Физико механические свойства полипропилена

Физико механические свойства полипропилена

Общие свойства полипропилена

В соответствии с DIN 8078, ч. 3, различаются следующие типы полипропилена:
Тип 1:PP-H (гомополимер)
Тип 2:PP-B (блок-сополимер)
Тип 3:PP-R (не структурированный полимер)

В результате сополимеризации с этиленом полипропилен типа 2 и типа 3 приобрел специальные свойства, которые позволили улучшить технологичность процесса изготовления изделий (например, добиться более низкой усадки), а также более высокой твердости по сравнению с PP-H.

Физиологически не токсичен.

По своему составу материал полипропилен допускается к применению в пищевой промышленности (В соответствии с QNORM B 5014, Часть 1, BGA, KTW Руководящие принципы).

AGRU трубы, листы и круглые бруски производятся из PP-H начиная с середины семидесятых годов.
Фитинги производятся из PP-R начиная с конца семидесятых.
Оба типа были стабилизированы против высоких температур и являются лучшими материалами для производства напорных трубопроводных систем.

По сравнению с другими термопластиками типа PE-HD и PVC, PP показывает тепловую стабильность до 100°C
(кратковременно-разовую до 120°C для систем с меньшим давлением).

PP показывает хорошую ударную прочность по сравнению c PVC.

Ударная прочность зависит от температуры, увеличиваясь при повышении температуры, и уменьшаясь при понижении температуры.

Полипропилен — полимер пропилена (пропена).

Получение.

Полипропилен получают полимеризацией пропилена в присутствии металлокомплексных катализаторов, например, катализаторов Циглера-Натта (например, смесь TiCl4 и AlR3): nCH2=CH(CH3) → [-CH2-CH(CH3)-]n Параметры, необходимые для получения полипропилена близки к тем, при которых получают полиэтилен низкого давления. При этом, в зависимости от конкретного катализатора, может получаться любой тип полимера или их смеси.

Полипропилен выпускается в виде порошка белого цвета или гранул с насыпной плотностью 0,4-0,5 г/см³. Полипропилен выпускается стабилизированным, окрашенным и неокрашенным.

Молекулярное строение.

По типу молекулярной структуры можно выделить три основных типа: изотактический, синдиотактический и атактический. Изотактический и синдиотактический полипропилены относятся к т.н. стереорегулярным полимерам. Изотактический полипропилен — полимер, в котором метильные группы направлены в одну сторону от воображаемой плоскости основной цепи; синдиотактический — метильные группы строго чередуются; атактический — метильные группы расположены случайным образом.

Физико-механические свойства.

В отличие от полиэтилена, полипропилен менее плотный (плотность 0,90 г/см3, что является наименьшим значением вообще для всех пластмасс), более твёрдый (стоек к истиранию), более термостойкий (начинает размягчаться при 140°C, температура плавления 175°C), почти не подвергается коррозионному растрескиванию. Обладает высокой чувствительностью к свету и кислороду (чувствительность понижается при введении стабилизаторов).

Поведение полипропилена при растяжении ещё в большей степени, чем полиэтилена, зависит от скорости приложения нагрузки и от температуры. Чем ниже скорость растяжения полипропилена, тем выше значение показателей механических свойств. При высоких скоростях растяжения разрушающее напряжение при растяжении полипропилена значительно ниже его предела текучести при растяжении. Показатели основных физико-механических свойств полипропилена приведены в таблице:

Физико-механические свойства полипропилена

Плотность, г/см 3

Разрушающее напряжение при растяжении, кгс/см 2

Относительное удлинение при разрыве, %

Модуль упругости при изгибе, кгс/6700—11900

Предел текучести при растяжении, кгс/см 2

Относительно удлинение при пределе текучести, %

Ударная вязкость с надрезом, кгс·см/см 2

Твердость по Бринеллю, кгс/мм 2

Физико-механические свойства полипропилена разных марок приведены в таблице:

Физико-механические свойства полипропилена различных марок

Показатели / марка

01П10/002

02П10/003

03П10/005

04П10/010

05П10/020

06П10/040

07П10/080

08П10/080

09П10/200

Насыпная плотность, кг/л, не менее

Показатель текучести расплава, г/10 мин

Относительное удлинение при разрыве, %, не менее

Предел текучести при разрыве, кгс/см 2 , не менее

Стойкость к растрескиванию, ч, не менее

Характеристическая вязкость в декалине при 135ºC, 100 мл/г

Содержание изотактической фракции, не менее

Содержание атактической фракции, не более

Морозостойкость, ºC, не выше

Химические свойства.

Полипропилен химически стойкий материал. Заметное воздействие на него оказывают только сильные окислители — хлорсульфоновая кислота, дымящая азотная кислота, галогены, олеум. Концентрированная 58%-ная серная кислота и 30%-ная перекись водорода при комнатной температуре действуют незначительно. Продолжительный контакт с этими реагентами при 60ºC и выше приводит к деструкции полипропилена.

В органических растворителях полипропилен при комнатной температуре незначительно набухает. Выше 100ºC он растворяется в ароматических углеводородах, таких, как бензол, толуол. Данные о стойкости полипропилена к воздействию некоторых химических реагентов приведены в таблице.

Химическая стойкость полипропилена

Среда

Температура, °C

Изменение массы, %

Примечание

Продолжительность выдержки образца в среде реагента 7 суток

Азотная кислота, 50%-ная

Натр едкий, 40%-ный

Соляная кислота, конц.

Продолжительность выдержки образца в среде реагента 30 суток

Азотная кислота, 94%-ная

Едкий натр, 40%-ный

Соляная кислота, конц.

Вследствие наличия третичных углеродных атомов полипропилен более чувствителен к действию кислорода, особенно при повышенных температурах. Этим и объясняется значительно большая склонность полипропилена к старению по сравнению с полиэтиленом. Старение полипропилена протекает с более высокими скоростями и сопровождается резким ухудшением его механических свойств. Поэтому полипропилен применяется только в стабилизированном виде. Стабилизаторы предохраняют полипропилен от разрушения как в процессе переработки, так и во время эксплуатации.

Полипропилен меньше, чем полиэтилен подвержен растрескиванию под воздействием агрессивных сред. Он успешно выдерживает стандартные испытания на растрескивание под напряжением, проводимые в самых разнообразных средах. Стойкость к растрескиванию в 20%-ном водном растворе эмульгатора ОП-7 при 50ºC для полипропилена с показателем текучести расплава 0,5-2,0 г/10 мин, находящегося в напряженном состоянии, более 2000 ч.

Читайте также:  Быстрые закуски к столу на скорую руку

Полипропилен — водостойкий материал. Даже после длительного контакта с водой в течение 6 месяцев (при комнатной температуре) водопоглощение полипропилена составляет менее 0,5%, а при 60ºС — менее 2%.

Теплофизические свойства.

Полипропилен имеет более высокую температуру плавления, чем полиэтилен, и соответственно более высокую температуру разложения. Чистый изотактический полипропилен плавится при 176ºC. Максимальна температура эксплуатации полипропилена 120-140ºС. Все изделия из полипропилена выдерживают кипячение, и могут подвергаться стерилизации паром без какого-либо изменения их формы или механических свойств. Превосходя полиэтилен по теплостойкости, полипропилен уступает ему по морозостойкости. Его температура хрупкости (морозостойкости) колеблется от -5 до -15ºС. Морозостойкость можно повысить введением в макромолекулу изотактического полипропилена звеньев этилена (например, при сополимеризации пропилена с этиленом). Показатели основных теплофизических свойств полипропилена приведены в таблице:

Теплофизические свойства полипропилена

Температура плавления, ºC

Теплостойкость по методу НИИПП, ºC

Удельная теплоёмкость (от 20 до 60ºС), кал/(г·ºC)

Чт, 28 Сентябрь 2017 | Тема: Сырье

Полипропилен (ПП) является прочным и жестким, кристаллическим термопластичным полимером, получаемым из мономерного пропилена. Полипропилен – это линейный углеводородный полимер. Полипропилен имеет химическую формулу (C3H6)n. Сегодня полипропилен является одной из самых дешевых из всех доступных пластмасс.


Полипропилен относится к семейству полиолефинов и входит в тройку наиболее часто используемых полимеров. Из всех крупнотоннажных пластмасс полипропилен имеет самую низкую плотность.

Полипропилен используется на практике как в виде пластмассы, так и в виде волокна в следующих сферах:

– автомобилестроение;
– строительство (трубы и др.);
– производство потребительской продукции;
– упаковка;
– производство мебели.

Двумя основными типами полипропилена, доступными на рынке, являются гомополимерные (homopolymers) и сополимерные (copolymers) марки материала.

– Гомополимерный полипропилен — наиболее широко используемая марка общего назначения этого полимера. Молекула гомополимерного полипропилена состоит только из звеньев пропилена, а сам материал находится в частично кристаллизующемся твердом состоянии. Этот материал используется в основном при производстве упаковки, тканей, изделий медицинского назначения, труб, автокомпонентов и электрических компонентов.

– Сополимерные марки полипропилена подразделяются на рандом-сополимеры (статистический сополимер пропилена) и блок-сополимеры, которые получаются в результате сополимеризации пропена и этена.

а) Рандом-сополимер пропилена получается в результате совместной сополимеризации этена и пропена. В состав молекул этого полимера входят звенья этена (обычно до 6% массы), которые распределяются вдоль цепи полимера случайным образом. Такие полимеры характеризуются высокой гибкостью и оптической прозрачностью, что позволяет использовать их для получения прозрачных изделий и компонентов с хорошим внешним видом.

б) В цепочках блок-сополимера пропилена содержится большее количество звеньев этена (5–15%). Сомономерные звенья располагаются вдоль цепи полимера регулярно (в виде блоков). За счет такого регулярного расположения звеньев термопластичный материал становится более прочным и менее хрупким по сравнению с рандом-сополимером пропилена. Такие полимеры подходят для тех сфер применения, в которых компонентам необходимо придавать высокую прочность, например для промышленной сферы.

– Ударопрочный сополимер пропилена ( Polypropylene, Impact Copolymer ) — это смесь гомополимерного полипропилена и рандом-сополимера пропилена. Ударопрочный сополимер пропилена содержит в своем составе 45–65% звеньев этилена. Он используется для получения изделий с высокой ударной прочностью. Ударопрочные сополимеры используются в основном при производстве упаковки, деталей бытовых приборов, пленок и труб, а также в сферах автомобилестроения и производства электрических приборов.

Крупными поставщиками полипропилена являются Borealis, ExxonMobil Chemical, LyondellBasell, SABIC, СИБУР и др.

Сравнение гомополимера полипропилена и сопопоолимера полипропилена

Гомополимерный полипропилен характеризуется высокой удельной прочностью, жесткостью и прочностью по сравнению с сополимерными марками полипропилена. Эти свойства в сочетании с высокой химической стойкостью и свариваемостью позволяют использовать материал при производстве многих коррозионно-стойких структур.

Сополимерный полипропилен характеризуется большей мягкостью, но и более высокой ударной вязкостью, прочностью и долговечностью по сравнению с гомополимером пропилена. Материал имеет более высокую стойкость к растрескиванию и низкотемпературную прочность по сравнению с гомополимером. По всем остальным свойствам гомополимер немного превосходит сополимер пропилена.

Гомополимерные и сополимерные марки полипропилена могут использоваться почти в одинаковых сферах применения. Это объясняется тем, что они обладают множеством аналогичных свойств. Поэтому при выборе конкретной марки полипропилена из двух указанных материалов очень часто на первый план выходят нетехнические критерии.

Свойства и преимущества полипропилена

1. Температура плавления полипропилена составляет:
– гомополимер: 160–165 °C;
– сополимер: 135–159 °C.

2. Полипропилен является одним из наиболее легких полимеров из всех стандартных пластмасс. Эта особенность позволяет использовать его при производстве легких конструкций.

– Гомополимер: 0,904–0,908 г/см 3 ;
– Рандом-сополимер: 0,904–0,908 г/см 3 ;
– Ударопрочный сополимер: 0,898–0,900 г/см 3 .

Читайте также:  Комод в стиле шебби шик

3. Стойкостью к химическому воздействию

– Полипропилен характеризуется очень высокой стойкостью к действию разбавленных и концентрированных кислот, спиртов и оснований.

– Полипропилен имеет хорошую стойкость к действию альдегидов, сложных эфиров, алифатических углеводородов, кетонов.

– Полипропилен характеризуется ограниченной стойкостью к действию ароматических и галогенсодержащих углеводородов и окислителей.

4. Полипропилен является высокогорючим материалом.

5. Полипропилен сохраняет механические и диэлектрические характеристики даже при повышенных температурах, в условиях повышенной влажности и даже при погружении в воду. Полипропилен является водонепроницаемым.

6. Полипропилен характеризуется высокой стойкостью к растрескиванию от напряжений под воздействием окружающей среды.

7. Полипропилен характеризуется низкой чувствительностью к воздействию микроорганизмов (бактерии, грибы и т.д.).

8. Полипропилен обладает хорошей стойкостью при стерилизации паром.

Для улучшения физических и/или механических характеристик в полипропилен могут вводиться полимерные добавки, такие как осветлители, антипирены, стеклянные волокна, минеральные наполнители, электропроводные наполнители, смазки, пигменты и т.д.

Например: полипропилен характеризуется низкой стойкостью к действию УФ-излучения, поэтому в него часто вводятся светостабилизаторы в виде затрудненных аминов. Это позволяет повысить срок эксплуатации материала по сравнению с немодифицированным полипропиленом.

Кроме того, для повышения эксплуатационных характеристик и улучшения перерабатываемости в полипропилен дополнительно вводятся наполнители (глина, тальк, карбонат кальция и т.д.) и армирующие добавки (стеклянные волокна, углеродные волокна и т.д.).

Благодаря значительному улучшению эксплуатационных характеристик (новые добавки и наполнители, а также новые процессы полимеризации и новые методы смешения) полипропилен все чаще рассматривается не как дешевый материал, а как полимер с высокими эксплуатационными характеристиками, который можно использовать в качестве альтернативы традиционным конструкционным пластмассам, а иногда даже металлам (например, марки ПП, армированные длинными стеклянными волокнами).

– Низкая стойкость к действию УФ-излучения, ударной нагрузки и образованию трещин.
– Высокая хрупкость при температурах ниже —20 °C
– Низкая максимальная температура эксплуатации (90–120 °C)
– Подвергается воздействию окисляющих кислот, быстро набухает в хлорированных растворителях и ароматике
– На стойкость к тепловой деструкции существенно влияет наличие контакта материала с металлами
– Изменение размеров изделий после формования вследствие протекания процесса кристаллизации. Эта проблема может решаться добавлением нуклеирующих агентов
– Плохая адгезия красок

Сферы применения полипропилена

Полипропилен широко используется в различных сферах благодаря своей высокой химической стойкости и хорошей свариваемости.

1. Производство упаковки: хорошие барьерные свойства, высокая прочность, хорошее качество поверхности и низкая стоимость позволяют применять полипропилен при производстве упаковки.

а) Гибкая упаковка: ПП-пленки обладают хорошими оптическими свойствами и низкой проницаемостью по отношению к парам воды, что позволяет использовать их для упаковки пищевых продуктов. Из полипропилена получаются также термоусадочные оберточные пленки, пленки для электронной промышленности, пленки для нанесения графических изображений, элементов одноразовых подгузников, крышек и т.д. ПП-пленки получаются либо в виде плоскощелевых пленок (Cast Film) либо в виде двухосно-ориентированных полипропиленовых пленок (БОПП, BOPP).

б) Жесткая упаковка: из полипропилена методом раздувного формования получается тара (ящики), бутылки и емкости. Тонкостенные контейнеры из полипропилен обычно используются для упаковки пищевых продуктов.

2. Потребительские товары: полипропилен используется при производстве некоторых компонентов бытовой техники и потребительских товаров, в частности прозрачных деталей, предметов домашнего обихода, мебели, приборов, игрушек и т.д.

3. Автомобилестроение: вследствие низкой стоимости, а также благодаря хорошим механическим свойствам и хорошей перерабатываемости полипропилен широко используется при производстве автокомпонентов. Материал, в частности, применяется при производстве корпусов аккумуляторных батарей, поддонов, бамперов, боковых молдингов, элементов внутренней отделки, приборных панелей и элементов отделки дверей. Важными свойствами ПП, которые позволяют использовать его в сфере автомобилестроения, являются также низкое значение коэффициента линейного термического расширения, низкий удельный вес, высокая химическая стойкость, хорошая атмосферостойкость, перерабатываемость и соотношение ударной вязкости и жесткости.

4. Волокна и ткани: большое количество ПП используется в сегменте волокон и тканей. ПП-волокна используются в сферах производства лент (получаются в результате разрезания пленок), полос, ремней, объемных непрерывных нитей, штапельных волокон, материала спан-бонд и непрерывных нитей. Канаты, веревки и шпагаты из ПП имеют высокую прочность и стойкость к воздействию влаги, что позволяет использовать их в сфере судостроения.

5. Медицина: полипропилен используется для производства различных медицинских изделий благодаря своей высокой химической стойкости и стойкости к действию бактерий. Кроме того, медицинские марки ПП обладают высокой стойкостью в условиях стерилизации паром. Одноразовые шприцы — наиболее типичное изделие медицинского назначения, получаемое из полипропилена. Материал также используется для получения медицинских пробирок, элементов диагностических устройств, чашек Петри, бутылок для внутривенной инфузии, бутылок для образцов, пищевых контейнеров, ванночек, контейнеров для таблеток и т.д.

6. Промышленность: полипропиленовые листы широко используются в промышленной сфере для производства емкостей для кислот и химических реагентов, листов, труб, многооборотной транспортной упаковки и тары (RTP) и т.д. Это объясняется тем, что материал обладает высоким пределом прочности, стойкостью к воздействию повышенных температур и стойкостью к коррозии.

Читайте также:  Как избавиться от китайского запаха в вещах

Сравнение полиэтилена и полипропилена

Полипропилен Полиэтилен

Мономером для получения полипропилена является пропилен

Может получаться в виде оптически прозрачного материала

Имеет меньшую плотность (более легкий материал)

ПП обладает высокой стойкостью к растрескиванию, к воздействию кислот, органических растворителей и электролитов

Он имеет высокое значение температуры плавления и хорошие диэлектрические свойства

ПП является нетоксичным материалом

Он обладает более высокой жесткостью и стойкостью к воздействию химических реагентов и органических растворителей по сравнению с полиэтиленом

ПП характеризуется более высокой жесткостью по сравнению с полиэтиленом

Мономером для получения полиэтилена является этилен

Может получаться только в виде полупрозрачного, матового материала

Его физические свойства позволяют ему лучше противостоять воздействию пониженных температур, особенно при использовании его для получения указателей

ПЭ обладает хорошими электроизоляционными свойствами

Материал обладает хорошей дугостойкостью

Полиэтилен обладает высокой прочностью по сравнению с полипропиленом

Как производится полипропилен?

Полипропилен был впервые получен методом полимеризации немецким химиком Карлом Реном (Karl Rehn) и итальянским химиком Джулио Натта (Giulio Natta). Эти ученые в 1954 году получили кристаллический изотактический полипропилен. После этого открытия совсем скоро, в 1957 году, полипропилен стал в промышленных масштабах синтезироваться итальянской компанией Montecatini.

Синдитактический полипропилен также был впервые синтезирован Натта и его сотрудниками. В настоящее время полипропилен получается методом полимеризации мономерного пропена (непредельное органическое соединение с химической формулой C3H6) в присутствии:

  • катализаторов Циглера — Натта (Ziegler-Natta);
  • металлоценовых катализаторов.

При полимеризации может образовываться три различные структуры цепочек полипропилена (в зависимости от расположения метильных заместителей):

  • атактический ПП (аПП) — неупорядоченное расположение метильных групп (CH3) вдоль молекулярной цепи;
  • изотактический ПП (иПП) — метильные группы располагаются с одной стороны относительно углеродной цепи;
  • синдиотактический ПП (сПП) — метильные группы располагаются чередующимся образом относительно углеродной цепи.

Условия переработки полипропилена

Полипропилен может перерабатываться в изделия практически любым методом переработки. Наиболее типичными методами переработки полипропилена являются: литье под давлением, экструзионно-раздувное формования, экструзия общего назначения.

1. Литье под давлением
– Температура расплава: 200–300 °C
– Температура формы: 10–80 °C
– При правильном хранении перед переработкой материал не требуется подвергать сушке
– При высокой температуре формы повышается уровень глянца и улучшается внешний вид получаемых изделий
– Степень усадки материала в форме составляет от 1,5 до 3%, в зависимости от условий переработки, реологических характеристик полимера и толщины стенки формуемого изделия

2. Экструзия (трубы, раздувные и плоскощелевые пленки, изоляция на кабели и провода и т.д.)
– Температура расплава: 200–300 °C
– Степень сжатия материала: 3:1
– Температура материального цилиндра: 180–205 °C
– Предварительная сушка: не требуется. Вторичный материал необходимо сушить в течение 3 часов при температуре 105–110 °C (221–230°F)

3. Раздувное формование (экструзия с последующим раздувом)
4. Компрессионное формование (прессование)
5. Ротационное формование
6. Инжекционно-раздувное формование
7. Экструзионно-раздувное формование
8. Ориентированное инжекционно-раздувное формование
9. Экструзия общего назначения

С помощью специального процесса может также получаться вспененный полипропилен (ППВ). Материал хорошо перерабатывается методом литья под давлением, при этом он широко используется как при периодических, так и при непрерывных процессах.

Вторичная переработка полипропилена

Всем пластмассам присваивается «Код идентификации полимера/Код рециклинга пластмасс» в зависимости от типа используемого в них полимера. Полипропилен имеет идентификационный код – 5.

Полипропилен полностью 100% может подвергаться вторичной переработке (рециклингу). Примеры изделий, получаемых из вторичного полипропилена (в-ПП): корпуса автомобильных аккумуляторов, сигнальное освещение, кабели батарей, метлы, щетки, скребки для льда и т.д.

Процесс рециклинга полипропилена обычно включает стадию плавления отходов пластмасс при температуре 250 °C с целью удаления из материала примесей, последующую стадию удаления оставшихся молекул в условиях вакуума, а также стадию перевода в твердое состояние при температуре примерно 140 °C. Этот вторичный полипропилен может смешиваться с первичным полипропиленом в количестве до 50%. Основная проблема рециклинга полипропилена связана с большим объемом потребления этого полимера. Так, например, в настоящее время рециклингу подвергается только примерно 1% использованных ПП-бутылок. Для сравнения, в настоящее время перерабатывается 98% использованных бутылок, изготовленных из ПЭТФ и ПЭВП (ПЭНД).

Полипропилен является безопасным материалом, поскольку он не имеет значительного влияния на здоровье человека и не оказывает на него химическое и токсическое действие.

Полипропилен: эксплуатационные характеристики

Полипропилен является одним из наиболее универсальных из используемых полимеров, который обладает высокими механическими характеристиками.

Полипропилен также обладает хорошей химической стойкостью и термостойкостью. Некоторые из этих характеристик позволили полипропилену вытеснить полиэтилен из некоторых сфер применения. За счет изучения всех свойств полипропилена, в частности механических, электрических и химических характеристик, можно правильно подобрать материал для конкретной сферы применения.

Свойства

Значение показателя

Стабильность размеров (формоустойчивость)

Коэффициент термического линейного расширения

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector