Полиэтилен

Оглавление

• Определение
• Характеристики полиэтилена
• Структура полиэтилена
• Получение полиэтилена
• Область применения
• Марки полиэтилена

Определение

Полиэтилен — материал, который относится к категории органических соединений, включает в себя молекулы СН_2, объединенные ковалентными связями между атомами углерода, и является путермопластичным полимером этилена.

Классификация полиэтилена предусматривает три вида:

• ПНД – полиэтилен низкого давления (характеризуется высокими показателями плотности);
• ПСД – полиэтилен среднего давления (имеет среднюю плотность и не всегда выделяется в отдельную группу);
• ПВД – полиэтилен высокого давления (предусматривает параметры низкой плотности вещества).

Характеристики полиэтилена

Материал имеет высокие показатели устойчивости к воздействию низких температур и химических веществ, а также предусматривает хорошие диэлектрические свойства и может выдерживать удар высокой силы благодаря амортизирующим способностям. При показателях температур от 80°С до 120°С теряет упругость и становится мягким, а при воздействии холода возвращается к прежней плотности и имеет низкие адгезивные параметры.

Полиэтилен может взаимодействовать с щелочной средой различной степени концентрации без изменения структуры материала, а также не меняется от воздействия воды, различных солей, кислот, имеющих органическую и неорганическую основу, (в том числе при соприкосновении с серной кислотой высокой концентрации). Не растворяется и не впитывает влагу, находясь в любом растворителе при температуре воздуха до 25°C. При условии повышения температуры до 80°C может растворяться при взаимодействии с циклогексаном и четыреххлористым углеродом.

Разрушение полиэтилена возможно при попадании азотной кислоты с концентрацией 50% при температуре 18-25 градусов и при соприкосновением с хлором и фтором, которые находятся в газообразном состоянии. Также может растворяться под воздействием высокого давления в воде, разогретой до 180°C.

Структура полиэтилена

Для ПВД характерны макромолекулы с углеводородными цепями бокового типа C₁—С_4. Он имеет высокую плотность и отличается небольшим содержанием кристаллической фазы; полиэтилен низкого давления предусматривает большое содержание кристаллической фазы, а также имеет большую плотность по причине наличия молекул неразветвленного типа; полиэтилен среднего давления занимает промежуточное положение между ПВД и ПНД.

По прошествии некоторого времени в структуре материала начинают образовываться межцепные связи, которые приводят к невысокому повышению показателей прочности полиэтилена наряду с увеличением его хрупкости. Если полиэтилен нестабилизированного типа долго находится на открытом воздухе, он начинает подвергаться термоокислительной деструкции (термостарению), характеризующейся выделением альдегидов, кетонов,  перекиси водорода и др.

Получение полиэтилена

Для получения полиэтилена необходима реакция полимеризации этилена.

ПВД образуется при следующих условиях:

• Температура 200—260 °C;
• Давление 150—300 МПа;
• Наличие инициирующего вещества (кислород или органический пероксид).

Степень кристаллизации ПВД составляет 50-60%, реакция проходит в расплаве, а по завершению жидкий продукт проходит стадию грануляции.

ПСД образуется при следующих условиях:

• Температура 100—120°C;
• Давление 3—4 МПа;
• Наличие вещества- катализатора (катализаторы Циглера — Натта, например, смесь TiCl₄ и R₃).

Степень кристаллизации продукта составляет 80-90%, при завершении реакции продукт выпадает из раствора в виде хлопьев

ПНД образуется при следующих условиях:

• Температура 120—150 °C;
• Давление ниже 0.1 — 2 МПа;
• Наличие вещества-катализатора (катализаторы Циглера—Натта, например, смесь TiCl₄ и AlR₃).

Реакция полимеризации осуществляется в суспензии на основании ионно-координационного механизма, при этом степень кристаллизации вещества составляет 75-85%.

Область применения

Основные направления использования полиэтилена:

• Промышленное назначение: упаковочная пленка, скотч, тара и садово-огородный инвентарь;
• В строительстве: канализационные, дренажные, а также водо- и газопроводные трубы;
• В медицине: при замене хрящевой ткани суставов.

Может использоваться в виде электро- и теплоизоляционного материала, а также деталей технической аппаратуры, предметов быта и термоклея, который изготавливается на основе полиэтиленового порошка.

Один из основных способов использования ПНД – это производство труб и комплектующих фитингов для питьевого водопровода, которое базируются на положениях ГОСТ 18599-2001. В соответствии с требованиями данного ГОСТа полиэтилен подразделяется на:

• Питьевой;
• Технический.

Одним из самых главных показателей, характеризующих полиэтилен, является размер минимальной длительно прочности (MRS), который выражается в мегапаскалях.

MRS – значение, которое характеризует композиционные свойства полиэтилена, используемого при изготовлении полиэтиленовых труб. Данный вид полиэтилена производится экстраполяционным способом, предусматривает срок эксплуатации до 50 лет при показателях температур 20°С, а также выдерживает постоянное гидростатическое давление внутреннего типа с нижним доверительным интервалом 97,5 %.

Марки полиэтилена

По минимальной длительной прочности полиэтилен делят на следующие марки:

ПЭ 32 (3,2МПа), ПЭ 63 (6,3МПа), ПЭ 80 (8,0 МПа), ПЭ 100 (10,0 МПа).

В соответствии с ГОСТ 30732-2006 для монтажа защитных оболочек труб тепловых трасс, которые проходят под землей, используется ПНД марки не ниже ПЭ 80.