耐热聚乙烯管材PE-RT树脂结构与性能

郭 奇，何维华，冯振学，崔芙蓉，高宇嵩，陈 月

（中国石油抚顺石化公司研究院, 辽宁 抚顺 113004）

目前，建筑行业中用于建筑物内热水管道的聚烯烃管材主要有交联聚乙烯( PE-X) 管材、无规共聚聚丙烯( PPR) 管材、耐热聚乙烯( PE-RT) 管材、聚丁烯( PB) 管材［1］。PE-RT树脂由于具有独特的分子结构，通过分子设计和聚合工艺技术能够控制共聚单体在主链上的分布及数量，形成较多系带分子，使其既具有聚乙烯良好的柔韧性，又具有良好的耐热性能，在地板采暖和散热器采暖系统中的应用在逐步扩大。在应用于热水管道的塑料管材中，PB 管材性能最好，可热熔连接，但价格高，是普通管材的2倍以上，且缺口敏感性差，管道弯曲后易回弹，施工不便。PPR 管材通常应用于生活冷热水供水系统，可以热熔连接，但耐低温性能较差，管道柔韧性差。PE- X 与PE - RT 管材都具有良好的耐高温性能，PE- RT 与PE- X 塑料管道相比，无需经过交联工艺，生产过程环节少，可热熔连接、导热系数比PE-X管材高，因此采暖效果好。

本工作中，研究了国内外PE-RT树脂结构-性能关系，并对抚顺石化试产的辛烯共聚产品DP800进行了性能测试及评价。

1 实验部分

1.1 主要原料

PE-RT树脂DX800，SK公司；SP980，LG公司； QHM22F，齐鲁；DP800，抚顺；4731B，巴赛尔；XP9000，韩国大林公司。

1.2 实验工艺流程

实验工艺流程：

PE-RT树脂, 助剂→混合搅拌→挤出机→冷却→切粒→制样→测试。

2 结果与讨论

2.1 国内外PE-RT料基本性能

研究了国内外PE-RT树脂的熔融指数、熔流比和应力指数，如表1。

由表1可看出，巴赛尔4731B属Ⅱ型料，熔流比和应力指数较大，分子量分布较宽，DP800和SK DX800及LG SP980接近。

2.2 相对分子量及其分布

通过GPC测试分子量分布，同熔流比、应力指数相比，趋势相符，Basell 4731B分布最宽， 属双峰分布，QHM22F较窄，由茂金属催化剂生产(表2)。

表1 国内外PE-RT料基本性能Table 1 The PE-RT basic properties

表2 相对分子量及其分布Table 2 The relative molecula rmass and distribution

2.3 红外光谱分析

对国内外各种PE-RT树脂测试，见谱图1。

图1 PE-RT 红外光谱Fig.1 FTIR spectra of the different PE-RT resin

用2911FS为差谱，以得到试样谱图中1 378 cm-1峰的准确峰位。因该峰位值与支链的长短有关，根据1 378 cm-1差普峰位实测值，确定共聚PE支链类型。Basell 4731B共聚单体为丁烯-1，SK DX800为辛烯-1，LG-SP980为己烯，QHM22F为己烯。

2.4 热分析

用差示扫描量热仪测定样品的热学行为，测试结果如表3。

从表3可看出4731B、QHM22F熔融、结晶温度较高，抚顺DP800、韩国DX800、SP980料略低，4731B、QHM22F结晶度较大,刚性较好。属PE-RTⅡ型树脂。

2.5 13C-NMR

采用核磁共振测试，13C-NMR谱图如图2。

表3 国内外PE-RT产品DSC分析Table 3 DSC date of the PE-RT resin

图2 DX800 13C-NMR谱图Fig.2 13C-Nuclear magnetic resonance spectroscopy of DX800

图213C-NMR测试分析表明，DX800共聚单体是辛烯-1，单体的摩尔分数为0.65%。

2.5 分子结构表征

采用TREF分析仪器，对样品DX800以及对比样2911进行升温淋洗测试，见图3。

图3 DX800、2911样品升温淋洗图Fig.3 TREF elution profiles of DX800、2911

图3 通过显示对比样品升温淋洗情况,可见DX800 高结晶部分少，具有多重组分，表现出齐格勒纳塔催化剂多活性中心特征。

2.6 旋转流变仪分析测试

PE-RT储能模量G′随角频率变化如图4。

图4 PE-RT储能模量G′随角频率变化Fig.4 Storage modulus vs angle frequency for the PE-RT resin

聚合物储能模量G ′和损能模量G ′1随角频率变化中可评价加工性能，储能模量G ′反映聚合物熔体弹性，损能模量G ′1反映聚合物粘稠性，在低角频率时，齐鲁QHM22F储能模量G ′最低，表明有较大高弹形变，过高的弹性是聚合物产生不稳定流动的原因，易发生熔体破裂。

2.7 力学性能

对样品进行力学性能测试，其结果如表4。

表4 力学性能对比测试Table 4 The mechanical properties of PE-RT resin

由表4可见，DP800屈服强度低于4731B，同SK、LG公司相当，断裂伸长率好于其他PE-RT产品。

2.8 加工性能

采用哈克转矩流变仪对国内外PE-RT产品加工性能测试，结果如表5。

表5 PE-RT树脂加工性能Table 5 PE-RT resin processing properties

用哈克转矩流变仪测试，材料平衡扭矩越大，加工过程中主机电流越大，越难加工，从表5可看出：QHM22F平衡扭矩最大，加工性差， LG-SP980加工性略好于DX800，DP800好于DX800。

3 结 论

（1） PE-RT 结构特点，决定具有优异的长期耐高温蠕变性能、优良的耐低温性能和高的柔韧性、可熔融焊接的性能, 而成为国内地暖和建筑内冷热水系统的首选管材。

（2）抚顺石化开发的辛烯 PE-RT管材树脂DP800，同国内外PE-RT相比，具有较好的加工和力学性能。

［1］薛行华, 王海华.支化聚乙烯的结构与性能[J]. 合成树脂及塑料,2010,27(2): 47-49.

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