PE100級管材專用樹脂的結構和性能

文/趙善達 廣東省茂名市質量計量監督檢測所 廣東茂名 525000

近幾年來，塑料管已經逐漸普及到建筑和燃氣、工業用管等領域。高密度聚乙烯管材由于其常規性能（耐腐蝕、韌性好、摩擦系數小、絕緣性能好）突出，被廣泛應用于房產業中的燃氣管和供水管。PE100又稱為第三代聚乙烯管材專用樹脂，其相對分子質量為其提供了優良的加工性能和力學性能[1]。本文對PE100級管材專用樹脂的結構和性能進行了研究。

1、實驗

1.1 原料

需要準備樹脂A、B原料，樹脂A需要選擇雙峰PE100級專用樹脂，并為BP-Solvey雙環管漿液法工藝制作；而樹脂B則需要選擇UCC低壓氣相工藝技術生產的專用樹脂。

1.2 性能測試

依據GB/T3682-2000相關規定，對熔體流動速率進行測定；同時依據GB/T1040.2-2006規定對其拉伸性能進行測定；按照GB/T-2008測試彎曲性能；按照GB/T1043.1-2008測試簡支梁缺口沖擊強度；按照GB/T19466.6-2009規定內容對氧化誘導時間進行測定；按照GB/T15560-1995測試管材爆破；按照GB/T 6111-2003測試管材靜液壓強度。差示掃描量熱法：在180℃條件下對5～6mg試樣進行消除熱歷史，按照每分鐘10℃的速度進行降溫處理，直至達到30℃為止，保持2分鐘恒溫，然后進行升溫處理，按照每分鐘10℃的速度，直至上升到180℃為止。凝膠滲透色譜：使用三氯本溶劑，通過三柱串聯，在160℃溶解10h，測試前進行相同條件下的標定和方向標定。

2、結果討論

2.1 共聚單體及含量

將定量的共聚單體加入到產品中，從而保證其耐壓性能得以提升，結晶度達到要求，保證材料的剛性以及負荷變形性更佳。由表1可知，共聚單體含量對比，樹脂B＜樹脂A，支化點含量對比，樹脂B＝樹脂A，由此證明共聚單體有效接枝量類似。核磁共振的測試屬于宏觀支化度概念，在對共聚單體單體支化點進行測定時，需要對其小分子鏈條數量、長分子鏈上接枝數量進行測定。

表1 共聚單體含量及支化度

2.2 差示掃描量熱法分析

從表2結果中我們可知，樹脂A、B的氧化誘導時間都符合PE100級管材專用樹脂的標準，說明兩種試樣的抗氧化性能大致相同。另外，樹脂A的結晶度低于樹脂B，產生這種情況的主要原因是樹脂A、B使用的催化劑不同，進而導致結晶行為差異現象。樹脂B中的高相對分子質量部分要高于樹脂A。相對分子質量大，大分子鏈之間的纏結度就越高，此時分子鏈中的內旋轉就會受到限制，對鏈段的運動會有影響，會影響分子鏈的堆砌，不利于聚合物的結晶行為。樹脂B的熔融溫度比較，熔程也比較寬，說明結構中有大量的分子鏈或者是有較厚的晶片[2]。

表2 表示掃描量熱法數據分析

2.3 基本物性分析

從表3的結果中我們看出，樹脂A的熔體流動速率要高于樹脂B，而樹脂A、B的沖擊強度、斷裂拉伸相比，差異不大，由此說明其韌性相似；因為樹脂A、B密度大致相同，但是相比于樹脂A，樹脂B的彎曲模量和彎曲應力比較低，說明樹脂B的剛性＜樹脂A，這與原材料的結晶程度有一定關聯[3]。

表3 基本物性測試結果

2.4 熔體強度

熔體強度的變化與原料的相對分子質量和分布有關系，當溫度為205℃時，樹脂B的熔體強度為0.2551N明顯高于樹脂A的0.1291N。產生這種情況的主要原因是樹脂B的高相對分子質量部分比較多，分子纏結程度較高，在實際加工大口徑的厚壁管材，熔體強度與材料抗熔垂性能成正比關系。因此，可以認為樹脂A的抗熔垂性要低于樹脂B[4]。

結語：

與傳統的水泥管、金屬管比較，PE棺材的密度更低、韌性和耐化學品腐蝕性更好，加上施工安裝比較簡單，在供暖、工產品運輸以及建筑給排水等領域應用較多。PE100級及以上的高耐壓棺材專用樹脂以其耐慢速裂紋增長和耐快速裂紋擴張性能的與優越性受到了人們的關注。本次研究認為，樹脂A的流動性更好，適用于加工直徑低于600mm以下的管材。而樹脂B的加工溫度較高，適用于加工厚度均勻、內外壁光滑且口徑超過800mmd的厚壁管材。