聚乙烯注塑加工成型技术的创新发展研究

全伟奇 张士杰 王小红

摘要：聚乙烯的应用在当前时期的发展速度日益加快，为了充分应对我国各行业对于聚乙烯的应用需求，同时提升我国聚乙烯生产在国际上的竞争力，近年来，我国研究人员逐步加强了对于聚乙烯的研究重视。随着现代科学的发展，科技水平越来越高，加工制造技术更新换代越来越快，聚乙烯加工技术为了适应现在生产加工的需要，也在原来的技术水平上，不断地加以改进。

关键词：聚乙烯；加工；成型技术；创新

随着我国近几年经济的高速发展，工业生产方面也取得了重大的突破，为了实现在生产中实现降低生产成本，提高生产效率，获取最大的经济效益，各个生产制造企业都在谋求更好的方法实现生产中的降本增效目标。也正是因为如此，我国近些年来加大了生产制造过程中对聚乙烯再加工，充分利用资源的研究力度，国内对于聚乙烯加工成型技术的研究也如雨后春笋。但是，由于我国对这方面的技术研究起步较晚，现在还处于不断创新，不断摸索的阶段。

1.聚乙烯生产的特点

聚乙烯生产过程是在高压力、高温度条件下进行的气相游离基连锁放热反应。反应速度快、操作技术要求高，生产过程难于控制，对安全稳定生产带来不利因素。乙烯是易燃、易爆的气体。生产过程中乙烯气体容易泄漏，漏出的乙烯与空气形成爆炸性的混合气体，当乙烯含量在2.75%一28.6%爆炸范围内，就产生爆炸和燃烧。如果压缩机出口温度过高，就会发生乙烯“自聚”，导致压缩机管道堵塞，严重时会发生压缩机爆裂等恶性事故。乙烯在聚合反应中，除放出大量热量外，还可能由于下列因素，在反应器内生成“热点”，导致乙烯在聚合过程中发生分解反应，引起设备爆破，爆破后排出的乙烯温度很高，在空气中会发生二次爆炸。聚合反应中由于引发剂过量，或注射泵失调或误操作造成聚合反应过分激烈。聚合反应中，由于反应器搅拌轴引起的机械摩擦产生的局部过热。乙烯气中杂质如氧气能参与反应的杂质含量偏高。压缩机对工质的绝压压缩、膨胀反复多次引起乙烯分解，导致压缩机高温高压，可能发生压缩机及其管道的破裂。聚乙烯用管道输送时，可能产生静电，当聚乙烯粉尘达到爆炸浓度时，就会发生粉尘爆炸。

2.聚乙烯塑料特性

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。低压聚乙烯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，芳香烃和卤化烃。

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。

3.聚乙烯注塑加工成型技术的创新发展

3.1线性低密度聚乙烯

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。

3.2高密度聚乙烯塑

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）。該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。

4.结论与认识

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。

参考文献：

[1]秦瑜；付武昌；无机粉体改性聚乙烯流变性能的研究进展[J]；上海塑料；2012年01期

[2]吴进喜；超高分子量聚乙烯低温容器的制备与性能研究[D]；山东科技大学；2009年