适用滚塑工艺的原料

时间：2018-07-11

作者：重庆鼎象塑料制品有限公司

巧妇难为无米之炊！

上次说了，能用于滚塑工艺中的塑料原料是相当有限的。那我们来具体看看都有什么原料可以用于这个工艺吧！

市场上常见的滚塑原料包括以下几种：

聚乙烯（PE）
聚丙烯（PP）
尼龙（PA）
聚氯乙烯（PVC）
聚碳酸酯（PC）
其他

问题来了，上面提到的塑料里面，不是所有的都能用于滚塑。滚塑需要专门设计的材料。较基本的要求包括：

易于磨粉（或易于保持液态）。利用高性能的常温磨粉机和低温磨粉机，我们已经可以处理聚乙烯和聚丙烯等常用的滚塑原料，而且成本也在不断的降低。
恰当的流动性。以较常用的聚乙烯原料为例，牌号的熔指（MI，或MFI）范围一般应该介于2到10（克/10分钟）之间，优化的熔指范围是3-6（克/10分钟）。熔指过低，产品难于成型；熔指过高，产品的物理性能会下降。

今天先具体讲一下聚乙烯原料。

聚乙烯被广泛应用于滚塑工艺中，是有原因的：

**，聚乙烯的加工窗口宽广，适用于长时间的高温环境，这也同时降低了对滚塑机械的要求；

*二，在室温下，聚乙烯不会与水、大部分油脂、酸和碱性物质发生反应，适用范围广；

*三，聚乙烯原料成本低廉，易于推广。

什么是聚乙烯还记得吗？高中课本呦！

这就是较初ICI在实验室意外发现的聚乙烯的结构，也就是我们现在说的低密度聚乙烯（LDPE）。这种聚乙烯完全是由乙烯单体聚合而成的。为了达到反应条件，需要高温和高压的环境。所以LDPE也叫高压聚乙烯。

这时候，齐格勒和纳塔两个大牛现身了，推出了齐格勒纳塔催化剂，简称ZN催化剂（钛系，Ti）。利用这个催化剂，人们可以在更轻松的环境下生产聚乙烯，降低了对高温、高压的苛刻要求。所以目前HDPE（高密度聚乙烯）也被称为“低压聚乙烯”（生产中只需要较低的压力）。在催化剂的作用下，聚乙烯生产出来具有高度的线性结构，因此我们可以统称LLDPE和HDPE为线性聚乙烯，不过后来逐渐被大家用于LLDPE了。

由于这种聚乙烯分子结构取向性太强，在垂直方向上性能相对太弱。为了改善这种情况，共聚单体被引进了聚乙烯生产之中，以改善聚乙烯的支化程度，常用的共聚单体包括丁烯（C4），己烯（C6）和辛烯（C8）。随着碳数的增加，聚乙烯分子中的支链长度增加，宏观下很多性能会有明显的改善，如冲击强度，韧性，ESCR（抗环境应力性能，这是指塑料产品在长期外力的作用下，会发生破坏的情况）等。另外，随着共聚单体比例的升高，聚乙烯整体的密度降低。

(找不到合适的图了，只好自己拍照）

另一方面，聚乙烯分子量的分布也会影响其性能。聚乙烯是各种不同长短的分子链的混合物。一般来说，分子链长度越短，流动性越好，熔指越高；反之则熔指降低。其次，分子量分布越宽，原料越加工（因为低分子量的部分可以起到增塑剂的作用），但是产品的性能相对较弱。

分子量的分布，主要决定因素在于聚乙烯的聚合装置和使用的催化剂类型。

（聚乙烯分子量分布示意图）

另外一个重要的因素是聚乙烯的结晶度。结晶是聚乙烯分子链折叠形成层晶进而结晶的过程。形状为球形，所以也叫球晶。在一定应力下，球晶是有弹性的，受力减小后，可以恢复原状；但是到了一定的强度，球晶会解体成为纤形，这个过程是不可逆，这个强度也就是屈服强度了。聚乙烯结晶度的不同，会表现为密度的区别：结晶度越高，聚乙烯的密度也越高。同时，熔点、拉伸强度等物理属性也会提高；同样，某些属性也就相应降低了，如ESCR等。

（聚乙烯球晶的偏光显微照片）

在上面因素的共同作用下，线形聚乙烯表现出两个关键的指标——熔指和密度：

熔指可以用来评估原料的流动性能。一般情况下，常常使用美国材料试验协会（ASTM）的 D-1238标准，或国际标准化组织（ISO）1133标准，来测定熔指。两个标准所规定的测试条件有细微的差别，但是一般情况下，可以简单比较。测试条件是：190度温度下，在2.16公斤的砝码压力下，10分钟时间内，从一个细管中挤出的原料的重量，单位是克/10分钟（g/10min）。

密度是通用的，在ASTM D1505或ISO1183条件下测得，单位是克/立方厘米（g/cm^3）。

同时，这些因素也决定了聚乙烯的其他物理性能，如熔点、拉伸强度、拉伸伸长率、弹性模量等。

物理属性	密度 ↗	熔指 ↗
熔点	↗	→
耐热性能	↗	→
拉伸强度	↗	↘
冲击强度	↘	↘
弹性模量	↗	↘
硬度	↗	→
光学性能	↘	↗
抗化学腐蚀性	↗	↘
阻隔性	↗	→
蠕变	↗	→
收缩率	↗	→

最后，再简单介绍一下茂金属聚乙烯。

20世纪70年代，德国着名化学家Walter Kaminsky开发出来了茂金属催化剂（MAO）。之前说了，他是有望因此而获得诺贝尔奖的阿！

茂金属其实是一系列具有类似结构的催化剂的统称。不同的石化公司，会根据自己装置的情况，开发*有的茂金属催化剂。

相比普通ZN催化剂生产的聚乙烯原料，茂金属聚乙烯有以下特点：

共聚单体：普遍使用C6或C8作为共聚单体，并且共聚单体在分子中的分布非常均匀，类似于定制产品！
分子量分布：更窄，即分子链的长短很均匀，这样生产出来的塑料制品均匀性、光泽度、物理性能（如上面表格里面提到的）都有相当明显的改善，如此可以提高产品的强度，或者把产品做的更薄，更节约原料，更环保。
结晶度：茂金属聚乙烯的球晶的大小和分布更加均匀，这使得茂金属聚乙烯能表现出更好的光学性能（如光泽度，透明度等）。

目前，茂金属聚乙烯已经在包装和薄膜领域得到广泛的使用，仅中国地区，年消费量就已经达到了100万吨。

在滚塑应用上，北美市场的茂金属滚塑原料目前占比较低，但是增长*；在欧洲，茂金属滚塑原料已经成为主流。而在中国，茂金属聚乙烯在滚塑方面的应用才刚刚起步。但是随着滚塑行业的快速发展，我们有理由相信，茂金属聚乙烯将成为高端应用的主流原料选择。

词条
词条说明
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