Полипропилен (PP): свойства, виды и применение в 3D-печати
Чем полипропилен заслужил место второго по распространённости пластика в мире, какие у него слабые стороны и что учитывать при печати им на 3D-принтере.
Полипропилен (ПП, PP) — термопластичная полимерная смола с полукристаллической структурой и второй по объёму использования пластик в мире. Из него делают предметы обихода, посуду, спортивную одежду, игрушки, медицинское и лабораторное оборудование. Привычный пример — откидная крышка флакона шампуня.
Сильные стороны материала
- Прочность на растяжение при малом весе: лёгкий материал выдерживает большие нагрузки.
- Эластичность и ударная вязкость: ПП деформируется без разрушения и легко принимает разные формы.
- Усталостная стойкость: после многократного сгибания и кручения он сохраняет форму, поэтому подходит для подвижных петель.
- Полная водонепроницаемость, важная для медицины и промышленности.
- Высокая диэлектрическая стойкость, благодаря которой ПП используют в электронных компонентах.
- Светопроницаемость и возможность окрашивания без ухудшения свойств.
- Биологическая устойчивость: материал не способствует появлению плесени и в краткосрочной перспективе не разрушается бактериями и грибками.
- Невысокая стоимость в массовом производстве.
Свойства и текстура зависят от процесса полимеризации. Двухосная ориентация улучшает механическую прочность, ударные и оптические характеристики.
Недостатки
- Горючесть, хотя существуют более стойкие марки.
- Чувствительность к ультрафиолету.
- Ограниченная работа при высоких температурах: сильный нагрев разрушает материал.
- Слабая стойкость к хлорированным растворителям и ароматическим веществам.
- Плохая склеиваемость, которая затрудняет и окрашивание; адгезионную прочность можно повысить.
- Подверженность окислению.
Три типа полипропилена
Гомополимер — самый распространённый сорт общего назначения. Он состоит из пропиленового мономера, прочнее и жёстче других марок, обладает хорошей химической стойкостью, свариваемостью и высоким отношением прочности к весу. Применяется в автомобильных деталях, электротехнике, трубах, текстиле и упаковке. Температура плавления — 160–165 °C.
Блок-сополимер содержит 5–15% этилена, а сомономерные звенья в нём расположены упорядоченно. Он отличается повышенной ударопрочностью, которая сохраняется при температурах ниже −20 °C; модификаторы увеличивают прочность ещё больше. Температура плавления — 135–159 °C.
Случайный сополимер содержит 1–7% этилена, звенья в цепи расположены произвольно. Его выбирают, когда нужны более низкая температура плавления, большая гибкость и визуально чистая поверхность.
Ключевые характеристики
| Плотность | 0,905 г/см³ |
| Прочность на растяжение | 0,95–1,30 Н/мм² |
| Ударная вязкость | 3,0–30,0 |
| Коэффициент теплового расширения | 100–150 х 10⁻⁶ |
| Максимальная температура использования | 80 °C |
| Стойкость к разбавленным кислотам и щелочам | отличная |
| Стойкость к спиртам | отличная |
| Стойкость к маслам и смазкам | хорошая |
| Стойкость к алифатическим, ароматическим и галогенированным углеводородам | недостаточная |
| Температура сопла при 3D-печати | 230–260 °C |
| Температура стола при 3D-печати | 85–100 °C |
Где и как применяется
В автомобилях из ПП делают бамперы, облицовку, элементы интерьера и корпуса аккумуляторов. В упаковке он заменяет целлофан, металл и бумагу: это плёнки для продуктов и кондитерских изделий, бутылки и банки, тонкостенные контейнеры, стаканчики для йогурта и горячих напитков, поддоны. Стойкость к износу, солнцу, плесени и воде обеспечила ему место в спортивной одежде, белье, хозяйственных сумках и мешках. Из ПП производят игрушки, ковровые покрытия, посуду, контейнеры для микроволновых печей и детали бытовых приборов. В медицине он идёт на приборы и упаковку для твёрдых и жидких препаратов, так как выдерживает чистящие и дезинфицирующие средства.
Основной способ переработки — литьё под давлением: материал поставляется в гранулах и из-за низкой вязкости расплава хорошо заполняет формы.
Обработку на станках с ЧПУ применяют для небольших партий и прототипов, в том числе с подвижными шарнирами. Заготовкой служит лист. Детализация получается высокой, но нужно учитывать склонность материала деформироваться от тепла.
История, безопасность и переработка
Полипропилен открыл в 1954 году итальянский химик Джулио Натта, работавший в компании Montecatini. Получать его при комнатной температуре и обычном давлении позволил титановый катализатор полимеризации немецкого химика Карла Циглера; оба учёных удостоены Нобелевской премии по химии. С 1980-х годов выпуск вырос благодаря более эффективным катализаторам.
ПП считается самым безопасным из пластиков: он не выделяет вредных веществ даже в контакте с горячей водой и разрешён для хранения продуктов и горячих жидкостей. Материал полностью пригоден для вторичной переработки (код 5): его плавят при 250 °C, под вакуумом удаляют остаточные молекулы и загрязнения, затвердевание идёт при 140 °C. Вторичный ПП можно смешивать с первичным. При этом перерабатывается лишь около 1% полипропиленовых бутылок.
Полипропилен в 3D-печати
Для 3D-печати ПП — сравнительно новый и непростой материал, что связано с его полукристаллической структурой. Свойства детали зависят от температуры экструзии: при её повышении слои спекаются лучше и изделие выходит прочнее. Рекомендуемая температура сопла — 230–260 °C, стола — 85–100 °C. Не каждый принтер рассчитан на 260 °C, и превышение его возможностей грозит повреждением узлов.
Самый простой и дешёвый способ улучшить сцепление с платформой — наклеить на неё полипропиленовую ленту. Результаты на разных моделях принтеров могут различаться. Хотя сам материал нетоксичен и безопасен для пищевых продуктов, при печати могут выделяться токсичные испарения. Выбор цветов филамента уже, чем у других материалов, а сам он дороже PLA и ABS.