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1、1,高分子原材料知识培训,2,塑料,塑料 （根据受热行为和可否反复成型加工）,热塑性塑料,热固性塑料,3,热塑性塑料:具有多次重复加工性。受热时熔融，可进行各种成型加工，冷却时硬化。再受热，又可熔融加工。,热固性塑料:不具有多次重复加工性。受热熔融成型的同时发生固化反应，形成立体网状结构，再受热不熔融，在溶剂中也不溶解，当温度超过分解温度时将分解破坏。,塑料 （根据使用范围和用途）,通用塑料,工程塑料,通用工程塑料,特种工程塑料,5,通用塑料：产量大、用途广、价格低,但是性能一般,主要用于非结构材料。包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料等六大品种。这一类塑料的特点是产量大
2、、用途广、价格低，它们占塑料总产量的3/4以上，大多数用于日常生活用品。其中，以聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯这四大品种用途最广泛。,工程塑料：是指能作为结构材料在机械设备和工程结构中使用的塑料。它们的机械性能较好，耐热性和耐腐蚀性也比较好，是当前大力发展的塑料品种。这类塑料主要有：聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、有机玻璃、 ABS塑料、聚苯醚、聚砜、氟塑料等,通过共聚、填充、增强、合金化等途径，可使通用塑料工程化，从而提高材料的性能价格比。,7,树脂(resin)：是指受热后有软化或熔融现象，软化时在外力作用下有流动倾向，常温下是固态、半固态，有时也可以是液态的有机聚合物。广义地讲，可以作为塑
3、料制品加工原料的任何聚合物都称为树脂。,8,塑料：指以树脂（或在加工过程中用单体直接聚合）为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂，着色剂等添加剂为辅助成分，在加工过程中能流动成型的材料。 塑料与树脂的区别: 树脂是纯的高聚物，而塑料是以树脂为主的高聚物制品。,9,塑料主要有以下特性：大多数塑料质轻，化学稳定性好，不会锈蚀；耐冲击性好；具有较好的透明性和耐磨耗性；绝缘性好，导热性低；一般成型性、着色性好，加工成本低；大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧；尺寸稳定性差，容易变形；多数塑料耐低温性差，低温下变脆；容易老化；某些塑料易溶于溶剂。,10,2.1 聚乙烯,2.1.1 概述,聚乙烯（poly
4、ethylene，简称PE）是由乙烯单体经自由基聚合或配位聚合而获得的高聚物。聚乙烯（PE）是通用合成树脂中产量最大的品种，产量居世界首位，占总树脂量的20%左右。,聚乙烯主要有高密度聚乙烯(HDPE, High Density Polyethylene)，中密度聚乙烯(MDPE, Medium Density Polyethylene)，低密度聚乙烯(LDPE, Low Density Polyethylene)，线性低密度聚乙烯(LLDPE, Linear Low Density Polyethylene)等多种产品。,12,聚乙烯生产方法（高压法、中压法、低压法）比较,13,2.1.2
5、聚乙烯的结构,乙烯的化学组成为碳和氢，重复结构单元为CH2CH2，是主链为碳原子组成的线型高聚物，是柔性很好的热塑性聚合物。 依据聚合方法的不同，其产物结构不同，高压法合成的聚乙烯平均每1000个碳原子中含2030个支链，其中短支链为甲基、长支链为烷基（如正丁基等），而中压法和低压法合成的聚乙烯基本上无支链。 高压聚乙烯的相对分子量为2500050000，结晶度为55%65%，密度为0.910.93，熔融温度为105，一般称为低密度聚乙烯。,14,中压法合成的聚乙烯，相对分子量为4500050000，结晶度为85%以上。 低压法合成的聚乙烯相对分子量一般小于350000，超过一百万的为超高分子
6、量聚乙烯，结晶度80%以上，密度为0.920.97，熔融温度高于127。 按照聚乙烯的结构与性能可以分为高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）和茂金属聚乙烯，此外，还有改性品种如乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）和氯化聚乙烯（CPE）等。,15,聚乙烯分子链规整柔顺，易于结晶。冷却速度越快，结晶度越低。从而带来聚乙烯制品不同的结晶度，最后影响制品收缩率。,聚乙烯分子量不同也会影响其性能。分子量越高，其拉伸强度、表面硬度、耐磨性、耐蠕变性能、耐溶剂和耐老化性能都会有所提高，耐断裂伸长率会降低。,16,聚乙烯分子量的大小可用熔体
7、流动速率表示，包括熔体质量流动速率（MFR： melt mass-flow rate）和熔体体积流动速率（MVR： melt volume-flow rate）。聚乙烯的MFR越大，则其分子量越小，流动性越好。 熔体流动速率：在一定的温度和负荷下，熔体每10min通过标准口模的质量或体积。单位：g/10 min。它与分子量的大小成反比。,17,2.1.3 聚乙烯的性能,一般性能: 聚乙烯树脂为无毒、无味的白色粉末或颗粒，外观呈乳白色蜡状固体。吸水率低，小于 0.01%。聚乙烯膜透明，并随结晶度的提高而降低。聚乙烯膜的透水率低但透气性较大，不适于保鲜包装而适于防潮包装。易燃、氧指数为17.4，
8、燃烧时低烟，有少量熔融物落滴，火焰上黄下蓝，有石蜡气味。聚乙烯的耐水性较好。制品表面无极性，难以粘合和印刷，经表面处理有所改善。支链越多其耐光降解和耐氧化能力越差。,18,氧指数 (oxygen gas index): 在规定试验条件，为了维持燃烧所需的氧气最低浓度数值。该数值是由氧指数测定仪测试出来的，它表示当时混合气体(氮和氧)中含氧量。氧指数在26以上的可以认为具有难燃性，这种物质在平常空气中不能燃烧，比较安全。氧指数在26以下的就属于可燃的了。 (空气是由78%氮气 及21%的氧气和少量的惰性气体及水蒸气等组成的).,19,常用树脂的氧指数,20,力学性能：聚乙烯的力学性能一般，属于典
9、型的软而韧聚合物材料。其拉伸强度较低，抗蠕变性不好，耐冲击性好。冲击强度LDPELLDPEHDPE，其他力学性能LDPELLDPEHDPE。力学性能主要受密度、结晶度和相对分子质量的影响，随着这几项指标的提高，其力学性能增大。,21,热性能：聚乙烯的耐热性不高，其变形温度在塑料材料中是最低的。随分子量和结晶度的提高有所改善。耐低温性能好，脆性温度一般可达50以下；并随分子量的增大，最低可达140。 聚乙烯的线膨胀系数大，最高可达 （2024）105 /K，其制品尺寸随温度改变变化较大。 聚乙烯热导率较高，不宜作为良好的绝热材料来选用。,22,耐化学药品性能：聚乙烯属于烷烃类惰性聚合物，具有良好
10、的化学稳定性。在常温下耐酸、碱、盐类水溶液的腐蚀，但不耐强氧化剂如发烟硫酸、浓硝酸和铬酸等。 聚乙烯在60以下不溶于一般溶剂，但与脂肪烃、芳香烃、卤代烃等长期接触会溶胀或龟裂。温度超过60后，可少量溶于甲苯、乙酸戊酯、三氯乙烯、松节油、矿物油及石蜡中；温度高于100，可溶于四氢化萘及十氢化萘。,23,电学性能：因聚乙烯无极性，而且吸湿率低，所以具有介电损耗低、介电强度大的电性能优异，即可以做高频绝缘材料、耐电晕性塑料，又可以做高压绝缘材料。但聚乙烯氧化时会产生羰基，使其介电损耗有所提高，如果作为电气材料使用，在聚乙烯必须加入抗氧剂。,24,环境性能：由于聚乙烯分子中含有少量羰基，日光照射时会吸
11、收波长范围为290300nm的光波，使制品最终变脆。其耐候性不好，日晒、雨淋都会引起老化，需要加入抗氧剂和光稳定剂改善。 环境应力开裂：聚乙烯在许多活性物质的作用下会产生开裂现象。活性物质包括：酯类、硫化或磺化醇类、有机硅液体和潮湿土壤等。所以聚乙烯不宜来制备盛装这些物质的容器，也不宜单独用于制备埋入地下的电缆包皮。,25,（1）聚乙烯的吸水率低，加工前不需要干燥处理。 （2）在加工过程中，选择合适的熔体流动速率非常重要。如注射成型与吹塑成型对熔体流动速率大小的要求不同。,2.1.4 聚乙烯的加工性能,26,2.1.5 聚乙烯的加工工艺,聚乙烯是一种典型的热塑性塑料，因此聚乙烯的加工都是在熔融
12、状态下进行的，成型时的熔体温度一般比聚乙烯熔点高4050 0C 成型工艺包括：注射成型、挤出成型、中空吹塑成型、真空热成型和旋转成型。,塑料注射成型机,制品,注射成型：包括加料、物料熔融、注射、制品冷却和脱模五个步骤。可保持模具腔所赋予的形状，打开模具后可得到所需要的制品。聚乙烯具有良好的注塑成型加工性。,挤出成型机,制品,挤出成型：它是用加热或其它方法使塑料成为流动状态，然后在机械力（或压力）的作用下使其通过塑模（口模）而成为连续的型材。 可制备管材、板材、单丝、棒材、薄膜等。,中空吹塑机,中空吹塑：先从挤出机中挤出管形型坯，再将型坯置于模具中通气吹至要求形状，成为封闭的中空容器,31,2.
13、1.7 其它种类的聚乙烯,1、超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）：是一种新型热塑性工程塑料，粘均分子量在150万以上，最高可达700万。它的分子结构和普通聚乙烯完全相同。普通聚乙烯的分子量一般在4万12万，随着分子量的大幅度升高，树脂的某些性能会发生突变，比如耐磨性佳；抗冲击性强，而且在低温时抗冲击强度仍保持较高数值;自润滑性好等。UHMW一PE可以取代碳钢、不锈钢、青铜等，用于纺织、造纸、食品机械、运输、陶瓷、煤炭，医用材料等领域。目前，世界上超高分子量聚乙烯年生产能力为8万吨。我国UHMWPE年生产能力为一万吨。,32,UHMW-PE的成型加工方法：,粉末压制烧结 挤出、注塑和吹塑 与中分
14、子量聚乙烯、低分子量聚乙烯、聚丙烯、液晶材料或助剂共混 模压成型法、柱塞挤出法、螺杆挤出法和注塑法。,2、低分子量聚乙烯（LMW-PE）：又称，聚乙烯蜡，合成蜡。 是一种无毒、无味、无腐蚀性的白色或淡黄色的蜡状物。分子量：500-5000，蜡状物，用于塑料加工、橡胶加工、油墨、精密铸造、蜡制品、热粘胶等领域中。 3、交联聚乙烯： 1、辐射交联：高能射线及快电子或辐射性同位素的照射 2、过氧化物交联：过氧化异丙苯 3、硅烷交联：两步法，一步法，乙烯硅烷共聚交联法。 用途：电线、电缆、热水管材、热收缩管材等 4、茂金属聚乙烯(m-PE) mPE：茂金属PE，上世纪90年代最重大的技术进步。美国埃克
15、森公司91年工业化。分子量高分布窄，支链短而少，密度低，纯度高，高拉伸强度，高透明性，耐穿刺性好，热封温度低等。,5、氯化聚乙烯(CPE)：含氯量25-40%：软质；40%：硬质 优异的冲击性能、阻燃性能、耐热性能。长期使用温度为120。它的耐候性能、耐油性能、耐酸碱性能和耐臭氧老化性能优良，耐磨性、电绝缘性好。 主要用途：可作为橡胶复合材料，PVC的增韧剂。也可做电线、电缆的包皮，阻燃薄膜（含氯10%）等 6、氯磺化聚乙烯（CSM): 在有SO2存在时对PE氯化。氯含量：27-45%，硫含量：1-5%。 可作为天然橡胶或合成橡胶的改性；衬垫、输送带，电缆绝缘层等。,?,35,7、乙烯共聚物:
16、 A、乙烯丙烯酸乙酯共聚物（EEA)： B、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）: C、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物（EMA）： D、乙烯丙烯酸类共聚物（EAA 或 EMAA): E、乙烯乙烯醇共聚物（EVOH)： F、离子聚合物：类似橡胶的弹性，介于热塑性塑料和热固性塑料之间的刚性和其它力学性能。,36,2.2 聚丙烯,propylene,Polypropylene,PP,聚丙烯的立体结构,38,2.2.1 PP概述,聚丙烯（PP）作为热塑性塑料聚合物于1957年开始商品化生产，是有规立构聚合物中的第一个品种。2004年全国总产量达到300万吨。它在热塑性塑料领域内有十分广泛的应用，特别是在纤维和长丝、薄膜挤压、注塑加工等方面。,PP：白色蜡状固体， 密度0.890.92 /cm3.,2.2.2 PP的结构,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。,等规指数（或等规度）：在等规聚丙烯中，等规聚合物所占的比例。一般由正
