高分子材料第二章通用塑料——聚乙烯.pptx

第二章通用塑料聚乙烯,2,改性,性能,结构,合成,概述,3,概述,聚烯烃(Polyolefin,PO)是烯烃聚合物的总称，一般系指乙烯、丙烯、丁烯的均聚物和共聚物。,其中产量最大，用途最广的是聚乙烯和聚丙烯。它们是最大的通用塑料产品之一，其品种牌号为数百种之多，世界年产约占塑料总产量的三分之一。,主要制成板材、管、薄膜、纤维、储槽和容器等，用于工业、农业、医药卫生和日常生活用品。,4,概述,5,概述,国内主要厂家有：北京燕山石化公司、上海石化总厂、兰州化学工业公司和齐鲁石油化学工业公司等。,6,概述,聚乙烯,聚乙烯是分子结构最简单、产量最大的半结晶性热塑性塑料。,成型加工性能也好，可以用各种方法（注射、挤出、吹塑、热成型等）成型制品，用途极为广泛。,聚乙烯的世界年产量约为2700万吨，其中70%是LDPE。,LDPE的70%用来制作薄膜（包装、建筑、农用等），大约10%用作注射制品，其余用于其他方面（如电线、电缆包覆，中空制品等）。,HDPE的四分之三是用于注射及吹塑中空制品（如玩具，工业容器、壳体、家用器皿等）。,LLDPE被称为第三代聚乙烯，代替LDPE，主要用于薄膜，其冲击强度、拉伸强度和延伸性都很高。,7,合成,合成,8,合成,9,10,支化度低，呈线性结构,支化度高，长短支链不规则呈树枝状,规整的短支链结构,结构,聚乙烯是含有碳和氢两种元素的长链脂肪烃化合物。结构单元在大分子链中只有一种键接方式，全部反式键接。聚乙烯链上的单体单元的总数称为聚合度，可以从很低聚合度的聚乙烯蜡（聚合度约为10-20）到很高聚合度的超高分子量聚乙烯（聚合度约为10万）。,11,结构,聚乙烯所含双键数及类型,此外，聚乙烯中还残留有催化剂微量杂质，如LDPE大分子中含有少量氧元素，以-C-O-或-CO-的形式存在；HDPE大分子中含有少量金属杂质，这些都会影响聚乙烯的耐热性、热稳定性和电性能。,聚乙烯大分子中还存在C=C双键，所含双键类型及其比例如下表所示。,12,制品柔软，透气性、透明度高，而熔点低，机械强度低,制品耐热性高，机械强度高,规整的短支链结构使其密度和结晶度与LDPE相似,分子间力较大使其熔点与HDPE相近,抗撕裂性和耐应力开裂性比LDPE和HDPE都高,巨大的分子量，增大了大分子间的缠结程度,冲击强度和抗拉强度成倍增加，具有高耐磨、自润滑性，使用在100以上,结构,13,聚乙烯是有高结晶性的聚合物，高分子的结晶链的构象规整。,最稳定的晶体结构,受力形变,结构,14,斜方晶型聚乙烯的晶体结构,分子链沿c轴平行分布，晶胞内分子链段之间以范德华力结合,链上氢原子之间以次价键相互作用，决定晶胞内分子之间的固定角,结构,15,结构,聚乙烯单晶体电镜照片,聚乙烯树枝晶,高压结晶聚乙烯伸直链晶体断面,球晶,聚乙烯属高结晶性聚合物，高分子结晶链的构象规整，根据不同的结晶条件可形成单晶、球晶、伸直链晶体等。,密度或试验速率增大温度降低,性能,16,LDPE软而弱，其强度低，伸长率高（100-800%）,HDPE软而强，其强度、模量、硬度都比LDPE高，伸长率较高（15-100%）,LLDPE具有HDPE的强度，又有LDPE的柔软性,以上三种都存在蠕变大、尺寸稳定性差，不能作结构件。,UHMW-PE是强而韧的材料,耐磨性居塑料之冠，比尼龙66和聚四氟乙烯高4倍，比碳钢高6倍。冲击强度列塑料之首，为PC的2倍，ABS的5倍，且能在液氮温度（-196）下保持高韧性。应用领域：防弹纤维，齿轮、轴承等。,性能,17,线型HDPE和UHMW-PE的Tg为-78-100；支化LDPE和LLDPE的Tg为-110-125,性能,18,根据聚乙烯熔体的流动性去设计制品的厚度。在选定制品的厚度时，还应考虑其收缩率的影响关系。,聚乙烯,性能,19,20,加工温度低，范围宽。（熔体加工，一般为150210范围内进行）,聚乙烯吸水率低，一般成型前不需干燥处理,聚乙烯是结晶性塑料，收缩率大，方向性明显，制品易产生翘曲变形,聚乙烯熔体属于非牛顿假塑性流体,商品聚乙烯平均分子量范围宽，粘度变化大,耐热氧化性差，需添加防氧剂。,性能,21,性能,聚乙烯熔体属于非牛顿假塑形流体。它的剪切应力与剪切速率之间呈非线性关系。,熔体粘度对剪切速率敏感，即粘度随剪切速率的提高而大幅度降低，而随温度升高粘度降低幅度小。,HDPE、LLDPE熔体的假塑形要比LDPE小,22,LDPE、LLDPE与HDPE成型加工性能比较,性能,在使用中，为了进一步提高聚乙烯对紫外光和氧的抵抗力，避免其在成型中粘结设备，以及改进其光泽和扩大其应用范围等，还需适当加一些助剂。,易燃，常用阻燃剂有：氢氧化铝、三氧化二锑、四溴(或十溴)二苯醚和氯化石蜡等。,防老,着色,阻燃,其它,主要是无机颜料，其次是有机颜料。,易老化是聚乙烯最大的弱点，常加入抗氧剂和光、热稳定剂来防止其老化。用于聚乙烯的抗氧剂，过去曾广泛使用胺类，现在几乎只使用酚类。聚乙烯中添加炭黑可以提高耐候性。,防止膜间粘连：加入硅石粉、油酸酰胺、芥酸酰胺；防止膜及片材表面结雾：加入防雾剂如甘油脂肪酯等；添加发泡剂获得泡沫塑料。,改性,改性,23,24,经电子、及高能射线辐照交联,与有机过氧化物和其它添加剂配混后造粒，成型加工成制品，热处理达到交联。,提高耐热性，改善制品尺寸稳定性、耐蠕变性及应力开裂性。,聚乙烯通过溶液法或悬浮法直接氯化制得含氯量20%-40%的CPE。CPE的性能受聚乙烯的结构和氯化度的影响，氯含量20%时呈橡胶状，大于30