耐熱聚乙烯管材專用樹脂的性能

王群濤，唐巖，郭銳，高凌雁，王日輝

（中國石油化工股份有限公司齊魯分公司研究院，山東省淄博市 255400）

耐熱聚乙烯管材專用樹脂的性能

王群濤，唐巖，郭銳，高凌雁，王日輝

（中國石油化工股份有限公司齊魯分公司研究院，山東省淄博市 255400）

研究了耐熱聚乙烯管材專用樹脂QHM22F的常規物性、長期熱穩定性、加工性能、靜液壓強度等，并在管材生產廠家進行了不同口徑的管材加工應用試驗。結果表明：QHM22F的簡支梁缺口沖擊強度在70 kJ/m2以上；200℃氧化誘導期大于120 min；熔體強度在0.24 N以上；加工性能良好，可滿足高速牽引的加工需要。采用QHM22F生產的管材內外表面光滑、壁厚均勻，性能滿足用戶要求。

耐熱聚乙烯 管材 高速牽引 靜液壓強度

耐熱聚乙烯（PE-RT）是一種非交聯的聚乙烯，采用特殊的分子設計和聚合工藝合成，可用于生產地暖管、鋁塑復合管、輸油管等[1]。2010年，我國PE-RT管道產量約70 kt。隨著我國住宅迅速發展和城鎮化進程加快，建筑冷熱水輸送、地暖等用途塑料管道必不可少，PE-RT管道將會快速發展，市場的潛力巨大。2011年以前，我國使用的PE-RT管材專用樹脂全部依賴進口，價格昂貴，每噸PE-RT樹脂比普通聚乙烯樹脂同期價格高2 500～3 500元。因此，為滿足國內市場發展需求，迫切需要國內石化企業結合自身工藝開發出性能優異的PE-RT管材專用樹脂。

中國石油化工股份有限公司齊魯分公司（簡稱齊魯石化）在管材專用樹脂開發和研究方面積累了多年經驗，通過進行PE-RT管材專用樹脂市場調研、進口樹脂及助劑體系研究、中試生產等，為產品工業化打下了良好的基礎。2011年4月，齊魯石化利用工業化裝置成功開發了PE-RT管材專用樹脂QHM22F，產品實現了工業化。

1 實驗部分

1.1 原料

QHM22F，齊魯石化生產；PE-1，進口PE-RT管材專用樹脂。

1.2 儀器與設備

35SFV655038型密度梯度儀，6542型熔體流動速率儀，6957型沖擊強度儀，均為意大利Ceast公司生產；Q20型差示掃描量熱儀，美國TA公司生產；4467型萬能材料實驗機，美國Instron公司生產；LR-016型熱老化試驗箱，重慶銀河試驗儀器有限公司生產；RHEOTENS71.90型熔體強度儀，德國Gottfert公司生產；ACER2000型毛細管流變儀，美國流變科學公司生產；6M-2型維卡軟化儀，日本東洋精機株式會社生產。

1.3 分析與測試

熔體流動速率（MFR）按GB/T 3682—2000測試，負載為2.16 kg。密度按GB/T 1033.2—2010（D法）測試。氧化誘導期按GB/T 19466.6—2009測試，200℃，鋁杯。流變性能按ISO 11443：1995測試。短期靜液壓強度按GB/T 6111—2003測試。簡支梁缺口沖擊強度按ISO 11357-6：2008測試，23℃，A型缺口。拉伸性能按GB/T 1040.2—2006測試，拉伸速率為50 mm/min。維卡軟化溫度按GB/T 1633—2000測試，升溫速率為120℃/min。熔體強度按Q/SF 10—2006測試。

2 結果與討論

2.1 常規物性

從表1看出：QHM22F的斷裂標稱應變和簡支梁缺口沖擊強度較高，滿足管材使用中對材料柔韌性的要求；氧化誘導期較長，可保證材料具有良好的熱穩定性。

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

2.2 加工穩定性

從表2看出：經多次造粒后QHM22F的MFR、斷裂標稱應變的變化較小，說明該產品具有優異的加工穩定性。

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

2.3 長期熱穩定性

由于PE-RT管材主要用于輸送熱水，使用溫度較高，要求樹脂具有良好的長期熱穩定性，以保證管材的使用壽命。考察了QHM22F在110℃下烘箱老化500，1 500 h后拉伸性能的變化，并與市場上應用較廣泛的進口樹脂PE-1進行了對比。從表3看出：經長期熱老化后，QHM22F及PE-1仍保持較高的斷裂標稱應變，說明兩者具有良好的長期熱穩定性；兩種管材專用樹脂的拉伸屈服強度都略有增加。這是由于在熱老化過程中材料結晶性能改變，結晶度增加[2]。

表3 兩種管材專用樹脂熱老化后拉伸性能的變化Tab.3The change in tensile property of 2 kinds of special resins for pipe safter heat aging

2.4 流變行為

采用毛細管流變儀考察了210℃下QHM22F與PE-1的流變行為。從圖1看出：QHM22F與PE-1都具有較高的臨界剪切速率（γ）（300 s-1），可保證管材在高速加工時仍具有良好的外觀；在較低γ（低于100 s-1）下，QHM22F與PE-1的剪切黏度（η）相近，說明兩者在開機初始的電流接近；在較高γ（100～300 s-1）下，QHM22F的η明顯低于PE-1，說明QHM22F在管材加工過程中的能耗較小。

2.5 熔體強度

熔體強度反映聚合物熔體的抗延伸性及抗熔垂性，它是決定材料加工成型的一個非常重要的性能[3]。PE-RT管材專用樹脂擠出時需要較高的熔體強度以滿足高速牽引和成型的需要。QHM22F與PE-1的熔體強度分別為0.24，0.21。管材加工中發現兩種管材料的熔體強度較高，可滿足高速牽引的生產要求，制備尺寸穩定的管材。

2.6 出口膨脹比

從圖2看出：QHM22F的出口膨脹比較小，有利于管材生產，保證了管材特別是小口徑管材的尺寸穩定性。

2.7 結晶溫度

管材專用樹脂的結晶溫度影響其成型周期、管材外觀和使用性能，較高的結晶溫度可縮短成型周期、縮小管材內外壁的性能差異。普通線型低密度聚乙烯結晶溫度與的結晶溫度分別為114.4，113.9℃，結晶溫度較高，有利于縮短擠出管材時的成型周期，保證高速加工條件下制備外觀良好的管材。

2.8 靜液壓強度

靜液壓強度是PE-RT管材專用樹脂的關鍵性能，影響著管材的耐壓強度和使用壽命。從表4看出：QHM22F除110℃下靜液壓強度試驗仍在進行中外，其他各條件下的靜液壓強度都達到標準要求，材料具有優異的耐壓性能。

表4 QHM22F管材的靜液壓強度Tab.4Hydrostatic strength of the pipes made of QHM22F

3 加工應用試驗

采用PE-RT管材專用樹脂QHM22F在國內多個生產廠家的管材生產線上分別進行了不同口徑的管材加工應用試驗。

從表5看出：QHM22F加工性能好，加工工藝穩定，與進口樹脂PE-1相當；生產的管材內外表面光滑，壁厚均勻，管材短期靜液壓強度滿足出廠檢驗要求。

表5 QHM22F的加工工藝條件Tab.5Processing conditions of QHM22F

從表看出：的加工性能和設備適應性好，與進口樹脂PE-1相當，加工工藝穩定，可滿足高速加工需要，最高牽引速度可達25 m/ min；生產的管材內外表面光滑，壁厚均勻。

表6 QHM22F的加工工藝條件Tab.6Processing conditions of QHM22F

從表7看出：QHM22F的加工性能好，可滿足高速加工需要；生產的管材內外表面光滑，壁厚均勻，制品性能滿足CJ/T 175—2002“冷熱水用耐熱聚乙烯管道系統”的要求。

表7 QHM22F的加工工藝條件Tab.7Processing conditions of QHM22F

4 結論

a)開發的PE-RT管材專用樹脂QHM22F具有優異的物理機械性能、加工穩定性、長期熱穩定性。

b)QHM22F具有良好的加工性能，滿足高速牽引的要求。

c)采用QHM22F生產的管材內外表面光滑、壁厚均勻，滿足用戶要求。

[1]唐巖,王群濤,郭銳，等.耐熱聚乙烯管材料的開發綜述[J].齊魯石油化工，2011,39(3)：265-268.

[2]李紅山，張藝，許家瑞.硬脂酸鑭對LLDPE熱老化行為的影響[J].中山大學學報，2006，45（6）：48-52.

[3]占國榮，周南橋，彭響方，等.聚合物的熔體強度及測試技術[J].中國塑料，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。

王群濤，1979年生，工程師，2001年畢業于天津科技大學，現從事高分子材料研究。聯系電話：（0533）7585676；E-mail：9732113@sina.com。

（編輯：李靜輝）