Термопластические полиолефины (TPO) на основе полипропилена (PP) охотно используются для создания применений из термоформованных разрезанных листов благодаря их превосходным физическим свойствам, рабочим параметрам под воздействием атмосферных условий, и устойчивости к воздействию химических веществ. Тем не менее, их использование ограничивалось плохими технологическими параметрами. Было разработано новое поколение способных подвергаться термоформованию ТРО, которое обладало более широким технологическим окном и более высокими физическими свойствами по сравнению с используемыми в настоящее время продуктами. Также появились термоформованные детали с сильным блеском, включающие соэкструдированный глянцевый слой на подложке из ТРО.

Примечание технического редактора: это прекрасный пример той работы, которую осуществляют поставщики смолы для того, чтобы облегчить термоформовщикам по индивидуальным заказам процесс обработки новых материалов.

Рынок TPO

Объем мирового рынка TPO составляют более 1.2 миллиарда фунтов в год. Этот объем, по большей части, перерабатывается с помощью литьевого формования, и лишь очень незначительная часть перерабатывается с помощью термоформования. Хотя преимущества термоформования хорошо известны, и оно является идеальной технологией для аморфных смол, таких как акрилонитрил-бутадиенстирол (ABS), полистирол высокой ударопрочности (HIPS) и акрил. Традиционные ТРО обладают существенным недостатком из-за трудностей, возникающих при обработке. Благодаря пониманию фундаментальных основ материаловедения, которые являются решающим фактором для технологии термоформования, были разработаны новые рецептуры ТРО с прекрасными эксплуатационными характеристиками после термоформования и физическими свойствами.

Подход к конструкции смолы

Во-первых, были охарактеризованы потребности рынка в поддающихся термоформованию ТРО для того, чтобы определить специальные требования к эксплуатационным характеристикам. Этого удалось достигнуть за счет изучения опубликованных данных и интервью Голоса Заказчика (VOC) с ключевыми фигурами заинтересованной общественности в области производственно-сбытовой цепи термоформования по индивидуальным заказам, включающей компании, занимающиеся экструзией листа, термоформованием по индивидуальным заказам, а также производителей исходного оборудования (OEM).

В результате была выявлена необходимость разработки термоформуемого листа на основе полипропилена, способного заменить стекловолокно, металл и древесину. Хотя многие требования, предъявляемые к эксплуатационным характеристикам, являются уникальными для каждого применения,  общими являются четыре специальных требования к рабочим параметрам.

1. Снижение затрат на сырьевые материалы или снижение системных затрат;

2. Широкое технологическое окно термоформования;

3. Высокая жесткость (более 2,000 МПа модуля упругости при изгибе);

4. Достаточная ударопрочность при температурах использования – однородное пластическое разрушение.

Для термоформованных деталей затраты на конечную деталь представляют собой общую сумму затрат на сырьевые материалы, затрат на внедрение утилизированных материалов,
эффективность переработки и так далее. С этой целью при разработке конструкции смолы использовались традиционные смолы и наполнители для сведения к минимуму затрат на сырьевые материалы.

Согласно данным интервью с термоформовщиками по индивидуальным заказам, общей проблемой при использовании ТРО при термоформовании разрезанного листа является то, что рабочие параметры обработки, особенно провес, являются различными от партии к партии, а иногда и в пределах одной партии. Эта вариативность приводит к образованию значительного объема лома и большой потере времени и сил. Основной задачей при проектировании была разработка рецептур ТРО с высоким модулем или высокой жесткостью: с модулем упругости на изгиб 2,000 MПа,  и пластической ударопрочностью при –20^oC в сочетании с исключительными эксплуатационными характеристиками после термоформования.

Рецептуры TPO

Рецептуры ТРО с высоким модулем, как правило, состоят из трех общих компонентов: полипропилена, эластомера и наполнителя. Для того чтобы создать оптимальный продукт, было осуществлено планирование экспериментов (DOE) с использованием следующих независимых переменных:

1. Уровень и тип полипропилена с высокой прочностью расплава;

2. Уровень и тип эластомера;

3. Тальковый наполнитель.

Компоненты смолы, использованной в этих рецептурах, даны в Таблице 1.

Были компаундированы достаточные количества смолы для обеспечения экструзии образцов листа. Компаундированные образцы были приготовлены с использованием 63.5 мм (2.5 дюймового) СР-250 смесителя непрерывного действия Farrell.

Таблица 1. Материалы компонентов ТРО.

* скорость течения расплава при 230 град. С, 2.1 кг
* индекс расплава при 190 град. С, 10 кг.

 (FCM) с подачей в одношнековый экструдер и режущий станок. Часть каждого компаунда была сохранена для получения характеристики фундаментальных реологических и прочих свойств. Были измерены физические свойства с использованием обоих образцов листа, экструдированного и полученного литьевым формованием. Для того чтобы создать точку отсчета для эксплуатационных характеристик по сравнению с параметрами имеющихся в настоящее время продуктов, традиционный ТРО был переработан в лист вместе с компаундами DOE.