正文 5.2 聚丙烯(1 / 3)

聚丙烯(Polypropylene,簡稱PP)是由丙烯(CH3—CHCH2)經自由基聚合而成的聚合物,其結構式為,是用途最為廣泛的通用型熱塑性塑料。商品PP有均聚和共聚兩大類,其中共聚PP是在聚合過程中加入了2%~5%的乙烯而得到的產物。

PP主要的特點是密度極低(0.89~0.92g/cm3),優良的耐化學藥品性和耐疲勞性,高熔點和價格低廉。

5.2.1聚丙烯的結構特征

5.2.1.1聚丙烯的空間構象

按甲基分布位置的不同,PP可分為等規(iPP)、間規(SPP,又稱茂金屬PP)及無規(APP)三類。甲基的不同分布使主鏈的規

整性受到影響,從而影響到分子鏈的結晶行為,造成材料剛性、硬度、熔點的變化。

iPP中甲基都排列在大分子骨架平麵的一側,結構規整性好,具有高度的結晶性,熔點高,硬度和剛性大,力學性能好;APP中甲基無規律地排列在大分子骨架平麵的兩側,其結構規整性被完全破壞,無結晶能力,為無定形材料,強度很低,難以用作塑料,常用於改性料的載體;SPP用茂金屬催化劑在-78℃低溫聚合生產,甲基交替排列在大分子骨架平麵的兩側,為低結晶性聚合物,透明而柔韌,但剛性和硬度隻為iPP的一半,性能介於兩者之間。

目前應用的主要為iPP,用量可占90%以上。

5.2.1.2PP結晶結構與性能

PP有α、β、γ和擬六方四種晶型,不同晶型PP製品在性能上有差異。

iPP由熔融狀態經過緩慢冷卻,都可能形成球晶。PP製品球晶的種類對性能影響大。α球晶尺寸較大,相應製品的衝擊強度低、耐低溫性差、透明性差;β晶型尺寸較小,對製品性能的影響與α晶型正相反。為了得到尺寸小的晶體,可以采取改變熔體溫度或冷卻速度、添加成核劑等辦法。

PP製品的結晶度大小對其性能的影響很大。結晶度越高,製品的透明性越差,但拉伸強度越高。 結晶度直接影響密度,PP非晶部分密度為0.851g/cm3,結晶部分為0.935g/cm3,因此結晶度越高, PP的密度就越大。

用X射線衍射法對iPP進行測定表明,iPP結晶鏈由於側甲基的相互排斥,其主體構象形如螺旋,即全同立構PP大分子總是以能容納較大側基的螺旋構象進行結晶,這使PP具有高的耐彎曲疲勞性,用它製成的鉸鏈經7000萬次折疊彎曲不損壞。

5.2.2聚丙烯的性能

PP是所有合成樹脂中密度最小的,僅為0.89~0.92g/cm3,是聚氯乙烯(PVC)密度的60%左右。PP的表麵硬度在五類通用塑料中屬低等,僅比PE好一些。當結晶度較高時,硬度也相應增加一些,但仍不及PVC、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等。PP的幹摩擦因數為0.12,與聚酰胺(PA)接近,但在潤滑狀態下下降不明顯,隻適於低強度和無衝擊的齒輪和軸承使用。PP耐磨性一般,小於高聚合度聚氯乙烯(HPVC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),略高於HDPE。

(1)力學性能

PP具有較好的力學性能,拉伸強度和剛性都比較好,但衝擊強度強烈依賴於溫度的高低,在室溫以上衝擊強度較高,但是低溫時耐衝擊性差。PP的力學性能與相對分子質量、球晶尺寸和結晶度有關。相對分子質量低、結晶度高、球晶尺寸大時,製品的剛性大而韌性低。此外,如果製品成型時存在取向或應力,衝擊強度也會顯著降低。雖然抗衝擊強度差,但經過填充或增強等改性後,其力學性能在許多領域可與成本較高的工程塑料相競爭。

(2)熱學性能

在五大通用塑料中,PP的耐熱性是最好的。PP塑料製品可在100~120℃下長時間工作,可用於熱水輸送管道;在無外力作用時,PP製品被加熱至150℃時也不會變形。在使用成核劑改善PP的結晶狀態後,其耐熱性還可進一步提高,甚至可以用於製作在微波爐中加熱食品的器皿。