ПЭВП обладает повышенной устойчивостью к отрицательным температурам (стеклование происходит при температуре окол о-50 °C) и слабым межмолекулярным взаимодействием (отсутствие полярных групп в цепи), поэтому он склонен к изменению формы, т.е. при нормальном напряжении размер материала со временем меняется.
Полиэтилен низкого давления (ПНД)
Мономер для ПЭВП соединяется в твердую полимерную структуру в присутствии катализаторов и стабилизаторов, некоторые из которых затем становятся частью полиэтилена. Эта структура и состав объясняют свойства и возможности, которые сделали материал таким популярным.
Свойства
Полиэтилен низкого давления выпускается в виде гранул диаметром 2-5 мм, плотностью около 0,960 г/см3, температурой плавления +129-135 0С, температурой хрупкост и-70 0С и следующими физико-химическими свойствами:
- Высокой твердостью, объясняемой высокой кристалличностью вещества,
- Высокой прочностью на растяжение и сжим,
- Практически абсолютной паровой и жидкостной непроницаемостью,
- Хорошей химической стойкостью по отношению к большинству агрессивных сред с содержанием кислот, щелочей, жиров и масел,
- Отличными диэлектрическими свойствами,
- Возможностью переработки термическими методами, легкостью сварки и склейки.
Отличие ПНД от ПВД и ЛПНП
Полиэтилен низкого давления является самым жестким полимером среди пластмасс, изготовленных из одного и того же мономера. Даже для пластмасс увеличение плотности обычно означает изменение двух наиболее важных свойств — увеличение прочности и химической стойкости. Этим он отличается от ПЭНД и ЛПЭНД, которые также являются широко используемыми полимерами:
HDPE и LDPE. По сравнению с ПЭНД, этот полиэтилен:
- Повышенную твердость, но меньшую прозрачность и воскообразность,
- Большую прочность, но меньшую сопротивляемость деформациям и большую хрупкость (особенно при низких температурах),
- Более высокую температуру плавления, при которой возможна стерилизация изделий из него даже при помощи пара,
- Меньшие водопоглощение и паропроницаемость,
- Лучшую стойкость относительно различных реагентов, особенно масел и жиров.
HDPE и LLDPE. Линейный полиэтилен LLDPE по своим химическим свойствам находится между HDPE и LLDPE. Он почти такой же жесткий и химически инертный, как HDPE, но более растяжимый и устойчивый к растрескиванию и проколу.
ЗНАЧЕНИЕ: При ударе о твердую поверхность изделия из ПЭНД издают резонирующий звук, который можно быстро отличить на «глаз» от изделий из других пластмасс. Эта отличительная особенность дополняет характеристику более твердой и материальной поверхности (поверхности изделий из ПЭНД более гладкие и блестящие).
Классификация
Полиэтилен высокой плотности может быть разных видов в зависимости от дифференциации технологии производства. При этом он может содержать в своей массе всевозможные примеси, являющиеся продуктами протекающей реакции, а также остатки сопутствующих веществ:
- Суспензионный ПВП может содержать различные химические стабилизаторы, образующие суспензионную массу из гранул при холодной» полимеризации этилена. Это могут быть неагрессивные кислоты, оксиды легких металлов, полимерные спирты и даже некоторые виды глины. Такой пластик наиболее качественный, однородный, без нарушений структуры и слабых зон.
- Растворный полиэтилен часто содержит доли катализаторов, присутствующих в реакции полимеризации «горячим» способом.
- Газофазный имеет в составе остатки газов и эфирных веществ. Из всех трех видов он имеет наиболее слабую структуру, так как сравнительно неоднороден и включает наличие менее устойчивых к износу участков.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ Из-за наличия в ПЭНД посторонних элементов и веществ (особенно катализаторов) он чаще всего используется в промышленных целях, где прочность важнее экологичности и нетоксичности.
Что такое ПНД
ПЭНД — это термопластичный полимер из этилена с высокой плотностью. Прочные межмолекулярные связи придают материалу высокую степень прочности. Полиэтилен низкой плотности используется для производства продукции в строительстве, быту, садоводстве и огородничестве. Но что такое ПЭНД? Инновация или проверенное временем изобретение? Давайте узнаем
ПНД на рынке материалов
ПЭНД появился на нашем рынке не так давно. Фактически, люди заговорили о нем только тогда, когда интерес к трубам из ПЭНД начал расти. Однако важно знать, что на Западе этот материал известен уже давно. Он был изобретен в Германии в 1953 году. И в то время материал уже был прекрасно изучен. Производители позаботились о том, чтобы в процессе производства в материал сразу же добавлялись добавки, улучшающие его свойства.
Например, изначально считалось, что у материала слишком высокий коэффициент расширения при перепадах температуры. Однако благодаря добавкам материал стал стабильным. Важно знать, что высокий коэффициент расширения компенсируется хорошей эластичностью. Поэтому этот недостаток является скорее недостатком.
Для каких изделий идеален ПНД
ПЭНД как материал идеально подходит для следующих продуктов:
- труб для водоснабжения и канализации, газоснабжения, транспортировки сыпучих продуктов,
- приточных систем вентиляции,
- систем автополива,
- конструкций для парников, теплиц,
- валиков, шпуль и других приспособлений, которые облегчают хранение материалов в рулонах,
- корпусов лодок,
- деталей технических установок (бытовой и промышленной аппаратуры),
- крышек (в том числе, для пищевых банок),
- швейной фурнитуры.
Чем выигрышен ПНД
Исследования показывают, что ПЭНД следует ценить за ряд свойств:
- прочность,
- износостойкость,
- отсутствие склонности к окислению\ржавчине,
- инертность к большинству химикатам и перепадам температур,
- адаптивность к сложным монтажным задачам, в том числе, соединению труб при помощи обжимных фитингов – без применения сварки,
- относительно низкую себестоимость,
- ударную прочность,
- высокие диэлектрические качества.
Как производят ПНД
ПЭНД — это продукт, который может быть изготовлен несколькими способами:
- газофазной полимеризацией этилена.
- сополимеризацией этилена и а-олефина (гексена-1).
В обоих случаях важно присутствие сложных металлоорганических катализаторов:
- галогенидов,
- алкоксидов,
- амидов,
- оксигалогенидов.
На практике, особенно в технологии сополимеризации, наилучшими являются иммобилизованные катализаторы. Они обеспечивают превосходную селективность проникновения в полимерную цепь эксена-1.
Для начала процесса полимеризации производственные рабочие поддерживают температуру 50-60 °C.
Для очистки полученного ПЭНД от остатков катализатора используется центрифуга или система гидроциклонов и специальных моечных машин.
Нитрофосфат натрия добавляется в качестве стабилизатора для улучшения характеристик полимера. В полимер также могут быть добавлены этиленгликоль и воск. Долговечность материала не влияет на прочность, но влияет на эстетику. Когда ПЭНД используется для изготовления труб.
Перспективным считается использование метилалюмоксановых или изобутилалюмоксановых соединений в качестве активаторов катализатора. Важно проводить синтез на поверхности гидратированных алюмосиликатов.
Для оптимизации процесса сополимеризации рекомендуется использовать толуол в качестве среды.
Чем ПНД отличается от ПВД
ПЭВП очень похож на ПВД (полиэтилен высокого давления), но поскольку при производстве используется разное давление, макромолекулы полиэтилена разные, а значит, и свойства материала отличаются.
- ПНД очень плотный и, соответственно, жёсткий, ПВД, напротив, эластичный и более рыхлый. Поэтому трубы из ПНД всегда выигрывают перед трубами из ПНД.
- ПВД в отличие от ПНД менее шуршащий материал, поэтому при производстве упаковки, напротив, разумнее использовать ПВД.
- ПНД признан более термостойким материалом по сравнению с ПВД. Высокая температура плавления позволяет стерилизовать изделия даже при помощи пара. Эта особенность не может не быть в поле внимания производителей медицинского оборудования
- Полиэтилен низкого давления превосходит полиэтилен низкого давления по выносливости со стороны напорных сред. Безнапорные трубопроводы можно производить и из полимера низкого давления, а вот напорные трубопроводы, а таем более газопроводы – исключительно из ПНД.
- ПНД превосходит ПВД по степени стойкости к жирам и маслам.
Технологии производства ПНД
Попытки производства полиэтилена известны с XIX века. Прогресс не стоит на месте, и технологии совершенствуются с каждым днем. Производство различных видов полиэтилена имеет свои особенности и отличия.
ПЭНД можно производить только при температуре от 100 до 150 °C. Основным сырьем является чистый этилен, катализатором — триэтилат алюминия и тетрахлорид (важное условие, без которого реакция невозможна).
Давление в автоклаве должно составлять 0,15 — 2 кг/см². Получается полимер с высокой молекулярной массой. Во время реакции выпадает твердый осадок. Это полиэтилен низкого давления. Затем его переплавляют в гранулы, разливают в мешки и отгружают потребителям.
Требования ГОСТ
ГОСТ 16338-85 Полиэтилен низкого давления.
- Изготовление должно соответствовать требованиям настоящего стандарта по технологическому регламенту.
- В зависимости от марки, выпускать в виде порошка или гранул.
- Гранулы одной партии должны иметь одинаковую форму и размер.
- Не допускается использовать разный цвет гранул в одной партии.
Формы выпуска
Существуют различные формы ПНД:
- Выдувной – используется для производства бутылок или иной тары любых размеров.
- Литьевой – используется в основном для отлития под давлением различных деталей или иного изделия.
- Пленочный – имеет широкое применение. За счёт того, что имеет отличную текучесть расплава, используется для производства различной плёнки. Предмет, с которым мы постоянно сталкиваемся – полиэтиленовый пакет, также изготавливается из этого материала.
- Трубный – наиболее твёрдый, прочный. Имеет в своём составе специальные добавки, которые повышают термоустойчивость. Применяется в основном для производства труб.
Области применения ПНД
ПЭНД очень распространен в производстве потребительских товаров. Это часто одноразовые тарелки, упаковка, различные контейнеры для хранения продуктов и игрушки, крышки для бутылок или флаконов и т.д.
Фото с сайта ok-stanok.ru
В производстве ПНД используется для изготовления труб, которые, благодаря своей повышенной прочности, заменяют металлические трубы, не нуждаются в защитном покрытии и весят меньше. Трубы ПНД используются для прокладки подземных водо- и газопроводов. Эти трубы сваривают, нагревая их электричеством. Когда материал вытягивается, концы элементов прижимаются друг к другу и удерживаются вместе до остывания, после чего излишки материала отрезаются.
Таблица 3: Области применения ПЭВД
| Трубы | Газовое снабжение, водоснабжение холодное, дренажные и канализационные коммуникации |
| Кабельная изоляция | Материалы для изоляции кабелей высокого напряжения |
| Листы, мембраны | Листы: различные элементы для областей машиностроения, гидроизоляция Мембраны: элементы для обустройства гидроизоляции |
| Крышки | 2-составные и односоставные крышки для ПЭТ бутылок, крышки для косметических продуктов, бытовой химии |
| Пленки | Пакеты фасовочные, пакет майка, воздушно-пузырьковая пленка |
| Тара | Канистры, баки, цистерны |
| Товары массового потребления | Кухонные изделия, предметы для дома, инвентарь для сада и огорода |
| Автокомплектующие | Около 400 различных изделий для автотранспорта |
| Прочее | Мебель, тарные ведра, детские игрушки, фитинги |
Имеющиеся в настоящее время сополимеры полиэтилена и этилена:
- 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 параметры ПЭНД были указаны в стандарте ГОСТ 16338-85 и до сих пор действуют без изменений. Стандарт также соответствует международным требованиям, поэтому российская продукция может экспортироваться во все страны мира. Продукция, отвечающая этим требованиям, относится к высшей и первой категориям качества. Технические характеристики ПЭНД должны быть следующими: Показатель плотности не менее 0,93 г/см3, Показатель прочности на срез не менее 19 МПа, Показатель плотности гранул мономера в структуре не менее 0,5 г/см3, Температура плавления 125-130С, Показатель прочности на изгиб не менее 19 МПа.
Заключение
ПЭНД используется везде, где условия эксплуатации изделия требуют таких свойств, как жесткость, прочность и повышенная устойчивость к нагрузкам в различных направлениях. Кроме того, стоимость ПНД относительно невысока. Трубы ПНД не подвержены коррозии, что продлевает срок их службы до 50 лет и более. Вторым важным преимуществом этих труб является их малый вес, что значительно облегчает и удешевляет транспортировку, монтаж и демонтаж. Все эти факторы обуславливают большую популярность материала как на российском, так и на зарубежном рынке.
Разновидности материала
Свойства материала зависят от технологии производства и используемых примесей: Продукты проведенных реакций и остатки сопутствующих веществ.
Для производства сырья используются следующие процессы полимеризации:
- Суспензионную. Это холодная полимеризация этилена, в которой участвуют неагрессивные кислоты, некоторые виды глины, оксиды легких металлов, полимерные спирты.
- Растворную. Технология горячей полимеризации, когда раствор этилена в гексане доводят до температуры 160–250 °C. Смесь контактирует с катализатором под высоким давлением. И далее растворитель испаряют.
- Газофазную. В этом случае применяют остатки газов и эфирных веществ.
Суспензия ПНД считается самой качественной: она имеет однородный состав и самую высокую плотность. Материал из ПЭНД считается самым качественным: он имеет самую высокую однородность состава и самую высокую плотность.
Многослойный растворный материал также имеет высокую плотность, но менее однородную структуру. Он подходит для производства высококачественных упаковочных пленок.
Газовая фаза ПЭВП относительно неоднородна и имеет менее износостойкие участки. Он теряет прочность и жесткость по сравнению с двумя другими материалами. В основном используется для изготовления предметов домашнего обихода.
Достоинства и недостатки ПНД
Его свойства делают его одним из лучших пластиков с широким спектром применения:
- Высокая твердость и прочность на разрыв и сжимание. Полиэтилен низкого давления — самый жесткий вид пластмасс. Он намного устойчивее к механическим повреждениями, чем ПВД (полиэтилен высокого давления) и ЛПНП (линейный полиэтилен).
- Почти полная паро- и водонепроницаемость. Достигается благодаря высокой кристаллизации. Это качество обеспечивает герметичность изделий из ПНД.
- Химическая стойкость к агрессивным веществам. То есть, к кислотам, щелочам, жирам, маслам, бензину и алкоголю. Материал не расщепляется в растворителях органического происхождения, но может точечно набухать. Благодаря таким свойствам изделия из ПЭНД используют в промышленности, в том числе в химическом производстве.
- Высокие электроизоляционные свойства. ПНД не пропускает электричество и идеально подходит для изоляции.
- Простой монтаж. Материал склеивается и сваривается при высоком термическом воздействии. Монтаж осуществляют методом газовой сварки с присадочным прутком или без него.
- Легкость в обработке. При нагревании выше температуры плавления ПНД принимает любую форму. Режется при помощи специальных инструментов. Отлично поддается повторной обработке, не нуждается в специальной подготовке для этого (например, в сушке).
- Устойчивость к температурным перепадам. Высокая температура плавления, благодаря чему изделия из ПЭНД можно стерилизовать паром. Выдерживает холод до –70 °С.
- Долговечность. Срок эксплуатации изделий из полиэтилена низкого давления составляет несколько десятков лет.
- Безопасность. Материал не выделяет токсичных соединений, разрешен для использования в пищевой промышленности.
- Устойчивость к воздействию ультрафиолета. Поддерживается благодаря стабилизаторам: производным бензофенона и саже.
- Возможность модификации с помощью добавок. Можно увеличить пластичность и прозрачность сырья, повысить его стойкость к термообработке, растрескиванию, улучшить адгезионные свойства и ударную вязкость.
Есть несколько недостатков. При температуре ниж е-70 °C он становится хрупким, сохраняет свою целостность, но легко повреждается при механическом воздействии. При использовании он не оказывает негативного воздействия на окружающую среду, но после использования должен быть переработан или утилизирован — он очень медленно разлагается сам по себе. Он легко воспламеняется, поэтому его следует использовать только в тех местах, где есть риск возгорания.
Способы обработки сырья и применение
Полиэтилен низкого давления используется для производства широкого спектра материалов и изделий для частного и промышленного использования. Для этого используются такие технологии переработки:
- Экструзия — продавливание расплава сырья через формующее отверстие. Этот метод применяют для изготовления пленок (гладких и пузырьковых), труб инженерных коммуникаций, изоляции электропроводов, телефонных кабелей, листовых и сетчатых материалов, пленочных рукавов для пакетов. Из ПНД благодаря высокой плотности можно изготовить очень тонкую пленку (7 мкм) с хорошей паро- и водонепроницаемостью.
- Выдувание — придание формы расплавленному сырью с помощью подачи воздуха под высоким давлением. Используются в производстве канистр, бочек, резервуаров под бытовую химию и различных емкостей для промышленности (для хранения воды, кислот, щелочей и т. д.).
- Литье — формовка материала под давлением с помощью пресс-формы. Подходит для создания изделий любых размеров и форм: игрушек, посуды, крышек, бутылочной тары, швейной и мебельной фурнитуры, деталей для техники.
- Ротоформовка — изготовление полых изделий во вращающейся форме. Метод используют для производства баков различного литража, масштабных конструкций (игровых площадок, эстакад, колодцев), дорожных блоков. Технология позволяет изготовить изделия с особо тонкими стенками.
- Спекание на нагретой форме. Таким образом производят крупногабаритные изделия: ванны, ящики и корзины, лодки.
Также новое сырье, полиэтилен ск
