Creative Mechanisms Blog

Vad är polypropen (PP) och vad används det till?

Polypropen (PP) är en termoplastisk ”additionspolymer” som tillverkas av en kombination av propylenmonomerer. Den används i en mängd olika tillämpningar som omfattar förpackningar för konsumentprodukter, plastdelar för olika industrier inklusive bilindustrin, specialutrustning som levande gångjärn och textilier. Polypropen polymeriserades för första gången 1951 av ett par petroleumforskare från Phillips vid namn Paul Hogan och Robert Banks och senare av de italienska och tyska forskarna Natta och Rehn. Den blev extremt snabbt framträdande, eftersom kommersiell produktion inleddes knappt tre år efter att den italienska kemisten, professor Giulio Natta, först polymeriserade den. Natta fulländade och syntetiserade den första polypropenhartsen i Spanien 1954, och polypropenens förmåga att kristallisera skapade stor uppståndelse. År 1957 hade dess popularitet exploderat och en omfattande kommersiell produktion inleddes över hela Europa. I dag är det en av de vanligaste plasterna i världen.

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

Enligt vissa rapporter, Den nuvarande globala efterfrågan på materialet genererar en årlig marknad på cirka 45 miljoner ton och det beräknas att efterfrågan kommer att öka till cirka 62 miljoner ton år 2020. De största slutanvändarna av polypropen är förpackningsindustrin, som förbrukar cirka 30 % av den totala mängden, följt av el- och utrustningstillverkning, som använder cirka 13 % vardera. Hushållsapparater och bilindustrin förbrukar båda 10 % vardera och byggmaterial följer med 5 % av marknaden. Andra tillämpningar utgör tillsammans resten av den globala förbrukningen av polypropen.

Polypropen har en relativt hal yta, vilket kan göra den till en möjlig ersättning för plaster som acetal (POM) i tillämpningar med låg friktion, t.ex. i kugghjul eller för användning som kontaktpunkt för möbler. En kanske negativ aspekt av denna egenskap är att det kan vara svårt att binda polypropylen till andra ytor (dvs. den fäster inte bra vid vissa lim som fungerar bra med andra plaster och måste ibland svetsas i händelse av att det krävs att man bildar en skarv). Även om polypropen är halt på molekylnivå har den en relativt hög friktionskoefficient – vilket är anledningen till att acetal, nylon eller PTFE skulle användas i stället. Polypropen har också en låg densitet i förhållande till andra vanliga plaster, vilket innebär viktbesparingar för tillverkare och distributörer av formsprutade delar av polypropen. Den har en exceptionell motståndskraft vid rumstemperatur mot organiska lösningsmedel som fetter, men är föremål för oxidation vid högre temperaturer (ett potentiellt problem vid formsprutning).

En av de stora fördelarna med polypropen är att den kan tillverkas (antingen genom CNC- eller formsprutning, termoformning eller krympning) till ett levande gångjärn. Levande gångjärn är extremt tunna plastbitar som böjs utan att gå sönder (även vid extrema rörelser på närmare 360 grader). De är inte särskilt användbara för strukturella tillämpningar som att hålla upp en tung dörr, men de är utomordentligt användbara för icke-bärande tillämpningar som t.ex. locket på en ketchup- eller schampoflaska. Polypropen är unikt lämpad för levande gångjärn eftersom den inte går sönder när den böjs upprepade gånger. En av de andra fördelarna är att polypropylen kan CNC-bearbetas för att inkludera ett levande gångjärn, vilket gör det möjligt att utveckla prototyper snabbare och är billigare än andra prototypmetoder. Creative Mechanisms är unika i vår förmåga att bearbeta levande gångjärn från ett enda stycke polypropen.

En annan fördel med polypropen är att den lätt kan sampolymeriseras (i huvudsak kombineras till en kompositplast) med andra polymerer som polyeten. Sampolymerisering ändrar materialegenskaperna avsevärt, vilket möjliggör mer robusta tekniska tillämpningar än vad som är möjligt med ren polypropen (mer av en råvaruplast i sig själv).

De egenskaper som nämns ovan och nedan gör att polypropen används i en mängd olika tillämpningar: diskmaskinsäkra tallrikar, brickor, muggar etc., ogenomskinliga to-go behållare och många leksaker.

Vad är egenskaperna hos polypropen?

Några av de mest betydelsefulla egenskaperna hos polypropen är:

1. Kemisk resistens: Utspädda baser och syror reagerar inte lätt med polypropen, vilket gör det till ett bra val för behållare för sådana vätskor, t.ex. rengöringsmedel, första hjälpen-produkter med mera.
2. Elasticitet och seghet: Polypropen agerar med elasticitet över ett visst böjningsområde (som alla material), men det kommer också att uppleva plastisk deformation tidigt i deformationsprocessen, så det anses i allmänhet vara ett ”tufft” material. Seghet är en teknisk term som definieras som ett materials förmåga att deformeras (plastiskt, inte elastiskt) utan att gå sönder.
3. Utmattningsmotstånd: Polypropen behåller sin form efter mycket vridning, böjning och/eller böjning. Denna egenskap är särskilt värdefull för tillverkning av levande gångjärn.
4. Isolering: Polypropen har ett mycket högt motstånd mot elektricitet och är mycket användbart för elektroniska komponenter.
5. Transmissivitet: Även om polypropylen kan göras genomskinlig produceras den normalt så att den är naturligt ogenomskinlig i färgen. Polypropen kan användas för tillämpningar där en viss överföring av ljus är viktig eller där den har ett estetiskt värde. Om hög transmissivitet önskas är plaster som akryl eller polykarbonat bättre val.

Polypropen klassificeras som ett ”termoplastiskt” (i motsats till ”härdat”) material, vilket har att göra med hur plasten reagerar på värme. Termoplastiska material blir flytande vid sin smältpunkt (ungefär 130 grader Celsius i fallet med polypropen). En viktig användbar egenskap hos termoplaster är att de kan värmas upp till smältpunkten, kylas ner och värmas upp igen utan att försämras nämnvärt. I stället för att brinna blir termoplaster som polypropen flytande, vilket gör att de lätt kan formsprutas och sedan återvinnas. Däremot kan härdplaster endast upphettas en gång (vanligtvis under formsprutningsprocessen). Den första uppvärmningen gör att härdade material stelnar (liknande en 2-komponents epoxi), vilket resulterar i en kemisk förändring som inte kan återställas. Om man försöker värma en härdplast till en hög temperatur en andra gång skulle den helt enkelt brinna. Denna egenskap gör att härdiga material är dåliga kandidater för återvinning.

Varför används polypropen så ofta?

Polypropen används både i hushåll och i industriella applikationer. Dess unika egenskaper och förmåga att anpassa sig till olika tillverkningstekniker gör att den framstår som ett ovärderligt material för många olika användningsområden. En annan ovärderlig egenskap är polypropylens förmåga att fungera både som plastmaterial och som fiber (som de reklampåsar som delas ut vid evenemang, tävlingar etc.). Polypropenens unika förmåga att tillverkas genom olika metoder och i olika tillämpningar innebar att det snart började utmana många av de gamla alternativa materialen, särskilt inom förpacknings-, fiber- och formsprutningsindustrin. Dess tillväxt har hållits uppe under åren och det är fortfarande en viktig aktör inom plastindustrin över hela världen.

På Creative Mechanisms har vi använt polypropen i ett antal tillämpningar inom en rad olika branscher. Det kanske mest intressanta exemplet inkluderar vår förmåga att CNC-maskinera polypropylen för att inkludera ett levande gångjärn för utveckling av prototyper av levande gångjärn. Polypropen är ett mycket flexibelt, mjukt material med en relativt låg smältpunkt. Dessa faktorer har hindrat de flesta från att kunna bearbeta materialet på ett korrekt sätt. Det blir gummiaktigt. Det skär inte rent. Det börjar smälta av värmen från CNC-fräsen. Det måste vanligtvis skrapas slätt för att få något i närheten av en färdig yta. Men vi har lyckats lösa detta problem, vilket gör att vi kan skapa nya prototyper av levande gångjärn av polypropen. Ta en titt på videon nedan:

Vad är de olika typerna av polypropen?

Det finns två huvudtyper av polypropen: homopolymerer och sampolymerer. Sampolymererna delas vidare in i blocksampolymerer och slumpmässiga sampolymerer. Varje kategori passar vissa tillämpningar bättre än de andra. Polypropen kallas ofta för plastindustrins ”stål” på grund av de olika sätt på vilka den kan modifieras eller anpassas för att bäst tjäna ett visst syfte. Detta uppnås vanligen genom att införa särskilda tillsatser i den eller genom att den tillverkas på ett mycket speciellt sätt. Denna anpassningsförmåga är en viktig egenskap.

Homopolymer polypropen är en allmängiltig kvalitet. Man kan se det som polypropenmaterialets standardtillstånd. Blockcopolymerpolypropen har samonomerenheter som är anordnade i block (dvs. i ett regelbundet mönster) och innehåller någonstans mellan 5 och 15 % eten. Etylen förbättrar vissa egenskaper, t.ex. slagtålighet, medan andra tillsatser förbättrar andra egenskaper. Polypropen med slumpmässiga sampolymerer – till skillnad från polypropen med blocksampolymerer – har samonomerenheterna arrangerade i oregelbundna eller slumpmässiga mönster längs polypropenmolekylen. De är vanligtvis inkorporerade med någonstans mellan 1 och 7 % eten och väljs för tillämpningar där en mer formbar, klarare produkt önskas.

Hur tillverkas polypropen?

Polypropen, liksom andra plaster, börjar vanligtvis med destillation av kolvätebränslen till lättare grupper som kallas ”fraktioner” varav vissa kombineras med andra katalysatorer för att producera plaster (vanligtvis via polymerisering eller polykondensation).

Polypropen för utveckling av prototyper på CNC-maskiner, 3D-skrivare, & formsprutmaskiner:

3D-skrivning av polypropen:

Polypropen är inte lätt tillgänglig i filamentform för 3D-utskrift.

CNC-bearbetning av polypropen:

Polypropylen används ofta som plåtmaterial för CNC-maskintillverkning. När vi skapar prototyper av ett litet antal polypropendelar brukar vi vanligtvis CNC-maskinera dem. Polypropen har fått ett rykte om sig att vara ett material som inte går att bearbeta. Detta beror på att det har en låg glödgningstemperatur, vilket innebär att det börjar deformeras under värme. Eftersom det är ett mycket mjukt material i allmänhet kräver det en extremt hög kompetensnivå för att kunna skäras med precision. Creative Mechanisms har lyckats med detta. Våra team kan använda en CNC-maskin och skära polypropylen rent och extremt detaljerat. Dessutom kan vi skapa levande gångjärn med polypropen som har en tjocklek på så lite som 0,010 tum. Att tillverka levande gångjärn är en svår uppgift i sig själv, vilket gör det ännu mer imponerande att använda ett svårt material som polypropen.

Sprutgjutning av polypropen:

Polypropen är en mycket användbar plast för formsprutning och finns vanligtvis tillgänglig för detta ändamål i form av pellets. Polypropen är lätt att gjuta trots sin halvkristallina natur, och den flyter mycket bra på grund av sin låga smältviskositet. Denna egenskap ökar avsevärt hastigheten med vilken du kan fylla en form med materialet. Krympningen i polypropen är cirka 1-2 % men kan variera beroende på ett antal faktorer, bland annat hålltryck, hålltid, smälttemperatur, formväggstjocklek, formtemperatur samt andel och typ av tillsatser.

Andra: Förutom de konventionella plasttillämpningarna lämpar sig polypropen också väl för fibertillämpningar. Detta ger den ett ännu bredare användningsområde som sträcker sig längre än till formsprutning. Det handlar bland annat om rep, mattor, klädsel, kläder och liknande.

Bild från AnimatedKnots.com

Vad är fördelarna med polypropylen?

1. Polypropen är lättillgängligt och relativt billigt.
2. Polypropen har hög böjhållfasthet på grund av sin halvkristallina natur.
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) ***