通用塑料介绍

2塑料(plastics)：定义：以树脂为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂、着色剂等特定用途的添加剂，经加工成形的固体材料。热塑性塑料(thermoplastics)热固性塑料(thermoset)线形(linear)或支链形(branched)，可熔可溶。如聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等根据受热行为分交联结构，不溶不熔。如酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂等按使用性能分通用塑料工程塑料PE、PP、PVC、PS及ABS等通用工程塑料特种工程塑料PA、PC、POM、PPO、PBT等PI、PSF、PPS、PEEK、PTFE等（100~150℃）（150℃）知识点回顾塑料与树脂的区别3重点：理解聚乙烯的结构及其性能的关系掌握聚乙烯的加工性能了解不同聚乙烯品种的用途难点：聚乙烯的结构与性能关系的理解本节重难点：结构性能应用2.1聚乙烯主要内容：42.1聚乙烯PE产量约占世界塑料的1/3，高居首位聚乙烯应用举例5（1）聚乙烯的结构线性聚合物，高分子长链脂肪烃柔顺性很好的热塑性聚合物分子对称，无极性基团，分子间作用力小分子链的空间排列呈平面锯齿形可反复折叠并整齐堆砌排列形成结晶CH2-CH2n2.1聚乙烯PE：乙烯单体经自由基聚合而成62.1聚乙烯CH2-CH2n如丙烯、1-丁烯、1-辛烯支链少,结构规整易结晶（1）聚乙烯的结构PE品种：高密度聚乙烯（HDPE）：低温低压法低密度聚乙烯（LDPE）：高温高压法线性低密度聚乙烯(LLDPE):乙烯与α-烯烃共聚超高分子量聚乙烯（UHMWPE）交联聚乙烯（X-PE）7（1）聚乙烯的结构PE分子链中含有少量的支链：LDPE：20~30个侧甲基/1000个主链CHDPE：5个侧甲基/1000个主链CLDPE含有更多的支链（乙基、丁基或更长的支链）和更宽的分子量分布2.1聚乙烯结晶度？密度？拉伸强度？支链数目？透明性？流动性（MI）？总结：LDPE和HDPE在下列性能上的对比：L＜HL＜HL＜HL＞HL＞HL＞H力学性能/密度聚合方法结晶度/透明性大分子支化程度8（2）聚乙烯的性能物理性能：无味、无毒、乳白色蜡状固体；密度0.91~0.96g/cm3；透水率低而透气性较大，易燃力学性能：一般，软而韧取决因素：密度(结晶度)、分子量化学稳定性：良好60℃以下一般不溶于溶剂，只是不耐强氧化剂热性能：耐热性不高Tg在塑料中是很低的，LDPE使用温度80℃，HDPE使用温度121℃；请思考：为什么PE料不适合做开水杯？2.1聚乙烯9表面能低，粘附性差电性能：优异（无极性、吸湿性低）PE的介电损耗和常数几乎与温度和频率无关，可用于高频绝缘（+抗氧剂）环境性能：日光照射使制品变脆原因：氧化生成的羰基吸收光波某些高能射线照射，引起交联和变色（+炭黑）；环境应力开裂：PE在活性物质（酯类、金属皂类、磺化醇类、有机硅液体、潮湿土壤等）作用下产生应力开裂现象。LDPE优于HDPE改善途径：提高PE分子量、降低分子量分散性、分子链交联2.1聚乙烯（2）聚乙烯的性能10（3）聚乙烯的加工工艺加工前原料可以不必干燥PE的吸湿性很低注意选择合适的熔融流动速率（MFR）注塑和薄膜吹塑成型：PE熔体流动速率要高，分子量分布要窄，支链要少；挤出和中空吹塑成型：PE熔体流动速率要低，分子量分布要宽，以保证制品表面光滑加工时注意点:2.1聚乙烯在熔融状态下进行，如注塑、挤出、吹塑、压制等在190℃下聚乙烯熔体在21.2N的压力下每10min挤出的质量,单位：克/10min11PE结晶能力越大，制品冷却后的收缩率越大模具温度高，结晶时间长，收缩率增大PE熔体在空气中容易氧化，而且温度越高，氧化越严重熔体温度比PE熔点高40-50℃2.1聚乙烯LDPE、LLDPE和HDPE在制备方法、结构及性能上的差异？问题（3）聚乙烯的加工工艺12常用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2.1聚乙烯13低密度聚乙烯（LDPE）农用膜、地膜，各种轻、重包装膜，编织内衬、涂层、各种管材、电线电缆包覆2.1聚乙烯14高密度聚乙烯（HDPE）包装中空容器、注塑容器、鱼网丝、管材、机械零件等2.1聚乙烯15线性低密度聚乙烯（LLDPE）高抗伸强度、抗穿透性、抗撕裂性和伸长率，65％用于制作薄膜。2.1聚乙烯16（4）其它种类PE平均相对分子量：通常100~300万，最高达600~700万；其分子结构与HDPE的基本相同，线性结构极佳耐磨性、突出的高模量、高韧性及耐环境应力开裂性制备方法：低压聚合加工方法：分子量极高，熔体粘度极大；结晶度70～85%粉末压制烧结；挤出、注塑（加低分子量PE或助剂）用途：各种机械部件、人工关节UHMW-PE纤维（缆绳、渔网、防弹衣、雪橇等）、汽车配件、绳索、滑动轴承、轴套等1)超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）:2.1聚乙烯17名称密度（g/cm3）结晶度（％）熔点（℃）备注LDPE0.910-0.92565-75108-126长支链LLDPE0.913-0.93075-85118-140乙烯与α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UHMWPE0.944-0.95470-85125-138直链状，超高相对分子量常用PE性能汇总2.1聚乙烯18平均相对分子量：500~5000；主要作为塑料加工时的助剂2)低分子量聚乙烯（LMWPE）:聚乙烯蜡网状结构——热固性塑料；用途：电线、电缆、热收缩管等交联方法：辐射、化学交联3)交联聚乙烯2.1聚乙烯19LDPE和HDPE的仲氢被氯取代；含氯量通常为30~40%对称性减小，结晶能力降低，变得柔软，弹性增加。优异的冲击性能、阻燃性能，耐热性能，长期使用温度为120℃，良好的耐候、耐油、耐酸碱和耐臭氧氧化等性能用途：主要是作为PVC的增韧剂4)氯化聚乙烯（CPE）:无规共聚物，高压下自由基聚合；EVA性能与VAc含量有关VAc含量增加，弹性、透明性等提高，而刚性、耐磨性、电绝缘性减弱；如含量10~20%时为塑性材料，30%时为弹性材料用途：薄膜、涂料、粘合剂等5)乙烯共聚物——乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）2.1聚乙烯20聚乙烯的牌号2.1聚乙烯PE-FB-18D045-DK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表示为具有抗粘连性能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第四单元表示填料或增强材料的类型；如粉状（D）的碳酸钙（K）等21聚乙烯的力学性能：冲击强度：LDPE＞LLDPE＞HDPE拉伸强度：LDPE＜LLDPE＜HDPE随密度、结晶度和相对分子质量的提高，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耐穿刺性以LLDPE最佳2.1聚乙烯22聚丙烯（PP）发展最快的塑料品种，产量仅次于PE、PVC；按结构分为等规、间规、无规三种：CH2-CHnCH3等规PP占到90%以上，熔点160-176℃无规PP呈粘稠状，不能用于塑料，只用于改性载体间规PP属于高弹性塑料。电绝缘性和耐化学腐蚀性优良，力学性能和耐热性在通用热塑性树脂中最高，价格在所有树脂中最低玻璃纤维/PP具有高强度优点:2.2聚丙烯23聚丙烯的物化性能白色蜡状固体，密度很低（0.89~0.92g/cm3），是塑料中除聚4-甲基-1-戊烯之外最轻的品种；力学性能：与PE相比，其强度、刚度和硬度都比较高，光泽性也好，但在塑料中仍属偏低的电性能：非极性聚合物——优异的电绝缘性能，但存在低温脆性，其在绝缘领域的应用不如PE和PVC，主要在电信电缆、电器外壳方面。高结晶或填充增强2.2聚丙烯24耐化学药品性：非极性——很好的耐化学腐蚀性，在室温下不溶于任何溶剂，仅不耐强氧化剂环境性能：叔碳上的氢——耐候性差：抗氧剂和光稳定剂其它性能：易燃（IO为17.4）、表面能低。氧指数：在规定条件下，试样在氧、氮混合气流中，维持平稳燃烧所需的最低氧气浓度，以氧所占体积百分数表示。IO＜22：易燃材料IO在22～27：可燃材料IO＞27：难燃材料CH2-CHnCH32.2聚丙烯聚丙烯的物化性能25聚丙烯的加工性能加工前不需干燥——吸水率很低；PP熔体接近非牛顿流体，提高压力和温度可改善熔体流动性：结晶度高——成型收缩率较大（1~2.5%）；高温易氧化降解。抗氧剂在高温下易挥发，因而二次加工或回收料中适量补充抗氧剂印刷时与油墨粘着性差（非极性表面），采用表面处理、接枝及共混改善2.2聚丙烯26聚丙烯主要添加剂抗氧剂成核剂：使聚合物结晶速度提高，球晶数目增加和球晶尺寸减小。如苯甲酸钠和碱性二甲酸铝其它如光稳定剂、着色剂、填充剂、增强剂、阻燃剂等2.2聚丙烯聚丙烯成型方法注塑成型挤出成型中空吹塑27聚丙烯的改性低温脆性大(-8~8℃)耐热氧老化、不易染色热形变温度低(102℃)收缩率大缺陷：改性方法：聚丙烯合金（与HDPE、乙丙橡胶、PA、热塑性弹性体共混——韧性、耐寒性、耐磨性）填充聚丙烯（CaCO3、CaSO4、滑石粉等各种填料）硬度、热形变温度、成型收缩率及线膨胀系数都有所改善增强聚丙烯（玻璃纤维）2.2聚丙烯28常用乙丙橡胶作增韧剂：三元乙丙橡胶(EPDM):增韧PP性能很好，加入10%就有明显的效果。耐候性优，不过破胶有一定困难，流动性也不太理想。一般EPDM与PP共混，可以得到综合性能良好的改性PP，常用于汽车保险杠和安全帽。2.2聚丙烯聚丙烯的增韧改性29Fig.EffectofEPDMcontentonthemechanicalpropertiesofPP2.2聚丙烯聚丙烯的增韧改性30纯PP(×1000）PP/EPDM(×1000）PP/EPDM(×5000）图扫描电镜照片2.2聚丙烯31聚烯烃弹性体(PolyolefinElastomer，缩写为POE):Dow化学公司推出的采用金属茂催化剂使乙烯和辛烯实现原位聚合的热塑性弹性体专利产品,商品名为Engage，应用于汽车用聚烯烃抗冲改性。商品化的POE本身呈颗粒状，可以直接加入到塑料中实行改性，因此POE较EPDM等橡胶改性剂加工操作上更为简便，这样可大大降低生产成本。2.2聚丙烯聚丙烯的增韧改性32POEEPDM2.2聚丙烯33通用树脂注塑制品：各种日用品（桶、盆、瓶盖等）挤出制品：单丝（绳索、渔网）、扁丝（编织袋）纤维（地毯、草坪、无纺布等）专用树脂专用树脂有三个特征，一是技术含量高、档次高；二是用途专一；三是附加价值较高。我国仅有7个种类PP专用料：BOPP专用料、流延膜专用料、纤维专用料、烟用丝束专用料、洗衣机专用料、汽车专用料、家电专用料。聚丙烯的应用2.2聚丙烯34聚丙烯（PP）NaturalPP主要用于制造薄膜、管材、片材、编织袋、电器配件、汽车配件等。ClearPS2.2聚丙烯35汽车中聚丙烯材料零部件2.2聚丙烯36聚丙烯的结构侧甲基的位阻效应——螺旋形结构（三个