学习-材料导论2-2聚乙烯

第二章热塑性塑料第一节聚乙烯1.1预备知识1.2聚乙烯的品种与合成条件1.3聚乙烯的结构与性能特点（重点）1.4聚乙烯的应用1.5聚乙烯的改性——交联PE(重点)1.6超高分子量聚乙烯（UHMWPE）（重点）1.1预备知识<1>熔体流动指数（MFI）：在规定的温度和压力下，试样熔体每10min通过标准出料模孔的总重量(克)。单位:g/10min。砝码重2160g，料筒内径9.544mm，出料模孔内径2.095mm，长8mm。

MFI的大小与分子量大小基本成反比。<2>热变形温度（HDT）：塑料试样在静弯曲负荷作用下，浸入一种等速升温的液体(或空气)传热介质中，当试样受热变形，变形量达到一定时的温度。压力1.82MPa或0.46MPa，升温速率2℃/min或5℃/min<三>维卡温度(维卡软化温度），是指测定高分子材料在合适的液体传热介质中，在一定的负荷、一定的等速升温条件下，试样被1毫米2压针头压入1毫米时的温度。<四>固体线膨胀系数固体的膨胀比气体和液体小得多，直接测定固体的体积膨胀比较困难。但根据固体（非晶体或多晶体）在温度升高时形状不变可以推知，固体在各方向上膨胀规律相同。因此可以用固体在一个方向上的线膨胀规律来表现它的体膨胀。通常定义，固体在温度每升高1℃时，在某一方向上的长度增量ΔL／Δt与室温下（严格些应是0℃时）同方向上的长度L0之比，叫做固体的线胀系数α，(Linearexpansionfactor)1.2聚乙烯的品种和合成条件<1>聚乙烯的定义

聚乙烯是乙烯聚合而成的聚合物，分子式为：英文为：polyethylene,缩写为：PE。<二>聚乙烯的单体来源单体来源主要来源：石油烷烃热裂解、分离精制。次要来源乙醇脱水乙炔加氢从天然气中分离<三>合成方法和品种LDPE的合成方法是英国帝国化学工业（ICI），在1933年发明，在1939年工业化。低压法是德国化学家Ziegler1953年发明，1957年工业化。中压法是美国菲利浦石油化工公司发明，1957年工业化。线性低密度聚乙烯（LLDPE的合成）乙烯与少量α-烯烃共聚在低压（1.4-2.1MPa）和较低温度（75-90oC）下聚合。催化剂：CrO3＋TiCl4＋无机氧化物载体聚合机理：配位聚合(阴离子聚合）产物比重：0.92-0.935。20世纪70年代出现的。1.3聚乙烯的结构与性能特征<一>LDPE、HDPE和LLDPE的链结构LDPE：存在大量的长支链和短支链。HDPE：只有少量的短支链。LLDPE：短支链数目与LDPE相当，但没有长支链。<二>PE的聚集态结构PE分子链的特点：分子链非常柔顺，Tg～-125oC。结构单元对称、规整PE非常容易结晶、而且结晶度很高（>55%)。

在使用温度下，PE中大量结晶相和少量无定形结构并存。1.PE的结构特征2.支化度对结晶的影响支化度减小链规整性提高结晶度提高密度提高熔点提高结晶结构规整LDPE的SEM照片HDPE的SEM照片在使用温度下，PE中大量结晶相和少量无定形结构并存。<3>性能1.基本性质无臭、无味、无毒；乳白色蜡状固体，半透明或不透明；透水率低但透气性大；易燃，是最易燃的塑料之一。LDPEHDPE2.力学性能聚乙烯力学性能一般：（1）拉伸强度比较低（2）硬度不高（3）抗蠕变性差（4）抗冲击性能较好。聚乙烯的强度主要是其结晶结构提供的；分子链柔顺；分子间的作用力弱。拉伸强度：LDPELLDPEHDPE硬度：LDPELLDPEHDPE抗蠕变性：LDPELLDPEHDPE抗冲击性：LDPELLDPEHDPE<<<<<<>>结晶度,密度：LDPE<LLDPE<HDPE分子量提高，PE各项力学性能均提高。3.环境应力开裂在外界环境的作用下（例如溶剂、氧气等），因为塑料材料加工过程中有残余内应力存在，使得材料在远远低于屈服应力值时就发生了开裂的现象称为环境应力开裂。是聚烯烃塑料，特别是PE特有的现象。耐环境应力开裂性：HDPE<LDPE<<LLDPE4.热性能PE耐热性低HDT：HDPE>LLDPE>LDPEMFI提高（分子量下降）,HDT降低。PE耐寒性好MFI减小，耐寒性提高。PE的导热性在塑料里比较高HDPE>LLDPE>LDPE膨胀系数大HDPE<LLDPE<LDPE5.耐化学药品性优异良好的化学稳定性；较好的耐溶剂性；低表面能，黏附性低。6.电性能优异的电绝缘性（>1016

Ω.cm)可做高频、高压绝缘材料。性能PEPF体积电阻率/Ω.cm1×1016

2×1013

击穿电压/Kv/mm>2013损耗因子/0.00020.09吸水性/24hr0.010.2~0.67.加工性能吸水率低，加工前不必干燥分子量和支化度对熔体速率有很大影响：分子量MFI分子量相同，支化度，MFI熔体流动性:LDPE>HDPE注射、或薄膜吹塑时应选用MFI高的PE；型材的挤出和中空吹塑应选用MFI低的PE。聚乙烯结晶能力高，制品收缩大：聚乙烯加工时应避免熔体与空气直接接触；应加入抗氧剂。应避免与有机或化学药品接触注塑成型承载制品——要求强度高——选MFI小的品级薄壁长流程制品——对流动性要求高——选MFI大的品级挤出成型LDPE——要求慢速冷却HDPE——要求快速冷却<五>总结优点优异的耐化学药品性优异的电绝缘性柔韧性好缺点耐热性差力学性能较低环境应力开裂现象严重1.4应用

不承载负荷或在低于使用温度时承载较小负荷的塑料制品——包装膜、管、板、电线电缆包覆层和绝缘层、容器等。管电缆薄膜结构与性能关系的几条规律分子量提高，分子间作用力提高，高分子材料的各项性能一般都提高；热塑性树脂的透明度与其结晶度和结晶的尺寸有很大的关系。高分子材料的电绝缘性与高分子材料的吸水性大小有直接的关系。1.5聚乙烯的改性——交联PEPE缺点耐热性差力学性能较低环境应力开裂现象严重造成这些缺陷的主要原因是PE分子间的作用力低。通过交联，提高分子间作用力，改性PE高能辐射化学交联过氧化物交联硅烷交联<一>辐射交联法优点质量易控制品纯净，电绝缘性好缺点：设备复杂、昂贵。交联度与辐照剂量和照射温度有关，最大交联度可达到75%<二>化学交联－过氧化物交联工艺：A）预混：PE粉＋引发剂＋抗氧剂＋填料混合制得可交联预混料。B）成型：通过各种方法得到预成型胚。C）交联：将预成型胚放到加热装置中加热交联。缺点：设备、生产效率低、能量消耗大过氧化二异丙苯<二>化学交联－有机硅烷法工艺过程：熔融接枝造粒；加入有机锡催化剂成型；水蒸气处理，交联。<三>交联聚乙烯的应用交联PE的力学性能、耐热性和耐环境应力开裂性大幅度改善。交联PE广泛应用在电线、电缆、热水管、热收缩膜等。交联PE不能再热塑性加工。1.6UHMWPE<一>

定义

UHMWPE平均分子量>100万,最高700万。低压法聚合，分子结构为线性，与HDPE相同。

HDPE和LDPE的分子量只有2～30万。UltrahighMolecularWeightPolyethylene<二>UHMWPE结构与性能之间的关系

UHMWPE分子之间的缠结非常强烈结晶度比HDPE低，在70～80％，密度比HDPE低。熔体粘度很高粉末压制烧结法成型其它特殊的方法高强度力学性能优良高模量高韧性高耐磨性、低摩擦系数耐环境应力开裂良好的热塑性工程塑料砂浆(weightratio):sand/water=2/3.Rotationspeedofspecimen:900rpm;Time:7h.UHMWPE耐磨性（与其他类型材料比较）Frictioncoefficient（摩擦系数）MaterialCoefficientoffrictionSelf-lubricatedWater-lubricatedOil-lubricatedUHMWPE0.10-0.220.05-0.100.05-0.08PTFE0.04-0.250.04-0.080.04-0.05Nylon660.15-0.400.14-0.190.02-0.11POM0.15-0.350.10-0.200.05-0.10PC0.15-0.380.13-0.180.02-0.10PS0.16-0.410.14-0.200.03-0.12ImpactstrengthUHMWPE在工程塑料中抗冲击强度最高,约是尼龙的4倍，聚碳酸酯（PC）的2倍，ABS的5倍，可以承受重复的冲击。即使在-196℃也可以保持韧性、超高的耐磨性。MaterialUHMWPEPA-66POMPCABSPBTImpactStrength(kJ/m2)146-1605-305-1560-1104-355-10<三>UHMWP