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1、 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 1 聚烯烃注塑成型指南 介绍介绍 聚烯烃是注塑成型使用最广泛的二手塑料。本手册“聚烯烃注塑 成型指南” ， 包含一般材料信息、 设备信息和聚烯烃制品最佳注塑成型 方法。 可注射成型的聚烯烃包括： 低密度聚乙烯（LDPE） 线性低密度聚乙烯（LLDPE） 高密度聚乙烯（HDPE） 乙烯共聚物，如乙烯醋酸乙烯酯（EVA） 聚丙烯和丙烯共聚物（PP） 热塑性烯烃（TPO） 一般来说，与其他塑料相比，注塑聚烯烃的优点是： 重量轻 出色的耐化学性 在较低温度下韧性好 优异的介电性能 不吸湿 聚烯烃的特点是有广泛的填料，可用增强剂和化学改性剂进行

2、改 性。 此外，一般聚烯烃相对容易注塑成型。 聚烯烃注塑的主要应用领域是： 家电 汽车产品 消费产品 家具 家庭用品 工业容器 材料处理设备 包装品 体育用品 玩具和新产品 本手册包含有关聚烯烃注射成型的大量信息;，然而，对于特定应 用的 Equistar 树脂的加工没有具体的建议。 有关更多详细信息， 请联 系您的 Equistar 聚烯烃销售或技术服务代表。 聚烯烃衍生自石油化学品聚烯烃衍生自石油化学品 聚烯烃是由石油基气体聚合的塑料树脂。 两种主要气体是乙烯和 丙烯。 乙烯是制造聚乙烯（PE）和乙烯共聚物树脂的主要原料; 丙烯 是制备聚丙烯（PP）和丙烯共聚物树脂的主要成分。 聚烯烃树脂

3、被归类于热塑性塑料，这意味着它们可以被熔化，固 化并再次熔化。 这与热固性树脂（例如酚醛树脂）形成对比，其一旦 固化就不能再次加工。 用于注塑的聚烯烃树脂大多数以其颗粒形式使用。 颗粒的直径约 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 2 为 1/8 英寸长，直径为 1/8 英寸，通常为稍微半透明至白色。 许多聚 烯烃树脂含有添加剂，如热稳定剂。 它们还可以与着色剂、阻燃剂、 发泡剂、填料、增强剂和其它功能添加剂如抗静电剂和润滑剂混合。 分子结构和组成影响特性和加工性分子结构和组成影响特性和加工性 四种基本的分子性质影响注塑聚烯烃优质部件所必需的大部分树 脂特性。 这些分子性质

4、是： 链分支 结晶度或密度 平均分子量 分子量分布 所使用的材料和工艺会确定聚合聚烯烃的分子性质。 衍生聚烯烃气体的基本结构单元是氢和碳原子。 对于聚乙烯，将 这些原子合并形成亚甲基单体 C 2 H 4。 H H | | C = C | | H H 在聚合过程中，连接碳原子的双键断裂。 在合适的条件下，这些 键与其他乙烯分子改性形成长分子链。 得到的产物是聚乙烯树脂。对于聚丙烯，将氢和碳原子合并形成 丙烯单体 CH3CHCH 2。 第三个碳原子形成一个侧分支，使得主链呈螺旋状。 通过乙烯单元与乙酸乙烯酯（VA）等无规则分布的共聚单体聚合 制成乙烯 - 乙酸乙烯酯（EVA）等乙烯共聚物。 链分支

5、链分支 聚合物链可以是线性的，如在高密度聚乙烯中，或者如在低密度 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 3 聚乙烯中那样。 对于聚乙烯分子链中的每 100 个乙烯单元，可以有 1 到 10 个短或长的三维辐射分支（图 1）。 分支的程度和类型由工艺 （反应器）、催化剂或任何使用的共聚单体控制。 链分支影响聚乙烯的许多性质， 包括密度、 硬度、 柔韧性和透明度 等等。 链分支也是可能发生氧化的分子结构的重点。 如果在加工过 程中达到过高的温度，则会发生氧化，这可能影响聚合物的性能。 这 种氧化或降解可能导致聚乙烯中的交联和聚丙烯中的链断裂。 图图1.具有长边分支的聚乙烯链具有

6、长边分支的聚乙烯链 另一方面， 聚丙烯可以看成是线性 （无支化） 或非常高度支化的。 尽管悬浮的碳在每个重复单元上形成短分支，但它也是聚丙烯分子独 特螺旋和线性构型的原因。 密度密度 聚烯烃是半结晶聚合物， 这意味着它们由排列成非常有序 （结晶） 结构的分子和随机取向（无定形）的分子组成。 晶体和非晶区域的这 种混合物（图 2）对于向注模部件提供可靠的性能是必不可少的。 完 全无定形的聚烯烃的物理性能类似于润滑脂但有一些差异。 完全结晶 的聚烯烃将是非常硬和脆的。 图图2.聚烯烃中的结晶（聚烯烃中的结晶（A）和无定形（）和无定形（B）区域）区域 HDPE 树脂具有线性分子链，其侧链分支较少。

7、因此，链条更紧 密地贴在一起 （图 3） ， 其结晶度高达 95。 LDPE 树脂通常具有 60 至 75的结晶度。 LLDPE 树脂的结晶度为 60至 85。 PP 树脂 是高度结晶的，但它们不是非常密集。 PP 树脂的标称比重范围为 0.895 至 0.905g / cm 3，这是商品热塑性塑料的最低值，并且各制造 商的产品差异不大。 图图3.具有短边分支的线性聚乙烯链具有短边分支的线性聚乙烯链 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 4 对于聚乙烯，密度和结晶度直接相关，结晶度越高，树脂密度越 高。 更高的密度又影响了许多性能。 随着密度的增加，热软化点、耐 油性和水汽

8、渗透和刚度增加。 然而，增加的密度通常导致抗应力开裂 性和低温韧性降低。 LDPE 树脂的密度范围为 0.910 至 0.930 克/立方厘米 （g / cm3） LLDPE 树脂的范围为 0.915 至 0.940 g / cm3 HDPE 树脂的范围为 0.940 至 0.960 g / cm3 可以看出，所有天然聚烯烃树脂，即没有任何填料或增强剂的那 些，其密度小于 1.00g / cm 3。 这种轻质量是聚烯烃注塑成型部件的 关键优点之一。 密度对各种类型的聚乙烯树脂的性能的一般指标在表 1 中。 分子量分子量 不同元素的原子，如碳、氢等具有不同的原子量。 碳的原子量为 12，氢的原子

9、量为 1。 因此，乙烯单元的分子量是其六个原子（两个 碳原子 x 12 +四个氢 x 1）的重量之和，等于 28。 与简单的化合物 （如乙烯或丙烯） 不同， 每种聚烯烃树脂由大小链 的混合物组成，即高分子量和低分子量的链。 聚合物链的分子量一般 为数千， 有些可能高达一百多万。 这些的平均值称为相对平均分子量。 表表1.聚乙烯物理性能对加工性能的影响的总体指导聚乙烯物理性能对加工性能的影响的总体指导 熔融指数增加 密度增加 硬度计硬度（表面） 保持原本性质 增加 光泽程度 加强 加强 耐热性（软化点） 保持原本性质 加强 抗应力开裂性 减弱 减弱 机械柔性寿命 减少 减少 加工性能（模具压力较

10、小） 提高 保持原样 模具收缩性 减小 增加 成型速度（凝固速度） 保持原样 加快 耐渗透性 保持原样 加强 刚性 保持原样 加强 韧性 减弱 减弱 透明度 保持原样 减弱 翘曲程度 减弱 加强 随着平均分子量的增加， 树脂的韧性增加。 同样， 抗拉强度和耐环 境应力开裂性（ESCR） 增加。当成型件时受到材料如溶剂、油、洗 涤剂等的压力时可能会开裂。然而，较高的分子量会增加在熔体粘度 和流动阻力，较高的平均分子量使注射成型更加困难。 熔体流动速率（MFR）是在标准温度和静态载荷（压力）条件下 对聚合物熔体粘度的简单测量。对于聚乙烯，它通常被称为熔融指数 （MI）。 MFR 是在 10 分钟（

11、g / 10 分钟）内流过标准尺寸孔口的熔融树 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 5 脂的重量。熔体流动速率与树脂的平均分子量成反比：随着平均分子 量的增加，MFR 降低，反之亦然。 熔体粘度或树脂流动的阻力是非常重要的特性，因为它影响填充 模腔的熔融聚合物的流动。具有较高熔体流动速率的聚烯烃需要较低 的注射成型加工压力、温度和较短的成型周期（从模具中排出之前冷 却所需的时间较少）。具有高粘度和较低熔体指数的树脂注射成型需 要相反的条件。 应该知道的是，压力影响流动特性。 两种树脂可以具有相同的熔 体指数，但是具有不同的高压流动性能。 因此，MFR 或 MI 必须与其

12、他特性 （如分子量分布） 一起使用， 以测量树脂的流动性和其他性能。 通常，注塑树脂的特征是具有中等、高或非常高的流量。 对于注塑级聚乙烯的 MFR（MI）值通常在 190（374F）下使 用 2160g 的静态载荷测定。 聚丙烯的 MFR 值在相同的负载下测定， 但在 230（446F）的较高温度下测定。 其他热塑性塑料的 MFR 可以使用温度和静态载荷的不同组合来确定。 因此，使用 MFR 数据 的不同材料的相对加工性是不可能准确预测的。 分子量分布分子量分布 在聚合过程中， 产生长度不同的分子链混合物。 有些可能很短 其 它可能非常长，包含数千个单体单元。 大分子链和中小分子链在聚烯烃树

13、脂中的相对分布对其性质很重 要。 当分子链由接近平均长度的链构成时， 称为具有 “窄分子量分布” 的树脂。 具有 “宽分子量分布” 的聚烯烃是具有更宽链条长度的树脂。 通常，具有窄分子量分布的树脂具有良好的低温冲击强度和低翘曲。 具有宽分子量分布的树脂通常具有较高的抗应力开裂性和更易于加工 性（图 4）。 用于制备聚烯烃的催化剂类型和聚合方法决定其分子量分布。 PP 树脂的分子量分布（MWD）也可以是通过在生产过程中改变添加 剂选择性断裂较长的 PP 分子链。这导致较窄的分子量分布和更高的 熔体流动速率。 共聚物共聚物 用一种碱性类型的单体制成的聚烯烃称为均聚物。 然而，存在由 两种或多种单体

14、制成的大量聚烯烃， 称为共聚物。 许多注塑级 LLDPE、 LDPE、HDPE 和 PP 都是由特定性能改进的共聚单体制成的。 最常用于 LLDPE 和 HDPE 的共聚单体称为-烯烃。 它们包括 丁烯、己烯和辛烯。 与乙烯一起制备注塑级别的其它共聚单体是丙烯 酸乙酯， 用共聚物乙烯丙烯酸乙酯 （EEA） 和乙酸乙烯酯生产乙烯醋酸 乙烯酯（EVA）。 乙烯用作丙烯与丙烯的共聚单体，生成聚丙烯无规共聚物。 通过 在形成细而分散的乙丙橡胶的第二反应器中生产高乙烯 - 丙烯共聚 物，可以使聚丙烯更具抗冲击性。 以这种方式制备的产品通常称为抗 冲共聚物。 图图4.分子量分布示意图分子量分布示意图 大连

15、交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 6 改性剂和添加剂改性剂和添加剂 许多化学改性剂和添加剂可以与聚烯烃注塑树脂混合。 在某些树 脂制造过程中可以添加化学改性剂。 这些添加剂中的一些包括： 抗氧化剂 酸清除剂 工艺稳定剂 防静电剂 脱模添加剂 紫外线（UV）光稳定剂 成核剂 澄清器 润滑剂 与模塑商紧密合与模塑商紧密合作 Equistar 提供各种注塑用聚烯烃树脂，包括 AlathonHDPE， AlathonLDPE ，PetrotheneLDPE 和 LLDPE ，EquistarPP， UltratheneEVA 共聚物和 FlexatheneTPO。 这些特定树脂以满

16、足 许多应用领域的要求。 可以通过控制树脂生产过程中的四种基本分子性质和通过使用改 性剂、添加剂来制备具有明显不同特性的聚烯烃树脂。 注塑机商家可 以与他们的 Equistar 聚烯烃销售或技术服务代表密切合作，以确定最 能满足其需求的树脂。 Equistar 聚烯烃技术服务代表还可以通过改进工具、零件和指导 开发特殊产品满足新型应用的要求，来协助注塑机终端用户。 如何制造聚烯烃如何制造聚烯烃 高纯度乙烯和丙烯气体是制备聚烯烃的基本原料（图 5）。 这些 气体可以是炼油厂的副产物，它们也可以从通过气田的管道从乙烷、 丙烷液化气体混合物中提取出来。 乙烷、丙烷裂解和纯化中的高效率 可以保证非常纯

17、的乙烯和丙烯，这对于生产高质量的聚烯烃是至关重 要的。 图图5.烯烃制造过程烯烃制造过程 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 7 Equistar 可以通过更多的聚合技术和用比任何其他供应商更大范 围的催化剂生产聚烯烃。 Equistar 的两个植物如图 6 所示。 图图6.左边，伊利诺伊州莫里斯的聚丙烯装置。左边，伊利诺伊州莫里斯的聚丙烯装置。 右边右边，德州工厂，德州工厂Matagorda 的的HDPE装置装置 低密度聚乙烯（低密度聚乙烯（LDPE） 为了制造 LDPE 树脂，Equistar 使用高压、高温管式和高压釜聚 合反应器（图 7 和 8）。将乙烯泵入反应器

18、并与催化剂或引发剂组合 以制备 LDPE。 形成的 LDPE 熔体流入分离器，其中未使用的气体被 除去， 回收并循环回到该过程中。 然后将 LDPE 送入挤出机进行造粒。 如果需要特定的功能，此时需要加入添加剂。 图图7. LDPE高温管状工艺图高温管状工艺图 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 8 图图8. LDPE高温高压釜工艺图高温高压釜工艺图 高密度聚乙烯（高密度聚乙烯（HDPE） Equistar 制备 HDPE 采用了许多用于注塑应用的基本工艺，包括 溶液工艺和浆料工艺。 在 Equistar（图 9）使用的多反应器浆料方法 中， 将乙烯和共聚单体 （如果使用

19、的话） 与惰性烃载体一起泵送到反应 器中，在反应器中与催化剂结合。 然而，与 LDPE 生产相反，使用相 对较低的压力和温度来生产 HDPE。 颗粒状聚合物以液体浆料离开反 应器系统并分离并干燥。 然后将其输送到挤出机，并在造粒之前加入 添加剂。 Equistar 还利用多反应器溶液工艺生产 HDPE（图 10）。 在该方 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 9 法中，形成的 HDPE 溶解在溶剂载体中，然后在下降过程中沉淀。 另 外的吸附步骤产生几乎没有催化剂残留物的非常干净的产品。 因为这两种方法都使用多个反应器，所以 Equistar 具有定制和优 化各种级别产品的

20、分子量分布的能力，以提供独特的加工性能和物理 性能。 图图9. HDPE平行反应器平行反应器 - 浆料过程浆料过程 线性低密度聚乙烯（线性低密度聚乙烯（LLDPE） Equistar 使用气相工艺制造 LLDPE （图 11） 。 这个过程与 LDPE 工艺有很大不同，但与 HDPE 工艺有些相似。 与 LDPE 方法的主要 区别是使用相对低压和低温聚合反应器。 另一个区别是在反应器中乙 烯与丁烯或己烷共聚单体共聚。 与 HDPE 不同， 聚合物以干燥颗粒形 式离开反应器，其随后与挤出机中的添加剂混合。 图图10. HDPE溶解溶解工艺工艺 图图11. LLDPE流化床工艺流化床工艺 大连交通

21、大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 10 随着催化剂和操作条件的变化， HDPE 树脂也可以在这些 LLDPE 反应器中生产。 聚丙烯聚丙烯 为了制造 PP， Equistar 使用垂直搅拌的液体 - 浆料方法 （图 12） 和垂直搅拌、流化床、气相技术相结合的方法（图 13）。 Equistar 是 美国第一家使用气相技术生产 PP 的聚丙烯供应商。 使用两个串联操 作的流化床、气相反应器生产冲击共聚物 Equistar 的聚烯烃生产设备如表 2 所述。 图图12. PP浆料工艺浆料工艺 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 11 图图13. PP双反应器双

22、反应器 - 气相工艺气相工艺 表表2.聚烯烃生产情况聚烯烃生产情况 Bayport（美国） 聚丙烯 低密度聚乙烯 CHOCOLATE BAYOU（美国） 高密度聚乙烯 CLINTON（美国） 低密度聚乙烯 高密度聚乙烯 LAPORTE（美国） 低密度聚乙烯 线性低密度聚乙烯 MATAGORDA（美国） 高密度聚乙烯 MORRIS（美国） 低密度聚乙烯 线性低密度聚乙烯 聚乙烯 VICTORIA（美国） 高密度聚乙烯 运输和处理聚烯烃树脂运输和处理聚烯烃树脂 保持聚烯烃树脂清洁是至关重要的。 Equistar 将聚烯烃树脂通过 料斗车、瓦楞纸箱和塑料袋运送到成型机上。 在树脂制造和后续处理 过程

23、中进行严格的质量控制，直到运输到成型机，确保产品的清洁。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 12 当散装货物运送时，造纸商必须使用正确的卸载树脂的程序。 植 物材料处理系统的维护也是至关重要的。 当使用袋子和箱子时，打开 容器时要特别小心，并且在卸下时要盖住它们。 无论是作为混合物还是原样使用，地面树脂也应受到严格保护， 以免污染。 只要有可能，应该使用回收材料。 当不可能时，废料应收 集在封闭的系统中，并以与原始树脂相同的预防措施进行回收。 在任 何情况下，应仔细控制使用的再研磨比例，以确保加工和零件性能的 一致性。 物料搬运物料搬运 Equistar 采用材料处理系

24、统和检测程序，该设计用于在生产、储 存、装载和运输过程中防止外部污染和产品交叉污染。 由于聚烯烃树脂是的不吸湿性 （不吸水） ， 因此它们在制模之前不 需要干燥。然而，在某些条件下，会在颗粒表面上形成冷凝。当装树脂 的纸箱从冷库环境移动到温暖的成型区域或将冷颗粒从筒仓转移到室 内存储系统时，应使材料的温度平衡八个小时，以便在成型前排除所 有冷凝物。 提高树脂利用率的最佳方法是消除转移系统中的污染物。如果散 装处理系统不是专用于一种材料或不能充分清除，则有可能会被以前 转移的材料污染。 有时候，丝带残留物组成的团块可能积聚在筒仓中并堵塞出口。 这种类型的污染物也可能导致传送系统过滤器堵塞或影响成

25、型机。所 有这些问题都可能导致成型机停机，过多的废料会导致清洁筒仓、输 送管线和过滤器的时间和成本增加。聚合物通过平滑孔管道传输过程 中可能会产生聚烯烃粉尘、丝状残留物污染现象。这些传送系统还包 含长半径的弯曲部，用于将树脂从料斗输送到筒仓或料仓。通过输送 管线输送的聚烯烃颗粒以非常高的速度行进。当颗粒接触光滑的管壁 时，它滑动并产生摩擦。摩擦又产生足够的热量将颗粒表面的温度升 高到树脂的软化点。当这种情况发生时，少量的熔融聚烯烃沉积在管 壁上并几乎立即凝结。随着时间的推移，将会形成丝状或带状的堆积 物。 当颗粒与管壁相遇时，沿着长半径弯曲的内表面，沉积物几乎连 续并形成飘带物。 最后，丝状物

26、和飘带物从管壁上移开，经过成型进 入储物仓或转移过滤器中。 形成的飘带物数量随着传送空气温度和速 度的增加而增加。 材料处理的其他正确做法包括空气温度控制 （冷却） ， 通过温度转 移使颗粒的软化和熔化程度最小。 传输线的正确设计在利用最佳弯曲 半径、 盲孔和适当角度方面也是至关重要的。 请咨询您的 Equistar 技 术服务工程师，以获得有关该领域的指导。 如何解决物料搬运问题如何解决物料搬运问题 光滑的管道是造成丝状物和带状物的主要原因，一个解决方案是 使用粗糙的管道内壁。 这会让颗粒滚动而不是沿管道滑动，从而最大 限度地减少带状物的形成。 然而，快速移动的聚烯烃颗粒接触非常粗 糙的管道内壁表面，小颗粒可能会破碎而产生细粉或灰尘。 特别是，已经有两个管道成品证明有效延长系统寿命的方法是最 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 13 大限度地减少堆积物。 一个是 600-700 RMS 粗糙度的喷砂处理后的 管道。 这个可能是最容易获得的。 然而，由于其锋利的边缘，它最初 会产生灰尘和细粉，直到边缘变圆。 另一个通过使用 55-60 洛氏硬度的喷丸处理实现，以产生 900 RMS 的粗糙度。 这种表面的变化通常被称为“锤磨”表面。 喷丸允 许更深的