Вспененный полипропилен для повышения устойчивости и затрат

Пенопласты проникают в автомобилестроение и упаковку, чтобы повысить легкость и экологичность. (Фото:Avient)

Вспенивание полипропилена набирает обороты за последние несколько лет, начиная с экструдированного вспененного полипропилена и все чаще соединяемого посредством литья под давлением и формованием с раздувом. Ведущими рынками являются автомобильная промышленность и упаковка, за ними следуют строительство, потребительские товары и промышленные товары. Эффективность затрат является важным стимулом, особенно в течение последних двух лет, когда внутренние цены на полипропилен опережали мировые из-за ограничений предложения на фоне высокого спроса. Однако более важным фактором повышенного спроса на вспененный полипропилен является соблюдение инициатив и требований в области устойчивого развития за счет простого использования меньшего количества смолы и предоставления альтернативы полистиролу и пенополистиролу, которые иногда воспринимаются как менее «экологичные».

Облегчение в автомобилестроении становится все более популярным, поскольку отрасль уделяет особое внимание электромобилям и, как ожидается, внесет свой вклад в рост производства вспененного полипропилена. То же самое и с упаковкой, движимой инициативами в области устойчивого развития. Возможности роста пены - это недавние технологические достижения в области физического и химического вспенивания, а иногда и сочетание того и другого. Например, компания Trexel, лидер в области физического формования пенопласта с технологией прямого впрыска газа MuCell, за последние три года внесла дальнейшие усовершенствования в свою технологию, которая позволяет формование тонких стенок до уровней, которые ранее были невозможны.

Аналогичным образом, iD Additives, Avient и Trexel входят в число поставщиков химических пенообразователей (CFA), которые представили составы, которые производят микропористые пены с очень маленьким размером ячеек, однородным распределением и превосходным эстетическим видом. Кроме того, поставщики полипропиленовых смол, такие как SABIC и Asahi Kasei Plastics, представили сорта с превосходной прочностью расплава, особенно для экструдированных или формованных структур из вспененного полипропилена, а также специальные армированные составы, специально предназначенные для вспенивания. Источники в другом ведущем поставщике полимеров полипропилена, Borealis, отметили, что компания стремится поддерживать дальнейшее развитие рынка экструдированного пенопласта, предлагая продукты Daploy (High Melt Strength) HMS-PP и предлагая решения для пенопласта. Компания была пионером в коммерческом внедрении полипропилена с высокой прочностью расплава, специально нацеленного на развитие рынка пенопласта.

В исследовании, проведенном в 2018 году исследовательской фирмой Markets &Markets, прогнозировалось, что к 2023 году мировой рынок экструдированного пенопласта будет расти почти на 7% в год. Источники в глобальном подразделении компании SABIC по производству пенопласта и легких материалов отметили, что их полипропилен со сверхвысокой прочностью плавления был разработан для поддержки экструзии в автомобилестроении, строительстве и упаковке, но они видят возможности в новых приложениях для литья под давлением и выдувным формованием, где малый вес и экологичность являются императивами.

«Новое законодательство в области упаковки также является ключевым фактором роста для замены существующих решений пеной на основе полипропилена», - отмечает один из источников. Крейг Сибол, менеджер по продукту подразделения добавок Avient, говорит, что рост его компании измеряется двузначными числами, но в основном это касается литья под давлением. «Проблемы с поставками полипропилена в большей степени повлияли на применение экструзии пенопласта в таких секторах, как строительство и строительство, поэтому рост там ограничен».

Тодд Глоговски, исполнительный вице-президент отдела продаж и технологий в Asahi Kasei Plastics North America, говорит об этом так:«Вспенивание и тонкостенные покрытия постоянно оцениваются с целью повышения затрат, веса и эффективности производственного цикла. Покупатели всегда оценят все варианты снижения веса. Варианты облегчения постоянно сравниваются друг с другом, и будет выбран вариант, оказывающий наибольшее влияние на экономию затрат и повышение производительности ».

Замечает Ник Сотос, президент iD Additives:«В этом году, когда цены на полипропилен начали расти, мы начали получать запросы на образцы наших пенообразователей. Было так много активности, что мы решили провести чат Zoom под названием «Вспенить или заполнить», чтобы рассказать людям о способах снижения роста цен на смолу. Это восходит к тому времени, когда я основал iD Additives и нанял Рона Бишопа, который сказал мне, что есть два способа сократить расходы:«Вы можете вспенить его или заполнить».

Президент Trexel Брайан Бечард комментирует, что его компания еще не увидела значительных доказательств роста цен на полипропилен, побуждающего формовщиков к вспениванию, потому что с MuCell и в меньшей степени с CFA требуется значительное время и приверженность для достижения коммерческого успеха при производстве вспененных деталей. . «Детали, которые были отформованы в твердом состоянии, требуют повторной аттестации при вспенивании. Часто это требует некоторой настройки конструкции детали, чтобы физические свойства соответствовали требованиям », - говорит Бечард. «С MuCell также есть поиск или модификация оборудования. Как правило, это не очевидные меры по устранению краткосрочных колебаний цен на смолу. Теперь, если цены на смолы растут и, по общему мнению, они будут продолжать расти, то экономика вспенивания станет более привлекательной, и, естественно, это привлечет к нам больше клиентов ».

Отмеченный наградами держатель приборной панели SPE Automotive был изготовлен из длинного стекла Stamax PP от SABIC с применением технологии вспенивания с использованием технологии сердцевины и задней части, что позволило снизить вес на 15%.

Тенденции в автомобилестроении

Источники в глобальном автомобильном бизнесе SABIC отмечают, что вспененные полипропиленовые компаунды использовались в автомобилестроении почти два десятилетия для снижения веса деталей как за счет самого вспенивания, так и за счет способности создавать более тонкие детали. Активный игрок в этой области, SABIC выиграла награду SPE Automotive Innovation Award в 2017 году за держатель приборной панели (IP) Mini Countryman 2017 года, в котором использовался состав SABIC для длинных стекол Stamax PP и процесс вспенивания с технологией основной задней части для снизить вес примерно на 15% по сравнению с невспененной частью.

Но до недавнего времени применение вспененного полипропилена ограничивалось, прежде всего, структурным, невидимым применением из-за плохого качества поверхности, согласно команде SABIC. Спрос на легкие, эстетичные внутренние детали, а также большой интерес к сокращению продолжительности цикла, использования материалов и затрат стимулировали усилия по разработке вспененных полипропиленовых материалов следующего поколения с более качественной обработкой поверхности. Облегчение эстетических компонентов автомобильного салона является частью мегатенденции по снижению расхода топлива и выбросов.

Один источник в SABIC Automotive сказал:«Резкое увеличение производства электромобилей способствует этой тенденции, поскольку вес электромобиля зависит от эффективности и дальности полета. Вспененные полипропиленовые компаунды могут внести важный вклад и помочь в достижении целей с более низкой плотностью, которые на 8-10% легче. Кроме того, более высокая текучесть вспененного полипропилена может позволить получить более тонкие детали и большую свободу при проектировании, что еще больше снизит вес ». По оценкам SABIC, эти факторы, вместе взятые, могут снизить вес детали на 20-25% по сравнению с невспененной деталью.

В последние годы SABIC сосредоточилась на производстве ассортимента вспениваемых полипропиленовых смесей, которые могут способствовать снижению веса при сохранении превосходного внешнего вида. Одним из ключевых улучшений является минимизация полос и дефектов на поверхности, а вторым - потенциальное предотвращение образования вмятин даже на тонкостенных деталях. Обычно внутренние части проектируются со стенками толщиной до 3 мм не из соображений конструкции или жесткости, а потому, что более толстые стены уменьшают вероятность раковин. Вспенивание создает достаточное внутреннее давление внутри формованной детали, чтобы компенсировать чрезмерную усадку и уменьшить вмятины. По словам команды SABIC Automotive, оптимизированная конструкция и обработка являются ключевыми факторами для извлечения максимальной ценности из пенопласта, включая максимальное снижение веса. Их следующий шаг - дальнейшее улучшение эстетики технологии для использования во внешних помещениях.

После значительного промышленного опыта в области вспенивания полипропилена с наполнителем MuCell для автомобильных деталей, таких как IP, дверные панели и кожухи / крышки под капотом, Бечард из Trexel говорит, что в настоящее время наблюдается повышенная активность в области вспенивания ненаполненного ПП для автомобилестроения и упаковки. Внутренние видимые автомобильные детали - это один из рынков, на котором Trexel's TecoCell CFA получила признание за превосходную отделку поверхности за счет химического вспенивания. «У нас есть несколько видимых автомобильных деталей салона класса А, которые вскоре будут коммерчески доступны с использованием TecoCell, поскольку этот CFA уникален по своей способности обеспечивать качество поверхности класса А».

Хотя вспененный полипропилен использовался в основном в неструктурных областях, не относящихся к классу A, таких как компоненты под капотом, такие как основания и крышки аккумуляторных батарей, по словам Глоговски, Asahi Kasei Plastics стремится расширить свои возможности в полуструктурных областях. Он отмечает, что потенциальным примером этого в будущем являются напольные консоли. Некоторые существующие приложения включают карманы для карт, обшивку потолка и некоторые нижние детали внутренней отделки ».

Источники в Borealis указывают, что весь ассортимент Daploy HMS-PP представляет собой материалы с длинной цепью и разветвленной цепью, которые сочетают в себе высокую прочность расплава и растяжимость в фазе расплава. Более того, эти материалы можно смешивать с полным спектром стандартных марок полипропилена для экструзии и других материалов на основе полиолефинов. Таким образом, они предлагают возможность широко адаптировать свойства пенопласта для удовлетворения конкретных требований конечного использования в автомобилестроении, а также в упаковке, строительстве и строительстве.

Sibol из Avient отмечает, что автомобильный потенциал пенополистирола по-прежнему велик из-за упора на облегчение, и тем более сейчас, когда стандарты CAFE стоят на повестке дня нынешней администрации США. Транспортные сегменты, помимо автомобильной, также демонстрируют хороший рост. Большинство применений вспененного полипропилена, на которых сосредоточил внимание Avient, относятся к литью под давлением, например, в крупных автомобильных компонентах и ​​некоторых упаковках. Тем не менее, его CFA используются как в качестве легковесного агента при литье под давлением, так и в качестве зародышеобразователя при экструзии с прямым впрыском газа для создания более тонкой структуры пены.

Вторая целевая область развития ненаполненного полипропилена Trexel - это тонкостенная упаковка, поскольку MuCell увеличивает способность материала течь свободно и заполнять более тонкие детали, отформованные на прессе того же размера.

Рост объемов упаковки

Вторая целевая область роста Trexel для незаполненных PP используется для тонкостенной упаковки, такой как контейнеры, чашки, миски, крышки и носики. Как говорит Бечард:«Благодаря MuCell мы улучшаем способность материала течь свободно, и это позволяет формовать более тонкие детали на оборудовании того же размера. Мы тесно сотрудничаем с несколькими владельцами брендов и крупными производителями упаковки с целью вывода на рынок коммерческих продуктов с использованием этой технологии ». Он отметил, что на последнем выпуске Chinaplas китайский производитель машин для литья под давлением Yizumi (родитель Yizumi HPM в США) использовал MuCell для формования чаши, которая позволила снизить вес на 5%, давление впрыска на 15% и уменьшить тоннаж на 20% по сравнению с твердое литье. Аналогичные результаты были достигнуты с контейнером для масла на последней выставке K.

Источники в подразделении SABIC по производству пенопласта и легких материалов видят повышенный спрос на вспененный полипропилен в многоразовых ящиках и поддонах, упаковках для пищевых продуктов и защитных упаковках в электронной коммерции. SABIC представила свой материал PP-UMS (сверхпрочный) в конце 2017 года. Источник в команде сказал:«Развитие рынка и приложений требует времени. Особенно в индустрии вспенивания, которая может быть довольно консервативной. С тех пор рост наблюдается, но он определенно ускорился в 2020 году и продолжится в 2021 году ».

Сотос из iD Additives говорит, что большой рынок вспененного полипропилена для его компании - это промышленная упаковка, такая как гейлорды и поддоны:«Мы также занимаемся производством выдувных бутылок, крышек и крышек с нашими микропористыми микропористыми агентами».

Глоговски из Asahi Kasei видит потенциал для расширения на рынке упаковки, особенно для плотной упаковки, из-за ее толстых стенок, оставляющих место для улучшения времени цикла. «Для деталей с толстым сечением процесс формования очень долгий из-за времени охлаждения, необходимого для отвода тепла. При вспенивании время охлаждения будет меньше, так как масса материала будет уменьшена. Это может сэкономить от 5% до 35% времени цикла ».

Источники Borealis отмечают, что смолы Daploy HMS-PP и их смеси не сшиваются. Это означает, что полученные экструдированные пенопласты полностью пригодны для вторичной переработки, что становится все более важным фактором в упаковочной и других отраслях промышленности пластмасс.

Рон Бишоп (справа) из iD Additives и техник по формованию исследуют пену, полученную с помощью нового Micro Fine Cell CFA.

Строительство / строительство и другие приложения

Сотос считает пластиковые пиломатериалы очевидным кандидатом на роль пенополистирола, но его фирма также проделала некоторую работу над деталями для кровли и других связанных приложений, таких как ящики для инструментов и уровни для строительства.

Конструкционные пенопласты и готовые строительные компоненты, такие как изоляция для домов, трубы и стяжки пола, - это области применения, которыми занимается команда SABIC по пеноматериалам и легким весам. Глоговски из Asahi Kasei не считает облегчение веса важным фактором на этом рынке, за исключением того, что оно влияет на стоимость доставки. «Если приложения будут расширяться на строительный рынок, причина, скорее всего, будет в снижении затрат в результате меньшего использования материалов и времени цикла».

Между тем, Глоговский рассматривает потребительские и медицинские применения как возможности для пенопласта на индивидуальной основе, в зависимости от возможности улучшения времени цикла. Бечард отмечает, что Trexel работает с крупной компанией по производству товаров для дома, которая изучает возможность использования TecoCell CFA компании для снижения стоимости и расхода смолы в своей линейке продуктов. ID Additives работала с рядом компаний над потребительскими товарами, такими как вешалки из вспененного полипропилена. И нишевые приложения, такие как обувь, цитируются командой SABIC Foam &Lightweight.

Химически связанный полипропилен Thermylene компании Asahi Kasei, армированный коротким стеклом, использовался в модулях вспененных люков вместо вспененного длинного стекла / полипропилена. (Фото:SPE Automotive) армированный ПП.

Последние достижения

К началу 2022 года автомобильная команда SABIC запустит новую линейку вспененных полипропиленовых компаундов для эстетического оформления салона автомобилей. Говорят, что три начальных компаунда продемонстрируют улучшенную отделку поверхности таких деталей.

Asahi Kasei разработала материалы для вспенивания, которые обеспечивают улучшенную косметику и легкость. Эти технологии включают в себя термилен, армированный коротким стеклом, химически связанный полипропилен, который использовался в модулях вспененных люков, где он смог заменить более дорогой невспененный полипропилен с длинным стеклом и получил хорошие отзывы.

Сотос из iD Additives говорит, что запуск CFA на Micro Fine Cell изменил правила игры для компании, поскольку позволил ей ориентироваться на приложения с более тонкими стенками.

Аналогичным образом, на выставке NPE2018 компания Trexel представила газовую систему MuCell серии P, разработанную специально для решений в области тонкостенной упаковки с быстрым циклом. По словам Бечарда:«С тех пор мы значительно увеличили нашу гибкость в применении MuCell, предложив дозирование с помощью наконечника винта, при котором мы управляем вводом и смешиванием газа на более короткой площади, что позволяет нам оснащать стандартные винты специальным наконечником винта для дозирование газа. Это особенно важно для упаковочных приложений, где производительность имеет первостепенное значение, поскольку такая конструкция не ограничивает производительность пластификации, как это делает наша традиционная конструкция шнеков ».

Trexel также недавно дополнила свои спутниковые дозирующие устройства недорогой и мощной линейкой центральных газовых ускорителей, которая предоставляет формовщикам, которые будут запускать несколько машин с использованием MuCell, гибкий и недорогой вариант реализации.

По словам Сибола, расширенный портфель Avient жидких и твердых CFA и поддержка тестирования могут помочь клиентам, которые хотят расширить пределы облегчения веса при сохранении механических свойств, особенно для технических деталей. «Меньший размер ячеек и возможность манипулировать эстетикой поверхности важны, но мы также можем управлять свойствами поверхности. Мы разработали технологию, которая позволяет красить и / или наклеивать наклейки без короны или другой обработки поверхности. Исследования клиентов показывают, что мы также можем повысить эффективность. Например, иногда жидкий CFA, закачиваемый в пресс, имеет больше смысла, исходя из операций и инвестиций, которые потребуются для внедрения твердого CFA ».

Команда SABIC Foam &Lightweight рекламирует PP-UMS как вспениваемый полипропилен с высокой прочностью расплава следующего поколения. Было показано, что с прочностью расплава более 65 сН он создает хорошую вспениваемость, особенно если требуются высокие коэффициенты расширения. Он коммерчески применяется в автомобилестроении, упаковке (включая контейнеры для пищевых продуктов в качестве альтернативы EPS) и строительстве.

PP-UMS SABIC может производить вспененные контейнеры для пищевых продуктов, которые могут заменить EPS.