聚乙烯管材中不同回收料的共混影响研究

赵金龙，刘梦迪，党增超，赵孝佳

（南京市产品质量监督检验院（南京市质量发展与先进技术应用研究院），江苏 南京 211102）

引言

塑料本质为单体原料，具有良好的抗形变能力，并且其组成成分复杂，主要成分为树脂，并有增塑剂、稳定剂、润滑剂等多种添加剂。研究人员将塑料分为两类，分别是线型结构与体型结构，它的出现虽然加快了社会发展的速度，但是对生态环境也造成了严重破坏。基于此，如何解决塑料应用造成的危害，是目前重点关注的内容，决定了社会发展的效率与质量。

1 废旧塑料及其危害

目前，如何完成对废旧塑料的处理，在全球范围内都是一个难题。据不完全统计，我国每年会生产约500 万t 废旧塑料。由于塑料主要生产原料为石油化工，而石油又属于不可再生资源，因此如果无法对废旧塑料进行回收再利用，则是一种非常严重的资源浪费。现阶段，我国对废旧塑料处理工作的关注度日益增加，如何实现废旧塑料再利用，保护生态环境，实现可持续发展成为了研究人员重点研究的内容。

2 聚乙烯管材论述

塑料管材按原材料类型可分为聚丙烯（PP）管材、聚氯乙烯（PVC）管材和聚乙烯（PE）管材三大类，其中，聚乙烯（PE）管材是以聚乙烯树脂为主要原料，经挤出成型的给水用或燃气用埋地塑料管材，属于热塑性材料，主要获取材料为乙烷、丙烷、石脑油。聚乙烯虽然刚性与模量较低，但是却具有良好的冲击强度、韧性、电性能、耐化学试剂及耐溶剂性能，由其添加适当辅助剂经挤出成型的塑料管材产品，具有强度高、耐腐蚀、抗刮伤、耐快速开裂与外力扭曲、清洁卫生、使用寿命长、连接可靠、施工和维修方便等诸多特点[1]。

3 回收料对聚乙烯管材专用料及制品性能影响实验

3.1 主要原料

市售典型PE100 管材专用原料包括Y#1（TUB121N3000B）、Y#2（JHMGC100S）、Y#3（HE3490LS）和Y#4（P6006）4 种，它们分别是独山子石化、吉林石化、博禄化工和沙伯基础工业公司四家公司生产的PE100 级管材专用料[2]。需要注意的是，所选择回收料必须具备代表性，因此，优先选择一种生产企业内部所产生的清洁回收料和两种市场购买的回收料。

3.2 应用设备及仪器

微机控制电子万能试验机，CMT4503，深圳新三思材料检测有限公司；ICP 扫描光谱仪，Optima8000，铂金埃尔默仪器（上海）有限公司；DSC 差示扫描量热仪，DSC-SM2，上海盈诺精密仪器有限公司；熔体流动速率仪，MZ-2028，江都市明珠试验机械厂；塑料管材静液压试验仪，JJHBT-22130，承德市金建检测仪器有限公司；管材挤出机，BCC1-60-30G，巴顿菲尔辛辛那提塑料设备有限公司。

4 结果与讨论

4.1 聚乙烯管材新料与回收料物理性能对比

在本研究中，笔者选择了4 种典型聚乙烯管材原料（Y#1、Y#2、Y#3、Y#4）与1 种厂内清洁回收料（H#1）和2 种市场回收料（H#2、H#3）开展了具体实验。

下页表1、表2 为4 种聚乙烯新料与3 种回收料进行的理化性能对比测试结果。

由表1 可知，回收料熔体质量流动速率和灰分指标更高，氧化诱导时间更短，都超过了相应的产品标准要求；但是，回收料中的厂内清洁回收料在性能上明显好于市场上的回收料，其各项性能均贴近典型的原料，因此，厂内清洁回收料存在一定的废旧利用功能。而市场上的回收料因性能差距过大，在使用的过程中往往导致成品管材韧性不够且容易老化，缩短使用寿命，应避免使用厂外的回收料[3]。

表1 原料与回收料的物理性能测试

由表2 可知，Fe、Ca、Mg、K、Ti、Cu 元素在回收料中会产生指标变异，导致其数值异常突出，可能是在回收的过程中掺杂了其他材料，其可作为监测塑料管材是否掺加了回收料的参考指标。

表2 可溶性金属元素测试mg/kg

4.2 原料与不同比例回收料共混后性能对比

将聚乙烯管材典型原料Y#1（TUB121N3000B）分别与不同比例的厂内回收料（H#1）和市场购买回收料（H#2）进行共混，掺混比例分别为5%、10%、30%、50%，选取表1 和表2 中敏感度较高的项目指标，如熔体质量流动速率、氧化诱导时间、灰分、铁元素、钙元素，并加测断裂伸长率等物理性能指标，得到的数值见图1。

图1 不同比例回收料与原料共混后参数指标（对数坐标）

由图1 可知，当使用厂内清洁回收料（H#1）进行共混时，各项指标变化不太明显，但是厂内的回收料有可能因保管不慎，掺杂其他材料后而导致污染，当掺混比例超过50%时，会出现明显的拐点。日常生产工作中，要特别注重厂内回收料的保管和使用，当使用来自本厂的同一牌号生产的同种产品的清洁回用料时，应同用户协商一致并采用合适的标识。

当使用厂外市场购买的回收料（H#2）进行共混时，掺混比例超过30%后，各项指标参数出现明显拐点。但是，因回收料本身性能较差，掺混后各参数受影响较大，应限制使用外部回收料。

4.3 成品管材在不同比例共混料下的性能表现

将上述不同比例的YH#1 共混料和YH#2 共混料，在熔体温度213 ℃±2 ℃、熔体压力26 MPa±5 MPa条件下[3]，经管材挤出机（牵引速度1.57 m/min，生产dn110 管材）成型后[4]，结果见表3。

表3 不同比例回收料成品管材的基本物性能测试

由表3 可得出，成品管材在10%以下比例共混料的性能表现基本保持稳定，其中，厂内清洁回用料展现出了更好的兼容性，其同原材料的性能一致性更高。两种回收料在30%以上比例共混时，成品管材各项指标会有明显的拐点，其变化趋势与共混料原料的趋势呈现正相关性，因此通过监测原材料的各项参数性能，可提前预知管材成型后的各参数性能表现，对管材生产的全生命周期中质量管理具有极大的借鉴意义。

5 结语

对生产企业而言，厂内清洁回用料可按适当比例进行回收利用，节约成本避免资源浪费；但是，不应购买使用市场上劣质的回收料，以便于最大程度上保证出厂产品的质量。对于消费者而言，应避免购买添加大量回用料生产的产品，回收料与原材料性能之间存在较大差异，应认准经权威机构检测合格的产品。在识别回收料时，检测机构技术人员可以依靠熔体质量流动速率、氧化诱导时间、灰分、铁元素含量、钙元素含量、静液压试验等指标进行判断。借助本文的研究，对推动塑料管道行业的健康发展、对满足人民追求高品质生活的美好愿望，对政府监管市场打击假冒伪劣产品，有着非常重大的意义。