1、高密度聚乙烯 HDPE簡介 英文稱號為英文稱號為“High Density Polyethylene，簡稱，簡稱為為“HDPE。HDPE是一種結晶度高、非極性的是一種結晶度高、非極性的熱塑性樹脂。原態熱塑性樹脂。原態HDPE的外表呈乳白色，在微的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明狀。薄截面呈一定程度的半透明狀。PE具有優良的具有優良的耐大多數生活和工業用化學品的特性。某些種耐大多數生活和工業用化學品的特性。某些種類的化學品會產生化學腐蝕，例如腐蝕性氧化類的化學品會產生化學腐蝕，例如腐蝕性氧化劑濃硝酸，芳香烴二甲苯和鹵化烴劑濃硝酸，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

2、防水四氯化碳。該聚合物不吸濕并具有好的防水蒸汽性，可用于包裝用途。蒸汽性，可用于包裝用途。HDPE具有很好的電具有很好的電性能，特別是絕緣介電強度高，使其很適用于性能，特別是絕緣介電強度高，使其很適用于電線電纜。中到高分子量等級具有極好的抗沖電線電纜。中到高分子量等級具有極好的抗沖擊性，在常溫甚至在擊性，在常溫甚至在-40F低溫度下均如此。低溫度下均如此。HDPE是一種結晶度高、非極性的熱塑性樹脂。原態是一種結晶度高、非極性的熱塑性樹脂。原態HDPE的外表的外表呈乳呈乳 白色，在微薄截面呈一定程度的半透明狀。白色，在微薄截面呈一定程度的半透明狀。HDPE具有很好具有很好的電性能，特別是絕緣介電

3、強度高，使其很適用于電線電纜。中的電性能，特別是絕緣介電強度高，使其很適用于電線電纜。中到高分子量等級具有極好的抗沖擊性，在常溫甚至在到高分子量等級具有極好的抗沖擊性，在常溫甚至在-40F低溫度低溫度下均如此。各種等級下均如此。各種等級HDPE的獨有特性是四種根本變量的適當結的獨有特性是四種根本變量的適當結合：密度、分子量、分子量分布和添加劑。高密度聚乙烯為無合：密度、分子量、分子量分布和添加劑。高密度聚乙烯為無毒、無味、無臭的白色顆粒，熔點約為毒、無味、無臭的白色顆粒，熔點約為130，相對密度為，相對密度為0.9410.960。它具有良好的耐熱性和耐寒性，化學穩定性好，還。它具有良好的耐熱性

4、和耐寒性，化學穩定性好，還具有較高的剛性和韌性，機械強度好。介電性能，耐環境應力開具有較高的剛性和韌性，機械強度好。介電性能，耐環境應力開裂性亦較好。熔化溫度裂性亦較好。熔化溫度220260。對于分子較大的資料，建議。對于分子較大的資料，建議熔化溫度范圍在熔化溫度范圍在200250之間。高密度聚乙烯是種白色粉末火之間。高密度聚乙烯是種白色粉末火顆粒狀產品，無毒、無味，密度在顆粒狀產品，無毒、無味，密度在0.9400.976 g/cm3范圍內；范圍內；結晶度為結晶度為8090，軟化點為，軟化點為125，運用溫度可達，運用溫度可達100；硬度、拉伸強度和蠕變性優于低密度聚乙烯；耐磨性、電絕緣性硬度

5、、拉伸強度和蠕變性優于低密度聚乙烯；耐磨性、電絕緣性、韌性及耐寒性均較好，但與低密度絕緣性比較略差些；化學穩、韌性及耐寒性均較好，但與低密度絕緣性比較略差些；化學穩定性好，在室溫條件下，不溶于任何有機溶劑，耐酸、堿和各種定性好，在室溫條件下，不溶于任何有機溶劑，耐酸、堿和各種鹽類的腐蝕；薄膜對水蒸氣和空氣的浸透性小、吸水性低；耐老鹽類的腐蝕；薄膜對水蒸氣和空氣的浸透性小、吸水性低；耐老化性能差，耐環境開裂性不如低密度聚乙烯，特別是熱氧化作用化性能差，耐環境開裂性不如低密度聚乙烯，特別是熱氧化作用會使其性能下降，所以，樹脂需參與抗氧劑和紫外線吸收劑等來會使其性能下降，所以，樹脂需參與抗氧劑和紫外

6、線吸收劑等來提高改善這方面的缺乏。高密度聚乙烯薄膜在受力情況下的熱變提高改善這方面的缺乏。高密度聚乙烯薄膜在受力情況下的熱變形溫度較低，這一點運用時要留意形溫度較低，這一點運用時要留意 二、構造特點HDPE的分子鏈構造簡單對稱，只含有極少量的短支鏈，簡單對稱的的分子鏈構造簡單對稱，只含有極少量的短支鏈，簡單對稱的主鏈構造有利于結晶，因此主鏈構造有利于結晶，因此HDPE結晶度最高，密度也最高。結晶度結晶度最高，密度也最高。結晶度和晶粒尺寸都相對較大，例如，和晶粒尺寸都相對較大，例如，HDPE晶粒尺寸在晶粒尺寸在28微米。因此微米。因此HDPE的結晶熔點最高，強度和硬度也最高。的結晶熔點最高，強度

7、和硬度也最高。HDPE既包括乙烯的均聚物，也包括乙烯和少量既包括乙烯的均聚物，也包括乙烯和少量a烯烴的共聚物。工烯烴的共聚物。工業消費的業消費的HDPE的相對分子質量范圍很寬，從幾百的聚乙烯蠟到幾百的相對分子質量范圍很寬，從幾百的聚乙烯蠟到幾百萬的超高相對分子質量聚乙烯萬的超高相對分子質量聚乙烯UHMWPE，不同，不同HDPE樹脂的熔體樹脂的熔體指數范圍是從指數范圍是從500以上到小于以上到小于0.001。代表相對分子質量分布的。代表相對分子質量分布的MFR的范圍也很寬，從注塑級的窄相對分子自古跨步法分布的樹脂的范圍也很寬，從注塑級的窄相對分子自古跨步法分布的樹脂MFR=25到一些寬相對分子質

8、量分布的薄膜級樹脂到一些寬相對分子質量分布的薄膜級樹脂MFR150。樹脂的結晶度和相對密度主要取決于聚合物鏈中的短鏈支化度，也樹脂的結晶度和相對密度主要取決于聚合物鏈中的短鏈支化度，也與相對分子質量有關。與相對分子質量有關。HDPE樹脂的密度范圍為樹脂的密度范圍為0.9410.960 g/cm，雖然雖然UHMWPE是完全沒有支鏈的乙烯均聚物，但由于其相對分子質是完全沒有支鏈的乙烯均聚物，但由于其相對分子質量很高，因此其結晶度較低，密度只需量很高，因此其結晶度較低，密度只需0.93 g/cm。1分子構造和化學性質 根據不同的運用，制得的根據不同的運用，制得的HDPE可以完全沒有支鏈，如用于注塑和

9、吹可以完全沒有支鏈，如用于注塑和吹塑的牌號；也可以經過和塑的牌號；也可以經過和a-烯烴共聚消費含小量支鏈的共聚物。當與烯烴共聚消費含小量支鏈的共聚物。當與1-丁烯共聚時得到的支鏈是乙基支鏈，當與丁烯共聚時得到的支鏈是乙基支鏈，當與1-己烯共聚時得到的是正己烯共聚時得到的是正丁基支鏈。丁基支鏈。HDPE分子的一個端基是甲基，另一個端基可以是甲基，分子的一個端基是甲基，另一個端基可以是甲基，也可以是雙鍵，通常為乙烯基。也可以是雙鍵，通常為乙烯基。HDPE分子的支鏈數較低，通常每分子的支鏈數較低，通常每1000個碳原子有個碳原子有510個支鏈，即使是用某些過渡族金屬化合物催化個支鏈，即使是用某些過渡

10、族金屬化合物催化劑消費的乙烯均聚物也含有少量的支鏈，每劑消費的乙烯均聚物也含有少量的支鏈，每1000個碳原子大約含個碳原子大約含0.53個支鏈。這些支鏈比較短，是甲基、乙基或正丁基，它們的存個支鏈。這些支鏈比較短，是甲基、乙基或正丁基，它們的存在通常與原料乙烯中含少量的在通常與原料乙烯中含少量的a-烯烴雜質有關。支化度是烯烴雜質有關。支化度是HDPE樹脂構樹脂構造上的重要特點，與相對分子質量一同影響樹脂的許多物理和機械性造上的重要特點，與相對分子質量一同影響樹脂的許多物理和機械性能。能。和幾乎一切的其他聚合物一樣，和幾乎一切的其他聚合物一樣，HDPE是不同長度的聚合物鏈的集合是不同長度的聚合物

11、鏈的集合。短鏈的相對分子質量只需。短鏈的相對分子質量只需5001000，長鏈的相對分子質量可到，長鏈的相對分子質量可到1000萬。不同鏈長的相對含量即萬。不同鏈長的相對含量即MWD曲線的外形和寬度主要取曲線的外形和寬度主要取決于消費技術和用于聚合的催化劑類型。可以根據詳細的運用要求，決于消費技術和用于聚合的催化劑類型?？梢愿鶕敿毜倪\用要求，量體裁衣式的定制量體裁衣式的定制HDPE樹脂的樹脂的MWD寬度。寬度。反響性 HDPE是一個飽和的線性烴，化學反響性很低。是一個飽和的線性烴，化學反響性很低。HDPE分子分子中最活潑的部位是雙鏈端基和在聚合物支鏈上的支化點上中最活潑的部位是雙鏈端基和在聚合

12、物支鏈上的支化點上的的CH鏈。鏈。HDPE與大部分有機酸和無機酸不反響。由于對與大部分有機酸和無機酸不反響。由于對氫氟酸穩定性，使它成為裝氫氟酸溶液容器最適宜的資料氫氟酸穩定性，使它成為裝氫氟酸溶液容器最適宜的資料。硫酸的濃溶液。硫酸的濃溶液70%在加熱的條件下可以和在加熱的條件下可以和HDPE漸漸漸漸反響，生成磺化取代物。在室溫下可以被濃硝酸及它與硫反響，生成磺化取代物。在室溫下可以被濃硝酸及它與硫酸的混合物硝化。在更苛刻的條件下這些酸可以分解聚合酸的混合物硝化。在更苛刻的條件下這些酸可以分解聚合物，產生有機酸的混合物。物，產生有機酸的混合物。HDPE在任何濃度的堿性溶液在任何濃度的堿性溶液

13、或鹽溶液包括或鹽溶液包括KMnO4等氧化劑中是最穩定的。等氧化劑中是最穩定的。 在室溫下，在室溫下，HDPE不溶于任何知的有機溶劑，但在溫度高不溶于任何知的有機溶劑，但在溫度高于于80100時，大部分時，大部分HDPE可溶解在一些芳烴、脂肪烴可溶解在一些芳烴、脂肪烴和鹵代烴中。常用于溶解和鹵代烴中。常用于溶解HDPE的溶劑是二甲苯、四氫化的溶劑是二甲苯、四氫化萘、十氫化萘、萘、十氫化萘、1，2，4三甲苯等。三甲苯等。熱降解 受熱時HDPE比較穩定，在缺氧條件下，僅在290300攝氏度化學反響才較明顯。HDPE的熱裂解是C-C鍵的自在基斷裂反響。反響降低了樹脂的相對分子質量，并在聚合物鏈中引入乙

14、烯基。產生了低分子量烴。在惰性氣氛中的裂解在500攝氏度以上才較明顯，主要的裂解產物是蠟、低分子量烷烴、烯烴和二烯烴。 熱氧化降解 在高溫時氧會在一系列的自在基反響中進攻HDPE分子，這些反響降低了樹脂的相對分子質量，并在聚合物鏈中引入羥基和羧基等含氧基團。其他的氧化產物是水、醛、酮、醇等低分子量化合物。HDPE的氧化降解主要是被雜質引發的，這些雜質主要是含鈦和鉻等的過渡族金屬的催化劑殘渣。由于氧化降解可以在造粒或加工過程中產，因此在這些操作過程中應維護熔融的樹脂免受氧的攻擊。為防止熱氧化降解，樹脂中應參與抗氧劑，即自在基抑制劑，如萘胺、苯二胺等，抗氧劑的用量通常為0.1%1.0%質量。 許多

15、薄膜和容器外表印刷和染色的工業操作要用熱氧化作為預處置步驟。雖然染料對HDPE外表的粘附性很差，但用開放的火焰或電場處置，使制品外表層氧化后，可提高其粘附性。這種處置使HDPE制品外表產生了極性基團，添加了對染料的親和性。 光氧化降解 雖然由氧和光引發的雖然由氧和光引發的HDPE降解與熱氧化降解類似，但前降解與熱氧化降解類似，但前者卻是在較低的溫度下進展的。波長低于者卻是在較低的溫度下進展的。波長低于400nm的光引發的光引發了自在基反響，該反響使相對分子質量降低，并在聚合物了自在基反響，該反響使相對分子質量降低，并在聚合物鏈中構成雙鍵和有機過氧化物，并釋放出醇、醛、酮等低鏈中構成雙鍵和有機過

16、氧化物，并釋放出醇、醛、酮等低分子量化合物。雖然分子量化合物。雖然HDPE本身吸收紫外線的才干很差，本身吸收紫外線的才干很差，但降解產生的極性產物卻能和氧更快的反響，從而又加速但降解產生的極性產物卻能和氧更快的反響，從而又加速了附加的自在基反響。了附加的自在基反響。HDPE樹脂的光氧化降解引起老化樹脂的光氧化降解引起老化、外表龜裂、脆化、變色等景象，同時明顯地損害其機械、外表龜裂、脆化、變色等景象，同時明顯地損害其機械性能和電性能。運用可以維護樹脂，并吸收紫外線的光穩性能和電性能。運用可以維護樹脂，并吸收紫外線的光穩定劑可以減慢這一過程。最好的光穩定劑是炭黑通常用定劑可以減慢這一過程。最好的光

17、穩定劑是炭黑通常用2%4%、水楊酸酯，對物色的制品可用苯并三唑或二、水楊酸酯，對物色的制品可用苯并三唑或二苯甲酮的取代物。苯甲酮的取代物。2晶體構造 HDPE是一種半結晶塑料，其結晶度為40%80%，隨支化度和相對分子質量的不同而不同。結晶HDPE的聚合物鏈有之字形的構型。HDPE的主要結晶方式是正交晶系，密度為1.00 g/cm，晶胞參數為a=0.740nm,b=0.493nm，c=0.2534nm。聚合物鏈沿c軸方向陳列。HDPE單位晶胞的橫截面如圖2-5所示。HDPE也可以不穩定的，假單斜晶系的第二種方式存在，晶胞參數為a=0。405nm，b=0.485nm，c=0.254nm，a=B=

18、90，r=105，密度為0.965 g/cm。這種構型是在許多方式的低溫加工過程中構成的，這些過程包括薄膜和片材的消費、拉伸和壓延，由于假單斜晶系鉤形通常是在HDPE制品中存在的。這種構型只在50一下才穩定。加熱到80100，就又恢復為正交晶系。 形狀 在普通條件下從熔融形狀結晶的HDPE的形狀是密集的球晶，球晶是只需在高倍放大下才干見到的球形小微粒。球晶是由更小的構造單元，即棒狀的小纖維構成，這些小纖維從球晶中心向各個方向鋪開，填充了球晶。這些小纖維又是由最小可區分的形狀構造，即片晶組成的。晶體中含有與片晶垂直的聚合物鏈，這些鏈每516nm就嚴密地折疊一次圖2-6。片晶被幾個聚合物鏈結合，它

19、們從一個片晶穿過小的無定形區到另一個片晶。這些結合鏈稱為系帶分子，為一切半結晶聚合物提供了機械完好性和機械強度。片晶使球晶具有剛性和高軟化點溫度，而分布在片晶之間的無定形區使HDPE制品具有柔性和高沖擊強度。相轉移 正交晶系HDPE晶體的外推平衡熔點是146-147，平衡熔融熱是4.01kJ/mol，實踐丈量慢結晶樣品求得的熔點是133。熔點部分地受相對分子質量影響，相對分子質量從100萬降低到4萬，熔點只從降低到128。工業HDPE的熔點與支化度幾乎存在線性關系，即聚合物鏈上每1000個碳原子上的一個支鏈可使熔點大致降低1。 由于HDPE有很高的結晶度，其玻璃化轉移溫度并不能直接丈量。玻璃化

20、轉移溫度通常與HDPE的松弛過程，即r松弛相關，后者經常在-140-100時發生。HDPE的脆化點與其r松弛溫度接近。定向 大部分大部分HDPE制品，包括薄膜、纖維、管材和注塑制品都制品，包括薄膜、纖維、管材和注塑制品都表現出某種程度的分子和晶體的定向性。有些定向是自發表現出某種程度的分子和晶體的定向性。有些定向是自發產生的，如在熔體流入模具，以及隨后的結晶過程中的定產生的，如在熔體流入模具，以及隨后的結晶過程中的定向，而在纖維和薄膜的制造過程中，定向是被拉伸操作構向，而在纖維和薄膜的制造過程中，定向是被拉伸操作構成的。成的。 HDPE制品中存在兩種方式的定向，當薄膜和纖維在熔點制品中存在兩種

21、方式的定向，當薄膜和纖維在熔點以下被單向拉伸時，晶體的以下被單向拉伸時，晶體的c軸總是在拉伸方向被定向，軸總是在拉伸方向被定向，定向程度隨拉伸比添加，可以接近定向程度隨拉伸比添加，可以接近100%。在從強定向的。在從強定向的熔體中晶化的過程中，有類似的定向過程發生，例如在注熔體中晶化的過程中，有類似的定向過程發生，例如在注塑工藝中。第二種定向方式出如今結晶起始時的輕拉伸過塑工藝中。第二種定向方式出如今結晶起始時的輕拉伸過程中，這是消費吹塑薄膜的典型條件。在這種條件下構成程中，這是消費吹塑薄膜的典型條件。在這種條件下構成的薄膜表現出在薄膜的機械方向明顯程度的的薄膜表現出在薄膜的機械方向明顯程度的

22、a-軸定向。軸定向。三、機械性能及加工特性 分子量、分子量分布和支鏈長短數量是影響分子量、分子量分布和支鏈長短數量是影響聚乙烯性能的三個關鍵要素。聚乙烯性能的三個關鍵要素。HDPE的物理性的物理性能，能，HDPE和和HDPE的力學性能比較，的力學性能比較，LDPE、LLDPE、HDPE加工性能的比較見表加工性能的比較見表1/表表2需求闡明的是，在力學性能方面，由于需求闡明的是，在力學性能方面，由于HDPE主鏈上支鏈少而短，結晶度高，因主鏈上支鏈少而短，結晶度高，因此它的拉伸強度、硬度都優于此它的拉伸強度、硬度都優于LDPE，抗沖擊強度低于，抗沖擊強度低于LDPE，這是由于，這是由于LDPE中中

23、存有較多的非晶區構造，有益于吸收沖擊能量。在熱性能方面，存有較多的非晶區構造，有益于吸收沖擊能量。在熱性能方面，HDPE熱性能最熱性能最優，不受力下最高運用溫度可達優，不受力下最高運用溫度可達100，最低運用溫度為，最低運用溫度為70100。在化學。在化學性能方面，性能方面，HDPE抗溶劑性能優于抗溶劑性能優于LDPE。例如，。例如，LDPE在苯中溶解溫度為在苯中溶解溫度為60，而而HDPE在苯中溶解溫度可達在苯中溶解溫度可達8090，又例如，又例如HDPE在在98%硝酸中浸泡硝酸中浸泡48h只只增重增重5%，而，而LDPE卻增重卻增重12.5%。在透氣性能方面，。在透氣性能方面，HDPE透氣

24、性僅為透氣性僅為LDPE的五的五分之一。在加工性能方面，分之一。在加工性能方面，HDPE注塑塑化溫度為注塑塑化溫度為180250，模具溫度，模具溫度50170，注射壓力，注射壓力80100MPa。擠壓成型溫度。擠壓成型溫度165260，擠出壓力，擠出壓力35140MPa。吹塑成型溫度。吹塑成型溫度170190，超薄薄膜成型溫度為，超薄薄膜成型溫度為180230。HDPE在加工成型時線性收縮比為在加工成型時線性收縮比為2%5%。機械性能 HDPE樹脂的主要機械性能列于表3相對分子質量、相對分子質量、MWD、定向、形狀和決議樹脂結晶度和密度的支化度均對樹脂、定向、形狀和決議樹脂結晶度和密度的支化度

25、均對樹脂的機械性能有重要的影響的機械性能有重要的影響 相對分子質量和MWD的影響 構成構成HDPE樹脂形狀的一切要素即片晶、放射狀的小纖樹脂形狀的一切要素即片晶、放射狀的小纖維和球晶被兩種類型的力聯絡成一個整體。一種力是聚維和球晶被兩種類型的力聯絡成一個整體。一種力是聚合物晶體臨近分子鏈之間的范德華力，另一種就是從一個合物晶體臨近分子鏈之間的范德華力，另一種就是從一個構造單元到另一個構造單元的系帶分子。只需足夠長的分構造單元到另一個構造單元的系帶分子。只需足夠長的分子才干起到這種系帶作用，沒有它們，球晶就會離散。正子才干起到這種系帶作用，沒有它們，球晶就會離散。正因如此，低分子量因如此，低分子

26、量HDPE是脆的，幾十應變只需是脆的，幾十應變只需10%左右，左右，也會斷裂。工業用的也會斷裂。工業用的HDPE相對分子質量普通為相對分子質量普通為8萬到萬到120萬，這種樹脂在片晶之間有足夠量的系帶分子構成。這種萬，這種樹脂在片晶之間有足夠量的系帶分子構成。這種聚合物的屈服點幾乎與相對分子質量無關。進一步提高樹聚合物的屈服點幾乎與相對分子質量無關。進一步提高樹脂的相對分子質量會明顯降低斷裂伸長率從脂的相對分子質量會明顯降低斷裂伸長率從1200%-1500%降到降到200%-300%，并明顯提高拉伸強度從，并明顯提高拉伸強度從35-40MPa提高到提高到60MPa。 相對分子質量也影響相對分子質量也影響HDPE制品的沖擊強度。低分子量制制品的沖擊強度。低分子量制品較脆，相對分子質量添加，沖擊強度添加。當相對分子品較脆，相對分子質量添加，沖擊強度添加。當相對分子質量到達質量到達50100萬時，沖擊強度可打到很高。萬時，沖擊強度可打到很高。支化度的影響 當HDPE的支化度添加時，其結晶度和片晶的厚