你每天都在使用它。但是什么是聚乙烯塑料?

101关于这个无处不在的现代材料

到目前为止,聚乙烯是最常见的消费塑料,被用于许多日常材料中。它是一种热塑性产品,这意味着它可以熔化成液体,然后冷却成固体,多次。不同的加工条件会产生不同等级的聚乙烯,它们可以用于非常不同的目的——从光谱一端的柔性保鲜膜到另一端的硬柱套。

聚乙烯最具吸引力的特性之一是其耐用性。它耐褪色和碎裂,同时也不是许多化学物质,例如酸和腐蚀性溶液。聚乙烯是一款出色的电绝缘体。它在极冷的条件下保持其性质,但可以在高温下熔化。

聚乙烯塑料:碳 - 氢分子

乙烯分子三维模型与键结构
聚乙烯是由含有2个碳原子和4个氢原子的乙烯分子组成的。

分子结构和一般性质

聚乙烯由烃链组成,最基本的成分是乙烯分子,由2个碳原子和4个氢原子组成。当乙烯分子结合成直链或支链时,就形成聚乙烯。这个过程涉及到两个碳原子之间的双键分裂,产生一个自由基来连接下一个乙烯分子。这些大分子不是共价键连接的,而是通过分子间的力形成结晶结构。侧支数越低,结晶度越低,密度也就越高,这可以在不同类型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UV稳定剂来克服。它可以被点燃,并将继续燃烧后,以黄色尖端的蓝色火焰被移出火源,这将导致塑料滴。聚乙烯的表面特性可以防止未经预处理而被粘在一起或被压印。聚乙烯可以是透明的、乳状不透明的或不透明的,这取决于材料的等级、产品的厚度和添加剂的存在。

聚乙烯分支链图形表示
聚乙烯分支的链子的图形例证

分类的聚乙烯

低密度聚乙烯(LDPE)在聚合物链中形成长和短的分支。这些分支的存在可以防止链条过于紧密地捆绑在一起,使LDPE具有灵活性,使其适用于塑料袋、电线绝缘和塑料包裹等应用。LDPE对包括酸、碱、醇、醛、酮和植物油在内的大多数化学品具有高度的抗性。它的吸水率也很低。

线性低密度聚乙烯(LLDPE)类似于LDPE,但包括大量线性链,有许多短边分支。通常使用乙烯与α-烯烃如1-丁烯,1-己烯和1-辛烯的共聚制备。可以通过调节组分公式来操纵成品的特性。

高密度聚乙烯(HDPE)主要由直链分子组成,这些分子是由分子间的力结合在一起的。没有侧分支确保链条紧密地紧密地结合在一起。这种高密度的结果是产品是中等硬度,使其适用于应用,如砧板,果汁容器,塑料木材和玩具。HDPE具有良好的耐化学性,在非常低的温度(零下76华氏度)下仍然保持坚韧。它有一个蜡状的表面纹理,是防风雨的。

超高分子量聚乙烯(UWMPE)具有极长的链,可以纺成比钢更高的抗拉强度的线。长直链间分子间力的强度创造了具有很高冲击强度的坚固材料。它被用于防弹背心等应用。像其他类型的聚乙烯一样,UHMWPE耐大多数化学物质,除了氧化性酸。它还具有低吸湿性,但其自润滑性能使其高度抗磨损。

美国试验和测量学会(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.

4600年

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.

最大持续使用温度(def F)

160

180

180

约。熔化温度(华氏度)

230.

260.

280

介电强度(V/mil)短时间,1/8″厚

460 - 700

450-500.

900

制造聚乙烯塑料的化工厂
聚乙烯工厂用于制造聚乙烯的化工厂

聚乙烯塑料是如何制成的?

聚乙烯的基本构建块是乙烯分子,由2个碳原子和4个氢原子组成。乙烯在天然气中发现,也在精炼原油中生产。第一阶段的油精炼阶段之188bet金宝慱亚洲体育app一是石脑油,其通过催化裂解器加工以产生更高的辛烷值材料。该裂化过程还产生乙烯,其与其他产品分离以进一步加工成聚乙烯。188bet金宝慱亚洲体育app乙烯是一种天然气。

根据要生产的产品等级,聚乙烯有不同的加工方法。

通过将乙烯气体压缩到50,000psi的压力,使其冷却并加入反应器中来制备LDPE。将引发剂加入反应器中,使其导致聚合反应发生。恒定搅拌反应器中的材料确保最大转化率。反应后,将未使用的乙烯与产物分离并再循环回压缩机。将聚合物挤出,切成粒料,并在进入储存筒仓之前干燥。颗粒通常袋装,以便向客户融化和加工成成品的消费产品。188bet金宝慱亚洲体育app

HDPE是在催化过程中制造的,这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,但新型催化剂不断被开发,以改善生产过程和产品特性。188bet金宝慱亚洲体育app有些工艺甚至将不同类型的聚乙烯混合成一批,模糊了不同产品等级之间的界限。

LLDPE还可以通过添加共聚物(如α烯烃(丁烷,己烷))的催化过程生产。LLDPE的分子结构为长链多短支结构。

UHMWPE使用茂金属催化剂生产,产生极长的烃链(超过100,000个单体组成分子)。第二种工艺叫做凝胶纺丝,将UHMWPE加热后的凝胶挤出喷丝板。该产品在水浴中冷却。这种纺丝过程产生的纤维具有高度的分子取向(95%),这使其具有极高的拉伸强度。

使用聚乙烯塑料成型

聚乙烯是以颗粒形式从工厂来的,并根据其规格进行分级。客户在自己的制造过程中使用这些球团作为原材料,包括通过加热和加压将它们熔化,然后将液体塑料成型。根据原材料的等级和所需成品的类型,聚乙烯有多种成型方法:

热塑性聚合物注射成型机
聚乙烯用注塑机加工成产品。188bet金宝慱亚洲体育app
  1. 注塑
    注射成型是制造聚乙烯成品的两种最常见的方法之一。188bet金宝慱亚洲体育app小球被送入加热的圆筒中,旋转的螺旋将熔化的塑料通过栅格送入模具。在10,000-30,000 psi的高压下注入固定数量的聚乙烯。一旦注射完成,模具是冷却之前,它是打开和成品移出。这是用于生产大量产品如桶和瓶盖的典型过程。
  2. 吹塑
    吹塑是用来制造瓶子和注射器这样的产品,在产品中有一个洞。188bet金宝慱亚洲体育app在吹塑的过程中,第一个阶段涉及成型的一个预制件围绕一个芯针使用标准注射模具。一旦坯体冷却,它被放置在第二个模具的中心。再加热预制件,通过芯销提供压缩空气,将熔融塑料吹向最终模具的内壁,从而形成内腔。冷却后,引脚被移除。
  3. 压缩成型
    压缩成型主要用于热固性塑料,这是塑料不能重新加热并无数次重梳。可以将粉末和其他材料添加到混合物中以产生特殊性质或加强最终产品。在该过程中,塑料由加热的板模制,该加热板向塑料施加压力。这一过程中的短循环时间使其对于汽车行业的零件等大容量应用使其具有吸引力。
  4. 转移成型
    转移成型涉及加热塑料到熔融状态之前,它被转移到压缩成型过程。当有许多小孔或金属镶件时,熔化的塑料更容易在这些小孔周围形成,而不会影响对准。
  5. 电影插入成型
    该过程包括在注射塑料之前将薄膜或织物材料插入注射模具中,因此将薄膜捕获在成品内。
  6. 挤压
    随着注射成型,挤出是将聚乙烯形成为所需形状的最常见的方法之一。颗粒通过料斗进料到加热室中,其中螺旋钻向前驱动熔化的塑料。在加热室的末端是一个模具,其使塑料形状在大气中形成。该过程用于创建连续纸张,管,电缆,管道等。成品落在传送带上,在传送带上,空气冷却(有时由鼓风机辅助)。还可以将产品插入水中以加速冷却过程。
  7. 气体注射成型
    在气体注射成型中,通过额外的步骤提高了标准注射成型工艺。将模具填充到所需总熔融塑料的70%,然后将气体泵入腔室中以将塑料推入模具的末端。净效应是由于气体吹气,最终产品具有空心中心,并且使用较少的塑料。
  8. 旋转成型
    粉末状塑料放在一个空心模具中,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模具的内壁。轮毂在冷却循环中继续旋转,这通常涉及到将水喷到模具的外部。最后,去掉成品。这种方法的优点是模具简单,不需要压力,在成品中缺少焊接和连接。
  9. 结构性泡沫成型
    熔融塑料和压缩气体一起被注入到一个蓄能器中,在塑料中产生泡沫效应。从蓄能器,泡沫塑料注射到模具。从蓄能器到模具的压力下降导致塑料膨胀并填充模具。冷却后,皮是光滑的,但内芯是发泡的,给成品高硬度。
  10. 热成型
    热成型和真空成型是通过拿一张塑料片,加热到柔软,然后把它覆盖在模具上来完成的。在某些情况下应用正的空气压力,而在另一些情况下,真空被创造,以压塑料对模具。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。188bet金宝慱亚洲体育app与传统的注射成型相比,塑料与其他部件在较低的温度下混合。模具内部发生放热反应,对塑料加压。由于需要较低的温度和压力,生产成本降低。玻璃纤维也可以添加到混合物中,以增加成品的强度。
聚乙烯塑料护柱覆盖
塑料护柱盖是聚乙烯制成的一种产品。

维护

聚乙烯是一种非常耐用的材料,它不容易磨损或削弱。然而,长期暴露在阳光下会导致产品脆性。对于暴露在元素中的管道或储罐,建议进行一次检查周期,以识别由于脆性而产生的蜘蛛网或裂纹。

聚乙烯产品的寿命和耐久性是如此之好,以至于许多制造商将其描述为免维护。188bet金宝慱亚洲体育app

应用程序

聚乙烯是消费产品中使用的最常见的热塑性塑料形式,具有各种各样的应用。188bet金宝慱亚洲体育app以下是一些更常见的用途:

  • 食品包装材料:因为聚乙烯是如此的耐水吸收和化学损伤,它被认证为安全用于食品包装应用。
  • 医疗管道:聚乙烯的孔隙率低,由于耐污染,因此它是用于导管和其他医疗产品的理想材料。
  • 桶、瓶子和垃圾桶:由于塑料的硬度和它在压力下的耐久性,它适用于消费品。188bet金宝慱亚洲体育app
  • 防弹背心:UHMWPE纤维具有高抗拉强度,但非常明亮,使其适用于安全应用。
  • 气电缆:它们很轻,因此容易安装,但坚固,因此在复杂的工业应用中很有用。

回收

塑料产品因其对环188bet金宝慱亚洲体育app境的影响而受到很多负面报道,但是和大多数潜在污染物一样,是人类的行为——而不是产品本身——导致了环境的破坏。聚乙烯不能生物降解,因此不宜在堆填区弃置。

然而,聚乙烯的特性使其成为回收利用的理想材料,因为它可以熔化并改造成另一种产品。此外,它抗化学污染和液体吸收意味着回收产品不包含许多杂质。有时,在成品消费产品的形成过程中,回收材料和原始材料混合在一起。188bet金宝慱亚洲体育appHDPE回收号#2,LDPE回收号#4;许多回收设施可以处理这两种等级,以重复利用。

以前被视为环境危害的许多材料(例如,橡胶),随着人们走向可持续的生活方式和回收技术的发展,被更快地回收。

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