耐熱聚乙烯管材PE-RT樹脂結構與性能

郭 奇，何維華，馮振學，崔芙蓉，高宇嵩，陳 月

（中國石油撫順石化公司研究院, 遼寧 撫順 113004）

目前，建筑行業中用于建筑物內熱水管道的聚烯烴管材主要有交聯聚乙烯( PE-X) 管材、無規共聚聚丙烯( PPR) 管材、耐熱聚乙烯( PE-RT) 管材、聚丁烯( PB) 管材［1］。PE-RT樹脂由于具有獨特的分子結構，通過分子設計和聚合工藝技術能夠控制共聚單體在主鏈上的分布及數量，形成較多系帶分子，使其既具有聚乙烯良好的柔韌性，又具有良好的耐熱性能，在地板采暖和散熱器采暖系統中的應用在逐步擴大。在應用于熱水管道的塑料管材中，PB 管材性能最好，可熱熔連接，但價格高，是普通管材的2倍以上，且缺口敏感性差，管道彎曲后易回彈，施工不便。PPR 管材通常應用于生活冷熱水供水系統，可以熱熔連接，但耐低溫性能較差，管道柔韌性差。PE- X 與PE - RT 管材都具有良好的耐高溫性能，PE- RT 與PE- X 塑料管道相比，無需經過交聯工藝，生產過程環節少，可熱熔連接、導熱系數比PE-X管材高，因此采暖效果好。

本工作中，研究了國內外PE-RT樹脂結構-性能關系，并對撫順石化試產的辛烯共聚產品DP800進行了性能測試及評價。

1 實驗部分

1.1 主要原料

PE-RT樹脂DX800，SK公司；SP980，LG公司； QHM22F，齊魯；DP800，撫順；4731B，巴賽爾；XP9000，韓國大林公司。

1.2 實驗工藝流程

實驗工藝流程：

PE-RT樹脂, 助劑→混合攪拌→擠出機→冷卻→切粒→制樣→測試。

2 結果與討論

2.1 國內外PE-RT料基本性能

研究了國內外PE-RT樹脂的熔融指數、熔流比和應力指數，如表1。

由表1可看出，巴賽爾4731B屬Ⅱ型料，熔流比和應力指數較大，分子量分布較寬，DP800和SK DX800及LG SP980接近。

2.2 相對分子量及其分布

通過GPC測試分子量分布，同熔流比、應力指數相比，趨勢相符，Basell 4731B分布最寬， 屬雙峰分布，QHM22F較窄，由茂金屬催化劑生產(表2)。

表1 國內外PE-RT料基本性能Table 1 The PE-RT basic properties

表2 相對分子量及其分布Table 2 The relative molecula rmass and distribution

2.3 紅外光譜分析

對國內外各種PE-RT樹脂測試，見譜圖1。

圖1 PE-RT 紅外光譜Fig.1 FTIR spectra of the different PE-RT resin

用2911FS為差譜，以得到試樣譜圖中1 378 cm-1峰的準確峰位。因該峰位值與支鏈的長短有關，根據1 378 cm-1差普峰位實測值，確定共聚PE支鏈類型。Basell 4731B共聚單體為丁烯-1，SK DX800為辛烯-1，LG-SP980為己烯，QHM22F為己烯。

2.4 熱分析

用差示掃描量熱儀測定樣品的熱學行為，測試結果如表3。

從表3可看出4731B、QHM22F熔融、結晶溫度較高，撫順DP800、韓國DX800、SP980料略低，4731B、QHM22F結晶度較大,剛性較好。屬PE-RTⅡ型樹脂。

2.5 13C-NMR

采用核磁共振測試，13C-NMR譜圖如圖2。

表3 國內外PE-RT產品DSC分析Table 3 DSC date of the PE-RT resin

圖2 DX800 13C-NMR譜圖Fig.2 13C-Nuclear magnetic resonance spectroscopy of DX800

圖213C-NMR測試分析表明，DX800共聚單體是辛烯-1，單體的摩爾分數為0.65%。

2.5 分子結構表征

采用TREF分析儀器，對樣品DX800以及對比樣2911進行升溫淋洗測試，見圖3。

圖3 DX800、2911樣品升溫淋洗圖Fig.3 TREF elution profiles of DX800、2911

圖3 通過顯示對比樣品升溫淋洗情況,可見DX800 高結晶部分少，具有多重組分，表現出齊格勒納塔催化劑多活性中心特征。

2.6 旋轉流變儀分析測試

PE-RT儲能模量G′隨角頻率變化如圖4。

圖4 PE-RT儲能模量G′隨角頻率變化Fig.4 Storage modulus vs angle frequency for the PE-RT resin

聚合物儲能模量G ′和損能模量G ′1隨角頻率變化中可評價加工性能，儲能模量G ′反映聚合物熔體彈性，損能模量G ′1反映聚合物粘稠性，在低角頻率時，齊魯QHM22F儲能模量G ′最低，表明有較大高彈形變，過高的彈性是聚合物產生不穩定流動的原因，易發生熔體破裂。

2.7 力學性能

對樣品進行力學性能測試，其結果如表4。

表4 力學性能對比測試Table 4 The mechanical properties of PE-RT resin

由表4可見，DP800屈服強度低于4731B，同SK、LG公司相當，斷裂伸長率好于其他PE-RT產品。

2.8 加工性能

采用哈克轉矩流變儀對國內外PE-RT產品加工性能測試，結果如表5。

表5 PE-RT樹脂加工性能Table 5 PE-RT resin processing properties

用哈克轉矩流變儀測試，材料平衡扭矩越大，加工過程中主機電流越大，越難加工，從表5可看出：QHM22F平衡扭矩最大，加工性差， LG-SP980加工性略好于DX800，DP800好于DX800。

3 結 論

（1） PE-RT 結構特點，決定具有優異的長期耐高溫蠕變性能、優良的耐低溫性能和高的柔韌性、可熔融焊接的性能, 而成為國內地暖和建筑內冷熱水系統的首選管材。

（2）撫順石化開發的辛烯 PE-RT管材樹脂DP800，同國內外PE-RT相比，具有較好的加工和力學性能。

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