從原料到好管，亞通管道教你全面瞭解聚乙烯(PE)材料
上期從零開始，我們介紹了PVC原料，瞭解到PVC材料因為有著諸多優點，成為了產量僅此於聚乙烯塑膠的材料。作為世界上用量最多的材料，它有什麼樣獨特的效能呢？。既然我們講到了產量第二的材料，那麼就不得不講一下排在第一的聚乙烯（PE）。作為世界上用量最多的材料，今天我們就深入瞭解，揭開聚乙烯（PE）的神秘面紗。
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聚乙烯的定義
聚乙烯（polyethylene ，簡稱PE）是樹脂分子中結構最為簡單的一種，也是目前產量最大的樹脂品種之一，用途極為廣泛的一種顆粒，見圖1。它是由單體乙烯經聚合製得的一種熱塑性樹脂，分子無極性，在工業上，也包括乙烯與少量α-烯烴的共聚物。
聚乙烯無臭，無毒，手感似蠟，具有優異的電絕緣性和化學穩定性，可耐大部分酸、鹼、鹽等介質的侵蝕，易於成型加工，並且品種較多，可滿足不同的效能要求。
圖1 聚乙烯原料顆粒
圖2 聚乙烯分子的球棍模型
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聚乙烯的分類
從表面上看，聚乙烯分子是由碳、氫元素有序排列而成，實際上，由微觀分子示意圖可以看到，聚乙烯分子鏈並不完美。根據聚乙烯大分子鏈結構不同，我們可以將其分為低密度聚乙烯（LDPE）、線性低密度聚乙烯（LLDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）三種類型，見圖4。
圖4 不同結構的聚乙烯分子鏈
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三種類型聚乙烯原料的比對
我們可以透過下表對比三種類型的PE樹脂的效能。
表1 三種不同型別的PE樹脂物理化學效能比對
PE的力學效能、耐低溫效能、耐環境應力開裂效能等均與密度、結晶度和相對分子量有關聯。聚乙烯材料中結晶部分具有較高的強度，非結晶部分柔性和彈性較好，力學效能隨相對分子量、密度和結晶度這三種集中指標的增大而提高，早期LDPE材料強度和剛性較低，經過幾十年的發展，LDPE升級到LLDPE，材料在效能方面得到提升，使用LLDPE材料生產在管材具有耐蠕變、耐開裂等優良效能，至20世紀80年代末，運用PE100材料生產管材，管材具備耐快速開裂、耐蠕變性好等優異效能。
此外，材料的加工效能、力學效能與相對分子量密切相關，普通聚乙烯的相對分子量在1。5萬～30萬，而超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一種極為堅韌的工程塑膠，其相對分子量在150萬以上。PE的耐熱性不高但耐低溫效能優異，脆性溫度一般可達－50℃以下，並隨相對分子質量的增大，最低可達－140℃。一般聚乙烯材料易產生環境應力開裂，但隨著相對分子質量的提高，其耐環境應力開裂能力增強，所以管材生產中選擇相對分子量較大的HDPE進行生產，可保證產品的優異效能。由此可見，聚乙烯樹脂的相對分子量的大小尤其重要，在日常來料檢測管控中，我們用熔體流動速率試驗機測量PE樹脂的熔體流動速率（MFR）來衡量PE樹脂相對分子量的大小，以確認樹脂質量符合產品生產要求。透過圖5可以瞭解MFR與熔體黏度、成型加工的關係：
圖5 MFR與熔體粘度、成型加工的關係圖
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不同型別的聚乙烯樹脂用途不同
聚乙烯的型別不同，其應用範圍也不同，見表2及。
表2 三種PE樹脂用途及比對
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PE成型加工特點
（1）PE為結晶性原料，吸溼性極小，不超過0。01%，因此在加工前無需進行乾燥處理。
（2）PE分子鏈柔性好，鍵間作用力小，熔體粘性低，流動性極好，因此成型時無需太高壓力就能成型出製品。
（3）PE的收縮率範圍大，收縮值大，方向性明顯，LDPE收縮率為1。22%左右，HDPE收縮率在1。5%左右。因此容易變形翹曲，模具冷卻條件對收縮率的影響很大，故應該控制好模具溫度，保持冷卻均勻、穩定。
（4）PE的結晶能力高，模具的溫度對塑件的結晶狀況有很較大的影響。模溫高，熔體冷卻慢，塑件結晶度高，強度也就高。
（5）PE的熔點不高，但比熱容較大，因此塑化時仍需要消耗較多的熱量，故要求塑化裝置要有較大的加熱功率，以便提高生產效率。
（6）PE熔體的非牛頓性不明顯，剪下速率的改變對粘度的影響較小，PE熔體粘度受溫度的影響也較小。
（7）PE熔體的冷卻速度較慢，因此必須充分冷卻，模具應該有較好的冷卻系統。
（8）PE的成型溫度較寬，一般在200℃～250℃，在流動狀態下，溫度的少許波動對擠出及注塑成型沒有影響。
（9）PE的熱穩定性較好，一般在300℃以下無明顯的分解現象，對質量無太大影響。
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PE在塑膠管道中的應用
隨著經濟的發展和人民的生活水平不斷提高，非金屬管材正異軍突起，PE材料廣泛應用於各種給排水管道。PE管分為高密度聚乙烯管（HDPE）、中密度聚乙烯管（MDPE）和低密度聚乙烯管（LDPE），但在給排水領域中，應用最廣泛的是高密度聚乙烯管。同鋼管相比HDPE管的強度較低，但其斷裂伸長率卻非常高，延伸性好，這就意味著當地面不均勻沉降時，柔韌的HDPE管能夠抗變形而不斷裂。並且PE是一種無毒塑膠，綠色環保。
圖6 PE管材生產工藝流程圖
圖7 PE管件生產工藝流程圖
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PE管材的特點
（1）耐腐蝕：管道地下埋設不需要做防腐層，使用壽命長。
（2）無洩漏：可採用熱熔連線，介面強度高。
（3）高韌性：PE管道的斷裂伸長率一般超過500％，對地面沉降的適應能力非常強。
（4）重量輕：PE密度較小，管材整體重量輕，施工勞動強度降低。
（5）水阻小：管道內表面光滑，水流阻力小。
