聚乙烯(PE)分类、性能及应用

聚乙烯（PE）是最受欢迎的热塑性材料之一。它有不同的晶体结构，称为HDPE，LDPE和LLDPE。这种商品塑料是通过加成或自由基聚合生产的。它用于广泛的应用：塑料容器、瓶子、袋子、塑料玩具等。

什么是PE？

聚乙烯或聚乙烯是聚烯烃的一种。它通常缩写为 PE。PE的化学式为（C2H4)n.它重量轻，耐用，是最常用的塑料之一。用于冷冻食品袋、瓶子、谷物衬垫、酸奶容器等。环顾四周，所有回收代码为 2 和 4 的塑料均由 PE 制成。这些塑料具有不同的晶体结构。

PE是如何制成的？

聚乙烯由乙烯（或乙烯）单体聚合而成。PE链是通过加成或自由基聚合产生的。可能的合成方法有：

齐格勒-纳塔聚合和

茂金属催化

PE的常见类型有哪些？

根据其密度和分支，不同的PE等级可能具有非常不同的性能。因此，PE等级分类如下。

分支版本

低密度聚乙烯

线性低密度聚乙烯 （LLDPE）

线性版本

高密度聚乙烯

超高分子量聚乙烯

交联聚乙烯（PEX 或交联聚乙烯）

此外，还提供其他类型的 PE，例如：

中密度聚乙烯

超低密度聚乙烯

高分子量聚乙烯

茂金属聚乙烯

氯化聚乙烯

如何比较主要PE类型？

什么是高密度聚乙烯 （HDPE）？

高密度聚乙烯（HDPE）是一种具有线性结构的经济高效的热塑性塑料。它没有分支或分支程度低。它具有柔韧性、半透明/蜡状和耐候性。高密度聚乙烯的化学结构为：

HDPE由于结晶度高（>90%）而更坚硬。这也意味着它的透明度低于LDPE和LLDPE版本。HDPE在低温下也显示出韧性。

HDPE在低温（70-300°C）和压力（10-80巴）下制造。它源自：

要么改性天然气（甲烷、乙烷、丙烷混合物）

或原油催化裂化成汽油

生产HDPE的两种主要技术：浆料聚合或气相聚合。

高密度聚乙烯的特性

1. 高密度聚乙烯熔点：120-140°C

2. 高密度聚乙烯密度：0.93 至 0.97 克/厘米3

3. 高密度聚乙烯的耐化学性：

   对大多数溶剂具有出色的耐受性

   对醇、稀酸和碱具有极佳的耐受性

   中等耐油性和耐油脂性

   对碳氢化合物（脂肪族、芳族、卤族）的抵抗力差

4. 连续温度：-50°C 至 +60°C，相对刚性的材料，具有有用的温度能力

5. 与其他形式的PE相比，拉伸强度更高

6. 低成本聚合物，具有良好的加工性能

7. 良好的耐低温性

8. 优异的电绝缘性能

9. 吸水率极低

易受应力开裂

刚度低于聚丙烯

高成型收缩率

抗紫外线和耐热性差

高频焊接和连接不可能

但是，某些等级已巧妙升级，并提供了一些改进的性能配置文件。

高密度聚乙烯的应用

出色的性能组合使HDPE成为各行各业各种应用的理想材料。HDPE的一些主要用途包括：

包装应用 – HDPE 用于多种包装应用，包括板条箱、托盘、牛奶和果汁瓶、食品包装盖、杰里罐、桶、工业散装容器等。在此类应用中，HDPE为最终产品提供了合理的冲击强度。

消费品 – 低成本和易于加工性使HDPE成为多种家庭/消费品（如垃圾箱，家庭用品，冰盒，玩具等）的首选材料。

纤维和纺织品 – 由于其高拉伸强度，HDPE广泛用于农业应用，如绳索，渔网和运动网，网以及工业和装饰织物。

HDPE的其他应用包括管道和配件（用于天然气，水，污水，排水，排污口，工业应用，电缆保护，钢管涂层，大型检查室和管道污水检修孔等的管道），由于其优异的耐化学性和耐水解性，汽车 - 油箱，布线和电缆 - 能源片，电信电缆。

什么是低密度聚乙烯 （LDPE）？

低密度聚乙烯（LDPE）是一种结晶度低（~50-60%）的半刚性聚合物。LDPE由4,000-40,000个碳原子组成，有许多短分支。与HDPE相比，它具有更高程度的短侧链和长侧链分支。LDPE的化学结构为：

LDPE是如何制造的？

LDPE在高压（1000-3000帕）和温度（80-300°C）下生产。它是通过自由基聚合过程衍生的。
生产LDPE的两个基本过程：

搅拌式高压釜反应釜

管式反应釜

管式反应器由于其较高的乙烯转化率而越来越优先于高压釜路线。

LDPE的特性是什么？

1. 低密度聚乙烯熔点：105 至 115°C

2. 低密度聚乙烯密度：0.910–0.940 克/厘米3

3. 低密度聚乙烯的耐化学性：

   对醇、稀碱和酸具有良好的耐受性

   对脂肪族和芳香烃、矿物油、氧化剂和卤代烃的抵抗力有限

4. 耐温连续可达80°C，短时间耐95°C。

5. 低成本聚合物，具有良好的加工性能

6. 低温冲击强度高，耐候性好

7. 优异的电绝缘性能

8. 吸水率极低

9. 薄膜透明

LDPE的缺点是什么？

聚合物链中存在更多的支化给LDPE性能带来了一定的缺点。如：

易受应力开裂

强度低，刚度低，最高使用温度。这限制了其在需要极端温度的应用中的使用。

高透气性，尤其是二氧化碳

抗紫外线性差

高度易燃

高频焊接和连接不可能

为了克服这些挑战，已经开发了几种具有改进性能的LDPE牌号，例如紫外线稳定，高强度，抗粘连等。

LDPE有哪些应用？

LDPE主要用于制造容器，分配瓶，洗涤瓶，管道，计算机组件塑料袋以及各种成型实验室设备。LDPE最流行的应用是塑料袋。

包装 – 由于其低成本和良好的灵活性，LDPE 在包装行业中用于药品和挤压瓶、瓶盖和封盖、防篡改、衬里、垃圾袋、食品包装薄膜（冷冻、干货等）、层压等。

管道和配件 – LDPE 由于其可塑性和低吸水性，用于制造管道和配件业的水管和软管。

其他应用包括消费品 - 家庭用品，柔性玩具，农用薄膜，电线和电缆 - 次导体绝缘体，电缆护套。

什么是线性低密度聚乙烯（LLDPE）？

线性低密度聚乙烯（LLDPE）的结构具有具有短而均匀分支的线性主链（与LDPE的长分支不同）。这些短枝在伸长时能够相互滑动，而不会像LPDE那样缠绕在一起。它在结构上类似于LDPE。

LLDPE是如何制造的？

LLDPE由乙烯（或乙烷单体）与以下物质聚合而成：

1-丁烯，以及

少量的1-己烯和1-辛烯。

该过程使用齐格勒-纳塔或茂金属催化剂进行。在目前的情况下，由于以下特性，LLDPE在取代LDPE方面非常成功。

LLDPE的特性是什么？

非常灵活，冲击强度高

半透明和自然的乳白色

非常适合温和强力缓冲液，具有良好的耐化学性

良好的水蒸气和酒精阻隔性能

良好的抗应力开裂性和抗冲击性

LLDPE有哪些应用？

LLDPE适用于各种薄膜应用，例如：

通用薄膜，

拉伸膜，

服装包装，

农用薄膜等

什么是超高分子量聚乙烯（UHMWPE）？

超高分子量聚乙烯的分子量在3.5至7.5百万amu之间。这比HDPE树脂高约10倍。HDPE和UHMWPE的外观相似。但UHMWPE是坚韧、耐磨且低成本的塑料。适用于可能涉及摩擦或磨损的工业或制造应用。

UHMWPE是如何制造的？

UHMWPE是使用茂金属催化剂和乙烷单元合成的。这些单元粘合在一起，形成UHMWPE结构。这种结构每个分子有100,000至250,000个单体单位。

UHMWPE的特性是什么？

它具有优异的机械性能，例如高耐磨性，冲击强度和低摩擦系数。

该材料几乎完全是惰性的，因此在中等温度下用于最具腐蚀性或腐蚀性的环境。

即使在高温下，它也能抵抗多种溶剂，但芳香族、卤代烃和强氧化性材料（如硝酸）除外。

这些特殊性能使该产品可用于多种高性能应用。

UHMWPE适用于高磨损应用，如管材、衬里、筒仓、容器和其他设备。

交联聚乙烯（PEX 或交联聚乙烯）

高密度交联PE是具有交联结构的聚乙烯的一种形式。它缩写为PEX或XLPE。它专为关键应用而设计。

交联聚乙烯是如何制造的？

交联聚乙烯由聚乙烯在高压下与有机过氧化物制成。这会产生自由基，从而产生聚合物的交联。因此，树脂专为以下关键应用而设计：

化学品储存管道系统，

循环辐射加热和冷却系统，以及

高压电缆的绝缘。

交联聚乙烯有哪些特性？

高低温

耐水解性

高电气和绝缘性能

高耐磨性

饮用水认证

标准生产线上的高挤出速度

成本更低

机械更坚固

交联聚乙烯电缆的特点是什么？

交联聚乙烯电缆是迄今为止最受欢迎的电缆，交联聚乙烯在多种电气应用中提供了无限的好处，这要归功于其防潮性、抗应力性和比其他同类电力电缆更高的抗热变形保护。特别是在比较交联聚乙烯与聚氯乙烯电缆时，交联聚乙烯电源线具有：

更长的使用寿命

更好的耐热联聚乙烯电源线通常可以承受高达260°C

具有更好的拉伸强度和抗冲击性

更高的额定电流应用资格

如何加工PE塑料？

各种形式的聚乙烯可用于注塑、吹塑、挤出等工艺和各种薄膜制作工艺，如压延或吹膜挤出。

HDPE可以通过注塑，挤出（管材，吹膜和流延膜，电缆等），吹塑和滚塑成型轻松加工。作为注塑成型工艺的理想材料，主要用于批量和连续生产。

用于LDPE的最常见加工技术是挤出（管材，吹膜和流延膜，电缆等）。LDPE也可以通过注塑或滚塑加工

UHMWPE通过压缩成型，柱塞挤出，凝胶纺丝和烧结进行各种加工。常规方法如注塑、吹塑或挤出成型，因为这种材料即使在高于其熔点的温度下也不会流动。

PE（主要是HDPE）作为3D打印材料逐渐普及。它的强度、低密度和无毒使其成为各种 3D 打印物体的理想选择。此外，回收的PE等级和生物基PE也用于3D打印的加工。PE的绝对可用性鼓励了将这种材料应用于增材制造的努力。

哪种类型的PE是可回收的？

PE的两种主要形式的树脂识别代码是：

LDPE和HDPE本质上是不可生物降解的。它们对世界塑料废物做出了重大贡献。两种形式的PE都是可回收的。它们用于生产非食品瓶、户外应用塑料、堆肥箱等。

HDPE管道用于非饮用水应用。对于饮用水，HDPE可用于热水和冷水服务应用。

近年来，交联PE在饮用水中变得很流行，但PEX需要特殊的配件，并且不可回收。

素材来源 | 助剂邦

本期编辑 | 丰云瑶

技术顾问 | 李斌博士

文章审核 | 张娜

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