聚乙烯注塑加工成型技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展研究

全偉奇 張士杰 王小紅

摘要：聚乙烯的應(yīng)用在當(dāng)前時(shí)期的發(fā)展速度日益加快，為了充分應(yīng)對(duì)我國(guó)各行業(yè)對(duì)于聚乙烯的應(yīng)用需求，同時(shí)提升我國(guó)聚乙烯生產(chǎn)在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力，近年來，我國(guó)研究人員逐步加強(qiáng)了對(duì)于聚乙烯的研究重視。隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展，科技水平越來越高，加工制造技術(shù)更新?lián)Q代越來越快，聚乙烯加工技術(shù)為了適應(yīng)現(xiàn)在生產(chǎn)加工的需要，也在原來的技術(shù)水平上，不斷地加以改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：聚乙烯；加工；成型技術(shù)；創(chuàng)新

隨著我國(guó)近幾年經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)方面也取得了重大的突破，為了實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益，各個(gè)生產(chǎn)制造企業(yè)都在謀求更好的方法實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)中的降本增效目標(biāo)。也正是因?yàn)槿绱耍覈?guó)近些年來加大了生產(chǎn)制造過程中對(duì)聚乙烯再加工，充分利用資源的研究力度，國(guó)內(nèi)對(duì)于聚乙烯加工成型技術(shù)的研究也如雨后春筍。但是，由于我國(guó)對(duì)這方面的技術(shù)研究起步較晚，現(xiàn)在還處于不斷創(chuàng)新，不斷摸索的階段。

1.聚乙烯生產(chǎn)的特點(diǎn)

聚乙烯生產(chǎn)過程是在高壓力、高溫度條件下進(jìn)行的氣相游離基連鎖放熱反應(yīng)。反應(yīng)速度快、操作技術(shù)要求高，生產(chǎn)過程難于控制，對(duì)安全穩(wěn)定生產(chǎn)帶來不利因素。乙烯是易燃、易爆的氣體。生產(chǎn)過程中乙烯氣體容易泄漏，漏出的乙烯與空氣形成爆炸性的混合氣體，當(dāng)乙烯含量在2.75%一28.6%爆炸范圍內(nèi)，就產(chǎn)生爆炸和燃燒。如果壓縮機(jī)出口溫度過高，就會(huì)發(fā)生乙烯“自聚”，導(dǎo)致壓縮機(jī)管道堵塞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生壓縮機(jī)爆裂等惡性事故。乙烯在聚合反應(yīng)中，除放出大量熱量外，還可能由于下列因素，在反應(yīng)器內(nèi)生成“熱點(diǎn)”，導(dǎo)致乙烯在聚合過程中發(fā)生分解反應(yīng)，引起設(shè)備爆破，爆破后排出的乙烯溫度很高，在空氣中會(huì)發(fā)生二次爆炸。聚合反應(yīng)中由于引發(fā)劑過量，或注射泵失調(diào)或誤操作造成聚合反應(yīng)過分激烈。聚合反應(yīng)中，由于反應(yīng)器攪拌軸引起的機(jī)械摩擦產(chǎn)生的局部過熱。乙烯氣中雜質(zhì)如氧氣能參與反應(yīng)的雜質(zhì)含量偏高。壓縮機(jī)對(duì)工質(zhì)的絕壓壓縮、膨脹反復(fù)多次引起乙烯分解，導(dǎo)致壓縮機(jī)高溫高壓，可能發(fā)生壓縮機(jī)及其管道的破裂。聚乙烯用管道輸送時(shí)，可能產(chǎn)生靜電，當(dāng)聚乙烯粉塵達(dá)到爆炸濃度時(shí)，就會(huì)發(fā)生粉塵爆炸。

2.聚乙烯塑料特性

高密度聚乙烯為無毒、無味、無臭的白色顆粒，熔點(diǎn)約為130℃，相對(duì)密度為0.941～0.960。它具有良好的耐熱性和耐寒性，化學(xué)穩(wěn)定性好，還具有較高的剛性和韌性，機(jī)械強(qiáng)度好。介電性能，耐環(huán)境應(yīng)力開裂性亦較好。低壓聚乙烯HDPE是一種結(jié)晶度高、非極性的熱塑性樹脂。原態(tài)HDPE的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明狀。PE具有優(yōu)良的耐大多數(shù)生活和工業(yè)用化學(xué)品的特性。某些種類的化學(xué)品會(huì)產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，例如腐蝕性氧化劑，芳香烴和鹵化烴。

該聚合物不吸濕并具有好的防水蒸汽性，可用于包裝用途。HDPE具有很好的電性能，特別是絕緣介電強(qiáng)度高，使其很適用于電線電纜。中到高分子量等級(jí)具有極好的抗沖擊性，在常溫甚至在-40F低溫度下均如此。各種等級(jí)HDPE的獨(dú)有特性是四種基本變量的適當(dāng)結(jié)合：密度、分子量、分子量分布和添加劑。不同的催化劑被用于生產(chǎn)定制特殊性能聚合物。這些變量相結(jié)合生產(chǎn)出不同用途的HDPE品級(jí)；在性能上達(dá)到最佳的平衡。

3.聚乙烯注塑加工成型技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展

3.1線性低密度聚乙烯

按分子量可分為低分子量聚乙烯、普通分子量聚乙烯和超高分子量聚乙烯。線型低密度聚乙烯（LLDPE）按共聚單體類型主要?jiǎng)澐譃?種共聚物：C4（丁烯-1）、C6（己烯-1）和C8（辛烯-1）。其中丁烯共聚物是全球生產(chǎn)量最大的LLDPE樹脂，而己烯共聚物則是目前增長(zhǎng)最快的LLDPE品種。在LLDPE樹脂中，共聚單體的典型用量為5%～10%重量分?jǐn)?shù)，平均用量大約為7%，茂金屬基的LLDPE塑性體（mLLDPE）具有傳統(tǒng)LLDPE3倍多的平均共聚單體含量。與通常使用的丁烯共聚單體相比，以己烯和辛烯作為共聚單體生產(chǎn)的LLDPE具有更為優(yōu)良的性能。LLDPE樹脂的最大用途在于薄膜的生產(chǎn)，以長(zhǎng)鏈α-烯烴（如己烯、辛烯）作為共聚單體生產(chǎn)的LLDPE樹脂制成的薄膜及制品在拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、耐穿刺性、耐環(huán)境應(yīng)力開裂性等許多方面均優(yōu)于用丁烯作為共聚單體生產(chǎn)的LLDPE樹脂。

由于LLDPE是采用低壓法在具有配位結(jié)構(gòu)的高活性催化劑作用下，使乙烯和a-烯烴共聚而成，聚合方法與HDPE基本相同，因此與HDPE一樣，其分子結(jié)構(gòu)呈直鏈狀。但因a-烯烴的引入，致使分子鏈上存在許多短小而規(guī)整的支鏈，其支鏈數(shù)取決于共聚單體的摩爾數(shù)，一般分子鏈上每1000個(gè)碳原子有10～35個(gè)短支鏈，支鏈長(zhǎng)度由。一烯烴的碳原子數(shù)決定。不過LLDPE的支漣長(zhǎng)度一般大于HDPE的支鏈，支鏈數(shù)目也多。而與LDPE相比，卻沒有LDPE所特有的長(zhǎng)支鏈。LLDPE的分子鏈?zhǔn)蔷哂卸讨ф湹慕Y(jié)構(gòu)，其分子結(jié)構(gòu)規(guī)整性介于LDPE和HDPE之間，因此，密度和結(jié)晶度也介于HDPE和LDPE之間，而更接近于LDPF。

另外，LLDPE相對(duì)分子質(zhì)量分布比LDPE窄，平均相對(duì)分子質(zhì)量較大，故而熔體枯度比LDPE大，加工性能較差，易發(fā)生熔體破裂現(xiàn)象。正是由于LLDPE結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，其性能與LDPE近似而又兼具HDPE的特點(diǎn)。LLDPE用配位催化劑代替自由基引發(fā)劑，以及用較低成本的低壓氣相聚合取代成本較高的高壓反應(yīng)器，在比較短的時(shí)間內(nèi)，便以其優(yōu)異的性能和較低的成本，在許多領(lǐng)域已替代了LDPE。目前LLDPE幾乎滲透到所有的傳統(tǒng)聚乙烯市場(chǎng)，包括薄膜、模塑、管材和電線電纜。

3.2高密度聚乙烯塑

高密度聚乙烯HDPE是一種結(jié)晶度高、非極性的熱塑性樹脂。原態(tài)HDPE的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明狀。PE具有優(yōu)良的耐大多數(shù)生活和工業(yè)用化學(xué)品的特性。某些種類的化學(xué)品會(huì)產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，例如腐蝕性氧化劑（濃硝酸），芳香烴（二甲苯）和鹵化烴（四氯化碳）。該聚合物不吸濕并具有好的防水蒸汽性，可用于包裝用途。HDPE具有很好的電性能，特別是絕緣介電強(qiáng)度高，使其很適用于電線電纜。中到高分子量等級(jí)具有極好的抗沖擊性，在常溫甚至在-40F低溫度下均如此。HDPE是一種由乙烯共聚生成的熱塑性聚烯烴。這種通用材料在不斷開發(fā)其新的用途和市場(chǎng)。各種等級(jí)HDPE的獨(dú)有特性是四種基本變量的適當(dāng)結(jié)合：密度、分子量、分子量分布和添加劑。不同的催化劑被用于生產(chǎn)定制特殊性能聚合物。這些變量相結(jié)合生產(chǎn)出不同用途的HDPE品級(jí)；在性能上達(dá)到最佳的平衡。高密度聚乙烯是由乙烯、丁二烯單體在催化劑的作用下，聚合而成的粘均分子量大于150萬的熱塑性工程塑料。該產(chǎn)品綜合性能優(yōu)越，耐磨損、耐低溫、耐腐蝕、自身潤(rùn)滑、抗沖擊性能在所有塑料中為最高值，耐磨性能優(yōu)于聚四氟乙烯、尼龍、聚甲醛、碳鋼、黃銅等材料，可長(zhǎng)期在-269℃～+80℃條件下工作，所以是目前世界性能最好的工程塑料。

聚乙烯最通常的生產(chǎn)方法是通過淤漿或氣相加工法，也有少數(shù)用溶液相加工生產(chǎn)。所有這些加工過程都是由乙烯單體、a-烯烴單體、催化劑體系和各種類型的烴類稀釋劑參與的放熱反應(yīng)。氫氣和一些催化劑用來控制分子量。淤漿反應(yīng)器一般為攪拌釜或是一種更常用的大型環(huán)形反應(yīng)器，在其中料漿可以循環(huán)攪拌。當(dāng)乙烯和共聚單體和催化劑一接觸，就會(huì)形成聚乙烯顆粒。除去稀釋劑后，聚乙烯顆粒或粉粒被干燥并按劑量加入添加劑，就生產(chǎn)出粒料。

4.結(jié)論與認(rèn)識(shí)

聚乙烯可謂乙烯最重要的衍生物，約有60%的乙烯用于制造聚乙烯。由于具有優(yōu)異的電絕緣性、良好的耐化學(xué)性、很低的吸水性和突出的耐寒性。聚乙烯成為我國(guó)通用合成樹脂中產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的品種，其特點(diǎn)是價(jià)格便宜，性能較好，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、包裝及日常生活中，在塑料工業(yè)中占有舉足輕重的地位。巨大的需求以及生產(chǎn)能力的不足，也使中國(guó)成為世界聚乙烯供應(yīng)商角逐的主戰(zhàn)場(chǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦瑜；付武昌；無機(jī)粉體改性聚乙烯流變性能的研究進(jìn)展[J]；上海塑料；2012年01期

[2]吳進(jìn)喜；超高分子量聚乙烯低溫容器的制備與性能研究[D]；山東科技大學(xué)；2009年