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Was ist Polypropylen (PP), und wofür wird es verwendet?

Polypropylen (PP) ist ein thermoplastisches „Additionspolymer“, das aus der Kombination von Propylenmonomeren hergestellt wird. Es wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, z. B. für Verpackungen von Konsumgütern, Kunststoffteile für verschiedene Industriezweige, einschließlich der Automobilindustrie, spezielle Geräte wie Wohnscharniere und Textilien. Polypropylen wurde erstmals 1951 von den beiden Phillips-Erdölwissenschaftlern Paul Hogan und Robert Banks und später von den italienischen und deutschen Wissenschaftlern Natta und Rehn polymerisiert. Es wurde sehr schnell bekannt, da die kommerzielle Produktion kaum drei Jahre nach der ersten Polymerisation durch den italienischen Chemiker Professor Giulio Natta begann. Natta perfektionierte und synthetisierte das erste Polypropylenharz 1954 in Spanien, und die Fähigkeit des Polypropylens, zu kristallisieren, sorgte für große Aufregung. Im Jahr 1957 war die Popularität des Kunststoffs sprunghaft angestiegen und die kommerzielle Produktion begann in ganz Europa. Heute ist es einer der am häufigsten hergestellten Kunststoffe der Welt.

CNC-geschnittener Prototyp eines kindersicheren Deckels aus Polypropylen mit lebendem Scharnier von Creative Mechanisms

Einigen Berichten zufolge, die derzeitige weltweite Nachfrage nach dem Material einen jährlichen Markt von etwa 45 Millionen Tonnen und es wird geschätzt, dass die Nachfrage bis 2020 auf etwa 62 Millionen Tonnen ansteigen wird. Die wichtigsten Endverbraucher von Polypropylen sind die Verpackungsindustrie, die etwa 30 % der Gesamtmenge verbraucht, gefolgt von der Elektroindustrie und dem Gerätebau, die jeweils etwa 13 % verbrauchen. Die Haushaltsgeräte- und die Automobilindustrie verbrauchen jeweils 10 %, und die Baumaterialien folgen mit 5 % des Marktes. Der Rest des weltweiten Polypropylenverbrauchs entfällt auf andere Anwendungen.

Polypropylen hat eine relativ glatte Oberfläche, was es zu einem möglichen Ersatz für Kunststoffe wie Acetal (POM) bei Anwendungen mit geringer Reibung wie Zahnrädern oder als Kontaktpunkt für Möbel machen kann. Ein negativer Aspekt dieser Eigenschaft ist vielleicht, dass es schwierig sein kann, Polypropylen mit anderen Oberflächen zu verbinden (d.h. es haftet nicht gut an bestimmten Klebstoffen, die mit anderen Kunststoffen gut funktionieren, und muss manchmal geschweißt werden, falls eine Verbindung erforderlich ist). Obwohl Polypropylen auf molekularer Ebene rutschig ist, hat es einen relativ hohen Reibungskoeffizienten, weshalb man stattdessen Acetal, Nylon oder PTFE verwenden würde. Polypropylen hat auch eine niedrige Dichte im Vergleich zu anderen gängigen Kunststoffen, was für Hersteller und Händler von Spritzgussteilen aus Polypropylen zu Gewichtseinsparungen führt. Es ist bei Raumtemperatur außergewöhnlich beständig gegen organische Lösungsmittel wie Fette, unterliegt aber bei höheren Temperaturen der Oxidation (ein mögliches Problem beim Spritzgießen).

Einer der größten Vorteile von Polypropylen ist, dass es (entweder durch CNC- oder Spritzgießen, Thermoformen oder Crimpen) zu einem lebenden Scharnier verarbeitet werden kann. Lebende Scharniere sind extrem dünne Kunststoffteile, die sich biegen lassen, ohne zu brechen (selbst bei extremen Bewegungsabläufen von nahezu 360 Grad). Sie sind nicht besonders nützlich für strukturelle Anwendungen wie das Halten einer schweren Tür, aber sie sind außerordentlich nützlich für nicht tragende Anwendungen wie den Deckel einer Ketchup- oder Shampooflasche. Polypropylen eignet sich hervorragend für lebende Scharniere, da es nicht bricht, wenn es wiederholt gebogen wird. Einer der weiteren Vorteile ist, dass Polypropylen CNC-gefräst werden kann, um ein lebendes Scharnier einzubauen, was eine schnellere Entwicklung von Prototypen ermöglicht und weniger kostspielig ist als andere Prototyping-Methoden. Creative Mechanisms ist einzigartig in seiner Fähigkeit, lebende Scharniere aus einem einzigen Stück Polypropylen zu fertigen.

Ein weiterer Vorteil von Polypropylen ist, dass es sich leicht mit anderen Polymeren wie Polyethylen copolymerisieren lässt (im Wesentlichen zu einem Verbundkunststoff kombiniert). Durch die Copolymerisation verändern sich die Materialeigenschaften erheblich, was robustere technische Anwendungen ermöglicht, als dies mit reinem Polypropylen (eher ein Standardkunststoff für sich allein) möglich ist.

Die oben und unten genannten Eigenschaften bedeuten, dass Polypropylen in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt wird: spülmaschinenfeste Teller, Schalen, Becher usw., undurchsichtige To-Go-Behälter und viele Spielzeuge.

Welche Eigenschaften hat Polypropylen?

Einige der wichtigsten Eigenschaften von Polypropylen sind:

1. Chemische Beständigkeit: Verdünnte Basen und Säuren reagieren nicht ohne weiteres mit Polypropylen, was es zu einer guten Wahl für Behälter für solche Flüssigkeiten macht, wie z. B. Reinigungsmittel, Erste-Hilfe-Produkte und mehr.
2. Elastizität und Zähigkeit: Polypropylen verhält sich über einen bestimmten Bereich der Verformung elastisch (wie alle Materialien), aber es wird auch früh im Verformungsprozess plastisch verformt, so dass es im Allgemeinen als „zähes“ Material angesehen wird. Zähigkeit ist ein technischer Begriff, der definiert ist als die Fähigkeit eines Materials, sich (plastisch, nicht elastisch) zu verformen, ohne zu brechen.
3. Ermüdungsbeständigkeit: Polypropylen behält seine Form auch nach starker Verdrehung, Biegung und/oder Verformung. Diese Eigenschaft ist besonders wertvoll für die Herstellung lebender Scharniere.
4. Isolierung: Polypropylen hat einen sehr hohen Widerstand gegen Elektrizität und ist sehr nützlich für elektronische Komponenten.
5. Durchlässigkeit: Obwohl Polypropylen transparent gemacht werden kann, wird es normalerweise so hergestellt, dass es von Natur aus undurchsichtig ist. Polypropylen kann für Anwendungen verwendet werden, bei denen eine gewisse Lichtdurchlässigkeit wichtig ist oder die einen ästhetischen Wert haben. Wenn eine hohe Lichtdurchlässigkeit erwünscht ist, sind Kunststoffe wie Acryl oder Polycarbonat die bessere Wahl.

Polypropylen wird als „thermoplastisches“ (im Gegensatz zu „duroplastisches“) Material eingestuft, was mit der Art und Weise zu tun hat, wie der Kunststoff auf Wärme reagiert. Thermoplastische Materialien werden bei ihrem Schmelzpunkt (etwa 130 Grad Celsius im Fall von Polypropylen) flüssig. Eine wichtige nützliche Eigenschaft von Thermoplasten ist, dass sie bis zu ihrem Schmelzpunkt erhitzt, abgekühlt und wieder erwärmt werden können, ohne dass es zu einer wesentlichen Verschlechterung kommt. Anstatt zu verbrennen, verflüssigen sich Thermoplaste wie Polypropylen, wodurch sie leicht spritzgegossen und anschließend recycelt werden können. Im Gegensatz dazu können duroplastische Kunststoffe nur einmal erhitzt werden (in der Regel während des Spritzgießprozesses). Die erste Erwärmung führt dazu, dass duroplastische Materialien aushärten (ähnlich wie ein 2-Komponenten-Epoxid), was zu einer chemischen Veränderung führt, die nicht rückgängig gemacht werden kann. Würde man versuchen, einen duroplastischen Kunststoff ein zweites Mal auf eine hohe Temperatur zu erhitzen, würde er einfach verbrennen. Diese Eigenschaft macht duroplastische Materialien zu schlechten Kandidaten für das Recycling.

Warum wird Polypropylen so häufig verwendet?

Polypropylen wird sowohl im Haushalt als auch in der Industrie eingesetzt. Seine einzigartigen Eigenschaften und seine Fähigkeit, sich an verschiedene Fertigungstechniken anzupassen, machen es zu einem unschätzbaren Material für eine breite Palette von Anwendungen. Ein weiteres unschätzbares Merkmal ist die Fähigkeit von Polypropylen, sowohl als Kunststoff als auch als Faser zu fungieren (wie z. B. bei den Werbetaschen, die bei Veranstaltungen, Rennen usw. verschenkt werden). Die einzigartige Fähigkeit von Polypropylen, mit verschiedenen Methoden und für unterschiedliche Anwendungen hergestellt zu werden, führte dazu, dass es bald begann, viele der alten alternativen Materialien herauszufordern, insbesondere in der Verpackungs-, Faser- und Spritzgussindustrie. Sein Wachstum hat sich über die Jahre fortgesetzt, und es ist nach wie vor ein wichtiger Akteur in der Kunststoffindustrie weltweit.

Bei Creative Mechanisms haben wir Polypropylen in einer Reihe von Anwendungen in einer Reihe von Branchen eingesetzt. Das vielleicht interessanteste Beispiel ist die CNC-Bearbeitung von Polypropylen, um ein lebendes Scharnier für die Entwicklung eines Prototyps eines lebenden Scharniers einzubauen. Polypropylen ist ein sehr flexibles, weiches Material mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt. Diese Faktoren haben die meisten Menschen daran gehindert, das Material richtig zu bearbeiten. Es verklebt. Es lässt sich nicht sauber schneiden. Es beginnt durch die Hitze des CNC-Fräsers zu schmelzen. In der Regel muss es glatt geschabt werden, um auch nur annähernd eine fertige Oberfläche zu erhalten. Aber wir konnten dieses Problem lösen, so dass wir neuartige Prototypen lebender Scharniere aus Polypropylen herstellen können. Sehen Sie sich das folgende Video an:

Was sind die verschiedenen Arten von Polypropylen?

Es gibt zwei Hauptarten von Polypropylen: Homopolymere und Copolymere. Die Copolymere werden weiter unterteilt in Blockcopolymere und Zufallscopolymere. Jede Kategorie eignet sich für bestimmte Anwendungen besser als die andere. Polypropylen wird oft als der „Stahl“ der Kunststoffindustrie bezeichnet, da es auf verschiedene Weise modifiziert oder angepasst werden kann, um einen bestimmten Zweck zu erfüllen. Dies wird in der Regel durch die Zugabe spezieller Additive oder durch eine ganz bestimmte Art der Herstellung erreicht. Diese Anpassungsfähigkeit ist eine wichtige Eigenschaft.

Homopolymeres Polypropylen ist ein Allzweckmaterial. Man kann sich dies als den Standardzustand des Polypropylenmaterials vorstellen. Bei Blockcopolymer-Polypropylen sind die Co-Monomer-Einheiten in Blöcken (d. h. in einem regelmäßigen Muster) angeordnet und enthalten zwischen 5 und 15 % Ethylen. Ethylen verbessert bestimmte Eigenschaften, wie z. B. die Schlagzähigkeit, während andere Additive andere Eigenschaften verbessern. Bei Random-Copolymer-Polypropylen – im Gegensatz zu Block-Copolymer-Polypropylen – sind die Co-Monomer-Einheiten in unregelmäßigen oder zufälligen Mustern entlang des Polypropylen-Moleküls angeordnet. Sie enthalten in der Regel zwischen 1 % und 7 % Ethylen und werden für Anwendungen ausgewählt, bei denen ein formbareres, klareres Produkt gewünscht wird.

Wie wird Polypropylen hergestellt?

Polypropylen beginnt wie andere Kunststoffe typischerweise mit der Destillation von Kohlenwasserstoffbrennstoffen in leichtere Gruppen, die „Fraktionen“ genannt werden, von denen einige mit anderen Katalysatoren kombiniert werden, um Kunststoffe herzustellen (typischerweise durch Polymerisation oder Polykondensation).

Polypropylen für die Entwicklung von Prototypen auf CNC-Maschinen, 3D-Druckern, & Spritzgussmaschinen:

3D-Druck von Polypropylen:

Polypropylen ist in Form von Filamenten für den 3D-Druck nicht ohne weiteres erhältlich.

CNC-Bearbeitung von Polypropylen:

Polypropylen wird häufig als Plattenmaterial für die CNC-Bearbeitung verwendet. Wenn wir eine kleine Anzahl von Polypropylenteilen als Prototyp herstellen, werden diese in der Regel CNC-gefräst. Polypropylen hat den Ruf, ein Material zu sein, das nicht maschinell bearbeitet werden kann. Das liegt daran, dass es eine niedrige Glühtemperatur hat, was bedeutet, dass es sich bei Hitze zu verformen beginnt. Da es im Allgemeinen ein sehr weiches Material ist, erfordert es ein extrem hohes Maß an Geschicklichkeit, um mit Präzision geschnitten zu werden. Creative Mechanisms ist damit erfolgreich gewesen. Unsere Teams können das Polypropylen mit einer CNC-Maschine sauber und sehr detailliert schneiden. Außerdem sind wir in der Lage, lebende Scharniere aus Polypropylen mit einer Dicke von nur 0,010 Zoll herzustellen. Die Herstellung lebender Scharniere ist an sich schon ein schwieriges Unterfangen, was die Verwendung eines schwierigen Materials wie Polypropylen noch beeindruckender macht.

Spritzgießen von Polypropylen:

Polypropylen ist ein sehr nützlicher Kunststoff für das Spritzgießen und ist für diesen Zweck in der Regel in Form von Granulat erhältlich. Polypropylen ist trotz seiner teilkristallinen Beschaffenheit leicht zu formen und fließt aufgrund seiner niedrigen Schmelzviskosität sehr gut. Diese Eigenschaft erhöht die Geschwindigkeit, mit der sich eine Form mit dem Material füllen lässt, erheblich. Die Schrumpfung von Polypropylen liegt bei etwa 1-2 %, kann aber in Abhängigkeit von einer Reihe von Faktoren wie Nachdruck, Nachdruckzeit, Schmelzetemperatur, Formwanddicke, Formtemperatur sowie Prozentsatz und Art der Zusatzstoffe variieren.

Sonstiges:

Neben den herkömmlichen Kunststoffanwendungen eignet sich Polypropylen auch gut für Faseranwendungen. Dies ermöglicht ein noch breiteres Spektrum von Anwendungen, die über das Spritzgießen hinausgehen. Dazu gehören Seile, Teppiche, Polstermöbel, Kleidung und ähnliches.

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Was sind die Vorteile von Polypropylen?

1. Polypropylen ist leicht verfügbar und relativ preiswert.
2. Polypropylen hat eine hohe Biegefestigkeit aufgrund seiner teilkristallinen Beschaffenheit.
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) ***