高密度聚乙烯（HDPE）

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高密度聚乙烯（HDPE）又称低压聚乙烯，是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。HDPE是一种通用的热塑性树脂， 1956年就开始工业化生产，随着催化剂和聚合工艺的发展，不断涌现出新的品种和新的应用领域。

高密度聚乙烯（HDPE）

性能

HDPE是白色粉末颗粒状产品，无毒、无味，密度在0.940～0.976g/cm3范围内；结晶度为80%～90%，软化点为125～135 ℃，使用温度可达100 ℃；熔化温度120～160 ℃。它具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好。介电性能、耐环境应力开裂性亦较好。化学稳定性好，在室温条件下，不溶于任何有机溶剂，耐酸、碱和各种盐类的腐蚀；薄膜对水蒸气和空气的渗透性小、吸水性低；耐老化性能差，耐环境开裂性不如低密度聚乙烯，特别是热氧化作用会使其性能下降，所以，树脂需加入抗氧剂和紫外线吸收剂等来提高改善这方面的不足。

在HDPE、LDPE、LLDPE三种聚乙烯中，HDPE的结晶能力最强，结晶度最高，具有高的拉伸强度、拉伸模量、硬度等性能。但其冲击性能较差，主要是由于HDPE不仅有高的结晶度，而且还具有较大的晶粒尺寸（HDPE为2～8μm, LLDPE为2～4μm, LDPE小于2μm），降低了吸收冲击能量的能力。HDPE具有较好的热性能，在不受力情况下最高使用温度为121 ℃，最低使用温度为-70～-100 ℃，在受力情况下，热变形温度高。

密度、分子量、分子量分布和添加剂是决定HDPE性能的重要因素。

a.密度

高密度聚乙烯的主要原料是乙烯，与其他单体（如1-丁烯、1-己烯和1-辛烯）共聚，可以改善其性能，共聚单体的含量不超过2%。共聚单体的加入降低了聚合物的结晶度。会改变聚合物的密度，HDPE的结晶度随密度的提高而提高。美国分类一般按ASTM D1248规定，HDPE的密度在0.940g/cm3以上；中密度聚乙烯（MDPE）密度范围0.926～0.940g/cm3。

密度提高可以改进力学性能（拉伸强度、模量和硬度）、热性能（软化点温度和热变形温度）、防渗透性（透气性或水蒸气透过性）。降低密度可以提高HDPE的冲击强度和ESCR。HDPE均聚物的密度最高，随着共聚单体的含量提高，共聚物的密度降低。

b.分子量（Mw）

分子量越高，聚合物黏度越大。HDPE分子量范围是40000～300000。重均分子量大致与MFR范围对应，即从0.02～100g/10min。通常，高的Mw（更低的MFR）增强了熔体强度、更好的韧性和ESCR，但是更高的Mw使HDPE加工困难，需要更高的扭矩和温度。

c.分子量分布（MWD）

HDPE的MWD与使用的催化剂和生产工艺有关。MWD采用凝胶渗透色谱（GPC）测试，即重均分子量（Mw）除以数均分子量（Mn）。HDPE的分子量分布范围是4～30。窄的MWD在制品生产过程中具有低翘曲性和高冲击性，中到宽的MWD在制品生产过程中可以提高加工性，更宽的MWD可改进熔体强度和抗蠕变性。

d.添加剂

抗氧剂的加入可防止聚合物在加工过程中降解，并防止制成品在使用中老化。特定的用途需要特殊的添加剂配方，例如与电线、电缆用途相关的铜抑制剂。添加抗UV添加剂可以改善耐气候性和抗紫外线的能力。没有添加抗紫外线或炭黑的不能长期在户外使用，如电线、电缆、槽池衬层或管材。

牌号

HDPE各牌号基本性能表

ID号 产品名称 生成企业 产品牌号 密度 熔融指数 树脂用途
102 HDPE 中原石化 DNDD7152 0.939 3.0-4.0 滚塑
101 HDPE 中原石化 DGDS6097 0.948 0.38-0.42 吹塑
100 HDPE 中原石化 DGDA6091 0.95 0.9-1.1 挤出
99 HDPE 中原石化 DMDA6149 0.953 0.01 吹塑
98 HDPE 中原石化 DMDA8007* 0.955 2010/7/9 注塑
97 HDPE 扬子石化 3300F 0.947-0.953 0.7-1.5 挤出
96 HDPE 扬子石化 2208J 0.965-0.971 3.5-7.5 注塑
95 HDPE 扬子石化 1300J 0.962-0.968 9.0-19 注塑
94 HDPE 扬子石化 6100M* 0.951-0.957 0.10-0.22 挤出,管材
93 HDPE 扬子石化 6500B* 0.953-0.959 0.10-0.35 吹塑,中空容器
92 HDPE 扬子石化 5200B* 0.957-0.963 0.20-0.5 吹塑,小中空
91 HDPE 扬子石化 7000F* 0.954-0.958 0.028-0.06 吹膜,购物袋
90 HDPE 扬子石化 2200J* 0.964 3.5-7.5 注塑
89 HDPE 扬子石化 2100J* 0.954 4.0-9.0 注塑
88 HDPE 扬子石化 5000S* 0.95 0.62-1.3 拉丝
87 HDPE 燕山石化 5300B 0.952 0.4 吹塑
85 HDPE 燕山石化 6000M 0.952 0.11 管材
84 HDPE 燕山石化 1600J 0.958 18 注塑
83 HDPE 燕山石化 1300J 0.965 14 注塑
82 HDPE 燕山石化 5000SR 0.958 0.4 挤塑,管材
81 HDPE 燕山石化 6100M* 0.954 0.15 管材
80 HDPE 燕山石化 6500B 0.965 0.35 容器、大型玩具、漂浮物
79 HDPE 燕山石化 5200B* 0.96 0.35 容器、大型玩具、漂浮物
78 HDPE 燕山石化 7000F* 0.954 0.04 日用包装商品袋,大棚膜
77 HDPE 燕山石化 2200J* 0.964 5.5 注塑,一般用途注塑制品
76 HDPE 燕山石化 2100J* 0.957 6.5 注塑,一般用途注塑制品
75 HDPE 燕山石化 5000S* 0.95 0.9 拉丝、吹塑、吹膜、管材
74 HDPE 天津联合 TJDL-9475 0.945 0.7 挤出
73 HDPE 天津联合 DGDH-1059 0.961 0.9 吹塑

生产

HDPE的生产工艺是浆液法或气相法，也有少数用溶液法生产。80%以上的HDPE都是共聚物。新催化剂的开发为提高HDPE的性能做出巨大的贡献。两种最常用的催化剂种类是飞利浦以铬氧化物为基础的催化剂和钛化合物-烷基铝催化剂。飞利浦型催化剂生产的HDPE有中宽度分子量分布；钛-烷基铝催化剂生产的分子量分布窄。

HDPE目前还是主要通过中压法和低压法合成。中压法（菲利普法）是在压力为1.5～8.0MPa、温度为130～270℃的条件下，以过渡金属氧化物（如氧化铬）为催化剂、烷烃为溶剂，按离子聚合机理聚合制得聚乙烯。低压法（齐格勒法）则是以Al（C2H5）3+TiCl4体系在烷烃（汽油）中的浆状液为催化剂，在压力为1.3MPa、温度为100℃的条件下，同样按离子聚合机理反应制得聚乙烯。

应用

HDPE的第一应用领域是中空吹塑制品，主要制作液体食品、牛奶、化妆品、药品及化学品包装瓶，占吹塑制品总量的70%以上。可用作食品瓶，如沙拉油、蛋黄酱、调味品等；化妆品瓶，如护发素、爽身粉、浴液等；家用化学品瓶，如漂白剂、洗涤剂、杀虫剂等；用于包装润滑油、燃料油的桶等。第二应用领域是注塑制品，主要有工业用容器、周转箱、桶、盆、食品容器、饮料杯、家用器皿、玩具等。此外，HDPE还可以生产电线电缆绝缘层、复合薄膜、单丝、扁丝、合成纸、片材（土工膜、衬板、卡车箱衬里）等。

HDPE可用不同的加工方法制造。如片材挤塑、薄膜挤出、管材或型材挤塑，如挤塑、吹塑、注塑和滚塑。

a.挤塑　挤塑生产一般要求MFR小于1g/10min和较宽MWD的牌号。低的MFR可获得适宜的熔体强度，宽的MWD更适于挤塑，因为它们具有更高的生产速度，较低的机头压力，降低了熔体破裂的可能。挤塑用途：如电线、电缆、软管、管材和型材。管材应用范围从用于天然气管、城市管道的厚壁黑管和其他下水道管道。

b.片材和热成型　许多大型冷藏箱的衬里是由HDPE生产的，具有冲击性能好、重量轻和耐用的特点。其他片材和热成型产品包括挡泥板、槽罐衬里、运输箱和土工膜等。

c.吹塑　国外的HDPE 1/3以上产品应用于吹塑。从生产装漂白剂、机油、洗涤剂、牛奶和蒸馏水的瓶子到大型冰箱、汽车燃料箱等。d.注拉吹塑　通常用于制造较小的容器，用于包装药品、洗发液和化妆品。一般选择较宽分子量分布的原料，但较窄的MWD产品对提高表面光洁度有利。

d.注拉吹塑　通常用于制造较小的容器，用于包装药品、洗发液和化妆品。一般选择较宽分子量分布的原料，但较窄的MWD产品对提高表面光洁度有利。

e.注塑　HDPE原料约20%用于生产注塑产品。注塑品级一般MFR为5～20g/10min，用途包括日用品、食品薄壁包装物、耐用的食品和涂料罐以及耐环境应力开裂的产品，如小型汽车燃料箱、较大的垃圾箱等。

f.滚塑　采用这种加工法的材料一般被粉碎成粉末料，使其在热循环中熔融并流动。滚塑使用两类PE：通用和可交联类。通用级MDPE/HDPE通常的密度范围为0.935～0.945g/ cm3，窄MWD使产品具有高冲击性和最小的翘曲，MFR范围一般为3～8g/10min。交联可以形成优良的抗环境应力开裂性、韧性、耐磨性和耐气候性。交联PE适用于大型化学容器的生产。

g.薄膜　HDPE膜可以采用吹膜加工或挤出。HDPE薄膜具有优越的拉伸性和极好的防渗性，如：购物袋、食物包装袋等。

发展史

1953年，德国化学家齐格勒（Karl Ziegler）用锆络合催化剂制得相当量的聚乙烯，红外光谱分析发现该材料仅含少许末端甲基，表明产物系由线形分子所组成。最终成功地用钛络合物在温和的温度和压力下，甚至在一个玻璃反应器中成功地合成出了聚乙烯。新的聚乙烯比此前的聚乙烯有更好的性能，其中最重要的改进是熔点，高了30℃，使刚性和强度都提高了。因其高结晶度和相伴随的高密度，而被命名为高密度聚乙烯（high density polyethylene，HDPE），而老型号聚乙烯称为低密度聚乙烯（LDPE）。

在齐格勒从事上述发明的同时，美国菲利普石油公司（Phillips Petroleum Company）用载有各种过渡金属氧化物的载体催化剂研究催化反应。当他们试图合成润滑油，用载体氧化铬催化剂，以乙烯为原料时，生成了高分子量乙烯聚合物，并证明其结构类似于齐格勒在低压低温聚合工艺下制得的HDPE。与LDPE的工艺对比，菲利普工艺还是在较温和的温度和压力下的热的烃溶剂中用载体氧化铬催化剂使乙烯聚合的。随后继续研究发现，采用菲利普工艺比用齐格勒工艺制得的HDPE密度稍高，表明有较高的线形结构。