常见通用塑料简介剖析

通用塑料 1 概述2 通用塑料实例2 1聚乙烯2 2聚丙烯2 3聚氯乙烯2 4聚苯乙烯 塑料 plastics 定义 以树脂为主要成分 以增塑剂 填充剂 润滑剂 着色剂等特定用途的添加剂 经加工成形的固体材料 1 概述 塑料与树脂的区别 通用塑料是产量最大的 约占塑料总产量的80 按照受热后的性质分为热塑性塑料和热固性塑料 人们日常生活中使用的许多制品都是由这些通用塑料制成 通用热塑性塑料有聚乙烯类 聚丙烯类 聚氯乙烯类和聚苯乙烯类等 通用热固性塑料有酚醛树脂 环氧树脂 不饱和聚酯及氨基树脂等 2 1聚乙烯 PE产量约占世界塑料的1 3 高居首位 主要内容 1 聚乙烯的结构 线性聚合物 高分子长链脂肪烃柔顺性很好的热塑性聚合物分子对称 无极性基团 分子间作用力小分子链的空间排列呈平面锯齿形 可反复折叠并整齐堆砌排列形成结晶 2 1聚乙烯 PE 乙烯单体经自由基聚合而成 2 1聚乙烯 如丙烯 1 丁烯 1 辛烯 支链少 结构规整易结晶 1 聚乙烯的结构 PE品种 高密度聚乙烯 HDPE 低温低压法低密度聚乙烯 LDPE 高温高压法线性低密度聚乙烯 LLDPE 乙烯与 烯烃共聚超高分子量聚乙烯 UHMWPE 交联聚乙烯 X PE 1 聚乙烯的结构 PE分子链中含有少量的支链 LDPE 20 30个侧甲基 1000个主链CHDPE 5个侧甲基 1000个主链CLDPE含有更多的支链 乙基 丁基或更长的支链 和更宽的分子量分布 2 1聚乙烯 结晶度 密度 拉伸强度 支链数目 透明性 流动性 MI 总结 LDPE和HDPE在下列性能上的对比 L H L H L H L H L H L H 2 聚乙烯的性能 物理性能 无味 无毒 乳白色蜡状固体 密度0 91 0 96g cm3 透水率低而透气性较大 易燃力学性能 一般 软而韧聚乙烯的力学性能各项指标中 除了冲击强度较高外 其它力学性能在塑料当中比较低 取决因素 密度 结晶度 分子量化学稳定性 良好60 以下一般不溶于溶剂 只是不耐强氧化剂 2 1聚乙烯 热性能 耐热性不高Tg在塑料中是很低的 LDPE使用温度 80 HDPE使用温度 121 请思考 为什么PE料不适合做开水杯 电性能 优异 无极性 吸湿性低 PE的介电损耗和常数几乎与温度和频率无关 可用于高频绝缘 抗氧剂 环境性能 日光照射使制品变脆原因 氧化生成的羰基吸收光波某些高能射线照射 引起交联和变色 炭黑 改善途径 提高PE分子量 降低分子量分散性 分子链交联 2 1聚乙烯 2 聚乙烯的性能 3 聚乙烯的加工工艺 加工前原料可以不必干燥PE的吸湿性很低注意选择合适的熔融流动速率 MFR 注塑和薄膜吹塑成型 PE熔体流动速率要高 分子量分布要窄 支链要少 挤出和中空吹塑成型 PE熔体流动速率要低 分子量分布要宽 以保证制品表面光滑 加工时注意点 2 1聚乙烯 在熔融状态下进行 如注塑 挤出 吹塑 压制等 在190 下聚乙烯熔体在21 2N的压力下每10min挤出的质量 单位 克 10min 常用聚乙烯的用途 2 1聚乙烯 低密度聚乙烯 LDPE 农用膜 地膜 各种轻 重包装膜 编织内衬 涂层 各种管材 电线电缆包覆 2 1聚乙烯 高密度聚乙烯 HDPE 包装中空容器 注塑容器 鱼网丝 管材 机械零件等 2 1聚乙烯 线性低密度聚乙烯 LLDPE 高抗伸强度 抗穿透性 抗撕裂性和伸长率 65 用于制作薄膜 2 1聚乙烯 4 其它种类PE 平均相对分子量 通常100 300万 最高达600 700万 其分子结构与HDPE的基本相同 线性结构极佳耐磨性 突出的高模量 高韧性及耐环境应力开裂性制备方法 低压聚合加工方法 分子量极高 熔体粘度极大 结晶度70 85 粉末压制烧结 挤出 注塑 加低分子量PE或助剂 用途 各种机械部件 人工关节UHMW PE纤维 缆绳 渔网 防弹衣 雪橇等 汽车配件 绳索 滑动轴承 轴套等 1 超高分子量聚乙烯 UHMW PE 2 1聚乙烯 常用PE性能汇总 2 1聚乙烯 平均相对分子量 500 5000 主要作为塑料加工时的助剂 2 低分子量聚乙烯 LMWPE 聚乙烯蜡 网状结构 热固性塑料 用途 电线 电缆 热收缩管等交联方法 辐射 化学交联 3 交联聚乙烯 2 1聚乙烯 聚乙烯的力学性能 冲击强度 LDPE LLDPE HDPE拉伸强度 LDPE LLDPE HDPE随密度 结晶度和相对分子质量的提高 其力学性能增大耐环境应力开裂性不好 但当相对分子质量增加时 有所改善 2 1聚乙烯 聚丙烯 PP 发展最快的塑料品种 产量仅次于PE PVC 按结构分为等规 间规 无规三种 等规PP占到90 以上 熔点160 176 无规PP呈粘稠状 不能用于塑料 只用于改性载体间规PP属于高弹性塑料 电绝缘性和耐化学腐蚀性优良 力学性能和耐热性在通用热塑性树脂中最高 价格在所有树脂中最低玻璃纤维 PP具有高强度 优点 2 2聚丙烯 聚丙烯的结构 侧甲基的位阻效应 螺旋形结构侧甲基在空间三种排列方式 等规 间规 无规 三种PP性能差异很大 等规PP 结构规整性好 结晶度高 良好的力学性能 无规PP 无定型材料 不能单独使用 间规PP 介于两者之间聚丙烯与聚乙烯结构类似 性能上有相同 电性能和溶解性 和差异 力学性能和热性能 2 2聚丙烯 聚丙烯的物化性能 白色蜡状固体 密度约在0 89 0 92g cm3 是塑料中除聚4 甲基 1 戊烯之外最轻的品种 聚丙烯比聚乙烯略透明些 力学性能 与PE相比 其强度 刚度和硬度都比较高 光泽性也好 但在塑料中仍属偏低的电性能 非极性聚合物 优异的电绝缘性能 但存在低温脆性 其在绝缘领域的应用不如PE和PVC 主要在电信电缆 电器外壳方面 高结晶或填充增强 2 2聚丙烯 耐化学药品性 非极性 很好的耐化学腐蚀性 在室温下不溶于任何溶剂 仅不耐强氧化剂环境性能 叔碳上的氢 耐候性差 抗氧剂和光稳定剂燃烧性能 易燃 与聚乙烯类似 2 2聚丙烯 聚丙烯的物化性能 聚丙烯主要添加剂 抗氧剂成核剂 使聚合物结晶速度提高 球晶数目增加和球晶尺寸减小 如苯甲酸钠和碱性二甲酸铝其它如光稳定剂 着色剂 填充剂 增强剂 阻燃剂等 2 2聚丙烯 聚丙烯成型方法 注塑成型挤出成型中空吹塑 聚丙烯的改性 低温脆性大 8 8 耐热氧老化 不易染色热形变温度低 102 收缩率大 缺陷 改性方法 聚丙烯合金 与HDPE 乙丙橡胶 热塑性弹性体共混 韧性 耐寒性 耐磨性 填充聚丙烯 CaCO3 CaSO4 滑石粉等各种填料 硬度 热形变温度 成型收缩率及线膨胀系数都有所改善增强聚丙烯 玻璃纤维 2 2聚丙烯 常用乙丙橡胶作增韧剂 三元乙丙橡胶 EPDM 增韧PP性能很好 加入10 就有明显的效果 耐候性优 不过破胶有一定困难 流动性也不太理想 一般EPDM与PP共混 可以得到综合性能良好的改性PP 常用于汽车保险杠和安全帽 2 2聚丙烯 聚丙烯的增韧改性 Fig EffectofEPDMcontentonthemechanicalpropertiesofPP 2 2聚丙烯 聚丙烯的增韧改性 通用树脂注塑制品 各种日用品 桶 盆 瓶盖等 挤出制品 单丝 绳索 渔网 扁丝 编织袋 纤维 地毯 草坪 无纺布等 专用树脂专用树脂有三个特征 一是技术含量高 档次高 二是用途专一 三是附加价值较高 我国仅有7个种类PP专用料 BOPP专用料 流延膜专用料 纤维专用料 烟用丝束专用料 洗衣机专用料 汽车专用料 家电专用料 聚丙烯的应用 2 2聚丙烯 汽车中聚丙烯材料零部件 2 2聚丙烯 聚氯乙烯 PVC 结构 最早工业化塑料品种之一 目前产量仅次于PE 居第二位 工业上以悬浮聚合为主 约占PVC产量的80 90 分子中各单体基本上是头尾相接 氯 氢原子空间无序排列 无定形结构 结晶度 10 电负性较强的Cl 的引入 增大分子链间的作用力 链的刚性也增大 并赋予优良的阻燃性能 1 结构特点 2 4聚氯乙烯 聚氯乙烯的物化性能 白色坚硬粉末或糊状 密度为1 35 1 45g cm3 力学性能 与PE相比 其强度 刚度和硬度都比较高 电性能 较好极性聚合物 电绝缘性能不如聚烯烃热稳定性差 Tg为80 Tm为160 140 开始分解HClPVC耐气侯变化性强于PE PP 但长时间也发生降解 脱出HCl 使制品变黄PVC对氧化剂 还原剂和强酸都有很强的抵抗力 然而它能够被浓氧化酸如浓硫酸 浓硝酸所腐蚀且不适用与芳香烃 氯化烃接触 2 4聚氯乙烯 聚氯乙烯的添加剂 稳定剂 提高PVC分解温度常用热稳定剂 硬脂酸盐 环氧化合物和铅的化合物等 光稳定剂有炭黑 氧化锌等遮光剂 增塑剂 熔点低的低分子化合物来增加大分子链间距离 从而增大分子链的柔顺性 降低熔融温度分为硬质PVC 软质PVC和半硬质PVC常用增塑剂 邻苯二甲酸二辛酯 DOP 邻苯二甲酸二丁酯 DBP 解决热稳定性 2 4聚氯乙烯 填充剂 填料 提高塑料的力学 电学性能或降低成本等 如加入铝粉可提高光反射能力和防老化 加入二硫化钼可提高润滑性 常用填充剂 云母粉 石墨粉 炭粉 氧化铝粉 木屑 玻璃纤维 碳纤维等 增色剂 常用有机颜料和不溶性无机颜料 2 4聚氯乙烯 聚氯乙烯的添加剂 聚氯乙烯的加工性能 热稳定性较差 加稳定剂 铅化合物 马来酸等 PVC熔体的粘度较大 要适当添加增塑剂 常用邻苯二甲酸酯类 熔体强度较低 易产生熔体破裂和制品表面粗糙等现象 在挤出时不宜采用高速 可加增塑剂 挤出成型 薄膜 片材 管材 异型材 供水管道 房屋墙板等 注射成型 阀门 壳件 电器插头等压延成型 人造革 壁纸等压制成型 硬板 鞋底等 2 4聚氯乙烯 聚氯乙烯常用的改性品种 高聚合度聚氯乙烯用途广泛的聚氯乙烯品种 与普通聚氯乙烯分子结构基本相同 但相对分子量大 平均聚合度为2000 3000 且分子链长 链规整性及结晶度都增加 分子链间的缠结点增多 类似橡胶的结构 具有橡胶的弹性 比普通聚氯乙烯制品的力学性能好 拉伸强度 耐磨性 耐高低温性 耐老化性都有提高 压缩变形小 回弹性高 可替代橡胶制品 而且其加工工艺简单 成本低廉 共聚改性氯乙烯 乙酸乙烯共聚物乙烯 乙酸乙烯 氯乙烯共聚物氯乙烯 丙烯共聚物氯乙烯 丙烯酸酯共聚物 2 4聚氯乙烯 聚氯乙烯常用的改性品种 氯化聚氯乙烯 CPVC 提高耐热性CPVC的含氯量为66 68 而普通PVC的含氯量不足59 氯含量的增加可使PVC的热变形温度和玻璃化温度都有所提高 PVC的使用温度不超过80 而CPVC的使用温度可达105 CPVC的拉伸强度 耐磨性 耐老化性 阻燃性都比PVC有所提高 共混改性 聚氯乙烯合金 改善抗冲击性能聚氯乙烯丁腈胶PVC CPE 氯化聚乙烯 PVC EVA 乙烯 醋酸乙烯酯 PVC ABS 2 4聚氯乙烯 聚氯乙烯用途 2 4聚氯乙烯 聚氯乙烯 PVC 2 4聚氯乙烯 聚苯乙烯类树脂 1 聚苯乙烯 PS Polystyrene 2 高抗冲聚苯乙烯 HIPS Highimpactpolystyrene 3 ABS树脂 Acrylonitrile butadiene styrene 2 5聚苯乙烯 通过自由基聚合而成 本体 悬浮 溶液 乳液 优点 最容易加工品种之一 流动性好 加工温度范围宽成本低 刚性大 透明度好 易着色 易印刷 电绝缘性好 1 聚苯乙烯 PS Polystyrene 2 5聚苯乙烯 缺点 韧性差耐热性低易氧化降解 2 5聚苯乙烯 1 聚苯乙烯 PS Polystyrene 结构特点 体积较大的侧苯基使PS分子链刚性和脆性较大 Tg比PE PP高 属于一种硬而脆的材料侧苯基无规分布 无定形聚合物 很高的透明性侧苯基使主链上 氢原子活化 易于氧化 制品长期户外使用变黄变脆 共轭体系赋予高耐辐射性能热导率低 基本不随温度变化 良好绝热保温材料 1 聚苯乙烯 PS Polystyrene 2 5聚苯乙烯 物化性能 无色 无味的透明刚性固体 透光率达88 90 质硬 落地有金属般的声音 相对密度1 04 1 07之间 尺寸稳定性好 易燃烧 伴有浓烟 力学性能 硬而脆的材料 拉伸 弯曲等性能在通用塑料中是很高的 但冲击强度很低 热性能 耐热性很差 热变形温度在70 95 最高使用温度为60 80 热导率低 不随温度变化而变化 是良好的绝热保温材料 PS泡沫是广泛使用的绝热保温材料 电性能 非极性聚合物 很少加人填料和助剂 具有良好的介电性能和绝缘性 2 5聚苯乙烯 1 聚苯乙烯 PS Polystyrene 化学性能 化学稳定性好 可耐各种酸 碱 但可溶于苯 甲苯等有机溶剂 主链上的 氢原子易活化 耐候性不好 制品会变黄变脆 使用时要加人抗氧剂 但它有很好的耐辐射性 物化性能 加工性能 2 5聚苯乙烯 1 聚苯乙烯 PS Polystyrene PS是非晶聚合物 没有明显的熔点 开始熔融到分解的温度很宽 在120 180 热稳定性好 成型加工很容易 可采用注射 挤出 发泡 吹塑等多种方法加工 吸湿率低 约为0 01 0 2 加工前不需干燥 应用 通用型GPPS 成本低 刚性大 透明度好 电性能不受频率的影响 广泛应用于仪表外壳 汽车灯罩 照明制品 各种容器 光导纤维 高频绝缘用品等可发性EPS PS泡沫塑料 质量轻 热导率低 吸水性小 抗冲击性好 用于建筑 运输 冷藏 化工等各种保温 绝热和减震材料 1 聚苯乙烯 PS Polystyrene 2 5聚苯乙烯 组分 PS和橡胶制备方法 机械共混 直接在挤出机共混 橡胶用量为10 20 两者相容性有限 橡胶在PS中分散不均匀 因此增韧效果不明显 接枝共聚 顺丁 丁苯橡胶溶在苯乙烯单体中进行本体或悬浮聚合 得到丁二烯和苯乙烯的嵌段共聚物 并含有苯乙烯侧枝链 这种共聚物改善了机械混合的不均匀性 韧性大幅度提高 是HIPS的主要生产方法 2 高抗冲聚苯乙烯 HIPS HIPS 优良冲击性能 还具有PS的大多数优点 如尺寸稳定性好 刚性好 易于加工 光泽度好等 适于制造各种电器零件 设备罩壳 冰箱内衬及一次性用具 改善脆性大 耐热性低的缺陷 2 5聚苯乙烯 组分 丙烯腈 丁二烯 苯乙烯三元共聚物 acrylonitrile butadiene styrene 简称ABS 3 ABS树脂 制备方法 AS共聚物中加入B进行接枝共聚 丁腈橡胶与AS树脂共混组成可调 A 20 40 B