(上)聚乙烯化工材料的结构特点和应用发展

2014-05-21

    聚乙烯(PE)是由乙烯聚合而成的重复单元聚合物。目前全球聚乙烯产量居五大泛用树脂之首。聚乙烯可用一般热塑性塑料的成型方法加工成型.在我国应用相当广泛。其中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。

    1聚乙烯的结构特点和聚合方式

    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。聚乙烯的性质因品种而异.主要取决于分子结构和密度。它是通过乙烯(CH2=CH2)的加成聚合而成的。

    聚乙烯是结晶热塑性树脂,它们的化学结构、分子置、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。

    聚乙烯依聚合方法、相对分子质量高低、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(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(HDPE)俗称低压聚乙烯,与LDPELLDPE柏较,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,目前主要应用于吹照、注塑等领域。线型低密度聚乙烯(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.目前LLDPE应用领域几乎已渗透到所有LDPE市场。

    2聚乙烯的综合特性及其分类

    聚乙烯为白色蜡状半透明材料,手感似蜡.柔而韧,比水轻,无臭、无毒,具有优越的介电性能:具有优良的耐低温性能f最低使用温度可达-70--100℃),化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀,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是很敏感的,耐热老化性差。易燃烧且离火后继续燃烧。透水率低,对有机蒸汽透过率则较大。聚乙烯的透明度随结晶度增加而下降。在一定结晶度下,透明度随分子量增大而提高。高密度聚乙烯熔点范围为132-135℃,低密度聚乙烯熔点较低(112℃)且范围宽。常温下不溶于任何已知溶剂中,70℃以上可少量溶解于甲苯、三氯乙烯筹溶剂中。

    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: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。

    聚乙烯可用一般热塑性塑料的成型方法加工,采用不同的生产方法可得不同密度的产物。用途十分广泛,主要用来制造薄膜、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

    聚乙烯耐腐蚀性好,电绝缘性(尤其高频绝缘性)优良,可以氯化,辐照改性,可用玻璃纤维增强:低压聚乙烯的熔点,刚性,硬度和强度较高,吸水性小,有良好的电性能和耐辐射性;高压聚乙烯的柔软性,伸长率,冲击强度和渗透性较好:超高分子量聚乙烯冲击强度高,耐疲劳,耐磨。低压聚乙烯适于制作耐腐蚀零件和绝缘零件:高压聚乙烯适于制作薄膜等;超高分子量聚乙烯适于制作减震.耐磨及传动零件。

    聚乙烯成型性能好.结晶料.吸湿小,不须充分干燥.流动性极好。流动性对压力敏感,成型时宜用高压注射,料温均匀,填充速度快,保压充分。不宜用直接浇口,以防收缩不均,内应力增大。注意选择浇口位置,防止产生缩孔和变形。收缩范围和收缩值大,方向性明显,易变形翘曲。冷却速度宣慢,模具设冷料穴,并有冷却系统:加热时间不宜过长,否则会发生分解,灼伤:软质塑件有较浅的侧凹槽时,可强行脱模;可能发生融体破裂,不宜与有机溶剂接触,以防开裂。高压低密度幕乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)和线型低密度聚乙烯(LLDPE)。薄膜是其主要加工产品,其次是片材和涂层、瓶、罐、桶等中空容器及其它各种注塑和吹塑制品、管材和电线、电缆的绝缘和护套等。主要用于包装、农业和交通等部门。市售高密度聚乙烯(HDPE),密度0.945-0.96g/cm3,熔点125-137℃;线性低密度PE(LLDPE),密度0.925g/cm3,熔点120-125℃,高压低密度PE(HP-LDPE),密度0.918g/cm3,熔点105-115℃

    聚乙烯的高结晶度导致了它的高密度,抗张力强度.高温扭曲温度,黏性以及化学稳定性。

    低密度聚乙烯、高压聚乙烯LDPE:聚乙烯的性能取决于它的聚合方式。低密度聚乙烯度聚乙烯(LDPE)是一种塑料材料,适合热塑性成型加工的各种成型工艺.成型加工性好。LDPE主要用途是作薄膜产品.还用于注塑制品,药品和食品包装材料吹塑中空成型制品等。高压聚乙烯是采用先进的发泡技术生产线,采用最先进的科学配方.以高压聚乙烯、阻燃剂、发泡剂、交联剂等多种原料共混.经过密炼、开炼把聚乙烯径通过化学架桥的高倍率发泡.而成为网状高分子结构,均衡开孔型气泡的产品。高压聚乙烯的密度小,熔融温度低。高压聚乙烯一半以上用于薄膜制品,其次是管材、注射成型制品、电线包裹层等。

    高密度聚乙烯、低压聚乙烯HDPE:高密度聚乙烯是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。低压聚乙烯以注射成型制品及中空制品为主:原态HDPE的外表呈乳白色,在微薄截面呈一定程度的半透明状。PE具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性。该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性,可用于包装用途。HDPE具有很好的电性能.特别是绝缘介电强度高,使其很适用于电线电缆。

    超高分子量聚乙烯UHMWPE:是具有超高分子量的聚乙烯品种,是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料.具有优良的耐冲击性和自润滑性。优异的物理机械性能使它广泛应用于机械、运输、纺织、造纸、矿业、农业、化工及体育运动器械等领域,其中以大型包装容器和管道的应用最为广泛。

    3超高分子量聚乙烯的使用性能

    超高分子量聚乙烯(UHMW-PE,相对分子质量通常达150万以上)的聚乙烯品种,是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料,具有优良的耐冲击性和自润滑性。

    超高分子量聚乙烯是在借鉴国外先进技术基础上开发的高科技产品,它的相对分子质量赋予其优异的使用性能,几乎集中了各种塑料的优点,具有普通聚乙烯和其它工程塑料无可比拟的耐磨、耐腐蚀、耐冲击、耐老化、抗静电、阻燃、自润滑、卫生无毒、不易粘附以及摩擦系数小等综合性能。目前,超高分子量聚乙烯衬板已在我国的煤炭、电力、船舶、造纸、钢铁、矿山等多个行业使用.并且取得了良好的使用效果。

    超高分子聚乙烯的使用性能如下。

    (1)耐磨性:UHMW-PE的耐磨性居塑料之冠并超过某些金属,同等工况下,体积损失仅为钢管的1/7,比钢管耐磨4-7倍,这样高的耐磨性以至于用一般塑料磨耗实验法难以测试其耐磨程度.因而采用砂浆磨耗测试装置。UHMW-PE的耐磨性与相对分子质量成正比,随着相对分子质量的升高其耐磨性越好。

    (2)耐冲击性:UHMW-PE的冲击强度在所有工程塑料中名列前茅,耐冲击性如此之高.以至于采用通常冲击试验方法难以使其断裂破坏,其冲击强度随相对分子质量的升高而提高,在相对分子质量为150万时达到最大值,然后随相对分子质量的继续升高而逐渐下降。此外,它在反复冲击后表面硬度更高;耐压,运用范围广。

    (3)自润滑性:有极低的摩擦因数(0.05-0.11),故自润楫性优异,动摩擦因数在水润滑条件下是PA66POM1/2,在众多管道材料中超高分子量聚乙烯管磨耗系数最小.同等工况下,一压力损失仅为钢管的1/10,是尼龙管的1/7。在无润滑条件下仅次于自润滑最好的聚四氟乙烯、(PTFE)。当它以滑动或转动形式工作时,比钢和黄铜添加润滑剂的润滑还要好,因此在摩擦学领域被誉为成本性能非常理想的摩擦材料。

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