PE是聚乙烯的俗稱,是乙烯經聚合制得的一種熱塑性樹脂。是無臭、無味、無毒,手感似蠟的高分子材料。

目錄
一、塑膠金字塔
二、聚乙烯
三、聚乙烯有哪些特性?
四、PE射出成型加工過程中應注意那些方面?主要成型工藝條件應如何控制?
五、在生產過程中應如何提高PE製品的耐老化性?

☆ 案例
☆ 其他參考資料及文章

 

一、塑膠金字塔
塑膠按照使用途徑的不同能夠分為通用塑膠、工程塑料以及特種塑膠,工程塑料又包括通用工程塑料和特種工程塑料。通用塑膠即常見的聚乙烯、聚丙烯、ABS 等,技術相對成熟、使用十分廣泛。工程塑料具備相應的力學性能,主要在對塑膠要求更為苛刻的領域應用,用於替代金屬材料。特種塑膠是根據電子電工、航空航太、軍工等領域的要求而發展起來的一類綜合性能優異的結構型耐熱熱塑性工程塑料和耐熱聚合物。

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二、聚乙烯

  • 1. PE的性能

聚乙烯(PE)是塑料中產量最大的一種,密度在0.94g/cm^3左右,特點是半透明、質軟、無毒、廉價、加工方便。PE是一種底型的結晶性高聚物且有後收縮現象。它的種類較多,常用的有LDPE硬,其較軟,性能優良,與工程塑料相似;HDPE比LDPE硬,透光性差,結晶度大。PE耐老化性好,不易腐蝕,印刷困難(圖2),印刷前表面需要進行氧化處理。 

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  • 2. PE的應用

a. HDPE==>包裝膠袋、日用品、水桶、電線、文具、建材、容器。
b. LDPE==>包裝膠袋、玩具、高頻電線、文具等。

  • 3. PE工藝特點

PE塑件最顯著的特點是成型收縮率大,易產生收縮和變形。PE料吸水性小,可不用乾燥。PE加工的加工溫度範圍很廣,不易降解(降解溫度約文300℃)。PE的結晶度和成型工藝條件有關,他有較高的凝固溫度,如果模溫低,結晶度就低。在結晶過程中,因收縮的各項異性,造成內部應力集中,PE塑件易變形和開裂。塑件放在80℃熱水中淋,可使內應力得到一定的鬆弛。成型過程中,料溫和模溫以偏高一些為宜,射出壓力在保證塑件質料的前提下應盡量偏低,模具的冷卻特別要求迅速均勻,塑件脫模時較燙。

  • 4. PE的成型工藝條件

PE的成型工藝條件見(圖3)

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  • 5. PE的模具設計與製作

PE的模具設計與製作見(圖4)

  • 6. 共混改性塑料

a. PE+EVA==>改善環境應力開裂,但機械強度有所下降。
b. PE+PP==>提高塑料硬度。
c. PE+PE==>不同密度PE混融以調節柔軟性和硬度。
d. PE+PB==>(順丁二烯)提高其彈性。


三、聚乙烯有哪些特性?

  • 物理性能

PE樹脂通常為乳白色半透明蠟狀粒料,無謂、無臭、無毒、容易燃燒,燃燒時有蠟味,並且伴有熔融滴落現象。

  • 2. 力學能力

PE的分子鏈柔順,Tg較低,柔韌幸好,耐衝擊,但拉身強度比較低,硬度不足,耐蠕變性較差,在負荷作用下隨著時間的延長會連續變型產生蠕變,而且蠕變隨著負載增大、溫度升高、密度降低而加劇。不同類型的PE,其力學性能受結晶度和分子量高低的影響,一般來說,LDPE柔韌,耐衝擊,而HDPE的拉伸強度、剛度和硬度較高。分子量提高時,拉身強度、衝擊強度、耐環境應力開裂性提高。幾種常用聚乙烯的力學性能如(圖5)所示。

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  • 3. 熱性能

PE受熱後,隨溫度的升高,結晶部分逐漸熔化,其熔點與PE的結晶度大小有關。HDPE的結晶度大,熔點較高,一般為125~137℃;LDPE的結晶度較小,熔點較低,一般為102~120℃。PE的Tg低,PE製品在較低的溫度(-50℃)下能保持較好的韌性。但使用溫度不高,在受力情況下,即使很小的載荷,其變型溫度也會很低。一般來說,LDPE的連續使用溫度在60℃以下,HDPE在80℃以下。PE的熱容量較大,線膨脹係數也比較大。聚乙烯的常用熱性能如(圖6)所示。 

  •   4. 化學性能

PE對O2(氧氣)、N2(氮氣)、CO2(二氧化碳)的透過率較大,但對水蒸氣的透過率低。而且PE的透氣性隨密度的增加而減小。HDPE的透氣性遠低於LDPE。PE製品不適宜長時間包裝須保持香味的物品,但適合於防潮或包裝須防止水氣散失的物品。
PE具有優良的化學穩定性,在室溫下他能耐酸、鹼和鹽類的水溶液,如鹽酸、氫氟酸、鹽酸、甲酸、乙酸、氨、氫氧化鈉、氫氧化鉀以及各類鹽溶液(包括具有氧化性的高錳酸鉀溶液和重鉻鹽酸溶液等),即使在較高的濃度下對PE也無顯著作用。但濃硫酸和濃硝酸及其他氧化劑會緩慢侵蝕PE。溫度升高後,氧化作用更為顯著。PE的耐溶劑性優異,在室溫下不溶於任何溶劑,但溶度參數相近的溶劑可使其溶脹。隨著溫度的升高,PE結晶逐漸被破壞,大分子與溶劑的作用增強,當達到一定溫度後,PE可溶於脂肪烃、芳香烃、鹵代烃等。如LDPE能溶於60℃的苯中,HDPE能溶於80~90℃的苯中,超過100℃後兩者均可溶於甲苯、三氯乙烯、四氫萘、十氫萘、石油醚、礦物油和石蠟中。但即使在較高溫度下PE能不溶於水,脂肪族醇、丙酮、乙醚、甘油和植物油中。
PE在大氣、陽光和氧的作用下易發生老化,伸長率和耐寒性降低,力學性能和電性能下降,並且逐漸變脆、產生裂紋,最終喪失使用性能。主要是由於PE分子鏈中存在少量雙鍵結構,以及支化產生了不穩定的叔氫原子(三級氫原子)和聚合時殘留的雜質等使其易於老化。

  • 5. 電性能

PE電性能優異,體積電阻率高,介電常數和介電損耗角正切小,幾乎不受頻率的影響,因而適宜於制備高頻電絕緣材料,聚乙烯的電性能如(圖7)所示。

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四、PE射出成型加工過程中應注意那些方面?主要成型工藝條件應如何控制?

  • 1.PE射出成型加工過程中應注意的幾方面

a.    PE吸濕性極小,一般不超過0.01%,因此,在成型前無須進行乾燥處理。
b.    PE分子鏈柔性好,熔體黏度低,流動性極好,射出成型無需太高壓力即可成型出薄壁長流程製品。
c.    PE的熔點不高,但比熱熔較大,因此,塑化時能需要消耗較多的熱量,故要求塑化裝置要有較大的加熱功率,以便提高生產效率。
d.    PE的成型溫度較寬,熱穩定性較好,在流動狀態下,溫度的少許波動對射出成型設有影響,一般在300℃以下無明顯的分解現象。
e.    PE的結晶能力大,製品的結晶度取決於成型加工中對冷卻速率的控制。成型時模具溫度的高低決定冷卻速率,而影響塑件的結晶狀況。模溫高,熔體冷卻慢,塑件結晶度高,強度大。
f.    PE的收縮率範圍大,收縮值大,方向性明顯,LDPE收縮率在1.22%左右,HDPE收縮率在1.5%左右。因此,容易翹曲變型,模具冷卻條件對收縮率影響很大,故應控制好模具溫度,保持冷卻均勻、穩定。
g.    PE的軟化溫度範圍較小,而且熔體易氧化,因此,在成型加工中應盡可能避免熔體與氧發生接觸,以免降低塑件質量。
h.    PE製品質地較軟,且容易脫模,因此,當塑件有淺側凹槽時可以強力脫模。
i.    PE的熔體黏度隨剪切速率的增大而下降,當剪切塑率超過臨界值後,易出現熔體破裂等流動缺陷。
j.    PE熔體的冷卻速率較慢,因此,必須充分冷卻。成型時製品在模具中應有足夠的冷卻時間,而且模具應有較好的冷卻系統。
k. 若PE熔體在射出時採用直接進澆點進料,易增大應力和產生不均勻即方向性明顯的增大變型,因此,應注意選擇進料口參數。
l.    PE屬於化學惰性材料,印刷性較差,為增加油墨與表面的結合牢度,可對製品表面進行電暈或火焰處理(圖2)

  •   2. PE的主要成型工藝條件的控制

a. 料管溫度
料管溫度主要是與PE的密度高低和熔體流動速率大小有關,另外,還與射出機的類型和性能以及塑件的形狀有關。由於PE為結晶型聚合物,在熔融時晶粒要吸收一定熱量,因此,料管溫度應高於它的熔點10℃以上,對於LDPE來說,料管溫度控制ˋ在140~200℃,HDPE的料管溫度控制在220℃左右,料管加料段取最小值,均化段取最大值。
b.    射出壓力
提高射出壓力有利於熔料的充模,由於PE的流動性很好,因此,除壁薄細長製品外,應盡量選擇較低的射出壓力,一般射出壓力為50~100MPa。形狀簡單、壁厚較大的塑件,射出壓力可以低些,反之則高。
c.    模具溫度
模具溫度高低對PE製品的性能有較大影響。模溫高,熔體冷卻速率慢,製品的結晶度提高,但製品的收縮率也明顯增加;而模溫低,熔體冷卻速率快,製品的透明性、韌性提高,但內應力也隨之增加,製品易翹取變形。成形時,模溫的選擇與PE的密度有關,通常LDPE的模溫為35~60℃,HDPE的模溫為50~80℃。


五、在生產過程中應如何提高PE製品的耐老化性?
PE在大氣、陽光和氧的作用下易發生老化。這主要是由於PE分子鏈支化產生了叔氫原子(三級氫原子),所以分子鏈中存在少量雙鍵等不穩定的結構,還有聚合時殘留的雜質使其在光、熱、氧的作用下不穩定,易發生裂解反應。老化後的PE製品力學性能和電性能下降,耐寒性降低,並且逐漸變脆、產生裂紋,最終喪失使用性能。為了防止PE的老化,延長PE製品的使用壽命,一般在PE成型加工過程中加入抗氧化劑和光穩定劑等穩定化助劑。
PE中常用的抗氧化劑主要有抗氧劑CA、抗氧劑1010、抗氧劑1076及抗氧劑264等,一般用量為0.2%~0.5%。另外,還應加入少量亞磷酸酯類(一般用量0.1%~0.5%)或少量硫代酯等含硫化合物(一般用量為0.05%~1.5%),作為補助抗氧化劑,以提高抗氧效果。
PE中常用的光穩定劑主要有UV-531、UV-327、UV-326和三嗪-5,用量一般為0.1~0.3%,另外,也可加入碳黑、氧化鋅等,通常碳黑用於深色製品,氧化鋅用於淺色製品。


☆ 案例
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