Поліетилен: Полиэтилен — Что такое Полиэтилен?

Производство полиэтилена — получение и свойства вспененного и листового полиэтилена

Полиэтилен

Что такое полиэтилен


Полиэтилен (ПЭ, PE) – один из самых первых из крупнотоннажных и самый распространенный полимерный материал. Не будет преувеличением сказать, что полиэтилен известен практически всем людям и само это понятие в быту является синонимом пластмассы, как таковой. Не специалисты часто называют полиэтиленом многие материалы, которые ничего общего с ним не имеют.


ПЭ является простейшим из полиолефинов, его химическая формула (–Ch3–)n, где n – степень полимеризации. Основными разновидностями ПЭ являются полиэтилен низкого давления (ПЭНД, ПНД), он же полиэтилен высокой плотности (ПВП, PEHD, HDPE) и полиэтилен высокого давления (ПЭВД, ПВД), он же полиэтилен низкой плотности (ПНП, PELD, LDPE). Далее мы рассмотрим эти и другие виды ПЭ подробнее.


Полиэтилен – синтетический полимер, его получают при помощи полимеризации этилена (химическое название – этен) по свободно-радикальному механизму. Крупнотоннажный синтез ПЭВД и ПЭНД производится практически всеми ведущими мировыми нефтяными и газовыми концернами. В России полиэтилен производится на нефтехимических заводах «Роснефти», «Лукойла», «Газпрома», СИБУРа, на «Казаньоргсинтезе» и «Нижнекамскнефтехиме». В странах бывшего СССР полимер выпускают в Белоруссии, Узбекистане, Азербайджане. Серийные марки полиэтилена выпускают в виде гранул размером 2-5 мм, однако существуют и марки в виде порошка, например так выпускают в продажу сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ).



Рис.1. Полимер в гранулах



История ПЭ


Полиэтилену уже более 100 лет. Впервые его получил инженер из Германии Ганс фон Пехманн в 1899 году, с тех пор он считается изобретателем этого полимера. Но, как часто бывает, важное открытие сразу не нашло применения. Оно пришло только к концу 1920-х годов, а в 1930-е годы производство полиэтилена было окончательно налажено, в чем сыграли большую роль инженеры Эрик Фосет и Реджинальд Гибсон. Изначально они синтезировали низкомолекулярный парафиновый продукт, который можно назвать полиэтиленовым олигомером. В итоге большой работы, в 1936 году изыскания инженеров по разработке установки высокого давления закончились получением патента на ПЭНП (ПЭВД). В 1938 году производство товарного полиэтилена стартовало. Первоначально он предназначался для производства оболочек телефонных кабелей и несколько позже – для выпуска упаковки.


Технологию производства полиэтилена высокой плотности (ПЭНД) начали разрабатывать также в 1920-х годах. Большую роль в производстве этого материала сыграл Карл Циглер – известный в среде пластмасс изобретатель катализаторов ионно-координационной полимеризации, самым важным из которых позже было присвоено имя Циглера-Натта. Окончательно процесс получения ПЭНД был полностью описан лишь в 1954 году и тогда же на нее был выдан патент. Промышленное производство нового полиэтилена с более высокими, чем ПЭВД свойствами стартовало несколько позже.  


Получение полиэтилена


Опишем вкратце технологию производства обоих главных типов полиэтиленов.



  1. ПЭВД (LDPE)


Этот полиэтилен, как понятно из названия, синтезируют при повышенном давлении. Синтез обычно проводят в реакторе трубчатого типа или автоклаве. Синтез проходит под действием окислителей – кислорода, пероксидов или и того, и другого. Этилен смешивают с инициатором полимеризации, сжимают до величины давления в 25 МПа и нагревают до 70 градусов С. Обычно реактор состоит из двух ступеней: в первой смесь еще больше разогревают, а во второй уже непосредственно проводят полимеризацию при еще более жестких условиях – температуре до 300 градусов С и давлении до 250 МПа.


Стандартное время нахождения этиленовой смеси в реакторе 70-100 секунд. За этот промежуток 18-20 процентов этилена преобразуется в полиэтилен. Затем непрореагировавший этилен отправляется на рециркуляцию, а получившийся ПЭ охлаждают до и подвергают грануляции. Полиэтиленовые гранулы вновь охлаждаются, сушатся и отправляются на упаковку. Полиэтилен низкой плотности производят в форме неокрашенных гранул.



  1. ПЭНД (HDPE)


ПНД (ПЭ высокой плотности) производят при низком давлении в реакторе. Для синтеза применяют три основные вида техпроцесса полимеризации: суспензионный, растворный, газофазный.


Для производства ПЭ чаще всего применяют раствор этилена в гексане, который нагревают до 160-250 градусов С. Процесс проводят при давлении 3,4-5,3 МПа в течение времени контакта смеси с катализатором 10-15 минут. Готовый ПЭНД отделяют при помощи испарения растворителя. Гранулы получившегося полиэтилена проходят пропарку паром при температуре выше Т плавления ПЭ. Это нужно для перевода в водный раствор низкомолекулярных фракций ПЭ и удаления следов катализаторов. Как и ПЭВД, готовый ПЭНД обычно бывает бесцветным и отгружается в мешках по 25 кг, реже в биг-бэгах, цистернах или другой таре.


Виды полиэтилена


Помимо детально описанных в этой статье ПЭНД и ПЭВД промышленностью производятся и используются другие многочисленные типы полиэтиленов, основными группами из которых являются:


ЛПНП, LLDPE — линейный полиэтилен низкой плотности. Этот тип завоевывает всё большую популярность. По свойствам этот полиэтилен подобен ПЭВД, однако превосходит его по многим параметрам, в том числе по прочности и стойкости изделий к короблению.  


mLLDPE, MPE — металлоценовый ЛПЭНП.


MDPE — ПЭ средней плотности.


ВМПЭ, HMWPE, VHMWPE — высокомолекулярный.


СВМПЭ, UHMWPE — сверхвысокомолекулярный.


EPE — вспенивающийся.


PEC – хлорированный.


Также существует большое количество сополимеров этилена с различными другими мономерами. Наиболее известными из них являются сополимеры с пропиленом, которые производят под общими названиями рандом- или статсополимер и блоксополимер. Помимо них производят сополимеры этилена с акриловой кислотой, бутил- и этилакрилатом, метилакрилатом и метилметилакрилатом, винилацетатом и т.д. Существуют и эластомеры на основе этилена, их обозначают аббревиатурами POP и POE.


Свойства полиэтилена


Говоря о характеристиках ПЭ нужно понимать, что свойства различных типов этого полимера сильно отличаются. Рассмотрим, как и в случае с синтезом, показатели двух наиболее распространенных типов.



  1. ПЭ высокого давления (LDPE)


Молекулярная масса ПЭВД колеблется от 30 000 до 400 000 атомных единиц.


ПТР в зависимости от марки варьируется от 0,2 до 20 г/10 минут.


Степень кристалличности ПВД примерно составляет 60 процентов.


Температура стеклования равна минус 4 градуса С.


Температура плавления марок материала от 105 до 115 градусов С.


Плотность около 930 кг/куб. м.


Технологическая усадка при переработке от 1,5 до 2 процентов.


Основное свойство структуры полиэтилена высокого давления – разветвленное строение. Отсюда проистекает его низкая плотность, обусловленная рыхлой аморфно-кристаллической структурой материала на молекулярном уровне.



  1. ПЭ низкого давления (HDPE)


Молекулярная масса ПЭНД колеблется от 50 000 до 1 000 000 атомных единиц.


ПТР в зависимости от марки варьируется от 0,1 до 20 г/10 минут..


Степень кристалличности ПНД составляет от 70 до 90 процентов.


Температура стеклования равна 120 градусов С.


Температура плавления марок материала от 130 до 140 градусов С.


Плотность около 950 кг/куб.м3.


Технологическая усадка при переработке от 1,5 до 2,0 процентов.



  1. Общие свойства полиэтиленов


Химические свойства. ПЭ имеет низкую газопроницаемость. Его химстойкость зависит от молекулярной массы и от плотности полимера. ПЭ инертен к разбавленным и концентрированным основаниям, растворам всех солей, некоторым сильнейшим кислотам, органическим растворителям, маслам и смазкам. Полиэтилен не стоек к 50-процентной азотной кислоте и галогенам, например чистому хлору и брому. Причем бром и йод имею свойство диффузии сквозь полиэтилен.


Физические характеристики. Полиэтилен является эластичным достаточно жестким материалом (ПЭВД – существенно мягче, ПЭНД – жестче). Морозостойкость изделий из полиэтилена – до минус 70 градусов С. Высокая ударная вязкость, прочность, хорошие диэлектрические характеристики. Водо- и паропоглощение у полимера невысокое. С точки зрения физиологии и экологии ПЭ является нейтральным инертным веществом, без запаха и вкуса.


Эксплуатационные свойства полиэтилена. Деструкция ПЭ в атмосфере начинается с температуры 80 градусов С. Полиэтилен без специальных добавок не стоек к солнечной радиации и больше всего к ультрафиолету, легко подвергается фотодеструкции. Для уменьшения этого эффекта в композиции ПЭ добавляют стабилизаторы, например сажу для светостабилизации. Полиэтилен не выделяет вредные для здоровья и природы химикаты в окружающую среду, при этом он самостоятельно разлагается очень медленно – процесс занимает десятилетия. ПЭ довольно пожароопасен и поддерживает горение, этот факт нужно учитывать при его использовании.


Применение полиэтилена


Полиэтилен является самым популярным полимером в мире. Он неприхотлив в переработке и отлично поддается повторному использованию. Получить изделия из полиэтилена можно практически всеми разработанными на сегодняшний день методами переработки пластмасс. Он не требователен к качеству и конструкции оборудования и оснастке, ПЭ не нуждается в специальной подготовке перед переработкой, например сушке. Индустрией концентратов и добавок к полимерам производится огромное количество суперконцентратов пигментов для ПЭ и на основе полиэтилена. Во многих случаях они применимы для окраски в массе изделий не только из других полиолефинов, но и прочих полимеров.



Рис.2. ПНД трубы


В случае переработки полиэтилена методом экструзии получают пленку, применяющуюся на каждом шагу как в чистом виде, так и в виде пакетов в упаковке, фасовке, сельском хозяйстве; ПЭ трубы для водоснабжения и газа; оболочки кабелей; листы; вспененные профили и т.д..


Литьем полиэтилена под давлением производят многочисленные упаковочные изделия, например крышки и пробки, баночки. Также литьем производят медицинские изделия, хозяйственные товары бытового назначения, канцтовары, игрушки.


Полиэтилен можно переработать экструзионно-выдувным и инжекционно-выдувным формованием, ротоформованием, каландрованием, а также пневмо- или вакуумформованием из листов.


Более редкие, специализированные типы полиэтилена, например сшитый, хлорсульфированный, сверхвысокомолекулярный используют во многих отраслях, но больше всего в строительстве. Например сверхвысокомолекулярный ПЭ входит в состав композиций для выпуска оболочек оптиковолоконного кабеля. Армированный полиэтилен, в отличие от чистого полимера, может являться конструкционным материалом. Изделия из ПЭ хорошо поддаются сварке любыми методами: термоконтактным, газовым, с применением присадочного прутка, трением и т.п.


Экология и вторичное использование полиэтилена


В последние годы полиэтилен подвергается серьезному давлению из-за своей якобы не экологичности. На самом деле этот материал – один из самых безопасных. Проблема ПЭ в том, что это основной полимер, применяемый для производства пленок, в том числе тонких, и пакетов из них. Не имея адекватной политики по раздельному сбору мусора, многие низкоразвитые страны занимаются захоронением огромного количества ПЭ отходов, что приводит к попаданию полиэтилена в окружающую среду и водные ресурсы и загрязнению их.



Рис.3. Пакеты для мусора – типичное применение вторичного ПЭ


При этом в случае правильного сбора и сортировки мусора, полиэтиленовые отходы становятся ценным ресурсом и отличным вторичным сырьем. Уже достаточно большое количество предприятий в странах бывшего СССР закупают отходы полимера для переработки во вторсырье, получением гранул и последующим использованием в своем производстве или продажей вторичного ПЭ на рынке. Таким образом загрязнение планеты полиэтиленом должно в скором времени сойти на нет.

Полиэтилен — Энциклопедия wiki.MPlast.by

Маркировка изделий из полиэтилена

Полиэтилен [—СН2—СН2—]n представляет собой карбоцепный полимер алифатического непредельного углеводорода олефинового ряда — этилена. Макромолекулы полиэтилена имеют линейное строение с небольшим числом боковых ответвлений. Молекулярная масса его в зависимости от способа полимеризации колеблется от десятков тысяч до нескольких миллионов.

Полиэтилен — кристаллический полимер. При комнатной температуре степень кристалличности полимера достигает 50—90% (в зависимости от способа получения). Макромолекулы полиэтилена в кристаллических областях имеют конформацию плоского зигзага с периодом идентичности 2,53·10-4 мкм

Формула полиэтилена

Полиэтилен отличается от других термопластов весьма ценным комплексом свойств. Изделия из полиэтилена имеют высокую прочность, стойкость к действию агрессивных сред и радиации, нетоксичность, хорошие диэлектрические свойства. Перерабатывается полиэтилен всеми известными для термопластов методами.

Благодаря доступности сырья, сочетанию ценных свойств со сравнительно низкими затратами на его получение полиэтилен по объему производства занимает среди пластмасс первое место.

Полиэтилен получают радикальной полимеризацией этилена при высоком давлении и ионной полимеризацией при низком или среднем давлении.

В зависимости от способа полимеризации свойства полиэтилена значительно изменяются. Полиэтилен, получаемый при высоком давлении (радикальная полимеризация), характеризуется более низкой температурой плавления и плотностью чем полиэтилен, получаемый ионной полимеризацией. При радикальном механизме полимеризации образуется продукт, содержащий значительное число разветвленных звеньев в цепи, в то время как при ионном механизме полимер имеет линейное строение и высокую степень кристалличности.

Получаемые полимеры несколько различаются и по свойствам, и, как следствие, по режимам переработки в изделия и качеству изделий. Это объясняется особенностями строения полимерной цепи, которое, в свою очередь, зависит от условий протекания полимеризации.


 

Краткий исторический очерк

Полимеризацию этилена исследовал А. М. Бутлеров. Низкомолекулярный полимер этилена впервые был синтезирован Густавсоном в России в 1884 г. Однако долгое время удавалось получать только полимеры низкой молекулярной массы (не более 500), представлявшие собой вязкие жидкости и применявшиеся в технике лишь в качестве синтетических смазочных масел.

В 30-х годах 20 века в Англии и Советском Союзе в лабораторных условиях при давлении более 50 МПа и температуре около 180 °С впервые был получен высокомолекулярный твердый полиэтилен.

Промышленный способ получения полиэтилена при высоком давлении был осуществлен в Англии в 1937 г. В 1952 г. Циглером были найдены катализаторы на основе комплекса триэтилалюминия и тетрахлорида титана, которые вызывали полимеризацию этилена с образованием твердого продукта высокой молекулярной массы при низком давлении.

Несколько позже фирма «Филлипс» (США) разработала новый катализатор для полимеризации этилена при среднем давлении на основе оксидов металлов переменной валентности (оксид хрома), нанесенных на алюмосиликат. Полимеризация этилена проводилась при давлении 3,5—7,0 МПа в среде инертного углеводорода (пентана, гексана, октана и др.).

В 1970—75 гг. в Советском Союзе совместно со специалистами ГДР был разработан и внедрен в промышленность новый способ получения полиэтилена при высоком давлении в конденсированной газовой фазе (процесс «Полимир»).

В последние годы разработано несколько высокоэффективных процессов получения полиэтилена в присутствии различных катализаторов. Из этих процессов наиболее интересными являются производство полиэтилена низкого давления в газовой фазе в присутствии катализаторов — органических соединений хрома на силикатном носителе при давлении 2,2 МПа и температуре 85—100°С и производство линейного полиэтилена в газовой фазе в псевдоожиженном слое в присутствии высокоэффективного катализатора на основе соединений хрома при давлении 0,68—2,15 МПа и температуре 100 °С (процесс «Юнипол»). Оба процесса проводятся на одном и том же оборудовании.

В настоящее время в промышленности получили распространение следующие методы производства полиэтилена.

Полимеризация этилена при высоком давлении 150—350 МПа и температуре 200—300 °С в конденсированной газовой фазе в присутствии инициаторов (кислорода, органических пероксидов). Получаемый полиэтилен имеет плотность 916— 930 кг/м3. Такой полиэтилен называется полиэтиленом высокого давления (ПЭВД) или полиэтиленом низкой плотности (ПЭНП).

Полимеризация этилена при низком давлении 0,2—0,5 МПа и температуре около 80°С в суспензии (в среде органического растворителя) в присутствии металлоорганических катализаторов. Получаемый полиэтилен имеет плотность 959—960 кг/м3. В присутствии хроморганических катализаторов полимеризация этилена проводится при давлении 2,2 МПа и температуре 90— 105°С в газовой фазе (без растворителя). Получаемый полиэтилен имеет плотность 950—966 кг/м3. Такой полиэтилен называется полиэтиленом низкого давления (ПЭНД) или полиэтиленом высокой плотности (ПЭВП).

Полимеризация этилена при среднем давлении 3—4 МПа и температуре 150 °С в растворе в присутствии катализаторов — оксидов металлов переменной валентности (полиэтилен имеет плотность 960—970 кг/м3). Получаемый полиэтилен называют полиэтиленом среднего давления (ПЭСД) или высокой плотности.


 

Свойства полиэтилена

Полиэтилен представляет собой термопластичный полимер плотностью 910—970 кг/м3и температурой размягчения 110—130 °С. Выпускаемый в промышленности разными методами полиэтилен различается по:

  • плотности,
  • молекулярной массе
  • степени кристалличности.

Таблица 1: Различия между ПЭВД и ПЭНД по плотности, молекулярной массе и степени кристалличности

  Полиэтилен низкой плотности (ВД) Полиэтилен высокой плотности (НД и СД)
Плотность, кг/м3 910—930 950—970
Молекулярная масса 80000—500000 80000—800000
Степень кристалличности, % 50—65 75—90

В зависимости от свойств и назначения полиэтилен выпускается различных марок, отличающихся плотностью, показателем текучести расплава, наличием или отсутствием стабилизаторов.

Таблица 2: Основные физико-механических свойства полиэтиленов:

  Полиэтилен низкой плотности (ВД) Полиэтилен высокой плотности (НД и СД)
Разрушающее напряжение, МПа    
при растяжении 9,8—16,7 21,6—32,4
при изгибе   11,8—16,7 19,6-39,2
Относительное удлинение при разрыве, % 500-600 300—800
Модуль упругости при растяжении, МПа 147—245 540—981
Модуль упругости при изгибе, МПа 118—255 636—735
Твердость по Бринеллю, МПа 13,7—24,5 44,2—63,8
Число перегибов пленки на 180 град 3000 1500—2000

При длительном действии статических нагрузок полиэтилен деформируется. Предел длительной прочности для полиэтилена низкой плотности равен 2,45 МПа, для полиэтилена высокой плотности — 4,9 МПа.

Готовые изделия из полиэтилена, находящиеся длительное время в напряженном состоянии, могут растрескиваться. С увеличением молекулярной массы, уменьшением степени кристалличности и полидисперсности стойкость к растрескиванию полиэтилена возрастает.

Таблица 3:Показатели теплофизических свойств полиэтилена:

  Полиэтилен низкой плотности (ВД) Полиэтилен высокой плотности (НД и СД)
Температура плавления, °С  105-108 120—130
Теплостойкость по НИИПП, °С 108-115 120—135
Удельная теплоемкость при 25 °С, кДж/(кг·К) 1,9-2,5 1,9-2,4
Теплопроводность, Вт/(м·К) 0,29 0,42
Термический коэффициент линейного расширения в интервале 0—100 °С, 1/град (2,2-5,5)·10-4 (1-6)·10-4
Термический коэффициент объемного расширения в интервале 50—100 °С, 1/град (6,0-16,0)·10-4 (5-16,5)·10-4
Температура хрупкости (морозостойкость)°С от —80 до —120 от —70 до —150;

С повышением плотности полиэтилена его температура плавления повышается.

Изделия из полиэтилена низкой плотности могут эксплуатироваться при температурах до 60 °С, из полиэтилена высокой плотности — до 100 °С. Полиэтилен становится хрупким только при -70 °С, поэтому изделия из него могут эксплуатироваться в суровых климатических условиях.

Полиэтилен обладает высокой водостойкостью, водопоглощение полиэтилена низкой плотности за 30 сут при 20 °С составляет 0,04%, полиэтилена высокой плотности 0,01—0,04%.

Полиэтилен обладает хорошими диэлектрическими свойствами.

Таблица 4: Электрические показатели свойств полиэтиленов:

  Полиэтилен низкой плотности (ВД) Полиэтилен высокой плотности (НД и СД)
Диэлектрическая проницаемость при 1 МГц 2,2-2,3 2,1-2,4
Тангенс угла диэлектрических потерь при 1 МГц и 20°C (2-3)·10-4 (2-5)·10-4
Удельное электрическое сопротивление    
 поверхностное, Ом <1014 <1014
объемное, Ом·м 1015 1015
Электрическая прочность при переменном токе для образца толщиной 1 мм, кВ/мм  45—60 45—60

 Плотность полиэтилена существенно не влияет на его электрические свойства. Примеси, содержащиеся в полиэтилене высокой плотности, увеличивают диэлектрические потери. Однако небольшие диэлектрические потери позволяют применять его в качестве ценного диэлектрика в широком диапазоне частот и температур.

Устойчивость полиэтилена к агрессивным средам

Полиэтилен не растворяется при комнатной температуре в органических растворителях. При температуре выше 70 °С он набухает и растворяется в хлорированных и ароматических углеводородах.

Полиэтилен стоек к действию концентрированных кислот, щелочей и водных растворов солей. Концентрированная серная и соляная кислоты практически не действуют на полиэтилен.

Азотная кислота и другие сильные окислители разрушают полиэтилен.

Для увеличения стойкости к термоокислительным процессам и атмосферным воздействиям в полимер вводят различные стабилизаторы.


 

Переработка и применение полиэтилена

Полиэтилен перерабатывается всеми методами, применяемыми для переработки термопластов: литьем под давлением, экструзией и прессованием. Около половины всего выпускаемого полиэтилена ВД расходуется на производство пленки, используемой в сельском хозяйстве и для упаковки продуктов. Из полиэтилена изготовляют, главным образом, предметы домашнего обихода, игрушки, конструкционные детали, трубы. Он применяется в качестве электроизоляционного материала в радиотехнике и телевидении, в кабельной промышленности, в строительстве, в качестве антикоррозионных покрытий, для пропитки тканей, бумаги, древесины и т. д.

Полиэтилен всех марок является физиологически безвредным, поэтому он широко применяется в медицине, в жилищном строительстве, а также для получения различных бытовых изделий и товаров народного потребления.


 

Список литературы:
Зубакова Л. Б. Твелика А. С, Даванков А. Б. Синтетические ионообменные материалы. М., Химия, 1978. 183 с.
Салдадзе К М., Валова-Копылова В. Д. Комплексообразующие иониты (комплекситы). М., Химия, 1980. 256 с.
Казанцев Е. Я., Пахолков В. С, Кокошко 3. /О., Чупахин О. Я. Ионообменные материалы, их синтез и свойства. Свердловск. Изд. Уральского политехнического института, 1969. 149 с.
Самсонов Г. В., Тростянская Е. Б., Елькин Г. Э. Ионный обмен. Сорбция органических веществ. Л., Наука, 1969. 335 с.
Тулупов П. Е. Стойкость ионообменных материалов. М., Химия, 1984. 240 с.
Полянский Я. Г. Катализ ионитами. М., Химия, 1973. 213 с.
Кассиди Г. Дж.у Кун К А. Окислительно-восстановительные полимеры. М., Химия, 1967. 214 с.
Херниг Р. Хелатообразующие ионообменники. М., Мир, 1971. 279 с.
Тремийон Б. Разделение на ионообменных смолах. М., Мир, 1967. 431 с.
Ласкорин Б. Я., Смирнова Я. М., Гантман М. Я. Ионообменные мембраны и их применение. М., Госатомиздат, 1961. 162 с.
Егоров Е. В., Новиков П. Д. Действие ионизирующих излучений на ионообменные материалы. М., Атомиздат, 1965. 398 с.
Егоров Е. В., Макарова С. Б. Ионный обмен в радиохимии. М., Атомиздат,
Автор: В.В. Коршак, академик
Источник: В. В. Коршак, Технология пластических масс,1985 год
Дата в источнике: 1985 год

Все, что вам нужно знать о полиэтилене (ПЭ)

Что такое ПЭ и для чего он используется?

Полиэтилен – термопластичный полимер с переменной кристаллической структурой и широким спектром применения в зависимости от конкретного типа. Это один из наиболее широко производимых пластиков в мире: ежегодно во всем мире производятся десятки миллионов тонн. Коммерческий процесс (катализаторы Циглера-Натта), который принес ПЭ такой успех, был разработан в 19 веке.50-х годов двумя учеными, Карлом Циглером из Германии и Джулио Натта из Италии.

Существует несколько типов полиэтилена, каждый из которых лучше всего подходит для различных областей применения. Вообще говоря, полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) гораздо более кристалличен и часто используется в совершенно других условиях, чем полиэтилен низкой плотности (ПЭНП). Например, LDPE широко используется в пластиковой упаковке, такой как пакеты для продуктов или полиэтиленовая пленка. HDPE, напротив, широко применяется в строительстве (например, при производстве дренажных труб). Полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (UHMW) имеет высокоэффективные применения в таких вещах, как медицинские устройства и пуленепробиваемые жилеты.

Какие существуют типы полиэтилена?

Полиэтилен обычно относят к одному из нескольких основных соединений, наиболее распространенными из которых являются LDPE, LLDPE, HDPE и полипропилен со сверхвысокой молекулярной массой. Другие варианты включают полиэтилен средней плотности (MDPE), полиэтилен сверхнизкой молекулярной массы (ULMWPE или PE-WAX), полиэтилен высокой молекулярной массы (HMWPE), сшитый полиэтилен высокой плотности (HDXLPE), сшитый полиэтилен. полиэтилен (PEX или XLPE), полиэтилен очень низкой плотности (VLDPE) и хлорированный полиэтилен (CPE).

  • Полиэтилен низкой плотности (LDPE) — очень гибкий материал с уникальными свойствами текучести, что делает его особенно подходящим для изготовления пакетов для покупок и других видов пластиковой пленки. LDPE обладает высокой пластичностью, но низкой прочностью на растяжение, что проявляется в реальном мире по его склонности к растяжению при деформации.
  • Линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE) очень похож на LDPE, но имеет дополнительные преимущества. В частности, свойства ЛПЭНП могут быть изменены путем корректировки компонентов рецептуры, а общий производственный процесс для ЛПЭНП обычно менее энергоемкий, чем для ПЭНП.
  • Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) — прочный, умеренно жесткий пластик с высококристаллической структурой. Он часто используется в производстве пластиковых пакетов для молока, стирального порошка, мусорных баков и разделочных досок.
  • Полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (UHMW) представляет собой чрезвычайно плотный вариант полиэтилена, молекулярная масса которого обычно на порядок больше, чем у HDPE. Из него можно сплести нити с прочностью на растяжение, во много раз большей, чем у стали, и его часто используют в пуленепробиваемых жилетах и ​​другом высокопроизводительном оборудовании.

Каковы характеристики полиэтилена?

Теперь, когда мы знаем, для чего он используется, давайте рассмотрим некоторые ключевые свойства полиэтилена. PE классифицируется как «термопласт» (в отличие от «термореактивного») в зависимости от того, как пластик реагирует на тепло. Термопластичные материалы становятся жидкими при температуре их плавления (110-130 градусов Цельсия в случае ПЭНП и ПЭВП соответственно). Полезным свойством термопластов является то, что их можно нагревать до точки плавления, охлаждать и снова нагревать без существенной деградации. Вместо сжигания термопласты, такие как полиэтилен, сжижаются, что позволяет легко формовать их под давлением, а затем перерабатывать. Напротив, термореактивные пластмассы можно нагревать только один раз (обычно в процессе литья под давлением). Первый нагрев вызывает схватывание термореактивных материалов (аналогично двухкомпонентной эпоксидной смоле), что приводит к химическому изменению, которое невозможно обратить. Если вы попытаетесь нагреть термореактивный пластик до высокой температуры во второй раз, он сгорит. Эта характеристика делает термореактивные материалы плохими кандидатами на переработку.

Различные типы полиэтилена демонстрируют широкое разнообразие своей кристаллической структуры. Чем менее кристаллический (или аморфный) пластик, тем более он проявляет склонность к постепенному размягчению; то есть пластик будет иметь более широкий диапазон между температурой стеклования и температурой плавления. Кристаллические пластики, напротив, демонстрируют довольно резкий переход от твердого состояния к жидкому.

Полиэтилен является гомополимером, так как состоит из одного мономерного компонента (в данном случае этилена: Ch3=Ch3).

Почему так часто используется полиэтилен?

Полиэтилен — невероятно полезный товарный пластик, особенно среди компаний, занимающихся дизайном продукции. Из-за разнообразия вариантов PE он используется в самых разных областях. Если это не требуется для конкретного применения, мы обычно не используем полиэтилен как часть процесса проектирования в Creative Mechanisms. Для некоторых проектов деталь, которая в конечном итоге будет массово производиться из полиэтилена, может быть прототипирована с использованием других, более удобных для прототипирования материалов, таких как АБС.

Полиэтилен недоступен для 3D-печати. Она может быть изготовлена ​​на станке с ЧПУ или вакуумной формовкой.

Как производится полиэтилен?

Полиэтилен, как и другие пластмассы, начинается с перегонки углеводородного топлива (в данном случае этана) в более легкие группы, называемые «фракциями», некоторые из которых объединяются с другими катализаторами для производства пластмасс (обычно путем полимеризации или поликонденсации). Подробнее о процессе можно прочитать здесь.

Полиэтилен для разработки прототипов на станках с ЧПУ и 3D-принтерах

Полиэтилен доступен в виде листов, стержней и даже специальных форм во множестве вариантов (LDPE, HDPE и т. д.), что делает его хорошим кандидатом для субтрактивной обработки обработки на фрезерном или токарном станке. Цвета обычно ограничены белым и черным.

PE в настоящее время недоступен для FDM или любого другого процесса 3D-печати (по крайней мере, не от двух основных поставщиков: Stratasys и 3D Systems). PE похож на PP тем, что с ним может быть сложно создать прототип. Вы в значительной степени застряли с обработкой с ЧПУ или вакуумным формованием, если вам нужно использовать их в процессе разработки прототипа.

Является ли полиэтилен токсичным?

В твердой форме, шт. Полиэтилен часто используется в пищевой промышленности. Он может быть токсичным при вдыхании и/или попадании на кожу или в глаза в виде пара или жидкости (т. е. во время производственных процессов). Будьте осторожны и следуйте инструкциям по обращению с расплавленным полимером, в частности.

Каковы недостатки полиэтилена?

Полиэтилен, как правило, дороже полипропилена (который можно использовать в аналогичных деталях). ПЭ уступает только ПП как лучший выбор для живых петель.

Если вашей компании требуется использование полиэтилена для питания вашего продукта, обратитесь в фирму по разработке продуктов, которая знает плюсы и минусы полиэтилена и сможет найти способ реализовать его или найти лучшую замену. Чтобы назначить встречу с командой Creative Mechanisms, свяжитесь с нами сегодня.

 

Полиэтилен

Представленная выше модель представляет собой изображение модели pdb. Вы можете просмотреть
, нажав здесь, или просто щелкнув само изображение.
В любом случае, обязательно закройте новое окно, которое открывает
с 3D-моделью, когда будете готовы вернуться сюда.



Чтобы получить краткий обзор полиэтилена, нажмите здесь!


Полиэтилен, вероятно, является полимером, который чаще всего встречается в повседневной жизни. Это один из полимеров, называемых полиолефинами, что является странным названием. Многие названия из прошлого не имеют никакого отношения к реальному химическому составу молекул, но об этом в другой раз.
Полиэтилен — самый популярный пластик в мире. Из этого полимера делают пакеты для продуктов, бутылки для шампуня, детские игрушки и даже пуленепробиваемые жилеты. Для такого универсального материала у него очень простая структура, самый простой из всех коммерческих полимеров. Молекула полиэтилена представляет собой не что иное, как длинную цепочку атомов углерода, к каждому из которых присоединено два атома водорода. Это то, что показано на рисунке вверху страницы, но, возможно, было бы проще нарисовать его, как на рисунке ниже, только с цепочкой атомов углерода длиной в несколько тысяч атомов:


Иногда это немного сложнее. Иногда некоторые из углеродов,
вместо того, чтобы присоединять к ним водороды,
к ним прикреплены длинные цепи или ответвления из полиэтилена. Это называется
разветвленный, или полиэтилен низкой плотности, или LDPE. Когда есть
без разветвлений, его называют линейным полиэтиленом или ПЭВП. Линейный
полиэтилен намного прочнее разветвленного полиэтилена, но
разветвленный полиэтилен дешевле и проще в изготовлении. Он также более гибкий и отлично подходит для упаковки сэндвичей.


Линейный полиэтилен обычно производится с молекулярной массой
в диапазоне от 200 000 до 500 000, но можно сделать и выше.
Полиэтилен с молекулярной массой от трех до шести миллионов относится к
как полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы или UHMWPE. СВМПЭ может быть
используется для изготовления волокон, настолько прочных, что они
заменил кевлар для использования в пуленепробиваемых
жилеты. Его большие листы можно использовать вместо льда для катков.


Полиэтилен – это виниловый полимер, изготовленный из
мономер этилен. Вот модель мономера этилена. Это выглядит как
какое-то безголовое четвероногое животное, если вы спросите меня.

Представленная выше модель является изображением модели pdb, которую вы можете просмотреть, нажав
.
или вы можете просто нажать на само изображение.
В любом случае, обязательно закройте новое окно, которое открывает
с 3D-моделью, когда будете готовы вернуться сюда.

Разветвленный полиэтилен часто получают из свободнорадикального винила.
полимеризация. Линейный полиэтилен производится с помощью более сложной процедуры, называемой
Полимеризация Циглера-Натта. СВМПЭ изготовлен
с использованием металлоценовой катализной полимеризации.

Но полимеризацию Циглера-Натта можно использовать и для производства LDPE. По
сополимеризация мономера этилена с сомономером с алкильной разветвленной цепью
получается сополимер с короткими углеводородными ответвлениями. Сополимеры
подобные этому называются линейным полиэтиленом низкой плотности или LLDPE. BP производит LLDPE, используя
сомономер с броским названием 4-метил-1-пентен, и продается под торговой маркой
Инновекс . LLDPE часто используется для изготовления таких вещей, как пластиковые пленки.



Испытанный синтез полиэтилена

Теперь, если по какой-то странной причине вы действительно хотите производить полиэтилен высокой плотности так, как он производится в лаборатории, у нас есть для вас две процедуры в одном файле PDF. Они используют два разных катализатора на основе переходных металлов для получения двух разных линейных и почти линейных образцов ПЭ. Несмотря на то, что они «лабораторного масштаба», они требуют довольно больших реакторов и чрезвычайно ОСТОРОЖНОГО обращения. Будьте предупреждены!

Щелкните здесь, чтобы ознакомиться с процедурой, и здесь, чтобы загрузить копию.


Спектры ЯМР LDPE

Итак, у вас есть образец того, что вы считаете полиэтиленом, особенно его версия с низкой плотностью. Может быть, вы даже сделали это сами. Как вы можете быть уверены, что это именно он? Вы решаете получить спектр ЯМР или два. Но, конечно, у вас должен быть реальный спектр этого материала, чтобы сравнить его с ним.