聚乙烯及其共聚物

聚乙烯及其共聚物聚乙烯(Polyethylene,简称PE),是半结晶性高分子化合物。

在分子链中仅含有C、H两种元素,其分子结构式为一(CH2一CH2一)n,相对分子质量都在1500以上,它是非极性物质。

乙烯单体聚合有高压法、中压法与低压法。

此外,尚有流化床气相法、浆料浆料法、溶液法生产支链少的线型低密度聚乙烯法。

聚乙烯有很好的性能,如可以耐-70℃的低温,耐化学药品腐蚀性,耐辐射性,优异的电绝缘性能等。

由于聚乙烯结晶的程度和分子量的不同,其密度、机械强度诸特性也均不相同。

因此聚乙烯可根据密度和分子量来分类:低密度聚乙烯(LDPE), 密度为0.910~0.925g/cm3，中密度聚乙烯(MDPE), 密度为0.926~0.940g/cm3，高密度聚乙烯(HDPE), 密度为0.941~0.965g/cm3，线性低密度聚乙烯(LLDPE), 密度为0.915~0.931g/cm3，一、低密度聚乙烯（ＬＤＰＥ）低密度聚乙烯(LDPE)也叫做高压聚乙烯,是由乙烯单体聚合而成。

低密度聚乙烯由于按游离基聚合历程进行反应,所以易发生链转移,产品中存在大量支链结构,分子结构缺乏规整性,因此LDPE的结晶度较小,为65% ~75%,密度较低,为0.910~0.93g/cm3，分子量一般为25000左右。

LDPE的电绝缘性能良好,基本不受温度和频率的影响。

其力学性能、化学性、热性能、透气性、耐老化性能均良好。

低密度聚乙烯物理力学性能见表2-1。

表2-1密度聚乙烯物理力学性能(一) 低密度聚乙烯性能⑴低密度聚乙烯呈乳白色半透明蜡状固体颗粒,无毒无味。

薄膜的透明度较好,密度低,由于分子链上有部分长、短支链,故是典型的结晶度型聚合物,熔点为105~126℃。

(2)有良好的韧性、耐低温性,脆化温度-60~-80℃,连续使用温度为82~100℃.其刚性小,蠕变性、热膨胀性大。

(3)电性能优,特别是高频绝缘性能优异。

(4)吸水性极低,具有良好的阴湿性,但对CO2、有机性臭气渗透性大,对水蒸气、空气的渗透性差。

(5)粘附性、粘合性、印刷性差,需经表面处理(化学侵蚀、电晕处理等)方可改善。

(6)易燃,且有烧滴现象,燃烧温度为625~650℃,在空气中的燃烧浓度为85~370 g/m3。

燃烧时有石蜡味,火焰无烟无色。

在日光、热作用下易老化降解而变色(由白变黄直至变成褐色),且性能变坏,甚至龟裂,但可添加抗氧剂或紫外线吸收剂加以改善。

(7)易加工成型,在化学交联剂或高能辐射下可部分交联,以提高刚度、耐热性和耐溶剂性等。

(8)化学稳定性较好,对酸、碱、盐和60℃以下的一般有机溶剂都很稳定。

(9)易带静电,高速生产装置上需安装静电去除器.(二) 低密度聚乙烯成型与用途低密度聚乙烯加热后,形成粘度适中即开始熔融,其熔点T m=106~112℃,熔体粘度随温度升高而减小,成型加工温度范围大,成型加工性能好,各种热塑性塑料的成型加工方法均可适用。

采用挤出机可连续生产管材、棒材、板材、片材、单丝、扁带、电线包覆、护套、异型材等;可以生产各种空中容器、瓶及吹塑薄膜,如农用薄膜、地膜及各类包装材料。

此外,可用于纸、布、铝箔等表面涂覆。

采用注射成型机可以生产各式各样工业部件、玩具、包装品、日用品,如托盘、盘、杯、碟、桌子、椅子、门窗等,也可以用于滚塑、发泡、热成型、热封焊和热焊接等成型。

(1)挤塑。

挤塑成型是低密度聚乙烯主要的成型方法之一,其中以挤塑薄膜为最。

其挤出温度随制品不同而变化,大体挤塑管材温度:机身温度后部为90~100℃,中部为100~140℃,前部为140~160℃,口模温度为140~160℃。

螺杆转速为40~60r/min。

生产低密度聚乙烯薄膜方法有压延法、吹塑法和直接挤出法等多种形式。

通常吹塑法的料筒温度:后部为140~160℃,前部为160~175℃,模具温度为150~170℃.吹塑比: 1.2~2.5,牵引速度: 10~60r/min.。

它是将塑料先挤成薄膜管,然后趁热用压缩空气将其吹胀到规定尺寸,再冷却定型后制得的。

挤出片材温度为:168~180 ℃,挤出电缆温度为185~210℃。

表2-2、表2-3为低密度聚乙烯挤塑成型与低密度聚乙烯挤出机及成型条件实例。

表2-2低密度聚乙烯挤塑成型条件表2-3低密度聚乙烯挤出机及成型条件实例(2)注塑。

注塑成型也是低密度聚乙烯重要成型方法之一.。

LDPE注塑可以不用干燥,当表面附有水分时,可采用热风干燥。

物料的着色可用干混法或挤出混色法。

低密度聚乙烯的收缩率大,注射方向达3%~4%,垂直方向为1.5%~2%,薄壁制品易变形。

注塑工艺条件,料筒温度: 后部为140~160℃,中部为160~175℃,前部为170~200℃;模具温度为50~70℃;注塑压力: 80~100MP a 螺杆转速<80r/min。

表2-4为低密度聚乙烯注塑成型条件。

低密度聚乙烯的成型方法很多,常用的有中空成型、压延成型、压塑成型、传递成型、滚塑成型、蘸浸成型、发泡成型等。

表2-4为低密度聚乙烯注塑成型条件。

二、高密度聚乙烯(HDPE)高密度聚乙烯(HDPE)也叫低压聚乙烯，是在较低的压力下（0.3~10MP a压力时），将乙烯单体进行聚合。

HDPE的分子结构与LDPE相同，只是在分子链上没有长支链，仅有数量不多的短支链，因而其特性与LDPE相似。

根据分子量的不同，高密度聚乙烯可分为：中等分子量高密度聚乙烯（MMW－HDPE），平均分子量(M w)<110万；高分子量高密度聚乙烯（ＨMW－HDPE），M w＝11万~25万；特高分子量高密度聚乙烯（EHMW－HDPE），M w＝25万~150万；超高分子量高密度聚乙烯（UHMW－HDPE），M w≥150万。

（一）高密度聚乙烯性能表2-5国家标准HDPE物理综合性能表（１） 高密度聚乙烯与低密度聚乙烯一样，是无臭、无味、白色粉末或白色半透明颗粒状固体。

（２） 高密度聚乙烯均聚物密度为0.941~0.96７g/cm 3。

含少量丙烯、己烯－１、丁烯－１的共聚物密度为0.9５０~0.9５９g/cm 3。

（３） 高密度聚乙烯是结晶状热塑性塑料，结晶度比ＬＤＰＥ高，可达７５%~９０%。

（４） 高密度聚乙烯的性能与密度、分子量及分子量分布有关，随密度的提高，ＨＤＰＥ的抗张强度、韧性、软化温度、耐化学性提高，而低温冲击强度、伸长率、渗透性、耐应力开裂性降低。

分子量提高，机械强度提高，熔点提高，而柔软性下降。

通常所指高密度聚乙烯，实际上是指ＭＭＷ－ＨＤＰＥ。

（５） 刚度、拉伸强度、抗蠕变性等优于低密度聚乙烯，伸长率、韧性、冲击强度、电绝缘性能和耐寒性虽很好，但不如低密度聚乙烯。

（６） ＨＤＰＥ的透明性、耐环境应力开裂性不如ＬＤＰＥ。

耐化学性能优良，与大部分有机酸和无机酸不反应。

在室温下不溶于任何已知的有机溶剂，但在温度高于8０~100℃时，大部分ＨＤＰＥ可溶解在一些芳烃、脂肪烃和卤代烃中。

（７） 具有优良的阴湿性，流动性好，易加工成型。

（８） 电绝缘性能好，易带静电。

表面涂覆和印刷应预先进行表面处理，使表面能由３１×１０－５Ｎ/cm提高到４０×１０－５Ｎ/cm,才能有较好的粘附力。

ＨＤＰＥ的电阻率为１０１７Ω·cm 。

（９） 易燃烧，且有烧滴现象，火焰中有蜡烛味，几乎无烟尘、无色。

（１０）高密度聚乙烯长期使用温度在８０℃,其耐低温性能好，可在－４０℃的低温下而不脆裂，脆化温度为－６５℃。

熔点为１２６~１３６℃。

表２－５为国家标准ＨＤＰＥ物理综合性能表。

（二） 高密度聚乙烯成型与用途高密度聚乙烯的成型加工与ＬＤＰＥ方法一样，可用的有注塑、吹塑、喷涂、滚塑、发泡、热成型、热熔焊接等成型方法。

(1)注塑。

注射模塑需要较高的熔体指数ＨＤＰＥ，如注射模塑容器、机械零件、周传箱、瓦楞箱等，需要３0~５0g/min 的ＭＩ树脂；注塑温度１８０~２５０℃,模具温度５０~７０℃,注塑压力８０~１００MP a 。

(2)挤塑。

ＨＤＰＥ挤塑主要产品为薄膜、背心袋、中空罐、瓶及中空玩具等，并挤出管材、异材、编织袋、渔网、渔丝、缆绳等制品。

近年来开发了许多新产品，如微薄薄膜、单向拉伸薄膜、耐老化薄膜、彩色膜、光降解膜、无滴膜、交叉复合薄膜等包装材料。

表２－６为ＨＤＰＥ挤塑成型加工条件。

三、线性低密度聚乙烯（ＬＬＤＰＥ）被称为第三代聚乙烯的线性低密度聚乙烯（ＬＬＤＰＥ）树脂，是由乙烯与少量a-烯烃（丁烯－１、己烯－１、辛烯－１或４－甲基戊烯－１等）在催化剂存在、于一定压力下聚合而成。

除具有一般聚烯烃树脂性能外，其抗张强度、抗撕裂强度、耐环境应力开裂性、耐低温性、耐热性和耐穿刺性为优越。

ＬＬＤＰＥ与ＬＤＰＥ属于同一密度范围，它与ＬＤＰＥ不同之处是无长支链而有较多的短支链，由于它们之间的分子结构不同，熔融流变学行为也不同，因此它的物理基本性质及成型加工特点也不相同。

（一）线性低密度聚乙烯性能（１）线性低密度聚乙烯的分子结构为线型、分支少、支链短，其分子结构与高密度聚乙烯相似，但其密度又与低密度聚乙烯相似。

ＬＬＤＰＥ与ＬＤＰＥ的主要性能参见表２－７。

（２）ＬＬＤＰＥ平衡熔点是１３６~１４７℃,均匀的ＬＬＤＰＥ熔点通常为１２５~１２８℃。

对于组成均匀分布的乙烯共聚物，其熔点几乎随共聚物的组成变化呈线性下降。

ＬＬＤＰＥ的脆化温度很低，在相同ＭＩ下，是ＬＤＰＥ的３倍，其脆化温度为－１００~１４０℃,比ＬＤＰＥ低２０~３０℃；耐环境应力开裂性比ＬＤＰＥ好１０００倍。

（３）ＬＬＤＰＥ透明性、热封性、粘弹性、表面光泽性等比ＬＤＰＥ好。

易燃烧，有蜡烛味，火焰无色且有烧滴现象，与其他ＰＥ一样，都具有良好的电绝缘性。

（４）ＬＬＤＰＥ的熔点比ＬＤＰＥ高１０~２０℃,熔体粘度比较高，在相同熔体温度下，ＬＬＤＰＥ的熔体粘度是ＬＤＰＥ熔体粘度的１０倍以上。

其剪切粘度随速度增加而下降，在中等剪切力速率下，ＬＬＤＰＥ的剪切粘度是ＬＤＰＥ的２.５倍。

而随着剪切速度的降低，两种树脂剪切粘度的差别越来越明显，在低剪切速率范围内，ＬＬＤＰＥ的剪切粘度是ＬＤＰＥ的４~５倍。

为此，ＬＬＤＰＥ适宜于高速生产、快速挤出和注射成型。

（５）ＬＬＤＰＥ的密度0.91８~0.93６g/cm3,结晶介于ＨＤＰＥ与ＬＤＰＥ之间，是热塑性结晶型聚合物，可直接用于同食品、药品的接触场合。

其刚性和强度均高于ＬＤＰＥ，如在同一密度情况下，抗张力能高出ＬＤＰＥ树脂５０%~75%,弹性率比ＬＤＰＥ高出４０%~８０%。

（６）ＬＬＤＰＥ不与无机酸和有机酸反应，在室温下不溶解于常用溶剂，但在加热时，在７０%浓硫酸溶液中生成碘化物，被浓硝酸硝化；在温度高于８０~１００℃时，可溶解在二甲苯、四氢化萘、十氢化萘及氯苯等芳烃、脂肪和卤代烃溶剂中。