Полиэтилен получение применение. ПЭ - полиэстер

Дата: 06.08.2023

Международный знак вторичной переработки для полиэтилена низкой плотности Общие Термические свойства

Представляет собой воскообразную массу белого цвета (тонкие листы прозрачны и бесцветны). Химически- и морозостоек, изолятор , не чувствителен к удару (амортизатор), при нагревании размягчается (80-120°С), при охлаждении застывает, адгезия (прилипание) - чрезвычайно низкая. Иногда в народном сознании отождествляется с целлофаном - похожим материалом растительного происхождения.

История

Изобретателем полиэтилена считается немецкий инженер Ганс фон Пехманн, который впервые случайно получил этот продукт в 1899 году . Однако это открытие не получило распространения. Вторая жизнь полиэтилена началась в 1933 году благодаря инженерам Эрику Фосету и Реджинальду Гибсону. Сначала полиэтилен использовался в производстве телефонного кабеля и лишь в 1950-е годы стал использоваться в пищевой промышленности как упаковка .

Названия

Полиэтилен высокой плотности имеет зарегистрированный товарный знак СНОЛЕН (Свидетельство на товарный знак № 380910)

Получение

На обработку поступает в виде гранул от 2 до 5 мм. Полиэтилен получают полимеризацией этилена:

Получение полиэтилена высокого давления

Полиэтилен высокого давления (ПЭВД), или Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), образуется при следующих условиях:

температура 200-260 °C ;
давление 150-300 МПа ;
присутствие инициатора (кислород или органический пероксид);

в автоклавном или трубчатом реакторах. Реакция идёт по радикальному механизму . Получаемый по этому методу полиэтилен имеет средневесовой молекулярный вес 80 000-500 000 и степень кристалличности 50-60 . Жидкий продукт впоследствии гранулируют. Реакция идёт в расплаве.

Получение полиэтилена среднего давления

Полиэтилен среднего давления (ПЭСД) образуется при следующих условиях:

температура 100-120 °C;
давление 3-4 МПа;
присутствие катализатора (катализаторы Циглера - Натта, например, смесь TiCl 4 и R 3);

продукт выпадает из раствора в виде хлопьев. Получаемый по этому методу полиэтилен имеет средневесовой молекулярный вес 300 000-400 000, степень кристалличности 80-90 %.

Получение полиэтилена низкого давления

Полиэтилен низкого давления (ПЭНД), или Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), образуется при следующих условиях:

температура 120-150 °C;
давление ниже 0.1 - 2 МПа;
присутствие катализатора (катализаторы Циглера-Натта, например, смесь TiCl 4 и R 3);

Полимеризация идёт в суспензии по ионно-координационному механизму. Получаемый по этому методу полиэтилен имеет средневесовой молекулярный вес 80 000-3 000 000, степень кристалличности 75-85 %.

Следует иметь в виду, что названия «полиэтилен низкого давления», «среднего давления», «высокой плотности» и т. д. имеют чисто риторическое значение. Так, полиэтилен, получаемый по 2- и 3-му методам, имеет одинаковую плотность и молекулярный вес. Давление в процессе полимеризации при так называемых низком и среднем давлениях в ряде случаев одно и то же.

Другие способы получения полиэтилена

Существуют и другие способы полимеризации этилена, например под влиянием радиоактивного излучения, однако они не получили промышленного распространения.

Модификации полиэтилена

Ассортимент полимеров этилена может быть значительно расширен получением сополимеров его с другими мономерами, а также путём получения композиций при компаундировании полиэтилена одного типа с полиэтиленом другого типа, полипропиленом , полиизобутиленом, каучуками и т. п.

На основе полиэтилена и других полиолефинов могут быть получены многочисленные модификации - привитые сополимеры с активными группами, улучшающими адгезию полиолефинов к металлам, окрашиваемость, снижающими его горючесть и т. д.

Особняком стоят модификации так называемого «сшитого» полиэтилена ПЭ-С (PE-X) . Суть сшивки состоит в том, что молекулы в цепочке соединяются не только последовательно, но и образуются боковые связи которые соединяют цепочки между собой, за счёт этого достаточно сильно изменяются физические и в меньшей степени химические свойства изделий.

Различают 4 вида сшитого полиэтилена (по способу производства): пероксидный (а), силановый (b), радиационный (с) и азотный (d). Наибольшее распространение получил РЕх-b, как наиболее быстрый и дешёвый в производстве.

Молекулярное строение

Макромолекулы полиэтилена высокого давления (n ≅1000) содержат боковые углеводородные цепи C 1 -С 4 , молекулы полиэтилена среднего давления практически неразветвлённые, в нём больше доля кристаллической фазы, поэтому этот материал более плотный; молекулы полиэтилена низкого давления занимают промежуточное положение. Большим количеством боковых ответвлений объясняется более низкая кристалличность и соответственно более низкая плотность ПЭВД по сравнению с ПЭНД и ПЭСД.

Показатели, характеризующие строение полимерной цепи различных видов полиэтилена:

Показатель	ПЭВД	ПЭСД	ПЭНД
Общее число групп СН 3 на 1000 атомов углерода:	21,6	5	1,5
Число концевых групп СН 3 на 1000 атомов углерода:	4,5	2	1,5
Этильные ответвления	14,4	1	1
Общее количество двойных связей на 1000 атомов углерода	0,4-0,6	0,4-0,7	1,1-1,5
в том числе:
винильных двойных связей (R-CH=CH 2), %	17	43	87
винилиденовых двойных связей (), %	71	32	7
транс-виниленовых двойных связей (R-CH=CH-R"), %	12	25	6
Степень кристалличности, %	50-65	75-85	80-90
Плотность, г/см³	0,91-0,93	0,93-0,94	0,94-0,96

Полиэтилен HDPE (Hight Density PE - высокая плотность)

Физико-химические свойства ПЭНД при 20°C:

Параметр	Значение
Плотность, г/см³	0,94-0,96

при растяжении	100-170
при статическом изгибе	120-170
при срезе	140-170
относительное удлинение при разрыве, %	500-600
модуль упругости при изгибе, кгс/см²	1200-2600
предел текучести при растяжении, кгс/см²	90-160
относительное удлинение в начале течения, %	15-20
твёрдость по Бринеллю , кгс/мм²	1,4-2,5

С увеличением скорости растяжения образца разрушающее напряжение при растяжении и относительное удлинение при разрыве уменьшаются, а предел текучести при растяжении возрастает.

С повышением температуры разрушающее напряжение полиэтилена при растяжении, сжатии, изгибе и срезе понижается. а относительное удлинение при разрыве возрастает до определённого предела, после которого также начинает снижаться

Изменение разрушающего напряжения при сжатии, статическом изгибе и срезе в зависимости от температуры (определено при скорости деформации 500 мм/мин и толщине образца 2 мм):

Разрушающее напряжение, кгс/см²	Температура, ºС
Разрушающее напряжение, кгс/см²	20	40	60	80
при сжатии	126	77	40	-
при статическом изгибе	118	88	60	-
при срезе	169	131	92	53

Необходимо отметить, что свойства изделий из полиэтилена будут существенно зависеть от режимов их изготовления (скорости и равномерности охлаждения) и условий эксплуатации (температуры, давления, продолжительности. воздействия нагрузки и т. п.).

Полиэтилен высокого давления LDPE (Low Density PE - низкая плотность)

Химические свойства

Общие свойства

Устойчив к действию воды, не реагирует с щелочами любой концентрации, с растворами нейтральных, кислых и основных солей, органическими и неорганическими кислотами , даже концентрированной серной кислоты , но разлагается при действии 50%-ой азотной кислоты при комнатной температуре и под воздействием жидкого и газообразного хлора и фтора .

При комнатной температуре нерастворим и не набухает ни в одном из известных растворителей. При повышенной температуре (80 °C) растворим в циклогексане и четырёххлористом углероде . Под высоким давлением может быть растворён в перегретой до 180 °C воде .

Со временем, деструктурирует с образованием поперечных межцепных связей, что приводит к повышению хрупкости на фоне небольшого увеличения прочности. Нестабилизированный полиэтилен на воздухе подвергается термоокислительной деструкции (термостарению). Термостарение полиэтилена проходит по радикальному механизму, сопровождается выделением альдегидов, кетонов, перекиси водорода и др.

Полиэтилен низкого давления (ПЭНД), или высокой плотности (HDPE), применяется при строительстве полигонов переработки отходов, накопителей жидких и твёрдых веществ, способных загрязнять почву и грунтовые воды.

Переработка

Полиэтилен (кроме сверхвысокомолекулярного) перерабатывается всеми известными для пластмасс методами, такими как экструзия , экструзия с раздувом, литьё под давлением, пневматическое формование. Экструзия полиэтилена возможна на оборудовании с установленным «универсальным» червяком.

Применение

Малотоннажная марка полиэтилена - так называемый «сверхвысокомолекулярный полиэтилен», отличающийся отсутствием каких-либо низкомолекулярных добавок, высокой линейностью и молекулярной массой, используется в медицинских целях в качестве замены хрящевой ткани суставов. Несмотря на то, что он выгодно отличается от ПЭНД и ПЭВД своими физическими свойствами, применяется редко из-за трудности его переработки, так как обладает низким ПТР и перерабатывается только литьём.

Утилизация

Переработка

Изделия из полиэтилена пригодны для переработки и последующего использования.

Сжигание

При нагревании полиэтилена выше 140 °С возможно выделение в воздух летучих продуктов термоокислительной деструкции, содержащих уксусную кислоту, формальдегид (оказывает общетоксичное действие), ацетальдегид (вызывает раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей, удушье, резкий кашель, бронхиты, воспаление легких), оксид углерода (вызывает удушье).

Маркировка Труба ПЭ

Маркировка Труба ПЭ указывает на то, что сырьем для производства послужил полиэтилен (ПЭ), полученный путём полимеризации этилена, обладающий высокими термоизоляционными и диэлектрическими свойствами.

Трубы ПЭ обладают гибкостью, прочностью, также они не токсичны, что позволяет использовать их при проведении водопровода (в том числе и питьевого).

Достоинства труб ПЭ:

трубы из полиэтилена не реагируют на щелочные препараты, соляную кислоту, бензин, спирт, различные масла;

Устойчивы к ударам, не крошатся при минусовых температурах, стенки труб паронепроницаемы;

Лёгкий и простой монтаж путём горячей спайки. П ри грамотной эксплуатации может функционировать несколько десятков лет;

гладкая внутренняя и внешняя поверхность не подлежит коррозии растворёнными в воде солями, органическими растворителями, бактериями и микробами, не имеют известкового нароста;

повышенная пропускная возможность по сравнению с металлическими изделиями;

Высокий коэффициент линейного расширения полиэтилена позволяет стенкам трубы растягиваться в случае, если зимой там замёрзнет вода ;

полиэтиленовые трубы не требуют теплоизоляции.

Маркировка SDR

SDR (Standart Dimension Ratio) представляет собой отношение наружного диаметра полиэтиленовой (или любой другой) трубы к толщине ее стенки.

Таким образом, с увеличением показателя SDR истончается стенка трубы, и наоборот, толщина стенки растет с уменьшение показателя, т.е. чем больше значение SDR, тем тоньше труба.

Раньше показателем эксплуатационных характеристик полиэтиленовых труб был норматив MRS (Minimum Required Strength), показывающий минимальную нагрузку, при которой трубы останутся целыми и неповреждёнными.

ГОСТ 18599-2001 , который имеет название «Трубы напорные из полиэтилена», регламентирует качество труб и описывает их основные технические параметры, в том числе диаметры полиэтиленовых труб.

Маркировка Трубы ПЭ-80

Трубы ПЭ-80 изготовлены из полиэтиленового материала среднего давления. Их часто используются при проведении водопровода в жилых застройках, но для магистральной водной системы они неприменимы, т.к. толщина стенок не сможет выдержать напора большого потока воды.

Достоинства трубы ПЭ80: высокая устойчивость к износу; малый вес; долговечная эксплуатация; экологичность и безопасность при эксплуатации.

Трубы ПЭ 80 SDR 21

Трубы низкого давления, применяемые в частном домостроении при проведении безнапорной канализации в небольшом одноэтажном строении, а также питьевого водопровода. Для создания напорных водных систем в высотных зданиях они не пригодны, потому что тонкие стенки не выдержат такой большой нагрузки. Также их нельзя закапывать в землю, давление грунта чревато аварией.

Маркировка SDR 21 говорит о том, что при постоянной нагрузке в 6 атмосфер при температуре воды в 20°С трубы будут бесперебойно служить до 50 лет. Они начинают деформироваться при температуре воды свыше +40°С.

Трубы ПЭ 80 SDR 17

Труба полиэтиленовая SDR 17 отличается средним значением соотношения наружного диаметра выпускаемых на сегодняшний день труб к толщине их стенки. Трубы ПЭ 80 SDR 17 рекомендованы к применению в очень широком диапазоне. Для систем водопровода, предназначенных для подачи питьевой воды, для водопроводов хозяйственного назначения от сооружений, где производится водоочистка, до потребителя, также для монтажа оросительных систем.

Выбор этих труб для монтажа коммуникаций малоэтажного дома считается оптимальным, так как при их монтаже будет обеспечена высокая прочность, легкость трубопроводов, а затраты на приобретение материала будут сравнительно невысокими.

При температуре воды 20° С трубы выдержат нагрузку в 8 атмосфер. Он хороши в частном домостроении, однако для высотных домов такие трубы не пригодны.

Трубы ПЭ 80 SDR 13,6

Трубы ПЭ 80 SDR 13,6 являются трубами низкого давления и рекомендованы к использованию при монтаже трубопроводов, транспортирующих холодную питьевую воду, для различных нужд в загородных домах, а также трубы позволяют перемещать жидкие пищевые продукты (вино, сок, молоко). По сравнению с чугунными или стальными трубами, полиэтиленовые аналоги гораздо прочнее, при этом они лёгкие и монтируются путём горячей спайки.

Они принадлежат к категории изделий из полиэтилена низкого давления, что делает их самыми прочными среди марки ПЭ-80. Ведь её рабочим давлением можно считать 10 атмосфер. Стенки трубы способны выдержать диапазон температур от -40° С до +60° С, поэтому могут эксплуатировать в северных широтах.

Маркировка Трубы ПЭ-100

Трубы марки ПЭ-100 относятся к категории труб низкого давления и обладают высокой прочностью. Они считаются более прочными, чем аналоги с маркировкой 80, поэтому их используют для газификации и водоснабжения.

Достоинства трубы ПЭ100: успешно выдерживают высокое давление внутри трубы; невероятно прочные, выдерживают любое воздействие; легко монтируются и перевозятся из-за малого веса (имеется возможность транспортировки "труба в трубе" - при разнице в диаметрах).

ПЭ 100 SDR 26

Для производства таких труб используется полиэтилен ПЭ100, отличительными качествами которого являются высокая плотность, благодаря чему трубы из этого материала превосходят изделия из ПЭ80 по многим показателям , в том числе долгосрочной прочности и устойчивости к растрескиванию.

Это трубы используются для транспортировки хозяйственной и питьевой воды в городских условиях и за городом, также использовать в системах канализации, при проведении артезианских скважин, создании мелиорационной системы. На фабриках и заводах они послужат для подачи молока, сока или вина.

Кроме того, качественные показатели материала позволили значительно снизить толщину стенок изделия, что облегчило его вес, но при этом их пропускная способность выше на 10-15%. Рабочим давлением можно считать 6,3 атмосферы.

ПЭ 100 SDR 21

Трубы ПЭ 100 SDR 21 применяют для строительства водопроводов. Проходя по трубам этого вида, вода сохраняет свои вкусовые качества и характеризуется отсутствием посторонних запахов. Их нередко применяют не только в загородном строительстве, для создания мелиоративных и оросительных систем, при проведении загородного водопровода. Полиэтилен высокой прочности способен выдержать большой напор, и трубы ПЭ 100 SDR 21 могут применяться как элемент системы холодного водоснабжения в высотных домах.

Эти трубы обладают прекрасными показателями прочности, и идеально подходят в качестве водопровода. Они совместимы с металлическими трубами (сталь, чугун) при использовании специальных переходников. Процессы коррозии, другие виды разрушения и засоры таким трубам не страшны. При постоянной температуре воды +20° С трубы смогут выдержать давление в 8 атмосфер.

ПЭ 100 SDR 17

Трубы с пометкой ПЭ 100 SDR 17 являются трубами нового поколения. Их особенностью являются уникально высокие показатели прочности, что оказывает значительное влияние на усиление эксплуатационных характеристик труб из полиэтилена. Они хорошо переносят постоянное давление в 10 атмосфер.

Трубы этого вида рекомендованы к использованию в системах напорного водоснабжения и газопроводах. При этом такие трубы считаются идеальными для монтажа трубопроводов, имеющих большое поперечное сечение. При изготовлении труб этого вида оказывается весьма существенной экономия материала в связи с возможностью уменьшения толщины стенки при сохранении высокой прочности изделия. Технические характеристики таких труб позволяют их широкое использование при строительстве трубопроводов, отличающихся большой протяженностью.

ПЭ 100 SDR 11

Труба ПЭ100 SDR 11 изготавливается из полиэтилена, получаемого при низком давлении. При этом высокая плотность материала позволяет использовать такие трубы для водопроводов с высоким давлением. Применяемый для изготовления труб материал обеспечивает высокое качество и экологическую безопасность питьевой воды.

Надёжные и крепкие, они способны выдерживать постоянное давление в 16 атмосфер на протяжении 50 лет. Такая надёжность и толерантность к агрессивным средам даёт возможность применять эти трубы для газификации населённых пунктов. Им не страшны блуждающие токи, они легко выдерживают переменные грунтовые нагрузки. Трубы этой марки могут прокладываться методом протяжки в грунте. Плотность полиэтилена позволяет использовать их в качестве канализационных коллекторов.

Трубы ПЭ 100 RC

Однослойные и многослойные трубы для систем водоснабжения из ПЭ 100 RC. Трубы изготовлены из нового материала, полиэтилена 4-го поколения марки ПЭ 100 RC (Resistance Crack), обладающего повышенной стойкостью к появлению и распространению трещин (по показателям стойкости к МРТ (медленному растрескиванию трещин) полиэтилен ПЭ 100RC превосходит традиционный ПЭ100 в несколько раз).

При условии соблюдения правил монтажа и эксплуатации срок службы сетей из труб ПЭ100 RC составляет 100 лет.

Такие трубы предназначены для прокладки сточных систем и водопроводов в сложных геологических и климатических условиях. Применяются для: строительства трубопроводов водоснабжения и канализаций напорного типа; строительство газопроводов; традиционной траншейной прокладки без песчаной подушки; реконструкции методом «труба в трубе»; бестраншейной укладки различными методами, включая ГНБ и «прокол».

Трубы данного вида: Трубы МУЛЬТИПАЙП

Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

[–СН 2 -СН 2 –]n существует в двух основных модификациях, которые отличаются по структуре молекул полиэтилена, и, как следствие - по своим свойствам. Обе модификации получаются из этилена СН 2 =СН 2 . В одной из форм мономеры связаны в линейные цепи со степенью полимеризации (СП) обычно 5000 и более; в другой – разветвления из 4-6 углеродных атомов присоединены к основной цепи случайным способом. Линейные полиэтилены производятся с использованием особых катализаторов, полимеризация протекает при умеренных температурах (до 150 0С) и давлениях (до 20 атм).

Оснвоные свойства и характеристики полиэтилена

Полиэтилен - термопластичный полимер, который:

непрозрачен в толстом слое;
кристаллизуется в диапазоне температур от -60 °С до -269 °С;
не смачивается водой;
при комнатной температуре не растворяется в органических растворителях;
при температуре выше 80 °С сначала набухает, а затем растворяется в ароматических углеводородах и их галогенопроизводных;
ПЭ устойчив к действию водных растворов солей, кислот, щелочей , но при температурах выше 60 °С серная и азотная кислоты быстро его разрушают;
кратковременная обработка ПЭ окислителем (например, хромовой смесью) приводит к окислению поверхности и смачиванию ее водой, полярными жидкостями и клеями. В этом случае изделия из ПЭ можно склеивать.

Газообразный этилен может быть полимеризован несколькими способами, в зависимости от этого полиэтилен разделяют на:

полиэтилен высокого давления (ПЭВД) или низкой плотности (ПЭНП);
полиэтилен низкого давления (ПЭНД) или высокой плотности (ПЭВП);
а также еще на линейный полиэтилен.

ПЭВД полимеризуется радикальным способом под давлением от 1000 до 3000 атмосфер и при температуре 180 градусов. Инициатором служит кислород. ПЭНД полимеризуется при давлении не менее 5 атмосфер и температуре 80 градусов при помощи катализаторов Циглера-Натта и органического растворителя.

Линейный полиэтилен (есть еще название полиэтилен среднего давления) получают при 30-40 атмосферах и температуре около 150 градусов. Такой полиэтилен является как бы «промежуточным» продуктом между ПЭНД и ПЭВД, что касается свойств и качеств. Не так давно начала применяться технология, где используются так называемые металлоценовые катализаторы. Смысл технологии заключается в том, что удается добиться более высокой молекулярной массы полимера, это, соответственно, увеличивает прочность изделия.

По своей структуре и свойствам (несмотря на то, что используется один и тот же мономер), ПЭВД, ПЭНД, линейный полиэтилен отличаются, и, соответственно, применяются для различных задач. ПЭВД мягкий материал, ПЭНД и линейный полиэтилен имеют жесткую структуру.

Также отличия проявляются в плотности, температуре плавления, твердости, и прочности.

Сравнительная характеристика полиэтилена высокого и низкого давления (ПЭВД и ПЭНД)

Основной причиной различий свойств ПЭ , является разветвленность структуры его макромолекул: чем больше разветвлений в цепи, тем выше эластичность и меньше кристалличность полимера. Paзветвления затрудняют более плотную упаковку макромолекул и препятствуют достижению степени кристалличности 100 %; наряду с кристаллической фазой всегда имеется аморфная, содержащая недостаточно упорядоченные участки макромолекул. Соотношение этих фаз зависит от способа получения ПЭ и условии его кристаллизации. Оно определяет и свойства полимера. Пленки из ПЭНП в 5-10 раз более проницаемы, чем пленки из ПЭВП.

Механические показатели ПЭ возрастают с увеличением плотности (степени кристалличности) и молекулярной массы. В виде тонких пленок ПЭ (особенно полимер низкой плотности) обладает большей гибкостью и некоторой прозрачностью, а в виде листов приобретает большую жесткость и непрозрачность.

Полиэтилен устойчив к ударным нагрузкам . Среди наиболее важных свойств полиэтилена можно отметить морозостойкость. Изделия из полиэтилена могут эксплуатироваться при температурах от -70°С до 60 °С (ПЭНП) и до 100 °С (ПЭВП), некоторые марки сохраняют свои ценные свойства при температурах ниже -120°С.

Существенным недостатком полиэтилена является его быстрое старение . Срок старения увеличивают за счет специальных добавок - противостарителей (фенолы, амины, газовая сажа).

Электричские свойства полиэтилена характерны для неполярного полимера, поэтому он относится к высококачественным высокочастотным диэлектрикам. Диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь мало изменяются с изменением частоты электрического поля, температуры в пределах от -80 °С до 100 °С и влажности. Однако остатки катализатора в ПЭВП повышают тангенс угла диэлектрических потерь, особенно при изменении температуры, что приводит к некоторому ухудшению изоляционных свойств.

Характеристики полиэтилена низкого давления (минимальные и максимальные значения для промышленных марок)

Показатели (при 23°С)
Плотность	0,94-0,97 г/см 3
Теплостойкость по Вика (в жидкой среде, 50°С/ч, 50Н)	18-32 МПа
	10-19 МПа
	610-1600 МПа
Относительное удлинение при растяжении (50мм/мин)	600-700 %
	2-NB кДж/м2
Твердость при вдавливании шарика (358 Н, 30с)	38-59 МПа
	10^14-10^15 Ом
	0,1 %

Полиэтилен высокого давления

Полиэтилен ПНД (высокой плотности) применяется преимущественно для выпуска тары и упаковки . За рубежом примерно третья часть выпускаемого полимера используется для изготовления контейнеров выдувным формованием (емкости для пищевых продуктов, парфюмерно-косметических товаров, автомобильных и бытовых химикатов, топливных баков и бочек). При этом стоит отметить, что по сравнению с другими областями, опережающими темпами растет использование ПЭНД для производства упаковочных пленок. ПЭНД находит также применение в производстве труб и деталей трубопроводов, где используются такие достоинства материала как долговечность (срок службы - 50 лет), простота стыковой сварки, дешевизна (в среднем на 30% ниже по сравнению с металлическими трубами).

Другие обозначения : PE-LD, PEBD (французское и испанское обозначение).

Легкий эластичный кристаллизующийся материал с теплостойкостью без нагрузки до 60°С (для отдельных марок до 90 °С). Допускает охлаждение (различные марки в диапазоне от -45 до -120°С).

Свойства ПЭВД сильно зависят от плотности материала. Увеличение плотности приводит к повышению прочности, жесткости, твердости, химической стойкости. В то же время при увеличении плотности снижается ударопрочность при низких температурах, удлинение при разрыве, трещиностойкость, проницаемость для газов и паров. Склонен к растрескиванию при нагружении. Не отличается стабильностью размеров.

Обладает отличными диэлектрическими характеристиками.
Имеет очень высокую химическую стойкость.
Не стоек к жирам, маслам.
Не стоек к УФ-излучению.
Отличается повышенной радиационной стойкостью.
Биологически инертен.
Легко перерабатывается.

Характеристики полиэтилена высокого давления (минимальные и максимальные значения для промышленных марок)

Показатели (при 23°С)	Значения для ненаполненных марок
Плотность	0,91-0,925 г/см 3
Предел текучести при растяжении (50 мм/мин)	8-13 МПа
Модуль упругости при растяжении (1 мм/мин)	118-350 МПа
Относительное удлинение при растяжении (50 мм/мин)	100-150 %
Ударная вязкость по Шарпи (образец с надрезом)	NB
Удельное поверхностное электрическое сопротивление	1014-1015 Ом
Водопоглощение (24 ч, влажность 50%)	0,01 %

Структура потребления полиэтилена в различных секторах промышленности, %

Изоляция электрических проводов из полиэтилена.

Высокие диэлектрические свойства полиэтилена и его смесей с полиизобутиленом, малая проницаемость для паров воды позволяют широко использовать его для изоляции электропроводов и изготовления кабелей, применяемых в различных средствах связи (телефонной, телеграфной), сигнальных устройствах, системах диспетчерского телеуправления, высокочастотных установках, для обмотки проводов двигателей, работающих в воде, а также для изоляции подводных и коаксиальных кабелей.

Кабель с изоляцией из полиэтилена имеет преимущества по сравнению с каучуковой изоляцией. Он легок, более гибок и обладает большей электрической прочностью. Провод, покрытый тонким слоем полиэтилена, может иметь верхний слой из пластифицированного поливинилхлорида, образующего хорошую механическую защиту от повреждений.

В производстве кабелей находит применение ПЭНП, сшитый небольшими количествами (1-3 %) органических перекисей или облученный быстрыми электронами.

Пленки и листы из полиэтилена.

Пленки и листы могут быть изготовлены из ПЭ любой плотности. При получении тонких и эластичных пленок более широко применяется ПЭНП. Листы ПЭ-пленки изготовляются двумя методами: экструзией расплавленного полимера через кольцевую щель с последующим раздувом или экструзией через плоскую щель с последующей вытяжкой. Они выпускаются толщиной 0,03-0,30 мм, шириной до 1400 мм (в некоторых случаях до 10 м) и длиной до 300 м.

Кроме тонких пленок, выпускается полиэтилен в листах , толщиной 1-6 мм и шириной до 1400 мм, Их применяют в качестве футеровочного и электроизоляционного материала и перерабатывают в изделия технического к бытового назначения методом вакуумного формования.

Большая часть продукции из ПЭНП служит упаковочным материалом, конкурируя с другими пленками (целлофановой, поливинилхлоридной , поливинилиденхлоридной, поливинилфторидной, полиэтилентерефталатнсй, из поливинилового спирта и др.), меньшая часть используется для изготовления различных изделий (сумок, мешков, облицовки для ящиков, коробок и других видов тары).

Широко применяются пленки для упаковки замороженного мяса и птицы, при изготовлении аэростатов и баллонов для проведения метеорологических и других исследований верхних слоев атмосферы, защиты от коррозии магистральных нефте- и газопроводов. В сельском хозяйстве прозрачная пленка используется для замены стекла в теплицах и парниках. Черная пленка служит для покрытия почвы в целях задержания тепла при выращивании овощей, плодово-ягодных и бобовых культур, а также для выстилания силосных ям, дна водоемов и каналов. Все больше применяется полиэтиленовая пленка в качестве материала для крыш и стен при сооружении помещений для хранения урожая, сельскохозяйственных машин и другого оборудования.

Из полиэтиленовой пленки изготовляют предметы домашнего обихода: плащи, скатерти, гардины, салфетки, передники, косынки и т. п. Пленка может быть нанесена с одной стороны на различные материалы: бумагу, ткань, целлофан, металлическую фольгу.

Армированная полиэтиленовая пленка отличается большей прочностью, чем обычная пленка такой же толщины. Материал состоит из двух пленок, между которыми находятся армирующие нити из синтетических или природных волокон или редкая стеклянная ткань.

Из очень тонких армированных пленок изготовляют скатерти, а также пленки для теплиц; из более толстых пленок - мешки и упаковочный материал. Армированная пленка, упрочненная редкой стеклянной тканью, может быть применена для изготовления защитной одежды и использована в качестве обкладочного материала для различных емкостей.

На основе пленок из ПЭ могут быть изготовлены липкие (клеящие) пленки или ленты, пригодные для ремонта кабельных линий вы¬сокочастотной связи и для защиты стальных подземных трубопроводов от коррозии. Полиэтиленовые пленки и ленты с липким слоем содержат на одной стороне слой из низкомолекулярного полиизобутилена, иногда в смеси с бутилкаучуком. Выпускаются они толщиной 65-96 мкм, шириной 80-I50 мм.

ПЭНП и ПЭВП применяют и для защиты металлических изделий от коррозии. Защитный слой наносится методами газопламенного и вихревого напыления.

Трубы и трубная продукция из полиэтилена

Из всех видов пластмасс ПЭ нашел наибольшее применение для изготовления экструзии и центробежного литья труб, характеризующихся легкостью, коррозионной стойкостью, незначительным сопротивлением движению жидкости, простотой монтажа, гибкостью, морозостойкостью, легкостью сварки.

Непрерывным методом выпускаются трубы любой длины с внутренним диаметром 6-300 мм при толщине стенок 1,5-10 мм. Полиэтиленовые трубы небольшого диаметра наматываются на барабаны. Литьем под давлением изготовляют арматуру к трубам, которая включает коленчатые трубы, согнутые под углом 45 и 90 град; тройники, муфты, крестовины, патрубки. Трубы большого диаметра (до 1600 мм) с толщиной стенок до 25 мм получают методом центробежного литья.

Полиэтиленовые трубы вследствие их химической стойкости и эластичности применяются для транспортировки воды, растворов солей и щелочей, кислот, различных жидкостей и газов в химической промышленности, для сооружения внутренней и внешней водопроводной сети, в ирригационных системах и дождевальных установках.

Трубы из ПЭНП могут работать при температурах до 60°С, а из ПЭВП - до 100°С. Такие трубы не разрушаются при низких температурах (до – 60°С) и при замерзании воды; они не подвержены почвенной коррозии.

21-й век общепринято называть не только временем высоких технологий, но и веком полимеров. Именно благодаря получению , синтезированных путем проведения сложных реакций, из нефти и других природных ископаемых, современная наука смогла получить сотни различных материалов.

За счет своих свойств, многие полимеры уже практически полностью вытеснили из некоторых сфер промышленности и быта привычные природные вещества – натуральный камень и древесину. Стоимость производства пластмасс невысокая, а технические характеристики некоторых полимеров не уступают металлу, что дало мощный толчок в широком распространении этих искусственно получаемых высокомолекулярных соединений.

абсолютная водонепроницаемость. Полимер не смачивается водой и не впитывает ее, если к нему не были применены различные химические реагенты, в основном кислоты и окислители;
высокая химическая стойкость. Материал не взаимодействует с водными растворами любых щелочей, кислот и солей, при комнатной температуре не поддается воздействию любых органических растворителей. При повышении температуры выше +60 градусов, легко растворяется под действием серной и азотной кислот;
имеет небольшой вес и различную плотность. Показатели зависят от разновидности и способа получения определенного вида полиэтилена;
кристаллизация полимера наступает в диапазоне температур от -60 до -296 градусов Цельсия.

Несмотря на наличие широкого спектра полезных свойств, которыми обладает полиэтилен, недостатки у материала также имеются. Они не являются глобальными, но их тоже стоит знать.

В первую очередь, любой полиэтилен в естественной среде, что может существенно ухудшить экологию планеты. Второй момент – это неспособность полимера противостоять высоким температурам (больше 100-120 градусов), что не дает возможности применять его в экстремальных температурных условиях.

Области применения

Благодаря широкому распространению, техническим характеристикам и невысокой стоимости получения, полиэтилен применяется во многих отраслях промышленности и народного хозяйства . Основными сферами использования можно считать следующие:

строительство. Сегодня существует масса специальных монтажных пленок и мембран, которые широко используют при постройке объектов в качестве паро и гидроизоляции. Для прокладки различных инженерных коммуникаций (в основном, магистрали подачи холодной воды), широко используются трубы из сшитого полиэтилена. В качестве изоляции проводов также применяют специальные защитные короба из полиэтилена;
упаковка. Наиболее распространенная область применения ПЭ. Мы уже не можем себе представить альтернативу пластиковым бутылкам, в которых мы регулярно покупаем напитки, масло, бытовую химию и многие другие товары. Существует масса полиэтиленовых контейнеров, для технического использования и пищевой промышленности. Упаковочный скотч и стретч-пленка изготавливаются также из полиэтилена. Пакеты для продуктов, которые продаются в любом супермаркете – это тоже продукт полимеризации этилена;
сельское хозяйство. Большой выбор различных пленок и мембран из полиэтилена дает возможность быстро и недорого изготовить парники и теплицы, системы полива и орошения с полиэтиленовыми насадками также получили широкое распространение;
товары народного потребления. Начиная от детских игрушек (используется только пищевой ПЭ) и, заканчивая бытовыми приборами, полиэтилен широко используется в нашей жизни.

Кроме того, некоторые разновидности этого полимера применяют в автомобилестроении и медицине.

Низкая стоимость, легкий и быстрый процесс получения, позволили полиэтилену получить широкое распространение во многих отраслях промышленности и быта, что по праву ставит этот полимер на первое место по популярности.

В истории науки некоторые открытия происходили случайно, а востребованные сегодня материалы часто являлись побочным продуктом какого-либо опыта. Совершенно случайно были открыты анилиновые красители для ткани, давшие впоследствии экономический и технический прорыв в легкой промышленности. Похожая история произошла и с полиэтиленом.

Открытие материала

Первый случай получения полиэтилена произошел в 1898 году. В ходе разогревания диамезотана химик немецкого происхождения Ганс фон Пехман обнаружил не дне пробирки странный осадок. Материал был достаточно плотным и напоминал воск, коллеги ученого назвали его полиметиллином. Дальше случайности у этой группы ученых дело не пошло, результат был почти забыт, интереса ни у кого не возникло. Но все же идея повисла в воздухе, требуя прагматичного подхода. Так и случилось, через тридцать с лишком лет полиэтилен был вновь открыт как случайный продукт неудачного эксперимента.

Англичане подхватывают и выигрывают

Современный материал полиэтилен появился на свет в лаборатории английской компании Imperial Chemical Industries. Э. Фоссет и Р. Джибсон проводили эксперименты с участием газов высокого и низкого давления и заметили, что один из узлов техники, в которой проводились опыты, покрылся неизвестным восковидным веществом. Заинтересовавшись побочным эффектом, они совершили несколько попыток получить вещество, но безуспешно.

Синтезировать полимер удалось М. Перрину, сотруднику той же компании, через два года. Именно он создал технологию, послужившую основой для промышленного производства полиэтилена. В дальнейшем свойства и качества материала изменялись лишь с помощью применения различных катализаторов. Массовое производство полиэтилена началось в 1938 году, а запатентован он был в 1936 году.

Сырье

Полиэтилен - это твердый полимер белого цвета. Относится к классу органических соединений. Из чего делают полиэтилен? Сырьем для его получения является газ этилен. Газ полимеризуют при высоком и низком давлении, на выходе получают гранулы сырья для дальнейшего использования. Для некоторых технологических процессов полиэтилен производится в виде порошка.

Основные виды

На сегодняшний день полимер выпускается двух основных марок ПВД и ПНП. Материал, изготовленный при среднем давлении относительного новое изобретение, но в перспективе количество выпускаемого продукта будет неизменно расти в связи с улучшающимися характеристиками и широким полем для применения.

Для коммерческого использования производят следующие виды материала (классы):

Низкой плотности или другое название - высокого давления (ПЭВД, ПВД).
Высокой плотности, или низкого давления (ПЭНП, ПНП).
Линейный полиэтилен, или полиэтилен среднего давления.

Также существуют другие виды полиэтилена, каждый из которых имеет свои свойства и сферу применения. В гранулированный полимер в процессе производства добавляются различные красители, позволяющие получить черный полиэтилен, красный или любого другого цвета.

ПВД

Производством полиэтилена занимается химическая промышленность. Газ этилен - основной элемент (из чего делают полиэтилен), но не единственный, требующийся для получения материала.

Температура нагревания составляет до 120 °С.
Режим давления до 4 МПа.
Стимулятор процесса - катализатор (Циглера-Натта, смесь хлорида титана с мелаллоорганическим соединением).

Процесс сопровождается выпадением полиэтилена в виде хлопьев, которые потом проходят процесс отделения от раствора с последующей грануляцией.

Этот вид полиэтилена характеризуется более высокой плотностью, устойчивостью к нагреванию и разрыву. Сферой применения являются различные виды упаковочных пленок, в том числе для фасовки горячих материалов/продуктов. Из гранулированного сырья этого типа полимера изготавливают детали для крупногабаритных машин методом литья, изоляционные материалы, трубы повышенной прочности, товары народного потребления и пр.

Полиэтилен низкого давления

Производство ПНП имеет три способа. Большинство предприятий использует метод «суспензионной полимеризации». Процесс получения ПНП происходит с участием суспензии и постоянном перемешивании исходного сырья, для запуска процесса требуется катализатор.

Вторым по распространенности способом производства является полимеризация в растворе под воздействием температуры и участии катализатора. Метод не слишком эффективен, поскольку в процессе полимеризации катализатор вступает в реакцию, и конечный полимер теряет часть своих качеств.

Последним из способов производства ПНП является газофазная полимеризация, она почти ушла в прошлое, но иногда встречается на отдельных предприятиях. Процесс происходит с помощью смешивания газовых фаз сырья под воздействием диффузии. Конечный полимер получается с неоднородной структурой и плотностью, что сказывается на качестве готового продукта.

Производство происходит при следующем режиме:

Температура поддерживается на уровне от 120°C до 150°C.
Давление не должно превышать 2 МПа.
Катализаторы процесса полимеризации (Циглера-Натта, смесь хлорида титана с мелаллоорганическим соединением).

Материал такого способа изготовления характеризуется жесткостью, высокой плотностью, малой эластичностью. Поэтому сферой его применения является промышленность. Технический полиэтилен применяется для изготовления крупногабаритных емкостей с повышенными характеристикам прочности. Востребован в строительной сфере, химической промышленности, для производства ТНП он почти не применяется.

Свойства

Полиэтилен устойчив к воздействию воды, ко многим видам растворителей, кислотам не вступает в реакцию с солями. При горении выделяется запах парафина, наблюдается свечение голубого оттенка, огонь слабый. Разложение происходит при воздействии азотной кислоты, хлора и фтора в газообразном или жидком состоянии. При старении, которое происходит на воздухе, в материале образуются поперечные связи между цепями молекул, что делает материал хрупким, крошащимся.

Потребительские качества

Полиэтилен - уникальный материал, привычный в быту и производстве. Вряд ли рядовой потребитель, сможет определить с каким количеством предметов из него он сталкивается ежедневно. В мировом выпуске полимеров полиэтилен занимает львиную долю рынка - 31% от общего валового продукта.

В зависимости от того, из чего сделан полиэтилен и технологии производства, определяются его качества. Этот материал соединяет порой противоположные показатели: гибкость и прочность, пластичность и твердость, сильное растяжение и устойчивость к разрыву, устойчивость к агрессивным средам и биологическим агентам. В быту мы используем пакеты различной плотности, одноразовую посуду, полиэтиленовые крышки, детали бытовых приборов и многое другое.

Области применения

Применение изделий из полиэтилена не имеет ограничений, любая отрасль промышленности или человеческой деятельности сопровождается этим материалом:

Наибольшее распространение полимер получил в изготовлении упаковочных материалов. На эту часть применения приходится около 35% всего производимого сырья. Такое использование оправдано грязеооталкивающими свойствами, отсутствием среды для возникновения грибкового поражения и жизнедеятельности микроорганизмов. Одна из удачных находок - рукав полиэтиленовый, имеющий широкое применение. Варьируя по собственному усмотрению длину, пользователь ограничен лишь шириной упаковки.
Помня, из чего сделан полиэтилен, становится понятным, почему он получил распространение как один из лучших изоляционных материалов. Одним из его востребованных в этой сфере качеств стало отсутствие электропроводимости. Также незаменимы его свойства водоотталкивания, что нашло применение в производстве гидроизоляционных материалов.
Устойчивость к разрушительной силе воды, как растворителя, позволяет изготавливать трубы из полиэтилена для бытовых и промышленных потребителей.
В строительной отрасли используются шумоизолирующие качества полиэтилена, его низкая теплопроводность. Эти свойства пригодились при изготовлении на его основе материалов для утепления жилых и промышленных объектов. Полиэтилен технический используется для изоляции тепловых трасс, в машиностроении и пр.
Не менее устойчив материал к агрессивным средам химической промышленности, трубы из полиэтилена применяются в лабораториях и химических производствах.
В медицине полиэтилен полезен в виде перевязочных материалов, протезов конечностей, используют его в стоматологии и т.д.

Способы переработки

В зависимости от того каким способом было переработано гранулированное сырье, будет зависеть какой марки полиэтилен будет получен. Распространенные способы:

Экструзия (выдавливание). Применяется для упаковочных и других видов пленок, листового материала для строительства и отделки, изготовления кабелей, производится рукав полиэтиленовый и прочие изделия.
Литье, способом. В основном используется для изготовления упаковочных материалов, боксов и т.д.
Экструзионно-выдувной, ротационный. С помощью этого способа получают объемные емкости, крупногабаритную тару, сосуды.
Армирование. По определенной технологии в формируемую массу полиэтилена закладываются усиливающие элементы (металл), что позволяет получить строительный материал повышенной прочности, но с меньшей стоимостью.

Из чего делают полиэтилен, кроме основных составляющих веществ? Обязательным является катализатор процесса и добавки, меняющие свойства, качества готового материала.

Вторичная переработка

Стойкость полиэтилена - это его плюс в качестве потребительского товара и его минус, как одного из главных загрязняющих окружающую среду факторов. На сегодняшний день важным становится переработка отходов - рециклинг. Все марки полиэтилена могут быть утилизированы и повторно превращены в гранулированное сырье, из которого можно делать множество востребованных товаров народного и промышленного потребления.

Полиэтиленовые крышки, пакеты, бутылки будут разлагаться на свалке не одну сотню лет, а накопленные отходы отравляют природные жизненно важные ресурсы. Мировая практика демонстрирует рост количества перерабатывающих полиэтилен предприятий. Собирая фактически мусор, в таких компаниях проводят его санацию, дробят. Таким образом, происходит экономия ресурсов, охрана окружающей среды и производство востребованной продукции.