Полиэтилен высокого давления (ПВД) представляет собой высокомолекулярный термопластичный полимер, образованный из мономерных звеньев этилена. Производится в виде полупрозрачных гранул.
В результате внесения добавок меняет свои физико-химические и механические свойства, в том числе цвет.
Характеристики ПВД
Полиэтилен высокого давления является довольно специфическим материалом. Он практически не поглощает воду (0,02 %/месяц), имеет низкую температуру стеклования (-25 °С) и высокую температуру плавления (100-120 °С).
Физико-механические свойства вещества приведены в таблице (см. табл. 1).
|
Свойство |
Значение |
|
Плотность, кг/м³ |
910 - 930 |
|
Молекулярная масса |
80000 - 500000 |
|
Степень кристалличности, % |
50 – 65 |
|
Теплопроводность, Вт/(м*К) |
0,29 |
|
Удельная теплоемкость при 25 °С, кДж/(кг*К) |
1,9 – 2,5 |
|
Предел прочности при растяжении, МПа |
9,8 – 16,7 |
|
Предел прочности при изгибе, МПа |
11,8 – 16,7 |
|
Удлинение при разрыве, % |
500 – 600 |
|
Модуль упругости при растяжении, МПа |
147 – 245 |
|
Модуль упругости при изгибе, МПа |
118 – 255 |
|
Твердость по Бринеллю, МПа |
13,7 – 24,5 |
|
Число перегибов на 180° |
3000 |
Таблица 1
К химическим свойствам можно отнести отсутствие реакции на кислоту и щелочь, нерастворимость в воде, голубоватый оттенок при горении с излучением ничтожного количества света, а также подверженность к термостарению.
С учетом перечисленного можно сделать вывод, что ПВД обладает следующими свойствами:
- Мягкость;
- Низкая степень усадки;
- Эластичность;
- Ударопрочность;
- Устойчивость к механическим повреждениям;
- Высокая растяжимость;
- Сохранение прочности при низких температурах;
- Повышенные влагостойкость и воздухонепроницаемость.
Наряду с положительными аспектами полиэтилену высокого давления присущ ряд недостатков, ограничивающих возможности более широкого применения. В первую очередь к ним относятся:
- ограниченный диапазон эксплуатационных температур (от -60 до +80 °С);
- низкая стойкость к жирам, маслам;
- отсутствие огнестойкости;
- чувствительность к УФ-излучению.
Набор уникальных характеристик материала определил области его использования в различных сферах народного хозяйства.
Получение полиэтилена высокого давления
ПВД изготовляют на химических предприятиях в специальных реакторах методом полимеризации полиэтилена под высоким давлением при повышенных температурах. В РФ основными производителями считаются ОАО «Полимир» и ООО «Томскнефтехим».
ООО «Томскнефтехим»
Процесс получения ПВД заключается в подготовке сырья (смешивание газообразного этилена с кислородом), полимеризации смеси (в автоклаве или трубчатом реакторе под давлением 250 МПа при температуре 300 °С), последующей грануляции и просушке. Алгоритм простой, в реальности все выглядит намного сложнее. На рисунке 1 приведена схема получения ПВД (см. рис. 1).
11
Рисунок 1
где: 1 – хранилище этилена; 2 – коллектор; 3, 8 – смесители; 4, 9 – компрессоры; 5, 7 – холодильники; 6 – циклонные сепараторы; 10 – огнепреградители; 11 – трубчатые реакторы; 12, 13 – отделители высокого и низкого давления; 14 – гранулятор; 15 – фильтр.
После окончательной просушки гранулы ПВД упаковываются и отправляются на производство.
Применение ПВД
Изделия из ПВД характеризуются высокими показателями жесткости и прочности, твердостью и химической стойкостью на фоне гибкости и пластичности. Эти показатели определили области применения материала.
В строительстве металлические трубы заменяются на полиэтиленовые.
Для справки: трубы с синей полосой применяются для питьевой воды, с желтой полосой – в газопроводах, без полос – для технической воды (ливневки, канализационные и т. п.). Красная указывает на применение в электроснабжении и оранжевая – для телекоммуникаций, сигнальных либо тревожных линий.
В быту ПВД используется в качестве упаковки – пленка, мусорные мешки, хозяйственные пакеты, пищевые контейнеры, канистры, бутылки.
Сельское хозяйство также не обходится без применения этого материала – пленки для парников и теплиц, трубы для капельного полива и т. д.
В энергетике ПВД используется для изоляции проводов, кабелей и др. электрических устройств.
В медицине полиэтилен применяется для упаковки лекарств, из него изготавливаются некоторые виды протезов, лабораторное оборудование.
Промышленность освоила применение материала при изготовлении различных деталей и узлов для автомобилей, компьютерного оборудования, приборов и др. технических устройств.
Испытания ПВД
Качество ПВД подтверждается при проведении различных испытаний как самого материала, так и изделий из него. Основными методами считаются механический (на прочность, растяжение, сжатие) и гидравлический (проверка герметичности трубопроводов).
Испытания проводятся в лабораториях на специальном оборудовании (универсальные испытательные машины, маятниковые копры, климатические камеры, комплекты для подготовки проб, вискозиметры, тестеры на трение и др.).
Образец машины для испытания ПВД на растяжение
Основными руководящими документами при проведении испытаний считаются:
- ГОСТ 16337-2022 «Полиэтилен высокого давления. Технические условия»;
- ГОСТ 11262-2017 «Пластмассы. Метод испытания на растяжение»;
- ГОСТ Р 70628.2-2023 «Трубопроводы из пластмасс для водоснабжения, дренажа и напорной канализации. Полиэтилен (ПЭ). Часть 2. Трубы»;
- ГОСТ 4651-2014 (ISO 604-2002) «Пластмассы. Метод испытания на сжатие»;
- ГОСТ 11629-2017 «Пластмассы. Метод определения коэффициента трения»;
- ГОСТ 4670-2015 «Пластмассы. Определение твердости. Метод вдавливания шарика»;
- ГОСТ 4648-71 «Пластмассы. Метод испытаний на статический изгиб».
Кроме перечисленных, разработано еще множество стандартов по определению качества ПВД – «Метод определения ударной вязкости по Шарпи», «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трубная цилиндрическая» и ряд других.
