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三峰高密度聚乙烯的合成及其管材料的制备与工艺研究

摘要

随着全球塑料产业的高速发展，塑料管在建筑、石油化工、能源、农业、市政等领

域逐渐取代传统的金属管。PE管材因其优异的耐化学腐蚀性、使用寿命长、便于安装制

造等优点备受青睐。然而，国内PE管材专用料的开发应用较晚，高性能产品及其催化

技术和生产工艺长期以来主要依赖进口，造成国内PE生产线产品单一、性能不稳定。

因此，本论文通过对三峰高密度聚乙烯（HDPE）管材进行性能优化的研究，提高PE管

材长期使用性能及加工性能。

本文在实验室规模的反应器制备了不同分子量分布的三峰和双峰HDPE，并将二者

与国外市场常用型号进行表征和分析。研究发现与双峰HDPE和3490-LS相比三峰

HDPE具有更好的抗下垂性能、加工性能、结晶速率和抗SCG性能，这些特性与多峰

HDPE中宽分子量分布和超高分子量聚乙烯链的加入有关。然后使用单体预聚合技术，

分别通过控制乙烯聚合过程中的聚合条件，研究各阶段氢气含量和共聚单体种类对产品

抗慢速裂纹扩展（SCG）和熔体流动性能的影响作用。通过实验得出结论，在第二阶段

加入少量的氢气可以显著提升树脂的抗SCG和流动性能，而第一阶段氢气含量改变（研

究范围内）对材料的影响极其微小，同时共聚单体的类型对HDPE树脂的抗SCG性能

起到决定性作用。最后使用Taguchi法，利用生产的HDPE颗粒和挤出机、牵引机等设

备，分析和研究了材料成型阶段的工艺参数对最终管材料静液压强度的影响。最终找出

了三个关键因素，并通过进一步组合试验确定通过最佳组合推送区温度166℃、螺杆转

速8r/min、模头温度192℃生产的管材料，相对于原始材料，HDPE管材料的静液压强

度从8.71MPa显著提高到14.58MPa。

结果表明，三峰HDPE在兼顾材料加工性能的同时，对管材料力学性能及耐磨、耐

腐蚀性上都有了更优异的表现。且可以通过调节二阶段的氢气含量以及更高的α烯烃对

HDPE从分子水平上进行性能提升。同时通过调节HDPE管材生产过程中挤出机的操作

参数能够显著提升材料的静液压强度。以上研究可为国内高性能PE管材自主研发及生

产提供有力的技术指导。

关键词：高密度聚乙烯管；三峰；力学性能；流变性能；挤塑

三峰高密度聚乙烯的合成及其管材料的制备与工艺研究

Abstract

Withtherapiddevelopmentoftheglobalplasticsindustry,plasticpipeshavegradually

replacedtraditionalmetalpipesinfieldssuchasconstruction,petrochemicals,energy,

agriculture,andmunicipalservices.PEpipesarehighlyfavoredfortheirexcellentchemical

corrosionresistance,longservicelife,andeaseofinstallationandmanufacturing.However,the

developmentandapplicationofspecializedmaterialsforPEpipesinChinahavebeenrelatively

late,andhigh-performanceproducts,aswellascatalytictechnologyandproductionprocesses,

havelongreliedonimports,resultinginalackofdiversityandunstableperformanceof

domesticPEproductionlines.Therefore,thisthesisaimstooptimizetheperforman