聚乙烯PE材料的分析

聚乙烯　　树脂(resin)　　是指遇热变软，具有可塑性的天然高分子化合物的统称。一般是无定型的透明或半透明的固体或半固体。　　　　树脂的用途　　树脂是制造合成塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料、离子交换树脂等产品的主要原料。　　树脂按来源分类天然树脂→天然橡胶、树胶、虫胶、琥珀等合成树脂→由单体合成或天然高聚物改性获得§2-1　聚乙烯树脂及塑料　　塑料(plastics)　　是以树脂为主要成分，适当加入（或不加）添加剂（填料、增塑剂、稳定剂、颜料等），可在一定温度、压力下塑化成型，而产品最后能在常温下保持形状不变的一类高分子材料。　　塑料与树脂的区别　　树脂是纯的高聚物，而塑料是以树脂为主的高聚物制品。　　塑料的分类按塑料受热后性能变化分类热塑性塑料热固性塑料§2-1　聚乙烯树脂及塑料Polyethylene非极性强－绝缘性规整性好－结晶度、力学性能§2-1　聚乙烯树脂及塑料§2-1　聚乙烯树脂及塑料　　主要原料　　★乙烯的结构与性质　　乙烯CH2＝CH2，是最简单的烯烃。常温常压是略带芳香气味的无色可燃气体。几乎不溶于水，化学性质活泼。物理参数如下：　　相对分子质量熔点，℃沸点，℃相对密度（液体，-103.8℃）临界温度，℃28.05－169.4－103.80.56999.90临界压力，MPa自燃点，℃聚合热，kJ/mol爆炸极限，%4.97537953.02-34§2-1　聚乙烯树脂及塑料　　　　★乙烯的主要生产方法乙烯的主要生产方法液化天然气、液化石油气分离焦炉煤气分离乙醇催化脱水轻柴油、重油、原油裂解气分离－PE分类按照聚乙烯的结构性能可以分为：高密度聚乙烯（HDPE）低密度聚乙烯（LDPE）超高相对分子质量聚乙烯（UHMWPE）线性低密度聚乙烯（LLDPE）§2-1　聚乙烯树脂及塑料（a）高密度PE分子链（b）低密度PE分子链（c）线性低密度PE分子链§2-1　聚乙烯树脂及塑料－聚乙烯树脂的合成高压聚合法（ICI法）以高纯度乙烯为原料，在150－300MPa压力、170～200℃温度下，以氧气、有机过氧化物、偶氮化合物作为引发剂进行自由基聚合，制得密度较低（0.91～0.93g/cm3）、结晶度为55％～65％的LDPE。§2-1　聚乙烯树脂及塑料－低密度聚乙烯LDPE，也称为高压聚乙烯，游离基聚合反应，产品中存在大量支链结构，分子结构缺乏规整性，因此结晶度小，导致它的耐热性、耐溶剂性、硬度也较差；但是它的电绝缘性优良，柔软性好，耐冲击性能和透明性也比较好；具有良好的透气性。§2-1　聚乙烯树脂及塑料－LDPE用途主要做成薄膜用于食品包装、商业和工业包装、购物袋、垃圾袋等，特别是用于农用薄膜（50％－60％）；家用器皿、玩具、医用注射器；牛奶及果汁饮料包装盒的涂覆等；各种电线电缆的绝缘和护套。§2-1　聚乙烯树脂及塑料－聚乙烯树脂的合成中压聚合法（Philips法）以乙烯为原料在1.5－8.0MPa压力、130～270℃的条件下，以过渡金属为催化剂，烷烃为溶剂，按配位机理制得密度为0.93～0.94g/cm3、结晶度为90％的MDPE。但因催化剂的催化效率和工艺流程都不及现在的高效催化剂，故中压法也逐渐退出生产线。§2-1　聚乙烯树脂及塑料－聚乙烯树脂的合成低压聚合法（Ziegler法）以高纯度乙烯为原料，用Ziegler-Natta高效载体钛系作为催化剂［催化剂组成：主催化剂TiCl4、载体MgCl2、助催化剂Al(C2H5)3］，H2做分子量调节剂，在汽油溶剂中进行配位聚合反应，制得密度为0.94～0.96g/cm3的HDPE。采用同样方法，不加H2调节分子量，即可合成超高分子量聚乙烯（UHMWPE），相对分子量在150万以上，密度为0.92～0.94g/cm3，结晶度为80％～85％。§2-1　聚乙烯树脂及塑料§2-1　聚乙烯树脂及塑料重组分三乙基铝四氯化钛　乙　烯引发剂配制精制处理水处理水聚乙烯成品造粒过滤干燥干燥干燥精制循环稀释剂闪蒸闪蒸去分馏轻组分湿聚合物稀释剂反应器精馏塔分馏塔回馏罐－高密度聚乙烯HDPE，也称为低压聚乙烯，由于它的分子量比较高，支链短而且少，因此密度较高，拉伸强度、拉伸模量、弯曲模量、硬度等性能都优于LDPE，但冲击强度比LDPE差。耐热性比较高，最高使用温度100℃，最低使用温度－70℃。透气性为LDPE的1/5，特别适用于包装防潮物品。§2-1　聚乙烯树脂及塑料－HDPE用途HDPE可制成吹塑制品，用于日用容器、医用药瓶、汽车油箱、化学品储罐等；饮料和食品的中转箱、机器零件等塑料制品；食品和工农业产品的包装、农用地膜、购物袋等；制成管材类，如天然气管、煤气管、固体输送管、城市排水管、农用灌溉管等；单丝类，如渔网、建筑用安全网、民用纱窗网等；用于发泡制品，可作合成木材和合成纸。§2-1　聚乙烯树脂及塑料－UHMWPE超高分子量聚乙烯，分子结构和HDPE相似，呈线型结构。常规的HDPE分子量在5万～30万，而UHMWPE的分子量在150万以上。由于分子量大，使它具有独特的性能，如：极佳耐磨性、高的冲击强度、良好的自润滑性、优异的耐低温性和化学稳定性，是一种价格低廉，可以和工程塑料相媲美的塑料。§2-1　聚乙烯树脂及塑料－UHMWPE用途可用于农业机械、汽车、煤矿、纺织、造纸、化工、食品工业做不粘、耐磨、自润滑部件。§2-1　聚乙烯树脂及塑料－聚乙烯树脂的合成低压气相本体法制LLDPE，在沸腾床反应器中采用铬和钛氟化物催化剂附着于硅胶载体上组成催化体系，以H2为分子量调节剂，使乙烯与少量α烯烃进行共聚反应（压力为0.7～12.1MPa，温度为85～95℃）制得LLDPE。§2-1　聚乙烯树脂及塑料－线型低密度聚乙烯LLDPE，是乙烯与少量的α烯烃共聚，形成在线型乙烯主链上带有非常短小的共聚单体支链的分子结构。LLDPE的分子链具有短支链的结构，其分子结构规整性介于LDPE、HDPE之间，因此密度、结晶度也介于二者之间，更接近于HDPE。§2-1　聚乙烯树脂及塑料－LLDPE用途LLDPE约有70％用于薄膜生产，主要是食品包装、工业用包装、农用膜、垃圾袋等；注塑制品有各类容器；电话电线的绝缘材料，光缆和电力电缆的绝缘夹套；大型的农用贮槽、化学品贮槽、儿童玩具；各种管材、片材和板材。§2-1　聚乙烯树脂及塑料§2-1　聚乙烯树脂及塑料比较项目高压法中压法低压法操作条件聚合压力，MPa聚合温度，℃引发剂98.1-245.2150-330微量氧或有机过氧化物2-7125-150金属氧化物＜260齐格勒-纳塔引发剂转化率，%16-27接近100接近100反应机理自由基型配位离子型　配位离子型实施方法气相本体聚合液相悬浮聚合液相悬浮聚合工艺流程简单复杂复杂结构性能大分子支化程度相对密度纯度热变形温度，℃高低（0.910-0.925）高50℃，较软介于两者之间居中（0.926-0.940）基本与低压法相同基本与低压法相同大分子排列整齐高（0.941-0.970）产品含有引发剂残基78℃，较硬建设投资高低低操作费用低高高－PE的牌号PE-FB-18D045说明：第一单元PE,为聚乙烯的英文缩写代号第二单元FB,为聚乙烯的主要用途或加工方法及重要性能；F表示为用于挤出薄膜，B表示为具有抗粘联性能第三单元18D045，为聚乙烯的密度和熔体流动速率的范围；18表示密度为0.916～0.921g/cm3范围，D表示为熔体流动速率的测试条件：190℃/2.16kg，045表示熔体流动速率的范围3.0～6.0g/10min。第四单元，（例中没有表示）表示填料或增强材料的类型；如粉状（D）的碳酸钙（K）等。§2-1　聚乙烯树脂及塑料－PE的物理性能白色蜡状半透明的材料，密度0.910－0.970g/cm3。极易燃烧，燃烧时火焰上端为黄色、下部为蓝色，有燃烧石蜡的气味，并有熔融滴落物，滴落物可继续燃烧（延迟燃烧性）。其在汽车上的用量为汽车总重量的5％－6％。§2-1　聚乙烯树脂及塑料§2-1　聚乙烯树脂及塑料－聚乙烯的结构、性能、用途　聚乙烯的结构　　依据聚合方法的不同，其产物结构不同，高压法合成的聚乙烯平均每1000个碳原子中含15～20个支链，其中短支链为甲基和长支链为烷基（如正丁基等），而中压法和低压法合成的聚乙烯基本上无支链。　　§2-1　聚乙烯树脂及塑料－聚乙烯的结构、性能、用途聚乙烯的分子量　　　高压聚乙烯的相对分子质量为25000～50000，结晶度为50%～60%，密度为0.91～0.93，熔融温度为115℃，一般称为低密度聚乙烯。　中压法合成的聚乙烯，相对分子质量为45000～50000，结晶度为85%以上。　　低压法合成的聚乙烯相对分子质量一般小于350000，超过1000000的为超高相对分子质量聚乙烯，结晶度80%以上，密度为0.92～0.97。　　－PE的结构及性能名称密度（g/cm3）结晶度（％）熔点（℃）备注LDPE0.910-0.92565-75108-126长支链LLDPE0.913-0.930118-140乙烯与高级烯烃共聚，取决于共聚单体种类与用量，近似直链状。HDPE0.941-0.96585-95125-136近似直链状UHMWPE0.944-0.954125-138直链状，超高相对分子量§2-1　聚乙烯树脂及塑料－PE成型加工特点PE在高温时热稳定性良好，成型温度范围宽吸水率小，成型前不需要对物料干燥几乎可以适用所有成型加工方法，但不采用压延成型和RIM成型成型收缩率大（1.5％－5.0％）一次成型时MFR由小到大的顺序为：一次烧结成型<片材、管材挤出成型<中空成型<挤出涂布<薄膜吹塑<挤出复合<注射成型<粉末涂装§2-1　聚乙烯树脂及塑料－PE成型加工特点为非极性聚合物，表面能低，与此相关的二次加工成型困难，为适应涂装、印刷、粘结、金属喷镀等要求必须极性化处理，但脱模性好。发泡倍率高（10－80倍），可制得高发泡制品。与PS泡沫材料相比，柔软性，耐热性，耐化学药品性优良，环境问题少。§2-1　聚乙烯树脂及塑料§2-1　聚乙烯树脂及塑料　　★聚乙烯的用途用途占树脂的比例制品薄膜类制品LDPE的50%HDPE的10%LLDPE的70%　用于食品、日用品、蔬菜、收缩、自粘、垃圾等轻质包装膜，地膜、棚膜、保鲜膜等。　重包装膜，撕裂膜、背心袋等。　包装膜，垃圾袋、保鲜袋、超薄地膜等。注塑制品HDPE的30%LDPE的10%LLDPE的10%　日用品如：盆、筒、篓、盒等，周围箱、瓦楞箱、暖瓶壳、杯、台、玩具等。中空制品以HDPE为主　用于装食品油、酒类、汽油及化学试剂的桶，玩具管材类制品以HDPE为主　给水、输气、灌溉、穿线、吸管、笔芯、用的管材，化妆品、药品、鞋油、牙膏等用的管材丝类制品圆丝用HDPE扁丝用HDPE和LLDPE　渔网、缆绳、工业滤网、民用纱窗等　纺织袋、布、撕裂膜电缆制品以LDPE为主　电缆绝缘和保护材料其他制品HDPE、LLDPELDPE　打包带　型材－在汽车中的应用外装件如燃油箱、挡泥衬板、夹钩扣、弹簧衬垫、汽油滤清器壳套等。内装件如空气导管、扶手、盖板、柱套、风扇护罩、备用轮胎夹箍、转向盘、遮阳板、行李箱衬里、顶篷与门的减震材料、头枕等。底盘、空气导管、蓄电池、制动液储罐、清洗液罐等。§2-1　聚乙烯树脂及塑料§2-1　聚乙烯树脂及塑料　　★聚乙烯的性能　　☆一般性能　　聚乙烯树脂为无毒、无味的白色粉末或颗粒，外观呈乳白色，有似蜡的手感，吸水率低，小于0.01%。聚乙烯膜透明，并随结晶度的提高而降低。聚乙烯膜的透水率低但透气性较大，不适于保鲜包装而适于防潮包装。易燃、氧指数为17.4，燃烧时低烟，有少量熔融落滴，火焰上黄下蓝，有石蜡气味。聚乙烯的耐水性较好。　　§2-1　聚乙烯树脂及塑料　　★聚乙烯的性能　　☆力学性能　聚乙烯的力学性能一般，拉伸强度较低，抗蠕变性不好，耐冲击性好。冲击强度LDPE＞LLDPE＞HDPE其他力学性能LDPE＜LLDPE＜HDPE主要受密度、结晶度和相对分子质量的影响，随着这几项指标的提高，其力学性能增大。耐环境应力开裂性不好，但当相对分子质量增加时，有所改善。耐穿刺性好，其中LLDPE最好。§2-1　聚乙烯树脂及塑料　　☆热学性能　　聚乙烯的耐热性不高，随相对分子质量和结晶度的提高有所改善。耐低温性能好，脆性温度一般可达－50℃以下；并随相对分子质量增大，最低可达－140℃。聚乙烯的线膨胀系数大，最高可达（20～24）×10－5/K。热导率较高。　　§2-1　聚乙烯树脂及塑料　　　　☆电学性能　　因聚乙烯无极性，所以具有介电损耗低、介电强度大的电性能优异，即可以做调频绝缘材料、耐电晕性塑料，又可以做高压绝缘材料。　　§2-1　聚乙烯树脂及塑料　　☆耐化学药品性能　　在常温下耐酸、碱、盐类水溶液的腐蚀，但不耐强氧化剂如发烟硫酸、浓硝酸和铬酸等。聚乙烯在60℃以下不溶于一般溶剂，但与脂肪烃、芳香烃、卤代烃等长期接触会溶胀或龟裂。温度超过60℃后，可少量溶于甲苯、乙酸戊酯、三氯乙烯、松节油、矿物油及石蜡中；温度高于100℃，可溶于四氢化萘。　§2-1　聚乙烯树脂及塑料　　☆环境性能　　聚合过程中易产生羰基，当日光照射时，使制品变脆。某些高能射线照射PE时，使PE发生交联，改变其结晶度，长期照射会引起变色并变为橡胶状物。PE会产生环境应力开裂现象，是聚烯烃特有的现象。