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聚丙烯是一種性能優(yōu)良的通用熱塑性樹脂，具有比重小、無毒、易加工、抗沖擊強度、抗撓曲性以及電絕緣性好等優(yōu)點，在汽車、家用電器、電子、包裝及建材家具等行業(yè)被廣泛應(yīng)用。近年來，成為合成樹脂中增長速度最快、新產(chǎn)品開發(fā)最為活躍的品種之一。聚丙烯熱成型專用料的消費需求正在快速增加。

 

熱成型基本原理和特點

 

熱成型是以熱塑性塑料片材為成型對象的二次成型技術(shù)，主要包括真空成型、壓力成型、模塞輔助成型及它們的組合，即通過加熱熱塑性片材使其軟化后采用壓力(真空或正壓)使熱塑性塑料片材作用于模具表面，冷卻定型，從而得到所需形狀的制品。

 

 

熱成型過程對應(yīng)的兩個形變區(qū)域

 

熱成型的過程包括片材加熱和制品成型兩個階段，如上圖所示，兩者均對最終的熱成型制品性能有很大的影響。一般情況下，片材加熱軟化或熔融后，由于自身重力作用會發(fā)生一定程度的熔垂變形，該形變的應(yīng)變速率通常在小于0.01 s-1范圍；當預(yù)熱好的片材進人成型工位后，在外力(壓力或機械力)作用下快速進人模具腔成型，此時的應(yīng)變速率通常在0.1-10 s-1范圍；不同材料在上述兩個形變速率區(qū)域的應(yīng)力-應(yīng)變速率-溫度關(guān)系，直接關(guān)系到熱成型加工窗口的寬度及最終制品的性能。

 

熱塑性樹脂原則上都可用于熱成型，根據(jù)樹脂的結(jié)晶性能可進一步分為部分結(jié)晶和無定形兩大類。下圖為典型無定形聚合物PS和半結(jié)晶聚合物PP的熱成型窗口示意圖。

 

 

典型部分結(jié)晶和無定型樹脂熱成型加工窗口對比示意圖

 

無定形聚合物，如PS、ABS、APET、PVC、PMMA 和PC等，在加熱軟化后通常彈性模量對溫度的變化不敏感，存在一個模量平臺區(qū)，在較寬的溫度范圍內(nèi)能滿足熱成型壓力需求，因此無定形熱塑性樹脂在熱成型中獲得非常廣泛的應(yīng)用。而半結(jié)晶聚合物，如PP、PET、PA等通常在熔融之前模量較高，而熔融后模量急劇下降。對熱成型而言，模量過高或過低都會導(dǎo)致成型困難，比如模量過高，普通成型壓力下無法成型或難以實現(xiàn)細節(jié)復(fù)制和復(fù)雜結(jié)構(gòu)成型；模量過低易發(fā)生熔垂，厚度不均，甚至破裂等。模量對溫度過于敏感，導(dǎo)致過窄的成型窗口，使片材溫度難以控制，并引起制品質(zhì)量不穩(wěn)定。

 

因此，半結(jié)晶聚合物的熱成型對聚合物結(jié)構(gòu)性能、成型設(shè)備和技術(shù)的要求更高，應(yīng)用也受到一定的限制。半結(jié)晶聚合物中聚乙烯較為特殊，通常其熔體彈性較高且對溫度敏感性較低，成型窗口較寬，在熱成型中得到廣泛應(yīng)用。

 

近年來隨著熱成型工藝和設(shè)備的不斷改進以及針對熱成型的計算機模擬技術(shù)的提高，工業(yè)化熱成型工藝在更短的加工周期、更低的制模成本前提下，獲得的熱成型部件與注塑件具有相同的質(zhì)量效果，使熱成型工藝已經(jīng)成為注塑工藝的競爭性解決方案。與注射成型工藝比較，熱成型工藝的優(yōu)勢和不足如表1所示。

 

 

影響聚丙烯熱成型制品透明度的因素

 

原料和配方的影響

 

1均聚聚丙烯原料的影響

 

用于聚丙烯片材和熱成型制品的原料通常為低熔指拉絲級的均聚PP原料，包括常用的T30S(T03H），L5E89, S1003等。但是不同廠家的拉絲PP原料的等規(guī)度控制不一樣，因此導(dǎo)致原料的透明性和剛性不一樣，從而影響產(chǎn)品的透明性。等規(guī)度低的PP原料通常會透明性更高，但同時也會偏軟一些。

 

2無規(guī)共聚高透明PP原料

 

無規(guī)共聚高透明PP原料由于含一定的乙烯共聚合，因此本身具有非常高的透明性和光澤度，有一定的客戶會在配方中混合均聚PP原料和高透明PP原料以提高產(chǎn)品的透明性和光澤度，制備高透明杯子。不同廠家的無規(guī)共聚高透明PP原料本身乙烯含量和透明劑類型和含量有差異，因此用不同的高透明PP原料和均聚PP料混合的產(chǎn)品透明性和光澤性也會有影響。

 

3增韌劑的影響

 

在PP熱成型和吸塑制品中，比較多的客戶會添加增韌劑以降低破杯率，或者改善低溫存儲性能，目前適用于PP低溫增韌的增韌劑有很多種（PE/威達美/POE)，但是有相當多的增韌劑會影響透明性。尤其是在耐低溫要求高，增韌劑添加量比較高的情況，這時就需要選擇合適的增韌劑產(chǎn)品，以盡量避免對產(chǎn)品的透明性產(chǎn)生負面影響。

 

4透明劑和透明母粒的選擇

 

市場上有非常多的聚丙烯透明劑，每種透明劑有存在效果和價格的差異，包括分散的難易程度和合適的添加量，以及增透效果的差異。同時由于擠出片材機通常都是單螺桿擠出機，因此剪切和分散能力不強，使用粉末透明劑時，有可能無法分散。影響產(chǎn)品的最終透明性。在制備高透明高光澤的熱成型制品時，需要選擇合適的透明劑和透明母粒。

 

5邊角料的影響

 

熱成型和吸塑廠家通常都會摻混一定比例的邊角料，在客戶生產(chǎn)高透明產(chǎn)品的時候，如果邊角料里面有影響透明性一些組分（不適當?shù)脑鲰g劑，透明劑，雜質(zhì)等），將會影響到片材的質(zhì)量和透明性， 從而最終影響制品的透明性。因此需要客戶在生產(chǎn)環(huán)節(jié)加以管控，盡量將普通的邊角料和高透的邊角料區(qū)分開。

 

生產(chǎn)工藝的影響

 

1擠出溫度的影響

 

片材擠出的溫度設(shè)定會對PP產(chǎn)品的結(jié)晶行為和片材表面缺陷產(chǎn)生影響，同時也會對增韌劑，透明劑和其他組分在片材中的分散產(chǎn)生影響，從而影響到片材的透明性和最終制品的透明性。

 

2擠出速度的影響

 

擠出速度對片材和制品的影響和擠出溫度的影響類似，同樣也是會影響其他組分的分散性，以及PP片材的結(jié)晶行為和表面缺陷，從而影響最終制品的透明性。擠出速率太高，則三輥冷卻跟不上，從而導(dǎo)致PP片材的結(jié)晶度增加，片材透明性下降。同時，擠出速率太快將容易在PP片材表面出現(xiàn)麻點，這些麻點將繼續(xù)殘余在制品表面，從而影響制品的透明性。

 

 

3三輥冷卻的影響

 

三輥的溫度設(shè)定主要是影響PP片材的結(jié)晶行為，從而影響制品的透明性，三輥溫度高，這PP片材的結(jié)晶度高，容易形成大的晶體，從而降低透明性。

 

4熱壓成型溫度的影響

 

熱成型溫度對最終PP熱成型制品的透明性也會有一定影響，需要在一個合理的范圍內(nèi)，熱成型溫度太高將導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)霧，產(chǎn)品透明性和光澤性下降。溫度太低導(dǎo)致產(chǎn)品成型不滿。PP制品的成型溫度區(qū)間非常窄，只有幾度的范圍。

 

模具和拉伸頭的影響

 

1拉伸頭的影響

 

拉伸頭材料在熱成型制品中具有非常重要的作用，拉伸頭的材料的選擇，形狀的設(shè)計和表面光潔度都會對產(chǎn)品的壁厚分布，拉伸紋的高度和深淺產(chǎn)生影響，從而對產(chǎn)品的透明性產(chǎn)生影響。

 

2模具的影響

 

模具的設(shè)計，拋光和冷卻情況會影響到PP制品表面的光潔度，以及PP材料的結(jié)晶，從而影響終端制品的透明性和光亮度。