臺州專業(yè)MPP聚丙烯微孔發(fā)泡價格

編者按：目前歉糜，塑料部件在國內(nèi)汽車上占重量的10%左右乘寒，在國外汽車上達到了15%至20%。微孔發(fā)泡技術能使塑料部件的重量降低15%至30%现恼，廣泛應用于儀表板肃续、電機支架、座位板叉袍、空調(diào)風罩始锚、門嵌飾板等內(nèi)外飾。本文作者從專利角度對微孔發(fā)泡技術的重點申請人進行分析喳逛，以期為行業(yè)企業(yè)提供參考瞧捌。標題：微孔發(fā)泡技術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域，微孔發(fā)泡材料是行業(yè)競相研究的主要課題之一润文。目前姐呐，塑料部件在國內(nèi)汽車上占重量的10%左右，在國外汽車上達到了15%至20%典蝌。微孔發(fā)泡技術能使塑料部件的重量降低15%至30%曙砂，廣泛應用于儀表板、電機支架骏掀、座位板鸠澈、空調(diào)風罩、門嵌飾板等內(nèi)外飾截驮。該技術在20世紀80年代初被麻省理工學院提出笑陈，通常指孔徑小于10μm、泡孔密度大于109個/cm3的發(fā)泡材料葵袭，這種材料的孔密度非常高且為封閉泡孔涵妥，相對于其他發(fā)泡材料具有更好的剛性，在汽車零件等工業(yè)領域廣泛應用坡锡。本文中蓬网，筆者將從專利角度對微孔發(fā)泡技術的重點申請人進行分析，以期為行業(yè)企業(yè)提供參考鹉勒。外注重工藝技術保護筆者通過專利數(shù)據(jù)庫檢索后發(fā)現(xiàn)帆锋，截至目前，全球共有4000多件與微孔發(fā)泡相關的專利申請贸弥，其中國外有1700余件，美國海渊、日本绵疲、德國三國的相關專利申請量居前三位哲鸳；國內(nèi)相關專利申請有2400多件，其中企業(yè)占1556件盔憨，其次是科研院所徙菠，從申請人分布地區(qū)來看，廣東郁岩、江蘇婿奔、浙江等地的專利申請量較高。Trexel公司的MuCell技術是目前為成熟问慎、商品化為廣泛的微孔發(fā)泡技術萍摊，該技術來源于麻省理工學院在20世紀80年代提出的發(fā)明專利。Trexel公司在1995年通過專利權(quán)轉(zhuǎn)讓獲得這項技術的全球開發(fā)和商品化推廣如叼，并在此基礎上開發(fā)出連續(xù)微孔成型技術--MuCell冰木。MuCell技術的核心即采用超臨界流體為發(fā)泡劑，發(fā)泡劑在聚合物中形成均勻分布的微小氣孔笼恰，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)踊沸。后來，Trexel公司基于MuCell技術提交相關專利申請共有33件社证，涉及微孔發(fā)泡工藝以及發(fā)泡設備結(jié)構(gòu)的研發(fā)逼龟，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。為提高發(fā)泡劑超臨界流體的溶解性追葡，Trexel公司通過加入液壓系統(tǒng)腺律、設置旋轉(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；在超臨界流體計量控制上辽俗，Trexel公司給出了在入口閥和出口閥之間設置儲料缸控制發(fā)泡劑計量疾渣、螺桿上添加超臨界流體的計量泵等解決手段⊙缕基于MuCell工藝的加工成本可降低10%至20%榴捡，減少材料消耗并縮短成型周期，成為汽車輕量化的優(yōu)良解決方案朱浴。Demag Ergotech公司在微孔發(fā)泡技術方面也申請了較多專利吊圾，其早的相關專利申請是在1995年，申請的25件相關專利均為螺桿等機械結(jié)構(gòu)的技術改進翰蠢，其專利的商品化產(chǎn)品為Ergocell微孔發(fā)泡技術项乒。該技術的核心是設置了氣體計量與混合模塊，使熔體/氣體混合物的均化過程獨立于塑化過程梁沧，獲得的制品具有較低的內(nèi)應力檀何，消除了翹曲和縮痕褒繁，較適用于汽車內(nèi)飾内舟。阿博格公司是全球領先的注塑機制造商，其在2015年公開了Profoam發(fā)泡技術，該技術工藝簡單测暗，采用液體發(fā)泡劑沽瞭，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鹿榜，從而使發(fā)泡劑在壓力下引入命爬。該技術主要適用于纖維增強發(fā)泡材料，制得的發(fā)泡塑件多能減重30%周荐。阿博格公司的專利申請量不多狭莱，主要涉及注塑機結(jié)構(gòu)設計，其中具有顆粒鎖結(jié)構(gòu)的注塑機是Profoam發(fā)泡工藝的關鍵技術概作。筆者認為腋妙，Trexel、Demag Ergotech等國外企業(yè)掌握了微孔發(fā)泡工藝的核心技術仆嗦，國內(nèi)企業(yè)在使用相關技術時必然面臨較高的專利許可費用辉阶。國內(nèi)注重原料技術研發(fā)在國內(nèi)專利申請人中，南京聚隆科技股份有限公司（下稱聚隆科技）和會通新材料股份有限公司（下稱會通新材料）的相關專利申請量多瘩扼，這兩個申請人都是以微孔發(fā)泡材料的原料研發(fā)為主谆甜，涉及的技術均為通過原料選擇來提高發(fā)泡材料的熔體強度和流動性，以獲得泡孔均勻集绰、外觀優(yōu)良的微孔發(fā)泡產(chǎn)品规辱。

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隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，制造汽車的各種原材料也迅速發(fā)展和更新?lián)Q代栽燕，越來越多的汽車零部件開始采用改性塑料替代金屬制件罕袋。塑料在汽車上的應用已有近50年的歷史，目前汽車用改性塑料的使用量已成為衡量汽車設計和制造水平高低的一個重要標志碍岔，塑料飾件的大量應用浴讯，促進了汽車的減重節(jié)能，提高了汽車的美觀舒適度蔼啦。P以密度小榆纽、性價比高、具有優(yōu)異的耐熱性能捏肢、耐化學藥品腐蝕性奈籽、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用鸵赫。近來更是有把汽車內(nèi)飾和外裝材料統(tǒng)一到PP系列材料的趨勢衣屏。由于高性能基礎樹脂的開發(fā)生產(chǎn)周期長、投資巨大辩棒、技術要求高狼忱，且需要高精尖的集成先進綜合技術膨疏，所以對現(xiàn)有PP樹脂需要進行更廣泛、更有效钻弄、更經(jīng)濟成肘、更實用的改性。聚丙烯微孔發(fā)泡微發(fā)泡(Microcellular Foaming)是指以熱塑性材料為基體斧蜕，制品中間層密布尺寸從十到幾十微米的封閉微孔。微發(fā)泡注塑成型技術突破了傳統(tǒng)注塑的諸多局限砚偶，在基本保證制品性能的基礎上批销，可以明顯減輕重量和成型的周期，大大降低機臺的鎖模力染坯，并具有內(nèi)應力和翹曲小均芽、平直度高，沒有縮水单鹿，尺寸穩(wěn)定掀宋，成型視窗大等特點，特別是在生產(chǎn)高精密和材料較貴的制品上與常規(guī)注塑相比較獨具優(yōu)勢仲锄，成為近年來注塑技術發(fā)展的一個重要方向劲妙。聚丙烯微發(fā)泡材料能夠滿足大型微發(fā)泡汽車注塑件。隨著汽車輕量化的發(fā)展儒喊，選用PP發(fā)泡材料已成為汽車減重的重要途徑镣奋，目前其在汽車內(nèi)飾上的應用也越來越多，其中PP發(fā)泡材料在各種汽車上的使用占比為轎車占45%怀愧，卡車侨颈、工程機械車占20% ，客車芯义、商務車占35% 哈垢。汽車用PP發(fā)泡材料主要為化學微發(fā)泡材料。普通微發(fā)泡PP制品的表觀質(zhì)量很不理想扛拨，僅適合于需要表面覆皮的高端車耘分，不僅增加了制造成本，也限制了PP發(fā)泡材料的推廣和應用鬼癣；而化學微孔發(fā)泡是以熱塑性材料為基體陶贼，化學發(fā)泡劑為氣源，通過自鎖工藝使得氣體形成超臨界狀態(tài)待秃，注入模腔后氣體在擴散內(nèi)壓的作用下拜秧，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 <50μm 章郁，但目前國內(nèi)行業(yè)實際生產(chǎn)的微發(fā)泡PP的微泡孔直徑約為80～350μm 枉氮。對于微孔發(fā)泡主要有注塑微發(fā)泡志衍、吹塑微發(fā)泡和擠出微發(fā)泡等，注塑微發(fā)泡適用于各種汽車內(nèi)外飾件聊替，如車身門板楼肪、尾門、風道等惹悄；擠出微發(fā)泡適用于密封條春叫、頂棚等；吹塑微發(fā)泡適用于汽車風管等泣港。利用微發(fā)泡技術可使PP制品的質(zhì)量減少約10%～20% 暂殖，較傳統(tǒng)材料在部件上可實現(xiàn)高50%的減重，注射壓力降低約30%～50% 当纱，鎖模力降低約20% 呛每，循環(huán)周期減少10%～15%，同時還能提高汽車的節(jié)能性坡氯，較傳統(tǒng)材料可實現(xiàn)高30%的節(jié)能晨横，并且能改善制品的翹曲變形性，使產(chǎn)品和模具的設計更靈活箫柳。輻射交聯(lián)PP高發(fā)泡片材具有良好的力學性能手形，作為汽車車頂，可降低汽車的質(zhì)量悯恍，同時其還可用于汽車的內(nèi)飾件叁幢，有利于汽車的輕量化。

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聚丙烯( PP) 珠粒發(fā)泡材料具有優(yōu)異的耐熱坪稽、隔音曼玩、抗沖擊以及耐化學腐蝕等性能，近年來被廣泛應用在包裝窒百、建 筑黍判、汽車等行業(yè)。PP 在其熔點溫度附近的熔體強度會急劇下降篙梢，低熔體強度導致其難以得到好的泡孔結(jié)構(gòu)顷帖，所以 PP 珠 粒發(fā)泡的技術難度大，目前只有少數(shù)國家掌握了 PP 珠粒發(fā)泡的技術渤滞，因此 PP 珠粒發(fā)泡的研究受到了國內(nèi)外的廣泛關 注贬墩。文中從制備工藝、發(fā)泡裝備妄呕、性能改進陶舞、表征方法等方面綜述了近年來國內(nèi)外 PP 珠粒發(fā)泡的研究動態(tài)，并對該領域 今后的研究方向進行了展望绪励。聚丙烯(PP)珠粒發(fā)泡材料具有質(zhì)輕肿孵、抗沖緩震唠粥、 耐腐蝕、隔熱隔音等優(yōu)良的特性停做，與傳統(tǒng)的直接成 型工藝相比晤愧，PP 珠粒發(fā)泡的優(yōu)勢在于它的自由成 型性，發(fā)泡珠粒均勻的尺寸與穩(wěn)定的發(fā)泡倍率使其非 常適合模塑成型蛉腌，可以生產(chǎn)具有復雜幾何結(jié)構(gòu)以及高 維尺寸精度的制品官份。 早實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的珠粒發(fā)泡產(chǎn)品是聚苯乙烯 發(fā)泡珠粒(EPS)，其次是聚乙烯發(fā)泡珠粒(EPE)與聚 丙烯發(fā)泡珠粒(EPP)烙丛。其中贯吓，EPP 的熱穩(wěn)定性要優(yōu) 于 EPE，抗沖擊性能要優(yōu)于 EPS蜀变，此外其耐老化、耐腐 蝕性也非常優(yōu)異介评，是非常環(huán)保的材料库北，因此 EPP 被廣 泛應用于包裝、建筑们陆、汽車等行業(yè)寒瓦，特別是在汽車行業(yè) 的需求增長十分迅速。鑒于世界各國對 EPP 材料研究的重視坪仇，本文從 EPP 的生產(chǎn)工藝杂腰、裝備、性能改進以 及表征手段等方面介紹了近年來 EPP 的研究進展與 動態(tài)椅文。聚丙烯微孔發(fā)泡 聚丙烯發(fā)泡珠粒制備聚丙烯發(fā)泡機理 PP 珠粒發(fā)泡的機理為過飽和氣體法喂很。如 Fig. 1 所示，注入的發(fā)泡劑在高溫或高壓環(huán)境下溶解在聚合 物熔體中形成飽和的均相體系皆刺，然后通過快速卸壓或 者溫度驟升造成熱力學的不穩(wěn)定來形成過飽和體系少辣， 這個階段中 PP 基體與溶解在其中發(fā)泡劑發(fā)生相分 離，氣泡開始成核并大量生長羡蛾，穩(wěn)定后經(jīng)冷卻定型成為 發(fā)泡珠粒漓帅。聚丙烯發(fā)泡珠粒的生產(chǎn)方法 目前工業(yè)化生產(chǎn) EPP 的工藝有 2 種:一種是以日 本的 JSP 株式會社與 Kaneka 公司為代表的反應釜 法，反應釜法也是目前應用廣泛的 EPP 的工業(yè)化生 產(chǎn)工藝;另 一 種 是 以 德 國 Berstorff 公 司 與 BASF 公 司等為代表的擠出法工藝痴怨，相對于工藝成熟的反應 釜法而言忙干，擠出法目前工業(yè)化并不廣泛。反應釜法: 反應釜法是將 PP 顆粒與助劑混合 造粒后放入反應釜中浪藻，升高溫度并通入物理發(fā)泡劑使 釜內(nèi)壓力升高捐迫，在一定的發(fā)泡溫度下保壓一段時間后 打開泄壓閥門快速卸壓即得到發(fā)泡珠粒。根據(jù)反應釜 中分散介質(zhì)的不同爱葵，又可分為無水法與有水法 2 種:前 者的反應釜中不加入液體的分散介質(zhì)弓乙，PP 顆粒會堆積 在一起使發(fā)泡劑難以均勻溶解到每個顆粒中末融，所以為 了使發(fā)泡劑更好地溶解，釜內(nèi)壓力一般需要在 10 MPa 以上;后者是先將 PP 顆粒分散在水中暇韧，發(fā)泡劑能均勻 溶解在 PP 顆粒中勾习，所需壓力約2 ～ 6 MPa。反應釜法 的優(yōu)點是工藝條件容易控制懈玻、發(fā)泡倍率高巧婶、泡孔結(jié)構(gòu) 好、可二次發(fā)泡涂乌，缺點是間歇式生產(chǎn)導致成本較高艺栈。 日本 JSP 公司的專利介紹的生產(chǎn)工藝能夠生產(chǎn) 密度低于 0. 045 g /cm3 、平均泡孔直徑為 200 μm 的 EPP湾盒。這種方法是將尺寸均一的顆粒加入反應釜中湿右， 升溫到稍低于發(fā)泡的溫度，保溫一段時間后再升溫到 發(fā)泡溫度罚勾，繼續(xù)保溫一段時間毅人，打開高壓釜放出分散體 到大氣中，放出物料的同時繼續(xù)通入氮氣使釜中壓力 保持在放出物料前的壓力尖殃。后將得到的發(fā)泡珠粒洗 滌丈莺、離心分離后在空氣中靜置老化，這是目前工業(yè)化 成熟的 EPP 生產(chǎn)工藝送丰。改進生產(chǎn)設備的結(jié)構(gòu)也能在一定程度上改善 EPP 的 性 能缔俄。Hossieny 等 采 用 CO2 為 發(fā) 泡 劑 用 Fig. 2 中的實驗設備制備了 EPP，該設備在反應釜下端加裝了一個排料口模器躏，卸壓時 PP 通過排料口模進入 收集裝置中俐载，實驗研究了發(fā)泡過程中的泡孔形態(tài)與熔 融、結(jié)晶行為以及口模長度對發(fā)泡倍率的影響登失。結(jié)果 表明瞎疼，由于熔融雙峰中的高溫熔融峰區(qū)域焓值的減少， 增加飽和壓力會提高發(fā)泡珠粒的體積膨脹比壁畸，密度降 低;而增加口模的長度則會減小其體積膨脹比贼急，密度增 加。 國內(nèi)武漢德冠新材科技有限公司開發(fā)出了實驗室 用商品化的釜壓發(fā)泡系統(tǒng)捏萍，發(fā)泡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分反應釜 與收集釜太抓，資料顯示能制備出發(fā)泡倍率8 ～ 60倍的發(fā)泡 珠粒。 如何拓寬 PP 的發(fā)泡溫度區(qū)間以及壓縮釜壓發(fā)泡 流程的時間也是研究的重點方向令杈。丁杰等采用 CO2 作發(fā)泡劑走敌，用 Fig． 3 中的無水法發(fā)泡裝置制備了 小泡孔直徑 為 9. 55 μm，泡 孔 密 度 小 于1． 5 × 109 cm － 3 的 EPP逗噩。其工藝改進在于在降溫到發(fā)泡溫度的 過程中保持釜內(nèi)飽和壓力不變掉丽，恒溫一段時間后再放 出珠粒進行冷卻跌榔，其 PP 的發(fā)泡溫度區(qū)間約50 ℃，工藝 流程時間約為 2. 5 h反應釜法重要的工藝在于要使發(fā)泡劑能充分 溶解到 PP 顆粒中捶障，所以其關鍵控制條件有反應釜的 溫度僧须、壓力以及保壓時間等，適當?shù)匮娱L保壓時間與增 大壓力能有效促進發(fā)泡劑的溶解项炼。目前反應釜法的工 藝已經(jīng)比較成熟担平，但其高成本也限制了 EPP 的廣泛應 用，探索新的生產(chǎn)工藝條件和生產(chǎn)裝備來降低其成本 是今后研究所需解決的問題锭部。擠出法: 擠出法生產(chǎn) EPP 是在傳統(tǒng)擠出發(fā)泡 裝置后連接一個水下切粒裝置暂论，如 Fig. 4 ［14］。PP 顆粒 與發(fā)泡劑等助劑經(jīng)過擠出機均勻混合后在口模出口處 由于壓力驟降而發(fā)泡拌禾，發(fā)泡的材料通過水下切粒裝置被切割定型成尺寸均一的發(fā)泡珠粒取胎。擠出法可連續(xù)生 產(chǎn)、效率高湃窍、珠粒尺寸均勻闻蛀，缺點是生產(chǎn)過程中的工藝 參數(shù)難以控制，此外由于 PP 在溫度低于熔點時幾 乎不流動坝咐，而當溫度高于熔點后，熔體強度又急劇下降析恢，所以適宜的發(fā)泡溫度區(qū)間很窄(約為 4 ℃ )墨坚，擠 出法對 PP 的熔體強度要求較高，一般要用改性的熔 體強度較高的 PP映挂，這些缺點限制了擠出法的應用與發(fā) 展泽篮。 德國 Berstorff 公司研發(fā)的 Schaumex ○RBEADS 生 產(chǎn)線是目前比較成熟的擠出法生產(chǎn)發(fā)泡珠粒的工藝。 采用丁烷作發(fā)泡劑柑船，高熔體強度聚丙烯(HMSPP)為原 料帽撑，可以生產(chǎn)發(fā)泡倍率約 60 倍，直徑為3 ～ 5 mm鞍时，密度 為15 ～ 100 kg /m3 的 EPP 亏拉。 在 PP 中加入無機填料能夠增強 PP 的熔體強度， 得到更 好 的 泡 孔 結(jié) 構(gòu)逆巍，從 而 改 進 EPP 的 性 能及塘。Nofar ［18］等采用 5% 的超臨界 CO2 作發(fā)泡劑，用單螺桿擠 出發(fā)泡加入了納米粘土的均聚線性聚丙烯( LPP)锐极，得 到了發(fā)泡倍率為 20 倍笙僚，泡孔密度為108 ～ 109 cm － 3 的發(fā) 泡材料。實驗表明灵再，納米粘土的加入不但能夠顯著改 善 LPP 的熔體強度肋层，降低其擠出發(fā)泡的工藝難度亿笤，還 能夠增加氣泡成核點，誘導發(fā)生異相成核栋猖，從而得到泡 孔密度净薛、體積膨脹比都較大的 EPP。與德國 Berstorff 公司的單階擠出系統(tǒng)相比掂铐，雙階 擠出系統(tǒng)能夠使 PP 與發(fā)泡劑得到更好的塑化與混 合罕拂，此外還能夠更好的控制擠出發(fā)泡過程中各階段的 溫度，缺點是設備成本較高全陨。Lee ［19］等采用 Fig. 6 中的 雙階擠出系統(tǒng)爆班，用不同劑量的超臨界 CO2 (Wt = 1% ， 3% 辱姨，5% )作發(fā)泡劑擠出發(fā)泡非交聯(lián)的 HMSPP柿菩，研究表 明，擠出發(fā)泡的倍率與熔體溫度呈“山”形關系雨涛，此外 終的泡孔密度與發(fā)泡倍率會隨著釋壓速率的增大而 增加枢舶。另外，隨著 CO2 注入量的增加替久，聚丙烯發(fā)泡材 料的體積膨脹比增加凉泄，但泡孔密度則是先增大后減小。擠出法生產(chǎn) EPP 作為連續(xù)蚯根、高效的生產(chǎn)工藝后众，是 今后 EPP 生產(chǎn)的發(fā)展方向。目前需要解決的問題在 與開發(fā)適用于擠出發(fā)泡的低成本高熔體強度的 PP颅拦，此 外新型物理發(fā)泡劑超臨界 CO2 的應用也是今后的發(fā) 展方向蒂誉，超臨界流體發(fā)泡劑的高溶解性可以縮短聚合物/氣體體系的飽和時間，增加成核密度距帅，得到微孔的 發(fā)泡材料右锨。其中超臨界 CO2 的實現(xiàn)條件(t c = 30. 98 ℃ pc = 7. 4 MPa)是接近聚丙烯發(fā)泡條件的超臨界 流體發(fā)泡劑，此外其還具有無毒碌秸、不易燃绍移、化學惰性等 優(yōu)點，近年來受到了廣泛的關注讥电，是替代傳統(tǒng)化 學發(fā)泡劑的選擇登夫。聚丙烯發(fā)泡珠粒改性PP 泡沫材料由于使用場合的不同，對性能的要求 也不同允趟，例如包裝材料需要良好的抗沖緩震性能恼策，建筑 材料則需要良好的隔音、隔熱性能，而汽車部件則需要 更好的剛性等涣楷，通常需要對 EPP 的性能進行改進來適 應不同的需求分唾。改進 EPP 性能的方法有 2 種:一是改進生產(chǎn)工 藝，二是對 PP 原料進行改性狮斗。前者主要是通過改進 生產(chǎn)中的工藝流程绽乔、控制條件或者發(fā)泡裝備等來改進 EPP 的性能，這些手段可以有效地調(diào)節(jié) EPP 的結(jié)構(gòu)與 形態(tài)碳褒，有利于得到泡孔直徑更小折砸、發(fā)泡倍率越大的產(chǎn) 品，但由于對材料本身的改變不大沙峻，所以對 EPP 力學 性能的改善作用有限;而后者則是通過改性 PP 原料 進而改進終的 EPP 產(chǎn)品的性能睦授，PP 的改性方法主要 有化學交聯(lián)、物理共混摔寨、熔融支化等去枷，通過對原料的改 性，不但能夠提高其熔體強度是复、降低其發(fā)泡難度删顶、得到 更好的泡孔結(jié)構(gòu)，同時也能有目的地改進 EPP 的力學 性能淑廊，所以 PP 的改性也是目前研究的熱門方向逗余。為了提高 EPP 的發(fā)泡倍率與彈性、改善其緩沖性 能季惩，日本 Kaneka 公司改進了釜壓生產(chǎn)工藝录粱。首先 在顆粒從反應釜中放出之前提高釜內(nèi)的壓力，其次是 將顆粒從反應釜中放出的同時使其與飽和蒸汽充分接 觸;前者使顆粒的受力增加蜀备，避免了顆粒在管道中粘 結(jié)关摇，此外反應釜內(nèi)蒸汽的閃蒸作用有助于顆粒的進一 步膨脹荒叶，后者會使顆粒的冷卻速率變緩碾阁，顆粒表面與內(nèi) 部充分冷卻凝固，提高珠粒的尺寸穩(wěn)定性些楣。此工藝可 以制備密度為 0． 11 ～ 0． 30g /cm3 脂凶，發(fā)泡倍率為30 ～ 60， 閉孔含量為 90% 愁茁，泡孔尺寸為150 ～ 300 μm 的 EPP蚕钦。將 PP 與無機物或者某些塑料基體共混是常用 的改性方法，丁杰等研究了納米碳酸鈣的加入對 EPP 的影響鹅很，納米碳酸鈣的比表面積大嘶居，在發(fā)泡過程在 能起到異相成核的作用，從而使 EPP 的泡孔密度增 大，泡孔直徑減小;但同時也會使 PP 的發(fā)泡溫度區(qū)間 變窄邮屁。Zhang 等分別用 3 種多官能團單體———己二 醇二丙烯酸酯(HDDA)整袁、三烯丙基異氰脲酸酯(TAIC) 與季戊四醇四甲基丙烯酸酯(PETMA)來改性聚丙烯， 并用偶氮二甲酰胺(AC)作發(fā)泡劑發(fā)泡改性 PP佑吝。實驗 表明三者都能使聚丙烯出現(xiàn)接枝或者交聯(lián)結(jié)構(gòu)從而增 強線性聚丙烯的熔體強度坐昙，對比而言，HDDA 改性的聚 丙烯發(fā)泡效果好芋忿，其泡孔的結(jié)構(gòu)尺寸以及發(fā)泡倍率 都較好炸客。

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據(jù)調(diào)查，汽車整體重量每減少100千克戈钢，百公里油耗可降低0.3-0.6升痹仙。隨著國家第二階段燃油指標5L/100Kg要求,以及電動汽車行程問題的凸顯，汽車材料輕量化已成行業(yè)潮流逆趣。目前蝶溶，在汽車非金屬材料輕量化領域，發(fā)泡材料正在發(fā)揮理想作用宣渗，成為實現(xiàn)汽車輕量化的環(huán)保解決方案抖所。具體到汽車非金屬材料輕量化領域，化學微發(fā)泡技術已成為主機廠及相關零件廠商競相研究的主要課題之一痕囱，諸如通用田轧、寶馬、奔馳等汽車品牌在車門內(nèi)襯板鞍恢、儀表板傻粘、后門內(nèi)襯板、底護板等汽車內(nèi)飾中大范圍地應用化學微發(fā)泡材料帮掉∠蚁ぃ化學微發(fā)泡技術在汽車輕量化、降低成本等方向會越來越重要蟆炊。山東昊智新型材料科技有限公司（以下簡稱昊智新材料）化學發(fā)泡劑正在引領這個方向努力稽莉。聚丙烯微孔發(fā)泡所謂微發(fā)泡材料，指的是以材料為基體涩搓，內(nèi)部含有從幾十微米到幾百微米尺寸泡孔的多孔聚合物材料污秆。微發(fā)泡主要分為超臨界氣體的物理發(fā)泡和發(fā)泡劑的化學發(fā)泡兩種。而就化學微發(fā)泡材料來說昧甘，和普通塑料相比良拼，其既能有效減重，又能減少注塑缺陷充边、提高注塑效率庸推，還具備隔熱、吸音、緩沖性能等特殊性能贬媒。在塑料微孔發(fā)泡和技術領域的多年探索和研究與開發(fā)中刮吧，昊智新材料已在該領域取得了實際應用，專注于高性能環(huán)保型微孔發(fā)泡的化學發(fā)泡劑掖蛤、特殊發(fā)泡樹脂杀捻、技術和工藝解決方案。自主開發(fā)蚓庭，生產(chǎn)和銷售的精細化學發(fā)泡劑用于合成樹脂和橡膠：例如PP致讥，PE，PS器赞，ABS垢袱，PA，PVC港柜，EVA请契，TPU，TPE夏醉，TPR爽锥，PPO等材料的擠出，注塑和吹塑畔柔、模壓成型工藝氯夷。實現(xiàn)成型產(chǎn)品的輕量化、節(jié)省成本靶擦、減少能耗和噪音腮考、減少浪費、提高產(chǎn)品尺寸精度并縮短成型周期玄捕。注塑化學發(fā)泡劑踩蔚，其應用于塑料內(nèi)飾件生產(chǎn)時，可使汽車內(nèi)飾件具有高度一致的泡孔結(jié)構(gòu)枚粘，直徑縮小至60微米馅闽，并使材料減重7%，同時還具有節(jié)省原材料赌结、提升隔熱和隔音性能捞蛋、增加側(cè)壁硬度孝冒、增強表面紋理等功能柬姚。化學發(fā)泡劑應用了專有的清除技術庄涡，可降低水量承、CO2和酸的影響，減小其對注塑模具的腐蝕，并大限度地減少翹曲和縮痕撕捍。此外拿穴，其對產(chǎn)品外觀和性能均無不利影響，而早期的化學發(fā)泡劑產(chǎn)品會影響汽車塑料件的表面光潔度忧风，而使其應用受限默色。同時，使用化學發(fā)泡母粒時狮腿，設備基本上不用改動就可以輕松實現(xiàn)發(fā)泡腿宰，避免了物理發(fā)泡帶來的巨額投資。昊智新材料在提升汽車輕量化上的應用產(chǎn)品涉及發(fā)泡劑聚丙烯缘厢、聚丙烯發(fā)泡劑吃度、熱塑性彈性體發(fā)泡母粒。熱塑性彈性體發(fā)泡母粒 圖源：山東昊智新材料成型發(fā)泡產(chǎn)品可用于實現(xiàn)汽車輕量化的部件有：頭枕贴硫、儀表板椿每、門襯、方向盤英遭、輪胎罩间护、行李倉內(nèi)襯、座位靠背裝飾挖诸、遮陽板兑牡、保險杠芯材、空調(diào)阻隔板税灌、地毯支撐材料均函、頂板、側(cè)護板菱涤、門內(nèi)板吸能保護墊苞也、緩沖墊、消音內(nèi)插件粘秆、后置發(fā)動機分隔間如迟、發(fā)動機護罩。除了應用于汽車輕量化攻走，化學微發(fā)泡技術還可以用于PE樹脂微孔發(fā)泡的典型應用殷勘。用于吹塑PE溫室薄膜，加入發(fā)泡母料的1.5％昔搂，吹塑發(fā)泡后產(chǎn)品密度為0.624g / cm3玲销。

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近年來綜合性能優(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”摘符，是聚合物泡沫材料中增長速度快的品種贤斜。超臨界二氧化碳(CO2)發(fā)泡聚合物技術是制備聚丙烯微孔發(fā)泡材料的關鍵核心技術策吠，近日華東理工大學化工學院趙玲教授團隊在該技術領域取得了實質(zhì)性突破，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)化和強化技術瘩绒。合物發(fā)泡有物理發(fā)泡劑和化學發(fā)泡劑兩大類猴抹。化學發(fā)泡劑存在化學殘留锁荔、發(fā)泡過程難控制和不易獲得高發(fā)泡倍率等缺點;物理發(fā)泡劑中的氟氯烴類則對臭氧層有破壞作用蟀给，已逐漸被禁止和限制使用;而一些新型氟碳氫化合物的全球變暖潛能值仍相對較高，烷烴類發(fā)泡劑則易燃燒不安全阳堕。相比這些傳統(tǒng)的發(fā)泡劑坤溃，超臨界CO2發(fā)泡聚合物技術作為綠色制造技術，已被工信部列入我國優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)關鍵共性技術嘱丢，而且CO2進入聚合物后會引起熔點薪介、表面張力和黏度下降、結(jié)晶行為改變等一系列變化越驻，可以制備微孔甚至納米泡孔材料汁政。聚丙烯微孔發(fā)泡丙烯是結(jié)晶聚合物，低溫固態(tài)發(fā)泡受結(jié)晶限制缀旁，很難制備高發(fā)泡倍率產(chǎn)品;高溫發(fā)泡聚合物熔體強度不夠無法保持完整泡孔记劈，可操作窗口窄。因此并巍，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目木。為了攻克這一難題，趙玲團隊聯(lián)合無錫會通懊渡、中石化北化院刽射、浙江新恒泰、鎮(zhèn)海煉化等單位剃执，在合適物料體系誓禁、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、強化和工程化等系列工作肾档，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)建流場結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高效規(guī)模制備”三大技術創(chuàng)新摹恰。趙玲介紹，在低于流動溫度的可變形區(qū)發(fā)泡怒见，既可突破結(jié)晶的制約俗慈，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∏菜＃基于這一發(fā)泡機制闺阱，他們開發(fā)了兼具較寬發(fā)泡溫度窗口和較強的CO2溶解擴散能力的聚丙烯發(fā)泡專用料，以及能改善泡孔結(jié)構(gòu)和表觀形態(tài)的新型功能助劑/添加劑配阵。CO2變壓飽和提高了過程效率和發(fā)泡倍率馏颂，氣泡成核和生長的分段實施減小了高壓設備體積;同時釜壓發(fā)泡、模壓發(fā)泡等高壓設備和聚合物預成型體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計棋傍，保證了均勻的壓力場救拉、溫度場和速度場，實現(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)瘫拣。利用上述創(chuàng)新技術亿絮，項目團隊建設了2套年產(chǎn)3萬立方米模壓發(fā)泡裝置，實現(xiàn)了低密度聚丙烯微孔厚板的領先制造;新建了4套麸拄、優(yōu)化改造了3套年產(chǎn)4萬~6萬立方米的釜壓發(fā)泡裝置派昧，生產(chǎn)效率提高25%，成品率提高到99%以上拢切，發(fā)泡專用料已在鎮(zhèn)海煉化生產(chǎn)蒂萎，2016~2018年新增產(chǎn)值3.31億元、利稅1.09億元淮椰。此外五慈，該團隊已獲得授權(quán)發(fā)明專利8件、實用新型專利8件;相關研究成果發(fā)表了46篇SCI/EI收錄論主穗。趙玲表示泻拦，超臨界CO2模壓發(fā)泡技術通用性強，除聚丙烯外忽媒，還可用于聚氨酯彈性體微孔發(fā)泡材料的生產(chǎn)争拐，多種熱塑性聚合物及其復合材料的中試已經(jīng)完成。采用該技術生產(chǎn)的聚丙烯發(fā)泡專用料晦雨，除可應用于汽車零部件和內(nèi)飾架曹、緩沖包裝等傳統(tǒng)領域，還可滿足兒童玩具闹瞧、食品音瓷、醫(yī)療、家居用品等領域?qū)G色材料的需求夹抗。由于微孔賦予了聚丙烯獨特的性能绳慎，聚丙烯微孔發(fā)泡材料還可應用于更多的新興領域，如新能源汽車動力電池墊片漠烧、5G通信微波中繼天線罩杏愤、高檔汽車音響振膜、防彈衣背板等已脓。

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摘要:長玻纖增強聚丙烯材料（PP-LGF）作為一種輕質(zhì)高強的復合材料珊楼，在滿足汽車零部件性能的同時，對零部件減重具有明顯貢獻度液，目前在汽車零部件應用上備受青睞厕宗。文章主要介紹了PP-LGF在汽車儀表板輕量化方面的應用和發(fā)展現(xiàn)狀画舌，詳細介紹了薄壁注塑、物理發(fā)泡已慢、化學發(fā)泡三種成型工藝實現(xiàn)儀表板輕量化的技術概況曲聂，并展望了PP-LGF在儀表板上的應用前景。聚丙烯微孔發(fā)泡近年來佑惠，隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展朋腋，汽車工業(yè)也得到了快速發(fā)展。然而膜楷，由此引發(fā)的環(huán)境問題也日益嚴重旭咽，通過汽車輕量化來降低油耗從而降低環(huán)境污染，已經(jīng)成為汽車行業(yè)的研究熱點赌厅，其中穷绵，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展[1]。運用復合材料來部分取代車身結(jié)構(gòu)件及內(nèi)特愿、外飾裝飾件是汽車輕量化的一種行之有效的方法请垛。在眾多的復合材料中，長玻纖增強聚丙烯材料（PP-LGF）以其低廉的價格洽议、優(yōu)良的力學性能和環(huán)境友好性而獲得更多的青睞宗收。與短玻纖增強聚丙烯材料（PP-SGF）相比，PPLGF在強度亚兄、剛度混稽、翹曲度、耐疲勞审胚、缺口沖擊強度和尺寸穩(wěn)定性等方面更具優(yōu)勢匈勋，因此，使用PP-LGF生產(chǎn)的汽車零部件可進一步實現(xiàn)重量及成本的降低膳叨。1 長玻纖增強聚丙烯材料性能特點長玻纖增強聚丙烯材料的制備工藝主要分為5種洽洁，即熔融浸漬、溶液浸漬菲嘴、粉末浸漬饿自、纖維混編工藝以及薄膜疊層工藝[2]，而在汽車零部件領域主要應用的為熔融浸漬法龄坪。熔融浸漬法生產(chǎn)的PP-LGF粒子的長度一般為8mm～15mm昭雌，其中玻纖的含量可達20%～60%，粒子中玻纖的保留長度可達1mm～3mm,如圖1所示健田，相較于玻纖保留長度僅為0.2mm～0.4mm的PP-SGF材料烛卧，PPLGF因其內(nèi)部纖維構(gòu)成的三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，可保證產(chǎn)品具有更優(yōu)的力學性能妓局、抗沖擊性能总放、耐蠕變性能等特點呈宇，更加適合應用于汽車領域?qū)Y(jié)構(gòu)性能要求較高的零部件。此外局雄，如表1所示甥啄，隨著纖維含量的增加，PP-LGF的性能也隨之提高哎榴。圖1 PP-LGF（左）和PP-SGF（右）中玻纖分布情況Fig. 1 Distribution of glass fiber in PP-LGF (left)and PP-LGF (right)表1 不同玻纖含量PP-LGF材料和PP-SGF材料性能對比Table 1 Comparison of properties of PP-LGF and PP-SGF with different glass fiber content2 長玻纖增強聚丙烯材料在儀表板上的應用儀表板是汽車內(nèi)飾中的重要部件型豁，為提升汽車內(nèi)飾的感知質(zhì)量僵蛛，中尚蝌、高檔車型普遍會采用軟質(zhì)儀表板，即在儀表板骨架表面增加軟質(zhì)表皮層充尉。儀表板骨架作為儀表板系統(tǒng)的主體部件飘言，同時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度及高剛性驼侠，目前在儀表板骨架上使用為廣泛的為PP材料姿鸿，采用相同密度的PP-LGF材料替代傳統(tǒng)PP材料，在滿足相關性能的同時倒源，可提升儀表板吸能性能苛预，同時可將現(xiàn)有儀表板骨架的設計厚度由3mm～3.5mm降低到1.8mm～2.5mm，從而降低儀表板骨架重量笋熬，推動汽車內(nèi)飾輕量化热某。以下將從PP-LGF應用于儀表板上的薄壁注塑、物理發(fā)泡胳螟、化學發(fā)泡三種成型工藝方面昔馋，介紹PP-LGF在儀表板輕量化方面的應用。 2.1 薄壁注塑薄壁注塑工藝是直接將產(chǎn)品壁厚減薄糖耸，在模具中進行加工的一種成型方法秘遏，與傳統(tǒng)PP材料注塑的3mm～3.5mm壁厚的儀表板骨架相比，PP-LGF材料運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左右嘉竟，整體減重可達約25%邦危。該工藝的投入成本較低，重量優(yōu)勢明顯舍扰。目前铡俐，該工藝在國內(nèi)和國外合資品牌中，如吉利妥粟、大眾审丘、上汽、福特等均有應用勾给，一般選擇PPLGF20材料滩报，設計的產(chǎn)品壁厚一般為2.2mm～2.5mm锅知。然而，薄壁注塑工藝也存在兩點問題脓钾，首先是該工藝的模具成本較高售睹，使用薄壁注塑，成型模具需要采用熱流道設計可训，熱流道模具的成本要比普通注塑工藝的模具成本高昌妹。其次，注塑工藝管控和注塑精度要求高握截，因為PP-LGF中長玻纖分布的各向異性[3]飞崖，采用PP-LGF材料的薄壁注塑產(chǎn)品翹曲變形較為嚴重，尺寸穩(wěn)定性較差谨胞。2.2 物理發(fā)泡物理發(fā)泡工藝又稱為MuCell 工藝固歪，它是以熱塑性材料為基體，通過將超臨界流體（二氧化碳或氮氣） 溶解到熱熔膠中形成單相溶體胯努，并保持在高壓力下牢裳，然后，通過開關式射嘴射進溫度和壓力較低的模具型腔叶沛，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]蒲讯，該項技術早期由麻省理工學院發(fā)明，1995年由美國Trexel公司將技術實現(xiàn)全球商品化灰署。MuCell 工藝優(yōu)勢為成型周期短判帮、產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性好、翹曲低氓侧、產(chǎn)品輕量化和工藝適用性廣脊另。MuCell工藝使用超臨界流體，可有效降低PP-LGF材料黏度, 提高熔體流動性约巷。泡孔成長壓力代替?zhèn)鹘y(tǒng)注塑中的保壓階段偎痛，縮短成型周期，同時独郎，可使壓力分布均勻踩麦，有效降低PPLGF產(chǎn)品內(nèi)應力，降低因長玻纖各項異性導致的產(chǎn)品翹曲氓癌，增加產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性谓谦。另外，泡孔填充可有效避免產(chǎn)品表面縮痕贪婉，微孔結(jié)構(gòu)擴充反粥，降低材料密度，產(chǎn)品重量減輕，較同材質(zhì)實體才顿，重量可降低5%～10%莫湘。目前，福特新蒙迪歐在儀表板骨架上應用了該工藝郑气，骨架產(chǎn)品設計壁厚2.4mm幅垮，相較于實心材料重量降低了10%，此外尾组，長城和大眾也有應用于此項技術忙芒。MuCell 工藝的缺點是一次性投入高，工藝難度大讳侨，同時相關研究表明呵萨，使用該工藝對儀表板減重比控制在3%～8%時，產(chǎn)品性能會下降10%左右爷耀，基本滿足性能要求甘桑，減重超過8%拍皮，機械性能和耐熱老化性能急劇下降歹叮，不能滿足要求。若使用MuCell 工藝推薦減重比為3%～5%铆帽。2.3 化學發(fā)泡化學發(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）（如圖2所示）咆耿，二者均是在注塑過程中，利用塑料粒子中加入的碳酸氫鈉和碳酸銨類的無機發(fā)泡劑爹橱，受熱分解產(chǎn)生的二氧化碳等氣體萨螺，使產(chǎn)品形成微孔發(fā)泡結(jié)構(gòu)，以降低材料密度愧驱，減輕產(chǎn)品重量[6]慰技。其中，core-back工藝因使用了二次開模组砚，相較于模內(nèi)化學發(fā)泡吻商，發(fā)泡的倍率更高，產(chǎn)品中形成的泡孔數(shù)量更多糟红，產(chǎn)品的減重比更大艾帐。一般來說，模內(nèi)化學發(fā)泡的減重比相比于實心材料在5%～8%左右盆偿，而core-back工藝可高達30%～50%柒爸，具體根據(jù)退模行程決定。同物理發(fā)泡工藝一樣事扭，化學發(fā)泡工藝可在PP-LGF材料應用減重的同時捎稚，減少產(chǎn)品翹曲變形，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今野。目前晰奖，寶馬5系已在儀表板骨架上應用了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腥泥，重量降低了約40%匾南，此外大眾的部分車型也已使用模內(nèi)化學發(fā)泡工藝。core-back工藝的缺點是發(fā)泡劑較貴蛔外，開模的周期較長蛆楞，模具成本也比模內(nèi)發(fā)泡模具高，而且該工藝的技術難度較高夹厌，后期調(diào)試周期較長豹爹，產(chǎn)品的綜合成本較高。模內(nèi)發(fā)泡工藝的缺點是發(fā)泡劑較貴矛纹，產(chǎn)品的減重效果不是特別明顯臂聋，減重效果低于薄壁注塑工藝，物理發(fā)泡工藝和core-back工藝或南。圖2 二次開模發(fā)泡示意