聚乙烯和聚丙烯原料生產工藝比較相似, 產品都可以用來做塑料薄膜, 注塑產品, 塑料管材等, 很多情況下我們發現兩種原料在性質及用途上有很大的相似性. 但事實上, 聚丙烯原料和聚乙烯原料在運用上還是有很多不同點的, 小編給您來分析聚丙烯和聚乙烯的性能特點, 探討二者不同比例混合後材料性能的差異.
PE和PE性能差異
從耐熱角度來分析, 聚丙烯的耐熱性要高於聚乙烯, 通常情況下, 聚丙烯的熔融溫度比聚乙烯高出約40%-50%, 約為160-170℃, 所以製品能在100℃以上溫度進行消毒滅菌, 在不受外力的條件下, 150℃也不變形. 在生活中我們會發現 '5' 號聚丙烯餐盒常被用於微波爐中加熱食品(微波爐加熱的一般溫度在100-140℃), 而聚乙烯因耐熱性差是不可以作為微波爐用塑料的, 包括餐盒, 保鮮膜. 同樣, 在普通包裝膜領域, 聚乙烯的包裝袋更適合於在90℃以下使用, 而聚丙烯包裝袋在相對高的溫度下使用也是可以的.
從剛性, 拉伸強度角度分析, 聚丙烯主要特點是密度小, 力學性能優於聚乙烯, 並有很突出的剛性, 例如目前聚丙烯已經逐漸展開了與工程塑料(PA/PC)的競爭, 廣泛運用於電子電器, 汽車領域. 同時由於聚丙烯拉伸強度高, 進而抗彎曲性好, 被稱為 '百折膠' , 對摺彎曲100萬次被彎處不變白, 這也為我們辨別聚丙烯製品提供了線索, 同時成為製品再回收分類的隱性標誌.
從耐低溫角度來分析, 聚丙烯耐低溫性弱於聚乙烯, 0℃時的抗衝擊強度只有20℃時的一半, 而聚乙烯脆性溫度一般可達-50℃以下;並隨相對分子質量的增大, 最低可達-140℃. 因此如果製品需要在低溫環境中使用, 還是要盡量選擇聚乙烯作為原材料. 一般冷藏食品所用托盤都是有聚乙烯原料製作.
從耐老化角度來看, 聚丙烯的耐老化性要弱於聚乙烯, 聚丙烯的結構和聚乙烯類似, 但是由於其存在一個甲基構成的側支鏈, 所以更易在紫外光和熱能作用下氧化降解. 在日常生活中最常見的容易老化的聚丙烯製品就是編織袋, 長時間在太陽下照射編織袋很容易破裂. 事實上, 聚乙烯耐老化性雖然高於聚丙烯, 但是相較於其他原料, 它的這種性能也不是非常突出, 因為在聚乙烯分子中含有少量雙鍵和醚鍵, 其耐候性不好, 日晒, 雨淋也會引起老化.
從柔韌性角度來分析, 聚丙烯雖然強度較高, 但是柔韌性較差, 技術角度講也就是抗衝擊性能差. 所以在用來做膜產品的時候, 它的應用領域與聚乙烯的應用領域還是有差別的, 聚丙烯薄膜更多的用作表麵包裝的印刷. 而在管材方面, 也很少用簡單的聚丙烯進行生產, 需要用到交聯聚丙烯, 也就是常見的PPR管. 因為普通聚丙烯抗衝擊性較差, 容易破裂, 所以在實際應用在要加入抗衝擊改性劑, 在保險杆等應用中都要使用助劑來改善抗衝擊性.
PE和PE共混性能
PE種類對共混體系衝擊性能的影響
不同類型的PE都可以改善PP的室溫衝擊強度, 但差異十分明顯.
對於PP/HDPE共混物, 當HDPE質量分數低於60%時, 共混物強度基本不變;當HDPE質量分數高於60%時, 共混物的衝擊強度才有所增加.
對於PP/LDPE共混物, 也只有當LDPE質量分數高於60%時, 其衝擊強度才有較大幅度的提高.
而對於PP/LLDPE共混物, 當LDPE質量分數大於40%時, 其衝擊強度就有明顯提高. 當LLDPE質量分數達到70%時, 共混物衝擊強度為37.5kJ/m2, 可達到純PP衝擊強度的20倍, 是同樣用量的PP/HDPE和PP/LDPE共混物的10倍和4倍.
低溫(-18℃)下, 三種PE對PP韌性的改善變化趨勢與常溫時一致, 還是LLDPE對PP的增韌效果最好. 當PP/LLDPE質量比為30/70時, 共混體系的衝擊強度為23.2kJ/m2, 是純PP的20倍, 而在同樣條件下PP/HDPE, PP/LDPE共混體系的衝擊強度僅為5kJ/m2左右. 這進一步說明在達到相同衝擊強度時, LLDPE的用量最少, 即意味著可以更多地保持PP的剛性;而在相同用量時, LLDPE改性的PP的衝擊強度最好, 這又使材料獲得了更優異的韌性.
混煉方式對增韌效果的影響
採用雙螺杆擠出機混煉的試樣衝擊強度最高, 直接注射方式所得的試樣衝擊性能最差. 由於注射機螺杆的有效長度小於擠出機, 剪切混煉作用小, 效果當然很差. 在不同混煉方式下, 材料的衝擊性能表現出的規律一致, 即LLDPE質量分數從40%開始, 隨著LLDPE用量增加, 其衝擊強度大幅度上升;表明混煉方式對共混體系衝擊性能有影響, 但規律不變.
PP/LLDPE共混的內部結構
當LLDPE質量分數小於50%時, 共混體系衝擊斷面光滑平整, 呈典型的脆斷特徵;當LLDPE質量分數超過50%時, 材料斷面表現為韌性斷裂特徵, 出現絲狀體, 斷面凹凸不平, 有撕扯痕迹, 且兩相界面趨於模糊, 此時, 材料的屈服強度迅速上升;而當LLDPE用量增加至70%時, 可以清楚地看到PP相互交織成網, 因此, 材料在宏觀上具有很高的衝擊強度.
純PP球晶的尺寸很大, 球晶之間的界面清晰, 所以PP的衝擊性能極差. 相比之下, LLDPE的晶體非常細小, 晶體之間的界面也十分模糊, 所以其衝擊性能很好.
PP和LLDPE結晶形態的差異是因為兩者的結晶速率不同引起的: PP的結晶速率較慢(3.3X102nm/s), 晶體生長較大, 晶體間的連接少, 故晶間界面分明;而LLDPE的結晶速率非常快(8.3X102nm/S), 晶體細小, 晶體間的連接也較多, 因而晶間界面模糊不清.
當LLDPE加人PP後, 可以明顯觀察到PP球晶尺寸的減小, 晶體間界面變得模糊, 有利於改善材料的衝擊性能. LLDPE用量增加, PP球晶進一步減小, 當LLDPE質量分數達到70%時, PP晶體巳經被分割成碎晶, 晶體間界面完全消失, 與LLDPE混雜在一起, 難以分辨, 因此, 共混體系的衝擊強度很高, 不易被沖斷. 這說明, LLDPE的加入細化了PP的球晶, 增加了晶體間的連接, 這是共混材料韌性改善的又一重要原因.
LLDPE用量對共混效果的影響
隨LLDPE用量增加, 共混體系的屈服應力下降, 而斷裂伸長率逐漸增加, 並呈良好的線性關係. 隨著LLDPE用量的增加, 共混材料的維卡軟化點下降. 當LLDPE質量分數為40%- 60%時, 共混材料的維卡軟化點仍接近120度. 隨著LLDPE用量的增加, 材料的衝擊強度增加, 而拉伸屈服強度, 拉伸模量, 維卡軟化點降低.
在以LLDPE為主的體系中, 當材料受到衝擊作用時, 除LLDPE相消耗大量能量, 提高材料韌性外, 還由於LLDPE對PP球晶的插入, 分割和細化, 使PP晶體尺寸減小, 晶體間連接增多, 從而提高了材料的衝擊強度. PP/LLDPE共混體系中, 當LL-DPE質量分數為40%- 70%時, 共混物逐漸形成互穿網路結構具有剛而韌的特性.