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聚乙烯(polyethylene ,简称PE)塑料分类

发布日期:2013-10-02 20:04:40  点击次数: 2345次

简介 聚乙烯(polyethylene ,简称PE)是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。在工业上,也包括乙烯与少量-烯烃的共聚物。聚乙烯无臭,无毒,手感似蜡,具有优良的耐低温性能,化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀。常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,电绝缘性能

         简介
            
聚乙烯(polyethylene ,简称PE)是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。在工业上,也包括乙烯与少量α-烯烃的共聚物。聚乙烯无臭,无毒,手感似蜡,具有优良的耐低温性能,化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀。常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,电绝缘性能优良。
         
            
聚乙烯,分子式 ,CAS:9002-88-4,是以乙烯单体聚合而成的聚合物。聚乙烯乃1922年由英国ICI合成,1939年开始工业生产,在美国正式工业性生产,大战中为重要的雷达用绝缘材料和军需用品,战后,日本三井石油化学、住友化学(1958年)开始正式生产,1975年14年厂年产140.7万吨,仅次于美国。 1933年,英国卜内门化学工业公司发现乙烯在高压下可聚合生成聚乙烯。此法于1939年工业化,通称为高压法。1953年联邦德国K.齐格勒发现以TiCl4-Al(C2H5)3为催化剂,乙烯在较低压力下也可聚合。此法由联邦德国赫斯特公司于1955年投入工业化生产,通称为低压法聚乙烯。50年代初期,美国菲利浦石油公司发现以氧化铬-硅铝胶为催化剂,乙烯在中压下可聚合生成高密度聚乙烯,并于1957年实现工业化生产。60年代,加拿大杜邦公司开始以乙烯和 α-烯烃用溶液法制成低密度聚乙烯。1977年,美国联合碳化物公司和陶氏化学公司先后采用低压法制成低密度聚乙烯,称作线型低密度聚乙烯,其中以联合碳化物公司的气相法最为重要。线型低密度聚乙烯性能与低密度聚乙烯相似,而又兼有高密度聚乙烯的若干特性,加之生产中能量消耗低,因此发展极为迅速,成为最令人注目的新合成树脂之一。低压法的核心技术在于催化剂。德国齐格勒发明的TiCl4-Al(C2H5)3体系为聚烯烃的第一代催化剂,催化效率较低,每克钛约得数千克聚乙烯。1963年比利时索尔维公司首创以镁化合物为载体的第二代催化剂,催化效率达每克钛得数万至数十万克聚乙烯。采用第二代催化剂还可省去脱除催化剂残渣的后处理工序。以后又发展了气相法高效催化剂。1975年,意大利蒙特爱迪生集团公司研制成可省去造粒而直接生产球状聚乙烯的催化剂,被称作第三代催化剂,是高密度聚乙烯生产的又一变革。

           聚乙烯是结晶热塑性树脂。它们的化学结构、分子量、聚合度和其他性能很大程度上均依赖于使用的聚合方法。聚合方法决定了支链的类型和支链度。结晶度取决件分子链的规整程度与其所经历的热历史。聚乙烯对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感的,耐热老化性差于聚合物的化学结构和加工条。聚乙烯可用一般热塑性塑料的成型方法(见塑料加工)加工。用途十分广泛,主要用来制造薄膜、包装材料、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等,并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。随着石油化工的发展,聚乙烯生产得到迅速发展,产量约占塑料总产量的1/4。1983年世界聚乙烯总生产能力为24.65Mt,在建装置能力为3.16Mt。2011年最新统计结果,全球产能达到96Mt,聚乙烯生产的发展趋势显示,生产消费逐步向亚洲地区转移,中国日渐成为最重要的消费市场。

           在核物理,天体物理,反应堆运行中运用聚乙烯作为漫化剂来测量中子。对核物理的研究做出了自己的贡献。
聚乙烯结构式
    聚乙烯结构式

       聚乙烯(PE)塑料一种,我们常常提的方便袋就是聚乙烯(PE)。聚乙烯是结构最简单的高分子,也是应用最广泛的高分子材料。它是由重复的–CH2–单元连接而成的。聚乙烯是通过乙烯(CH2=CH2 )的发生加成聚合反应而成的。
聚乙烯的性能取决于它的聚合方式。在中等压力(15-30大气压)有机化合物催化条件下进行Ziegler-Natta聚合而成的是高密度聚乙烯(HDPE)。这种条件下聚合的聚乙烯分子是线性的,且分子链很长,分子量高达几十万。如果是在高压力(100-300MPa),高温(190–210C),过氧化物催化条件下自由基聚合,生产出的则是低密度聚乙烯(LDPE),它是支链化合结构的。

   化学分类

             聚乙烯(POLYETHYLENE,PE)是由乙烯聚合而成之聚合物,产品发展至今已有60年左右历史,全球聚乙烯产量居五大泛用树脂之首。聚乙烯依聚合方法、分子量高低、链结构之不同,分高密度聚乙烯、低密度聚乙烯及线性低密度聚乙烯。低密度聚乙烯(LOW DENSITY POLYETHYLENE,LDPE)俗称高压聚乙烯,因密度较低,材质最软,主要用在塑胶袋、农业用膜等。高密度聚乙烯(HIGH DENSITY POLYETHYLENE,HDPE)俗称低压聚乙烯,与LDPE及LLDPE相较,有较高之耐温、耐油性、耐蒸汽渗透性及抗环境应力开裂性,此外电绝缘性和抗冲击性及耐寒性能很好,主要应用于吹塑、注塑等领域。线型低密度聚乙烯(LINEAR LOW DENSITY POLYETHYLENE,LLDPE),则是乙烯与少量高级Α-烯烃在催化剂存在下聚合而成之共聚物。LLDPE外观与LDPE相似,透明性较差些,惟表面光泽好,具有低温韧性、高模量、抗弯曲和耐应力开裂性,低温下抗冲击强度较佳等优点。LLDPE应用领域几乎已渗透到所有LDPE市场。现阶段LLDPE和HDPE处于生命周期的成长阶段;LDPE则在1980代末逐渐进入发展成熟期,世界上已少有LDPE设备投产。聚乙烯可用挤出、注射、模塑、吹塑和熔纺等方法成型,广泛应用于工业、农业、包装及日常工业中,在中国应用相当广泛,薄膜是其最大的用户,约消耗低密度聚乙烯77%,高密度聚乙烯的18%,另外,注塑制品、电线电缆、中空制品等都在其消费结构中占有较大的比例,在塑料工业中占有举足轻重的地位。

         聚乙烯材料难以印刷(除非进行本体改性或表面改性),故大多是无色或浅色制品,当然又由于其具有良好的耐环境老化性能,运动场上的人造草皮大多由聚乙烯制造。最简单的鉴别方法就是用煤气火焰(例如打火机)点燃一小块样品,样品会持续燃烧,有烟,且具有烧蜡烛的味道。用指甲在其上划一下,有划痕的为低密度聚乙烯(LDPE),否则则是高密度聚乙烯(HDPE)。

         结构与特点
CH2=CH2+CH2=CH2+······→—CH2—CH2—CH2—CH2······
简写:nCH2=CH2→—[CH2—CH2]n—
聚合压力大小:高压、中压、低压;
聚合实施方法:淤浆法、溶液法 、气相法;
产品密度大小:高密度、中密度、低密度、线性低密度、超低密度;
产品分子量:低分子量、普通分子量、超高分子量。

        聚乙烯的分子是长链线型结构或支结构,为典型的结晶聚合物。在固体状态下,结晶部分与无定型共存。结晶度视加工条件和原处理条件而异,一般情况下,密度高结晶度就越大。L.DP E结晶度通常为55 %-- 6 5%,HDPF结晶度为80%-90%。从上述中可见,PE分子均有一定的支化度。而HDPE支化度高。在每1000个碳原子中含有15 ^-25个甲基侧链以及少量的和丁基侧链,由于侧链或支链降低了分子的规整度,所以,会含大量支链的PE结晶度、密度和刚性均低。HDPE的支化低,每1000个碳原子的主链上只有5-7个乙基侧链,故而结晶高,密度、刚性和硬度等性能均较好。度上依赖于聚合物的分子量、支化度和结晶度,如断裂伸长率主要取决于PE密度高和结晶度大,其力学性能就好,但延展性就差,所以,了解聚合物结构会对其结构改性和其他改性有很大帮助·一般来说H DPE拉伸强度为20一25MPa,而LDPE拉伸强度仅为10---2f5MPa。这一数值距离工程材料的拉伸强度(100 -200MPa)还相差很大的距离。

     特点
         
聚乙烯为典型的热塑性塑料,是无臭、无味、无毒的可燃性白色粉末。成型加工的PE树脂均是经挤出造粒的蜡状颗粒料,外观呈乳白色。其分子量在1万一loa万范围内。分子量超过10万的则为超高分子量聚乙烯f UHMWPE3。分子量越高,其物理力学性能越好,越接近工程材料的要求水平。但分子量越高,其加工的难度也随之增大。聚乙烯熔点为10---130C·其耐低温性能优良。在一60℃下仍可保持良好的力学性能,但使用温度在80~110℃。聚乙烯化学稳定性较好,室温下可耐稀硝酸、稀硫酸和任何浓度的盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨水、胺类、过氧化氢、氢氧化钠、氢氧化钾等溶液。但不耐强氧化的腐蚀,如发烟硫酸·浓硝酸、铬酸与硫酸的混合液。在室温下上述溶剂会对聚乙烯产生缓慢的侵蚀作用,而在90---100℃下,浓硫酸和浓硝酸会快速地侵蚀聚乙烯,使其破坏或分解。聚乙烯在大气、阳光和氧的作用下,会发生老化,变色、龟裂、变脆或粉化,丧失其力学性能。在成型加工温度下,也会因氧化作用,使其熔体戮度下降,发生变色、出现条纹,故而在成型加工和使用过程或选材时应予以注意。正因为聚乙烯拥有如上特质,容易加工成型,因此聚乙烯的再生回收具有非常深远的价值。
 
      性质 
          
1.聚乙烯有优异的化学稳定性,室温下耐盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、胺类、氢氧化钠、氢氧化钾等各种化学物质硝酸和硫酸对聚乙烯有较强的破坏作用;
          2.聚乙烯容易光氧化、热氧化、臭氧分解,在紫外线作用下容易发生降解,碳黑对聚乙烯有优异的光屏蔽作用。受辐射后可发生交联、断链、形成不饱和基团等反映。

          由乙烯均聚以及与少量α-烯烃共聚制得的乳白色、半透明的热塑性塑料。密度0.86~0.96g/cm3,按密度区分有低密度聚乙烯(也包括线性低密度聚乙烯)、超低密度聚乙烯等。无味、无毒。耐化学药品,常温下不溶于溶剂。耐低温,最低使用温度-70~-100℃。电绝缘性好,吸水率低。物理机械性能因密度而异。工业上低密度聚乙烯主要采用高压(110~200MPa)、高温(150~300℃)自由基聚合。其他则用低压配位聚合,有时同一套装置可生产密度0.87~0.96g/cm3的聚乙烯产品,称全密度聚乙烯工艺技术。聚乙烯可加工制成薄膜、电线电缆护套、管材、各种中空制品、注塑制品、纤维等。广泛用于农业、包装、电子电气、机械、汽车、日用杂品等方面。
    
      分类应用
                
有多种分类方法,主要按密度分类:①高密度聚乙烯,是不透明的白色粉末,造粒后为乳白色颗粒,分子为线型结构,很少支化现象,是较典型的结晶高聚物。机械性能均优于低密度聚乙烯,熔点比低密度聚乙烯高,约126~136℃,其脆化温度比低密度聚乙烯低,约-100~-140℃。②低密度聚乙烯,是无色、半透明颗粒,分子中有长支链,分子间排列不紧密。③线型低密度聚乙烯,分子中一般只有短支链存在,机械性能介于高密度和低密度聚乙烯两者之间,熔点比普通低密度聚乙烯高15℃,耐低温性能也比低密度聚乙烯好,耐环境应力开裂性比普通低密度聚乙烯高数十倍。此外,按生产方法可分为低压法聚乙烯、中压法聚乙烯和高压法聚乙烯,聚乙烯的生产方法不同,其密度及熔体指数(表示流动性)也不同(图2)。按分子量可分为低分子量聚乙烯、普通分子量聚乙烯和超高分子量聚乙烯。

      低密度
             
简称(LDPE塑胶原料)通常用高压法(14.17~196.2MPa})生产,所以结晶度较低(4%一65%),密度较小(0.910~0.925),质轻,柔性,耐低温性一般、耐冲击性较好。

      高密度
             
简称(HDPE)主要是采用低压生产,故又称低压聚乙烯。HDPE分子中支链少,结晶度高85%~95%),密度高(0.941~0.965},具有较高的使用温度,硬度、力学强度和耐化学药品性较好。适用于中空吹塑、注塑和挤出各种制品(硬),如各种容器、网、打包带,并可用作电缆覆层、管材、异型材、片材等。
 
     线型低密度
             
简称(LLDPE)是新开发并得到迅速发展的一种新类型聚乙烯,它是乙烯和一烯烃的共聚物。(聚和成资料)
由于LLDPE是采用低压法在具有配位结构的高活性催化剂作用下,使乙烯和a-烯烃共聚而成,聚合方法与HDPE基本相同,因此与HDPE一样,其分子结构呈直链状。但因a-烯烃的引入,致使分子链上存在许多短小而规整的支链,其支链数取决于共聚单体的摩尔数,一般分子链上每1000个碳原子有10~35个短支链,支链长度由。一烯烃的碳原子数决定。不过LLDPE的支涟长度一般大于HDPE的支链,支链数目也多。而与LDPE相比,却没有LDPE所特有的长支链。 LLDPE的分子链是具有短支链的结构,其分子结构规整性介于LDPE和HDPE之间,因此,密度和结晶度也介于HDPE和LDPE之间,而更接近于LDPF。另外,LLDPE相对分子质量分布比LDPE窄,平均相对分子质量较大,故而熔体枯度比LDPE大,加工性能较差,易发生熔体破裂现象。正是由于LLDPE结构上的特点,其性能与LDPE近似而又兼具HDPE的特点。
 
             LLDPE塑胶原料在挤出成型时熔体粘度高,挤出机必须配备较大功率的电机,功率通常要比挤出LDPE塑胶原料时大25%一30%,同时还应选用强度等级较高的止推轴承,并选择长径比较小、螺槽较深的螺杆。如果螺杆的长径比无法改变,可选用短计量段作为补偿。使用这样设计的螺杆可以降低其驱动扭矩,并使熔体获得最佳的加工粘度极限,不容易出现熔体破裂现象。计量段螺槽加深还有利于控制熔体温度。LLDPE容易发生熔体破裂,因而用加工普通LDPE的吹塑薄膜机头生产LLDPE薄膜,制品容易出现鱼皮现象。克服的方法除了按上述要求设计挤出机螺杆外,还需增加机头口模间隙。一般生产LDPE薄膜口模间隙为0.5~0.9mm ,而加工LLDPE薄膜口模间隙应加大至1.3~1.8mrn。口模间隙增大,使熔体受到的剪切作用减小,同时也可避免机头压力过大。LLDPE熔点较高,挤出加上温度也要高一些,通常为200~215℃左右,并采用沿螺杆各段到机头比较平稳的温度分布。LLDFE熔体挤出口模后拉伸粘度很低,生产吹塑薄膜的稳定性差,若提高加工温度,这种倾向愈为强烈,因而用提高温度以降低熔体粘度的办法受到限制。LLDPE熔体延伸性能好,可以采用高速牵引装置,同时还适合加工片材及容器。但其熔体强度低,延伸性大,膜泡和型坯的控制及管材定型都比较困难。LLDPE韧性大,切割刀具极易磨损,需要使用硬化处理的刀具。 注塑LLDPE的剪切速率比挤出还高,比LDPE有更高的粘度,因而需要适当提高注塑温度和注塑压力。如果选用熔体流动速率较大的LLDPE,也可选择低注塑压力成型,即使熔体流动速率比LDPE略大,也能获得满意强度的制品。此外LLDPE熔点高,刚性大,制品可在较高温度下脱模,因而成型周期较短。 

       超低密度
           
由乙烯和极性单休,如乙酸乙酯、丙烯酸或丙烯酸甲醋共聚而成的一种新型的线型结构树脂。该共聚树脂的最低密度为0.912g/cm3。由于密度低,故具有其他类型PE所不能比拟的柔软度、柔顺性,但仍具有较高密度线性聚乙烯的力学和热学特性。西欧、日本开发了此类聚乙烯,其牌号如DFDA-1137、DFDA-1138。 VLLDPE的熔体特性与LLDPE相似,两者加工设备可通用。VLLDPE可用于制造软管、瓶、大桶及纸箱内衬、帽盖、收缩及拉伸薄膜、共挤薄膜、电线电缆包覆、玩其等。
     
        
超高分子量
                
UHMW-PE亦为线性聚合物。相对分子质量50~500万(一般M100一150万的聚乙烯称为UHMW-PE更合适),主链很长且相互缠结,结晶度(65%~85% )和密度(0.92~0.94g/cm3)较低。由于相对分子质量高,熔体粘度很大,呈高弹态难以流动,熔体指数接近于零,很难加工。 UHMW-PE除具有一般HDPE的性能外,还具有突出的耐磨性、低摩擦系数和自润滑性,优良的耐应力开裂性、耐高温蠕变性和耐低温性(即使在-269℃也可使用),优良的拉伸强度,极高的冲击强度,且在低温下也不下降,噪声阻尼性好,同时,具有卓越的化学稳定性和耐疲劳性,无表面吸附力,电绝缘性能优良,无毒性等优良的综合性能。UHMW-PE剪切速率很低,用冷压烧结法,型等方法加工。熔体指数极低,粘度很高,流动性极差,临界不宜用一般热塑性塑料成型加工方法加工。可以也可用双螺杆及柱塞式挤出机挤出成型、注塑成型等方法加工。成型加工条件:热压成型,温度180~220℃,加热时间40min(10mm厚),挤出成型温度120~180℃或220~240℃。UHMW-PE用途十分广泛,主要用于制造耐摩擦和抗冲击的机械零件,优替部分钢材和其他耐磨材料。

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