Creative Mechanisms Blog

Wat is polypropyleen (PP), en waarvoor wordt het gebruikt?

Polypropyleen (PP) is een thermoplastisch “additiepolymeer” dat wordt gemaakt van de combinatie van propyleenmonomeren. Het wordt gebruikt in een groot aantal toepassingen, waaronder verpakking voor consumentenproducten, kunststof onderdelen voor diverse industrieën, waaronder de automobielindustrie, speciale apparaten zoals levende scharnieren, en textiel. Polypropyleen werd voor het eerst gepolymeriseerd in 1951 door een paar petroleumwetenschappers van Phillips, Paul Hogan en Robert Banks, en later door Italiaanse en Duitse wetenschappers Natta en Rehn. Het werd zeer snel populair, aangezien de commerciële productie nauwelijks drie jaar nadat de Italiaanse chemicus, professor Giulio Natta, het voor het eerst polymeriseerde, van start ging. Natta perfectioneerde en synthetiseerde de eerste polypropyleenhars in Spanje in 1954, en het vermogen van polypropyleen om te kristalliseren wekte veel opwinding op. Tegen 1957 was de populariteit geëxplodeerd en begon in heel Europa de commerciële productie op grote schaal. Vandaag is het een van de meest geproduceerde kunststoffen ter wereld.

CNC Cut Polypropylene Living Hinge Prototype Child Safe Lid door Creative Mechanisms

Volgens sommige rapporten, de huidige wereldwijde vraag naar het materiaal genereert een jaarlijkse markt van ongeveer 45 miljoen ton en er wordt geschat dat de vraag zal stijgen tot ongeveer 62 miljoen ton in 2020. De belangrijkste eindgebruikers van polypropyleen zijn de verpakkingsindustrie, die ongeveer 30% van het totaal verbruikt, gevolgd door de elektrotechnische en de apparatenbouw, die elk ongeveer 13% gebruiken. Huishoudelijke apparaten en de auto-industrie verbruiken elk 10% en bouwmaterialen volgen met 5% van de markt. Andere toepassingen vormen samen de rest van het wereldwijde polypropeenverbruik.

Polypropeen heeft een betrekkelijk glad oppervlak, waardoor het een mogelijke vervanger kan zijn voor kunststoffen als Acetal (POM) in toepassingen met lage wrijving, zoals tandwielen of voor gebruik als contactpunt voor meubels. Wellicht een negatief aspect van deze kwaliteit is dat het moeilijk kan zijn Polypropeen aan andere oppervlakken te hechten (d.w.z. het hecht zich niet goed aan bepaalde lijmen die prima werken met andere kunststoffen en moet soms worden gelast indien het vormen van een verbinding vereist is). Hoewel polypropyleen glad is op moleculair niveau, heeft het een relatief hoge wrijvingscoëfficiënt – daarom zou in plaats daarvan acetal, nylon of PTFE worden gebruikt. Polypropyleen heeft ook een lage dichtheid in vergelijking met andere gemeenschappelijke kunststoffen, wat zich vertaalt in gewichtsbesparing voor fabrikanten en verdelers van spuitgegoten polypropyleenonderdelen. Het heeft uitzonderlijke weerstand bij kamertemperatuur tegen organische oplosmiddelen zoals vetten maar is onderworpen aan oxydatie bij hogere temperaturen (een potentieel probleem tijdens injectie het vormen).

Eén van de belangrijkste voordelen van Polypropyleen is dat het (hetzij door CNC of injectie het vormen, thermoforming, of het plooien) in een levend scharnier kan worden vervaardigd. Levende scharnieren zijn uiterst dunne stukken plastiek die buigen zonder te breken (zelfs over extreme waaiers van beweging dicht bij 360 graden). Ze zijn niet bijzonder nuttig voor structurele toepassingen zoals het overeind houden van een zware deur, maar zijn uitzonderlijk nuttig voor niet-dragende toepassingen zoals het deksel op een fles ketchup of shampoo. Polypropyleen is bij uitstek geschikt voor levende scharnieren omdat het niet breekt wanneer het herhaaldelijk wordt gebogen. Een van de andere voordelen is dat polypropyleen CNC gefreesd kan worden om een levend scharnier op te nemen, wat een snellere prototype ontwikkeling mogelijk maakt en minder duur is dan andere prototyping methodes. Creatieve Mechanismen is uniek in onze capaciteit om levende scharnieren van één enkel stuk van polypropyleen machinaal te bewerken.

Een ander voordeel van polypropyleen is dat het gemakkelijk kan worden gecopolymeerd (in wezen gecombineerd tot een samengestelde kunststof) met andere polymeren zoals polyethyleen. Door copolymerisatie veranderen de materiaaleigenschappen aanzienlijk, waardoor robuustere technische toepassingen mogelijk zijn dan met zuiver polypropyleen (meer een basiskunststof op zich).

Voornoemde en onderstaande eigenschappen maken dat polypropyleen in tal van toepassingen wordt gebruikt: vaatwasmachinebestendige borden, bakjes, bekers, enz., ondoorzichtige to-go bakjes, en veel speelgoed.

Wat zijn de eigenschappen van polypropyleen?

Enkele van de belangrijkste eigenschappen van polypropyleen zijn:

1. Chemische bestendigheid: Verdunde basen en zuren reageren niet gemakkelijk met polypropyleen, waardoor het een goede keuze is voor containers met dergelijke vloeistoffen, zoals schoonmaakmiddelen, eerstehulpproducten en meer.
2. Elasticiteit en Taaiheid: Het polypropyleen zal met elasticiteit over een bepaalde waaier van afbuiging (zoals alle materialen) handelen, maar het zal ook plastische vervorming vroeg in het vervormingsproces ervaren, zodat het over het algemeen als een “taai” materiaal wordt beschouwd. Taaiheid is een technische term die wordt gedefinieerd als het vermogen van een materiaal om te vervormen (plastisch, niet elastisch) zonder te breken.
3. Vermoeiingsweerstand: Polypropyleen behoudt zijn vorm na veel torsie, buigen en/of buigen. Deze eigenschap is vooral waardevol voor het maken van levende scharnieren.
4. Isolatie: polypropyleen heeft een zeer hoge weerstand tegen elektriciteit en is zeer bruikbaar voor elektronische componenten.
5. Doorlaatbaarheid: Hoewel Polypropyleen doorzichtig kan worden gemaakt, wordt het gewoonlijk geproduceerd om van nature ondoorzichtig van kleur te zijn. Het polypropyleen kan voor toepassingen worden gebruikt waar één of andere overdracht van licht belangrijk is of waar het van esthetische waarde is. Als een hoge doorlaatbaarheid gewenst is, zijn kunststoffen als Acryl of Polycarbonaat betere keuzes.

Polypropeen is geclassificeerd als een “thermoplastisch” (in tegenstelling tot “thermohardend”) materiaal, wat te maken heeft met de manier waarop het plastic op warmte reageert. Thermoplastische materialen worden vloeibaar bij hun smeltpunt (ruwweg 130 graden Celsius in het geval van polypropyleen). Een belangrijke nuttige eigenschap van thermoplasten is dat zij tot hun smeltpunt kunnen worden verhit, afgekoeld, en opnieuw verhit zonder significante degradatie. In plaats van te verbranden, worden thermoplasten zoals polypropyleen vloeibaar, waardoor ze gemakkelijk kunnen worden gespuitgiet en vervolgens gerecycleerd. Thermohardende kunststoffen daarentegen kunnen slechts één keer worden verhit (meestal tijdens het spuitgietproces). De eerste verhitting zorgt ervoor dat thermohardende materialen zich zetten (vergelijkbaar met een 2-componenten epoxy), wat resulteert in een chemische verandering die niet kan worden teruggedraaid. Als u een thermohardende kunststof een tweede keer aan een hoge temperatuur probeert te verhitten, zou deze gewoon verbranden. Dit kenmerk maakt thermohardende materialen slechte kandidaten voor recycling.

Waarom wordt Polypropyleen zo vaak gebruikt?

olypropyleen wordt zowel in huishoudelijke als in industriële toepassingen gebruikt. De unieke eigenschappen en het vermogen om zich aan te passen aan verschillende fabricagetechnieken maken het een materiaal van onschatbare waarde voor een breed scala van toepassingen. Een andere onschatbare eigenschap is het vermogen van polypropyleen om zowel als plastic materiaal als als vezel te functioneren (zoals die promotietasjes die worden weggegeven bij evenementen, wedstrijden, enz). Het unieke vermogen van polypropyleen om via verschillende methoden en voor verschillende toepassingen te worden vervaardigd, betekende dat het al snel een uitdaging begon te vormen voor veel van de oude alternatieve materialen, met name in de verpakkings-, vezel- en spuitgietindustrie. Het is in de loop der jaren blijven groeien en het blijft wereldwijd een belangrijke speler in de kunststofindustrie.

Bij Creative Mechanisms hebben we polypropyleen in een aantal toepassingen in uiteenlopende industrieën gebruikt. Misschien wel het meest interessante voorbeeld is ons vermogen om CNC-bewerking polypropyleen om een levende scharnier voor prototype levende scharnier ontwikkeling op te nemen. Polypropyleen is een zeer flexibel, zacht materiaal met een relatief laag smeltpunt. Deze factoren hebben verhinderd dat de meeste mensen het materiaal goed konden bewerken. Het gaat gommen. Het snijdt niet zuiver. Het begint te smelten door de hitte van de CNC frees. Het moet meestal glad geschraapt worden om ook maar in de buurt van een afgewerkt oppervlak te komen. Maar wij zijn erin geslaagd dit probleem op te lossen, zodat we nieuwe prototypes van levende scharnieren uit polypropyleen kunnen maken. Bekijk de video hieronder:

Wat zijn de verschillende soorten polypropyleen?

Er zijn twee hoofdtypen polypropyleen beschikbaar: homopolymeren en copolymeren. De copolymeren worden verder onderverdeeld in blokcopolymeren en willekeurige copolymeren. Elke categorie is beter geschikt voor bepaalde toepassingen dan de andere. Polypropyleen wordt vaak het “staal” van de kunststofindustrie genoemd vanwege de verschillende manieren waarop het kan worden gewijzigd of aangepast om zo goed mogelijk aan een bepaald doel te beantwoorden. Dit wordt gewoonlijk bereikt door er speciale additieven aan toe te voegen of door het op een zeer speciale manier te vervaardigen. Dit aanpassingsvermogen is een essentiële eigenschap.

Homopolymeer polypropyleen is een kwaliteit voor algemeen gebruik. Je kunt dit zien als de standaardtoestand van het polypropyleen materiaal. Blokcopolymeer polypropyleen heeft co-monomeer-eenheden die in blokken zijn gerangschikt (dat wil zeggen, in een regelmatig patroon) en tussen 5% en 15% ethyleen bevatten. Ethyleen verbetert bepaalde eigenschappen, zoals slagvastheid, terwijl andere additieven andere eigenschappen verbeteren. Bij random copolymeer polypropyleen – in tegenstelling tot blokcopolymeer polypropyleen – zijn de co-monomeer eenheden gerangschikt in onregelmatige of willekeurige patronen langs de polypropyleen molecule. Ze worden gewoonlijk verwerkt met 1% tot 7% ethyleen en worden geselecteerd voor toepassingen waarbij een kneedbaarder, helderder product gewenst is.

Hoe wordt polypropyleen gemaakt?

olypropyleen begint, net als andere kunststoffen, gewoonlijk met de destillatie van koolwaterstofbrandstoffen in lichtere groepen die “fracties” worden genoemd en waarvan sommige met andere katalysatoren worden gecombineerd om kunststoffen te produceren (meestal via polymerisatie of polycondensatie).

Polypropyleen voor prototypeontwikkeling op CNC-machines, 3D-printers, &Spuitgietmachines:

Polypropyleen 3D-printen:

Polypropyleen is niet direct beschikbaar in filamentvorm voor 3D printing.

CNC Bewerking Polypropyleen:

Polypropyleen wordt veel gebruikt als sheet stock voor CNC machinebouw. Wanneer we een prototype maken van een klein aantal polypropyleen onderdelen, gaan we deze meestal CNC machinaal bewerken. Polypropyleen heeft een reputatie opgebouwd als een materiaal dat niet machinaal bewerkt kan worden. Dat komt omdat het een lage gloeitemperatuur heeft, wat betekent dat het onder hitte begint te vervormen. Omdat het in het algemeen een zeer zacht materiaal is, vereist het een extreem hoog vaardigheidsniveau om met precisie te worden gesneden. Creative Mechanisms is daarin geslaagd. Onze teams kunnen een CNC-machine gebruiken en het polypropyleen zuiver en met zeer veel detail snijden. Bovendien zijn wij in staat om levende scharnieren te maken van polypropyleen met een dikte van slechts 0,010 inch. Het maken van levende scharnieren is op zichzelf al een moeilijke onderneming, wat het gebruik van een moeilijk materiaal als polypropyleen nog indrukwekkender maakt.

Spuitgieten van polypropyleen:

Polypropeen is een zeer bruikbare kunststof voor spuitgieten en is voor dit doel meestal verkrijgbaar in de vorm van korrels. Polypropyleen is gemakkelijk te vormen ondanks zijn semi-kristallijne aard, en het vloeit zeer goed wegens zijn lage smeltviscositeit. Deze eigenschap bevordert aanzienlijk de snelheid waarmee u een vorm met het materiaal kunt vullen. De krimp in polypropyleen is ongeveer 1-2%, maar kan variëren op basis van een aantal factoren, waaronder de druk, de tijd, de smelttemperatuur, de dikte van de matrijswand, de matrijstemperatuur en het percentage en type additieven.

Anderen:

Naast de conventionele kunststoftoepassingen leent polypropeen zich ook goed voor vezeltoepassingen. Dit geeft het een nog breder scala van toepassingen die verder gaan dan alleen spuitgieten. Hieronder vallen touwen, tapijten, bekleding, kleding en dergelijke.

Image From AnimatedKnots.com

Wat zijn de voordelen van Polypropyleen?

1. Polypropyleen is gemakkelijk beschikbaar en vrij goedkoop.
2. Polypropyleen heeft hoge buigsterkte toe te schrijven aan zijn semi-kristallijne aard.
3. Polypropylene has a relatively slippery surface.
4. Polypropylene is very resistant to absorbing moisture.
5. Polypropylene has good chemical resistance over a wide range of bases and acids.
6. Polypropylene possesses good fatigue resistance.
7. Polypropylene has good impact strength.
8. Polypropylene is a good electrical insulator.

What are the Disadvantages of Polypropylene?

1. Polypropylene has a high thermal expansion coefficient which limits its high temperature applications.
2. Polypropylene is susceptible to UV degradation.
3. Polypropylene has poor resistance to chlorinated solvents and aromatics.
4. Polypropylene is known to be difficult to paint as it has poor bonding properties.
5. Polypropylene is highly flammable.
6. Polypropylene is susceptible to oxidation.

Despite its shortcomings, polypropylene is a great material overall. It has a unique blend of qualities that aren’t found in any other material which makes it an ideal choice for many projects.

What are the properties of Polypropylene?

Property	Value
Technical Name	Polypropylene (PP)
Chemical Formula	(C3H6)n
Resin Identification Code (Used For Recycling)
Melt Temperature	130°C (266°F)
Typical Injection Mold Temperature	32 – 66 °C (90 – 150 °F) ***
Heat Deflection Temperature (HDT)	100 °C (212 °F) at 0.46 MPa (66 PSI) **
Tensile Strength	32 MPa (4700 PSI) ***
Flexural Strength	41 MPa (6000 PSI) ***
Specific Gravity
Shrink Rate	1.5 – 2.0 % (.015 – .02 in/in) ***