高密度聚乙烯的研究及應用

邵鵬程王雁玉李渤杜新勝張霖

（1中國石油蘭州石化公司研究院，蘭州，730060 2中國石油青海油田天然氣開發(fā)公司，青海，736202）

高密度聚乙烯的研究及應用

邵鵬程1王雁玉2李渤2杜新勝1張霖1

（1中國石油蘭州石化公司研究院，蘭州，730060 2中國石油青海油田天然氣開發(fā)公司，青海，736202）

綜述了近年來我國高密度聚乙烯（HDPE）的最新研究現(xiàn)狀，并介紹了高密度聚乙烯的特點及其應用，最后指出了我國高密度聚乙烯的發(fā)展方向。

高密度聚乙烯；特點；應用

1 前言

高密度聚乙烯（HDPE），是一種結(jié)晶度高、非極性的熱塑性樹脂，原態(tài)的HDPE外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明狀，具有優(yōu)良的耐大多數(shù)生活和工業(yè)用化學品的特性，該聚合物不吸濕并具有好的防水蒸汽性，可用于包裝用途。HDPE具有很好的電性能，特別是絕緣介電強度高，使其很適用于電線電纜。HDPE是重要的五大通用塑料之一，具有無毒價廉、質(zhì)輕、優(yōu)異的耐濕性、良好的化學穩(wěn)定性和易成型加工等特點，被廣泛應用于食品、汽車、化工等領域[1－6]。

2 HDPE特點

HDPE可用淤漿法、溶液法和氣相法生產(chǎn)， HDPE分子中支鏈少，結(jié)晶度高(85%-90%)，密度高(0.941-0.965g/cm3)，具有較高的使用溫度、硬度、力學強度和耐化學藥品性較好。適用于中空吹塑、注塑和擠出各種制品，如各種容器、網(wǎng)、打包帶，并可用作電纜覆層、管材、異型材、片材等。是不透明的白色粉末，造粒后為乳白色顆粒，分子為線型結(jié)構(gòu)，很少支化現(xiàn)象，是較典型的結(jié)晶高聚物，機械性能均優(yōu)于低密度聚乙烯。

3 HDPE研究進展

HDPE作為最常用的通用塑料之一，由于有極強的應用背景，越來越受到工業(yè)界和學術界的廣泛重視[7－10]。近年來，國內(nèi)科研人員對HDPE的改性及應用方面進行了大量的研究，并取得了一定的成效。

許惠芳[11]等考察了國內(nèi)三家石化公司生產(chǎn)的HDPE薄膜料9455F，6098，7000F的流變行為。結(jié)果表明三種HDPE薄膜料的熔體均屬于非牛頓流體，其流動指數(shù)(n)隨溫度升高而增大，熔體的非牛頓性隨溫度升高而降低，即熔體偏離牛頓流體的程度變??；薄膜料6098對溫度敏感性較大，在成型加工時對其進行溫度調(diào)整可獲得良好的效果；9455F對剪切的敏感性較大，在成型加工時對其進行剪切速率或剪切應力的調(diào)整可獲得良好的效果。

陳欣[12]等制備了多壁碳納米管、石墨和碳黑填充HDPE復合體，研究了復合體的導電和流變學性質(zhì)，利用隧道逾滲模型對關鍵指數(shù)分別為4.4、6.4和2.9的三種復合體的“非普適性”導電行為進行了解釋，與此同時，考察了顆粒類型和含量，以及剪切速率對復合體流變學性質(zhì)的影響。結(jié)果表明復合體系的儲能模量在低頻區(qū)出現(xiàn)“第二平臺”，而復合黏度則表現(xiàn)出強烈的剪切變稀行為，標志著顆粒在聚合物內(nèi)部發(fā)生聚集形成了網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，與石墨和碳黑填充復合體相比，具有更高縱橫比的多壁碳納米管填充復合體具有更高的儲能模量和復合黏度，基于Guth—Smallwood理論結(jié)合有效介近似的G'r分析結(jié)果表明，填充HDPE復合體系的流變學逾滲閾值和導電逾滲閾值吻合良好。

蔣炳炎[13]等用MoldflowMPI5.0軟件的Flow3D模塊仿真及同步熱分析儀分析的方法，研究了熔體溫度及注射速率對薄壁件注射成型時結(jié)晶特性的影響。結(jié)果表明熔體溫度為175、195、215℃時，在厚度為0.8mm的高密度聚乙烯薄壁件的注射成型過程中，在流動方向上，澆口附近的剪切速率和熔融熱焓遠大于其他各處，且二者均隨著與澆口間距離的增加而迅速降低；從距澆口0.5mm處到制品末端，剪切速率穩(wěn)定在2000－4000S之間；從距澆口5mm處至制品末端，熔融熱焓的變化不明顯；熔體溫度為215℃時，制品的熔融熱焓最高；隨著注射速率的增加，澆口處的最大剪切速率亦增加。

白露[14]等通過對兩種不同相對分子質(zhì)量HDPE的共混體系動態(tài)流變行為研究，探尋了共混物的動態(tài)流變行為隨組分含量、溫度、頻率的變化規(guī)律，并通過共混物流變行為討論了相形態(tài)變化特征。研究表明由于HDPE的多分散性，共混體系的流變行為偏離經(jīng)典的線性粘彈性理論模型，而且由于相對分子質(zhì)量的不同，HDPE6098的動態(tài)模量和復數(shù)黏度均遠大于HDPE2911，共混體系則處于兩純樣之間，呈現(xiàn)遞變趨勢。隨著頻率ω的增加，純HDPE及其共混物熔體的復數(shù)黏度均呈下降趨勢，表現(xiàn)出典型的假塑性流體的流動特征。兩種HDPE的共混體系在不同溫度的熔體均為均相結(jié)構(gòu)。

唐誼平[15]等采用差示掃描量熱法考察了管道防腐專用HDPE專用料的非等溫結(jié)晶行為，并結(jié)合Ozawa、莫志深等方程對非等溫結(jié)晶動力學過程進行研究，并與專用料的基礎樹脂（BHDPE)進行了對比。結(jié)果表明隨著降溫速率增加， HDPE、BHDPE的結(jié)晶起始溫度和結(jié)晶峰溫度均向低溫方向移動，且達到相同相對結(jié)晶度的時間減少，HDPE的結(jié)晶能力低于BHDPE，但HDPE的晶體完善程度高于BHDPE；Ozawa方程不適于描述冷卻速率較低時5℃/min)的HDPE、BHDPE的非等溫結(jié)晶過程，而莫志深方程能很好地描述該過程。

王正祥[16]等利用無機組合粒子的協(xié)同效應對HDPE進行增強增韌改性，以滑石粉、碳酸鈣兩種典型的具有不同形狀特征的無機粉體和HDPE樹脂為對象體系進行共復合研究。結(jié)果表明共復合體系可以同時發(fā)揮兩種具有不同形狀的無機粉體的優(yōu)勢，具有較高的拉伸強度和較好的沖擊韌性。

蘆濤[17]等采用HDPE為樹脂基體在一定加工條件下制備了HDPE/木粉發(fā)泡材料，研究了馬來酸酐接枝聚乙烯(MAPE)作為相容劑對材料的力學性能、泡孔直徑分布的影響，比較了發(fā)泡材料和未發(fā)泡材料的力學性能。結(jié)果表明MAPE含量為5%時，材料具有較好的力學性能，泡孔的存在對于材料的力學性能有著較為明顯的影響；發(fā)泡材料和未發(fā)泡材料力學性能及其變化有所不同，未發(fā)泡材料力學性能變化較為顯著；MAPE的含量對泡孔直徑的分布有一定的影響。

4 HDPE的應用

HDPE由于具有強度高、剛性好、便于加工等優(yōu)點應用廣泛，其中中空容器樹脂隨著國內(nèi)包裝、食品、化妝品等行業(yè)的發(fā)展，應用量逐年增加。HDPE強度較高，適宜作中空制品，可用吹塑法制成瓶、桶、罐、槽等容器，或用澆鑄法制成槽車罐和貯罐等大型容器。 采用擠出法可生產(chǎn)HDPE管材，HDPE中空壁增強纏繞管是一種內(nèi)壁光滑、截面中空工型且具有較高抗外壓能力的結(jié)構(gòu)壁管材， 目前我國的排水工程中廣泛應用。同時擠出的板材可進行二次加工，也可用發(fā)泡擠出和發(fā)泡注射法將HDPE制成低泡沫塑料，作臺板和建筑材料。

HDPE防滲膜也應用在石化污水管線上，HDPE防滲膜埋在地下不易被破壞，壽命長，防滲效果極強。目前，逐漸在石化項目上得到應用，雖然現(xiàn)場施工復雜，前期投資較大，但是對環(huán)境保護有著顯著作用，值得推廣。管道防腐專用HDPE是2PE、3PE涂層中用作最外層防腐的材料，適用于擠出包覆和擠出纏繞工藝，具有優(yōu)良的加工性能、高的機械強度及韌性、優(yōu)越的抗紫外線及耐老化性能、極高的耐環(huán)境應力開裂等性能。大港南部油田采用HDPE管道修復技術很好地解決了腐蝕泄漏嚴重的舊管道修復利用問題，不僅延長了管道使用壽命、節(jié)省了大量管道更換費用，而且可以實現(xiàn)不停產(chǎn)在線修復。

5 結(jié)語

今后應加強對HDPE的進一步研究，通過改性實現(xiàn)HDPE的強韌化提高復合材料綜合性能，拓寬HDPE復合材料的應用領域。隨著高分子材料的不斷發(fā)展，HDPE復合材料將會在越來越多附加值高的汽車、電器、建材等領域得以應用。

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Research and Application of High-density polyethylene

Shao Pengcheng1; Wang Yanyu2; Li Bo2; Du Xinsheng1; Zhang Lin1
( 1 Research Institute of Lanzhou Petrochemical Company, Petrochina, Lanzhou, 730060, China 2 Gas Development Company of PetroChina Qinghai Oilfield, Qinghai, 736202 China)

The main proportion of he latest of high-density polyethylene（HDPE）Research, and describes the characteristics of high-density polyethylene and its application in China, Finally the development trends of high-density polyethylene are reviewed.

High-density polyethylene; Characteristics; Application

邵鵬程 (1968年～),男,工程師,主要從事石油化工的研究。