高密度聚乙烯
酵素桶桶底部三角符号2
高密度聚乙烯(High Density Polyethylene,简称为“HDPE”),是一种结晶度
高、非极性的热塑性树脂。原态HDPE的外表呈乳白色,在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用和工业用化学品的特性。某些种类的化学品会产生化学及抗酸化性发酵体。
腐蚀,例如腐蚀性氧化剂(浓硝酸),芳香烃(二甲苯)和卤化烃(四氯化碳),抗酸化发酵。市场上分为工业级HDPE，食品级HDPE及医疗级适用于不同产品等级需求。该
聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性,可用于抗酸化包装类桶、饮用水管等用途。HDPE具有中到高分子量等级具有极好的抗冲击性, 在常温甚至在-40F低温度下均如此。
HDPE是一种由乙烯共聚生成的热塑性聚烯烃。虽然HDPE在1956年就已推出,这种通用材料还在不断开发其新的用途和市场。
高密度聚乙烯通常使用Ziegler-Natta聚合法制造,其特点是分子链上没有支链,
因此分子链排布规整,具有较高的密度。该过程在管式或釜式低压反应器中以乙烯为原 料,用氧或有机过氧化物为引发剂引发聚合反应。
高密度乙烯属环保材质,加热达到熔点,即可回收再利用。须知塑胶原料可大分为 两大类:“热塑性塑胶”(Thermoplastic)及“热固性塑胶”(Thermosetting),“
热固性塑胶”是加热到一定温度后变成固化状态,即使继续加热也无法改变其状态,因 此,有环保问题的产品是“热固性塑胶”的产品(如轮胎),并非是“热塑性塑胶”的
产品(如塑胶栈板注:栈板在港澳被称为“夹板”),所以并非所有“塑胶”皆不环保的工业级HDPE 。
主要特性
高密度聚乙烯细节图片HDPE是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。原态HDPE的外表呈乳白色,在微薄截面呈一定程度的半透明状，无味无毒。PE具有优良的耐大多数生活用品和工
业用化学品防酸化的特性。某些种类的化学品会产生化学腐蚀,例如腐蚀性氧化剂(浓硝酸) ,芳香烃(二甲苯)和卤化烃(四氯化碳)抗酸化发酵作用。该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性
,可用于包装用途。HDPE具有很好的电性能,特别是绝缘介电强度高,使其很适用于电 线电缆。中到高分子量等级具有极好的抗冲击性,在常温甚至在-40F低温度下均如此。 各种等级HDPE的独有特性是四种基本变量的适当结合:密度、分子量、分子量分布和添 加剂。不同的催化剂被用于生产定制特殊性能聚合物。这些变量相结合生产出不同用途 的HDPE品级;在性能上达到最佳的平衡。 密度
这是决定HDPE特性的主要变量,虽然被提到的4种变量确实起到相互影响作用。乙 烯是聚乙烯主要原料,少数的其它共聚单体,如1一丁烯、l一己烯或1一辛烯,也经常 用于改进聚合物性能,对HDPE,以上少数单体的含量一般不超过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。美国一般分类按ASTM D1248规定,HDPE的密度在0.940g/。C以上;中密度聚乙
烯(MDPE)密度范围0.926~0.940g/CC。其它分类法有时把MDPE归类于HDPE或LDPE 。均聚物具有最高密度、最大的刚度,良好的防渗透性和最高的熔点,但一般具有很差
抗环境应力开裂(ESCR)。ESCR是PE抗由机械或化学应力所引起的开裂性的能力。更高 的密度一般改进了机械强度性,例如拉伸强度、刚度和硬度;热性能如软化点温度和热 变形温度;防渗透性,如透气性或水蒸气透过性。较低的密度改进其冲击强度和E-SCR 。聚合物密度主要是受共聚单体加入的影响,但较少程度也受分子量影响。高分子量百 分数使密度略有降低。例如,在一个较宽分子量范围内均聚物具有不同的密度。 HDPE(高密度聚乙烯)国家技术标准表 序号项目指标
HDPE LLDPE EV A HDPE 普通环保
1 厚度mm 0.2-3.0 0.2-3.0 0.2-4.0 0.2-4.0 2 宽度m 2.5-9.0 2.5-9.0 2.5-8.0 2.5-8.0 3 拉伸强度(纵横)Mpa >=1 4 >=16 >=16 >=17 >=25
4 断裂伸长率(纵横)% >=400 >=700 >=550 >=450 >=550 5 直角撕裂强度N/mm >=50 >=60 >=60 >=80 >=110
6 水蒸气渗透系数g. cm/c㎡.s. pa <1.0*10 <1.0*10 <1.0*10 ————— —
7 使用温度范围+70℃﹋-70℃+70℃﹋-70℃+70℃﹋-70℃—— ————
8 炭黑含量% ————————— 2.0-3.0
9 耐环境应力开裂F —————————>=1500
10 -70℃低温冲击脆化性能—————————通过pass 11 200℃酸化氧化诱导时间—————— [1]
生产和催化剂及抗酸化体
PE最通常的生产方法是通过淤浆或气相加工法,也有少数用溶液相加工生产。所有这些加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
各种类型的烃类稀释剂参与的放热反应。氢气和一些催化剂用来控制分子量。淤浆反应 器一般为搅拌釜或是一种更常用的大型环形反应器,在其中料浆可以循环搅拌。当乙烯 和共聚单体(根据需要)和催化剂一接触,就会形成聚乙烯颗粒。除去稀释剂后,聚
乙烯颗粒或粉粒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 反应器的现代化生产线,可每小时生产PE40000磅以上。新的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的铬氧化物为基础的催化剂和钛化合物一烷基铝催化剂。菲利浦型催化剂生产的HDPE有中宽度分子量分布;钛一烷基铝催化剂生产的分子量分布窄。用复式反应器生产窄MDW的聚合物所用催化剂也可用于生产宽MDW品级。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生产出双峰分子量聚合物,这种聚合物具有全宽域的分子量分布。 分子量
较高的分子量导致较高的聚合物粘度,不过粘度也与测试所用的温度和剪切速率有关。用流变或分子量测量对材料的分子量进行表征。HDPE的品级一般具有的分子量范围是40 000~300 000,重均分子量大致与熔融指数范围相对应,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
过程更难或且需要更高的压力或温度。
分子量分布(MWD):PE的WD根据使用的催化剂和加工过程而有从窄到宽的不同。 最常用的MWD测量指数是不匀度指数(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提供了在模塑过程中的低翘曲性和高冲击性。中到宽MWD提供了对多数挤塑过程的可加工性。宽MWD也可改进熔体强度和抗蠕变性。 添加剂
抗氧剂的加入可防止聚合物在加工过程中降解,并防止制成品在使用中氧化。抗静
电添加剂用于许多包装品级以减少瓶子或包装物对灰尘和污物的粘附。特定的用途需要 特殊的添加剂配方,例如与电线、电缆用途相关的铜抑制剂。优良的耐气候性和抗紫外 线(或日光)可通过添加抗UV添加剂。没有添加抗紫外线或炭黑的PE,建议不要持续在 户外使用。高等级的炭黑颜料提供了优良的抗UV性并可经常在户外应用,如电线、电缆 、槽池村层或管子。 加工方法
PE可用很宽的不同加工法制造。以乙烯为主要原料,丙烯、1-丁烯、己烯为共聚体 ,在催化剂的作用下,采用淤浆聚合或气相聚合工艺,所得到的聚合物经闪蒸、分离、 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:用于挤塑生产的品级一般具有小于1的熔体指数和中宽到宽的MWD。在加工 过程中,低的MI可获得适宜的熔体强度。更宽MWD品级更适于挤塑,因为它们具有更高 的生产速度,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,如电线、电缆、软管、管材和型材。管材应用范围从用于天然
气小截面黄管到48in直径用于工业和城市管道的厚壁黑管。大直径中空壁管用作混凝土 制成的雨水排水管和其它下水道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。其它片材和热成型产品包括挡泥板、槽罐衬里、盘盆防护罩、运输箱和 罐。一种大量的增长迅速的片材应用是地膜或池底村里,这是基于MDPE具有韧性、耐化 学性和不渗透性。
▲吹塑:在美国销售的HDPE1/3以上用于吹塑用途。这些范围从装漂白剂、机油、
洗涤剂、牛奶和蒸馏水的瓶子到大型冰箱、汽车燃料箱和筒罐，这也分为不同选择牌号用途过工业级，食品级，医疗级。吹塑品级的特性指标,
如熔体强度、ES-CR和韧性,与用于片材和热成型应用级相似,故相似品级可以采用。
注射-吹塑通常用于制造更小的容器(小于16oz),用于包装药品、抗酸化体使用桶、洗发液和化妆
品。这种加工过程的一个优点是生产瓶子自动去边角,不需象一般吹塑加工那样的后期
修整步骤。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。 ▲注塑:HDPE有数不清的应用,所以选择所需要的要求级别牌号上千百种，范围从可重复使用的薄壁饮料杯到5-gsl罐,高级营养品瓶瓶罐罐，消费市场上国内生产的HDPE的1/5。注塑品级一般熔体指数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。用途包括日用品和食品及薄壁包装物;有韧性、耐用的食
品和涂料罐;高抗环境应力开裂应用,如小型发动机燃料箱和90-gal垃圾罐等。 ▲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通常的密度范围从0.935到
0 .945g/CC,具有窄MWD,使产品具有高冲击性和最小的翘曲,其熔体指数范围一般为3 —8。更高MI品级通常不适用,因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。
高性能滚塑应用系利用其化学可交联品级的独特性能。这些品级在模塑周期的第一 段,流动性好,而后交联以形成其卓越的抗环境应力开裂性、韧性。耐磨性和耐气候性 。可交联PE唯一适用于大型容器,范围从500-gal运输各种化学品储罐到20,000-gal 农用储箱。
▲薄膜:PE薄膜加工一般用普通吹膜加工或平挤加工法。大多数PE用于薄膜,通用
低密度PE(LDPE)或线性低密PE(LLDPE)都可用。HDPE薄膜级一般用于要求优越的拉伸性和极好的防渗性的地方。例如,HDPE膜常用于商品袋、杂货袋和食物包装。 产品性能
高密度聚乙烯为无毒、无味、无臭的白色颗粒,熔点约为130℃,相对密度为
0.941~0.960。它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。
熔化温度220~260℃。对于分子较大的材料,建议熔化温度范围在200~250℃之间。
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