塑料材料学课件第三章聚烯烃类塑料

1、第3章 聚烯烃类塑料,第3章 聚烯烃类塑料,3.3 聚异丁烯（PIB）,3.1 聚乙烯（PE）,3.2 聚丙烯（PP）,3.4 聚4-甲基-1-戊烯（PMP）,3.3 其它聚烯烃,聚烯烃类的制备,PE 由乙烯单体自由基聚合而成的聚合物，Polyethlele(PE) ； 品种有低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）、线形低密度聚乙烯（LLDPE）、高分子量聚乙烯（UHMWPE）； 单体制备 聚合 1.高压聚合 2.低压聚合 3.中压聚合,PE的制备,聚乙烯结构与性能,塑料材料学,一、聚乙烯（ Polyethylene，PE） 聚乙烯是分子结构最简单、生产量最大、 应用最广的塑料品种

2、。 聚乙烯为无臭、无毒外观呈乳白色的蜡状固体。,PE的结构特点： 1.线形聚合物， 属高分子长链脂肪烃；分子对称无极性，分子间作用力小，力学性能不好、电绝缘性好、熔点低； 2.分子链上含有短的甲基和长的烷基支链，支链越多，其耐光降解和氧化能力越差。 3.分子量越高，力学性能越好；加工性能变差； 4.易于结晶，结晶度提高，制品密度、刚性、硬度、强度等性能提高，但其冲击性能下降。,主要性质特点如下： 化学上的惰性。 良好的韧性和耐低温性。 优异的介电和电绝缘性。 极优的耐溶剂性。 软而韧。,塑料材料学,聚乙烯结构与性能,PE的结构与性能,PE的性能 1.力学性能：一般，只有耐冲击性能较好。耐冲击强

3、度LDPELLDPEHDPE。随密度、结晶度、分子量提高，力学性能增大。,软而韧,2.热性能：随分子量和结晶度的提高而改善。 玻璃化温度低， 支化度增大，密度降低，熔融温度降低 热变形温度很低，热稳定性较好 比热容较大；热导率大，不宜作绝热材料 线膨胀系数较大，制品尺寸随温度变化较大,3.电性能：无极性，电性能优异，吸湿性很小 4.耐化学试剂和耐溶剂性：化学惰性，良好的化学稳定性。 5. 环境老化性能：含支链、双键，耐候性不好，环境应力开裂。 6.燃烧性：极易燃烧。,聚乙烯的加工,一、加工性能 吸水性极小 分子链柔性好 熔体的非牛顿性不明显 比热容较大 结晶能力高 收缩率大 熔体易氧化 品级、

4、牌号多,加工工艺,聚乙烯的应用,薄膜 容器 型材、单丝 电缆包皮 防腐涂层 泡沫制品,塑料材料学,聚乙烯的品种类型(按密度和结构的不同分) 低密度聚乙烯（LDPE）、 0.91-0.925 g/cm3 中密度聚乙烯（MDPE）、 0.926-0.94 g/cm3 高密度聚乙烯（HDPE）、 0.941-0.97 g/cm3 线型低密度聚乙烯（LLDPE） 0.92 g/cm3,聚乙烯结构与性能,结晶度 LDPE： 55-75% HDPE： 90% LLDPE： 70-90%,三种PE链结构比较,1.低密度聚乙烯（LDPE）,塑料材料学,1.低密度聚乙烯（LDPE）: 是一种非线性热塑性聚乙烯，

5、结晶度低，机械强度、阻气性、耐溶剂性都比高密度聚乙烯差；但它的柔软性、断裂伸长率、耐冲击性、透明度则比高密度聚乙烯好。 加工方式： 吹膜、流延、挤出涂布、挤出吹塑和注塑。低密度聚乙烯的最大产品是薄膜。 用途： 普遍运用于食品、服装塑料袋、阻湿层、农用薄膜、日用品塑料和收缩缠绕膜等，以及复合薄膜中的热封和粘合层。,世界LDPE消费结构 薄膜55.0% 涂层制品10.8% 注塑制品8.4% 电线电缆3.9% 吹塑1.9% 其它20.0%,2.高密度聚乙烯（HDPE）,塑料材料学,2.高密度聚乙烯（HDPE） 含支链少，结晶度高达90，有些品种使用温度可达120度，耐寒性能良好。由于密度高，结晶度高

6、，故其机械强度、阻隔性、耐热性等性能均好于低密度聚乙烯。 用途： 多用来制造食品塑料用瓶、罐、桶等中空容器，也可制成薄膜或复合膜。,世界HDPE消费结构 吹塑27.0% 薄膜20.1% 注塑制品19.8% 管材11.5% 纤维4.7% 电线电缆1.2% 其它15.8%,3.线型低密度聚乙烯（LLDPE） 线型低密度聚乙烯（LLDPE）是在结构上介于高密度聚乙烯和低密度聚乙烯之间的一种聚乙烯。 LLDPE用途： 特别适宜制作超薄塑料薄膜、容器,世界LLDPE消费结构 薄膜占74% 注塑6.9% 滚塑3.0% 电线电缆1.7% 其它14.4%,LLDPE以其优良的拉伸性能和延展性在薄膜市场逐步取代

7、LDPE，减少了LDPE在塑料市场的份额。近年来，LLDPE在缠绕膜和旋转成型方面的市场份额不断提高。,二、聚丙烯（Polypropylene，PP）,塑料材料学,二、聚丙烯（Polypropylene，PP） 聚丙烯也是包装中最常用的塑料品种之一。 聚丙烯是以丙烯单体进行聚合的热塑性聚合物。聚丙烯外观与聚乙烯相似，聚丙烯是目前常用塑料中最轻的一种。 种类： 通常有均聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯两类。 特点： 聚丙烯有很高的耐化学性及力学性能。 用途： 聚丙烯树脂常用于制造薄膜和硬的容器。,聚丙烯（PP）的合成,PP的结构与性能,PP侧甲基对其性能的影响： 1.分子链变硬，规整性下降； 2.空间结

8、构改变； 3.叔碳原子使PP化学性质活泼； 4.等规指数影响； 5.分子量对性能的影响。,PP的性能 1.力学性能；绝对值高于聚乙烯,缺点是：韧性不够好，特备是低温脆性,PP的性能 2.热性能：熔融温度较聚乙烯高40-50OC，约164-170OC；耐热性稍 高与聚乙烯；分子量对耐热性影响；比热容、热导率小于 聚乙烯，绝热性优于聚乙烯。 3.电性能：与聚乙烯接近 4.耐化学试剂和耐溶剂性：良好 5.环境与老化性能：易降解；铜害作用 6.燃烧性能：极易燃烧，与聚乙烯类似,品种：, 等规PP：可作为塑料、纤维、橡胶。 间规PP：不单独作塑料使用，是一种很好的改性剂。广泛用在制作热熔胶、压敏胶、溶剂

9、胶等包装用粘合剂上。,均聚聚丙烯Polypropylene , PP,1.均聚聚丙烯,1.均聚聚丙烯,塑料材料学,1.均聚聚丙烯 受结晶及聚合条件的影响，最终聚合物的分子结构存在等规、间规及无规三种不同的丙烯单体的立体构型。 等规聚丙烯是在ZieglerNatta催化剂的作用下，通过控制温度及压力来聚合的高结晶材料，是最常用的聚丙烯形式。 特性： 密度低、熔点高、力学性能好，拉伸强度、屈服强度、压缩强度、挺度、硬度等都优于聚乙烯，尤其是具有较好的刚性和抗弯曲性；耐化学性极好，耐热性良好（150不变形），但耐低温性能远不如聚乙烯。,均聚聚丙烯的应用,塑料材料学,（1）聚丙烯薄膜可以包装食品； （

10、2）应用于复合薄膜的制造； （3）高挺度与易拉性能非常适合缠绕及拉伸应用； （4）可用来制造瓶、罐及各种形式的中空容器。 （5）优良抗弯性和回弹性，可制作盖及本体合一的箱壳。（6）很好的耐热性则可以用于制成耐热的微波食品容器以及耐蒸煮容器。 聚丙烯也是一种极好的注塑材料。 均聚聚丙烯有极好的流变性和很好的加工性能。,2. 无规共聚聚丙烯,塑料材料学,2. 无规共聚聚丙烯 特性： 无规共聚聚丙烯通常含有1.57的乙烯，在分子链上乙烯单体位置的无规律阻碍了顺式聚丙烯分子链的有规立构和高结晶，因此无规共聚聚丙烯具有低结晶度，低熔点，高透明度及柔软性的性能。无规共聚聚丙烯比均聚聚丙烯轻，具有更好的耐低

11、温冲击强度；对酸、碱、醇及低沸点的碳氢化合物有很好的耐化学性。 应用： 无规共聚聚丙烯可用来吹膜或注塑，拉伸薄膜等。,PP的加工与应用,PP的应用 （1）医疗器具，如注射器、盒、输液袋、输血工具、病人用具(盒、杯、壶等)。 （2）一般用途机械零件中的轻载结构件，如壳、罩、手柄、手轮、特别适于制备反复受力的铰链、活页、法兰、接头、阀门、泵叶轮、风扇叶轮等。 （3）汽车零部件。聚丙烯和增强聚丙烯可以制备汽车方间盘、蓄电池壳、空气过滤器壳、启动脚踏板、发动机舱、车厢、通风采暖系统、灯罩、工具箱、消声器等。 （4）家用电器零件和一股家用件，如窗门框架、小折叠椅、盥洗室水槽，箱子与盒子的整体活页、卡扣等

12、。 （5）化工方面，可制备耐热耐腐容器，管道、设备衬里，涂层等。 （6）包装方面，可制备拉伸薄膜、叠层薄膜、单丝、绳索、编织袋等。 （7）电气绝缘薄膜。,2.3聚丙烯的应用,医用消毒器件：注射器、急救箱等,耐水蒸汽,无毒,相对高的强度,相对高的耐热性,优异的耐腐蚀性,优异的电绝缘性,食品、药品包装和日用品。,轻载的机械、汽车零部件。,耐热、耐腐蚀的化工管道、容器、阀门配件等。,电子、电气配件(电信电缆绝缘、电器外壳）。,PP保鲜盒,PP医用流量计,PP阀门,PP反应釜,PP薄膜电容器,PP叶轮,PP汽车保险杠,PP风机轮壳,PP的加工与应用,PP加工性能 1.吸湿性小； 2.成型方法多； 3.

13、熔体粘度小； 4.易结晶，收缩率大； 5非牛顿流体，粘度对剪切速率和温度敏感； 6.熔体弹性大，冷却凝固快，易产生内应力； 7.受热易氧化降解。 加工工艺 聚丙烯可采用注塑、挤出、吹塑、旋塑、热成型、发泡、喷涂等工艺，其中最常采用的是注塑与挤出。,PP的改性 一、与聚乙烯共混 增加韧性 二、与乙丙橡胶共混 增加韧性、耐寒性 三、与其它聚合物共混 四、增强聚丙烯 1.玻璃纤维增强聚丙烯 增强拉伸、弯曲、冲击强度 2.钙塑聚丙烯 提高刚度、硬度、耐热性,PB（聚1-丁烯）的结构与性能,PB结构与性能 一、结构 聚1-丁烯分子链上交替地连接着侧乙基 二、性能 （1）类似于聚乙烯、聚丙烯的优异介电、电

14、绝缘性能。 （2）优异的抗蠕变性、冲击韧性和耐环境应力开裂性，良好的耐寒性，这主要是因为聚1丁烯的分子链比较柔曲，又具有很高的分子量。 （3）良好的化学稳定性和耐溶剂性。 （4）较好的耐热性。 （5）优良的耐磨性和抗挠曲性。 （6）较高的填料填充性。,PB的加工与应用,PB加工与应用 一、加工 聚1-丁烯可以采用注塑、挤出、旋塑、浇铸等方法成型，最重要的成型方法是挤出。用于成型管材、薄膜和单丝等。 其加工性能特点是： （1）熔融加工温度范围约在160240。 （2）吸水率低，仅0.01，不需对粒料预先进行干燥。 （3）成型收缩率大于聚丙烯，低于聚乙烯。 （4）挤出时具有较强的巴拉斯效应，比聚乙

15、烯、聚丙烯更明显。 (5)成型后制品应时效处理不少于一周，以便获得结构稳定的第二晶型。 二、PB的应用 （1）挤出管材，供工业、民用、建筑等方面应用。 （2）挤出单丝和薄膜，其韧性、抗撕裂性皆优异，市场潜力极大。,PMP （聚4-甲基-1-戊烯）结构与性能,PMP结构与性能 一、结构 工业化生产的PMP是等规结构，可以结晶。 PMP奇特的性能是，虽然属于半结晶型聚合物，却是高度透明的材料，在现有半结晶聚合物是绝无仅有的。纯粹的PMP均聚物制品，往往观察到透明度较差，内部似乎有无数微小空洞。 如果将4-甲基-1-戊烯与少量其它-烃(1-丁烯、1-己烯、1-辛烯等)共聚，可以克服上述微空洞现象。,

16、PMP的结构与性能,PMP结构与性能 二、性能 PMP是高度透明的轻质塑料，密度仅0.83g cm3，是现有塑料中密度最小的，透光率可达90，是少数几种透明的光学塑料之一。 PMP由于主链上连有笨重的侧异丁基，使分子链变刚，玻璃化温度和熔融温度比聚乙烯均有大幅度提高， PMP具有优异的介电和电绝缘性能，这些优异的电性能随环境湿度的改变变化很小，因为聚4-甲基-1-戊烯的吸水性极小。电场频率的改变对电性能的影响也很小。作为绝缘材料，PMP的工作温度可以高于聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯等。 PMP质轻、透明、耐腐蚀、透气性优。 良好耐热性，连续使用温度121-160OC,PMP的加工与应用,PMP的

17、加工 PMP可以采用注塑、挤出、吹塑、热成型等工艺方法成型加工。 吸湿率极小 熔体具有假塑性体特征 成型中较大收缩 加工温度范围小 270-300OC,PMP的加工与应用,PMP主要应用在以下几方面： （1）制备透明的医疗没备、器械和用具。 （2）制备化工厂的透明容器和管道。 （3）制备仪器仪表中的耐热透镜、视镜。 （4）制备汽车内照明设备、器件。 （5）制备要求加热的食品容器，如奶瓶；食品烘烤设备器件，如微波炉中的盘碟器皿 （6）制备透明包装薄膜。,3.5 其它聚烯烃,乙烯丙烯共聚物 一、随机共聚物乙丙橡胶 丙烯：50% 无定形共聚物 三元乙丙橡胶 二、立构嵌段共聚物乙丙塑料 丙烯：93-9

18、9.9% 结晶度：80-85% 综合物理力学性能优良,离子聚合物 （Ionomer ） 乙烯-乙酸乙烯共聚物 （EVA） 乙烯丙烯酸乙酯共聚物,3.5 其它聚烯烃,离子交朕聚合物（Ionomer）,塑料材料学,离子交朕聚合物（Ionomer） 离子交联聚合物又称离子型聚合物，是以乙烯为主体，加入110的丙烯酸（或甲基丙烯酸）等单体进行高压共聚并在共聚物主链上引入金属离子（如钠、钾、锌、镁等）进行交联而得的产品。它虽为交联合物，实际上是一种热塑性聚合物。,离子交朕聚合物特性,塑料材料学,离子交联聚合物的主要特性如下： 力学性能好，抗拉强度高于聚乙烯，在低温下性能也很好；表面硬度高，耐磨性好，韧性强、弹性好，具有优良的抗穿刺性和耐折叠性。 耐溶剂性好，耐一般无机酸、碱和油脂；不耐强酸及某些氧化剂和有机酸。 热封合性能极好，相同条件下热科强度几乎是PE、EVAC的10倍，且热封温度宽，在100