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聚乙烯(PE)的分类、特性和应用

  

聚乙烯(PE)的分类、特性和应用
什么是聚乙烯
聚乙烯是很结构简单的高分子,也是应用很广泛的高分子材料。
它是由重复的–CH2–单元连接而成的。聚乙烯是通过乙烯( CH2=CH2)的加成聚合而成的。
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(190–210°C),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),它是支化结构的。
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;
产品分子量:低分子量、普通分子量、超高分子量。
聚乙烯特性
聚乙烯无臭,无毒,手感似蜡,具有优良的耐低温性能(很低使用温度可达-70~-100℃),化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸),常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,电绝缘性能优良;但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。
聚乙烯的性质因品种而异,主要取决于分子结构和密度。
聚乙烯的种类
(1) LDPE:低密度聚乙烯、高压聚乙烯
(2) LLDPE:线形低密度聚乙烯
(3) MDPE:中密度聚乙烯、双峰树脂
(4) HDPE:高密度聚乙烯、低压聚乙烯
(5) UHMWPE:超高分子量聚乙烯
(6)改性聚乙烯:CPE、交联聚乙烯(PEX)
(7)乙烯共聚物:乙烯-丙烯共聚物(塑料)、EVA、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-其它烯烃(如辛烯POE、环烯烃)的共聚物、乙烯-不饱和酯共聚物(EAA、 EMAA、EEA、EMA、EMMA、EMAH)
分子量达到3,000,000-6,000,000的线性聚乙烯称为超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。超高分子量聚乙烯的强度非常高,可以用来做防弹衣。
主要方法:
液相法(又分为溶液法和淤浆法)和气相法(物料在反应器中的相态类型)。我国主要采用齐格勒催化剂的淤浆法。
条件与过程描述:纯度99%以上的乙烯在催化剂四氯化钛和一氯二乙基铝存在下,在压力0.1-0.5MPa和温度65-75℃的汽油中聚合得到HDPE的淤浆。经醇解破坏残余的催化剂、中和、水洗,并回收汽油和未聚合的乙烯,经干燥、造粒得到产品。
HDPE
(1)淤浆法HDPE的生产流程
(2)HDPE的特性
基本性能:无臭、无味、无毒的不透明的白色粉末,造粒后为乳白色颗粒;
玻璃化温度: -78℃;
熔点:比低密度聚乙烯高,约126~136℃;
密度:0.942-0.950(无定型态密度(25℃): 0.855 g/cm3,晶体密度(25℃): 1.00 g/cm3。);
是分子为线型结构,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,其脆化温度比低密度聚乙烯低,约-100~-140℃。
优点:
(1)良好的耐热性(软化点120-125℃)和耐寒性(脆化温度:-70℃)、使用温度可达100℃。
(2)机械性能(拉伸、弯曲、压缩、剪切强度和硬度均优于LDPE,耐磨性好。
(3)介电性能优良(绝缘材料!)。
(4)化学稳定性良好,室温下不溶于任何有机溶剂,耐酸、碱、盐。
(5)吸水性和水蒸汽透过率很低(包装好材料!)。
缺点:
(1)耐老化性能(热氧老化)较差——抗氧剂和紫外吸收剂;
(2)在受力作用下,热变形温度很低。
线形低密度聚乙烯(LLDPE)
线形低密度聚乙烯的生产工艺主要通过溶液法和气相法,将乙烯与带有烷基的支化烯烃,如4-甲基-戊烯(4-methyl-1-pentene)、己烯、辛烯等共聚可以得到线性低密度聚乙烯(LLDPE)。也可以是其他共聚单体LLDPE的特性?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。
低密度聚乙烯(LDPE)
低密度聚乙烯(LDPE)的生产工艺用氧或过氧化物等作引发剂,使乙烯聚合为低密度聚乙烯的方法。
乙烯经二级压缩后进入反应器,在压力100~300MPa、温度200~300℃及引发剂作用下聚合为聚乙烯,反应物经减压分离,使未反应的乙烯回收后循环使用,熔融状的聚乙烯在加入塑料助剂后挤出造粒。
LDPE的特性: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;低温韧性很高。
聚乙烯的加工与应用
聚乙烯可用吹塑、挤出、注射成型等方法加工,广泛应用于制造薄膜、中空制品、纤维和日用杂品等。
(1)聚乙烯应用薄膜
低密度聚乙烯总产量的一半以上经吹塑制成薄膜,这种薄膜有良好的透明性和一定的抗拉强度,广泛用作各种食品、衣物、医药、化肥、工业品的包装材料以及农用薄膜。也可用挤出法加工成复合薄膜用于包装重物。
1975年以来,高密度聚乙烯薄膜也得到发展,它的强度高、耐低温、防潮,并有良好的印刷性和可加工性。
线型低密度聚乙烯的很大用途也是制成薄膜,其强度、韧性均优于低密度聚乙烯,耐刺穿性和刚性也较好,透明性虽较差,仍稍优于高密度聚乙烯。
此外,还可以在纸、铝箔或其他塑料薄膜上挤出涂布聚乙烯涂层,制成高分子复合材料。
(2)聚乙烯应用中空制品
高密度聚乙烯强度较高,适宜作中空制品。如牛奶瓶、去污剂瓶;可用吹塑法制成瓶、桶、罐、槽等容器,或用浇铸法制成槽车罐和贮罐等大型容器。
(3)聚乙烯应用管板材
挤出法可生产聚乙烯管材,高密度聚乙烯管强度较高,适于地下铺设;挤出的板材可进行二次加工;也可用发泡挤出和发泡注射法将高密度聚乙烯制成低泡沫塑料,作台板和建筑材料;防护套(例如缆索护套)。
(4)聚乙烯应用纤维
中国称为乙纶,一般采用低压聚乙烯作原料,纺制成合成纤维。乙纶主要用于生产渔网和绳索,或纺成短纤维后用作絮片,也可用于工业耐酸碱织物。
目前已研制出超高强度聚乙烯纤维(强度可达3~4GPa),可用作防弹背心,汽车和海上作业用的复合材料。
(5)聚乙烯应用杂品
用注射成型法生产的杂品包括日用杂品、人造花卉、周转箱、小型容器、自行车和拖拉机的零件等;电冰箱容器、存储容器、家用厨具、密封盖等;制造结构件时要用高密度聚乙烯。
LLDPE的应用
薄膜、片材——主要的;
注塑制品;
电线电缆;
滚塑制品——高速公路指示路标桶;
管和管道;
其他。
LDPE的应用
低密度聚乙烯相对软一些,主要用于制造塑料薄膜;电线电缆;热收缩护套

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