聚乙烯（PE）堪稱最為熱門的熱塑性材料之一。它存在多種晶體結(jié)構(gòu)，常見的有HDPE、LDPE和LLDPE。這種常見的塑料主要通過加成聚合或者自由基聚合的方式生產(chǎn)。其應(yīng)用范圍極為廣泛，涵蓋塑料容器、瓶子、袋子、塑料玩具等諸多領(lǐng)域。
什么是PE？
聚乙烯，英文名為Polyethylene，屬于聚烯烴類，通常簡寫為PE，化學(xué)式是（C?H?）?。它具備重量輕、耐用的特性，是應(yīng)用最為普遍的塑料之一，常用于冷凍食品袋、瓶子、谷物襯墊、酸奶容器等。環(huán)顧四周，那些回收代碼為2和4的塑料，皆是由PE制成。這些PE塑料有著不同的晶體結(jié)構(gòu)。
PE是如何制成的？
聚乙烯是由乙烯（也可稱作乙烷）單體通過聚合反應(yīng)生成的。PE鏈?zhǔn)峭ㄟ^加成聚合或者自由基聚合反應(yīng)形成的。其可能的合成方法包括齊格勒 - 納塔聚合以及茂金屬催化。
PE的常見類型有哪些？
基于密度和分支情況的不同，不同等級的PE性能差異顯著。因此，PE等級可作如下分類：
分支版本：低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯（LLDPE）
線性版本：高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯（PEX或交聯(lián)聚乙烯）
此外，還存在其他類型的PE，例如中密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、高分子量聚乙烯、茂金屬聚乙烯、氯化聚乙烯等。
如何比較主要PE類型？
什么是高密度聚乙烯（HDPE）？
高密度聚乙烯（HDPE）是一種線性結(jié)構(gòu)的熱塑性塑料，經(jīng)濟(jì)高效。它分支少或者幾乎沒有分支，具備柔韌性，呈半透明或蠟狀，且耐候性好。其化學(xué)結(jié)構(gòu)決定了它因結(jié)晶度高（＞90%）而更為堅(jiān)硬，不過這也使得它的透明度低于LDPE和LLDPE。HDPE在低溫下也展現(xiàn)出韌性。
HDPE在低溫（70 - 300°C）和壓力（10 - 80巴）條件下制造，其原料來源于改性天然氣（甲烷、乙烷、丙烷混合物）或者經(jīng)過催化裂化的原油。生產(chǎn)HDPE主要有兩種技術(shù)：漿料聚合和氣相聚合。
高密度聚乙烯的特性
熔點(diǎn)：120 - 140°C
密度：0.93至0.97克/立方厘米
耐化學(xué)性：對大多數(shù)溶劑具有出色的耐受性；對醇、稀酸和堿具有極佳的耐受性；中等耐油性和耐油脂性；對碳?xì)浠衔铮ㄖ咀濉⒎甲?、鹵族）的抵抗力差
連續(xù)溫度：-50°C至 +60°C，相對剛性，具備實(shí)用的溫度適應(yīng)能力
其他特性：與其他形式的PE相比，拉伸強(qiáng)度更高；是低成本聚合物，具有良好的加工性能；耐低溫性良好；電絕緣性能優(yōu)異；吸水率極低
HDPE的缺點(diǎn)
易受應(yīng)力開裂
剛度低于聚丙烯
高成型收縮率
抗紫外線和耐熱性差
高頻焊接和連接無法實(shí)現(xiàn)
不過，某些等級的HDPE經(jīng)過巧妙改進(jìn)，提供了一些性能提升的配置。
高密度聚乙烯的應(yīng)用
出色的性能組合使HDPE成為眾多行業(yè)各種應(yīng)用的理想材料。其主要用途包括：
包裝應(yīng)用：HDPE廣泛應(yīng)用于多種包裝場景，如板條箱、托盤、牛奶和果汁瓶、食品包裝蓋、杰里罐、桶、工業(yè)散裝容器等。在這些應(yīng)用中，HDPE為最終產(chǎn)品提供了合理的沖擊強(qiáng)度。
消費(fèi)品：低成本和易于加工的特性，使HDPE成為多種家庭/消費(fèi)品的首選材料，像垃圾箱、家庭用品、冰盒、玩具等。
纖維和紡織品：由于其高拉伸強(qiáng)度，HDPE廣泛用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，如繩索、漁網(wǎng)和運(yùn)動(dòng)網(wǎng)、網(wǎng)以及工業(yè)和裝飾織物。
其他應(yīng)用：還包括管道和配件（用于天然氣、水、污水、排水、排污口、工業(yè)應(yīng)用、電纜保護(hù)、鋼管涂層、大型檢查室和管道污水檢修孔等的管道），因其優(yōu)異的耐化學(xué)性和耐水解性，還應(yīng)用于汽車領(lǐng)域（如油箱），以及布線和電纜（能源片、電信電纜）。
什么是低密度聚乙烯（LDPE）？
低密度聚乙烯（LDPE）是一種結(jié)晶度較低（約50 - 60%）的半剛性聚合物。LDPE由4,000 - 40,000個(gè)碳原子組成，存在許多短分支，與HDPE相比，它具有更高程度的短側(cè)鏈和長側(cè)鏈分支。
LDPE是如何制造的？
LDPE在高壓（1000 - 3000帕）和溫度（80 - 300°C）條件下生產(chǎn)，通過自由基聚合過程生成。生產(chǎn)LDPE主要有兩個(gè)基本過程：攪拌式高壓釜反應(yīng)釜和管式反應(yīng)釜。其中，管式反應(yīng)器因乙烯轉(zhuǎn)化率較高，越來越受到青睞。
LDPE的特性是什么？
熔點(diǎn)：105至115°C
密度：0.910–0.940克/立方厘米
耐化學(xué)性：對醇、稀堿和酸具有良好的耐受性；對脂肪族和芳香烴、礦物油、氧化劑和鹵代烴的抵抗力有限
耐溫：連續(xù)可達(dá)80°C，短時(shí)間可耐95°C
其他特性：低成本聚合物，具有良好的加工性能；低溫沖擊強(qiáng)度高，耐候性好；電絕緣性能優(yōu)異；吸水率極低；薄膜透明
LDPE的缺點(diǎn)是什么？
聚合物鏈中存在較多的支化，給LDPE性能帶來了一些缺點(diǎn)，例如：
易受應(yīng)力開裂
強(qiáng)度低，剛度低，最高使用溫度受限，這限制了其在需要極端溫度的應(yīng)用中的使用
高透氣性，尤其是對二氧化碳
抗紫外線性差
高度易燃
高頻焊接和連接無法實(shí)現(xiàn)
為克服這些挑戰(zhàn)，已開發(fā)出幾種具有改進(jìn)性能的LDPE牌號，如紫外線穩(wěn)定、高強(qiáng)度、抗粘連等。
LDPE有哪些應(yīng)用？
LDPE主要用于制造容器、分配瓶、洗滌瓶、管道、計(jì)算機(jī)組件、塑料袋以及各種成型實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。其最流行的應(yīng)用是制作塑料袋。
包裝：由于其低成本和良好的靈活性，LDPE在包裝行業(yè)用于藥品和擠壓瓶、瓶蓋和封蓋、防篡改、襯里、垃圾袋、食品包裝薄膜（冷凍、干貨等）、層壓等。
管道和配件：LDPE因其可塑性和低吸水性，用于制造管道和配件業(yè)的水管和軟管。
其他應(yīng)用：包括消費(fèi)品（家庭用品、柔性玩具）、農(nóng)用薄膜、電線和電纜（次導(dǎo)體絕緣體、電纜護(hù)套）。
什么是線性低密度聚乙烯（LLDPE）？
線性低密度聚乙烯（LLDPE）的結(jié)構(gòu)具有線性主鏈，且?guī)в卸潭鶆虻姆种ВㄅcLDPE的長分支不同）。這些短枝在伸長時(shí)能夠相互滑動(dòng)，不會像LDPE那樣纏繞在一起，其結(jié)構(gòu)與LDPE類似。
LLDPE是如何制造的？
LLDPE由乙烯（或乙烷單體）與1 - 丁烯，以及少量的1 - 己烯和1 - 辛烯聚合而成。該過程使用齊格勒 - 納塔或茂金屬催化劑進(jìn)行。目前，LLDPE在取代LDPE方面取得了很大成功。
LLDPE的特性是什么？
非常靈活，沖擊強(qiáng)度高
半透明和自然的乳白色
非常適合溫和強(qiáng)力緩沖液，具有良好的耐化學(xué)性
良好的水蒸氣和酒精阻隔性能
良好的抗應(yīng)力開裂性和抗沖擊性
LLDPE有哪些應(yīng)用？
LLDPE適用于各種薄膜應(yīng)用，例如通用薄膜、拉伸膜、服裝包裝、農(nóng)用薄膜等。
什么是超高分子量聚乙烯（UHMWPE）？
超高分子量聚乙烯的分子量在350萬至750萬amu之間，比HDPE樹脂高約10倍。HDPE和UHMWPE外觀相似，但UHMWPE堅(jiān)韌、耐磨且成本低，適用于可能涉及摩擦或磨損的工業(yè)或制造應(yīng)用。
UHMWPE是如何制造的？
UHMWPE是使用茂金屬催化劑和乙烷單元合成的。這些單元粘合在一起，形成UHMWPE結(jié)構(gòu)，每個(gè)分子有100,000至250,000個(gè)單體單位。
UHMWPE的特性是什么？
具有優(yōu)異的機(jī)械性能，例如高耐磨性、沖擊強(qiáng)度和低摩擦系數(shù)
該材料幾乎完全呈惰性，因此在中等溫度下可用于最具腐蝕性或侵蝕性的環(huán)境
即使在高溫下，它也能抵抗多種溶劑，但芳香族、鹵代烴和強(qiáng)氧化性材料（如硝酸）除外
這些特殊性能使該產(chǎn)品可用于多種高性能應(yīng)用，如管材、襯里、筒倉、容器和其他設(shè)備等高磨損應(yīng)用場景。
交聯(lián)聚乙烯（PEX或交聯(lián)聚乙烯）
高密度交聯(lián)PE是具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的聚乙烯的一種形式，縮寫為PEX或XLPE，專為關(guān)鍵應(yīng)用而設(shè)計(jì)。
交聯(lián)聚乙烯是如何制造的？
交聯(lián)聚乙烯由聚乙烯在高壓下與有機(jī)過氧化物制成，會產(chǎn)生自由基，從而形成聚合物的交聯(lián)。因此，該樹脂專為化學(xué)品儲存管道系統(tǒng)、循環(huán)輻射加熱和冷卻系統(tǒng)，以及高壓電纜的絕緣等關(guān)鍵應(yīng)用而設(shè)計(jì)。
交聯(lián)聚乙烯有哪些特性？
高低溫耐水解性
高電氣和絕緣性能
高耐磨性
符合飲用水認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)
生產(chǎn)線上的高擠出速度
成本更低
機(jī)械更堅(jiān)固
交聯(lián)聚乙烯電纜的特點(diǎn)是什么？
交聯(lián)聚乙烯電纜是目前最受歡迎的電纜，在多種電氣應(yīng)用中提供了諸多優(yōu)勢，這得益于其防潮性、抗應(yīng)力性以及比其他同類電力電纜更高的抗熱變形保護(hù)能力。特別是在與聚氯乙烯電纜比較時(shí)，交聯(lián)聚乙烯電源線具有以下優(yōu)勢：
更長的使用壽命
更好的耐熱性，通?？梢猿惺芨哌_(dá)260°C
具有更好的拉伸強(qiáng)度和抗沖擊性
更高的額定電流應(yīng)用資格
如何加工PE塑料？
各種形式的聚乙烯可用于注塑、吹塑、擠出等工藝以及各種薄膜制作工藝，如壓延或吹膜擠出。
HDPE：可通過注塑、擠出（用于管材、吹膜和流延膜、電纜等）、吹塑和滾塑成型輕松加工，是注塑成型工藝的理想材料，主要用于批量和連續(xù)生產(chǎn)。
LDPE：最常見的加工技術(shù)是擠出（用于管材、吹膜和流延膜、電纜等），也可通過注塑或滾塑加工。
UHMWPE：通過壓縮成型、柱塞擠出、凝膠紡絲和燒結(jié)進(jìn)行各種加工。常規(guī)方法如注塑、吹塑或擠出成型不適用，因?yàn)檫@種材料即使在高于其熔點(diǎn)的溫度下也不會流動(dòng)。
PE（主要是HDPE）：作為3D打印材料逐漸普及，其強(qiáng)度、低密度和無毒特性使其成為各種3D打印物體的理想選擇。此外，回收的PE等級和生物基PE也用于3D打印加工。PE的廣泛可用性推動(dòng)了將這種材料應(yīng)用于增材制造的努力。
哪種類型的PE是可回收的？
PE的兩種主要形式（LDPE和HDPE）的樹脂識別代碼顯示，它們本質(zhì)上是不可生物降解的，對全球塑料廢物問題貢獻(xiàn)較大。不過，這兩種形式的PE都是可回收的，可用于生產(chǎn)非食品瓶、戶外應(yīng)用塑料、堆肥箱等。
HDPE管道可用于非飲用水應(yīng)用，對于飲用水，HDPE可用于熱水和冷水服務(wù)應(yīng)用。近年來，交聯(lián)PE在飲用水領(lǐng)域逐漸流行，但PEX需要特殊配件，且不可回收。
