В каком физическом состоянии находится полиэтилен при изготовлении и сварке труб из него
Обновлено: 18.05.2024
Для сборки разводки из полиэтиленовых (ПЭ) труб необходимы определённые умения по их сварке и соединению с помощью фитингов. Для этой работы подойдет и оборудование, используемое для монтажа полипропиленовых трубопроводов.
Сварка полиэтиленовых труб производится специальными аппаратами и требует определенных знаний, о чем мы и будем говорить в этой статье. Детально рассмотрим особенности подготовки оборудования к процессу сварки, приведем рекомендации по выполнению качественного сварного шва. Также рассмотрим различные варианты сварки труб из полиэтилена.
Подготовка оборудования к сварке
Для каждого вида сварки применяется различное оборудование. Приобретать его для разовой сборки коммуникаций стыковым и электросварным методом нет смысла, потому что стоимость комплекта составляет несколько тысяч долларов. Лучше воспользоваться услугами сторонних компаний или взять технику в аренду.
Используемое сварочное оборудование
Оборудование для раструбной пайки стоит в пределах 100-200 долларов, поэтому вопрос о приобретении сварочного аппарата каждый решает самостоятельно.
В стандартный набор устройств для стыковой сварки полиэтиленовых труб входит:
По сути, комплект оборудования представляет собой самостоятельные приспособления, выполняющие определенные функции на различных этапах сварочного процесса. Они могут быть как предназначенные для сугубо ручной сварки, так и для соединения труб в полностью автоматическом режиме.
Для монтажа электромуфтовых соединений применяется соответствующий сварочный аппарат со встроенным сканнером штрих-кодов. Дополнительных устройств для этого процесса не требуется.
Стыковая сварка применяется преимущество у труб с диаметром более 50 мм, поэтому и оборудование для неё имеет немалый размер
Для раструбной сварки будет необходимо приобретение такого комплекта:
- электросварочный аппарат; ;
- подставка;
- калибратор и фаскосниматель;
- насадки для разогрева соединяемых элементов.
Помимо указанного оборудования, для монтажа труб могут понадобиться и общехозяйственные инструменты: разводной ключ, рулетка, маркер и другие.
Из полиэтиленовых труб собирают преимущественно наружные части коммуникационных сетей, прокладываемых как открытым способом, так и в траншеях
Оборудование для сварки ПЭ труб предназначено для работы в полевых условиях. Однако может использоваться и в мастерской для сварки труб небольшого и среднего диаметра
Сварку труб большого диаметра, применяемых в сооружении магистральных линий водо-, электро-, газоснабжения, канализации производят непосредственно на объекте. Это решение проще в реализации и дешевле
Полиэтиленовые трубы соединяют тремя способами: электромуфтовой, раструбной и стыковой сваркой. Электромуфтовый вариант предполагает использование муфты, которая после проведения работ остается на сваренном участке
Раструбная технология предполагает погружения одной части трубы в соединительный элемент или в смежный отрезок трубы
Самый распространенный метод сварки производится по стыковой технологии. При этом не нужны дополнительные соединители и расход энергии наименьший
Все методы сварки полиэтиленовой трубы могут проводиться в зимний период с учетом температурных ограничений, указанных производителем оборудования. Желательно в неблагоприятную для работ погоду над зоной соединения сооружать тент
Независимо от технологии, все способы сварки полиэтиленовых труб предопределяют расплавление соединяемых участков и диффузное слияние их на молекулярном уровне. В результате формируется абсолютно герметичная система
Полиэтиленовые трубы: виды труб, характеристики, способы монтажа
Полиэтиленовые трубы предназначены для прокладки подземных трубопроводов, транспортирующих различные жидкие и газообразные вещества к которым полиэтилен стоек.
Виды полиэтиленовых труб:
В настоящее время в России производятся несколько видов полиэтиленовых труб различающихся между собой по области применения и, соответственно, внешнему виду:
1. Это трубы используемые при строительстве систем водоснабжения, у таких труб на внешней стороне имеется обозначение в виде нескольких продольных синих полосы. Полиэтиленовые трубы для воды изготавливаются по ГОСТ 18599-2001. Предназначены они для транспортировки питьевой или технической воды с максимальной температурой 40ºС и рабочим давлением от 6 до 16 атмосфер.
3. Это технические полиэтиленовые трубы, выпускаемые из полиэтилена с добавлением вторичного переработанного сырья. Такие трубы не имеют ГОСТа и выпускаются по ТУ завода изготовителя. Как правило, технические трубы используются для прокладки электрических и связных кабелей, а также для технической воды не имеющей высокого напора и непригодной для употребления в пищу. Из-за вкраплений вторичного сырья технические трубы плохо свариваются между собой. Поэтому часто сварные швы получаются плохого качества.
Изготовление полиэтиленовых труб осуществляется на полностью автоматизированных производственных линиях путем формования расплавленных полимерных материалов в трубы с помощью специальных калибрующих устройств. Сформованный полимер охлаждается и разрезается на отрезки или наматывается в рулоны (бухты). Материалом для полиэтиленовых труб выступает композиция полиэтилена низкого давления высокой высокой плотности (ПНД) с термо- светостабилизаторами.
Максимальная длина отрезка изготавливаемых труб составляет 13 метров, а длина бухт от 50 до 200 метров. В бухтах трубы бывают до 110-го диаметра, остальные могут быть только в отрезках. Диаметр полиэтиленовых труб от 20 до 1600 мм.
При монтаже полиэтиленовых (ПНД) труб для устройства различных переходных и поворотных узлов, используются специальные фасонные части из такого же материала. Способом монтажа полиэтиленовых труб выступает способ плавления, осуществляемый специальными сварочными аппаратами и способ обжима (скрутки) компрессионными фитингами.
Способы соединения полиэтиленовых труб:
Первый способ — сварка встык
При сварке полиэтиленовых труб встык производится нагрев торцов двух свариваемых частей, которые, после нагрева до определенной температуры, при которой полиэтилен становится пластичным, производится сжатие нагретых частей. Причем, чем выше сжатие, тем выше будет разрешенное давление для транспортировки жидкости. Сила сжатия осуществляется гидравликой сварочного аппарата, которые, в свою очередь, отличаются классом.
Плюсом такого способом сварки является экономия на фасонных частях, так как многие повороты и тройники можно делать прямо в поле из обрезков труб. Минус стыкового способа сварки заключается в высокой стоимости оборудования и его больших размерах. А также, при использовании ручных аппаратов, плохое качество сварного шва, при котором, трубопровод может работать только при низких давлениях.\
Второй способ — электродиффузионная сварка
При электродиффузионной сварке процесс соединения труб осуществляется при помощи специальных фитингов (электросварных фитингов), которые имеют нагревательную спираль на внутренней части, прилегающей к поверхности трубы. По этой спирали пускается ток определенной мощности, нагревающей спираль. Нагретая спираль расплавляет полиэтилен трубы и фитинга до пластичного состояния, после чего происходит смешивание расплавленного полиэтилена и после остывания происходит отличный шов. Сварка таким способом осуществляется при помощи специального сварочного аппарата.
Плюс электродиффузионной сварки заключается в простоте сварочного процесса, мобильности и легкости сварочного аппарата и высоком качестве свариваемого узла, позволяющего использовать трубы при работе с максимальными показателями давления (до 16 атм. вода и 12,5 атм. газ). Минус этого способа сварки заключается в высокой стоимости электросварных фитингов.
Соединение труб при помощи обжимных фитингов
Данный способ соединения полиэтиленовых труб осуществляется при помощи компрессионных фитингов имеющих в своем ассортименте большое количество отводов, тройников, муфт. Данный способ может использоваться только для водоснабжения и ограничивается диаметром соединяемых труб до 110 мм. Как правил, компрессионными фитингами повсеместно пользуются в системах водоснабжения малых частных построек для водоснабжения и полива, а также в городском строительстве для подвода воды к домам.
Обжимной способ соединения имеет ряд преимуществ, так как, доступность, простота соединения, невысокая стоимость. Возможность сборки и разборки трубопроводных сетей. Минус таких соединений в ограниченном использовании, их нельзя применять для строительства газовых сетей.
Свойства полиэтилена, применяемого для изготовления труб и фитингов
Свойства полиэтилена (ПЭ) имеют широкое многообразие, но особо можно выделить два: высокую химическую стойкость и неспособность вступать в электрохимические реакции, благодаря чему исключается возможность появления коррозии, присущей стали. Далее приведены Свойства полиэтилена, наиболее полно характеризующие полиэтилен как материал, применяемый для изготовления труб и соединительных деталей.
Свойства полиэтилена — Плотность
Свойства полиэтилена во многом определяются его плотностью. В российских и международных стандартах принята следующая классификация ПЭ по группам плотности, кг/м3:
— ПНП (ПВД) — полиэтилен низкой плотности (полиэтилен высокого давления) — 910-925;
— ПСП (ПСД) — полиэтилен средней плотности (полиэтилен среднего давления) — 926-940;
— ПВП (ПНД) — полиэтилен высокой плотности (поли-этилен низкого давления) — 941-965.
Полимеризацией при высоком давлении получают разветвленный ПНП. Полимеризацией при низком давлении различными методами (газофазный, суспензионный, в растворе) получают линейный полиэтилен. При этом за счет введения сополимеров может быть получен ПЭ различной плотности — от 920 до 960 кг/м3.
Отечественные трубные марки ПНД производятся газофазным методом с использованием бутена-1 в качестве сополимера. Полимеризацией при низком давлении может быть получен ПСП. Внешне трубы из ПНД и ПВД ничем не отличаются, поэтому при отсутствии маркировки или паспорта (документа о качестве) на трубы отличить их довольно трудно.
Если имеются два отрезка трубы — из ПНД и ПВД — одного наружного диаметра с одинаковой толщиной стенки, то при приложении равных нагрузок труба из ПНД сплющивается в меньшей степени. Труба из ПНД более твердая, чем труба из ПВД, при проведении по ней ногтем обычно остается малозаметная царапина, тогда как на поверхности трубы из ПВД она более заметна. При ударе о твердую поверхность детали из ПВД издают глухой звук, а детали из ПНД — относительно звонкий звук.
Высокая плотность и монолитность соединения могут быть получены только при сварке деталей из одного вида и марки термопласта. Трубы из ПЭ, ПП или ПБ, сваренные между собой, не образуют прочного соединения и легко разрушаются при механическом воздействии.
Стойкость к климатическому (атмосферному) старению
Полиэтилен чувствителен к ультрафиолетовым лучам и теплу. Под их воздействием изменяются его цвет и механические характеристики, т.е. он становится более твердым и хрупким. Эти изменения происходят не сразу и становятся заметными только после года хранения труб на открытом воздухе, на солнце и в неблагоприятных климатических условиях. Так как трубы укладываются в траншеи, то опасность атмосферного старения полиэтилена становится минимальной.
Свойства полиэтилена — Стойкость к температурным воздействиям
При температурном воздействии, особенно длительном, полиэтилен в изделии становится более «эластичным», т.е. легко поддающимся деформированию при приложении к нему механических нагрузок. Обычно ПЭ трубы рассчитываются исходя из прочности материала при температуре 20 °С. Если температура ниже этого значения, то проность, как правило, повышается. Это повышение прочности, чаще всего, не учитывается при назначении эксплуатационных параметров трубопровода, но сам факт повышения прочности ПЭ увеличивает коэффициент запаса прочности трубы.
Температура плавления полиэтилена, при которой он переходит из твердого состояния в расплавленное, составляет от 115 до 130 °С. Температура начала размягчения — 110 °С. Температура хрупкости — минус 70 °С.
Свойства полиэтилена — Прочность при растяжении
Значение предела текучести при одноосном растяжении является весьма важной характеристикой ПЭ, т.к. оно указывает о том предельном состоянии материала, по достижении которого в термопласте возникают необратимые деформации. Среднее значение предела текучести ПНП, ПСП и ПВП составляет от 11,0 до 28,0 МПа. Относительное удлинение полиэтилена при пределе текучести составляет 16 %. Разрушающее напряжение — предел прочности при растяжении, составляет более 30,0 МПа.
Относительное удлинение полиэтилена при разрыве
Свойства полиэтилена, значение относительного удлинения при разрыве полиэтилена составляет от 300 до 1000 % при скорости растяжения от 50 до 100 мм/мин и температуре 20 °С. Конкретное значение удлинения при разрыве зависит от скорости растяжения и температуры.
Линейное расширение
Коэффициент линейного расширения полиэтилена в десять раз превышает соответствующий коэффициент для стали. Для полиэтилена он составляет 0,12-0,20 мм/(м-°С), тогда как у стали — 0,011 мм/(м-°С). Это следует учитывать при прокладке трубопроводов из ПЭ труб и соблюдать меры предосторожности.
Релаксационные Свойства полиэтилена
Если ПЭ подвергнуть длительному внешнему воздействию, то со временем внутреннее напряжение ПЭ в изделии уменьшается, т.к. материал как бы адаптируется к новому состоянию — более равновесному.
Свойства полиэтилена — Диффузионная проницаемость
Полиэтилен не является абсолютно герметичным по отношению к диффузионной проницаемости, особенно газов, которая повышается с увеличением температуры. Однако диффузионная проницаемость ПЭ чрезвычайно мала и составляет для газа при давлении до 0,3 МПа — 0,6 м3 на один километр в течение года.
Теплоизоляционные свойства полиэтилена
ППолиэтилен обладает хорошими теплоизоляционными свойствами. Тем не менее, для подземных трубопроводов теплоизоляционные характеристики грунта не менее значимы, чем аналогичные свойства самой полиэтиленовой трубы. Коэффициент теплопроводности полиэтилена составляет в среднем 0,22-0,4 Вт/(м-°С).
Стойкость к химическим веществам полиэтилена
Полиэтилен в изделии обладает хорошей стойкостью к воздействию различных агрессивных химических веществ: азотной кислоты различной концентрации, аммиака (газообразного, сухого, 100%-го, чистого, водного раствора, насыщенного на холоде), технического ацетона, бензина, винной кислоты, любого вина, воды (дистиллированной, деминерализованной, обессоленной, минеральной, морской), солей калия, сжатого воздуха, содержащего масла, солей меди и магния, отходящих газов систем канализации и др., содержащих диоксид углерода, соляную кислоту, диоксид серы, ртуть, сероводород, серу, мочевину, мыльный раствор и пр.
Обладает относительной стойкостью в концентрированной (более 50%) азотной кислоте, бензоле и некоторых других ароматических углеводородах.
Свойства полиэтилена — Горючесть
Свойства полиэтилена при контакте с огнем полиэтилен быстро загорается, плавится и стекает каплями. Пламя при горении — синее, слабосветящееся, с запахом затухающей свечи.
Наиболее опасными токсичными газами, образующимися при сгорании полиэтилена, являются углерода оксид (СО), водорода хлорид (HCI) и углерода диоксид (СО2). Количество СО, выделяющегося при термическом разложении полиэтилена, составляет 9-12 %.
Диоксид углерода в малых концентрациях не представляет большой опасности: его концентрацию 1,5 % в воздухе человек переносит без вреда для организма, но при концентрациях 3,0-4,5 % этот газ становится опасным для жизни человека при получасовом вдыхании. В настоящее время в нашей стране отсутствуют нормативные документы, регламентирующие критические концентрации СО, СО2, HCI и О2 при пожаре. В связи с этим для оценки пожарной опасности пластмассовых трубопроводов литературными источниками рекомендуются следующие критические концентрации: СО — 0,1 %, СО2 — б %, HCI — 5 % и О2 — 17 %.
В качестве замедлителей горения полиэтилена применяются хлор- и бромсодержащие органические соединения. В качестве средств пожаротушения применяются: тонко распыленная вода, вода с добавками поверхностно-активных веществ, пена, огнетушащие порошки, асбестовое полотно и др.
Санитарно-гигиенические свойства
Из полиэтилена в воду могут выделяться некоторые химические вещества в концентрациях, не превышающих предельно допустимую (ПДК). Мигрирующие соединения, как правило, не придают воде привкусов и запахов, но могут вызывать образование быстроисчезающей пены при взбалтывании водных вытяжек.
Для светостабилизации полиэтилена применяют различные сорта сажи, содержащие до 0,5 мг/кг бензопирена. Количество сажи в полиэтилене не должно превышать 2,5 %. Исследования показали допустимость использования труб из ПЭ для транспортирования хлорированной воды. При этом не отмечено значительного увеличения хлоропоглощаемости.
ПНД может выделять в воду те же вещества, что и ПВД, но кроме того — остатки комплексных металлоорганических катализаторов и растворителей. Трубы из ПЭ, облученные дозами ускоренных электронов или лучами, не изменяют вкуса и запаха соприкасающейся с ними воды и не повышают ее окисляемость.
Установлено, что увеличение числа бактерий в стоячей воде, находящейся в ПЭ трубах, вызвано их размножением вследствие органических загрязнений, имеющихся в воде, а не влиянием полимерного материала. Посев бактериальных культур, выделенных из водопроводной воды, в минеральную среду с полиэтиленом порошками различной молекулярной массы в качестве единственного источника углерода доказал, что эти микроорганизмы не в состоянии употреблять полиэтилен. ПВД не влияет на выживаемость в воде кишечной палочки. Таким образом, основным ограничением при использовании полиэтилена в контакте с питьевой водой является опасность изменения ее органолептических Свойства полиэтилена, в основном запаха.
Сварка полимерных пленок : Параметры режима термоимпульсной сварки
В настоящее время сварка является основным способом получения неразъемных соединений. Сварка – процесс образования неразъемного соединения, основанный на взаимной диффузии (диффузионная сварка) или химическом взаимодействии (химическая сварка) макромолекул полимеров, в результате которых исчезает граница раздела между соединяемыми поверхностями и образуется структурный переход от одного полимера к другому. Сварка незаменима при производстве упаковки в любой отрасли, особенно в пищевой, широко применяется в строительстве, сельском хозяйстве и др. Для полимерных материалов характерны низкая теплопроводность и высокая теплоемкость. Поэтому сварка происходит только в интервале температур, при которых полимер находится в вязкотекучем состоянии.
Качество соединений, полученных сваркой, зависит от условий проведения процесса, строения полимерной фазы и совместимости полимеров. Из множества методов сварки полимерных материалов в упаковочном производстве наиболее широкое применение нашли следующие: контактно-тепловая, термоимпульсная, ультразвуковая, высокочастотная, реже сварка нагретым газом. Контактно-тепловая сварка является наиболее простым и экономичным методом, характеризующим достаточно высокие прочностные характеристики соединения. Из термоконтактных методов наибольшее распространение получили сварка постоянно нагретым электродом и термоимпульсная сварка. В первом случае в качестве нагревателя служит электрод, выполненный из теплопроводного материала. Внутри электрода расположена электрическая спираль. Время сварки постоянно нагретым электродом соответствует времени его контакта со свариваемыми материалами. Давление при сварке осуществляется за счет прижатия электрода.
Термоимпульсная сварка осуществляется электродом, обладающим высоким омическим сопротивлением, например, нихромовой лентой или проволокой, которая разогревается подаваемым на нее импульсом тока за доли секунды, отдавая тепло свариваемым пленкам. Лента или проволока закреплена в прижимном устройстве, обеспечивающим при сварке необходимое давление на соединяемые материалы. При этом давление на свариваемые пленки при термоимпульсной сварке можно поддерживать и в процессе охлаждения сварного шва. Этот метод широко применяется при сварке полиолефинов, многослойных пленок, комбинированных материалов на основе полимеров.
Ультразвуковая сварка основана на превращении в тепло вводимой в материал энергии колебаний ультразвуковой частоты. Возможность применения этого метода связана с модулем упругости материала, характеризующим способность передачи энергии упругих колебаний. Этим методом хорошо свариваются пленки из полиэтилентерефталата, полиамида, поликарбоната, полистирола. Высокочастотная сварка осуществляется за счет тепла, выделяемого в полярном материале при помещении его в переменное электромагнитное поле токов высокой частоты. Критерием применимости высокочастотной сварки для пленок служит величина тангенса угла диэлектрических потерь полимера tq 8. Выделение необходимого для сварки количества тепла возможно при величине tg 8 > 0,01. К таким материалам относятся поливинилхлорид и полиамид. К числу наиболее применяемых в упаковочной отрасли и хорошо свариваемых плавлением полимерным материалам относятся полиолефины – ПЭВД, ПЭНД, ПП. Полиолефины характеризуются низкой энергией активации вязкого течения (46-53 кДж/моль), имеют сравнительно низкую температуру текучести (120-169 °С), широкий температурный интервал вязко-текучего состояния (свыше 50 °С), сравнительно низкую вязкость расплава и поэтому относится к хорошо свариваемым полимерам.
Существенное различие между температурой текучести и температурой деструкции у полиолефинов позволяет широко варьировать режимы сварки. Полиолефины хорошо свариваются термоконтактной сваркой, при этом нагреватели могут контактировать как с внутренними (свариваемыми) поверхностями (сварка оплавлением), так и с наружными (сварка проплавлением). Полиолефиновые пленки толщиной до 150 мкм рекомендуется сваривать по схеме с односторонним подводом тепловой энергии, а пленки толщиной свыше 150 мкм – с двусторонним подводом тепловой энергии, при этом для пленок толщиной до 150 мкм рекомендуемая ширина шва находится в пределах 2-5 мм, а для пленок свыше 150 мкм – в пределах 4-6 мм. Для соединения полиолефиновых пленок толщиной 20-250 мкм применяется в основном термоимпульсная сварка, так как они имеют широкий температурный интервал между переходом в вязкотекучее состояние и деструкцией. В зависимости от толщины свариваемых пленок (25-100 мкм) при двустороннем нагреве оптимальные режимы термоимпульсной сварки находятся в следующих пределах (см. таблицу 1).
Полиэтилен: свойства, области применения и структура потребления
Полиэтилен (ПЭ) относится к группе полиолефинов, которые представляют собой самый распространенный тип полимеров получаемых реакциями полимеризации и сополимеризации непредельных углеводородов (этилена, пропилена, бутилена и других альфа-олефинов). Химическая структура молекулы полиэтилена проста и представляет собою цепочку атомов углерода, к каждому из которых присоединены две молекулы водорода.
Свойства полиэтилена зависят от использованного метода полимеризации. Стандарт ISO 1872 классифицирует полиэтилен по плотности и показателю текучести расплава (ПТР). В России полиэтилен классифицируется по СТ СЭВ 3659-82.
В зависимости от технологии полимеризации этилена, полиэтилен имеет различную плотность и классифицируется на полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП) и др.
Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) производится при высоком давлении от 1000 до 3000 атмосфер путем полимеризации с добавлением радикала этилена при температуре от 150 до 275 °С, где инициатором служит кислород. В России често применяется устаревшая аббревиатура – ПВД, которая означает, что полиэтилен был произведен при высоком давлении.
Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) производится путем полимеризации этилена при низком от 1 до 50 бар или среднем давлении от 30 до 40 атмосфер и температуре от 85° до 180 °С при помощи катализаторов Циглера-Натта (оксид хрома или оксид алюминия) и органического растворителя (анионная полимеризация). В России често применяется устаревшая аббревиатура – ПНД, которая означает, что полиэтилен был произведен при низком давлении.
Линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП) получают на оборудовании синтеза ПЭНП с помощью высокопроизводительных систем катализаторов, путем полимеризации этилена при давлении в 30-40 атмосферах и температуре около 150 °С.
Относительно недавно начала применяться технология, где используются так называемые металлоценовые (ПЭ-М) катализаторы, которые позволяют добиться более высокой молекулярной массы полимера, это помогает увеличивает прочность изделия.
Химические и физические свойства полиэтилена
Полиэтилен [–СН2-СН2–]n существует в двух модификациях, отличающихся по структуре и по свойствам. Обе модификации получаются из этилена СН2=СН2. В одной из форм мономеры связаны в линейные цепи со степенью полимеризации (СП) обычно 5000 и более, а в другой – разветвления из 4-6 углеродных атомов присоединены к основной цепи случайным способом. Линейные полиэтилены производятся с использованием особых катализаторов, полимеризация протекает при умеренных температурах (до 150 0С) и давлениях (до 20 атм.).
Полиэтилен — термопластичный полимер, непрозрачен в толстом слое, кристаллизуется в диапазоне температур от минус 60 °С. Он смачивается водой, при комнатной температуре не растворяется в органических растворителях, а при температуре выше 80 °С сначала набухает, а затем растворяется в ароматических углеводородах и их галогенопроизводных.
ПЭ устойчив к действию водных растворов солей, кислот, щелочей, но при температурах выше 60 °С серная и азотная кислоты быстро его разрушают. Кратковременная обработка ПЭ окислителем (например, хромовой смесью) приводит к окислению поверхности и смачиванию ее водой, полярными жидкостями и клеями. В этом случае изделия из ПЭ можно склеивать.
По своей структуре и свойствам ПЭНП, ПЭВП и ЛПЭНП отличаются, и применяются для различных задач. ПЭНП более мягкий, а ПЭВП и ЛПЭНП имеют жесткую структуру. Также отличия проявляются в плотности, температуре плавления, твердости, и прочности.
Сравнительная характеристика ПЭНП и ПЭВП
Полиэтилен
Молекулярная масса, г/моль
Плотность, г/см3
Температура плавления, 0С
Модуль упругости, МПа
V раст., МПа
Относ. удлинение, %
Низкой плотности (высокого давления)
Высокой плотности (низкого давления)
Наряду с кристаллической фазой всегда имеется аморфная, содержащая недостаточно упорядоченные участки макромолекул. Соотношение этих фаз зависит от способа получения ПЭ и условии его кристаллизации. Оно определяет и свойства полимера. Пленки из ПЭНП в 5-10 раз более проницаемы, чем пленки из ПЭВП.
Механические показатели ПЭ возрастают с увеличением плотности (степени кристалличности) и молекулярной массы. В виде тонких пленок ПЭ (особенно полимер низкой плотности) обладает большей гибкостью и некоторой прозрачностью, а в виде листов приобретает большую жесткость и непрозрачность.
Полиэтилен устойчив к ударным нагрузкам. Среди наиболее важных свойств полиэтилена можно отметить морозостойкость. Они могут эксплуатироваться при температурах от –70°С до 60 °С (ПЭНП) и до 100 °С (ПЭВП), некоторые марки сохраняют свои ценные свойства при температурах ниже –120°С.
Существенным недостатком полиэтилена является его быстрое старение, которое останавливают с помощью специальных добавок — противостарителей (фенолы, амины, газовая сажа). Показатель текучести расплава ПТР у ПЭНП выше, чем ПЭВП, поэтому он перерабатывается в изделия легче.
По электрическим свойствам ПЭ, как неполярный полимер, относится к высококачественным высокочастотным диэлектрикам, диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь мало изменяются с изменением частоты электрического поля, температуры в пределах от минус 80 °С до 100 °С и влажности. Однако остатки катализатора в ПЭВП повышают тангенс угла диэлектрических потерь, особенно при изменении температуры, что приводит к некоторому ухудшению изоляционных свойств.
Области применения полиэтилена
Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП)
ПЭВП имеет теплостойкость отдельных марок до 110 °С и допускает охлаждение до –80 °С. Температура плавления марок: 120–135 °С, а температура стеклования: около –20 °С. ПЭВП дает блестящую поверхность и характеризуется хорошей ударной прочностью и большей теплостойкостью по сравнению с ПЭНП.
Свойства ПЭВП сильно зависят от плотности материала. Увеличение плотности приводит к повышению прочности, жесткости, твердости, химической стойкости. В то же время при увеличении плотности снижается ударопрочность при низких температурах, удлинение при разрыве, проницаемость для газов и паров.
У ПЭВП наблюдается высокая ползучесть при длительных нагрузках. Он имеет очень высокую химическую стойкость (больше, чем у ПЭНП) и обладает отличными диэлектрическими характеристиками. Биологически инертен. Легко перерабатывается.
Характеристики марочного ассортимента ПЭВП
(минимальные и максимальные значения для промышленных марок)
Показатели, ( при 23 °С)
Значения для ненаполненных марок
Полиэтилен высокой плотности применяется преимущественно для выпуска тары и упаковки. За рубежом примерно третья часть выпускаемого полимера используется для изготовления контейнеров выдувным формованием (емкости для пищевых продуктов, парфюмерно-косметических товаров, автомобильных и бытовых химикатов, топливных баков и бочек).
При этом стоит отметить, что по сравнению с другими областями, опережающими темпами растет использование ПЭВП для производства упаковочных пленок. ПЭВП находит также применение в производстве труб и деталей трубопроводов, где используются такие достоинства материала как долговечность (срок службы — 50 лет), простота стыковой сварки, дешевизна (в среднем на 30% ниже по сравнению с металлическими трубами).
Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП)
Полиэтилен низкой плотности отличается теплостойкостью без нагрузки до 60°С (для отдельных марок до 90 °С) и допускает охлаждение различных марок в диапазоне от –45 до –120 °С).
Свойства ПЭНП сильно зависят от плотности материала. Увеличение плотности приводит к повышению прочности, жесткости, твердости, химической стойкости. В то же время при увеличении плотности снижается ударопрочность при низких температурах, удлинение при разрыве, трещиностойкость, проницаемость для газов и паров. ПЭНП склонен к растрескиванию при нагружении и не отличается стабильностью размеров.
ПЭНП обладает отличными диэлектрическими характеристиками, имеет очень высокую химическую стойкость, не стоек к жирам, маслам, не стоек к УФ-излучению, отличается повышенной радиационной стойкостью и биологически инертен. Легко перерабатывается.
Характеристики марочного ассортимента ПЭНП
Показатели, (при 23 °С)
Полиэтилен низкой плотности используется в основном в производстве пищевых, технических, сельскохозяйственных пленок и для изоляции трубопроводов. В последние годы за рубежом наиболее активно растет объем потребления ПЭНП и производства линейного полиэтилена низкой плотности, который в ряде зарубежных стран в значительной степени вытеснил из основных сегментов рынка ПЭНП.
Линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП)
ЛПЭНП имеет теплостойкость до 118 °С и большую стойкость к растрескиванию, ударную прочность и теплостойкость, чем полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), биологически инертен. ЛПЭНП дает меньшее коробление и большую стабильность размеров, чем ПЭНП. Легко перерабатывается.
Характеристики марочного ассортимента
Структура потребления полиэтилена
Комплекс физико-механических, химических и диэлектрических свойств полиэтилена определяет его потребительские свойства и позволяет широко применять во многих отраслях промышленности (кабельной, радиотехнической, химической, легкой, медицине и др.).
Кабель с изоляцией из полиэтилена имеет преимущества по срав¬нению с каучуковой изоляцией. Он легок, более гибок и обладает большей электрической прочностью. Провод, покрытый тонким слоем полиэтилена, может иметь верхний слой из пластифицированного поливинилхлорида, образующего хорошую механическую защиту от повреждений.
В производстве кабелей находит применение ПЭНП, сшитый небольшими количествами (1-3 %) органических перекисей или облученный быстрыми электронами.
Пленки и листы. Пленки и листы могут быть изготовлены из ПЭ любой плотности. При получении тонких и эластичных пленок более широко применяется ПЭНП.
Кроме тонких пленок, из ПЭ изготовляют листы толщиной 1-6 мм и шириной до 1400 мм, Их применяют в качестве футеровочного и электроизоляционного материала и перерабатывают в изделия технического к бытового назначения методом вакуумного формования.
Большая часть продукции из ПЭНП служит упаковочным материалом, конкурируя с другими пленками (целлофановой, поливинилхлоридной, поливинилиденхлоридной, поливинилфторидной, полиэтилентерефталатнсй, из поливинилового спирта и др.), меньшая часть используется для изготовления различных изделий (сумок, мешков, облицовки для ящиков, коробок и других видов тары).
Широко применяются пленки для упаковки замороженного мяса и птицы, при изготовлении аэростатов и баллонов для проведения метеорологических и других исследований верхних слоев атмосферы, защиты от коррозии магистральных нефте- и газопроводов. В сельском хозяйстве прозрачная пленка используется для замены стекла в теплицах и парниках. Черная пленка служит для покрытия почвы в целях задержания тепла при выращивании овощей, плодово-ягодных и бобовых культур, а также для выстилания силосных ям, дна водоемов и каналов. Все больше применяется полиэтиленовая пленка в качестве материала для крыш и стен при сооружении помещений для хранения урожая, сельскохозяйственных машин и другого оборудования.
Из полиэтиленовой пленки изготовляют предметы домашнего обихода: плащи, скатерти, гардины, салфетки, передники, косынки и т. п. Пленка может быть нанесена с одной стороны на различные материалы: бумагу, ткань, целлофан, металлическую фольгу.
Армированная полиэтиленовая пленка отличается большей прочностью, чем обычная пленка такой же толщины. Материал состоит из двух пленок, между которыми находятся армирующие нити из синтетических или природных волокон или редкая стеклянная ткань.
Из очень тонких армированных пленок изготовляют скатерти, а также пленки для теплиц; из более толстых пленок — мешки и упаковочный материал. Армированная пленка, упрочненная редкой стеклянной тканью, может быть применена для изготовления защитной одежды и использована в качестве обкладочного материала для различных емкостей.
На основе пленок из ПЭ могут быть изготовлены липкие (клеящие) пленки или ленты, пригодные для ремонта кабельных линий вы¬сокочастотной связи и для защиты стальных подземных трубопроводов от коррозии. Полиэтиленовые пленки и ленты с липким слоем содержат на одной стороне слой из низкомолекулярного полиизобутилена, иногда в смеси с бутилкаучуком. Выпускаются они толщиной 65-96 мкм, шириной 80-I50 мм.
ПЭНП и ПЭВП применяют и для защиты металлических изделий от коррозии. Защитный слой наносится методами газопламенного и вихревого напыления.
Полиэтиленовые трубы. Из всех видов пластмасс ПЭ нашел наибольшее применение для изготовления экструзии и центробежного литья труб, характеризующихся легкостью, коррозионной стойкостью, незначительным сопротивлением движению жидкости, простотой монтажа, гибкостью, морозостойкостью, легкостью сварки.
Непрерывным методом выпускаются трубы любой длины с внутренним диаметром 6-300 мм при толщине стенок 1,5-10 мм. Полиэтиленовые трубы небольшого диаметра наматываются на барабаны. Литьем под давлением изготовляют арматуру к трубам, которая включает коленчатые трубы, согнутые под углом 45 и 90 град; тройники, муфты, крестовины, патрубки. Трубы большого диаметра (до 1600 мм) с толщиной стенок до 25 мм получают методом центробежного литья.
Полиэтиленовые трубы вследствие их химической стойкости и эластичности применяются для транспортировки воды, растворов солей и щелочей, кислот, различных жидкостей и газов в химической промышленности, для сооружения внутренней и внешней водопроводной сети, в ирригационных системах и дождевальных установках.
Трубы из ПЭНП могут работать при температурах до 60 0С, а из ПЭВП — до 100 0С. Такие трубы не разрушаются при низких температурах (до – 60 0С) и при замерзании воды; они не подвержены почвенной коррозии.
Выдувные и литьевые изделия. Из полиэтиленовых листов, полученных экструзией или прессованием, можно изготовить различные изделия штампованием, изгибанием по шаблону или вакуумформованием. Крупногабаритные изделия (лодки, ванны, баки и т. п.) также могут быть изготовлены из порошка полиэтилена путем его спекания на нагретой форме. Отдельные части изделий могут быть сварены при помощи струи горячего воздуха, нагретого до 250 0С.
Формованием и сваркой можно изготовить вентили, колпаки, конейнеры, части вентиляторов и насосов для кислот, мешалки, фильтры, различные емкости, ведра и т. п.
Одним из основных методов переработки ПЭ в изделия является метод литья под давлением. Большое распространение в фармацевтической и химической промышленности получили бутылки из полиэтиле¬на объемом от 25 до 5000 мл, а также посуда, игрушки, электротехнические изделия, решетчатые корзины и ящики.
Выбор того или иного технологического процесса определяется в первую очередь необходимостью получения марочного ассортимента с определенным комплексом свойств. Суспензионный метод целесообразен для производства полиэтилена трубных марок и марок полиэтилена, предназначенного для переработки экструзионным методом, а также для производства высокомолекулярного полиэтилена.
С привлечением растворных технологий получают ЛПЭНД, для высококачественных упаковочных пленок, марки полиэтилена для изготовления изде¬лий методами литья и ротационного формования. Газофазным методом производят марочный ассортимент полиэтилена, предназначенный для изготовления товаров народного потребления.
Читайте также: