logo
+7 (929) 605-53-73, +7 (929) 605-53-93
info@varyag-plus.ru
Московская обл., Старая Купавна
ул. Дорожная, д. 4 (База №1 Химреакт.)
+7 (343) 383-40-60, +7 (965) 540-38-52
info@varyag.su
Екатеринбург, Саранинский пер., д. 9
(территория з-д "ЛЕСМАШ")

Что такое полиэтилен: свойства, виды, получение, применение

17.05.2024

Во многих сферах жизни, а также в промышленности издавна используется полиэтилен. Из полиэтиленового пластика изготавливается упаковка для товаров, ящики, строительные материалы, трубы, термоизоляция и многое другое. В этой статье разберемся, что такое полиэтилен, как его получают, виды, свойства и где применяется.

Характеристика полиэтилена ПЭ, PE

Полиэтилен входит в группу полиолефинов — полимеров, которые получают полимеризацией ненасыщенных углеводородов. При его производстве используется газ этилен. Молекула этого пластика несложная, так как состоит из цепи углеродных атомов с двумя молекулами водорода: -СН2-СН2-СН2-СН2-. Связь между химическим элементами — ковалентная.

Мономеры связываются между собой в линейные цепочки, имеющие степень полимеризации (СП) более 5000. Эти цепи могут разветвляться из-за случайного присоединения нескольких атомов углерода к главной структуре. Линейные полиэтилены выпускаются при помощи специальных катализаторов. При использовании различных методов полимеризации получаются полиэтиленовые изделия с заданными свойствами по ГОСТ.

Свойства полиэтилена

Полиэтилен — это термопластичный искусственный полимер, который может размягчаться при нагревании, не теряя при этом своих химических свойств. Полимерный материал визуально похож на воск молочного цвета, а тонкие изделия и гранулы — бесцветные, прозрачные. Такой цвет называется натуральным. Полиэтиленовые изделия могут выпускать также в окрашенном виде.

Часто полиэтилен сравнивают с полиэтиленом, но между ними все-таки есть разница. Главное отличие ПЭ от ПП — это его более высокая эластичность. Кроме того PE обладает уникальными свойствами, присущими только ему:

  • морозостойкость;
  • хороший амортизатор;
  • стойкость к ударным нагрузкам;
  • водостоек;
  • надежный изолятор;
  • невысокая адгезия.

Под воздействием высоких температур от +80°С до +120°С вещество размягчается, при дальнейшем охлаждении принимает прежний вид. На пластик (PE) не действуют органические растворители, но при повышенных температурах (более +80°С) он растворяется в ароматических углеводородах, а также в их галогенопроизводных.

Химическая стойкость пластика проявляется еще в том, что на него не действуют солевые, кислотные, щелочные растворы. Нельзя использовать пластик в серной и азотной кислоте при температуре выше +60°С, так как он разрушится.

Методы получения полиэтилена

Сырьем для производства полиэтилена является чистый этилен. Этилен — это газ без запаха, цвета, который отлично растворяется в эфирах, ацетоне и углеводороде. Для выпуска ПЭ используются два основных химических метода:

  • полимеризация в газовой фазе;
  • координационно-ионная полимеризация в жидкой среде бензина.

В результате применения этих технологий выпускаются два вида полиэтилена: высокого давления ПВД и низкого давления ПНД. Линейный полиэтилен полимеризуется при умеренной температуре (до +150°С) и пониженном давлении до 20 атмосфер.

Полиэтилен высокого давления ПВД

ПВД — полиэтилен высокого давления по технологии синтезируются в температурном диапазоне при +200°С -+ 260°С. Катализатором в этом случае является кислород и перекись водорода. В процессе производства ПВД образуется промежуточный продукт, который в дальнейшем распадается, а полученные компоненты становятся основой для реакции полимеризации мономера: nСН2 = СН2 (-СН2-СН2-)n.

Технология производства ПВД состоит из 5 стадий:

  • смешивание этилена с О2 и возвратным газом низкого давления;
  • сжимание смеси газа;
  • полимеризация;
  • разделение готового продукта и остатков сырья, которые не среагировали;
  • гранулирование жидкого продукта.

ПВД — это полимер низкой плотности (ПЭНП, LDPE). Пластик изготавливается при высоком давлении от 1000 до 3000 атм при температурных режимах от +150°С до 275°С.

Линейный полиэтилен высокого давления ЛПВД

Линейный полиэтилен ЛПВД является пластиком с низкой плотностью (LLDPE). Он представляет из себя полимерную цепь с множеством коротких ответвлений. Материал получают с помощью сополимеризации этилена с олефинами, обладающими более длинной цепью.

В ЛПВД в отличие от марки ПВД отсутствуют длинные цепи разветвлений, поэтому у него такая конструктивная разница. Этот материал обладает эластичностью и мягкостью, показатель его плотности — высокого от 0.915 до 0.925 г/см3.

Полиэтилен низкого давления ПНД

Полиэтилен низкого давления ПНД с высокой плотностью имеет маркировку ПЭВП. Пластик выпускается полимеризацией газообразного этилена, но только устанавливается давление с низкими показателями — 30-40 атм и при пониженных температурах, если сравнивать с ПВД, — от 85°С до 180°С. В производственном процессе применяется катализаторы в виде оксидов алюминия или хрома с органическими растворителями.

Чтобы избавиться от растворителя, пластическая масса направляется в испаритель, далее — в сепаратор и под конец следует в вакуумную камеру, где она гранулируется. Далее твердый ПЭ обрабатывают горячим паром.

Виды полиэтилена

ПЭ широко применяется во многих областях промышленности, где пользуется огромным спросом. Существует несколько видов пластмассы, которые отличаются друг от друга разными показателями.

Виды полиэтилена по технологиям производства

Исходя из разных технологий, условий полимеризации полиэтилен можно разделить на 4 основных вида по его:

  • линейный ПЭ высокого давления ЛПВД;
  • ПЭ высокого давления: ПВД, ПЭВД, LDPE, ПНП;
  • ПЭ среднего давления ПСД;
  • ПЭ низкого давления: ПНД, ПЭНД, HDPE, ПВП.

Нужно добавить, что пластик среднего и низкого давления можно приравнять друг к другу, так как у этих материалов одинаковые показатели плотности, молекулярной массы, а также синтезируются они при равных условиях.

Особое влияние на свойства полиэтиленового изделия при изготовлении оказывает давление. Если применяется низкое давление, то выходит твердый полимер с повышенными жесткостью и показателями плотности (ПНД), и наоборот, более мягкий — с пониженной плотностью (ПВД) производят используя повышенное давление.

Сравнение физико-технических характеристик ПВД и ПНД

Высокого давления Низкого давления
Плотность (в см³) 0,92 - 0,93 0,94 - 0,97
Теплостойкость (в °С) 108 - 115 120 - 140
Содержание кристаллической фазы (в %) 53 - 67 80 - 96
Молекулярный вес 13000 - 50000 70000 - 300000
Предел прочности при растяжении (в кг/см²) 120 - 160 220 — 450

Виды листового полиэтилена

Листовой полиэтилен часто применяется в промышленности для производства оборудования и изготовления деталей. Рассмотрим основные разновидности листового ПЭ различных технологий:

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен РЕ 1000 (СВМПЭ)

Листовой материал РЕ 1000 (PE-UHMW) является сверхвысокомолекулярным полиэтиленом СВМПЭ, имеет молекулярную массу 1000 тыс. ед. Полимер обладает высокой ударопрочностью и легко переносит повышенные механические нагрузки без повреждения. Часто пластмассу используют для облицовки внутренних и наружных частей промышленного оборудования, из нее изготавливают детали скольжения. Склеить полиэтилен или соединить детали из него можно разными способами.

Материал PE 1000 отличается от марки PE 500 более высокими показателями износостойкости и ударопрочности. Одними из важнейших свойств пластмассы PE-UHMW (1000) слабая гигроскопичность и невысокий коэффициент трения, который приравнивается к показателю фторопласта, а также намного превышает цифры ацеталя и нейлона.

СВМПЭ имеет большую молекулярную массу, длинные молекулярные цепи. Прочность молекулярных связей позволяет эффективно распределять нагрузки внутри полимерного изделия.

Также пластик обладает повышенной прочностью волокон (от 300 до 380 cН/текс), поэтому он может выдерживать высокие механические нагрузки. На PE 1000 не действуют гамма-излучение и другие агрессивные среды. Пластмасса не боится низких температур, достигающих - 80°С, при этом сохраняет свои физические свойства.

Лист высокомолекулярного полиэтилена РЕ 500 (ВМПЭ)

Высокомолекулярный полиэтилен ВМПЭ (PE 500) используется как конструкционный пластик. Основными физико-техническими свойствами этого материала являются:

  • высокая ударная вязкость;
  • инертность в химических средах;
  • морозостойкость;
  • устойчивость к коррозии.

Инженерный полимер PE 500 (PE-HMW) имеет большой срок эксплуатации, при котором он не теряет качества. Конструкционный ВМПЭ может спокойно стерилизоваться, биологическая инертность материала позволяет использовать его в медицинской и пищевой отраслях.

Лист полиэтилена PE 300 (PE HD)

Полиэтилен высокой плотности PE 300 имеет дополнительную маркировку PE HD. Пластик обладает высокой термопластичностью, легко сваривается. После спаивания листов или стержней этой марки получаются монолитные изделия, где невозможно определить сварочный шов. Конструкции из PE 300 выдерживают эксплуатацию более 50 лет.

Вот основные технические характеристики PE-300:

  • устойчивость при растяжении;
  • повышенная вязкость при ударах;
  • высокая стойкость к внутреннему напряжению;
  • хорошие диэлектрические показатели;
  • низкая гигроскопичность в жидких средах;
  • стоек к высокой радиации;
  • легко обрабатывается механически.

Кроме этих замечательных качеств, материал стоек в агрессивных средах — кислотах, щелочах. Воспламеняется PE 300 при температуре около +350°С. Так как в его состав входят только химические элементы — углерод и водород, то его горение сопровождается выделением воды и газов — угарного, углекислого. Полимер прекрасно сохраняет свои свойства при низких температурах.

Листовой полиэтилен РЕ 100 (HDPE)

Лист полиэтилена PE 100 (ПНД, HDPE) — это материал с высокой плотностью, произведенный при низком давлении. К главным характеристикам этого пластика при использовании относятся: прочность к высоким ударным нагрузкам, инертность, низкий показатель трения.

Чтобы PE 100 стойко переносил воздействие ультрафиолетовых лучей, при производстве в пластическую массу добавляют специальные добавки. Полиэтиленовые изделия из PE-100 сохраняют свои характеристики в широком диапазоне температур (от -50°С до +80°С), в том числе при низкой температуре. Это значительно расширяет возможности его применения. Пластмасса инертна в химических средах, поэтому она востребована в пищевой промышленности. Листы из HDPE легко обрабатываются механическим способом.

Выделим основные технические характеристики PE 100:

  • морозостойкость;
  • высокая ударопрочность;
  • минимальный коэффициент трения;
  • хороший диэлектрик;
  • устойчивость в агрессивных средах;
  • химическая стойкость.

Благодаря свойствам вида PE 100, пластмасса применяется как высокопрочный синтетический материал для производства изделий, работающих с огромными нагрузками при эксплуатации.

Виды полиэтиленовых стержней

Полиэтиленовый стержень — это конструкционный пластик с аналогичными свойствами как у листов. Основные характеристики прутков PE — это стойкость к ударам и истиранию, самосмазываемость, антикоррозийность, низкая гигроскопичность, диэлектричность.

Стержневой полиэтилен в процессе использования можно поделить на два вида в зависимости от размера:

  • прутки с сечением до 7 мм — для сварки деталей;
  • стержни диаметром 10-400 мм — для изготовления деталей.

Промышленность выпускает следующие марки полиэтиленовых стержней — ПВД, ПНД, PE 1000, 500, 300,100. Стержневой пластик ПЭ производят разных цветов, но особенно востребована натуральная и черная окраска.

Физико-технические характеристики ПВД

Параметр Значение
Плотность, г/см³ 0,900 - 0,939
Температура для плавления, °С 103 - 110
Разрушающее напряжение при изгибе, Па (кгс/см²) (117,6 - 196,07) - 105(120 - 200)
Предел прочности при срезе, Па (кгс/см²) (137,2-166,6) - 105(140-170)
Предел прочности при разрыве, не менее Па (кгс/см²) 113 - 105, 13 - 105
Твердость no вдавливанию под заданной нагрузкой шарика, Па(кгс/см²) (1,66 - 2,25) - 105(1,7 - 2,3)
Удельное электрическое поверхностное сопротивление, Ом 1015
Удельное электрическое объемное сопротивление, Ом·см 1016 - 1017
Водопоглощение за 30 суток, % 0,02
Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1010 Гц 0,0002 - 0,0005
Диэлектрическая проницаемость при частоте 1010 Гц 2,25 - 2,31
Температура хрупкости, He выше °С от -100 до -120
Усадка при литье, % 1,0 - 3,5

Применение полиэтилена

Полиэтиленовые изделия (ПВД, ПНД и пр.) широко используются в разных сферах промышленности. Так, пластмасса применяется в изготовлении кабеля в качестве оплетки, радиотехнике применяется в виде изоляции и для изготовления корпусов изделий, химической — для футеровки оборудования, медицинской и пищевой — для производства оборудования как инертный материал, не вступающий в реакцию с окружающей средой.

Для упаковки товаров повсеместно используется полиэтиленовая пленка ПВД (пузырчатая, обычная), которая является надежной защитой от повреждений при транспортировке. Для сельского хозяйства пленка незаменима в покрытии парников. ПВД применяется для оборудования, которое соприкасается с агрессивными средами. СВМПЭ закупает медицинская отрасль для производства искусственных хрящей суставов.

Вспененный ПЭ является хорошей теплоизоляцией, из его порошка производят клей. В военной отрасли полиэтиленовые листы используют для бронежилетов. Продукцию продукцию выпускают различными стандартными способами, она не требует сверхсложного оборудования. После использования полиэтиленовых материалов, им дают вторую жизнь, изготавливая из отходов вторичные гранулы, что очень защищает окружающую среду.

Возврат к списку