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聚乙烯(PE)分类、性能及应用

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发表于 2024-4-19 01:31:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
聚乙烯(PE)是最受欢迎的热塑性材料之一。它有不同的晶体结构,称为HDPE,LDPE和LLDPE。这种商品塑料是通过加成或自由基聚合生产的。它用于广泛的应用:塑料容器、瓶子、袋子、塑料玩具等。
什么是PE?
聚乙烯或聚乙烯是聚烯烃的一种。它通常缩写为 PE。PE的化学式为(C2H4)n.它重量轻,耐用,是最常用的塑料之一。用于冷冻食品袋、瓶子、谷物衬垫、酸奶容器等。环顾四周,所有回收代码为 2 和 4 的塑料均由 PE 制成。这些塑料具有不同的晶体结构。
PE是如何制成的?
聚乙烯由乙烯(或乙烯)单体聚合而成。PE链是通过加成或自由基聚合产生的。可能的合成方法有:
齐格勒-纳塔聚合和
茂金属催化
PE的常见类型有哪些?
根据其密度和分支,不同的PE等级可能具有非常不同的性能。因此,PE等级分类如下。
分支版本
低密度聚乙烯
线性低密度聚乙烯(LLDPE)
线性版本
高密度聚乙烯
超高分子量聚乙烯
交联聚乙烯(PEX 或交联聚乙烯)
此外,还提供其他类型的 PE,例如:
中密度聚乙烯
超低密度聚乙烯
高分子量聚乙烯
茂金属聚乙烯
氯化聚乙烯
如何比较主要PE类型?
什么是高密度聚乙烯 (HDPE)?
高密度聚乙烯(HDPE)是一种具有线性结构的经济高效的热塑性塑料。它没有分支或分支程度低。它具有柔韧性、半透明/蜡状和耐候性。高密度聚乙烯的化学结构为:
HDPE由于结晶度高(>90%)而更坚硬。这也意味着它的透明度低于LDPE和LLDPE版本。HDPE在低温下也显示出韧性。
HDPE在低温(70-300°C)和压力(10-80巴)下制造。它源自:
要么改性天然气(甲烷、乙烷、丙烷混合物)
或原油催化裂化成汽油
生产HDPE的两种主要技术:浆料聚合或气相聚合。
高密度聚乙烯的特性
  • 高密度聚乙烯熔点:120-140°C
  • 高密度聚乙烯密度:0.93 至 0.97 克/厘米3
  • 高密度聚乙烯的耐化学性:
    对大多数溶剂具有出色的耐受性
    对醇、稀酸和碱具有极佳的耐受性
    中等耐油性和耐油脂性
    对碳氢化合物(脂肪族、芳族、卤族)的抵抗力差
  • 连续温度:-50°C 至 +60°C,相对刚性的材料,具有有用的温度能力
  • 与其他形式的PE相比,拉伸强度更高
  • 低成本聚合物,具有良好的加工性能
  • 良好的耐低温性
  • 优异的电绝缘性能
  • 吸水率极低
HDPE的缺点是什么?
易受应力开裂
刚度低于聚丙烯
高成型收缩率
抗紫外线和耐热性差
高频焊接和连接不可能
但是,某些等级已巧妙升级,并提供了一些改进的性能配置文件。
高密度聚乙烯的应用
出色的性能组合使HDPE成为各行各业各种应用的理想材料。HDPE的一些主要用途包括:
包装应用 – HDPE 用于多种包装应用,包括板条箱、托盘、牛奶和果汁瓶、食品包装盖、杰里罐、桶、工业散装容器等。在此类应用中,HDPE为最终产品提供了合理的冲击强度。
消费品 – 低成本和易于加工性使HDPE成为多种家庭/消费品(如垃圾箱,家庭用品,冰盒,玩具等)的首选材料。
纤维和纺织品 – 由于其高拉伸强度,HDPE广泛用于农业应用,如绳索,渔网和运动网,网以及工业和装饰织物。
HDPE的其他应用包括管道和配件(用于天然气,水,污水,排水,排污口,工业应用,电缆保护,钢管涂层,大型检查室和管道污水检修孔等的管道),由于其优异的耐化学性和耐水解性,汽车 - 油箱,布线和电缆 - 能源片,电信电缆。
什么是低密度聚乙烯 (LDPE)?
低密度聚乙烯(LDPE)是一种结晶度低(~50-60%)的半刚性聚合物。LDPE由4,000-40,000个碳原子组成,有许多短分支。与HDPE相比,它具有更高程度的短侧链和长侧链分支。LDPE的化学结构为:
LDPE是如何制造的?
LDPE在高压(1000-3000帕)和温度(80-300°C)下生产。它是通过自由基聚合过程衍生的。
生产LDPE的两个基本过程:
搅拌式高压釜反应釜
管式反应釜
管式反应器由于其较高的乙烯转化率而越来越优先于高压釜路线。
LDPE的特性是什么?
  • 低密度聚乙烯熔点:105 至 115°C
  • 低密度聚乙烯密度:0.910–0.940 克/厘米3
  • 低密度聚乙烯的耐化学性:
    对醇、稀碱和酸具有良好的耐受性
    对脂肪族和芳香烃、矿物油、氧化剂和卤代烃的抵抗力有限
  • 耐温连续可达80°C,短时间耐95°C。
  • 低成本聚合物,具有良好的加工性能
  • 低温冲击强度高,耐候性好
  • 优异的电绝缘性能
  • 吸水率极低
  • 薄膜透明
LDPE的缺点是什么?
聚合物链中存在更多的支化给LDPE性能带来了一定的缺点。如:
易受应力开裂
强度低,刚度低,最高使用温度。这限制了其在需要极端温度的应用中的使用。
高透气性,尤其是二氧化碳
抗紫外线性差
高度易燃
高频焊接和连接不可能
为了克服这些挑战,已经开发了几种具有改进性能的LDPE牌号,例如紫外线稳定,高强度,抗粘连等。
LDPE有哪些应用?
LDPE主要用于制造容器,分配瓶,洗涤瓶,管道,计算机组件塑料袋以及各种成型实验室设备。LDPE最流行的应用是塑料袋。
包装 – 由于其低成本和良好的灵活性,LDPE 在包装行业中用于药品和挤压瓶、瓶盖和封盖、防篡改、衬里、垃圾袋、食品包装薄膜(冷冻、干货等)、层压等。
管道和配件 – LDPE 由于其可塑性和低吸水性,用于制造管道和配件业的水管和软管。
其他应用包括消费品 - 家庭用品,柔性玩具,农用薄膜,电线和电缆 - 次导体绝缘体,电缆护套。
什么是线性低密度聚乙烯(LLDPE)?
线性低密度聚乙烯(LLDPE)的结构具有具有短而均匀分支的线性主链(与LDPE的长分支不同)。这些短枝在伸长时能够相互滑动,而不会像LPDE那样缠绕在一起。它在结构上类似于LDPE。
LLDPE是如何制造的?
LLDPE由乙烯(或乙烷单体)与以下物质聚合而成:
1-丁烯,以及
少量的1-己烯和1-辛烯。
该过程使用齐格勒-纳塔或茂金属催化剂进行。在目前的情况下,由于以下特性,LLDPE在取代LDPE方面非常成功。
LLDPE的特性是什么?
非常灵活,冲击强度高
半透明和自然的乳白色
非常适合温和强力缓冲液,具有良好的耐化学性
良好的水蒸气和酒精阻隔性能
良好的抗应力开裂性和抗冲击性
LLDPE有哪些应用?
LLDPE适用于各种薄膜应用,例如:
通用薄膜,
拉伸膜,
服装包装,
农用薄膜等
什么是超高分子量聚乙烯(UHMWPE)?
超高分子量聚乙烯的分子量在3.5至7.5百万amu之间。这比HDPE树脂高约10倍。HDPE和UHMWPE的外观相似。但UHMWPE是坚韧、耐磨且低成本的塑料。适用于可能涉及摩擦或磨损的工业或制造应用。
UHMWPE是如何制造的?
UHMWPE是使用茂金属催化剂和乙烷单元合成的。这些单元粘合在一起,形成UHMWPE结构。这种结构每个分子有100,000至250,000个单体单位。
UHMWPE的特性是什么?
它具有优异的机械性能,例如高耐磨性,冲击强度和低摩擦系数。
该材料几乎完全是惰性的,因此在中等温度下用于最具腐蚀性或腐蚀性的环境。
即使在高温下,它也能抵抗多种溶剂,但芳香族、卤代烃和强氧化性材料(如硝酸)除外。
这些特殊性能使该产品可用于多种高性能应用。
UHMWPE适用于高磨损应用,如管材、衬里、筒仓、容器和其他设备。
交联聚乙烯(PEX 或交联聚乙烯)
高密度交联PE是具有交联结构的聚乙烯的一种形式。它缩写为PEX或XLPE。它专为关键应用而设计。
交联聚乙烯是如何制造的?
交联聚乙烯由聚乙烯在高压下与有机过氧化物制成。这会产生自由基,从而产生聚合物的交联。因此,树脂专为以下关键应用而设计:
化学品储存管道系统,
循环辐射加热和冷却系统,以及
高压电缆的绝缘。
交联聚乙烯有哪些特性?
高低温
耐水解性
高电气和绝缘性能
高耐磨性
饮用水认证
标准生产线上的高挤出速度
成本更低
机械更坚固
交联聚乙烯电缆的特点是什么?
交联聚乙烯电缆是迄今为止最受欢迎的电缆,交联聚乙烯在多种电气应用中提供了无限的好处,这要归功于其防潮性、抗应力性和比其他同类电力电缆更高的抗热变形保护。特别是在比较交联聚乙烯与聚氯乙烯电缆时,交联聚乙烯电源线具有:
更长的使用寿命
更好的耐热联聚乙烯电源线通常可以承受高达260°C
具有更好的拉伸强度和抗冲击性
更高的额定电流应用资格
如何加工PE塑料?
各种形式的聚乙烯可用于注塑、吹塑、挤出等工艺和各种薄膜制作工艺,如压延或吹膜挤出。
HDPE可以通过注塑,挤出(管材,吹膜和流延膜,电缆等),吹塑和滚塑成型轻松加工。作为注塑成型工艺的理想材料,主要用于批量和连续生产。
用于LDPE的最常见加工技术是挤出(管材,吹膜和流延膜,电缆等)。LDPE也可以通过注塑或滚塑加工
UHMWPE通过压缩成型,柱塞挤出,凝胶纺丝和烧结进行各种加工。常规方法如注塑、吹塑或挤出成型,因为这种材料即使在高于其熔点的温度下也不会流动。
PE(主要是HDPE)作为3D打印材料逐渐普及。它的强度、低密度和无毒使其成为各种 3D 打印物体的理想选择。此外,回收的PE等级和生物基PE也用于3D打印的加工。PE的绝对可用性鼓励了将这种材料应用于增材制造的努力。
哪种类型的PE是可回收的?
PE的两种主要形式的树脂识别代码是:
LDPE和HDPE本质上是不可生物降解的。它们对世界塑料废物做出了重大贡献。两种形式的PE都是可回收的。它们用于生产非食品瓶、户外应用塑料、堆肥箱等。
HDPE管道用于非饮用水应用。对于饮用水,HDPE可用于热水和冷水服务应用。
近年来,交联PE在饮用水中变得很流行,但PEX需要特殊的配件,并且不可回收。

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