Creative Mechanisms Blog

What is Polypropylene (PP), and What is it Used For?

Polypropylene (PP) is a thermoplastic „addition polymer” made from the combination of propylene monomers. Jest on używany w wielu zastosowaniach, w tym w opakowaniach produktów konsumenckich, częściach z tworzyw sztucznych dla różnych gałęzi przemysłu, w tym dla przemysłu motoryzacyjnego, w urządzeniach specjalnych, takich jak żywe zawiasy i tekstylia. Polipropylen został po raz pierwszy spolimeryzowany w 1951 roku przez parę naukowców z Phillips o nazwiskach Paul Hogan i Robert Banks, a następnie przez włoskich i niemieckich naukowców Natta i Rehn. Polipropylen bardzo szybko zyskał na popularności, ponieważ jego komercyjna produkcja rozpoczęła się zaledwie trzy lata po tym, jak włoski chemik, profesor Giulio Natta, po raz pierwszy go spolimeryzował. Natta udoskonalił i zsyntetyzował pierwszą żywicę polipropylenową w Hiszpanii w 1954 roku, a zdolność polipropylenu do krystalizacji wywołała wiele emocji. Do 1957 r. jego popularność gwałtownie wzrosła i w całej Europie rozpoczęto produkcję na szeroką skalę. Obecnie jest to jedno z najczęściej produkowanych tworzyw sztucznych na świecie.

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

Według niektórych raportów, obecny globalny popyt na materiał generuje roczny rynek około 45 milionów ton metrycznych i szacuje się, że popyt wzrośnie do około 62 milionów ton metrycznych do 2020 roku. Główni użytkownicy końcowi polipropylenu to przemysł opakowaniowy, który zużywa około 30% całości, a następnie przemysł elektryczny i produkcja sprzętu, które zużywają po około 13%. Sprzęt gospodarstwa domowego i przemysł samochodowy zużywają po 10%, a materiały budowlane z 5% rynku. Inne zastosowania razem tworzą resztę globalnej konsumpcji polipropylenu.

Polipropylen ma stosunkowo śliską powierzchnię, co może uczynić go możliwym zamiennikiem dla tworzyw takich jak Acetal (POM) w zastosowaniach o niskim tarciu, takich jak koła zębate lub do użytku jako punkt kontaktowy w meblach. Negatywnym aspektem tej cechy jest to, że może być trudno połączyć polipropylen z innymi powierzchniami (tj. nie przylega dobrze do niektórych klejów, które działają dobrze z innymi tworzywami sztucznymi i czasami musi być spawany w przypadku, gdy wymagane jest utworzenie połączenia). Chociaż polipropylen jest śliski na poziomie molekularnym, ma stosunkowo wysoki współczynnik tarcia – dlatego zamiast niego stosuje się acetal, nylon lub PTFE. Polipropylen ma również niską gęstość w porównaniu z innymi popularnymi tworzywami sztucznymi, co przekłada się na oszczędność wagi dla producentów i dystrybutorów części formowanych wtryskowo z polipropylenu. Ma wyjątkową odporność w temperaturze pokojowej na rozpuszczalniki organiczne, takie jak tłuszcze, ale podlega utlenianiu w wyższych temperaturach (potencjalny problem podczas formowania wtryskowego).

Jedną z głównych zalet polipropylenu jest to, że może być produkowany (zarówno przez CNC, jak i formowanie wtryskowe, termoformowanie lub zagniatanie) jako żywy zawias. Żywe zawiasy to niezwykle cienkie kawałki plastiku, które zginają się bez pękania (nawet w ekstremalnych zakresach ruchu zbliżonych do 360 stopni). Nie są one szczególnie przydatne w zastosowaniach strukturalnych, takich jak podtrzymywanie ciężkich drzwi, ale są wyjątkowo przydatne w zastosowaniach nie przenoszących obciążeń, takich jak pokrywka na butelce ketchupu lub szamponu. Polipropylen jest wyjątkowo przydatny do produkcji żywych zawiasów, ponieważ nie pęka przy wielokrotnym zginaniu. Jedną z innych zalet jest to, że polipropylen może być obrabiany CNC, co pozwala na szybsze opracowanie prototypu i jest tańsze niż inne metody prototypowania. Firma Creative Mechanisms jest jedyna w swoim rodzaju, ponieważ jest w stanie wykonać żywe zawiasy z jednego kawałka polipropylenu.

Inną zaletą polipropylenu jest to, że można go łatwo kopolimeryzować (zasadniczo łączyć w kompozytowe tworzywo sztuczne) z innymi polimerami, takimi jak polietylen. Kopolimeryzacja znacznie zmienia właściwości materiału, pozwalając na bardziej wytrzymałe zastosowania inżynieryjne niż jest to możliwe w przypadku czystego polipropylenu (bardziej towarowego tworzywa sztucznego).

Właściwości wymienione powyżej i poniżej oznaczają, że polipropylen jest używany w wielu zastosowaniach: talerze, tace, kubki itp. nadające się do mycia w zmywarkach, nieprzezroczyste pojemniki na żywność i wiele zabawek.

Jakie są właściwości polipropylenu?

Kilka najważniejszych właściwości polipropylenu to:

1. Odporność chemiczna: Rozcieńczone zasady i kwasy nie reagują łatwo z polipropylenem, co czyni go dobrym wyborem do pojemników na takie płyny, jak środki czyszczące, produkty pierwszej pomocy i inne.
2. Elastyczność i wytrzymałość: Polipropylen będzie działał z elastycznością w pewnym zakresie ugięcia (jak wszystkie materiały), ale będzie również doświadczał odkształcenia plastycznego na wczesnym etapie procesu odkształcania, więc jest ogólnie uważany za „twardy” materiał. Wytrzymałość to termin inżynierski, który jest definiowany jako zdolność materiału do deformacji (plastycznej, nie sprężystej) bez pękania…
3. Odporność na zmęczenie: Polipropylen zachowuje swój kształt po wielu skrętach, zginaniu i/lub zginaniu. Ta właściwość jest szczególnie cenna przy tworzeniu żywych zawiasów.
4. Izolacja: polipropylen ma bardzo wysoką odporność na elektryczność i jest bardzo przydatny do produkcji komponentów elektronicznych.
5. Transmisyjność: Chociaż polipropylen może być wykonany jako przezroczysty, jest zwykle produkowany, aby być naturalnie nieprzezroczysty w kolorze. Polipropylen może być używany do zastosowań, w których ważne jest pewne przenoszenie światła lub gdzie ma to wartość estetyczną. Jeśli pożądana jest wysoka transmisyjność, wówczas lepszym wyborem są tworzywa takie jak akryl lub poliwęglan.

Polipropylen jest klasyfikowany jako „termoplastyczny” (w przeciwieństwie do „termoutwardzalnego”) materiał, który ma do czynienia ze sposobem, w jaki plastik reaguje na ciepło. Materiały termoplastyczne stają się płynne w temperaturze topnienia (około 130 stopni Celsjusza w przypadku polipropylenu). Główną użyteczną cechą tworzyw termoplastycznych jest to, że można je podgrzewać do temperatury topnienia, schładzać i ponownie podgrzewać bez znaczącej degradacji. Zamiast się palić, tworzywa termoplastyczne, takie jak polipropylen, upłynniają się, co pozwala na ich łatwe formowanie wtryskowe, a następnie recykling. W przeciwieństwie do nich, tworzywa termoutwardzalne mogą być podgrzewane tylko raz (zazwyczaj podczas procesu formowania wtryskowego). Pierwsze podgrzanie powoduje utwardzenie materiałów termoutwardzalnych (podobnie jak w przypadku dwuskładnikowych epoksydów), co prowadzi do zmiany chemicznej, której nie można odwrócić. Jeśli próbowałbyś podgrzać termoutwardzalne tworzywo sztuczne do wysokiej temperatury po raz drugi, po prostu by się spaliło. Ta cecha sprawia, że materiały termoutwardzalne są kiepskimi kandydatami do recyklingu.

Dlaczego polipropylen jest tak często używany?

Polipropylen jest używany zarówno w zastosowaniach domowych, jak i przemysłowych. Jego unikalne właściwości i zdolność do przystosowania się do różnych technik wytwarzania sprawiają, że wyróżnia się jako nieoceniony materiał o szerokim zakresie zastosowań. Inną nieocenioną cechą polipropylenu jest jego zdolność do funkcjonowania zarówno jako tworzywo sztuczne, jak i włókno (np. torby reklamowe rozdawane na imprezach, wyścigach itp.) Unikalna zdolność polipropylenu do wytwarzania różnymi metodami i do różnych zastosowań sprawiła, że szybko zaczął on stanowić wyzwanie dla wielu starych, alternatywnych materiałów, zwłaszcza w branży opakowań, włókien i formowania wtryskowego. Jego wzrost był trwały przez lata i pozostaje on głównym graczem w przemyśle tworzyw sztucznych na całym świecie.

W Creative Mechanisms używaliśmy polipropylenu w wielu zastosowaniach w różnych gałęziach przemysłu. Być może najbardziej interesującym przykładem jest nasza zdolność do obróbki CNC polipropylenu w celu włączenia żywego zawiasu do prototypu żywego zawiasu. Polipropylen jest bardzo elastycznym, miękkim materiałem o stosunkowo niskiej temperaturze topnienia. Te czynniki uniemożliwiały większości ludzi prawidłową obróbkę tego materiału. Zapycha się. Nie tnie się czysto. Zaczyna się topić od ciepła frezarki CNC. Zazwyczaj musi być gładko zeskrobany, aby uzyskać cokolwiek zbliżonego do wykończonej powierzchni. Udało nam się jednak rozwiązać ten problem, co pozwala nam tworzyć prototypowe, żywe zawiasy z polipropylenu. Spójrz na poniższy film:

Jakie są różne rodzaje polipropylenu?

Dostępne są dwa główne rodzaje polipropylenu: homopolimery i kopolimery. Kopolimery są dalej podzielone na kopolimery blokowe i kopolimery losowe. Każda kategoria pasuje do pewnych zastosowań lepiej niż inne. Polipropylen jest często nazywany „stalą” przemysłu tworzyw sztucznych ze względu na różne sposoby, w jakie można go modyfikować lub dostosowywać, aby jak najlepiej służył konkretnemu celowi. Zwykle osiąga się to poprzez wprowadzenie do niego specjalnych dodatków lub poprzez wytwarzanie go w bardzo szczególny sposób. Ta zdolność adaptacji jest istotną właściwością.

Polipropylen homopolimerowy jest gatunkiem ogólnego zastosowania. Można o nim myśleć jak o domyślnym stanie materiału polipropylenowego. Kopolimer blokowy polipropylenu ma jednostki komonomeru ułożone w bloki (czyli w regularny wzór) i zawiera od 5% do 15% etylenu. Etylen poprawia niektóre właściwości, takie jak odporność na uderzenia, podczas gdy inne dodatki poprawiają inne właściwości. Kopolimer losowy polipropylenu – w przeciwieństwie do kopolimeru blokowego polipropylenu – ma jednostki komonomeru ułożone w nieregularne lub losowe wzory wzdłuż cząsteczki polipropylenu. Zazwyczaj zawierają one od 1% do 7% etylenu i są wybierane do zastosowań, w których pożądany jest bardziej plastyczny i przejrzysty produkt.

Jak powstaje polipropylen?

Polipropylen, podobnie jak inne tworzywa sztuczne, zwykle zaczyna się od destylacji paliw węglowodorowych do lżejszych grup zwanych „frakcjami”, z których niektóre są łączone z innymi katalizatorami w celu wytworzenia tworzyw sztucznych (zwykle poprzez polimeryzację lub polikondensację).

Polipropylen do opracowywania prototypów na maszynach CNC, drukarkach 3D, & Wtryskarki:

Polipropylen do druku 3D:

Polipropylen nie jest łatwo dostępny w formie filamentu do druku 3D.

Obróbka CNC Polipropylenu:

Polipropylen jest szeroko stosowany jako materiał na arkusze do produkcji maszyn CNC. Kiedy prototypujemy niewielką ilość części z polipropylenu, zazwyczaj obrabiamy je CNC. Polipropylen zyskał reputację materiału, który nie może być obrabiany mechanicznie. Dzieje się tak dlatego, że ma niską temperaturę wyżarzania, co oznacza, że zaczyna się deformować pod wpływem ciepła. Ponieważ jest to ogólnie bardzo miękki materiał, jego precyzyjne cięcie wymaga niezwykle wysokich umiejętności. Firmie Creative Mechanisms udało się to osiągnąć. Nasze zespoły mogą korzystać z maszyn CNC i ciąć polipropylen czysto i z bardzo dużą ilością szczegółów. Ponadto, jesteśmy w stanie tworzyć żywe zawiasy z polipropylenu o grubości zaledwie 0,010 cala. Wykonywanie żywych zawiasów jest samo w sobie trudnym przedsięwzięciem, co sprawia, że użycie tak trudnego materiału jak polipropylen jest jeszcze bardziej imponujące.

Uformowanie wtryskowe polipropylenu:

Polipropylen jest bardzo użytecznym tworzywem do formowania wtryskowego i jest zazwyczaj dostępny do tego celu w formie granulatu. Polipropylen jest łatwy do formowania pomimo swojej półkrystalicznej natury i bardzo dobrze się rozpływa dzięki niskiej lepkości stopu. Ta właściwość znacznie zwiększa szybkość, z jaką można wypełnić formę tym materiałem. Skurcz polipropylenu wynosi około 1-2%, ale może się różnić w zależności od wielu czynników, w tym ciśnienia trzymania, czasu trzymania, temperatury topnienia, grubości ścianek formy, temperatury formy oraz procentu i rodzaju dodatków.

Inne:

Oprócz konwencjonalnych zastosowań tworzyw sztucznych, polipropylen nadaje się również dobrze do zastosowań we włóknach. Daje to jeszcze szerszy zakres zastosowań, które wykraczają poza formowanie wtryskowe. Obejmują one liny, dywany, tapicerkę, odzież i tym podobne.

Image From AnimatedKnots.com

Jakie są zalety polipropylenu?

1. Polipropylen jest łatwo dostępny i stosunkowo niedrogi.
2. Polipropylen ma wysoką wytrzymałość na zginanie ze względu na swoją półkrystaliczną naturę.
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) ***