PE100级管材专用树脂的结构与性能

63合 成 树 脂 及 塑 料 ， 2018， 35（2）： 

CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLASTICS

PE100级管材专用树脂的结构与性能

马 丽，王文燕，张怀志

（中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院大庆化工研究中心，黑龙江省大庆市 163714）

摘 要： 通过熔体流动速率、差示扫描量热法分析、力学性能以及管材静液压试验等研究了3种PE100级管材专用树脂的结构与性能。结果表明：3种树脂在200 ℃条件下的氧化诱导时间均大于120 min，耐热氧老化性能良好；GC100S的熔流比为26.3，结晶度为60.1%，冲击强度为58.49 kJ/m2，在80 ℃，5.4 MPa条件下的短期静液压测试耐压时间为348 h，均较其他两个试样好，为管材专用树脂的质量提升提供了技术支持。

关键词： 聚乙烯 PE100级 熔体流动速率 差示扫描量热法

中图分类号： TQ 325.1+2   文献标识码： B   文章编号： 1002-1396(2018)02-0063-03

Structure and properties of PE100 specialty resins for tubing

Ma Li，Wang Wenyan，Zhang Huaizhi

(Daqing Petrochemical Research Center，Petrochemical Research Institute of CNPC，Daqing 163714，China)

Abstract：The structure and properties of three PE100 specialty resins for tubing were characterized via differential scanning calorimeter along with tests for melt flow rate，mechanical properties，and static hydraulic strength of tube. The results show that the induced oxidation time of these resins are beyond 120 min at 200 ℃，representing excellent hot-air aging resistance. The melt/flow ratio，crystallinity，and impact strength of GC100S MPa is 348 h，which are better than those of other samples and offer technical guidance for quality improvement of specialty resins for tubing.

Keywords：polyethylene； PE100； melt flow rate； differential scanning calorimeter

is 26.3，60.1%，58.49 kJ/m2 respectively，and its pressure time of short static hydraulic test at 80 ℃ under 5.4 

PE100级管材专用树脂是指20 ℃条件下，管材在使用50年后仍能保证10 MPa的最小必须强度，而且具有优异的抗慢速裂纹生长和抗快速裂纹扩展性能

［1］

1 实验部分1.1 主要原料

PE100级树脂：GC100S，中国石油天然气股份有限公司吉林石化分公司生产；试样1，试样2，均为市售。

1.2 主要仪器与设备

MI-4型熔体流动速率仪，意大利Ceast公司生产；Q2000型差示扫描量热仪，美国TA仪器公司生产；MTP-1402型全自动压片机，美国丰锐国际有限公司生产；INSTRON5965-E2型拉力机，美国

收稿日期： 2017-09-30；修回日期： 2017-12-27。

作者简介： 马丽，女，1982年生，硕士，工程师，2008年毕业于东北石油大学应用化学专业，现从事聚烯烃测试表征方面的研究工作。E-mail: Maryterry007@163.com。

。PE100级管材专用树脂的结构特

点是精细地控制了相对分子质量分布，高相对分子质量级分和低相对分子质量级分约各占一半，高相对分子质量部分含有共聚结构单元，含有大量能把片晶连接起来的系带分子，提供了很好的长期使用性能。低相对分子质量部分是均聚物，保证了树脂具有高的结晶度、刚性以及加工性能。PE100级树脂在天然气、饮用水输送等领域广泛应用［2］。本工作对比分析了几种典型的PE100级管材专用树脂的结构与性能，为管材专用树脂的质量提升提供技术支持。

. 64 .合 成 树 脂 及 塑 料 2018 年第 35 卷

Instron公司生产；SCITEQ-2000型管材液压机，丹麦Sciteq公司生产。1.3 性能测试

熔体流动速率（MFR）按GB/T 3682—2000测试；2004测试；测试；熔融、结晶温度及热焓按GB/T 拉伸性能按GB/T 氧化诱导时间按GB/T 1040.2—20061946619466测试；.6—2009.3—弯曲1043性能按GB/T —2008测试。9341—2008测试；抗冲击性能按GB/T 

2 结果与讨论2.1 MFR

从表1可以看出：与试样1和试样2相比， GC100S的熔流比较小，说明其相对分子质量分布较窄。高密度聚乙烯的密度为0.941~0.960 g/cm3

，从表1还可以看出：3种管材专用树脂的密度均在此范围内，属于高密度聚乙烯。

表1 PE100级管材专用树脂的MFRTab.1 MFR of PE100 specialty resins for tubing试 样MFR/［g·（10 min）-1

］

密度/5.0 kg21.6 kg熔流比（g·cm-3）GC100S0.246.326.30.951试样10.236.227.00.948试样2

0.216.8

32.4

0.960

  注： 熔流比为负荷21.6 kg的MFR与负荷5.0 kg的MFR的

比值。

2.2 热性能

从表2可以看出：GC100S的熔点和结晶度略高于其他两个试样，熔点和结晶度高，说明材料的晶层较厚，可以预测材料的短期力学性能好，即在微裂纹的扩展前端，材料屈服形成新空洞的时间长，裂纹的增长越缓慢，材料的抗慢速裂纹增长性能越好。同时，随结晶度的增加，材料的刚性、强度、硬度、惰性和脆性也随之增加，但与染料、增塑剂、稳定剂及其他添加剂的溶解度和相容性下降。高分子的结晶度也影响材料的渗透性、导热性、膨胀性、介电性能和光学性能，所以，结晶度反映了高分子材料的本征性质［3］

。从表2还可以看出： 3种PE100级管材专用树脂的氧化诱导时间都大于120 min，说明3种PE100级管材专用树脂都具有良好的耐热氧老化性能，可以满足管材长期稳定性的要求。

热分级是基于可结晶链段在熔融重结晶或重组织时具有温度依赖性的相分离过程。通过热分

表2 PE100级管材专用树脂的热性能

Tab.2 Thermal properties of PE100 specialty resins for tubing试 样 熔点/熔融焓/℃（J·g-1

）结晶度，%氧化诱导时间/minGC100S130.5172.760.1>120试样1130.2167.558.3>120试样2

129.8

162.6

56.6

>120

级，尺寸不同的链段会形成不同厚度的片晶，在差示扫描量热法的加热曲线上，会出现具有不同熔点的多重熔融峰，因此，无需将级分进行物理分级即可进行微观结构的研究［4］。

在连续自成核退火分级曲线上，熔融温度越高的峰所代表的片晶越厚，共聚单体含量较少，长期性能好，从图1可以看出：GC100S的峰略向高温方向偏移，说明其片晶略厚，长期性能较好。

GC100S

试样1

试样2

8090100110120130140150160温度/℃

图1 3种PE100级管材专用树脂的连续自成核退火分级曲线Fig.1 Continuous self-nucleation annealing grading curves of       PE100 specialty resins for tubing

2.3 力学性能

树脂的冲击强度间接反映所制管材制品的耐压性能，从表3可以看出： GC100S的冲击强度大于试样1和试样2，说明GC100S的耐压性能较好。树脂的结晶度大，分子链的排列紧密有序，分子间的作用力增强。3种PE100级管材专用树脂中，GC100S的结晶度最大，说明其弯曲强度和弯曲模量较大。

表3 3种PE100级管材专用树脂的力学性能

Tab.3 Mechanical properties of PE100 specialty resins for tubing试 样拉伸屈服断裂拉伸弯曲强度/弯曲模量/冲击强度/应力/MPa应变，%MPaMPa（kJ·m-2）GC100S23.577216.880658.49试样124.180814.574454.05试样2

39.5

756

14.6

697

50.52

2.4 管材性能

根据GB 15558.1—2003的要求，选取长1 m、

第 2 期马 丽等. PE100级管材专用树脂的结构与性能. 65 .

规格为φ32 mm×3 mm的管材各5根，按GB/T 6111—2003进行短期静液压测试。结果表明：在80 ℃，5.4 MPa的条件下，GC100S、试样1、试样2的耐压时间分别为348，169，220 h，均大于标准规定的165 h，通过了测试，且GC100S的耐压时间较其他两个试样长，说明其短期耐静液压性能更好。

良好。

d） GC100S的冲击强度大于试样1和试样2。e）通过短期管材静液压试验，3种PE100级管材专用树脂在80 ℃，5.4 MPa条件下均能够通过测试。4 参考文献

3 结论

a）3种PE100级管材专用树脂中，GC100S的熔流比较小，说明其相对分子质量分布较窄。

b）GC100S的熔点和结晶度略高于其他两个试样，且其片晶略厚，长期性能较好。

c）3种PE100级管材专用树脂在200 ℃条件下的氧化诱导时间均大于120 min，耐热氧老化性能

[1] 李连鹏，金春子，周志宇，等. PE100级管材树脂结构和性能

研究［J］.弹性体，2012，22（4）:57-60.

[2] 王选伦，杨晓波，吕军. 聚乙烯管材专用料的现状及发展展

望［J］.工程塑料应用，2003，31（8）：65-68.

[3] 胡文兵. 高分子结晶学原理［M］.北京：化学工业出版社，[4] 解云川，张乾，范晓东. 热分级及退火控制聚乙烯结晶态的

研究［J］.中国塑料，2003，17（2）：20-24.2013：258.

维与二氧化硅纳米球协同填充的超高相对分子质量聚乙烯耐磨材料。该复合材料具有较好的力学性能、耐摩擦磨损性能、砂浆磨损性能和加工成型能力。

公开号 CN 107663328公开日 2018年2月6日

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公开号 CN 107629297 公开日 2018年1月26日 申请人 武汉工程大学 

申请人 扬州大学

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公开号 CN 107722332公开日 2018年2月23日申请人 宁波大学