Закажите “блок-сополимер этилена и пропилена”, и в техническом описании будет указана непрозрачная, прочная смола — а не прозрачный, последовательный диблок, как предполагает название. Эта фраза является коммерческим обозначением, а не описанием цепи.
То, что вы покупаете, представляет собой гетерофазную систему: кристаллическую полипропиленовую матрицу с диспергированной в ней мягкой этилен-пропиленовой каучуковой фазой. Непрозрачность, ударная вязкость на холоде и снижение жесткости по сравнению с гомополимером — все это связано с этой двухфазной морфологией, а не с какой-либо блочной архитектурой.
Что на самом деле представляет собой гетерофазная структура
Блок-сополимер (ударопрочный) полипропилена — это гетерофазная смола: непрерывная матрица из изотактического ПП-гомополимера с диспергированной внутри нее в виде дискретных частиц, обычно размером 2-4 мкм, прерывистой этилен-пропиленовой каучуковой (ЭПК) фазой. Одна гранула, две фазы.
Матрица представляет собой обычный кристаллический гомополимер ПП, который сохраняет пиковую температуру плавления в диапазоне 160-165 °C — сомономер никогда не входит в основную цепь матрицы, чтобы снизить ее. Каучуковые домены отвечают за ударное поведение.
Состав находится в предсказуемом окне: диспергированная каучуковая фаза обычно составляет 35 вес.% или более от смолы, общее содержание этилена в грануле составляет около 5-15 вес.%. В самом каучуке содержание этилена составляет 38-65 вес.%, что сохраняет эту фазу мягкой и аморфной, а не кристаллизующейся в полиэтилен.
Эта структура создается в реакторе, а не смешивается — сначала формируется матрица, затем этилен и пропилен сополимеризуются в каучуковую фазу во втором газофазном реакторе, который выращивает домены ЭПК на месте. Результатом является композит на молекулярном уровне: жесткий каркас, каучуковые включения, одна гранула.
Почему это не настоящий блок-сополимер
“Блок” в названии — это ярлык для удобства, а не утверждение о цепи. Настоящий последовательный диблок требует “живой” полимеризации — роста цепи «без постоянного прерывания», так что катализатор сначала создает пропиленовый блок, затем этиленовый блок на одной непрерывной основной цепи.
Реакторный ударопрочный ПП не соответствует этому требованию: его каучуковая фаза представляет собой отдельную популяцию цепей, а не блок, привитый к матрице.
Регуляторная номенклатура прямо указывает на это. В перечне материалов, контактирующих с пищевыми продуктами FDA, “пропилен-этиленовый блок-полимер”, “этилен-пропиленовый сополимер” и “поли(этен-со-1-пропен)” указаны как взаимозаменяемые псевдонимы для одного вещества, CAS 9010-79-1. Когда регулятор рассматривает “блок-полимер” и “сополимер” как одну запись, “блок” является торговым названием, а не архитектурой.
Небольшое количество истинного блочного характера действительно существует на границе раздела фаз — короткие последовательности ПП-ЭП, которые совмещают матрицу и каучук, чтобы домены не разделялись. Но основное поведение определяется диспергированной каучуковой фазой, а не межфазными цепями.
Разделение является наиболее четкой границей в семействе сополимеров полипропилена: статистический сополимер вводит сомономер в одну цепь, в то время как ударопрочный сополимер сохраняет две фазы раздельными. Читайте морфологию, а не название.
Почему каучуковая фаза делает его непрозрачным
Ударопрочный сополимер является полупрозрачным или непрозрачным, потому что его две фазы имеют несовпадающие показатели преломления, поэтому свет рассеивается на каждой границе между матрицей ПП и доменом ЭПК. Умножьте это на миллионы частиц размером 2-4 мкм, и проходящий свет рассеивается — деталь становится мутной.
Непрозрачность — самая распространенная ошибка в спецификациях на коммерческих страницах ПП. Статистический сополимер оптически прозрачен, потому что он остается одной гомогенной фазой — единый показатель преломления, нечему рассеивать свет. Каучуковые домены, которые придают ударопрочному сополимеру его вязкость, являются теми же самыми, которые разрушают его прозрачность: прозрачность требует одной фазы, вязкость требует двух.
Если деталь должна быть прозрачной, ударопрочный сополимер является неправильным подтипом, независимо от того, насколько хорошим выглядит его показатель Izod — выбирайте статистический сополимер или осветленный гомополимер и принимайте более низкую вязкость.
Почему он выдерживает удар на холоде, который растрескивает гомополимер ПП
Каучуковая фаза остается эластомерной на холоде, потому что ее температура стеклования находится около -50 °C, что значительно ниже точки примерно 0 °C, при которой обычный гомополимер ПП становится хрупким. При ударе мягкие частицы ЭПК кавитируют и образуют микротрещины, и эта локальная деформация поглощает энергию, которая в противном случае привела бы к чистому растрескиванию матрицы.
Высокоударные марки достигают ударной вязкости по Изоду с надрезом около 615-635 Дж/м при 23 °C (ASTM D256), что значительно превышает порог “полностью пластичного” состояния ~534 Дж/м; коммерческие диапазоны охватывают примерно 5-50 кДж/м² в зависимости от содержания каучука. В одном контролируемом исследовании iPP/EPR ударная вязкость по Изоду с надрезом выросла со 175 Дж/м² до 627 Дж/м² — примерно в 3,5 раза выше — по мере оптимизации каучуковой фазы.
Эта вязкость не дается бесплатно. То же исследование показывает, что модуль упругости при изгибе падает с 1080 МПа до 897 МПа по мере увеличения ударной вязкости — больше каучука дает стойкость к ударам на холоде и теряет жесткость, пункт за пунктом.
У гомополимера ПП нет каучуковой фазы для кавитации, поэтому ниже 0 °C он растрескивается там, где ударопрочный сополимер изгибается. Вот почему ящик для холодного хранения, бампер, используемый зимой, или корпус батареи в неотапливаемом отсеке изготавливаются из ударопрочного сополимера..
Чтение технического описания марки ударопрочного сополимера
Четыре числа несут большую часть информации в техническом описании ударопрочного сополимера, и ударная вязкость по Изоду при комнатной температуре — это то, что вводит в заблуждение — значение при 23 °C само по себе не позволит отличить эту смолу от вязкого гомополимера.
- Содержание каучука / этилена (вес.%) — определяет, насколько вы получаете стойкость к ударам на холоде и насколько вы жертвуете жесткостью; больше каучука означает большую вязкость, меньшую жесткость.
- ПТР / ПИ (г/10 мин, ASTM D1238) — текучесть и переработка, от примерно 2 до 50-100 после вискозиметрического разрыва. Он указывает на молекулярную массу, а не на вязкость — марка с ПТР 2 и марка с ПТР 20 могут иметь идентичные каучуковые фазы.
- Ударная вязкость по Изоду с надрезом при низкой температуре (Дж/м, ASTM D256) — значение, которое на самом деле предсказывает поведение на холоде. Читайте значение при -20 °C, а не только при 23 °C.
- Модуль упругости при изгибе (МПа, ASTM D790) — остаточная жесткость, обычно 758-882 МПа для высокоударных марок, ниже, чем у гомополимера, потому что каучук размягчает массу.
Эти цифры указывают на стабильный набор применений: автомобильные бамперы, элементы внутренней отделки и корпуса аккумуляторов; ящики для хранения в холодильниках и оборотная транспортная тара; корпуса бытовой техники; ведра для краски; и ударопрочные крышки.
Поставки ударного сополимера в Китае проходят через те же три основных канала, что и остальной ассортимент ПП — Sinopec, PetroChina (включая Dushanzi) и CNOOC. Если детали требуется большая ударная вязкость, чем обеспечивает встроенный в смолу каучук, на стадии компаундирования можно добавить внешний модификатор ударной вязкости, такой как ПОЭ — это другой механизм, не связанный с каучуком в смоле.
Сопоставление содержания каучука, ПТР и ударной вязкости по Изоду при низкой температуре с решением о выборе гомополимера, статистического сополимера или ударного сополимера и есть фактический выбор марки.
Что это означает при закупке
Воспринимайте “блок-сополимер” как двухфазную смолу, а не как описание цепи. Строка с содержанием каучука и ударная вязкость по Изоду при низкой температуре скажут вам о поведении детали больше, чем когда-либо скажет торговое название.
Морфология — это спецификация: жесткая матрица ПП, содержащая мягкие домены ЭПК, непрозрачная, поскольку эти домены рассеивают свет, и прочная на холоде, поскольку они образуют кавитацию около -50 °C.
Ловушка заключается в том, чтобы рассматривать ударный сополимер как замену, которая дает вам все свойства гомополимера плюс ударную вязкость. Это не так — вы обмениваете жесткость и прозрачность на стойкость к ударам на холоде, и чем больше каучука вы добавляете, тем круче становится этот обмен. Подтвердите показатель ударной вязкости при низкой температуре, прежде чем принимать решение, потому что это та характеристика, которую гомополимер не может имитировать.