PDCPD材料的性能及應(yīng)用

1、PDCPD材料的性能及應(yīng)用聚雙環(huán)戊二烯（PDCPD）材料是一種高性能的適用于反應(yīng)注射成型（RIM）的熱固性塑料.聚雙環(huán)戊二烯（PDCPD）材料是一種高性能的適用于反應(yīng)注射成型（RIM）的熱固性塑料。本文簡(jiǎn)述了該材料的發(fā)展、特點(diǎn)以及所用的成型工藝和設(shè)備，并介紹了國(guó)家反應(yīng)注射成型工程技術(shù)研究中心開(kāi)發(fā)的PDCPD材料的性能及應(yīng)用，另外還對(duì)PDCPD材料的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)前景進(jìn)行了分析和展望。概述聚雙環(huán)戊二烯，英文名稱(chēng)為polydicyclopentadiene；簡(jiǎn)稱(chēng)PDCPD。為雙環(huán)戊二烯之均聚物或共聚物。為一種交聯(lián)三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)工程塑料。PDCPD是一種具有良好應(yīng)用前景的熱固性高分子材料。1985年，美國(guó)H

2、ercules公司和Goodrich公司聯(lián)手首次實(shí)現(xiàn)了該材料的工業(yè)化，代表性品牌有Hercules公司和日本帝人株式會(huì)社合作開(kāi)發(fā)的METTON，以及Goodrich公司與瑞翁株式會(huì)社合作開(kāi)發(fā)的TELENE、PENTAM系列等。PDCPD材料具有優(yōu)異的物理性能和穩(wěn)定的化學(xué)性能，與玻璃鋼相比，其“輕質(zhì)高強(qiáng)”的特點(diǎn)更加突出，可替代金屬和某些工程塑料應(yīng)用于車(chē)輛零部件、大型電器殼體、醫(yī)療設(shè)備及耐腐蝕設(shè)備等復(fù)雜的結(jié)構(gòu)制件。通過(guò)追加新技術(shù)、新助劑可擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，節(jié)省資源及能量，適應(yīng)時(shí)代的需求。成型工藝及設(shè)備1.成型工藝PDCPD制品在生產(chǎn)中一般采用RIM工藝，基于高純度的DCPD（98%）經(jīng)過(guò)開(kāi)環(huán)移位聚合

3、反應(yīng)（ROMP）制得，原料多為雙組分體系（A、B液），其工藝過(guò)程為：（1）原料。A、B料液均為低黏度液體，A料含有DCPD、活化劑及添加劑，B料含有DCPD、催化劑及添加劑，黏度控制在0.21.0 Pa.s，料溫為2030；（2）模具。模具需預(yù)熱到4080，制品較厚或較大時(shí)，陰模、陽(yáng)模應(yīng)有2040的溫差；（3）計(jì)量、混合及注模。A、B料液的質(zhì)量比最好為1:1，差值應(yīng)5%；（4）解壓、脫模。制品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單時(shí)可自脫模，當(dāng)有加強(qiáng)筋或其他復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)，可借助脫模劑；（5）整理、修飾。整個(gè)生產(chǎn)的成型周期在6min左右。圖1為PDCPD制品的成型工藝流程圖。3組分混合工藝是通過(guò)將含有添加劑（增強(qiáng)材料、阻燃劑和

4、染色劑等）的料液C與A和B在混合頭中均勻混合后注入模腔，反應(yīng)固化后制得產(chǎn)品的一種技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是：可保證添加劑均勻分散在模制產(chǎn)品中；不會(huì)污染A、B液的循環(huán)系統(tǒng)，且質(zhì)量控制和體系的轉(zhuǎn)換更容易。2.設(shè)備PDCPD-RIM制品用設(shè)備由注射機(jī)、模具及合模機(jī)組成。注射機(jī)包括貯料罐、循環(huán)管路、計(jì)量泵和混合頭。貯料罐需配備加熱、冷卻裝置，并裝有攪拌器、N2保護(hù)系統(tǒng)及自動(dòng)進(jìn)料裝置等，循環(huán)管路需配有過(guò)濾器及熱交換器等，計(jì)量精度控制在1.5?；旌项^是RIM裝置的主要部件，直接影響料液混合的均勻度，為了提高注射機(jī)的利用率，可采用“一機(jī)多頭”生產(chǎn)線。模具的密封性和傳熱性要求很高，但由于注模的壓力不高（一般為0.31.0

5、MPa），對(duì)模具的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求較低，因此可用鋁、鋁鋅合金、環(huán)氧樹(shù)脂及鑄鋼等材質(zhì)模具，降低模具投資成本。合模機(jī)用于固定模具，其鎖模力、鎖模精度、平行性和剛性均非常重要，PDCPD-RIM制品成型通常采用臥式鎖模系統(tǒng)。原料及材料性能1.原料目前，全球PDCPD-RIM制品用原料實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的只有美國(guó)SOJITZ公司和日本RIMTEC公司，較高的原料價(jià)格和較低的市場(chǎng)認(rèn)知度制約了其在國(guó)內(nèi)的發(fā)展。國(guó)內(nèi)對(duì)原料的研究大多還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，為了打破國(guó)外對(duì)原料的壟斷，降低并穩(wěn)定原料價(jià)格，國(guó)家反應(yīng)注射成型工程技術(shù)研究中心（黎明化工研究院）早在“八五”期間就對(duì)PDCPD-RIM配方進(jìn)行了探索性基礎(chǔ)研究，經(jīng)過(guò)近2

6、0年的深入研究，攻克了多項(xiàng)技術(shù)難題，掌握了DCPD的提純、液化和改性技術(shù)，特種助劑制備技術(shù)，聚合調(diào)速技術(shù)，原料批量生產(chǎn)技術(shù)，以及PDCPD-RIM成型工藝技術(shù)等，開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品性能已達(dá)到國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品的技術(shù)水平，且擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。根據(jù)市場(chǎng)和客戶需求，國(guó)家反應(yīng)注射成型工程技術(shù)研究中心積極研發(fā)了一系列的PDCPD-RIM制品用原料，根據(jù)基礎(chǔ)配方添加助劑的不同，可分為3大體系：PDCPD-RIM、增強(qiáng)PDCPD-RIM和阻燃PDCPD-RIM。增強(qiáng)PDCPD-RIM是在基礎(chǔ)配方中添加增強(qiáng)填料，提高材料的強(qiáng)度與模量，并且降低收縮率。針對(duì)PDCPD材料的易燃性（LOI=19.2%），該研究中心還研發(fā)了阻燃P

7、DCPD-RIM，這是減少火災(zāi)、拓寬市場(chǎng)領(lǐng)域的有效戰(zhàn)略措施。2.材料性能?chē)?guó)家反應(yīng)注射成型工程技術(shù)研究中心開(kāi)發(fā)的PDCPD材料著色效果好、力學(xué)性能優(yōu)異，可實(shí)現(xiàn)制品形狀的自由設(shè)計(jì)且成型周期自由調(diào)整。材料性能見(jiàn)上表。該研究中心研發(fā)的PDCPD材料除了擁有上表所描述的高力學(xué)性能外，還具有優(yōu)異的耐候性、耐磨性、表面涂飾性、電絕緣性、耐酸堿性及防水性。應(yīng)用領(lǐng)域PDCPD材料性能優(yōu)異、設(shè)備成本低廉、成型周期短、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定且工作環(huán)境友好，適合各種規(guī)模的批量、多品種制品的生產(chǎn)，因此應(yīng)用范圍十分廣泛。下面舉出一些應(yīng)用實(shí)例。1.污水凈化槽隨著水污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，各個(gè)國(guó)家都出臺(tái)了相關(guān)政策，要求生活、生

8、產(chǎn)污水自產(chǎn)自治、循環(huán)利用，因此對(duì)污水凈化槽的需求量劇增。目前，污水凈化槽多采用玻璃鋼制造，而玻璃鋼存在生產(chǎn)效率低、工作環(huán)境差，以及對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重等缺陷，因此一些發(fā)達(dá)國(guó)家已禁止使用玻璃鋼凈化槽。在這種情況下，急需一種材料來(lái)替代玻璃鋼，而PDCPD材料以其一系列的優(yōu)異性能引起了污水凈化槽應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注：可一步成型、生產(chǎn)效率高，屬于“環(huán)境友好材料”；卓越的耐腐蝕性保證了其較長(zhǎng)的使用壽命；高強(qiáng)度保證了其可承受足夠的水壓，可制備大型的、不同厚度的且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模塑產(chǎn)品；生產(chǎn)自動(dòng)化程度高，降低了勞動(dòng)力成本。圖2為由PDCPD制成的污水凈化槽。2.氯堿行業(yè)的設(shè)備管道氯堿生產(chǎn)過(guò)程中同時(shí)存在鹽水腐蝕、堿腐蝕、酸腐

9、蝕和氯氣腐蝕等，成為腐蝕的重災(zāi)戶，而我國(guó)氯堿的年需求量達(dá)上千萬(wàn)噸，因此急需防腐材料提高設(shè)備的抗腐蝕性，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，保證安全穩(wěn)定的連續(xù)生產(chǎn)。氯堿裝置常用的材料有碳鋼、鑄鐵、不銹鋼、銅及銅合金、鎳及鎳合金、鈦及鈦合金等，碳鋼和鑄鐵價(jià)廉易得，但耐腐蝕性差，其他金屬又價(jià)格昂貴。相比之下，PDCPD制品可很好地解決氯堿廠家的困擾，其耐溶劑腐蝕的范圍廣，可在pH014之間的高溫介質(zhì)下工作；易于成型，可滿足氯堿裝置的設(shè)計(jì)要求；卓越的耐腐蝕性可極大地延長(zhǎng)設(shè)備管道的使用壽命；與鎳、鈦金屬相比，價(jià)格低廉。因此，PDCPD-RIM制品可廣泛應(yīng)用于氯堿行業(yè)（如圖3所示）。3.衛(wèi)浴產(chǎn)品陶瓷衛(wèi)浴產(chǎn)品由于質(zhì)地潔白、

10、結(jié)構(gòu)致密、強(qiáng)度大及熱穩(wěn)定性好，多年來(lái)一直在衛(wèi)浴市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，然而其存在兩個(gè)缺點(diǎn)：（1）脆性大，耐沖擊能力低，易碎；（2）陶瓷有一定的吸水性，吸水后膨脹，導(dǎo)致釉面發(fā)生龜裂。而PDCPD制品不會(huì)發(fā)生類(lèi)似的問(wèn)題，其高抗沖擊能力可確保產(chǎn)品的長(zhǎng)期安全使用。另外，PDCPD材料還具有其他優(yōu)勢(shì)：優(yōu)異的涂飾性能、靈活多樣并具有藝術(shù)性的設(shè)計(jì)，可滿足客戶的個(gè)性化需求；可一步成型，生產(chǎn)效率高；產(chǎn)品設(shè)計(jì)無(wú)接合縫，安全性和舒適性都令人滿意；環(huán)保、無(wú)污染。圖4為由PDCPD制成的水槽。4.醫(yī)療設(shè)備近期，由工信部牽頭，發(fā)改委、科技部等幾大部委正在研究制定加快醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策措施，相關(guān)規(guī)劃有望于年內(nèi)出臺(tái)。市場(chǎng)人士認(rèn)

11、為，在未來(lái)5年內(nèi)，對(duì)醫(yī)療設(shè)備的需求有望出現(xiàn)大增。然而，我國(guó)醫(yī)療設(shè)備制造技術(shù)落后，材質(zhì)多為不銹鋼，質(zhì)量重且易導(dǎo)熱，結(jié)構(gòu)精確度差，限制了高品質(zhì)醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展。而PDCPD材料可制備質(zhì)量輕、體積大及空間結(jié)構(gòu)精確的醫(yī)療設(shè)備，而且產(chǎn)品導(dǎo)熱性低、電絕緣性高，添加一定的阻燃劑后，還可滿足國(guó)家對(duì)室內(nèi)用塑料的阻燃要求。基于這些優(yōu)異特性，PDCPD材料可為我國(guó)醫(yī)療設(shè)備的創(chuàng)新發(fā)展提供保障。圖5為制造材料采用了PDCPD的CT機(jī)。5.皮劃艇伴隨我國(guó)生活質(zhì)量的提高，以及海南國(guó)際旅游島和沿海發(fā)達(dá)地區(qū)的旅游設(shè)施規(guī)劃建設(shè)，未來(lái)幾年我國(guó)艦船行業(yè)將有一個(gè)較大的發(fā)展。目前，艦船所用的玻璃鋼材料剛性模量低，而PDCPD屬于高剛性、高

12、模量材料，可一步成型，整體性好，殼體無(wú)接縫、無(wú)縫隙，質(zhì)輕高強(qiáng)，對(duì)減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量有較大的潛力。另外，由于成型簡(jiǎn)便，比鋼質(zhì)、木質(zhì)艇省工，批量生產(chǎn)性好，采用PDCPD材料還可有效降低皮劃艇的造價(jià)。圖6為由PDCPD制成的皮劃艇。6.車(chē)輛PDCPD可代替金屬或玻璃鋼而應(yīng)用于車(chē)輛殼體及其他部件，其優(yōu)點(diǎn)是：質(zhì)量輕，轉(zhuǎn)運(yùn)、組裝更省力，并且可降低生產(chǎn)線上工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、降低車(chē)輛燃油消耗及提高車(chē)輛載荷量；投資小，生產(chǎn)周期短，見(jiàn)效快；車(chē)輛殼體可實(shí)現(xiàn)外觀自由設(shè)計(jì)，使其更加多樣化、個(gè)性化；殼體噴漆前幾乎不經(jīng)過(guò)任何處理就可達(dá)到A級(jí)表面粗糙度；著色性、電鍍性及抗老化性優(yōu)異。圖7為制造材料采用了PDCPD的農(nóng)用車(chē)。7.其他應(yīng)

13、用PDCPD材料的低密度、高強(qiáng)度、高硬度、高耐沖擊性及優(yōu)異的耐腐蝕性使其可用于制造大型垃圾箱，替代木材制備載荷量更大、使用更耐久的物流托盤(pán)（如圖8所示），以及高強(qiáng)度、高抗沖擊能力、大面積的薄壁制件，如空投箱。優(yōu)異的低溫特性（-40環(huán)境下材料不變脆）則使其可用于制造摩托雪橇（如圖9所示）。PDCPD材料還在體育器材、大型電器外殼及航空制造業(yè)等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。展望目前，國(guó)內(nèi)已建成10多條PDCPD-RIM制品的生產(chǎn)線，產(chǎn)品主要集中在工程車(chē)、農(nóng)用車(chē)等大型機(jī)械的殼體上。經(jīng)過(guò)近10年的市場(chǎng)檢驗(yàn)，客戶對(duì)產(chǎn)品較認(rèn)可。一些應(yīng)用領(lǐng)域也正在開(kāi)發(fā)，比如污水凈化槽和醫(yī)療設(shè)備，還有一些應(yīng)用領(lǐng)域（如體育器材）有待開(kāi)發(fā)，因