聚乙烯(PE)概述

聚乙烯 聚乙烯 PE 概述 概述 一 前言一 前言 聚乙烯英文名称 polyethylene 简称 PE 是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂 聚 乙烯为白色蜡状半透明材料 柔而韧 比水轻 无臭 无毒 手感似蜡 电绝缘性能优良 具 有优越的介电性能 易燃烧且离火后继续燃烧 透水率低 吸水性小 对有机蒸汽透过率 则较大 常温下不溶于任何已知溶剂中 70oC 以上可少量溶解于甲苯 乙酸戊酯 三氯乙 烯等溶剂中 聚乙烯有优异的化学稳定性 室温下耐盐酸 氢氟酸 磷酸 甲酸 胺类 氢氧化钠 氢氧化钾等各种化学物质 硝酸和硫酸对聚乙烯有较强的破坏作用 具有优良的耐低温性 能 最低使用温度可达 70 100 化学稳定性好 能耐大多数酸碱的侵蚀 不耐具有氧化性 质的酸 但聚乙烯对于环境应力 化学与机械作用 是很敏感的 耐热老化性差 聚丙烯的用途十分广泛 主要用来制造薄膜 容器 管道 单丝 电线电缆 日用品 等 并可作为电视 雷达等的高频绝缘材料 二二 特特点点 聚乙烯是半结晶热塑性材料 它们的化学结构 分子量 结晶度和其他性能很大程度 上均依赖于使用的聚合方法 聚合方法决定了支链的类型和支链度 结晶度取决于聚合物 的化学结构和加工条件 聚乙烯对于环境应力 化学与机械作用 是很敏感的 耐热老化性 差 聚乙烯的性质因品种而异 主要取决于分子结构和密度 采用不同的生产方法可得不同密度 0 91 0 96g cm3 的产物 主要包括低密度聚乙 烯 LDPE 线型低密度聚乙烯 LLDPE 高密度聚乙烯 HDPE 等等 耐腐蚀性 电绝 缘性 尤其高频绝缘性 优良 可以氯化 化学交联 辐照交联改性 可用玻璃纤维增强 低压聚乙烯的熔点 刚性 硬度和强度较高 吸水性小 有良好的电性能和耐辐射性 高 压聚乙烯的柔软性 伸长率 冲击强度和渗透性较好 超高分子量聚乙烯冲击强度高 耐 疲劳 耐磨 低压聚乙烯适于制作耐腐蚀零件和绝缘零件 高压聚乙烯适于制作薄膜等 超高分子量聚乙烯适于制作减震 耐磨及传动零件 聚乙烯是结构最简单的高分子 也是应用最广泛的高分子材料 它是由重复的 CH2 单元连接而成的 聚乙烯是通过乙烯 CH2 CH2 的加成聚合而成的 聚乙烯的性能取 决于它的聚合方式 在中等压力 15 30 大气压 有机化合物催化条件下进行 Ziegler Natta 聚 合而成的是高密度聚乙烯 HDPE 这种条件下聚合的聚乙烯分子是线性的 且分子链很长 分子量高达几十万 如果是在高压力 100 300MPa 高温 190 210C 过氧化物催化条件 下自由基聚合 生产出的则是低密度聚乙烯 LDPE 它是支化结构的 三三 特特性性 1 物理性能 聚乙烯为白色蜡状半透明材料 柔而韧 比水轻 无毒 具有优越的介电性能 易燃 烧且离火后继续燃烧 透水率低 对有机蒸汽透过率则较大 聚乙烯的透明度随结晶度增 加而下降在一定结晶度下 透明度随分子量增大而提高 高密度聚乙烯熔点范围为 132 135oC 低密度聚乙烯熔点较低 112oC 且范围宽 常温下不溶于任何已知溶剂中 70oC 以上可少量溶解于甲苯 乙酸戊酯 三氯乙烯等溶剂中 2 化学性能 聚乙烯有优异的化学稳定性 室温下耐盐酸 氢氟酸 磷酸 甲酸 胺类 氢氧化钠 氢氧化钾等各种化学物质 硝酸和硫酸对聚乙烯有较强的破坏作用 聚乙烯容易光氧化 热氧化 臭氧分解 在紫外线作用下容易发生降解 碳黑对聚乙烯有优异的光屏蔽作用 受辐射后可发生交联 断链 形成不饱和基团等反映 四 分类四 分类 1 按密度分类包括 低密度聚乙烯 LDPE 又称高压聚乙烯 线型低密度聚乙烯 LLDPE 高密度聚乙烯 HDPE 又称低压聚乙烯 中密度聚乙烯 MDPE 超低密 度聚乙烯 VLLDPE 1 低密度聚乙烯 LDPE 通常用高压法 147 17 196 2MPa 生产 故又称为高压聚乙烯 由于用高压法生产的聚 乙烯分子链中含有较多的长短支链 所以结晶度较低 45 65 密度较小 0 910 0 925 无味 无臭 无毒 表面无光泽 乳白色蜡状颗粒 密度约 0 920g cm3 熔点 130 145 不溶于水 微溶于烃类 甲苯等 能耐大多数酸碱的侵蚀 吸水性小 在 低温时仍能保持柔软性 电绝缘性高 质轻 柔性 耐低温性 耐冲击性较好 感官鉴别 手感柔软 白色透明 但透明度一般 燃烧鉴别 燃烧火焰上黄下蓝 燃 烧时无烟 有石蜡的气味 熔融滴落 易拉丝 LDPE 广泛用于生产薄膜 管材 软 电缆绝缘层和护套 人造革等 可以采用注塑 挤塑 吹塑等加工方法 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 涂层和合成纸等 2 线型低密度聚乙烯 LLDPE 线型低密度聚乙烯分子中一般只有短支链存在 机械性能介于高密度和低密度聚乙烯 两者之间 熔点比普通低密度聚乙烯高 15 耐低温性能也比低密度聚乙烯好 耐环境应 力开裂性比普通低密度聚乙烯高数十倍 在结构上不同于一般的低密度聚乙烯 因为不存 在长支链 LLDPE 的线性度取决于 LLDPE 和 LDPE 的不同生产加工过程 LLDPE 通常在 更低温度和压力下聚合而生成 共聚过程生成的 LLDPE 聚合物具有比一般 LDPE 更窄的 分子量分布 同时具有线性结构使其有着不同的流变特性 线形低密度聚乙烯与普通低密度聚乙烯相比 耗能少 产量高 特别是其物理化学性能 比普通低密度聚乙烯要好得多 用途也相当广泛 已渗透到聚乙烯的大多数传统市场 包 括薄膜 模塑 管材和电线电缆 LLDPE 的 65 70 用于制作薄膜 LLDPE 的熔融流动特性适应新工艺的要求 增强了抗拉伸 抗穿透 抗冲击和抗撕裂 的性能使 LLDPE 适于作薄膜 LLDPE 的一些薄膜市场 例如生产袋子 垃圾袋 弹性包 装物 工业用衬套 巾式衬套和购物袋 这些都是利用改进强度和韧性后这种树脂的优点 透明薄膜 例如面包袋 一直由 LDPE 占统治地位 因为它有更好的浊度 然而 LLDPE 与 LDPE 的共混物将改进强度 抗穿透性和 LDPE 薄膜的刚度 而不显著影响薄膜的透明 度 它的优异的抗环境应力开裂性 抗低温冲击性和抗翘曲性使 LLDPE 对管材 板材挤 塑和所有模塑应用都有吸引力 注塑和滚塑是 LLDPE 最大的两个模塑应用 这种树脂优越的韧性和低温 冲击强度 理论上适于废物箱 玩具和冷藏器具 另外 LLDPE 的高抗环境应力开裂性使其适用于注 塑与油类食品接触的模塑盖子 滚塑废料容器 燃料箱和化学品槽罐 在管材和电线电缆涂敷层中应用的市场较小 在这里 LLDPE 提供的高破裂强度和抗 环境应力开裂性可满足要求 最新的应用是作为地膜用于废渣填埋和废液池的衬层 防渗 漏地膜是新开发的 LLDPE 市场地膜 一种大型挤出片材 用作废渣填埋和废物池衬垫 防止渗漏或污染周围地区 3 高密度聚乙烯 HDPE 主要是采用低压生产 故又称低压聚乙烯 HDPE 分子中支链少 结晶度高 85 90 密度高 0 941 0 965 具有较高的使用温度 硬度 力学强度和耐化学药品性较好 HDPE 是一种结晶度高 非极性的热塑性树脂 是不透明的白色粉末 造粒后为乳白色颗粒 分子为 线型结构 很少支化现象 是较典型的结晶高聚物 原态 HDPE 的外表呈乳 白色 在微薄截面呈一定程度的半透明状 机械性能均优于 低密度聚乙烯 熔点比低密度聚乙烯高 约 126 136 其脆化温度比低密度聚乙烯低 约 100 140 高密度聚乙烯为无毒 无味 无臭的白色颗粒 熔点约为 130 相对密度 为 0 941 0 960 它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 机械强度 好 介电性能 耐环境应力开裂性亦较好 该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性 可用 于包装用途 HDPE 具有很好的电性能 特别是绝缘介电强度高 使其很适用于电线电缆 高密度乙烯属环保材质 加热达到熔点 即可回收再利用 适用于中空吹塑 注塑和挤出各种制品 硬 如各种容器 网 打包带 并可用作电 缆覆层 管材 异型材 片材等 采用注塑 吹塑 挤塑 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 2 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 聚乙烯的生产 方法不同 其密度及熔体指数 表示流动性 也不同 3 按分子量可分为 低分子量聚乙烯 普通分子量聚乙烯和超高分子量聚乙烯 分子 量达到 300 万 600 万的聚乙烯称为超高分子量聚乙烯 UHMWPE 超高分子量聚乙烯的强 度非常高 可以用来做防弹衣 五 成型特性五 成型特性 1 结晶料 吸湿小 不须充分干燥 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 2 收缩范围和收缩值大 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 3 加热时间不宜过长 否则会发生分解 4 软质塑件有较浅的侧凹槽时 可强行脱模 5 可能发生融体破裂 不宜与有机溶剂接触 以防开裂 六六 生生产产方方法法 聚乙烯按聚合压力可以分为高压法 中压法 低压法 按介质来分可以分为淤浆法 溶液法 气相法 高压法用来生产低密度聚乙烯 这种方法开发得早 用此法生产的聚乙烯至今约占聚 乙烯总产量的 2 3 但随着生产技术和催化剂的发展 其增长速度已大大落后于低压法 低压法就其实施方法来说 有淤浆法 溶液法和气相法 淤浆法主要用于生产高密度 聚乙烯 而溶液法和气相法不仅可以生产高密度聚乙烯 还可通过加共聚单体 生产中 低密度聚乙烯 也称为线型低密度聚乙烯 近年来 各种低压法工艺发展很快 中压法仅菲利浦公司至今仍在采用 生产的主要是高密度聚乙烯 高压法生产 LDPE 将向大型化 管式化方向发展 而低压法生产 HDPE 和 LLDPE 主 要采用钛系和络系催化剂 欧洲和日本大多采用钛系催化剂 而美国大多采用络系催化剂 我国主要采用齐格勒催化剂的淤浆法 七 用途七 用途 聚乙烯可用吹塑 挤出 注射成型等方法加工 广泛应用于制造薄膜 中空制品 纤 维和日用杂品等 在实际生产中 为了提高聚乙烯对紫外线和氧化作用的稳定性 改善加 工及使用性能 需加入少量塑料助剂 常用的紫外线吸收剂为邻羟基二苯甲酮或其烷氧基 衍生物等 炭黑是优良的紫外线屏蔽剂 此外 还加入抗氧剂 润滑剂 着色剂等 使聚 乙烯的应用范围更加扩大 薄膜是其主要加工产品 其次是片材和涂层 瓶 罐 桶等中 空容器及其它各种注塑和吹塑制品 管材和电线 电缆的绝缘和护套等 主要用于包装 农业和交通等部门 1 薄膜 低密度聚乙烯总产量的一半以上经吹塑制成薄膜 这种薄膜有良好的透明性和一定的抗 拉强度 广泛用作各种食品 衣物 医药 化肥 工业品的包装材料以及农用薄膜 见彩图 也可用挤出法加工成复合薄膜用于包装重物 1975 年以来 高密度聚乙烯薄膜也得到发展 它的强度高 耐低温 防潮 并有良好的印刷性和可加工性 线型低密度聚乙烯的最大用 途也是制成薄膜 其强度 韧性均优于低密度聚乙烯 耐刺穿性和刚性也较好 透明性虽 较差 仍稍优于高密度聚乙烯 此外 还可以在纸 铝箔或其他塑料薄膜上挤出涂布聚乙 烯涂层 制成高分子复合材料 2 中空制品 高密度聚乙烯强度较高 适宜作中空制品 可用吹塑法制成瓶 桶 罐 槽等容器 或用浇铸法制成槽车罐和贮罐等大型容器 3 管板材 挤出法可生产聚乙烯管材 高密度聚乙烯管强度较高 适于地下铺设 挤出的板材可 进行二次加工 也可用发泡挤出和发泡注射法将高密度聚乙烯制成低泡沫塑料 作台板和 建筑材料 见建筑用高分子材料 4 纤维 中国称为乙纶 一般采用低压聚乙烯作原料 纺制成合成纤维 乙纶主要用于生产渔 网和绳索 或纺成短纤维后用作絮片 也可用于工业耐酸碱织物 目前已研制出超高强度 聚乙烯纤维 强度可达 3 4GPa 可用作防弹背心 汽车和海上作业用的复合材料 5 杂品 用注射成型法生产的杂品包括日用杂品 人造花卉 周转箱 小型容器 自行车和拖 拉机的零件等 制造结构件时要用高密度聚乙烯 聚乙烯 PE 是中国通用合成树脂中应用最广泛的品种 主要用来制造薄膜 容器 管道 单丝 电线电缆 日用品等 并可作为电视 雷达等的高频绝缘材料 随着石油化 工的发展 聚乙烯生产得到迅速发展 产量约占塑料总