第四章高密度聚乙烯生产介绍.ppt

三、机械性能及加工特性 分子量、分子量分布和支链长短数量是影响聚乙烯性能的三个关键因素。HDPE的物理性能，HDPE和HDPE的力学性能比较，LDPE、LLDPE、HDPE加工性能的比较见表1/表2 需要说明的是，在力学性能方面，由于HDPE主链上支链少而短，结晶度高，因此它的拉伸强度、硬度都优于LDPE，抗冲击强度低于LDPE，这是因为LDPE中存有较多的非晶区结构，有益于吸收冲击能量。在热性能方面，HDPE热性能最优，不受力下最高使用温度可达100℃，最低使用温度为—70~~100℃。在化学性能方面，HDPE抗溶剂性能优于LDPE。例如，LDPE在苯中溶解温度为60℃，而HDPE在苯中溶解温度可达80~~90℃，又例如HDPE在98%硝酸中浸泡48h只增重5%，而LDPE却增重12.5%。在透气性能方面，HDPE透气性仅为LDPE的五分之一。在加工性能方面，HDPE注塑塑化温度为180~~250℃，模具温度50~~170℃，注射压力80~~100MPa。挤压成型温度165~~260℃，挤出压力35~~140MPa。吹塑成型温度170~~190℃，超薄薄膜成型温度为180~~230℃。HDPE在加工成型时线性收缩比为2%~~5%。 机械性能 HDPE树脂的主要机械性能列于表3 相对分子质量、MWD、定向、形态和决定树脂结晶度和密度的支化度均对树脂的机械性能有重要的影响 ①相对分子质量和MWD的影响 构成HDPE树脂形态的所有要素（即片晶、放射状的小纤维和球晶）被两种类型的力联系成一个整体。一种力是聚合物晶体邻近分子链之间的范德华力，另一种就是从一个结构单元到另一个结构单元的系带分子。只有足够长的分子才能起到这种系带作用，没有它们，球晶就会离散。正因如此，低分子量HDPE是脆的，几十应变只有10%左右，也会断裂。工业用的HDPE相对分子质量一般为8万到120万，这种树脂在片晶之间有足够量的系带分子形成。这种聚合物的屈服点几乎与相对分子质量无关。进一步提高树脂的相对分子质量会明显降低断裂伸长率（从1200%---1500%降到200%---300%），并明显提高拉伸强度（从35---40MPa提高到60MPa）。 相对分子质量也影响HDPE制品的冲击强度。低分子量制品较脆，相对分子质量增加，冲击强度增加。当相对分子质量到达50—100万时，冲击强度可打到很高。 ②支化度的影响 当HDPE的支化度增加时，其结晶度和片晶的厚度降低，这种变化明显地改变了HDPE树脂的机械性能。影响最大的两个性能是拉伸强度和拉伸伸长率。随支化度的增加，HDPE树脂变得更软，更富有弹性。每1000个碳原子的支链数由2增加到10，树脂的拉伸强度大约由60MPa降到25MPa，但其拉伸伸长率却由850%增加到1100%。机械性能差别来源于支链性质和支化度的差别，即线型HDPE几乎不含短支链，支化度低的HDPE有一些控制的短支链，而LDPE既有短支链，也有长支链。 ③定向的影响 定向对HDPE的机械性能有重要的影响。用高度定向和不定向的HDPE树脂制成有同样横截面的制品，前者的强度大约是后者的10倍。这种现象可用聚合物的机械强度是由晶体之间链结数决定的理论来解释。系带链固定在相邻的小晶粒上，并把它们结合在一起（图2-6）因为这些链结很少，故晶体间的界面是聚合物的最弱点。在聚合物拉伸并脱离其起始形态的过程中晶体间的链结数明显增加，聚合物强度从而明显增强。定向也能明显提高聚合物的刚性，高定向的HDPE丝的弹性模量大约可增加6倍。只要技术上可使用高度定向的HDPE材料，如制纤维绳索和薄膜，那么引入定向的结构就可以提供明显的优势。例如，如果一个HDPE薄膜中的大部分分子能够在薄膜平面内定向，那么它就能够达到最好的强度平衡。 对于高分子量的HDPE树脂，可用一些特殊的加工技术增加晶体之间的链结数。例如，可使固体HDPE在100℃左右，200—300Mpa的低温条件下挤出，并从溶液中连续地涂覆薄膜或纤维（凝胶纺）。铸膜或纤维再被冷拉伸到40倍，这种加工可产生高浓度的系带分子。用凝胶纺工艺制得的纤维是透明的，聚合物链是完好定向的。这些纤维具有超高模量（可高到100GPa）和高拉伸强度（500—600MPa）。 四、成型加工 HDPE可用很宽的不同加工法制造。以乙烯为主要原料，丙烯、1-丁烯、己烯为共聚体，在催化剂的作用下，采用淤浆聚合或气相聚合工艺，所得到的聚合物经闪蒸、分离、干燥、造粒等工序，获得颗粒均匀的成品。包括诸如片材挤塑、薄膜挤出、管材或型材挤塑，吹塑、注塑和滚塑。 ▲挤塑 用于挤塑生产的品级一般具有小于1的熔体指数和中宽到宽的MWD。在加工过程中，低的MI可获得适宜的熔体强度。更宽MWD品级更适于挤塑，因为它们具有更高的生产速度，较低的模口压力