塑料原材料基础—PP
大家好，前面介绍了那么多关于塑料的基础，接下来我们介绍一下详细的原材料，我们从最简单的PP材料开始。
聚丙烯简称PP，是丙烯通过加聚反应而成的聚合物。系白色蜡状材料，外观透明而轻 。化学式为(C3H6)n，密度为0.89～0.91g/cm3， 易燃，熔点为164~170℃， 在155℃左右软化，使用温度范围为-30～140℃ 。
在80℃以下能耐酸、碱、盐液及多种有机溶剂的腐蚀，能在高温和氧化作用下分解。聚丙烯是一种性能优良的热塑性合成树脂，为无色半透明的热塑性轻质通用塑料，具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等 广泛应用于服装、毛毯等纤维制品、医疗器械、汽车、自行车、零件、输送管道、化工容器等生产，也用于食品、药品包装。
1.1聚丙烯简介及用途
1.1.1定义和特性聚丙烯(PP)属于热塑性树脂，是五大通用树脂之一。外观为白色粒料，无味、无毒，由于晶体结构规整，具备易加工、抗冲击强度、抗挠曲性以及电绝缘性好等优点，在汽车工业、家用电器、电子、包装及建材家具等方面具有广泛的应用。
PP的结构特点决定了其五大特性：
(1) 它的分子结构与聚乙烯相似，但是碳链上相间的碳原子带有一个甲基(–CH3)。
(2) 通常为半透明无色固体，无臭无毒。
(3) 由于结构规整而高度结晶化，故熔点高达167℃，耐热且制品可用蒸汽消毒是其突出优点。
(4) 密度0.90g/cm3，是最轻的通用塑料(10955, -50.00, -0.45%)。
(5) 耐腐蚀，抗张强度30MPa，强度、刚性和透明性都比聚乙烯好。
但是，PP的缺点是耐低温冲击性差，较易老化，可分别通过改性和添加抗氧剂予以克服。近十年，我国聚丙烯消费量以年均10%的速度增长，大大超过了世界平均增长水平，是我国第二大消费合成树脂，仅次于聚乙烯。旺盛的市场需求也催生了聚丙烯产能和产量的快速增长，在五大通用塑料中，产量仅次于聚乙烯和聚氯乙烯，位列第三位。
1.1.2聚丙烯的分类聚丙烯可以有多种分类，按聚丙烯分子中甲基(-CH3)的空间位置不同分为等规、间规和无规三类，按聚合工艺，等规聚丙烯的聚合可以分为泥浆法、本体法、溶液法和气相法等几种方法。按用途可以分为扁丝(窄带)、纤维、薄膜、挤塑、吹塑、注塑等级别，按单体种类分为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯。
1.1.2.1按甲基位置分类按聚丙烯分子中甲基(-CH3)的空间位置不同分为等规、间规和无规三类。
(1)等规聚丙烯(全同立构聚丙烯)，英文缩写为IPP。
从立体化学来看，IPP分子中每个含甲基(-CH3)的碳原子都有相同的构型，即如果把主链拉伸(实际呈线团状)，使主链的碳原子排列在主平面内，则所有的甲基(-CH3)都排列在主平面的同一侧。我国各石化企业生产的均聚聚丙烯都属于等规聚丙烯，基本性能如前所述，典型产品如独山子石化的S1003，扬子石化的F401，齐鲁石化的T30S等。
图表1等规聚丙烯分子结构式
(2)间规聚丙烯，英文缩写为SPP。从立体化学来看，SPP分子中含有甲基(-CH3)的碳原子分为两种不同构型且交替排列，如把主链拉伸，使主链的碳原子排列在主平面内，则所有的甲基(-CH3)交替排列在主平面的两侧。SPP是高弹性的热塑性塑料，有良好的拉伸强度，它可以像乙丙橡胶(15480, -185.00, -1.18%)那样进行硫化成为弹性体，机械性能优于一般不饱和橡胶。图表2间规聚丙烯分子结构式
(3)无规聚丙烯，英文缩写为APP从立体化学来看，APP主链上所连甲基(-CH3)在主平面上下两方呈无规则排列。APP曾是碳酸钙填充母料的载体树脂的主要原料，其原因是它作为IPP生产过程中的副产物，作为技术输出的外国公司认为它没有应用价值，只有焚烧处之，是我国的科技人员将其用于制作碳酸钙填充母料，在八十年代初期，APP母料曾红极一时，为当时合成树脂原料奇缺的塑料工业带来巨大经济效益。
后来北京燕山石化技术改造，改变了聚丙烯生产工艺，副产物APP的来源枯竭，碳酸钙填充母料用的载体树脂转向其它高分子材料，但APP作为一种聚合物，仍然有其自己的独特之处，至今仍有一些进口的APP在许多领域使用，这些APP已不再是IPP生产过程中的副产物，而是特殊工艺制造出的真正意义上的无规聚丙烯。纯APP为典型的非晶态高分子材料，内聚力较小，玻璃(1302, 18.00, 1.40%)化温度低，常温下呈橡胶状态，而高于50℃时即可缓慢流动。图表3无规聚丙烯分子结构式
1.1.2.2按聚合工艺分类按聚合工艺，等规聚丙烯的聚合可以分为泥浆法、本体法、溶液法和气相法等几种方法。目前气相法由于聚合物以固态粒子形式存在，没有溶剂参与，也不必脱出催化剂残渣，故以占据主导地位。具有我国自主知识产权的液相本体法聚合而成的聚丙烯产品为粉状，俗称小本体聚丙烯或称粉状聚丙烯，它是以炼油厂尾气中提取的丙烯为原料聚合而成的。目前全国共有六十多套小本体装置，年产量少则几千吨，多则几万吨。由于直接以粉状产品出售，没有加入抗氧剂等助剂，故存放时间受到限制。我国已制定该种聚丙烯树脂的行业标准Q/SHC001-1999粉状聚丙烯的分子量分布往往比较宽，由于是一釜一釜间歇操作，树脂的性能相互之间差别较大，因此在使用时往往仅作为部分基体树脂使用以求降低成本，或者经过改性再加以使用。
1.1.2.3按用途分类按用途可以分为扁丝(窄带)、纤维、薄膜、挤塑、吹塑、注塑等级别。
1.1.2.4按单体种类分类按单体种类分为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯，均聚聚丙烯是指在聚丙烯主链上只有一种链节，而共聚聚丙烯在主链上除丙烯链节外还分布着其它单体反应后形成的链节。共聚聚丙烯在很大程度上可以改变聚丙烯的性能。丙烯和乙烯共聚的聚丙烯又可分为嵌段共聚和无规共聚两种，其英文缩写分别为PP-B和PP-R。PP-B是在单一的丙烯聚合后除去未反应的丙烯，再与乙烯聚合而得到的，实际上是由聚丙烯、聚乙烯和末端嵌段共聚物组成的混合物，它既保持了一定程度的刚性，又提高了聚丙烯的抗冲击性能，特别是低温抗冲击性能，但透明度和光泽度下降明显。
PP-R的是将丙烯及乙烯单体混合在一起聚合，在聚合物主链上无规则地分布着丙烯单体或乙烯单体反应后的链段。乙烯链段的存在使共聚物无法结晶，即使乙烯含量很少，也会使聚丙烯的结晶能力大大降低。例如含3%乙烯时，聚丙烯的玻璃化温度下降11℃，如果用此种聚丙烯为原料制成薄膜，其使用最低温度可降低10℃左右。PP-R的特征是结晶度低、透明性好，较之均聚聚丙烯(PP-H)，在同样的熔体流动速率情况下，PP-R的脆化温度显著降低，冲击强度也有所提高。近年来无规共聚聚丙烯PP-R在热水给水管道上的应用得到认可，并得以大规模推广应用。
用PP-R制成的管材料输送70℃的热水，长期内压达到1MPa时，使用寿命可达到50年。同时由于材料的导热系数仅为合金钢管二百分之一，故在输送热水时，保温性能极佳，用于热水及采暖系统可显著节能。PP-R管材专用料的著名生产厂商有北欧化工(BOREALIS)、德国赫斯特公司(HOECHST)、奥地利石油公司(PCD)等。
1.1.3聚丙烯的应用
(1) 编织制品编织制品(塑编袋、蓬布和绳索等)所消耗的PP树脂在我国一直占很高的比例，是我国聚丙烯消费的最大市场，主要用于粮食、化肥及水泥等的包装。我国是现今世界上最大的塑编制品生产国和消费国，更是世界上最具潜力的塑编生产市场和消费市场。欧美等国家作为发达地区，过高的劳动力成本和高端市场会令其更倾向于注塑、片材等高端消费领域，而低端塑编等产品则多从发展中国家进口。虽然近几年塑编占比稍有下降，但依然是我国聚丙烯行业最主要的消费产品，2011年占聚丙烯消费的42%。
(2)注塑成型制品注塑制品主要应用在小家电、日用品、玩具、洗衣机、汽车和周转箱上。国内注塑级聚丙烯依靠进口比例较大，近几年注塑领域消费占比上升较快，由2006年的17%上升到2011年的22%，仅次于塑编排名第二。注塑领域国产产品缺口大，在世界聚丙烯消费结构中，注塑产品占主要份额，特别是工业发达的国家和地区，应用聚丙烯注塑产品比例更高。因此，我国注塑领域增长潜力巨大。
(2) 薄膜制品聚丙烯薄膜主要包括BOPP、CPP、普通包装薄膜和微孔膜等， BOPP具有质轻、机械强度高、无毒、透明、防潮等众多优良特性，广泛应用于包装、电工、电子电器、胶带、标签膜、胶卷、复合等众多领域，其中以包装工业使用量最大。而不同的应用领域对聚丙烯薄膜BOPP的技术要求有较大差别，其中以薄膜电容器应用领域要求最高。由于加工技术要求较低，利润相对较大，前几年出现了投资过热现象。国内生产的BOPP薄膜大部分使用通用原料，薄膜特性受到限制，从而削弱了其对普通CPP膜的竞争优势，这种发展趋势表现得最为强烈。
(3) 纤维制品聚丙烯纤维(即丙纶)是指以聚丙烯为原料通过熔融纺丝制成的一种纤维制品。由于聚丙烯纤维有着许多优良性能，因而在装饰、产业、服装三大领域中的应用日益广泛，已成为合成纤维第二大品种。聚丙烯纤维分为短纤、长丝、无纺布(纺粘和熔喷)、烟用丝束、膨体连续长丝(BCF)等，应用领域包括包装、香烟滤材、土工、建材、服装、地毯、卫生制品等，2011年聚丙烯纤维消耗PP约为107万吨。
(5)管材聚丙烯管材具有耐高温、管道连接方便(热熔接、电熔接、管件连接)、可回收使用等特点，主要应用于建筑物给水系统、采暖系统、农田输水系统、以及化工管道系统等。
PP注塑加工
PP 注塑加工较为简单。
1. 塑料的处理
纯PP是半透明的象牙白色，可以染成各种颜色。PP的染色在一般注塑机上只能用色母料。在一些机器上有加强混炼作用的独立塑化元件，也可以用色粉染色。户外使用的制品，一般使用UV稳定剂和碳黑填充。再生料的使用比例不要超过15%，否则会引起强度下降和分解变色。PP注塑加工前一般不需特别的干燥处理。
2. 注塑机选用
对注塑机的选用没有特殊要求。由于PP具有高结晶性。需采用注射压力较高及可多段控制的电脑注塑机。锁模力一般按3800t/m2来确定，注射量20%-85%即可。
3. 模具及浇口设计
模具温度50-90℃，对于尺寸要求较高的用高模温。型芯温度比型腔温度低5℃以上，流道直径4-7mm，针形浇口长度1-1.5mm，直径可小至0.7mm。边形浇口长度越短越好，约为0.7mm，深度为壁厚的一半，宽度为壁厚的两倍，并随模腔内的熔流长度逐肯增加。模具必须有良好的排气性，排气孔深0.025mm-0.038mm，厚1.5mm，要避免收缩痕，就要用大而圆的注口及圆形流道，加强筋的厚度要小（例如是壁厚的50-60%）。均聚PP制造的产品，厚度不能超过3mm，否则会有气泡（厚壁制品只能用共聚PP）。
4. 熔胶温度
PP的熔点为160-175℃，分解温度为350℃，但在注射加工时温度设定不能超过275℃,熔融段温度最好在240℃。
5. 注射速度
为减少内应力及变形，应选择高速注射，但有些等级的PP和模具不适用（出现气泡、气纹）。如刻有花纹的表面出现由浇口扩散的明暗相间条纹，则要用低速注射和较高模温。
6. 熔胶背压
可用5bar熔胶背压，色粉料的背压可适当调高。
7. 注射及保压
采用较高注射压力（1500-1800bar）和保压压力（约为注射压力的80%）。大概在全行程的95%时转保压，用较长的保压时间。
8. 制品的后处理
为防止后结晶产生的收缩变形，制品一般需经热水浸泡处理。