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PDCPD材料的性能及应用

浏览量:224 时间:2024-01-05

PDCPD材料的性能及应用

PDCPD材料的性能及应用

聚双环戊二烯(PDCPD)材料是一种高性能的适用于反应注射成型(RIM)的热固性塑料。本文简述了该材料的发展、特点以及所用的成型工艺和设备,并介绍了国家反应注射成型工程技术研究中心开发的PDCPD材料的性能及应用,另外还对PDCPD材料的国内市场前景进行了分析和展望。

PDCPD材料的概述

聚双环戊二烯,英文名称为 polydicyclopentadiene;简称 PDCPD。为双环戊二烯之均聚物或共聚物。为一种交联三维网状结构工程塑料。PDCPD 是一种具有良好应用前景的热固性高分子材料。1985 年,美国 Hercules 公司和 Goodrich 公司联手首次实现了该材料的工业化,代表性品牌有 Hercules 公司和日本帝人株式会社合作开发的 METTON,以及 Goodrich 公司与瑞翁株式会社合作开发的TELENE、PENTAM 系列等。PDCPD 材料具有优异的物理性能和稳定的化学性能,与玻璃钢相比,其“轻质高强”的特点更加突出,可替代金属和某些工程塑料应用于车辆零部件、大型电器壳体、医疗设备及耐腐蚀设备等复杂的结构制件。通过追加新技术、

新助剂可扩大其应用领域,节省资源及能量,适应时代的需求。

PDCPD反应注射成型工程技术



PDCPD材料成型工艺及设备

1. PDCPD成型工艺

PDCPD 制品在生产中一般采用 RIM 工艺,基于高纯度的 DCPD(≥98%)经过开环移位聚合反应(ROMP)制得,原料多为双组分体系(A、B 液),其工艺过程为:(

1原料。A、B 料液均为低黏度液体,A 料含有 DCPD、活化剂及添加剂,B 料含有 DCPD、催化剂及添加剂,黏度控制在 0.2~1.0 Pa.s,料温为 20~30℃;


2. 模具。模具需预热到40~80℃,制品较厚或较大时,阴模、阳模应有 20~40℃的温差;(3)计量、混合及注模。A、B 料液的质量比最好为 1:1,差值应<5%;(4)解压、脱模。制品结构简单时可自脱模,当有加强筋或其他复杂结构时,可借助脱模剂;(5)整理、修饰。整个生产的成型周期在 6min 左右。图 1 为 PDCPD 制品的成型工艺流程图。


3组分混合工艺是通过将含有添加剂(增强材料、阻燃剂和染色剂等)的料液 C 与 A和 B 在混合头中均匀混合后注入模腔,反应固化后制得产品的一种技术,其优点是:可保证添加剂均匀分散在模制产品中;不会污染 A、B 液的循环系统,且质量控制和体系的转换更容易。

2.设备

PDCPD-RIM 制品用设备由注射机、模具及合模机组成。注射机包括贮料罐、循环管路、计量泵和混合头。贮料罐需配备加热、冷却装置,并装有搅拌器、N2 保护系统及自动进料装置等,循环管路需配有过滤器及热交换器等,计量精度控制在±1.5%。混合头是RIM 装置的主要部件,直接影响料液混合的均匀度,为了提高注射机的利用率,可采用“一机多头”生产线。模具的密封性和传热性要求很高,但由于注模的压力不高(一般为0.3~1.0MPa),对模具的材质、结构强度要求较低,因此可用铝、铝锌合金、环氧树脂及铸钢等材质模具,降低模具投资成本。合模机用于固定模具,其锁模力、锁模精度、平行性和刚性均非常重要,PDCPD-RIM 制品成型通常采用卧式锁模系统

PDCPD-RIM原料及材料性能

1.原料

目前,全球 PDCPD-RIM 制品用原料实现量产的只有美国 SOJITZ 公司和日本 RIMTEC公司,较高的原料价格和较低的市场认知度制约了其在国内的发展。国内对原料的研究大多还停留在实验室阶段,为了打破国外对原料的垄断,降低并稳定原料价格,国家反应注射成型工程技术研究中心(黎明化工研究院)早在“八五”期间就对 PDCPD-RIM 配方进行了探索性基础研究,经过近 20 年的深入研究,攻克了多项技术难题,掌握了 DCPD 的提纯、液化和改性技术,特种助剂制备技术,聚合调速技术,原料批量生产技术,以及PDCPD-RIM 成型工艺技术等,开发的产品性能已达到国际同类产品的技术水平,且拥有自主知识产权。

根据市场和客户需求,国家反应注射成型工程技术研究中心积极研发了一系列的PDCPD-RIM 制品用原料,根据基础配方添加助剂的不同,可分为 3 大体系:PDCPDRIM、增强 PDCPD-RIM 和阻燃 PDCPD-RIM。增强 PDCPD-RIM 是在基础配方中添加增强填料,提高材料的强度与模量,并且降低收缩率。针对 PDCPD 材料的易燃性(LOI=19.2%),该研究中心还研发了阻燃 PDCPD-RIM,这是减少火灾、拓宽市场领域

的有效战略措施

2.PDCPD材料性能

国家反应注射成型工程技术研究中心开发的 PDCPD 材料着色效果好、力学性能优异,可实现制品形状的自由设计且成型周期自由调整。材料性能见上表。该研究中心研发的 PDCPD 材料除了拥有上表所描述的高力学性能外,还具有优异的耐候性、耐磨性、表面涂饰性、电绝缘性、耐酸碱性及防水性。

PDCPD应用领域

PDCPD 材料性能优异、设备成本低廉、成型周期短、生产效率高、产品质量稳定且工作环境友好,适合各种规模的批量、多品种制品的生产,因此应用范围十分广泛。下面举出一些应用实例


1.污水净化槽

随着水污染问题的日益严重,各个国家都出台了相关政策,要求生活、生产污水自产自治、循环利用,因此对污水净化槽的需求量剧增。目前,污水净化槽多采用玻璃钢制造,而玻璃钢存在生产效率低、工作环境差,以及对环境污染严重等缺陷,因此一些发达国家已禁止使用玻璃钢净化槽。在这种情况下,急需一种材料来替代玻璃钢,而 PDCPD材料以其一系列的优异性能引起了污水净化槽应用领域的关注:可一步成型、生产效率高,属于“环境友好材料”;卓越的耐腐蚀性保证了其较长的使用寿命;高强度保证了其可承受足够的水压,可制备大型的、不同厚度的且结构复杂的模塑产品;生产自动化程度高,降低了劳动力成本。

2.氯碱行业的设备管道

氯碱生产过程中同时存在盐水腐蚀、碱腐蚀、酸腐蚀和氯气腐蚀等,成为腐蚀的重灾户,而我国氯碱的年需求量达上千万吨,因此急需防腐材料提高设备的抗腐蚀性,延长设备的使用寿命,保证安全稳定的连续生产。氯碱装置常用的材料有碳钢、铸铁、不锈钢、铜及铜合金、镍及镍合金、钛及钛合金等,碳钢和铸铁价廉易得,但耐腐蚀性差,其他金属又价格昂贵。相比之下,PDCPD 制品可很好地解决氯碱厂家的困扰,其耐溶剂腐蚀的范围广,可在 pH0~14 之间的高温介质下工作;易于成型,可满足氯碱装置的设计要求;卓越的耐腐蚀性可极大地延长设备管道的使用寿命;与镍、钛金属相比,价格低廉。因此,

PDCPD-RIM 制品可广泛应用于氯碱行业

PDCPD材料的性能及应用

3.卫浴产品

陶瓷卫浴产品由于质地洁白、结构致密、强度大及热稳定性好,多年来一直在卫浴市场占据主导地位,然而其存在两个缺点:(1)脆性大,耐冲击能力低,易碎;(2)陶瓷有一定的吸水性,吸水后膨胀,导致釉面发生龟裂。而 PDCPD 制品不会发生类似的问题,其高抗冲击能力可确保产品的长期安全使用。另外,PDCPD 材料还具有其他优势:优异的涂饰性能、灵活多样并具有艺术性的设计,可满足客户的个性化需求;可一步成型,生产效率高;产品设计无接合缝,安全性和舒适性都令人满意;环保、无污染。

PDCPD材料的性能及应用

4.医疗设备

近期,由工信部牵头,发改委、科技部等几大部委正在研究制定加快医疗器械产业发展的政策措施,相关规划有望于年内出台。市场人士认为,在未来 5 年内,对医疗设备的需求有望出现大增。然而,我国医疗设备制造技术落后,材质多为不锈钢,质量重且易导热,结构精确度差,限制了高品质医疗设备的发展。而 PDCPD 材料可制备质量轻、体积大及空间结构精确的医疗设备,而且产品导热性低、电绝缘性高,添加一定的阻燃剂后,还可满足国家对室内用塑料的阻燃要求。基于这些优异特性,PDCPD 材料可为我国医疗设备的创新发展提供保障。图 5 为制造材料采用了 PDCPD 的 CT 机。

PDCPD材料的性能及应用

5.皮划艇

伴随我国生活质量的提高,以及海南国际旅游岛和沿海发达地区的旅游设施规划建设,未来几年我国舰船行业将有一个较大的发展。目前,舰船所用的玻璃钢材料刚性模量低,而 PDCPD 属于高刚性、高模量材料,可一步成型,整体性好,壳体无接缝、无缝隙,质轻高强,对减轻结构质量有较大的潜力。另外,由于成型简便,比钢质、木质艇省工,批量生产性好,采用 PDCPD 材料还可有效降低皮划艇的造价。图 6 为由 PDCPD 制成的皮划艇。

PDCPD材料的性能及应用

6.车辆

PDCPD 可代替金属或玻璃钢而应用于车辆壳体及其他部件,其优点是:质量轻,转运、组装更省力,并且可降低生产线上工人的劳动强度、降低车辆燃油消耗及提高车辆载荷量;投资小,生产周期短,见效快;车辆壳体可实现外观自由设计,使其更加多样化、个性化;壳体喷漆前几乎不经过任何处理就可达到 A 级表面粗糙度;着色性、电镀性及抗老化性优异。图 7 为制造材料采用了 PDCPD 的农用车。

PDCPD材料的性能及应用

7.其他应用

PDCPD 材料的低密度、高强度、高硬度、高耐冲击性及优异的耐腐蚀性使其可用于制造大型垃圾箱,替代木材制备载荷量更大、使用更耐久的物流托盘(,以及高强度、高抗冲击能力、大面积的薄壁制件,如空投箱。优异的低温特性(-40℃环境下材料不变脆)则使其可用于制造摩托雪橇。PDCPD 材料还在体育器材、大型电器外壳及航空制造业等领域具有很好的应用前景。



展望

目前,国内已建成 10 多条 PDCPD-RIM 制品的生产线,产品主要集中在工程车、农用车等大型机械的壳体上。经过近 10 年的市场检验,客户对产品较认可。一些应用领域也正在开发,比如污水净化槽和医疗设备,还有一些应用领域(如体育器材)有待开发,因此 PDCPD 制品的市场潜力较大。近几年,环境因素使一些发达国家对玻璃钢产品的使用进行了严格的控制,而PDCPD 则属于“环境友好材料”。国家环保政策的规范、公民环保意识的加强和市场认知度

的提高为 PDCPD 制品的高速发展提供了契机。一旦原料实现国产化,可与国外品牌形成竞争,并进一步降低原料价格,稳定货源供应,提供优质技术服务,从而提高国内制品生产商的利润空间。可以预见,PDCPD 将在多个应用领域实现突破性增长。

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