第二章通用塑料.ppt

第二章通用塑料,学习要求学习目的：通过本节的学习，了解塑料的含义、分类、性能与组成；掌握各种通用塑料的结构与性能特点、使用与用途；掌握各种工程塑料的结构与性能特点、使用与用途。学习重点：1.塑料的含义与基本性能；2.聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等通用塑料的结构与性能、品种与使用、用途等；3.各种工程塑料的结构与性能特点、使用与用途。学习难点：1.如何从结构去理解各种通用塑料的性能特点及其使用；2.各种工程塑料的主要结构特征及其性能。,31,一、塑料的分类（一）ABS二、塑料的性能（二）聚酰胺三、塑料的组成（三）聚甲醛四、通用塑料（四）聚碳酸酯（一）聚乙烯（八）酚醛树脂与塑料（五）聚砜（二）聚丙烯（九）聚甲基丙烯酸甲酯（六）氯化聚醚（三）聚苯乙烯（十）有机硅塑料（七）氟塑料（四）聚氯乙烯（十一）不饱和聚酯树脂（八）聚苯醚（五）聚氨酯（十二）呋喃树脂（九）聚酯树脂与塑料（六）氨基塑料（十三）纤维素塑料（十）聚酰亚胺（七）环氧树脂（十一）聚苯硫醚五、工程塑料（十二）聚醚醚酮思考与练习,第一节塑料,以合成或天然高聚物为基本成分，并配以一定的高分子助剂如填充剂、增塑剂、着色剂、稳定剂、固化剂、润滑剂等在一定条件（温度、压力）下经加工可成型一定形状，并在常温下保持其形状不变的材料。在室温下以固态存在的高分子材料中，除去合成纤维与弹性体，剩下的可统称为塑料。玻璃态是塑料的应用状态。凡是室温下处于玻璃态的高聚物材料称为塑料。显然，塑料的Tg高于室温。作为塑料使用的高聚物材料，Tg越高越好。,一塑料的分类,1、按照受热加工时流变特性的不同,热塑性塑料是指在特定温度范围内具有反复加热软化、冷却硬化特性的塑料品种，这类塑料的力学性能较好，但刚性和耐热性较差。热固性塑料是指在特定温度下加热或通过加入固化剂可发生交联反应变成不溶不熔塑料制品的塑料品种，这类塑料具有耐热性高、在负荷下不易变形。,2、按照功能、用途和使用条件的不同,通用塑料、工程塑料和特种塑料这是生产和应用中都比较常用的分类法。,3、根据化学组成,聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料、酚醛塑料、不饱和聚酯塑料等。,4、按塑料组分数,单一组分塑料，多组分塑料,塑料的实体相对密度约在0.832.3之间，多数介于11.5之间。塑料密度与其中填料的种类和数量有关。没有填料的聚烯烃类塑料的相对密度小于1，相对密度最小的塑料为聚4-甲基-1-丁烯，只有0.83，最高为聚四氟乙烯，为2.22。泡沫塑料由于内部含有无数小孔，相对密度较低，一般在0.010.05之间。其中泡沫气孔的数量和大小不同，密度相差很大。,二塑料的性能（一）塑料的基本性能,1、密度,2、吸水性,塑料的吸水性一般为0.013%，高于金属、陶瓷、玻璃等无机材料，但不如木材。吸水性的测试方法是将一定大小的试样置于水中浸24小时后，测定其重量增加的百分数。主链或侧链含有亲水的酯基、羧基、羟基、氨基、酰胺基和醚基等亲水基团品种如醋酸纤维素等的吸水性较好。,水对于某些塑料的作用相当于增塑剂，如聚酰胺、聚氨酯，水能够使相邻大分子之间的氢键断裂，因而降低了塑料中无定形区域的玻璃化温度。使之在正常使用温度和干燥条件下脆性材料变柔软，并使其密度增加。主链含有可水解基团时，水可以促进塑料的老化，如聚酯、聚酰胺等。,3、透气性,适用于塑料薄膜性能的评价，一般为一定厚度的薄膜在一定时间和压力下，单位面积所透过的气体体积，如测透水汽性，则测透过的重量。塑料薄膜的透气性与材料的化学结构和气体的种类有关。有些情况下要求有优良的透气性，如人工肺对氧气和二氧化碳的透过性；另外一些情况下则需要透气性差，如食品包装薄膜。,为了评价塑料薄膜包装食品和香料的优劣，引入“屏蔽性”的新概念。高聚物的屏蔽性规律表现为对气体有良好屏蔽性的，通常表现对水的屏蔽性很差，主要是由于高聚物的极性所致。含有许多羟基的极性高聚物如聚乙烯醇和纤维素制品对气体有优良的屏蔽性，但对水的屏蔽性就很差。相反非极性的聚烯烃如聚乙烯则对水有优良的屏蔽性。而有时候要求既有气体屏蔽性又有水屏蔽性，这就是近来发展起来的复合薄膜，如聚乙烯/聚乙烯醇复合薄膜、聚丙烯/聚乙烯醇复合薄膜、聚丙烯/醋酸纤维素复合薄膜。为了提高屏蔽性和机械强度，还可采用铝箔与塑料薄膜复合。为获得优良的屏蔽性材料，高聚物应具备以下条件：沿主链分布有适当的极性基团如氰基、氯基、氟基、羧基或酯基；主链具有高的刚性，不为溶剂所作用；大分子与大分子之间的结合较紧密，所以要求结晶度高，规整性大，或者大分子之间存在化学键；玻璃化温度高。,（二）机械性能,塑料品种不同，其机械性能差别很大，如刚性的聚苯乙烯、酚醛塑料和柔性的低密度聚乙烯和软聚氯乙烯。同一品种的塑料可能由于分子结构的不同或是否加增塑剂可得到刚性材料也可得到柔性材料。柔性塑料不能测定其弯曲强度和冲击强度。,塑料的机械强度与是否加有填料、填料的形态以及线形大分子是否有结晶取向等因素有关。泡沫塑料的机械强度还与密度的高低有关。薄膜与纤维的机械强度表现为拉伸强度、弹性模量和伸长率等。,除玻璃和陶瓷的弯曲强度外，模塑塑料的强度高于非金属材料而低于金属材料。但增强塑料的机械性能可以与金属相比甚至高过金属材料。因为塑料的比重远远小于金属，所以比强度高于或接近金属。另外，塑料的弹性模量和硬度低于金属和硅酸盐材料，属于韧性材料。,（三）热性能,塑料的热性能主要从耐热性、导热系数、热膨胀系数、比热、耐寒性等方面进行评价。合成树脂可以测定其软化点或熔点。但由于多数塑料是多组分材料，且作为材料使用时，使用温度远低于其软化点或熔点，因此塑料的耐热性用在一定负荷下受热，形状变化达到规定范围时的温度来表示。,国际上通用的有马丁耐热温度、维卡耐热温度和热扭变温度等三种测定塑料形状稳定温度的方法。以上三种方法的试样负荷不同，而且塑料变形标准不同，所得结果不能相互换算。,将试样放置与每小时升温50的等速升温烘箱中，与上夹具相连的横杆上放一重锤，使试样受50Kg/cm2的弯曲应力。横杆末端与试样中线距离为240mm。当横杆末端端点下降达6mm时的温度为马丁耐热温度。,维卡耐热温度（维卡软化点）,将试样放置于每小时升温50的等速升温烘箱中，试样上置测试用金属针，面积为1mm2，负荷为50N，金属针刺入塑料深度为1mm时的温度为维卡耐热温度。,热扭变温度（heatdistortiontemperature）,将试样置油浴中，油浴以2/min的速度逐渐升高温度，试样中部承受负荷为4.55或18.2MPa，压杆下降为0.254mm时的温度为该负荷的热扭变温度。,马丁耐热温度,塑料的长期使用温度,用一定温度下长时间受热后塑料的机械强度变化情况来评价。多数热塑性塑料的长期连续使用最高温度为60100，聚酰胺、聚碳酸酯、聚砜等工程塑料可在120左右连续使用，现有一些热塑性耐高温聚合物的连续使用温度可达260甚至300。热固性塑料的长期连续使用温度一般在100以上，加有无机填料的可在150长期使用。也有一些热固性耐高温聚合物的连续使用温度达300甚至更高。,导热性,塑料的导热性都很差，无定形热塑性塑料的导热性比结晶性热塑性塑料差，泡沫塑料的导热性更差。提高聚合物的结晶度和添加导热性好的填料可以改善塑料的导热性。,热膨胀性,塑料的热膨胀系数大于其他材料，在使用温度范围内，热塑性塑料的线性膨胀系数约在610-52.510-4K-1范围，而热固性塑料的线膨胀系数稍微小一些，约为210-5610-5K-1。设计塑料成型模具以及用作设备的衬里或粘贴于其他材料上受热时，应考虑其膨胀系数。,塑料的体积电阻在10101019.范围内，以石墨、碳黑、碳纤维和金属粉作为填料可降低体积电阻，并可降低高阻引起的静电荷。静电荷的存在会因电荷积累而产生安全问题，体积电阻小于1010.时较为安全。体积电阻还与温度有关，温度升高，体积电阻降低。塑料的介电常数常常在2左右，介电损耗低到10-4，耐电弧性优良，可与陶瓷、橡胶或其它绝缘材料媲美，可作为电气绝缘材料和电容器介质材料。,一般塑料是电的不良导体。评价绝缘材料的主要电性能是体积电阻（.）和介电常数。,（四）电性能,1、塑料的主要电性能,2、塑料的电性能与塑料的品种有关,不同的塑料因为具有不同的电性能而具有不同的用途。如：聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯等在高频条件下介质损耗甚低，适合用作高频或超高频绝缘材料，在雷达和电视技术中发挥了重大作用；氟化乙烯-丙烯共聚物、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯和聚苯醚等可用作驻极体（永久极化的电介质）用于电声转换器、放射性计量仪、空气过滤器等方面；聚偏二氟乙烯具有压电和焦电效应；聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺等聚合物掺杂物具有半导体特性。,（五）稳定性,包括耐化学腐蚀性能、耐老化性能、耐候性、和耐火焰性能等。要正确合理的使用塑料，必须了解塑料的稳定性。,1、耐化学腐蚀性能,塑料的耐化学腐蚀性能包括对无机酸、碱、无机盐水溶液等的抗耐性和对有机溶剂、油脂等的抗耐性。与金属和木材相比，塑料的化学稳定性都很好。高聚物的化学结构、所含官能团的性质、填料的种类以及是否含有增塑剂等因素对于塑料的耐化学腐蚀性起决定作用。如主链周围全部为氟原子的聚四氟乙烯具有目前最佳的耐无机酸、碱、无机盐水溶液的化学腐蚀性和耐有机溶剂的性能。一般的塑料具有碳-碳主链，所以有机溶剂、油脂对多数塑料会产生腐蚀或溶解作用。这种作用遵循同性相容原则，即非极性塑料对非极性溶剂的作用敏感，极性塑料对极性溶剂的作用敏感。在应力作用下，溶剂对塑料的作用加剧，甚至会产生破裂。,2、老化性能,塑料在热氧和辐射条件下容易氧化降解、交联而老化，老化的速度与塑料的品种、化学结构、使用环境等有关，不适当的添加剂也可能促进老化作用。热塑性塑料易老化，需加适当的添加剂以防止或阻缓老化进程。,3、燃烧性能,塑料多是含碳的有机材料，所以绝大多数可燃。热塑性塑料在火焰中软化、熔融、燃烧、放出烟雾，其易燃程度和释放烟雾的多少与其化学结构有关。聚苯乙烯燃烧时放出大量的浓烟，聚氯乙烯燃烧时放出令人窒息的有害气体，聚乙烯燃烧时火焰小，烟雾少。热固性塑料燃烧时不会软化或熔融，释放的气体少，有的不易燃烧或脱离火焰后会自熄。作为建筑材料、电子设备、运输器材、家具等材料时，应当使用阻燃型高分子材料。阻燃的方法有反应性阻燃和添加剂阻燃。反应性阻燃主要应用于不饱和聚酯、环氧树脂或聚氨酯等品种，其方法是原料中经氯化、溴化引入氯原子或溴原子等。,（六）塑料制品的成型加工方法,1.成型,2.机械加工,车削和铣削、钻孔、切螺纹、锯切、剪切、冲切等。,3.修饰,磨削、锉削、转磨滚光、抛光、溶浸增光和透明涂层、彩饰、涂盖金属等。,4.装配,粘合、焊接、机械连接等。,模压成型、挤出成型、注塑成型、传递成型、吹塑、铸塑、滚塑（旋转成型）、层压成型、压延、涂敷、泡沫塑料成型、热成型、固相成型、流延成型等。,（七）塑料与其它材料的对比,优点：质轻。电气绝缘性好。力学强度范围宽。优良的防腐蚀性。隔热性能好。成型加工性能好。塑料还具有减震、消音等特性，许多塑料还具有透光性。塑料这些优良、多样的性能，使它们在工农业生产、日常生活、国防以及科技领域获得相当广泛的应用。,与金属相比：具有耐腐蚀、质量轻、绝缘、易成型为多样化制品、美观等优点；与硅酸盐材料相比：具有质轻、坚韧不易碎、易成型等优点；与木材相比：具有强度高，易成型，美观等优点。,缺点：耐热性较低，力学强度不如金属，导热性较差，膨胀系数大，容易变形，大多数品种易燃，制品在使用过程中易产生蠕变、冷流和疲劳等现象。塑料的主要缺点是多数塑料可燃烧，其耐热性低于无机材料，成本还是相当高，因此使用范围受到一定限制。这些也正是当前研究塑料改性的方向和重点。,三塑料的组成（一）基料,1、树脂的分类和品种,1）按来源分,树脂（resin）一词来源于树木分泌的脂状物，这就是天然树脂。天然树脂是指直接从植物中提取后不经或稍经加工就能利用的脂状物。作为材料使用的树脂除了天然树脂外，还有数量比天然树脂多得多的合成树脂。合成树脂是人们利用化学方法合成出来的与天然树脂类似的有机高分子聚合物，它是兼备或超过天然树脂固有特性的一种新型合成树脂。现代意义上的塑料就是指以合成树脂为基料制备的可塑性材料。另外，以树脂为基料还可以制备成涂料、粘合剂、离子交换树脂、薄膜等。,2）按其产量和性能分,通用树脂：常见的通用树脂有PE、PP、PVC、PS、PF、PU等。在所有的合成树脂中，数通用树脂的产量最多，应用最广，价格最低，且成型加工相对简易，物理化学性能优异。因此深受人们欢迎。据统计，在1975-1996年的21年里，仅仅五大通用树脂（PE、PP、PS、PVC、PUR）的产量就占全部合成树脂产量的80-90%。尽管从1996年后工程树脂和其它特种树脂的产量比重日益增大，但通用树脂产量还是最多的。,工程树脂：又可分为通用工程树脂（如聚酰胺PA、聚碳酸酯PC、聚甲醛POM、聚苯醚PPO、热塑性聚酯TPU等）和特种工程树脂（如聚苯硫醚PPS、聚芳酯PAR、聚砜PSU或PSF、聚醚砜PES、聚酰亚胺PI、聚酰胺-酰亚胺PAI等）。特种工程树脂的特点是能耐150以上的高温。其他还有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、氟树脂F、硅树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物ABS等均为工程树脂。,特种功能树脂：是指具有某种特异功能的树脂，如离子交换树脂、高吸水性树脂、光敏树脂、光降解树脂、导电树脂、导磁树脂等。,3）按聚合反应形式分,加成聚合合成树脂（聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC等）逐步聚合合成树脂（酚醛树脂PFR、脲醛树脂UF、聚酯PET、聚酰胺PA、聚氨酯PUR/PU等）。,4）按受热后的变形行为分,热塑性树脂（聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等）热固性树脂（酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂EP等）,5）按主链结构分,碳链树脂（聚烯烃、聚乙烯基化合物、聚丙烯酸及其衍生物、聚卤代烃、聚烯丙基化合物等）碳氧链树脂（聚缩醛、聚甲醛、聚醚、聚酯、酚醛树脂）碳硫链树脂（聚苯硫醚、聚砜、聚芳砜等）、碳氮链树脂（聚亚胺、氨基树脂、聚酰亚胺、聚酰胺、聚氨酯、聚脲、聚芳杂环等）。,6）按聚合物性质分,水溶性树脂、离子树脂、导电树脂、耐高温树脂、液晶树脂等,2、我国合成树脂工业生产的特点,（1）生产企业分布广。目前除西藏外，各省市都有生产企业。（2）产品主要集中在华东、华北、和东北地区，约占总产量的80%。（3）居全国前十名的省市是北京、江苏、上海、辽宁、山东、黑龙江、广东、天津、河北、河南。合计占总产量的81.6%。（4）五大类通用树脂占主流。PVC、PE、PP、PUR、PS（5）生产装置规模小。具有世界级经济规模的只有PE、PVC、PP、PS等少数通用热塑性树脂，而通用型热固性树脂生产规模都偏小，其他工程塑料和功能性塑料就更小，工艺落后、生产成本高、推广应用更困难。,（6）产品品牌少。从应用需求上讲，大品种不全、牌号奇缺。有些热销对路的品种牌号尚未工业化生产，有的尚在开发研制阶段，必须加快发展和引起关注。（7）产供需矛盾大。我国合成树脂总产量仅为世界总产量的45%。消费需求量中有一半多要依赖进口。（8）人均消费水平低。我国人均消费量为10公斤左右，而工业发达国家的人均消费量远大于此。如1992年的统计数据中，比利时的人均消费量为152kg，德国为118kg，澳大利亚为115.6kg，美国为108kg，日本为86kg，意大利为79kg，加拿大为75.7kg，法国为70kg，英国为61kg，西班牙为59kg。,3、树脂的作用,（1）决定塑料的基本特性（2）粘接作用。,为了改进聚合物成型时的流动性能和增进制品的柔顺性，常在聚合物中加一些增塑剂。增塑剂通常是一类对热和化学试剂都很稳定并在一定范围内与聚合物相容的有机物，大多数是具有极性或部分极性的挥发性低的液体，少数是熔点较低的固体。如邻苯二甲酸酯类和磷酸酯类作为主增塑剂，脂肪族二元酸酯类等作为副增塑剂。主增塑剂：与树脂的相容性好，塑化效率高，挥发性低，渗透性小；副增塑剂：与树脂的相容性稍差，主要是与主增塑剂并用，以降低成本。添加增塑剂后的聚合物的软化温度、玻璃化温度、脆性、硬度、抗张强度、弹性模量等均下降，而耐寒性、柔顺性、伸长率等则会有所提高。工业上大量应用增塑剂的聚合物只有聚氯乙烯、醋酸纤维、硝酸纤维等少数几种。,（二）添加剂（助剂）,1、增塑剂,2、稳定剂,能阻止或延缓材料变质的物质即称为稳定剂。在塑料中加入稳定剂是制止或抑制聚合物因受外界因素（光、热、氧、细菌、霉菌以及简单的长期存放等）所引起的破坏作用。按所起作用的不同可分为热稳定剂、光稳定剂及抗氧剂等。,3、填充剂,为改善塑料的成型加工性能，提高制品的某些性能，赋予塑料新性能和降低成本而添加的对聚合物多呈惰性的粉状物质。常用的填料有碳酸钙、粘土、陶土、石棉、二氧化硅、硫酸钙、金属粉、石墨、短纤维等。,4、增强剂,增强剂与填充剂的区别主要在于增强剂加入塑料中可以使塑料的机械性能得到改善和提高。增强剂也可以降低成本和赋予塑料新的性能。塑料增强剂通常是指强度比塑料高得多的玻璃、石棉、金属、棉花、或合成纤维材料等制成的纤丝、粗纱和织物。添加增强剂的塑料叫增强塑料，增强塑料实际上是复合材料中的纤维增强树脂基复合材料。用于制作增强塑料的树脂大多数都是热固性树脂，在体系中起粘结和固定的作用，并使体系能够成型。,5、润滑剂,改善塑料在成型加工时的流动性以提高制品性能。按作用机能分内润滑剂和外润滑剂。前者与树脂的相容性良好，它能够减少树脂分子链的内聚力，降低熔体粘度，从而有助于聚合物流动并降低内摩擦所导致的温升。后者与树脂的相容性很小，它易从聚合物熔体内部析出到受热的加工机械表面，形成润滑分子层，从而降低树脂与加工设备之间的摩擦，有利于聚合物熔体的流动和脱模。内润滑剂如硬脂酸、硬脂酸单甘油酯等，外润滑剂如石蜡、低分子量聚乙烯等。当然，大多数的润滑剂既有外润滑性质，又具有内润滑性质。,改性剂一般为聚合物，可提高塑料的加工性能、耐冲击性能和耐热性，对PVC更是尤此。常用的改性剂如丙烯酸酯类共聚物（ACR）。在PVC中加入ACR，可加快共混物的熔融速度，使之塑化均匀，并提高熔体强度。,8、其它如抗静电剂、抗氧剂、阻燃剂、稳定剂、发泡剂、固化剂、交联剂、防霉剂等。,6、着色剂,赋予塑料鲜美的色彩或特殊的光学性能的色料。,7、改性剂,四通用塑料,通用塑料是指那些原料来源丰富，生产量大，应用面广，价格便宜，成型加工容易的一类塑料。通用塑料的通性是：耐热性和机械稳定性好，重量轻，一般来说，通用塑料的比重只有钢材的1/5到1/7，比钢铁和玻璃要轻得多，PS和PP比水还轻。低发泡塑料还是一种相对密度在0.05左右并具有一定强度的新型材料，可代替钢材和木材；高发泡塑料更是一种良好的隔音绝热材料和防震包装材料，被广泛用于杂货、包装、农用等包装和贮运等普通民用制品方面。通用塑料的应用领域主要是包装和建筑行业，约各占1/3；其次是电子、电气和农业，约各占1/5；家用如衣、鞋、家具以及玩具、文体用品等合占近1/5。,聚乙烯分子中仅含有C、H两种元素，为非极性聚合物，具有优良的耐酸、碱及耐极性化学物质腐蚀的性质。聚乙烯的绝缘性优良，但易产生静电，因而表面容易吸收灰尘，加入抗静电剂可以改进。纯粹的聚乙烯树脂外观为白色半透明状，触感似蜡，低密度的较软，高密度的刚性大。聚乙烯具有优良的耐低温性能，脆折温度可达-75，但随分子量的提高而提高。聚乙烯随着密度的增加，对气体的屏蔽性、硬度、耐磨性、拉伸强度、刚性、耐热性、耐化学腐蚀性以及表面光亮度等性能提高。降低密度则柔韧性、应力破裂性、透明性以及伸长性有所改善，冷流性和收缩率也降低。熔融指数提高，聚乙烯的透明性、表面光亮度和收缩率有所改进，适合于制造吹塑薄膜和挤出涂布之用。熔融指数降低则改进了冷流性、耐热性、柔韧性、熔融强度、耐应力破裂（ESCR）等性能。,（一）聚乙烯（polyethylene，PE）,1.结构通式,CH2-CH2n,2.结构及性能特点,在主链上分布有长度为18个碳原子的短支链。由于生产条件的不同，是否与-烯烃共聚而得到不同密度的聚乙烯。工业上所用的聚乙烯的聚合度n值约400到50000之间，甚至可以更高。聚乙烯是稍具柔软性的部分结晶固体物。其结晶相区与无定形相区的比例不同导致其密度和物机性能和分子量分布的差异。工业生产的的聚乙烯树脂的比重在0.9150.970范围内。作为塑料使用时，其平均分子量要1万以上。工业上为了简化分子量的测定而采用熔融指数或熔体流动速率MFR来表征塑料的分子量。一般地，在相同条件下，熔融粘度越大，被挤压出来的树脂重量越少，熔融指数越小，表示分子量越高。熔融指数只能表示相对分子量的大小，不能表示出分子量的分布情况。,受热时熔融滴落，很容易燃烧且离开火焰后仍继续燃烧，火焰顶端呈黄色，底部蓝色，并散发石蜡燃烧的气味。,溶于热的甲苯、二甲苯，四氢萘、十氢萘，常温下可溶于二氯乙烯得到透明粘稠液体。,3.PE的燃烧性,4.PE的溶解性,聚乙烯树脂用作塑料时，通常仅加入少量的抗氧剂、抗紫外线稳定剂、阻燃剂，必要时添加着色剂、抗静电剂等，不加填料，也可以添加碳酸钙、陶土等以降低成本。加入发泡剂可制成泡沫塑料。为了提高耐热性，可加入交联剂或用高能辐射使之交联。聚乙烯塑料主要用来制造包装材料以及农田薄膜，容器、电缆、高频绝缘材料、注塑日用品等。聚乙烯是世界塑料品种中产量最大应用最广的品种，约占世界塑料总产量的1/3，目前聚乙烯的产量已超过3000万吨。其特点是原料来源丰富、价格便宜、容易成型加工、性能优良、品种牌号多。,5.使用及用途,6.从结构上来分,a.支链型聚乙烯（Branchedpolyethylene）,是一类非线型具有部分结晶的热塑性乙烯均聚物或共聚物。支链的存在限制了聚乙烯的结晶能力，使其结晶度和密度较低，因此支链型乙烯均聚物也称为低密度聚乙烯（LDPE）。通过加入各种极性单体如乙酸乙烯（VA）、丙烯酸甲酯（MA），可得到支链型乙烯共聚物。这些单体的加入可进一步降低聚合物的结晶度和密度。典型的支链型聚乙烯有：低密度聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA）、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物（EA）、乙烯-丙烯酸甲酯（EMA）、乙烯-丙烯酸共聚物（EAA）、乙烯乙烯醇共聚物（EVOH）及离子聚合体等。,b.线型聚乙烯（Linearpolyethylene）,包括高密度聚乙烯（HDPE）、线型低密度聚乙烯（LLDPE）、很低分子量聚乙烯（VLDPE）、高分子量高密度聚乙烯（HMWHDPE）和超高分子量聚乙烯（UHMWPE）。这类聚乙烯的聚合过程是在远低于生产支链型PE的压力条件下进行的。大多数线型聚乙烯为共聚物，所用共聚单体为-烯烃。通过改变共聚单体的含量，可以得到不同密度和结晶度的线型聚乙烯。各类线型聚乙烯的性能取决于它们的分子量、分子量分布和密度。,随着石油工业的发展，新品种聚乙烯及其新用途不断问世，其中比较有代表性的有工程聚乙烯（如超高分子量聚乙烯）和改性聚乙烯（如乙烯-醋酸乙烯共聚物、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯等）。由于各种聚乙烯的密度、熔融指数、产品结构性能及成型加工方法都有所不同，所以不同品牌的PE在用途上也有所不同。,低密度聚乙烯（LDPE）是乙烯在高温（150300）高压（122303MPa）下经短时聚合而成的，因此也叫高压法聚乙烯。高压聚乙烯工业生产合成中的单体乙烯浓度要求高达99.95%，用偶氮化合物或有机过氧化物或氧作为引发剂，按气相本体聚合法反应聚合而得。由于是按游离基聚合历程反应，所以在反应中易产生大分子间和大分子内链转移反应，产品中存在大量的支链结构（平均每1000个C原子约有840个支链，即支化度高），分子结构缺乏规整性，呈树枝状，分子量低，分子量分布宽，因此其结晶度较小（一般只有3040%），密度低（为0.910.93克/厘米3），相对分子量为25000到50000左右，低密度聚乙烯的熔化温度为105120。,LDPE制品柔软，透气性、透明性高，而熔点低，机械强度低。LDPE的电绝缘性良好，且不受温度和频率的影响。其力学性能也良好，热性能、透气性、耐老化性等也都不错。LDPE主要用作制造农用膜和日用包装材料，少部分用作各种轻、重包装膜如购物袋、货物袋、工业重包装袋、复合薄膜和编织内衬、涂层、各种管材、电线、电缆绝缘护套及电器部件等。在农用方面作地膜覆盖、蔬菜大棚、果品保鲜包装以及一般日用包装袋等。另外，因为无毒，低密度聚乙烯被广泛用于医疗器具、药物、食品的保鲜、玩具和包装材料。如奶制品、酱汁、糖果的食品类容器，医疗器具、药物、化妆品容器；可制成各种管、棒、板片或异型材；作为化工产品容器、管道和设备内衬以及其他工业用材料；还可制造塑料花、塑料玩具和塑料鞋类。,我国对低密度聚乙烯的研究是从1959年开始的，1962年在上海化工研究院建厂投产。不久后规模逐年迅速增大。现在生产能力较大的企业有：北京燕山石化公司化工一厂，日本住友化学公司，茂名石化公司，上海石化总厂塑料厂，大庆石化总厂塑料厂，上海石化股份有限公司塑料厂，兰州化学工业公司石油化工厂等。,1、低密度聚乙烯LDPE（Lowdensitypolyethylene）,2、高密度聚乙烯HDPE(Highdensitypolyethylene),也称低压法聚乙烯，由于采用齐革勒催化剂，其聚合条件较高压法聚乙烯简单得多，如采用溶液聚合法只需在低温低压（0.30.4MPa5070）条件下即可合成，HDPE的熔化温度为125135，共聚HDPE的密度一般为0.940g/3，均聚物的密度最高（可达0.97g/3）、最硬、阻隔性和熔点也最高，但耐应力开裂性变差。HDPE平均分子量在40000300000，相应的熔融指数在0.02100g/10min之间。提高平均分子量有利于改善熔体强度、提高制品的韧性和耐环境应力开裂性能ESCR。,由于是按配位机理聚合，故使HDPE支化度低，线型结构，分子量高，分子量分布窄，因而结晶度高，制品的耐热性好，机械强度比LDPE高。因其刚度、拉伸强度、抗蠕变性等皆优于LDPE，所以更适于制成各种管材、片材、包装容器及丝束等。如管材可作为自来水管、水下管道、燃煤气管、80以下使用的耐腐蚀输液管道、化工设备衬里和涂层；片材可以做成合成木材、合成纸；牵伸拉丝做成绳索、鱼网、包捆扎带、编织用纤维；大量用于制造周转箱、瓦楞箱、各种瓶、各种桶容器和大型贮槽。HDPE可经受多次热和机械作用，一般可反复加工10次以上还能保持基本性能。,特性：LLDPE具有LDPE一样低的密度（0.9200.935），前者的主链带有很短的支链，后者则带有长支链，其熔点比LDPE高1015。由于在结构上具有线型骨架，含有520%的-烯烃，如1-丁烯、1-己烯、1-辛烯和4-甲基-1-戊烯等共聚单体，组成了有规则的侧链，从而具有比LDPE更好的撕裂强度、拉伸强度、耐冲击性、耐应力开裂性、耐低温性、耐热性及乃穿刺性等，耐洗涤和耐油性也很好。用己烯或辛烯代替丁烯与乙烯共聚，可使LLDPE性能获得更大的改善。以吹塑法制成的LLDPE薄膜透明、耐撕裂针刺，且可以减少厚度。,用途：以吹塑法制成的LLDPE薄膜透明、耐撕裂针刺，且可以减少厚度。因此用于重包装袋、农用膜（地膜、大棚、农产品包装）、收缩薄膜包装袋、超薄膜包装袋等具有更好的使用价值；可涂覆于纸、布、织物上制成瓦楞板、包装箱、覆盖布、帐篷等；用注-吹法制容器，滚塑法制成的大型容器、管材等更加结实耐用；挤塑的管材可用于输送液体化学品及天然气；还可制成扁带及各种注塑制品。但LLDPE主要还是应用于薄膜如拉伸膜、工业内衬、购物袋、垃圾袋等，占用量的6570%。LLDPE具有剪切变硬和拉伸变软的流变特性，并具有光泽度较差等缺陷。与少量的LDPE共混可改进其透明性和加工性。,3、线型低密度聚乙烯LLDPE（Linearlowdensitypolyethylene）,4、低分子量聚乙烯LMWPE（Lowmolecularweightpolyethylene）,低分子量聚乙烯又名聚乙烯石蜡，是一种无毒无味无腐蚀的白色或淡黄色蜡状物。由于化学稳定性好、电性能优异、熔点低、粘度小、在室温下具有抗湿性等，因而作为一种良好的加工助剂广泛应用于橡胶、塑料、纤维、涂料、油墨、制药、蜡制品、食品加工的添加剂以及精密铸造等方面。,在翻砂、铸造业中的应用,在精密铸造中代替硬脂酸作石蜡熔模的模料，具有价廉、不龟裂、收缩率小、焊接性好、表面光滑、强度高、韧性好等优良特点；铸钢、铸铁中用作砂芯粘结剂，增加砂芯强度、易清砂，适合于制造复杂形状的砂芯；在翻砂造型时起脱模剂作用代替石墨粉及石蜡，可减少粉尘，改善劳动条件；在铝的铸造中代替氯化铵，避免了氯化铵高温分解而产生的有害气体。,在日用化学品工业中的应用,做地板蜡、皮鞋油、汽车蜡等光亮性好的高级蜡；做蜡笔可提高熔点，还可做蜡烛、电池密封料等；生产化妆油彩，透气性好，可以保护使用者皮肤。,在涂料及油墨中的应用,涂料中加入LMWPE，可起到消光作用，也可制成铺路面用热熔涂料，受热时漂浮在上层表面保护路面；生产新型LMWPE涂料型油墨，用于聚乙烯塑料薄膜的印刷，可以得到比聚酰胺型塑料油墨还要好的印刷牢度，且工艺简单，制造方便，价格便宜。,在药品、食品行业中的应用,全部或添加少量用做糖果包装纸，可增加柔性和强度；彩蛋外壳保护层，可提高外观质量；代替蜂蜡制作中草药丸药用外壳。,在纺织工业用,氧化后作为织物柔软剂、抛光剂，效果好操作方便且价格低廉。,在橡胶加工行业,作抗粘剂、填充剂和颜料分散剂，可以改善橡胶加工时的流动性和脱模性，改善加工条件，提高产品质量，还可提高防臭氧侵蚀的能力。,在塑料加工,用作脱模剂、着色剂和软化剂。,在石油行业,液态LMWPE可做润滑油添加剂；在输油管壁上涂敷可起防粘剂用，以防止原油管道运输蜡粘壁。,由于具有巨大的分子量，增加了大分子间的缠绕程度，虽然结晶度、密度介于LDPE和HDPE之间，但冲击强度和拉伸强度都成倍地增加，并具有高的耐磨、自润滑性，使用温度在100以上。它的高模量、高韧性比POM高14倍，比ABS高6倍，高耐磨性在已知塑料中名列第一，比聚四氟乙烯PTFE高6倍，是碳钢的10倍，自润滑性优良、密度低、耐低温（脆化温度在-80以下，甚至在低于液氮温度下仍可保持高韧性），耐腐蚀好，具有塑料王之称，制造成本低廉。另外，其电绝缘性、消音减振性和抗粘结性能也很好，是目前发展中的高性能、低造价的工程塑料。,UHMWPE属线型分子结构，其熔体粘度很高，实际是处于凝胶状态，对热剪切极不敏感，因此，最适宜的加工方法是压缩成型法。（1）通过压缩成型可制成UHMWPE板材。加工工艺模具中投入UHMWPE粉末-预成型-烧结-冷却-取出制品。成型条件压力1.964.90MPa；温度180200；时间40min（10mm板材）。（2）采用双螺杆挤出机挤出成型制备棒材、管材、异型材，纤维等。（3）注射成型法加工可制成托轮、轴套、人工臼等。,UHMWPE是一种性能接近工程塑料的聚乙烯品种。最早由德国赫斯特公司于1958年开始工业化生产的。在中国最早由上海高桥化工厂于1964年研制成功并投入生产的。,5、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）（Ultrahighmolecularweightpolyethylene）,生产简史,结构特点,UHMWPE的链长是HDPE1020倍，重均分子量100300万，最高可达600万。结晶度、密度介于LDPE和HDPE之间。,性能特征,加工方法,具体应用,1）衬垫：稳定输送煤、水泥、石灰石、小麦、砂糖等粉粒，这些物料的料仓、料斗、料槽等均可用UHMWPE板材作衬垫。2）饮料和食品工业生产线的部件，可减少瓶子的破损和不锈钢的磨耗，并降低了噪音。3）由于优良的自润滑性，用于制作农业和土木工程机械，可以使机械接触土块的表面能很好地滑动，提高工作效率和节约能耗。4）利用UHMWPE的耐磨性和自润滑性，可用作滑冰场的地板，滑球、滚球的球道和机动雪撬的链轮等等。,5）纺织机的齿轮、轴衬、摘机垫板、皮结等多个部件；造纸设备的功能附件引箱盖、调节翼、成型板、衬托物和链式导杆等；铁路上的耐磨板材、支持架、贮藏车和卸货物件等。这些都是用UMWPE制作的。6）因UHMWPE在-269条件下仍保持各种特性，故常用作冷冻机等低温装置的机械部件；因其对放射线有较好的遮蔽效果，故用作原子能发电站的遮蔽板。7）制作膝等关节和手指等。,1984年末VLDPE开始工业化生产，两年后ULDPE也推向市场。两者的密度范围为0.8700.920g/cm3，MFR为0.1l00g/l0min。一般VLDPE的密度小于0.915g/cm3，而ULDPE的密度小于0.900g/cm3。它们均为乙烯与-烯烃的线性共聚物，聚合反应机理和LLDPE相似，被称为第四代聚乙烯。,突出特点：密度低，有更大的柔软性和韧性，柔量和强度介于低模量、低密度的乙丙橡胶与高模量、低密度的聚乙烯之间。树脂的这种柔软性以前只有一些低强度的材料如EVA、EEA和软聚氯乙烯才能获得。它们的柔软性也使其易于吸收能量，因而具有优越的耐冲击、耐穿刺和耐撕裂性能。由于VLDPE树脂的熔点高，它比EVA和其它极性乙烯共聚物更耐热变形。由于这类聚合物的密度很低，它们的软化点也低，封合温度范围低于LLDPE，热粘台强度和可封合性也很优良。,此外，VLDPE还具有耐环境应力开裂性、耐弯曲龟裂性和耐低温冲击性。其流变性能与其它线型乙烯共聚物类似，可用现有的加工PE的设备，尤其是用于加工LLDPE的设备进行成型加工。目前，VLDPE可代替热塑性聚氨酯、EVA作管、瓶、桶内衬、密封件、垫圈、电缆、玩具，还可代替聚氯乙烯作医用软管、热收缩膜及拉伸包装膜等。,6、很低密度聚乙烯(VLDPE(Verylowdensitypolyethylene)和超低密度聚乙烯（ULDPE(Ultralowdensitypolyethylene)）,EVA是乙烯与乙酸乙烯酯在引发剂存在下经高压本体聚合的方法，自由基聚合而得到的热塑性共聚树脂。,7、其他乙烯共聚物,（1）乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA）,a.制备,b.结构式,c.性能,与PE相比，由于在EVA树脂中引入丁乙酸乙烯单体，使EVA具有不同于PE的性能。EVA的性能与VA的含量有关，VA越少，EVA的性能越接近LDPE，VA越多，则越接近橡胶。EVA中的VA含量可由550之间变化。当相对分子质量一定时(MFR为恒值)，VA含量降低时EVA的刚性、耐磨性、电绝缘性较好；随着VA含量的增加，EVA的密度增加，但是与LDPE不同的是密度增加并没有提高EVA的结晶度，反而使它的结晶度及与其相关的一些性能降低，从而使EVA变得更透明，在低温下更柔软，耐应力开裂性能及冲击强度均提高。另一方面，VA含量的提高却使材料的软化温度、封合温度和阻隔性能降低，当VA含量超过50时，EVA变为完全无定形的透明材料。,(CH2-CH2-CH-CH2-CH2)nOO=C-CH3,d.特性,极性VA侧链的存在增加了EVA分子间的作用力，从而提高了EVA的粘结强度和与各种基材的粘结性，同时也提高了EVA在溶剂中的溶解度，使它的耐化学药品性变差。由于VA链中不含有对氧化敏感的碳碳双键，所以EVA具有良好的抗老化性能和耐候性。EVA的性能还与其分子量有关，当分子量增加时，熔体粘度、热封合强度、韧性、柔软性、耐应力开裂性和热粘合强度均提高。EVA的MFR通常为0.3g10min1000g10min。由于EVA的粘度较低，热稳定性稍差，它的成型加工温度比LDPE低2030C，可用挤塑、注塑和中空成型的方法进行加工。由于EVA的粘结性能优异，也可用作挤出涂敷。,e.应用,EVA的主要应用是包装材料、电线、电缆绝缘层、粘合剂、涂层，也可作为着色料的载体树脂。60的EVA树脂用于生产包装膜，VA含量为5或低于5的EVA树脂，可用于制造具有中等韧性和较好透明性的薄膜。它的低温韧性特别适合于制作冰袋和冷冻室内的肉类和家禽的拉伸包装。当薄膜要求较好的韧性即具有较高的冲击强度、低温性能时可选用VA含量为612的EVA树脂。而VA含量在1518时所制得的EVA薄膜，可在共挤复合膜中作热合层，也可与均聚聚乙烯进行共混。这类EVA树脂也可用作聚酯、赛珞玢和聚丙烯薄膜的挤出贴面，作为食品的包装和医用薄膜等。EVA的第二大应用市场是热熔粘合剂，地毯背衬和蜡基涂层(用量占EVA总量的20)，所用EVA树脂中的VA含量为1830。,电线电缆及用作着色混合料的组分是EVA的第三大市场，它的用量约为6。作为电线电缆的绝缘层，EVA比LDPE更易交联，而且交联所消耗的能量较少。由于EVA更易于浸润颜料，通常用它作为色母料的基材树脂。这一优点也使EVA适合于制作矿物填充的混合料。模塑和挤出的EVA产品有注塑鞋和衬里、抗震防护用品等，中空成型的可伸缩软管、中空容器以及挤塑的输水管、微灌管及其它软管等。由于EVA树脂具有良好的发泡性能，其自身又有优异的回弹性、耐老化性、耐龟裂性，因而广泛用在鞋底、鞋垫用发泡片及各种包装用发泡物品，建筑和管线保温，体育用品等。,（2）乙烯-丙烯酸乙酯共聚物,制备,乙烯和丙烯酸乙酯(EA)用高压法通过自由基共聚可得到无规共聚物EEA树脂。共聚物中EA的含量一般为1530(重量)，EA的存在使该共聚物具有高温稳定而低温柔软的特点，它是聚烯烃族中具有最好的韧性和柔顺的树脂之一。随着EA含量的增加，共聚物的柔软性和回弹性进一步提高，高EA含量时EEA具有很高的极性，从而增加了其表面对油墨的吸附性和与其它材料的粘结性，EA含量的增加使它的使用温度上限略有降低，透明性变差。,特性,与其它聚烯烃类材料例如LDPE相比，EEA具有优良的耐应力开裂性、耐冲击性和弯曲疲劳特性，并具有较高的摩擦因数，较好的低温性能，较大的填料包容性和较低的熔点。EEA通常以未改性粒状树脂出售，也可作为专用的高填充混合料的基础树脂例如阻燃混合料和用于电线涂敷的半导电材料，也常与烯烃类或工程类聚合物如聚酰胺、聚酯共混，从而综合了二者的最佳性能。EEA具有较高的热稳定性，它的热分解物不腐蚀设备，因此它比EVA更易于加工。,用途,主要用途是热熔胶、低温密封材料、软管、层压片、多层膜、注塑挤出制件和电线电缆料等。与其它聚合物共混改进低温柔性抗冲击性及耐环境应力开裂性。,（3）乙烯-丙烯酸甲酯共聚物,分子结构,(CH2-CH2-CH-CH2-CH2)nCOOCH3,共聚物中丙烯酸甲酯的含量一般为1824，与LDPE相比，MA的加入使共聚物的维卡软化点降低到大约60，弯曲模量降低，耐环境应力开裂性能(ESCR)明显改善，介电性能提高。这种共聚物也具有良好的耐大多数化学药品的性能，但不适合在有机溶剂和硝酸中长期浸泡。EMA很容易用标准的LDPE吹膜生产线制成薄膜，EMA薄膜具有特别高的落镖冲击强度(Dartdropimpaetstrength)，易于通过普通的热封合设备或通过射频(RF)方法进行热封合，也可通过共挤贴合和铸膜、注塑和中空成型的方法加工成各种产品。,特性,EMA为无毒材料，可用作热封合，可接触食品表面的薄膜。EMA制成的薄膜表面雾度较高，而且像乳胶那样柔软，适合于一次性手套和医用设备。EMA树脂当前常用于薄膜的共挤出，在基材上形成热封合层，也可以作为连接层改善与聚烯烃、离子型聚合物、聚酯、聚碳酸酯、EVA、聚偏二氯乙烯和拉伸聚丙烯等的粘合作用。用EMA制成的软管和型材具有优异的耐应力开裂性和低温冲击性能，发泡片材可用于肉类或食品的包装。EMA被用来与LDPE、聚丙烯、聚酯、尼龙和聚碳酸酯共混以改进这些材料的冲击强度和韧性，提高热封合效果，促进粘合作用，降低刚性和增大表面摩擦因数。,乙烯与丙烯酸(AA)或甲基丙烯酸(MAA)共聚生成含有羧酸基团的共聚物EAA或EMAA，羧酸基团沿着分子的主链和侧链分布。随着羧酸基团含量的增加，降低了聚合物的结晶度，并因此提高了光学透明性，增强了熔体强度和密度，降低了热封合温度，并有利于与极性基材的粘结。共聚单体的含量可在320变化，MFR的范围可低至1.5g/10min，高达1300g/10min。EAA共聚物是柔软的热塑性塑料，具有和LDPE类似的耐化学药品性和阻隔性能，它的强度、光学性能、韧性、热粘性和粘结力都优于LDPE。,（4）乙烯-丙烯酸类共聚物,特性,EAA薄膜用于表面层和粘结层，用作肉类、乳酪、休闲食品和医用产品的软包装。挤出、涂敷的应用有涂敷纸板、消毒桶、复合容器、牙膏管、食品包装和作为铝箔与其它聚合物之间的粘合层。,用途,（5）乙烯-乙烯醇共聚物EVOH（Ethylene-Vinylalcoholcopolymer）,在所有现有的聚合物中，聚乙烯醇（PVOH）对各种气体的透过性最低，它是极好的气体阻隔材料，但是PVOH是水溶性的，而且加工很困难。,乙烯-乙烯醇的共聚物既保留了PVOH的高阻隔性，又大大改善了PVOH的耐湿性和可加工性。EVOH共聚物是高度结晶的材料，它的性能与共聚单体的相对组成密切相关，常用的EVOH中的乙烯含量在2948之间（EVOH产品也常常根据其乙烯的含量来分级）。一般来讲，随着乙烯含量的增加，阻气性降低，阻水性改善，加工更容易。乙烯含量的变化对EVOH氧气透过率影响很大，在低湿度下，乙烯含量越低阻隔性越好；高湿度下，乙烯含量40时阻隔性最好。共聚物的结晶形态对阻隔性也有很大影响，当乙烯含量低于42时，EVOH结晶为单斜晶系，其晶体较小，排列紧密，与PVOH类似。这时的EVOH对气体的阻隔性很好，热成型的温度也比PE高。当乙烯含量在4280之间时，EVOH结晶为六方晶，晶体比较大，也比较疏松，气体渗透率比较高，但热成型温度相对较低。,EVOH的气体阻隔性十分优越，不仅能阻隔氧，还能有效地阻隔空气和被包装物所散发的特殊气味（如食品的香味、杀虫剂或垃圾的异味等），其阻气性比尼龙约大100倍，比PP、PE约大10000倍，是聚偏二氯乙烯（PVDC）的10倍，因此，含有EVOH阻隔层的塑料容器可代替许多包装食品用的玻璃、金属容器和用于非食品包装。EVOH具有优良的耐有机溶剂性，可用来包装油类食品、食用油、矿物油、农用化学品和有机溶剂等。EVOH的光泽度很高、浊度很低，光学性能优良，且容易印刷，无需表面预处理，在包装领域有很大优势。EVOH具有高的力学强度、弹性、表面硬度、耐磨性和耐候性，而且具有良好的抗静电性，可作为电子产品的包装。EVOH是亲水性的，其气体阻隔性受湿度影响。若将EVOH薄膜进行双向拉伸，则湿敏度将大大降低。,EVOH树脂在所有高阻隔树脂产品中热稳定性最好，因此，EVOH中加工的废料和含有EVOH的阻隔层的复合膜或容器均可回收利用；目前可回收的材料中可含20以上的EVOH，这对废料回收和环境保护也是很有意义的。EVOH粒料可直接用来共挤制复合薄膜或片材。其加工性能与PE类似。EVOH是湿敏性的，在复合薄膜结构设