Свойства полиэтилена
Полиэтилен получают полимеризацией мономера этилена с помощью различных технологических способов. Общая структурная формула полиэтилена:
[-СН2-СН2-]n
Он является типичным термопластом и перерабатывается в изделия всеми известными способами, в том числе методом литья пластмасс под давлением на термопластавтоматах.Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) получают при высоком (до 350 МПа) давлении, поэтому по не слишком удачной отечественной номенклатуре он называется полиэтиленом высокого давления (ПВД). Плотность 910-935 кг/м3; ММ - 30-500 тыс. Выпускается, как правило, стабилизированным и в виде гранул. Главная особенность молекулярной структуры - разветвленность строения, что является причиной образования рыхлой аморфно-кристаллической структуры и, как следствие, уменьшение плотности полимера.
Основные физические свойства полиэтиленов
|
Свойства |
ПЭНП (ПВД) |
ПЭВП |
СЭП |
|
|
(ПНД) |
(ПСД) |
|||
|
Молекулярная масса промышленных марок, ММ-10-4 |
1,9-4,8 |
7-35 |
4-7 |
1,0-3.0 |
|
Плотность, кг/м^3 |
918-935 |
945-955 |
960-970 |
930-945 |
|
Показатель текучести расплава1/10 мин. |
0,2-20 |
0,1-15 |
0,1-10 |
0,05-0,6 |
|
Разрушающее напряжение, МПа: |
|
|
|
|
|
Относительное удлинение, % |
150-1000 |
400-800 |
200-800 |
600-900 |
|
Ударная вязкость, кДж/м2 |
Образец не ломается |
|||
|
Твердость по Бринеллю, МПаа |
15-25 |
45-60 |
55-60 |
40-50 |
| Температура плавления,
°С |
105-115 | 125-130 | 130-135 |
120-125 |
|
Морозостойкость, °С |
-70 |
-70 |
-70 |
-70 |
|
Удельная теплоемкость, кДж/(кг-К) |
2,1-2,8 |
2,3-2,7 |
2,3-2,7 |
1.87-2,4 |
|
Коэффициент температуропроводности, Вт/(м*К) |
0,2-0,3 |
0,22-0,35 |
0,22-0,35 |
0,2-0,25 |
|
Коэффициент линейного термического расширения в твердом состоянии, 104*1/°С |
2,2-2,5 |
2,5-4,0 |
2,4-3,8 |
- |
|
Электрическая прочность, МВ/м |
45-60 |
45-60 |
45-60 |
- |
ПЭНП получают в трубчатых и автоклавных реакторах, что оказывает частичное влияние на некоторые свойства (ММР, Тр, Тпл). Выпускается ПЭНП стабилизированным и в виде гранул. В обозначении базовых марок ПЭНП (ПЭВД) первая цифра указывает на способ производства (1 - высокое давление при полимеризации). Две последующие цифры обозначают метод производства базовой марки. При использовании автоклавного метода порядковые номера от 01 до 49; при методе с использованием трубчатого реактора - от 50 до 99. Четвертая цифра указывает на способ усреднения полимера: холодным смешением — 0, в расплаве — 1. Пятая цифра обозначает группу плотности ПЭНП (ПЭВД):
1 - 900-909 кг/м3
2 - 910-916 кг/м3
3 - 917-921 кг/м3
4 - 923-926 кг/м3
5 - 927-930 кг/м3
6 - 931-939 кг/м3
Цифры, расположенные после тире, указывают на значение показателя текучести расплава (ПТР), увеличенное в 10 раз. Например, обозначение 10703-020 показывает, что это базовая марка ПВД (1), полученная автоклавным синтезом (07), усредненная холодным перемешиванием гранул (0) и с плотностью третьей группы (3), то есть 917-921 кг/м3. ПТР этой марки составляет 2 г/10 мин.
Композиции на основе базовых марок обозначаются иначе. Первые три цифры показывают базовую марку (без ее расшифровки), а цифры после тире — номер рецептуры добавки. Например, 153-171 — композиция, приготовленная на основе базовой марки 153, то есть ПЭВД (1), синтез в трубчатом реакторе (53), номер рецептуры добавки 171 самозатухающая, стойкая к термофотоокислительному старению.
Полиэтилен высокой плотности, низкого давления (ПНД) получают с использованием катализаторов Циглера-Натта при сравнительно низком давлении (0,3-4,0 МПа), суспензионным, а также газофазным методом при среднем давлении (ПСД), что является основанием для обозначения этого продукта, также вносящими определенную путаницу отечественными аббревиатурами (указаны в скобках). Температура плавления 125-132 °С; ММ - (70-350) тыс.; плотность 945-975 кг/м3. Выпускается стабилизированным в виде гранул или зернистого порошка.
Структурная особенность ПЭВП состоит в линейности его молекулярной организации. Поэтому содержание кристаллической фазы в ПЭВП достигает 80 %, она имеет развитую морфологию (пачки, фибриллы, ламели, сферолиты). ПЭВП относится к кристаллизующимся полимерам. Благодаря большей, чем в аморфной фазе, плотности упаковки макромолекул в кристаллитах повышается и физическая плотность ПЭВП, достигающая 970 кг/м3 (см. таблицу). Соответственно изменяются и характеристики. Существенно возрастают деформационно-прочностные свойства, по значениям которых ПЭВП приближается к конструкционным пластмассам, увеличиваются температура размягчения и температура кристаллизации (плавления), растет модуль упругости и твердость. Введение в ПЭВП армирующих волокнистых наполнителей позволяет применять этот материал для изготовления элементов емкостей и оболочек, а также изделий ответственного назначения. Свойственная всем полиэтиленам высокая химическая стойкость позволяет использовать некоторые марки ПЭВП в эндопротезировании, в производстве изделий биотехнологического и пищевого назначения.
ПЭВП перерабатывается всеми способами, известными в технологии производства изделий из пластмасс.
Маркировка базовых разновидностей суспензионного полиэтилена совпадает с рассмотренной ранее. Первая цифра (2) указывает на синтез при низком давлении, а значит с использованием металлоорганических катализаторов. Две последующие цифры обозначают номер базовой марки (1-10), четвертая и пятая цифры — способ усреднения и группу плотности, а цифры после тире — десятикратно увеличенное значение показателя текучести расплава (ПТР). Построение марки композиций на основе ПЭВП такое же, как для ПЭНП. Например, марка 203-23 представлена на основе суспензионного ПЭНД (2) и базовой марки 03 с добавкой 23, придающей антикоррозионные свойства и стойкость к свето- и термоокислительной деструкции.
Газофазный ПЭВП (2) обозначается базовыми марками 71-77, а композиции на его основе цифрами номеров после тире. Например, марка 273-81 означает композицию на основе газофазного ПЭНД (273) с термостабилизатором (81) черного цвета, обеспечивающим повышенную стойкость к старению при эксплуатации.
В технике нашли применение некоторые сополимеры этилена.
СЭП — сополимер этилена с пропиленом обладает повышенной устойчивостью к растрескиванию, повышенной эластичностью при большей механической прочности по сравнению с ПЭНП (см. таблицу). СЭП применяется в кабельной промышленности и для производства изделий литьем под давлением, экструзией и выдуванием (бутыли, флаконы, канистры, трубы, покрытия по металлу).
СЭВА (СЭВИЛЕН) — сополимеры этилена с винилацетатом, различающиеся содержанием вииилацетата (ВА), который варьируется в диапазоне 10-60 %. СЭВА характеризуется повышенной прозрачностью, нетоксичностью, устойчивостью к старению и стабильностью при переработке.
Применение СЭВИЛЕНа определяется содержанием ВА.
Различные марки СЭВИЛЕНа имеют и ряд близких показателей. Среди них следующие: относительное удлинение при разрыве — 600-800 %; твердость по Шору - 85-95 МПа; температура хрупкости - -75...+100 "С; диэлектрическая проницаемость при 106 Гц - 2,3-2,7.
|
Содержание ВА, % |
Назначение СЭВИЛЕНа |
|
5-20 |
Пленки, листы, трубы, медицинские и фармацевтические товары, профильные изделия. |
|
20-30 |
Изделия технического назначения, в т.ч. сельскохозяйственная пленка, термоусадочные изделия, игрушки. |
|
45-60 |
Изделия, свойственные каучукоподобным материалам. |