聚乙烯的改性分析

聚乙烯的改性

聚乙烯虽然具有优良的电性能、机械性能和加工性能，但是它也有一些缺点，如软化点

低，强度不高，耐大气老化性差，易应力开裂，不易染色及印刷等。为了进一步拓宽聚乙烯

的应用领域，克腿这些缺点，可以采用聚乙烯改性来达到。

聚乙烯的改牲主要分为化学改性和物理改性。化学改性又分为接枝共聚改性、嵌段共聚改性、化学及辐射交联改性等；物理改性分为共混改性、填充改性（包括增强改性等）。

聚乙烯的化学交联主要是在聚乙烯树脂中加人有机化合物（常用过氧化二异丙苯）作为交联剂，然后在压力和175～200℃的温度下交联。

接枝聚合是最常用的改性聚合方法。所谓接校共聚反应是在聚乙烯的主链上将作为支链

的不同种高分子结合上去的一种反应。当然也有采用过氧化物、放射辐照或其他有关方法进

行反应。接枝方式的共聚合反应可以获得良好的混合状态，其分散界面是以化学方式结合在

一起，具有良好的机械性能。同时又因为聚乙烯本身是无极性材料，和其他材料亲和性不好，如将具有极性的单体以接枝共聚合反应结合至聚乙烯分子主链上时则会增大这种亲和性，由此使可以改善其粘接性、印刷性、染色性等性能。例如，聚乙烯接枝丙烯酸单体所得产品则

会改善其在铝箔上的粘合性；加入丁二烯单体接枝共聚合反应的制品，可以提高耐热性、耐应力开裂性。

聚乙烯的共混改性是聚乙烯与其他高聚物等物质进行共混，用挤出机、辊炼机等设备而制成新材料。共混过程中往往包含化学接枝或交联反应，以提高共混的改性效果。

聚乙烯的填充改性是在聚乙烯的成型加工过程中加入无机或有机填料，不仅能使制品价格大大降低，而且能显著改善材料的机械强度、耐摩擦性能、热性能及耐老化性能等，并改善聚乙烯的易膨胀性及易蠕变性等，所以填料既有增量作用，又有改性效果。常用的无机填料有碳酸钙（包括轻质碳酸钙和重质碳酸钙）、滑石粉、云母、高岭土、二氧化硅、硅藻土、

硅灰石、炭黑等。

此外，聚乙烯可加人脂肪酸酰胺作表面润滑剂，以减少薄膜的粘附性；加入0.5％～2%的聚丙烯可提高其透明性；表面用电子冲击（使其表面氧化）处理，可改善其印刷性能。

1．交联聚乙烯

交联聚乙烯分为有机过氧化物交联聚乙烯、有机硅交联和辐照交联聚乙烯。

（1）有机过氧化物交联聚乙烯

结构式：

制法有机过氧化物交联聚乙烯是聚乙烯以有机过氧化物作为交联剂，在热的作用下

分解而生成高度活泼的游离基。这些游离基使聚合物碳链上生成活性点，并产生碳－碳交联，形成交联聚乙烯。所用的有机过氧化物有过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基和2，5－二叔丁基－2，5－二甲基过氧化己烷等。根据被交联的聚乙烯品种和交联工艺设备的不同而选用

不同的过氧化物。通常交联低密度聚乙烯时，采用在132℃时能起反应的过氧化二异丙苯；

在交联高度填充的低密度聚乙烯和高密度聚乙烯时，可采用能在144℃下加工的2,5－二叔丁基－2，5－二甲基过氧化己烷作交联剂。将聚乙烯与合适的有机过氧化物、炭黑及其他无机填料等添加剂混合在一起，经混炼造粒后，用适宜的成型工艺将它加工成制品。然后再将制品经过一段时间的加热处理，使之发生交联，即可制得交联聚乙烯制品。此外，当采用压缩成型时，交联和成型可一步完成。

物化性质有机过氧化物交联聚乙烯结构上与热塑性塑料、热固性树脂和硫化橡胶都不同，它有体型结构却不是完全交联，交联区域很小，不像硫化橡胶那样有很大的交联网，因

此在性能上它兼有三者的特点，即同时具有热可塑性、硬度、良好的耐溶剂性，高弹性和优

良的耐低温性。无论是高密度聚乙烯还是低密度聚乙烯，通过交联后，其拉伸强度、耐热性、防老化性和耐候性、尺寸稳定性、耐应力开裂性，耐磨性和耐溶剂性均有提高，且耐蠕变性

能优良。交联聚乙锈的软化点可达200℃，耐热性可达140℃。此外，还具有卓越的电绝缘性、耐低温性和耐辐射性能，表2－36为交联聚乙烯的性能。

表2－36交联聚乙烯的性能

性能HDPE 交联HDPE 交联LDPE含碳

黑375% 交联LDPE含碳黑70%

拉伸强度/Mpa

常温27.5 22 21 22

100℃ 5.5 7.6

断裂伸长率/% 300 450 290 70

邵氏硬度 D 59 58 67

脆化温度/℃－50 ＜－65 ＜-70 ＜-15

缺口冲击强度/(J/m) 1000 1200 670 270

耐环境应力开裂＞1000hr ＞1000hr 成型加工有机过氧化物交联聚乙烯可以在通常的塑料和橡胶加工设备中进行成型加

工。混炼温度应保持在110～149℃的范围内。当使用低密度聚乙烯时，通常在116～121℃成型。

在电线电缆生产中，由于导线本身可作为支承物，使包覆在其表面的交联聚乙烯可通过

连续流化器用直接蒸汽进行交联。

用途主要用作电线电缆的包覆层，也用于制造电机、变压器等耐高电压、高频率的耐热绝缘材料、热收缩簿膜和套管，各种管材（如热水管）、化工生产装置的耐腐蚀部件、容

器以及泡沫塑料等。

（2）有机硅交联聚乙烯

结构式

制法将普通聚乙烯在有机过氧化物存在下，经过一定的温度和机械力作用，使含有不饱和乙烯基和易于水解的烷氧基多官团的硅烷接枝到聚乙烯的主链上，然后将此接枝物在水及硅醇缩合催化剂作用下发生水解并缩合形成～Si一O一Si～交联键，即得硅烷交联聚乙烯。

物化性质有机硅交联聚乙烯的分子结构与通常有机过氧化物交联法形成的分子间碳

－碳交联的结构不同。其主链可以与2个或2个以上的等价键起反应。形成网状交联（立体网状交联）。因此，它的热机械性能一般要比具有碳－碳键平面结合的有机过氧化物交联法

聚乙烯好。即使有机硅交联聚乙烯的凝胶率比过氧化物交联聚乙烯低15％～20％，两者热变形仍相当。

成型加工有机硅交联聚乙烯成型工艺简单，可用普通的成型加工设备，如挤出机、注射机、压机、压延机等进行成型加工。成型制品置于100℃以下的热水中即可交联成最终

产品。

用途主要用于制作各种电线电缆的绝缘包覆层、耐热管材、软管及薄膜等。

（3）辐照交联聚乙烯是将包覆在导线上的聚乙烯、聚乙烯薄膜或其它聚乙烯制品，

经γ－射线、高能射线辐照后，可成为交联聚乙烯，交联度受辐射剂量及温度的影响。交联点随辐射剂量的增加而增加，直至辐射剂量达105Gy才达到饱和状态，此时分子交联度可

达60％～70％。辐射时温度对交联度影响更大，在辐射剂量为1273.4C/kg（106R）下，0℃时的交联度为10％；当温度升至100℃，则交联度达65％左右。因此，通过控制一定的辐

照条件，可以获得具有一定交联度的交联聚乙烯制品。

2．氯化聚乙烯

结构式：