青岛科技大学塑料原料与助剂课件1绪论与聚乙烯

1、塑料原料与助剂 塑料工程教研室*2 参考书参考书：1.塑料原料与助剂 科技出版社 段予忠2.塑料工业 石油化学出版社 上海合成树脂研究所3.合成树脂及塑料手册 化工部科技情报所4.橡胶塑料加工助剂 化工出版社5.塑料加工技术应用手册 机械出版社 李祖德*3绪论根本内容： 1、塑料的开展概况、定义和分类;2、塑料性能; 3、塑料的应用领域; 4、本课程的主要内容和要求; 5、聚乙烯种类、性能与应用领域；6、聚乙烯简单识别学习目的及要求：了解塑料的性能与应用领域，聚乙烯种类、应用与识别。本章重点：1. 塑料的定义 2.。学习方法：掌握根本的、重点的内容，多联系实际。 *4 人类社会的进步与材料的使

2、用密切相关。人类要生存、要开展就离不开材料的使用。从石器时代、铜器和铁器时代开展到今天，人类使用的材料主要有四大类，即木材、硅酸盐水泥、陶瓷、钢铁、塑料。其中塑料是20世纪才开展起来的一大类新材料。塑料是高分子材料中最大的一类材料，目前世界高分子材料的年产量中，塑料约2 亿吨，合成纤维约0.5亿吨，合成橡胶约0.2 亿吨， 前言 人类在远古时期已经开始使用天然高分子材料，并逐步学会对它们的加工。如用蚕丝、棉、毛织布，用木材、棉、麻造纸。19 世纪30年代末开始了对天然高分子的化学改性，如对天然橡胶的硫化，纤维素的硝化成为第一个塑料品种，方法是用硝酸将纤维素硝化，用樟脑作增塑剂制得硝酸纤维素塑料

3、，俗称赛璐珞。1907 年人工合成了第一个高分子材料酚醛树脂苯酚、甲醛路线。*6塑料定义： 从广义上来说：凡能够塑成一定形状的材料，或者是在一定温度或压力条件下，能够流动的材料(如：石墨、玻璃、铜、铝等)都可称为“塑料。 狭义上来说：一般是指以合成树脂为根本成分的高分子有机化合物，在一定条件(如温度、压力等)可塑成一定形状的、并且在常温下保持形状不变的材料。 多数塑料是以合成树脂为根底，并根据用途的不同，添加不同的助剂，如：填料、增塑剂、抗氧剂、抗静电剂、爽口剂等。 *7 1.2 塑料的分类 1.2.1 塑料的种类很多，根本可分为十八大类树脂，二百多个品种有资料介绍有300多品种，但其中常用的

4、品种有二十几种。各有其特殊的物理、化学、电和机械等性能。分类方法有两种： a 根据塑料受热后的变化分为：热塑性塑料和热固性塑料。 b根据塑料的组分性质分为：纤维素塑料、蛋白质塑料和合成树脂塑料。 热塑性塑料 热塑性塑料，是以热塑性树脂为根本成分的塑料。这种塑料主要具有链状的线性结构，特点是受热后发生物态变化，由固体软化或熔融成粘流体状，在压力的作用下，可塑成所需要的形状，在常温下不变形，但加热后可软化，这个过程可以反复屡次塑制，而塑料分子结构并不发生变化。如：聚乙烯、尼龙等。*9 热固性塑料 热固性塑料是以热固性树脂为根本成分的塑料。成形后具有网状的体型结构，受热后不再软化，强热后会分解破坏，

5、不能反复塑制。如：酚醛塑料、氨基塑料等。其中松香改性酚醛树脂，可以制造亮光油墨和铅印油墨。 1.2.4 纤维素塑料 纤维素塑料是以纤维素的衍生物为根本成分的塑料。如：硝酸纤维(素)塑料，醋酸纤维(素)塑料，乙基纤维(素)塑料等。包装印刷常用的玻璃纸、摄影胶片、制版用的软片等皆属于这类塑料。 *111.2.5 蛋白质塑料 蛋白质塑料是以蛋白质为根本成分的塑料。如：大豆蛋白质塑料等。常用于制成玩具或和其它塑料并用作为改性剂。1.2.6 合成树脂塑料 合成树脂塑料，即合成树脂，又称人造树脂。是由单体经聚合而成的树脂，种类很多。有的能溶于水或有机溶剂。有的加热软化。有的受热后变为不溶不熔状态，根据化学

6、组成分为；乙烯基树脂、丙烯酸树脂、聚酰胺树脂、聚酯树脂等。各有其物理、化学和电性能。*12树脂 树脂是无定形的半固体、固体或假固体的有机物质。一般是大分子物质。呈透明或半透明乳白色。无固定熔点，但有软化或熔融范围，受热变软逐渐熔化，在力的作用下可流动。大多不溶于水，有的可溶于有机溶剂。根据来源分为：天然树脂和合成树脂。根据受热后表现分为:热固性树脂和热塑性树脂。根据溶解度分为:水溶性树脂、醇溶性树脂和油溶性树脂。*13 工程塑料是指具有优良的机械强度、刚性、耐冲击等物理性能，可以代替金属材料应用于各种工程机械设备上的一种塑料。如尼龙、聚碳酸酯、聚醚酮等。 特种塑料是指具有某一特性特别优良的塑料

7、。如：能耐500以上高温的，或者能在一100以下低温寒冷条件下使用的，或者能应用于高能射线幅照强环境中使用的塑料。近年，国际上研究的塑料包装材料，能够抑制热、声、光、静电、电磁能量穿透的塑料，也属于特种塑料。 聚烯烃塑料是烯烃类聚合物的总称。烃类是含有元素种类最少的有机化合物，由碳和氢两种元素组成。种类繁多，有广泛的天然资源。如：天然气、石油分馏产物、煤干馏产物、天然橡胶等的主要成分都属于烃类。烃类塑料如聚乙烯、聚丙烯等是塑料包装印刷用量最多的塑料。*162塑料的特点质轻、比强度高 一般在0.92.3之间，有些增强塑料的比强度接近或超过钢材，例如玻璃钢。电绝缘性能 几乎所有的塑料都具有优异的电

8、绝缘性能。尼龙等例外。化学稳定性能 一般塑料对酸碱等化学药品均有良好的耐腐蚀能力，特别是聚四氟乙烯的耐腐蚀性比黄金还好，甚至能耐“王水腐蚀，称为“塑料王。2 塑料的特点 减摩、耐磨性能好。 透光及防护性能 多数塑料为透明或半透明，其中PS、PMMA为典型的代表。减震、消音性能。加工性能良好缺乏：耐热性比金属差，热膨胀系数比金属大35倍，易蠕变、老化等。*183 塑料的应用领域 薄膜：地膜、大棚膜：育苗，蔬菜，养殖 管材和管件：灌溉，自来水供水 网：养殖，育苗，运动草皮，沙漠绿化3.2包装：用途广泛 包装容器，代替金属、陶瓷、玻璃、木材等 保鲜,软装罐头、果汁、化装品 防震：PS、PU、PE泡沫

9、塑料 日常包装：袋，编织袋，捆扎绳，打包带 3.3交通运输：主要用于汽车、轮船的零部件及装修上比强度大3.4电气工业：电线、电缆、录音机、录像机、电视机等3.5化学工业：塑料容器和管道、耐腐蚀 *203.6仪表工业：制造辅件3.7建筑工业：化学建材，代替木材，水泥砖瓦，顶棚，地板3.8航空材料：飞机上用塑料件，减轻重量3.9国防与尖端工业：卫星、火箭及原子能工业中做烧蚀材料、耐腐蚀材料，武器中做零部件，塑料地雷，隐身飞机 3.10 家具：桌椅3.11 体育用品和日用品：钓鱼竿、梳子、玩具、餐具、盆、筐、鞋、衣、塑料跑道、体育器械等。3.12 医疗卫生：一次性注射器，输液器，人造骨骼及气管、血管

10、等。 *224塑料原料与助剂课程主要内容通用塑料1.聚乙烯HDPE LDPE LLDPE UHMWPE CPE VLDPE ULDPE mPE)。2.聚氯乙烯PVC悬浮聚合、乳液聚合3. 聚丙烯全同、简同、无规PP-R PP-H PP-B)4.聚苯乙烯GPS HIPS EPS )5.ABS(苯乙烯类聚合物*234塑料原料与助剂的主要内容 工程塑料1.聚酰胺PA6 PA66 PA1010 PA11 PA12 MC)2.聚酯树脂PET PBT)3.聚碳酸酯PC)4.聚甲基丙烯酸甲酯PMMA)5.聚氨酯PU)*244塑料原料与助剂的主要内容 热固性塑料酚醛塑料PF:电绝缘、耐热性、耐酸性好，用于电器

11、通信、涂料、胶粘剂。氨基塑料：电绝缘、耐热性、耐酸性好，用于绝缘材料、餐具等。环氧树脂EP：粘接效果、电绝缘性、耐药性好，用于粘合剂、涂料、电绝缘材料。脲醛UF:无色、着色容易，似酚醛，用于罩、按钮、涂料。三聚氰胺：硬度大，耐磨性、阻燃性、耐水性好。用于装饰板、强化地板、电器零件、涂料。 *254塑料原料与助剂的主要内容 特种工程塑料普通双酚A型聚砜聚砜PSU 改性聚砜双酚A与PMMA及ABS共聚物非双酚A型聚砜或称聚苯醚砜聚醚砜又称聚芳醚聚酰亚胺PI聚苯醚PPO 聚苯硫醚PPS聚醚酮PEK聚芳醚酮PEKK聚醚醚酮PEEK聚四氟乙烯(PTFE)液晶聚合物LCP*264塑料原料与助剂的主要内容

12、助剂1.增塑剂DOP DBP 氯化石蜡 环氧大豆油 偏苯三酸三辛酯 单脂肪酸甘油酯 癸二酸二辛酯 己二酸二辛酯 油酸甲酯 对苯二甲酸二辛酯 癸二酸二丁酯 2.稳定剂热稳定剂、抗氧剂、光稳定剂3.润滑剂8.偶联剂、增强剂、相容剂*27上篇 第一章 聚乙烯 聚乙烯是世界塑料品种中产量最大的品种，应用广泛，约占世界塑料总产量的四分之一，目前聚乙烯的产量已到达四千多万吨，已有60多年的工业化历史，其中我国2006年的聚乙烯产量为700万吨，其原料丰富，价格廉价，容易成型加工，性能优良。1933年英国卜内门化学工业公司利用高压聚合生成LDPE；1939年德国齐格勒用氯钛作催化剂低压下合成了HDPE；19

13、57年美国菲利浦石油公司用氧化铬硅铝胶作催化剂中压下合成了LLDPE。 聚乙烯根据合成的单体、方法、路线的不同可分为低密度聚乙烯，高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯等品种， 下面简单介绍其合成路线，根本性质，成型加工性能，改性状况及用途。1聚乙烯的生产低密度聚乙烯LDPELow-Density Polyethylene也叫做高压聚乙烯。是由浓度为99.95%的乙烯单体经高压自由基聚合而成，密度较低，为0.91-0.93克/立方厘米。高密度聚乙烯HDPEhigh-density polyethylene也叫低压聚乙烯，是由浓度为99.95%的乙烯单体经低压聚合而成，按离子聚合反响历程进行。密度较高，

14、为0.93-0.965克/立方厘米。聚乙烯 线型低密度聚乙烯LLDPELine low-Density Polyethylene树脂 是乙烯与少量的烯烃共聚约含量8%，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。结构与HDPE相似，密度与LDPE相似。 很低密度聚乙烯VLDPEVery low-Density Polyethylene超低密度聚乙烯ULDPEUltra low-Density Polyethylene VLDPE采用和LLDPE相似的聚合反响机理，无长支链，均为线型结构，它是由乙烯与丁烯或其他碳原子较多的烯烃单体共聚而成。而ULDPE是采用辛烯作为共聚单体的。这

15、两种树脂的突出特点是密度低，有更大的柔性、韧性和耐环境应力开裂性，1.2 LDPE与HDPE的区别： LDPE：结晶度为65%左右，分子结构上，支链多而长，大分子排列不紧密、不规整，密度低，结晶度低，半透明，质软。HDPE：结晶度为85-95%左右，分子结构规整，支链少而短，大分子排列紧密，密度较高，结晶度高，不透明，力学性能较LDPE高，但冲击及断裂伸长率等较差一些。1.3聚乙烯树脂的分类、型号和命名 GB1845-80 以20的聚乙烯树脂的密度分为五类1、0.922 2、0.923 0.932 3、0.933 0.946 4、0.947 0.956 5按产品用途分为十二类B、中空成型 C、

16、涂层 E、通用挤塑 F、薄膜 I、注射 J、电缆护套 K、电缆绝缘 L、单丝 P、管材 S、粉末成型 Y、扁带 T、特殊用途 按熔体流动速率大小分为十八类： 略根据改性情况分为两类 A：本色，没有添加剂、填料或只有为了保证造粒、贮存所必须数量的添加剂。 B：为满足各种用途和改性要求而参加规定的添加剂体系，填料或颜色。乙烯共聚物用C表示，乙烯混合物用D表示。 例如：4B0.4BC，g/cm3g/10分，加有添加剂的共聚物的聚乙烯树脂 2 聚乙烯性能简单识别 聚乙烯为乳白色半透明，有蜡状滑腻感，敲击声音绵软，燃烧容易，离火后继续燃烧；火焰顶端黄色，底部蓝色蓝芯，无烟，火焰熄灭后，白烟，气味是类似石

17、蜡气味，熔融滴落。 化学稳定性较好，能耐一般酸、碱、盐的腐蚀，但不耐发烟硫酸、浓硝酸。 常温下无溶剂，强化条件下，可溶于二甲苯60和四氢化萘+氢化萘100以上。 耐候性不佳有叔碳原子。电绝缘性能良好，不受温度和频率的影响不含极性基团。力学性能 聚乙烯的品种不同性能有所差异，HDPE的熔点、拉伸强度及硬度较高，而LDPE的断裂伸长率和冲击强度较高，韧性稍好。热性能，Tm=110-135，最高使用温度：100，最低使用温度-70，着火温度340，3 聚乙烯应用领域LDPE 50%以上用途用于薄膜。LDPE主要用于制造农用膜、地膜，另外少局部用于各种轻、重包装膜，如食品袋、货物袋、工业重包装袋、复合

18、薄膜或编织内衬、涂层、各种管材、电线绝缘层等。HDPE 主要用于注射、吹塑制品，鱼网丝。HDPE的出现，大大开拓了聚乙烯的用途，不仅用于薄膜和包装，还用于中空吹塑和注塑容器、鱼网丝、管材、机械零件、代木产品等等。超高分子量聚乙烯 用于工程塑料，加工困难。 LLDPE主要用于吹塑薄膜、编织袋、管材、中空制品、复合薄膜及交联发泡制品，还可与一些橡胶或其他塑料如LDPE、HDPE、PP等进行掺混。 VLDPE目前可以代替热塑性聚氨酯、EVA做管、瓶、桶内衬、密封件、垫圈、电缆、玩具等；还可代替聚氯乙烯作医用软管、热收缩膜、拉伸包装膜等。也可以作为抗冲击改性剂，提高其他材料的抗冲击、耐穿刺和柔韧性。

19、ULDPE作为添加剂，可改善薄膜的抗冲击强度、抗撕裂强度、柔软性、低温热封口性能。4.1 UHMWPE超高分子量聚乙烯UHMWPE是指分子量大于70万的高密度聚乙烯，密度介于之间，其具有突出的高模量、高韧性、高耐磨、自润滑性优良、密度低、制造本钱低廉等特征，是目前开展中的高性能、低造价的工程塑料。广泛应用于工程机械及零部件的制造，超高分子量聚乙烯的熔体粘度极高，成型加工较困难，常用冷压烧结的方法成型。 4 聚乙烯其他品种 4.2 CPE 氯化聚乙烯树脂是高密度聚乙烯树脂经氯化反响制得的一种橡胶性高分子材料。从分子结构看， CPE 可看作是乙烯、氯乙烯和 1 ， 2 一二氯乙烯的无规共聚物，它分

20、子链饱和，极性氯原子无规分布，因而具有优异的机械物理性能和化学性能，广泛应用于机械、电气、化工、建材和矿山工业。 CPE 耐热性、耐臭氧和耐气候老化优于多数橡胶，耐油性优于丁腈橡胶 NBR 、氯丁橡胶 CR ，耐老化优于氯磺化聚乙烯 CSM ，耐酸、碱、盐等腐蚀性介质，无毒、难燃、无爆炸危险。CPE 分通用型和橡胶型两大类，其中通用型主要用于塑料改性，橡胶型主要用作弹性材料。 4.3 mPE 茂金属聚乙烯是二十世纪90年代工业化生产的一种新颖热塑性塑料，由于它是使用茂金属(MAO)为聚合催化剂生产出来的聚乙烯，因此，在性能上与传统的ZieglerNatta催化剂聚合而成的PE有显著的不同。mP

21、E有以下特性：mPE有比平常ZieglorNatta催化剂生产的PE更高的分子结构规整性，因而有更高的结晶度，强度高、韧性好、刚性好；mPE比普通PE的透明性好，结晶度虽高，透明性也好，而且树脂清洁度高； (c) mPE的分子量分布相当窄，Mw/Mn为2，而一般的聚 乙烯的Mw/Mn为35，甚至更高； (d) mPE的树脂嗅味比普通PE低，起始热封温度比普通PE低，而热封强度高，随mPE中辛烯1或己烯1含量的提高，密度降低，当辛烯1含量在1020时，mPEg/cm3； (e) mPE树脂的耐应力开裂性优，可超过1000h，常常用作其它聚烯烃的耐应力改性剂使用，例如：在高分子量高密度聚乙烯燃气管

22、道中，常用mPE来提高HDPE的耐应力开裂性；(f) mPE中的长支链聚合物，熔体强度较好，加工性可以，但是短支链化的mPE由于熔体粘度大，而熔体强度低，因而吹膜比较困难，容易发生膜泡破裂或产生鲨鱼皮纹，因而在吹膜mPEmm宽，比普通PE吹膜时稍宽，吹胀比应小一点，一般在1:5左右较佳，虽然mPE同LLDPE一样，可以用提高剪切速率的方法来降低熔体粘度，但是，过大的吹膜速度会引起熔体破裂，同样，过高的熔体温度也是不合宜的，mPE同LLDPE不同的是，mPE的熔体粘度同温度和剪切速率都很敏感，而LLDPE熔体粘度仅对剪切速率敏感，对温度的敏感性很小。 mPE的熔点随品种的不同在94121之间，加

23、工时的熔体最大温度在210，使用加工LDPE或加工LLDPE的设备均能顺利地加工mPE。为了更好地加工mPE，可以在mPE中适当添加氟弹性体、油酸酰胺、滑石粉或硅藻土等添加剂，添加量仅0.30.5，就可显著提高mPE的成型性。5 聚乙烯性能比较 LDPE HDPE制造工艺 低压法 高压法密度(g/cm3) 0.91-0.93 0.94-0.97 结晶度(%) 65-75 80-95硬度(邵氏D) 40-50 50-65 结晶熔点() 108-125 126-136拉伸强度(MPa) 10-25 20-40断裂伸长率(%) 100-600 100-700 缺口冲击强度(kJ/m2) 20-50 10-30 平均分子量 25,000 10,000-350,000 线膨胀系数(10-5/) 20-24 12-13 击穿电压(KV/mm) 大于20 大于20 参加助剂共混 PE+PP LDPE+HDPE等共聚 乙烯与醋酸乙烯共聚EVA，PE氯化CPE PE交联 LDPE可通过化学或物理的方法进行改性，改善某些性能，或是成为某些制品的专用料。通过辐射交联的方法提高LDPE的耐热性和耐蠕变性；与高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、天然橡胶、丁苯