聚乙烯的结构特点以及应用发展探析

秦丽婷

（黑龙江工业学院资源工程学院，黑龙江鸡西 158100）

聚乙烯的合成单元是乙烯，由多个乙烯重复聚合形成聚乙烯。全球有五大类泛用树脂，其中应用最广泛的是聚乙烯。截至目前，在能够掌握的工业技术中，比较常用的、应用范围较广的聚乙烯加工方法是热塑成型法。聚乙烯能够形成多种聚乙烯产品，其中薄膜产品占有重要地位，在合成薄膜产品时，一般是由低密度聚乙烯和高密度聚乙烯组成，一般情况下，使用77%的低密度聚乙烯和18%的高密度聚乙烯。除了在薄膜产品中会使用聚乙烯，电线电缆产品也离不开聚乙烯，这就意味着塑料工业中聚乙烯是非常重要的原材料之一。本文主要讨论化工材料级聚乙烯，并对该种类型的聚乙烯的特点、应用和发展进行阐述。

在聚乙烯的化学结构中存在多个“-CH2”单元，即便是如此简单的化学结构，由于合成条件不同，也会产生许多种类的聚乙烯产品，这些不同种类的聚乙烯产品在性能上会呈现完全不同的性质。产生这一现象的主要原因是合成种类和合成条件不同，会导致形成的分子密度和分子结构强度有较大差异。聚乙烯是由乙烯发生聚合反应产生的，聚合反应有一定的发生条件。聚乙烯是热塑性树脂的一种，乙烯聚合产生聚乙烯的方法有许多种，聚合方法的差异会导致聚乙烯在化学结构，聚合物特性等各个方面呈现较大的差异。不同的聚合反应会产生分子量不同的聚乙烯，因此根据这一特性可以将聚乙烯划分为低密度聚乙烯和高密度聚乙烯。低密度聚乙烯的密度较小，因此由低密度聚乙烯制作的化学材料硬度较低，在实际应用中通常用于农业中的塑料薄膜、生活常用塑料袋等。而高密度聚乙烯密度较大，耐温耐油性较高，对于恶劣环境的抵抗力较强，可以对抗一定强度的冲击，因此这样的聚乙烯通常会应用于注塑以及吹塑等。线性低密度聚乙烯是乙烯在催化剂的作用下与其他烯烃聚合形成的，因为有低密度聚乙烯和高密度聚乙烯都不具备的特性，该种聚乙烯抗弯曲能力强。

对于聚乙烯的特点，可以从物理性质和化学性质两个角度来分析。从物理性质角度分析，聚乙烯属于半透明的材料，在水中可漂浮起来，不伤害人体，在正常情况下不导电。从化学性质角度分析，聚乙烯的化学性质较为稳定，在正常的情况下一般不溶于溶剂，但当溶剂温度在70℃以上，并持续保持时，低密度聚乙烯会溶于氯仿溶液或甲苯溶液。在正常情况下，聚乙烯较为稳定，具有良好的耐腐蚀性，耐盐酸腐蚀，但不耐硫酸和硝酸腐蚀。在受到紫外线照射时，容易出现光氧化分解现象。塑料加工最常用的材料是聚乙烯，在所有加工时，通常会选用模塑方法。如果选择其他加工方法，会对材料的密度产生影响。因此想要研究材料的特性，要充分了解所应用的加工方法，在此基础上，对由于加工不同而产生的不同材料特性进行分析。充分了解各个加工方法之间的差异，对后续了解不同材料之间的物理和化学特性打下了坚实的基础。氯乙烯是聚乙烯的加工产物，通过一定的加工后，氯乙烯呈现了较好的耐腐蚀性，这是氯乙烯应用中非常重要的一个特性。超高分子量聚乙烯，有着非常良好的耐磨性和高弹性，因此在机加工过程中广泛地应用。只有充分地掌握各种特性，才能针对性地生产和使用聚乙烯材料，即使在生产过程中出现一些差错，也能够根据材料的特性来及时采取弥补措施，从而减少材料的损失，同时在实施措施时也能够更有针对性。

超高分子量聚乙烯具有独特的性质，因此有着较为独特的使用领域。超高分子量聚乙烯有着许多所有产品所拥有的特性，同时具有其他塑料所不具备的耐低温的特性。极端条件下可在﹣85℃的环境下保持外形的稳定。由于这样独特的物理性质，超高分子量聚乙烯可以在液态温度下保持正常使用，因此在核工业的低温部件中，通常会使用超高分子量聚乙烯。与此同时，超高分子量聚乙烯在液氮中也能够保持不错的冲击强度，这一点也是其他塑料无法与之相比的。当超高分子量聚乙烯受到反复冲击时，表面的硬度反而会有所提升，这一性能再次将超高分子量聚乙烯的使用范围进行扩展。除了有最强的耐冲击性，超高分子量聚乙烯还有最强的耐磨性，这一点主要得益于它超高的分子量，因为耐磨性和相对分子质量有直接关系，实验表明二者之间成正向关系，因此超高分子量聚乙烯的耐磨性远优于其他塑料。

聚乙烯的加工方法多种多样，比较常见的是吹塑、挤出、注射成型等，在制造塑料薄膜、中空制品、纤维和日用杂品时都有应用。

1）聚乙烯（PE）薄膜：PE具有良好的透气性，在农业生产等方面广泛应用，薄膜的密度越高，透气性越差。PE膜能够有效防潮，一般来讲，低密度聚乙烯是聚乙烯薄膜的主要原材料，一般生产出来的聚乙烯都被加工成聚乙烯薄膜，该薄膜透光性好，抗拉扯性也较好，因此应用十分广泛，食品、医药、化肥、工业品等外包装中经常出现，也经常用于农业生产中。通过挤出法可以将聚乙烯制作为复合薄膜，复合薄膜有更出色的抗拉扯性，可以用于包装重物。

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，这是因为高密度聚乙烯强度较高，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，而对于车罐、贮罐等大型中空制品，一般选用浇铸法。中空制品中聚乙烯塑料的应用是最多的，为了保证中空制品能够顺利成型，生产出更加优质的中空制品，在原材料的选择上，要注意不同树脂的密度和流动速率，这两个特性的不同会给中空制品的性能有很大的改变。

3）聚乙烯管板材：一般来讲中空的管材是通过挤出法生产的。采用高密度聚乙烯制成的管材，一般来讲强度更高，更适用于将管道用于地下铺设。已经制作好的板材，也可以进行二次加工，通过特定的挤出方法和注射方法能够将高密度聚乙烯制作为低泡沫塑料，无论是台板还是建筑材料中，都有广泛的应用。

4）聚乙烯纤维：聚乙烯纤维在我国还有一个别称，一般被称为乙纶，它主要是将低压聚乙烯进行加工和合成，形成合成纤维。合成纤维在渔业中有广泛的应用，在渔网和绳索中非常常见。同时超高强度聚乙烯纤维也是防弹背心的重要原材料，同时也能广泛应用于海上作业。

5）聚乙烯杂品：聚乙烯杂品是用注射成型法生产的，原材料一般使用高密度聚乙烯。主要包括一些简单的日用品、人造假花、小型容器和一些物品的小零件等。

6）交联聚乙烯：这是一种新型的聚乙烯产品，通常用于制作聚乙烯管，这种交联聚乙烯在发达国家已经有了比较广泛的应用，这是由于它具有一些突出的优点，例如耐腐蚀性要好于其他种类的塑料管，强度和耐温性能上也有非常出色的表现。在蠕变强度的表现上也极为出色，寿命极长，大概有50a，交联聚乙烯管的强度随时间变化不大，没有明显的下降趋势。由于它的多种优良性质，使得它比其他的聚乙烯产品展现出了更好的耐热性、更大的拉伸强度、更明显的热收缩性和更优良的阻隔性，因此其用途也在不断增加，现在主要用于热收缩包装薄膜。

聚乙烯因其多种优良特性而取得了广泛的应用，但正是由于这样的特性，在生产中也有许多不足之处。首先由于聚乙烯的分子链较长，因此在生产和聚合时容易产生链缠结；
将其熔化成为液体时，熔体之间更容易出现黏结，同时熔体易出现破裂情况，这样的特性不利于聚乙烯材料的成型和加工。同时一般的聚乙烯材料的表面硬度低，因此在抗磨损性上表现较差，同时聚乙烯材料很容易出现热变形，热变形的临界温度较低。因此为了扩展聚乙烯材料的应用范围，使其能够在更加极端的场合中应用，可以对具体的性能进行改变，对聚乙烯的缺陷之处进行改性，而不改变其原有的优良特性。

一般需要对其性质进行改变的聚乙烯产品包括氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、交联聚乙烯和共混改性品种。

1）氯化聚乙烯是将氯原子对聚乙烯中的氢原子进行取代而形成的氯化物。氯化反应的发生是有特殊条件的，一般是在有光的情况下或是通过过氧化物的参与来产生的反应。根据结构和用途不同，氯化聚乙烯可分为树脂型氯化聚乙烯(CPE)和弹性体型氯化聚乙烯(CM)两大类。热塑性树脂除了可以单独使用以外，还可以与聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、ABS等树脂甚至聚氨酯(PU)共混使用。在橡胶工业中，CPE可作为高性能、高质量的特种橡胶，也可以与乙丙橡胶(EPR)、丁基橡胶(IIR)、丁腈橡胶(NBR)、氯磺化聚乙烯(CSM)等其他橡胶共混使用。

2）氯磺化聚乙烯是当聚乙烯与含有二氧化硫的氯作用时，分子中的部分氢原子被氯和少量的磺酰氯基团取代，就得到氯磺化聚乙烯。在工业制作中，一般采用悬浮法，氯磺化聚乙烯有着较好的综合性能，不易被化学药品腐蚀，表面耐磨，抗拉扯性强，耐高温，在食品制作设备中应用十分广泛。

3）交联聚乙烯是通过改变线性聚乙烯的结构，使其成为网状的交联聚乙烯，采用的方法可以是辐射法或使用化学试剂进行改性。有机硅交联法是其中较为简单的一种，不仅操作较为简单，工艺也不复杂，同时耗费的成本较低。最关键的是，聚乙烯的成型过程和改性的交联过程可以分步进行。经过改性后的交联聚乙烯有着非常出色的性能，耐热性有了大幅提升，耐环境应力开裂性更好，机械性能也有了较大改善，这在大型管材的应用都得到体现。

聚乙烯的共混改性是将两种低密度聚乙烯掺和后进行改性，一种是普通的低密度聚乙烯，另一种是线性低密度聚乙烯，掺混后加工而成的薄膜等聚乙烯产品。其性能要比低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯的性能好。聚乙烯是使用最广泛、产量最大、产品开发不断的一种合成树脂。要想对聚乙烯的性能有很大程度的提升，主要是要选择合适的催化剂。茂金属催化剂是一种非常优秀的催化剂，它的催化能力极强，在它的催化作用下，大多数的共聚体和乙烯能够实现共聚，这是一般催化剂难以实现的。另外茂金属催化剂在环烯聚合过程中，不仅能够实现开环聚合，还能够实现双键加成聚合。近些年随着我国经济实力的不断增强，合成树脂工业有了更加良好的发展环境，各行业的发展对于薄膜、管材、合成纤维等材料的需求增加也会促进聚乙烯产业的发展，可以预见的是聚乙烯产业仍将高速发展，拥有着更加良好的发展前景。

近几十年来，我国经济高速发展，各行各业都有了长足的进步。聚乙烯由于其良好的物理和化学性质，在不同的行业中都有着非常广泛的应用，合成树脂工业的发展也为聚乙烯的生产带来了全新的发展契机。目前，我国的PE薄膜已经出口到全球，并且出口量巨大，而我国聚乙烯产业仍有进一步发展空间。正因如此，更应当掌握聚乙烯的各种特性，包括合成聚乙烯的不同方法和合成条件，并对相关环节进行优化，以生产出性能更好、现实中应用价值更大的聚乙烯产品，助力我国生产制造业的高质量发展。

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