聚乙烯及其共聚物.docx
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聚乙烯及其共聚物
聚乙烯及其共聚物
聚乙烯(Polyethylene,简称PE),是半结晶性高分子化合物。
在分子链中仅含有C、H两种元素,其分子结构式为一(CH2一CH2一)n,相对分子质量都在1500以上,它是非极性物质。
乙烯单体聚合有高压法、中压法与低压法。
此外,尚有流化床气相法、浆料浆料法、溶液法生产支链少的线型低密度聚乙烯法。
聚乙烯有很好的性能,如可以耐-70℃的低温,耐化学药品腐蚀性,耐辐射性,优异的电绝缘性能等。
由于聚乙烯结晶的程度和分子量的不同,其密度、机械强度诸特性也均不相同。
因此聚乙烯可根据密度和分子量来分类:
低密度聚乙烯(LDPE),密度为0.910~0.925g/cm3,
中密度聚乙烯(MDPE),密度为0.926~0.940g/cm3,
高密度聚乙烯(HDPE),密度为0.941~0.965g/cm3,
线性低密度聚乙烯(LLDPE),密度为0.915~0.931g/cm3,
一、 低密度聚乙烯(LDPE)
低密度聚乙烯(LDPE)也叫做高压聚乙烯,是由乙烯单体聚合而成。
低密度聚乙烯由于按游离基聚合历程进行反应,所以易发生链转移,产品中存在大量支链结构,分子结构缺乏规整性,因此LDPE的结晶度较小,为65%~75%,密度较低,为0.910~0.93g/cm3,分子量一般为25000左右。
LDPE的电绝缘性能良好,基本不受温度和频率的影响。
其力学性能、化学性、热性能、透气性、耐老化性能均良好。
低密度聚乙烯物理力学性能见表2-1。
表2-1密度聚乙烯物理力学性能
性能
ASTM方法
LDPE
拉伸屈服应力(kPa)
屈服伸长率(%)
最大拉伸应力(kPa)
弹性模量(在1%应变时的正切,kPa)
切洛氏硬度
落镖冲击强度(38µm厚,g/25µm)
脆化温度(F50,°C)
界电常数(60Hz)
密度(g/cm3)
折射率(nD25)
线性膨胀系数(°C-1)
窄角散射
雾度(%)
光泽度(%)
24h吸水率(%)
D638
D638
D638
D638
D638
D785
D1790
D746
D150
D1505
D542
D696
D1746
1003
2457
D57
80~180
10~40
100~170
100~170
900~5000
D41~D60
50~300
<-76
2.25~2.35
0.912~0.940
1.51
(10~22)×10-5
4~80
40~50
0~80
<0.02
(一)低密度聚乙烯性能
⑴低密度聚乙烯呈乳白色半透明蜡状固体颗粒,无毒无味。
薄膜的透明度较好,密度低,由于分子链上有部分长、短支链,故是典型的结晶度型聚合物,熔点为105~126℃。
(2)有良好的韧性、耐低温性,脆化温度-60~-80℃,连续使用温度为82~100℃.其刚性小,蠕变性、热膨胀性大。
(3)电性能优,特别是高频绝缘性能优异。
(4)吸水性极低,具有良好的阴湿性,但对CO2、有机性臭气渗透性大,对水蒸气、空气的渗透性差。
(5)粘附性、粘合性、印刷性差,需经表面处理(化学侵蚀、电晕处理等)方可改善。
(6)易燃,且有烧滴现象,燃烧温度为625~650℃,在空气中的燃烧浓度为85~370g/m3。
燃烧时有石蜡味,火焰无烟无色。
在日光、热作用下易老化降解而变色(由白变黄直至变成褐色),且性能变坏,甚至龟裂,但可添加抗氧剂或紫外线吸收剂加以改善。
(7)易加工成型,在化学交联剂或高能辐射下可部分交联,以提高刚度、耐热性和耐溶剂性等。
(8)化学稳定性较好,对酸、碱、盐和60℃以下的一般有机溶剂都很稳定。
(9)易带静电,高速生产装置上需安装静电去除器.
(二)低密度聚乙烯成型与用途
低密度聚乙烯加热后,形成粘度适中即开始熔融,其熔点Tm=106~112℃,熔体粘度随温度升高而减小,成型加工温度范围大,成型加工性能好,各种热塑性塑料的成型加工方法均可适用。
采用挤出机可连续生产管材、棒材、板材、片材、单丝、扁带、电线包覆、护套、异型材等;可以生产各种空中容器、瓶及吹塑薄膜,如农用薄膜、地膜及各类包装材料。
此外,可用于纸、布、铝箔等表面涂覆。
采用注射成型机可以生产各式各样工业部件、玩具、包装品、日用品,如托盘、盘、杯、碟、桌子、椅子、门窗等,也可以用于滚塑、发泡、热成型、热封焊和热焊接等成型。
(1)挤塑。
挤塑成型是低密度聚乙烯主要的成型方法之一,其中以挤塑薄膜为最。
其挤出温度随制品不同而变化,大体挤塑管材温度:
机身温度后部为90~100℃,中部为100~140℃,前部为140~160℃,口模温度为140~160℃。
螺杆转速为40~60r/min。
生产低密度聚乙烯薄膜方法有压延法、吹塑法和直接挤出法等多种形式。
通常吹塑法的料筒温度:
后部为140~160℃,前部为160~175℃,模具温度为150~170℃.吹塑比:
1.2~2.5,牵引速度:
10~60r/min.。
它是将塑料先挤成薄膜管,然后趁热用压缩空气将其吹胀到规定尺寸,再冷却定型后制得的。
挤出片材温度为:
168~180℃,挤出电缆温度为185~210℃。
表2-2、表2-3为低密度聚乙烯挤塑成型与低密度聚乙烯挤出机及成型条件实例。
表2-2低密度聚乙烯挤塑成型条件
管、棒厚制品
吹塑薄膜
片材
电线包覆层
单丝
物料温度(°C)
螺杆直径(mm)
螺杆长径比
压缩比
螺杆计量段长度
螺杆转速(r/min)
计量段槽深(mm)
149
115
16
3
2D
60
3.8
163
90
20
4
4D
75
3.2
177
150
20
4
4D
75
4.5
218
90
20
4
4D
100
2.3
260
65
24
4
6D
100
1.9
表2-3低密度聚乙烯挤出机及成型条件实例
用途
薄膜
复合
电线包覆
吹塑成型
一般包装用管状薄膜
重包装管状薄膜
一般性及农
业宽副薄膜
成型方法
挤出吹塑方法
T型模法
挤出涂膜
CP电缆包覆法
旋转
吹塑方式
制品尺寸(mm)
厚度
0.2~0.20
折径
100~500
厚度
0.1~0.25
折径
250~500
厚度
0.015~0.10
折径
700~2500
厚度
0.015~0.10
宽
700~2500
厚度
0.015~0.06
宽
600~2300
芯线直径
0.4~0.9
包覆厚
0.13~0.27
容量
100~500ml
壁厚
2~4
A.挤出机
料筒直径(mmm)
长径比(L/D)
螺杆形式
螺杆压缩比
最高螺杆转速(r/min)
挤出量(kg/h)
45~65
20~28
计量型
3~4:
1
100~160
10~80
65~150
20~28
计量型
3~4:
1
100~160
60~200
65~150
20~28
计量型
3~4:
1
100~160
60~200
90~150
20~28
计量型
3~4:
1
100~160
80~200
65~150
20~28
计量型
3~4:
1
100~160
60~250
65~90
20~28
计量型
3~4:
1
100~125
60~80
65~90
20~28
计量型
3~4:
1
600~100
20~50
B、模具
模具的形式
模具的尺寸(mm)
圆模
Φ45~400
圆模Φ200~400
圆模Φ300~400
圆模
Φ300~2000
T型模
Φ700~2700
直角进料模Φ0.66~1.6
圆模
Φ10~20
C、成型
冷却方式
挤出吹塑吹胀比
牵引、卷绕速度
(m/min)
空气冷却或水冷
1.2~2.5
10~80
空气冷却或水冷
1.2~2.5
5~30
空气冷却
1.2~2.5
10~60
冷却辊冷却
/
10~60
冷却辊冷却
/
30~150
水冷
/
1000~1200
空气冷却
/
20~60
D、成型条件实例
原料的融融指数
MI值
原料的密度
温度设定(°C)
料筒后段
料筒前段
模头部分
2
0.924
140~160
150~170
150~170
0.5(EVA)
0.927
150~170
160~180
160~180
4
0.920
140~160
160~170
150~170
4
0.920
170~200
200~220
150~170
4
0.920
200~280
290~320
290~320
0.3
0.924
190~210
240~260
240~260
4
0.920
100~120
140~160
130~150
(2)注塑。
注塑成型也是低密度聚乙烯重要成型方法之一.。
LDPE注塑可以不用干燥,当表面附有水分时,可采用热风干燥。
物料的着色可用干混法或挤出混色法。
低密度聚乙烯的收缩率大,注射方向达3%~4%,垂直方向为1.5%~2%,薄壁制品易变形。
注塑工艺条件,料筒温度:
后部为140~160℃,中部为160~175℃,前部为170~200℃;模具温度为50~70℃;注塑压力:
80~100MPa螺杆转速<80r/min。
表2-4为低密度聚乙烯注塑成型条件。
低密度聚乙烯的成型方法很多,常用的有中空成型、压延成型、压塑成型、传递成型、滚塑成型、蘸浸成型、发泡成型等。
表2-4为低密度聚乙烯注塑成型条件。
工艺条件
壁厚(mm)
3以下
3~6
6以上
料筒温度(°C)后段
中段
前段
喷嘴
模具温度(°C)
注射压力(105Pa)
注射时间(s)
成型周期(s)
成型收缩率(%)纵向
横向
热处理时间(min)
热处理温度(°C)
原料干燥条件
着色
170~230
190~260
200~300
190~280
35~55
500~1500
5~30
15~60
180~240
200~260
200~300
200~260
40~70
500~1500
5~30
15~60
2.0~2.1
1.0~0.8
30~180
160~240
200~260
205~260
200~260
40~70
500~1500
5~30
15~60
比制品的热变形温度低5~20°C
用料斗干燥器于40~50°C下除去附着的水份
可用混炼法着色
二、高密度聚乙烯(HDPE)
高密度聚乙烯(HDPE)也叫低压聚乙烯,是在较低的压力下(0.3~10MPa压力时),将乙烯单体进行聚合。
HDPE的分子结构与LDPE相同,只是在分子链上没有长支链,仅有数量不多的短支链,因而其特性与LDPE相似。
根据分子量的不同,高密度聚乙烯可分为:
中等分子量高密度聚乙烯(MMW-HDPE),平均分子量(Mw)<110万;高分子量高密度聚乙烯(HMW-HDPE),Mw=11万~25万;特高分子量高密度聚乙烯(EHMW-HDPE),Mw=25万~150万;超高分子量高密度聚乙烯(UHMW-HDPE),Mw≥150万。
(一)高密度聚乙烯性能
表2-5国家标准HDPE物理综合性能表
序号
测试项目
单位
挤塑级
PE-GA-57DO12
PE-LA-50D012
PE-LA-57D006
PE-LA-57D003
PE-LA-57D012
PE-LA-50D012
y优级
一一级
一
合合格
优级
一一级
合合格
优优级
一一级
合合格
优优级
一一级
合合格
优优级
一一级
合合格
优优级
一一级
合合合格
格
1
清洁
度
色粒
粒/kg树脂
0~5
6~10
11~20
0~5
6~10
11~20
0~5
6~10
11~20
0~5
6~10
11~20
0~5
6~10
11~20
0~5
6~10
11~
20
杂质
粒/kg树脂
0~20
21~40
41~60
0~20
21~40
41~60
0~20
21~40
41~60
0~20
21~40
41~60
0~20
21~40
41~60
0~20
21~40
41~
60
2
熔体流动速率
g/10min
0.80~1.2
0.80~1.2
0.65~1.4
0.80~1.1
0.80~1.2
0.62~1.3
0.52~0.78
0.52~0.78
0.42~0.88
0.24~0.36
0.24~0.36
0.20~0.40
0.70~1.1
0.70~1.2
0.70~1.5
0.88~1.3
0.88~1.3
0.70
~1.5
5
3
密度
g/cm3
0.954~
0.954~0.958
0.953~0.959
0.949~0.953
0.949~0.953
0.948~0.954
0.952~0.956
0.951~0.956
0.951~0.957
0.952~0.956
0.952~0.956
0.951~0.957
0.957~0.961
0.957~0.961
0.956~0.962
0.948~0.952
0.948~0.952
0.947
~0.953
4
粉末灰分
%≤
0.02
0.03
0.05
0.01
0.02
0.04
0.01
0.02
0.04
0.02
0.03
0.05
0.02
0.03
0.05
0.02
0.03
0.05
5
拉伸屈服强度
MPa≥
24.0
23.0
22.0
24.0
23.0
22.0
24.0
23.0
22.0
24.0
23.0
22.0
24.0
23.0
22.0
23.0
22.0
21.0
6
断裂伸长率
%≥
120
500
500
120
150
500
7
简支梁冲击强度
KJ/m2≥
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
8
悬臂梁冲击强度
J/m≥
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
9
鱼眼
0.8mm
个/1520cm2
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
0.4mm
个/1520cm2
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
0~15
16~25
26~
40-
10
环境应力开裂
h≥
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
11
冲击脆化温度
°C
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
序号
测试项目
单位
挤塑级
PE-MA-50D045
PE-MA-57D075
PE-MA-57D075
PE-MA-62D045
PE-ML-57D075
y优级
一一级
一
合合格
优级
一一级
合合格
优优级
一一级
合合格
优优级
一一级
合合格
优优级
一一级
合合格
1
清洁
度
色粒
粒/kg树脂
0~5
6~10
11~20
0~5
6~10
11~20
0~5
6~10
11~20
0~5
6~10
11~20
0~5
6~10
11~20
杂质
粒/kg树脂
0~20
21~40
41~60
0~20
21~40
41~60
0~20
21~40
41~60
0~20
21~40
41~60
0~20
21~40
41~60
2
熔体流动速率
g/10min
3.2~4.8
3.2~4.8
2.6~5.4
3.6~5.4
3.6~5.4
3.0~16.0
6.0~9.0
6.0~9.0
5.0~10.0
4.5~6.5
4.5~6.5
3.5~7.5
6.0~9.0
6.0~19.0
5.0~10
3
密度
g/cm3
0.954~0.954
0.9494~0.955
0.9493~0.955
0.958~0.962
0.958~0.962
0.957~0.963
0.955~0.959
0.955~0.959
0.941~0.960
0.962~0.966
0.962~0.966
0.961~0.967
0.965~0.960
0.955~0.960
0.955~0.961
4
粉末灰分
%≤
0.03
0.04
0.05
0.03
0.04
0.05
0.03
0.04
0.05
0.03
0.04
0.05
0.03
0.04
0.05
5
拉伸屈服强度
MPa≥
26.0
25.0
23.0
26.0
25.0
23.0
26.0
25.0
23.0
26.0
25.0
23.0
26.0
25.0
23.0
6
断裂伸长率
%≥
800
60
80
80
60
7
简支梁冲击强度
KJ/m2≥
—
—
—
10
9.0
8.0
—
—
—
—
—
—
—
—
—
8
悬臂梁冲击强度
J/m≥
45
40
35
—
—
—
35
25
20
—
—
—
30
25
20
9
鱼眼
0.8mm
个/1520cm2
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
0.4mm
个/1520cm2
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
10
环境应力开裂
h≥
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
11
冲击脆化温度
°C
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
(1)高密度聚乙烯与低密度聚乙烯一样,是无臭、无味、白色粉末或白色半透明颗粒状固体。
(2)高密度聚乙烯均聚物密度为0.941~0.967g/cm3。
含少量丙烯、己烯-1、丁烯-1的共聚物密度为0.950~0.959g/cm3。
(3)高密度聚乙烯是结晶状热塑性塑料,结晶度比LDPE高,可达75%~90%。
(4)高密度聚乙烯的性能与密度、分子量及分子量分布有关,随密度的提高,HDPE的抗张强度、韧性、软化温度、耐化学性提高,而低温冲击强度、伸长率、渗透性、耐应力开裂性降低。
分子量提高,机械强度提高,熔点提高,而柔软性下降。
通常所指高密度聚乙烯,实际上是指MMW-HDPE。
(5)刚度、拉伸强度、抗蠕变性等优于低密度聚乙烯,伸长率、韧性、冲击强度、电绝缘性能和耐寒性虽很好,但不如低密度聚乙烯。
(6)HDPE的透明性、耐环境应力开裂性不如LDPE。
耐化学性能优良,与大部分有机酸和无机酸不反应。
在室温下不溶于任何已知的有机溶剂,但在温度高于80~100℃时,大部分HDPE可溶解在一些芳烃、脂肪烃和卤代烃中。
(7)具有优良的阴湿性,流动性好,易加工成型。
(8)电绝缘性能好,易带静电。
表面涂覆和印刷应预先进行表面处理,使表面能由31×10-5N/cm提高到40×10-5N/cm,才能有较好的粘附力。
HDPE的电阻率为1017Ω·cm。
(9)易燃烧,且有烧滴现象,火焰中有蜡烛味,几乎无烟尘、无色。
(10)高密度聚乙烯长期使用温度在80℃,其耐低温性能好,可在-40℃的低温下而不脆裂,脆化温度为-65℃。
熔点为126~136℃。
表2-5为国家标准HDPE物理综合性能表。
(二)高密度聚乙烯成型与用途
高密度聚乙烯的成型加工与LDPE方法一样,可用的有注塑、吹塑、喷涂、滚塑、发泡、热成型、热熔焊接等成型方法。
(1)注塑。
注射模塑需要较高的熔体指数HDPE,如注射模塑容器、机械零件、周传箱、瓦楞箱等,需要30~50g/min的MI树脂;注塑温度180~250℃,模具温度50~70℃,注塑压力80~100MPa。
(2)挤塑。
HDPE挤塑主要产品为薄膜、背心袋、中空罐、瓶及中空玩具等,并挤出管材、异材、编织袋、渔网、渔丝、缆绳等制品。
近年来开发了许多新产品,如微薄薄膜、单向拉伸薄膜、耐老化薄膜、彩色膜、光降解膜、无滴膜、交叉复合薄膜等包装材料。
表2-6为HDPE挤塑成型加工条件。
管材
吹塑薄膜
片材
单丝
中空成型
料筒后段温度(°C)
料筒前段温度(°C)
模具温度(°C)
冷却方式
牵引速度(m/min)
160~200
180~240
170~220
水冷
0.5~5
130~160
180~200
170~190
空气冷却
2~30
160~200
200~240
200~230
辊筒冷却
70~110°C
30~
160~200
220~270
220~270
水冷
40~80°C
70~200
130~180
180~220
170~210
模内冷却
自重流下
三、线性低密度聚乙烯(LLDPE)
被称为第三代聚乙烯的线性低密度聚乙烯(LLDPE)树脂,是由乙烯与少量a-烯烃(丁烯-1、己烯-1、辛烯-1或4-甲基戊烯-1等)在催化剂存在、于一定压力下聚合而成。
除具有一般聚烯烃树脂性能外,其抗张强度、抗撕裂强度、耐环境应力开裂性、耐低温性、耐热性和耐穿刺性为优越。
LLDPE与LDPE属于同一密度范围,它与LDPE不同之处是无长支链而有较多的短支链,由于它们之间的分子结构不同,熔融流变学行为也不同,因此它的物理基本性质及成型加工特点也不相同。
(一)线性低密度聚乙烯性能
(1)线性低密度聚乙烯的分子结构为线型、分支少、支链短,其分子结构与高密度聚乙烯相似,但其密度又与低密度聚乙烯相似。
LLDPE与LDPE的主要性能参见表2-7。
(2)LLDPE平衡熔点是136~147℃,均匀的LLDPE熔点通常为125~128℃。
对于组成均匀分布的乙烯共聚物,
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- 聚乙烯 及其 共聚物