聚乙烯塑料性能特点及其注塑工艺详解

陆刚

（广东江门新粤化工材料开发公司）

聚乙烯为典型的热塑性塑料，是无臭、无味、无毒，手感似蜡的可燃性白色粉末。成型加工的PE树脂均是经挤出造粒的蜡状颗粒料，外观呈乳白色。具有优良的耐低温性能，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀。常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性能优良。PE为结晶性原料，吸湿性极小，PE分子联链柔性好，键间作用力小，熔体粘性低，流动性极好，PE的收缩率范围大，收缩值大，方向性明显。PE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。在加工前无需进行干燥处理，成型时无需太高压力就能成型出薄壁长流程制品。

1.聚乙烯塑料的结构性能

聚乙烯为白色蜡状半透明材料，柔而韧，比水轻，无毒，具有优越的介电性能。易燃烧且离火后继续燃烧。透水率低，对有机蒸汽透过率则较大。聚乙烯的透明度随结晶度增加而下降在一定结晶度下，透明度随分子量增大而提高。高密度聚乙烯熔点范围为132～135℃，低密度聚乙烯熔点较低（112℃）且范围宽。常温下不溶于任何已知溶剂中，70℃以上可少量溶解于甲苯、乙酸戊酯、三氯乙烯等溶剂中。聚乙烯的分子是长链线型结构或支结构，为典型的结晶聚合物。在固体状态下，结晶部分与无定型共存。结晶度视加工条件和原处理条件而异，一般情况下，密度高结晶度就越大。分子量越高，其物理力学性能越好，越接近工程材料的要求水平。但分子量越高其加工的难度也随之增大。聚乙烯耐低温性能优良，在-60℃下仍可保持良好的力学性能，但使用温度在80～110℃。

聚乙烯是结晶热塑性树脂，它们的化学结构、分子量、聚合度和其他性能很大程度上均依赖于使用的聚合方法。聚合方法决定了支链的类型和支链度。结晶度取决件分子链的规整程度与其所经历的热历史。聚乙烯对于环境应力是很敏感的，耐热老化性差于聚合物的化学结构和加工条。聚乙烯可用一般热塑性塑料的成型方法加工。用途十分广泛，主要用来制造薄膜、包装材料、容器、管道、单丝、日用品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。

聚乙烯化学稳定性较好，室温下可耐稀硝酸、稀硫酸和任何浓度的盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨水、胺类、过氧化氢、氢氧化钠、氢氧化钾等溶液。但不耐强氧化的腐蚀，如发烟硫酸、浓硝酸、铬酸与硫酸的混合液。在室温下，上述溶剂会对聚乙烯产生缓慢的侵蚀作用，而在90～100℃，浓硫酸和浓硝酸会快速地侵蚀聚乙烯，使其破坏或分解。

聚乙烯依聚合方法、分子量高低、链结构之不同,分高密度聚乙烯、低密度聚乙烯及线性低密度聚乙烯。低密度聚乙烯(LDPE)俗称高压聚乙烯，因密度较低，材质最软，主要用在塑胶袋、农业用膜等。高密度聚乙烯(HDPE)俗称低压聚乙烯，与LDPE及LLDPE相较，有较高之耐温、耐油性、耐蒸汽渗透性及抗环境应力开裂性，此外电绝缘性和抗冲击性及耐寒性能很好，主要应用于吹塑、注塑等领域。线型低密度聚乙烯(LLDPE)，则是乙烯与少量高级Α-烯烃在催化剂存在下聚合而成之共聚物。LLDPE外观与LDPE相似，透明性较差些，惟表面光泽好，具有低温韧性、高模量、抗弯曲和耐应力开裂性，低温下抗冲击强度较佳等优点。

2.聚乙烯塑料的类型特点

聚乙烯塑料有多种分类方法，主要按密度分类如下：

低密度聚乙烯简称(LDPE)通常用高压法(14.17～196.2MPa})生产，所以结晶度较低(4%～65%)，密度较小(0.910～0.925)，质轻，柔性，耐低温性一般、耐冲击性较好。低密度聚乙烯（LDPE）是无色、半透明颗粒，分子中有长支链，分子间排列不紧密一种塑料材料。它适合热塑性成型加工的各种成型工艺，成型加工性好。LDPE主要用途是作薄膜产品，还用于注塑制品，医疗器具，药品和食品包装材料，吹塑中空成型制品等。低密度聚乙烯按聚合方法，可分为高压法和低压法。按照反应器类型可分为釜式法和管式法。以乙烯为原料，送入反应器，在引发剂的作用下以高压压缩进行聚合反应，从反应器出来的物料，经分离器除去未反应的乙烯之后，经熔融挤出造粒，干燥、掺合，送去包装。

高密度聚乙烯简称(HDPE)主要是采用低压生产,故又称低压聚乙烯。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。高密度聚乙烯，是不透明的白色粉末，造粒后为乳白色颗粒，分子为线型结构，很少支化现象，是较典型的结晶高聚物。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(浓硝酸），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，可用于包装用途。

超低密度聚乙烯薄膜，简称U/VLDPE薄膜，其聚合机理与LLDPE相似，都是线型结构，没有长链分支，所以又称第二代LLDPE。超低密度聚乙烯由乙烯和极性单休，如乙酸乙酯、丙烯酸或丙烯酸甲醋共聚而成的一种新型的线型结构树脂。该共聚树脂的最低密度为 0.912g/cm3。由于密度低，故具有其他类型 PE所不能比拟的柔软度、柔顺性，但仍具有较高密度线性聚乙烯的力学和热学特性。超低密度聚乙烯在目前被称为第四代聚乙烯。

3.线性低密度聚乙烯塑料性能、注塑工艺及其应用

线型低密度聚乙烯(LLDPE)是近年来新开发并得到迅速发展的一种新类型聚乙烯，它是乙烯和一烯烃的共聚物。线型低密度聚乙烯，分子中一般只有短支链存在，机械性能介于高密度和低密度聚乙烯两者之间，熔点比普通低密度聚乙烯高15℃，耐低温性能也比低密度聚乙烯好，耐环境应力开裂性比普通低密度聚乙烯高数十倍。此外，按生产方法可分为低压法聚乙烯、中压法聚乙烯和高压法聚乙烯，聚乙烯的生产方法不同，其密度及熔体指数（表示流动性）也不同。按分子量可分为低分子量聚乙烯、普通分子量聚乙烯和超高分子量聚乙烯。

线型低密度聚乙烯(LLDPE)按共聚单体类型主要划分为3种共聚物：C4(丁烯-1)、C6(己烯-1)和C8(辛烯-1)。其中丁烯共聚物是全球生产量最大的LLDPE树脂，而己烯共聚物则是目前增长最快的LLDPE品种。在LLDPE树脂中，共聚单体的典型用量为5%～10%重量分数，平均用量大约为 7%，茂金属基的 LLDPE塑性体(mLLDPE)具有传统LLDPE3倍多的平均共聚单体含量。与通常使用的丁烯共聚单体相比，以己烯和辛烯作为共聚单体生产的LLDPE具有更为优良的性能。LLDPE树脂的最大用途在于薄膜的生产，以长链α-烯烃(如己烯、辛烯)作为共聚单体生产的LLDPE树脂制成的薄膜及制品在拉伸强度、冲击强度、撕裂强度、耐穿刺性、耐环境应力开裂性等许多方面均优于用丁烯作为共聚单体生产的LLDPE树脂。

由于LLDPE是采用低压法在具有配位结构的高活性催化剂作用下，使乙烯和a-烯烃共聚而成，聚合方法与HDPE基本相同，因此与HDPE一样，其分子结构呈直链状。但因a-烯烃的引入，致使分子链上存在许多短小而规整的支链，其支链数取决于共聚单体的摩尔数，一般分子链上每1000个碳原子有10～35个短支链，支链长度由。一烯烃的碳原子数决定。不过LLDPE的支涟长度一般大于HDPE的支链，支链数目也多。而与LDPE相比，却没有LDPE所特有的长支链。LLDPE的分子链是具有短支链的结构，其分子结构规整性介于LDPE和HDPE之间，因此，密度和结晶度也介于HDPE和LDPE之间，而更接近于LDPF。另外，LLDPE相对分子质量分布比LDPE窄，平均相对分子质量较大，故而熔体枯度比LDPE大，加工性能较差，易发生熔体破裂现象。正是由于LLDPE结构上的特点，其性能与LDPE近似而又兼具HDPE的特点。

LLDPE用配位催化剂代替自由基引发剂，以及用较低成本的低压气相聚合取代成本较高的高压反应器，在比较短的时间内，便以其优异的性能和较低的成本，在许多领域已替代了LDPE。目前LLDPE几乎渗透到所有的传统聚乙烯市场，包括薄膜、模塑、管材和电线电缆。

4.高密度聚乙烯塑料性能、注塑工艺及其应用

高密度聚乙烯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（浓硝酸），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。HDPE是一种由乙烯共聚生成的热塑性聚烯烃。这种通用材料在不断开发其新的用途和市场。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。

高密度聚乙烯是由乙烯、丁二烯单体在催化剂的作用下，聚合而成的粘均分子量大于150万的热塑性工程塑料。该产品综合性能优越，耐磨损、耐低温、耐腐蚀、自身润滑、抗冲击性能在所有塑料中为最高值，耐磨性能优于聚四氟乙烯、尼龙、聚甲醛、碳钢、黄铜等材料，可长期在-269℃～＋80℃条件下工作，所以是目前世界性能最好的工程塑料。

聚乙烯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。

5.聚乙烯塑料的产业发展及市场前景

我国聚乙烯行业通过多年不断发展，目前装置年产能达到1082万吨。在十二五期间仍有一批装置投产，到十二五末期聚乙烯产能将达到1667万吨。国内聚乙烯仍存在700多万吨的缺口不得不依托进口。进口产品凭借其相对较高的性能和成本优势占据了我国聚乙烯市场的重要比例。但是随着国内产能的扩大和十二五期间烯烃原料的多元化，我国聚乙烯的自给率将大幅提高，对外依存度将逐渐降低。需求方面，作为聚乙烯主要消费领域的塑料薄膜，由于其多应用于终端消费及运输环节，其需求的增长与国内整体经济形势的发展关系较大，基本维持着略高于国内GDP的增长，其增长势头稳定，存在需求刚性。聚乙烯的另一个重要的消费领域是塑料管材，它的产量也随着我国城镇化步伐加快、市政管道建设项目增加的实施不断增加。未来几年，城镇供排水、燃气管道，以及城市地下电力、通讯护套管道等市政用塑料管道仍将成为近几年的发展重点。

生活水平的提高使得人们对包装材料的功能和多样化要求提高，比如保鲜膜、阻气阻光膜、选择性渗透膜、抗菌膜和印刷膜等，未来 PE对于薄膜行业的应用领域将更加细化。

聚乙烯生产新工艺和新型催化剂的研究开发，推动了聚乙烯工业的发展。目前冷凝及超冷凝技术在我国聚乙烯的生产中得到了实际应用，并取得了很好的效果。国产聚乙烯催化剂不仅在国内装置中替代了进口产品，还出口到国外。但我国聚乙烯技术与世界先进水平相比还存在一定的差距，尤其是在原创性开发不足，依旧停留在对国外技术的模仿和改进上。因此我国应加大力度重要做好以下工作：加大研究开发力度，原创性的开发一批高性能聚烯烃催化剂，以提升我国聚烯烃工业的产品层次和附加值；重点加强双峰技术在我国聚乙烯生产中的应用，开发适合我国国情的新的生产工艺，以提高我国聚乙烯工业生产的整体技术水平，以提升我国聚烯烃工业的产品层次和附加值，促进我国聚烯烃行业快速发展。

6.结束语

综上所述，聚乙烯可谓乙烯最重要的衍生物，约有60%的乙烯用于制造聚乙烯。由于具有优异的电绝缘性、良好的耐化学性、很低的吸水性和突出的耐寒性。聚乙烯成为我国通用合成树脂中产量最大、应用最广泛的品种，其特点是价格便宜，性能较好，可广泛应用于工业、农业、包装及日常生活中，在塑料工业中占有举足轻重的地位。巨大的需求以及生产能力的不足，也使中国成为世界聚乙烯供应商角逐的主战场。国内产能不断增长，国外厂商争相涌入，下游需求尽管也在增长，但不一定跟上供应的增长。未来几年内，我国聚乙烯供需形势很可能由供应偏紧转为趋向平衡，甚至走向逐步过剩。

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这就意味着市场竞争将更加激烈。在严酷的挑战面前，聚乙烯生产和经营企业应在保持总产量适度增长的同时，通过改革、改造、重组，加快产业结构的调整，着重提高聚乙烯产品的科技含量，增加高档次专用料的比例，求得长久稳定的生存和发展。

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