改性聚乙烯塑料类型及应用介绍

改性聚乙烯塑料按改性塑料的结构可分为结构改性料、共混合金、填充及增强塑料等品种。通过不同的改性方法可提高强度、刚性、抗蠕变、耐冲击、耐热、耐环境应力、阻隔性等性能。改性种类有很多，下面介绍几类常用的品种。

1.乙烯-醋酸（乙酸）乙烯酯共聚物

该品种简称为EVA，是无规、极性、低结晶度的共聚物，其柔软性、强韧性、耐应力开裂性、透明性都优于PE，有许多优点使人注目。EVA类似于有橡胶弹性的热塑性塑料，其性能与VA含量有很大关系，VA含量越少，则越似于LDPE；VA含量越高，则越似橡胶。因此，根据VA含量及相对分子质量的变化，可配制成各种不同性能及熔融指数的品种，供不同成型工艺加工各种用途的制品。

（1）品种分类 按VA含量大致可分为下列几个品种：

1）EVA树脂。VA含量40%（质量分数）以下，常用VA含量为10%～20%（质量分数），性能接近LDPE，有柔韧性，耐冲击，透明性好，可制作电缆绝缘包覆层、薄膜、软质注塑品、发泡塑料鞋底等制品。

2）EVA弹性体。VA含量为40%～70%（质量分数），质软有弹性类似橡胶，拉伸强度小，伸长率大，可用作弹性体、PVC和橡胶的增韧剂及汽车用弹性配件。

3）EVA乳液。VA含量为70%～90%（质量分数），合成后为乳胶状乳液，可作粘结剂、涂料、发泡塑料等。

4）马来酸酐接枝EVA，简称为EVA-g-MA，主要用作LDPE环保无卤阻燃电缆料的改性材料，可提高流动性及冲击强度。目前常用的EVA品种是EVA树脂及弹性体。

（2）EVA的基本性能 综上所述，EVA的性能决定于VA的含量，相对分子质量（熔融指数），如果相对分子质量一定，VA含量增升高时，则弹性、柔软性、粘合性、透明性，溶解度递增；VA含量降低时，则刚性、耐磨性、电性能提高，接近于LDPE。如果VA含量不变，提高熔融指数，则软化温度下降，加工性、制品光泽程度改善，强度下降；反之，熔融指数减低，则相对分子质量增大，能提高抗冲击性及耐应力开裂性。由此可见，这里介绍的基本性能是相对而言的，当VA值增减时，基本性能也会向LDPE或橡胶两种物性发生演变。

1）一般性能。EVA为极性（>PE），低结晶度塑料，外观呈透明、半透明或浅乳白色颗粒料或粉料，质轻柔软有弹性，密度为0.943g/cm³，制品光泽，气体及湿气的透过性比PE高，不宜用作高阻隔性材料；着色性、粘接性、热合性，印刷性及与填料相容性较好，对生理无害。

2）力学性能。拉伸强度及硬度低，质软有弹性，回弹性为42%，伸长率大，可达650%，有韧性，冲击强度大于PE，隔声减振性好，摩擦因数大，耐磨性差。

3）热性能。EVA耐热性差，使用温度低于LDPE，耐低温性及低温可挠性好；易燃，离火不灭并有乙酸味。

4）电性能。因含VA基团，电性能低于PE，不宜作高频和电线电缆绝缘材料，但经填充改性后可作多种用途的绝缘材料。

5）耐蚀性。EAV的耐蚀性、耐应力开裂性良好，但耐油性差，且能溶于芳烃或氯代烃溶剂。

6）耐候性。EVA的耐候性良好，且有抗臭氧的能力，但含有羧基基团会降低热稳定性和抗老化性。

7）加工性。EVA的加工性与LDPE相似，但熔融指数低（2.5g/10min），分解温度为220～230℃，热稳定性比LDPE差，分解时会生成乙酸等刺激物，所以加工温度应比LDPE低20～40℃；可采用注塑、挤出、吹塑、压延、发泡成型等工艺加工各种制品，吸水性小，加工前不需预干燥处理，边角料可100%回收使用。EVA的成型工艺参数见表8-2。

表8-2 EVA塑料的成型工艺参数

注：1.注塑成型时，制品易粘模，脱模困难，应取较大的脱模斜度。

2.挤出薄膜开口性差，应加入开口剂，且必须慢速牵引。

8）制品应用。用EVA塑料制作的主要制品见表8-3。

2.交联聚乙烯

交联聚乙烯，简称XLPE，它是在PE塑料中加入交联助剂后，通过化学或辐射等技术将线性结构的PE演变成网状结构的聚合物，成为结构改性PE。该技术可提高PE的耐热老化性、耐化学性、强度及刚性、耐环境应力性及耐电晕性。PE中无论HDPE或LDPE都可以组成交联改性PE。

XLPE的交联工艺主要有辐射交联，过氧化物交联和硅烷交联三种。XLPX的性能随不同配方、不同交联工艺及交联度而变化，所以有许多品种适用于加工不同性能的制品。多数XLPE塑料都能保留PE的优点，又可提高力学性能、耐热性、耐蚀性、电性能及耐候性，达到接近工程塑料水平。其基本性能与PE塑料相比有下列不同：

表8-3 用EVA塑料制作的主要制品

1）密度为0.92～1.27g/cm³，稍大于PE，熔融指数为0.1～2g/10min，吸水性小于0.01%，交联度为55%～75%，薄膜透明、透水蒸气性好，阻隔性随交联度增大而提高。XLPE还具有形状记忆功能，可制作热缩管、热缩薄膜等制品。

2）力学性能优于HDPE，过氧化物交联的XLPE冲击性能、拉伸强度较高，有突出耐磨性，优良耐应力开裂性和抗蠕变性。硅烷交联的XLPE还具有优良耐爆破性能，室温下耐爆破压力高于5MPa，95℃时耐爆破压力也高达2MPa，在80℃、2MPa的环境应力下，使用寿命可达50年，而HDPE仅为30h，硬度可达60～80H_D。

3）XLPE明显提高了PE的耐热性（软化点为130～200℃）、热强度、热稳定性和尺寸稳定性。辐射交联的XLPE耐热温度等级为150℃；过氧化物交联的XLPE使用温度为140℃，作电绝材料可达200℃；硅烷交联的XLPE在120℃下热老化168h，拉伸强度还能保持98%，伸长率为81%，而此条件下LDPE已熔化。此外，XLPE耐低温性优良，脆化温度为-70℃，在-40℃下仍能保持良好的柔韧性。XLPE经改制后提高了阻燃性，[OI]>24～32，烟密度为108D_m。

4）XLPE电性能优良，绝缘电阻>4×10¹⁴Ω，耐电压强度>30kV介质损耗小；尤其具有耐电晕性，是塑料中少数品种之一；耐热等级可达A级，是高频，高电压电缆理想的绝缘材料。

5）耐化学性能优良，强酸、强碱、含氧酸及80℃以下的有机溶剂等，对它的侵蚀很小，但在室温下不耐卤代烃、酮、芳香烃和某些脂肪烃溶剂，耐应力开裂性优于PE，测试寿命>1000h。

6）耐候性、耐老化性及耐辐射性良好。三种XLPE管材的性能比较见表8-4。

表8-4 三种XLPE管材性能比较

注：本表中，A表示优异；B表示良好；C表示一般；D表示有问题；E表示差。

7）加工性能。XLPE制品的加工是边加工边进行交联反应的，也就是先将配制交联剂的原料制成粒料，然后进行挤出、注射、吹塑或压缩、传递成型加工，在加工过程中进行交联反应制成制品，或加工成制品后再进行交联反应制成最终成品。前种方法常用于硅烷及过氧化物交联的XLPE，后者常用于辐照交联XLPE。目前常用的是硅烷交联方法，该法设备投资少，生产成本低，生产效率高，适用于厚、薄壁各种形状制品，也适用于加工填充型复合材料。硅烷交联的XLPE加工制品时，常采用两步法，即将原料分为A、B两组，然后再在第三台设备中混合加工成交联制品。但无论哪种方法都必须严格控制成型温度，既要防止过早交联，流动性下降，影响制品成型，也要防止交联不充分，交联度低影响制品性能。尤其是辐射法及过氧化物法更要严格控制温度，两者均需用专用设备。

XLPE的流动性低于PE，熔融指数为1～2g/10min，熔融温度>130～200℃。过氧化物交联的XLPE的熔融温度低，过氧化物易分解，分解温度在140℃左右。

目前，XLPE塑料主要用于挤出成型加工管材、薄膜及发泡塑料等制品。

8）制品应用方面的特点如下：(www.xing528.com)

①管材及薄膜。交联XLPE常用于制作热收缩性管、套管或薄膜。不同品种XLPE可用作高温热水输送管；可用作火箭、导弹、战车、电机、变压器用的耐电压、高频段、耐热绝缘材料、电线电缆绝缘护套；热收缩管可用作电力电缆接头绝缘套，焊接接头耐蚀套、电气元件绝缘套；热收缩膜可用作耐热管材（软管）、化工设备耐蚀衬里、容器及部件、阻燃建材等。

②发泡塑料制品。XLPE发泡塑料应用广泛，仅次于PU及PS占第三位。它耐热性好，随着交联度的增高热固性塑料特点增加，加热到结晶熔点也无畸变，且易着色、上光、涂覆；耐老化，能承压；易成型，可制成结构泡沫片材；耐候性优于PU及PS，可在户外使用；半硬XLPE泡沫料压缩硬度介于软质PU和硬质PS之间，可进行各种二次加工，如切削、钻孔、粘合、复合和热成型，缺点是强度低，主要用于建材、包装、保温、绝缘材料及结构件。

3.氯化聚乙烯

氯化聚乙烯（简称CPE）是LDPE或HDPE用直接氯化法配制成的无规、低结晶聚合物，按PE品种、氯化度、分子链结构及氯化工艺可组成许多性能差别很大的品种。例如，按含氯相对原子质量比例可分为五类：氯含量15%（摩尔分数）的为塑性料，氯含量16%～24%（摩尔分数）的为塑弹性料，氯含量25%～48%（摩尔分数）的为弹性料，氯含量49%～58%（摩尔分数）的为半弹性刚性料，氯含量59%～73%（摩尔分数）的为脆性、阻燃、抗腐蚀树脂。因此，CPE可配制成从塑性到脆性的各种物性品种，工业中常用的品种是氯含量30%～40%（摩尔分数）的弹性体、弹塑型CPE（如135ACPE及140ACPE两种牌号）及氯含量64%～65%（摩尔分数）的耐燃、脆性涂料。

（1）氯含量30%～40%（摩尔分数）CPE的性能特点 主要包括以下几个方面：

1）一般为无色或半透明无臭粉粒料，质地柔软有弹性，密度为1.14～1.18g/cm³，成型收缩率为1.5%，吸水率低。

2）拉伸强度及模量低，硬度低（65～70H_D），但耐磨性好，低氯化CPE的抗撕强度高，可达67.5～115.8N/mm，优于LDPE，弹性体CPE有优异的冲击性。

3）耐热性优于PE，维卡软化温度>50℃，长期使用温度120℃以下。当氯含量>25%（摩尔分数）时，有阻燃性，OI值27%，但燃烧时会释放HCl有刺激气味，火焰呈黄色，绿底。热稳定性差，但耐寒特性好，脆化温度-70～-50℃。

4）耐候性、耐化学药品性好，可耐油、耐酸碱、耐臭氧老化；耐应力开裂性好；电绝缘性良好，但低于PE，体积电阻率为10⁸～10⁹Ω·cm。

5）与其他塑料和填充剂相容性好，是一种良好的改性剂。

6）熔融指数为2g/10min（190℃，0.3MPa时），结晶融点约为130℃，可用于注射、挤出、压延、模压成型，也可二次加工。低含氯量CPE还可用于旋转、吹塑成型。

按CPE中有无交联剂可分为直接加工及硫化加工两种方法。直接加工是用不加交联剂，只加稳定剂、增塑剂等助剂的料，直接加工成防水卷材、门窗密封条等软质制品。硫化加工是用原料中加入交联剂及其他助剂的料，加工中需进行硫化处理后才能成为最终制品，如管材、建材、波纹板等。

（2）制品应用 CPE制品应用可分为两方面：

1）CPE可作为PE、PVC、ABS等塑料的改性剂，提高低温冲击强度，降低脆化温度（-80℃），提高阻燃性、耐油、耐候性等性能。

2）CPE可直接制作防水卷材、地板、密封材料、电缆护套、输送带等。

4.共混合金

PE的共混合金品种很多，举例如下：

（1）PE/橡胶 它是用HDPE或LDPE与EPR（乙烯丙烯橡胶）NBR（丁腈橡胶）共混组成的热塑性弹性体（TPE）。按PE及橡胶品种，组分配比、硫化程度、共混工艺不同可制成多种性能的品种，其中用HDPE及NBR共混的品种性能较好。

TPE有热塑性塑料和橡胶（弹性体）两者兼有的特性，有韧性，耐溶剂，绝缘性优良，耐冲击，耐应力开裂，加工性良好，可用注射、模压、挤出成型方法加工制品。

TPE主要用于制造管材、支柱、电气零件、机械零件、编织及印刷筒、高频回路部件，耐温复杂零件、大型零件、化工零件等，可代替某些金属、ABS、尼龙材料，如制作手榴弹塑料手柄等。

（2）HDPE/PMMA 该共混物可提高PE的表面装饰性，改善PE薄膜的印刷性，提高涂料的粘接强度，简化表面处理工艺。

（3）PC/HDPE 它是在PC中加入少量HDPE（15%～20%）制成的。加入HDPE的作用是提高PC的缺口冲击强度和耐沸水性（沸煮20h，材料强度不变），提高其耐热氧化性和耐候性，降低熔体粘度及熔融温度，降低残余应力，提高耐应力开裂性，提高表面光泽性及润滑性。该材料广泛用于制作纺纱管。

此外，还有共混PP，以提高耐应力开裂及刚性；共混EVA、CPE，以提高韧性、印刷性、耐燃性等，品种不胜枚举，此处不再赘述。

5.填充PE塑料

填充PE塑料是指在PE中填充了大量的碳酸钙、滑石粉、云母或硅灰石等无机填料组成的改性塑料。通过填充可有效降低成本，提高刚性、表面硬度、热稳定性等性能。另外，也可通过填充一些特殊材料，赋予PE塑料某些特殊功能，如填充石墨组成导电塑料，在HDPE中填充Selar添加剂可有效地抑制储汽油容器渗透率等。填充PE塑料的品种也很多，其中钙塑料应用较广。

无机酸钙盐，如CaCO₃、CaSO₃、CaSO₄、滑石粉、硅藻土等）/PE填充料，通常配比是钙盐90%～50%，质量分数，PE10%～50%，质量分数，故称为钙塑料。

这种塑料除了具有塑料、木材、纸张等的性能外，还具有较好的耐热、耐水、防振、隔声性能，其刚性、硬度、压缩强度、加工性、二次加工性、抗蠕变性、成型收缩率等性能均优于PE，但韧性、制品光泽性、冲击强度、色彩都逊于PE。

PE钙塑料可用压延、挤出、注射、压制等方法加工制品。制品可分为发泡制品及实体制品两类。发泡制品有低发泡注射制品、模压发泡板、热压高发泡板等；实体制品有粒料注射制品、压延钙塑纸，钙塑板等。模压PE钙塑板的密度只有0.40g/cm³，拉伸强度为1.49MPa，压缩强度为4.23MPa，弯曲强度为2.06MPa，简支梁冲击强度为1.65kJ/m²。

实体PE钙塑料可用普通注射机、挤出机加工制品，成型温度因熔融指数及填料量不同而异，通常比PE高10～20℃。注射成型时，料筒温度为140～220℃，注射压力为70～90MPa。

可进行涂饰、印刷、热熔粘合、粘接、电镀及锯、刨、切割、开孔、拧螺钉、板材吸塑加工等。

钙塑料可代替木材、纸张用作建材板、箱壳、家具、木器、外包装材料等，其发泡制品用途更广，详见发泡塑料章节。

此外，导电PE塑料及纳米PE塑料等填料PE将在功能塑料及纳米塑料章节中专述。

6.增强PE塑料

增强PE塑料（简称GFPE），主要原料以HDPE粉粒料为基体，常用经润湿处理的E玻璃纤维（直径为9～13μm，长度为3～4mm）为增强材料，含量在20%～30%，颗粒料可用于注射，挤出、模压等成型工艺，加工时可直接用增强料，或增强料与未增强料混合使用。

增强PE塑料可大幅度提高PE的拉伸强度、弯曲强度、弹性模量、抗蠕变性、冲击强度及耐应力开裂性、热变形温度，降低收缩率，但伸长率下降，取向性及吸水率增大，耐蚀性及电性能与HDPE相似。

GFPE的成型加工性要求较高，材料流动性比PE降低，流程比为100～200，熔融温度为200～230℃，注射温度为220～250℃，注射压力为30～50MPa，但收缩率为0.2%～0.5%，制品精度3级（SJ/T 10628—1995标准），取向性明显，制品易翘曲，加工前原料需预干燥处理，增强纤维对模具、设备磨损大。

GFPE的综合性能基本达到了通用工程塑料水平，可用于制作受力耐热的机电结构零件，如基底、底板、框架、杆梁、支撑件、壳体、箱盖、泵壳等，代替部分有色金属、尼龙、ABS等材料。