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聚丙烯PP

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聚丙烯PP聚丙烯PP


聚丙烯,是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。按甲基排列位置分为等规聚丙烯(isotactic polypropylene)、无规聚丙烯(atactic polypropylene)和间规聚丙烯(syndiotactic polypropylene)三种。

甲基排列在分子主链的同一侧称等规聚丙烯,若甲基无秩序的排列在分子主链的两侧称无规聚丙烯,当甲基交替排列在分子主链的两侧称间规聚丙烯。一般工业生产的聚丙烯树脂中,等规结构含量约为95%,其余为无规或间规聚丙烯。工业产品以等规物为主要成分。聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。通常为半透明无色固体,无臭。由于结构规整而高度结晶化,故熔点可高达167℃。耐热、耐腐蚀,制品可用蒸汽消毒是其突出优点。密度小,是轻的通用塑料。缺点是耐低温冲击性差,较易老化,但可分别通过改性予以克服。

共聚物型的PP材料有较低的热变形温度(100℃)、低透明度、低光泽度、低刚性,但是有好的抗冲击强度,PP的冲击强度随着乙烯含量的增加而增大。PP的维卡软化温度为150℃。由于结晶度较高,这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。PP不存在环境应力开裂问题。

PP的熔体质量流动速率(MFR)通常在1~100。低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。对于相同MFR的材料,共聚型的抗冲强度比均聚型的要高。由于结晶,PP的收缩率相当高,一般为1.6~2.0%。

性质描述

物理性能

聚丙烯结构图3D模型

聚丙烯结构图3D模型

聚丙烯为无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物,密度只有0. 90--"0. 91g/cm3,是目前所有塑料中轻的品种之一。它对水特别稳定,在水中的吸水率仅为0. 01%,分子量约8万一15万。成型性好,但因收缩率大(为1%~2.5%).厚壁制品易凹陷,对一些尺寸精度较高零件,很难于达到要求,制品表面光泽好。

力学性能

聚丙烯的结晶度高,结构规整,因而具有优良的力学性能。聚丙烯力学性能的绝对值高于聚乙烯,但在塑料材料中仍属于偏低的品种,其拉伸强度仅可达到30 MPa或稍高的水平。等规指数较大的聚丙烯具有较高的拉伸强度,但随等规指数的提高,材料的冲击强度有所下降,但下降至某一数值后不再变化。

温度和加载速率对聚丙烯的韧性影响很大。当温度高于玻璃化温度时,冲击破坏呈韧性断裂,低于玻璃化温度呈脆性断裂,且冲击强度值大幅度下降。提高加载速率,可使韧性断裂向脆性断裂转变的温度上升。聚丙烯具有优异的抗弯曲疲劳性,其制品在常温下可弯折106次而不损坏。

但在室温和低温下,由于本身的分子结构规整度高,所以抗冲击强度较差。聚丙烯突出的性能就是抗弯曲疲劳性,俗称百折胶。

热性能

聚丙烯具有良好的耐热性,制品能在100℃以上温度进行消毒灭菌,在不受外力的条件下,150℃也不变形。脆化温度为-35℃,在低于-35℃会发生脆化,耐寒性不如聚乙烯。对于聚丙烯玻璃化温度的报道值有一18qC, 0qC, 5℃等,这也是由于人们采用不同试样,其中所含晶相与无定形相的比例不同,使分子链中无定形部分链长不同所致。聚丙烯的熔融温度比聚乙烯约提高40一50%,约为164一170℃, 100%等规度聚丙烯熔点为176℃。

化学稳定性

聚丙烯的化学稳定性很好,除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外,对其它各种化学试剂都比较稳定,但低分子量的脂肪烃、芳香烃和氯化烃等能使聚丙烯软化和溶胀,同时它的化学稳定性随结晶度的增加还有所提高,所以聚丙烯适合制作各种化工管道和配件,防腐蚀效果良好。

电性能

它有较高的介电系数,且随温度的上升,可以用来制作受热的电器绝缘制品。它的击穿电压也很高,适合用作电器配件等。抗电压、耐电弧性好,但静电度高,与铜接触易老化。

耐候性

聚丙烯对紫外线很敏感,加入氧化锌、硫代二丙酸二月桂酯、炭黑或类似的乳白填料等可以改善其耐老化性能。

疏水参数计算参考值(XlogP):3.32、 氢键供体数量:03、 氢键受体数量:34、 可旋转化学键数量:15、 互变异构体数量:6、 拓扑分子性表面积(TPSA):29.5避免强氧化剂,氯,高锰酸钾密闭,阴凉干燥处保存,确保有良好的通风。

特点

无味,密度小,强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100℃左右使用。具有良好的介电性能和高频绝缘性且不受湿度影响,但低温时变脆,不耐磨、易老化。适于制作一般机械零件、耐腐蚀零件和绝缘零件。常见的酸、碱等有机溶剂对它几乎不起作用,可用于食具。

聚丙烯具有许多优良特性:

1、相对密度小,仅为0.89-0.91,是塑料中轻的品种之一。

2、良好的力学性能,除耐冲击性外,其他力学性能均比聚乙烯好,成型加工性能好。

3、具有较高的耐热性,连续使用温度可达110-120℃。

4、化学性能好,几乎不吸水,与绝大多数化学药品不反应。

5、质地纯净。

6、电绝缘性好。

7、聚丙烯制品的透明性比高密度聚乙烯制品的透明性好。

它有很多优点但也有缺点:

1、制品耐寒性差,低温冲击强度低。

2、制品在使用中易受光、热和氧的作用而老化。

3、着色性不好。

4、易燃烧。

5、静电度高,染色性、印刷性和黏合性差。

工业生产

中国工业

中国聚丙烯的工业生产始于20世纪70年代,经过30多年的发展,已经基本上形成了溶剂法、液相本体-气相法、间歇式液相本体法、气相法等多种生产工艺并举,大中小型生产规模共存的生产格局。中国的大型聚丙烯生产装置以引进技术为主,中型和小型聚丙烯生产装置以国产化技术为主。

中国聚丙烯在将来的几年里产量会有较大的增长,但生产仍然供不足需,中国已经成为全球大的聚丙烯净进口国。但由于国内产量很快增长,进口依存度总体上呈下降趋势。中国聚丙烯未来几年内,表观消费量依然会保持较高增速,进口量将会增大,聚丙烯产业在中国的前景广阔。

生产工艺

由醋酸乙烯在醋酸存在下聚合而成,聚合度以250~600为宜,聚合完成后,树脂中残存的微量催化剂(通常为过氧化物)、单体和(或)溶剂经真空干燥、蒸汽汽提、洗涤或联合处理法除去。

  在醋酸的存在下,以过氧化苯甲酰为引发剂,醋酸乙烯进行本体聚合;或以聚乙烯醇为分散剂,在溶剂中于70~90℃下进行溶液聚合2~6h(聚合度控制在250~600为宜),即得产品。

品种型号

(一)等规聚丙烯、无规聚丙烯和间规聚丙烯

聚丙烯分子中含有甲基,按甲基排列位置分为等规聚丙烯(isotactic polyPropylene)、无规聚丙烯(atactic PolyPropylene)和间规聚丙烯(syndiotatic Polypropylene)。甲基排列在分子主链的同一侧称等规聚丙烯;若甲基无秩序地分布在分子主链的两侧称无规聚丙烯;当甲基交替排列在主链的两侧称间规聚丙烯。一般生产的聚丙烯树脂中,等规结构的含量(称等规度)约为95%,其余为无规或间规聚丙烯。我国现生产的聚丙烯树脂按熔融指数和所加入的助剂分类,

无规聚丙烯是生产等规聚丙烯的副产物。在生产等规聚丙烯中产生无规聚丙烯,通过分离方法把等规聚丙烯与无规聚丙烯分离。

无规聚丙烯为高弹热塑性材料,它有良好的拉伸强度。也可以象乙丙橡胶一样进行硫化。

生产方法

①淤浆法。在稀释剂(如己烷)中聚合,是早工业化、也是迄今生产量大的方法。

②液相本体法。在70℃和3MPa的条件下,在液体丙烯中聚合。

③气相法。在丙烯呈气态条件下聚合。后两种方法不使用稀释剂,流程短,能耗低。液相本体法现已显示出后来居上的优势。

成型特性

(1)物理性能:PP为无味的乳白色高结晶的聚合物,是目前所有塑料中轻的品种之一,对水特别稳定,在水中14h的吸水率仅为0.01%。分子量约8~15万之间,成型性好。但因收缩率大,原壁制品易凹陷,制品表面光泽好,易于着色。

(2)力学性能:PP的结晶度高,结构规整,因而具有优良的力学性能,其强度和硬度、弹性都比高密度PE(HDPE)高。突出特点是抗弯曲疲劳性(7×10^7)次开闭的折选弯曲而无损坏痕迹,干摩擦系数与尼龙相似,但在油润滑下不如尼龙。

(3)热性能:PP 具有良好的 耐热性,熔点在164~170℃,制品能在100℃以上温度进行消毒灭菌。在不受外力的作用下,150℃也不变形。脆化为-35℃,在低于-35℃会发生脆化。

(4)化学稳定性:PP具有良好的化学稳定性,除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外,对其他各种化学试剂都比较稳定,但低分子量的脂肪烃、芳香烃等能使PP软化和溶胀,化学稳定性随结晶度的增加还有所提高。所以,PP适合制作俄中化工管道和配件,防腐蚀效果良好。

(5)电性能:聚丙烯的高频绝缘性能优良,由于它几乎不吸水,故绝缘性能不受湿度的影响,有较高的介电系数,且随温度的上升,可以用来制作受热的电气绝缘制品,击穿电压也很高,适用作电器配件等。抗 电压、耐电弧性好,但静电度高,与铜接触易老化。

(6)耐候性:聚丙烯对紫外线很敏感,加入氧化锌硫代丙酸二月桂脂,炭黑式类似的乳白填料等可以改善其耐老化性能。

成型工艺

注塑机选用:对注塑机的选用没有特殊要求。由于PP具有高结晶性,需采用注射压力较高及可多段控制的电脑注塑机。锁模力一般按3800t/㎡来确定,注射量20%-85%即可。

干燥处理:如果储存适当则不需要干燥处理。

熔化温度:PP的熔点为160-175℃,分解温度为350℃,但在注射加工时温度设定不能超过275℃。熔融段温度在240℃。

模具温度:模具温度50-90℃,对于尺寸要求较高的用高模温,型芯温度比型腔温度低5℃以上。

注射压力:采用较高注射压力(1500-1800bar)和保压压力(约为注射压力的80%)。大概在全行程的95%时转保压,用较长的保压时间。

注射速度:为减少内应力及变形,应选择高速注射,但有些等级的PP和模具不适用(出现气泡、气纹)。如刻有花纹的表面出现由浇口扩散的明暗相间条纹,则要用低速注射和较高模温。

流道和浇口:流道直径4-7mm,针形浇口长度1-1.5mm,直径可小至0.7mm。边形浇口长度越短越好,约为0.7mm,深度为壁厚的一半,宽度为壁厚的两倍,并随模腔内的熔流长度逐肯增加。模具必须有良好的排气性,排气孔深0.025mm-0.038mm,厚1.5mm,要避免收缩痕,就要用大而圆的注口及圆形流道,加强筋的厚度要小(例如是壁厚的50-60%)。均聚PP制造的产品,厚度不能超过3mm,否则会有气泡(厚壁制品只能用共聚PP)。

熔胶背压:可用5bar熔胶背压,色粉料的背压可适当调高。

制品的后处理:为防止后结晶产生的收缩变形,制品一般需经热水浸泡处理。

应用

家用电器

近几年我国家用电器产业发展迅速,品种多,产量大。2003年我国电冰箱产量为1850万台,空调器4200万台,洗衣机1700万台,微波炉3500万台。据“2004~2006年中国城市家庭影院市场研究咨询报告”显示,预计未来3年内我国家庭影院系统市场规模将达到690万台。另外,各种小家电也拥有巨大的潜在市场,这对改性PP来说,是一个好的商机。我国一些塑料原料厂商已经开发出洗衣机专用料如PP 1947系列、K7726系列等,受到了洗衣机制造厂商的欢迎。因此,在未来几年内应加大开发家用电器PP专用料的力度,以适应市场变化的需求。

塑料管材

2003年全国塑料管材总产量突破180万t,同比增长23%。早期,PP管材主要用作农用输水管,但是由于早期产品性能还存在一些问题(抗冲击强度、耐老化性能较差),市场未能打开。随着上海塑料建材厂首家引进国外先进技术,采用进口PP-R料生产的输送冷、热水用的管材得到市场认可后,已有不少厂家建设PP-R管材生产线,价格也由投产初期的2万~3万元/t不断回落,但PP-R管材在塑料管材市场上的占有率仍然很低。据反映,国产PP-R料与进口料比较还有一定差距,质量有待改进和提高。据报道,韩国开发出一种耐高压给水管用无规共聚聚丙烯PP-R 112新牌号,使用该牌号生产的管材可在20℃和11.2MPa的超高压状态下使用50年。

塑料管材是我国化学建材推广应用的重点产品之一,建设部曾于2001年发出“关于加强共聚聚丙烯(PP-R、PP-B)管材生产管理和推广应用工作的通知”,要求有关部门共同做好从原料、加工、质量以至管材使用、安装等工作,要严格把好PP管材质量关,以利更好地做好我国PP管材的生产、应用、推广工作。

高透材料

随着人们生活水平不断提高,必然带来在文化、娱乐、食品、医疗、材料、居室装饰等各个方面不同变化的要求与提高,市场中很多物品越来越多地使用透明材料。因此,开发透明PP专用料是一个很好的发展趋势,尤其需要透明性高、流动性好,成型快的PP专用料,以便设计加工成人们喜爱的PP制品。透明PP比普通PP、PVC、PET、PS更具特色,有更多优点和开发前景。

近几年,国外透明PP市场增长很快,如韩国将透明PP作为PET替代品推向市场;德国某些公司用透明PP替代PVC;美国透明PP制品的增长速度高出普通PP制品7%~9%;日本近几年PP成核透明剂的年用量约为2000t,若以添加量0.25%推算,日本透明PP料的年产量可达80万t以上。据日本理化株式会社介绍,日本透明PP专用料用于微波炊具及家具两方面的消费量大。预计,2005年国外市场对透明PP专用料需求量约为500万~550万t。目前国内透明PP专用料与国外差距较大,透明PP树脂及其制品的生产、应用仍有待加强。

其它

1.单向拉伸PP膜

工艺流程为:配料→塑化→T型机头挤出流延→冷却→电晕处理→牵引→卷取→时效处理→分切→成品。

螺杆转数60转/分、温度180、220、240、250℃,牵引速度80米/分、冷却辊温度30℃,膜表面张力为42达因/厘米。

热封温度根据用途而定:普通级,即非蒸煮级,采用均聚物PP,融点高,因此热封温度140-170℃。而蒸煮级用共聚物PP,热封温度125-150℃即可。

2.双向拉伸PP膜

双向拉伸PP膜简写BOPP或OPP,其生产工艺路线大致有以下三种:

(1)平膜同时双向拉伸法:PP粒料经挤出机塑化后,从T型机单挤出厚片,厚度约0.8-1毫米,纵、横向拉伸同时在拉幅机上进行,难度较大,用该法较少。

(2)平膜逐步双向拉伸法:挤出厚片后,先经辊筒纵向拉伸,然后再经拉幅机横向拉伸,拉伸40-50倍,膜厚约为15一50微米。该法较常用。

(3)泡管法同时双向拉伸法:先制造厚管、厚度0.7-0.8毫米,然后用压缩空气吹胀,即横向拉伸的同时,用牵伸辊进行纵向拉伸。

该膜可用于包装材料及电容器薄膜。

对于食品包装行业来说,要求双向拉伸PP膜的气体渗透率更低。要降低渗透性,一是降低PP材料本身的渗透率,可通过填充改性来达到,但效果不太明显,二是通过阻隔PP薄膜与气体的接触来降低渗透率,还较容易实现,有下面2种方法:

BOPP可采用喷涂的方法阻隔气体,如将聚偏二氯乙烯或乙烯基乙醉的悬浮液喷涂至膜表面,厚度约0.0075毫米。

另一种方法是真空镀铝,厚度约0.0002毫米来阻隔氧气等。

3.PP针刺网膜

该膜是撕裂膜的升级换代产品,除作捆扎绳等外,还可用于缝纫线、地毯编织、海洋捕捞等行业。

工艺流程为:

投料→挤出→膜片冷却→切割分丝→三辊牵引→加热→拉伸→针刺成纤→热处理→冷却定型→收卷。

机身温度:220、230、260、255℃,机头温度250℃,模头250℃,PP料熔融指数1.5-4克/10分均可。膜片冷却、水温38℃,热拉伸温度150-165℃,拉伸倍数5-6倍,冷却辊速度比热处理辊速度低2-5%,拉伸速度240米/分。

4.PP隔离膜

PP隔离膜可作为电线电缆中,导体与橡胶绝缘之间的隔离层。能防止金属导体与橡套的粘连现象。

工艺流程为:

配料→捏合→挤出→吹胀冷却→牵引→切割→卷绕→分切→检验成品。

PP料熔融指数在3.5克/10分以下,挤出机温度:180、190-200、200-210℃,模头温度190-200℃。

5.PP撕裂膜

与上述膜工艺相似,此处不再叙述。

二、改性PP编织袋

PP编织袋所用原料,除用粒料PP外,还可用粉料PP,即本体法生产的PP粉料,经添加LDPE粒料进行改性而成。

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