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干混砂浆添加剂成分分析,配方生产工艺导读砂浆添加剂是建筑助剂中的重要一族,本文详细介绍了砂浆添加剂的机理,组成,配方等,需要注意的是,本文中所列出配方表数据经过修改,如需要更详细的内容,请与我们的技术工程师联系。干混砂浆添加剂广泛应用建筑行业改善砂浆性能,禾川化学引进国外配方剖析技术,专业从事砂浆添加剂成分分析,配方还原,研发外包服务,专业为建筑相关企业提供一整套配方技术解决方案。一背景砂浆作为一种建筑材料,已有上千年的历史。一直到十九世纪末,砂浆的主要胶结料仍然是熟石灰。水泥的出现,取代了熟石灰,成为砂浆生产的主要胶结料。但是砂浆的生产方式一直是在施工现场进行拌制。建筑干混砂浆亦称预混砂浆、干砂浆、干粉砂浆、干拌砂浆等,它是在专业工厂将经干燥筛分处理的细料、无机胶凝材料、保水增稠材料、矿物掺合料和添加剂等经准确配料按一定比例均匀混合而制成的一种颗粒或粉状混合物(即砂浆半成品),到施工现场只需加水搅拌即可使用。干混砂浆的生产与应用,是建筑业和建材业的一次新技术革命,是未来材料发展的一个主要方向。砂浆是各类建筑和构筑工程中应用十分广泛的材料,以其薄层发挥粘结、装饰、防护和衬垫等作用。粘结功能为主的砂浆主要有砌筑砂浆、墙地砖粘贴砂浆、勾缝砂浆、锚固砂浆等;以装饰修效果为主的砂浆主要有各种抹面砂浆、内外墙腻子、彩色装饰砂浆等;起防护作用的有防水砂浆、各种耐蚀砂浆、地面自流平砂浆、耐磨砂浆、绝热保温砂浆、吸声砂浆、修复砂浆、防霉砂浆、屏蔽砂浆等。干混砂浆的种类很多,其成份也比较复杂。生产干混砂浆应尽量利用当地矿产资源和工业废渣,其原料组成一般如下胶结料采用水泥、石膏、石灰等;主要集料有黄砂、石英砂、石灰石、白云石、膨胀珍珠岩等;矿物掺合料主要是工业副产品、工业废料及部分天然矿石等,如矿渣、粉煤灰、火山灰、细硅石粉;另外还有保水增稠材料及各种外加剂等。我国从上世纪80年代开始研究引进预拌砂浆技术,90年代末期开始出现具有一定规模的预拌砂浆生产企业。进入21世纪以来,随着国家相关政策的推动,国外先进理念和先进技术的引进,以及散装水泥工作者及预拌砂浆生产企业和用户的积极努力,我国的预拌砂浆生产开始呈现蓬勃发展的局面,干混砂浆行业进入一个快速发展的时期。禾川化学技术团队具有丰富的分析研发经验,经过多年的技术积累,可以运用尖端的科学仪器、完善的标准图谱库、强大原材料库,彻底解决众多化工企业生产研发过程中遇到的难题,利用其八大服务优势,最终实现企业产品性能改进及新产品研发。样品分析检测流程样品确认物理表征前处理大型仪器分析工程师解谱分析结果验证后续技术服务。有任何配方技术难题,可即刻联系禾川化学技术团队,我们将为企业提供一站式配方技术解决方案二砂浆添加剂的组成及机理干粉砂浆一般采用硅酸盐水泥作为胶凝材料,胶凝材料的用量一般占干粉砂浆的2040;大多数的细集料是石英砂,且用量很大,一般需要经过干燥、筛分等预处理,以保证其粒度、质量符合配方的要求;有时还掺入粉煤灰、矿渣粉等作为掺和料;外加剂一般用量很小,在13左右,但作用巨大,常根据产品配方的要求来选用,以改善砂浆的和易性、分层度、强度、收缩和抗冻性能等指标。21矿物添加剂1)粉煤灰粉煤灰的主要成分是硅、铝、铁、钙、镁的氧化物,具有潜在的化学活性。粉煤灰中活性SIO2与活性AL2O3的比例称为“硅铝比”。在干粉砂浆中掺粉煤灰既降低了砂浆成本,又能保证砂浆在不增加水泥用量的前提下,增加胶结料,减少砂浆的流动性损失。2)硅灰硅灰是从生产硅铁合金或硅钢等时所排放的烟气中收集到的颗粒极细的烟尘。硅灰的主要成分是二氧化硅,一般占90左右,绝大部分是无定形的氧化硅,还含有其他成分如氧化铁、氧化钙、氧化硫等。由于硅灰细度细,活性高,掺加硅灰对砂浆早期强度没有不良影响。掺有硅灰的砂浆,其毛细孔会相应变小,使得砂浆抗渗性、抗冻性及抗腐蚀性明显提高。硅灰外观为灰色或灰白色粉末耐火度1600。容重200250千克/立方米。硅灰的化学成份见下表SIO2AL2O3FE2O3MGOCAONAOPH759810020903070103011302中性3)矿渣粉矿渣的主要化学成分为SIO2、AL2O3、CAO,一般情况下,这三种氧化物的含量达约90,另外还有少量氧化镁、二氧化二铁、氧化钠、氧化钾等。含SIO2多的矿渣为酸性矿渣,含AL2O3和CAO多的为碱性矿渣。碱性矿渣的活性比酸性矿渣高。矿渣由于具有一定的自身水硬性,不宜长期存放。4)偏高岭土偏高岭土是一种高活性人工火山灰材料,在水泥水化产物CAOH2的作用下发生火山灰反应,起辅助胶凝材料的作用。煅烧高岭土的加入,增加了反应体系的组分数和自由度,对提高水化反应和凝结速率、改善微结构有利。同时,高岭土具有较高的吸附性能,并且能够增加悬浮力,从而具备了一定的保水增稠性能。22化学添加剂化学添加剂的加入可以改善砂浆的是供应应用性能,添加量为水泥重量的0112。按照用途分为保水增稠剂、减水剂、调凝剂、引气剂、保凝剂、缓凝剂、疏水剂、超塑化剂、纤维、消泡剂等。主要成分有纤维素醚、可分散乳胶粉等。221保水增稠材料保水增稠剂主要有纤维素醚类、淀粉醚等。在干粉砂浆中使用的纤维素醚主要是甲基羟乙基纤维素醚MHEC和羟丙基甲基纤维素醚HPMC。纤维素醚是一种只需添加少量,就会使砂浆的特定性能有很大提高的一种高效外加剂,它是由不溶于水的纤维素经醚化反应使其转化为水溶性的纤维素醚而制得的,具有脱水葡萄糖的基本结构单元,根据其取代位置上的取代基团的种类和数量不同而具有不同的性质,它可作为增稠剂用于调整砂浆的稠度;其保水性可以很好调整砂浆的需水量,并能够在一定的时间内逐渐释放水分,可以很好地保证浆体与吸水基材更好地粘结。同时,纤维素醚可以调整砂浆的流变性能,增加和易性和工作性能。1)纤维素醚干粉砂浆中使用的纤维素醚主要是甲基羟乙基纤维素醚(MHEC和甲基羟丙基纤维素醚(MC),特性粘着性和施工性这是两个互相影响的因素;保水性,避免水分的快速蒸发,使得砂浆层的厚度能显著降低。羟丙基纤维素醚是最常用的保水增稠剂,它是以木质素纤维为原料,经烧碱处理后与氯化乙烯、氧化丙烯或氧化乙烯等醚化剂发生反应而生成粉状的非离子性纤维素醚,具有很好的水溶性、保水性、成膜性、表面活性、增稠性等。在水中的溶解度为23。在水泥中加入0205的羟丙基甲基纤维素醚,可极大的增强水泥砂浆的保水性,防止水泥过快失水干燥和硬化开裂,增加砂浆的可塑性,改善施工作业性,提高粘结性,使他更好的粘结基材,防止施工时砂浆出现滑移现象,保证施工质量等。以下几种纤维素醚类化合物可用于干混砂浆中作为化学添加剂1NA羧甲基纤维素;2)乙基纤维素;3)甲基纤维素;4)羟基纤维素乙醚;5)羟丙基甲基纤维素;6)淀粉酯等。上述各种纤维素醚的加入,使干混砂浆性能得以改善1)增加和易性;2)增加粘附力;3)砂浆不易泌水和分离;4)提高抗渗性和抗冻性;5)提高砂浆的抗裂性;6)砂浆易于薄层施工。除以上各项性能外,不同的纤维素醚还有各自的特殊性能。2)淀粉醚淀粉醚可以使砂浆的稠度显著增加,需水量和屈服值也因此而略有增加,新拌砂浆的垂流程度会降低。这样使得批荡砂浆可以批得更厚,瓷砖胶能够粘附更重的瓷砖而少产生下垂。222可再分散乳胶粉可再分散乳胶粉在干粉砂浆中一般是作为粘结剂掺入的,以往使用较多的是聚合物乳液,但是乳液改性的水泥砂浆一般为双组分或多组分砂浆,无法满足干粉砂浆的要求。而可再分散乳胶粉可以满足干粉砂浆的要求,现在得到了广泛的使用。可再分散乳胶粉基本上已经成为干拌砂浆的必不可少的一个组分。可再分散乳胶粉是细分散的有机聚合物,是水溶性的,是聚合物乳液经过喷雾干燥过程以及选用适当的添加剂形成的,它遇水可以再分散形成乳液,对无机和有机材料都具有较好的粘结性。在干拌砂浆加水搅拌时,聚合物颗粒自行分散,并不会同水泥粘聚,可再分散乳胶粉颗粒之间存在着润滑效应,使砂浆组分能够单独流动;另一方面可再分散乳胶粉加入后,有一定的引气作用,气泡在拌合过程中起着微珠的作用,因此可以改善砂浆的施工和易性。试验证明,加入可再分散聚合物乳胶粉的砂浆具有下列优点1)砂浆的强度发展好,与基体粘结性好,尤其是早期粘结强度高;2)具有良好的抗裂性和抗冻性;3)工作性能好,易于快速抹灰。添加了可再分散乳胶粉的干粉砂浆的典型应用有瓷砖和建筑粘结剂、瓷砖钩缝剂、保温板的粘结砂浆、自流平地面找平层、混凝土修补和修复砂浆、不同类型的抹灰砂浆等。在干粉粘结砂浆中通常都需要加入可再分散乳胶粉,它的加入使砂浆的粘结强度、抗剪强度、抗拉强度均有提高,可以降低砂浆的弹性模量,从而改善砂浆的韧性,最终可以避免砂浆易收缩开裂的缺点,粘结力的提高也可以使粘结层的厚度有较大下降如瓷砖粘结用普通砂浆通常需要10MM的粘结厚度,而使用了掺入可再分散乳胶粉的干拌砂浆后粘结层厚度可降至3MM左右。可再分散聚合物乳胶粉能改善砂浆的上述性能,是因为其可以在砂浆颗粒表面形成聚合物膜,膜上部分表面有气孔,而气孔表面被砂浆填充,使应力集中降低,并在外力的作用下会产生松弛而不破坏。另外,砂浆在水泥水化后形成刚性骨架,而聚合物形成的膜可以提高刚性骨架的弹性和韧性。用于干拌砂浆的可再分散乳胶粉主要有以下几种1)苯乙烯丁二烯共聚物;2)苯乙烯丙烯酸共聚物;3)醋酸乙烯酯共聚物;4)聚丙烯酸酯均聚物;5)醋酸苯乙烯共聚物;6)醋酸乙烯乙烯的共聚物。由于可再分散乳胶粉的加入会引入一定量的气泡,因此在实际应用中可以视引入气泡量的大小同时加入微量的消泡剂。223膨胀剂膨胀剂是干拌砂浆中另一个重要的抗裂防渗组分。现在使用较广泛的膨胀剂有AEA、UEA、CEA等。AEA膨胀剂具有能量大、掺量小,后期强度高,干缩小,含碱量低等优点。AEA组分中高铝熟料中铝酸钙矿物CA等首先与CASO4、CAOH2作用,水化生成水化硫铝酸钙钙矾石而膨胀。UEA也是生成钙矾石产生膨胀,CEA则主要是生成氢氧化钙。AEA膨胀剂是铝酸钙类膨胀剂,是一定比例的高铝熟料天然明矾石、石膏共同磨制成的膨胀型外加剂。AEA加入后形成的膨胀主要是两个方面水泥水化初期,AEA组分中高铝熟料中铝酸钙矿物CA先与CASO4、CAOH2作用,水化生成水化硫铝酸钙钙矾石而膨胀,膨胀量较大。生成的钙矾石与水化氢氧化铝凝胶使膨胀相与胶凝相合理匹配,既保证了膨胀效能又保证了强度。中后期,明矾石在石灰石膏激发下也生成钙矾石而产生微膨胀,改善了水泥集料界面微区结构。砂浆中掺入AEA后,初、中期生成的大量的钙矾石使砂浆体积膨胀,内部结构更致密,改善了砂浆的孔结构,大孔减少,总孔隙率减小,抗渗性大大提高。当砂浆后期处于干燥状态时,初、中期产生的膨胀能抵消后期的全部或部分收缩,从而使抗裂防渗性得到提高。UEA膨胀剂是由硫酸盐、氧化铝、硫铝酸钾和硫酸钙等无机化合物制成。UEA以适量掺入水泥中,可达到补偿收缩和抗裂防渗漏的功能,UEA加入普通水泥中拌和后与硅酸钙水化反应后折出CAOH2,作用生成化硫铝酸钙C2A3CASO432H2O即钙矾石,使水泥砂浆适度膨胀,水泥砂浆膨胀率与UEA掺量成正比,使砂浆致密,提高抗裂性及抗渗性。林文添把掺有UEA的水泥砂浆用于外墙面,取得了良好的防渗漏效果。CEA膨胀剂熟料是由石灰石、粘土或高铝粘土、铁粉制成生料,经13501400煅烧而成,再经粉磨制成CEA膨胀剂。CEA膨胀剂有两个膨胀源CAO水化形成CAOH2;C3A和活性AL2O3在石膏和CAOH2介质中形成钙矾石。224促凝剂促凝剂用于调整砂浆的凝结硬化性能。广泛使用甲酸钙和碳酸锂。甲酸钙的典型掺量为1,碳酸锂为02。225调凝剂调凝剂有速凝剂和缓凝剂两类。速凝剂用于加快砂浆的凝结硬化,广泛使用甲酸钙和碳酸锂,铝酸盐、硅酸钠也可用作速凝剂。缓凝剂用于减缓砂浆的凝结硬化,酒石酸、柠檬酸及其盐以及葡萄糖酸盐已被成功使用,通常用量在005025。226疏水剂(防水剂)可防止水渗入到砂浆中,同时砂浆仍能保持敞开状态以进行水蒸气扩散。主要用具有疏水性的聚合物可再分散粉末,特点是在多年后也不会被雨水从灰浆中冲洗掉,所以具有使用寿命明显延长的优点,并提高了硬化砂浆与基材之间的粘接力。防水剂主要有氯化铁、有机硅烷化合物、脂肪酸盐、聚丙烯纤维、丁苯橡胶等高分子化合物。氯化铁防水剂防水效果好,但易产生钢筋和金属预埋件锈蚀。脂肪酸盐同水泥相中的钙离子反应生成的不溶性钙盐沉积在毛细管的壁上起到堵孔的作用,同时使得这些毛细管管壁变成憎水性的表面,从而起到了防水作用。这些产品的单位成本相对较低,但搅拌砂浆时需要较长的时间才能与水拌和均匀。227减水剂减水剂的基本功能是减少砂浆的需水量,从而提高砂浆抗压强度。干粉砂浆主要使用的减水剂有干酪素、萘系减水剂、三聚氰胺甲醛缩合物、聚羧酸。1)干酪素是一种性能优异的超塑化剂,特别是对于薄层砂浆,但由于是天然产品,质量和价格常有波动;2)木质素系减水剂包括木质素磺酸钠木钠、木钙、木镁;3)萘系减水剂常用萘磺酸甲醛缩合物;4)三聚氰胺甲醛缩合物是性能良好的超塑化剂,但对薄层砂浆效果有限;5)聚羧酸是最新开发的技术,具有高效能而且无甲醛排放;由于CE类与常用的萘系减水剂配合后会发生聚凝使砼混合物失去工作性,因此工程上需要选用非萘系高效减水剂。228引气剂通过物理作用在砂浆中引入微气泡,降低砂浆密度,施工性更好。主要是脂肪磺酸钠盐和硫酸钠盐加入比例为001006。229超塑化剂砂浆塑化剂是一种由有机高聚物和无机化学外加剂复合而成的粉状引气型砂浆外加剂,属阴离子型表面活性材料。它能显著地降低溶液的表面张力,在砂浆加水搅拌过程中产生大量封闭而微小的气泡直径一般为02525MM,微泡间距小,稳定性好,能显著改善砂浆的和易性;它可分散水泥颗粒,促进水泥水化反应,提高砂浆强度、抗渗性和抗冻融性,可降低部分水泥用量;它粘性好,用其拌制的砂浆附着力强,能很好地防止墙面起壳空鼓、开裂、渗水等建筑通病;它可改善施工环境,减轻劳动强度,促进文明施工;是一种经济效益和社会效益非常显著的既可提高工程质量又可降低施工成本的环保节能型产品。砂浆塑化剂在国外已被广泛应用,其中以日本、美国应用最为普及。木质素磺酸盐是干粉砂浆中常用的一种增塑剂,它是造纸厂的废料,其一般掺量为0203。塑化剂常用于需要有良好自流平性能的砂浆中,如自流平垫层、面层砂浆或找平砂浆。在砌筑砂浆中掺入增塑剂,可以改善砂浆的和易性,提高砂浆的保水性、流动性和粘聚性,可克服水泥混合砂浆易爆灰,收缩大和强度低等缺点,从而保证砌体的质量。在抹灰砂浆中可节省50石灰膏,且砂浆不易泌水或分离;砂浆与基材的粘结性好;面层没有盐析现象,抗裂、抗霜冻和耐候性良好等。2210消泡剂消泡剂主要用来降低砂浆中的空气含量。目前干粉砂浆中用的粉状消泡剂主要是多元醇和聚硅氧烷等。应用消泡剂除了调整气泡含量以外,还可以减少收缩。实际应用中,为了提高综合性能,需要同时使用多种添加剂。这时需要注意各种添加剂之间的相互影响。另外,还须注意添加剂的添加量。太少,不能体现添加剂的作用;太多,可能会有副作用。2211有机纤维用于砂浆中的纤维按其材料性质可分为金属纤维、无机纤维和有机纤维。在砂浆中掺入纤维,能大大提高其抗裂防渗性能。在干拌砂浆中通常加入有机纤维来改善砂浆的抗渗、抗裂性能。常用的有机纤维有聚丙烯纤维PP、聚酰胺尼龙PA纤维、聚乙烯醇维纶PVA纤维、聚丙烯腈PAN、聚乙烯纤维、聚酯纤维等。其中聚丙烯纤维是目前实际用量最大的,它是以丙烯单体在一定条件下聚合而结构规整的结晶型聚合物,具有耐化学腐蚀、加工性好、质轻、蠕变收缩小、价格低廉等特点,且因为聚丙烯纤维耐酸碱、不与水泥基材料发生化学反应,所以得到了国内外的广泛关注。纤维掺入砂浆后的抗裂作用主要分为两个阶段一是塑性砂浆阶段;二是硬化砂浆体阶段。在砂浆的塑性阶段,均匀分布的纤维呈现三维网络结构,起到了支撑细骨料的作用,阻止了细骨料的沉降减少了离析。而离析是砂浆表层开裂的主要原因,纤维的加入减少了砂浆的离析也就降低了砂浆表层开裂的可能性。塑性阶段的砂浆由于水分的蒸发,砂浆收缩会产生拉应力,而纤维的加入可以承受这种拉应力。在砂浆的硬化阶段,由于干燥收缩、碳化收缩、温度收缩的存在,在砂浆内部也会产生应力,应力的存在使砂浆中出现微裂纹,而纤维的加入可以降低微裂缝尖端的应力集中,防止微裂缝扩展。袁震宇等通过砂浆平板的抗裂试验分析也得出结论在砂浆中加入聚丙烯纤维能明显减少塑性收缩裂缝的产生,改善砂浆的抗裂性。当砂浆中的聚丙烯纤维体积掺量分别为005和010时,可分别减少65和75的裂缝。而华南理工大学材料学院的黄承亚等人通过改性聚丙烯纤维水泥基复合材料力学性能试验也证实水泥砂浆中加入少量的聚丙烯纤维可以提高水泥砂浆的抗折、抗压强度。纤维在水泥砂浆中的最佳用量为09KG/M3左右,超过这一用量,纤维对水泥砂浆的增强增韧效果提高不显著,且不经济。在砂浆中加入纤维可以提高砂浆的抗渗性。当水泥基体收缩时,由于纤维起着的微细钢筋的作用,有效地消耗了能量,凝结后即使有微裂纹的产生,在内部和外部应力作用下,裂纹的扩展要受到纤维网状系统的阻碍,很难发展成为较大的裂缝,这样也就难以形成贯通的渗水通路,从而提高了砂浆的抗渗性。三干混砂浆案例分析31配方研制思路混凝土粘结剂活性粉状材料(520)、水泥(7090)、表面活性剂(220)组成活性粉状材料矿渣、沸石粉、粉煤灰、硅灰表面活性剂木质素系,萘系,树脂系,糖蜜,氯化物、硫酸盐、有机胺中的一种或多种复配。32干混砂浆添加剂配方参考参考配方1组分A投料量(G/L)B投料量(G/L)硅酸盐水泥400450350400石英砂500550550600纤维素醚1514可再分散胶粉10303050添加剂30503050参考配方2组分A投料量(G/L)硅灰750850可再分散性胶乳30100纤维素醚60100木质素磺酸盐1030硫酸钠1020通过对化工产品的配方分析还原,有利于企业了解现有技术的发展水平,实现知己知彼;有利于在现有产品上进行自主创新,获得知识产权;有利于在生产过程中发现问题、解决问题。通过对化工产品的配方改进,配方研发,可以加快企业产品更新换代的速度,提升市场竞争力,因此,对于化工产品的分析、研发已变得刻不容缓聚乙烯(PE)简介11聚乙烯化学名称聚乙烯英文名称POLYETHYLENE,简称PE结构式聚乙烯是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂,也包括乙烯与少量烯烃的共聚物。聚乙烯是五大合成树脂之一,是我国合成树脂中产能最大、进口量最多的品种。111聚乙烯的性能1一般性能聚乙烯为白色蜡状半透明材料,柔而韧,比水轻,无嗅、无味、无毒,常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,但由于其为线性分子可缓慢溶于某些有机溶剂,且不发生溶胀。工业上为使用和贮存的方便通常在聚合后加入适量的塑料助剂进行造粒,制成半透明的颗粒状物料。PE易燃,燃烧时有蜡味,并伴有熔融滴落现象。聚乙烯的性质因品种而异,主要取决于分子结构和密度,也与聚合工艺及后期造粒过程中加入的塑料助剂有关。2力学性能PE是典型的软而韧的聚合物。除冲击强度较高外,其他力学性能绝对值在塑料材料中都是较低的。PE密度增大,除韧性以外的力学性能都有所提高。LDPE由于支化度大,结晶度低,密度小,各项力学性能较低,但韧性良好,耐冲击。HDPE支化度小,结晶度高,密度大,拉伸强度、刚度和硬度较高,韧性较差些。相对分子质量增大,分子链间作用力相应增大,所有力学性能,包括韧性也都提高。几种PE的力学性能见表11。表11几种PE力学性能数据性能LDPELLDPEHDPE超高相对分子质量聚乙烯邵氏硬度D拉伸强度MPA拉伸弹性模量MPA压缩强度MPA缺口冲击强度KJM2弯曲强度MPA4146720100300125809012174050152525055070152560702137400130022540702540646730501508001003热性能PE受热后,随温度的升高,结晶部分逐渐熔化,无定形部分逐渐增多。其熔点与结晶度和结晶形态有关。HDPE的熔点约为125137,MDPE的熔点约为126134,LDPE的熔点约为105115。相对分子质量对PE的熔融温度基本上无影响。PE的玻璃化温度(TG)随相对分子质量、结晶度和支化程度的不同而异,而且因测试方法不同有较大差别,一般在50以下。PE在一般环境下韧性良好,耐低温性耐寒性优良,PE的脆化温度TB约为8050,随相对分子质量增大脆化温度降低,如超高相对分子质量聚乙烯的脆化温度低于140。PE的热变形温度THD较低,不同PE的热变形温度也有差别,LDPE约为3850045MPA,下同,MDPE约为5075,HDPE约为6080。PE的最高连续使用温度不算太低,LDPE约为82100,MDPE约为105121,HDPE为121,均高于PS和PVC。PE的热稳定性较好,在惰性气氛中,其热分解温度超过300。PE的比热容和热导率较大,不宜作为绝热材料选用。PE的线胀系数约在1530105K1之间,其制品尺寸随温度改变变化较大。几种PE的热性能见表12。表12几种PE热性能性能LDPELLDPEHDPE超高相对分子质量聚乙烯熔点热降解温度氮气热变形温度045MPA脆化温度线性膨胀系数105K1比热容JKGK1热导率/WMK1105115300385080501624221823010351201253005075100751251373006080100701116192523010421902103007585140704电性能PE分子结构中没有极性基团,因此具有优异的电性能,几种PE的电性能见表13。PE的体积电阻率较高,介电常数和介电损耗因数较小,几乎不受频率的影响,因而适宜于制备高频绝缘材料。它的吸湿性很小,小于001(质量分数),电性能不受环境湿度的影响。尽管PE具有优良的介电性能和绝缘性,但由于耐热性不够高,作为绝缘材料使用,只能达到Y级(工作温度90)。表13聚乙烯的电性能性能LDPELLDPEHDPE超高相对分子质量聚乙烯体积电阻率/CM介电常数/FM1(106HZ)介电损耗因数(106HZ)介电强度/KVMM11016225235000052010162202300000545701016230235000051828101723500005355化学稳定性PE是非极性结晶聚合物,具有优良的化学稳定性。室温下它能耐酸、碱和盐类的水溶液,如盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨、氢氧化钠、氢氧化钾以及各类盐溶液包括具有氧化性的高锰酸钾溶液和重铬酸盐溶液等,即使在较高的浓度下对PE也无显著作用。但浓硫酸和浓硝酸及其他氧化剂对聚乙烯有缓慢侵蚀作用。PE在室温下不溶于任何溶剂,但溶度参数相近的溶剂可使其溶胀。随着温度的升高,PE结晶逐渐被破坏,大分子与溶剂的作用增强,当达到一定温度后PE可溶于脂肪烃、芳香烃、卤代烃等。如LDPE能溶于60的苯中,HDPE能溶于8090的苯中,超过100后二者均可溶于甲苯、三氯乙烯、四氢萘、十氢萘、石油醚、矿物油和石蜡中。但即使在较高温度下PE仍不溶于水、脂肪族醇、丙酮、乙醚、甘油和植物油中。PE在大气、阳光和氧的作用下易发生老化,具体表现为伸长率和耐寒性降低,力学性能和电性能下降,并逐渐变脆、产生裂纹,最终丧失使用性能。为了防止PE的氧化降解,便于贮存、加工和应用,一般使用的PE原料在合成过程中已加入了稳定剂,可满足一般的加工和使用要求。如需进一步提高耐老化性能,可在PE中添加抗氧剂和光稳定剂等。6卫生性PE分子链主要由碳、氢构成,本身毒性极低,但为了改善PE性能,在聚合、成型加工和使用中往往需添加抗氧剂和光稳定剂等塑料助剂,可能影响到它的卫生性。树脂生产厂家在聚合时总是选用无毒助剂,且用量极少,一般树脂不会受到污染。PE长期与脂肪烃、芳香烃、卤代烃类物质接触容易引起溶胀,PE中有些低相对分子质量组分可能会溶于其中,因此,长期使用PE容器盛装食用油脂会产生一种蜡味,影响食用效果。112聚乙烯的分类聚乙烯的生产方法不同,其密度及熔体流动速率也不同。按密度大小主要分为低密度聚乙烯(LDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)。其中线性低密度聚乙烯属于低密度聚乙烯中的一种,是工业上常用的聚乙烯,其他分类法有时把MDPE归类于HDPE或LLDPE。按相对分子质量可分为低相对分子质量聚乙烯、普通相对分子质量聚乙烯、超高相对分子质量聚乙烯。按生产方法可分为低压法聚乙烯、中压法聚乙烯和高压法聚乙烯。1低密度聚乙烯英文名称LOWDENSITYPOLYETHYLENE,简称LDPE低密度聚乙烯,又称高压聚乙烯。无味、无臭、无毒、表面无光泽、乳白色蜡状颗粒,密度09100925G/CM3,质轻,柔性,具有良好的延伸性、电绝缘性、化学稳定性、加工性能和耐低温性(可耐70),但力学强度、隔湿性、隔气性和耐溶剂性较差。分子结构不够规整,结晶度较低(5565),熔点105115。LDPE可采用热塑性成型加工的各种成型工艺,如注射、挤出、吹塑、旋转成型、涂覆、发泡工艺、热成型、热风焊、热焊接等,成型加工性好。主要用作农膜、工业用包装膜、药品与食品包装薄膜、机械零件、日用品、建筑材料、电线、电缆绝缘、吹塑中空成型制品、涂层和人造革等。2高密度聚乙烯英文名称HIGHDENSITYPOLYETHYLENE,简称HDPE高密度聚乙烯,又称低压聚乙烯。无毒、无味、无臭,白色颗粒,分子为线型结构,很少有支化现象,是典型的结晶高聚物。力学性能均优于低密度聚乙烯,熔点比低密度聚乙烯高,约125137,其脆化温度比低密度聚乙烯低,约10070,密度为09410960G/CM3。常温下不溶于一般溶剂,但在脂肪烃、芳香烃和卤代烃中长时间接触时能溶胀,在70以上时稍溶于甲苯、醋酸中。在空气中加热和受日光影响发生氧化作用。能耐大多数酸碱的侵蚀。吸水性小,具有良好的耐热性和耐寒性,化学稳定性好,还具有较高的刚性和韧性,介电性能、耐环境应力开裂性亦较好。HDPE可采用注射、挤出、吹塑、滚塑等成型方法,生产薄膜制品、日用品及工业用的各种大小中空容器、管材、包装用的压延带和结扎带,绳缆、鱼网和编织用纤维、电线电缆等。3线性低密度聚乙烯英文名称LINEARLOWDENSITYPOLYETHYLENE,简称LLDPE线形低密度聚乙烯被认为是“第三代聚乙烯”的新品种,是乙烯与少量高级烯烃如丁烯1、己烯1、辛烯1、四甲基戊烯1等在催化剂作用下,经高压或低压聚合而成的一种共聚物,为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒,密度09180935G/CM3。与LDPE相比,具有强度大、韧性好、刚性大、耐热、耐寒性好等优点,且软化温度和熔融温度较高,还具有良好的耐环境应力开裂性,耐冲击强度、耐撕裂强度等性能。并可耐酸、碱、有机溶剂等。LLDPE可通过注射、挤出、吹塑等成型方法生产农膜、包装薄膜、复合薄膜、管材、中空容器、电线、电缆绝缘层等。由于不存在长支链,LLDPE的6570用于制作薄膜。4中密度聚乙烯英文名称MEDIUMDENSITYPOLYETHYLENE,简称MDPE中密度聚乙烯是在合成过程中用烯烃共聚,控制密度而成。MDPE的密度为09260953G/CM3,结晶度为7080,平均相对分子质量为20万,拉伸强度为824MPA,断裂伸长率为5060,熔融温度126135,熔体流动速率为0135G10MIN,热变形温度046MPA4974。MDPE最突出的特点是耐环境应力开裂性及强度的长期保持性。MDPE可用挤出、注射、吹塑、滚塑、旋转、粉末成型加工方法,生产工艺参数与HDPE和LDPF相似,常用于管材、薄膜、中空容器等。5超高相对分子质量聚乙烯英文名称ULTRAHIGHMOLECULARWEIGHTPOLYETHYLENE,简称UHMWPE超高相对分子质量聚乙烯冲击强度高,耐疲劳,耐磨,是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。其相对分子质量达到300600万,密度09360964G/CM3,热变形温度046MPA85,熔点130136。UHMWPE因相对分子质量高而具有其他塑料无可比拟的优异性能,如耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能,广泛应用于机械、运输、纺织、造纸、矿业、农业、化工及体育运动器械等领域,其中以大型包装容器和管道的应用最为广泛。另外,由于超高相对分子质量聚乙烯优异的生理惰性,已作为心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节等在临床医学上使用,而且,超高相对分子质量聚乙烯耐低温性能优异,在40时仍具有较高的冲击强度,甚至可在269下使用。超高相对分子质量聚乙烯纤维的复合材料在军事上已用作装甲车辆的壳体、雷达的防护罩壳、头盔等;体育用品上已制成弓弦、雪橇和滑水板等。由于超高相对分子质量聚乙烯熔融状态的粘度高达108PAS,流动性极差,其熔体流动速率几乎为零,所以很难用一般的机械加工方法进行加工。近年来,通过对普通加工设备的改造,已使超高相对分子质量聚乙烯由最初的压制烧结成型发展为挤出、吹塑和注射成型以及其他特殊方法的成型。6茂金属聚乙烯茂金属聚乙烯MPE是近年来迅速发展的一类新型高分子树脂,其相对分子质量分布窄,分子链结构和组成分布均一,具有优异的力学性能和光学性能,已被广泛应用于包装、电气绝缘制品等。113聚乙烯的成型加工PE的熔体粘度比PVC低,流动性能好,不需加入增塑剂已具有很好的成型加工性能。前文已介绍了各类聚乙烯可采用的成型加工方法,下面主要介绍在成型过程中应注意的几个问题。聚乙烯属于结晶性塑料,吸湿小,成型前不需充分干燥,熔体流动性极好,流动性对压力敏感,成型时宜用高压注射,料温均匀,填充速度快,保压充分。不宜用直接浇口,以防收缩不均,内应力增大。注意选择浇口位置,防止产生缩孔和变形。PE的热容量较大,但成型加工温度却较低,成型加工温度的确定主要取决于相对分子质量、密度和结晶度。LDPE在180左右,HDPE在220左右,最高成型加工温度一般不超过280。熔融状态下,PE具有氧化倾向,因而,成型加工中应尽量减少熔体与空气的接触及在高温下的停留时间。PE的熔体粘度对剪切速率敏感,随剪切速率的增大下降得较多。当剪切速率超过临界值后,易出现熔体破裂等流动缺陷。制品的结晶度取决于成型加工中对冷却速率的控制。不论采取快速冷却还是缓慢冷却,应尽量使制品各部分冷却速率均匀一致,以免产生内应力,降低制品的力学性能。收缩范围和收缩值大一般成型收缩率为1550,方向性明显,易变形翘曲,冷却速度宜慢,模具设冷料穴,并有冷却系统。软质塑件有较浅的侧凹槽时,可强行脱模。114聚乙烯的改性聚乙烯属非极性聚合物,与无机物、极性高分子相容性弱,因此其功能性较差,采用改性可提高PE的耐热老化性、高速加工性、冲击强度、粘接性、生物相容性等性质。常用的改性方法包括物理改性和化学改性。1物理改性物理改性是在PE基体中加入另一组分无机组分、有机组分或聚合物等的一种改性方法。常用的方法有增强改性、共混改性、填充改性。(1)增强改性增强改性是指填充后对聚合物有增强效果的改性。加入的增强剂有玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维、合成纤维、棉麻纤维、晶须等。自增强改性也属于增强改性的一种。自增强改性。所谓自增强就是使用特殊的加工成型方法,使得材料内部组织形成伸直链晶体,材料内部大分子晶体沿应力方向有序排列,材料的宏观强度得到大幅度提高,同时分子链有序排列将使结晶度提高,从而使材料的强度进一步提高,由于所形成的增强相与基体相的分子结构相同,因而不存在外增强材料中普遍存在的界面问题。如采用超高相对分子质量聚乙烯UHMPE纤维增强LDPE,在加热加压成型的条件下,可以形成良好的界面,最大限度发挥基体和纤维的强度。纤维增强改性。纤维增强聚合物基复合材料由于具有比强度高、比刚度高等优点而得到广泛应用。如采用经KH550偶联剂处理的长玻璃纤维LGF与PE复合制备的PELGF复合材料,当LGF加入量为3O质量分数、长度约为35MM时,复合材料的拉伸强度和冲击强度分别为525MPA和52KJM。晶须改性。晶须的加入能够大幅度提高HDPE材料的力学性能,包括短期力学性能及耐长期蠕变性能。晶须对HDPE材料的增强作用主要归因于它们之间的良好界面粘接,同时刚性的晶须则能够承担较大的外界应力使复合材料的模量得到提高。纳米粒子增强改性。少量无机刚性粒子填充PE可同时起到增韧与增强的作用。如将表面处理过的纳米SIO2粒子填充MLLDPELDPE,SIO2纳米粒子均匀分散于基材中,与基材形成牢固的界面结合,当填充质量分数为2时,拉伸强度、断裂伸长率分别提高了137MPA和1749。(2)共混改性共混改性主要目的是改善PE的韧性、冲击强度、粘接性、高速加工性等各种缺陷,使其具有较好的综合性能。共混改性主要是向PE基体中加入另一种聚合物,如塑料类、弹性体类等聚合物,以及不同种类的PE之间进行共混。PE系列的共混改性。单一组分的PE往往很难满足加工要求,而通过不同种类PE之间的共混改性可以获得性能优良的PE材料。如通过LDPE与LLDPE共混,解决了LDPE因大量添加阻燃剂和抗静电剂等助剂造成力学性能急剧降低的问题;LLDPE与HDPE共混后可以提高产品的综合性能。PE与弹性体的共混改性。弹性体具有低的表面张力、较强的极性、突出的增韧作用,因此与PE共混后,既能保持PE的原有性能,同时也可以制备出具有综合优良性能的PE。如LDPE聚烯烃弹性体POE共混物,当POE的质量分数为3O时,共混体系的拉伸强度达到最大值,为215MPA。PE与塑料的共混改性。聚乙烯具有良好的韧性,但制品的强度和模量较低,与工程塑料等共混可提高复合体系的综合力学性能。但PE和这类高聚物的界面问题也是影响其共混物性能的主要原因,因此通常需要加入界面相容剂以提高共混物的力学性能。(3)填充改性填充改性是在PE基质中加入无机填料或有机填料,一方面可以降低成本达到增重的目的,另一方面可提高PE的功能性,如电性能、阻燃性能等,但同时对复合材料的力学性能和加工性能带来一定程度的影响。无论是无机填料还是有机填料,填料与PE基体的相容性和界面粘接强度是PE填充改性必须面临的问题,而PE是非极性化合物,与填料相容性差,因此,必须对填料进行表面处理。填料的表面处理一般采用物理或化学方法进行处理,在填料表面包覆一层类似于表面活性剂的过渡层,起“分子桥”的作用,使填料与基体树脂间形成一个良好的粘接界面。常用的填料表面处理技术有表面活性剂或偶联剂处理技术、低温等离子体技术、聚合填充技术和原位乳液聚合技术等。PE中填充木粉、淀粉、废纸粉、滑石粉、碳酸钙等一类填料,不仅可以改善PE的性能,同时也具有十分重要的健康环保意义。2化学改性化学改性的方法主要有接枝改性、共聚改性、交联改性、氯化及氯磺化改性和等离子体改性处理等方法。其原理是通过化学反应在PE分子链上引入其他链节和功能基团,由此提高材料的力学性能、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将具有各种功能的极性单体接枝到PE主链上的一种改性方法。接枝改性后的PE不但保持了其原有特性,同时又增加了其新的功能。常用的接枝单体有丙烯酸AA、马来酸酐MA、马来酸盐、烯基双酚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、辐射接枝法、光接枝法等。(2)共聚改性共聚改性是指通过共聚反应将其他大分子链或官能团引入到PE分子链中,从而改变PE的基本性能。主要

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