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综述
合成树脂及塑料,2011,28(1)
CHINA SYNTHIETIC RESN AND PLASTICS
交联聚乙烯管国内外发展概况
万小侠,王彦荣
(中国石油化工股份有限公司北京燕山分公可树脂应用研究所,北京102500)
摘要:介绍了交联聚乙烯(PE-X)及其管材的交联机理和产品特点。比较了过氧化物PE-X管、硅烷PE
管、辐照PE-X管的生产工艺和产品优缺点。综述了PE-X管国内外近儿年的发展、市场需求、生产以及专用料的开
发应用情况,针对地暖管领域目前市场使用的PE-X管、耐热聚乙烯管、无规共聚聚丙烯管、聚1-丁烯管进行性能比
较,阐述了PE-X管的优势。
关键词:交联聚乙烯硅烷交联聚乙烯管材地暖管性能
中图分类号:TQ316.64文献标识码:A文章编号:1002-1396(2011)01-0071-05
交联聚乙烯(PEーX)以优异的综合性能被广
表1PE-X和普通PE的性能比较
泛应用于管材、薄膜、电缆以及泡沫制品等。硅烷
Tab. 1 Property comparison between PE-X and
conventional PE
交联聚乙烯(PEーXb)管材由于其交联结构均匀,
形成的交联网状结构稳定,耐热、耐压、耐磨性能
项目
普通PE
PE-X
优异以及耐化学药品腐蚀等而被广泛应用于地板
最高工作温度/℃
聯问短路温度/℃
采暖,热水、燃气、化学品及矿石输送等领域?。
软化温度/C
105~115
体积电阻率(2·cm)
1 PE-X
介电强度/(kV·mm)
20~35
35~50
PE-X是通过化学物质或高能射线将线形或
注:PF-X的耐老化、耐油、耐暦、耐化学药品腐蚀、低温脆
轻度支链形的聚乙烯(Pビ)转化为二维或者三维
化、抗开裂及抗蠕变性能优良,普通PE一般
网状结构的PE。
PE受热时,分子链间的结合力减弱,易于形接枝制得可交联的硅烷接枝PE管材,然后在缩
变,因而耐温性能较差。而PE-X在分子间架起
聚合催化剂存在下,将它水解交联制备以-Si
化学键桥,使分子不能位移,其性能得到改善,不OSi一键连接的P-Xb管材回。
仅显著提高了力学、耐环境应力开裂、耐化学药品
PE-Xc管材是先用普通管材挤出机挤出管
腐蚀、耐磨、抗螨变和电性能等,而且提高了耐温材,然后再于辐照装置中在一定剂量的射线作用
等级,从而拓宽了PE应用范围。PF.-X和普通PE下,PE分子结构中的一部分主链或侧链被射线切
的性能见表1。
断,产生一定数量的自山基,这些自由基彼此结合
成交联链,使PE分子结构由线状转变成网状大
2PE-X管材
分子结构,终成制品?。
按照交联形式PE-X管材可分为过氧化物交
联乙烯(PE-Xa)管、PE-Xb管和辐射交联聚乙3PE-X管材的性能
烯(PE-ーXe)管。
虽然三种PE-X管材的分子链结构都是以化
PE-Xa管材是将PE、过氧化物交联剂混合加
入间欯冲击式挤出机中生产的。高温高压下PE
收稿日期:2010-08-16;修回日期:20]0-10-29。
的长分子链间产生化学键,实现化学交联
作者简介:万小侠,女,1977年生,2002年毕业于石油大
PE-Xb管材是使PE和乙烯基硅烷(如乙烯基
学(华东)应用化学专业,現从事聚烯烃材料的研发与加工
应用工作。E-mail:Xiaoxia780924@yahoo.com.cn;联系电话
甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷)在挤出机中
(010)6934220
合成树脂及塑料
2011年第28卷
学键将相邻分子链连接,但大分子结构及聚集态仍对容易,网络结构能够相互叠加,大分子间的间隙
有不同,三种PE-X管材的性能有别且各具特点。
较小,孔隙率较低;而三维体型结构的大分子易产
PE-Xa管由于在加工过程中受剪切作用,分生“空心”结构,大分子间的孔隙较大,孔隙率较高。
子链较舒展,大分子链自由基通过C-C一对
因此,PE-Xa管的透氧率低于PE-Xb和PF-Xc。
偶合,因此PE-Xa管的大分子以二维网状结构为也正是由于PE-Xa的二维网状结构,其大分子的
主。对于PE-Xb管,硅烷接枝PE分子链上硅原子柔韧性高于PE-Xb和PE-Xc,管材在弯曲施工时
连有3个可水解缩合交联的一(OR)基团,尽管由比较谷易,弯曲部位产生的内应力较小,对管材使
于位阻或几率效应3个ーSi-0一不会同时水解,用寿命影响较小。但PE-Xa管釆用间歇高温、高
但PE-Xb管交联分子链仍以三维体型结构为主。压柱塞往复式生产,没有螺杄的啮合剪切塑化作
PE-Xc管为成型后再交联,由于分子链被固定,交联用,因此交联体系的组成以及交联点分布不均,易
点随机分布,大分子以三维体型结构为主
造成生产工艺以及产品质量不稳定。PE-Xb管采
一般来说,大分子结构中,二维网状结构大分用螺杆挤出,工艺稳定,易操作,生产的管材塑化
子的热运动相对容易,而三维体型结构大分子的和交联均匀,产品壁厚均匀、质量稳定,耐热、耐压
热运动较难,在交联度较高的情况下,表现为不熔性较高,耐变性能以及劇性较PE-Xa管大。三
(溶)。由于二维网状结构在热成型过程中运动相种PE-X管性能比较见表2。
表2三种PE-X管材性能比较
Tab 2 Property comparison of three kinds of PE-X pipes
项目
PE-Xc管
交联结构
维网状结构为主
三维体型结构为主
三维体型结构为主
外观
较透明
乳白色
淡黄色
管身软硬程度
较软
较硬
较硬
耐划伤的能力
较差
热稳定性
较好
生产稳定性
好
后处理
恩格尔法不需要,盐浴法需要
需要蒸汽或热水处理
要辐照处理
生产成本
低
高
透氧率低、柔韧性好、弯曲施工
壁厚及交联均匀,质量稳
加工工艺稳定,制品纯净,
时较容易
定,耐热、耐压较高
电气性能优越
缺点
交联点分布不匀,生产工艺及产
较PF-Xa管硬,投资较
交联点分布不匀,管硬、发
品质量不稳定
E-Xa管大
黄,设备投资高
交联度
70%
≥65%
4世界PE-X管材市场
200年,世界PE-X管协会公布的欧洲地板采瞹
PF-X管材在欧洲的使用已经有30多年的历管道市场各种管材市场份额中,PE-X管占
史,目前总使用量约5×10°m,是目前建筑用管的69.8%,其次是复合管(9.2%),耐热聚乙烯(PE-RT)
首选材料?。生活用水和采暖用水的实际使用证明管(8.3%),聚丁烯(PB)管(4.5%)等。可见PEーX
PE-X管材具有无可匹敌的安全性能和性价比。在欧洲地板采暖管道市场占绝对的主导位置
PE-X管材以其优异的耐热、耐冷性能在国外被
从图1看出,欧洲PE-X管材仍在稳步增长
广泛应用于冷、热水供应,地板采腰,市政供水,冰阶段,增长