第二章 热塑性塑料

1. 第二章 热塑性塑料 博 士 主讲教师：杨晓莉 副教授

2. 第一节 聚乙烯（polyethylene ） 1.1 预备知识 1.2 聚乙烯概述 1.3 聚乙烯结构与性能（重点） 1.4 聚乙烯应用（重点） 1.5 聚乙烯改性 1.6 其它种类聚乙烯——UHMWPE

3. 1.1 预备知识 （4） （3） 固体线膨胀系数 (Linear expansion factor) （2） 维卡软化温度 （Vicat Softening Temperature) 热变形温度（Heat Deflection Temperature） （1） 熔体流动指数 （Melt Flow Rate）

4. 1.1 预备知识 （1） 熔体流动指数（MFR）： 在规定的温度和压力下，试样熔体每10min通过标准出料模孔的总重量(克)。单位:g/10min。 MFI的大小与分子量大小基本成反比。 砝码重2160g，料筒内径9.544mm，出料模孔内径2.095mm，长8mm.

5. 1.1 预备知识 （2） 热变形温度（HDT） 塑料试样在静弯曲负荷作用下，浸入一种等速升温的液体(或空气)传热介质中，当试样受热变形，变形量达到一定时的温度。 压力1.82MPa或0.46MPa，升温速率2℃/min 或5℃/min

6. 1.1 预备知识 （3） 维卡温度(VST） 是指测定高分子材料在合适的液体传热介质中，在一定的负荷、一定的等速升温条件下，试样被1毫米2压针头压入1毫米时的温度。

7. 1.1 预备知识 （4）固体的线膨胀系数(α) 固体在温度每升高1℃时，在某一方向上的长度增量ΔL／Δt与室温下（严格些应是0℃时）同方向上的长度L0之比，叫做固体的线膨胀系数α 根据固体（非晶体或多晶体）在温度升高时形状不变可以推知，固体在各方向上膨胀规律相同。因此可以用固体在一个方向上的线膨胀规律来表现它的体膨胀。

8. 1.2 聚乙烯的概述 （4） （3） 线性低密度 聚乙烯 （LLDPE的合成） （2） 合成方法和品种 聚乙烯的单体 来源 （1） 聚乙烯的定义

9. 1.2 聚乙烯的概述 LDPE的合成方法是英国帝国化学公司（ICI），在1933年发明，在1939年工业化。 低压法是德国化学家Ziegler1953年发明，1957年工业化。 中压法是美国菲利浦石油化学公司发明，1957年工业化。

10. 1.2 聚乙烯的概述 （1） 聚乙烯的定义 聚乙烯是乙烯聚合而成的聚合物分子式为： 英文为：polyethylene, 缩写为：PE。

11. 1.2 聚乙烯的概述 2.1 塑料的定义及特征 （2） 聚乙烯的单体来源 单体 来源 • 乙醇脱水 • 乙炔加氢 • 从天然气 中分离 • 石油烷烃热裂解、分离精制 主要来源 次要来源

12. （3） 品种与合成条件 1.2 聚乙烯的概述 常用聚乙烯的合成

13. 1.2 聚乙烯的概述 （4）线性低密度聚乙烯 • 乙烯与少量α-烯烃共聚 • 在低压（1.4-2.1MPa）和较低温度（75-90oC）下聚合。 • 催化剂：CrO3＋TiCl4＋无机氧化物载体 • 聚合机理：配位聚合(阴离子聚合） • 产物比重：0.92-0.935。 • 20世纪70年代出现的。

14. 1.3 聚乙烯的结构与性能 （3） （2） PE的结构与性能小结 PE的性质 （1） PE的结构

15. 1.3 聚乙烯的结构与性能 （1）PE的结构 链结构 LDPE：存在大量的长支链和短支链。 HDPE：只有少量的短支链。 LLDPE：有较多的短支链，但没有长支链。

16. PE非常容易结晶、而且结晶度很高（>55%)。 1.3 聚乙烯的结构与性能 • 聚集态结构 1.3 聚乙烯的结构与性能 分子链非常柔顺，Tg～-125oC。 PE分子链的特点： 结构单元对称、规整 在使用温度下，PE中大量结晶相和少量无定形结构并存。

17. 链规整性 提高 结晶度 提高 密度 提高 支化度 减小 结晶结构 规整 熔点 提高 1.3 聚乙烯的结构与性能

18. 1.3 聚乙烯的结构与性能 HDPE：提高分子量对结晶度几乎没有影响。 LDPE：提高分子量会导致结晶度略有提高。 分子量 提高 提高分子间的相互作用 增大分子间的缠结

19. 1基本性能 2 力学性能 PE的性能 3 环境开 裂性能 7 加工性能 4热性能 6 电性能 5耐化学药品性 1.3 聚乙烯的结构与性能

20. 1.3 聚乙烯的结构与性能 基本性质 • 无臭、无味、无毒； • 乳白色蜡状固体，半透明或不透明； • 透水率低但透气性大； • 易燃，是最易燃的塑料之一。 PE颗粒

21. 1.3 聚乙烯的结构与性能 力学性能 拉伸强度比较低 硬度不高 抗蠕变性差 抗冲击性能较好 聚乙烯的强度主要是其结晶结构提供的； 分子链柔顺； 分子间的作用力弱。

22. 1.3 聚乙烯的结构与性能 常用PE性能对比图

23. 1.3 聚乙烯的结构与性能 环境开裂性能 外界环境的作用下（例如溶剂、氧气等），因为塑料材料加工过程中有残余内应力存在，使得材料在远远低于屈服应力值时就发生了开裂的现象称为环境应力开裂。是聚烯烃塑料，特别是PE特有的现象。 耐环境应力开裂性： HDPE < LLDPE < LDPE

24. 1.3 聚乙烯的结构与性能 热性能 PE耐热性低 HDT：HDPE > LLDPE > LDPE MFI提高（分子量下降）, HDT降低。 PE耐寒性好 MFI减小，耐寒性提高。 PE的导热性在塑料里比较高 HDPE>LLDPE>LDPE 膨胀系数大 HDPE<LLDPE<LDPE

25. 1.3 聚乙烯的结构与性能 耐化学药品性 • 良好的化学稳定性； • 较好的耐溶剂性； • 低表面能，黏附性低。

26. 1.3 聚乙烯的结构与性能 电性能 • 优异的电绝缘性（>1016 Ω.cm) • 可做高频、高压绝缘材料。

27. 1.3 聚乙烯的结构与性能 加工性能 • 吸水率低，加工前不必干燥 • 分子量和支化度对熔体速率有很大影响： 分子量  MFI  分子量相同， 支化度 ，MFI  熔体流动性: LDPE>HDPE • 聚乙烯结晶能力高，制品收缩大： 挤出时，HDPE要速冷。 • 聚乙烯加工时应避免熔体与空气直接接触；应加入抗氧剂。 • 应避免与有机或化学药品接触。

28. 1.3 聚乙烯的结构与性能

29. 1.4 聚乙烯的应用 不承载负荷或在使用温度不高下承载较小负荷的塑料制品——包装膜、管、板、电线电缆包覆层和绝缘层、容器等。 聚乙烯薄膜 聚乙烯管

30. 1.5 聚乙烯的改性—交联PE 耐热性差 PE的缺点 力学性能较低 环境应力开裂现象严重 造成这些缺陷的主要原因是PE分子间的作用力低。 辐射交联法 通过交联提高分子间作用力，改性PE 过氧化物交联 有机硅烷法

31. （1）辐射交联法 1.5 聚乙烯的改性—交联PE 质量易控 优点 缺点：设备复杂、昂贵。 制品纯净，电绝缘性好

32. （2）化学交联－过氧化物交联 1.5 聚乙烯的改性—交联PE 工艺： A）预混：PE粉＋引发剂＋抗氧剂＋填料混合制得可交联预混料。 B）成型：通过各种方法得到预成型胚。 C）交联：将预成型胚放到加热装置中加热交联。

33. （2）化学交联－有机硅烷法 1.5 聚乙烯的改性——交联PE 工艺过程： • 熔融接枝造粒； • 加入有机锡催化剂成型； • 水蒸气处理，交联。

34. （3）交联聚乙烯的应用 1.5 聚乙烯的改性——交联PE 交联PE的力学性能、耐热性和耐环境应力开裂性大幅度改善。 交联PE广泛应用在电线、电缆、热水管、热收缩膜等。 交联PE不能再热塑性加工。 PE 交联聚乙烯内层管

35. 1.6 其它种类的聚乙烯——UHMWPE 1 2 3 定义 应用 结构与性能

36. （1）定义 1.6 其它种类的聚乙烯——UHMWPE UHMWPE平均分子量>100万, 最高700万。低压法聚合，分子结构为线性，与HDPE相同。 HDPE和LDPE的分子量只有2～30万。 UHMWPE齿轮

37. （2）UHMWPE结构与性能之间的关系 1.6 其它种类的聚乙烯——UHMWPE 高强度 高模量 良好的热塑 性工程塑料 力学性能优良 高韧性 高耐磨性、低摩擦系数 UHMWPE分子之间的缠结非常强烈 耐环境应力开裂 结晶度比HDPE低，在70～80％，密度比HDPE低。 粉末压制烧结法成型 熔体粘度很高 其他特殊方法

38. （3） UHMWPE的应用 1.6 其它种类的聚乙烯——UHMWPE 不粘、耐磨、自润滑的零件——导轨、轴承、密封圈等。 工程塑料 应用 人体内部器官 高性能纤维——制成UHMWPE增强的复合材料用于军工和体育器材。

39. Text Text 作业 Text Text Text Text 作业 Polymer materials （2）UHMWPE为什么可以 作为工程塑料？ （1）LDPE、HDPE和LLDPE 结构性能区别?

40. Thank You !