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PP和PE的性能對比及共混效果
發布人:塑料產業    發布日期:2019-12-28    瀏覽次數:32次     字體大小:【大】【中】【小】

PP 和 PE 性能差異


從耐熱角度來分析,聚丙烯(PP)的耐熱性要高于聚乙烯(PE),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℃,所以制品能在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于微波爐中加熱食品(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于在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,力學性能優于聚乙烯,并有很突出的剛性,例如目前聚丙烯已經逐漸展開了與工程塑料(PA/PC)的競爭,廣泛運用于電子電器、汽車領域。同時由于聚丙烯拉伸強度高,進而抗彎曲性好,被稱為“百折膠”,對折彎曲100萬次被彎處不變白,這也為我們辨別聚丙烯制品提供了線索,同時成為制品再回收分類的隱性標志。


從耐低溫角度來分析,聚丙烯耐低溫性弱于聚乙烯,0℃時的抗沖擊強度只有 20℃時的一半,而聚乙烯脆性溫度一般可達-50℃以下;并隨相對分子質量的增大,最低可達-140℃。因此如果制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由聚乙烯原料制作。


從耐老化角度來看,聚丙烯的耐老化性要弱于聚乙烯,聚丙烯的結構和聚乙烯類似,但是由于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制品就是編織袋,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于聚丙烯,但是相較于其他原料,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,日曬、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沖擊性能差。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面包裝的印刷。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。因為普通聚丙烯抗沖擊性較差,容易破裂,所以在實際應用在要加入抗沖擊改性劑,在保險桿等應用中都要使用助劑來改善抗沖擊性。


PP 和 PE 共混性能


PE 種類對共混體系沖擊性能的影響


不同類型的PE都可以改善PP的室溫沖擊強度,但差異十分明顯。


對于PP/HDPE共混物,當HDPE質量分數低于60%時,共混物強度基本不變;當HDPE質量分數高于60%時,共混物的沖擊強度才有所增加。


對于PP/LDPE共混物,也只有當LDPE質量分數高于60%時,其沖擊強度才有較大幅度的提高。


而對于PP/LLDPE共混物,當LLDPE質量分數大于40%時,其沖擊強度就有明顯提高。當LLDPE質量分數達到70%時,共混物沖擊強度為37.5kJ/m2,可達到純 PP沖擊強度的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,共混體系的沖擊強度為23.2kJ/m2,是純PP的20倍,而在同樣條件下PP/HDPE、PP/LDPE共混體系的沖擊強度僅為5kJ/m2左右。這進一步說明在達到相同沖擊強度時,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的沖擊強度最好,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


采用雙螺桿擠出機混煉的試樣沖擊強度最高,直接注射方式所得的試樣沖擊性能最差。由于注射機螺桿的有效長度小于擠出機,剪切混煉作用小,效果當然很差。在不同混煉方式下,材料的沖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,其沖擊強度大幅度上升,表明混煉方式對共混體系沖擊性能有影響,但規律不變。


PP/LLDPE 共混的內部結構


當LLDPE質量分數小于50%時,共混體系沖擊斷面光滑平整,呈典型的脆斷特征;當LLDPE質量分數超過50%時,材料斷面表現為韌性斷裂特征,出現絲狀體,斷面凹凸不平,有撕扯痕跡,且兩相界面趨于模糊,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沖擊強度。


純PP球晶的尺寸很大,球晶之間的界面清晰,所以PP的沖擊性能極差。相比之下,LLDPE的晶體非常細小,晶體之間的界面也十分模糊,所以其沖擊性能很好。


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后,可以明顯觀察到PP球晶尺寸的減小,晶體間界面變得模糊,有利于改善材料的沖擊性能。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,共混體系的沖擊強度很高,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,并呈良好的線性關系。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℃。隨著LLDPE用量的增加,材料的沖擊強度增加,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,當材料受到沖擊作用時,除LLDPE消耗大量能量,提高材料韌性外,還由于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,從而提高了材料的沖擊強度。PP/LLDPE共混體系中,當LLDPE質量分數為40%-70%時,共混物逐漸形成互穿網絡結構具有剛而韌的特性。

來源:博涵塑料加工圈

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