聚乙烯和聚丙烯原料生产工艺比较相似, 产品都可以用来做塑料薄膜, 注塑产品, 塑料管材等, 很多情况下我们发现两种原料在性质及用途上有很大的相似性. 但事实上, 聚丙烯原料和聚乙烯原料在运用上还是有很多不同点的, 小编给您来分析聚丙烯和聚乙烯的性能特点, 探讨二者不同比例混合后材料性能的差异.
PE和PE性能差异
从耐热角度来分析, 聚丙烯的耐热性要高于聚乙烯, 通常情况下, 聚丙烯的熔融温度比聚乙烯高出约40%-50%, 约为160-170℃, 所以制品能在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. 在生活中我们会发现 '5' 号聚丙烯餐盒常被用于微波炉中加热食品(微波炉加热的一般温度在100-140℃), 而聚乙烯因耐热性差是不可以作为微波炉用塑料的, 包括餐盒, 保鲜膜. 同样, 在普通包装膜领域, 聚乙烯的包装袋更适合于在90℃以下使用, 而聚丙烯包装袋在相对高的温度下使用也是可以的.
从刚性, 拉伸强度角度分析, 聚丙烯主要特点是密度小, 力学性能优于聚乙烯, 并有很突出的刚性, 例如目前聚丙烯已经逐渐展开了与工程塑料(PA/PC)的竞争, 广泛运用于电子电器, 汽车领域. 同时由于聚丙烯拉伸强度高, 进而抗弯曲性好, 被称为 '百折胶' , 对折弯曲100万次被弯处不变白, 这也为我们辨别聚丙烯制品提供了线索, 同时成为制品再回收分类的隐性标志.
从耐低温角度来分析, 聚丙烯耐低温性弱于聚乙烯, 0℃时的抗冲击强度只有20℃时的一半, 而聚乙烯脆性温度一般可达-50℃以下;并随相对分子质量的增大, 最低可达-140℃. 因此如果制品需要在低温环境中使用, 还是要尽量选择聚乙烯作为原材料. 一般冷藏食品所用托盘都是有聚乙烯原料制作.
从耐老化角度来看, 聚丙烯的耐老化性要弱于聚乙烯, 聚丙烯的结构和聚乙烯类似, 但是由于其存在一个甲基构成的侧支链, 所以更易在紫外光和热能作用下氧化降解. 在日常生活中最常见的容易老化的聚丙烯制品就是编织袋, 长时间在太阳下照射编织袋很容易破裂. 事实上, 聚乙烯耐老化性虽然高于聚丙烯, 但是相较于其他原料, 它的这种性能也不是非常突出, 因为在聚乙烯分子中含有少量双键和醚键, 其耐候性不好, 日晒, 雨淋也会引起老化.
从柔韧性角度来分析, 聚丙烯虽然强度较高, 但是柔韧性较差, 技术角度讲也就是抗冲击性能差. 所以在用来做膜产品的时候, 它的应用领域与聚乙烯的应用领域还是有差别的, 聚丙烯薄膜更多的用作表面包装的印刷. 而在管材方面, 也很少用简单的聚丙烯进行生产, 需要用到交联聚丙烯, 也就是常见的PPR管. 因为普通聚丙烯抗冲击性较差, 容易破裂, 所以在实际应用在要加入抗冲击改性剂, 在保险杆等应用中都要使用助剂来改善抗冲击性.
PE和PE共混性能
PE种类对共混体系冲击性能的影响
不同类型的PE都可以改善PP的室温冲击强度, 但差异十分明显.
对于PP/HDPE共混物, 当HDPE质量分数低于60%时, 共混物强度基本不变;当HDPE质量分数高于60%时, 共混物的冲击强度才有所增加.
对于PP/LDPE共混物, 也只有当LDPE质量分数高于60%时, 其冲击强度才有较大幅度的提高.
而对于PP/LLDPE共混物, 当LDPE质量分数大于40%时, 其冲击强度就有明显提高. 当LLDPE质量分数达到70%时, 共混物冲击强度为37.5kJ/m2, 可达到纯PP冲击强度的20倍, 是同样用量的PP/HDPE和PP/LDPE共混物的10倍和4倍.
低温(-18℃)下, 三种PE对PP韧性的改善变化趋势与常温时一致, 还是LLDPE对PP的增韧效果最好. 当PP/LLDPE质量比为30/70时, 共混体系的冲击强度为23.2kJ/m2, 是纯PP的20倍, 而在同样条件下PP/HDPE, PP/LDPE共混体系的冲击强度仅为5kJ/m2左右. 这进一步说明在达到相同冲击强度时, LLDPE的用量最少, 即意味着可以更多地保持PP的刚性;而在相同用量时, LLDPE改性的PP的冲击强度最好, 这又使材料获得了更优异的韧性.
混炼方式对增韧效果的影响
采用双螺杆挤出机混炼的试样冲击强度最高, 直接注射方式所得的试样冲击性能最差. 由于注射机螺杆的有效长度小于挤出机, 剪切混炼作用小, 效果当然很差. 在不同混炼方式下, 材料的冲击性能表现出的规律一致, 即LLDPE质量分数从40%开始, 随着LLDPE用量增加, 其冲击强度大幅度上升;表明混炼方式对共混体系冲击性能有影响, 但规律不变.
PP/LLDPE共混的内部结构
当LLDPE质量分数小于50%时, 共混体系冲击断面光滑平整, 呈典型的脆断特征;当LLDPE质量分数超过50%时, 材料断面表现为韧性断裂特征, 出现丝状体, 断面凹凸不平, 有撕扯痕迹, 且两相界面趋于模糊, 此时, 材料的屈服强度迅速上升;而当LLDPE用量增加至70%时, 可以清楚地看到PP相互交织成网, 因此, 材料在宏观上具有很高的冲击强度.
纯PP球晶的尺寸很大, 球晶之间的界面清晰, 所以PP的冲击性能极差. 相比之下, LLDPE的晶体非常细小, 晶体之间的界面也十分模糊, 所以其冲击性能很好.
PP和LLDPE结晶形态的差异是因为两者的结晶速率不同引起的: PP的结晶速率较慢(3.3X102nm/s), 晶体生长较大, 晶体间的连接少, 故晶间界面分明;而LLDPE的结晶速率非常快(8.3X102nm/S), 晶体细小, 晶体间的连接也较多, 因而晶间界面模糊不清.
当LLDPE加人PP后, 可以明显观察到PP球晶尺寸的减小, 晶体间界面变得模糊, 有利于改善材料的冲击性能. LLDPE用量增加, PP球晶进一步减小, 当LLDPE质量分数达到70%时, PP晶体巳经被分割成碎晶, 晶体间界面完全消失, 与LLDPE混杂在一起, 难以分辨, 因此, 共混体系的冲击强度很高, 不易被冲断. 这说明, LLDPE的加入细化了PP的球晶, 增加了晶体间的连接, 这是共混材料韧性改善的又一重要原因.
LLDPE用量对共混效果的影响
随LLDPE用量增加, 共混体系的屈服应力下降, 而断裂伸长率逐渐增加, 并呈良好的线性关系. 随着LLDPE用量的增加, 共混材料的维卡软化点下降. 当LLDPE质量分数为40%- 60%时, 共混材料的维卡软化点仍接近120度. 随着LLDPE用量的增加, 材料的冲击强度增加, 而拉伸屈服强度, 拉伸模量, 维卡软化点降低.
在以LLDPE为主的体系中, 当材料受到冲击作用时, 除LLDPE相消耗大量能量, 提高材料韧性外, 还由于LLDPE对PP球晶的插入, 分割和细化, 使PP晶体尺寸减小, 晶体间连接增多, 从而提高了材料的冲击强度. PP/LLDPE共混体系中, 当LL-DPE质量分数为40%- 70%时, 共混物逐渐形成互穿网络结构具有刚而韧的特性.