耐热聚乙烯管材专用树脂的性能

王群涛，唐岩，郭锐，高凌雁，王日辉

（中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司研究院，山东省淄博市 255400）

耐热聚乙烯管材专用树脂的性能

王群涛，唐岩，郭锐，高凌雁，王日辉

（中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司研究院，山东省淄博市 255400）

研究了耐热聚乙烯管材专用树脂QHM22F的常规物性、长期热稳定性、加工性能、静液压强度等，并在管材生产厂家进行了不同口径的管材加工应用试验。结果表明：QHM22F的简支梁缺口冲击强度在70 kJ/m2以上；200℃氧化诱导期大于120 min；熔体强度在0.24 N以上；加工性能良好，可满足高速牵引的加工需要。采用QHM22F生产的管材内外表面光滑、壁厚均匀，性能满足用户要求。

耐热聚乙烯 管材 高速牵引 静液压强度

耐热聚乙烯（PE-RT）是一种非交联的聚乙烯，采用特殊的分子设计和聚合工艺合成，可用于生产地暖管、铝塑复合管、输油管等[1]。2010年，我国PE-RT管道产量约70 kt。随着我国住宅迅速发展和城镇化进程加快，建筑冷热水输送、地暖等用途塑料管道必不可少，PE-RT管道将会快速发展，市场的潜力巨大。2011年以前，我国使用的PE-RT管材专用树脂全部依赖进口，价格昂贵，每吨PE-RT树脂比普通聚乙烯树脂同期价格高2 500～3 500元。因此，为满足国内市场发展需求，迫切需要国内石化企业结合自身工艺开发出性能优异的PE-RT管材专用树脂。

中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司（简称齐鲁石化）在管材专用树脂开发和研究方面积累了多年经验，通过进行PE-RT管材专用树脂市场调研、进口树脂及助剂体系研究、中试生产等，为产品工业化打下了良好的基础。2011年4月，齐鲁石化利用工业化装置成功开发了PE-RT管材专用树脂QHM22F，产品实现了工业化。

1 实验部分

1.1 原料

QHM22F，齐鲁石化生产；PE-1，进口PE-RT管材专用树脂。

1.2 仪器与设备

35SFV655038型密度梯度仪，6542型熔体流动速率仪，6957型冲击强度仪，均为意大利Ceast公司生产；Q20型差示扫描量热仪，美国TA公司生产；4467型万能材料实验机，美国Instron公司生产；LR-016型热老化试验箱，重庆银河试验仪器有限公司生产；RHEOTENS71.90型熔体强度仪，德国Gottfert公司生产；ACER2000型毛细管流变仪，美国流变科学公司生产；6M-2型维卡软化仪，日本东洋精机株式会社生产。

1.3 分析与测试

熔体流动速率（MFR）按GB/T 3682—2000测试，负载为2.16 kg。密度按GB/T 1033.2—2010（D法）测试。氧化诱导期按GB/T 19466.6—2009测试，200℃，铝杯。流变性能按ISO 11443：1995测试。短期静液压强度按GB/T 6111—2003测试。简支梁缺口冲击强度按ISO 11357-6：2008测试，23℃，A型缺口。拉伸性能按GB/T 1040.2—2006测试，拉伸速率为50 mm/min。维卡软化温度按GB/T 1633—2000测试，升温速率为120℃/min。熔体强度按Q/SF 10—2006测试。

2 结果与讨论

2.1 常规物性

从表1看出：QHM22F的断裂标称应变和简支梁缺口冲击强度较高，满足管材使用中对材料柔韧性的要求；氧化诱导期较长，可保证材料具有良好的热稳定性。

表1 QHM22F的常规物性（典型值）Tab.1Basic physical properties of QHM22F(typical value)

2.2 加工稳定性

从表2看出：经多次造粒后QHM22F的MFR、断裂标称应变的变化较小，说明该产品具有优异的加工稳定性。

表2 多次造粒后QHM22F的性能变化Tab.2Property changes of QHM22F after repeated pelleting

2.3 长期热稳定性

由于PE-RT管材主要用于输送热水，使用温度较高，要求树脂具有良好的长期热稳定性，以保证管材的使用寿命。考察了QHM22F在110℃下烘箱老化500，1 500 h后拉伸性能的变化，并与市场上应用较广泛的进口树脂PE-1进行了对比。从表3看出：经长期热老化后，QHM22F及PE-1仍保持较高的断裂标称应变，说明两者具有良好的长期热稳定性；两种管材专用树脂的拉伸屈服强度都略有增加。这是由于在热老化过程中材料结晶性能改变，结晶度增加[2]。

表3 两种管材专用树脂热老化后拉伸性能的变化Tab.3The change in tensile property of 2 kinds of special resins for pipe safter heat aging

2.4 流变行为

采用毛细管流变仪考察了210℃下QHM22F与PE-1的流变行为。从图1看出：QHM22F与PE-1都具有较高的临界剪切速率（γ）（300 s-1），可保证管材在高速加工时仍具有良好的外观；在较低γ（低于100 s-1）下，QHM22F与PE-1的剪切黏度（η）相近，说明两者在开机初始的电流接近；在较高γ（100～300 s-1）下，QHM22F的η明显低于PE-1，说明QHM22F在管材加工过程中的能耗较小。

2.5 熔体强度

熔体强度反映聚合物熔体的抗延伸性及抗熔垂性，它是决定材料加工成型的一个非常重要的性能[3]。PE-RT管材专用树脂挤出时需要较高的熔体强度以满足高速牵引和成型的需要。QHM22F与PE-1的熔体强度分别为0.24，0.21。管材加工中发现两种管材料的熔体强度较高，可满足高速牵引的生产要求，制备尺寸稳定的管材。

2.6 出口膨胀比

从图2看出：QHM22F的出口膨胀比较小，有利于管材生产，保证了管材特别是小口径管材的尺寸稳定性。

2.7 结晶温度

管材专用树脂的结晶温度影响其成型周期、管材外观和使用性能，较高的结晶温度可缩短成型周期、缩小管材内外壁的性能差异。普通线型低密度聚乙烯结晶温度与的结晶温度分别为114.4，113.9℃，结晶温度较高，有利于缩短挤出管材时的成型周期，保证高速加工条件下制备外观良好的管材。

2.8 静液压强度

静液压强度是PE-RT管材专用树脂的关键性能，影响着管材的耐压强度和使用寿命。从表4看出：QHM22F除110℃下静液压强度试验仍在进行中外，其他各条件下的静液压强度都达到标准要求，材料具有优异的耐压性能。

表4 QHM22F管材的静液压强度Tab.4Hydrostatic strength of the pipes made of QHM22F

3 加工应用试验

采用PE-RT管材专用树脂QHM22F在国内多个生产厂家的管材生产线上分别进行了不同口径的管材加工应用试验。

从表5看出：QHM22F加工性能好，加工工艺稳定，与进口树脂PE-1相当；生产的管材内外表面光滑，壁厚均匀，管材短期静液压强度满足出厂检验要求。

表5 QHM22F的加工工艺条件Tab.5Processing conditions of QHM22F

从表看出：的加工性能和设备适应性好，与进口树脂PE-1相当，加工工艺稳定，可满足高速加工需要，最高牵引速度可达25 m/ min；生产的管材内外表面光滑，壁厚均匀。

表6 QHM22F的加工工艺条件Tab.6Processing conditions of QHM22F

从表7看出：QHM22F的加工性能好，可满足高速加工需要；生产的管材内外表面光滑，壁厚均匀，制品性能满足CJ/T 175—2002“冷热水用耐热聚乙烯管道系统”的要求。

表7 QHM22F的加工工艺条件Tab.7Processing conditions of QHM22F

4 结论

a)开发的PE-RT管材专用树脂QHM22F具有优异的物理机械性能、加工稳定性、长期热稳定性。

b)QHM22F具有良好的加工性能，满足高速牵引的要求。

c)采用QHM22F生产的管材内外表面光滑、壁厚均匀，满足用户要求。

[1]唐岩,王群涛,郭锐，等.耐热聚乙烯管材料的开发综述[J].齐鲁石油化工，2011,39(3)：265-268.

[2]李红山，张艺，许家瑞.硬脂酸镧对LLDPE热老化行为的影响[J].中山大学学报，2006，45（6）：48-52.

[3]占国荣，周南桥，彭响方，等.聚合物的熔体强度及测试技术[J].中国塑料，2003，17（8）：79-82.

Properties of special polyethylene for heat resistant pipes

Wang Quntao,Tang Yan,Guo Rui,Gao Lingyan,Wang Rihui
(Research Institute of Qilu Branch Co.,SINOPEC,Zibo 255400,China)

The authors studied basic physical properties,long-term heat stability,processability and hydrostatic strength of the special polyethylene resin(QHM22F)for heat resistant pipes.The processing and pplication experiments of the pipes with different diameters made of the resin were carried out in the pipe nterprises.The results indicate that the Charpy impact strength of QHM22F is higher than 70 kJ/m2, xidation induction time at 200℃is over 120 min and melting strength is above 0.24 N.QHM22F has xcellent processability and meet the processing conditions for high speed pulling.The pipe made of QHM22F has the advantages of uniform thickness and smooth inner and outer surface;its properties satisfy he users′requirement.

heat resistant polyethylene;pipe;high speed pulling;hydrostatic strength

TQ 325.1+2

B

1002-1396(2012)04-0062-04

2012-01-30。

2012-04-26。

王群涛，1979年生，工程师，2001年毕业于天津科技大学，现从事高分子材料研究。联系电话：（0533）7585676；E-mail：9732113@sina.com。

（编辑：李静辉）