Kreatív mechanizmusok blog

Mi a polipropilén (PP), és mire használják?

A polipropilén (PP) egy hőre lágyuló “addíciós polimer”, amely propilén monomerek kombinációjából készül. Számos alkalmazásban használják, többek között fogyasztói termékek csomagolásához, műanyag alkatrészekhez különböző iparágak számára, beleértve az autóipart, speciális eszközökhöz, például élő zsanérokhoz és textíliákhoz. A polipropilént először 1951-ben polimerizálta egy Paul Hogan és Robert Banks nevű Phillips kőolajkutató-páros, majd később Natta és Rehn olasz és német tudósok. Rendkívül gyorsan vált ismertté, hiszen alig három évvel azután, hogy Giulio Natta olasz vegyész professzor először polimerizálta, megkezdődött a kereskedelmi gyártása. Natta 1954-ben Spanyolországban tökéletesítette és szintetizálta az első polipropiléngyantát, és a polipropilén kristályosodási képessége nagy izgalmat keltett. 1957-re népszerűsége robbanásszerűen megnőtt, és Európa-szerte széles körű kereskedelmi gyártás kezdődött. Ma ez az egyik leggyakrabban gyártott műanyag a világon.

CNC vágott polipropilén élő zsanér prototípus gyermekbiztonsági fedél a Creative Mechanisms-től

Az egyes jelentések szerint, az anyag iránti jelenlegi globális kereslet évente körülbelül 45 millió tonna piacot generál, és a becslések szerint a kereslet 2020-ra körülbelül 62 millió tonnára emelkedik. A polipropilén fő végfelhasználói a csomagolóipar, amely a teljes mennyiség mintegy 30%-át fogyasztja, ezt követi az elektromos és a berendezésgyártás, amelyek egyenként mintegy 13%-ot használnak fel. A háztartási készülékek és az autóipar egyaránt 10%-ot fogyaszt, majd az építőanyagok következnek a piac 5%-ával. Az egyéb alkalmazások együttesen teszik ki a globális polipropilén-fogyasztás fennmaradó részét.

A polipropilén viszonylag csúszós felülettel rendelkezik, ami lehetővé teszi az olyan műanyagok, mint az acetál (POM) helyettesítését olyan alacsony súrlódású alkalmazásokban, mint a fogaskerekek vagy a bútorok érintkezési pontjaként való használatot. E tulajdonságának talán negatív aspektusa, hogy a polipropilént nehéz lehet más felületekhez ragasztani (azaz nem tapad jól bizonyos ragasztókhoz, amelyek más műanyagokkal jól működnek, és néha hegeszteni kell abban az esetben, ha illesztés kialakítására van szükség). Bár a polipropilén molekuláris szinten csúszós, viszonylag magas a súrlódási együtthatója – ezért inkább acetált, nejlont vagy PTFE-t használnának helyette. A polipropilén sűrűsége is alacsony más gyakori műanyagokhoz képest, ami súlymegtakarítást jelent a fröccsöntött polipropilén alkatrészek gyártói és forgalmazói számára. Szobahőmérsékleten kivételesen ellenáll a szerves oldószereknek, például a zsíroknak, de magasabb hőmérsékleten oxidációnak van kitéve (ami a fröccsöntés során potenciális probléma).

A polipropilén egyik fő előnye, hogy (akár CNC- vagy fröccsöntéssel, hőformázással vagy krimpeléssel) élő zsanérrá gyártható. Az élő csuklópántok rendkívül vékony műanyagdarabok, amelyek törés nélkül hajlanak (még szélsőséges, közel 360 fokos mozgástartományokban is). Nem túl hasznosak szerkezeti alkalmazásokhoz, mint például egy nehéz ajtó megtartása, de kivételesen hasznosak nem teherhordó alkalmazásokhoz, mint például egy ketchupos vagy samponos üveg fedele. A polipropilén egyedülállóan alkalmas élő zsanérokhoz, mivel többszöri hajlításkor sem törik el. Az egyik további előnye, hogy a polipropilén CNC megmunkálással megmunkálható élő zsanérral, ami gyorsabb prototípusfejlesztést tesz lehetővé, és olcsóbb, mint más prototípusgyártási módszerek. A Creative Mechanisms egyedülállóan képes egyetlen darab polipropilénből élő zsanérokat megmunkálni.

A polipropilén további előnye, hogy könnyen kopolimerizálható (lényegében kompozit műanyaggá kombinálható) más polimerekkel, például polietilénnel. A kopolimerizáció jelentősen megváltoztatja az anyagtulajdonságokat, így a tiszta polipropilénnél (amely önmagában véve inkább egy alapanyagnak számító műanyag) robusztusabb műszaki alkalmazásokat tesz lehetővé.

A fent és alább említett tulajdonságok miatt a polipropilént számos alkalmazásban használják: mosogatógépben mosható tányérok, tálcák, poharak stb., átlátszatlan to-go edények és számos játék.

Melyek a polipropilén tulajdonságai?

A polipropilén néhány legfontosabb tulajdonsága:

1. Kémiai ellenállás: A hígított lúgok és savak nem lépnek könnyen reakcióba a polipropilénnel, ami jó választássá teszi az ilyen folyadékok, például tisztítószerek, elsősegélynyújtó termékek és egyéb folyadékok tartályaihoz.
2. Rugalmasság és szívósság: A polipropilén egy bizonyos elhajlási tartományban rugalmasan viselkedik (mint minden anyag), de a deformációs folyamat korai szakaszában képlékeny alakváltozást is tapasztal, ezért általában “szívós” anyagnak tekintik. A szívósság egy mérnöki kifejezés, amelyet úgy határoznak meg, mint az anyag azon képességét, hogy (plasztikusan, nem elasztikusan) deformálódjon törés nélkül…
3. Fáradási ellenállás: A polipropilén sok csavarás, hajlítás és/vagy hajlítás után is megőrzi alakját. Ez a tulajdonsága különösen értékes élő zsanérok készítésénél.
4. Szigetelés: A polipropilén nagyon nagy ellenállással rendelkezik az elektromossággal szemben, és nagyon hasznos az elektronikus alkatrészekhez.
5. Transzmisszivitás: Bár a polipropilén átlátszóvá tehető, általában úgy állítják elő, hogy természetesen átlátszatlan színű legyen. A polipropilén olyan alkalmazásokban használható, ahol a fény bizonyos mértékű áteresztése fontos, vagy ahol esztétikai értéket képvisel. Ha nagy áteresztőképességre van szükség, akkor az olyan műanyagok, mint az akril vagy a polikarbonát jobb választás.

A polipropilént a “hőre lágyuló” (szemben a “hőre keményedő”) anyagokkal, ami azzal függ össze, hogy a műanyag hogyan reagál a hőre. A hőre lágyuló anyagok olvadáspontjuknál (a polipropilén esetében nagyjából 130 Celsius fokon) folyékonnyá válnak. A hőre lágyuló műanyagok egyik legfontosabb hasznos tulajdonsága, hogy jelentős romlás nélkül az olvadáspontjukig felmelegíthetők, lehűthetők és újra felmelegíthetők. A hőre lágyuló műanyagok, mint például a polipropilén, égés helyett elfolyósodnak, ami lehetővé teszi, hogy könnyen fröccsönthetőek legyenek, majd később újrahasznosíthatóak. Ezzel szemben a hőre keményedő műanyagokat csak egyszer lehet felmelegíteni (általában a fröccsöntési folyamat során). Az első melegítés hatására a hőre keményedő anyagok megszilárdulnak (hasonlóan a kétkomponensű epoxihoz), ami olyan kémiai változást eredményez, amelyet nem lehet visszafordítani. Ha egy hőre keményedő műanyagot másodszor is megpróbálnánk magas hőmérsékletre melegíteni, az egyszerűen elégne. Ez a tulajdonsága miatt a hőre keményedő anyagok rossz jelöltek az újrahasznosításra.

Miért használják olyan gyakran a polipropilént?

A polipropilént háztartási és ipari alkalmazásokban egyaránt használják. Egyedülálló tulajdonságai és a különböző gyártási technikákhoz való alkalmazkodóképessége miatt felbecsülhetetlen értékű anyagként tűnik ki a legkülönbözőbb felhasználási területeken. Egy másik felbecsülhetetlen értékű tulajdonsága, hogy a polipropilén képes műanyagként és szálként is funkcionálni (mint például azok a promóciós hordtáskák, amelyeket rendezvényeken, versenyeken stb. osztogatnak). A polipropilén egyedülálló képessége, hogy különböző módszerekkel és különböző alkalmazásokban gyártható, azt jelentette, hogy hamarosan számos régi alternatív anyagot kezdett kihívás elé állítani, különösen a csomagoló-, szál- és fröccsöntőiparban. Növekedése az évek során folyamatos volt, és továbbra is a műanyagipar egyik főszereplője világszerte.

A Creative Mechanismsnél a polipropilént számos alkalmazásban használtuk már számos iparágban. Talán a legérdekesebb példa a polipropilén CNC megmunkálására való képességünk, hogy élő csuklót építsünk be az élő csukló prototípusának fejlesztéséhez. A polipropilén egy nagyon rugalmas, lágy anyag, viszonylag alacsony olvadásponttal. Ezek a tényezők a legtöbb embert megakadályozták abban, hogy megfelelően megmunkálják az anyagot. Rágósodik. Nem vág tisztán. A CNC-vágógép hőjétől olvadni kezd. Általában simára kell kaparni ahhoz, hogy bármi közelítsen a kész felülethez. De sikerült megoldanunk ezt a problémát, ami lehetővé teszi számunkra, hogy újszerű, élő zsanérok prototípusait készítsük polipropilénből. Nézze meg az alábbi videót:

Melyek a polipropilén különböző típusai?

A polipropilénnek két fő típusa létezik: homopolimerek és kopolimerek. A kopolimereket tovább osztják blokk-kopolimerekre és véletlenszerű kopolimerekre. Mindegyik kategória bizonyos alkalmazásokhoz jobban illik, mint a többi. A polipropilént gyakran nevezik a műanyagipar “acéljának”, mivel különböző módokon módosítható vagy testre szabható, hogy a legjobban szolgáljon egy adott célt. Ezt általában úgy érik el, hogy speciális adalékanyagokat adnak hozzá, vagy nagyon különleges módon állítják elő. Ez az alkalmazkodóképesség létfontosságú tulajdonság.

A homopolimer polipropilén egy általános célú minőség. Úgy tekinthetünk rá, mint a polipropilén anyag alapállapotára. A blokk-kopolimer polipropilén blokkokba (azaz szabályos mintázatba) rendezett komonomer egységekkel rendelkezik, és 5% és 15% közötti etilént tartalmaz. Az etilén javítja bizonyos tulajdonságokat, például az ütésállóságot, míg más adalékanyagok más tulajdonságokat javítanak. A véletlenszerű kopolimer polipropilén – szemben a blokk-kopolimer polipropilénnel – a koponomer egységek szabálytalan vagy véletlenszerű mintázatban helyezkednek el a polipropilén molekula mentén. Általában 1% és 7% közötti etilént tartalmaznak, és olyan alkalmazásokhoz választják, ahol képlékenyebb, tisztább termékre van szükség.

Hogyan készül a polipropilén?

A polipropilén, mint más műanyagok, jellemzően szénhidrogén üzemanyagok desztillációjával kezdődik, amelynek során könnyebb csoportokat, úgynevezett “frakciókat” alakítanak ki, amelyek közül néhányat más katalizátorokkal kombinálva műanyagot állítanak elő (jellemzően polimerizáció vagy polikondenzáció útján).

Polipropilén prototípusfejlesztéshez CNC gépeken, 3D nyomtatókon, & fröccsöntőgépeken:

3D nyomtatás Polipropilén:

A polipropilén 3D nyomtatáshoz nem könnyen elérhető filament formájában.

Polipropilén CNC megmunkálása:

A polipropilént széles körben használják lemezanyagként a CNC gépi gyártáshoz. Amikor kisszámú polipropilén alkatrész prototípusát készítjük el, jellemzően CNC megmunkálással készítjük el azokat. A polipropilén olyan hírnévre tett szert, mint megmunkálatlan anyag. Ennek oka, hogy alacsony az izzítási hőmérséklete, ami azt jelenti, hogy hő hatására elkezd deformálódni. Mivel általában nagyon lágy anyagról van szó, rendkívül magas szintű szakértelmet igényel a precíz vágás. A Creative Mechanisms sikeresen teljesítette ezt a feladatot. Csapataink képesek CNC-gépet használni, és a polipropilént tisztán és rendkívül nagy részletességgel vágni. Ezenkívül képesek vagyunk élő zsanérokat készíteni polipropilénből, amelyek vastagsága mindössze 0,010 hüvelyk. Az élő zsanérok készítése önmagában is nehéz vállalkozás, ami még lenyűgözőbbé teszi egy olyan nehéz anyag, mint a polipropilén használatát.

Polipropilén fröccsöntése:

A polipropilén nagyon hasznos műanyag fröccsöntéshez, és jellemzően pellet formájában áll rendelkezésre erre a célra. A polipropilén félkristályos jellege ellenére könnyen alakítható, és alacsony olvadékviszkozitása miatt nagyon jól folyik. Ez a tulajdonsága jelentősen megnöveli azt a sebességet, amellyel egy szerszámot meg lehet tölteni az anyaggal. A polipropilén zsugorodása körülbelül 1-2%, de számos tényezőtől függően változhat, beleértve a tartási nyomást, a tartási időt, az olvadék hőmérsékletét, a szerszámfal vastagságát, a szerszám hőmérsékletét, valamint az adalékanyagok százalékos arányát és típusát.

Más:

A hagyományos műanyag-alkalmazásokon kívül a polipropilén jól alkalmazható szálas alkalmazásokhoz is. Ez még szélesebb körű felhasználási lehetőségeket biztosít, amelyek túlmutatnak a fröccsöntésen. Ezek közé tartoznak a kötelek, szőnyegek, kárpitok, ruházat és hasonlók.

Image From AnimatedKnots.com

Milyen előnyei vannak a polipropilénnek?

1. A polipropilén könnyen hozzáférhető és viszonylag olcsó.
2. A polipropilén nagy hajlítószilárdsággal rendelkezik félkristályos jellegének köszönhetően.
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) ***