大成普瑞新材料有限責(zé)任公司
雙環(huán)戊二烯注射樹(shù)脂制備工藝為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)獲查新認(rèn)證
2022年10月13日，大成普瑞新材料有限責(zé)任公司研發(fā)生產(chǎn)的年產(chǎn)十萬(wàn)噸雙環(huán)戊二烯注射樹(shù)脂（DCPD-RIM）制備工藝通過(guò)安徽省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所在全國(guó)范圍內(nèi)的查新認(rèn)證，標(biāo)志著聚雙環(huán)戊二烯（PDCPD）材料真正實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化、大規(guī)模生產(chǎn)！
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，并介紹了大成普瑞新材料有限責(zé)任公司開(kāi)發(fā)的PDCPD材料的性能及應(yīng)用，另外還對(duì)PDCPD材料的前景進(jìn)行了分析和展望。
概述
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)Hercules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Mutton，以及Goodrich公司與瑞翁株式會(huì)社合作開(kāi)發(fā)的Toluene、Pentad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0.2~1.0 pays，料溫為20~30℃；（2）模具。模具需預(yù)熱到40~80℃，制品較厚或較大時(shí)，陰模、陽(yáng)模應(yīng)有20~40℃的溫差；（3）計(jì)量、混合及注模。a、b料液的質(zhì)量比為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。
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％。混合頭是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0.3~1.0mpa），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（根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需要也可采用立式鎖模）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)Suits公司和日本Rime公司和我國(guó)的大成普瑞新材料有限責(zé)任公司。日美較高的原料價(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。2021年7月，大成普瑞新材料有限責(zé)任公司年產(chǎn)10萬(wàn)噸雙環(huán)戊二烯注射樹(shù)脂的建成投產(chǎn)，標(biāo)志著PDCPD-RIM制品用原料完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，使得美國(guó)原料已經(jīng)退出國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，日本原料價(jià)格也大幅下降，徹底打破了國(guó)外對(duì)原料的壟斷，降低并穩(wěn)定了原料價(jià)格。大成普瑞新材料有限責(zé)任公司經(jīng)過(guò)近10年對(duì)PDCPD-RIM配方進(jìn)行了探索性基礎(chǔ)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)際同類產(chǎn)品的技術(shù)水平，且擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，首次實(shí)現(xiàn)對(duì)俄羅斯、白俄羅斯、泰國(guó)的出口，部分指標(biāo)領(lǐng)先日美，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，居于國(guó)內(nèi)一流、國(guó)際領(lǐng)先地位。
2.材料性能
大成普瑞新材料有限責(zé)任公司開(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。該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。
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ph0~14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)。
3.衛(wèi)浴產(chǎn)品
陶瓷衛(wèi)浴產(chǎn)品由于質(zhì)地潔白、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。
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)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)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)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。
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)。
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。
7.其他應(yīng)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)，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。PDCPD材料還在體育器材、新能源汽車(chē)、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)已建成數(shù)十條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)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)，因此PDCPD制品的市場(chǎng)潛力較大。
近幾年，環(huán)境因素使一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)玻璃鋼產(chǎn)品的使用進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，而PDCPD則屬于“環(huán)境友好材料”。國(guó)家環(huán)保政策的規(guī)范、公民環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)和市場(chǎng)認(rèn)知度的提高為PDCPD制品的高速發(fā)展提供了契機(jī)。原料實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，增強(qiáng)了與國(guó)外品牌競(jìng)爭(zhēng)力，并進(jìn)一步降低原料價(jià)格，穩(wěn)定貨源供應(yīng)，提供優(yōu)質(zhì)技術(shù)服務(wù)，從而提高國(guó)內(nèi)制品生產(chǎn)商的利潤(rùn)空間?？梢灶A(yù)見(jiàn)，PDCPD將在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破性增長(zhǎng)。
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