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HDPE管的类型与发展

HDPE管的使用已有近半个世纪的历史。最初是水管,后来发展到燃气领域;最初使用低密度聚乙烯(LDPE),继之是高密度聚乙烯(HDPE)和中密度聚乙烯(MDPE)。中、高密度聚乙烯较低密度聚乙烯增强了刚度和承压能力,因此是聚乙烯压力管的主异材料,到目前为止,已商业化的已有三代产品。
第一代HDPE管材级树脂共聚单体含盘相当低,为提高性能,不得不通过提高分子量来补偿。该种类型的第一个产品于50年代后期在欧洲由Hoechst公司首先商业化,密度约为0.95g/cm3。继之,又出现了一些类似的树脂。由于人们认识到由这些材料挤出的聚乙烯管道在进行长期静液压强度试验时,可出现脆性破坏(20℃时约在100000h左右发生,80℃时约在10-100h左右发生)。因此开始对该种类型树脂进行改进,降低密度。自60年代后期70年代早期,绝大多数的聚乙烯管材料都是通过Ziegler法生产的,非常类似。同时,采用Phillps法也制造出了类似的树脂。
由于共聚单体含量仍然偏低,80℃时回归曲线的拐点(脆性破坏发生点)通常在几百小时到几千小时之间。按照后来ISO统一分类,这类树脂具有的所谓的PE 63级材料的性能,最小要求强度(MRS)通常为6.3MPa,因而通常认为这类树脂是PE 63等级。第一代树脂是高密度聚乙烯。
第二代树脂即为目前的PE80材料,是在第一代树脂基础之上,提高了共聚单体含量考虑到20℃时长期静液压强度(MRS)的要求,因而只能做到一定限度。实际上,密度下限位于0 .938g/cm3附近,但通过该方法已极大地改进了HDPE管级树脂耐环境应力开裂(ESCR)性能。因此同时可以稍微降低分子量,继而提高了树脂的流动性,以利于加工。采用Ziegler法和Philips法均可生产该类型树脂。由于使用异丁烷的Philips的环式反应器的造商,通常采用己烯作为共聚单体,因此改善ESCR的效果较Ziegler法更加成功。Ziegler法大多数情况下是采用丁烯做共聚单体。
第二代树脂是MDPE或HDPE。它的主要缺点是如果进一步提高ESCR性能,就会较大地损失材料的耐压能力,从而降低使用该材料挤出管子的压力等级。另一方面,如果想进一步提高压力等级,则增大了20℃时在50年(要求寿命)前发生脆性破坏的可能性,很难实现。
第三代树脂即为PE 100,出现在80年代末,最早由比利时Solvay公司生产。90年代,其他一些制造商纷纷推出了自己的PEI 00产品。现在,已有多家制造商制造PE 100树脂。PE100具有双峰型分子量分布,共聚单体优先位于较长分子链上,这使得第三代HDPE管材树脂具有较高的密度或刚度,20℃,50年的蠕变抵抗能力高;同时又保持了较好的ESCR性能。典型的PE 100材料是通过bimodal Ziegler法制造的,密度约为0. 950g/cm3左右,MI50.5-0 .15g/10min。
PE 100的出现,为HDPE管道开辟了更为广阔的应用空间,主要表现在可以达到更高的适用压力,适用口径扩大,可以更好地采用各种高效的施工方法。
技术的进步不断为材料等级的提高提供可能性,已有PE112开发成功的报道。

对于未加工改性的聚乙烯来说,有研究者认为PE 140等级为理论极限。PE 125等级可通过交联聚乙烯获得;有试验研究表明,双轴取向的HDPE管材可以达到PE 250等级。

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