聚丙烯的加工性质介绍

影响聚丙烯加工性能的主要因素包括它的流变、热物理及物理力学性能等。现对聚丙烯最重要的加工性能及其在加工过程中的作用做简单介绍。

1、聚丙烯的物理状态

PP可处于三种物理状态：晶态、高弹态和粘流态。由于PP塑料具有升高温度后能转变成粘流态的性质，因此可以用注塑法和其他方法加工成型，对于正确选择加工条件来说，掌握PP在所有物理状态下的特点，和从一个物理状态转变到另一个物理状态的规律是重要的。

PP从晶态转变到高弹态或粘流态取决于熔化温度。PP并没有确定的熔化温度，熔化过程发生在160~170℃这个温度区间。根据PP的熔化温度区间可以决定注塑的一些重要参数，如PP注塑时熔体的最低允许温度为180℃。

高弹范围对PP的加工是很重要的，因为施加不大的应力就可得到颇大的变形，这使得一些应力不大的简单加工方法得到应用。如片材的真空成型，用圆筒形料坯预制薄膜或中空容器等。另外其高弹形变的阻力相当大，因此制品容易保持形状，除了加工时要限制尺寸而不允许发生变形的部位外，一般不需另加支撑物。

PP在粘流态范围的弹性模量小，即变形阻力小，因此通过挤出和注塑可对PP进行加工。

2、聚丙烯的物理性能

PP的物理性能对其加工过程中的加热和冷却阶段具有重要意义。热扩散系数与另一个物理特性热导率成正比，与比热容和密度的乘积成反比，即：

α=λ/Cρ

式中

α----热扩散系数；

λ----热导率；

C----比热容；

ρ----密度。

PP的热扩散系数是随温度的变化而变化的。在常温时α约为8x10⁴cm²/s，且随着温度的升高而下降，到最低值后又随温度的上升而上升，且有最小峰值。这是因为加热PP时，由于热量不仅消耗于升高温度，而且也消耗于PP熔化时破坏晶格的熔化热。因此，它的比热容由于熔化产生急剧突变，出现最大峰值。

PP的热物理性能如熔化（凝固）温度，熔化热及热导率取决于各种因素，如聚合物的结晶度和热处理条件等。PP的结晶度很大程度取决于冷却控制的情况，而控制物料与模具的温差，即冷却速率是控制结晶度的重要手段。

对PP进行热处理的方法主要是使其非晶相转为晶相，比较不稳定的晶形结构转为稳定的晶形结构，微小的晶粒转为较大的晶粒等等。但不适当的热处理会使PP的晶粒趋于粗大，会使物性变脆，造成性能下降。

3、聚丙烯的膨胀与收缩

固态和熔融态聚合物体积的差别决定注塑制品的收缩率，在很低压力下收缩率一般很大，制品的尺寸精度很低，在很高压力下收缩较小，但脱模发生困难。这是由聚合物在温度和压力变化下的膨胀和收缩的性质决定的。

收缩是指制品冷却时尺寸的变化。这些变化可用体积热膨胀系数和线性热膨胀系数等特性来测定。由于PP是结晶聚合物，这种测定是相当困难的，因为它温度升高时体积的增加不是线性的。但在某一选择温度范围内，其比容的变化可用体积膨胀系数表征，计算公式为：

β=(V-V₀)/L₀(T-T₀)

式中，比容V₀、长度L₀和温度T₀为20℃时的数据，而V对于结晶聚合物为直到熔化时的数据。

PP的比容与温度的关系：在150℃以下时基本是斜率很小的直线形的，到150℃以上向上发生突变。PP的比容与压力关系：在恒温条件下，随着压力的提高，PP的比容逐渐接近24℃时的比容。

4、聚丙烯的结晶性能

对PP的结晶来说，有α、β、γ、δ结晶变态和拟六方晶变态。最普通的是α态，它属于单斜晶系。在138℃左右产生α态，它是最稳定的结构，熔点为180℃。

β态属六方晶系。在128℃以下产生β态，熔点是145~150℃。它在熔点以上进行处理时再结晶成α态。

γ态属三斜晶系，熔点比α态低10℃。它只有在分子量低、分子活动高时才能得到。

δ态不一定是间规PP，在含有无定形成分较多的试样中可以看到这种晶态。

拟六方晶态也叫次晶结构，如将等规PP熔融后急冷至70℃以下，或在70℃以下进行冷拉伸，就会生成拟六方晶体。这种结构是不稳定的，在70℃以上热处理时就会由固相转变成α态。拟六万晶系在薄膜的冷加工中或成型晶中是常常可以见到的一种结构，成型晶的表面由于急冷形成了六方晶系，而在内部还是单斜晶系，这种情况不少。形成六方晶系后，硬度和刚性减弱了，可是冲击强度和透明性却提高了。

在通常的加工条件下，PP从熔融状态到冷却定型过程中，可以形成以小角度沿径向生成的片晶组成的粗大球晶结构，球晶界面联系的PP分子较少，是材料强度的薄弱环节。有时在加工过程中形成一些不稳定的大晶块，容易转化成α晶体，密度增加出现微裂纹从而形成材料缺陷。因此，生成球晶的数目、大小及其形态对PP性能有很大影响，球晶过大，直接影响到成型晶体的冲击强度，也直接影响到纤维、薄膜和带状制品的拉伸性质。

结晶度对制品的性质影响是最大的，PP的等规度越高制品的结晶度越大。PP是典型的立体规整性高聚物，在注塑中采用的PP，其结晶度一般为50%~70%。

结晶速率也是影响制品性能的一个重要指标。

5、聚丙烯的化学稳定性

PP有优异的化学稳定性，它的化学稳定性是随结晶度增加而增大的。除少数介质外，它对大多数介质都很稳定。同时由于耐热变形性好，因此PP可用来制作化学工业的耐腐蚀管道与设备。

由于PP结构中存在叔碳原子，因此易被氧化性介质侵蚀，无机酸、碱或盐的溶液，除具有强氧化者外，在100℃温度下，对PP几乎无破坏作用。例如，PP对浓磷酸、盐酸、40％硫酸以及它们的盐类溶液等在100℃都是稳定的；对次氯酸盐、过氧化氢、铬酸等，只是在浓度较小、温度较低时才稳定；对发烟硫酸、浓硝酸和氯磺酸等在室温下也不稳定。

PP是非极性有机化合物，因此，它很容易在非极性有机溶剂中溶解或溶胀，温度越高，溶解和溶胀得越厉害。它对极性有机溶剂却很稳定，醇类、酚类、醛类和多数羧酸都不易使PP溶胀，但芳烃和氯代烃在80℃以上对PP有溶解作用。