PE材料是什么？PE材料有哪些？解析PE材料的应用领域

聚乙烯（PE）堪称最为热门的热塑性材料之一。它存在多种晶体结构，常见的有HDPE、LDPE和LLDPE。这种常见的塑料主要通过加成聚合或者自由基聚合的方式生产。其应用范围极为广泛，涵盖塑料容器、瓶子、袋子、塑料玩具等诸多领域。

什么是PE？

聚乙烯，英文名为Polyethylene，属于聚烯烃类，通常简写为PE，化学式是（C₂H₄）ₙ。它具备重量轻、耐用的特性，是应用最为普遍的塑料之一，常用于冷冻食品袋、瓶子、谷物衬垫、酸奶容器等。环顾四周，那些回收代码为2和4的塑料，皆是由PE制成。这些PE塑料有着不同的晶体结构。

PE是如何制成的？

聚乙烯是由乙烯（也可称作乙烷）单体通过聚合反应生成的。PE链是通过加成聚合或者自由基聚合反应形成的。其可能的合成方法包括齐格勒 - 纳塔聚合以及茂金属催化。

PE的常见类型有哪些？

基于密度和分支情况的不同，不同等级的PE性能差异显著。因此，PE等级可作如下分类：

分支版本：低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯（LLDPE）

线性版本：高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、交联聚乙烯（PEX或交联聚乙烯）

此外，还存在其他类型的PE，例如中密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、高分子量聚乙烯、茂金属聚乙烯、氯化聚乙烯等。

如何比较主要PE类型？

什么是高密度聚乙烯（HDPE）？

高密度聚乙烯（HDPE）是一种线性结构的热塑性塑料，经济高效。它分支少或者几乎没有分支，具备柔韧性，呈半透明或蜡状，且耐候性好。其化学结构决定了它因结晶度高（＞90%）而更为坚硬，不过这也使得它的透明度低于LDPE和LLDPE。HDPE在低温下也展现出韧性。

HDPE在低温（70 - 300°C）和压力（10 - 80巴）条件下制造，其原料来源于改性天然气（甲烷、乙烷、丙烷混合物）或者经过催化裂化的原油。生产HDPE主要有两种技术：浆料聚合和气相聚合。

高密度聚乙烯的特性

熔点：120 - 140°C

密度：0.93至0.97克/立方厘米

耐化学性：对大多数溶剂具有出色的耐受性；对醇、稀酸和碱具有极佳的耐受性；中等耐油性和耐油脂性；对碳氢化合物（脂肪族、芳族、卤族）的抵抗力差

连续温度：-50°C至 +60°C，相对刚性，具备实用的温度适应能力

其他特性：与其他形式的PE相比，拉伸强度更高；是低成本聚合物，具有良好的加工性能；耐低温性良好；电绝缘性能优异；吸水率极低

HDPE的缺点

易受应力开裂

刚度低于聚丙烯

高成型收缩率

抗紫外线和耐热性差

高频焊接和连接无法实现

不过，某些等级的HDPE经过巧妙改进，提供了一些性能提升的配置。

高密度聚乙烯的应用

出色的性能组合使HDPE成为众多行业各种应用的理想材料。其主要用途包括：

包装应用：HDPE广泛应用于多种包装场景，如板条箱、托盘、牛奶和果汁瓶、食品包装盖、杰里罐、桶、工业散装容器等。在这些应用中，HDPE为最终产品提供了合理的冲击强度。

消费品：低成本和易于加工的特性，使HDPE成为多种家庭/消费品的首选材料，像垃圾箱、家庭用品、冰盒、玩具等。

纤维和纺织品：由于其高拉伸强度，HDPE广泛用于农业领域，如绳索、渔网和运动网、网以及工业和装饰织物。

其他应用：还包括管道和配件（用于天然气、水、污水、排水、排污口、工业应用、电缆保护、钢管涂层、大型检查室和管道污水检修孔等的管道），因其优异的耐化学性和耐水解性，还应用于汽车领域（如油箱），以及布线和电缆（能源片、电信电缆）。

什么是低密度聚乙烯（LDPE）？

低密度聚乙烯（LDPE）是一种结晶度较低（约50 - 60%）的半刚性聚合物。LDPE由4,000 - 40,000个碳原子组成，存在许多短分支，与HDPE相比，它具有更高程度的短侧链和长侧链分支。

LDPE是如何制造的？

LDPE在高压（1000 - 3000帕）和温度（80 - 300°C）条件下生产，通过自由基聚合过程生成。生产LDPE主要有两个基本过程：搅拌式高压釜反应釜和管式反应釜。其中，管式反应器因乙烯转化率较高，越来越受到青睐。

LDPE的特性是什么？

熔点：105至115°C

密度：0.910–0.940克/立方厘米

耐化学性：对醇、稀碱和酸具有良好的耐受性；对脂肪族和芳香烃、矿物油、氧化剂和卤代烃的抵抗力有限

耐温：连续可达80°C，短时间可耐95°C

其他特性：低成本聚合物，具有良好的加工性能；低温冲击强度高，耐候性好；电绝缘性能优异；吸水率极低；薄膜透明

LDPE的缺点是什么？

聚合物链中存在较多的支化，给LDPE性能带来了一些缺点，例如：

易受应力开裂

强度低，刚度低，最高使用温度受限，这限制了其在需要极端温度的应用中的使用

高透气性，尤其是对二氧化碳

抗紫外线性差

高度易燃

高频焊接和连接无法实现

为克服这些挑战，已开发出几种具有改进性能的LDPE牌号，如紫外线稳定、高强度、抗粘连等。

LDPE有哪些应用？

LDPE主要用于制造容器、分配瓶、洗涤瓶、管道、计算机组件、塑料袋以及各种成型实验室设备。其最流行的应用是制作塑料袋。

包装：由于其低成本和良好的灵活性，LDPE在包装行业用于药品和挤压瓶、瓶盖和封盖、防篡改、衬里、垃圾袋、食品包装薄膜（冷冻、干货等）、层压等。

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业的水管和软管。

其他应用：包括消费品（家庭用品、柔性玩具）、农用薄膜、电线和电缆（次导体绝缘体、电缆护套）。

什么是线性低密度聚乙烯（LLDPE）？

线性低密度聚乙烯（LLDPE）的结构具有线性主链，且带有短而均匀的分支（与LDPE的长分支不同）。这些短枝在伸长时能够相互滑动，不会像LDPE那样缠绕在一起，其结构与LDPE类似。

LLDPE是如何制造的？

LLDPE由乙烯（或乙烷单体）与1 - 丁烯，以及少量的1 - 己烯和1 - 辛烯聚合而成。该过程使用齐格勒 - 纳塔或茂金属催化剂进行。目前，LLDPE在取代LDPE方面取得了很大成功。

LLDPE的特性是什么？

非常灵活，冲击强度高

半透明和自然的乳白色

非常适合温和强力缓冲液，具有良好的耐化学性

良好的水蒸气和酒精阻隔性能

良好的抗应力开裂性和抗冲击性

LLDPE有哪些应用？

LLDPE适用于各种薄膜应用，例如通用薄膜、拉伸膜、服装包装、农用薄膜等。

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350万至750万amu之间，比HDPE树脂高约10倍。HDPE和UHMWPE外观相似，但UHMWPE坚韧、耐磨且成本低，适用于可能涉及摩擦或磨损的工业或制造应用。

UHMWPE是如何制造的？

UHMWPE是使用茂金属催化剂和乙烷单元合成的。这些单元粘合在一起，形成UHMWPE结构，每个分子有100,000至250,000个单体单位。

UHMWPE的特性是什么？

具有优异的机械性能，例如高耐磨性、冲击强度和低摩擦系数

该材料几乎完全呈惰性，因此在中等温度下可用于最具腐蚀性或侵蚀性的环境

即使在高温下，它也能抵抗多种溶剂，但芳香族、卤代烃和强氧化性材料（如硝酸）除外

这些特殊性能使该产品可用于多种高性能应用，如管材、衬里、筒仓、容器和其他设备等高磨损应用场景。

交联聚乙烯（PEX或交联聚乙烯）

高密度交联PE是具有交联结构的聚乙烯的一种形式，缩写为PEX或XLPE，专为关键应用而设计。

交联聚乙烯是如何制造的？

交联聚乙烯由聚乙烯在高压下与有机过氧化物制成，会产生自由基，从而形成聚合物的交联。因此，该树脂专为化学品储存管道系统、循环辐射加热和冷却系统，以及高压电缆的绝缘等关键应用而设计。

交联聚乙烯有哪些特性？

高低温耐水解性

高电气和绝缘性能

高耐磨性

符合饮用水认证标准

生产线上的高挤出速度

成本更低

机械更坚固

交联聚乙烯电缆的特点是什么？

交联聚乙烯电缆是目前最受欢迎的电缆，在多种电气应用中提供了诸多优势，这得益于其防潮性、抗应力性以及比其他同类电力电缆更高的抗热变形保护能力。特别是在与聚氯乙烯电缆比较时，交联聚乙烯电源线具有以下优势：

更长的使用寿命

更好的耐热性，通常可以承受高达260°C

具有更好的拉伸强度和抗冲击性

更高的额定电流应用资格

如何加工PE塑料？

各种形式的聚乙烯可用于注塑、吹塑、挤出等工艺以及各种薄膜制作工艺，如压延或吹膜挤出。

HDPE：可通过注塑、挤出（用于管材、吹膜和流延膜、电缆等）、吹塑和滚塑成型轻松加工，是注塑成型工艺的理想材料，主要用于批量和连续生产。

LDPE：最常见的加工技术是挤出（用于管材、吹膜和流延膜、电缆等），也可通过注塑或滚塑加工。

UHMWPE：通过压缩成型、柱塞挤出、凝胶纺丝和烧结进行各种加工。常规方法如注塑、吹塑或挤出成型不适用，因为这种材料即使在高于其熔点的温度下也不会流动。

PE（主要是HDPE）：作为3D打印材料逐渐普及，其强度、低密度和无毒特性使其成为各种3D打印物体的理想选择。此外，回收的PE等级和生物基PE也用于3D打印加工。PE的广泛可用性推动了将这种材料应用于增材制造的努力。

哪种类型的PE是可回收的？

PE的两种主要形式（LDPE和HDPE）的树脂识别代码显示，它们本质上是不可生物降解的，对全球塑料废物问题贡献较大。不过，这两种形式的PE都是可回收的，可用于生产非食品瓶、户外应用塑料、堆肥箱等。

HDPE管道可用于非饮用水应用，对于饮用水，HDPE可用于热水和冷水服务应用。近年来，交联PE在饮用水领域逐渐流行，但PEX需要特殊配件，且不可回收。