聚乙烯的結構特點以及應用發展探析

秦麗婷

（黑龍江工業學院資源工程學院，黑龍江雞西 158100）

聚乙烯的合成單元是乙烯，由多個乙烯重復聚合形成聚乙烯。全球有五大類泛用樹脂，其中應用最廣泛的是聚乙烯。截至目前，在能夠掌握的工業技術中，比較常用的、應用范圍較廣的聚乙烯加工方法是熱塑成型法。聚乙烯能夠形成多種聚乙烯產品，其中薄膜產品占有重要地位，在合成薄膜產品時，一般是由低密度聚乙烯和高密度聚乙烯組成，一般情況下，使用77%的低密度聚乙烯和18%的高密度聚乙烯。除了在薄膜產品中會使用聚乙烯，電線電纜產品也離不開聚乙烯，這就意味著塑料工業中聚乙烯是非常重要的原材料之一。本文主要討論化工材料級聚乙烯，并對該種類型的聚乙烯的特點、應用和發展進行闡述。

1 聚乙烯結構

在聚乙烯的化學結構中存在多個“-CH2”單元，即便是如此簡單的化學結構，由于合成條件不同，也會產生許多種類的聚乙烯產品，這些不同種類的聚乙烯產品在性能上會呈現完全不同的性質。產生這一現象的主要原因是合成種類和合成條件不同，會導致形成的分子密度和分子結構強度有較大差異。聚乙烯是由乙烯發生聚合反應產生的，聚合反應有一定的發生條件。聚乙烯是熱塑性樹脂的一種，乙烯聚合產生聚乙烯的方法有許多種，聚合方法的差異會導致聚乙烯在化學結構，聚合物特性等各個方面呈現較大的差異。不同的聚合反應會產生分子量不同的聚乙烯，因此根據這一特性可以將聚乙烯劃分為低密度聚乙烯和高密度聚乙烯。低密度聚乙烯的密度較小，因此由低密度聚乙烯制作的化學材料硬度較低，在實際應用中通常用于農業中的塑料薄膜、生活常用塑料袋等。而高密度聚乙烯密度較大，耐溫耐油性較高，對于惡劣環境的抵抗力較強，可以對抗一定強度的沖擊，因此這樣的聚乙烯通常會應用于注塑以及吹塑等。線性低密度聚乙烯是乙烯在催化劑的作用下與其他烯烴聚合形成的，因為有低密度聚乙烯和高密度聚乙烯都不具備的特性，該種聚乙烯抗彎曲能力強。

2 聚乙烯特點

對于聚乙烯的特點，可以從物理性質和化學性質兩個角度來分析。從物理性質角度分析，聚乙烯屬于半透明的材料，在水中可漂浮起來，不傷害人體，在正常情況下不導電。從化學性質角度分析，聚乙烯的化學性質較為穩定，在正常的情況下一般不溶于溶劑，但當溶劑溫度在70℃以上，并持續保持時，低密度聚乙烯會溶于氯仿溶液或甲苯溶液。在正常情況下，聚乙烯較為穩定，具有良好的耐腐蝕性，耐鹽酸腐蝕，但不耐硫酸和硝酸腐蝕。在受到紫外線照射時，容易出現光氧化分解現象。塑料加工最常用的材料是聚乙烯，在所有加工時，通常會選用模塑方法。如果選擇其他加工方法，會對材料的密度產生影響。因此想要研究材料的特性，要充分了解所應用的加工方法，在此基礎上，對由于加工不同而產生的不同材料特性進行分析。充分了解各個加工方法之間的差異，對后續了解不同材料之間的物理和化學特性打下了堅實的基礎。氯乙烯是聚乙烯的加工產物，通過一定的加工后，氯乙烯呈現了較好的耐腐蝕性，這是氯乙烯應用中非常重要的一個特性。超高分子量聚乙烯，有著非常良好的耐磨性和高彈性，因此在機加工過程中廣泛地應用。只有充分地掌握各種特性，才能針對性地生產和使用聚乙烯材料，即使在生產過程中出現一些差錯，也能夠根據材料的特性來及時采取彌補措施，從而減少材料的損失，同時在實施措施時也能夠更有針對性。

3 聚乙烯在使用中的性能

超高分子量聚乙烯具有獨特的性質，因此有著較為獨特的使用領域。超高分子量聚乙烯有著許多所有產品所擁有的特性，同時具有其他塑料所不具備的耐低溫的特性。極端條件下可在﹣85℃的環境下保持外形的穩定。由于這樣獨特的物理性質，超高分子量聚乙烯可以在液態溫度下保持正常使用，因此在核工業的低溫部件中，通常會使用超高分子量聚乙烯。與此同時，超高分子量聚乙烯在液氮中也能夠保持不錯的沖擊強度，這一點也是其他塑料無法與之相比的。當超高分子量聚乙烯受到反復沖擊時，表面的硬度反而會有所提升，這一性能再次將超高分子量聚乙烯的使用范圍進行擴展。除了有最強的耐沖擊性，超高分子量聚乙烯還有最強的耐磨性，這一點主要得益于它超高的分子量，因為耐磨性和相對分子質量有直接關系，實驗表明二者之間成正向關系，因此超高分子量聚乙烯的耐磨性遠優于其他塑料。

4 聚乙烯的加工與應用及品種

聚乙烯的加工方法多種多樣，比較常見的是吹塑、擠出、注射成型等，在制造塑料薄膜、中空制品、纖維和日用雜品時都有應用。

1）聚乙烯（PE）薄膜：PE具有良好的透氣性，在農業生產等方面廣泛應用，薄膜的密度越高，透氣性越差。PE膜能夠有效防潮，一般來講，低密度聚乙烯是聚乙烯薄膜的主要原材料，一般生產出來的聚乙烯都被加工成聚乙烯薄膜，該薄膜透光性好，抗拉扯性也較好，因此應用十分廣泛，食品、醫藥、化肥、工業品等外包裝中經常出現，也經常用于農業生產中。通過擠出法可以將聚乙烯制作為復合薄膜，復合薄膜有更出色的抗拉扯性，可以用于包裝重物。

2）聚乙烯中空制品：聚乙烯中空制品一般是由高密度聚乙烯制作而成，這是因為高密度聚乙烯強度較高，瓶、罐等中空制品通常使用高密度聚乙烯，制作一般的中空制品通常使用吹塑法，而對于車罐、貯罐等大型中空制品，一般選用澆鑄法。中空制品中聚乙烯塑料的應用是最多的，為了保證中空制品能夠順利成型，生產出更加優質的中空制品，在原材料的選擇上，要注意不同樹脂的密度和流動速率，這兩個特性的不同會給中空制品的性能有很大的改變。

3）聚乙烯管板材：一般來講中空的管材是通過擠出法生產的。采用高密度聚乙烯制成的管材，一般來講強度更高，更適用于將管道用于地下鋪設。已經制作好的板材，也可以進行二次加工，通過特定的擠出方法和注射方法能夠將高密度聚乙烯制作為低泡沫塑料，無論是臺板還是建筑材料中，都有廣泛的應用。

4）聚乙烯纖維：聚乙烯纖維在我國還有一個別稱，一般被稱為乙綸，它主要是將低壓聚乙烯進行加工和合成，形成合成纖維。合成纖維在漁業中有廣泛的應用，在漁網和繩索中非常常見。同時超高強度聚乙烯纖維也是防彈背心的重要原材料，同時也能廣泛應用于海上作業。

5）聚乙烯雜品：聚乙烯雜品是用注射成型法生產的，原材料一般使用高密度聚乙烯。主要包括一些簡單的日用品、人造假花、小型容器和一些物品的小零件等。

6）交聯聚乙烯：這是一種新型的聚乙烯產品，通常用于制作聚乙烯管，這種交聯聚乙烯在發達國家已經有了比較廣泛的應用，這是由于它具有一些突出的優點，例如耐腐蝕性要好于其他種類的塑料管，強度和耐溫性能上也有非常出色的表現。在蠕變強度的表現上也極為出色，壽命極長，大概有50a，交聯聚乙烯管的強度隨時間變化不大，沒有明顯的下降趨勢。由于它的多種優良性質，使得它比其他的聚乙烯產品展現出了更好的耐熱性、更大的拉伸強度、更明顯的熱收縮性和更優良的阻隔性，因此其用途也在不斷增加，現在主要用于熱收縮包裝薄膜。

5 聚乙烯的改性及其發展

聚乙烯因其多種優良特性而取得了廣泛的應用，但正是由于這樣的特性，在生產中也有許多不足之處。首先由于聚乙烯的分子鏈較長，因此在生產和聚合時容易產生鏈纏結；將其熔化成為液體時，熔體之間更容易出現黏結，同時熔體易出現破裂情況，這樣的特性不利于聚乙烯材料的成型和加工。同時一般的聚乙烯材料的表面硬度低，因此在抗磨損性上表現較差，同時聚乙烯材料很容易出現熱變形，熱變形的臨界溫度較低。因此為了擴展聚乙烯材料的應用范圍，使其能夠在更加極端的場合中應用，可以對具體的性能進行改變，對聚乙烯的缺陷之處進行改性，而不改變其原有的優良特性。

一般需要對其性質進行改變的聚乙烯產品包括氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、交聯聚乙烯和共混改性品種。

1）氯化聚乙烯是將氯原子對聚乙烯中的氫原子進行取代而形成的氯化物。氯化反應的發生是有特殊條件的，一般是在有光的情況下或是通過過氧化物的參與來產生的反應。根據結構和用途不同，氯化聚乙烯可分為樹脂型氯化聚乙烯(CPE)和彈性體型氯化聚乙烯(CM)兩大類。熱塑性樹脂除了可以單獨使用以外，還可以與聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、ABS等樹脂甚至聚氨酯(PU)共混使用。在橡膠工業中，CPE可作為高性能、高質量的特種橡膠，也可以與乙丙橡膠(EPR)、丁基橡膠(IIR)、丁腈橡膠(NBR)、氯磺化聚乙烯(CSM)等其他橡膠共混使用。

2）氯磺化聚乙烯是當聚乙烯與含有二氧化硫的氯作用時，分子中的部分氫原子被氯和少量的磺酰氯基團取代，就得到氯磺化聚乙烯。在工業制作中，一般采用懸浮法，氯磺化聚乙烯有著較好的綜合性能，不易被化學藥品腐蝕，表面耐磨，抗拉扯性強，耐高溫，在食品制作設備中應用十分廣泛。

3）交聯聚乙烯是通過改變線性聚乙烯的結構，使其成為網狀的交聯聚乙烯，采用的方法可以是輻射法或使用化學試劑進行改性。有機硅交聯法是其中較為簡單的一種，不僅操作較為簡單，工藝也不復雜，同時耗費的成本較低。最關鍵的是，聚乙烯的成型過程和改性的交聯過程可以分步進行。經過改性后的交聯聚乙烯有著非常出色的性能，耐熱性有了大幅提升，耐環境應力開裂性更好，機械性能也有了較大改善，這在大型管材的應用都得到體現。

聚乙烯的共混改性是將兩種低密度聚乙烯摻和后進行改性，一種是普通的低密度聚乙烯，另一種是線性低密度聚乙烯，摻混后加工而成的薄膜等聚乙烯產品。其性能要比低密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯的性能好。聚乙烯是使用最廣泛、產量最大、產品開發不斷的一種合成樹脂。要想對聚乙烯的性能有很大程度的提升，主要是要選擇合適的催化劑。茂金屬催化劑是一種非常優秀的催化劑，它的催化能力極強，在它的催化作用下，大多數的共聚體和乙烯能夠實現共聚，這是一般催化劑難以實現的。另外茂金屬催化劑在環烯聚合過程中，不僅能夠實現開環聚合，還能夠實現雙鍵加成聚合。近些年隨著我國經濟實力的不斷增強，合成樹脂工業有了更加良好的發展環境，各行業的發展對于薄膜、管材、合成纖維等材料的需求增加也會促進聚乙烯產業的發展，可以預見的是聚乙烯產業仍將高速發展，擁有著更加良好的發展前景。

6 結束語

近幾十年來，我國經濟高速發展，各行各業都有了長足的進步。聚乙烯由于其良好的物理和化學性質，在不同的行業中都有著非常廣泛的應用，合成樹脂工業的發展也為聚乙烯的生產帶來了全新的發展契機。目前，我國的PE薄膜已經出口到全球，并且出口量巨大，而我國聚乙烯產業仍有進一步發展空間。正因如此，更應當掌握聚乙烯的各種特性，包括合成聚乙烯的不同方法和合成條件，并對相關環節進行優化，以生產出性能更好、現實中應用價值更大的聚乙烯產品，助力我國生產制造業的高質量發展。