浅谈高密度聚乙烯的结构与性能分析

浅谈高密度聚乙烯的结构与性能分析

摘要：HDPE(高密度聚乙烯)是一种具有小弹性、结晶型的热塑性树脂，可提

供良好的力学、物理和耐腐蚀化学性能。高密度聚乙烯可以通过挤出、吹塑、注

塑等各种加工方法调整和成型性能所需的材料。它广泛应用于排水、燃气管道、

中空空容器、薄膜、拉丝和电缆等领域，是最常用的树脂材料之一。采用淤浆聚

合技术、气相和溶液聚合技术生产优质聚乙烯产品，满足高密度聚乙烯生产的技

术要求。材料结构的差异可能会导致使用材料时的性能差异。因此，研究结构材

料差异与性能之间的关系很重要。

关键词：高密度聚乙烯；分子量；性能

本文研究了两种高密度聚乙烯(HD-1和HD-2)的结构差异，对其基本性能、

分子和分布、热工性能、拉伸流变和力学性能进行了综合分析。其结果是，两种

高密度聚乙烯的密度、熔融温度和结晶度相似，HD-1的分子分布大于HD-2，从

而允许进行更广泛的调整。对于熔融特性，HD-2提供更高的抗冲击强度。

一、高密度聚乙烯技术的发展趋势

采用创新生产高密度聚乙烯，优化催化剂体系，保护新产品开发。不断推动

新型聚乙烯产品的开发，通过应用新技术生产高密度聚乙烯，最大限度地提高产

品效率。发展高密度聚乙烯制造工艺的技术措施的必要性，结合了新技术的现状、发展和研制、催化剂的升级改造、聚乙烯生产成本的降低和生产力与安全性。

1.催化剂的进化。高密度聚氯乙烯生产中使用的催化剂是以各种金属催化剂

为基础的，其影响越来越大，满足了聚乙烯生产的要求。关于高密度聚乙烯的生

产特性，经过现场实验和实践，对催化剂体系进行了研究，选择了一种经济高效

的聚氯乙烯体系来提高聚乙烯的生产效率。作为生产高密度、高活性、高性能聚

乙烯的催化剂，为聚合物反应提供了可靠的条件。过渡金属催化剂和复合系统催

化剂的应用增强了催化剂。不断简化制备催化剂的技术措施，降低催化剂生产成本，合理平衡催化剂，确保计划中的催化剂。快速调整产品结构和性能，实现高

密度聚乙烯产品的高质量，选择催化剂体系提高催化剂性能，最大限度地提高催

化剂的灵活性，大幅降低催化剂使用成本。同时，必须提高催化剂性能，以满足

各类新产品的需求。加快钼催化剂体系的研究与应用，取得最佳效果。

2.低压气相的发展。根据生产高密度聚乙烯的基本要求，开发了低电压生产

技术，将冷凝液与循环材料分离，输送到流体反应器中，以实现适当的聚合反应，将冷凝液输送到流体机械中，将喷嘴雾化输送到流体机械中，在最佳惰性冷凝剂、异戊烷或者己烷之间作出选择。低温降低热量消耗，从而降低生产成本，提高聚

乙烯产品的价值。低压工艺的研究与应用可有助于提高聚乙烯产品的质量。结合

聚乙烯的不同应用标准，保持制造过程中的低温，提高适应性能。

二、实验部分

1.主要实验仪器。熔体流动速率仪7028型、6001测量仪、3343型材料通用

测试仪、GPC-IR(GPC)透色谱仪、214型差示扫描(DSC)、RT-2000型高压毛细管

转换器。

2.性能测试。测量分子量及其分布:样品的相对分子量及其分布是在135℃温

度下使用GPC和溶剂1，2，4-三氯苯进行测量。熔解行为试验:在N2大气中，从

坩埚中采集7-8毫克的样品，加热至180以15℃min-1的速度冷却30℃，观察样

品结晶过程，然后以同样的速度上升至170℃，观察样品熔融过程。毛细管变形

试验:毛细管开口模具直径1 mm，长径比L/D=30，剪切率90~3460s-1。

三、结果与讨论

1.基本性能。熔体流动速率(MFR)是聚合物熔体流动的重要指标，可用于比

较同一部件的分子大小。HD-1和HD-2熔体流动速率使用熔体流动速率工具进行

测量，并计算熔体流动速率(FRR)比率，该比率可快速反映分子质量的分布，如

下图所示。FRR越大分子分布越大，反之则分子质量分布越窄，HD-1和HD-2的

密度相似，约为0.950g cm-3，HD-1的流体速率和熔体比HD-2高，这意味着HD-

1分子较多，便于产品加工。

2.相对分子质量和分布。高密度聚乙烯的分子量和分布对材料的力学、流变

和加工性能有重要影响。HD-1和HD-2的相对分子质量和分布见图1和图2。如

图1和表2所示，HD-1分子的质量具有典型的双峰分布，达到38.4的最大分子量，同时可以看到大于5 x 105的大分子比例大于HD-2，小于1 x 104的数量小

于HD-2，具有双峰聚合物的特性。PDI值越高，成型过程中的材料越粗糙，影响

材料的外观和性能。但是，除了增加分子的高额附加费外，HD-1还增加了上下聚

乙烯分子的比例，从而有效地防止了这种现象的出现。这表明精确控制分子可以

更改力学特性和加工条件。

3.分析熔融行为。采用差分扫描测量仪器对两种高密度聚乙烯的熔点和熔融

焓测试。根据结晶度与熔融焓的关系，结晶度是表征聚乙烯等半结晶聚合物形态

结构和物理性能的重要参数。结晶度也因聚乙烯密度而异，一般聚合物的结晶度

在30至80%之间。结晶度与熔点、表面硬度、空气渗透性和聚合物的化学稳定性

有关，其水平是直接影响机械性能和材料优点的重要因素。HD-1的熔融温度、熔

融焓和结晶度与HD-2相似，结晶率分别为61.3和62.4%，反映了两种树脂的密度。

4.分析流变性效能。HD-1和HD-2高密度聚乙烯剪切率与250℃剪切粘度和

剪切应力之间的关系这是因为高密度聚乙烯的剪切黏度(μ)随着剪切率(γ)的增

加而降低，在加工过程中具有剪切变稀。这是因为剪切率提高、体系分子链的纠

缠减少以及流动阻力减小导致剪切粘度降低。对于HD-2，当γ小于400 s-1时，η衰减较小，当γ大于400 s-1时，η降低较大，也就是说，熔体的材料呈假

塑性。

5.分析力学性能。塑料的冲击强度是工程应用程序的重要性能指标，因为它

反映了不同材料承受高速冲击的能力。材料的力学性能由其结构特性决定，这两

种产品具有相似的屈服应力和弯曲模块。此外，HD-2具有较高的抗冲击强度，这

与铬制品中可能出现的长链部分有关来增加产品的冲击强度。

HD-1比HD-2更高的熔体流动速率和熔流比，其密度、熔融温度和结晶度与HD-2相似。HD-1的分子分布是分子量高于和低于HD-2的双峰分布。对于流变性