Creative Mechanisms Blog

Co je polypropylen (PP) a k čemu se používá?

Polypropylen (PP) je termoplastický „aditivní polymer“ vyrobený kombinací monomerů propylenu. Používá se v různých aplikacích, které zahrnují obaly pro spotřební výrobky, plastové díly pro různá průmyslová odvětví včetně automobilového průmyslu, speciální zařízení, jako jsou živé závěsy, a textilie. Polypropylen byl poprvé polymerizován v roce 1951 dvojicí vědců z ropné společnosti Phillips jménem Paul Hogan a Robert Banks a později italskými a německými vědci Nattou a Rehnem. Mimořádně rychle se stal významným, neboť jeho komerční výroba byla zahájena pouhé tři roky poté, co jej poprvé polymerizoval italský chemik, profesor Giulio Natta. Natta zdokonalil a syntetizoval první polypropylenovou pryskyřici ve Španělsku v roce 1954 a schopnost polypropylenu krystalizovat vyvolala velké vzrušení. V roce 1957 jeho popularita prudce vzrostla a v celé Evropě začala jeho široká komerční výroba. Dnes je jedním z nejčastěji vyráběných plastů na světě.

CNC řezaný polypropylenový živý pant prototyp dětského bezpečného víka od Creative Mechanisms

Podle některých zpráv, současná celosvětová poptávka po tomto materiálu vytváří roční trh o objemu přibližně 45 milionů tun a odhaduje se, že do roku 2020 poptávka vzroste na přibližně 62 milionů tun. Hlavními koncovými uživateli polypropylenu jsou obalový průmysl, který spotřebovává přibližně 30 % celkového množství, následovaný elektrotechnickým průmyslem a výrobou zařízení, které spotřebovávají po přibližně 13 %. Domácí spotřebiče a automobilový průmysl spotřebují po 10 % a následují stavební materiály s 5 % trhu. Ostatní aplikace dohromady tvoří zbytek celosvětové spotřeby polypropylenu.

Polypropylen má relativně kluzký povrch, což z něj může činit možnou náhradu plastů, jako je acetal (POM), v aplikacích s nízkým třením, jako jsou ozubená kola, nebo pro použití jako kontaktní bod pro nábytek. Možná negativním aspektem této vlastnosti je, že polypropylen lze obtížně lepit k jiným povrchům (tj. špatně přilne k některým lepidlům, která dobře fungují s jinými plasty, a v případě potřeby vytvoření spoje se někdy musí svařovat). Ačkoli je polypropylen na molekulární úrovni kluzký, má poměrně vysoký koeficient tření – proto by se místo něj použil acetal, nylon nebo PTFE. Polypropylen má také nízkou hustotu v porovnání s jinými běžnými plasty, což znamená úsporu hmotnosti pro výrobce a distributory vstřikovaných dílů z polypropylenu. Při pokojové teplotě má výjimečnou odolnost vůči organickým rozpouštědlům, jako jsou tuky, ale při vyšších teplotách podléhá oxidaci (potenciální problém při vstřikování).

Jednou z hlavních výhod polypropylenu je, že z něj lze vyrobit (buď pomocí CNC nebo vstřikováním, tepelným tvarováním nebo lisováním) živý závěs. Živé panty jsou extrémně tenké kusy plastu, které se ohýbají, aniž by se zlomily (dokonce i v extrémním rozsahu pohybu blížícím se 360 stupňům). Nejsou příliš užitečné pro konstrukční aplikace, jako je držení těžkých dveří, ale jsou mimořádně užitečné pro nenosné aplikace, jako je víčko na lahvi kečupu nebo šamponu. Polypropylen je jedinečně vhodný pro živé panty, protože se při opakovaném ohýbání neláme. Jednou z dalších výhod je, že polypropylen lze obrábět na CNC strojích tak, aby obsahoval živý závěs, což umožňuje rychlejší vývoj prototypu a je levnější než jiné metody výroby prototypů. Společnost Creative Mechanisms je jedinečná svou schopností obrábět živé panty z jednoho kusu polypropylenu.

Další výhodou polypropylenu je, že jej lze snadno kopolymerizovat (v podstatě kombinovat do kompozitního plastu) s jinými polymery, jako je polyethylen. Kopolymerizace výrazně mění vlastnosti materiálu, což umožňuje robustnější technické aplikace, než jaké jsou možné s čistým polypropylenem (který je sám o sobě spíše komoditním plastem).

Výše uvedené a níže uvedené vlastnosti znamenají, že se polypropylen používá v různých aplikacích: talíře, tácky, hrnky atd. vhodné do myčky nádobí, neprůhledné nádoby na jídlo a mnoho hraček.

Jaké jsou vlastnosti polypropylenu?

Některé z nejvýznamnějších vlastností polypropylenu jsou:

1. Chemická odolnost: Zředěné zásady a kyseliny s polypropylenem nereagují snadno, což z něj činí dobrou volbu pro nádoby na takové kapaliny, jako jsou čisticí prostředky, prostředky první pomoci a další.
2. Pružnost a houževnatost: Polypropylen se bude chovat pružně v určitém rozsahu deformace (jako všechny materiály), ale také u něj dojde k plastické deformaci na počátku deformačního procesu, takže je obecně považován za „houževnatý“ materiál. Houževnatost je inženýrský termín, který je definován jako schopnost materiálu deformovat se (plasticky, nikoli pružně) bez porušení a..
3. Odolnost proti únavě: Polypropylen si zachovává svůj tvar i po velkém kroucení, ohýbání a/nebo ohýbání. Tato vlastnost je cenná zejména při výrobě živých závěsů.
4. Izolace: Polypropylen má velmi vysokou odolnost vůči elektřině a je velmi užitečný pro elektronické součástky.
5. Propustnost: Přestože lze polypropylen vyrobit průhledný, obvykle se vyrábí tak, aby měl přirozeně neprůhlednou barvu. Polypropylen lze použít pro aplikace, kde je důležitý určitý přenos světla nebo kde má estetickou hodnotu. Pokud je požadována vysoká propustnost, jsou lepší volbou plasty jako akrylát nebo polykarbonát.

Polypropylen je klasifikován jako „termoplast“ (na rozdíl od „termosetu“), což souvisí se způsobem, jakým plast reaguje na teplo. Termoplastické materiály se při teplotě tání (v případě polypropylenu zhruba 130 °C) stávají tekutými. Hlavní užitečnou vlastností termoplastů je, že je lze zahřát na teplotu tání, ochladit a znovu zahřát, aniž by došlo k jejich výrazné degradaci. Termoplasty jako polypropylen místo hoření zkapalňují, což umožňuje jejich snadné vstřikování a následnou recyklaci. Naproti tomu termosetové plasty lze zahřát pouze jednou (obvykle během procesu vstřikování). Při prvním zahřátí dochází k tuhnutí termosetových materiálů (podobně jako u dvousložkového epoxidu), což má za následek chemickou změnu, kterou nelze zvrátit. Pokud byste se pokusili zahřát termosetový plast na vysokou teplotu podruhé, jednoduše by se spálil. Tato vlastnost činí z termosetových materiálů špatné kandidáty na recyklaci.

Proč se polypropylen používá tak často?

Polypropylen se používá v domácnosti i v průmyslu. Díky svým jedinečným vlastnostem a schopnosti přizpůsobit se různým výrobním technikám vyniká jako neocenitelný materiál pro širokou škálu použití. Další neocenitelnou vlastností polypropylenu je jeho schopnost fungovat jako plastový materiál i jako vlákno (například ty reklamní tašky, které se rozdávají na akcích, závodech atd.). Jedinečná schopnost polypropylenu vyrábět různými metodami a pro různá použití znamenala, že brzy začal být výzvou pro mnoho starých alternativních materiálů, zejména v obalovém průmyslu, výrobě vláken a vstřikování plastů. Jeho růst byl v průběhu let trvalý a stále zůstává významným hráčem v plastikářském průmyslu po celém světě.

V Creative Mechanisms jsme polypropylen použili v řadě aplikací v různých průmyslových odvětvích. Mezi asi nejzajímavější příklady patří naše schopnost obrábět polypropylen na CNC strojích tak, aby obsahoval živý pant pro vývoj prototypů živých pantů. Polypropylen je velmi pružný, měkký materiál s relativně nízkým bodem tání. Tyto faktory bránily většině lidí ve správném obrábění tohoto materiálu. Dochází k jeho gumovatění. Neřeže se čistě. Začne se tavit od tepla CNC frézy. Obvykle je třeba ho oškrábat do hladka, abyste získali něco, co se blíží hotovému povrchu. Nám se však podařilo tento problém vyřešit, což nám umožňuje vytvářet z polypropylenu nové prototypy živých závěsů. Podívejte se na video níže:

Jaké jsou různé typy polypropylenu?

Existují dva hlavní typy polypropylenu: homopolymery a kopolymery. Kopolymery se dále dělí na blokové kopolymery a náhodné kopolymery. Každá kategorie se hodí pro určité aplikace lépe než ostatní. Polypropylen je často nazýván „ocelí“ plastikářského průmyslu, protože jej lze různými způsoby upravit nebo přizpůsobit tak, aby co nejlépe sloužil určitému účelu. Toho se obvykle dosahuje tím, že se do něj přidávají speciální přísady nebo se vyrábí velmi specifickým způsobem. Tato přizpůsobivost je zásadní vlastností.

Homopolymerní polypropylen je univerzální třída. Můžete si ji představit jako výchozí stav polypropylenového materiálu. Blokový kopolymerní polypropylen má kopolymerní jednotky uspořádané v blocích (tj. v pravidelném vzoru) a obsahuje od 5 % do 15 % ethylenu. Etylen zlepšuje některé vlastnosti, například odolnost proti nárazu, zatímco jiné přísady zlepšují jiné vlastnosti. Náhodný kopolymer polypropylenu – na rozdíl od blokového kopolymeru polypropylenu – má kopolymerní jednotky uspořádány nepravidelně nebo náhodně podél molekuly polypropylenu. Obvykle obsahují 1 až 7 % ethylenu a vybírají se pro aplikace, kde je požadován kujnější a čirší výrobek.

Jak se vyrábí polypropylen?

Polypropylen, stejně jako ostatní plasty, obvykle začíná destilací uhlovodíkových paliv na lehčí skupiny nazývané „frakce“, z nichž některé se kombinují s dalšími katalyzátory a vyrábějí se plasty (obvykle polymerací nebo polykondenzací).

Polypropylen pro vývoj prototypů na CNC strojích, 3D tiskárnách, & vstřikovacích strojích:

3D tisk polypropylenu:

Polypropylen není snadno dostupný ve formě vlákna pro 3D tisk.

CNC obrábění polypropylenu:

Polypropylen se široce používá jako plechový materiál pro výrobu na CNC strojích. Když vytváříme prototyp malého počtu polypropylenových dílů, obvykle je obrábíme na CNC strojích. Polypropylen si získal pověst materiálu, který nelze obrábět. Je to proto, že má nízkou teplotu žíhání, což znamená, že se za tepla začne deformovat. Protože se obecně jedná o velmi měkký materiál, vyžaduje jeho přesné řezání mimořádně vysokou úroveň dovedností. Společnosti Creative Mechanisms se to daří. Naše týmy dokáží použít CNC stroj a řezat polypropylen čistě a s mimořádně velkým detailem. Kromě toho jsme schopni z polypropylenu vytvořit živé závěsy, které mají tloušťku pouhých 0,010 palce. Výroba živých závěsů je sama o sobě náročná záležitost, o to působivější je použití tak náročného materiálu, jako je polypropylen.

Vstřikování polypropylenu:

Polypropylen je velmi užitečný plast pro vstřikování a je pro tento účel obvykle k dispozici ve formě pelet. Polypropylen se navzdory své semikrystalické povaze snadno formuje a díky nízké viskozitě taveniny velmi dobře teče. Tato vlastnost výrazně zvyšuje rychlost, s jakou lze tímto materiálem naplnit formu. Smrštění polypropylenu se pohybuje kolem 1-2 %, ale může se lišit v závislosti na řadě faktorů, včetně tlaku udržování, doby udržování, teploty taveniny, tloušťky stěn formy, teploty formy a procenta a typu přísad.

Další:

Kromě běžných plastových aplikací se polypropylen dobře hodí také pro použití s vlákny. To mu dává ještě širší možnosti použití, které přesahují pouhé vstřikování. Patří mezi ně například lana, koberce, čalounění, oděvy a podobně.

Obrázek z AnimatedKnots.com

Jaké jsou výhody polypropylenu?

1. Polypropylen je snadno dostupný a relativně levný.
2. Polypropylen má díky své semikrystalické povaze vysokou pevnost v ohybu.
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) ***