上期從零開始，我們介紹了PVC原料，了解到PVC材料因?yàn)橛兄T多優(yōu)點(diǎn)，成為了產(chǎn)量僅此于聚乙烯塑料的材料。作為世界上用量最多的材料，它有什么樣獨(dú)特的性能呢？。既然我們講到了產(chǎn)量第二的材料，那么就不得不講一下排在第一的聚乙烯（PE）。作為世界上用量最多的材料，今天我們就深入了解，揭開聚乙烯（PE）的神秘面紗。

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聚乙烯的定義

聚乙烯（polyethylene ，簡稱PE）是樹脂分子中結(jié)構(gòu)最為簡單的一種，也是目前產(chǎn)量最大的樹脂品種之一，用途極為廣泛的一種顆粒，見圖1。它是由單體乙烯經(jīng)聚合制得的一種熱塑性樹脂，分子無極性，在工業(yè)上，也包括乙烯與少量α-烯烴的共聚物。聚乙烯無臭，無毒，手感似蠟，具有優(yōu)異的電絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性，可耐大部分酸、堿、鹽等介質(zhì)的侵蝕，易于成型加工，并且品種較多，可滿足不同的性能要求。

圖1 聚乙烯原料顆粒

圖2 聚乙烯分子的球棍模型

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聚乙烯的分類

從表面上看，聚乙烯分子是由碳、氫元素有序排列而成，實(shí)際上，由微觀分子示意圖可以看到，聚乙烯分子鏈并不完美。根據(jù)聚乙烯大分子鏈結(jié)構(gòu)不同，我們可以將其分為低密度聚乙烯（LDPE）、線性低密度聚乙烯（LLDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）三種類型,見圖4。

圖4 不同結(jié)構(gòu)的聚乙烯分子鏈

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三種類型聚乙烯原料的比對

我們可以通過下表對比三種類型的PE樹脂的性能。

表1 三種不同類型的PE樹脂物理化學(xué)性能比對

PE的力學(xué)性能、耐低溫性能、耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能等均與密度、結(jié)晶度和相對分子量有關(guān)聯(lián)。聚乙烯材料中結(jié)晶部分具有較高的強(qiáng)度，非結(jié)晶部分柔性和彈性較好，力學(xué)性能隨相對分子量、密度和結(jié)晶度這三種集中指標(biāo)的增大而提高，早期LDPE材料強(qiáng)度和剛性較低，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，LDPE升級(jí)到LLDPE，材料在性能方面得到提升，使用LLDPE材料生產(chǎn)在管材具有耐蠕變、耐開裂等優(yōu)良性能，至20世紀(jì)80年代末，運(yùn)用PE100材料生產(chǎn)管材，管材具備耐快速開裂、耐蠕變性好等優(yōu)異性能。

此外，材料的加工性能、力學(xué)性能與相對分子量密切相關(guān)，普通聚乙烯的相對分子量在1.5萬～30萬，而超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一種極為堅(jiān)韌的工程塑料，其相對分子量在150萬以上。PE的耐熱性不高但耐低溫性能優(yōu)異，脆性溫度一般可達(dá)－50℃以下，并隨相對分子質(zhì)量的增大，最低可達(dá)－140℃。一般聚乙烯材料易產(chǎn)生環(huán)境應(yīng)力開裂，但隨著相對分子質(zhì)量的提高，其耐環(huán)境應(yīng)力開裂能力增強(qiáng)，所以管材生產(chǎn)中選擇相對分子量較大的HDPE進(jìn)行生產(chǎn)，可保證產(chǎn)品的優(yōu)異性能。由此可見，聚乙烯樹脂的相對分子量的大小尤其重要，在日常來料檢測管控中，我們用熔體流動(dòng)速率試驗(yàn)機(jī)測量PE樹脂的熔體流動(dòng)速率（MFR）來衡量PE樹脂相對分子量的大小，以確認(rèn)樹脂質(zhì)量符合產(chǎn)品生產(chǎn)要求。通過圖5可以了解MFR與熔體黏度、成型加工的關(guān)系：

圖5  MFR與熔體粘度、成型加工的關(guān)系圖

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不同類型的聚乙烯樹脂用途不同

聚乙烯的類型不同，其應(yīng)用范圍也不同，見表2及。

表2 三種PE樹脂用途及比對

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PE成型加工特點(diǎn)

（1）PE為結(jié)晶性原料，吸濕性極小，不超過0.01%，因此在加工前無需進(jìn)行干燥處理。

（2）PE分子鏈柔性好，鍵間作用力小，熔體粘性低，流動(dòng)性極好，因此成型時(shí)無需太高壓力就能成型出制品。

（3）PE的收縮率范圍大，收縮值大，方向性明顯，LDPE收縮率為1.22%左右，HDPE收縮率在1.5%左右。因此容易變形翹曲，模具冷卻條件對收縮率的影響很大，故應(yīng)該控制好模具溫度，保持冷卻均勻、穩(wěn)定。

（4）PE的結(jié)晶能力高，模具的溫度對塑件的結(jié)晶狀況有很較大的影響。模溫高，熔體冷卻慢，塑件結(jié)晶度高，強(qiáng)度也就高。

（5）PE的熔點(diǎn)不高，但比熱容較大，因此塑化時(shí)仍需要消耗較多的熱量，故要求塑化裝置要有較大的加熱功率，以便提高生產(chǎn)效率。

（6）PE熔體的非牛頓性不明顯，剪切速率的改變對粘度的影響較小，PE熔體粘度受溫度的影響也較小。

（7）PE熔體的冷卻速度較慢，因此必須充分冷卻，模具應(yīng)該有較好的冷卻系統(tǒng)。

（8）PE的成型溫度較寬，一般在200℃～250℃，在流動(dòng)狀態(tài)下，溫度的少許波動(dòng)對擠出及注塑成型沒有影響。

（9）PE的熱穩(wěn)定性較好，一般在300℃以下無明顯的分解現(xiàn)象，對質(zhì)量無太大影響。

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PE在塑料管道中的應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民的生活水平不斷提高，非金屬管材正異軍突起，PE材料廣泛應(yīng)用于各種給排水管道。PE管分為高密度聚乙烯管（HDPE）、中密度聚乙烯管（MDPE）和低密度聚乙烯管（LDPE），但在給排水領(lǐng)域中，應(yīng)用最廣泛的是高密度聚乙烯管。同鋼管相比HDPE管的強(qiáng)度較低，但其斷裂伸長率卻非常高，延伸性好，這就意味著當(dāng)?shù)孛娌痪鶆虺两禃r(shí)，柔韌的HDPE管能夠抗變形而不斷裂。并且PE是一種無毒塑料，綠色環(huán)保。    

圖6  PE管材生產(chǎn)工藝流程圖

圖7  PE管件生產(chǎn)工藝流程圖

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PE管材的特點(diǎn)

（1）耐腐蝕：管道地下埋設(shè)不需要做防腐層，使用壽命長。

（2）無泄漏：可采用熱熔連接，接口強(qiáng)度高。

（3）高韌性：PE管道的斷裂伸長率一般超過500％，對地面沉降的適應(yīng)能力非常強(qiáng)。

（4）重量輕：PE密度較小，管材整體重量輕，施工勞動(dòng)強(qiáng)度降低。

（5）水阻小：管道內(nèi)表面光滑，水流阻力小。