聚乙烯塑料的应用特点
HDPE是一种由乙烯聚合生产的热塑性聚烯烃。虽然1956推出了HDPE，但是这种塑料还没有达到成熟的程度。这种通用材料仍在开发新的用途和市场。
主要特性
HDPE是一种高结晶度的非极性热塑性树脂。原来HDPE的外观是乳白色的，在细截面上有一定程度的半透明。PE对大多数家用和工业用化学品具有优异的耐受性。某些种类的化学品会引起化学腐蚀，如腐蚀性氧化剂(浓硝酸)、芳香烃(二甲苯)和卤代烃(四氯化碳)。该聚合物不吸收水分，具有良好的抗水汽性，可用于包装目的。HDPE具有良好的电性能，尤其是高介电强度，这使得它非常适合用于电线和电缆。中高分子量等级具有优异的抗冲击性，即使在常温下，甚至在-40F的低温下。各种等级的HDPE的独特特征是四个基本变量的适当组合:密度、分子量、分子量分布和添加剂。不同的催化剂用于生产具有特殊性能的定制聚合物。这些变量结合起来生产不同用途的HDPE等级；实现性能的最佳平衡。
密度
这是决定HDPE特性的主要变量，虽然提到的四个变量确实起着交互作用。乙烯是聚乙烯的主要原料，少数其他单体，如1-丁烯、L-丙二烯或1-辛烯，常用来改善聚合物性能。对于HDPE，上述单体的含量一般不超过1%-2%。* * *聚单体的加入略微降低了聚合物的结晶度。这种变化一般用密度来衡量，密度与结晶速率呈线性关系。根据美国通用分类，HDPE的密度为0.940g/根据ASTM D1248。c或以上；中密度聚乙烯(MDPE)的密度范围为0.926至0.940克/立方厘米。其他分类有时将MDPE归类为高密度聚乙烯或LLDPE。均聚物具有最高的密度、最高的刚度、良好的抗渗透性和最高的熔点，但通常具有较差的抗环境应力开裂性(ESCR)。ESCR是聚乙烯抵抗由机械或化学应力引起的开裂的能力。较高的密度通常会提高机械强度，如拉伸强度、刚度和硬度；热性能，例如软化点温度和热变形温度；不渗透性，例如空气渗透性或水蒸气渗透性。较低的密度提高了其冲击强度和e-SCR。聚合物的密度主要受* * *单体加入量的影响，但受分子量的影响较小。高分子量百分比使密度略低。例如，均聚物在很宽分子量范围内具有不同的密度。
生产和催化剂
PE最常见的生产方法是淤浆法或气相法，少数采用溶液法生产。所有这些过程都是放热反应，涉及乙烯单体、α-烯烃单体、催化剂体系(可能不止一种化合物)和各种类型的烃稀释剂。氢气和一些催化剂用于控制分子量。浆态反应器一般是搅拌罐或更常用的大型环形反应器，其中浆料可以循环搅拌。当乙烯和单体(根据需要)与催化剂接触时，将形成聚乙烯颗粒。除去稀释剂后，干燥聚乙烯颗粒或粉末颗粒，并根据剂量加入添加剂以生产粒料。配有双螺杆挤出机的大型反应器的现代化生产线每小时可生产40000磅以上的聚乙烯。新型催化剂的开发有助于提高新牌号HDPE的性能。两种最常用的催化剂是Philip的氧化铬基催化剂和钛化合物单烷基铝催化剂。菲利普催化剂生产的高密度聚乙烯具有中等宽度的分子量分布；钛单烷基铝催化剂产生的分子量分布很窄。在复合反应器中用于生产窄MDW聚合物的催化剂也可用于生产宽MDW等级。例如，产生明显不同分子量产物的两个串联反应器可以产生具有全宽分子量分布的双峰分子量聚合物。
分子量
较高的分子量导致较高的聚合物粘度，但是粘度也与测试中使用的温度和剪切速率有关。材料的分子量通过流变学或分子量测量来表征。一般HDPE的等级分子量范围为40 000 ~ 300 000，其重均分子量大致对应熔融指数范围，即从65 438+000 ~ 0.029/65 438+00 min。通常，较高的MW(较低的熔体指数MI)提高了熔体强度、较好的韧性和ESCR，但是较高的MW使加工更容易。
该过程更加困难或者需要更高的压力或温度。
分子量分布(MWD):根据所用的催化剂和加工过程，PE的WD从窄到宽变化。
最常用的MWD测量指数是不均匀指数(HI)，它等于重均分子量(MW)除以数均分子量(Mn)。所有HDPE等级的指数范围是4-30。狭窄的MWD在模塑过程中提供了低翘曲和高冲击。中等至宽的MWD为大多数挤出工艺提供了可加工性。宽MWD还可以提高熔体强度和抗蠕变性。
添加剂
抗氧化剂的加入可以防止聚合物在加工过程中降解，防止成品在使用中氧化。抗静电添加剂用于许多包装等级，以减少瓶子或包装对灰尘和污垢的粘附。特定应用需要特殊的添加剂配方，例如与电线和电缆应用相关的铜抑制剂。通过添加抗紫外线添加剂可以获得优异的耐候性和抗紫外线(或日光)性。没有添加防紫外线或炭黑的PE，建议不要在户外连续使用。高级炭黑颜料提供优异的抗紫外线性能，可经常用于户外应用，如电线、电缆、水池或管道。
作业操作
聚乙烯可以通过多种不同的加工方法制造。以乙烯为主要原料，丙烯、1-丁烯和己烯为* * *聚合物，在催化剂的作用下，所得聚合物经闪蒸、分离、干燥、造粒等过程，得到颗粒均匀的成品。包括例如片材挤出、薄膜挤出、管材或型材挤出、吹塑、注塑和旋转模塑。
▲挤出:一般用于挤出生产的牌号熔融指数小于1，MWD为中宽到宽幅。在加工过程中，低MI可以获得合适的熔体强度。较宽的MWD等级更适合挤出，因为它们具有较高的生产速度、较低的模头压力和较低的熔体破裂倾向。
聚乙烯有许多挤出应用，如电线，电缆，软管，管道和型材。管道的应用范围从天然气的小截面黄管到工业和城市管道的直径48英寸的厚壁黑管。大直径空心壁管作为雨水排水管和其他混凝土排水管的替代品正在迅速发展。
板材和热成型:很多大型野餐冰箱的热成型内衬都是PE材质，韧性好，重量轻，耐用。其他板材和热成型产品包括挡泥板，坦克内衬，防油盘，运输箱和坦克。大量快速增长的片材应用是塑料薄膜或池塘底村，这是基于MDPE的韧性，耐化学性和不渗透性。
▲吹塑:美国销售的HDPE1/3以上用于吹塑。从装有漂白剂、机油、清洁剂、牛奶和蒸馏水的瓶子到大型冰箱、汽车油箱和罐头。吹塑等级的特性，如熔体强度、ES-Cr和韧性，与片材和热成型应用中使用的特性相似，因此可以采用相似的等级。
注射吹塑通常用于制造包装药品、洗发水和化妆品的较小容器(小于16盎司)。这种工艺的一个优点是瓶子的边角被自动去除，不需要像一般吹塑那样的后期修整步骤。虽然一些窄的MWD等级被用于改善表面光洁度，但是一般使用中等宽度到宽的MWD等级。
▲注塑:HDPE的应用数不胜数，从可重复使用的薄壁饮料杯到5 GSL的易拉罐，消耗了中国生产的1/5的HDPE。一般注塑级的熔融指数为5 ~ 10，有韧性的低流动性级和加工性的高流动性级。用途包括日用品和食品薄壁包装；坚韧耐用的食物和油漆罐；高抗环境应力开裂应用，如小型发动机油箱和90加仑垃圾桶。
▲滚塑:这种方法加工的材料一般都是粉碎成粉末，在热循环中熔化流动。滚塑使用两种类型的聚乙烯:通用型和可交联型。通用MDPE/HDPE通常具有0.935-0.945g/cc的密度和窄的MWD，这使得产品具有高冲击和最小的翘曲，其熔融指数一般为3-8。更高的MI等级通常是不合适的，因为它们不具有滚塑产品所需的抗冲击和抗环境应力开裂性。
高性能滚塑的应用利用了其化学可交联等级的独特性能。这些等级在成型周期的第一阶段具有良好的流动性，然后交联形成其优异的耐环境应力开裂性和韧性。耐磨性和耐候性。可交联PE仅适用于大型容器，从用于运输各种化学品的500加仑储罐到20，000加仑农用储罐。
▲膜:PE膜一般采用普通吹膜或平板挤出加工。大部分PE用于薄膜，一般低密度聚乙烯(LDPE)或线性低密度聚乙烯(LLDPE)都可以。HDPE膜级一般用在需要超强拉伸性和优异不渗透性的地方。例如，HDPE膜常用于商品袋、杂货袋和食品包装。
产品性能
高密度聚乙烯是无毒、无味、无臭的白色颗粒，熔点约为130℃，相对密度为0.941~0.960。它具有良好的耐热和耐寒性，良好的化学稳定性，高刚性和韧性以及良好的机械强度。介电性能和耐环境应力开裂性也很好。
包装、储存和运输
储存时，应远离火源并保温。仓库应保持干燥整洁。禁止混入任何杂质，禁止日晒雨淋。运输时应存放在清洁干燥的有盖车厢或舱内，不得有钉子等尖锐物体。严禁与易燃芳烃、卤代烃等有机溶剂混合使用。
使再循环
HDPE是塑料回收市场中增长最快的部分。这主要是因为它易于再加工，具有最小的降解特性，并广泛用于包装应用。主要回收是25%的回收材料，如消费后回收产品(PCR)，用纯HDPE再加工，制成不与食品接触的瓶子。英文名低密度聚乙烯
适用于热塑性塑料成型的各种成型工艺的塑料材料具有良好的加工性能，例如注射成型、挤出成型、吹塑成型、旋转成型、涂布、发泡工艺、热成型、热空气焊接和热焊接。
主要应用
LDPE是一种薄膜制品，适用于制作薄膜、再包装薄膜、电缆绝缘材料、吹塑和发泡制品。
如农膜、地膜、农膜、菜棚膜等。包装薄膜如糖果、蔬菜、冷冻食品包装；液体包装用吹塑薄膜(牛奶、酱油、果汁。豆腐、豆浆)；重包装袋、收缩包装膜、弹性膜、衬膜；建筑薄膜、普通工业包装薄膜和食品袋。LDPE还用于注塑产品，如小容器、盖子、家庭用品、塑料花和注塑-拉伸-吹塑容器。医疗器械、医药和食品包装材料、挤出管材和板材、电线电缆包层、异形材料、热成型等产品；吹塑中空制品，如食品容器、乳制品和果酱、医药、化妆品、化工产品容器、罐体等。
制造方法
低密度聚乙烯按聚合方法可分为高压法和低压法。根据反应器的类型，可分为釜式法和管式法。以乙烯为原料，送入反应器，在引发剂的作用下，在高压压缩下进行聚合反应。在通过分离器将未反应的乙烯从来自反应器的材料中除去后，将其熔融、挤出、造粒、干燥、混合并送至包装。
产品性能
低密度聚乙烯是乳白色的珠子。无毒、无味、无臭、表面无光泽。密度为0.916 ~ 0.930克/立方厘米。柔软，具有良好的延展性、电绝缘性、化学稳定性、加工性和耐低温性(-70℃)，但机械强度、防潮性、耐气性和耐溶剂性较差。分子结构不规则，结晶度(55%~65%)低，结晶熔点(108~126℃)也低。
包装、储存和运输
产品采用聚乙烯重包装薄膜袋包装，可根据用户需要增加聚丙烯编织袋作为外包装。产品应储存在清洁干燥的仓库中，并可通过火车、汽车和轮船运输。储运过程中应注意防火、防水、防晒、防尘、防污染。运输工具应保持清洁干燥，无钉子等尖锐物体，需要有棚或篷布(LLDPE)，由乙烯和少量高级α-烯烃(如丁烯-1、己烯-1、辛烯-1、四甲基戊烯-1等)制成。)在催化剂的作用下。但根据ASTM D-1248-84，0.926 ~ 0.940g/cm3的密度范围属于中密度聚乙烯(MDPE)。新一代LLDPE将其密度扩展到塑料体(0.890 ~ 0.91.5g/cm3)和弹性体(
常规LLDPE的分子结构的特点是其线性主链，很少或没有长支链，但有一些短支链。没有长支链使得聚合物更加结晶。
一般来说，LLDPE树脂的特点是密度和熔融指数。密度由聚合物链中单体的浓度决定。* * *单体的浓度决定了聚合物中短支链的数量。短链的长度取决于单体的类型。* * *单体浓度越高，树脂的密度越低。另外，熔融指数是树脂平均分子量的反映，主要由反应温度(溶液法)和链转移剂的加入量(气相法)决定。平均分子量与分子量分布无关，主要受催化剂类型影响。
LLDPE于20世纪70年代由美国联合碳化物公司工业化生产，代表了聚乙烯催化剂和加工技术的重大变革，大大扩展了聚乙烯的产品范围。LLDPE以其优异的性能和低廉的成本，通过用配位催化剂代替自由基引发剂，用低成本的气相聚合代替高压反应器，在较短的时间内在许多领域取代了LDPE。目前，LLDPE已经渗透到几乎所有的传统聚乙烯市场，包括薄膜、模具、管材和电线电缆。
LLDPE产品无毒、无味、无嗅，呈乳白色颗粒。与LDPE相比，具有强度高、韧性好、刚性强、耐热、耐寒、耐环境应力开裂性好、抗撕裂、耐酸、耐碱、耐有机溶剂等优点。
2005年中国LLDPE产量为654.38+0.88万吨，约占PE总产量的35.5%；消费量为355万吨，占PE总消费量的33.8%。预计未来2 ~ 3年，LLDPE消费将继续以8%左右的速度增长。按照目前12000元/吨的市场价格，中国LLDPE的市场规模已经超过400亿元。
LLDPE的应用领域
LLDPE的主要应用领域是农用薄膜、包装薄膜、电线电缆、管材和涂层产品。
线性低密度聚乙烯因其拉伸强度高、抗穿刺性和抗撕裂性好，主要用于制膜。2005年世界LLDPE消费量为65，438+0，665，438+0.7万吨，同比增长6.4%。在消费结构中，薄膜产品仍占最大比重，消费量为11.9万吨，占总消费量的73.6%，其次是注塑，消费量为11.48万吨，约占LLDPE总消费量的71%。
2005年，中国LLDPE和低密度聚乙烯的总消费量为598万吨，其中LLDPE的消费量为355万吨，同比增长25.4%，占LLDPE/低密度聚乙烯总消费量的59.4%。低密度聚乙烯消费量为243万吨，同比增长0.7%，占LLDPE/低密度聚乙烯总消费量的40.6%。
从LLDPE/LDPE的消费结构来看，薄膜仍然是消费最大的品种，消费量为485万吨，占LLDPE/LDPE总消费量的77.5%，其中包装薄膜31.3万吨，占总消费量的50%；654.38+34.5万吨农膜，占总消费量的22.5%；特种包装膜37.6万吨，占总消费量的6%。其次是注塑制品，消费量为55.7万吨，占总消费量的8.9%。其次是涂层制品、管材和电线电缆，消费量分别为31.3万吨、1.88万吨和1.57万吨，占总消费量的5%、3%和2.5%；其他消费量为654.38+0.88万吨，占总消费量的3%。
从2003 ~ 2005年LLDPE/LDPE的消费情况来看，薄膜的消费比例一直保持在77%左右，第二大品种注塑产品的消费比例一直徘徊在9%左右。据预测，未来2 ~ 3年，虽然各品种的绝对消费量将继续增加，但消费比例将基本维持现状；由于包装膜需求增长较快，农膜的消费比例将下降到20%左右。由于LLDPE性能的不断提高，其应用领域也在不断扩大，未来LLDPE的市场需求增长率将远高于LDPE和HDPE。
LLDPE的分类
根据* * *的单体类型，LLDPE主要分为三种* * *聚合物:C4(丁烯-1)、C6(己烯-1)、C8(辛烯-1)。其中丁烯* * *聚合物是世界上最大的LLDPE树脂，而己烯* * *聚合物是目前增长最快的LLDPE品种。在LLDPE树脂中，* *单体的典型用量为5% ~ 10%重量，平均用量约为7%。茂金属基LLDPE塑性体(mLLDPE)的平均单体含量是传统LLDPE的3倍以上。图表1为引用国外期刊10年全球三种LLDPE单体产量。
图表1:1997 ~ 2007年全球三种LLDPE单体产量。
(图表描述:丁烯:丁烯；己烯:己烯；辛烯:辛烯)
1984年底，当时的联合碳素公司引进了己烯* * *聚LLDPE的生产，随后是埃克森、美孚等公司。陶氏化学(Dow Chemical Company)的低压溶出工艺几乎都使用辛烯作为单体，加拿大NOVA Chemical Company的中压溶出工艺也使用辛烯。辛烯* * * LLDPE树脂的强度、抗撕裂性和加工性能稍好，但己烯* * *聚树脂和辛烯* * *聚树脂差别不大。目前己烯LLDPE树脂的主要生产商有埃克森美孚化学公司(ExxonMobil Chemical Company)、伊士曼化学公司(Eastman Chemical Company)、Equistar公司(Isostar Company)和雪佛龙菲利普斯化学公司。此外，陶氏化学、Basell、Innovene和三星道达尔也生产己烯LLDPE。
与常用的丁烯单体相比，以己烯和辛烯为单体生产的LLDPE性能更好。LLDPE树脂的最大用途在于生产薄膜。以长链α-烯烃(如己烯、辛烯)为* * *单体的LLDPE树脂制成的薄膜和制品，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多方面都优于以丁烯为* * *单体的LLDPE树脂。自20世纪90年代以来，国外聚乙烯制造商和用户倾向于用己烯和辛烯代替丁烯。据报道，辛烯作为* * * *的单体时，树脂性能未必比己烯* * * *有进一步的提高，且价格较贵。因此，目前国外主要LLDPE生产商使用己烯替代丁烯的趋势更加明显。