Полиэтилен – это синтетический термопластичный неполярный полимер, принадлежащий к классу полиолефинов. Полиэтилен является продутом полимеризации этилена.
Выпускается в двух видах: Полиэтилен высокого давление (ПВД) и полиэтилен низкого давления (ПНД)
ПВД получают суспензионным методом полимеризации этилена при низком давлении на комплексных металлоорганических катализаторах в суспензии или газофазным методом полимеризации этилена в газовой фазе.
ПНД получают при высоком давлении полимеризацией этилена в трубчатых реакторах или реакторах с перемешивающим устройством с применением инициаторов радикального типа.
Обычно полиэтилен выпускается в виде гранул диаметром от 2 до 5 мм, но так же есть в виде порошка.
На Российском рынке полиэтилен обозначают – ПВД, ПНД или просто ПЭ.
Строение полиэтилена.
Полиэтилен – продукт полимеризации этилена, имеющего следующую химическую формула С2Н4. При полимеризации разрывается двойная связь этилена и образуется полимерная цепь, элементарное звено которой состоит из двух атомов углерода и четырех атомов водорода:
Н Н
| |
– С – С –
| |
Н Н
В процессе полимеризации возможно разветвление полимерной цепи. Различие полиэтилена низкого давления п полиэтилена высокого давления как раз и заключается в разветвленности полимерной цепи. У ПВД разветвленность составляет 15-25 ответвлений на 1000 атомов углерода, а у ПНД – 3-6 на 1000 атомов углерода.
Свойства полиэтилена
- пластический материал
- обладает сильными диэлектрическими свойствами.
- Ударостойкий
- Не хрупкий
- с маленькой поглотительной способностью
- Физиологически нейтральный, без запаха.
- Низкая паро и газопроницаемость.
Полиэтилен не реагирует со щелочами любой концентрации, с растворами любых солей, карбоновыми, концентрированной соляной и плавиковой кислотами. Устойчив к алкоголю, бензину, воде, овощным сокам, маслу. Разрушается 50%-ной азотной кислотой, а также жидкими и газообразными хлором и фтором. Не растворим в органических растворителях и ограниченно набухает в них. Полиэтилен не разрушается при нагревании в вакууме и атмосфере инертного газа. Но на воздухе деструктируется при нагревании уже при 80 °С. Устойчив к низким температурам до –70 °С. Под действием солнечной радиации, особенно ультрафиолетовых лучей, подвергается фотодеструкции (в качестве светостабилизаторов используется сажа, производные бензофенонов). Практически безвреден, из него не выделяются в окружающую среду опасные для здоровья человека вещества.
Свойства ПНД в соответствии с ГОСТ 16338-85.
1. Плотность – 0,931-0,970 г/см3.
2. Температура плавления – 125-132 °С.
3. Температура размягчения по Вика в воздушной среде – 120-125 °С.
4. Насыпная плотность гранул – 0,5-0,6 г/см3.
5. Насыпная плотность порошка – 0,20-0,25 г/см3.
6. Разрушающее напряжение при изгибе –19,0-35,0 МПа
7. Предел прочности при срезе – 19,0-35,0 МПа.
8. Твердость по вдавливанию шарика под заданной нагрузкой – 48,0-54,0 МПа.
9. Удельное поверхностное электрическое сопротивление – 1014 Ом.
10. Удельное объемное электрическое сопротивление – 1016-1017 Ом·см.
11. Водопоглощение за 30 суток – 0,03-0,04 %.
12. Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1010 Гц – 0,0002-0,0005.
13. Диэлектрическая проницаемость при частоте 1010 Гц – 2,32-2,36.
14. Удельная теплоемкость при 20-25 °С – 1680-1880 Дж/кг·°С.
15. Теплопроводность – (41,8-44)·10-2 В/(м·°С).
16. Линейный коэффициент термического расширения – (1,7-2,0)·10-41/°С.
Свойства ПЭВД в соответствии с ГОСТ 16337-77.
1. Плотность – 0,900-0,939 г/см3.
2. Температура плавления – 103-110 °С.
3. Насыпная плотность – 0,5-0,6 г/см3.
4. Твердость по вдавливанию шарика под заданной нагрузкой – (1,66-2,25)·105 Па; 1,7-2,3 кгс/см2.
5. Усадка при литье – 1,0-3,5 %.
6. Водопоглощение за 30 суток – 0,020 %.
7. Разрушающее напряжение при изгибе – (117,6-196,07)·105 Па; 120-200 кгс/см2.
8. Предел прочности – (137,2-166,6)·105 Па; 140-170 кгс/см2.
9. Удельное объемное электрическое сопротивление – 1016-1017 Ом·см.
10. Удельное поверхностное электрическое сопротивление – 1015 Ом.
11.Температура хрупкости для полиэтилена с показателем текучести расплава в г/10 мин
0,2-0,3 – не выше минус 120 °С,
0,6-1,0 – не выше минус 110 °С,
1,5-2,2 – не выше минус 100 °С,
3,5 – не выше минус 80 °С,
5,5 – не выше минус 70 °С,
7-8 – не выше минус 60 °С,
12 – не выше минус 55 °С,
20 – не выше минус 45 °С.
12. Модуль упругости (секущий) для полиэтилена плотностью в г/см2
0,917-0,921 – (882,3-1274,5)·105 Па; 900-1300 кгс/см2,
0,922-0,926 – (1372-1764,7)·105 Па; 1400-1800 кгс/см2,
0,928 – 2107,8 ·105 Па; 2150 кгс/см2.
13. Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 10100 Гц – 0,0002-0,0005.
14. Диэлектрическая проницаемость при частоте 1010 Гц – 2,25-2,31.
При сравнении характеристик ПНД И ПВД видно, что ПНД, из-за высокой плотности, более прочный(теплостойкий, твердый, стойкий к растворителям), но не морозоустойчив. Проницаемость ПНД ниже, чем у ПВД приблизительно в 5-6 раз. ПНД более химически стойкий по сравнению с ПВД.
Применение Полиэтилена
Полиэтилен является наиболее используемым полимером, он занимает лидирующие позиции в мировом выпуске полимерных материалов – 31,5% от общего объема производимых полимеров. Полиэтилен может свариваться горячим газом, присадочным прутком, трением, контактной сваркой Работа с полиэтиленом не требует применения узкоспециализированного оборудования.
Применяя литье под давлением, изготавливаются многие товары бытового назначения, канцтоваров, игрушек. При использовании экструзии получают полиэтиленовые трубы (существует специальные марки – трубный PE63, PE80, PE100), полиэтиленовые кабели, листовой полиэтилен для упаковки и строительства, а также самые разнообразные полиэтиленовые пленки для нужд всех отраслей промышленности. Экструзионно-выдувным и ротационным формованием из полиэтилена создаются различные емкости, тары и сосуды. Термовакуумным формованием – упаковочные материалы.
Специальные виды полиэтилена, такие как сшитый, вспененный, хлорсульфированный, сверхвысокомолекулярный применяются для создания специальных стройматериалов.
Наиболее широко полиэтилен применяют для производства пленок технического и бытового назначения.
Полиэтилен используется для производства:
пленок: сельскохозяйственных, упаковочных, термоусадочных, стретч;
труб: газовых, водопроводных, напорных, ненапорных;
емкостей: цистерн, канистр, бутылей;
стройматериалов;
волокон;
предметов домашнего обихода;
санитарно-технических изделий;
деталей автомашин и другой техники;
изоляции электрокабелей;
пенополиэтилена;
протезов внутренних органов;
И это далеко не весь перечень продуктов и видов деятельности, где может применяться полиэтилен