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高密度聚乙烯


   

密度聚乙烯(High Density Polyethylene,簡稱為「HDPE」),是一種結晶度高、非極性的熱塑性樹脂。原態HDPE的外表呈乳白色,在微薄截面呈一定程度的半透明狀。PE具有優良的耐大多數生活和工業用化學品的特性。某些種類的化學品會產生化學腐蝕,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)。該聚合物不吸濕並具有好的防水蒸汽性,可用於包裝用途。HDPE具有很好的電性能,特別是絕緣介電強度高,使其很適用於電線電纜。中到高分子量等級具有極好的抗衝擊性,在常溫甚至在-40F低溫度下均如此。

HDPE材料特性

  【英文全稱】High Density Polyethylene
  【英文縮寫】HDPE
  【中文全稱】高密度聚乙烯
  【常用俗稱】低壓乙烯
  【組成單體】乙烯
  【基本特性】高密度聚乙烯是一種不透明白色臘狀材料,比重比水輕,比重為0.941~0.960,柔軟而且有韌性,但比LDPE略硬,也略能伸長,無毒,無味。
  【燃燒特性】易燃,離火后能繼續燃燒,火焰上端呈黃色,下端呈藍色,燃燒時會熔溶,有液體滴落,無黑煙冒出,同時,發出石臘燃燒時發出的氣味
  【主要優點】耐酸鹼,耐有機溶劑,電絕緣性優良,低溫時,仍能保持一定的韌性。表面硬度,拉伸強度,剛性等機械強度都高於LDPE,接近於PP,比PP韌,但表面光潔度不如PP。
  【主要缺點】機械性能差,透氣差,易變形,易老化,易發脆,脆性低於PP,易應力開裂,表面硬度低,易刮傷。難印刷,印刷時,需進行表面放電處理,不能電鍍,表面無光澤。
  【應用場合】用於擠出包裝薄膜,繩索,編織袋,漁網,水管;注塑低檔日用品及外殼,非承載荷構件,膠箱,周轉箱;擠出吹塑容器,中空製品,瓶子。
  【注塑工藝】HDPE有數不清的應用,範圍從可重複使用的薄壁飲料杯到5-gsl罐,消費國內生產的HDPE的1/5。注塑品級一般熔體指數5~10,有具有韌性較低流動性品級和具有可加工性的較高流動性品級。用途包括日用品和食品薄壁包裝物;有韌性、耐用的食品和塗料罐;高抗環境應力開裂應用,如小型發動機燃料箱和90-gal垃圾罐。
  一般的HDPE熔點為142℃,分解溫度為300℃;注塑溫度的可調區間較大。注塑時,一般使用溫度為180℃--230℃;因是烯烴類塑料,它不吸水,生產時,不需烘乾,但為了產品質量,可用60℃溫度烘乾1hr,以排出浮水;聚乙烯的熔體粘度大,流長比小,薄壁製品可能缺膠,因此,澆口和流道相對較大;製品易帶靜電,表面易吸
  埃。收縮率為16‰;溢邊值為0.05mm

歷史發展

  HDPE是一種由乙烯共聚生成的熱塑性聚烯烴。雖然HDPE在1956年就已推出,但這種塑料還沒達到成熟水平。這種通用材料還在不斷開發其新的用途和市場。
  高密度聚乙烯通常使用Ziegler-Natta聚合法製造,其特點是分子鏈上沒有支鏈,因此分子鏈排布規整,具有較高的密度。該過程在管式或釜式低壓反應器中以乙烯為原料,用氧或有機過氧化物為引發劑引發聚合反應。
  高密度乙烯屬環保材質,加熱達到熔點,即可回收再利用。須知塑膠原料可大分為兩大類:「熱塑性塑膠」(Thermoplastic)及「熱固性塑膠」(Thermosetting),「熱固性塑膠」是加熱到一定溫度后變成固化狀態,即使繼續加熱也無法改變其狀態,因此,有環保問題的產品是「熱固性塑膠」的產品(如輪胎),並非是「熱塑性塑膠」的產品(如 塑膠棧板 注:棧板在港澳被稱為「夾板」),所以並非所有「塑膠」皆不環保。

主要特性

高密度聚乙烯細節圖片

  HDPE是一種結晶度高、非極性的熱塑性樹脂。原態HDPE的外表呈乳 白色,在微薄截面呈一定程度的半透明狀。PE具有優良的耐大多數生活和工業用化學品的特性。某些種類的化學品會產生化學腐蝕,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)。該聚合物不吸濕並具有好的防水蒸汽性,可用於包裝用途。HDPE具有很好的電性能,特別是絕緣介電強度高,使其很適用於電線電纜。中到高分子量等級具有極好的抗衝擊性,在常溫甚至在-40F低溫度下均如此。各種等級HDPE的獨有特性是四種基本變數的適當結合:密度、分子量、分子量分佈和添加劑。不同的催化劑被用於生產定製特殊性能聚合物。這些變數相結合生產出不同用途的HDPE品級;在性能上達到最佳的平衡。

密度

  這是決定HDPE特性的主要變數,雖然被提到的4種變數確實起到相互影響作用。乙烯是聚乙烯主要原料,少數的其它共聚單體,如1一丁烯、l一己烯或1一辛烯,也經常用於改進聚合物性能,對HDPE,以上少數單體的含量一般不超過1%-2%。共聚單體的加入輕微地減小了聚合物的結晶度。這種改變一般由密度來衡量,密度與結晶率呈線性關係。美國一般分類按ASTM D1248規定, HDPE的密度在 0.940g/。C以上;中密度聚乙烯(MDPE)密度範圍0.926~0.940g/CC。其它分類法有時把MDPE歸類于HDPE或LLDPE。均聚物具有最高密度、最大的剛度,良好的防滲透性和最高的熔點,但一般具有很差抗環境應力開裂(ESCR)。ESCR是PE抗由機械或化學應力所引起的開裂性的能力。更高的密度一般改進了機械強度性,例如拉伸強度、剛度和硬度;熱性能如軟化點溫度和熱變形溫度;防滲透性,如透氣性水蒸氣透過性。較低的密度改進其衝擊強度和E-SCR。聚合物密度主要是受共聚單體加入的影響,但較少程度也受分子量影響。高分子量百分數使密度略有降低。例如,在一個較寬分子量範圍內均聚物具有不同的密度。

HDPE(高密度聚乙烯)國家技術標準

  
序號項 目指 標HDPELLDPEEVAHDPE
普通環保




1厚度mm0.2-3.00.2-3.00.2-4.00.2-4.0
2寬度m2.5-9.02.5-9.02.5-8.02.5-8.0
3拉伸強度(縱橫)Mpa>=14>=1600000000>=17>=25
4斷裂伸長率(縱橫)%>=400>=700>=550>=450>=550
5直角撕裂強度N/mm>=50>=60>=60>=80>=110
6水蒸氣滲透係數g. cm/c㎡.s. pa<1.0*10<1.0*10<1.0*10——————
7使用溫度範圍+70℃﹋-70℃+70℃﹋-70℃+70℃﹋-70℃——————
8炭黑含量%—————————2.0-3.0
9耐環境應力開裂F—————————>=1500
10-70℃低溫衝擊脆化性能—————————通過pass
11200℃氧化誘導時間——————


生產和催化劑

  PE最通常的生產方法是通過淤漿或氣相加工法,也有少數用溶液相加工生產。所有這些加工過程都是由乙烯單體、a-烯烴單體、催化劑體系(可能是不止一種化合物)和各種類型的烴類稀釋劑參與的放熱反應。氫氣和一些催化劑用來控制分子量。淤漿反應器一般為攪拌釜或是一種更常用的大型環形反應器,在其中料漿可以循環攪拌。當乙烯和共聚單體(根據需要)和催化劑一接觸,就會形成聚 乙烯顆粒。除去稀釋劑后,聚乙烯顆粒或粉粒被乾燥並按劑量加入添加劑,就生產出粒料。帶有雙螺桿擠出機的大型反應器的現代化生產線,可每小時生產PE40000磅以上。新的催化劑的開發為改進新等級HDPE的性能作出貢獻。兩種最常用的催化劑種類是菲利浦的鉻氧化物為基礎的催化劑和鈦化合物一烷基鋁催化劑。菲利浦型催化劑生產的HDPE有 中寬度分子量分佈;鈦一烷基鋁催化劑 生產的分子量分佈窄。用複式反應器生產窄MDW的聚合物所用催化劑也可用 于生產寬MDW品級。舉例來說,生產顯著不同分子量產 品的兩個串聯反應器可以生產出雙峰分子量聚合物,這種聚合物具有全寬域的分子量分佈。

分子量

  較高的分子量導致較高的聚合物粘度,不過粘度也與測試所用的溫度和剪切速率有關。用流變或分子量測量對材料的分子量進行表徵。HDPE的品級一般具有的分子量範圍是40 000~300 000,重均分子量大致與熔融指數範圍相對應,即從100~ 0. 029/10min。通常地,更高的MW(更低的熔融指數MI)增強了熔體強度、更好韌性和ESCR,但是更高MW使加工
  過程更難或且需要更高的壓力或溫度。
  分子量分佈(MWD):PE的WD根據使用的催化劑和加工過程而有從窄到寬的不同。
  最常用的MWD測量指數是不勻度指數(HI),它等於重均分子量(MW)除以數均分子量(Mn)。所有HDPE品級的這個指數範圍是4—30。窄MWD提供了在模塑過程中的低翹曲性和高衝擊性。中到寬MWD提供了對多數擠塑過程的可加工性。寬MWD也可改進熔體強度和抗蠕變性

添加劑

  抗氧劑的加入可防止聚合物在加工過程中降解,並防止製成品在使用中氧化。抗靜電添加劑用於許多包裝品級以減少瓶子或包裝物對灰塵和污物的粘附。特定的用途需要特殊的添加劑配方,例如與電線、電纜用途相關的銅抑製劑。優良的耐氣候性和抗紫外線(或日光)可通過添加抗UV添加劑。沒有添加抗紫外線或炭黑的PE,建議不要持續在戶外使用。高等級的炭黑顏料提供了優良的抗UV性並可經常在戶外應用,如電線、電纜、槽池村層或管子。

加工方法

  PE可用很寬的不同加工法製造。以乙烯為主要原料,丙烯、1-丁烯、己烯為共聚體,在催化劑的作用下,採用淤漿聚合或氣相聚合工藝,所得到的聚合物經閃蒸、分離、乾燥、造粒等工序,獲得顆粒均勻的成品。包括諸如片材擠塑、薄膜擠出、管材或型材擠塑,吹塑、注塑和滾塑。
  ▲擠塑:用於擠塑生產的品級一般具有小於1的熔體指數和中寬到寬的MWD。在加工過程中,低的MI可獲得適宜的熔體強度。更寬MWD品級更適於擠塑,因為它們具有更高的生產速度,較低的模口壓力而且熔體斷裂趨勢減少。
  PE有許多擠塑用途,如電線、電纜、軟管、管材和型材。管材應用範圍從用於天然氣小截面黃管到48in直徑用於工業和城市管道的厚壁黑管。大直徑中空壁管用作混凝土製成的雨水排水管和其它下水道管線的替代物增長迅速。
  板材和熱成型:許多大型野餐型冷藏箱的熱成型襯裡是由PE製成的,具有韌性、重量輕和耐用性。其它片材和熱成型產品包括擋泥板、槽罐襯裡、盤盆防護罩、運輸箱和罐。一種大量的增長迅速的片材應用是地膜或池底村裡,這是基於MDPE具有韌性、耐化學性和不滲透性。
  ▲吹塑:在美國銷售的 HDPE1/3以上用於吹塑用途。這些範圍從裝漂白劑、機油、洗滌劑牛奶蒸餾水的瓶子到大型冰箱、汽車燃料箱和筒罐。吹塑品級的特性指標,如熔體強度、ES-CR和韌性,與用於片材和熱成型應用級相似,故相似品級可以採用。
  注射-吹塑通常用於製造更小的容器(小於16oz),用於包裝藥品、洗髮液和化妝品。這種加工過程的一個優點是生產瓶子自動去邊角,不需象一般吹塑加工那樣的後期修整步驟。儘管有某些窄MWD品級用於改進表面光潔度,一般使用中寬到寬MWD品級。
  ▲注塑:HDPE有數不清的應用,範圍從可重複使用的薄壁飲料杯到5-gsl罐,消費國內生產的HDPE的1/5。注塑品級一般熔體指數5~10,有具有韌性較低流動性品級和具有可加工性的較高流動性品級。用途包括日用品和食品薄壁包裝物;有韌性、耐用的食品和塗料罐;高抗環境應力開裂應用,如小型發動機燃料箱和90-gal垃圾罐。
  ▲滾塑:採用這種加工法的材料一般被粉碎成粉末料,使其在熱循環中熔融併流動。滾塑使用兩類PE:通用和可交聯類。通用級MDPE/HDPE通常的密度範圍從 0.935到 0.945g/CC,具有窄MWD,使產品具有高衝擊性和最小的翹曲,其熔體指數範圍一般為3—8。更高MI品級通常不適用,因為它們不具備滾塑製品希望的衝擊性和抗環境應力開裂性。
  高性能滾塑應用系利用其化學可交聯品級的獨特性能。這些品級在模塑周期的第一段,流動性好,而後交聯以形成其卓越的抗環境應力開裂性、韌性。耐磨性和耐氣候性。可交聯PE唯一適用於大型容器,範圍從500-gal運輸各種化學品儲罐到20,000-gal農用儲箱。
  ▲薄膜:PE薄膜加工一般用普通吹膜加工或平擠加工法。大多數PE用於薄膜,通用低密度PE(LDPE)或線性低密PE(LLDPE)都可用。HDPE薄膜級一般用於要求優越的拉伸性和極好的防滲性的地方。例如,HDPE膜常用於商品袋、雜貨袋和食物包裝。

產品性能

  高密度聚乙烯為無毒、無味、無臭的白色顆粒,熔點約為130℃,相對密度為0.941~0.960。它具有良好的耐熱性和耐寒性,化學穩定性好,還具有較高的剛性和韌性,機械強度好。介電性能,耐環境應力開裂性亦較好。
  熔化溫度220~260℃。對於分子較大的材料,建議熔化溫度範圍在200~250℃之間。

包裝與儲運

  貯存時應遠離火源,隔熱,倉庫內應保持乾燥、整潔,嚴禁混入任何雜質,嚴禁日曬、雨淋。運輸應貯放在清潔、乾燥有頂棚的車廂或船艙內,不得有鐵釘等尖銳物。嚴禁與易燃的芳香烴、鹵代烴等有機溶劑混運。例如,農夫山泉的四升裝的礦泉水的大桶,就是此材料。

回收利用

  HDPE是塑料回收市場增長最快的一部分。這主要因為其易再加工,有最小限度的降解特性和其在包裝用途的大量應用。主要的回收利用是將 25%的回收材料,例如后消費回收物(PCR),與純HDPE經再加工後用于製造不與食物接觸的瓶子。
  管道系統發展簡史
  本世紀在管道領域發生了一場革命性的進步,即「以塑代鋼」。隨著高分子材料科學技術的飛躍進步,塑料管材開發利用的深化,生產工藝的不斷改進,塑料管道淋漓盡致地展示其卓越性能。在今天,塑料管材已不再被人們誤認為是金屬管材的「廉價代用品」。在這場革命中,聚乙烯管道倍受青睞,日益發出奪目的光輝,廣泛用於燃氣輸送、給水、排污、農業灌溉、礦山細顆粒固體輸送,以及油田、化工和郵電通訊等領域,特別在燃氣輸送上得到了普遍的應用。

高密度聚乙烯薄膜性能參數表

  
HDPE薄膜的物理機械性能參數表
拉伸強度(MD/TD)/Mpa45.2/45.4
拉伸率(MD/TD)/%318/378
邵氏硬度2100/1400
撕裂強度(MD/TD)/(N/cm)60/70
缺口衝擊強度/(J/m)27/1100
24h吸水率/%<0.01

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