Полиэтилен - общие сведения.
Полиэтилен – это термопластичный синтетический неполярный полимер, относящийся к классу полиолефинов. Полиэтилен - результат полимеризации этилена. Обычно твердое вещество белого цвета. Производится в виде (ПНД) полиэтилена низкого давления (полиэтилена высокой плотности), изготавливаемый с помощью суспензионного метода полимеризации этилена при низком давлении на комплексных катализаторах в суспензии или газофазным методом на комплексных катализаторах, и полиэтилена высокого давления (полиэтилен низкой плотности), производимого при высоком давлении полимеризацией этилена в трубчатых реакторах с использованием инициаторов радикального типа. Также, имеется несколько подклассов полиэтилена, отличающиеся от стандартных более высокими эксплуатационными свойствами. Например, бимодальный полиэтилен, линейный полиэтилен низкой плотности, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, полиэтилен, получаемый на металлоценовых катализаторах.
Обычно, полиэтилен производят в виде гранул диаметром 3-4 миллиметра в неокрашенном и окрашенном виде. Возможен и промышленное производство сырья полиэтилена в виде порошка.
Стандартное обозначение полиэтилена на российском рынке полимерных материалов – ПЭ, но иногда встречаются другие обозначения: PE (полиэтилен), ПЭНП или LDPE или ПЭВД или PEBD или PELD (полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокого давления), ПЭВП или HDPE или ПЭНД или PEHD (полиэтилен высокой плотности, полиэтилен низкого давления), ПЭСП или MDPE или PEMD (полиэтилен средней плотности), ULDPE (полиэтилен сверхнизкой плотности), VLDPE (полиэтилен очень низкой плотности), LLDPE или ЛПЭНП или PELLD (линейный полиэтилен низкой плотности), LMDPE (линейный полиэтилен средней плотности), PEHMW или HMWPE или VHMWPE (высокомолекулярный полиэтилен). HMWHDPE (полиэтилен высокой плотности высокомолекулярный), PEUHMW или UHMWPE (полиэтилен сверхвысокомолекулярный), UHMWHDPE (полиэтилен высокой плотности ультравысокомолекулярный), PEX или XLPE (сшитый полиэтилен), EPE (вспенивающийся полиэтилен), CPE или PEC (хлорированный полиэтилен), mLLDPE или MPE (линейный полиэтилен низкой плотности металлоценовый).
Обычно при заказе сырья полиэтилена после названия марки указывают сорт. Для полиэтилена, используемого при производстве электротехнических изделий, изделий, контактирующих с пищевыми продуктами, косметическими и лекарственными препаратами, детских игрушек, контактирующих с полостью рта, также для полиэтилена, подверженого длительному хранению, ещё указывают соответствующее назначение.
Строение полиэтилена.
Химическая формула полиэтилена С2Н4. В процессе полимеризации этилена происходит разрыв двойной связи и появляется полимерная цепь, уникальное звено которой составлено из 2 атомов углерода и 4 атомов водорода.
При полимеризации иногда происходит разветвление полимерной цепи полиэтилена, когда к увеличивающейся главной цепи сбоку прикрепляется короткая полимерная группа.
Разветвленность полимерной цепи не дает упаковке макромолекул быть плотной и обеспечивает образование рыхлой аморфно-кристаллической структуры материала и к уменьшению плотности полиэтилена и понижению температуры его размягчения. Разная степень разветвленности полимерной цепи полиэтиленов высокого и низкого давления и определяет различие характеристик этих материалов.
У полиэтилена высокого давления (ПВД) разветвленность цепи 15-25 ответвлений на 1000 атомов цепи, а у полиэтилена низкого давления (ПНД) – 3-6 на 1000 атомов цепи. Плотность, температуры плавления и размягчения, степень кристалличности у ПЭВД (полиэтиленом с разветвленной цепью) меньше, чем у ПЭНД, полимеризация которого обеспечивает малую разветвленность.
Свойства полиэтилена
Полиэтилен (ПЭ) – пластический полимерный материал с отличными диэлектрическими характеристиками. Ударопрочный полимер, не ломающийся, обладающий небольшой поглотительной способностью. Полиэтилен обладает низкой газопроницаемостью. Полиэтилен не вступает в реакцию с щелочами любой концентрации, с растворами солей, карбоновыми, концентрированной соляной. ПЭ устойчив к алкоголю, нефтепродуктам, воде, овощным сокам. Разрушается 50%-ной азотной кислотой или жидкими и газообразными хлором и фтором. Полиэтилен не растворим в органических растворителях и ограниченно набухает в них. Он достаточно стоек при нагревании в вакууме и атмосфере инертного газа. На воздухе же ПЭ деструктируется при нагревании уже до 80 °С. Ещё оним достоинтсвом полиэтилена является его устойчивость к низким температурам (до –70 °С). Под действием солнечной энергии, особенно ультрафиолетовых лучей, полиэтилен подвергается фотодеструкции. ПЭ практически безвреден для людей, из него не выделяются в окружающую среду опасные вещества.
Полиэтилен перерабатывается всеми главными способами переработки пластмасс. Легко подвергается модификации. С помощью хлорирования, бромирования, сульфирования, фторирования ему можно придать каучукоподобные характеристики, повысить теплостойкость. Смешением с другими полимерами или сополимерами можно повысить ударную вязкость и другие физические характеристики полиэтилена.
Химические, эксплуатационные и физические характеристики ПЭ зависят от плотности и молекулярной массы полимера, а поэтому другие для разных видов полиэтилена. Например, ПЭВД (полиэтилен высокого давления - с разветвленной цепью) мягче, чем ПЭНД (полиэтилен низкого давления), значит пленки из полиэтилена низкого давления гораздо более плотные, чем из полиэтилена высокого давления. Их прочность при растяжении выше, сопротивление удару ниже, а проницаемость в 5-6 раз ниже, чем у пленок из ПЭВД.
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен с молярной массой более 1000000 имеет улучшенные прочностные свойства. Температурный интервал эксплуатации полиэтилена от -260 до +120 °С. ПЭ обладает малым коэффициентом трения, высокой износостойкостью, химической стойкостью в наиболее агрессивных средах.
Свойства ПЭНД в соответствии с ГОСТ 16338-85:
1. Плотность полиэтилена – 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 полиэтилена – 0,5-0,6 г/см3.
5. Насыпная плотность порошка полиэтилена – 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 полиэтилена – 1016-1017 Ом•см.
11. Водопоглощение за 30 суток – 0,03-0,04 %.
12. Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте полиэтилена 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 полиэтилена – (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 полиэтилена высокого давления – 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 полиэтилена высокого давления – 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 полиэтилена высокого давления – 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 полиэтилена высокого давления при частоте 1010 Гц – 2,25-2,31.
Сравнительный анализ свойств ПЭНД и ПЭВД говорит о том, что ПЭНД, из-за более высокой плотности, имеет выше прочностные характеристики: жесткость и твердость, теплостойкость, обладает большей стойкостью к растворителям, чем ПЭВД, но немного менее морозоустойчив. Немного хуже, чем у ПЭВД (из-за остатков катализаторов), высокочастотные электрические свойства полиэтилена, но это не ограничивает использования ПЭНД в качестве электроизоляционного материала. Также, наличие остатков катализаторов не позволяет применять ПЭНД в контакте с пищевыми продуктами (нужна отмывка от катализаторов). Благодаря более плотной упаковке макромолекул проницаемость ПЭНД ниже, чем проницаемость ПЭВД, где-то в 5-6 раз. По химической стойкости ПНД также лучше ПВД. Но пленки из ПЭВД сильнее проницаемы для газов, а следовательно непригодны для упаковки продуктов, чувствительных к окислению.
Полиэтилен – это термопластичный синтетический неполярный полимер, относящийся к классу полиолефинов. Полиэтилен - результат полимеризации этилена. Обычно твердое вещество белого цвета. Производится в виде (ПНД) полиэтилена низкого давления (полиэтилена высокой плотности), изготавливаемый с помощью суспензионного метода полимеризации этилена при низком давлении на комплексных катализаторах в суспензии или газофазным методом на комплексных катализаторах, и полиэтилена высокого давления (полиэтилен низкой плотности), производимого при высоком давлении полимеризацией этилена в трубчатых реакторах с использованием инициаторов радикального типа. Также, имеется несколько подклассов полиэтилена, отличающиеся от стандартных более высокими эксплуатационными свойствами. Например, бимодальный полиэтилен, линейный полиэтилен низкой плотности, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, полиэтилен, получаемый на металлоценовых катализаторах.
Обычно, полиэтилен производят в виде гранул диаметром 3-4 миллиметра в неокрашенном и окрашенном виде. Возможен и промышленное производство сырья полиэтилена в виде порошка.
Стандартное обозначение полиэтилена на российском рынке полимерных материалов – ПЭ, но иногда встречаются другие обозначения: PE (полиэтилен), ПЭНП или LDPE или ПЭВД или PEBD или PELD (полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокого давления), ПЭВП или HDPE или ПЭНД или PEHD (полиэтилен высокой плотности, полиэтилен низкого давления), ПЭСП или MDPE или PEMD (полиэтилен средней плотности), ULDPE (полиэтилен сверхнизкой плотности), VLDPE (полиэтилен очень низкой плотности), LLDPE или ЛПЭНП или PELLD (линейный полиэтилен низкой плотности), LMDPE (линейный полиэтилен средней плотности), PEHMW или HMWPE или VHMWPE (высокомолекулярный полиэтилен). HMWHDPE (полиэтилен высокой плотности высокомолекулярный), PEUHMW или UHMWPE (полиэтилен сверхвысокомолекулярный), UHMWHDPE (полиэтилен высокой плотности ультравысокомолекулярный), PEX или XLPE (сшитый полиэтилен), EPE (вспенивающийся полиэтилен), CPE или PEC (хлорированный полиэтилен), mLLDPE или MPE (линейный полиэтилен низкой плотности металлоценовый).
Обычно при заказе сырья полиэтилена после названия марки указывают сорт. Для полиэтилена, используемого при производстве электротехнических изделий, изделий, контактирующих с пищевыми продуктами, косметическими и лекарственными препаратами, детских игрушек, контактирующих с полостью рта, также для полиэтилена, подверженого длительному хранению, ещё указывают соответствующее назначение.
Строение полиэтилена.
Химическая формула полиэтилена С2Н4. В процессе полимеризации этилена происходит разрыв двойной связи и появляется полимерная цепь, уникальное звено которой составлено из 2 атомов углерода и 4 атомов водорода.
При полимеризации иногда происходит разветвление полимерной цепи полиэтилена, когда к увеличивающейся главной цепи сбоку прикрепляется короткая полимерная группа.
Разветвленность полимерной цепи не дает упаковке макромолекул быть плотной и обеспечивает образование рыхлой аморфно-кристаллической структуры материала и к уменьшению плотности полиэтилена и понижению температуры его размягчения. Разная степень разветвленности полимерной цепи полиэтиленов высокого и низкого давления и определяет различие характеристик этих материалов.
У полиэтилена высокого давления (ПВД) разветвленность цепи 15-25 ответвлений на 1000 атомов цепи, а у полиэтилена низкого давления (ПНД) – 3-6 на 1000 атомов цепи. Плотность, температуры плавления и размягчения, степень кристалличности у ПЭВД (полиэтиленом с разветвленной цепью) меньше, чем у ПЭНД, полимеризация которого обеспечивает малую разветвленность.
Свойства полиэтилена
Полиэтилен (ПЭ) – пластический полимерный материал с отличными диэлектрическими характеристиками. Ударопрочный полимер, не ломающийся, обладающий небольшой поглотительной способностью. Полиэтилен обладает низкой газопроницаемостью. Полиэтилен не вступает в реакцию с щелочами любой концентрации, с растворами солей, карбоновыми, концентрированной соляной. ПЭ устойчив к алкоголю, нефтепродуктам, воде, овощным сокам. Разрушается 50%-ной азотной кислотой или жидкими и газообразными хлором и фтором. Полиэтилен не растворим в органических растворителях и ограниченно набухает в них. Он достаточно стоек при нагревании в вакууме и атмосфере инертного газа. На воздухе же ПЭ деструктируется при нагревании уже до 80 °С. Ещё оним достоинтсвом полиэтилена является его устойчивость к низким температурам (до –70 °С). Под действием солнечной энергии, особенно ультрафиолетовых лучей, полиэтилен подвергается фотодеструкции. ПЭ практически безвреден для людей, из него не выделяются в окружающую среду опасные вещества.
Полиэтилен перерабатывается всеми главными способами переработки пластмасс. Легко подвергается модификации. С помощью хлорирования, бромирования, сульфирования, фторирования ему можно придать каучукоподобные характеристики, повысить теплостойкость. Смешением с другими полимерами или сополимерами можно повысить ударную вязкость и другие физические характеристики полиэтилена.
Химические, эксплуатационные и физические характеристики ПЭ зависят от плотности и молекулярной массы полимера, а поэтому другие для разных видов полиэтилена. Например, ПЭВД (полиэтилен высокого давления - с разветвленной цепью) мягче, чем ПЭНД (полиэтилен низкого давления), значит пленки из полиэтилена низкого давления гораздо более плотные, чем из полиэтилена высокого давления. Их прочность при растяжении выше, сопротивление удару ниже, а проницаемость в 5-6 раз ниже, чем у пленок из ПЭВД.
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен с молярной массой более 1000000 имеет улучшенные прочностные свойства. Температурный интервал эксплуатации полиэтилена от -260 до +120 °С. ПЭ обладает малым коэффициентом трения, высокой износостойкостью, химической стойкостью в наиболее агрессивных средах.
Свойства ПЭНД в соответствии с ГОСТ 16338-85:
1. Плотность полиэтилена – 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 полиэтилена – 0,5-0,6 г/см3.
5. Насыпная плотность порошка полиэтилена – 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 полиэтилена – 1016-1017 Ом•см.
11. Водопоглощение за 30 суток – 0,03-0,04 %.
12. Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте полиэтилена 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 полиэтилена – (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 полиэтилена высокого давления – 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 полиэтилена высокого давления – 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 полиэтилена высокого давления – 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 полиэтилена высокого давления при частоте 1010 Гц – 2,25-2,31.
Сравнительный анализ свойств ПЭНД и ПЭВД говорит о том, что ПЭНД, из-за более высокой плотности, имеет выше прочностные характеристики: жесткость и твердость, теплостойкость, обладает большей стойкостью к растворителям, чем ПЭВД, но немного менее морозоустойчив. Немного хуже, чем у ПЭВД (из-за остатков катализаторов), высокочастотные электрические свойства полиэтилена, но это не ограничивает использования ПЭНД в качестве электроизоляционного материала. Также, наличие остатков катализаторов не позволяет применять ПЭНД в контакте с пищевыми продуктами (нужна отмывка от катализаторов). Благодаря более плотной упаковке макромолекул проницаемость ПЭНД ниже, чем проницаемость ПЭВД, где-то в 5-6 раз. По химической стойкости ПНД также лучше ПВД. Но пленки из ПЭВД сильнее проницаемы для газов, а следовательно непригодны для упаковки продуктов, чувствительных к окислению.
Комментариев нет:
Отправить комментарий