高密度聚乙烯特性密度加工（gōng）方法及应用用途

高密度聚乙烯，英文名称为“High Density Polyethylene”，简称为“HDPE”。HDPE是一种结晶度高、非极性的热（rè）塑性树脂。原（yuán）态HDPE的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透（tòu）明状。PE具有优良的耐（nài）大（dà）多（duō）数生活和（hé）工业用化学品的特性。某些种类的化学品会产生化学腐蚀（shí），例如腐蚀性氧化剂（浓硝酸（suān）），芳香烃（二甲苯）和卤化烃（四氯化碳）。该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性，可用于包装（zhuāng）用途。HDPE具有很好的电性能，特别是绝缘介电强度高，使其很适用于（yú）电线电缆。中到（dào）高（gāo）分子量等级具有极好的抗冲击性，在常温甚（shèn）至在-40F低温度下均如此。

HDPE是一种由乙烯共聚生成（chéng）的热塑性聚烯烃。虽然HDPE在1956年就已推出，但这种塑料还没达到成熟水平。这种通用材料（liào）还在不断开发其（qí）新（xīn）的用途和市场（chǎng）。

【主要特性（xìng）】
HDPE是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。原态HDPE的外表呈乳白（bái）色，在（zài）微薄截面呈一定程度的半透明状。PE具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性。某些种类的化学品会产生化学腐蚀，例如腐蚀性氧化剂（jì）（浓硝酸），芳香烃（二甲苯）和卤化烃（四（sì）氯化碳）。该聚（jù）合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性，可用于包装（zhuāng）用途。HDPE具有很（hěn）好的（de）电性能，特别是绝（jué）缘介电强度高，使其很适用于电（diàn）线电（diàn）缆。中到高分子（zǐ）量等（děng）级具有极好的抗冲击性，在常温（wēn）甚至在-40F低温度下均如此。各种等级HDPE的（de）独有（yǒu）特性是四种基本（běn）变量的适当结合：密（mì）度、分子量、分子（zǐ）量分布和添加剂。不同的催化剂被用（yòng）于生产定制（zhì）特殊性能聚合（hé）物。这些（xiē）变量相结（jié）合（hé）生产出（chū）不同用途的HDPE品（pǐn）级；在性能上达到最佳的平衡。


【密度（dù）】
这是决定HDPE特性的主要变（biàn）量，虽然被提（tí）到的4种变量确实起到相互影（yǐng）响作用。乙烯是聚乙（yǐ）烯主要原料，少数的其它共（gòng）聚单（dān）体，如1一丁烯、l一己烯或1一辛烯，也经常用（yòng）于（yú）改（gǎi）进聚合物性能，对HDPE，以上少数单（dān）体的（de）含量（liàng）一般不（bú）超（chāo）过1％－2％。共聚单体的加入轻微地减小了聚合物的结晶度。这种改变一般由密度来衡量，密度与结晶率呈线性关系（xì）。美国一般分类按ASTM D1248规定（dìng）， HDPE的（de）密度在 0．940g／。C以上；中密度（dù）聚乙烯（xī）（MDPE）密度范围0．926～0．940g／CC。其（qí）它分类法有时把MDPE归类于HDPE或LLDPE。均聚物具有最高（gāo）密度、最大的刚度，良好的（de）防渗透性和最高的（de）熔点，但一般具有很差抗环境应力开裂（ESCR）。ESCR是PE抗由机（jī）械或化学（xué）应力所引起的开裂性的能力。更高的密度一般改进了机（jī）械（xiè）强度性，例如拉伸强度、刚度和硬度；热性能如软化点（diǎn）温度（dù）和热变（biàn）形（xíng）温度（dù）；防渗透性，如透气性或水蒸气透过性。较低的密（mì）度改进其冲（chōng）击强度和E－SCR。聚合物（wù）密度主要是受共聚单体（tǐ）加入的影响，但较少程度也受分子（zǐ）量影响。高分（fèn）子量（liàng）百分数使密度略有降（jiàng）低。例（lì）如，在一个较宽分子量范围内均聚物（wù）具（jù）有不同的密度。


【生（shēng）产和催化剂】
PE最通常的（de）生产方法是通过淤浆或气相加工法，也有少（shǎo）数用溶液相加工生产。所有这些加（jiā）工过程都是由乙烯单体、a-烯烃单体、催化剂体系（可能是不止一种化合物）和各种类型（xíng）的烃类稀释剂参与的放热反应。氢气和一（yī）些催化剂用来控（kòng）制分（fèn）子量。淤浆反应器一般为搅拌釜或是一（yī）种更常（cháng）用的大型环形（xíng）反应（yīng）器，在其（qí）中料浆可以循环搅拌。当乙烯和共（gòng）聚单体（根据需要）和催化剂一接触，就会形成聚乙烯颗（kē）粒。除去稀释剂后，聚乙烯颗粒或粉粒（lì）被干燥并按剂量加入添加剂，就生产出粒料。带有双螺杆挤出机的大型反应（yīng）器的现代化生产线，可每小时生产 PE40000磅以上。新的（de）催化剂的开发为改进新等级HDPE的性能作出贡献。两种最常用的催化剂种类是菲利浦（pǔ）的铬氧化物为基础的催（cuī）化剂和（hé）钛（tài）化合物一（yī）烷基铝催化剂。菲利浦型催化剂生（shēng）产的HDPE有 中宽度分子量分布；钛一烷基铝催化剂生产的（de）分子量分布窄。用复式（shì）反应（yīng）器生产窄MDW的聚合物所用催化剂也可用 于（yú）生产宽（kuān）MDW品（pǐn）级。举例来说，生产显著不同分子量产品的两个串联反应器可以（yǐ）生产出（chū）双峰分子量聚合物，这种聚合物具有全宽域的分子（zǐ）量分布。

【分子量】
较高的分子量导致较高的聚合物粘度，不过粘度也（yě）与测试所用的温（wēn）度和剪切速率有关。用流（liú）变或分子量测量（liàng）对材料的分子量进行（háng）表征。HDPE的（de）品（pǐn）级一般具有（yǒu）的分子量范围是40 000～300 000，重均分子量（liàng）大致与熔（róng）融指数范围相对应，即从100～ 0． 029／10min。通常地，更高的MW（更低的熔融指数MI）增强了熔体强度、更好韧性和ESCR，但是更高MW使加工
过程更难或且（qiě）需要更高的压力或温度（dù）。

分子量分布（MWD）：PE的WD根据使（shǐ）用的催化剂和（hé）加工过（guò）程而有从窄到宽的不同。

最常用的MWD测量指数是不（bú）匀度指数（HI），它等于重均分子量（MW）除以数均分子量（Mn）。所有HDPE品级的这个指数范围是4—30。窄MWD 提供了在（zài）模塑过程中的低翘曲性和高冲击性。中到宽MWD提（tí）供了对（duì）多数挤塑（sù）过程的可加工性。宽MWD也（yě）可改（gǎi）进熔体（tǐ）强（qiáng）度和抗蠕变性。

【添加剂】
抗氧剂的（de）加（jiā）入（rù）可防（fáng）止聚合物在（zài）加工（gōng）过程（chéng）中降解，并（bìng）防止（zhǐ）制成品在使（shǐ）用中氧（yǎng）化。抗静（jìng）电添加剂用（yòng）于许多包装品级以减少瓶子或包装物对灰尘（chén）和污物的粘附。特定的用途需要特殊的添加剂配方，例如与电线、电缆用途相关的铜（tóng）抑制剂。优良的耐气候（hòu）性和抗紫外线（或日光）可（kě）通过添加抗UV添加剂（jì）。没有添加抗（kàng）紫外（wài）线或炭黑的（de） PE，建议不要持续在户外使用。高等级的（de）炭黑颜料提（tí）供了优良的抗UV性并可经常在户外应用（yòng），如电线、电缆、槽池村层或管子。


【加工方法】
PE可（kě）用很宽（kuān）的不同加工法制造。以（yǐ）乙烯为主要原料，丙烯（xī）、1-丁烯、己（jǐ）烯为共聚体，在催化剂的作用下（xià），采用淤浆聚合或气相聚合工艺，所得到的聚合物经闪蒸、分（fèn）离、干燥、造粒等工序，获得颗粒均匀的成品。包括诸如片材挤塑、薄膜挤出、管材或型材挤塑，吹塑、注塑和滚塑。

▲挤塑：用于挤塑（sù）生产的（de）品级一般具有小于1的熔体指数和中宽（kuān）到宽的MWD。在（zài）加（jiā）工过程（chéng）中，低的MI可获得适宜的熔体强度。更宽MWD品级更适（shì）于挤塑，因为它们具有更高的（de）生产（chǎn）速度（dù），较低的模口压力而且熔体断裂趋势减少。

PE有许多挤塑用途，如（rú）电线、电缆、软管、管材和型材。管（guǎn）材应（yīng）用（yòng）范围从（cóng）用（yòng）于天然气小截面黄管到48in直径用于工业和（hé）城市管道（dào）的（de）厚壁黑（hēi）管。大（dà）直（zhí）径中空壁管用作混凝土制成的雨水排（pái）水管和其它下水道（dào）管线的替代物增长迅速。

板材和热成型：许多大型野餐型冷藏箱的热成型衬里是由PE制成的，具有韧性、重量轻和耐用性。其（qí）它片材和热成型产品包括挡（dǎng）泥板、槽罐衬里（lǐ）、盘盆防（fáng）护罩、运输箱和罐。一种大量的（de）增长迅速的片材应用是地膜或池（chí）底村里，这是基于MDPE具有韧性、耐化学性和不渗透性。

▲吹塑：在美（měi）国销售的（de） HDPE1／3以上用于吹塑用途。这些范围从装漂（piāo）白剂、机油、洗涤剂、牛奶和蒸馏水的瓶（píng）子到大型（xíng）冰箱、汽车燃料箱和（hé）筒罐。吹塑品级的特性指标，如熔体强度、ES－CR和韧性，与用（yòng）于片材和热成型应用级相似（sì），故相似品级可以采用。

注射-吹塑通常（cháng）用于制造更小的容器（小于16oz），用于包装药品、洗发液和化妆品。这种加（jiā）工过程的一个优点是生产瓶子自动去边（biān）角，不需象一般吹塑加工那样的后期修整（zhěng）步骤。尽管有某些窄MWD品级用于改进表面光洁度，一般使用中宽到宽MWD品级（jí）。

▲注（zhù）塑：HDPE有数不清的应（yīng）用，范围（wéi）从可重复使用的薄壁饮料杯到5－gsl罐，消（xiāo）费国内生产的HDPE的1／5。注塑品级一（yī）般熔体指（zhǐ）数5～10，有具有韧性较低流动性品级和具有可加工性的较高流动性品级。用途（tú）包括日（rì）用（yòng）品和食品薄壁包装物；有韧性、耐用（yòng）的食品和涂料（liào）罐；高抗环境（jìng）应力开裂应用，如小型发动机燃料箱和（hé）90－gal垃圾罐。

▲滚塑：采用这种加工法的材料一般被粉碎成粉末料，使其在热循（xún）环中熔融并流动。滚塑使用两类PE：通用和可交联类。通用级MDPE／HDPE通（tōng）常的密（mì）度范围从 0．935到 0．945g／CC，具（jù）有窄MWD，使产品具有高冲击性和最小（xiǎo）的翘（qiào）曲，其熔体（tǐ）指数（shù）范（fàn）围一般为3—8。更高MI品级通常不适用，因（yīn）为它们不具备滚塑制品希望的冲击性和抗环境应力开裂性（xìng）。

高性能滚塑（sù）应用系利用其化学可交联品级的独（dú）特性能。这些品级在模塑周期的第一（yī）段，流动性好，而后（hòu）交联（lián）以形（xíng）成其卓越的抗环境应力开裂性、韧性。耐磨（mó）性和耐气候性（xìng）。可交联（lián）PE唯一适用于（yú）大型容器，范围从500－gal运输各（gè）种化学品储罐到20，000－gal农用储箱。

▲薄（báo）膜：PE薄膜加工一般用（yòng）普通吹膜加工或平挤（jǐ）加工法。大多数PE用（yòng）于薄膜，通用低密度PE（LDPE）或线性低密PE（LLDPE）都可用（yòng）。HDPE薄膜级一般（bān）用于要求优越（yuè）的（de）拉（lā）伸性和极好的防渗性的地（dì）方。例如，HDPE膜常用于商品袋、杂货（huò）袋和食物包装。

【产品（pǐn）性能】
高密（mì）度聚乙烯为无毒、无味、无臭的白色颗（kē）粒，熔点（diǎn）约为130℃，相对密度为0.941~0.960。它（tā）具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好。介电性能，耐环境应力开裂性亦较好。

【包装与储（chǔ）运】
贮（zhù）存时应远离火源，隔热，仓库内应保持干燥、整洁，严禁（jìn）混入任何杂质，严（yán）禁日晒（shài）、雨（yǔ）淋。运输应贮放在清洁、干燥有顶棚的车厢（xiāng）或船舱（cāng）内，不得有铁（tiě）钉等尖锐物。严禁与易燃的芳香烃、卤代烃等有机溶剂混运。

【回收（shōu）利用】
HDPE是塑料回收市场增长最（zuì）快的一部分。这主要（yào）因为其易再加工，有最小限度的降解特性和其（qí）在包装用途的大量应用。主要的回收利（lì）用是将（jiāng） 25％的回收材料，例如后消费回收物（PCR），与纯HDPE经（jīng）再（zài）加工后用于制造不与食物接触的瓶子。