Предел прочности полиэтилена при растяжении
Свойства полиэтилена, применяемого для изготовления труб и фитингов
Полимеризацией при высоком давлении получают разветвленный ПНП. Полимеризацией при низком давлении различными методами (газофазный, суспензионный, в растворе) получают линейный полиэтилен. При этом за счет введения сополимеров может быть получен ПЭ различной плотности — от 920 до 960 кг/м3.
Гранулы полиэтилена
Отечественные трубные марки ПНД производятся газофазным методом с использованием бутена-1 в качестве сополимера. Полимеризацией при низком давлении может быть получен ПСП. Внешне трубы из ПНД и ПВД ничем не отличаются, поэтому при отсутствии маркировки или паспорта (документа о качестве) на трубы отличить их довольно трудно.
Если имеются два отрезка трубы — из ПНД и ПВД — одного наружного диаметра с одинаковой толщиной стенки, то при приложении равных нагрузок труба из ПНД сплющивается в меньшей степени. Труба из ПНД более твердая, чем труба из ПВД, при проведении по ней ногтем обычно остается малозаметная царапина, тогда как на поверхности трубы из ПВД она более заметна. При ударе о твердую поверхность детали из ПВД издают глухой звук, а детали из ПНД — относительно звонкий звук.
Высокая плотность и монолитность соединения могут быть получены только при сварке деталей из одного вида и марки термопласта. Трубы из ПЭ, ПП или ПБ, сваренные между собой, не образуют прочного соединения и легко разрушаются при механическом воздействии.
Стойкость к климатическому (атмосферному) старению
Полиэтилен чувствителен к ультрафиолетовым лучам и теплу. Под их воздействием изменяются его цвет и механические характеристики, т.е. он становится более твердым и хрупким. Эти изменения происходят не сразу и становятся заметными только после года хранения труб на открытом воздухе, на солнце и в неблагоприятных климатических условиях. Так как трубы укладываются в траншеи, то опасность атмосферного старения полиэтилена становится минимальной.
Читайте также: Электромуфтовая сварка: последовательность проведения работСвойства полиэтилена — Стойкость к температурным воздействиям
При температурном воздействии, особенно длительном, полиэтилен в изделии становится более «эластичным», т.е. легко поддающимся деформированию при приложении к нему механических нагрузок. Обычно ПЭ трубы рассчитываются исходя из прочности материала при температуре 20 °С. Если температура ниже этого значения, то проность, как правило, повышается. Это повышение прочности, чаще всего, не учитывается при назначении эксплуатационных параметров трубопровода, но сам факт повышения прочности ПЭ увеличивает коэффициент запаса прочности трубы.
Температура плавления полиэтилена, при которой он переходит из твердого состояния в расплавленное, составляет от 115 до 130 °С. Температура начала размягчения — 110 °С. Температура хрупкости — минус 70 °С.
Свойства полиэтилена — Прочность при растяжении
Значение предела текучести при одноосном растяжении является весьма важной характеристикой ПЭ, т.к. оно указывает о том предельном состоянии материала, по достижении которого в термопласте возникают необратимые деформации. Среднее значение предела текучести ПНП, ПСП и ПВП составляет от 11,0 до 28,0 МПа. Относительное удлинение полиэтилена при пределе текучести составляет 16 %. Разрушающее напряжение — предел прочности при растяжении, составляет более 30,0 МПа.
Относительное удлинение полиэтилена при разрыве
Свойства полиэтилена, значение относительного удлинения при разрыве полиэтилена составляет от 300 до 1000 % при скорости растяжения от 50 до 100 мм/мин и температуре 20 °С. Конкретное значение удлинения при разрыве зависит от скорости растяжения и температуры.
Линейное расширение
Коэффициент линейного расширения полиэтилена в десять раз превышает соответствующий коэффициент для стали. Для полиэтилена он составляет 0,12-0,20 мм/(м-°С), тогда как у стали — 0,011 мм/(м-°С). Это следует учитывать при прокладке трубопроводов из ПЭ труб и соблюдать меры предосторожности.
Релаксационные Свойства полиэтилена
Если ПЭ подвергнуть длительному внешнему воздействию, то со временем внутреннее напряжение ПЭ в изделии уменьшается, т.к. материал как бы адаптируется к новому состоянию — более равновесному.
Свойства полиэтилена — Диффузионная проницаемость
Полиэтилен не является абсолютно герметичным по отношению к диффузионной проницаемости, особенно газов, которая повышается с увеличением температуры. Однако диффузионная проницаемость ПЭ чрезвычайно мала и составляет для газа при давлении до 0,3 МПа — 0,6 м3 на один километр в течение года.
Теплоизоляционные свойства полиэтилена
ППолиэтилен обладает хорошими теплоизоляционными свойствами. Тем не менее, для подземных трубопроводов теплоизоляционные характеристики грунта не менее значимы, чем аналогичные свойства самой полиэтиленовой трубы. Коэффициент теплопроводности полиэтилена составляет в среднем 0,22-0,4 Вт/(м-°С).
Стойкость к химическим веществам полиэтилена
Полиэтилен в изделии обладает хорошей стойкостью к воздействию различных агрессивных химических веществ: азотной кислоты различной концентрации, аммиака (газообразного, сухого, 100%-го, чистого, водного раствора, насыщенного на холоде), технического ацетона, бензина, винной кислоты, любого вина, воды (дистиллированной, деминерализованной, обессоленной, минеральной, морской), солей калия, сжатого воздуха, содержащего масла, солей меди и магния, отходящих газов систем канализации и др., содержащих диоксид углерода, соляную кислоту, диоксид серы, ртуть, сероводород, серу, мочевину, мыльный раствор и пр.
Обладает относительной стойкостью в концентрированной (более 50%) азотной кислоте, бензоле и некоторых других ароматических углеводородах.
Читайте также: Классификация газопроводов: по виду газа и давлениюСвойства полиэтилена — Горючесть
Свойства полиэтилена при контакте с огнем полиэтилен быстро загорается, плавится и стекает каплями. Пламя при горении — синее, слабосветящееся, с запахом затухающей свечи.
Наиболее опасными токсичными газами, образующимися при сгорании полиэтилена, являются углерода оксид (СО), водорода хлорид (HCI) и углерода диоксид (СО2). Количество СО, выделяющегося при термическом разложении полиэтилена, составляет 9-12 %.
Диоксид углерода в малых концентрациях не представляет большой опасности: его концентрацию 1,5 % в воздухе человек переносит без вреда для организма, но при концентрациях 3,0-4,5 % этот газ становится опасным для жизни человека при получасовом вдыхании. В настоящее время в нашей стране отсутствуют нормативные документы, регламентирующие критические концентрации СО, СО2, HCI и О2 при пожаре. В связи с этим для оценки пожарной опасности пластмассовых трубопроводов литературными источниками рекомендуются следующие критические концентрации: СО — 0,1 %, СО2 — б %, HCI — 5 % и О2 — 17 %.
В качестве замедлителей горения полиэтилена применяются хлор- и бромсодержащие органические соединения. В качестве средств пожаротушения применяются: тонко распыленная вода, вода с добавками поверхностно-активных веществ, пена, огнетушащие порошки, асбестовое полотно и др.
Санитарно-гигиенические свойства
Из полиэтилена в воду могут выделяться некоторые химические вещества в концентрациях, не превышающих предельно допустимую (ПДК). Мигрирующие соединения, как правило, не придают воде привкусов и запахов, но могут вызывать образование быстроисчезающей пены при взбалтывании водных вытяжек.
Для светостабилизации полиэтилена применяют различные сорта сажи, содержащие до 0,5 мг/кг бензопирена. Количество сажи в полиэтилене не должно превышать 2,5 %. Исследования показали допустимость использования труб из ПЭ для транспортирования хлорированной воды. При этом не отмечено значительного увеличения хлоропоглощаемости.
ПНД может выделять в воду те же вещества, что и ПВД, но кроме того — остатки комплексных металлоорганических катализаторов и растворителей. Трубы из ПЭ, облученные дозами ускоренных электронов или лучами, не изменяют вкуса и запаха соприкасающейся с ними воды и не повышают ее окисляемость.
Установлено, что увеличение числа бактерий в стоячей воде, находящейся в ПЭ трубах, вызвано их размножением вследствие органических загрязнений, имеющихся в воде, а не влиянием полимерного материала. Посев бактериальных культур, выделенных из водопроводной воды, в минеральную среду с полиэтиленом порошками различной молекулярной массы в качестве единственного источника углерода доказал, что эти микроорганизмы не в состоянии употреблять полиэтилен. ПВД не влияет на выживаемость в воде кишечной палочки. Таким образом, основным ограничением при использовании полиэтилена в контакте с питьевой водой является опасность изменения ее органолептических Свойства полиэтилена, в основном запаха.
Сохранить
montagtrub.ru
Предел прочности при растяжении
Предел прочности при растяжении (сопротивление на разрыв) или временное сопротивление разрыву σв – механическое напряжение, выше которого происходит разрушение материала. Поскольку при оценке прочности время нагружения образцов часто не превышает нескольких секунд от начала нагружения до момента разрушения, то его также называют условно-мгновенным пределом прочности, или хрупко-кратковременным пределом прочности.
Предел прочности при растяжении измеряется:
1 кгс/мм2 = 10-6 кгс/м2 = 9,8·106 Н/м2 = 9,8·107 дин/см2 = 9,81·106 Па = 9,81 МПа.
| Металлы | |||
| Алюминий | 8-11 | 7,8-10,8 | 78-108 |
| Алюминий отожженный | 9,1-10,95 | 8,96-10,75 | 89-108 |
| Бериллий | 14 | 13,8 | 138 |
| Бронза (91 % Cu + 6 % Sn + 3 % Zn) | 20-38 | 19,6-37,3 | 196-373 |
| Ванадий | 18-45 | 17,6-44,2 | 176-442 |
| Вольфрам | 120-140 | 118,0-137,5 | 1180-1375 |
| Вольфрам отожженный | 71,3-82,5 | 69,9-80,9 | 699-809 |
| Дюраль | 40-50 | 39,2-49,1 | 392-491 |
| Железо кованное | 40-60 | 39,2-58,9 | 392-589 |
| Гафний | 35-45 | 34,5-44,2 | 345-442 |
| Золото | 14-16 | 13,8-15,7 | 138-157 |
| Золото отожженное | 12,6 | 12,4 | 124 |
| Инвар | 78 | 76,5 | 765 |
| Индий | 5,1 | 5,05 | 50,5 |
| Кадмий | 6,4 | 6,3 | 63 |
| Кальций | 6,1 | 6 | 60 |
| Кобальт отожженный | 49,8 | 48,9 | 489 |
| Константан (60 % Cu + 40 % Ni) | 32 | 31,4 | 314 |
| Латунь (66 % Cu + 34 % Zn) | 10-20 | 9,8-19,6 | 98-196 |
| Магний | 18-25 | 17,6-24,5 | 176-245 |
| Магний литой | 30 | 29,4 | 294 |
| Медь | 22-24 | 21,6-23,5 | 216-235 |
| Медь деформированная | 20,4-25,5 | 20-25 | 200-250 |
| Молибден | 40-70 | 39,3-68,6 | 393-686 |
| Молибден литой | 31,4 | 30,8 | 308 |
| Никель | 40-50 | 39,3-49,1 | 393-491 |
| Ниобий | 35-50 | 34,5-49,1 | 345-491 |
| Ниобий отожженный | 32,8-41,4 | 32,2-40,6 | 320-406 |
| Олово | 1,7-2,5 | 1,7-2,5 | 17-25 |
| Олово литое | 1,5-2,5 | 1,5-2,4 | 15-24 |
| Палладий | 18-20 | 17,6-19,6 | 176-196 |
| Палладий литой | 18,6 | 18,2 | 182 |
| Платина | 24-34 | 23,5-34,0 | 235-34 |
| Родий отожженный | 56 | 55 | 550 |
| Свинец | 1,1-1,3 | 1,1-1,3 | 10,8-12,7 |
| Серебро | 10-15 | 9,8-14,7 | 98-147 |
| Серебро отожженное | 13,8 | 13,5 | 135 |
| Сталь инструментальная | 45-60 | 44,1-58,9 | 441-589 |
| Сталь кремнехромомарганцовистая | 155 | 152 | 1520 |
| Сталь специальная | 50-160 | 49-157 | 491-1570 |
| Сталь рельсовая | 70-80 | 68-78 | 687-785 |
| Сталь углеродистая | 32-80 | 31,4-78,5 | 314-785 |
| Тантал | 20-45 | 19,6-44,2 | 196-442 |
| Титан | 25-35 | 24,5-34,5 | 245-345 |
| Титан отожженный | 30 | 29,6 | 296 |
| Хром | 30-70 | 29-69 | 294-686 |
| Цинк | 11-15 | 10,8-14,7 | 108-147 |
| Цирконий | 25-40 | 24,5-39,3 | 245-393 |
| Чугун | 10-12 | 9,8-11,8 | 98-118 |
| Чугун ковкий | 20 | 19,6 | 196 |
| Чугун серый мелкозернистый | 21-25 | 20,6-24,5 | 206-245 |
| Чугун серый обыкновенный | 14-18 | 13,7-17,7 | 137-177 |
| Пластмассы | |||
| Аминопласт слоистый | 8 | 7,8 | 78 |
| Асботекстолит | 6,5-11,9 | 6,4-11,7 | 64-117 |
| Винипласт | 4-6 | 3,9-5,9 | 39-59 |
| Гетинакс | 15-17 | 14,7-16,7 | 147-167 |
| Гранулированный сополимер | 4 | 3,9 | 39 |
| Древесно-слоистый пластик ДСП-Б (длинный лист) | 22 | 21,6 | 216 |
| Древесный коротковолнистый волокнит К-ФВ25 | 3 | 2,94 | 29,4 |
| Капрон стеклонаполненный | 15-18 | 14,7-17,6 | 147-176 |
| Пенопласт плиточный | 0,06 | 0,06 | 0,59 |
| Пенопласт ФК-20 | 0,17 | 0,17 | 1,7 |
| Полиакрилат (оргстекло) | 5 | 4,9 | 49 |
| Полиамид наполненный П-68 | 5-6 | 4,9-5,9 | 49-59 |
| Полиамид стеклонаполненный СП-68 | 7,4-8,5 | 7,3-8,3 | 73-83 |
| Поливинилхлорид неориентированный | 3-5 | 2,9-4,9 | 29-49 |
| Поликапроамид | 6,0-6,5 | 5,9-6,4 | 59-64 |
| Поликапроамид стеклонаполненный | 12,9-15,0 | 12,7-14,7 | 127-147 |
| Поликарбонат (дифион) | 6,0-8,9 | 5,9-8,7 | 59-87 |
| Поликарбонат стеклонаполненный | 12,5-15,0 | 12,3-14,8 | 123-148 |
| Полипропилен ПП-1 | 2,5 | 2,5 | 25 |
| Полипропилен стеклонаполненный | 5,6 | 5,5 | 55 |
| Полистирол стеклонаполненный | 7,4-10,5 | 7,3-10,3 | 73-103 |
| Полистирол суспензионный ПС-С | 4,0 | 3,9 | 39 |
| Полистирол эмульсионный А | 3,5-4,0 | 3,4-3,9 | 34-39 |
| Полиформальдегид стабилизированный | 6-7 | 5,9-6,9 | 59-69 |
| Полиэтилен высокого давления кабельный П-2003-5 | 1,20-1,39 | 1,18-1,37 | 11,8-13,7 |
| Полиэтилен высокого давления П-2006-Т | 1,39 | 1,37 | 13,7 |
| Полиэтилен низкого давления П-4007-Э | 2,20 | 2,16 | 21,6 |
| Полиэтилен среднего давления | 2,70-3,29 | 2,65-3,23 | 26,5-32,3 |
| Стекло органическое ПА, ПБ, ПВ | 5 | 4,9 | 49 |
| Стеклотекстолит | 30 | 29,4 | 294 |
| Текстолит графитированный | 9 | 8,8 | 88 |
| Текстолит поделочный ПТК | 10 | 9,8 | 98 |
| Фаолит А | 1,73 | 1,7 | 17 |
| Фенопласт текстолитовый | 8-10 | 7,8-9,8 | 78-98 |
| Фторопласт 3 | 3-4 | 2,9-3,9 | 29-39 |
| Фторопласт 4 | 2 | 1,96 | 19,6 |
| Целлон | 4 | 3,9 | 39 |
| Дерево | |||
| Бамбук | 22 | 21,6 | 216 |
| Береза | 7 | 6,9 | 69 |
| Бук | 8 | 7,8 | 78 |
| Дуб | 8 | 7,8 | 78 |
| Дуб (при 15 % влажности) вдоль волокон | 9,5 | 9,3 | 93 |
| Ель | 5 | 4,9 | 49 |
| Железное дерево | 22 | 21,6 | 216 |
| Сосна | 5 | 4,9 | 49 |
| Сосна (при 15 % влажности) вдоль волокон | 8 | 7,8 | 78 |
| Минералы | |||
| Графит | 0,5-1,0 | 0,5-0,9 | 4,9-9,8 |
| Различные материалы | |||
| Бакелит | 2-3 | 1,96-2,94 | 19,6-29,4 |
| Гранит | 0,3 | 0,29 | 2,9 |
| Кетгут | 42 | 41,2 | 412 |
| Лед (0 °С) | 0,1 | 0,098 | 0,98 |
| Нити кварцевые | 90 | 88,3 | 883 |
| Нити шелковые | 26 | 25,5 | 255 |
| Паутина | 18 | 17,6 | 176 |
| Стекло органическое | 4 | 3,9 | 39 |
Литература
- Краткий физико-технический справочник. Т.1 / Под общ. ред. К.П. Яковлева. М.: Физматгиз. 1960. – 446 с.
- Справочник по сварке цветных металлов / С.М. Гуревич. Киев.: Наукова думка. 1981. 680 с.
- Справочник по элементарной физике / Н.Н. Кошкин, М.Г. Ширкевич. М., Наука. 1976. 256 с.
- Таблицы физических величин. Справочник / Под ред. И.К. Кикоина. М., Атомиздат. 1976, 1008 с.
weldworld.ru
Полиэтилен и его свойства
Полиэтилен является в настоящее время наиболее распространенной базовой смолой, используемой в производстве термопластичных древесно-полимрных композиционных материалов. Применяется как в первичной, так и во вторичной формах (использованные пленки, бутылки, одноразовая посуда, игрушки и пр.).
Полиэтилен относится к классу полиолефиновых соединений. Полиэтилен широко применяются в промышленности для изготовления большого ассортимента изделий и материалов: мягких и жестких пленок и пластин, кабелей и проводов, труб, тары и упаковки, конструкционно - строительных материалов, изделий бытового назначения, мебели и мебельной фурнитуры и т.д. Он производится на крупнотоннажных химических производствах и поставляется под многочисленными фирменными названиями (торговыми марками).
Полиэтилен является высокомолекулярным соединением, состоящим из длинных цепей с ответвлениями различной длины. Его молекулярная масса колеблется от 20 тыс. до 3 млн. в зависимости от способа получения.
Химическая формула полиэтилена -(Ch3CHR) n-
Структура молекулы полиэтилена показана на схеме.
Степень разветвления и размер боковых цепей влияют на конечные свойства полиэтилена.
Полиэтилен производится двумя принципиальными способами (двух видов):
- Полиэтилен низкой плотности ( 910 - 925 кг/м3) - LDPE , PE-LD (low density) изготавливается при высоком давлении. Поэтому его часто называют полиэтиленом высокого давления - ПЭВД.
- Полиэтилен высокой плотности, также называемый полиэтиленом низкого давления - ПЭНД ( 941 - 965 кг/м3) - HDPE , PE-HD (high density). Он обладает принципиально более высокой прочностью и жесткостью, но несколько меньшей ударной вязкостью.
Полиэтилен низкой плотности получается путем радикальной полимеризации под давлением 120-150 МПа в присутствии кислорода или пероксидов и обладает большим количеством длинных ответвлений в полимерной цепи. Полиэтилен высокой плотности получается в процессах каталитической полимеризации и обладает линейной структурой с низким содержанием коротких боковых ответвлений
Иногда изготавливается полиэтилен средней плотности (MDPE) -926 - 940 кг/м3.
Полиэтилен относится к классу полукристаллических соединений. При экструзии или литье в ходе охлаждения расплава длинные молекулы полимера начинают ориентироваться друг относительно друга, образуя небольшие кристаллиты, разделенные аморфными участками. Эти кристаллические участки образуют надмолекулярные структуры - сферолиты. Чем ниже длина цепей полимера и чем ниже степень разветвленности молекул и длина боковых цепей, тем более полно проходит кристаллизация. Чем выше степень кристаллизации полиэтилена, тем выше его плотность. Так, в полиэтилене высокой плотности , обладающем средней молекулярной массой и линейными молекулами с малым количеством коротких ответвлений, степень кристаллизации достигает 60-80%. С увеличением молекулярной массы степень кристаллизации уменьшается до 50-60% и, как следствие, уменьшается плотность полимера; такой полиэтилен характеризуется как полиэтилен средней плотности. У полиэтилена низкой плотности наличие большого количества длинных боковых цепей затрудняет образование кристаллитов и позволяет достичь степени кристаллизации только на уровне 35-50%.
Свойства полиэтилена в основном зависят от плотности, молекулярной массы полимера и молекулярно-массового распределения. С увеличением плотности полиэтилена (более высокая степень кристаллизации) увеличиваются жесткость материала, его твердость, прочность на разрыв и стойкость к воздействию химических веществ. При этом наблюдается также уменьшение проницаемости для водяного пара и газов, ударной вязкости, прозрачности и стойкости к возникновению трещин под нагрузкой.
С увеличением молекулярной массы увеличивается ударная вязкость материала, стойкость к растяжению и разрыву и стойкость к растрескиванию под нагрузкой.
Вследствие того, что молекулы полимера имеют различную длину, важным фактором, определяющим свойства полимеров, является распределение молекул внутри полимера по молекулярной массе. Так, например, ПЭНД, имеющий одинаковое значение показателя текучести, но обладающий более узким молекулярно-массовым распределением с меньшим содержанием коротких молекул, будет обладать более высокой ударной вязкостью по сравнению с полиэтиленом с широким распределением. При этом надо отметить, что полимер с широким молекулярно-массовым распределением перерабатывается легче по сравнению с полимером, имеющим узкое распределение молекулярноой массы.
Полиэтилен - легко перерабатываемый и биологически безопасный материал. Полиэтилен поставляется в гранулированном виде.
В производстве термопластичных ДПК используются все разновидности полиэтилена, как в первичных, так и во вторичных формах (отходы, б/у и т.п.).
Полиэтилен высокого давления (низкой плотности) выпускается в нашей стране по ГОСТ 163377-77
- 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.
- Теплостойкость без нагрузки до 60 оС (для отдельных марок до 90 оС).
- Допускает охлаждение ( некоторые марки могут эксплуатироваться в диапазоне от -45 до -120 оС).
| Плотность | г/см 3 | 0,9205 + 0,0015 | нe нормируют | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Показатель текучести расплава | г/10 мин | 0,3 + 30% | 0,21 - 0,39 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Разброс показателя текучести расплава | % не > | +6 | +12 | +15 | +8 | +12 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Количество включений | не > | 2 | 8 | 30 | не нормируют | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Предел текучести при растяжении | Па, не < (кгс/см 2) | 98*10 | 98(100) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Прочность при разрыве | Па, не < (кгс/см 2) | 137*10 | 137(140) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Относительное удлинение при разрыве | %, не www.dpk-deck.ru Полиэтилен (ПЭ) : физико-химические и потребительские свойства, структура потребления, области применения полиэтиленаПолиолефины представляют собой самый распространенный тип полимеров получаемых реакциями полимеризации и сополимеризации непредельных углеводородов (этилена, пропилена, бутилена и других альфа-олефинов). Около 50% производимого в мире этилена используется для получения полиэтилена. Химическая структура молекулы полиэтилена проста и представляет собою цепочку атомов углерода, к каждому из которых присоединены две молекулы водорода. Полиэтилен (ПЭ) [–СН2-СН2–]n существует в двух модификациях, отличающихся по структуре, а значит, и по свойствам. Обе модификации получаются из этилена СН2=СН2. 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.). Полиэтилен — термопластичный полимер, непрозрачен в толстом слое, кристаллизуется в диапазоне температур от минус 60 °С до минус 369 °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. 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 давле¬нием 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)
Полиэтилен низкого давления PEHD Легкий эластичный кристаллизующийся материал с теплостойкостью отдельных марок до 110 0С. Допускает охлаждение до -80 0С. Температура плавления марок: 120-135 0С. Температура стеклования: ок. -20 0С. Дает блестящую поверхность. Характеризуется хорошей ударной прочностью и большей теплостойкостью по сравнению с LDPE. Свойства 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, проницаемость для газов и паров. Наблюдается высокая ползучесть при длительном нагружении. Имеет очень высокую химическую стойкость (больше, чем у LDPE). Обладает отличными диэлектрическими характеристиками. Биологически инертен. Легко перерабатывается.Характеристики марочного ассортимента(минимальные и максимальные значения для промышленных марок)
Полиэтилен высокого давления 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 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 марочного ассортимента(минимальные и максимальные значения для промышленных марок)
Линейный полиэтилен LLDPE Другие обозначения: PE-LLD, L-LDPEЛегкий эластичный кристаллизующийся материал. Теплостойкость до 118 0С. Имеет большую стойкость к растрескиванию, ударную прочность и теплостойкость, чем полиэтилен низкой плотности (LDPE). Биологически инертен. Легко перерабатывается. Дает меньшее коробление и большую стабильность размеров, чем LDPE.Характеристики марочного ассортимента(минимальные и максимальные значения для промышленных марок)
Сэвилен: TУ 6-05-1636-97 Сэвилен - сополимер этилена с винилацетатом - представляет собой высокомолекулярное соединение, относящееся к полиолефинам. Получают его методом, аналогичным методу производства полиэтилена низкой плотности (высокого давления). Сэвилен превосходит полиэтилен по прозрачности и эластичности при низких температурах, обладает повышенной адгезией к различным материалам. Свойство сэвилена зависят, главным образом, от содержания винилацетата (5-30 вес. %). С повышением содержания винилацетата кристалличность, разрушающее напряжение при растяжении, твердость, теплостойкость уменьшаются, в то время кок плотность, эластичность, прозрачность, адгезия увеличиваются. Сэвилен с содержанием винилацетата до 15% (марки 11104-030, 11306-075) перерабатывается теми же методами, что и полиэтилен низкой плотности, но переработка экструзией и литьем под давлением ведется при более низкой температуре. Из сэвилена марок 11104-030, 11306-075 можно изготавливать выдувные изделия, шланги, прокладки, игрушки. Из этих же марок сэвилена получают атмосферостойкие, прозрачные пленки, обладающие, по сравнению с полиэтиленовыми пленками, более низкой температурой плавления. Высокие адгезионные свойства сэвилена и хорошая совмещаемость с восками дает возможность для использования его в качестве покрытия бумаги и картона при производстве тары. Для этих целей применяется сэвилен с содержанием винилацетата 21-30 вес. % (марки 11507-070, 11708-210, 11808-340). Важной областью использования сэвилена является приготовление на его основе клеев-расплавов. Клеи-расплавы не содержат растворителей, при комнатной температуре - это твердые вещества. Используются они в расплавленном виде при температуре 120 - 200С. Для получения клеев-расплавов служит сэвилен, содержащий 21 -30 вес.% винилацетата (марки 11507-070, 11708-210, 11808-340). Клеи-расплавы на основе сэвилена широко применяются в полиграфической, мебельной, обувной и других отраслях промышленности. Сэвилен хорошо совмещается с различными наполнителями, что обусловливает широкое распространение наполненных продуктов.Таблица качественных показателей марок сэвилена ТУ 6-05-1636-97
Структура потребления ПЭ, %
Пленки и листы. Пленки и листы могут быть изготовлены из ПЭ любой плотности. При получении тонких и эластичных пленок более широко применяется ПЭНП. 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, из ПЭ изготовляют листы 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. 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 0С, а из ПЭВП — до 100 0С. Такие трубы не разрушаются при низких температурах (до – 60 0С) и при замерзании воды; они не подвержены почвенной коррозии.Формование и литьевые изделия. Из полиэтиленовых листов, полученных экструзией или прессованием, можно изготовить различные изделия штампованием, изгибанием по шаблону или вакуумформованием. Крупногабаритные изделия (лодки, ванны, баки и т. п.) также могут быть изготовлены из порошка полиэтилена путем его спекания на нагретой форме. Отдельные части изделий могут быть сварены при помощи струи горячего воздуха, нагретого до 250 0С. Формованием и сваркой можно изготовить вентили, колпаки, конейнеры, части вентиляторов и насосов для кислот, мешалки, фильтры, различные емкости, ведра и т. п. Одним из основных методов переработки ПЭ в изделия является метод литья под давлением. Большое распространение в фармацевтической и химической промышленности получили бутылки из полиэтиле¬на объемом от 25 до 5000 мл, а также посуда, игрушки, электротехнические изделия, решетчатые корзины и ящики. Выбор того или иного технологического процесса определяется в первую очередь необходимостью получения марочного ассортимента с определенным комплексом свойств. Суспензионный метод целесообразен для производства полиэтилена трубных марок и марок полиэтилена, предназначенного для переработки экструзионным методом, а также для производства высокомолекулярного полиэтилена. С привлечением растворных технологий получают ЛПЭНД, для высококачественных упаковочных пленок, марки полиэтилена для изготовления изде¬лий методами литья и ротационного формования. Газофазным методом производят марочный ассортимент полиэтилена, предназначенный для изготовления товаров народного потребления.plastinfo.ru
|
