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2021-01-31

 

上期从零开始,我们介绍了pvc原料,了解到pvc材料因为有着诸多优点,成为了产量仅此于聚乙烯塑料的材料。作为世界上用量最多的材料,它有什么样独特的性能呢?。既然我们讲到了产量第二的材料,那么就不得不讲一下排在第一的聚乙烯(pe)。作为世界上用量最多的材料,今天我们就深入了解,揭开聚乙烯(pe)的神秘面纱。

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no.1

聚乙烯的定义

聚乙烯(polyethylene ,简称pe)是树脂分子中结构最为简单的一种,也是目前产量最大的树脂品种之一,用途极为广泛的一种颗粒,见图1。它是由单体乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂,分子无极性,在工业上,也包括乙烯与少量α-烯烃的共聚物。

聚乙烯无臭,无毒,手感似蜡,具有优异的电绝缘性和化学稳定性,可耐大部分酸、碱、盐等介质的侵蚀,易于成型加工,并且品种较多,可满足不同的性能要求。

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1 聚乙烯原料颗粒

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2 聚乙烯分子的球棍模型

 

 

 

no.2

聚乙烯的分类

从表面上看,聚乙烯分子是由碳、氢元素有序排列而成,实际上,由微观分子示意图可以看到,聚乙烯分子链并不完美。根据聚乙烯大分子链结构不同,我们可以将其分为低密度聚乙烯(ldpe)、线性低密度聚乙烯(lldpe)、高密度聚乙烯(hdpe)三种类型,见图4。

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4 不同结构的聚乙烯分子链

 

 

 

no.3

三种类型聚乙烯原料的比对

我们可以通过下表对比三种类型的pe树脂的性能。

 

1 三种不同类型的pe树脂物理化学性能比对

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pe的力学性能、耐低温性能、耐环境应力开裂性能等均与密度、结晶度和相对分子量有关联。聚乙烯材料中结晶部分具有较高的强度,非结晶部分柔性和弹性较好,力学性能随相对分子量、密度和结晶度这三种集中指标的增大而提高,早期ldpe材料强度和刚性较低,经过几十年的发展,ldpe升级到lldpe,材料在性能方面得到提升,使用lldpe材料生产在管材具有耐蠕变、耐开裂等优良性能,至20世纪80年代末,运用pe100材料生产管材,管材具备耐快速开裂、耐蠕变性好等优异性能。

此外,材料的加工性能、力学性能与相对分子量密切相关,普通聚乙烯的相对分子量在1.5万~30万,而超高分子量聚乙烯(uhmwpe)是一种极为坚韧的工程塑料,其相对分子量在150万以上。pe的耐热性不高但耐低温性能优异,脆性温度一般可达-50℃以下,并随相对分子质量的增大,最低可达-140℃。一般聚乙烯材料易产生环境应力开裂,但随着相对分子质量的提高,其耐环境应力开裂能力增强,所以管材生产中选择相对分子量较大的hdpe进行生产,可保证产品的优异性能。由此可见,聚乙烯树脂的相对分子量的大小尤其重要,在日常来料检测管控中,我们用熔体流动速率试验机测量pe树脂的熔体流动速率(mfr)来衡量pe树脂相对分子量的大小,以确认树脂质量符合产品生产要求。通过图5可以了解mfr与熔体黏度、成型加工的关系:

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5  mfr与熔体粘度、成型加工的关系图

 

 

 

no.4

不同类型的聚乙烯树脂用途不同

聚乙烯的类型不同,其应用范围也不同,见表2及。

 

2 三种pe树脂用途及比对

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no.5

pe成型加工特点

1)pe为结晶性原料,吸湿性极小,不超过0.01%,因此在加工前无需进行干燥处理。

2)pe分子链柔性好,键间作用力小,熔体粘性低,流动性极好,因此成型时无需太高压力就能成型出制品。

3)pe的收缩率范围大,收缩值大,方向性明显,ldpe收缩率为1.22%左右,hdpe收缩率在1.5%左右。因此容易变形翘曲,模具冷却条件对收缩率的影响很大,故应该控制好模具温度,保持冷却均匀、稳定。

4)pe的结晶能力高,模具的温度对塑件的结晶状况有很较大的影响。模温高,熔体冷却慢,塑件结晶度高,强度也就高。

5)pe的熔点不高,但比热容较大,因此塑化时仍需要消耗较多的热量,故要求塑化装置要有较大的加热功率,以便提高生产效率。

6)pe熔体的非牛顿性不明显,剪切速率的改变对粘度的影响较小,pe熔体粘度受温度的影响也较小。

7)pe熔体的冷却速度较慢,因此必须充分冷却,模具应该有较好的冷却系统。

8)pe的成型温度较宽,一般在200℃~250℃,在流动状态下,温度的少许波动对挤出及注塑成型没有影响。

9)pe的热稳定性较好,一般在300℃以下无明显的分解现象,对质量无太大影响。

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no.6

pe在塑料管道中的应用

随着经济的发展和人民的生活水平不断提高,非金属管材正异军突起,pe材料广泛应用于各种给排水管道。pe管分为高密度聚乙烯管(hdpe)、中密度聚乙烯管(mdpe)和低密度聚乙烯管(ldpe),但在给排水领域中,应用最广泛的是高密度聚乙烯管。同钢管相比hdpe管的强度较低,但其断裂伸长率却非常高,延伸性好,这就意味着当地面不均匀沉降时,柔韧的hdpe管能够抗变形而不断裂。并且pe是一种无毒塑料,绿色环保。    

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6  pe管材生产工艺流程图

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7  pe管件生产工艺流程图

 

 

 

 

no.7

pe管材的特点

1)耐腐蚀:管道地下埋设不需要做防腐层,使用寿命长。

2)无泄漏:可采用热熔连接,接口强度高。

3)高韧性:pe管道的断裂伸长率一般超过500%,对地面沉降的适应能力非常强。

4)重量轻:pe密度较小,管材整体重量轻,施工劳动强度降低。

5)水阻小:管道内表面光滑,水流阻力小。

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