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近年來綜合性能優(yōu)異驾孔、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”芍秆，是聚合物泡沫材料中增長速度快的品種。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)翠勉，近日華東理工大學(xué)化工學(xué)院趙玲教授團隊在該技術(shù)領(lǐng)域取得了實質(zhì)性突破妖啥，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(shù)。聚合物發(fā)泡有物理發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑兩大類对碌【Ｊ化學(xué)發(fā)泡劑存在化學(xué)殘留、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朽们，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怀读，烷烴類發(fā)泡劑則易燃燒不安全。相比這些傳統(tǒng)的發(fā)泡劑华坦，超臨界CO2發(fā)泡聚合物技術(shù)作為綠色制造技術(shù)愿吹，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)，而且CO2進入聚合物后會引起熔點惜姐、表面張力和黏度下降犁跪、結(jié)晶行為改變等一系列變化，可以制備微孔甚至納米泡孔材料歹袁。聚丙烯微孔發(fā)泡聚丙烯是結(jié)晶聚合物坷衍，低溫固態(tài)發(fā)泡受結(jié)晶限制，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条舔，可操作窗口窄枫耳。因此，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孟抗。為了攻克這一難題迁杨，趙玲團隊聯(lián)合無錫會通、中石化北化院凄硼、浙江新恒泰铅协、鎮(zhèn)海煉化等單位，在合適物料體系摊沉、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)化狐史、強化和工程化等系列工作，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(shù)創(chuàng)新说墨。趙玲介紹骏全，在低于流動溫度的可變形區(qū)發(fā)泡，既可突破結(jié)晶的制約尼斧，又能保證發(fā)泡材料微孔結(jié)構(gòu)和外形尺寸穩(wěn)定成型姜贡。基于這一發(fā)泡機制棺棵，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)泡專用料鲁豪，以及能改善泡孔結(jié)構(gòu)和表觀形態(tài)的新型功能助劑/添加劑潘悼。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施減小了高壓設(shè)備體積;同時釜壓發(fā)泡爬橡、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)計治唤，保證了均勻的壓力場、溫度場和速度場糙申，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)宾添。利用上述創(chuàng)新技術(shù)，項目團隊建設(shè)了2套年產(chǎn)3萬立方米模壓發(fā)泡裝置柜裸，實現(xiàn)了低密度聚丙烯微孔厚板的制造;新建了4套缕陕、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%疙挺，成品率提高到99%以上扛邑，發(fā)泡專用料已在鎮(zhèn)海煉化生產(chǎn)，2016~2018年新增產(chǎn)值3.31億元铐然、利稅1.09億元蔬崩。此外，該團隊已獲得授權(quán)發(fā)明專利8件搀暑、實用新型專利8件;相關(guān)研究成果發(fā)表了46篇SCI/EI收錄論文

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塑料部件在國內(nèi)汽車上占重量的10%左右沥阳，在國外汽車上達到了15%至20%。微孔發(fā)泡技術(shù)能使塑料部件的重量降低15%至30%自点，廣泛應(yīng)用于儀表板桐罕、電機支架、座位板桂敛、空調(diào)風(fēng)罩功炮、門嵌飾板等內(nèi)外飾。聚丙烯使用量占比塑料部件50%以上术唬。讓汽車用上更多的塑料部件薪伏，還有很多功課可以開展。全球微孔發(fā)泡相關(guān)的專利申請碴开，前三位為：美國毅该、日本博秫、德國潦牛。Trexel公司的MuCell技術(shù)是目前為成熟、商品化為廣泛的微孔發(fā)泡技術(shù)挡育，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)明專利巴碗。Trexel公司在1995年通過專利權(quán)轉(zhuǎn)讓獲得這項技術(shù)的全球開發(fā)和商品化推廣，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出連續(xù)微孔成型技術(shù)--MuCell即寒。MuCell技術(shù)的核心即采用超臨界流體為發(fā)泡劑橡淆，發(fā)泡劑在聚合物中形成均勻分布的微小氣孔召噩，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)。聚丙烯微孔發(fā)泡微孔發(fā)泡技術(shù)讓汽車駛向輕量化——在汽車非金屬部件的輕量化領(lǐng)域逸爵，微孔發(fā)泡材料是行業(yè)競相研究的主要課題之一具滴。2018年，中石化就將聚丙烯微孔發(fā)泡材料應(yīng)用技術(shù)開發(fā)列為重點課題师倔。國內(nèi)微孔發(fā)泡材料注重原料技術(shù)研發(fā)构韵。在高校方面，北京化工大學(xué)在微孔發(fā)泡工藝的專利申請量上占有主要地位趋艘，主要發(fā)明人為楊衛(wèi)民課題組和何亞東課題組疲恢。楊衛(wèi)民課題組的研究方向主要是微孔發(fā)泡專用注射機的結(jié)構(gòu)改進，在專利申請方向上側(cè)重于改進螺桿結(jié)構(gòu)和設(shè)置滲透釜來獲得聚合物熔體/超臨界氣體均相體系瓷胧。近期显拳，華東理工大學(xué)化工學(xué)院趙玲教授領(lǐng)銜的“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”項目斬獲上海市科技進步獎一等獎。北京化工大學(xué)教授搓萧、教育部“長江學(xué)者獎勵計劃”特聘教授楊衛(wèi)民杂数，華東理工大學(xué)化工學(xué)院院長、聯(lián)合化學(xué)反應(yīng)工程研究所所長矛绘、教育部“長江學(xué)者獎勵計劃”特聘教授趙玲耍休，兩位教授將出席“2020中國聚烯烴大會”，并介紹聚烯烴發(fā)泡技術(shù)與材料開發(fā)货矮。國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排發(fā)展趨勢愈加顯著羊精，對汽車輕量化提出了更高要求。特別是在車市持續(xù)萎靡囚玫、新能源汽車競爭愈發(fā)激烈的情況下喧锦，輕量化成為汽車產(chǎn)業(yè)從困境中突圍的重要方向。整車廠抓督、改性塑料企業(yè)都在加大輕量化材料領(lǐng)域的布局燃少。汽車輕量化要求更高，對聚丙烯微孔發(fā)泡材料的需求正在進一步放大铃在！在這個領(lǐng)域有哪些新的進展和要求阵具？有哪些新的技術(shù)研發(fā)？趙玲教授將在“2020中國聚烯烴大會”開講定铜。

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編者按：目前阳液，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%揣炕。微孔發(fā)泡技術(shù)能使塑料部件的重量降低15%至30%帘皿，廣泛應(yīng)用于儀表板、電機支架畸陡、座位板鹰溜、空調(diào)風(fēng)罩虽填、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(shù)的重點申請人進行分析曹动，以期為行業(yè)企業(yè)提供參考斋日。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，微孔發(fā)泡材料是行業(yè)競相研究的主要課題之一墓陈。目前桑驱，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%跛蛋。微孔發(fā)泡技術(shù)能使塑料部件的重量降低15%至30%熬的，廣泛應(yīng)用于儀表板、電機支架赊级、座位板押框、空調(diào)風(fēng)罩、門嵌飾板等內(nèi)外飾理逊。該技術(shù)在20世紀(jì)80年代初被麻省理工學(xué)院提出橡伞，通常指孔徑小于10μm、泡孔密度大于109個/cm3的發(fā)泡材料晋被，這種材料的孔密度非常高且為封閉泡孔兑徘，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(lǐng)域廣泛應(yīng)用羡洛。本文中挂脑，筆者將從專利角度對微孔發(fā)泡技術(shù)的重點申請人進行分析，以期為行業(yè)企業(yè)提供參考欲侮。外注重工藝技術(shù)保護筆者通過專利數(shù)據(jù)庫檢索后發(fā)現(xiàn)崭闲，截至目前，全球共有4000多件與微孔發(fā)泡相關(guān)的專利申請威蕉，其中國外有1700余件刁俭，美國、日本韧涨、德國三國的相關(guān)專利申請量居前三位牍戚；國內(nèi)相關(guān)專利申請有2400多件，其中企業(yè)占1556件虑粥，其次是科研院所如孝，從申請人分布地區(qū)來看，廣東舀奶、江蘇暑竟、浙江等地的專利申請量較高斋射。Trexel公司的MuCell技術(shù)是目前為成熟育勺、商品化為廣泛的微孔發(fā)泡技術(shù)但荤，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。Trexel公司在1995年通過專利權(quán)轉(zhuǎn)讓獲得這項技術(shù)的全球開發(fā)和商品化推廣涧至，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出連續(xù)微孔成型技術(shù)--MuCell腹躁。MuCell技術(shù)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南蓬，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)纺非。后來，Trexel公司基于MuCell技術(shù)提交相關(guān)專利申請共有33件赘方，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)烧颖，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窄陡，Trexel公司通過加入液壓系統(tǒng)炕淮、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；在超臨界流體計量控制上跳夭，Trexel公司給出了在入口閥和出口閥之間設(shè)置儲料缸控制發(fā)泡劑計量涂圆、螺桿上添加超臨界流體的計量泵等解決手段”姨荆基于MuCell工藝的加工成本可降低10%至20%润歉，減少材料消耗并縮短成型周期，成為汽車輕量化的優(yōu)良解決方案颈抚。Demag Ergotech公司在微孔發(fā)泡技術(shù)方面也申請了較多專利踩衩，其早的相關(guān)專利申請是在1995年，申請的25件相關(guān)專利均為螺桿等機械結(jié)構(gòu)的技術(shù)改進贩汉，其專利的商品化產(chǎn)品為Ergocell微孔發(fā)泡技術(shù)九妈。該技術(shù)的核心是設(shè)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雾鬼，獲得的制品具有較低的內(nèi)應(yīng)力萌朱，消除了翹曲和縮痕，較適用于汽車內(nèi)飾策菜。阿博格公司是全球領(lǐng)先的注塑機制造商晶疼，其在2015年公開了Profoam發(fā)泡技術(shù)，該技術(shù)工藝簡單又憨，采用液體發(fā)泡劑翠霍，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)泡劑在壓力下引入蠢莺。該技術(shù)主要適用于纖維增強發(fā)泡材料寒匙，制得的發(fā)泡塑件多能減重30%。阿博格公司的專利申請量不多，主要涉及注塑機結(jié)構(gòu)設(shè)計锄弱，其中具有顆粒鎖結(jié)構(gòu)的注塑機是Profoam發(fā)泡工藝的關(guān)鍵技術(shù)考蕾。筆者認為，Trexel会宪、Demag Ergotech等國外企業(yè)掌握了微孔發(fā)泡工藝的核心技術(shù)肖卧，國內(nèi)企業(yè)在使用相關(guān)技術(shù)時必然面臨較高的專利許可費用。國內(nèi)注重原料技術(shù)研發(fā)在國內(nèi)專利申請人中掸鹅，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(guān)專利申請量多塞帐，這兩個申請人都是以微孔發(fā)泡材料的原料研發(fā)為主，涉及的技術(shù)均為通過原料選擇來提高發(fā)泡材料的熔體強度和流動性巍沙，以獲得泡孔均勻葵姥、外觀優(yōu)良的微孔發(fā)泡產(chǎn)品。

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隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展句携，制造汽車的各種原材料也迅速發(fā)展和更新?lián)Q代牌里，越來越多的汽車零部件開始采用改性塑料替代金屬制件。塑料在汽車上的應(yīng)用已有近50年的歷史务甥，目前汽車用改性塑料的使用量已成為衡量汽車設(shè)計和制造水平高低的一個重要標(biāo)志牡辽，塑料飾件的大量應(yīng)用，促進了汽車的減重節(jié)能敞临，提高了汽車的美觀舒適度态辛。PP以密度小、性價比高挺尿、具有優(yōu)異的耐熱性能奏黑、耐化學(xué)藥品腐蝕性、剛性编矾、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)用熟史。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。由于高性能基礎(chǔ)樹脂的開發(fā)生產(chǎn)周期長窄俏、投資巨大蹂匹、技術(shù)要求高，且需要高精尖的集成先進綜合技術(shù)凹蜈，所以對現(xiàn)有PP樹脂需要進行更廣泛限寞、更有效、更經(jīng)濟仰坦、更實用的改性履植。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，制品中間層密布尺寸從十到幾十微米的封閉微孔悄晃。微發(fā)泡注塑成型技術(shù)突破了傳統(tǒng)注塑的諸多局限玫霎，在基本保證制品性能的基礎(chǔ)上，可以明顯減輕重量和成型的周期，大大降低機臺的鎖模力庶近，并具有內(nèi)應(yīng)力和翹曲小翁脆、平直度高，沒有縮水拦盹，尺寸穩(wěn)定，成型視窗大等特點溪椎，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)勢普舆，成為近年來注塑技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。聚丙烯微發(fā)泡材料能夠滿足大型微發(fā)泡汽車注塑件校读。隨著汽車輕量化的發(fā)展沼侣，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)用也越來越多歉秫，其中PP發(fā)泡材料在各種汽車上的使用占比為轎車占45%蛾洛，卡車、工程機械車占20% 雁芙，客車轧膘、商務(wù)車占35% 。汽車用PP發(fā)泡材料主要為化學(xué)微發(fā)泡材料兔甘。普通微發(fā)泡PP制品的表觀質(zhì)量很不理想谎碍，僅適合于需要表面覆皮的高端車，不僅增加了制造成本洞焙，也限制了PP發(fā)泡材料的推廣和應(yīng)用蟆淀；而化學(xué)微孔發(fā)泡是以熱塑性材料為基體，化學(xué)發(fā)泡劑為氣源澡匪，通過自鎖工藝使得氣體形成超臨界狀態(tài)熔任，注入模腔后氣體在擴散內(nèi)壓的作用下，使制品中間分布著直徑從十幾到幾十微米的封閉微孔泡唁情，且其理想的泡孔直徑應(yīng)<50μm 疑苔，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。對于微孔發(fā)泡主要有注塑微發(fā)泡甸鸟、吹塑微發(fā)泡和擠出微發(fā)泡等夯巷，注塑微發(fā)泡適用于各種汽車內(nèi)外飾件，如車身門板哀墓、尾門趁餐、風(fēng)道等；擠出微發(fā)泡適用于密封條篮绰、頂棚等后雷；吹塑微發(fā)泡適用于汽車風(fēng)管等。利用微發(fā)泡技術(shù)可使PP制品的質(zhì)量減少約10%～20% ，較傳統(tǒng)材料在部件上可實現(xiàn)高50%的減重臀突，注射壓力降低約30%～50% 勉抓，鎖模力降低約20% ，循環(huán)周期減少10%～15%候学，同時還能提高汽車的節(jié)能性藕筋，較傳統(tǒng)材料可實現(xiàn)高30%的節(jié)能，并且能改善制品的翹曲變形性梳码，使產(chǎn)品和模具的設(shè)計更靈活隐圾。輻射交聯(lián)PP高發(fā)泡片材具有良好的力學(xué)性能，作為汽車車頂掰茶，可降低汽車的質(zhì)量暇藏，同時其還可用于汽車的內(nèi)飾件，有利于汽車的輕量化濒蒋。綜上所述盐碱，聚丙烯微發(fā)泡材料在汽車領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但需要注意：1. 微發(fā)泡是經(jīng)全球各行業(yè)不同產(chǎn)品所驗證的技術(shù)沪伙、有廣范的市場瓮顽、但在中國應(yīng)用尚新。2. 微發(fā)泡能提供更高品質(zhì) (減少變形,提升平面度,圓度和尺寸的穩(wěn)定性,沒有縮水印) 和更低成本 (重量,成型周期和成型噸位減少围橡、更省料的產(chǎn)品設(shè)計)趣倾。3. 微發(fā)泡能創(chuàng)造新商機——高端應(yīng)用和省成本。4. 并不是所有的制品都適合用微發(fā)泡技術(shù),需要配合尋找合適的制品某饰。