高密度聚乙烯的研究及应用

邵鹏程王雁玉李渤杜新胜张霖

（1中国石油兰州石化公司研究院，兰州，730060 2中国石油青海油田天然气开发公司，青海，736202）

高密度聚乙烯的研究及应用

邵鹏程1王雁玉2李渤2杜新胜1张霖1

（1中国石油兰州石化公司研究院，兰州，730060 2中国石油青海油田天然气开发公司，青海，736202）

综述了近年来我国高密度聚乙烯（HDPE）的最新研究现状，并介绍了高密度聚乙烯的特点及其应用，最后指出了我国高密度聚乙烯的发展方向。

高密度聚乙烯；特点；应用

1 前言

高密度聚乙烯（HDPE），是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂，原态的HDPE外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明状，具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性，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。HDPE是重要的五大通用塑料之一，具有无毒价廉、质轻、优异的耐湿性、良好的化学稳定性和易成型加工等特点，被广泛应用于食品、汽车、化工等领域[1－6]。

2 HDPE特点

HDPE可用淤浆法、溶液法和气相法生产， HDPE分子中支链少，结晶度高(85%-90%)，密度高(0.941-0.965g/cm3)，具有较高的使用温度、硬度、力学强度和耐化学药品性较好。适用于中空吹塑、注塑和挤出各种制品，如各种容器、网、打包带，并可用作电缆覆层、管材、异型材、片材等。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，机械性能均优于低密度聚乙烯。

3 HDPE研究进展

HDPE作为最常用的通用塑料之一，由于有极强的应用背景，越来越受到工业界和学术界的广泛重视[7－10]。近年来，国内科研人员对HDPE的改性及应用方面进行了大量的研究，并取得了一定的成效。

许惠芳[11]等考察了国内三家石化公司生产的HDPE薄膜料9455F，6098，7000F的流变行为。结果表明三种HDPE薄膜料的熔体均属于非牛顿流体，其流动指数(n)随温度升高而增大，熔体的非牛顿性随温度升高而降低，即熔体偏离牛顿流体的程度变小；薄膜料6098对温度敏感性较大，在成型加工时对其进行温度调整可获得良好的效果；9455F对剪切的敏感性较大，在成型加工时对其进行剪切速率或剪切应力的调整可获得良好的效果。

陈欣[12]等制备了多壁碳纳米管、石墨和碳黑填充HDPE复合体，研究了复合体的导电和流变学性质，利用隧道逾渗模型对关键指数分别为4.4、6.4和2.9的三种复合体的“非普适性”导电行为进行了解释，与此同时，考察了颗粒类型和含量，以及剪切速率对复合体流变学性质的影响。结果表明复合体系的储能模量在低频区出现“第二平台”，而复合黏度则表现出强烈的剪切变稀行为，标志着颗粒在聚合物内部发生聚集形成了网络结构，与石墨和碳黑填充复合体相比，具有更高纵横比的多壁碳纳米管填充复合体具有更高的储能模量和复合黏度，基于Guth—Smallwood理论结合有效介近似的G'r分析结果表明，填充HDPE复合体系的流变学逾渗阈值和导电逾渗阈值吻合良好。

蒋炳炎[13]等用MoldflowMPI5.0软件的Flow3D模块仿真及同步热分析仪分析的方法，研究了熔体温度及注射速率对薄壁件注射成型时结晶特性的影响。结果表明熔体温度为175、195、215℃时，在厚度为0.8mm的高密度聚乙烯薄壁件的注射成型过程中，在流动方向上，浇口附近的剪切速率和熔融热焓远大于其他各处，且二者均随着与浇口间距离的增加而迅速降低；从距浇口0.5mm处到制品末端，剪切速率稳定在2000－4000S之间；从距浇口5mm处至制品末端，熔融热焓的变化不明显；熔体温度为215℃时，制品的熔融热焓最高；随着注射速率的增加，浇口处的最大剪切速率亦增加。

白露[14]等通过对两种不同相对分子质量HDPE的共混体系动态流变行为研究，探寻了共混物的动态流变行为随组分含量、温度、频率的变化规律，并通过共混物流变行为讨论了相形态变化特征。研究表明由于HDPE的多分散性，共混体系的流变行为偏离经典的线性粘弹性理论模型，而且由于相对分子质量的不同，HDPE6098的动态模量和复数黏度均远大于HDPE2911，共混体系则处于两纯样之间，呈现递变趋势。随着频率ω的增加，纯HDPE及其共混物熔体的复数黏度均呈下降趋势，表现出典型的假塑性流体的流动特征。两种HDPE的共混体系在不同温度的熔体均为均相结构。

唐谊平[15]等采用差示扫描量热法考察了管道防腐专用HDPE专用料的非等温结晶行为，并结合Ozawa、莫志深等方程对非等温结晶动力学过程进行研究，并与专用料的基础树脂（BHDPE)进行了对比。结果表明随着降温速率增加， HDPE、BHDPE的结晶起始温度和结晶峰温度均向低温方向移动，且达到相同相对结晶度的时间减少，HDPE的结晶能力低于BHDPE，但HDPE的晶体完善程度高于BHDPE；Ozawa方程不适于描述冷却速率较低时5℃/min)的HDPE、BHDPE的非等温结晶过程，而莫志深方程能很好地描述该过程。

王正祥[16]等利用无机组合粒子的协同效应对HDPE进行增强增韧改性，以滑石粉、碳酸钙两种典型的具有不同形状特征的无机粉体和HDPE树脂为对象体系进行共复合研究。结果表明共复合体系可以同时发挥两种具有不同形状的无机粉体的优势，具有较高的拉伸强度和较好的冲击韧性。

芦涛[17]等采用HDPE为树脂基体在一定加工条件下制备了HDPE/木粉发泡材料，研究了马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)作为相容剂对材料的力学性能、泡孔直径分布的影响，比较了发泡材料和未发泡材料的力学性能。结果表明MAPE含量为5%时，材料具有较好的力学性能，泡孔的存在对于材料的力学性能有着较为明显的影响；发泡材料和未发泡材料力学性能及其变化有所不同，未发泡材料力学性能变化较为显著；MAPE的含量对泡孔直径的分布有一定的影响。

4 HDPE的应用

HDPE由于具有强度高、刚性好、便于加工等优点应用广泛，其中中空容器树脂随着国内包装、食品、化妆品等行业的发展，应用量逐年增加。HDPE强度较高，适宜作中空制品，可用吹塑法制成瓶、桶、罐、槽等容器，或用浇铸法制成槽车罐和贮罐等大型容器。 采用挤出法可生产HDPE管材，HDPE中空壁增强缠绕管是一种内壁光滑、截面中空工型且具有较高抗外压能力的结构壁管材， 目前我国的排水工程中广泛应用。同时挤出的板材可进行二次加工，也可用发泡挤出和发泡注射法将HDPE制成低泡沫塑料，作台板和建筑材料。

HDPE防渗膜也应用在石化污水管线上，HDPE防渗膜埋在地下不易被破坏，寿命长，防渗效果极强。目前，逐渐在石化项目上得到应用，虽然现场施工复杂，前期投资较大，但是对环境保护有着显著作用，值得推广。管道防腐专用HDPE是2PE、3PE涂层中用作最外层防腐的材料，适用于挤出包覆和挤出缠绕工艺，具有优良的加工性能、高的机械强度及韧性、优越的抗紫外线及耐老化性能、极高的耐环境应力开裂等性能。大港南部油田采用HDPE管道修复技术很好地解决了腐蚀泄漏严重的旧管道修复利用问题，不仅延长了管道使用寿命、节省了大量管道更换费用，而且可以实现不停产在线修复。

5 结语

今后应加强对HDPE的进一步研究，通过改性实现HDPE的强韧化提高复合材料综合性能，拓宽HDPE复合材料的应用领域。随着高分子材料的不断发展，HDPE复合材料将会在越来越多附加值高的汽车、电器、建材等领域得以应用。

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Research and Application of High-density polyethylene

Shao Pengcheng1; Wang Yanyu2; Li Bo2; Du Xinsheng1; Zhang Lin1
( 1 Research Institute of Lanzhou Petrochemical Company, Petrochina, Lanzhou, 730060, China 2 Gas Development Company of PetroChina Qinghai Oilfield, Qinghai, 736202 China)

The main proportion of he latest of high-density polyethylene（HDPE）Research, and describes the characteristics of high-density polyethylene and its application in China, Finally the development trends of high-density polyethylene are reviewed.

High-density polyethylene; Characteristics; Application

邵鹏程 (1968年～),男,工程师,主要从事石油化工的研究。