PE-RT Ⅱ型管材专用料 DQDN3712生产技术研发与工业应用

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PE-RT Ⅱ型管材专用料 DQDN3712生产技术研发与工业应用

摘要：采用气相流化床工艺实现PE-RTⅡ型管材专用料DQDN3712产品工业化应用。本文介绍了产品从典型产品结构分析、中试试验到工业化应用整个过程。所生产的DQDN3712产品内外表面光滑、壁厚均匀长期耐温耐压性能加工试验满足客户要求。

关键词：PE-RT Ⅱ型、气相流化床、DQDN3712

PERT Ⅱ型热力管是一种新型耐热聚乙烯保温复合塑料管材，PE-RT Ⅱ型管材在试验温度和试验时间相同的条件下，耐静液压强度要高于PE-RTⅠ型管，在保持高耐热、高耐蠕变开裂性能的同时，PE-RT Ⅱ型管材还具有良好的抗熔垂性，在二级热力管网、散热器连接、地源热泵系统等方面的应用已渐成规模。

我国集中供热一级和二级管网一般采用普通钢管，运行一段时间后，常发生管道腐蚀、跑冒滴漏、热量损耗等问题，严重影响供热管路的系统安全性。PE-RTⅡ型管材料是在PE-RTⅠ型管材料的基础上，由道达尔、巴塞尔等国外大型石化公司近年率先开发的专门应用于高温流体输送领域的一种新型材料，较好的解决了钢管耐腐蚀性差、PP-R管材低温发脆、PE-X管材连接施工复杂、PE-RTⅠ型管材大口径加工难度大等一系列问题，是目前可用于二级供热管网的一种较为理想的塑料管道材料。

大庆石化公司具有多年的PE-RTⅠ型管材DQDN3711的生产经验，且产品力学性能优异，达到进口产品水平。本次与大庆化工研究中心合作，通过进行典型产品剖析、聚合工艺中试及助剂体系研究，最终实现在大庆石化公司7.8万吨/年线性低密度聚乙烯装置，完成开发PERTⅡ型管材料DQDN3712生产技术工业应用。

1 实验部分

1.1 原料指标

主要适用于 Unipol 气相法全密度聚乙烯生产工艺，以乙烯为主要原料，1-己烯为共聚单体，采用茂金属催化剂，生产PE-RTⅡ型管材专用料。DQDN3712专用树脂具有力学性能好、柔软及适合高速挤出等优点[1]。使用DQDN3712 专用树脂生产的 PE-RT 管材制品具有化学稳定性好、静液压强度高及适合冬季施工等特点，可用于城镇二次热力管网及复合管内衬材料。

表1：乙烯指标

组分名称	单位	指标
乙烯（体积分数）	%	≥ 99.95
甲烷+乙烷	mL/m3	≤ 500
C3和C3以上含量	mL/m3	≤ 20
水	mL/m3	≤ 5
氧	mL/m3	≤ 3

表2：1-己烯指标

组分名称	单位	指标
C6 （质量分数）	％	≥99.0
1-己烯（质量分数）	％	≥99.0
总正α-烯烃（质量分数）	％	≥99.0
色度	铂-钴号	≤10
水	mg/kg	≤25
过氧化物 (以活性氧计)	mg/kg	≤1.0

表3：氢气指标

组分名称	单位	指标
氢	%	≥99.99
氧（氩）	10-6	≤5
甲烷	10-6	≤10
水	10-6	≤3

1.2 中试试验

在50kg/h聚乙烯中试装置上，采用茂金属催化剂开发PE-RTⅡ型管材专用料，共开展两次中试聚合试验。第一次试验主要目的考察茂金属催化剂的装置运行稳定性、适用范围以及催化活性；第二次试验主要目的是采用专用催化剂试产PE-RTⅡ型专用料，物性指标达到项目要求，得到具体聚合工艺控制参数[2]。

1.2.1 物性指标测试

表4：中试聚合产品物性指标测试结果

时间	指数	密度	堆密
	（g/10min）	（g/cm3）	（g/cm3）
11.23-08：00	0.97	0.9187
11.24-08：00	0.78	0.9275	0.421
11.25-14：00	0.65	0.9315	0.428
11.25-18：00	0.65	0.9321	0.429
11.25-22：00	0.55	0.9329

由表4可以看出，催化剂中试聚合效果很好，产品粒径分布均匀，筛分比较集中，堆积密度始终在0.44-0.45 g/cm3[3]。

1.2.2 力学性能测试

表5：中试产品力学性能测试结果

NO.	测试项目	中试产品	SP988	指标	执行标准
1	MFR，g/10min	0.6	0.6	0.45-0.85	GB/T 3682
2	密度，g/cm3	0.941	0.941	0.939-0.942	GB/T 1033
3	拉伸屈服强度，MPa	21.4	20	≥18.0	GB/T 1040
4	断裂伸长率，%	842	750	≥600	GB/T 1040
5	弯曲模量，MPa	807	660	≥500	GB/T 9341
6	邵氏硬度，D	62.1	61	≥50	GB/T 2411
7	维卡软化温度，℃	125	125	≥120	GB/T1633

由表5测试结果可以看出，中试产品物理性质、力学性能均达到项目要求范围[4]。

1.2.3热学性能测试

对中试产品和对标产品进行了DSC表征分析，谱图如图6所示。

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图6 DQDN3712中试产品的DSC表征分析对比

2、工业应用

2.1工业装置概况

线性低密度聚乙烯装置引进美国联碳公司(Univation)的专利技术——低压气相法全密度聚乙烯工艺（Unipol工艺），以乙烯为原料、丁烯-1或己烯-1为共聚单体，氢气为链转移剂，采用美国联碳UCC的专利催化剂，在气相流化床反应器中反应聚合，生产高、中、低密度的聚乙烯树脂[5]。

Unipol工艺是世界上开发最早的气相流化床工艺，于1968年首先实现高密度聚乙烯（HDPE）的工业化生产，1975年实现了线性低密度聚乙烯（LLDPE）的工业化生产。目前，采用该工艺的聚乙烯装置的总生产能力在世界上占领先地位。

2.2产品生产切换

从PERTⅠ型管材专用料DQDN3711切换到DQDN3712过程主要对熔融指数、密度进行连续调整，切换期间重点关注反应温度、压力变化，适当调整1-己烯浓度。

根据以往使用该专用催化剂的经验及研究院中试结果，本次催化剂活性约为5000-8000kg/kg，相比原有催化剂活性有所上涨，随着反应逐渐建立，严格监控壁温、换热器压差、分布板压差变化，重点监护K-4003振动、位移、轴承温度等变化，当产品指数、密度均达到指标范围内，将添加剂改为DQDN3712助剂并切仓[6]。

2.3工业产品测试结果

表6： 工业产品测试数据

项 目	指 标	实际值
黑斑粒和色粒，个/kg	≤10	0
熔体质量流动速率（I2.16），g/10min	0.65±0.2	0.64
密度，g/cm3	0.941±0.002	0.943
拉伸屈服应力，MPa	≥19.0	19.8
拉伸断裂标称应变，%	≥300	666
悬臂梁缺口冲击强度（23℃），kJ/m2	≥20.0	48.4
氧化诱导时间（210℃），min	≥40	＞120

2.4工业产品加工试验

2019年12月工业化产品DQDN3712对标100S、QHM22F在天津管材加工厂进行了φ110mm和φ20mm两种管径尺寸管材的加工应用试验。

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Φ110mm口径实壁直管生产稳定，制品外表面和内表面均光滑;Φ20mm小口径盘管，生产稳定，制品外表面光滑，熔体压力略高，管材制品性能通过厂家测试。

3、结论

• 
  

大庆石化公司通过与与大庆中心合作鼎力合作，实现了PE-RTⅡ型管材专用料DQDN3712产品生产技术研发和工业应用，实现了大庆石化茂金属PERT管材产品系列化生产，提高了大庆石化产品市场竞争力和占有率。

• 
  

2019年大庆石化公司实现DQDN3712首次工业生产，工业生产采用在线由DQDN3711向DQDN3712连续切换，切换过程平稳顺利各项性能均达到指标要求。

• 
  

产品加工应用试验顺利完成，Φ110mm口径实壁直管生产稳定，制品外表面和内表面均光滑;Φ20mm小口径盘管，生产稳定，制品外表面光滑，熔体压力略高，管材制品性能通过厂家测试。

4、参考文献

[1]刘元霞，方义群，宋炬伟，胡友军.铬系乙烯齐聚和聚合催化剂[J].高分子通报：2002年02期.

[2]石天峰，刘雨晴.铬系乙烯聚合催化剂研究进展[J].上海塑料：2003年04期.

[3]李兵.高密度聚乙烯技术进展[J].当代化工，2006，35(5):322-352.

[4]洪定一.塑料工业手册——聚烯烃[M].北京：化学工业出版社，1999:507.

[5]乔彤森，聚乙烯结构与性能研究及质量改进[D]，兰州：兰州大学，2008.

[6]张兰，吴江，慕雪梅，等.HDPE生产工艺进展[J].合成树脂及塑料，2012，29(2):80-84.

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