聚乙烯树脂的性能特点解析

聚乙烯是一种热塑性树脂，无味无毒的颗粒或粉末，外观呈乳白色，薄时透明，厚时不透明，有似蜡的手感。遇火时，它容易燃烧和熔融，并放出与石蜡燃烧时同样的气味，氧指数仅为17.4。各种聚乙烯的主要物理力学性能见表6-1。

表6-1 各种聚乙烯的主要物理力学性能

1.聚乙烯的物理力学性能

聚乙烯的力学性能主要取决于它的密度、分子量和分子量分布。

一般来说，分子量越高，大多数物理性能越趋于优良，而加工越困难，如耐化学试剂性、冲击强度、拉伸强度、伸长率、耐磨性、耐环境应力开裂性均随分子量提高而提高。

分子量分布：分子量分布越宽，加工性能越好，电缆一般使用分子量分布中等到宽的范围内。如果要求高速挤出，宜选用分子量分布宽或很宽。但分子量分布越宽，伸长率、拉伸强度、冲击强度、耐环境应力开裂性就越下降。

它的密度越高，结晶度越高，越不透明，大多数力学性能就越好。

2.聚乙烯的化学稳定性

聚乙烯化学结构与烷烃相似，故聚乙烯是一种最稳定、最惰性的聚合物之一，具有良好的化学稳定性。

一般情况下，它可耐酸、碱、盐水溶液，但不耐氧化性的酸（如硝酸）。聚乙烯在室温或低于60℃时，不溶于一般有机溶剂；在较高温度下，可溶于某些有机溶剂（如脂肪烃、芳香烃）中。

另外，极性液体的蒸汽透过聚乙烯的速率极小，而非极性物质的蒸汽要大得多。聚乙烯的水蒸气透过率较低。

3.聚乙烯的电绝缘性能

聚乙烯分子结构对称，不含极性基团，因此具有优异的电绝缘性能，见表6-2。

表6-2 聚乙烯的电绝缘性能

聚乙烯优异的电绝缘性能表现如下：

1）聚乙烯不含亲水基团，受水影响小。聚乙烯有较小的吸水率，在水中浸泡一个月，吸水量为0.03%，在水中浸泡一年，吸水量仅为0.15%。即使在浸水7天后，无论是高密度聚乙烯还是低密度聚乙烯的体积电阻率和绝缘击穿强度都没有变化。

2）介电常数ε与介质损耗角正切tgδ很小，而且介电常数和介质损耗角正切与频率关系不大，也与温度关系不大（见图6-2～图6-5）。

图6-2 聚乙烯介电常数与密度的关系

图6-3 聚乙烯介电常数与温度的关系

图6-4 聚乙烯的介质损耗角正切与频率的关系

1—低密度聚乙烯 2—高密度聚乙烯

图6-5 聚乙烯的介质损耗角正切与温度的关系(www.xing528.com)

1—低密度聚乙烯 2—高密度聚乙烯

图6-6 聚乙烯的介质损耗角正切与电场强度的关系

1—低密度聚乙烯 2—高密度聚乙烯

图6-7 低密度聚乙烯体积电阻率与温度的关系

3）聚乙烯的分子量对电缆绝缘性能影响不大。

但聚乙烯耐电晕性和耐电蚀性欠佳，在高电压长期作用下，易出现水树枝化、电树枝化，导致绝缘老化。聚乙烯的耐电性能如图6-8、图6-9所示。

图6-8 聚乙烯的击穿场强与厚度的关系

图6-9 聚乙烯的击穿场强与温度的关系

1—高密度聚乙烯 2—低密度聚乙烯

4.聚乙烯的耐老化性能

聚乙烯在无氧时，升高到300℃才开始分解，但在接触氧气时，50℃就有氧化反应，并随温度升高，氧化反应加剧。聚乙烯中的薄弱环节（如α-H原子，羰基）与氧形成过氧化氢物，在光热作用下，分解成自由基而进一步发生老化反应。配合适当抗氧剂，可提高聚乙烯的热稳定性。

聚乙烯耐光性较差，易于吸收300nm紫外光，在户外使用时应加入光稳定剂。

5.聚乙烯的耐环境应力开裂性和蠕变性

聚乙烯在受力的状态下或在加工成型而残留有内应力时，或接触某种液体、蒸汽（如醇类、洗涤剂、肥皂水等）时，常会发生开裂，这种现象称为环境应力开裂。电缆聚乙烯绝缘层，尤其是护套常有这种破坏。

提高分子量、减小熔融指数或采取交联，可以改善聚乙烯耐环境应力开裂性。研究证明：相对密度为0.95左右、熔融指数较小的高密度聚乙烯，耐环境应力开裂性较好。高密度聚乙烯（MI<0.3）是加工性能较好的品种，不作改性，就能满足海底电缆护套（对耐环境应力开裂）的要求。分子量提高，熔融指数减小，也可以改善聚乙烯耐环境应力开裂性。线性低密度聚乙烯耐环境应力开裂性非常优越。

在不大的机械应力下，聚乙烯会发生缓慢的形变，譬如将一根聚乙烯电缆垂直放置，随着时间的延长，由于聚乙烯的自重，它会从上往下“流动”，使下端变厚，上端变薄，这一现象称之为蠕变性或称冷流性。造成这一现象的原因是由于聚乙烯分子间的作用力较小，因而大分子链之间较易相互滑动。这就影响聚乙烯在两端高度相差较大的场合使用。使聚乙烯交联，可以显著改善冷流性。

6.高低温性能

聚乙烯耐热性不好，软化温度约为60℃，随分子量和结晶度的提高而改善。但聚乙烯有较好的低温性能，其脆化温度可达-60℃，随分子量提高，最低可达-140℃，因此聚乙烯在低温下仍具有较好的柔韧性。聚乙烯的线膨胀系数大，最高可达（20～40）×10^-5K^-1，在塑料中属于较大的。聚乙烯的热导率也属于塑料中较高的。

7.工艺性能

聚乙烯具有良好的加工性能，易于熔融塑化，而不易分解，冷却易于成型。电缆所用聚乙烯熔体流动速率一般为0.1～2.2g/10min之间。对于低密度聚乙烯，熔融指数。

其中，熔体流动速率为2.0g/10min左右的聚乙烯在低温下流动性好，加入交联剂后，可在130℃以下挤出，所以主要采用交联聚乙烯料。其他场合的电缆，如要求较高的耐环境应力开裂性能、耐磨性、机械强度以及良好的挤出加工性能，选用MI通常在0.5以下。

但聚乙烯是易燃材料，氧指数只有18，不耐燃。

聚乙烯具有优异的电绝缘性能及其他性能，聚乙烯塑料在电缆（无论是在电力电缆，还是通信电缆上）中获得了广泛应用，而且既可以作为绝缘，也可以用作护套。在聚乙烯树脂中加入各种配合剂，可制成符合电缆使用要求的各种聚乙烯塑料。