什么是聚乙烯？

聚乙烯（PE）是由乙烯聚合而成的热塑性树脂。在工业上，还包括乙烯与少量α-烯烃的共聚物。聚乙烯无味、无毒，手感如蜡，具有优良的耐低温性能（低使用温度可达-100~-70℃），化学稳定性好，能抵抗大多数酸碱的侵蚀（不耐氧化性质）酸）。常温下不溶于一般溶剂，吸水率低，电绝缘性优良。

聚乙烯于1922年由英国ICI公司合成。1933年英国博内曼化学工业公司发现乙烯在高压下可聚合形成聚乙烯。该法于1939年工业化，俗称高压法。 1953年，德意志联邦共和国的K.齐格勒发现，以TiCl4-Al(C2H5)3为催化剂，乙烯也可以在较低压力下聚合。此法于1955年由德意志赫斯特公司投入工业生产，俗称低压聚乙烯。 20世纪50年代初，美国飞利浦石油公司发现，以氧化铬-硅铝为催化剂，乙烯在中压下可聚合生成高密度聚乙烯，1957年实现工业化生产。20世纪60年代，加拿大杜邦公司开始以乙烯和α-烯烃为原料，采用溶液法生产低密度聚乙烯。 1977年，美国联合碳化物公司和陶氏化学公司先后采用低压法制造低密度聚乙烯，称为线性低密度聚乙烯，其中尤以联合碳化物公司的气相法最为重要。线性低密度聚乙烯的性能与低密度聚乙烯相似，并且具有高密度聚乙烯的一些特性。加之生产中能耗较低，因此发展极为迅速，已成为最引人注目的新型合成树脂之一。加拿大杜邦公司开始以乙烯和α-烯烃为原料，采用溶液法生产低密度聚乙烯。 1977年，美国联合碳化物公司和陶氏化学公司先后采用低压法制造低密度聚乙烯，称为线性低密度聚乙烯，其中尤以联合碳化物公司的气相法最为重要。线性低密度聚乙烯的性能与低密度聚乙烯相似，并且具有高密度聚乙烯的一些特性。加之生产中能耗较低，因此发展极为迅速，已成为最引人注目的新型合成树脂之一。加拿大杜邦公司开始以乙烯和α-烯烃为原料，采用溶液法生产低密度聚乙烯。 1977年，美国联合碳化物公司和陶氏化学公司先后采用低压法制造低密度聚乙烯，称为线性低密度聚乙烯，其中尤以联合碳化物公司的气相法最为重要。线性低密度聚乙烯的性能与低密度聚乙烯相似，并且具有高密度聚乙烯的一些特性。加之生产中能耗较低，因此发展极为迅速，已成为最引人注目的新型合成树脂之一。美国联合碳化物公司和陶氏化学公司先后采用低压法制造低密度聚乙烯，称为线性低密度聚乙烯，其中联合碳化物公司的气相法最为重要。线性低密度聚乙烯的性能与低密度聚乙烯相似，并且具有高密度聚乙烯的一些特性。加之生产中能耗较低，因此发展极为迅速，已成为最引人注目的新型合成树脂之一。美国联合碳化物公司和陶氏化学公司先后采用低压法制造低密度聚乙烯，称为线性低密度聚乙烯，其中联合碳化物公司的气相法最为重要。线性低密度聚乙烯的性能与低密度聚乙烯相似，并且具有高密度聚乙烯的一些特性。加之生产中能耗较低，因此发展极为迅速，已成为最引人注目的新型合成树脂之一。具有高密度聚乙烯的一些特性。加之生产中能耗较低，因此发展极为迅速，已成为最引人注目的新型合成树脂之一。具有高密度聚乙烯的一些特性。加之生产中能耗较低，因此发展极为迅速，已成为最引人注目的新型合成树脂之一。

低压法的核心技术在于催化剂。德国齐格勒发明的TiCl4-Al(C2H5)3体系是第一代聚烯烃催化剂。 1963年，比利时索尔维公司以镁化合物为载体的第二代催化剂，催化效率达到每克钛数万至数十万克聚乙烯。使用第二代催化剂还可以省去去除催化剂残留物的后处理工序。后来，开发了气相法的高效催化剂。 1975年，意大利蒙特爱迪生集团公司研制出一种催化剂，无需造粒即可直接生产球形聚乙烯。被称为第三代催化剂，这是高密度聚乙烯生产的又一次革命。

聚乙烯对环境应力（化学和机械作用）非常敏感，并且与聚合物的化学结构和加工相比，其对热老化的抵抗力较差。聚乙烯可以通过传统的热塑性成型方法进行加工。用途广泛，主要用于制造薄膜、包装材料、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，还可用作电视机、雷达等的高频绝缘材料。随着石油化学工业的发展，聚乙烯生产迅速发展，产量约占塑料总产量的1/4。 1983年，世界聚乙烯总产能为24.65吨，在建装置产能为3.16吨。根据2011年最新统计，全球产能达到96吨。聚乙烯生产的发展趋势表明，生产和消费正在逐步向亚洲转移，中国日益成为最重要的消费市场。

分类
聚乙烯按聚合方法、分子量和链结构分为高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）和线性低密度聚乙烯（LLDPE）。

LDPE
性能：无味、无臭、无毒，表面无光泽，乳白色蜡状颗粒，密度约0.920g/cm3，熔点130℃～145℃。不溶于水，微溶于碳氢化合物等，能承受大多数酸、碱的侵蚀，吸水率低，在低温下仍能保持柔韧性，电绝缘性高。
生产工艺：主要有高压管法和釜法两种。为了降低反应温度和压力，管式工艺一般采用低温高活性引发剂引发聚合体系，以高纯乙烯为主要原料，丙烯、丙烷等进行聚合。在330℃、150-300MPa的条件下进行。在反应器中引发聚合的熔融聚合物必须在高压、中压和低压下冷却和分离。分离后送至高压（30MPa）压缩机入口，而低压循环气经冷却分离后送至低压（0.5MPa）压缩机循环使用，熔融聚乙烯经高压、低压分离后送至造粒机。对于水中造粒，造粒时，企业可以根据不同的应用领域添加适当的添加剂，颗粒包装出厂。
用途：可采用注塑、挤出、吹塑等加工方法。主要用作农用薄膜、工业包装薄膜、医药及食品包装薄膜、机械零件、日用品、建筑材料、电线、电缆绝缘层、涂料及合成纸等。

LLDPE
性能：由于LLDPE和LDPE的分子结构明显不同，因此性能也不同。与LDPE相比，LLDPE具有优异的耐环境应力开裂性和电绝缘性，更高的耐热性、耐冲击性和耐穿刺性。生产工艺：LLDPE树脂主要采用全密度聚乙烯设备生产，代表性的生产工艺是Innovene工艺和UCC的Unipol工艺。
用途：采用注塑、挤出、吹塑等成型方法生产薄膜、日用品、管材、电线电缆等。

HDPE
性能：本色，颗粒呈圆柱形或扁圆形，颗粒光滑，任意方向粒径应为2毫米～5毫米，无机械杂质，热塑性。粉末为白色粉末，合格品允许带微黄色。常温下不溶于一般溶剂，但长期接触脂肪烃、芳香烃和卤代烃会溶胀，70℃以上微溶于甲苯和乙酸。在空气中加热和阳光的影响下会发生氧化。能抵抗大多数酸、碱的侵蚀。吸水率低，在低温下仍能保持柔软性，并具有较高的电绝缘性。
生产工艺：采用气相法和浆液法两种生产工艺。
用途：采用注塑、吹塑、挤出、滚塑等成型方法生产薄膜制品、日用品及各种规格的中空容器、管材、包装、压延带和扎带、绳索、渔网和编织物。光纤、电线电缆等

性能
一般特性
聚乙烯树脂为无毒、无味的白色粉末或颗粒，外观乳白色，有蜡状手感，吸水率低，小于0.01%。聚乙烯薄膜是透明的，并随着结晶度的增加而降低。聚乙烯薄膜透水性低，但透气性高，不适合保鲜包装，但适合防潮包装。易燃，氧指数17.4，燃烧时低烟，有少量熔融液滴，火焰上黄下蓝，有石蜡气味。聚乙烯具有较好的耐水性。产品表面为非极性，不易粘合和印刷，通过表面处理得到了改善。支链较多，抗光降解和抗氧化能力较差。
其分子量在10,000至100,000范围内。如果分子量超过10万，则为超高分子量聚乙烯。分子量越高，其物理机械性能越好，越接近工程材料所需水平。但分子量越高，加工就越困难。聚乙烯的熔点为100-130℃，具有优异的耐低温性能。在-60℃下仍能保持良好的机械性能，但工作温度为80~110℃。
常温下不溶于任何已知溶剂，70℃以上可少量溶于甲苯、乙酸戊酯、三氯乙烯等溶剂。

化学性质
聚乙烯化学稳定性好，耐稀硝酸、稀硫酸及任何浓度的盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨水、胺类、过氧化氢、氢氧化钠、氢氧化钾等。 解决方案。但不耐强氧化腐蚀，如发烟硫酸、浓硝酸、铬酸和硫酸混合物。在室温下，上述溶剂会缓慢侵蚀聚乙烯，而在90-100℃时，浓硫酸和浓硝酸会迅速侵蚀聚乙烯，导致其破坏或分解。聚乙烯易光氧化、热氧化、臭氧分解，在紫外线作用下易降解。炭黑对聚乙烯具有优良的遮光效果。辐照后会发生交联、断链和形成不饱和基团等反应。

机械性能
聚乙烯的机械性能一般，拉伸强度低，抗蠕变性不好，抗冲击性好。冲击强度LDPE>LLDPE>HDPE，其他力学性能LDPE结晶度和相对分子量，随着这些指标的提高，其力学性能提高。耐环境应力开裂性不好，但当相对分子量增大时，则有所改善。耐穿刺性能好，其中以LLDPE最好。

热性能
聚乙烯的耐热性不高，随着相对分子量和结晶度的增加而提高。耐低温性能好，脆化温度一般可达到-50℃以下；随着相对分子质量的增加，低可达-140℃。聚乙烯的线膨胀系数较大，可达(20～24)×10-5/K。高导热性。

电气特性
由于聚乙烯是非极性的，因此具有优异的电气性能，介电损耗低，介电强度高。可用作调频绝缘材料、耐电晕塑料、高压绝缘材料。

环境特性
聚乙烯是烷烃惰性聚合物，具有良好的化学稳定性。常温下耐酸、碱、盐水溶液的腐蚀，但不耐发烟硫酸、浓硝酸、铬酸等强氧化剂。聚乙烯在60℃以下不溶于一般溶剂，但长期与脂肪烃、芳香烃、卤代烃等接触会膨胀或龟裂。当温度超过60℃时，可少量溶于甲苯、乙酸戊酯、三氯乙烯、松节油、矿物油和石蜡；温度高于100℃时，可溶于四氢化萘。
由于聚乙烯分子中含有少量双键和醚键，日晒雨淋会引起老化，需要通过添加抗氧化剂和光稳定剂来改善。

加工特性
由于LDPE和HDPE流动性好，加工温度低，粘度适中，分解温度低，在惰性气体中300℃高温下也不分解，是加工性能良好的塑料。但LLDPE的粘度稍高，电机功率需增加20%~30%；容易发生熔体破裂，需要加大口模间隙，添加加工助剂；加工温度稍高，可达200～215℃。聚乙烯吸水率低，加工前不需要干燥。
聚乙烯熔体是非牛顿流体，其粘度随温度波动较小，但随剪切速率的增加而迅速下降，且呈线性关系，其中LLDPE下降最慢。
聚乙烯制品在冷却过程中容易结晶，因此加工时应注意模具温度。为了控制产品的结晶度，使其具有不同的性能。聚乙烯的成型收缩率较大，设计模具时必须考虑这一点。

改性
聚乙烯的改性品种主要有氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、交联聚乙烯和共混改性品种。
氯化聚乙烯：用氯部分取代聚乙烯中的氢原子而得到的无规氯化物。氯化是在光或过氧化物引发下进行的，工业上主要采用水悬浮法生产。由于原料聚乙烯的分子量和分布、支化度、氯化后的氯化度、氯原子分布和残余结晶度的差异，可以获得从橡胶状到硬质塑料的氯化聚乙烯。主要用途是作为聚氯乙烯的改性剂，提高聚氯乙烯的抗冲击性能。氯化聚乙烯本身还可用作电绝缘材料和接地材料。
氯磺化聚乙烯：聚乙烯与含有二氧化硫的氯反应时，分子中部分氢原子被氯和少量磺酰氯基团取代，得到氯磺化聚乙烯。主要工业方法是悬浮法。氯磺化聚乙烯具有耐臭氧、耐化学腐蚀、耐油、耐热、耐光、耐磨、拉伸强度高等特点。是一种综合性能良好的弹性体，可用于制作与食品接触的设备零件。
交联聚乙烯：采用辐射（X射线、电子束或紫外线等）或化学方法（过氧化物或有机硅交联）使线性聚乙烯成为网状或体状的交联聚乙烯。其中，有机硅交联法工艺简单，运行成本低，成型和交联可分步进行，因此吹塑和注射成型较为合适。交联聚乙烯的耐热性、耐环境应力开裂性和机械性能较聚乙烯有很大提高，适用于大型管材、电缆电线、滚塑制品。
聚乙烯共混改性：线性低密度聚乙烯与低密度聚乙烯共混后，可用于加工薄膜等产品，产品性能优于低密度聚乙烯。聚乙烯与乙丙橡胶共混可生产用途广泛的热塑性弹性体。

生产工艺
聚乙烯按聚合压力可分为高压法、中压法和低压法。
采用高压法生产低密度聚乙烯。这种方法很早就被开发出来了。该法生产的聚乙烯约占聚乙烯总产量的2/3，但随着生产技术和催化剂的发展，其增长速度已明显落后于低压法。就低压法而言，有浆液法、溶液法和气相法。淤浆法主要用于生产高密度聚乙烯，而溶液法和气相法不仅可以生产高密度聚乙烯，还可以通过添加共聚单体生产中、低密度聚乙烯，又称线性低密度聚乙烯。乙烯基塑料。各种低压工艺正在迅速发展。

高压法
以氧气或过氧化物为引发剂，将乙烯聚合成低密度聚乙烯的方法。乙烯经二次压缩后进入反应器，在100-300MPa的压力、200-300℃的温度和引发剂的作用下聚合成聚乙烯。塑料形式的聚乙烯加入塑料添加剂后经挤出造粒。
所用聚合反应器为管式反应器（管长可达2000m）和罐式反应器。管式工艺单程转化率为20%～34%，单线年生产能力为100kt。釜法工艺单程转化率为20%～25%，单线年生产能力为180kt。

低压法
有浆液法、溶液法和气相法三种。除溶液法外，聚合压力均在2MPa以下。一般步骤包括催化剂制备、乙烯聚合、聚合物分离和造粒。
①浆料法：所得聚乙烯不溶于溶剂，呈浆料状。淤浆聚合条件温和，易于操作。常采用烷基铝作为活化剂，氢气作为分子量调节剂，多采用釜式反应器。来自聚合罐的聚合物浆料经过闪蒸罐、气液分离器进入粉末干燥机，然后造粒。生产过程还包括溶剂回收、溶剂精制等步骤。不同的聚合釜可以串联或并联组合，得到不同分子量分布的产品。
②溶液法：聚合反应在溶剂中进行，但乙烯和聚乙烯均溶解在溶剂中，反应体系为均相溶液。反应温度(≥140℃)和压力(4～5MPa)较高。特点是聚合时间短，生产强度高，可生产高、中、低密度聚乙烯，并能更好地控制产品性能；但溶液法得到的聚合物分子量低、分子量分布窄、物质为固体。含量较低。
③气相法：乙烯在气态下聚合，一般采用流化床反应器。催化剂有铬系和钛系两种，从储罐定量加入床层，利用高速乙烯循环维持床层流化，消除聚合热。所得聚乙烯从反应器底部排出。反应器压力约为2MPa，温度为85-100℃。气相法是生产线性低密度聚乙烯最重要的方法。气相法省去了溶剂回收和聚合物干燥的过程，比溶液法节省15%的投资和10%的运行成本。是传统高压法投资的30%，运行费用的1/6。因此得到了迅速的发展。但气相法在产品质量和品种方面还有待进一步提高。

中压法
采用硅胶负载的铬基催化剂，在环管反应器中，乙烯在中压下聚合生产高密度聚乙烯。
加工应用：可采用吹塑、挤出、注塑等方法加工，广泛用于薄膜、中空制品、纤维及日用杂品的制造。在实际生产中，为了提高聚乙烯对紫外线和氧化的稳定性，改善加工和性能，需要添加少量的塑料助剂。常用的紫外线吸收剂有邻羟基二苯甲酮或其烷氧基衍生物等。炭黑是优良的紫外线屏蔽剂。此外，还添加抗氧化剂、润滑剂、着色剂等，扩大了聚乙烯的应用范围。

应用
高压聚乙烯：一半以上用于薄膜制品，其次是管材、注塑制品、绕包等。
中低压聚乙烯：主要是注塑制品和中空制品。
超高压聚乙烯：由于超高分子聚乙烯优异的综合性能，可用作工程塑料。