2020年聚乙烯PE簡介精編版.doc

1、精選文檔聚乙烯（ PE）簡介1.1 聚乙烯化學名稱：聚乙烯英文名稱： polyethylene，簡稱 PE結構式：聚乙烯是乙烯經聚合制得的一種熱塑性樹脂， 也包括乙烯與少量 - 烯烴的共聚物。聚乙烯是五大合成樹脂之一， 是我國合成樹脂中產能最大、 進口量最多的品種。1.1.1 聚乙烯的性能1. 一般性能聚乙烯為白色蠟狀半透明材料，柔而韌，比水輕，無嗅、無味、無毒，常溫下不溶于一般溶劑，吸水性小，但由于其為線性分子可緩慢溶于某些有機溶劑，且不發(fā)生溶脹。工業(yè)上為使用和貯存的方便通常在聚合后加入適量的塑料助劑進行造粒，制成半透明的顆粒狀物料。PE 易燃，燃燒時有蠟味，并伴有熔融滴落現象。 聚乙烯的性

2、質因品種而異，主要取決于分子結構和密度，也與聚合工藝及后期造粒過程中加入的塑料助劑有關。2. 力學性能PE 是典型的軟而韌的聚合物。除沖擊強度較高外，其他力學性能絕對值在塑料材料中都是較低的。 PE密度增大，除韌性以外的力學性能都有所提高。LDPE由于支化度大，結晶度低，密度小，各項力學性能較低，但韌性良好，耐沖擊。HDPE支化度小，結晶度高，密度大，拉伸強度、剛度和硬度較高，韌性較差些。相對分子質量增大， 分子鏈間作用力相應增大， 所有力學性能， 包括韌性也都提高。幾種 PE的力學性能見表 1-1 。表 1-1幾種 PE力學性能數據性能LDPELLDPEHDPE超高相對分子質量聚乙烯邵氏硬度

3、 (D)414640 5060706467拉伸強度 MPa72015 2521373050拉伸彈性模量 MPa100 300250550400 1300150 800壓縮強度 MPa12.522.5缺口沖擊強度 kJ m-28090704070100彎曲強度 MPa121715 252540精選文檔精選文檔3. 熱性能PE 受熱后，隨溫度的升高，結晶部分逐漸熔化，無定形部分逐漸增多。其熔點與結晶度和結晶形態(tài)有關。HDPE的熔點約為 125 137，MDPE的熔點約為126 134，LDPE的熔點約為 105115。相對分子質量對PE的熔融溫度基本上無影響。PE的玻璃化溫度（ Tg ）隨相對分子

4、質量、結晶度和支化程度的不同而異，而且因測試方法不同有較大差別，一般在-50 以下。 PE在一般環(huán)境下韌性良好，耐低溫性 ( 耐寒性 ) 優(yōu)良，PE的脆化溫度 ( Tb) 約為 -80 -50 ，隨相對分子質量增大脆化溫度降低，如超高相對分子質量聚乙烯的脆化溫度低于-140 。PE的熱變形溫度 ( THD) 較低，不同 PE的熱變形溫度也有差別， LDPE約為 3850(0.45MPa，下同 ) ，MDPE約為 5075， HDPE約為 6080。 PE的最高連續(xù)使用溫度不算太低， LDPE約為 82100， MDPE約為 105 121， HDPE為121，均高于 PS和 PVC。PE的熱穩(wěn)

5、定性較好，在惰性氣氛中，其熱分解溫度超過 300。PE 的比熱容和熱導率較大，不宜作為絕熱材料選用。PE 的線脹系數約在(15 30) 10-5 K-1 之間，其制品尺寸隨溫度改變變化較大。幾種 PE的熱性能見表 1-2 。表 1-2 幾種 PE 熱性能性能LDPELLDPEHDPE超高相對分子質量聚乙烯熔點105 115120125125 137190210熱降解溫度 ( 氮氣 ) 300300300 300熱變形溫度 (0.45MPa) 385050 7560807585脆化溫度-80 -50-100 -75-100 -70-140 -70線性膨脹系數 ( 10-5 K-1 )162411

6、16比熱容 J (kg K)-12218 23011925 2301熱導率 / W (mK)-10.350.424. 電性能PE分子結構中沒有極性基團，因此具有優(yōu)異的電性能，幾種PE的電性能見表 1-3 。PE的體積電阻率較高， 介電常數和介電損耗因數較小， 幾乎不受頻率的影響，因而適宜于制備高頻絕緣材料。它的吸濕性很小，小于 0.01 （質量分數），電性能不受環(huán)境濕度的影響。 盡管 PE具有優(yōu)良的介電性能和絕緣性， 但由于耐熱性不夠高，作為絕緣材料使用，只能達到 Y 級（工作溫度 90）。精選文檔精選文檔表 1-3 聚乙烯的電性能性能LDPELLDPEHDPE超高相對分子質量聚乙烯體積電阻率

7、 / cm1016 101610161017-162.25 2.352.20 2.302.30 2.352.35介電常數 /F m（ 10 Hz）介電損耗因數（106 Hz）0.0005 0.00050.00050.0005-120457018 2835介電強度 /kV mm5. 化學穩(wěn)定性PE 是非極性結晶聚合物，具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性。室溫下它能耐酸、堿和鹽類的水溶液，如鹽酸、氫氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨、氫氧化鈉、氫氧化鉀以及各類鹽溶液 ( 包括具有氧化性的高錳酸鉀溶液和重鉻酸鹽溶液等) ，即使在較高的濃度下對 PE也無顯著作用。但濃硫酸和濃硝酸及其他氧化劑對聚乙烯有緩慢侵蝕作用。PE 在

8、室溫下不溶于任何溶劑，但溶度參數相近的溶劑可使其溶脹。隨著溫度的升高， PE 結晶逐漸被破壞，大分子與溶劑的作用增強，當達到一定溫度后PE可溶于脂肪烴、芳香烴、鹵代烴等。如LDPE能溶于 60的苯中， HDPE能溶于 80 90的苯中，超過 100后二者均可溶于甲苯、三氯乙烯、四氫萘、十氫萘、石油醚、礦物油和石蠟中。但即使在較高溫度下 PE仍不溶于水、脂肪族醇、丙酮、乙醚、甘油和植物油中。PE 在大氣、陽光和氧的作用下易發(fā)生老化，具體表現為伸長率和耐寒性降低，力學性能和電性能下降，并逐漸變脆、產生裂紋，最終喪失使用性能。為了防止 PE的氧化降解， 便于貯存、加工和應用， 一般使用的 PE原料在

9、合成過程中已加入了穩(wěn)定劑，可滿足一般的加工和使用要求。如需進一步提高耐老化性能，可在 PE中添加抗氧劑和光穩(wěn)定劑等。6. 衛(wèi)生性PE分子鏈主要由碳、 氫構成，本身毒性極低， 但為了改善 PE性能，在聚合、成型加工和使用中往往需添加抗氧劑和光穩(wěn)定劑等塑料助劑，可能影響到它的衛(wèi)生性。樹脂生產廠家在聚合時總是選用無毒助劑，且用量極少， 一般樹脂不會受到污染。PE長期與脂肪烴、芳香烴、鹵代烴類物質接觸容易引起溶脹，PE中有些低相對分子質量組分可能會溶于其中，因此，長期使用PE容器盛裝食用油脂會產精選文檔精選文檔生一種蠟味，影響食用效果。1.1.2 聚乙烯的分類聚乙烯的生產方法不同，其密度及熔體流動速率

10、也不同。按密度大小主要分為低密度聚乙烯（LDPE）、線型低密度聚乙烯（LLDPE）、中密度聚乙烯（ MDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）。其中線性低密度聚乙烯屬于低密度聚乙烯中的一種，是工業(yè)上常用的聚乙烯，其他分類法有時把MDPE歸類于HDPE或 LLDPE。按相對分子質量可分為低相對分子質量聚乙烯、普通相對分子質量聚乙烯、超高相對分子質量聚乙烯。按生產方法可分為低壓法聚乙烯、中壓法聚乙烯和高壓法聚乙烯。1. 低密度聚乙烯英文名稱：Low density polyethylene，簡稱 LDPE低密度聚乙烯，又稱高壓聚乙烯。無味、無臭、無毒、表面無光澤、乳白色蠟狀顆粒，密度0.910 0.92

11、5g/cm 3，質輕，柔性，具有良好的延伸性、電絕緣性、化學穩(wěn)定性、加工性能和耐低溫性（可耐- 70），但力學強度、隔濕性、隔氣性和耐溶劑性較差。 分子結構不夠規(guī)整， 結晶度較低（ 55% 65%），熔點 105 115。LDPE可采用熱塑性成型加工的各種成型工藝，如注射、擠出、吹塑、旋轉成型、涂覆、發(fā)泡工藝、熱成型、熱風焊、熱焊接等，成型加工性好。主要用作農膜、工業(yè)用包裝膜、藥品與食品包裝薄膜、機械零件、日用品、建筑材料、電線、電纜絕緣、吹塑中空成型制品、涂層和人造革等。2. 高密度聚乙烯英文名稱： High Density Polyethylene，簡稱 HDPE高密度聚乙烯，又稱低壓聚乙

12、烯。無毒、無味、無臭，白色顆粒，分子為線型結構，很少有支化現象, 是典型的結晶高聚物。力學性能均優(yōu)于低密度聚乙烯，熔點比低密度聚乙烯高，約125 137，其脆化溫度比低密度聚乙烯低，約 -100 -7 0，密度為0.941 0.960g/cm 3。常溫下不溶于一般溶劑，但在脂肪烴、芳香烴和鹵代烴中長時間接觸時能溶脹，在70以上時稍溶于甲苯、醋酸中。在空氣中加熱和受日光影響發(fā)生氧化作用。能耐大多數酸堿精選文檔精選文檔的侵蝕。吸水性小，具有良好的耐熱性和耐寒性，化學穩(wěn)定性好，還具有較高的剛性和韌性，介電性能、耐環(huán)境應力開裂性亦較好。HDPE可采用注射、擠出、吹塑、滾塑等成型方法，生產薄膜制品、日用

13、品及工業(yè)用的各種大小中空容器、管材、包裝用的壓延帶和結扎帶，繩纜、魚網和編織用纖維、電線電纜等。3. 線性低密度聚乙烯英文名稱： Linear Low Density Polyethylene，簡稱 LLDPE線形低密度聚乙烯被認為是“第三代聚乙烯”的新品種，是乙烯與少量高級 - 烯烴 ( 如丁烯 -1 、己烯 -1 、辛烯 -1 、四甲基戊烯 -1 等 ) 在催化劑作用下，經高壓或低壓聚合而成的一種共聚物，為無毒、無味、無臭的乳白色顆粒，密度 0.918 0.935g/cm 3 。與 LDPE相比，具有強度大、韌性好、剛性大、耐熱、耐寒性好等優(yōu)點，且軟化溫度和熔融溫度較高，還具有良好的耐環(huán)境

14、應力開裂性，耐沖擊強度、耐撕裂強度等性能。并可耐酸、堿、有機溶劑等。LLDPE可通過注射、擠出、吹塑等成型方法生產農膜、包裝薄膜、復合薄膜、管材、中空容器、電線、電纜絕緣層等。 由于不存在長支鏈， LLDPE的 65 70用于制作薄膜。4. 中密度聚乙烯英文名稱： Medium density polyethylene，簡稱 MDPE中密度聚乙烯是在合成過程中用- 烯烴共聚，控制密度而成。MDPE的密度為 0.926 0.953g/cm 3，結晶度為70 80，平均相對分子質量為20萬，拉伸強度為8 24MPa，斷裂伸長率為50 60，熔融溫度 126135，熔體流動速率為0.1 35g10m

15、in，熱變形溫度 (0.46MPa)49 74。 MDPE最突出的特點是耐環(huán)境應力開裂性及強度的長期保持性。MDPE可用擠出、注射、吹塑、滾塑、旋轉、粉末成型加工方法，生產工藝參數與 HDPE和 LDPF相似，常用于管材、薄膜、中空容器等。5. 超高相對分子質量聚乙烯英文名稱： ultra-high molecular weight polyethylene，簡稱 UHMWPE超高相對分子質量聚乙烯沖擊強度高，耐疲勞，耐磨，是一種線型結構的具有優(yōu)異綜合性能的熱塑性工程塑料。其相對分子質量達到300 600 萬，精選文檔精選文檔密度 0.936 0.964g/cm 3，熱變形溫度 (0. 46M

16、Pa)85，熔點 130136。UHMWPE因相對分子質量高而具有其他塑料無可比擬的優(yōu)異性能，如耐沖擊、耐磨損、自潤滑性、耐化學腐蝕等性能，廣泛應用于機械、運輸、紡織、造紙、礦業(yè)、農業(yè)、化工及體育運動器械等領域，其中以大型包裝容器和管道的應用最為廣泛。另外，由于超高相對分子質量聚乙烯優(yōu)異的生理惰性，已作為心臟瓣膜、矯形外科零件、人工關節(jié)等在臨床醫(yī)學上使用，而且，超高相對分子質量聚乙烯耐低溫性能優(yōu)異，在 - 40時仍具有較高的沖擊強度，甚至可在 - 269下使用。超高相對分子質量聚乙烯纖維的復合材料在軍事上已用作裝甲車輛的殼體、雷達的防護罩殼、頭盔等；體育用品上已制成弓弦、雪橇和滑水板等。由于超

17、高相對分子質量聚乙烯熔融狀態(tài)的粘度高達 108Pas ，流動性極差，其熔體流動速率幾乎為零，所以很難用一般的機械加工方法進行加工。近年來，通過對普通加工設備的改造，已使超高相對分子質量聚乙烯由最初的壓制 - 燒結成型發(fā)展為擠出、吹塑和注射成型以及其他特殊方法的成型。6. 茂金屬聚乙烯茂金屬聚乙烯 (mPE)是近年來迅速發(fā)展的一類新型高分子樹脂，其相對分子質量分布窄， 分子鏈結構和組成分布均一，具有優(yōu)異的力學性能和光學性能，已被廣泛應用于包裝、電氣絕緣制品等。1.1.3 聚乙烯的成型加工PE 的熔體粘度比 PVC低，流動性能好，不需加入增塑劑已具有很好的成型加工性能。前文已介紹了各類聚乙烯可采用

18、的成型加工方法， 下面主要介紹在成型過程中應注意的幾個問題。聚乙烯屬于結晶性塑料，吸濕小，成型前不需充分干燥，熔體流動性極好，流動性對壓力敏感，成型時宜用高壓注射，料溫均勻，填充速度快，保壓充分。不宜用直接澆口，以防收縮不均，內應力增大。注意選擇澆口位精選文檔精選文檔置，防止產生縮孔和變形。PE 的熱容量較大，但成型加工溫度卻較低，成型加工溫度的確定主要取決于相對分子質量、密度和結晶度。 LDPE在 180左右， HDPE在 220左右，最高成型加工溫度一般不超過 280。熔融狀態(tài)下， PE 具有氧化傾向，因而，成型加工中應盡量減少熔體與空氣的接觸及在高溫下的停留時間。PE 的熔體粘度對剪切速

19、率敏感，隨剪切速率的增大下降得較多。當剪切速率超過臨界值后，易出現熔體破裂等流動缺陷。制品的結晶度取決于成型加工中對冷卻速率的控制。 不論采取快速冷卻還是緩慢冷卻， 應盡量使制品各部分冷卻速率均勻一致， 以免產生內應力， 降低制品的力學性能。收縮范圍和收縮值大 ( 一般成型收縮率為 1.5 5.0 ) ，方向性明顯，易變形翹曲，冷卻速度宜慢，模具設冷料穴，并有冷卻系統。軟質塑件有較淺的側凹槽時，可強行脫模。1.1.4 聚乙烯的改性聚乙烯屬非極性聚合物， 與無機物、 極性高分子相容性弱， 因此其功能性較差，采用改性可提高 PE的耐熱老化性、高速加工性、沖擊強度、粘接性、生物相容性等性質。常用的改

20、性方法包括物理改性和化學改性。1. 物理改性物理改性是在 PE基體中加入另一組分 ( 無機組分、有機組分或聚合物等 ) 的一種改性方法。常用的方法有增強改性、共混改性、填充改性。（1）增強改性增強改性是指填充后對聚合物有增強效果的改性。加入的增強劑有玻璃纖維、碳纖維、石棉纖維、合成纖維、棉麻纖維、晶須等。自增強改性也屬于增強改性的一種。自增強改性。 所謂自增強就是使用特殊的加工成型方法，使得材料內部組精選文檔精選文檔織形成伸直鏈晶體， 材料內部大分子晶體沿應力方向有序排列， 材料的宏觀強度得到大幅度提高， 同時分子鏈有序排列將使結晶度提高， 從而使材料的強度進一步提高，由于所形成的增強相與基體

21、相的分子結構相同， 因而不存在外增強材料中普遍存在的界面問題。 如采用超高相對分子質量聚乙烯 (UHMPE)纖維增強 LDPE，在加熱加壓成型的條件下， 可以形成良好的界面， 最大限度發(fā)揮基體和纖維的強度。纖維增強改性。 纖維增強聚合物基復合材料由于具有比強度高、 比剛度高等優(yōu)點而得到廣泛應用。如采用經 KH-550偶聯劑處理的長玻璃纖維 (LGF) 與PE復合制備的 PELGF復合材料，當 LGF加入量為 3O( 質量分數 ) 、長度約為 35mm時，復合材料的拉伸強度和沖擊強度分別為 52.5MPa和 52kJm。晶須改性。 晶須的加入能夠大幅度提高 HDPE材料的力學性能， 包括短期力學

22、性能及耐長期蠕變性能。 晶須對 HDPE材料的增強作用主要歸因于它們之間的良好界面粘接，同時剛性的晶須則能夠承擔較大的外界應力使復合材料的模量得到提高。納米粒子增強改性。 少量無機剛性粒子填充 PE可同時起到增韌與增強的作用。如將表面處理過的納米 SiO2粒子填充 mLLDPE-LDPE，SiO2納米粒子均勻分散于基材中，與基材形成牢固的界面結合，當填充質量分數為 2時，拉伸強度、斷裂伸長率分別提高了 13.7MPa和174.9 。（2）共混改性 共混改性主要目的是改善 PE的韌性、沖擊強度、粘接性、高速加工性等各種缺陷， 使其具有較好的綜合性能。 共混改性主要是向 PE基體中加入另一種聚合物

23、， 如塑料類、彈性體類等聚合物， 以及不同種類的 PE之間進行共混。PE系列的共混改性。 單一組分的 PE往往很難滿足加工要求， 而通過不同種類 PE之間的共混改性可以獲得性能優(yōu)良的 PE材料。如通過 LDPE與LLDPE共混，解決了 LDPE因大量添加阻燃劑和抗靜電劑等助劑造成力學性能急劇降低的問題；LLDPE與HDPE共混后可以提高產品的綜合性能。PE與彈性體的共混改性。 彈性體具有低的表面張力、較強的極性、 突出的精選文檔精選文檔增韌作用，因此與 PE共混后，既能保持 PE的原有性能， 同時也可以制備出具有綜合優(yōu)良性能的 PE。如 LDPE-聚烯烴彈性體 (POE)共混物，當 POE的質

24、量分數為 3O時，共混體系的拉伸強度達到最大值，為 21.5 MPa。PE與塑料的共混改性。聚乙烯具有良好的韌性， 但制品的強度和模量較低，與工程塑料等共混可提高復合體系的綜合力學性能。 但PE和這類高聚物的界面問題也是影響其共混物性能的主要原因， 因此通常需要加入界面相容劑以提高共混物的力學性能。（3）填充改性 填充改性是在 PE基質中加入無機填料或有機填料，一方面可以降低成本達到增重的目的， 另一方面可提高 PE的功能性，如電性能、 阻燃性能等，但同時對復合材料的力學性能和加工性能帶來一定程度的影響。無論是無機填料還是有機填料，填料與 PE基體的相容性和界面粘接強度是PE填充改性必須面臨的

25、問題，而 PE是非極性化合物，與填料相容性差，因此，必須對填料進行表面處理。 填料的表面處理一般采用物理或化學方法進行處理， 在填料表面包覆一層類似于表面活性劑的過渡層，起“分子橋”的作用，使填料與基體樹脂間形成一個良好的粘接界面。 常用的填料表面處理技術有： 表面活性劑或偶聯劑處理技術、低溫等離子體技術、聚合填充技術和原位乳液聚合技術等。PE中填充木粉、淀粉、廢紙粉、滑石粉、碳酸鈣等一類填料，不僅可以改善PE的性能，同時也具有十分重要的健康環(huán)保意義。2. 化學改性化學改性的方法主要有接枝改性、 共聚改性、 交聯改性、氯化及氯磺化改性和等離子體改性處理等方法。 其原理是通過化學反應在 PE分子

26、鏈上引入其他鏈節(jié)和功能基團，由此提高材料的力學性能、耐侯性能、抗老化性能和粘接性能等。（1）接枝改性 接枝改性是指將具有各種功能的極性單體接枝到 PE主鏈上的一種改性方法。 接枝改性后的 PE不但保持了其原有特性， 同時又增加了其新的功能。常用的接枝單體有丙烯酸 (AA) 、馬來酸酐 (MA)、馬來酸鹽、烯基雙酚 A醚和活性硅油等。接枝改性的方法主要有溶液法、固相法、熔融法、輻射接枝法、光接枝法等。（2）共聚改性 共聚改性是指通過共聚反應將其他大分子鏈或官能團引入到 PE分子鏈中，從而改變 PE的基本性能。主要改性品種有乙烯 - 丙烯共聚物（塑精選文檔精選文檔料）、 EVA、乙烯 - 丁烯共聚

27、物、乙烯 - 其他烯烴（如辛烯 POE、環(huán)烯烴）共聚物、乙烯 - 不飽和酯共聚物（ EAA、 EMAA 、 EEA、 EMA、EMMA、EMAH）等。通過共聚反應，可以改變大分子鏈的柔順性或使原來的基團帶有反應性官能團， 可以起到反應性增容劑的作用。（3）交聯改性 交聯改性是指在聚合物大分子鏈間形成了化學共價鍵以取代原來的范德華力，由此極大地改善了諸如耐熱性、耐磨性、彈性形變、耐化學藥品性及耐環(huán)境應力開裂性等一系列物理化學性能，適于作大型管材、電纜電線以及滾塑制品等。聚乙烯的交聯改性方法包括過氧化物交聯 ( 化學交聯 ) 、高能輻射交聯、硅烷接枝交聯、紫外光交聯。（4）氯化及氯磺化改性氯化聚乙

28、烯是聚乙烯分子中的仲碳原子被氯原子取代后生成的一種高分子氯化物，具有較好的耐候性、 耐臭氧性、耐化學藥品性、耐寒性、阻燃性和優(yōu)良的電絕緣性。主要用作聚氯乙烯的改性劑，以改善聚氯乙烯抗沖擊性能，氯化聚乙烯本身還可作為電絕緣材料和地面材料。氯磺化聚乙烯是聚乙烯經過氯化和氯磺化反應而制得的具有高飽和結構的特種彈性材料，屬于高性能橡膠品種。其結構飽和，無發(fā)色基團存在，涂膜的抗氧性、耐油性、耐候性、耐磨性和保色性能優(yōu)異，且耐酸堿和化學藥品的腐蝕，已廣泛應用于石油、化工等行業(yè)。（5）等離子體改性處理 等離子體是由部分電離的導電氣體組成，其中包括電子、正離子、負離子，基態(tài)的原子或分子、激發(fā)態(tài)的原子或分子、游離基等類型的活性粒子。在聚乙烯等高分子材料表面改性中主要利用低溫等離子體中的活性粒子轟擊材料表面， 使材料表面分子的化學鍵被打開， 并與等離子體中的氧、 氮等活性自由基結合， 在高分子材料表面形成含有氧、 氮等極性基團， 由于表面增加了大量的極性基團從而能明