什么是低密度聚乙烯 (LDPE)?

洗涤剂容器和光滑的耐用墙壁, 包裹膜包装的柔软表面似乎是由截然不同的材料制成的 - 一种是为刚性而设计的, 另一个以灵活性. 令人惊讶的是, 两者都可以通过相同的多功能热塑性制造: 低密度聚乙烯 (LDPE).

虽然聚乙烯是世界上使用最广泛的聚合物之一, 它以各种形式存在, 每个设计以满足特定的性能标准.

LDPE 通过其分子结构来区分自己, 赋予柔软度,

出色的加工性, 和高水分耐药性 - 使其在包装和工业应用中必不可少的品质.

在本文中, 我们深入研究了LDPE的化学, 生产过程, 材料特性, 和应用程序空间.

此外, 我们探索LDPE与其他聚乙烯类型的比较，并评估其在当今市场的环境和经济相关性.

1. 什么是LDPE?

低密度聚乙烯 (LDPE) 在膨胀的聚乙烯家族中脱颖而出的热塑性聚合物.

通过聚合乙烯单体合成 (c₂h₄) 在高压激进条件下, LDPE的标志是其广泛的分子分支.

最后, 它达到了较低的结晶度和密度 (0.910–0.940 g/cm³) 与其高密度对应物相比, 从而提供显着的灵活性, 透明度, 和韧性.

2. 化学结构 & 聚合

乙烯单体 & 自由基聚合

在分子水平, LDPE源自乙烯, 两碳烯烃.

激进的发起人 (例如。, 有机过氧化物) 在压力下的抽象氢原子 1,000–3,000酒吧 和温度 150–300°C, 推出自由基链增长.

至关重要的, 链条转移反应引起了LDPE独有的广泛分支.

分子分支

这个分支表现为两者 (甲基, 乙基) 和长侧链.

平均, LDPE展览 2–10个分支 1,000 碳原子, 进而减少链条包装和结晶度.

因此, LDPE的密度坐在周围 0.925 g/cm³, HDPE的范围从 0.941–0.965 g/cm³.

连锁架构与. 特性

重要的是, 分支决定机械和热性能.

更多分支降低熔点 (到 105–115°C) 并增强伸长率 (到 650 %), 较少的分支会提高拉伸强度 (到 25 MPA).

因此, 生产商微调反应堆变量 - 压力, 温度, 和引发剂剂量 - 实现量身定制的性能.

3. 制造过程

高压高压盐反应器

高压釜 (批) 反应堆继续主导LDPE的生产, 由于它们能够始终如一地传递高度分支聚合物.

在典型的周期, 乙烯和引发剂给反应器充电, 压力上升到 2,000 酒吧, 温度升至 200 °C. 聚合后, 熔体已排放以进行颗粒.

连续vs. 批处理聚合

或者, 连续的管状反应器以较低的压力运行并提供 20–30 % 更高的吞吐量, 尽管分子量分布较窄.

尽管如此, 连续过程可以通过 10–15 %, 提高成本效率并降低温室 - gas足迹.

颗粒 & 治疗后

一旦聚合, 热LDPE融化会经历链颗粒化, 然后干燥 80–100°C 去除挥发物.

随后, 生产商结合了添加剂 - UV稳定器, 抗氧化剂, 滑动代理 - 视频主斑融合, 确保均匀分散和最佳长期性能.

4. 身体的, 机械的 & 热性能

在这个部分, 我们研究了LDPE独特的分子体系结构如何转化为宏观行为.

通过了解这些财产范围, 工程师和设计师可以自信地选择LDPE，以用于需要精确平衡灵活性的应用, 力量, 和热性能.

密度 & 结晶度

首先, LDPE的密度很典型 0.910–0.940 g/cm³ - 反射其相对较低的结晶度 (大致 35–55 %).

最后, LDPE表现出极好的灵活性和透明度.

随着结晶度的降低, 无定形区域占主导地位, 使膜和薄零件弯曲和垂悬在不破裂的情况下, 即使在零下温度下.

抗拉强度 & 伸长

而且, LDPE结合了中等强度和非凡的延展性.

它的最终拉伸力量 (UTS) 介于两者之间 10 和 20 MPA, 突破的伸长范围从 200 % 到 650 %.

实际上, 这意味着LDPE膜在破裂之前可以拉伸几倍的原始长度 - 理想的伸展包裹和柔性包装.

冲击阻力 & 硬度

此外, LDPE有效吸收冲击. IZOD影响值通常达到 50–100 J/m, 和岸边硬度衡量 40–55.

这些数字表明LDPE平衡柔软度 (在杂货袋中舒适) 用足够的韧性在处理过程中抵抗穿刺和眼泪.

热行为

过渡到热性能, LDPE之间融化 105 °C和 115 °C, 它限制了其用于低温和中等温度的应用.

其在负载下的热偏转温度位于附近 45–50°C, 它的导热率很低 - 环绕 0.33 w/m·k - 使其成为包装和某些工业衬里的有效绝缘体.

屏障特性

最后, LDPE提供适度的屏障性能.

氧气传输速率平均 600 cm³·mm/m²·天·ATM, 二氧化碳通透性跨度 200–600cm³·mm/m²·天·ATM, 和水蒸气的变速箱保持较低 - 易于 0.3–0.5 g·mm/m²·天·KPA.

由于这些费率, LDPE为许多食品提供足够的保护, 尽管高级别的应用程序通常需要多层构造或替代聚合物.

低密度聚乙烯的相关材料特性:

财产	典型范围
密度 (g/cm³)	0.910–0.940
结晶度 (%)	35–55
抗拉强度 (UTS, MPA)	10–20
休息时伸长 (%)	200–650
IZOD影响 (J/m)	50–100
岸D硬度	40–55
熔点 (°C)	105–115
热偏转温度. (°C)	45–50
导热率 (w/m·k)	〜0.33
渗透性 (cm³·mm/m²·天·ATM)	〜600
CO₂渗透性 (cm³·mm/m²·天·ATM)	200–600
WVTR (g·mm/m²·天·KPA)	0.3–0.5

5. 处理技术

挤压 & 电影吹

在吹电影中, LDPE形成一个管状气泡, 正确冷却并崩溃时, 产生具有出色眼泪和冲击力的薄膜.

相比之下, 铸造膜挤出提供更紧密的厚度控制 (± 2 µm), 使其非常适合图形和层压.

注入成型

注射成型LDPE需要熔融温度 180–220°C 和霉菌温度 40–60°C.

设计师指定收缩津贴 1.5–3 % 抵消容量收缩. 因此, 诸如挤压瓶之类的零件达到了精确的尺寸和一致的壁厚.

吹塑 & 旋转成型

挤出吹塑成型通过在冷却模具中充气熔融帕里森来创建空心的LDPE容器,

而旋转模制则使用缓慢的旋转和热量产生大的, 无缝零件 - 2 m 直径 - 均匀的壁厚.

热成型 & 真空形成

在热成型中, LDPE床单 (1–5毫米厚) 是热量 110–120°C 然后悬垂或吸入模具.

达到比率 4:1 允许中等深度的轮廓, 可用于包装托盘和盖子.

6. 添加剂, 共聚物 & 复合材料

紫外线稳定器, 抗氧化剂 & 填充剂

打击紫外线引起的降解, 配方器在 0.1–1 wt %.

抗氧化剂 (例如。, 酚类化合物) 在 0.05–0.5 wt % 防止热氧化, 而碳酸钙填充剂 (5–20 wt %) 提高刚度 30 %.

LDPE混合物 & 合金

将LDPE与lldpe混合 (线性低密度) 在 20–50 wt % 通过 10–15 % 和抗穿刺性 20 %.

反过来, LDPE/HDPE合金提高了刚度，并提高了熔点 5–10°C, 打开更广泛的应用程序窗口.

纳米复合材料 & 增援部队

合并1-5 wt % 纳米罐或碳纳米管可以通过 30–50 % 并通过 10–20 %, 因此，将LDPE推向了高架包装和专业电影市场.

7. 低密度聚乙烯的常用应用 (LDPE)

多亏了它的多功能性, LDPE在:

• 灵活的电影: 收缩包裹, 农业覆盖膜, 和食品级衬里.
• 包 & 包装: 杂货袋, 零售袋, 和六袋戒指.
• 容器 & 瓶子: 挤压瓶, 分发管, 和冰淇淋浴缸.
• 管道 & 衬里: 医用管, 防护电缆夹克, 和土工膜.
• 专业商品: 真空成形的房屋, 假肢插座, 和低压力铸件.

此外, LDPE对酸的抗性, 基地, 水分巩固其在苛刻的环境中的作用, 从化学加工衬里到户外农业覆盖物.

8. 优势 & 低密度聚乙烯的局限性 (LDPE)

优势

• 出色的灵活性: 伸长到 650 % 防止在大量应变下破裂.
• 化学 & 耐水性: 对大多数酸的稳定, 基地, 和进水.
• 成本效益: 最便宜的热塑性塑料, 经常使用定价 25–35 % 在HDPE下方.
• 回收: 在路边程序中广泛接受为树脂代码“ 4”，机械回收率为 20–30 % 在发达市场.

限制

• 热约束: 在上面融化 115 °C 限制高热应用.
• 气体渗透性: 升高的O₂/CO₂可以缩短氧气敏感产品的保质期.
• 紫外线灵敏度: 需要稳定器供户外使用, 添加 0.5–1 % 制定成本.
• 机械强度较低: 抗拉强度 (10–20 MPA) Trails HDPE (20–37 MPA), 限制重载用途.

9. 比较分析: LDPE vs. 其他聚乙烯

完全掌握 低密度聚乙烯 (LDPE) 在更广泛的聚乙烯材料家族中,

将其与其结构亲属进行比较至关重要: 高密度聚乙烯 (HDPE), 中密度聚乙烯 (MDPE), 和 线性低密度聚乙烯 (llde).

这些聚合物共享相同的乙烯单体基础, 他们的 分子体系结构, 密度, 和性能属性显着分歧, 从而定义他们对各种应用的适用性.

LDPE vs. HDPE: 灵活性与. 刚性

分子结构 & 密度

LDPE的特征是 高度分支的连锁店, 导致一个 低密度 (0.910–0.940 g/cm³) 并降低了结晶度 (〜40–50％).

相比之下, HDPE展览 线性链，最小分支, 导致 更高的密度 (0.940–0.970 g/cm³) 和结晶性 80%.

机械性能

HDPE提供 较高的拉伸强度 (20–37 MPA) 和 抗冲击力的改善 与LDPE相比, 非常适合诸如僵化产品 油箱, 管道, 板条箱, 和洗涤剂瓶.

LDPE, 另一方面, 坚持 休息时上升 (200–600％), 偏爱申请要求 可拉伸性和弹性, 例如电影和挤压管.

耐热性

两种材料都可以抵抗广泛的化学物质, 但是HDPE提供了 更好的应力裂纹阻力和热稳定性, 与 热挠度温度 靠近 60–75°C,

与LDPE的40–50°C相比. 然而, 除非修改.

LDPE vs. MDPE: 平衡点

中间特性

中密度聚乙烯 (MDPE) 桥接LDPE和HDPE之间的差距. 它功能 中等分支, 导致一个 密度为0.926–0.940 g/cm³.

它的刚度和冲击力位于LDPE和HDPE之间, 使其适合 煤气管, 收缩电影, 和旋转成型.

压力开裂的阻力

MDPE通常显示出来 增强的环境应力裂纹阻力 (scr) 与LDPE相比, 特别是接触油和洗涤剂.

然而, LDPE仍然保持边缘 灵活性和光学清晰度, 这对于诸如透明包装膜之类的应用至关重要.

LDPE vs. llde: 处理性与. 表现

结构差异

而LDPE有长链分支, llde (线性低密度聚乙烯) 特征 短链分支, 通过与Butene这样的α-烯烃共聚引入, 己烯, 或辛丁.

这给了lldpe 分子量和机械性能的均匀性.

韧性

lldpe在 韧性, 穿刺抗性, 和撕裂的力量 - 特别是在电影应用中.

例如, LLDPE电影表现出高达2-3倍的DART撞击强度 比同等的LDPE等级.

处理和成本注意事项

然而, LLDPE需要 较窄的处理窗口 和 较高的挤压压力, 在吹电影中，它比LDPE少一些.

LDPE也提供 更好的光学清晰度和表面光泽, 在食品包装和面向消费者的产品中仍然有价值.

成本 - 性能权衡

选择聚乙烯等级时, 工程师和采购专业人员必须考虑 总价值主张, 不仅是性能指标:

10. 结论

总之, 低密度聚乙烯 (LDPE) 继续锚定各种产品 - 感谢其无与伦比的灵活性, 化学弹性, 和负担能力.

通过精确控制聚合, 量身定制的添加剂系统, 和高级处理, LDPE满足从食品包装到医疗设备的各种市场需求.

期待, 纳米复合材料的创新, 可持续原料, 增强的回收技术将进一步增强LDPE在循环中的作用, 资源有效的未来.

概括

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