Что такое полиэтилен?

Полиэтилен (PE) — это синтетический термопластичный полимер, принадлежащий к классу полиолефинов, который широко используется благодаря своим универсальным свойствам. Он является одним из наиболее популярных пластиков в мире и производится в огромных масштабах для использования в упаковке, строительстве, медицине и других отраслях.

Подробнее о полиэтилене и его истории можно узнать в статье "ПОЛИЭТИЛЕН: ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ, СТАНОВЛЕНИЯ, РАЗВИТИЯ, ПРИМЕНЕНИЯ И РОЛЬ УЧЕНЫХ" .

Основу полиэтилена составляет цепочка молекул этилена (C2H4) соединённых между собой посредством ковалентных связей.

Виды пластмасс

Пластик окружает нас везде. Из него сделаны игрушки, посуда, инструменты, детали интерьера, предметы быта. Как понять, какой именно вид пластмассы перед вами? Взгляните на маркировку,

Производство полиэтилена

Полиэтилен получают из этилена путём полимеризации — химического процесса, при котором молекулы мономера соединяются в длинные полимерные цепи.

Основные методы производства:

• Радикальная полимеризация: Используется для производства полиэтилена низкой плотности (LDPE).
• Каталитическая полимеризация: Включает применение катализаторов (процессы Ziegler-Natta, Металл-оксидные катализаторы) для создания линейного полиэтилена высокой плотности (HDPE) и линейного низкой плотности (LLDPE).

Виды полиэтилена

Полиэтилен — это один из наиболее универсальных термопластичных полимеров, используемых в производстве упаковки, труб, изоляции и других изделий. Его свойства сильно зависят от структуры молекулы, плотности и степени сшивки. Рассмотрим основные виды полиэтилена и их особенности.

1. LDPE (Low-Density Polyethylene)

Полиэтилен низкой плотности

• Структура:
  LDPE имеет сильно разветвлённую молекулярную структуру, что снижает плотность упаковки молекул и делает материал более гибким.
• Свойства:
  • Низкая плотность (0,91–0,94 г/см³).
  • Высокая эластичность и гибкость.
  • Хорошая устойчивость к ударам и химическим веществам.
  • Низкая термостойкость (до 80 °C).
• Применение:
  LDPE используется для производства плёнок, упаковки для пищевых продуктов, пакетов, труб для малых давлений и изоляции электрических кабелей.

2. PEX (Cross-Linked Polyethylene)

Сшитый полиэтилен

• Структура:
  PEX — это полиэтилен с перекрёстными связями между молекулами, образуемыми в процессе химической или физической сшивки. Это делает материал термостойким и прочным.
  Методы сшивки:
  • PEX-a: Перекисная сшивка.
  • PEX-b: Сшивка силаном.
  • PEX-c: Сшивка электронным облучением.
• Свойства:
  • Высокая прочность и устойчивость к разрыву.
  • Отличная термостойкость (до 90–120 °C).
  • Устойчивость к химическим веществам и ультрафиолету.
  • Устойчивость к растрескиванию под нагрузкой.
• Применение:
  PEX используется в системах горячего и холодного водоснабжения, теплых полах, трубах для отопления и газопроводах.

3. LLDPE (Linear Low-Density Polyethylene)

Линейный полиэтилен низкой плотности

• Структура:
  LLDPE имеет линейную молекулярную структуру с небольшим количеством боковых цепей, что обеспечивает ему сочетание гибкости LDPE и прочности HDPE.
• Свойства:
  • Средняя плотность (0,91–0,93 г/см³).
  • Высокая устойчивость к разрыву и проколам.
  • Отличная гибкость и удлинение при разрыве.
  • Более высокая термостойкость по сравнению с LDPE.
• Применение:
  LLDPE применяется для изготовления прочных плёнок, упаковки, трубопроводов и различных изделий для сельского хозяйства.

4. ULDPE (Ultra-Low-Density Polyethylene)

Полиэтилен ультранизкой плотности

• Структура:
  ULDPE представляет собой полиэтилен с экстремально низкой плотностью, что делает его максимально эластичным.
• Свойства:
  • Очень низкая плотность (менее 0,91 г/см³).
  • Исключительная мягкость и гибкость.
  • Хорошая стойкость к разрыву.
  • Низкая термостойкость (до 60–70 °C).
• Применение:
  ULDPE используется для производства эластичных упаковочных материалов, клеящихся плёнок, мягких трубок и специализированных мембран.

5. PE-RT (Polyethylene of Raised Temperature Resistance)

Полиэтилен с повышенной термостойкостью

• Структура:
  PE-RT имеет линейную структуру с высокой степенью упорядоченности молекул и добавленными побочными цепями, которые повышают термостойкость и механическую прочность.
• Свойства:
  • Хорошая термостойкость (до 70–90 °C).
  • Устойчивость к длительному воздействию высоких температур и давлений.
  • Гибкость, упрощённая укладка.
  • Высокая устойчивость к химическим веществам.
• Применение:
  PE-RT используется в системах напольного отопления, горячего и холодного водоснабжения, а также в теплотрассах.

Физические свойства полиэтилена

Полиэтилен — это термопластичный полимер, физические свойства которого зависят от его структуры и плотности. Различные виды полиэтилена, такие как LDPE, HDPE, LLDPE и другие, имеют сходные базовые характеристики с вариациями в диапазонах значений.

1. Плотность

Плотность полиэтилена зависит от степени кристалличности:

• LDPE (полиэтилен низкой плотности): 0,91–0,94 г/см³.
• HDPE (полиэтилен высокой плотности): 0,94–0,97 г/см³.
• LLDPE (линейный полиэтилен низкой плотности): 0,91–0,93 г/см³.
• ULDPE (ультранизкой плотности): менее 0,91 г/см³.

2. Температура плавления

Температура плавления определяется степенью кристалличности:

• LDPE: 105–115 °C.
• HDPE: 125–135 °C.
• LLDPE: 115–125 °C.

3. Температура стеклования

• Все виды полиэтилена: от -120 до -100 °C.

4. Модуль упругости (по Гуку)

Модуль упругости полиэтилена в растяжении:

• LDPE: 200–400 МПа.
• HDPE: 800–1200 МПа.

5. Прочность на растяжение

Прочность на растяжение характеризует способность материала выдерживать нагрузки:

• LDPE: 8–15 МПа.
• HDPE: 20–40 МПа.
• LLDPE: 10–25 МПа.

6. Удлинение при разрыве

• LDPE: 100–600%.
• HDPE: 10–100%.
• LLDPE: 200–800%.

7. Теплопроводность

Теплопроводность полиэтилена зависит от температуры и плотности:

• LDPE и LLDPE: 0,33–0,35 Вт/(м·К).
• HDPE: 0,45–0,52 Вт/(м·К).

8. Коэффициент линейного термического расширения

• LDPE: 100–200×10⁻⁶ 1/°C.
• HDPE: 150–250×10⁻⁶ 1/°C.

9. Поглощение влаги

• Все виды полиэтилена: менее 0,01% за 24 часа.

10. Электрические свойства

• Диэлектрическая проницаемость (ε): 2,3–2,4.
• Удельное электрическое сопротивление: 101610^{16}1016–101810^{18}1018 Ом·м.

11. Устойчивость к ударным нагрузкам

• LDPE: высокая устойчивость (удельная ударная вязкость: 300–600 Дж/м²).
• HDPE: средняя устойчивость (200–400 Дж/м²).

12. Твердость по Шору

• LDPE: 40–50 (шкала D).
• HDPE: 60–70 (шкала D).

Химические свойства полиэтилена (PE):

1. Химическая инертность:

   • Устойчив к большинству кислот, щелочей, солей и органических растворителей.

2. Гидрофобность:

   • Практически не поглощает воду (<0,01% за 24 часа).

3. Устойчивость к окислению:

   • Не окисляется при нормальных условиях, но подвержен разрушению под воздействием УФ-излучения и высоких температур.

4. Слабая химическая активность:

   • Нерастворим в воде и в большинстве органических растворителей при комнатной температуре.

5. Чувствительность к сильным окислителям:

   • Под действием концентрированной азотной или серной кислоты разрушается.

6. Гидролизостойкость:

   • Не подвергается гидролизу в воде даже при нагреве.

7. Устойчивость к низким температурам:

   • Сохраняет химическую стабильность при отрицательных температурах.

8. Разложение при высоких температурах:

• Начинает разлагаться при температуре ~300–400 °C с выделением углеводородов.

Как усилить свойства полиэтилена?

Характеристики материала можно улучшить в процессе полимеризации (добавляя другие вещества) или уже на стадии выпуска готового полимера — при помощи специальной обработки.

• Увеличиваются прозрачность, эластичность, степень растрескивания снижается, если добавить полярные мономеры, олефины.
• Ударопрочность повышается при добавлении различных полимеров, сополимеров.
• Термостойкость, химическая устойчивость улучшается в результате бромирования, фторирования, хлорирования.

Эксплуатационные качества готовой продукции определяются условиями хранения и использования: силой и длительностью механических нагрузок, температурным режимом, давлением.