你每天都在使用它. 但什么是聚乙烯塑料?

关于这种无处不在的现代材料的101

聚乙烯是目前最常见的消费塑料, 并用于许多日常材料. 它是一种热塑性塑料制品, 这意味着它可以融化成液体,然后冷却成固体, 很多次了. 不同的加工条件会产生不同等级的聚乙烯,可用于不同的用途——从灵活的保鲜膜到光谱的一端, 另一个是硬柱柱盖.

聚乙烯最吸引人的特性之一是它的耐久性. 它耐褪色和剥落, 同时也不受许多化学物质的影响, 如酸和腐蚀性溶液. 聚乙烯是一种优良的电绝缘体. 它在极冷的条件下仍能保持其特性,但在高温下也能熔化.

聚乙烯塑料:一种碳氢分子 

乙烯分子三维模型与键结构
聚乙烯由乙烯分子和2个碳原子和4个氢原子组成.

分子结构和一般性质

聚乙烯由碳氢链组成,其中最基本的成分是乙烯分子, 由两个碳原子和四个氢原子组成的. 当乙烯分子以直链或支链结合在一起时,就形成了聚乙烯. 这个过程包括分裂两个碳原子之间的双键,产生一个自由基来连接下一个乙烯分子. 大分子不是共价键, 但它们通过分子间的作用力以晶体结构结合在一起. 侧枝的数量越少, 结晶度越低,密度就越高,这可以从不同类型的聚乙烯的不同性能中观察到.

聚乙烯耐候性好,但长时间暴露在阳光下会变脆. 这种限制可以通过添加紫外线稳定剂来克服. 它可以被点燃,并将继续燃烧后,火源被移除了黄色尖端蓝色火焰, 什么会导致塑料滴. 聚乙烯的表面特性防止它在未经预处理的情况下粘在一起或留下印记. 聚乙烯可以是透明的, milky-opaque, 或者不透明, 这取决于材料的等级, bwin体育的厚度, 添加剂的存在.

聚乙烯支链图形表示
聚乙烯支链的图解

聚乙烯的分类

低密度聚乙烯(低密度聚乙烯) 是由聚合物链上的长支和短支组成的. 这些分支的存在可以防止链条过于紧密地捆绑在一起, 赋予低密度聚乙烯灵活性,使其适合于塑料袋等应用, 电线绝缘, 还有保鲜膜. 低密度聚乙烯对包括酸在内的大多数化学物质都具有很强的抵抗力, 基地, 醇, 醛, 酮, 还有植物油. 它的吸水性也很低.

线性低密度聚乙烯(L低密度聚乙烯) 与低密度聚乙烯相似,但主要由带有许多短侧支的线性链组成. 它通常是通过乙烯与α烯烃(如1-丁烯)的共聚来生产的, 天津石化, 和1-octene. 通过调整成分配方,可以操纵成品的特性.

高密度聚乙烯(HDPE) 主要由由分子间作力连接在一起的直链分子组成. 没有侧支,确保链紧密地连接在一起. 这种高密度使bwin体育具有适度的硬度, 使其适用于砧板等应用, 果汁容器, 塑料木材, 和玩具. HDPE具有良好的耐化学性, 在极低的温度(零下76华氏度)下依然坚韧. 它有一个蜡状的表面质地,这是风雨无阻的.

超高分子量聚乙烯(UWMPE) 具有极长的链条,可以纺成比钢具有更高抗拉强度的螺纹. 长直链之间的分子间作力的强度创造了具有非常高的冲击强度的坚固材料. 它被用于防弹背心等应用. 和其他聚乙烯类型一样, 超高分子量聚乙烯对大多数化学物质都有抵抗力, 除了氧化酸. 它的吸湿性也很低, 但是它的自润滑特性使它非常耐磨损.

美国测试与测量学会(ASTM) 确定各种等级聚乙烯的规格,包括各种应用的规格. 不同等级聚乙烯的主要性能如下表所示:

低密度聚乙烯

HDPE

密度(磅/ in3)

.035

.035

.034

吸水率,24小时(%)

< 0.01

0

0

抗拉强度

1,800 – 2,200

4,600

3,100

缺口冲击强度

没有休息

3

没有休息

线性热膨胀系数(x10^-5 in/in/deg F)

3

3

3

最高持续使用温度(def F)

160

180

180

约. 熔化温度(F度)

230

260

280

介电强度(V/mil)时间短,1/8″厚

460-700

450-500

900

低密度聚乙烯

密度(磅/ in3)

.035

吸水率,24小时(%)

< 0.01

抗拉强度

1,800 – 2,200

缺口冲击强度

没有休息

线性热膨胀系数(x10^-5 in/in/deg F)

3

最高持续使用温度(def F)

160

约. 熔化温度(F度)

230

介电强度(V/mil)时间短,1/8″厚

460-700

HDPE

密度(磅/ in3)

.035

吸水率,24小时(%)

0

抗拉强度

4,600

缺口冲击强度

3

线性热膨胀系数(x10^-5 in/in/deg F)

3

最高持续使用温度(def F)

180

约. 熔化温度(F度)

260

介电强度(V/mil)时间短,1/8″厚

450-500

密度(磅/ in3)

.034

吸水率,24小时(%)

0

抗拉强度

3,100

缺口冲击强度

没有休息

线性热膨胀系数(x10^-5 in/in/deg F)

3

最高持续使用温度(def F)

180

约. 熔化温度(F度)

280

介电强度(V/mil)时间短,1/8″厚

900

制造聚乙烯塑料的化工厂
用来制造聚乙烯的化工厂.

聚乙烯塑料是如何制成的?

聚乙烯的基本组成部分是乙烯分子, 由两个碳原子和四个氢原子组成的. 乙烯存在于天然气中,也在原油精炼过程中产生. 石脑油是炼油第一阶段的产物之一, 哪一种经过催化裂化处理可产生更高辛烷值的物质. 这个裂解过程也会产生乙烯, 从其他bwin体育中分离出来进一步加工成聚乙烯. 乙烯是一种气体.

根据所生产bwin体育的等级,聚乙烯有不同的加工方法.

低密度聚乙烯是通过将乙烯气体压缩到50的压力而制成的,000 psi, 之后,它被冷却并送入反应堆. 在反应器中加入引发剂,使聚合反应发生. 反应器中物料的不断搅拌确保了最大的转化率. 反应后,未使用的乙烯从bwin体育中分离出来,回收回压缩机. 在进入储存筒仓之前,聚合物被挤压、切割成颗粒和干燥. 颗粒通常被装袋送到客户那里,在那里它们将被熔化和加工成成品消费品.

HDPE是用催化工艺生产的, 是什么使得聚乙烯的制造过程能够在较低的温度和压力下进行. Ziegler-Natta和铬催化剂是早期使用的催化剂, 但是,为了改进生产过程和bwin体育特性,人们不断开发新型催化剂. 有些工艺甚至将不同类型的聚乙烯混合成一批, 模糊了不同bwin体育等级之间的界限.

在催化过程中加入α烯烃(丁烷)等共聚物也可生产出低密度二氯乙烯, 己烷). L低密度聚乙烯的分子结构是一个长链和许多短分支.

超高分子量聚乙烯是用茂金属催化剂生产的, 产生极长的碳氢链(超过100,000个单体组分分子). 另一种叫做凝胶纺丝的工艺是将高温的超高分子量聚乙烯凝胶通过喷丝板进行挤压. bwin体育在水浴中冷却. 这种纺丝过程产生的纤维具有高度的分子取向(95%)。, 是什么给了它极高的抗拉强度.

聚乙烯塑料成型

聚乙烯以颗粒的形式从工厂出厂,并根据其规格分级. 客户在他们自己的生产过程中使用这些颗粒作为原材料, 通过加热和加压来融化它们, 然后将液体塑料成型. 根据所需原材料的等级和成品的类型,聚乙烯的成型方法多种多样:

热塑性聚合物注射成型机
聚乙烯用注塑机加工成bwin体育.
  1. 注塑
    注射成型是用聚乙烯制造成品的两种最常见的方法之一. 小球被送入一个加热的圆筒中,旋转的螺旋钻将融化的塑料通过一道门推入模具. 在10000 - 30000 psi的高压下注入一定量的聚乙烯. 一旦注射完成, 模具在打开前冷却,然后取出成品. 这是用于批量生产桶和瓶盖等bwin体育的典型工艺.
  2. 吹塑
    吹塑成型用于制造瓶子和注射器等bwin体育, bwin体育哪里有空洞. 在吹塑过程中, 第一阶段涉及到使用标准注射模具围绕核心销成型预成型. 一旦预制件冷却,它被放在第二个模具的中心. 预制件被重新加热,压缩空气通过芯销供应,将熔融塑料吹向最终模具的内壁,从而形成内腔. 一旦冷却,销钉就会被取出.
  3. 压缩成型
    压缩成型主要用于热固性塑料, 哪些是不能被多次加热和重塑的塑料. 粉末和其他材料可以添加到混合物中,以创造特殊的性能或加强最终bwin体育. 在这个过程中,塑料是由加热的板施加压力的塑料成型. 该工艺的短周期使其对大批量应用具有吸引力,如汽车工业的零部件.
  4. 传递模塑法
    转移成型涉及加热塑料到熔融状态,然后将其转移到压缩成型过程. 当有许多小孔或金属嵌件时, 熔融塑料更容易在这些周围形成,而不影响对齐.
  5. 嵌膜成型
    这一过程包括在注射塑料之前将薄膜或织物材料插入注塑模具, 所以胶片是在成品中捕捉到的.
  6. 挤压
    还有注射成型, 挤压是将聚乙烯成型成所需形状的最流行的方法之一. 小球通过料斗进入加热室, 螺旋钻推动融化的塑料向前. 在加热室的末端是一个模具, 当塑料进入大气层时,是什么塑造了它. 该工艺用于创建连续的板材、管、电缆、管道等. 成品落在传送带上,在那里风冷(有时由鼓风机辅助). 该bwin体育也可以插入水中以加快冷却过程.
  7. 气体注射成型
    气体注射成型, 标准的注射成型工艺通过一个额外的步骤得到加强. 该模具被填充到70%的熔融塑料所需, 然后将气体泵入腔室,将塑料推入模具的末端. 最终的结果是,由于吹气,最终bwin体育的中心是中空的, 使用的塑料也更少.
  8. 旋转成型
    粉末塑料被放置在一个中空的模具中,并固定在一个旋转的轮毂上. 轮毂在炉内的两个轴上旋转, 导致塑料融化并覆盖在模具的内壁上. 轮毂在冷却循环中继续旋转, 这通常涉及到向模具外部喷水. 最后,将成品取出. 这种方法的优点是模具简单, 缺乏压力是必要的, 以及在成品中缺少焊接和连接.
  9. 结构泡沫成型
    熔融塑料与压缩气体一起注入蓄能器,在塑料中产生泡沫效应. 从蓄能器中,将泡沫塑料注入模具. 从蓄能器到模具的压力下降导致塑料膨胀并充满模具. 冷却后, 皮肤光滑, 但内部核心是泡沫, 使成品具有较高的刚性.
  10. 热成型
    热成型和真空成型是通过取一块塑料片来完成的, 加热至变软, 然后把它盖在模具上. 在某些情况下采用正气压, 而在另一些情况下,会产生真空,将塑料压在模具上. 冷却后,成品排出.
  11. 反应注射成型
    反应注射成型是一种较新的塑料制品成型技术. 这种塑料在比传统注射成型更低的温度下与其他成分混合. 模具内部会发生放热反应,给塑料加压. 由于需要较低的温度和压力,生产成本降低. 还可以在混合物中加入玻璃纤维,以增加成品的强度.
聚乙烯塑料护柱盖
塑料护柱盖是由聚乙烯制成的一种材料.

维护

聚乙烯是一种非常耐用的材料,不易磨损或变弱. 然而,持续暴露在阳光下会导致bwin体育的脆性随着时间的推移. 用于暴露于自然环境中的管道或储罐, 建议进行一个检查周期,以确定任何蜘蛛织网或由于脆性开裂.

聚乙烯bwin体育的寿命和耐久性是如此之好,以至于许多制造商描述他们为免维护.

应用程序

聚乙烯是消费品中最常见的热塑性塑料, 并有广泛的应用. 以下是一些比较常见的用法:

  • 食品包装材料: 因为聚乙烯非常耐吸水和化学损伤, 它被认证为安全使用的食品包装应用.
  • 医学油管: 由于聚乙烯耐污染,它是导管和其他医疗bwin体育的理想材料.
  • 桶、瓶子和箱子: 由于塑料的硬度和在应力作用下的耐久性,它适合于消费品.
  • 防弹背心: 地纤维具有很高的拉伸强度, 然而,它们非常轻,使它们成为安全应用的理想选择.
  • 气电缆: 它们很轻, 因此安装方便, 但强劲的, 因此在复杂的工业应用中很有用.

回收

塑料bwin体育因其对环境的影响而受到很多负面报道, 但与大多数潜在污染物一样, 是人类的行为——而不是bwin体育本身——导致了环境的破坏. 聚乙烯不能生物降解, 使其成为不宜通过堆填区处置的材料.

然而, 聚乙烯的特性使它非常适合回收利用, 因为它可以熔化并重塑成另一种bwin体育. 除了, 它的抗化学污染和吸收液体的能力意味着回收的bwin体育不含很多杂质. 有时, 回收材料和原始材料混合在一起形成最终消费品的过程中. 回收 number #2 applies to HDPE and #4 for 低密度聚乙烯; many recycling facilities can process both of these grades for reuse.

许多以前被认为是环境危害的材料(例如, 橡胶)正以更快的速度被回收,因为人们的生活方式趋于可持续,回收技术也在发展.

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