聚乙烯塑料性能特點(diǎn)及其注塑工藝詳解

陸剛

（廣東江門新粵化工材料開發(fā)公司）

聚乙烯為典型的熱塑性塑料，是無(wú)臭、無(wú)味、無(wú)毒，手感似蠟的可燃性白色粉末。成型加工的PE樹脂均是經(jīng)擠出造粒的蠟狀顆粒料，外觀呈乳白色。具有優(yōu)良的耐低溫性能，化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐大多數(shù)酸堿的侵蝕。常溫下不溶于一般溶劑，吸水性小，電絕緣性能優(yōu)良。PE為結(jié)晶性原料，吸濕性極小，PE分子聯(lián)鏈柔性好，鍵間作用力小，熔體粘性低，流動(dòng)性極好，PE的收縮率范圍大，收縮值大，方向性明顯。PE容易變形翹曲，模具冷卻條件對(duì)收縮率的影響很大，故應(yīng)該控制好模具溫度，保持冷卻均勻、穩(wěn)定。在加工前無(wú)需進(jìn)行干燥處理，成型時(shí)無(wú)需太高壓力就能成型出薄壁長(zhǎng)流程制品。

1.聚乙烯塑料的結(jié)構(gòu)性能

聚乙烯為白色蠟狀半透明材料，柔而韌，比水輕，無(wú)毒，具有優(yōu)越的介電性能。易燃燒且離火后繼續(xù)燃燒。透水率低，對(duì)有機(jī)蒸汽透過(guò)率則較大。聚乙烯的透明度隨結(jié)晶度增加而下降在一定結(jié)晶度下，透明度隨分子量增大而提高。高密度聚乙烯熔點(diǎn)范圍為132～135℃，低密度聚乙烯熔點(diǎn)較低（112℃）且范圍寬。常溫下不溶于任何已知溶劑中，70℃以上可少量溶解于甲苯、乙酸戊酯、三氯乙烯等溶劑中。聚乙烯的分子是長(zhǎng)鏈線型結(jié)構(gòu)或支結(jié)構(gòu)，為典型的結(jié)晶聚合物。在固體狀態(tài)下，結(jié)晶部分與無(wú)定型共存。結(jié)晶度視加工條件和原處理?xiàng)l件而異，一般情況下，密度高結(jié)晶度就越大。分子量越高，其物理力學(xué)性能越好，越接近工程材料的要求水平。但分子量越高其加工的難度也隨之增大。聚乙烯耐低溫性能優(yōu)良，在-60℃下仍可保持良好的力學(xué)性能，但使用溫度在80～110℃。

聚乙烯是結(jié)晶熱塑性樹脂，它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子量、聚合度和其他性能很大程度上均依賴于使用的聚合方法。聚合方法決定了支鏈的類型和支鏈度。結(jié)晶度取決件分子鏈的規(guī)整程度與其所經(jīng)歷的熱歷史。聚乙烯對(duì)于環(huán)境應(yīng)力是很敏感的，耐熱老化性差于聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和加工條。聚乙烯可用一般熱塑性塑料的成型方法加工。用途十分廣泛，主要用來(lái)制造薄膜、包裝材料、容器、管道、單絲、日用品等，并可作為電視、雷達(dá)等的高頻絕緣材料。

聚乙烯化學(xué)穩(wěn)定性較好，室溫下可耐稀硝酸、稀硫酸和任何濃度的鹽酸、氫氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨水、胺類、過(guò)氧化氫、氫氧化鈉、氫氧化鉀等溶液。但不耐強(qiáng)氧化的腐蝕，如發(fā)煙硫酸、濃硝酸、鉻酸與硫酸的混合液。在室溫下，上述溶劑會(huì)對(duì)聚乙烯產(chǎn)生緩慢的侵蝕作用，而在90～100℃，濃硫酸和濃硝酸會(huì)快速地侵蝕聚乙烯，使其破壞或分解。

聚乙烯依聚合方法、分子量高低、鏈結(jié)構(gòu)之不同,分高密度聚乙烯、低密度聚乙烯及線性低密度聚乙烯。低密度聚乙烯(LDPE)俗稱高壓聚乙烯，因密度較低，材質(zhì)最軟，主要用在塑膠袋、農(nóng)業(yè)用膜等。高密度聚乙烯(HDPE)俗稱低壓聚乙烯，與LDPE及LLDPE相較，有較高之耐溫、耐油性、耐蒸汽滲透性及抗環(huán)境應(yīng)力開裂性，此外電絕緣性和抗沖擊性及耐寒性能很好，主要應(yīng)用于吹塑、注塑等領(lǐng)域。線型低密度聚乙烯(LLDPE)，則是乙烯與少量高級(jí)Α-烯烴在催化劑存在下聚合而成之共聚物。LLDPE外觀與LDPE相似，透明性較差些，惟表面光澤好，具有低溫韌性、高模量、抗彎曲和耐應(yīng)力開裂性，低溫下抗沖擊強(qiáng)度較佳等優(yōu)點(diǎn)。

2.聚乙烯塑料的類型特點(diǎn)

聚乙烯塑料有多種分類方法，主要按密度分類如下：

低密度聚乙烯簡(jiǎn)稱(LDPE)通常用高壓法(14.17～196.2MPa})生產(chǎn)，所以結(jié)晶度較低(4%～65%)，密度較小(0.910～0.925)，質(zhì)輕，柔性，耐低溫性一般、耐沖擊性較好。低密度聚乙烯（LDPE）是無(wú)色、半透明顆粒，分子中有長(zhǎng)支鏈，分子間排列不緊密一種塑料材料。它適合熱塑性成型加工的各種成型工藝，成型加工性好。LDPE主要用途是作薄膜產(chǎn)品，還用于注塑制品，醫(yī)療器具，藥品和食品包裝材料，吹塑中空成型制品等。低密度聚乙烯按聚合方法，可分為高壓法和低壓法。按照反應(yīng)器類型可分為釜式法和管式法。以乙烯為原料，送入反應(yīng)器，在引發(fā)劑的作用下以高壓壓縮進(jìn)行聚合反應(yīng)，從反應(yīng)器出來(lái)的物料，經(jīng)分離器除去未反應(yīng)的乙烯之后，經(jīng)熔融擠出造粒，干燥、摻合，送去包裝。

高密度聚乙烯簡(jiǎn)稱(HDPE)主要是采用低壓生產(chǎn),故又稱低壓聚乙烯。是一種結(jié)晶度高、非極性的熱塑性樹脂。原態(tài)HDPE的外表呈乳白色,在微薄截面呈一定程度的半透明狀。高密度聚乙烯，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。PE具有優(yōu)良的耐大多數(shù)生活和工業(yè)用化學(xué)品的特性。某些種類的化學(xué)品會(huì)產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，例如腐蝕性氧化劑(濃硝酸），芳香烴(二甲苯）和鹵化烴(四氯化碳）。該聚合物不吸濕并具有好的防水蒸汽性，可用于包裝用途。

超低密度聚乙烯薄膜，簡(jiǎn)稱U/VLDPE薄膜，其聚合機(jī)理與LLDPE相似，都是線型結(jié)構(gòu)，沒有長(zhǎng)鏈分支，所以又稱第二代LLDPE。超低密度聚乙烯由乙烯和極性單休，如乙酸乙酯、丙烯酸或丙烯酸甲醋共聚而成的一種新型的線型結(jié)構(gòu)樹脂。該共聚樹脂的最低密度為 0.912g/cm3。由于密度低，故具有其他類型 PE所不能比擬的柔軟度、柔順性，但仍具有較高密度線性聚乙烯的力學(xué)和熱學(xué)特性。超低密度聚乙烯在目前被稱為第四代聚乙烯。

3.線性低密度聚乙烯塑料性能、注塑工藝及其應(yīng)用

線型低密度聚乙烯(LLDPE)是近年來(lái)新開發(fā)并得到迅速發(fā)展的一種新類型聚乙烯，它是乙烯和一烯烴的共聚物。線型低密度聚乙烯，分子中一般只有短支鏈存在，機(jī)械性能介于高密度和低密度聚乙烯兩者之間，熔點(diǎn)比普通低密度聚乙烯高15℃，耐低溫性能也比低密度聚乙烯好，耐環(huán)境應(yīng)力開裂性比普通低密度聚乙烯高數(shù)十倍。此外，按生產(chǎn)方法可分為低壓法聚乙烯、中壓法聚乙烯和高壓法聚乙烯，聚乙烯的生產(chǎn)方法不同，其密度及熔體指數(shù)（表示流動(dòng)性）也不同。按分子量可分為低分子量聚乙烯、普通分子量聚乙烯和超高分子量聚乙烯。

線型低密度聚乙烯(LLDPE)按共聚單體類型主要?jiǎng)澐譃?種共聚物：C4(丁烯-1)、C6(己烯-1)和C8(辛烯-1)。其中丁烯共聚物是全球生產(chǎn)量最大的LLDPE樹脂，而己烯共聚物則是目前增長(zhǎng)最快的LLDPE品種。在LLDPE樹脂中，共聚單體的典型用量為5%～10%重量分?jǐn)?shù)，平均用量大約為 7%，茂金屬基的 LLDPE塑性體(mLLDPE)具有傳統(tǒng)LLDPE3倍多的平均共聚單體含量。與通常使用的丁烯共聚單體相比，以己烯和辛烯作為共聚單體生產(chǎn)的LLDPE具有更為優(yōu)良的性能。LLDPE樹脂的最大用途在于薄膜的生產(chǎn)，以長(zhǎng)鏈α-烯烴(如己烯、辛烯)作為共聚單體生產(chǎn)的LLDPE樹脂制成的薄膜及制品在拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、耐穿刺性、耐環(huán)境應(yīng)力開裂性等許多方面均優(yōu)于用丁烯作為共聚單體生產(chǎn)的LLDPE樹脂。

由于LLDPE是采用低壓法在具有配位結(jié)構(gòu)的高活性催化劑作用下，使乙烯和a-烯烴共聚而成，聚合方法與HDPE基本相同，因此與HDPE一樣，其分子結(jié)構(gòu)呈直鏈狀。但因a-烯烴的引入，致使分子鏈上存在許多短小而規(guī)整的支鏈，其支鏈數(shù)取決于共聚單體的摩爾數(shù)，一般分子鏈上每1000個(gè)碳原子有10～35個(gè)短支鏈，支鏈長(zhǎng)度由。一烯烴的碳原子數(shù)決定。不過(guò)LLDPE的支漣長(zhǎng)度一般大于HDPE的支鏈，支鏈數(shù)目也多。而與LDPE相比，卻沒有LDPE所特有的長(zhǎng)支鏈。LLDPE的分子鏈?zhǔn)蔷哂卸讨ф湹慕Y(jié)構(gòu)，其分子結(jié)構(gòu)規(guī)整性介于LDPE和HDPE之間，因此，密度和結(jié)晶度也介于HDPE和LDPE之間，而更接近于LDPF。另外，LLDPE相對(duì)分子質(zhì)量分布比LDPE窄，平均相對(duì)分子質(zhì)量較大，故而熔體枯度比LDPE大，加工性能較差，易發(fā)生熔體破裂現(xiàn)象。正是由于LLDPE結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，其性能與LDPE近似而又兼具HDPE的特點(diǎn)。

LLDPE用配位催化劑代替自由基引發(fā)劑，以及用較低成本的低壓氣相聚合取代成本較高的高壓反應(yīng)器，在比較短的時(shí)間內(nèi)，便以其優(yōu)異的性能和較低的成本，在許多領(lǐng)域已替代了LDPE。目前LLDPE幾乎滲透到所有的傳統(tǒng)聚乙烯市場(chǎng)，包括薄膜、模塑、管材和電線電纜。

4.高密度聚乙烯塑料性能、注塑工藝及其應(yīng)用

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)HDPE的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明狀。PE具有優(yōu)良的耐大多數(shù)生活和工業(yè)用化學(xué)品的特性。某些種類的化學(xué)品會(huì)產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，例如腐蝕性氧化劑（濃硝酸），芳香烴（二甲苯）和鹵化烴（四氯化碳）。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(qiáng)度高，使其很適用于電線電纜。中到高分子量等級(jí)具有極好的抗沖擊性，在常溫甚至在-40F低溫度下均如此。HDPE是一種由乙烯共聚生成的熱塑性聚烯烴。這種通用材料在不斷開發(fā)其新的用途和市場(chǎng)。各種等級(jí)HDPE的獨(dú)有特性是四種基本變量的適當(dāng)結(jié)合：密度、分子量、分子量分布和添加劑。不同的催化劑被用于生產(chǎn)定制特殊性能聚合物。這些變量相結(jié)合生產(chǎn)出不同用途的HDPE品級(jí)；在性能上達(dá)到最佳的平衡。

高密度聚乙烯是由乙烯、丁二烯單體在催化劑的作用下，聚合而成的粘均分子量大于150萬(wàn)的熱塑性工程塑料。該產(chǎn)品綜合性能優(yōu)越，耐磨損、耐低溫、耐腐蝕、自身潤(rùn)滑、抗沖擊性能在所有塑料中為最高值，耐磨性能優(yōu)于聚四氟乙烯、尼龍、聚甲醛、碳鋼、黃銅等材料，可長(zhǎng)期在-269℃～＋80℃條件下工作，所以是目前世界性能最好的工程塑料。

聚乙烯最通常的生產(chǎn)方法是通過(guò)淤漿或氣相加工法，也有少數(shù)用溶液相加工生產(chǎn)。所有這些加工過(guò)程都是由乙烯單體、a-烯烴單體、催化劑體系和各種類型的烴類稀釋劑參與的放熱反應(yīng)。氫氣和一些催化劑用來(lái)控制分子量。淤漿反應(yīng)器一般為攪拌釜或是一種更常用的大型環(huán)形反應(yīng)器，在其中料漿可以循環(huán)攪拌。當(dāng)乙烯和共聚單體和催化劑一接觸，就會(huì)形成聚乙烯顆粒。除去稀釋劑后，聚乙烯顆?；蚍哿１桓稍锊磩┝考尤胩砑觿蜕a(chǎn)出粒料。

5.聚乙烯塑料的產(chǎn)業(yè)發(fā)展及市場(chǎng)前景

我國(guó)聚乙烯行業(yè)通過(guò)多年不斷發(fā)展，目前裝置年產(chǎn)能達(dá)到1082萬(wàn)噸。在十二五期間仍有一批裝置投產(chǎn)，到十二五末期聚乙烯產(chǎn)能將達(dá)到1667萬(wàn)噸。國(guó)內(nèi)聚乙烯仍存在700多萬(wàn)噸的缺口不得不依托進(jìn)口。進(jìn)口產(chǎn)品憑借其相對(duì)較高的性能和成本優(yōu)勢(shì)占據(jù)了我國(guó)聚乙烯市場(chǎng)的重要比例。但是隨著國(guó)內(nèi)產(chǎn)能的擴(kuò)大和十二五期間烯烴原料的多元化，我國(guó)聚乙烯的自給率將大幅提高，對(duì)外依存度將逐漸降低。需求方面，作為聚乙烯主要消費(fèi)領(lǐng)域的塑料薄膜，由于其多應(yīng)用于終端消費(fèi)及運(yùn)輸環(huán)節(jié)，其需求的增長(zhǎng)與國(guó)內(nèi)整體經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的發(fā)展關(guān)系較大，基本維持著略高于國(guó)內(nèi)GDP的增長(zhǎng)，其增長(zhǎng)勢(shì)頭穩(wěn)定，存在需求剛性。聚乙烯的另一個(gè)重要的消費(fèi)領(lǐng)域是塑料管材，它的產(chǎn)量也隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化步伐加快、市政管道建設(shè)項(xiàng)目增加的實(shí)施不斷增加。未來(lái)幾年，城鎮(zhèn)供排水、燃?xì)夤艿溃约俺鞘械叵码娏?、通訊護(hù)套管道等市政用塑料管道仍將成為近幾年的發(fā)展重點(diǎn)。

生活水平的提高使得人們對(duì)包裝材料的功能和多樣化要求提高，比如保鮮膜、阻氣阻光膜、選擇性滲透膜、抗菌膜和印刷膜等，未來(lái) PE對(duì)于薄膜行業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏蛹?xì)化。

聚乙烯生產(chǎn)新工藝和新型催化劑的研究開發(fā)，推動(dòng)了聚乙烯工業(yè)的發(fā)展。目前冷凝及超冷凝技術(shù)在我國(guó)聚乙烯的生產(chǎn)中得到了實(shí)際應(yīng)用，并取得了很好的效果。國(guó)產(chǎn)聚乙烯催化劑不僅在國(guó)內(nèi)裝置中替代了進(jìn)口產(chǎn)品，還出口到國(guó)外。但我國(guó)聚乙烯技術(shù)與世界先進(jìn)水平相比還存在一定的差距，尤其是在原創(chuàng)性開發(fā)不足，依舊停留在對(duì)國(guó)外技術(shù)的模仿和改進(jìn)上。因此我國(guó)應(yīng)加大力度重要做好以下工作：加大研究開發(fā)力度，原創(chuàng)性的開發(fā)一批高性能聚烯烴催化劑，以提升我國(guó)聚烯烴工業(yè)的產(chǎn)品層次和附加值；重點(diǎn)加強(qiáng)雙峰技術(shù)在我國(guó)聚乙烯生產(chǎn)中的應(yīng)用，開發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的新的生產(chǎn)工藝，以提高我國(guó)聚乙烯工業(yè)生產(chǎn)的整體技術(shù)水平，以提升我國(guó)聚烯烴工業(yè)的產(chǎn)品層次和附加值，促進(jìn)我國(guó)聚烯烴行業(yè)快速發(fā)展。

6.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，聚乙烯可謂乙烯最重要的衍生物，約有60%的乙烯用于制造聚乙烯。由于具有優(yōu)異的電絕緣性、良好的耐化學(xué)性、很低的吸水性和突出的耐寒性。聚乙烯成為我國(guó)通用合成樹脂中產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的品種，其特點(diǎn)是價(jià)格便宜，性能較好，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、包裝及日常生活中，在塑料工業(yè)中占有舉足輕重的地位。巨大的需求以及生產(chǎn)能力的不足，也使中國(guó)成為世界聚乙烯供應(yīng)商角逐的主戰(zhàn)場(chǎng)。國(guó)內(nèi)產(chǎn)能不斷增長(zhǎng)，國(guó)外廠商爭(zhēng)相涌入，下游需求盡管也在增長(zhǎng)，但不一定跟上供應(yīng)的增長(zhǎng)。未來(lái)幾年內(nèi)，我國(guó)聚乙烯供需形勢(shì)很可能由供應(yīng)偏緊轉(zhuǎn)為趨向平衡，甚至走向逐步過(guò)剩。

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這就意味著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈。在嚴(yán)酷的挑戰(zhàn)面前，聚乙烯生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)企業(yè)應(yīng)在保持總產(chǎn)量適度增長(zhǎng)的同時(shí)，通過(guò)改革、改造、重組，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，著重提高聚乙烯產(chǎn)品的科技含量，增加高檔次專用料的比例，求得長(zhǎng)久穩(wěn)定的生存和發(fā)展。

[1]牟發(fā)章.聚丙烯和聚乙烯塑料解決方案.塑料2009年第6期120-120頁(yè).

[2]鐘明強(qiáng)王慧麗王永忠.新型抗菌聚乙烯塑料制備及性能研究.化工新型材料2009年第11期45-47頁(yè).

[3]彭富昌,陳守明,葉蓬.超高分子量聚乙烯塑料的性能、加工及應(yīng)用.云南化工2005年第32卷第2期..