聚丙烯物理化学性能

1、第二节 聚丙烯（ PP）2.1 聚丙烯的结构一 定义 聚丙烯是丙烯的聚合产物。CH2CHnCH3二 PP 的聚合Zieglar-Natta 催化剂催化的阴离子配位聚合制成等规 PP。 该反应的副产物是无规 PP。三 PP 的三种不同立体构型 聚丙烯大分子链上侧甲基的空间位置有三种不同的排列方 式，即等规、间规和无规由于侧甲基的位阻效应，使得聚 丙烯分子链以三个单体单元为一个螺旋周期的螺旋形结构。 由于侧甲基空间排列方式不同，其胜能也就有所不同。等规 聚丙烯的结构规整性好，具有高度的结晶性，熔点高，硬度 和刚度大，力学性能好；无规聚丙烯为无定型材料，是生产 等规聚丙烯的副产物，强度很低，其单独使

2、用价值不大，但 作为填充母料的载体效果很好，还可作为聚丙烯的增韧改性 剂等。间规聚丙烯的性能介于前两者之间，结晶能力较差， 硬度与刚度小，但冲击性能较好。、等规 PP 的等规度（等规指数）是指等规聚合物所占的重量 百分比，一般是由正庚烷回流萃 分子量聚合物后的剩余物，用质量分数（ %）表示。这仅仅 是一种粗略的量度，因为某些高分子量的无规异构体以及高分子量的等规、无规、间规嵌段分子链在正庚聚丙烯中侧甲基的存在，使分子链上交替出现叔碳原子，而 叔碳原子极易发生氧化反应，导致聚丙烯的耐氧化性和耐辐 射性差，因此使得聚丙烯的化学性质与聚乙烯相比有较大改 变，在热和紫外线以及其他高能射线的作用下更易断

3、链而不 是交联。<四 > 等规 PP 的聚集态和结晶结构 聚丙烯制品的晶体属球晶结构，具体形态有 、 、和拟 六方 4 种晶型，不同晶型的聚合物在性能上有差异， 晶 型属单斜晶系，它是最常见、热稳定性最好、力学性能好的 晶型，熔点为 176，相对密度 0.936；晶型属六方晶系， 它不易得到，一般骤冷或加月晶型成核剂可得到，但它的冲击性能好，熔点 147 ，相对 密度 0.922 ，制品表面多孔或粗糙； 晶型属三斜晶系， 熔点 150 ，相对密度为 0.946 ，形成的机会比 晶型还 少，在特定条件下才可获得；拟六方为不稳定结构，骤冷可 制成，相对密度为 0.88 ，主要产生于拉伸

4、单丝和扁丝制品 中。聚丙烯制品球晶的种类对性能影响大，球晶尺寸的大小对制 品性能的影响更大，大球晶制品的冲击强度低、透明隆差， 而小球晶则正相反。2.2 聚丙烯的性能1、基本性能 聚丙烯树脂为白色蜡状物固体，它的密度很低，在 0.89 一 0.92g /cm3 之间，是塑料材料中除 4-甲基 -1-烯（ P4MP ） 之外最轻的品种。聚丙烯综合性能良好，原料来源丰富，生 产工艺简单，而且价格低廉。2、力学性能 力学性能聚丙烯的力学性能与聚乙烯相比，其强度、刚度和 硬度都比较高，光泽性也好。但在塑料材料中仍属于偏低的。 如果需要高强度时，可选用高结晶聚丙烯或填充、增强聚丙 烯。聚丙烯的冲击强度对

5、温度的依赖性很大，其冲击强度较 低，特别是低温冲击强度低。聚丙烯的冲击强度还与分子量、结晶度、结晶尺寸等因素有关。聚丙烯还具有优良的抗弯曲 疲劳性，其制品在常温下可弯折 106次而不损坏。3、热性能聚丙烯具有良好的耐热性。可在 100 以上使用，轻载下可 达 120 ，无载条件下最高连续使用温度可达 120 ，短 期使用温度为 150 。聚丙烯的耐沸水、耐蒸汽性良好，特 别适于制备医用高压消毒制品。聚丙烯的热导率约为0.150.24W/( m K· ) , 要小于聚乙烯热导率，是很好的绝热保 温材料。4、耐化学药品性能聚丙烯是非极性结晶型的烷烃类聚合物，具有很高的耐化学腐蚀性。在室温

6、下不溶于任何溶剂，但可在某些溶剂中发生溶胀。聚丙烯可耐除强氧化剂、浓硫酸以及浓硝酸等以外的 酸、碱、盐及大多数有机溶剂(如醇、酚、醛、酮及大多数 狡酸等) , 同时，聚丙烯还具有很好的耐环境应力开裂性， 但芳香烃、氯代烃会使其溶胀，高温时更显著。如在高温下 可溶于四氢化萘、十氢化萘以及 1 , 2 , 4-三氯代苯等。5、电性能聚丙烯为一种非极性的聚合物，具有优异的电绝缘性能。其 电性能基本不受环境湿度及电场频率改变的影响，是优异的 介电材料和电绝缘材料，并可作为高频绝缘材料使用。聚丙 烯的耐电弧性很好，在 130 180s 之间，在塑料材料中属于 较高水平由于聚丙烯低温脆性的影响，其在绝缘领

7、域的应 用远不如聚乙烯和聚氯乙烯广泛，主要用于电信电缆的绝缘 和电器外壳。6、环境性能 聚丙烯的耐候性差，叔碳原子上的氢易氧化，对紫外线很敏 感，在氧和紫外线作用下易降解。未加稳定剂的聚丙烯粉料， 在室内放置 4 个月性能就急剧变坏，经 150、 0.53.0h 高 温老化或 12d 大气曝晒就发脆。因此在聚丙烯生产必须加人 抗氧剂和光稳定剂。在有铜存在时，聚丙烯的氧化降解速度 会成百倍加快，此时需要加人铜类抑制剂，如亚水杨基乙二 胺、苯甲酸腆或苯并三哇等。7、加工性能（ 1）聚丙烯的吸水率很低，在水中浸泡 1d ，吸水率仅为 0.01 0.03 % ，因此成型加工前不需要对粒料进行干燥处理。

8、（2）聚丙烯的熔体接近于非牛顿流体，黏度对剪切速率和温 度都比较敏感，提高压力或增加温度都可以改善聚丙烯的容 易流动性，但以提高压力较为明显。（3）由于聚丙烯为结晶类聚合物，所以成型收缩率比较大， 一般在 1 %2.5的范围内，且具有较明显的后收缩性。在 加工过程中易产生取向，因此在设计模具和确定工艺参数时 要充分考虑以上因素。（ 4）聚丙烯受热时容易氧化降解，在高温下对氧特别敏感， 为防止加工中发生热降解，一般在树脂合成时即加人抗氧 剂。此外，还应尽量减少受热时间，并避免受热时与氧接触。（5）聚丙烯一次成型性优良，几乎所有的成型加工方法都可适用，其中最常采用的是注射成型与挤出成型。2.3 聚

9、丙烯的应用聚丙烯的优点为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塑料中最高、耐疲劳性好、价格在所有 树脂中最低；经过玻璃纤维增强的聚丙烯具有很高的强度， 性能接近工程塑料，常用作工程塑料。聚丙烯的缺点为低温 脆性大和耐老化性不好。聚丙烯的加工性能优良，可以采用 多种加工方法生产出不同的制品用于各种用途。聚丙烯的注 塑制品用量很大，一般的日用品以普通聚丙烯为主，其他用 途的以增强或增韧聚丙烯为主。如：汽车保险杠、轮壳罩用 增韧聚丙烯，而仪表盘、方向盘、风扇叶、手柄等用增强聚 丙烯。聚丙烯的挤出成型制品也很多，其中用量最大的是纺织用的 纤维和丝，这主要是由于聚丙烯具有很好的着色性

10、、耐磨性、 耐化学腐蚀性以及价格低廉。聚丙烯的丝及纤维制品主要包 括单丝、扁丝和纤维三类。单丝的密度小、韧性好、耐磨性 好，适于生产绳索和渔网等。扁丝拉伸强度高，适于生产编 织袋，可用于包装化肥、水泥、粮食及化工原料等。还可用 于生产编织布，制作宣传品及防雨布。纤维可广泛用于生产 地毯、毛毯、衣料、人造草坪、滤布、无纺布及窗帘等。聚 丙烯的挤出制品还可用来生产薄膜。经过双向拉伸的薄膜可 改善聚丙烯的强度及透明性，可用于打字机带、香烟包装膜、 食品袋等。另外，聚丙烯挤出制品还可用于管材、片材等。聚丙烯的中空制品具有很好的透明性、力学性能及混气阻隔性，可用于洗涤剂、化妆品、药品、液体燃料及化学试剂

11、等 的包装容器。2.4 聚丙烯的改性（1）聚丙烯共聚物 聚丙烯共聚物一般为丙烯与乙烯的共聚物，可分为无规共聚 物和嵌段共聚物两种。聚丙烯无规共聚物中乙烯单体的含量为 1%-7% ，乙烯单体 无规地嵌人阻碍了聚合物的结晶，使其性能发生了变化。与 均聚聚丙烯相比，其具有较好的光学透明性、柔顺性、较低 的熔融温度，从而降低了热封合温度。此外，它还具有很高 的抗冲击性，温度低于 0 时仍然具有良好的冲击强度， 但硬度、刚度、耐蠕变性等要比均聚聚丙烯低10 %15 。而耐化学药品性、水蒸气阻隔性等都与均聚聚丙烯相似。（2）聚丙烯合金 与高密度聚乙烯共混 聚丙烯与高密度聚乙烯共混主要是为了改善聚丙烯的韧性

12、。 聚丙烯与高密度聚乙烯的结构相似，可以以任何比例共混， 一般是混人 10 40%环的高密度聚乙烯，可以明显改善 聚丙烯的韧性，例如可以使落球冲击强度提高 8 倍以上，并 可以使成型流动性进一步提高。但随聚乙烯用量的增加，会 使材料耐热性、拉伸强度等性能降低。 与乙丙橡胶、热塑性弹性体共混 聚丙烯与乙丙橡胶共混主要是为了改善韧性和耐寒性。加人 10乙丙橡胶就具有明显的增韧效果，但却使材料耐热性下 降，耐候性也进一步下降，故一般采用乙丙橡胶聚丙烯一二 烯烃三元共聚物（ EPDM）与聚丙烯共混，可以起到良好效果， 可以得到综合性能良好的改性聚丙烯。常用于汽车保险杠和 安全帽。聚丙烯还可与热塑性弹性体共混，同样也可改善其 冲击性能及耐寒性。 聚丙烯与聚酰胺共混 聚丙烯与聚酰胺共混可以改善其耐热性、耐磨性、抗冲击 性及染色性等。但是由于聚丙烯与聚酰胺的相容性较差， 因此通常要在其中加人相容剂，一般为少量顺丁烯二酐与 聚丙烯的接枝共聚物，因为顺丁烯二酐对聚酸胺有亲和性， 酸酐基与聚酰胺的 -NH 2端基发生反应，此接枝聚合物增加 了聚丙烯与聚酰胺的相容性，使共混物的冲击韧性得到了 极大的改善。（3）填充充聚丙烯 用粉末状的碳酸钙、硫酸钙、滑石粉、云母及木粉等对聚丙 烯进行填充，可使聚丙烯的刚度、硬度、弹性模量热变形温度、耐蠕变性、成型收缩率及线