第一章：聚乙烯

第一章：聚乙烯1、聚乙烯介紹2、聚乙烯分類(lèi)3、低密度聚乙烯4、高密度聚乙烯5、線性低密度聚乙烯6、中密度聚乙烯7、超高分子量聚乙烯8、聚乙烯的加工特性9、聚乙烯的應(yīng)用Polyethylene聚乙烯（縮寫(xiě)代號(hào)PE）是以乙烯為單體進(jìn)行聚合得到的聚合物。1、聚乙烯介紹2、PE分類(lèi)按照聚乙烯的合成方法不同可以分為：高密度聚乙烯（HDPE）中密度聚乙烯（MDPE）低密度聚乙烯（LDPE）線性低密度聚乙烯（LLDPE）超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯（UHMWPE）（a）高密度PE分子鏈（b）低密度PE分子鏈（c）線性低密度PE分子鏈聚乙烯樹(shù)脂的分類(lèi)、型號(hào)和命名，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1845-80規(guī)定如下：公稱密度類(lèi)別代號(hào)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS01872－1972(E)的密度分檔，其類(lèi)別代號(hào)與密度(g/cm3，20℃)分別為：1－≤0.922；2－0.92～0.932；3－0.933～0.946；4－0.947～0.956；5－≥0.957。主要用途代號(hào)的含義：B——中空成型C——涂層E——通用擠塑F——薄膜I——注塑J——電纜護(hù)套K——電纜絕緣L——單絲P——管材S——粉末成型Y——扁帶T——特殊用途公稱熔體指數(shù)代號(hào)，即表示g/10min的熔融指數(shù)范圍，直接用產(chǎn)品熔體指數(shù)公稱值表示。

改性代號(hào)共分A和B兩類(lèi)，其含義為：

A——本色，未加添加劑、填料，或只加有為保證造粒和貯存需要的穩(wěn)定劑。B——為滿足各種用途和改性要求加有添加劑、填料和顏料的品種。共聚或混合情況代號(hào)的含義：C——乙烯與烯烴類(lèi)的共聚物；D——與其它聚合物的混合物，無(wú)代號(hào)——均聚物。只有相同的上述代號(hào)而性能有所差別的兩種或兩種以上的產(chǎn)品，可在型號(hào)后加符號(hào)-1、-2、-3……以示區(qū)別。1I2A-1表示低密度聚乙烯，注塑級(jí)，熔融指數(shù)為2g/10min，本色，未加添加劑、填料。1C7A表示低密度聚乙烯，涂層級(jí)，熔融指數(shù)為7g/10min，本色，未加添加劑、填料。3、低密度聚乙烯（LDPE）乙烯熱力學(xué)上有顯著聚合傾向，但動(dòng)力學(xué)上實(shí)現(xiàn)聚合，則必須在高溫高壓的苛刻條件下或必須采用特殊催化體系。高壓法低密度聚乙烯：HP-LDPE。高壓聚合法以高純度乙烯為原料，在150～300MPa壓力、170～200℃溫度下，以氧氣、有機(jī)過(guò)氧化物、偶氮化合物作為引發(fā)劑進(jìn)行自由基聚合，制得密度較低（0.91～0.92g/cm3）、結(jié)晶度為55％～65％的LDPE。

3.1LDPE的結(jié)構(gòu)與性能HP-LDPE是高溫高壓、自由基聚合生成。分子不是完全線性的，近似樹(shù)枝狀，有許多分枝，分枝有長(zhǎng)短不一的支鏈。還含有不飽和雙鍵，不是完全飽和脂肪族烴結(jié)構(gòu)。另外，還含有羰基和引發(fā)劑殘基等。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)→性能：結(jié)晶度低，密度低，硬度、彎曲模量低，而沖擊強(qiáng)度高。

Thetensilestress-straincurves

應(yīng)力-應(yīng)變曲線玻璃態(tài)聚合物在不同溫度下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線更換夾具后，均可進(jìn)行拉伸，壓縮，彎曲，剪切，撕裂，剝離等力學(xué)測(cè)試。Thestress-straincurves應(yīng)力-應(yīng)變曲線A彈性極限應(yīng)變A彈性極限應(yīng)力B斷裂伸長(zhǎng)率B斷裂強(qiáng)度

Y

屈服應(yīng)力Ypoint:Yieldingpoint屈服點(diǎn)Apoint:Pointofelasticlimit彈性極限點(diǎn)Bpoint:Breakingpoint斷裂點(diǎn)沖擊強(qiáng)度Impactstrength——是衡量材料韌性的一種指標(biāo)沖斷試樣所消耗的功沖斷試樣的厚度和寬度沖擊強(qiáng)度的測(cè)試方法:

擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)，落重式?jīng)_擊試驗(yàn)和高速拉伸等三類(lèi)。試樣受沖擊載荷而折斷時(shí)單位截面積所吸收的能量沖擊強(qiáng)度的單位:對(duì)于無(wú)缺口試樣的沖擊試驗(yàn)，單位為kJ/m2對(duì)于帶缺口試樣的沖擊試驗(yàn)，單位為kJ/m或kJ/m2Pendulummachine擺錘沖擊機(jī)Charpy

簡(jiǎn)支梁Izod

懸臂梁樣品夾在此處打擊錘頭熔融指數(shù)(Meltindex——簡(jiǎn)稱MI)：指在一定的溫度下和規(guī)定負(fù)荷下，10min內(nèi)從規(guī)定直徑和長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管內(nèi)流出的聚合物的熔體的質(zhì)量，用MI表示，單位為g/10min。PE：190℃，2160g的熔融指數(shù)MI190／2160。MI越大，流動(dòng)性越好（η小）。對(duì)于同種聚合物而言，熔融指數(shù)越大，聚合物熔體的流動(dòng)性越好。由于不同聚合物的測(cè)定時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)條件不同，因此不具可比性。熔融指數(shù)儀材料按照導(dǎo)電率可以分為絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體等。而高分子材料絕大多數(shù)為絕緣體，通常用表面電阻率

ρs和體積電阻率ρv來(lái)表示。一個(gè)物體是電的導(dǎo)體、半導(dǎo)體還是絕緣體，可由它的

體積電阻率ρv來(lái)決定。ρv：某物體中一個(gè)邊長(zhǎng)為1cm的立方體，從立方體對(duì)應(yīng)兩面之間流過(guò)電流的電阻值。導(dǎo)體：0～106Ω·cm半導(dǎo)體：106～1012Ω·cm絕緣體：＞1012Ω·cm項(xiàng)目數(shù)值平均相對(duì)分子質(zhì)量/1042.5-15.0密度/g·cm-30.910-0.925顆粒表觀密度/g·cm-30.50-0.54折射率ηD201.51吸水率（%）0.03透明度半透明LDPE的物理性能

項(xiàng)目數(shù)值拉伸強(qiáng)度/MPa7-14斷裂伸長(zhǎng)率(%)300-600拉伸模量/MPa120-250壓縮強(qiáng)度/Mpa12.5彎曲強(qiáng)度/Mpa12-17彎曲模量Mpa150-250剪切強(qiáng)度/Mpa14-17沖擊強(qiáng)度/KJ·m-2無(wú)缺口缺口不斷≥40邵氏硬度D41-45LDPE的力學(xué)性能（2）電絕緣性能優(yōu)異體積電阻率≥1017Ω?cm，可用于高頻電氣絕緣。這種優(yōu)異性能，來(lái)源于LDPE分子鏈的非極性結(jié)構(gòu)和不用金屬催化劑的生產(chǎn)工藝。（3）化學(xué)穩(wěn)定性高LDPE不含極性基團(tuán)，化學(xué)穩(wěn)定性很高，室溫下幾乎不溶于任何溶劑，與鹽酸、硫酸、甲酸、乙酸等不發(fā)生反應(yīng)。但長(zhǎng)時(shí)間浸泡在汽油、苯、三氯甲烷、丙酮等溶劑中，會(huì)溶脹；對(duì)氧化性強(qiáng)的濃硫酸、濃硝酸等不穩(wěn)定。可加熱溶解在四氫萘及苯等有機(jī)溶劑中。（4）熱性能好在不受外力作用下，使用溫度最高為100℃。但受力條件下，熱變形溫度較低，在0.46MPa壓力下,只有38~50℃,因而限制了它的使用范圍。3.2LDPE的加工特性聚乙烯（PE）加工主要是熔融加工法。PE吸水性極低，可省去加工前的預(yù)干燥工序。但PE在熔融溫度下會(huì)被空氣氧化，加工時(shí)應(yīng)盡量減小與空氣接觸，或加抗氧劑。PE結(jié)晶度較高，導(dǎo)致成型收縮率大。LDPE很容易加工，可吹塑成型、擠出成型、注射成型、真空成型、噴涂等。LDPE主要用于生產(chǎn)薄膜產(chǎn)品。很適于制造復(fù)合膜。

3.3LDPE的應(yīng)用（1）薄膜

LDPE薄膜主要用于食品包裝、工業(yè)品包裝、化學(xué)品包裝、農(nóng)用膜和建筑用膜等。目前還開(kāi)發(fā)出各種功能農(nóng)用膜，如除草膜、除蚜蟲(chóng)膜、防霧滴膜和促進(jìn)瓜果蔬菜早熟膜等。（2）吹塑、滾塑成型制品

利用擠出吹塑成型法可制造瓶、罐、筒、盆和工業(yè)儲(chǔ)槽等中空容器產(chǎn)品；利用旋轉(zhuǎn)滾塑法可制得兒童玩具搖馬、汽車(chē)車(chē)身和大型儲(chǔ)槽。（3）電纜電線被覆料

4、高密度聚乙烯（HDPE）

HDPE：低壓Ziegler(齊格勒)型催化劑，配位聚合生產(chǎn)。配位聚合法大約比自由基高壓聚合法合成聚乙烯晚20年,1953年Ziegler(齊格勒)催化劑問(wèn)世,使乙烯可以在低壓溫和的條件下聚合。Ziegler(齊格勒)以他偉大的發(fā)明于1963年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。Ziegler(齊格勒)催化劑的烯烴均、共聚合反應(yīng)是按配位聚合機(jī)理進(jìn)行的，這類(lèi)催化劑稱為絡(luò)合催化劑。

Ziegler(1898－1973)小傳未滿22歲獲得博士學(xué)位曾在Frankfort,Heideberg大學(xué)任教1936年任Halle大學(xué)化學(xué)系主任，后任校長(zhǎng)1943年任MakPlanck研究院院長(zhǎng)1946年兼任聯(lián)邦德國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)主要貢獻(xiàn)是發(fā)明了Ziegler催化劑，使用四氯化鈦和三乙基鋁，可在常壓下得到低壓PE。1963年榮獲Nobel化學(xué)獎(jiǎng)治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)驗(yàn)技巧嫻熟，一生發(fā)表論文200余篇4、高密度聚乙烯（HDPE）HDPE是PE中模量最高，對(duì)油、脂的阻隔性最好，并具有較大的韌性和優(yōu)良機(jī)械性能的品種。在PE中它的使用溫度最高，適宜做各種模塑制品。目前世界HDPE產(chǎn)量占聚乙烯總產(chǎn)量的42%，超過(guò)LDPE；我國(guó)HDPE占51%。除薄膜、電線電纜和擠出涂層外，其它大宗用途方面，HDPE都占有優(yōu)勢(shì)，用量超過(guò)LDPE。今后10年世界對(duì)HDPE的需求增長(zhǎng)率將為4.0%。

4.1HDPE的結(jié)構(gòu)與性能HDPE分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、對(duì)稱，只含有極少量的短支鏈。簡(jiǎn)單、對(duì)稱的鏈結(jié)構(gòu)有利于結(jié)晶，HDPE在PE中結(jié)晶度最高，密度也最高。支鏈多少和長(zhǎng)短影響結(jié)晶度和晶粒尺寸。HDPE結(jié)晶度和晶粒尺寸都大，因此其熔點(diǎn)最高，強(qiáng)度和硬度也最高。HDPE另一特點(diǎn)是分子量大（10~100萬(wàn)），因而具有高強(qiáng)度物理性能.

HDPE支鏈少而短，結(jié)晶度高，因此拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、彎曲模量、硬度等比LDPE優(yōu)越。但沖擊強(qiáng)度比LDPE差。HDPE熱性能為PE中之最，不受外力時(shí)，最高使用溫度100℃，最低使用溫度-70~-100℃。HDPE化學(xué)穩(wěn)定性良好，抗溶劑性能比LDPE高。在苯中，LDPE60℃即溶解，HDPE則80~90℃才溶解。耐酸性也比LDPE強(qiáng)。HDPE另一種優(yōu)良性能是抗透氣性能好，僅為L(zhǎng)DPE的1/5，很適于制防潮、防水蒸汽的包裝用品。4.2HDPE的加工特性HDPE主要采用熔融加工方法，其熔體是典型的非牛頓流體，表觀粘度隨剪切速率增加而降低.加工成型時(shí)HDPE收縮率較大,線性收縮率為2~5%注射成型：塑化溫度180~250℃，模具溫度50~170℃，注射壓力10~100MPa。擠出成型：成型溫度165~260℃，擠出壓力35~140MPa。吹塑成型：成型溫度170~190℃，超薄膜成型溫度180~230℃，吹脹比3~5。

4.3HDPE的應(yīng)用（1）中空吹塑制品HDPE的機(jī)械強(qiáng)度、剛度和耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性能均比LDPE優(yōu)越，最適宜用于吹塑制造各種類(lèi)型的中空容器。（2）注塑制品用于注塑制品的HDPE量占第二位.（3）薄膜制品HDPE薄膜的優(yōu)良性能是外觀似紙，挺括，開(kāi)口性好，耐沖擊，清潔衛(wèi)生。（4）管材制品HDPE管材質(zhì)輕，抗沖擊和耐壓強(qiáng)度高，剛性好，耐化學(xué)腐蝕性能優(yōu)良。目前最大的擠出管徑達(dá)1.6m。（5）單絲制品用HDPE制作的單絲，具有質(zhì)輕，耐腐蝕，強(qiáng)度高，不吸水，低溫柔韌性好等。

5、線性低密度聚乙烯（LLDPE）乙烯和a-烯烴進(jìn)行配位共聚可得到一類(lèi)新型聚合物。這種聚合物含a-烯烴單體單元，密度比HDPE低，沒(méi)有長(zhǎng)支鏈，不呈樹(shù)枝狀，仍屬線性分子，稱線性低密度聚乙烯（LLDPE）。LLDPE性能通過(guò)共聚a-烯烴單體種類(lèi)、用量、調(diào)節(jié)劑等進(jìn)行調(diào)控。LLDPE往往具有比乙烯均聚物更優(yōu)良的性能。LLDPE增長(zhǎng)速度大大高于LDPE和HDPE。

5.1LLDPE性能及其影響因素LLDPE與LDPE、HDPE分子結(jié)構(gòu)上的區(qū)別支鏈長(zhǎng)短、多少將影響LLDPE的性能。以1-辛烯為共聚單體制得的LLDPE，熔點(diǎn)、結(jié)晶度均隨1-辛烯組分含量增加而幾乎線性地降低，密度也降低。這是C6支鏈增加的結(jié)果。LLDPE的吹塑性能十分優(yōu)異。

LLDPE大分子支鏈長(zhǎng)度與其韌性的關(guān)系——支鏈越長(zhǎng)，韌性越好5.2LLDPE的加工應(yīng)用LLDPE可采用擠出、注射、吹塑、旋轉(zhuǎn)成型等工藝法制造薄膜、管材、電線電纜包復(fù)材料和中空容器等。旋轉(zhuǎn)成型加工溫度比LDPE寬（290~340℃）。擠出成型存在一定問(wèn)題，主要表現(xiàn)在加工薄膜時(shí)熔融粘度高、熔體強(qiáng)度差，即剪切變“硬”，擠出變“軟”。LLDPE與其它聚合物或無(wú)機(jī)填充料或加工助劑共混使用。通過(guò)共混，優(yōu)化聚合物的加工性能。LLDPE市場(chǎng)份額越來(lái)越大。

LLDPE約有70％用于薄膜生產(chǎn)，主要是食品包裝、工業(yè)用包裝、農(nóng)用膜、垃圾袋等；注塑制品有各類(lèi)容器；電話電線的絕緣材料，光纜和電力電纜的絕緣夾套；大型的農(nóng)用貯槽、化學(xué)品貯槽、兒童玩具；各種管材、片材和板材。LLDPE對(duì)HP-LDPE的沖擊80年代LLDPE工迅速崛起，對(duì)HP-LDPE沖擊極大，曾被認(rèn)為有可能被淘汰，但LLDPE不能全部代替HP-LDPE，因?yàn)镠P-LDPE有好的光學(xué)性、粘結(jié)性、密封性，特別是加工和電學(xué)性能超群，LLDPE代替不了。目前仍占PE總量的38%。HP-LDPE工藝與LLDPE工藝比較，投資大、能耗高、成本高，設(shè)備故障多，經(jīng)濟(jì)上無(wú)法與LLDPE競(jìng)爭(zhēng)。但仍能生存，原因是：市場(chǎng)需要HP-LDPE

a．?dāng)D出、涂層要求樹(shù)脂有良好的粘接性和密封性，在這一領(lǐng)域，依然HP-LDPE一枝獨(dú)秀。b．高中透明度的包裝膜如紡織品和服裝包裝方面，HP-LDPE用量仍占80%以上。c．高壓電纜要求耐高溫，并有良好的絕緣性能，HP-LDPE是理想的絕緣材料原料。d．HP-LDPE是地膜、棚膜的基礎(chǔ)樹(shù)脂，LLDPE膜也要摻入HP-LDPE以改善加工性能。

(B)超低密度聚乙烯的開(kāi)發(fā)密度0.9~0.915g/cm3的聚乙烯為極低密度聚乙烯（VLDPE），密度0.86~0.90g/cm3的聚乙烯為超低密度聚乙烯（ULDPE）。共聚單體含量20%以上。生產(chǎn)VLDPE、ULDPE的方法就是生產(chǎn)LLDPE的方法，可用氣相法、溶液半和高壓法，用適合催化劑，使支鏈分布均勻。VLDPE、ULDPE比LLDPE有更好的抗穿刺性、抗撕裂性、更低的軟化點(diǎn)，更好的熱封性、粘結(jié)性、柔軟性和透明性，對(duì)水汽和氣味良好的阻隔性。中壓聚合法以乙烯為原料在1.5－8.0MPa壓力、130～270℃的條件下，以過(guò)渡金屬為催化劑，烷烴為溶劑，按配位機(jī)理制得密度為0.93～0.94g/cm3、結(jié)晶度為90％的MDPE。但因催化劑的催化效率和工藝流程都不及現(xiàn)在的高效催化劑，故中壓法也逐漸退出生產(chǎn)線。6、中密度聚乙烯7、高分子量和超高分子量聚乙烯高分子量和超高分子量聚乙烯在分子結(jié)構(gòu)上與高密度聚乙烯相同，線性結(jié)構(gòu)，但分子量高很多。具有優(yōu)異的性能。是性能優(yōu)異、價(jià)格低廉的工程塑料。

7.1HMWHDPE的生產(chǎn)與應(yīng)用采用高效催化劑，淤漿法或氣相法生產(chǎn)。與HDPE工藝相似。產(chǎn)物分子量~500萬(wàn)。HMWHDPE具有良好的韌性、耐磨和應(yīng)力開(kāi)裂性，抗沖擊和拉伸強(qiáng)度高。

7.2UHMWPE的性能、加工特性和應(yīng)用（1）UHMWPE的性能分子量超過(guò)600萬(wàn)，具有一系列優(yōu)異性能。（2）加工特性UHMWPE極長(zhǎng)分子鏈之間產(chǎn)生纏繞給加工帶來(lái)巨大困難。近10年來(lái)加工技術(shù)和設(shè)備取得較大進(jìn)展，可用燒結(jié)壓制法成型加工，也可用擠出或注射成型加工。燒結(jié)壓制法成型是主要加工方法。加工條件：200~220℃，≥10MPa，每10mm厚保溫40~60min。UHMWPE的應(yīng)用UHMWPE可作齒輪、設(shè)備襯里、過(guò)濾器、化工閥體、泵體、填料、電解槽隔板、滑雪板、人工關(guān)節(jié)、高強(qiáng)輕型纖維等。用UHMWPE生產(chǎn)的纖維，強(qiáng)度高，模量高、勝過(guò)碳纖維、芳輪纖維。UHMWPE密度低，耐磨，強(qiáng)度高，耐化學(xué)藥品，能防紫外線輻射，適用于作防彈頭盔、防彈背心織物。缺點(diǎn)是熔點(diǎn)較低，高溫下使用時(shí)強(qiáng)度降低。

比較項(xiàng)目高壓法中壓法低壓法操作條件聚合壓力，MPa聚合溫度，℃

引發(fā)劑98.1-245.2150-330微量氧或有機(jī)過(guò)氧化物2-7125-150金屬氧化物＜260齊格勒-納塔引發(fā)劑轉(zhuǎn)化率，%16-27接近100接近100反應(yīng)機(jī)理自由基型配位離子型配位離子型實(shí)施方法氣相本體聚合液相懸浮聚合液相懸浮聚合工藝流程簡(jiǎn)單復(fù)雜復(fù)雜結(jié)構(gòu)性能大分子支化程度相對(duì)密度純度熱變形溫度，℃

高低（0.910-0.925）高50℃，較軟介于兩者之間居中（0.926-0.940）基本與低壓法相同基本與低壓法相同大分子排列整齊高（0.941-0.970）產(chǎn)品含有引發(fā)劑殘基78℃，較硬

建設(shè)投資高低低操作費(fèi)用低高高名稱密度（g/cm3）結(jié)晶度（％）熔點(diǎn)（℃）備注LDPE0.910-0.92565-75108-126長(zhǎng)支鏈LLDPE0.913-0.930118-140乙烯與高級(jí)烯烴共聚，取決于共聚單體種類(lèi)與用量，近似直鏈狀。HDPE0.941-0.96585-95125-136近似直鏈狀UHMWPE0.944-0