聚乙烯制造工艺及新型特性介绍

聚乙烯系由乙烯聚合而成，由于原料价廉易得，生产工艺简单，因而发展较快，目前产量已跃居世界塑料首位，占全世界塑料总产量的30%左右。

一、聚乙烯的分类

聚乙烯分类方法较多。按聚合压力可分为低压聚乙烯、中压聚乙烯和高压聚乙烯；按聚合过程来分，则有本体聚合聚乙烯、溶液聚合聚乙烯、辐射聚合聚乙烯；按聚合机理可分为游离基型聚合聚乙烯和离子型聚合聚乙烯；按相对分子质量不同，聚乙烯可分为如下五类，即低相对分子质量聚乙烯（0.1万～l万）、中等相对分子质量聚乙烯（1万～11万）、高相对分子质量聚乙烯（11万～25万）、特高相对分子质量聚乙烯（25万～150万）、超高相对分子质量聚乙烯（大于150万）；依据密度不同，分为高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯。近年来，随着科学技术的发展，又出现了第三代聚乙烯，即线型低密度聚乙烯，它是乙烯与α—烯烃的共聚物，兼具有低密度聚乙烯和高密度聚乙烯的特点。

目前聚乙烯按使用习惯常分为低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）和线型低密度聚乙烯（LLDPE）3种。

二、聚乙烯的结构与性能

聚乙烯的大分子结构式为，分子结构呈锯齿形，其键角为109.3°。聚乙烯分子链上有短的甲基支链或较长的烷基支链，但随着聚乙烯品种不同差异较大。3种典型聚乙烯分子结构如图4-1所示。

红外吸收光谱法研究表明，低密度聚乙烯每1000个碳原子含有8～40个甲基侧基，而高密度聚乙烯每1000个碳原子约含5个甲基侧基。聚乙烯分子结构中，短支链的存在对聚乙烯性能影响很大。因为短支链对降低聚乙烯链的对称性和链的密集程度有特殊影响，降低了聚乙烯密度和结晶度。低密度聚乙烯支链较多，导致高分子链规整性变差，结晶度降低（65%～75%），因而透明性变好，透气性变大；相应地使得熔点、耐热温度、屈服点、表面硬度、拉伸强度、模量等下降。低密度聚乙烯由于质地柔软、透明，适合制造薄膜、鞋底和日用品。高密度聚乙烯由于分子结构中支链较少，且分子链排列规整，结晶度高（85%～90%），密度大（0.94～0.96g/Cm³），因而强度大，刚性大，适合制作各种工业配件。

图4-1 3 种典型聚乙烯分子结构

（a）HDPE（b）LDPE（c）LLDPE

线型低密度聚乙烯与低密度聚乙烯和高密度聚乙烯性能比较见表4-3、表4-4。

表4-3 LLDPE与LDPE和HDPE性能比较

表4-4 聚乙烯的基本性能

聚乙烯分子结构中，既有结晶结构，又有无定形结构，两者互相穿插，使得晶区与非晶区共存。聚乙烯的力学性能与其相对分子质量和结晶度有关，聚乙烯的力学强度随相对分子质量的增大而提高。聚乙烯结构中晶体部分使材料具有较高的力学强度，而无定形区域则赋予材料柔性和弹性。

聚乙烯在常温下不溶于任何一种已知溶剂，但长时间同卤代烃、芳香烃、脂肪烃等溶剂接触后，可发生溶胀；70℃以上可少量溶于甲苯、三氯乙烯、石油醚、石蜡等材料中；在室温下耐稀硫酸和稀硝酸，但在90～100℃，硫酸和硝酸能迅速破坏聚乙烯。

聚乙烯是无臭、无味、无毒、白色蜡状的热塑性树脂，是典型的结晶性聚合物。聚乙烯有优良的耐低温性，脆化温度为—120～85℃，熔点为137℃，有优良的耐化学药品侵蚀性，对酸、碱、盐等特别稳定，但对氧敏感，易光氧老化，同时有突出的电绝缘性、耐辐射性和抗水性。

三、聚乙烯的用途(www.xing528.com)

聚乙烯只含有碳、氢两种元素，没有极性元素存在。所以可用于电气方面，如制造电话信号装置电线和电缆绝缘，以及水底电缆的绝缘等。此外，大量聚乙烯用于制造用途广泛的薄膜、化工包装、农用、食品药剂包装、生活用品、水库衬底等。还可制造各种塑料管材、瓶类、桶类、盆等及与其他材料配合成热熔胶。

在制鞋工业中，用聚乙烯能生产泡沫拖鞋、泡沫凉鞋及鞋底材料。但是未经酸性处理的聚乙烯鞋底黏合困难，故在大多数鞋底材料中，采用酸性聚乙烯或聚乙烯与EVA并用。

聚乙烯在制鞋工业中的另一个重要应用是做鞋楦，用高密度聚乙烯做的鞋楦已实现商品化，现在一些制鞋发达的国家和地区基本上淘汰了木楦。塑料楦如此快速增长是由于其尺寸稳定性好、强度高、表面光滑、使用寿命长、制造简单、周期短，与木楦相比唯一的缺点是较重，同体积情况下，其质量约为木楦的1.3倍。

在我国，塑料楦的应用发展也非常快，每年生产6万～8万双。

四、聚乙烯生产工艺

在制鞋中，聚乙烯发泡通常采用交联模压法和注射注。

1.模压法

模压法就是把可发性物料放在模具中加热、加压，使之发泡。现以一步法交联模压为例，其主要过程为：

①称料：按配方将氯乙烯、交联剂、发泡剂、色料等分别称量备用。

②混炼：待混炼机加热到110～120℃，将聚乙烯树脂在辊筒上熔融成片，加入其他辅料混炼均匀，薄通下片，裁切成模具大小。混炼时间、温度和裁切速度必须加以调节，既要保证物料最充分的分散，又不使过早交联或发泡。

③发泡成型：把片料重叠放入模具内，将平板硫化机加热、加压，压力通常为10～21MPa，温度180～200℃，恒温8～10min；使交联剂先分解，待发泡剂随之分解完全后，除去压机压力，使热的熔融物料膨胀弹出，在模外发泡成型。

高压聚乙烯泡沫底配方和性能见表4-5。

表4-5 高压聚乙烯泡沫底配方和性能

2.注射法

注射法是将含化学发泡剂的聚乙烯加入注射成型机的料斗中，在料筒内加热、塑化、混合，物料在料筒内由于变压而被抑制发泡；然后将此塑化的物料急速注入模具内，利用物料的膨胀力充满模腔，并发泡成型。