两种中空容器高密度聚乙烯专用料的特性对比及应用研究

李兰军，刘含丹，王笃金，李茂彦，刘曙阳

(南京聚隆科技股份有限公司 江苏南京210032)

0 引 言

高密度聚乙烯(HDPE)密度大，刚度、强度、硬度、抗蠕变性、光泽度与阻湿气渗透性均较高，耐油、脂、酸与碱等性能好，同时具有较好的抗冲击韧性、电绝缘性、抗撕裂性、耐低温性等，加工性能好，所以大中型吹塑制品一般只用 HDPE为原料。以塑料工业发达的美国、欧洲和日本看，欧洲 HDPE吹塑制品占 HDPE总消费的 38%,左右，美国占 34%,左右，日本则以薄膜消费为主，吹塑制品约占15%,。

用于挤出吹塑 HDPE一般为中宽到宽的分子量分布范围，熔体流动速率在 1,g/10,min以下，其密度一般多在 0.947～0.968,g/cm3范围内。低的熔体流动速率使型坯具有较好的熔体强度，可改变型坯自重下垂；宽的分子量分布可降低模口压力，减少型坯熔体的断裂，改善加工性能，提高速度[1-3]。

国产中空成型用 HDPE树脂牌号少、产量低是制约我国 HDPE中空容器发展原因之一，由于国内市场发生变化，对聚乙烯树脂的品种要求增多，而国内生产的聚乙烯树脂相对来说比较单一，本文研究了两种中空容器高密度聚乙烯专用料的性能特点，通过性能及应用的对比，为企业提供更优的选材方案。

1 研究内容

1.1 测试方法及标准

1.1.1 力学性能

拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量采用万能拉力试验机，冲击强度采用悬臂梁冲击试验机，按下述标准进行测试。

1.1.2 结构剖析

利用 GPC、宽角 X-衍射、偏光显微镜及差示扫描量热法(DSC)等对YEB-5303的分子量及其分布、热力学性能等进行分析。

1.1.3 测试标准

熔体流动速率，ISO 1133—2005；拉伸强度，ISO,527—2005；冲击强度，ISO 180—2001；断裂伸长率，ISO 527—2005；分子量分布，Q/SHYZ-251-01.1-2005；耐环境应力，GB/T 1842—1999。

1.2 两种中空容器HDPE专用料主要性能测试结果对比

国内外常用中空容器 HDPE专用料技术指标如表1所示。表1数据表明，扬子石化YEB-5303与卡塔尔 50100的力学性能都很接近，扬子石化 YEB-5303拉伸屈服强度、弯曲模量和冲击强度略高于卡塔尔 50100。屈服强度主要与高聚物的结晶有关，高聚物的屈服过程实质上是高聚物结晶的破坏过程。结晶度越高，分子间排列越规整、越紧密，抵抗外力的能力越强，表现在力学性能上即屈服强度越大。弯曲模量是聚合物刚性的一个指标，YEB-5303的弯曲模量高于卡塔尔 50100，其树脂制品具有较高的挺括度。YEB-5303的悬臂梁冲击强度高于卡塔尔50100，对于中空制品跌落实验有可靠的保证。总而言之，YEB-5303优异的力学性能将使中空制品具有较高的强度和较好的抗冲击性能。但耐环境应力开裂(ESCR)值相差较大，这主要与共聚单体种类及含量、分子量及其分布、支化度等有关，耐环境应力开裂是衡量中空容器产品质量的重要指标之一，直接影响产品的应用领域。

表1 两种中空容器高密度聚乙烯专用料指标Tab.1 Specified material index for two high density polyethylenes for hollow container

1.2.1 分子链结构的比较

图1a分别是扬子YEB-5303、卡塔尔50100红外光谱图，可以看出，YEB-5303、卡塔尔 50100的主要吸收特征峰基本一致。在光谱图上主要表现为2,926,cm-1，2,835,cm-1的(CH)伸缩振动峰；1,468,cm-1的(CH)弯曲振动峰；1,368,cm-1的亚甲基(CH2)面外摇摆振动吸收以及720,cm-1的(CH)n(n＞4时弯曲振动峰)，说明这两种材料均为典型的聚乙烯。图1b为750～980,cm-1局部放大的红外图，卡塔尔 50100在908,cm-1处有明显的吸收峰，表明是乙烯与己烯的共聚物，且共聚己烯含量较高，扬子石化 YEB-5303在775,cm-1处有明显的吸收峰，表明是乙烯与 1-丁烯的共聚物，扬子石化YEB-5303除在775,cm-1处有强吸收峰外，在 908,cm-1处也有一小的吸收峰，表明在体系中也可能存在己烯的共聚单体，且含量很少。

图1 扬子YEB-5303、卡塔尔50100红外光谱图Fig.1 Yangzi YEB-5303，Qatar 50100 infrared spectrum

1.2.2 热性能的比较

中空容器高密度聚乙烯专用料的熔点、结晶温度及热焓等指标，对于中空容器的使用温度与应用范围有着极为重要的影响。试样的熔点、结晶温度及热焓测试值见表2。

表2 两种中空容器高密度聚乙烯专用树脂的热性能Tab.2 Thermal properties of two hollow container purposed high-density polyethylene resins

从表2可以看出，扬子 YEB-5303的熔点、结晶温度和热焓较相似，略高于卡塔尔 50100，可以说扬子YEB-5303的耐热性略好于卡塔尔50100。

1.2.3 相对分子量及其分布

两种中空容器高密度聚乙烯专用树脂相对分子量及其分布见表3，YEB-5303的 Mw值和相对分子量分布均高于卡塔尔 50100，加工性能好于卡塔尔50100。但是 YEB-5303的值低于卡塔尔 50100的值，说明YEB-5303的小分子数量较多。

表3 分子量及分子量分布Tab.3 Molecular weight and molecular weight distribution

重均分子量较高可提高吹塑制品的许多使用性能，如冲击强度、抗蠕变性、耐热性等。重均分子量高的聚合物可取得较大的拉伸取向效应，进一步提高制品的性能，因此在中空领域应选择重均分子量较大的HDPE树脂。对聚乙烯的研究发现，相对分子质量分布加宽会提高熔体粘度对剪切速率的敏感性。当提高螺杆转速时，螺杆槽与机头内熔体的粘度较低，易于流动；而在型坯成型后及吹胀过程中，熔体又需要有较高的粘度与强度。扬子YEB-5303相对分子质量分布宽对挤出吹塑成型是有利的。

1.2.4 耐环境应力开裂性(ESCR)

分子量与分子量分布是影响ESCR的重要因素，扬子YEB-5303的分子量分布宽，且聚合物中小分子数目偏多。研究表明，聚乙烯晶片间的联接分子数越多，ESCR性能越好；而小分子数量及短链越多，则ESCR值愈低。因此在高聚物中为了提高 ESCR性能，则应使小分子数目及短链数目控制在一定范围内。另外共聚单体种类及共聚单体含量也是关键因素，共聚单体的含碳数目越高、共聚单体含量越大，越有利于 ESCR的提高。表4列出了两种中空树脂的耐环境应力开裂时间。

表4 两种中空容器高密度聚乙烯专用树脂的ESCR值Tab.4 ESCR values for two high density polyethylene resins for hollow containers

从表4可以看出，YEB-5303的 ESCR值偏低，这是由于 YEB-5303中小分子数量较多，使得 ESCR值变小，比对比样50100的ESCR值低。

1.2.5 加工性能

包装桶用材料占中空容器很大的比重，本项目将产品应用于 30,L包装桶。经加工厂加工试验，证明扬子YEB-5303具有优良的挺适度和加工性能，加工工艺见表5，检验结果见表6。

表5 包装桶加工工艺Tab.5 Processing process for package drums

表6 包装桶检验结果Tab.6 Survey results for package barrels

卡塔尔 50100、扬子石化生产的 YEB-5303主要用于生产中型中空容器，通过加工试验表明，YEB-5303具有良好的成型性能。经检测，用其生产的制品各项指标(跌落试验、堆码试验、气密试验等)符合标准，满足客户要求。

2 结 语

从前面的分析可以知道，扬子 YEB-5303的熔点、结晶温度和热焓均高于卡塔尔 50100，耐热性好于卡塔尔 50100，制品尺寸稳定性好；综合力学性能(包括拉伸、弯曲、冲击强度)优于卡塔尔50100；相对分子质量较高，分布适中，流变性能较优，加工性能好；YEB-5303中小分子数量及短链较多，使得ESCR值变小，比对比样50100的ESCR值低。制备包装桶气密性好、挺适度高。