文章主要介紹了PP-LGF在汽車儀表板輕量化方面的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀，詳細(xì)介紹了薄壁注塑伯复、物理發(fā)泡慨代、化學(xué)發(fā)泡三種成型工藝實(shí)現(xiàn)儀表板輕量化的技術(shù)概況，并展望了PP-LGF在儀表板上的應(yīng)用前景啸如。聚丙烯微孔發(fā)泡近年來侍匙，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，汽車工業(yè)也得到了快速發(fā)展叮雳。然而想暗，由此引發(fā)的環(huán)境問題也日益嚴(yán)重，通過汽車輕量化來降低油耗從而降低環(huán)境污染帘不，已經(jīng)成為汽車行業(yè)的研究熱點(diǎn)说莫，其中，使用質(zhì)量更輕的非金屬材料替代傳統(tǒng)金屬材料的研究在近年來也取得了較大進(jìn)展寞焙。運(yùn)用復(fù)合材料來部分取代車身結(jié)構(gòu)件及內(nèi)储狭、外飾裝飾件是汽車輕量化的一種行之有效的方法互婿。在眾多的復(fù)合材料中，長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料（PP-LGF）以其低廉的價(jià)格辽狈、優(yōu)良的力學(xué)性能和環(huán)境友好性而獲得更多的青睞慈参。與短玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料（PP-SGF）相比，PPLGF在強(qiáng)度稻艰、剛度懂牧、翹曲度、耐疲勞尊勿、缺口沖擊強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性等方面更具優(yōu)勢(shì)，因此畜侦，使用PP-LGF生產(chǎn)的汽車零部件可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)重量及成本的降低元扔。1 長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料性能特點(diǎn)長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料的制備工藝主要分為5種，即熔融浸漬旋膳、溶液浸漬澎语、粉末浸漬、纖維混編工藝以及薄膜疊層工藝验懊，而在汽車零部件領(lǐng)域主要應(yīng)用的為熔融浸漬法擅羞。熔融浸漬法生產(chǎn)的PP-LGF粒子的長度一般為8mm～15mm，其中玻纖的含量可達(dá)20%～60%义图，粒子中玻纖的保留長度可達(dá)1mm～3mm,如圖1所示减俏，相較于玻纖保留長度僅為0.2mm～0.4mm的PP-SGF材料，PPLGF因其內(nèi)部纖維構(gòu)成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)碱工，可保證產(chǎn)品具有更優(yōu)的力學(xué)性能娃承、抗沖擊性能、耐蠕變性能等特點(diǎn)怕篷，更加適合應(yīng)用于汽車領(lǐng)域?qū)Y(jié)構(gòu)性能要求較高的零部件历筝。此外，隨著纖維含量的增加廊谓，PP-LGF的性能也隨之提高梳猪。長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料在儀表板上的應(yīng)用儀表板是汽車內(nèi)飾中的重要部件，為提升汽車內(nèi)飾的感知質(zhì)量蒸痹，中春弥、高檔車型普遍會(huì)采用軟質(zhì)儀表板，即在儀表板骨架表面增加軟質(zhì)表皮層电抚。儀表板骨架作為儀表板系統(tǒng)的主體部件惕稻，同時(shí)也是電器件和其他功能件的承載結(jié)構(gòu)，因此要求其具有高強(qiáng)度及高剛性蝙叛，目前在儀表板骨架上使用為廣泛的為PP材料俺祠，采用相同密度的PP-LGF材料替代傳統(tǒng)PP材料，在滿足相關(guān)性能的同時(shí)，可提升儀表板吸能性能蜘渣，同時(shí)可將現(xiàn)有儀表板骨架的設(shè)計(jì)厚度由3mm～3.5mm降低到1.8mm～2.5mm淌铐，從而降低儀表板骨架重量，推動(dòng)汽車內(nèi)飾輕量化蔫缸。以下將從PP-LGF應(yīng)用于儀表板上的薄壁注塑腿准、物理發(fā)泡、化學(xué)發(fā)泡三種成型工藝方面拾碌，介紹PP-LGF在儀表板輕量化方面的應(yīng)用吐葱。 2.1 薄壁注塑薄壁注塑工藝是直接將產(chǎn)品壁厚減薄，在模具中進(jìn)行加工的一種成型方法校翔，與傳統(tǒng)PP材料注塑的3mm～3.5mm壁厚的儀表板骨架相比弟跑，PP-LGF材料運(yùn)用薄壁注塑工藝制造的儀表板骨架產(chǎn)品壁厚一般為2.5mm左右，整體減重可達(dá)約25%防症。該工藝的投入成本較低孟辑，重量優(yōu)勢(shì)明顯。目前蔫敲，該工藝在國內(nèi)和國外合資品牌中饲嗽，如吉利、大眾奈嘿、上汽貌虾、福特等均有應(yīng)用，一般選擇PPLGF20材料指么，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品壁厚一般為2.2mm～2.5mm酝惧。然而，薄壁注塑工藝也存在兩點(diǎn)問題伯诬，首先是該工藝的模具成本較高晚唇，使用薄壁注塑，成型模具需要采用熱流道設(shè)計(jì)盗似，熱流道模具的成本要比普通注塑工藝的模具成本高哩陕。其次，注塑工藝管控和注塑精度要求高赫舒，因?yàn)镻P-LGF中長玻纖分布的各向異性悍及，采用PP-LGF材料的薄壁注塑產(chǎn)品翹曲變形較為嚴(yán)重，尺寸穩(wěn)定性較差接癌。2.2 物理發(fā)泡物理發(fā)泡工藝又稱為MuCell 工藝心赶，它是以熱塑性材料為基體，通過將超臨界流體（二氧化碳或氮?dú)猓?溶解到熱熔膠中形成單相溶體缺猛，并保持在高壓力下缨叫，然后椭符，通過開關(guān)式射嘴射進(jìn)溫度和壓力較低的模具型腔，由于溫度和壓力降低引發(fā)分子的不穩(wěn)定性從而在產(chǎn)品內(nèi)部形成從十到幾十微米不等的封閉氣泡微孔[4-5]耻姥，該項(xiàng)技術(shù)早期由麻省理工學(xué)院發(fā)明销钝，1995年由美國Trexel公司將技術(shù)實(shí)現(xiàn)全球商品化。MuCell 工藝優(yōu)勢(shì)為成型周期短琐簇、產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性好蒸健、翹曲低、產(chǎn)品輕量化和工藝適用性廣婉商。MuCell工藝使用超臨界流體似忧，可有效降低PP-LGF材料黏度, 提高熔體流動(dòng)性。泡孔成長壓力代替?zhèn)鹘y(tǒng)注塑中的保壓階段丈秩，縮短成型周期橡娄，同時(shí)，可使壓力分布均勻癣籽，有效降低PPLGF產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力，降低因長玻纖各項(xiàng)異性導(dǎo)致的產(chǎn)品翹曲滤祖，增加產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性筷狼。另外，泡孔填充可有效避免產(chǎn)品表面縮痕匠童，微孔結(jié)構(gòu)擴(kuò)充埂材，降低材料密度，產(chǎn)品重量減輕汤求，較同材質(zhì)實(shí)體俏险，重量可降低5%～10%。目前扬绪，福特新蒙迪歐在儀表板骨架上應(yīng)用了該工藝竖独，骨架產(chǎn)品設(shè)計(jì)壁厚2.4mm，相較于實(shí)心材料重量降低了10%挤牛，此外莹痢，長城和大眾也有應(yīng)用于此項(xiàng)技術(shù)。MuCell 工藝的缺點(diǎn)是一次性投入高墓赴，工藝難度大竞膳，同時(shí)相關(guān)研究表明，使用該工藝對(duì)儀表板減重比控制在3%～8%時(shí)诫硕，產(chǎn)品性能會(huì)下降10%左右坦辟，基本滿足性能要求，減重超過8%章办，機(jī)械性能和耐熱老化性能急劇下降锉走，不能滿足要求滨彻。若使用MuCell 工藝推薦減重比為3%～5%。2.3 化學(xué)發(fā)泡化學(xué)發(fā)泡工藝包括模內(nèi)發(fā)泡工藝和二次開模發(fā)泡工藝（core-back）挠日，二者均是在注塑過程中疮绷，利用塑料粒子中加入的碳酸氫鈉和碳酸銨類的無機(jī)發(fā)泡劑，受熱分解產(chǎn)生的二氧化碳等氣體嚣潜，使產(chǎn)品形成微孔發(fā)泡結(jié)構(gòu)冬骚，以降低材料密度，減輕產(chǎn)品重量懂算。其中只冻，core-back工藝因使用了二次開模，相較于模內(nèi)化學(xué)發(fā)泡计技，發(fā)泡的倍率更高喜德，產(chǎn)品中形成的泡孔數(shù)量更多，產(chǎn)品的減重比更大垮媒。一般來說舍悯，模內(nèi)化學(xué)發(fā)泡的減重比相比于實(shí)心材料在5%～8%左右，而core-back工藝可高達(dá)30%～50%睡雇，具體根據(jù)退模行程決定萌衬。同物理發(fā)泡工藝一樣，化學(xué)發(fā)泡工藝可在PP-LGF材料應(yīng)用減重的同時(shí)它抱，減少產(chǎn)品翹曲變形秕豫，提升產(chǎn)品穩(wěn)定性，而且二次開模發(fā)泡工藝能夠適用于做外觀件观蓄。目前混移，寶馬5系已在儀表板骨架上應(yīng)用了PP-LGF的core-back工藝，產(chǎn)品壁厚由初始1.8mm左右發(fā)泡到3.8mm侮穿，重量降低了約40%歌径，此外大眾的部分車型也已使用模內(nèi)化學(xué)發(fā)泡工藝。core-back工藝的缺點(diǎn)是發(fā)泡劑較貴撮珠，開模的周期較長沮脖，模具成本也比模內(nèi)發(fā)泡模具高，而且該工藝的技術(shù)難度較高芯急，后期調(diào)試周期較長勺届，產(chǎn)品的綜合成本較高。模內(nèi)發(fā)泡工藝的缺點(diǎn)是發(fā)泡劑較貴娶耍，產(chǎn)品的減重效果不是特別明顯免姿，減重效果低于薄壁注塑工藝，物理發(fā)泡工藝和core-back工藝榕酒。

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彈性體材料是指在受到外力或變形時(shí)胚膊，能夠恢復(fù)原狀或者接近原狀的材料故俐。其最基本的特性就是彈性，即在受到一定的外力作用后能夠發(fā)生彈性變形紊婉，然后在去除外力后能夠自動(dòng)恢復(fù)原狀的能力药版。因此，彈性體材料在工業(yè)制造喻犁、機(jī)械制造和航天槽片、軍事等領(lǐng)域中扮演著重要的角色。 彈性體材料最典型的代表就是橡膠肢础。橡膠具有較高的彈性和機(jī)械強(qiáng)度还栓，具有良好的抗拉、抗壓传轰、抗撕裂和耐磨性能剩盒，適用于制作各種密封圈、彈簧慨蛙、橡膠管等重要的機(jī)械零部件辽聊。除了橡膠之外，還有許多其他的彈性體材料期贫，例如聚合物材料身隐、彈性泡沫等，這些材料都具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域唯灵。由于彈性體材料具有良好的柔韌性和粘性，因此可以用于制作各種居家用品隙轻、文具用品埠帕、玩具等。此外玖绿，彈性體材料還可以用于醫(yī)療領(lǐng)域中敛瓷，例如制作假肢和支架等醫(yī)療器械。在軍事領(lǐng)域中斑匪，彈性體材料可以用于制造坦克履帶呐籽、防彈衣和車胎等軍事裝備，具有重要的戰(zhàn)略意義蚀瘸。彈性體材料是現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中不可缺少的一種材料狡蝶，其廣泛應(yīng)用于制造、機(jī)械贮勃、醫(yī)療贪惹、軍事等領(lǐng)域，為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步做出了巨大貢獻(xiàn)寂嘉。隨著新技術(shù)和新材料的不斷涌現(xiàn)奏瞬，相信彈性體材料的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)更加廣泛枫绅。 TPU材料（熱塑性聚氨酯）是一種由聚醚或聚酯多元醇和二異氰酸酯組成的熱塑性彈性體。它具有優(yōu)異的彈性硼端、耐磨性并淋、耐油性、耐化學(xué)性珍昨、耐氧化性和良好的加工性能县耽。由于其優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)，TPU材料被廣泛應(yīng)用于汽車曼尊、運(yùn)動(dòng)鞋酬诀、電子產(chǎn)品、醫(yī)療器械骆撇、玩具瞒御、建筑材料等領(lǐng)域。 POE材料是一種烯烴共聚物神郊，其含量一般在20~50%之間肴裙。其優(yōu)異的物理性質(zhì)包括良好的伸展性、回彈性涌乳、耐磨性蜻懦、耐撕裂性、防水性和耐氣候性等夕晓。此外宛乃，POE材料還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，可以在寬廣的溫度和化學(xué)介質(zhì)條件下使用蒸辆。這些性質(zhì)使得POE材料在各種應(yīng)用領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景征炼。其次，POE材料的制備方法分為物理法和化學(xué)法兩類躬贡。物理法主要是采用熔融混合或混合方式將多種材料混合熔融后制成谆奥，而化學(xué)法主要是采用聚合反應(yīng)將不同單體聚合成共聚物。POE材料的物理和化學(xué)制備方法各有優(yōu)缺點(diǎn)拂玻，具體制備方法應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用要求而定酸些。 TPEE材料（熱塑性聚酯彈性體）是一種由聚酯多元醇、二酸和丁二酸酯組成的熱塑性彈性體檐蚜。它具有良好的彈性魄懂、耐磨性、耐油性闯第、耐化學(xué)性逢渔、耐氧化性和耐高溫性能。由于其優(yōu)異的性能乡括，TPEE材料被廣泛應(yīng)用于汽車肃廓、電氣電子智厌、醫(yī)療器械、玩具盲赊、運(yùn)動(dòng)器材等領(lǐng)域铣鹏。 彈性體材料的制造工藝十分多樣，其中最常見的方式就是熱壓模塑和擠出成型哀蘑。在這些制造過程中诚卸，需要考慮材料的成型條件、工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等因素绘迁，以確保材料具有足夠的彈性和機(jī)械性能合溺。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，在彈性體制造領(lǐng)域中也出現(xiàn)了許多新的制造技術(shù)和新材料缀台，例如反應(yīng)注塑棠赛、液相硅膠等，這些新技術(shù)和新材料大大拓寬了彈性體材料的應(yīng)用領(lǐng)域膛腐。

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隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展睛约，制造汽車的各種原材料也迅速發(fā)展和更新?lián)Q代，越來越多的汽車零部件開始采用改性塑料替代金屬制件哲身。塑料在汽車上的應(yīng)用已有近50年的歷史辩涝，目前汽車用改性塑料的使用量已成為衡量汽車設(shè)計(jì)和制造水平高低的一個(gè)重要標(biāo)志，塑料飾件的大量應(yīng)用勘天，促進(jìn)了汽車的減重節(jié)能怔揩，提高了汽車的美觀舒適度。PP以密度小脯丝、性價(jià)比高沧踏、具有優(yōu)異的耐熱性能、耐化學(xué)藥品腐蝕性巾钉、剛性、易于成型加工和回收利用等特性在汽車上得到了廣泛的應(yīng)用秘案。近來更是有把汽車內(nèi)飾和外裝材料統(tǒng)一到PP系列材料的趨勢(shì)砰苍。由于高性能基礎(chǔ)樹脂的開發(fā)生產(chǎn)周期長、投資巨大阱高、技術(shù)要求高赚导，且需要高精尖的集成先進(jìn)綜合技術(shù)，所以對(duì)現(xiàn)有PP樹脂需要進(jìn)行更廣泛赤惊、更有效吼旧、更經(jīng)濟(jì)、更實(shí)用的改性未舟。延伸性圈暗、機(jī)械的強(qiáng)度和抗斷裂性無機(jī)填料和彈性體增韌增強(qiáng)改性PP主要是“三高”掂为。是由 PP樹脂、三元乙丙橡膠(EPDM)和乙烯-辛烯共聚物(POE)等增韌彈性體及滑石粉员串、碳酸鈣等無機(jī)填料的復(fù)合物勇哗，其主要用于汽車保險(xiǎn)杠的注射成型，且改性PP保險(xiǎn)杠具有成本低寸齐、質(zhì)輕欲诺、易涂裝、可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)渺鹦∪欧ǎ滑石粉填充改性PP材料具有高剛性、低熱膨脹系數(shù)和低收縮率毅厚，且其抗化學(xué)腐蝕性能強(qiáng)塞颁，尤其是經(jīng)表面處理的滑石粉填充PP可有效改善PP的沖擊性能，提高材料的模量和熱變形溫度卧斟。聚丙烯微孔發(fā)泡玻璃纖維增強(qiáng)改性PP玻璃纖維增強(qiáng)改性PP材料尤其是LGFPP材料在汽車部件上的研究與應(yīng)用(如在前端模塊殴边、儀表板骨架、車門模塊等典型部件的應(yīng)用)是多年來的研究熱點(diǎn)之一珍语。LGFPP制品指含有長度為10～25mm的玻璃纖維改性的PP復(fù)合材料經(jīng)過注塑等工藝形成的三維結(jié)構(gòu)锤岸。10～25mm的長玻璃纖維增強(qiáng)聚合物相比普通4～7mm的短玻璃纖維增強(qiáng)聚合物具有更高的強(qiáng)度、剛度板乙、韌性是偷，以及尺寸穩(wěn)定性好、翹曲度低等優(yōu)勢(shì)募逞。此外蛋铆，LGFPP材料比短玻璃纖維增強(qiáng)PP(GFPP)有著更好的抗蠕變性能，即使經(jīng)受100℃的高溫也不會(huì)產(chǎn)生明顯的蠕變放接。與金屬材料和熱固性復(fù)合材料相比刺啦，LG-FPP的密度低，相同部件的質(zhì)量可減輕20%～50%;LGFPP能為設(shè)計(jì)人員提供更大的設(shè)計(jì)靈活性纠脾，可成型形狀復(fù)雜的部件玛瘸、提高集成汽車零部件的能力、節(jié)約模具成本(一般長玻璃纖維增強(qiáng)聚合物注塑模具的成本約為金屬?zèng)_壓模具成本的20%)苟蹈、減少能耗(長玻璃纖維增強(qiáng)聚合物的生產(chǎn)能耗僅為鋼制品的60%～80%糊渊，鋁制品的35%～50%)、簡(jiǎn)化裝配工序慧脱。汽車部件用礦物纖維增強(qiáng)PP的新產(chǎn)品渺绒，具有強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫宗兼、阻燃性能好躏鱼、低浮纖、低翹曲针炉、低收縮 等特點(diǎn)挠他。發(fā)泡改性PPPP發(fā)泡材料是通過提高PP的熔體強(qiáng)度，從而提高發(fā)泡倍率而制成的低密度物質(zhì)篡帕，其具有質(zhì)輕殖侵、耐熱、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)镰烧。隨著汽車輕量化的發(fā)展拢军，選用PP發(fā)泡材料已成為汽車減重的重要途徑，目前其在汽車內(nèi)飾上的應(yīng)用也越來越多怔鳖，其中PP發(fā)泡材料在各種汽車上的使用占比為轎車占45%茉唉，卡車、工程機(jī)械車占20% 结执，客車度陆、商務(wù)車占35%。汽車用PP發(fā)泡材料主要為化學(xué)微發(fā)泡材料献幔，因?yàn)槠胀ㄎl(fā)泡PP制品的表觀質(zhì)量很不理想懂傀，僅適合于需要表面覆皮的高端車，不僅增加了制造成本蜡感，也限制了PP發(fā)泡材料的推廣和應(yīng)用;而化學(xué)微孔發(fā)泡是以熱塑性材料為基體蹬蚁，化學(xué)發(fā)泡劑為氣源，通過自鎖工藝使得氣體形成超臨界狀態(tài)郑兴，注入模腔后氣體在擴(kuò)散內(nèi)壓的作用下犀斋，使制品中間分布著直徑從十幾到幾十微米的封閉微孔泡，且其理想的泡孔直徑應(yīng) <50μm 情连，但目前國內(nèi)行業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的微發(fā)泡PP的微泡孔直徑約為80～350μm 叽粹。對(duì)于微孔發(fā)泡主要有注塑微發(fā)泡、吹塑微發(fā)泡和擠出微發(fā)泡等却舀，注塑微發(fā)泡適用于各種汽車內(nèi)外飾件虫几，如車身門板、尾門禁筏、風(fēng)道等;擠出微發(fā)泡適用于密封條、頂棚等;吹塑微發(fā)泡適用于汽車風(fēng)管等衡招。利用微發(fā)泡技術(shù)可使PP制品的質(zhì)量減少約10%～20% 篱昔，較傳統(tǒng)材料在部件上可實(shí)現(xiàn)50%的減重，注射壓力降低約30%～50% ，鎖模力降低約20% 州刽，循環(huán)周期減少10%～15%空执，同時(shí)還能提高汽車的節(jié)能性，較傳統(tǒng)材料可實(shí)現(xiàn)30%的節(jié)能穗椅，并且能改善制品的翹曲變形性辨绊，使產(chǎn)品和模具的設(shè)計(jì)更靈活。在一些部件中匹表，如汽車風(fēng)管门坷、風(fēng)道，還可實(shí)現(xiàn)隔熱袍镀、降噪的效果默蚌，減少后道工序的成本。密 度 為0.06g/cm3的輻射交聯(lián)PP高發(fā)泡片材具有良好的力學(xué)性能苇羡，作為汽車車頂绸吸，可降低汽車的質(zhì)量，同時(shí)其還可用于汽車的內(nèi)飾件设江，有利于汽車的輕量化锦茁。耐刮擦PP相對(duì)于工程塑料來說，PP叉存、橡膠改性PP码俩、熱塑性聚烯烴和熱塑性彈性體等聚烯烴材料具有可回收、質(zhì)輕鹉胖、成本低的優(yōu)勢(shì)握玛，因而被越來越多地應(yīng)用于汽車以及其他領(lǐng)域，然而聚烯烴材料的耐刮擦性能明顯較差甫菠，而這一性能卻是儀表板挠铲、操控臺(tái)和門板表皮等汽車內(nèi)部應(yīng)用部件的關(guān)鍵性能，也是汽車外部應(yīng)用部件寂诱、全地形車輛(ATVs)的重要性能之一拂苹，而且表面性能提高的聚烯烴能很好地代替金屬和工程塑料，同時(shí)還有利于涂色痰洒，因此積極尋找提高聚烯烴材料耐刮擦性能的解決方案十分重要瓢棒。通過添加涂層、無機(jī)礦物和某些功能助劑可提高聚烯烴的耐刮擦性能丘喻，例如添加耐刮擦劑可制備耐刮擦汽車內(nèi)飾用PP復(fù)合材料脯宿。汽車用改性PP的回收利用塑料作為一種環(huán)保材料，因其可塑性強(qiáng)泉粉、質(zhì)輕连霉、回收再利用率高等特性榴芳，在汽車工業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，無論是內(nèi)飾件跺撼、外飾件還是功能性結(jié)構(gòu)件窟感，都越來越多地用到了塑料。我國汽車保有量達(dá)到1.75億輛歉井，對(duì)應(yīng)用于汽車的塑料的粉碎再回收無疑變得越來越重要柿祈，且汽車塑料的回收將會(huì)形成一個(gè)巨大的市場(chǎng)，是一個(gè)前景廣闊的領(lǐng)域哩至，學(xué)術(shù)界和企業(yè)在這方面都有很多的研究和實(shí)踐躏嚎。

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年來綜合性能優(yōu)異、可回收易降解的聚丙烯發(fā)泡材料已成為泡沫塑料家族中的“新寵”憨募，是聚合物泡沫材料中增長速度快的品種紧索。超臨界二氧化碳(CO2)發(fā)泡聚合物技術(shù)是制備聚丙烯微孔發(fā)泡材料的關(guān)鍵核心技術(shù)，近日華東理工大學(xué)化工學(xué)院趙玲教授團(tuán)隊(duì)在該技術(shù)領(lǐng)域取得了實(shí)質(zhì)性突破菜谣，成功開發(fā)了高性能聚丙烯微孔發(fā)泡材料綠色制備過程的優(yōu)化和強(qiáng)化技術(shù)珠漂。聚合物發(fā)泡有物理發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑兩大類∥膊玻化學(xué)發(fā)泡劑存在化學(xué)殘留媳危、發(fā)泡過程難控制和不易獲得高發(fā)泡倍率等缺點(diǎn);物理發(fā)泡劑中的氟氯烴類則對(duì)臭氧層有破壞作用，已逐漸被禁止和限制使用;而一些新型氟碳?xì)浠衔锏娜蜃兣瘽撃苤等韵鄬?duì)較高冈敛，烷烴類發(fā)泡劑則易燃燒不安全待笑。相比這些傳統(tǒng)的發(fā)泡劑，超臨界CO2發(fā)泡聚合物技術(shù)作為綠色制造技術(shù)抓谴，已被工信部列入我國優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)暮蹂，而且CO2進(jìn)入聚合物后會(huì)引起熔點(diǎn)、表面張力和黏度下降癌压、結(jié)晶行為改變等一系列變化仰泻，可以制備微孔甚至納米泡孔材料。丙烯微孔發(fā)泡丙烯是結(jié)晶聚合物滩届，低溫固態(tài)發(fā)泡受結(jié)晶限制集侯，很難制備高發(fā)泡倍率產(chǎn)品;高溫發(fā)泡聚合物熔體強(qiáng)度不夠無法保持完整泡孔，可操作窗口窄帜消。因棠枉，大規(guī)模制造具有穩(wěn)定均勻泡孔形貌和外形尺寸的高發(fā)泡倍率微孔材料難度大。為了攻克這一難題泡挺，趙玲團(tuán)隊(duì)聯(lián)合無錫會(huì)通辈讶、中石化北化院、浙江新恒泰娄猫、鎮(zhèn)海煉化等單位贱除，在合適物料體系咳促、可控工藝過程和高效工業(yè)裝備等方面開展了超臨界CO2發(fā)泡聚丙烯的優(yōu)化、強(qiáng)化和工程化等系列工作勘伺，形成了“適合超臨界CO2發(fā)泡的聚丙烯專用料”“分步/分段發(fā)泡新工藝”“優(yōu)化構(gòu)建流場(chǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效規(guī)模制備”三大技術(shù)創(chuàng)新。趙玲介紹褂删，在低于流動(dòng)溫度的可變形區(qū)發(fā)泡飞醉，既可突破結(jié)晶的制約，又能保證發(fā)泡材料微孔結(jié)構(gòu)和外形尺寸穩(wěn)定成型屯阀∶辶保基于這一發(fā)泡機(jī)制，他們開發(fā)了兼具較寬發(fā)泡溫度窗口和較強(qiáng)的CO2溶解擴(kuò)散能力的聚丙烯發(fā)泡專用料难衰，以及能改善泡孔結(jié)構(gòu)和表觀形態(tài)的新型功能助劑/添加劑钦无。CO2變壓飽和提高了過程效率和發(fā)泡倍率，氣泡成核和生長的分段實(shí)施減小了高壓設(shè)備體積;同時(shí)釜壓發(fā)泡盖袭、模壓發(fā)泡等高壓設(shè)備和聚合物預(yù)成型體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)失暂，保證了均勻的壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)鳄虱，實(shí)現(xiàn)了低密度聚丙烯微孔發(fā)泡材料的規(guī)模制造和柔性生產(chǎn)弟塞。利用上述創(chuàng)新技術(shù)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)建設(shè)了2套年產(chǎn)3萬立方米模壓發(fā)泡裝置拙已，實(shí)現(xiàn)了低密度聚丙烯微孔厚板的制造;新建了4套决记、優(yōu)化改造了3套年產(chǎn)4萬~6萬立方米的釜壓發(fā)泡裝置，生產(chǎn)效率提高25%倍踪，成品率提高到99%以上系宫，發(fā)泡專用料已在鎮(zhèn)海煉化生產(chǎn)，2016~2018年新增產(chǎn)值3.31億元建车、利稅1.09億元扩借。此外，該團(tuán)隊(duì)已獲得授權(quán)發(fā)明專利8件癞志、實(shí)用新型專利8件;相關(guān)研究成果發(fā)表了46篇SCI/EI收錄論文往枷。趙玲表示，超臨界CO2模壓發(fā)泡技術(shù)通用性強(qiáng)凄杯，除聚丙烯外错洁，還可用于聚氨酯彈性體微孔發(fā)泡材料的生產(chǎn)，多種熱塑性聚合物及其復(fù)合材料的中試已經(jīng)完成戒突。采用該技術(shù)生產(chǎn)的聚丙烯發(fā)泡專用料屯碴，除可應(yīng)用于汽車零部件和內(nèi)飾、緩沖包裝等傳統(tǒng)領(lǐng)域膊存，還可滿足兒童玩具导而、食品忱叭、醫(yī)療、家居用品等領(lǐng)域?qū)G色材料的需求今艺。由于微孔賦予了聚丙烯獨(dú)特的性能韵丑，聚丙烯微孔發(fā)泡材料還可應(yīng)用于更多的新興領(lǐng)域，如新能源汽車動(dòng)力電池墊片虚缎、5G通信微波中繼天線罩撵彻、高檔汽車音響振膜、防彈衣背板等实牡。

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編者按：目前陌僵，塑料部件在國內(nèi)汽車上占重量的10%左右，在國外汽車上達(dá)到了15%至20%创坞。微孔發(fā)泡技術(shù)能使塑料部件的重量降低15%至30%碗短，廣泛應(yīng)用于儀表板、電機(jī)支架题涨、座位板偎谁、空調(diào)風(fēng)罩、門嵌飾板等內(nèi)外飾纲堵。本文作者從專利角度對(duì)微孔發(fā)泡技術(shù)的重點(diǎn)申請(qǐng)人進(jìn)行分析搭盾，以期為行業(yè)企業(yè)提供參考。標(biāo)題：微孔發(fā)泡技術(shù)讓汽車駛向輕量化丙烯微孔發(fā)泡汽車非金屬部件的輕量化領(lǐng)域婉支，微孔發(fā)泡材料是行業(yè)競(jìng)相研究的主要課題之一鸯隅。目前，塑料部件在國內(nèi)汽車上占重量的10%左右向挖，在國外汽車上達(dá)到了15%至20%蝌以。微孔發(fā)泡技術(shù)能使塑料部件的重量降低15%至30%，廣泛應(yīng)用于儀表板何之、電機(jī)支架跟畅、座位板、空調(diào)風(fēng)罩溶推、門嵌飾板等內(nèi)外飾徊件。該技術(shù)在20世紀(jì)80年代初被麻省理工學(xué)院提出，通常指孔徑小于10μm蒜危、泡孔密度大于109個(gè)/cm3的發(fā)泡材料虱痕，這種材料的孔密度非常高且為封閉泡孔，相對(duì)于其他發(fā)泡材料具有更好的剛性辐赞，在汽車零件等工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用部翘。本文中，筆者將從專利角度對(duì)微孔發(fā)泡技術(shù)的重點(diǎn)申請(qǐng)人進(jìn)行分析响委，以期為行業(yè)企業(yè)提供參考新思。外注重工藝技術(shù)保護(hù)筆者通過專利數(shù)據(jù)庫檢索后發(fā)現(xiàn)窖梁，截至目前，全球共有4000多件與微孔發(fā)泡相關(guān)的專利申請(qǐng)夹囚，其中國外有1700余件纵刘，美國、日本荸哟、德國三國的相關(guān)專利申請(qǐng)量居前三位彰导；國內(nèi)相關(guān)專利申請(qǐng)有2400多件，其中企業(yè)占1556件敲茄，其次是科研院所，從申請(qǐng)人分布地區(qū)來看山析，廣東堰燎、江蘇、浙江等地的專利申請(qǐng)量較高笋轨。Trexel公司的MuCell技術(shù)是目前為成熟秆剪、商品化為廣泛的微孔發(fā)泡技術(shù)，該技術(shù)來源于麻省理工學(xué)院在20世紀(jì)80年代提出的發(fā)明專利爵政。Trexel公司在1995年通過專利權(quán)轉(zhuǎn)讓獲得這項(xiàng)技術(shù)的全球開發(fā)和商品化推廣仅讽，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出連續(xù)微孔成型技術(shù)--MuCell。MuCell技術(shù)的核心即采用超臨界流體為發(fā)泡劑钾挟，發(fā)泡劑在聚合物中形成均勻分布的微小氣孔洁灵，通過壓力控制氣泡的生長使樹脂形成泡孔均勻的微孔結(jié)構(gòu)。后來掺出，Trexel公司基于MuCell技術(shù)提交相關(guān)專利申請(qǐng)共有33件徽千，涉及微孔發(fā)泡工藝以及發(fā)泡設(shè)備結(jié)構(gòu)的研發(fā)，旨在提高超臨界流體在聚合物中的溶解性以及控制超臨界流體的流量汤锨。為提高發(fā)泡劑超臨界流體的溶解性双抽，Trexel公司通過加入液壓系統(tǒng)、設(shè)置旋轉(zhuǎn)擠壓系統(tǒng)以及在加熱工作缸內(nèi)安裝旋轉(zhuǎn)的螺旋件等方法改進(jìn)闲礼；在超臨界流體計(jì)量控制上牍汹，Trexel公司給出了在入口閥和出口閥之間設(shè)置儲(chǔ)料缸控制發(fā)泡劑計(jì)量、螺桿上添加超臨界流體的計(jì)量泵等解決手段柬泽∩鞣疲基于MuCell工藝的加工成本可降低10%至20%，減少材料消耗并縮短成型周期锨并，成為汽車輕量化的優(yōu)良解決方案钧嘶。Demag Ergotech公司在微孔發(fā)泡技術(shù)方面也申請(qǐng)了較多專利，其早的相關(guān)專利申請(qǐng)是在1995年琳疏，申請(qǐng)的25件相關(guān)專利均為螺桿等機(jī)械結(jié)構(gòu)的技術(shù)改進(jìn)有决，其專利的商品化產(chǎn)品為Ergocell微孔發(fā)泡技術(shù)闸拿。該技術(shù)的核心是設(shè)置了氣體計(jì)量與混合模塊，使熔體/氣體混合物的均化過程獨(dú)立于塑化過程书幕，獲得的制品具有較低的內(nèi)應(yīng)力新荤，消除了翹曲和縮痕，較適用于汽車內(nèi)飾台汇。阿博格公司是全球領(lǐng)先的注塑機(jī)制造商苛骨，其在2015年公開了Profoam發(fā)泡技術(shù)，該技術(shù)工藝簡(jiǎn)單苟呐，采用液體發(fā)泡劑痒芝，通過密封螺桿加料段來使料斗和塑化裝置之間形成壓力腔，從而使發(fā)泡劑在壓力下引入牵素。該技術(shù)主要適用于纖維增強(qiáng)發(fā)泡材料严衬，制得的發(fā)泡塑件多能減重30%。阿博格公司的專利申請(qǐng)量不多笆呆，主要涉及注塑機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)请琳，其中具有顆粒鎖結(jié)構(gòu)的注塑機(jī)是Profoam發(fā)泡工藝的關(guān)鍵技術(shù)。筆者認(rèn)為赠幕，Trexel俄精、Demag Ergotech等國外企業(yè)掌握了微孔發(fā)泡工藝的核心技術(shù)，國內(nèi)企業(yè)在使用相關(guān)技術(shù)時(shí)必然面臨較高的專利許可費(fèi)用榕堰。國內(nèi)注重原料技術(shù)研發(fā)在國內(nèi)專利申請(qǐng)人中竖慧，南京聚隆科技股份有限公司（下稱聚隆科技）和會(huì)通新材料股份有限公司（下稱會(huì)通新材料）的相關(guān)專利申請(qǐng)量多，這兩個(gè)申請(qǐng)人都是以微孔發(fā)泡材料的原料研發(fā)為主逆屡，涉及的技術(shù)均為通過原料選擇來提高發(fā)泡材料的熔體強(qiáng)度和流動(dòng)性测蘑，以獲得泡孔均勻、外觀優(yōu)良的微孔發(fā)泡產(chǎn)品康二。

江蘇PP物理發(fā)泡定制

與傳統(tǒng)注塑制品相比碳胳，微孔發(fā)泡注塑制品具有質(zhì)量更輕、翹曲和內(nèi)部殘余應(yīng)力更少沫勿、尺寸穩(wěn)定性好挨约、成型周期短等一系列優(yōu)點(diǎn)。目前产雹，欠注發(fā)泡成型是微孔注塑技術(shù)中應(yīng)用為廣泛的工藝之一诫惭，具有操作簡(jiǎn)單、效率高蔓挖、能夠生產(chǎn)復(fù)雜制件夕土，且能耗少，符合節(jié)約材料，降低成本這一發(fā)展理念怨绣，滿足發(fā)泡產(chǎn)品市場(chǎng)化的需求角溃。然而，欠注發(fā)泡成型工藝也存在發(fā)泡制品內(nèi)部泡孔易發(fā)生大量變形篮撑，泡孔尺寸分布不均勻减细，所得制品表面存在大量的氣痕、銀紋等缺陷赢笨，制約了其力學(xué)性能的提高和外觀視覺未蝌，阻礙了欠注發(fā)泡制品的進(jìn)一步應(yīng)用。國家復(fù)合改性聚合物材料工程技術(shù)研究中心的何力團(tuán)隊(duì)采用自主研發(fā)的氣體反壓裝置茧妒，利用化學(xué)欠注發(fā)泡工藝研究氣體反壓（GCP）對(duì)微孔注塑過程中發(fā)泡行為的影響萧吠。研究發(fā)現(xiàn)，采用氣體反壓可以減少發(fā)泡注塑制品的泡孔變形以及不均勻等缺點(diǎn)桐筏，改善了泡孔的形態(tài)纸型。實(shí)驗(yàn)方法聚丙烯微孔發(fā)泡將PP、發(fā)泡劑(AC)九昧、發(fā)泡助劑[Zn(St)2／ZnO]按照98.5∶1∶0.5的比例混合均勻后加入料筒中進(jìn)行塑化。然后打開氣體反壓裝置毕匀，在型腔中分別注入固定的GCP為0铸鹰，0.2，0.4皂岔，0.6蹋笼，0.8 MPa的氣體，隨后按照表1的工藝參數(shù)注射熔融樹脂進(jìn)行發(fā)泡躁垛，冷卻后剖毯，取出PP發(fā)泡樣品。GCP對(duì)充模過程中熔體壓力的影響熔體注射完后教馆，熔體壓力瞬間達(dá)到值逊谋。隨著GCP從0增加至0.8 MPa，熔體內(nèi)部壓力從1.55 MPa增大到2.16 MPa土铺，注射完成后胶滋，隨著氣體的排出，熔體壓力瞬間下降悲敷，隨著冷卻收縮究恤，熔體壓力逐漸趨于0 MPa。由此可知后德，GCP可以明顯地提高熔體充模過程中的熔體壓力部宿，改善欠注發(fā)泡過程中的熔體壓力環(huán)境。 GCP對(duì)泡孔質(zhì)量的影響在沒有施加氣體反壓時(shí)瓢湃，由于熔體流動(dòng)速率遠(yuǎn)大于泡孔的膨脹速率理张，泡孔發(fā)生流動(dòng)剪切變形赫蛇，導(dǎo)致末端位置的泡孔在皮層區(qū)域受到剪切作用時(shí)間和作用力較大，在流動(dòng)方向上出現(xiàn)很大的變形涯穷，泡孔發(fā)生撕裂合并現(xiàn)象棍掐，泡孔形貌極不規(guī)則，而中間區(qū)域的泡孔形態(tài)受到剪切力較小拷况，呈現(xiàn)規(guī)整圓形形態(tài)作煌。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著GCP的增大赚瘦，皮層附近撕裂變形的泡孔區(qū)域變小粟誓，熔體內(nèi)部芯層泡孔從橢圓形向規(guī)整圓形形態(tài)轉(zhuǎn)變，規(guī)則泡孔區(qū)域所占比例增大起意，泡孔之間呈現(xiàn)獨(dú)立分布鹰服。當(dāng)GCP達(dá)到0.8 MPa時(shí)，皮層附近泡孔呈現(xiàn)出相對(duì)較好的圓形形態(tài)揽咕，此時(shí)整體泡孔的變形較小悲酷。這是因?yàn)镚CP可以有效地降低泡孔在充模過程中受到的流動(dòng)剪切作用，GCP值越大亲善，泡孔在遷移過程中受到熔體壓力越大设易，泡孔受到熔體的約束力大，泡孔不易發(fā)生變形蛹头。GCP對(duì)泡孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響GCP對(duì)泡孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響如下圖所示顿肺。可知渣蜗，在常壓下泡孔的非變形層(也就是規(guī)則泡孔區(qū))厚度僅占整個(gè)樣品厚度的10.9%屠尊；隨著GCP的增大，泡孔的非變形層所占比例逐漸升高耕拷，GCP為0.8 MPa時(shí)讼昆，升高至26.7%。而泡孔變形層區(qū)域厚度所占比例隨著GCP的增大而大幅度下降骚烧，從63.7%下降到45.4%控淡，這說明GCP可以減小泡孔變形層，增大規(guī)則泡孔區(qū)域范圍止潘。對(duì)變形層的泡孔變形度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)掺炭，如下圖所示，泡孔的平均長度隨著GCP的增加凭戴，整體呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)涧狮，泡孔的平均寬度隨著GCP的增加而逐漸增大，泡孔的變形度隨GCP的增大而減小，由常壓下0.530的泡孔變形度降低到GCP為0.8 MPa下的0.304泡孔變形度者冤，即GCP可以減小泡孔長度與寬度的差距肤视，使變形區(qū)的泡孔變形程度減小。對(duì)不同GCP下泡孔非變形層的泡孔直徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)涉枫，見圖c邢滑，隨著GCP的增加，當(dāng)GCP為0.2 MPa時(shí)泡孔直徑略有減小愿汰，但隨著GCP的進(jìn)一步增大困后，泡孔直徑從36.09 μm增大到41.93 μm。這是因?yàn)镚CP的增大使得熔體的壓力也隨之增大衬廷，使得泡孔的成核臨界能壘升高摇予，泡孔的成核速率下降，泡孔在充模過程中受到流動(dòng)場(chǎng)的影響減弱吗跋，更多的氣體在卸壓階段促進(jìn)泡孔的生長侧戴，因此熔體壓力越大，泡孔直徑越大跌宛。GCP提高了充模時(shí)的熔體壓力酗宋，有效地降低了泡孔的變形，且隨著GCP的升高疆拘，泡孔直徑增大蜕猫，泡孔密度下降，發(fā)泡材料的質(zhì)量減少整體趨于不變入问。結(jié)論隨著GCP從0增加至0.8 MPa丹锹，熔體內(nèi)部的壓力從1.55 MPa增大到2.16 MPa稀颁，使充模過程中受流動(dòng)影響的泡孔數(shù)減小芬失，減小了泡孔受到的流動(dòng)剪切力。隨著GCP的增大匾灶，泡孔變形層區(qū)域厚度所占比例從63.7%下降到45.4%棱烂，變形層的泡孔的變形度從0.530下降到0.304，泡孔的平均長度增大阶女。GCP的增加有效地改善了泡孔形貌颊糜，減小了泡孔變形層的CP增加了熔體流動(dòng)時(shí)的阻力，提高了注塑充模階段的熔體壓力秃踩，使得臨界成核點(diǎn)后移衬鱼，泡孔的成核長大在充模后進(jìn)行，進(jìn)而改善了制品泡孔的形貌憔杨。