PE的耐环境应力开裂性不好,但随分子量增大而改善。
PE的耐穿刺性好,并以LLDPE最好。
PE的具体性能见下表。
表1LDPE、LLDPE、HDPE的具体性能
性能
LDPE
LLDPE
HDPE
相对密度
0.91~0.93
0.92~0.925
0.92~0.97
吸水率/%
<0.01
<0.01
<0.01
成型收缩率/%
1.5~5.0
1.5~5.5
2.0~5.0
拉伸强度/MPa
7~15
15~25
21~37
断裂伸长率/MPa
>650
>880
>500
弯曲强度/MPa
34
-
11
压缩强度/MPa
28
-
10
缺口冲击强度/(kJ/㎡)
80~90
>70
40~70
洛氏硬度
R45
-
R70
3)加工特性:
LDPE、HDPE的流动性好,加工温度低,粘度大小适中,分解温度低,是一种加工性能很好的塑料。
但LLDPE的粘度稍高,易发生熔体破裂,需增加口模间隙和加入加工助剂,加工温度稍高。
PE的吸水率低,加工前不需要干燥处理。
PE熔体属于非牛顿流体,粘度随温度的变化波动较小,而随剪切速率的增加下降快,并呈线性关系,其中以LLDPE的下降速度最慢。
PE制品在冷却过程中容易结晶,因此在加工过程中应注意模温,以控制制品的结晶度,使之具有不同的性能。
PE的成型收缩率大,在设计模具时一定要考虑。
在选用树脂时,不同PE制品与熔体流动速率的关系如下表
表2PE的熔体流动速率与制品种类的关系
用途
熔体流动速率/(g/10min)
LDPE
LLDPE
HDPE
吹塑薄膜
0.3~0.8
0.3~3.3
0.5~8.0
重包装薄膜
0.1~1.0
0.1~1.6
3.0~6.0
挤出平膜
1.4~2.5
2.5~4.0
——
单丝、扁丝
——
1.0~2.0
0.25~1.2
管材、型材
0.1~5.0
0.2~2.0
0.1~5.0
中空吹塑容器
0.3~0.5
0.3~1.0
0.2~1.5
电缆绝缘层
0.2~0.4
0.4~1.0
0.5~8.0
注塑制品
1.5~50
2.3~50
2.0~20
涂覆
20~200
3.3~11
5.0~10
旋转成型
0.75~20
1.0~25
3.0~20
3.1.3加工技术
1)注射成型:
LDPE的注射工艺条件为:
注射温度:
180-240℃,模具温度:
50-70℃,注射压力:
80-100Mpa
HDPE的注射工艺条件为:
注射温度:
180-250℃、模具温度:
50-70℃、注射压力:
80-100Mpa
LLDPE的注射工艺条件为:
注射温度:
200-240℃、模具温度:
50-70℃、注射压力:
80-100Mpa
2)挤出成型:
LDPE的挤出温度随制品不同而变化,管材150℃、薄膜163℃、片材177℃、电缆218℃、挤出平膜246℃。
HDPE的挤出条件为温度165-260℃,挤出压力为35-140Mpa
3.1.4应用(图1)
1)薄膜类制品:
PE的最主要用途。
LDPE树脂用于膜类制品可占50%以上,可用于食品、日用、蔬菜、收缩等轻质包装膜及农业用地膜、棚膜、保鲜膜等。
HDPE树脂用于膜类制品可占10%以上,因其薄膜强度高,主要用于重包装膜、撕裂膜及背心袋等。
LLDPE膜具有延伸性好、较高的拉伸、耐刺穿、收缩膜、可制成超薄、耐应力开裂及低温冲击性好等优点,主要用于包装膜、超薄地膜等。
图2PE膜收缩包装机
2)注射制品:
PE的加工性好而广泛用于注射制品,其中HDPE占30%以上,LDPE和LLDPE各占10%以上。
主要产品为:
日用品如盆、筒等,周转箱,玩具等。
3)中空制品:
以HDPE树脂为主,可占树脂用量的20%.其制品具有耐应力开裂性好、耐油性好、耐低温冲击性好等优点,可用于食品油、酒类、汽油及化学试剂等液体的包装,此外还有中空玩具等。
4)管材类制品:
HDPE树脂为主,主要用于生活给水、煤气输送、农业灌溉等;LDPE管还可以用于化妆品、药品、鞋油及牙膏等化学品的包装。
5)丝类制品:
圆丝以HDPE为原料,主要用于编织渔网、缆绳、工业滤网及民用纱窗网等。
扁丝以HDPE和LLDPE为原料,主要用于编织袋、编织布及撕裂膜等。
6)电缆制品:
PE广泛用于中高压电缆的绝缘和护套材料,其中以LDPE为主,最高耐压可达220KV.
(a)薄膜类制品(b)注射制品
(c)中空制品(d)管材类制品
图3PE制品
3.2聚氯乙烯(PVC)
3.2.1简介
PVC为聚乙烯单体经自由基聚合而成的聚合物,是最早实现工业化的树脂品种之一,是在20世纪60年代以前产量最大的树脂品种,只是在60年代后期退居第二位。
按分子量的大小可将PVC分为通用型(平均聚合度为500-1500)和高聚合度型(平均聚合度大于1700)两类。
常用的PVC树脂大都为通用型。
图4PVC粒料
3.2.2性能(表3)
1)一般性能:
PVC树脂为一种白色或淡黄色的粉末,其制品的软硬程度可以通过加入增塑剂的份数多少调整,制成软硬相差悬殊的制品。
纯PVC的吸水率和透气性都很小。
热学性能:
PVC的热稳定性十分差,纯PVC树脂在140℃即开始分解,到180℃迅速加快,而PVC的熔融温度为160℃,因此纯PVC树脂难以用热塑性方法加工。
电学性能:
PVC是一种电性能较好的聚合物,但由于本身极性较大,其电绝缘性不如PP和PE;PVC的电性能受温度和频率的影响较大,本身的耐电晕性又不好,一般只适用于中低压和低频绝缘材料。
PVC的电性能与聚合方法有关,悬浮法较乳液法好,还受添加剂的种类影响较大。
环境性能:
PVC可耐大多数无机酸、碱、多数有机溶剂和无机盐,适合作化工防腐材料。
PVC对光、氧、热都不好,很容易发生降解,引起PVC制品颜色的变化。
2)机械性能:
PVC具有较高的硬度和力学性能,并随分子量的增大而增大,但随温度的升高而下降。
PVC中加入增塑剂份数不同,对力学性能的影响很大,一般随增塑剂含量增大,力学性能下降。
PVC的耐磨性一般。
3)加工性能:
a.PVC粉末树脂在160℃以前,以颗粒状态存在;在160℃以后颗粒破碎成初级粒子,在190℃时初级粒子熔融。
b.PVC的加工稳定性不好,熔融温度高于分解温度,不进行改性难以用熔融塑化的方法加工。
改性方法一为在其中加入热稳定剂,以提高其分解温度,使其在熔融温度之上;而为在其中加入增塑剂,以降低其熔融温度,使其在热分解温度之下。
PVC加工温度控制要精确,加工时间要尽量短。
c.PVC熔体的流动性不好,熔体强度低,易产生熔体破碎和制品表面粗糙等现象;尤其使PVC硬质品,此现象更突出,必须加入加工助剂。
d.PVC熔体粘附金属倾向性大,熔体之间以及熔体与加工设备之间摩擦力大,需加入润滑剂以克服摩擦力。
e.PVC熔体属非牛顿流体,熔体粘度对剪切速率敏感;所以,对热敏性PVC树脂,在加工中要降低粘度,可通过提高螺杆转速来达到目的,近可能少调温度。
f.PVC在加工前需要干燥处理,具体条件为:
温度110℃,时间1-1.5h.
g.PVC的组分十分多,要充分混合均匀。
一要注意加料顺序,吸油性大的填料要后加,以防吸油;润滑剂最后加,以防影响其他组分的分散;二要控制好混合温度,一般在110℃左右。
h.PVC遇金属离子会加速降解,加工前要进行磁选,设备不应有铁锈。
表3PVC软硬材料性能比较
性能及单位
硬质材料
软质材料
真密度g/c㎡
1.35~1.45
1.16~1.30
折光率
1.52~1.55
——
吸水率/%
0.07
0.15~0.75
抗拉强度/MPa
35~65
15~25
弯曲强度/MPa
70~100
——
冲击强度KJ/㎡
1~40
不断
连续耐温/℃
65
65
热变形温度/℃
70
-5
压塑成型温度/℃
140~220
140~175
压塑成型压力/℃
5~15
3.5~14
3.2.3加工技术
1)注射成型:
料筒温度:
160-190℃,喷嘴温度高于料筒温度10-20℃,注射压力90Mpa以上,保压压力60-80Mpa,模具温度40℃,螺杆转速30r/min左右
2)挤出成型:
若选用单螺杆挤出机,需选用粒料,料筒温度正向设置;若选用锥形异向旋转型双螺杆挤出机,树脂可选用粉料,料筒温度反向设置,从加料段到计量段从高到低,有利于热能利用和有效排气。
PVC硬制品的挤出条件为:
料筒温度:
160-180℃,机头温度:
180-200℃,螺杆转速25r/min左右。
PVC软制品的挤出条件为:
料筒温度:
170-190℃,机头温度:
190-210℃,螺杆转速30r/min左右。
3)压制:
压制多用于热固性塑料,但热塑性PVC塑料也常用于压制成型,主要用于生产鞋底、硬板及周转箱等形状简单的制品。
PVC压制成型的工艺为:
挤出型坯——冷压——成型,一般也称为冷挤压。
3.2.4应用
1)硬质PVC制品的应用
管材:
用于上水管、下水管、输气管、输液管及穿线管等
型材:
用于门、窗、装饰板、木线、家具及楼梯扶手等。
板材:
可分为瓦楞板、密实板和发泡板等,用于壁板、天花板、百叶窗、地板等。
片材:
用于吸塑制品,如各种包装盒等。
丝类:
用于纱窗、蚊帐、绳索等。
瓶类:
食品、药品及化妆品等包装材料。
注射制品:
管件、阀门、办公用品罩壳及电器壳体等。
2)软质PVC制品的应用
薄膜:
农用大棚膜、包装膜、雨衣膜等。
电缆:
用于中低压绝缘盒护套电缆料。
鞋类:
鞋底和面材料。
革类:
人造革、地板革及壁纸等。
其他:
软透明管、唱片及垫片等。
(a)PVC管材(b)PVC板材
(c)PVC薄膜(d)PVC皮革
图5PVC制品
3.3聚丙烯(PP)
图6PP粒料
3.3.1简介
PP是由丙烯单体经自由基聚合而成的聚合物。
在我国,PP的产量继PE、PVC排在第三位。
按结构不同,PP可分为等规、间规和无规三类。
目前主要应用的为等规PP,用量可占90%以上。
3.3.2性能
1)一般性能:
PP树脂为白色蜡状固体,外观视PE,但比PE更透明,更轻。
PP易燃,离火继续燃烧,吸水率低,气体透过率低。
PP的呈纤性好,可用于丙纶的生产。
热性能:
PP的耐热性良好,制品可耐100℃热水煮沸,可在100-120℃长期使用,用于热水管道;不受外力作用时,可在150℃使用不变形。
但其耐低温性不好,在-5--20℃即脆化,不能用于低温。
电性能:
PP为非极性类聚合物,电绝缘性优良;电性能受湿度、稳定温度和频率的影响小,耐电弧性好,但不耐电晕。
因低温脆性影响,PP在绝缘领域应用远不及PE和PVE广泛,主要用于电信电缆的绝缘和电器外壳。
环境性能:
PP属于烷烃类聚合物,具有很高的耐化学腐蚀性。
其耐候性不好,对紫外线很敏感,不改性难以用于户外,需加入抗氧剂和光稳定剂。
2)机械性能:
PP的机械性能与分子量和结晶度有关,分子量低、结晶度高、球晶尺寸大时,制品的刚性大而韧性低。
PP具有良好的机械性能,其拉伸屈服强度和拉伸强度都超过PE,而且经增强和拉伸处理后还可大幅提高。
PP的机械性能受温度的影响比较小。
PP的冲击强度依赖于温度的大小,在室温以上,PP的冲击性能良好,但在低温时,其冲击性能迅速变差。
PP的冲击强度还与分子量、结晶度、结晶尺寸等有关。
PP制品的表面硬度和刚性较高,并有良好的表面光咋,但不如PS和ABS高。
PP有突出的抗弯曲疲劳性,PP的耐蠕变性能较好,因此经过适当的增强改性可用作工程塑料。
3)加工特性:
a.PP的吸水率低,不需要干燥处理。
b.PP的熔体接近非牛顿流体,粘度对温度敏感性小,而取决于剪切速率的大小。
c.PP属结晶类聚合物,成型收缩率大,对制品精度的影响较大,在具体设计模具和确定工艺条件时要注意。
PP在加工中易产生取向,造成不同方向上性能的差异,在成型中要引起注意。
d.PP制品对缺口较敏感,制品应避免出现尖角和缺口,以免引起应力集中。
e.PP在高温下对氧特别敏感,为防止加工中发生热降解,一般在树脂合成时加入抗氧剂。
PP熔体与铜接触会导致降解,应避免与铜接触或加入抗铜剂。
f.PP制品进行退火处理后,可以消除参与应力,改善工艺性能。
表4PP的具体性能
项目及单位
数值
吸水率(24h)%
0.03~0.04
拉伸强度MPa
30~39
断裂伸长/%
100~300
拉伸模量/GPa
1.1~1.6
弯曲强度/MPa
42~56
压缩强度/MPa
39~56
热膨胀系数1/℃
1.1×10-4
成型线收缩率/%
1.0~2.0
洛氏硬度
R80~100
冲击强度KJ/㎡
2~3
体积电阻Ω·㎝
≥1015
电压击穿强度KV/mm
20
介电常数/106Hz
2~2.6
介电损耗正切/106Hz
0.001
耐电弧/s
136~185
热变形温度/(0.46MPa下)℃
110~116
3.3.3加工技术
1)注射成型:
选用通用注射机,浇口随制品质量的增大而增大,原料熔体指数中等。
具体成型工艺条件为:
料筒温度后160-180℃,中180-200℃,前200-220℃,喷嘴200-280℃,模具温度60-80℃,注射压力40-70Mpa,注射时间20-60s,冷却时间20-60s。
2)挤出成型:
挤出机的螺杆加料段的长度要比PE长,以克服热导率低的特点。
具体的成型条件为:
加料段180℃,其他250℃,最高达300℃,冷却条件对制品的透明性和冲击性能影响都很大。
PP挤出制品可进行拉伸处理,即可单向拉伸,也可双向拉伸,拉伸倍率达3倍以上;拉伸后制品的强度、冲击性、透明性、耐热性、表面光泽和阻隔性都有明显的提高。
3.3.4应用
1)注射制品
PP注射制品可占一半左右,日用品以普通PP为原料,汽车配件以增强或增韧PP为原料,其他用途以高冲击强度和低脆化温度的PP-C原料为主。
PP的具体注射制品如下:
汽车:
保险杠和轮壳罩等用增韧PP,增强PP用于仪表、方向盘、风扇叶、手柄和蓄电池壳等。
日用品:
衣架、椅子、桶类、盆类、办公用品、货箱等。
电器:
洗衣机桶、电视机壳、电扇叶、电冰箱内衬等。
2)薄膜制品
PP膜可占PP用量的10%左右,其特点为透明性和表面光泽接近玻璃纸,但柔软性不好,手揉有强声;强度高,可用于重度包装材料;透气率仅为HDPE膜的30%,适用于防潮包装材料如高级衣物、药品及香烟等包装。
PP膜的耐热性能好,可进行煮沸消毒,用于冷冻和保鲜食品的包装。
PP膜的电绝缘性能好,经过热定型处理的定向薄膜可用于电容器、电机和变压器的绝缘材料,比PET好。
PP双向拉伸膜的强度和透明性、光泽都好,可用于打字机带、粘胶带基膜及香烟包装膜等。
3)纤维制品
PP纤维制品主要包括单丝、扁丝和纤维三类。
PP单丝的密度小,韧性好,耐磨性好,适于生产绳索和渔网等。
PP扁丝拉伸强度高,适于生产编织袋以代替麻袋;PP编织袋具有防潮,高强等特点,可用于包装化肥、水泥、粮食及化工原料等,PP扁丝还可以生产编织布,用于宣传品及防雨布等。
PP纤维广泛用于地毯、毛毯、衣料、人造草坪及窗帘等。
4)挤出制品
管及管件,为新型应用领域,主要以PP-C为原料,管材可用于上水、排水、供暖及化工腐蚀介质等,管材与管件用热熔法连接。
片,PP片材以PP/PE共混物为原料,主要用于习俗制品,具体有水杯、工艺品等。
此外,PP还可用作棒、板等制品,板材可用于生产汽车挡泥板、汽车座椅、马达和泵的壳体、液体储槽等。
5)中空制品
PP中空制品的透明性和力学性能好,但层瓶主要用作包装洗涤剂、化妆品和药品等,与阻隔材料复合瓶用于食品如酱油、液体燃料和化学试剂等。
(a)PP薄膜(b)pp纤维
(c)PP管材(d)PP中空制品
图7PP制品
3.4聚苯乙烯(PS)
图8PS粒料
3.4.1简介
PS是指由苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物。
PS包括普通聚苯乙烯(GPPS),可发性聚苯乙烯(EPS)和茂金属聚苯乙烯(SPS)。
PS的主要用途为包装产品50%,透明产品40%,注塑产品10%。
3.5.2性能
1)一般性能:
PS为无色透明的粒料,燃烧时发浓烟并带有松节油气味,吹熄可拉长丝;制品质硬似玻璃状,落地或敲打会发出类似金属的声音;能断不能弯,断口处呈现蚌壳色银光。
其吸水率为0.05%,稍大于PE,但对制品的强度和尺寸稳定性影响不大。
光学性能:
透明性好,同PC、PMMA一样属于最优秀的透明塑料品种。
但因苯环的存在,其双折射较大,不适合用于高档光学仪器。
热学性能:
PS的耐热性能不好,只可长期在60-80℃温度范围内使用;其耐低温性能也不好,脆化温度为-30℃.由于其线胀系数较大,与金属相差悬殊,故制品不宜带金属嵌件。
电学性能:
PS的电绝缘性优良,不受温度和湿度的影响,可耐适当的电晕放电,耐电弧性好,适于做高频绝缘材料。
环境性能:
PS的化学性能稳定,可耐一般酸、碱、盐、矿物油及低级醇等。
PS的耐候性不好,其耐光、氧化性都差,不适于长期户外使用;但耐辐射性好。
2)机械性能:
PS硬而脆、无延伸性,拉伸至屈服点附近即断裂。
PS的拉伸强度和弯曲在通用热塑性塑料中最高,其拉伸强度可达60Mpa;但冲击强度很小,难以用作工程塑料。
PS的耐磨性差,耐蠕变性一般,PS的力学性能随温度的影响比较大。
3)加工性能:
PS属无定形树脂,无明显熔点,熔融温度范围比较宽,可在120-180℃之间成为流体。
热稳定性较好,分解温度在300℃以上。
PS熔体属于非牛顿流体,粘度强烈的依赖剪切速率的变化,但温度的影响也比较明显。
PS的流动性十分好,是一种易于加工的塑料。
PS的吸水率较低,在加工前一般不需要干燥;如有特殊需要(如要求透明性高)才干燥,具体干燥温度为70-80℃,时间为1.5小时。
PS在加工中易产生内应力,除选择正确的加工条件,改进制品设计和合理的模具结构外,还应对制品进行热处理。
热处理的条件为在温度65-85℃热风循环干燥箱或热水中处理1-3h.
表5PS和改性PS的具体性能
项目及单位
PS
改性PS
密度g/cm3
1.05
1.06
洛氏硬度
≥65
20~90
抗拉强度/MPa
35~85
10~80
断裂伸长率/%
15
15~56
拉伸模量/Gpa
2.8~4.2
1.0~4.2
弯曲强度/Mpa
60~98
35~110
冲击强度KJ/㎡
≥20
20~60
热膨胀系数1/℃
6~8×10-5
6~9×10-5
玻璃化转变温度/℃
100
100~113
透光率%
90
50~80
体积电阻率/Ω·㎝
1017~1019
1015~1016
介电常数(103Hz)
2.4~2.7
2.5~4.5
3.4.3加工方法
1)注射:
选用普通注射机即可。
具体工艺条件为:
成型温度为180-215℃,注射压力为30-150Mpa,模具温度小于70℃。
2)挤出:
可在普通的挤出机加工,制品有管材、棒材、片材、薄膜和纤维等。
成型后未拉伸时强度低、性脆、拉伸后透明度、光泽、强度和韧性都明显提高。
具体的基