PE塑料的性能与应用

1、PE塑料的性能与应用(LDPE)、PE即聚乙烯，是一种具有多种结构和特性的聚合物。它主要分为低密度聚乙烯中密度聚乙烯（MDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）、及特殊性能的超 高分子量聚乙烯、 低相对分子质量聚乙烯、 高相对分子质量高密度聚乙烯、 极低密度聚乙烯 等。一般来说相对密度低于的聚乙烯， 通常称为低密度聚乙烯； 相对密度等于或大于的聚乙 烯称为高密度聚乙烯；相对密度在 范围内的聚乙烯称为中密度聚乙烯。由PE的分类上就能看出，密度是关系着PE塑料性能差异的主要指标，其次是相对分子质量，而密度又是树脂结晶度和分子线型结构不同造成的。线性结构的PE结晶度高，密度

2、大，熔融温度、硬度、屈服强度、弹性模量也高。尽管PE分子间的力不大，但主要因结晶度高，分子便堆砌紧密而强度增大。相反，支链度大的PE结晶度较小，则密度较低，可延伸性与韧性较大，即为柔韧性材料。相对分子质量及其分布会直接影响结晶度，进而影响一系列性能，如：强度、硬度、韧性、耐磨性、耐化学药品和老化及耐低温脆折性等越高，而断裂伸长率降低。相对分子质量分布窄，对韧性和低温脆性却有所提高。 而耐长期载荷变形， 耐环境应力开裂性则下降。所以，相对分子质量分布的宽窄对PE制品的种类与使用性能也有密切关系。另外， 熔融指数是聚乙烯熔体流动性的定量指标， 也是反映聚乙烯分子量大小的一个标志。一般情况下，PE的

3、熔融指数越高，其分子量越低；反之PE的熔融指数越低，其分子量越高。 PE 的熔融指数对其加工影响较大。熔融指数大，则流动性就好，对注射成型有利，但对于直接挤出吹塑来说，则不希望熔融指数过高，特别是HDPE熔融指数大，型坯易产生下坠，影响型坯的正常成型。若要吹塑大型制品时，应该选用高分子量高密度聚乙烯（代号为HMWHDPE其重均分子量在 3050万范围内，其分子量不仅明显地高于一般HDPE重均分子量在 1520万之间 ） ，而且分子量分布较宽， 其熔体张力大， 采用直接挤出吹塑成型时，大型制件的型坯也不易产生下坠问题。采用HMWHDF制得的塑料制品还具有良好的耐冲击性、耐蠕变性以及耐应力开裂性。

4、1常用聚乙烯的性能介绍PE 中 低密度聚乙烯性能：LDPE为乳白色蜡状颗粒，它具有无毒、无味、无臭，是最轻的品种，结晶度较低，为55 % 65%熔体流动速率较宽，约为 50g/10min，具有良好的柔韧性、延伸性、透明性、耐寒性，有优良的加工性、化学稳定性及透气性较好，电绝缘性 能优异，但其机械强度、透湿性、耐老化性能较差及耐热性低于高密度聚乙烯。LDPE 相高密度聚乙烯的性能：HDPE为白色粉末或颗粒状，无毒、无味、无臭，与比，支链较少，结晶度较高，密度较大，相对分子质量常为十几万到几十万，熔体流动速率 范围较窄；具有较高的刚性和韧性， 优良的机械性能和耐热性，还具有较好的耐溶剂性、耐 蒸汽

5、渗透性等。HDPE的各项性能见表 1 4项目数值平均相对分子质量/104730结晶度（%8095密度/g Cm表观密度/g Cm熔体流动速率/g （10min） -1折射率n 25d吸水率（%透明度不透明的物理性能表1HDPE项目数值拉伸强度/MPa2245断裂伸长率（200900拉伸模量/MPa4201060压缩强度/MPa弯曲强度/MPa2540的力学性能表2HDPE项目数值熔融温度/ C126136维卡软化点/ C121127热变形温度/ C-60824050脆化温度/ C-70-100热导率/W m1 K比热容 /J kg-1 K-12302线膨胀系数/X10-5 C1113 (040

6、 C)表3HDPE项目数值体积电阻率/ (Qcm) 1016相对介电常数介质损耗因数介电强度/KV mrm1828的电性能表4HDPEHDPE塑料可以采用挤出法、注塑法、挤出吹塑法、挤出压制法等方法成型。产品用途弯曲模量/MPa11001400剪切强度/MPa2036冲击强度无缺口不断/103J m2 缺口1040邵氏硬度D6272的热性能广泛。HDPE塑料的品种很多，可根据具体需要选用，可用于中空吹塑成型的国产HDP射料较多，也较容易从市场购得。在挤出吹塑成型中，HDPE常用来吹塑耐腐蚀的中小型各类容器和汽车中空配件等产品。中密度聚乙烯的性能：MDPE大分子链的支化程度及其性能在很多方面介于

7、HDPE和LDPE之间。它的密度和结晶度主要是由分子链中支链多少与长短不同决定的。支链多而长,密度和结晶度下降， 具有较好的柔韧和低温特性， 但拉伸强度和硬度、 耐热性等不如 HDPE.但耐环境应力开裂性和强度长期保持性较好。 线性低密度聚乙烯：LLDPE是乙烯与少量a -烯烃共聚而制得的一种高聚物，其分子结构与普通的 LDPE（长链长分支）、HDPE长链少分支）不同，为长链上附有若干短的分支的结构，分支的长短与数量决定于共聚单体的种类与用量。因此，分支有较强的规律性，且LDPE分子量的分布相对要狭窄一些。因此，即使LLDPE和LDPE的结晶度相当，密度相近,性能上却显示出较大的差异。由于普通

8、商品级LLD PE分子量分布比较狭窄，采用直接挤出吹塑法吹制中空容器时,型坯易下坠，难以制得性能优良的产品，因此当采用直接挤出吹塑法制LLDPE中空容器时,应选用分子量分布较宽的、吹塑专用级LLD PE树脂。 HMWHD P塑料：HMWHDREHigh Molecular Weight High De nsity Polyethyle ne称为高相对分子质量高密度聚乙烯，它是PE类的新品种之一，有均聚物与共聚物之分，可以用淤浆法和气相法来生产。聚合反应在低压（）、低温（80110C）和过渡金属催化剂存在下进行，所用催化剂有齐格勒型或以铬氧化物为基础的菲利浦型。共聚单体多为1-丁烯、1-辛烯等a

9、 -烯烃。HMWHDPE的重均相对分子质量为（25） x105，共聚物的密度为0.965g/cm3，而一般的HDPE的密度为0.954g/cm3。共聚物的密度与共聚物单体的关系密切，其结晶度与物理特性也不同于均聚物。HMWHDP具有优良的耐环境应力开裂性、冲击强度、拉伸强度、熔体强度、良好的刚性、高防潮性、耐磨性、化学稳定性和冲击性。HMWHDP基本特性及影响因素见表 5-5表5HMWHDPE 基本特性及影响因素项目密度相对分子质量相对分子质量分布增加减少增加减少加宽变窄耐环境应力开裂+t冲击强度1+i+f刚度1+一 一硬度t+一 一一 一拉伸强度14一 一一 一渗透性1t一 一一 一挠曲性1

10、一 一t1耐磨性一 一1一 一加工流动性一 一+1熔体强度一 一+1*熔体粘度一 一* 11t共聚物含量一 一一 一HMWHDPE以用挤出和吹塑法成型，在挤出成型时，挤出机需要设计强制冷却和进料沟槽的进料段，以提高生产效率，防止聚合物降解并提高材料的进料性能，并且可使挤出量提高60%上。HMWHDPE大型工业吹塑件的成型中，主要用来制作容积 200L以上的大型中空容器、塑料托盘、大型储水罐、储油罐等。近几年国内各石化企业开发生产出了多种牌号的HMWHDPE且每年都有新的牌号材料DMDY1158 7000F, 8200B出现，购买时主要应根据需要及市场的情况。国产牌号主要有: 等。国产HMWHD

11、R的性能参数国产HMWHDPE号及性能参数见表 6国产HMWHDR的牌号及性能参数密度拉伸断裂Izod 缺/(g/cm 3)强度伸长口冲击熔体指数/(g/10minESCR）/MPa(%强度/2（Kj/m）大庆石化8200B44085075 6007000F25050030 400扬子石化8200B44085075 6007000F25050030 400齐鲁石化DMDY1158（粉料）2250700 428独山子石化HD5420GA288800 350注：采用190 C, 21.6kg测试条件。ESCR为耐环境应力开裂指数。2聚乙烯的其它特性各种牌号的聚乙烯， 其性能因组成、结构、分子量及分

12、布等的不同而不尽相同。但就聚乙烯类塑料而言，它们之间存在着许多共同的特点，正是这些基本特征， 使它们能够作为塑料中空容器的主要材料，在实践中得到了广泛的应用。力学性能PE之外，通常PE的拉PE具有良好而均衡的机械性能，除了塑料花专用料等高流动性伸强度均在lOMPa以上，断裂伸长率可达 500%或更高。PE的强度与分子结构之间有密切的关系。高密度聚乙烯大分子结构规整性强，结晶度其中拉伸强高，强度较大。一般高密度聚乙烯的拉伸强度等性能均明显高于低密度聚乙烯,度可达低密度聚乙烯的 2倍以上，但高密度聚乙烯的冲击强度较低密度聚乙烯要低。耐化学腐蚀性PE是耐化学腐蚀性最好的塑料之一，它的耐化学腐蚀性可简

13、要归纳如下PE耐绝大多数的稀酸，通常也不受各种盐及其溶液的侵蚀，但会受氧化型浓酸破坏,在高温下还会受氧化剂类物质的侵蚀；PE通常不受醇、醛、酮以及酯类物质的腐蚀；但在室温下会因为芳烃、脂芳烃、卤化烃的作用而引起一定程度的溶胀，LDPE在60C以上、HDPE在 80C以上溶解作用也增大;PE在常温下受卤素的影响较小，但高温下会作用加速;PE对油类约有吸收，如矿物油、香精油会通过PE材料散逸出去; PE 制品在脂肪及芳香烃、醛、酮、醇、浓硫酸、去污剂及皂、油及脂肪、碱金属的氢氧化物等应力开裂剂的作用下可能会产生应力开裂。耐候性PE 在紫外线、高能辐射的作用下，会在空气中发生降解，导致变色、表面龟裂

14、直至脆化、失去强度而丧失使用价值。因此，对于室外应用或者经受阳光直射的PE中空容器，应当使用耐候性配方，即在 PE主料中加入适量的紫外线吸收剂、遮光剂（ 光屏蔽剂 ） 等助剂，以防紫外光的危害。若 PE中空容器外观允许呈黑色，可在PE中配入1%2%的碳黑（碳黑是一种价廉物美的紫外光屏蔽剂 ） ，使其耐候性大幅度提高。阻隔性在中空制品类塑料包装容器的多数应用中， 阻隔性能往往是十分重要的。 在对各种物质的阻隔性中，对氧、二氧化碳、氮气、有机溶剂的透过性能以及对水和水蒸气的透过性能，这些在实际应用中特别重要，它们能直接影响到塑料容器对所包装物品的保护效果。般地讲， PE 的阻隔性能随着密度的增大而

15、改善，也就是说高密度聚乙烯比低密度聚乙烯的阻隔性能要好，但是对于不同物质的阻隔性能相差极大。PE 对水蒸气的透过有极佳的阻隔性能，特别是高密度聚乙烯，是阻隔水蒸气透过的最好的塑料之一。PE对氧、二氧化碳、氮以及众多的有机溶剂， 特别是脂肪烃、 芳烃类等的阻隔性能较差。因此需阻氧保存的物品、脂肪烃、芳烃及其溶液等物质，切忌采用PE类中空容器包装。卫生性能PE 本身无毒、无味，可直接接触食品、药品等物质。但是在用于食品、药品包装时，对包装的加工过程中切忌配入对人体有害的塑料助剂，必须按照国家卫生标准的要求生产。3. PE的吹塑加工成型条件对产品性能的影响以及注意事项成形温度实际应用中的PE吹塑成型

16、温度因 PE的品种不同而异，通常HDPE为170C210C,LDPE为150 C190C。吹塑大型制品一般采用较高的温度，而吹塑小型制品一般采用较低的温度，但需注意如果成型温度过低， 容易产生型坯鲨鱼皮现象或者熔体破裂； 温度过高则会出 现型坯下坠，导致制品壁厚明显不均。因此，在吹塑制品过程中，应随时观察型坯的质量， 发现型坯不正常需及时调整温度。挤出速度切忌过渡提高挤出速度和降低成型温度， 否则容易引起型坯产生鲨鱼皮及熔体破裂的现 象，同时产生较大的离模膨胀， 型坯的壁厚增大， 导致制品的质量增大。因此提高挤出速度 应以不产生鲨鱼皮和熔体破裂为前提， 同时还需要调节模头的芯棒与口模调节环间的

17、距离以 维持制品的质量 （ 重量） 在标准范围之内。壁厚调节壁厚调节包括周向（径向）壁厚调节与轴向壁厚调节。通过对挤出型坯的周向（径向）轴向壁厚调节，就可实现对PE吹塑中空容器的壁厚控制。普通的口模一般通过调节螺栓移动口模调节圈在水平面上的位置，使型坯壁厚趋于均匀，不产生弯曲、平行向下移动。纵向调节由型坯壁厚程序控制系统来完成。在型坯挤出过程中， 按预置程序， 通过伺服阀驱动液压缸，使模头的芯棒上下移动以调节口模间隙， 从而调节型坯壁厚的轴向分布。模具温度模具温度对聚乙烯中空吹塑制品的外观、成型收缩率及强度均有影响， 此外， 模具温度还影响吹塑成型的周期。模具温度高， PE吹塑制品的外观可得到

18、改善，但是尺寸稳定性下降，机械强度 （ 特别是抗冲击强度 ）下降，生产周期延长，生产效率下降；模具温度过高，还可能产生制品在截坯夹断部位过薄的弊端， 因此适当降低模具的温度是有利的。 但是模具温 度过低也会出现一些问题， 如锁模时型坯与模具接触部分急剧冷却， 型坯还未达到制品设计 形状之前就难以延伸了，可能导致制品的厚度不均。吹塑空气压力PE中空吹塑时气压的高低因原料的不同而异,LDPE的吹塑压力一般取，HDPE的吹塑压力一般取。对于部分 HMWHDPE厚壁制品可取。适当提高吹塑压力有助于制品与模腔壁之间的接触，提高冷却效率， 冷却定型效果的改善且有助于缩短成型周期， 可提高吹塑制品表面质量，

19、 但过高的吹胀压力会增大合模机构的 负荷。4. 典型配方与改性HDPE通常用于大中型容器制作的主要原料，多数情况下，对于某一个特定的大中型挤出吹塑制品而言， 一般只需要采用一种塑料原料就可以成型， 并且可以达到比较好的质量水 平。但是，由于近年国际原油价格的普遍上涨，导致塑料原料价格大幅攀升，同时也由于因此也就导致了真正能够用于大中型、 超大型中空吹塑制品的塑料原料的牌号并不是太多， 这一领域的塑料原料配方技术的发展和进步。 预计在可以预见的未来几年内， 这一领域的原千方百计材料配方技术将会得到较快的发展， 能够适用各种特殊用途的原料配方将会受到大中型中空吹塑制品厂家的重视和开发， 同时， 这

20、一领域将会努力在保障制品质量的基础上，的降低塑料原料的综合成本和生产成本。由此，引出HDPE挤出吹塑原料配方的设计及注意事项。HDPE的性能主要取决于其密度、相对分子质量及相对分子质量分布三个因素。密度越大，制品的刚性和硬度越高， 耐化学腐蚀性能越强； 相对分子质量越高， 聚合物流动就越慢， 韧性和耐环境应力开裂性就越好；相对分子质量分布的宽窄则会直接影响聚合物流动的快 慢。在大中型中空吹塑制品配方的研发方向上，一方面将会更加功能化，不断追求制品功 能的完善和使用寿命的延长； 而另一方面将会在优化产品质量的同时， 追求较大幅度的降低 原材料成本和运行成本，以其获得更大的收益。进行配方设计时应考

21、虑的三个基本原则是1. 尽量满足中空吹塑制品的各种使用功能及用途,2. 塑料原料配方具有良好的加工性能,3. 通过配方的设计与改进，降低生产成本。典型配方1. 25100升容器配方设计:表725-100 升聚乙烯塑料桶配方树脂名称树脂型号MI相对密度配比质量份HDPE5200B60 80LDPELD10040 20HDPE8200B60 80LDPELD11760 80从以上配方可知，每一组配方中都加有高压聚乙烯 （LDPE），其原因是单一采用 HDPE时,LDPE对提高其吹塑制品的强度、硬度虽然得到保证，但是缺乏一定的韧性。 中大型塑料桶的跌落试验中, 塑料桶应具有一定的韧性才能保障标准高度

22、下跌落不破裂，因此配入适当的HD Pffl料桶的综合性能是必要的。化学危险品中空塑料包装桶配方设计:如：试制容器25L的包装桶，桶的质量为 1800g。用于盛装浓度为的浓硝酸。单纯的HDPE耐浓硝酸HDPE容器耐浓硝酸性能是不足的，但是加入适当的高聚物改性剂之后，可使的性能明显提高。即采用 EVA和低分子改性剂 Lc改性HDPE制浓硝酸包装容器，试验配方如原料份数编号配方1配方2配方3HDPE100100100EVA2Lc22碳黑白油表8浓硝酸包装用HDPE容器试验配方组成配方中HDPE为HHM5205熔体流动速率 MFI=0.35g/10min ; EVA牌号560，熔体流动速率MFI=3.

23、5 g/10min ，密度=,VA含量14% ;低分子改性剂 Lc,中国产，工业级。上述三种配方制得的包装桶检测结果见表5-26。表9 HDPE及其改性配方制得的 25L桶用于包装浓硝酸的检测结果测试项目测试现象配方1配方2配方3装硝酸前外观符合标准 GB13508-1992合格合格合格密封试验未泄漏合格合格合格跌落试验未破裂合格合格合格堆码试验未倒塌合格合格合格悬吊试验与基准面水平合格合格合格装硝酸六个月后外观配方1放置1个月之后桶 体出现破裂；配方2跌落 破裂；配方3均无明显变 化不合格合格合格密封试验合格合格跌落试验不合格合格堆码试验合格合格悬吊试验合格合格以上三种配方，经按普通包装检验

24、全部合格。 但是，用于盛装浓硝酸， 配方1 一个月后3从表3-18可以看出，用于就破裂了，因此不宜盛装浓硝酸；配方 2六个月后跌落试验桶体破裂了，不合格，虽然其它试验合格，若用来盛装浓硝酸有危险性，建议不宜采用；配方盛装浓硝酸半年后所有试验都合格。由此得出，在HDPE中配入EVA和低分子改性剂 Lc之后,）的包装桶。改性HDP啦浓硝酸的性能明显改善，可以用于制造浓硝酸一种户外塑料座椅的塑料配方表。塑料牌号7000F609818DEVA色母粒比例%404018表10一种户外塑料座椅的塑料配方表注：配方中7000F, 6098均为高密度聚乙烯，具有较高的分子量。18D为低密度聚乙烯。EVA在这个配

25、方中主要作为加工助剂使用，改善吹塑制品的外观质量和增强抗冲击能力。1.100-220升容器由于普通的高密度聚乙烯树脂相对分子质量不高，如HHM5502牌号的树脂是相对分子质量约为15万左右、典型的吹塑成型级乙烯和己烯共聚物，虽然它的力学性能、刚性及表面熔体强度不高、挤出型坯过程硬度均较好，但耐环境应力开裂能力和抗冲击强度都比较差、100200L中下垂现象严重。如果采用该牌号树脂制造200L，净重10.5kg全塑料大桶按国家标准作跌落试验，则出现破裂现象。可见相对分子质量较低的树脂基本上是不适合于生产以上的大型塑料桶的。采用相对分子质量大于 25万的HMWHDPE脂吹塑成型200L以上的大型桶在

26、进行与上述相同试验条件作跌落试验时，通常不会发生破裂现象，同时桶体壁厚的均匀性也得以明显改善，大型桶的耐环境应力开裂能力也成倍地得以提高。因此设计100220升大型中空塑料桶配方时一定要将相对分子质量大于25万作为首先考虑的指标，其次是树脂的密度，实践证明，当树脂的密度处在0.955g/cm 3的范围内时高相对分子质量高密度聚乙烯树脂制品的刚性和耐应力开裂性能是比较均衡的。工业生产中，当对制品的抗冲击性能和耐应力开裂性能要求苛刻时（如汽油箱等），往往选用密度为0.945g/cm 3的树脂为原料；再其次是加工性能相对容易性等。现在，许多国家都针对大型塑料桶设计生产专用原料，它的相对分子质量、熔体

27、流动速率及相对密度都适合制作大型中空塑料桶。100表11为部分牌号高相对分子质量高密度聚乙烯树脂，它们都可以直接选用制作220升甚至更大的中空塑料桶，且不需要掺入其它树脂来改进性能，它们已经完全能达到大型中空塑料桶的使用性能厂家树脂牌号Ml相对密度中国上海石化CH20223中国扬子石化2100J日本大林HXM5010010英国HM4560XA表11大型中空塑料桶树常用脂牌号及厂家从实践经验中得出：在大型中空吹塑塑料桶的原材料中不要盲目添加矿物性母粒来降低成本或提高硬度，否则对产品的质量影响相当大，特别是对于液体状危险品的包装桶而言,产品质量将很难得到完全的保障，在这方面的配方改性技术还有待于进

28、一步的研究与开发。聚乙烯的共混改性可以改善PE材料的一些缺点。表12中列举了聚乙烯共混改性所要达到的目的以及所用的共混组分。共混改性的目的改性用的聚合物1.改性HDPE或LDPE的综合性能相互掺混或分别加入 LLD PE组成三元共混物2.改性PE的冲击性能热塑性弹性体或橡胶类物质3.改善PE的印刷性能聚丙烯酸酯类、氯化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共混物(EVA)4.改善PE对油类的阻隔性能聚酰胺5.改善PE的发泡成型性能聚异丁烯，乙烯-醋酸乙烯共混物(EVA)6.改善LLDPE及UHMWP加工成型性能LDPE HDPE LLDPE或低聚物类加工性改进齐表12聚乙烯共混改性概况HDPE和LDPE的共混

29、HDPELDPE较柔软，但因强度及气密性较差不适宜制取各种中空容器等制品，另一方面硬度较大，缺乏柔韧性不宜制取软制品。将两种密度的聚乙烯共混可以制得软硬适中的聚乙烯材料，从而适应广泛的用途。 表13及表14给出两种不同密度的聚乙烯共混后的性能与组成的关系。HDP E/LD PE密度(g/m3)结晶度(%)邵氏硬度(D)熔体指数(g/10mi n)软化点(C)拉伸强度(MP a)断裂 伸长率(%)热变形温度(C )0:1004849 5175010:905053 5540020:805252 55275与LDPE共混的物理性能表13HDPEHDP E/LD PE渗透系数（24小时.cm） X 1

30、0580 %乙醇蒸馏水100:090:1070:3050:5030:7010:900:100表14注：药品渗透性的测定是在规格为25ml，壁厚为伽，表面积为 51.2cm2的试瓶中进行的,30:705453 5611010040:605556 571157550:505755 572560:405958 591070:306459 6176106080:206361 621441090:106962 6425510100:07063 654671065HDPE与LDPE共混物的药品渗透性测定条件为40 C，相对湿度为50%。由表13可知，两种密度不同的聚乙烯按各种比例共混后可以得到一系列有中间性能的共混物。这些聚乙烯的性能，如密度、结晶度、硬度、软化点等的变化很有规律，符合根据原料共混比所计算的线性加和值。然而，断裂伸长率及拉伸强度的变化稍显特殊，当在HDPE中掺入的比例少于 60:40时，断裂伸长率基本不变，既使比例为50:50时，但此时拉伸强度却出现一极大值。由表14可知，LDPE中掺入HDPE增加了密度，降低了药品的渗透性，也降低了透气性和透汽性