教案-单元1-3聚乙烯

1、安徽职业技术学院课 程 教 案系 部 建筑工程系 授课教师 桑永 王中立 谢金刚 课程名称 塑料材料与助剂 章节名称 聚乙烯 2015年4月一、单元名称（教学章节或主题）：单元1-3 聚乙烯1、聚乙烯的分类；2、聚乙烯的结构与性能；3、聚乙烯的选用；4、特殊种类的聚乙烯及其应用。二、目标与要求：1、聚乙烯结构分类的表述与理解能力；2、掌握导致不同种类聚乙烯结晶度不同的原因；3、了解聚乙烯的常见物理、化学性质；4、能够根据产品的特性选用不同种类的聚乙烯材料。三、重难点：重点：1、聚乙烯的分类；2、聚乙烯的结构与性能；难点：3、聚乙烯的选用；4、特殊种类的聚乙烯及其应用。四、教学内容：1、聚乙烯的

2、合成乙烯的聚合（1）低密度聚乙烯 LDPE是在压力100300MPa、温度150300的高温高压条件下，以微量的氧或有机过氧物、偶氮化合物等作引发剂，采用本体聚合工艺生产的。乙烯高压聚合属于自由基型聚合机理，突出的特点是反应温度下链转移反应相当显著，因此，高压法生产的LDPE常有较多的支链。通过改变反应温度、压力、引发剂种类和用量等均可不同程度地改变LDPE的支化度、相对分子质量及其分布。一般，LDPE的密度为0.9100.925g/cm3。（2）高密度聚乙烯 我国各树脂生产厂家多采用齐格勒催化剂的浆液法。该法是将纯度为99%以上的乙烯在催化剂四氯化钛和一氯二乙基铝的存在下，于0.10.5MP

3、a压力和6080的溶剂(多采用汽油)中进行聚合，聚合后的浆状物经醇解(破坏残余催化剂)、水洗、干燥、造粒，即得到粒状HDPE。HDPE的密度为0.9410.965g/cm3.2、聚乙烯的结构2.1聚乙烯的化学结构（1）PE是碳氢化合物，属于高分子长链脂肪烃，为非极性聚合物，分子间作用力小，力学强度较低，。（2）易燃。（3）支化。2.2聚乙烯的结晶性（1）结晶能力强 PE分子间力小，分子链柔顺性好，基本结构简单、规整，结晶能力强。（2）结晶与与密度高度支化的PE结晶度低，分子堆砌不紧密，结晶度为65%75%，因而密度也小，为0.9100.925g/cm3。支化度较低的PE为HDPE，结晶度为80

4、%95%，密度为0.9410.965g/cm3。（3）结晶对性能的影响 透明度降低；拉伸强度、硬度、刚度、耐磨性、耐热性和耐化学药品性提高。2.3聚乙烯的相对分子质量PE的相对分子质量通常在1.530万之间，LDPE一般不超过7万，HDPE一般不超过30万，而UHMWPE平均相对分子质量在100万以上。随相对分子质量的提高，PE的力学性能、耐低温性能、耐环境应力开裂性能都有所提高，但熔体黏度也随之增大，成型加工性能变差。因而在成型加工中既要考虑制品使用性能的要求，又要满足成型加工的顺利进行。3、聚乙烯的性能纯净的PE是乳白色蜡状物，无味、无臭、无毒。工业上为使用和贮存的方便通常在聚合后加入适量

5、的塑料助剂进行造粒，制成半透的颗粒状物料。PE易燃，燃烧时有蜡味，并伴有熔融滴落现象。3.1力学性能（1）一般而论，LDPE柔韧，耐冲击；而HDPE的拉伸强度，刚度和硬度较高。（2）环境应力开裂环境应力开裂是指在某种环境条件下，长时间或反复施加低于塑料力学性能的应力而引起塑料外部或内部产生裂纹的现象。长期与化学试剂接触的制品时应选用相对分子质量较高的HDPE品种。3.2热性能HDPE的熔点约为125137，LDPE的熔点约为105120。一般认为在78以下。这就使得PE在较低的温度(50)下仍具有较好的韧性。LDPE的连续使用温度在60以下，HDPE在80以下。化学性能（1）透气性 PE的透气

6、性随密度的增加而减小，HDPE的透气性远低于LDPE。与其它塑料品种比较，PE对O2，N2，CO2等的透气率较大，但对水蒸气的透过率低。因此，PE薄膜不适宜长时间包装需保持香味的物品，但适合于防潮或包装需防止水气散失的物品。（2）化学稳定性PE是非极性结晶聚合物，因而具有优良的化学稳定性。（3）耐老化性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。可在PE中添加抗氧剂和光稳定剂等提高耐老化性性能，。3.4电性能PE是大分子链中仅含有碳、氢原子的聚合物，分子结构中没有极性基团，因此具有优异的电性能。在重要场合作

7、为电绝缘材料应用时为改善PE的力学性能、耐老化性能和耐热性常通过化学改性将PE制成PE-CL使用。3.5卫生性PE分子链主要由碳、氢构成，本身毒性极低，被认为是卫生性最好的塑料品种之一。3.6成型加工性能LDPE一般在180左右，HDPE一般在220左右，最高成型加工温度通常不超过280。易成型，易加工。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的熔体黏度对剪切速率敏感，随剪切速率的增大下降得较多。但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。不论采取快速冷却或缓慢冷却，都应尽量使制品各

8、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。由于结晶，PE熔体冷却后收缩率较大，一般成型收缩率为1.5%5.0%。PE属于化学惰性材料，印刷性能较差，为增加油墨与其表面的结合牢度，可对制品表面进行电晕处理或火焰处理。4、聚乙烯的选用MFR增大，PE的相对分子质量降低，熔体黏度小，流动性好，成型加工温度低，易于成型，但制品的力学性能较差，反之则反。聚乙烯的MFR与用途的关系用 途LDPE的MFRLLDPE的MFRHDPE的MFR管材板、片单丝、扁丝、牵伸带重包装薄膜轻包装薄膜电线电缆、绝缘层中空制品注射成型制品涂覆旋转成型制品0.220.340.32270.120.341.5504

9、2000.75202.3503.3111.02520.5205.0103.0204.1低密度聚乙烯（1）薄膜 （2）涂覆 LDPE的性能特点使其成为十分适合挤出涂覆的塑料品种之一，常选用MFR4g/10min品种。LDPE涂覆材料可用于牛奶无菌包装、食品包装、磁带和软盘等工业品的包装。（3）其它 LDPE注塑成型主要用于生产日用品、容器盖、玩具及其它小商品；中空成型用于生产日用和医用瓶子，以及韧性的软包装和罐衬里。3.2高密度聚乙烯（1）中空容器 HDPE用于中空容器的生产，充分体现出了其力学性能高、使用温度范围宽、化学稳定性好、防水防潮、卫生性好的优点。HDPE瓶广泛用于食品、化学品、药品、

10、化妆品、洗涤剂等的包装，而桶和大型容器主要应用于工业包装、汽车、运输等领域。随着表面处理和多层吹塑技术的发展，HDPE中空制品会得到更广泛的应用。（2）挤出成型 挤出成型HDPE制品包括薄膜、管材、片材、板材、单丝等，其中HDPE薄膜和管材近年来发展迅速，产量占HDPE总产量的四分之一左右。（3）注塑成型 注塑成型制品是HDPE又一个重要应用领域。用于注塑成型的HDPE的MFR分布较宽，约为0.520g/10min，可根据产品性能和成型加工的要求进行选用，其中MFR为810g/10min的HDPE最为常用。注塑产品主要有工业用容器、周转箱、运输箱、货盘、垃圾箱、机械零件、桶、盆、篓、家用器皿、

11、玩具等。3.3线型低密度聚乙烯（1）LLDPE的结构和特性 概括地说，LLDPE比LDPE具有更高的拉伸强度、撕裂强度、冲击强度和刚度，以及良好的耐环境应力开裂性。在加工性能方面，LLDPE熔体的剪切黏度较大，黏度对剪切速率的敏感性稍差；LLDPE熔体延伸性能好，但熔体强度低，易产生拉伸稀化现象；LLDPE熔点较高，因而成型加工温度也高于LDPE。（2）LLDPE的应用 LLDPE的挤出产品以出吹塑薄膜主。与LDPE薄膜相比，LLDP薄膜强度高，韧性好，撕裂强度高，耐穿刺性好，耐热性和耐寒性能优越，被广泛用作包装袋、冷冻袋、蒸煮袋、购物袋、垃圾袋，以及工业包装和农膜。在吹塑薄膜成型加3.4超高

12、相对分子质量聚乙烯UHMWPE的分子结构与HDPE基本相同，所不同的是HDPE的相对分子质量较低，几万至几十万不等，而UHMWPE的相对分子质量一般均超过百万。UHMWPE的特性 UHMWPE的特性可概括为下述几方面：一般UHMWPE的密度为0.9300.940g/cm3，随着相对分子质量的增加密度减小； 优异的冲击强度是UHMWPE的突出特性之一，它在常温下的冲击强度可与高抗冲材料聚碳酸酯媲美，而优于常用的工程塑料。在目前工业生产的所有塑料中，UHMWPE的耐磨性名列前茅，并优于某些金属材料（如碳钢、不锈钢、青铜等）。 UHMWPE具有优异的耐低温性能，即使在40时仍能保持较高的冲击强度。把

13、UHMWPE制成的薄膜放置在液氮瓶中（196），并使薄膜在液氮中反复折叠l00次而没有发生脆裂。这种优异的耐低温性使UHMWPE很适合在超低温条件下应用。 （2）UHMWPE的成型加工与应用 随着成型加工技术的发展，UHMWPE的应用领域正逐步扩大。20多年来，从最早应用UHMWPE的纺织工业和造纸工业，逐步扩大到食品工业、机械工业、化学工业、采矿工业以及运动器械、医疗器械、建筑机械、航空、船舶诸方面。3.5茂金属聚乙烯茂金属催化剂于上世纪50年代问世，但直到80年代中期才在开发和应用方面取得突破性进展，并于1991年由美国埃克森（Exxon）公司首先用于聚合LLDPE获得成功，标志着茂金属聚

14、乙烯（mPE）进入工业化生产阶段。目前，茂金属聚合物已从茂金属聚乙烯延伸到茂金属聚丙烯（mPP）、茂金属聚苯乙烯（mPS）等方面，它使这些材料的结构和性能发生了显著变化，展现了良好的应用前景。3.6交联聚乙烯与普通聚乙烯相比，PE-CL具有卓越的电绝缘性能、更高的冲击强度及拉伸强度、突出的耐磨性、优良的耐应力开裂性和耐蠕变性及尺寸稳定性，耐热性好，使用温度可达140，用作绝缘材料甚至可达200，而且耐低温性、耐老化性、耐化学腐蚀性和耐辐射性也有所提高。由于PE-CL所具有的优异性能，从上世纪60年代开始就用于制造耐热和耐高压、高频的绝缘材料和电线电缆包覆物，在国防、机械、电气等方面得到广泛应用。近年来，我国采用硅烷交联法生产PE-CL管和铝塑管广泛用于建筑等方面。此外，PE-CL还用于生产薄膜、泡沫塑料、化工设备衬里及容器、阻燃建材等。五、教学手段与方法：采用PPT课