聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯有哪些適用滾塑工藝

日期：2017-11-29 02:30:45 編輯：科思德塑膠來源：科思德塑膠瀏覽：376

滾塑工藝是塑料成型加工中的重要分支，經過半個多世紀的發展，其設備與工藝日趨完善，在歐州發達國家得到廣泛應用，從小巧的兒童玩具到汽車塑料件、直至龐大的工程塑料製品。特別是大型及異型中空的製品，由於傳統工藝其本身特性的限製，現在隻能依靠滾塑成型工藝才能完成。近年來滾塑行業成為高分子材料加工成型的研究熱點，具體有哪些原料可以用於這個工藝？

市場上常見的滾塑原料包括以下幾種：
聚乙烯（PE）
聚丙烯（PP）
尼龍（PA）
聚氯乙烯（PVC）
聚碳酸酯（PC）
其他問題來了，上麵提到的塑料裏麵，不是所有的都能用於滾塑。滾塑需要專門設計的材料。最基本的要求包括：
易於磨粉（或易於保持液態）。利用高性能的常溫磨粉機和低溫磨粉機，我們已經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。
恰當的流動性。以最常用的聚乙烯原料為例，牌號的熔指（MI，或MFI）範圍一般應該介於2到10（克/10分鍾）之間，優化的熔指範圍是3-6（克/10分鍾）。熔指過低，產品難於成型；熔指過高，產品的物理性能會下降。

聚乙烯被廣泛應用於滾塑工藝中，是有原因的：
第一，聚乙烯的加工窗口寬廣，適用於長時間的高溫環境，這也同時降低了對滾塑機械的要求；
第二，在室溫下，聚乙烯不會與水、大部分油脂、酸和堿性物質發生反應，適用範圍廣；
第三，聚乙烯原料成本低廉，易於推廣。
最初ICI在實驗室意外發現了聚乙烯的結構，也就是我們現在說的低密度聚乙烯（LDPE）。這種聚乙烯完全是由乙烯單體聚合而成的。為了達到反應條件，需要高溫和高壓的環境。所以LDPE也叫高壓聚乙烯。
這時候，齊格勒和納塔兩個大牛現身了，推出了齊格勒納塔催化劑，簡稱ZN催化劑（鈦係，Ti）。利用這個催化劑，人們可以在更輕鬆的環境下生產聚乙烯，降低了對高溫、高壓的苛刻要求。所以目前HDPE（高密度聚乙烯）也被稱為“低壓聚乙烯”（生產中隻需要較低的壓力）。在催化劑的作用下，聚乙烯生產出來具有高度的線性結構，因此我們可以統稱LLDPE和HDPE為線性聚乙烯，不過後來逐漸被大家用於LLDPE了。

由於這種聚乙烯分子結構取向性太強，在垂直方向上性能相對太弱。為了改善這種情況，共聚單體被引進了聚乙烯生產之中，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）。隨著碳數的增加，聚乙烯分子中的支鏈長度增加，宏觀下很多性能會有明顯的改善，如衝擊強度，韌性，ESCR（抗環境應力性能，這是指塑料產品在長期外力的作用下，會發生破壞的情況）等。另外，隨著共聚單體比例的升高，聚乙烯整體的密度降低。
另一方麵，聚乙烯分子量的分布也會影響其性能。聚乙烯是各種不同長短的分子鏈的混合物。一般來說，分子鏈長度越短，流動性越好，熔指越高；反之則熔指降低。其次，分子量分布越寬，原料越容易加工（因為低分子量的部分可以起到增塑劑的作用），但是產品的性能相對較弱。
分子量的分布，主要決定因素在於聚乙烯的聚合裝置和使用的催化劑類型。
另外一個重要的因素是聚乙烯的結晶度。結晶是聚乙烯分子鏈折疊形成層晶進而結晶的過程。形狀為球形，所以也叫球晶。在一定應力下，球晶是有彈性的，受力減小後，可以恢複原狀；但是到了一定的強度，球晶會解體成為纖形，這個過程是不可逆，這個強度也就是屈服強度了。聚乙烯結晶度的不同，會表現為密度的區別：結晶度越高，聚乙烯的密度也越高。同時，熔點、拉伸強度等物理屬性也會提高；同樣，某些屬性也就相應降低了，如ESCR等。
在上麵因素的共同作用下，線形聚乙烯表現出兩個關鍵的指標——熔指和密度。
熔指可以用來評估原料的流動性能。一般情況下，常常使用美國材料試驗協會（ASTM）的 D-1238標準，或國際標準化組織（ISO）1133標準，來測定熔指。兩個標準所規定的測試條件有細微的差別，但是一般情況下，可以簡單比較。測試條件是：190度溫度下，在2.16公斤的砝碼壓力下，10分鍾時間內，從一個細管中擠出的原料的重量，單位是克/10分鍾（g/10min）。
密度是通用的，在ASTM D1505或ISO1183條件下測得，單位是克/立方厘米（g/cm^3）。
同時，這些因素也決定了聚乙烯的其他物理性能，如熔點、拉伸強度、拉伸伸長率、彈性模量等。

茂金屬聚乙烯
20世紀70年代，德國著名化學家Walter Kaminsky開發出來了茂金屬催化劑（MAO）。茂金屬其實是一係列具有類似結構的催化劑的統稱。不同的石化公司，會根據自己裝置的情況，開發獨有的茂金屬催化劑。
相比普通ZN催化劑生產的聚乙烯原料，茂金屬聚乙烯有以下特點：

1、共聚單體：普遍使用C6或C8作為共聚單體，並且共聚單體在分子中的分布非常均勻，類似於定製產品！
2、分子量分布：更窄，即分子鏈的長短很均勻，這樣生產出來的塑料製品均勻性、光澤度、物理性能（如上麵表格裏麵提到的）都有相當明顯的改善，如此可以提高產品的強度，或者把產品做的更薄，更節約原料，更環保。
3、結晶度：茂金屬聚乙烯的球晶的大小和分布更加均勻，這使得茂金屬聚乙烯能表現出更好的光學性能（如光澤度，透明度等）。
目前，茂金屬聚乙烯已經在包裝和薄膜領域得到廣泛的使用，僅中國地區，年消費量就已經達到了100萬噸。
在滾塑應用上，北美市場的茂金屬滾塑原料目前占比較低，但是增長迅速；在歐洲，茂金屬滾塑原料已經成為主流。而在中國，茂金屬聚乙烯在滾塑方麵的應用才剛剛起步。但是隨著滾塑行業的快速發展，我們有理由相信，茂金屬聚乙烯將成為高端應用的主流原料選擇。
目前，PE占領了滾塑原料90%左右的市場。
國內市場上主要的滾塑用PE-LLD

聚丙烯（PP）原料
全球合成樹脂的消費結構中，聚丙烯是僅次於聚乙烯的通用原料。與聚乙烯相比，聚丙烯有以下特點：
密度低：PP的密度大致在0.85-0.93之間，而普通
聚乙烯在0.91-0.98之間。其中的一個原因是PP的結晶度低於PE；
力學性能好：PP的拉伸強度，彈性模量普遍高於 PE。目前，經過改性的PP甚至可以媲美PS（聚苯乙烯）的力學性能，廣泛地應用於電子電器和汽車領域；
光學性能好：相比PE，PP的透明度高出很多；
耐高溫：PP的熔點在160-170度左右，相比PE的100-130度，高出許多。因此可以用於更高溫度環境下使用；
耐低溫差：在零度以下，PP的衝擊強度低，不適合在低溫冷凍環境下使用；
耐受性好：PP比PE的耐水性，耐化學腐蝕性，耐酸、堿性都有提高，更適合用於生產化工容器；
老化性能差：PP在陽光照射（紫外線，熱）的環境下，容易氧化降解。因此不適合做長期在室外使用的產品。
PP的生產也需要催化劑的參與，而且最流行的催化劑仍然是前麵提到的ZN催化劑。不過，目前市場上也已經出現了利用茂金屬催化劑生產的PP產品。
與PE一樣，完全基於丙烯單體聚合反應而得到的PP叫做均聚聚丙烯；而與其他單體（常用的是乙烯）聚合而得到的聚丙烯叫做共聚聚丙烯，共聚又分為嵌段共聚和無規共聚。
而根據丙烯中甲基排布的情況，可以把PP分為等規、間規和無規三種。無規聚丙烯不能結晶，因此它的透明度在PP中是最高的。

在滾塑上，PP的應用還沒有完全拓展開來，主要有以下幾個原因：
低溫脆化溫度很低，限製了很多應用；
PP磨粉很難，需要在低溫環境下進行，這也不利於PP滾塑原料的開發；
為了改善PP對於高溫、紫外線的耐受性，需要在PP中添加一些特殊的添加劑以改善其性能；
合適的PP加工溫度範圍非常窄，對工藝控製提出了很高的要求。
雖然有這些不利的條件，考慮到PP在彈性模量，耐化學腐蝕性、透明度上的優勢，很多供應商也在努力開發相應的PP滾塑專用料，且已經商用，如道達爾推出的 TPS-D-0023（高透明型）和TPS-D-0026（衝擊強度改善型）等。

聚碳酸酯（PC）
PC是一種非結晶的高聚物，有著極高的彈性模量，並且熱變性溫度在135度以上，適合在高溫環境下使用。由於沒有結晶，PC的透明度非常高，幾乎接近玻璃的水平。
但是PC親水，在進行滾塑加工前，需要進行烘幹操作，一般要求在150度環境下烘幹4小時左右。
PC在某些環境下，如陽光照射，高溫等，長時間以後會發黃，而且其耐化學腐蝕性性能比較弱，而且價格不菲，所以其適用範圍相對較小。
一般來說，PC的滾塑加工溫度在360-370 度之間。所以需要更高性能的滾塑機器才能處理PC材料。
尼龍（NYLON，PA-聚酰胺）
尼龍是一類高聚物的統稱。因為其優越的阻隔性能，尼龍在包裝和滾塑上也得到了廣泛的應用。尼龍的熔點範圍大致在170-270度之間，部分尼龍是液態，部分是粉狀。
尼龍同樣親水，在滾塑加工前需要烘幹。
相比聚乙烯，尼龍的力學性能更優越，彈性模量更高，硬度也更大；抗化學腐蝕性也更好；而且能起到阻隔性能。
尼龍滾塑過程中，需要注入氣體，以保證更好的光學效果。尼龍的滾塑溫度在280-380度之間。
PLA（聚乳酸）
PLA由葡萄糖發酵製成的乳酸聚合而成，而葡萄糖可以從農作物中提取。因此PLA是一種純綠色聚合物。
PLA的彈性模量非常高，達到3500MPa，而且有非常好的透明度！
PLA是綠色聚合物，可以在微生物侵蝕下，或者是外自然環境下降解，不會產生汙染物。因此，用純PLA製成的產品不宜長期間在室外使用。