Что такое ПНД. Пнд что это такое.

ПЭВП, или полиэтилен высокой плотности, характеризуется повышенной устойчивостью к низким температурами; стеклование у этого материала происходит при температуре около -50 °C. Благодаря слабым межмолекулярным взаимодействиям, вызванным отсутствием полярных групп в цепи, ПЭВП может изменять свою форму. То есть при воздействии нормального напряжения, размер материала со временем может изменяться.

Полиэтилен низкого давления (ПНД)

Процесс, в котором мономер для ПЭВП соединяется в твердую полимерную структуру, осуществляется в присутствии различных катализаторов и стабилизаторов. Некоторые из этих добавок впоследствии становятся частью структуры самого полиэтилена. Именно особенности этой структуры и состав объясняют уникальные свойства и применения, которые сделали этот материал столь востребованным в различных отраслях.

Свойства

Полиэтилен низкого давления традиционно выпускается в виде гранул диаметром от 2 до 5 мм. Его плотность составляет приблизительно 0,960 г/см³. Температура плавления варьируется в пределах +129-135 °C, а температура хрупкости достигает -70 °C. Полиэтилен низкого давления обладает следующими физико-химическими свойствами:

• Высокая твердость, что объясняется высокой кристалличностью вещества,
• Выдающаяся прочность как на растяжение, так и на сжатие,
• Практически полная водо- и паронепроницаемость,
• Отличная стойкость к химическим веществам, таким как кислоты, щелочи, жиры и масла,
• Превосходные диэлектрические свойства,
• Возможность термической переработки, а также легкость сварки и склеивания.

Отличие ПНД от ПВД и ЛПНП

Полиэтилен низкого давления является самым жестким полимером среди различных типов пластмасс, получаемых из одного и того же мономера. Обычно увеличение плотности у таких материалов ассоциируется с повышением прочности и химической стойкости. В этом аспекте ПНД отличается от ПЭНД и ЛПЭНД, которые также широко используются:

HDPE и LDPE. В сравнении с ПЭНД, полиэтилен низкого давления:

• Обладает повышенной твердостью, но меньшей прозрачностью и воскообразностью,
• Представляет собой более прочный материал, однако более склонен к деформациям и проявляет большую хрупкость, особенно при низких температурах,
• Имеет более высокую температуру плавления, что позволяет применять стерилизацию изделий из него паром,
• Отличается меньшим водопоглощением и паропроницаемостью,
• Обладает лучшей стойкостью к воздействию различных реагентов, особенно жиров и масел.

HDPE и LLDPE. Линейный полиэтилен LLDPE по своим химическим характеристикам занимает промежуточное положение между HDPE и LDPE. Он практически так же жесток и химически инертен, как HDPE, но обладает более высокой растяжимостью и устойчивостью к растрескиванию и проколу.

ЗНАЧЕНИЕ: При ударе о твердую поверхность изделия из ПЭНД издают характерный резонирующий звук, который легко отличить от звука изделий из других типов пластмасс. Эта особенность подчеркивает более твердую и материальную текстуру поверхности, изделия из ПЭНД, как правило, имеют более гладкие и блестящие поверхности.

Классификация

Полиэтилен высокой плотности может различаться по видам в зависимости от технологического процесса производства. При этом в его составе могут находиться различные примеси – продукты реакции и остатки сопутствующих веществ:

• Суспензионный ПВП может содержать различные химические стабилизаторы, которые образуют суспензионную массу из гранул при проведении холодной полимеризации этилена. Эти стабилизаторы могут включать неагрессивные кислоты, оксиды легких металлов, полимерные спирты и даже некоторые виды глины. Такой тип пластика отличается высоким качеством, однородностью и отсутствием структурных нарушений и слабых зон.
• Растворный полиэтилен часто содержит доли катализаторов, присутствующих в реакции полимеризации горячим методом.
• Газофазный имеет в своем составе остатки газов и эфирных веществ. Из всех трех видов этот наиболее неоднороден и содержит менее устойчивые к износу участки.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Из-за присутствия посторонних элементов и веществ (особенно катализаторов) ПЭНД чаще всего используется в промышленных целях, где прочность критически важнее, чем экологичность и отсутствие токсичности.

Что такое ПНД

ПЭНД представляет собой термопластичный полимер, получаемый из этилена и обладающий высокой плотностью. Прочные межмолекулярные связи придают этому материалу высокую степень прочности. Полиэтилен низкого давления широко используется для производства продукции в строительстве, быту, садоводстве и огородничестве. Но, что такое ПЭНД на самом деле? Это инновация или уже проверенное временем изобретение? Давайте разберемся более подробно.

ПНД на рынке материалов

ПЭНД стал доступен на нашем рынке относительно недавно, и, фактически, заговорили о его возможностях только тогда, когда интерес к трубам из ПЭНД начал активно расти. Однако стоит отметить, что на Западе този материал известен уже десятилетиями. Его изобретение было произведено в Германии в 1953 году. На тот момент материал уже успели детально изучить. Производители позаботились о том, чтобы во время производства сразу добавлять специальные добавки, улучшающие свойства материала.

Изначально считалось, что у полиэтилена низкого давления слишком высокий коэффициент расширения при изменениях температуры. Однако благодаря использованию добавок, материал стал более стабильным. Существенно, что высокий коэффициент расширения может быть компенсирован хорошей эластичностью, что в свою очередь делает этот недостаток менее значительным.

Для каких изделий идеален ПНД

ПЭНД, как материал, идеально подходит для производства следующих продуктов:

• Труб для водоснабжения и канализации, газоснабжения, а также для транспортировки сыпучих продуктов,
• Приточных систем вентиляции,
• Систем автополива,
• Конструкций для парников, теплиц,
• Валиков, шпуль и других устройств, облегчающих хранение материалов в рулонах,
• Корпусов лодок,
• Деталей технических установок как бытовой, так и промышленной аппаратуры,
• Крышек, включая крышки для пищевых банок,
• Швейной фурнитуры.

Чем выигрышен ПНД

Исследования показывают, что ПЭНД заслуживает высокой оценки за множество его свойств:

• Прочность,
• Износостойкость,
• Отсутствие склонности к окислению и ржавчине,
• Химическая инертность к большинству химикатов и стабильность при перепадах температур,
• Адаптивность к решению сложных монтажных задач, включая соединение труб при помощи обжимных фитингов – без применения сварки,
• Относительно низкая себестоимость,
• Ударная прочность,
• Высокие диэлектрические характеристики.

Как производят ПНД

ПЭНД получается в результате нескольких методов полимеризации:

• Газофазная полимеризация этилена.
• Сополимеризация этилена с α-олефином (гексеном-1).

В обоих методах необходимо использовать сложные металлоорганические катализаторы:

• Галогениды,
• Алкоксиды,
• Амины,
• Оксигалогениды.

На практике, особенно в технологии сополимеризации, наилучшие результаты показывают иммобилизованные катализаторы, обеспечивающие превосходную селективность проникновения в полимерную цепь эксена-1.

Для начала процесса полимеризации рабочие поддерживают температуру в диапазоне 50-60 °C.

Для очистки полученного ПЭНД от остаточных катализаторов используются такие методы, как центрифугирование или применение системы гидроциклонов и специальных моечных машин.

Стабилизатор нитрофосфата натрия обычно добавляется для улучшения характеристик полимера. Также в состав материала могут входить этиленгликоль и воск. Важно отметить, что добавление этих компонентов не влияет на прочность материала, но может влиять на его эстетические качества. Особенно это актуально при использовании ПЭНД для изготовления труб.

Современные исследования показывают, что перспективным является использование метилалюмоксановых или изобутилалюмоксановых соединений в качестве активаторов катализатора. Важной особенностью является также проведение синтеза на поверхности гидратированных алюмосиликатов.

Для оптимизации процесса сополимеризации рекомендуется использовать толуол в качестве среды. Это позволяет улучшить эффективность процесса полимеризации.

Чем ПНД отличается от ПВД

ПЭВП во многом схож с полиэтиленом высокого давления (ПВД), однако различия в условиях производства, таких как давление, делают макромолекулы обоих полиэтиленов разными, что, в свою очередь, влияет на их свойства.

1. ПНД характеризуется высокой плотностью и, соответственно, жесткостью, тогда как ПВД отличается своей эластичностью и рыхлой структурой. Поэтому трубы из ПНД часто оказываются более предпочтительными по сравнению с трубами из ПВД.
2. ПВД, в отличие от ПНД, является менее шуршащим материалом, что делает его более подходящим для производства упаковки, чем ПНД.
3. ПНД обладает более высокой термостойкостью по сравнению с ПВД. Благодаря высокой температуре плавления, изделия из ПНД можно стерилизовать даже с помощью парового воздействия. Эта особенность становится особенно важной для производителей медицинского оборудования.
4. Полиэтилен низкого давления превосходит ПВД по выносливости к напорным средам. Безнапорные трубопроводы могут производиться и из ПВД, тогда как напорные трубопроводы, а тем более газопроводы, могут изготавливаться только из ПНД.
5. ПНД также превышает ПВД по степени стойкости к жирам и маслам.

Технологии производства ПНД

Попытки наладить производство полиэтилена известны еще с XIX века. Современные технологии не стоят на месте, и с каждым днем улучшение их становится все более актуальным. В производстве различных видов полиэтилена каждая технология имеет свои особенности и отличия.

ПЭНД можно производить только при температуре в пределах от 100 до 150 °C. Основное сырье для производства — это чистый этилен, катализатором выступают триэтилат алюминия и тетрахлорид, что является важным условием для протекания реакции.

Давление в автоклаве должно составлять от 0,15 до 2 кг/см². В результате получается полимер с высокой молекулярной массой. В процессе реакции может образовываться твердый осадок, который является полиэтиленом низкого давления. После этого его переплавляют в гранулы, разливают в мешки и отгружают потребителям.

Требования ГОСТ

В соответствии с ГОСТ 16338-85, регулирующим полиэтилен низкого давления, установлены следующие требования:

1. Изготовление должно соответствовать всем требованиям данного стандарта и технологическому регламенту производства.
2. В зависимости от марки, полиэтилен может выпускаться в виде порошка или гранул.
3. Гранулы одной партии должны быть однородными по форме и размеру.
4. Использование гранул разных цветов в одной партии не допускается.

Формы выпуска

Полиэтилен низкого давления может быть представлен в различных формах:

• Выдувной – используется для производства бутылок и другой тары различных размеров.
• Литьевой – применяется в основном для отливки под давлением отдельных деталей или продукции.
• Пленочный – широко используется благодаря отличной текучести расплава для изготовления разнообразных пленок. Например, знаменитые полиэтиленовые пакеты изготавливаются именно из этого материала.
• Трубный – отличается особой прочностью и жесткостью. Содержит специальные добавки, повышающие термоустойчивость и применяется в основном для изготовления труб.

Области применения ПНД

ПЭНД активно используется в производстве потребительских товаров, таких как одноразовые тарелки, упаковка, контейнеры для хранения продуктов, игрушки, крышки для бутылок или флаконов и т.д.

В производстве труб ПНД благодаря их высокой прочности успешно заменяет металлические трубы, не требует защитного покрытия и обладает меньшим весом. Эти трубы используются для прокладки подземных водо- и газопроводов. Процесс свариваемости труб осуществляется путем их нагрева электричеством. Концы элементов прижимаются друг к другу и удерживаются вместе до момента остывания, после чего излишки материала аккуратно отрезаются.

Таблица 3: Области применения ПНД

Трубы	Газовое снабжение, холодное водоснабжение, дренажные и канализационные системы
Кабельная изоляция	Материалы для изоляции кабелей высокого напряжения
Листы, мембраны	Листы — различные компоненты для машиностроения, гидроизоляционные элементы; мембраны — компоненты для гидроизоляционных систем
Крышки	Двухкомпонентные и однокомпонентные крышки для ПЭТ бутылок, крышки для косметики и бытовых химикатов
Пленки	Пакеты фасовочные, пакеты типа «майка», пленка воздушно-пузырьковая
Тара	Канистры, баки, цистерны
Товары массового потребления	Кухонные изделия, товары для дома, садовые инвентарные принадлежности
Автокомплектующие	Около 400 различных изделий для автомобильной отрасли
Прочее	Мебель, тарные ведра, детские игрушки, фитинги

Существуют различные сополимеры полиэтилена, такие как:

• ПНД (HDPE) — полиэтилен низкого давления
• ПВД (LDPE) — полиэтилен высокого давления
• ЛПЭНП (LLDPE, PELLD) — линейный полиэтилен низкой плотности
• ВЭМПЭ (HMWPE, VHMWPE) — полиэтилен высокомолекулярный
• UHMWPE — полиэтилен сверхвысокомолекулярный
• EPE — вспенивающийся полиэтилен
• PEC — хлорированный полиэтилен
• PEX или XLPE, XPE — полиэтилен сшитый

Требования ГОСТ

Рабочие характеристики ПНД, включая показатели плотности, прочности на срез, температурный режим и прочие аспекты, в данный момент указаны в стандартном документе ГОСТ 16338-85. Данный стандарт соответствует международным требованиям, что позволяет российской продукции экспортироваться на международные рынки. Изделия, соответствующие данному стандарту, принадлежат к высшей или первой категории качества. Основные технические характеристики ПЭНД определены следующим образом: плотность не менее 0,93 г/см³, прочность на срез не менее 19 МПа, плотность гранул мономера не менее 0,5 г/см³, температура плавления 125-130 °C, прочность на изгиб не менее 19 МПа.

Заключение

ПЭНД широко применяется в тех областях, где эксплуатационные условия требуют наличия таких свойств, как жесткость, прочность, а также повышенная устойчивость к различным нагрузкам. К тому же, стоимость ПНД сравнительно невысока. трубы из ПНД не подвержены коррозии, что позволяет продлить срок их службы до 50 лет и более. Вторым важным преимуществом, которым обладают трубы из ПНД, является их малый вес, что значительно упрощает и удешевляет такие процессы, как транспортировка, монтаж и демонтаж. Все это делает этот материал невероятно популярным как на российском, так и на зарубежном рынке.

Разновидности материала

Свойства ПЭНД определяются как технологией производства, так и используемыми примесями, которые могут включать продукты реакций и остатки сторонних веществ.

Для его производства используют следующие методы полимеризации:

• Суспензионную — это холодная полимеризация этилена, когда задействуются неагрессивные кислоты, частицы глины, оксиды легких металлов и полимерные спирты.
• Растворную – это горячая полимеризация, при которой раствор этилена в гексане нагревается до температур 160–250 °C, в процессе чего происходит контакт с катализатором под высоким давлением, а затем растворитель удаляется путем испарения.
• Газофазную – при этом методе состав включает остатки газов и эфирных веществ, а сама структура получается менее однородной.

Суспензия ПНД считается наиболее качественной из-за своей однородности и высокой плотности. Материал из ПЭНД является самым высококачественным благодаря своей однородности. Многослойный растворный материал обладает высокой плотностью, но его структура является менее однородной, что делает его подходящим для производства высококачественных упаковочных пленок. Газофазный ПЭВП считается наиболее неоднородным и имеет меньшую стойкость к воздействию износа, он теряет свои прочностные характеристики по сравнению с другими двумя типами и в основном используется для производства товарной упаковки и предметов домашнего обихода.

Достоинства и недостатки ПНД

Его уникальные характеристики делают полиэтилен низкого давления одним из самых качественных пластиков с широким спектром применения:

• Высокая твердость и прочность на разрыв и сжатие. Полиэтилен низкого давления — это самый жесткий вид пластмасс, значительно устойчивее к механическим повреждениям по сравнению с ПВД и ЛПНП.
• Практически полная водо- и пароизоляция. Эти свойства достигаются благодаря высокой степени кристаллизации, что обеспечивает надежную герметичность изделий из ПЭНД.
• Химическая устойчивость к агрессивным веществам. Например, к кислотам, щелочам, жирам, маслам, бензину и алкоголю. Этот материал не разрушается в растворителях органического происхождения, однако может точечно набухать. Благодаря своим свойствам, изделия из ПЭНД активно используются в промышленности, в том числе в химическом производстве.
• Высокие диэлектрические свойства. ПНД не проводит электрический ток, что делает его идеальным для изоляции.
• Легкость монтажа. Материал можно склеивать и сваривать при применении высоких температур. Подходят методы газовой сварки с использованием присадочного прутка или без него.
• Простота в обработке. При нагревании выше своей температуры плавления ПНД принимает практически любую форму. Резка выполняется специальными инструментами, и материал гораздо легче поддается повторной переработке, не требуя специальных подготовительных действий, как, например, сушки.
• Устойчивость к температурным колебаниям. Высокая температура плавления позволяет стерилизовать изделия даже паром. ПНД выдерживает холода до -70 °C.
• Долговечность. Срок службы изделий, выполненных из полиэтилена низкого давления, составляет десятилетия.
• Безопасность. Материал не выделяет токсичных веществ, что делает его разрешенным для применения в пищевой промышленности.
• Устойчивость к воздействию ультрафиолетовых лучей. Эта стойкость поддерживается благодаря добавлению стабилизаторов, таких как производные бензофенона и саже.
• Возможность модификации с помощью добавок, что позволяет улучшать характеристики, такие как пластичность, прозрачность, термостойкость, устойчивость к растрескиванию и ударную вязкость.

Однако у этого материала есть и недостатки. При температурах ниже -70 °C он становится хрупким, сохраняя свою целостность, но легко повреждается при механических ударах. При использовании ПНД не оказывается негативного влияния на окружающую среду, однако после использования его требуется переработка или утилизация, поскольку он медленно разлагается естественным образом. Также следует отметить, что ПНД легко воспламеняется, следовательно, его использование в зонах повышенного риска возгорания требует осторожности.

Способы обработки сырья и применение

Полиэтилен низкого давления востребован в производстве и создании широкого спектра материалов и изделий как для частного потребления, так и для промышленного использования. Для этого используются различные технологии переработки:

• Экструзия — процесс, при котором расплав сырья продавливается через формующее отверстие. Этот метод используется для производства пленок (гладких и пузырьковых), труб для инженерных коммуникаций, изоляции для проводов и телефонных кабелей, а также для листовых и сетчатых материалов и пленочных рукавов для пакетов. Благодаря высокой плотности ПНД получает возможность производства очень тонкой пленки (вплоть до 7 мкм) с хорошими барьерными свойствами.
• Выдувной метод — при этом расплавленному сырью придается форма с использованием воздуха под высоким давлением. Это используется для производства канистр, бочек, резервуаров для бытовой химии и различных емкостей для промышленности (например, для хранения воды, кислот и щелочей).
• Литье — формовка материала под давлением с использованием пресс-формы. Метод подходит для создания изделий различной формы и размеров: игрушек, посуды, крышек, бутылочной тары, швейной и мебельной фурнитуры, а также деталей для различных устройств.
• Ротоформовка — позволяет создавать полые изделия в вращающейся форме. Эта методика используется для производства баков разных объемов, крупногабаритных конструкций (например, игровых площадок или эстакад) и дорожных блоков. Также метод позволяет получать изделия с тонкими стенками.
• Спекание на нагретой форме. Этот метод используется для производства крупных изделий, таких как ванны, ящики, корзины и лодки.

Также следует отметить, что новое сырье, полиэтилен склеивается, что позволяет создавать продукцию высочайшего качества.