適用滾塑工藝的原料

時(shí)間：2018-07-11作者：重慶鼎象塑料制品有限公司瀏覽：237

巧婦難為無(wú)米之炊！

上次說(shuō)了，能用于滾塑工藝中的塑料原料是相當(dāng)有限的。那我們來(lái)具體看看都有什么原料可以用于這個(gè)工藝吧！




 市場(chǎng)上常見(jiàn)的滾塑原料包括以下幾種：

1. 聚乙烯（PE）

2. 聚丙烯（PP）

3. 尼龍（PA）

4. 聚氯乙烯（PVC）

5. 聚碳酸酯（PC）

6. 其他




問(wèn)題來(lái)了，上面提到的塑料里面，不是所有的都能用于滾塑。滾塑需要專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的材料。較基本的要求包括：

1. 易于磨粉（或易于保持液態(tài)）。利用高性能的常溫磨粉機(jī)和低溫磨粉機(jī)，我們已經(jīng)可以處理聚乙烯和聚丙烯等常用的滾塑原料，而且成本也在不斷的降低。

2. 恰當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性。以較常用的聚乙烯原料為例，牌號(hào)的熔指（MI，或MFI）范圍一般應(yīng)該介于2到10（克/10分鐘）之間，優(yōu)化的熔指范圍是3-6（克/10分鐘）。熔指過(guò)低，產(chǎn)品難于成型；熔指過(guò)高，產(chǎn)品的物理性能會(huì)下降。




今天先具體講一下聚乙烯原料。







聚乙烯被廣泛應(yīng)用于滾塑工藝中，是有原因的：

**，聚乙烯的加工窗口寬廣，適用于長(zhǎng)時(shí)間的高溫環(huán)境，這也同時(shí)降低了對(duì)滾塑機(jī)械的要求；

*二，在室溫下，聚乙烯不會(huì)與水、大部分油脂、酸和堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，適用范圍廣；

*三，聚乙烯原料成本低廉，易于推廣。




什么是聚乙烯還記得嗎？高中課本呦！





這就是較初ICI在實(shí)驗(yàn)室意外發(fā)現(xiàn)的聚乙烯的結(jié)構(gòu)，也就是我們現(xiàn)在說(shuō)的低密度聚乙烯（LDPE）。這種聚乙烯完全是由乙烯單體聚合而成的。為了達(dá)到反應(yīng)條件，需要高溫和高壓的環(huán)境。所以L(fǎng)DPE也叫高壓聚乙烯。




這時(shí)候，齊格勒和納塔兩個(gè)大牛現(xiàn)身了，推出了齊格勒納塔催化劑，簡(jiǎn)稱(chēng)ZN催化劑（鈦系，Ti）。利用這個(gè)催化劑，人們可以在較輕松的環(huán)境下生產(chǎn)聚乙烯，降低了對(duì)高溫、高壓的苛刻要求。所以目前HDPE（高密度聚乙烯）也被稱(chēng)為“低壓聚乙烯”（生產(chǎn)中只需要較低的壓力）。在催化劑的作用下，聚乙烯生產(chǎn)出來(lái)具有高度的線(xiàn)性結(jié)構(gòu)，因此我們可以統(tǒng)稱(chēng)LLDPE和HDPE為線(xiàn)性聚乙烯，不過(guò)后來(lái)逐漸被大家用于LLDPE了。







由于這種聚乙烯分子結(jié)構(gòu)取向性太強(qiáng)，在垂直方向上性能相對(duì)太弱。為了改善這種情況，共聚單體被引進(jìn)了聚乙烯生產(chǎn)之中，以改善聚乙烯的支化程度，常用的共聚單體包括丁烯（C4），己烯（C6）和辛烯（C8）。隨著碳數(shù)的增加，聚乙烯分子中的支鏈長(zhǎng)度增加，宏觀下很多性能會(huì)有明顯的改善，如沖擊強(qiáng)度，韌性，ESCR（抗環(huán)境應(yīng)力性能，這是指塑料產(chǎn)品在長(zhǎng)期外力的作用下，會(huì)發(fā)生破壞的情況）等。另外，隨著共聚單體比例的升高，聚乙烯整體的密度降低。





(找不到合適的圖了，只好自己拍照）




另一方面，聚乙烯分子量的分布也會(huì)影響其性能。聚乙烯是各種不同長(zhǎng)短的分子鏈的混合物。一般來(lái)說(shuō)，分子鏈長(zhǎng)度越短，流動(dòng)性越好，熔指越高；反之則熔指降低。其次，分子量分布越寬，原料越加工（因?yàn)榈头肿恿康牟糠挚梢云鸬皆鏊軇┑淖饔茫?，但是產(chǎn)品的性能相對(duì)較弱。

分子量的分布，主要決定因素在于聚乙烯的聚合裝置和使用的催化劑類(lèi)型。

（聚乙烯分子量分布示意圖）

另外一個(gè)重要的因素是聚乙烯的結(jié)晶度。結(jié)晶是聚乙烯分子鏈折疊形成層晶進(jìn)而結(jié)晶的過(guò)程。形狀為球形，所以也叫球晶。在一定應(yīng)力下，球晶是有彈性的，受力減小后，可以恢復(fù)原狀；但是到了一定的強(qiáng)度，球晶會(huì)解體成為纖形，這個(gè)過(guò)程是不可逆，這個(gè)強(qiáng)度也就是屈服強(qiáng)度了。聚乙烯結(jié)晶度的不同，會(huì)表現(xiàn)為密度的區(qū)別：結(jié)晶度越高，聚乙烯的密度也越高。同時(shí)，熔點(diǎn)、拉伸強(qiáng)度等物理屬性也會(huì)提高；同樣，某些屬性也就相應(yīng)降低了，如ESCR等。




（聚乙烯球晶的偏光顯微照片）




在上面因素的共同作用下，線(xiàn)形聚乙烯表現(xiàn)出兩個(gè)關(guān)鍵的指標(biāo)——熔指和密度：

熔指可以用來(lái)評(píng)估原料的流動(dòng)性能。一般情況下，常常使用美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）的 D-1238標(biāo)準(zhǔn)，或**標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）1133標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)測(cè)定熔指。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的測(cè)試條件有細(xì)微的差別，但是一般情況下，可以簡(jiǎn)單比較。測(cè)試條件是：190度溫度下，在2.16公斤的砝碼壓力下，10分鐘時(shí)間內(nèi)，從一個(gè)細(xì)管中擠出的原料的重量，單位是克/10分鐘（g/10min）。

密度是通用的，在ASTM D1505或ISO1183條件下測(cè)得，單位是克/立方厘米（g/cm^3）。




同時(shí)，這些因素也決定了聚乙烯的其他物理性能，如熔點(diǎn)、拉伸強(qiáng)度、拉伸伸長(zhǎng)率、彈性模量等。

物理屬性	密度 ↗	熔指 ↗
熔點(diǎn)	↗	→
耐熱性能	↗	→
拉伸強(qiáng)度	↗	↘
沖擊強(qiáng)度	↘	↘
彈性模量	↗	↘
硬度	↗	→
光學(xué)性能	↘	↗
抗化學(xué)腐蝕性	↗	↘
阻隔性	↗	→
蠕變	↗	→
收縮率	↗	→




最后，再簡(jiǎn)單介紹一下茂金屬聚乙烯。

20世紀(jì)70年代，德國(guó)著名化學(xué)家Walter Kaminsky開(kāi)發(fā)出來(lái)了茂金屬催化劑（MAO）。之前說(shuō)了，他是有望因此而獲得諾貝爾獎(jiǎng)的阿！

茂金屬其實(shí)是一系列具有類(lèi)似結(jié)構(gòu)的催化劑的統(tǒng)稱(chēng)。不同的石化公司，會(huì)根據(jù)自己裝置的情況，開(kāi)發(fā)*有的茂金屬催化劑。







相比普通ZN催化劑生產(chǎn)的聚乙烯原料，茂金屬聚乙烯有以下特點(diǎn)：










1. 共聚單體：普遍使用C6或C8作為共聚單體，并且共聚單體在分子中的分布非常均勻，類(lèi)似于定制產(chǎn)品！

2. 分子量分布：較窄，即分子鏈的長(zhǎng)短很均勻，這樣生產(chǎn)出來(lái)的塑料制品均勻性、光澤度、物理性能（如上面表格里面提到的）都有相當(dāng)明顯的改善，如此可以提高產(chǎn)品的強(qiáng)度，或者把產(chǎn)品做的較薄，較節(jié)約原料，較環(huán)保。

3. 結(jié)晶度：茂金屬聚乙烯的球晶的大小和分布較加均勻，這使得茂金屬聚乙烯能表現(xiàn)出較好的光學(xué)性能（如光澤度，透明度等）。




目前，茂金屬聚乙烯已經(jīng)在包裝和薄膜領(lǐng)域得到廣泛的使用，僅中國(guó)地區(qū)，年消費(fèi)量就已經(jīng)達(dá)到了100萬(wàn)噸。

在滾塑應(yīng)用上，北美市場(chǎng)的茂金屬滾塑原料目前占比較低，但是增長(zhǎng)*；在歐洲，茂金屬滾塑原料已經(jīng)成為主流。而在中國(guó)，茂金屬聚乙烯在滾塑方面的應(yīng)用才剛剛起步。但是隨著滾塑行業(yè)的快速發(fā)展，我們有理由相信，茂金屬聚乙烯將成為**應(yīng)用的主流原料選擇。


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