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土工材料中聚丙烯(PP)与聚乙烯(PE)的区别是什么?有什么不同的性能?


导读

聚乙烯聚丙烯原料生产工艺比较相似,产品都可以用来做HDPE土工膜、PP聚丙烯护坡生态袋、聚乙烯防渗膜、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,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

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。

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。

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。

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。

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。

 

 

 

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