Властивості та застосування поліетилену високої щільності (НDPE, ПЕНД)
Поліетилен високої густини (НDPE, ПЕНД, поліетилен низького тиску)
Основні фізико-хімічні властивості
Молекула поліетилену є не що інше, як довгий ланцюг з атомів вуглецю, до кожного з яких приєднано по два атоми водню. Залежно від методу виготовлення виходять макромалекули з різним ступенем розгалуження та різною щільністю. Тому ПЕ поділяється на дві основні групи:
1.Поліетилен низької щільності
Поліетилен низької щільності (LDPE) – ПЕ з порівняно сильно розгалуженою макромолекулою та низькою щільністю (0,916–0,935 г/см³). Процес його виготовлення протікає при дуже високому тиску від 100 до 300 мПа та температурі 100-300 ° С, тому позначається так само, як поліетилен високого тиску (ПЕВС).
2. Поліетилен високої щільності
Поліетилен високої щільності (НDPE) – ПЕ з лінійною макромолекулою та відносно високою щільністю (0,960 г/см³). Це поліетилен, званий поліетиленом низького тиску (ПЕНД), його отримують полімеризацією зі спеціальними каталізаторними системами.
Лінійні поліетилени утворюють області кристалічності, які сильно впливають на фізичні властивостізразків. Цей тип поліетилену зазвичай називають поліетиленом високої густини; він є дуже твердим, міцним і жорстким термопластом, широко застосовуваним для ливарного і видувного формування ємностей, що використовуються в домашньому господарстві та промисловості. Поліетилен високої щільності міцніший за поліетилен низької щільності.
Таблиця. Властивості поліетилену високої щільності
Лінійна будова, про яку згадувалося раніше, характерно для ПЕ, одержуваних при низькому тиску, бічні ланцюги утворюються, але вони короткі і їх кількість невелика. Сополімери етилену, наприклад з бутеном-1, також отримують при низькому тиску для того, щоб ввести контрольоване число відгалужень лінійну, по суті, молекулу. Щільність кополімерів становить 0,945-0,950 г/см3, тоді як лінійних гомополімерів - 0,960 г/см3.
Плівки на основі ПЕВПбільш жорсткі, міцні, менш воскоподібні на дотик порівняно з плівками на основі ПЕНП. Вони можуть бути отримані методом екструзії з роздуванням або через плоску щілину (з поливом на валок, що охолоджується, або водяним охолодженням). При екструзії з роздуванням, однак, отримують каламутнішу, напівпрозору плівку.
Температура розм'якшення ПЕВП (121 ° С) вище, ніж у ПЕНП, тому він витримує стерилізацію пором. Морозостійкість приблизно така сама, як у ПЕНП.
Міцність при розтягуванні і стиску вище, ніж у ПЕНП, а опір удару і роздирання нижче. Через лінійну структуру молекули ПЕВП прагнуть орієнтуватися в напрямку течії, і опір роздирання в поздовжньому напрямку плівок значно нижче. Відмінності опорів роздирання в поздовжньому і поперечному напрямках можуть бути збільшені при орієнтації, і плівці будуть властиві властивості стрічок, що працюють на роздирання.
Проникність ПЕВП нижче,ніж у ПЕНП, приблизно в 5-6 разів, і він є чудовою перепоною вологи.
Серед звичайних плівок ПЕВП за вологопроникністю поступається тільки плівкам на основі кополімерів вінілхлориду та вініл-іденхлориду.
По хімічної стійкості ПЕВП також перевершує ПЕНП, особливо у стійкості до олій і жирів.
Зі збільшенням щільності розчинність в органічних розчинниках зменшується, як і проникність по відношенню до розчинників.
ПЕВП схильний до розтріскування під дією середовища, як і ПЕНП, але цей ефект може бути зменшений завдяки використанню високомолекулярних марок ПЕ, у яких цей недолік відсутній.
ВЛАСТИВОСТІ ПНД ТРУБНИХ КОМПОЗИЦІЙ
- Щільність = 0,948-0,964 кг/см3 (за ГОСТ 15199-69).
- Межа плинності при розтягуванні = щонайменше 21,6 МПа (за ГОСТ 11262-80).
- Відносне подовження при розриві = щонайменше 700% (за ГОСТ 11262-80).
- Модуль пружності при згинанні = 680-750 МПа (за ГОСТ 9550-81).
- Температура плавлення = 125-132 ° С (поляризаційний мікроскоп).
- Температура розм'якшення = 120-125 ° С (по Віка).
- Термічний коефіцієнт лінійного розширення = (1,7-2,0) • 0,0001-41/°С (ГОСТ 15173-70).
- Коефіцієнт теплопровідності = 0,41-0,44 Вт/м•С.
- Електрична міцність (товщина зразка 1 мм за частоти 50 Гц) = щонайменше 40 кВ/мм (за ГОСТ 6433.3-7).
Питомий об'ємний електричний опір = 1 • 1016-1 • 1017 Ом • см (ГОСТ 6433.2-71).
Істотні властивості всіх типів поліетилену (HDPE, LDPE, LLDPE): - мала щільність (легше води); - дуже хороша хімічна стійкість; - дуже незначне водопоглинання; - непроникність для водяної пари; - висока в'язкість, гнучкість, розтяжність і еластичністьінтервалі температур від -70 до +100 ° С; - хороша прозорість; - легка перероблюваність всіма придатними для термопластів методами; - дуже хороша зварюваність.
Області застосування поліетилену високої щільності, як правило, збігаються з областями, що споживають матеріал малої щільності, але змінені властивості перших, безсумнівно, покращують якість вироблених продуктів. Так,плівка з поліетиленувисокої щільності буде міцніше і прозоріше, формовані деталі можуть мати менший переріз, а труби і волокна будуть мати більшу міцність. Підвищення температури плавлення нових поліетиленів дозволяє проводити стерилізацію водяною парою. Ці фактори у поєднанні з можливістю регулювати властивості продуктів сприятимуть зростанню застосування поліетиленів, що виробляються на поверхневих каталізаторах. Слід зазначити, що в ряді випадків застосування поліетиленів високої густини може лімітуватися розтріскуванням при тривалому застосуванні навантаження.
А ось відносно висока проникність поліетилену для кисню, двоокису вуглецю, ароматичних речовин, а також проблеми при контакті з певними середовищами (наприклад, розчинами змочують речовин), феномен так званого утворення тріщин внаслідок внутрішніх напруг, особливо HDPE, звужують область його застосування. Різні властивості HDPE у порівнянні з LDPE обумовлені його високою густиною. При однаковій товщині виробу з HDPE жорсткіший і їх поверхня твердіша. Температура плавлення на 20 °С вище, і внаслідок більш щільної структури молекули непроникність для водяної пари, кисню, вуглекислого газу та ароматичних речовин, а також хімічна стійкість краще, ніж у LDPE. Висока температура плавлення дає можливість виготовлення упаковок з більшвисокою теплостійкістю (короткочасно до 100 ° С).
Вдале та рідкісне поєднання в поліетилені хімічної стійкості, механічної міцності, морозостійкості, хороших діелектричних властивостей, стійкості до радіоактивних випромінювань, надзвичайно низькі газопроникність та вологопоглинання, легкість та нешкідливість роблять поліетилен незамінним у цілій низці областей застосування.
ПЕНД переробляється практично всіма базовими способами, що використовуються під час роботи з термопластами – екструзія, видування, лиття під тиском, ротоформування.