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熱成型是近些年發(fā)展起來的一種塑料加工方式，隨著人們生活水平的提高、生活方式的改變，越來越多的熱成型制品出現(xiàn)在人們生活的方方面面。聚丙烯 (PP) 樹脂具有密度低、無毒、易加工、抗翹曲及絕緣性好等特點，適用于注射成型、擠吹成型、熱成型等加工方式，在包裝、汽車、家電等領(lǐng) 域得到廣泛應用。

 

01、熱成型基本原理及特點

 

熱成型是將熱塑性塑料片材加工成各種制品的一種較特殊的塑料加工方法。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表面， 以取得與型面相仿的形狀，冷卻定型后，經(jīng)過修整得到所需形狀的制品。熱成型快速而均勻，成型周期短且模具費用低廉，適于自動化和長時間生產(chǎn)，被認為是塑料成型方法中單位成本效率最高的加工方法。

 

熱成型法自出現(xiàn)以來發(fā)展迅速，尤其是隨著熱成型工藝和設備的不斷改進及計算機模擬手段的介入，熱成型已成為與注射和吹塑等成型相競爭的主要加工方法。近年來，熱成型加工設備已取得新的進展， 治明曾介紹過德國 K2013 展會上展出的熱成型設備與工藝，速度、多功能化、控制技術(shù)和降低成本成為包裝和工業(yè)領(lǐng)域熱成型新型設備的關(guān)鍵主題。 

 

熱成型類型主要有：真空成型、壓力成型、柱塞輔助成型及它們的組合。在市場上，熱成型產(chǎn)品越來越多，例如 杯、碟、食品盤、玩具、帽盔，以及汽車部件、建筑裝飾件、化工 設備等。與注射成型比較，熱成型具有生產(chǎn)效率高、設備投 資少和能制造表面積較大的產(chǎn)品等優(yōu)點。用于熱成型的塑料主要有聚苯乙烯 (PS)、聚氯乙烯 (PVC)、聚烯烴類 [ 如 PE，PP，聚丙烯酸酯類 ( 如聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA)] 和纖維素 [ 如硝酸纖維素 (NC)、乙酸纖維素 (CA) 等 ] 塑料，也用工程塑料如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料 (ABS)、聚碳酸酯 (PC) 等。高透明、高熔體強度、低翹曲等高性能 PP 的研發(fā)，促進了 PP 在熱成型領(lǐng)域的應用與發(fā)展。 

 

02、國內(nèi)熱成型包裝市場現(xiàn)狀

 

國內(nèi)熱成型包裝企業(yè)超過 3000 家，其中年產(chǎn)量上千噸的工廠超過 300 家，由于小型的熱成型包裝企業(yè)投資成本較低，國內(nèi)存在大量小作坊形式的工廠。熱成型制品主要應用于食品包裝、非食品包裝以及裁切片材，不同應用領(lǐng)域?qū)υ系囊笠灿胁町悺?nbsp;

 

2.1食品包裝 

國內(nèi)食品熱成型包裝生產(chǎn)市場使用原料主要為 PP， PS及PET。其中使用的PP原料，大部分為帶色PP材質(zhì)， 如餐盒、肉托、豆腐托等，主要使用顏色為乳白色、黑色、紅色 等。本色 PP，主要在杯子、蓋子以及肉托等應用；透明 PP 主要用于杯子和蓋子。

 

2.2非食品包裝 

國內(nèi)工業(yè)熱成型包裝生產(chǎn)市場較復雜，以低端產(chǎn)品為主，如工具類的產(chǎn)品包裝；中高端工業(yè)類吸塑包裝，如電子、醫(yī)藥、石化等領(lǐng)域。2017 年國內(nèi)在工業(yè)熱成型包裝領(lǐng)域透明片材的年使用量約為 578985 t，主要在醫(yī)藥的膠囊泡罩，工具包裝 ( 文具，五金用品 ) 、電子、清潔用品領(lǐng)域使用。

 

2.3　裁切片材 

國內(nèi)裁切片材領(lǐng)域主要是折盒部分對片材的消耗量最大，PP 片材在折盒、窗口包裝以及超市掛條中均使用，高端的折盒中會使用少量的透明 PP。

 

03、熱成型食品包裝用PP特點及發(fā)展 

 

國內(nèi) PP 熱成型應用從 20 世紀 90 年代開始起步，近幾年發(fā)展迅速，年增長率約為 10% 左右。國內(nèi)現(xiàn)已有日本中央化學等多個大型知名熱成型塑料包裝生產(chǎn)商在華建廠投產(chǎn)，產(chǎn)品主要集中在中、高端塑料熱成型包裝制品。

 

目前，國內(nèi)專門針對熱成型工藝用的 PP 專用料還比較缺乏。國內(nèi)熱成型制品生產(chǎn)企業(yè)普遍采購 T30S 等通用樹脂改性后使用， 但通過后改性得到的產(chǎn)品與工業(yè)裝置規(guī)?；a(chǎn)的產(chǎn)品相比較，存在添加量控制方面不均勻、拉伸性能達不到要求、在熱成型時容器壁厚不均勻、擠出涂布壓延時出現(xiàn)邊緣卷曲等問題，難以滿足高質(zhì)量高要求的應用需求，同時也制約著下游加工企業(yè)的生產(chǎn)效率。與其它樹脂相比，PP 性能價格比有很多優(yōu)勢 , 見表 1

熱成型技術(shù)已成為 PP 繼注射、擠出、吹塑之后，又一重要的加工方式，世界主要 PP 生產(chǎn)廠商針對這一市場提供了多個商業(yè)化的 PP 牌號。表 2 列出世界主要 PP 生產(chǎn)商部分商業(yè)化 PP 熱成型專用料牌號。

國外熱成型專用料多為均聚物，透明無規(guī)共聚物較少， 且部分牌號進口周期長，國內(nèi)下游熱成型廠商較少使用進 口料。熱成型制品廠商現(xiàn)有片材生產(chǎn)以 600 mm 寬片材為 主，隨成型機工藝的進步，片材寬度日益提高，最寬可達1 000 mm 以上，因此對片材的抗熔垂能力提出更高要求。下游制品行業(yè)內(nèi)解決方法為普通 PP 添加一定比例的高密度聚乙烯 (PE–HD)以提高片材耐熔垂性能，但此方式將帶來混料不均、制品透明性受限等問題。國內(nèi)熱成型行業(yè)對具 有高性能、超高透明度的 PP 原料需求日益迫切。 

 

04、國內(nèi)PP熱成型包裝應用

 

2017 年國內(nèi)食品包裝用 PP 熱成型市場總消耗量約為 119300 t。其中主要用于食品熱成型包裝領(lǐng)域透明 PP 用量約為 26900 t，主要應用于杯子及蓋子；其余為非透明包裝， 主要應用于杯子、蓋子及食品托盤。

4．1　杯子 

杯類主要為一次性杯子，如奶茶杯、冷飲杯、快餐杯等，主要用于快餐店、奶茶店、果凍制品廠等。原料主要以 PP材質(zhì)為主，部分冷飲采用 PET 材質(zhì)。杯子主要以透明材質(zhì)為主，季節(jié)性較強。每年集中在 2~9 月份。

 

4．2　耐熱餐盒 

一般的餐盒只盛放溫度不高的食品。但下游客戶也需要盛放剛出鍋的熱粥、熱湯等或是需要在高溫蒸汽下進行消毒。這都對樹脂原料提出了更高要求。PET，PS 不耐高溫。PP 耐熱性能較好，價格低廉，易得，所以成為首選原料。但 一般 PP 無法在高溫蒸汽下 ( ≥ 120℃ ) 不變形，且市場上無針對熱成型的專用料，客戶采用 T30S 添加助劑改性，仍存在耐熱溫度不穩(wěn)定、制品成型困難等問題。耐熱餐盒對透明性一般無要求，所以本色料占絕大部 分。天津分公司研究院針對這種情況，經(jīng)過長時間研究，開發(fā)了耐高溫 PP 熱成型專用料 PPT5030，具有耐熱溫度高， 成型方便，適用于正負壓吸塑成型的加工方式，可解決下游用戶的用料問題。 

 

4．3　蓋子 

主要制品包括碗蓋、餐盒蓋、杯蓋等，主要用于快餐店、 奶茶店、蛋糕店等。蓋子以透明為主，PP 蓋子一般在熱飲中應用較多。 

 

4．4　食品內(nèi)襯 

食品內(nèi)襯主要用于餅干、薯片、花生、餃子、湯圓的包 裝，外面還會有一層包裝，主要使用于速食品廠。目前國內(nèi) 食品內(nèi)襯以透明為主，另外還有乳白色等。一般餃子、湯圓等速凍產(chǎn)品的保存溫度為 –4℃左右，PET 和 PP 都是較合適的材質(zhì)，常溫下使用的零食托盤以 PET，PS 和 PP 為主，廠家 根據(jù)喜好及價格選擇。

 

該領(lǐng)域的發(fā)展主要隨著零食和速凍面食的市場發(fā)展而發(fā)展，零食加工企 業(yè)為使包裝后食品飽滿度更強及食品不易被壓壞，越來越多的零食中會使用食品內(nèi)襯。目前未發(fā)現(xiàn)可替代熱成型托盤在食品內(nèi)襯領(lǐng)域應用的替代品。 

 

綜上可見，PP 在熱成型食品包裝方面的應用越來越普遍，樹脂性能要適應熱成型加工方式的要求，如加工性能、力學性能、光學性能等，同時加工設備的改進提升，也會對樹脂性能提出更高的要求，二者相互促進，可生產(chǎn)出更多滿足用戶需求的 PP 熱成型制品。

 

05、國內(nèi)熱成型專用料的研發(fā)

 

2012 年以前，國內(nèi)高透明熱成型專用料的研發(fā)相對滯后。當時國內(nèi)熱成型專用料研發(fā)情況列于表 4。

這些專用料均未針對熱成型加工所需的較高的熔體強 度和較寬的分子量分布做進一步工作，有的也并未形成規(guī)模 化生產(chǎn)。中國石油蘭州石化公司 成功開發(fā)的無規(guī)透明 PP 專用料 RP340R 新產(chǎn)品。RP340R 可應用于熱成型 PP 食品包裝容器，該產(chǎn)品可取代 PS 材料，其熔體流動速率 (MFR)、彎 曲彈性模量、沖擊強度均優(yōu)于同類產(chǎn)品。但該專用料 MFR 為 22 g／10 min，相對熱成型加工應用來說可能偏高，需要進行調(diào)整。近幾年，天津石化公司陸續(xù)推出幾款熱成型專用料，牌號信息列于表 5。

2013 年天津石化公司推出 PPT5015，為國內(nèi)首個無規(guī)共聚透明打杯專用料，是飲料杯行業(yè)標準原料，可與任意比例 T30S 摻混使用。PPT5015 是無規(guī)共聚 PP，用于片材擠出和正負壓輔助熱成型。具有良好的拉伸性和剛性／韌性 平衡，適用于深拉伸飲料杯和果凍杯的生產(chǎn)。PPR–ET02 是高透明無規(guī)共聚 PP，適用于片材擠出和真空吸塑成型工藝。它具有耐熔垂性高、適宜的剛韌平衡性能和超高透明度的特點。

 

與國外同類型產(chǎn)品相比， PPR–ET02 具有加工流動性好、加工溫度低、熔體強度高、回彈性好、成型效率高、超透明低霧度。保持與均聚產(chǎn)品同等剛性的前提下，PPR–ET02 韌性高，耐低溫跌落性佳，可微波加熱等特點，適用于高透明的托盤、餐蓋、食品包裝容器和折盒、文具用品、工業(yè)零件等包裝的生產(chǎn)。目前 PPR–ET02 是 國內(nèi)首個實現(xiàn)單獨負壓吸塑使用的熱成型 PP 專用料。

 

PPT5015M是超透無規(guī)共聚 PP，用于片材擠出和正壓輔助吸塑成型。它具有優(yōu)良的拉伸性、剛韌平衡性和超高透明性，可取代 PET，PS。適用于生產(chǎn)超透托盤、蓋子、深拉伸飲料杯和翻折盒等產(chǎn)品。PPR–EM01是無規(guī)共聚 PP，無需添加其它輔料可直接真空負壓吸塑成型。它具有高耐熔垂性、優(yōu)良的沖擊性能和高光澤度、低收縮率的特點，適用于吸塑成型用的托盤、餐 蓋、食品包裝容器和折盒、文具用品、工業(yè)零件等包裝的生 產(chǎn)。

 

PPT5030 為高剛性、高耐熱級、高等規(guī)度、成核均聚 PP， 用于食品包裝，適用于注塑、片材擠出等加工方式。PPH–CM01 為新推出產(chǎn)品，是均聚 PP，具有耐熔垂性高、高剛性、適宜的韌性、高耐熱、可微波加熱等特點，適用于食品包裝、工業(yè)零件包裝等。近期廣州石化推出類似 PPT5015 的打杯牌號，大唐多 倫煤化工也推出熱成型 PPH701 ，熱成型專用料的開發(fā)越來 越受到各大石化公司的重視。

 

06、結(jié)語

 

近年來，隨著人民生活水平的提高，對一次性食品包裝容器的外觀和品質(zhì)有了越來越高的要求，促使我國熱成型市場發(fā)展越來越快。PP在熱成型食品包裝方面的應用越來越普遍。熱成型制品生產(chǎn)廠迫切需要原料企業(yè)開發(fā)出適合于現(xiàn)有熱成型設備、易加工、力學性能優(yōu)良、抗熔垂性能好的PP熱成型樹脂滿足國內(nèi)高質(zhì)量、高性能的市場要求。

 

國內(nèi) PP 熱成型系列專用料的開發(fā)成功填補了熱成型專用料的市場空白，解決了客戶用料難題，引領(lǐng)熱成型行業(yè)發(fā)展方向，為熱成型行業(yè)的發(fā)展壯大提供了完整的解決方案。