聚丙烯物理化学性能

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1、第二节 聚丙烯（PP）2.1 聚丙烯的结构 定义 聚丙烯是丙烯的聚合产物。CH2CHnCH3 PP 的聚合Zieglar-Natta 催化剂催化的阴离子配位聚合制成等规 PP。该反应的副产物是无规 PP。 PP 的三种不同立体构型聚丙烯大分子链上侧甲基的空间位置有三种不同的排列方式，即等规、间规和无规由于侧甲基的位阻效应，使得聚丙烯分子链以三个单体单元为一个螺旋周期的螺旋形结构。由于侧甲基空间排列方式不同，其胜能也就有所不同。等规聚丙烯的结构规整性好，具有高度的结晶性，熔点高，硬度和刚度大，力学性能好；无规聚丙烯为无定型材料，是生产等规聚丙烯的副产物，强度很低，其单独使用价值不大，但作为填充母

2、料的载体效果很好，还可作为聚丙烯的增韧改性剂等。间规聚丙烯的性能介于前两者之间，结晶能力较差，硬度与刚度小，但冲击性能较好。、等规 PP 的等规度（等规指数）是指等规聚合物所占的重量百分比，一般是由正庚烷回流萃分子量聚合物后的剩余物，用质量分数（%）表示。这仅仅是一种粗略的量度，因为某些高分子量的无规异构体以及高分子量的等规、无规、间规嵌段分子链在正庚聚丙烯中侧甲基的存在，使分子链上交替出现叔碳原子，而叔碳原子极易发生氧化反应，导致聚丙烯的耐氧化性和耐辐射性差，因此使得聚丙烯的化学性质与聚乙烯相比有较大改变，在热和紫外线以及其他高能射线的作用下更易断链而不是交联。 等规 PP 的聚集态和结晶结

3、构聚丙烯制品的晶体属球晶结构，具体形态有、和拟六方 4 种晶型，不同晶型的聚合物在性能上有差异，晶型属单斜晶系，它是最常见、热稳定性最好、力学性能好的晶型，熔点为 176，相对密度 0.936；晶型属六方晶系，它不易得到，一般骤冷或加月晶型成核剂可得到，但它的冲击性能好，熔点 147 ，相对密度 0.922 ，制品表面多孔或粗糙；晶型属三斜晶系，熔点 150 ，相对密度为 0.946 ，形成的机会比晶型还少，在特定条件下才可获得；拟六方为不稳定结构，骤冷可制成，相对密度为 0.88 ，主要产生于拉伸单丝和扁丝制品中。聚丙烯制品球晶的种类对性能影响大，球晶尺寸的大小对制品性能的影响更大，大球晶制

4、品的冲击强度低、透明隆差，而小球晶则正相反。2.2 聚丙烯的性能1、基本性能聚丙烯树脂为白色蜡状物固体，它的密度很低，在 0.89 一0.92g /cm3 之间，是塑料材料中除 4-甲基-1-烯（P4MP ）之外最轻的品种。聚丙烯综合性能良好，原料来源丰富，生产工艺简单，而且价格低廉。2、力学性能 力学性能聚丙烯的力学性能与聚乙烯相比，其强度、刚度和硬度都比较高，光泽性也好。但在塑料材料中仍属于偏低的。如果需要高强度时，可选用高结晶聚丙烯或填充、增强聚丙烯。聚丙烯的冲击强度对温度的依赖性很大，其冲击强度较低，特别是低温冲击强度低。聚丙烯的冲击强度还与分子量、结晶度、结晶尺寸等因素有关。聚丙烯还

5、具有优良的抗弯曲疲劳性，其制品在常温下可弯折 106次而不损坏。3、热性能聚丙烯具有良好的耐热性。可在 100 以上使用，轻载下可达 120 ，无载条件下最高连续使用温度可达 120 ，短期使用温度为 150 。聚丙烯的耐沸水、耐蒸汽性良好，特别适于制备医用高压消毒制品。聚丙烯的热导率约为 0.150.24W/( mK ) , 要小于聚乙烯热导率，是很好的绝热保温材料。 4、耐化学药品性能 聚丙烯是非极性结晶型的烷烃类聚合物，具有很高的耐化学腐蚀性。在室温下不溶于任何溶剂，但可在某些溶剂中发生溶胀。聚丙烯可耐除强氧化剂、浓硫酸以及浓硝酸等以外的酸、碱、盐及大多数有机溶剂（如醇、酚、醛、酮及大多

6、数狡酸等）, 同时，聚丙烯还具有很好的耐环境应力开裂性，但芳香烃、氯代烃会使其溶胀，高温时更显著。如在高温下可溶于四氢化萘、十氢化萘以及 1 , 2 , 4-三氯代苯等。 5、电性能 聚丙烯为一种非极性的聚合物，具有优异的电绝缘性能。其电性能基本不受环境湿度及电场频率改变的影响，是优异的介电材料和电绝缘材料，并可作为高频绝缘材料使用。聚丙烯的耐电弧性很好，在 130180s 之间，在塑料材料中属于较高水平由于聚丙烯低温脆性的影响，其在绝缘领域的应用远不如聚乙烯和聚氯乙烯广泛，主要用于电信电缆的绝缘和电器外壳。 6、环境性能 聚丙烯的耐候性差，叔碳原子上的氢易氧化，对紫外线很敏感，在氧和紫外线作

7、用下易降解。未加稳定剂的聚丙烯粉料，在室内放置 4 个月性能就急剧变坏，经 150、0.53.0h 高温老化或 12d 大气曝晒就发脆。因此在聚丙烯生产必须加人抗氧剂和光稳定剂。在有铜存在时，聚丙烯的氧化降解速度会成百倍加快，此时需要加人铜类抑制剂，如亚水杨基乙二胺、苯甲酸腆或苯并三哇等。7、加工性能 （1）聚丙烯的吸水率很低，在水中浸泡 1d ，吸水率仅为 0.010.03 % ，因此成型加工前不需要对粒料进行干燥处理。（2）聚丙烯的熔体接近于非牛顿流体，黏度对剪切速率和温度都比较敏感，提高压力或增加温度都可以改善聚丙烯的容易流动性，但以提高压力较为明显。（3）由于聚丙烯为结晶类聚合物，所以

8、成型收缩率比较大，一般在 1 %2.5的范围内，且具有较明显的后收缩性。在加工过程中易产生取向，因此在设计模具和确定工艺参数时要充分考虑以上因素。（4）聚丙烯受热时容易氧化降解，在高温下对氧特别敏感，为防止加工中发生热降解，一般在树脂合成时即加人抗氧剂。此外，还应尽量减少受热时间，并避免受热时与氧接触。 （5）聚丙烯一次成型性优良，几乎所有的成型加工方法都可适用，其中最常采用的是注射成型与挤出成型。2.3 聚丙烯的应用 聚丙烯的优点为电绝缘性和耐化学腐蚀性优良、力学性能和耐热性在通用热塑性塑料中最高、耐疲劳性好、价格在所有树脂中最低；经过玻璃纤维增强的聚丙烯具有很高的强度，性能接近工程塑料，常

9、用作工程塑料。聚丙烯的缺点为低温脆性大和耐老化性不好。聚丙烯的加工性能优良，可以采用多种加工方法生产出不同的制品用于各种用途。聚丙烯的注塑制品用量很大，一般的日用品以普通聚丙烯为主，其他用途的以增强或增韧聚丙烯为主。如：汽车保险杠、轮壳罩用增韧聚丙烯，而仪表盘、方向盘、风扇叶、手柄等用增强聚丙烯。聚丙烯的挤出成型制品也很多，其中用量最大的是纺织用的纤维和丝，这主要是由于聚丙烯具有很好的着色性、耐磨性、耐化学腐蚀性以及价格低廉。聚丙烯的丝及纤维制品主要包括单丝、扁丝和纤维三类。单丝的密度小、韧性好、耐磨性好，适于生产绳索和渔网等。扁丝拉伸强度高，适于生产编织袋，可用于包装化肥、水泥、粮食及化工原

10、料等。还可用于生产编织布，制作宣传品及防雨布。纤维可广泛用于生产地毯、毛毯、衣料、人造草坪、滤布、无纺布及窗帘等。聚丙烯的挤出制品还可用来生产薄膜。经过双向拉伸的薄膜可改善聚丙烯的强度及透明性，可用于打字机带、香烟包装膜、食品袋等。另外，聚丙烯挤出制品还可用于管材、片材等。 聚丙烯的中空制品具有很好的透明性、力学性能及混气阻隔性，可用于洗涤剂、化妆品、药品、液体燃料及化学试剂等的包装容器。2.4 聚丙烯的改性 （1）聚丙烯共聚物聚丙烯共聚物一般为丙烯与乙烯的共聚物，可分为无规共聚物和嵌段共聚物两种。聚丙烯无规共聚物中乙烯单体的含量为 1%-7% ，乙烯单体无规地嵌人阻碍了聚合物的结晶，使其性能

11、发生了变化。与均聚聚丙烯相比，其具有较好的光学透明性、柔顺性、较低的熔融温度，从而降低了热封合温度。此外，它还具有很高的抗冲击性，温度低于 0 时仍然具有良好的冲击强度，但硬度、刚度、耐蠕变性等要比均聚聚丙烯低 10 %15 。而耐化学药品性、水蒸气阻隔性等都与均聚聚丙烯相似。 （2）聚丙烯合金 与高密度聚乙烯共混聚丙烯与高密度聚乙烯共混主要是为了改善聚丙烯的韧性。聚丙烯与高密度聚乙烯的结构相似，可以以任何比例共混，一般是混人 10 40%环的高密度聚乙烯，可以明显改善聚丙烯的韧性，例如可以使落球冲击强度提高 8 倍以上，并可以使成型流动性进一步提高。但随聚乙烯用量的增加，会使材料耐热性、拉伸

12、强度等性能降低。 与乙丙橡胶、热塑性弹性体共混聚丙烯与乙丙橡胶共混主要是为了改善韧性和耐寒性。加人10乙丙橡胶就具有明显的增韧效果，但却使材料耐热性下降，耐候性也进一步下降，故一般采用乙丙橡胶聚丙烯一二烯烃三元共聚物（EPDM）与聚丙烯共混，可以起到良好效果，可以得到综合性能良好的改性聚丙烯。常用于汽车保险杠和安全帽。聚丙烯还可与热塑性弹性体共混，同样也可改善其冲击性能及耐寒性。 聚丙烯与聚酰胺共混聚丙烯与聚酰胺共混可以改善其耐热性、耐磨性、抗冲击性及染色性等。但是由于聚丙烯与聚酰胺的相容性较差，因此通常要在其中加人相容剂，一般为少量顺丁烯二酐与聚丙烯的接枝共聚物，因为顺丁烯二酐对聚酸胺有亲和

13、性，酸酐基与聚酰胺的-NH2端基发生反应，此接枝聚合物增加了聚丙烯与聚酰胺的相容性，使共混物的冲击韧性得到了极大的改善。（3）填充充聚丙烯用粉末状的碳酸钙、硫酸钙、滑石粉、云母及木粉等对聚丙烯进行填充，可使聚丙烯的刚度、硬度、弹性模量热变形温度、耐蠕变性、成型收缩率及线膨胀系数等方面都有所改善。一般在填充前要对填料进行偶联剂活化处理，以提高相容性。（4）增强聚丙烯增强聚丙烯常用玻璃纤维为增强材料，玻璃纤维用量一般约为 10%40% ，增强不仅保留了聚丙烯原有的优良性能，还使拉伸强度、耐热性、刚性、硬度、耐蠕变性、线膨胀系数及成型收缩率等性能明显改善，如可使拉伸强度提高一倍，热变形温度提高 5060 ，线膨胀系数降低一倍，但熔体流动速率和断裂伸长率会下降。