Этот тип пластика характеризуется меньшей плотностью по сравнению с полиэтиленом, однако он обладает большей жесткостью. Вопрос относительно его повышенной чувствительности к кислороду, возникающего в процессе окисления, эффективно решается путем добавления различных стабилизаторов.
Полиэтилен высокого давления (ПЭВД)
Полиэтилен высокого давления представляет собой термопластичный полимер, который производится в результате полимеризации углеводородного соединения — этилена (также известного как этен). Этот процесс протекает под воздействием высоких температур, достигающих 180 °C, и давления, достигающего 3000 атм, с использованием кислорода в качестве инициатора реакций. Поскольку он имеет более слабые межмолекулярные связи, его также можно отнести к категории полиэтилена низкой плотности (ПЭНП или LDPE). Из-за этого он имеет меньшую плотность по сравнению с другими полимерами и часто обозначается аббревиатурой LDPE, что является английским эквивалентом термина.
Процесс получения полиэтилена низкой плотности, или ПЭВД, происходит при исключительно высоком давлении, варьирующемся от 100 до 300 мПa, и температуре 100-300 °C. Это делает его также известным как полиэтилен высокого давления.
Макромолекулы полиэтилена высокого давления, состоящие из примерно 1000 мономеров, имеют боковые цепи, состоящие из атомов углерода (C1-C4). В то время как молекулы полиэтилена среднего давления (ПЭПД) почти не имеют таких разветвлений, в них наблюдается большая доля кристаллической структуры, что делает их плотнее по сравнению с другими видами. Молекулы полиэтилена низкого давления занимают промежуточное положение. Разветвленная структура, характерная для ПЭВД, объясняет его более низкий уровень кристалличности и, следовательно, меньшую плотность по сравнению с полиэтиленами высокой плотности (ПЭНД) и полиэтиленами средней плотности (ПЭПД).
Особенности ПВД (ПНП)
Химические и физические характеристики
Полиэтилен высокого давления (ПЭВД) поставляется в виде гранул. Он обладает плотностью в пределах 900-930 кг/м³, температурой плавления, составляющей 100-115 °C, и температурой хрупкости -120 °C. Также стоит отметить его низкое водопоглощение, составляющее лишь около 0,02% в месяц, и высокую пластичность. Эти физико-химические свойства ПЭВД приводят к следующим характеристикам изделий и материалов, изготовленных из него:
- Мягкость и гибкость изделий из полиэтилена низкой плотности, что делает их идеальными для упаковочных материалов;
- Возможность создания особенно гладких и блестящих поверхностей из гранул ПЭВД, которые ценятся в производстве;
- Стойкость изделий из ПЭВД к механическому разрушению при ударах и изломах, а также их устойчивость к деформациям при растяжении и сжатии;
- Высокая устойчивость ПЭНП при низких температурах, что расширяет его диапазон применения;
- Влаго- и воздухонепроницаемость изделий из ЛДСП, что делает их подходящими для упаковки продуктов;
- Хорошая устойчивость ЛДСП к свету, особенно к солнечному излучению, что предотвращает выгорание материала.
ВАЖНО! Использование полиэтилена высокого давления (ПЭВД) абсолютно безопасно для человека и окружающей среды, так как он не выделяет никаких токсичных веществ. Именно поэтому LDPE можно использовать даже для упаковки пищевых продуктов и в производстве детских товаров.
Отличие ПВД от других полимеров
Все виды полиэтиленов (LDPE, HDPE и т.д.) производятся из одного и того же мономера, однако они могут отличаться по плотности в зависимости от специфики технологического процесса их производства. Этот параметр значительно влияет на характеристики полиэтилена: увеличение плотности приводит к увеличению жесткости, твердости, долговечности продукта, а также к повышению его химической стойкости. Тем не менее, другие характеристики, такие как ударная прочность, прочность на разрыв и проницаемость для жидкостей и газов, также варьируются и влияют на восприятие материалов. Таким образом, ПЭВД отличается от остальных полимеров:
- ПЭНП и ПЭВП. Полиэтилен высокого давления известен также как полиэтилен низкой плотности (ПЭНД или LDPE). Для сравнения, жесткие полимеры, такие как ПНД (полиэтилен низкого давления), проявляют большую склонность к разрушению при ударах, чаще трескаются под воздействием мороза и подвергаются растрескиванию под нагрузкой, хотя они более устойчивы к радиации, щелочам и кислотам. Гранулы LDPE и изделия из них отличаются высокой устойчивостью к УФ-излучению и обладают гладкой глянцевой поверхностью.
- LDPE и LLDPE. Линейный полиэтилен (LLDPE) имеет более жесткую структуру, чем LDPE, аналогично HDPE. При этом его технические характеристики находятся между HDPE и LDPE. Таким образом, LLDPE более устойчив к химически активным веществам по сравнению с LDPE и менее восприимчив к перфорации и растрескиванию, чем HDPE.
Дополнительные параметры, характеризующие молекулярную структуру различных типов полиэтилена, приведены в таблице ниже.
Таблица. Характеристика структуры полимерной цепи для различных типов полиэтилена.
Общее количество групп CH3 на 1000 углеродов:
Общее количество терминальных групп CH3 на 1000 углеродов:
Общее количество двойных связей на 1000 углеродов.
Процент винилиденовых двойных связей (R-CH=CH2): %.
Процент транс-виниленовых двойных связей (R-CH=CH-R’): %.
Структура молекул ПЭВД оказывает влияние на их характеристики не только через плотность. Одним из ключевых свойств полимеров является уровень их кристалличности. Длинные полимерные цепи создают определенную степень запутанности, что предотвращает образование плотных кристаллических структур при охлаждении, в результате чего между кристаллитами возникают неупорядоченные области.
В процессе переработки полиэтилена высокого давления создаются качественно новые материалы с различными химическими и физическими свойствами. В частности, существуют модификации ПЭВД, которые обладают улучшенной адгезией к краскам и другим материалам (включая металлы) и снижают уровень горючести. На сегодняшний день различается несколько видов ПЭВД.
Виды полиэтиленов ПЭНП
К основным группам сополимеров полиэтилена относятся:
- сшитый полиэтилен высокого давления (ПЭВД),
- сополимеры полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) с другими мономерами или другими типами полиэтилена.
Среди основных представителей сополимеров полиэтилена и этилена, производимых в настоящее время, выделяются:
- HDPE — полиэтилен высокой плотности (полиэтилен низкого давления);
- LDPE — полиэтилен низкой плотности (полиэтилен высокого давления);
- LLDPE — линейный полиэтилен низкой плотности;
- mLLDPE, MPE — линейный полиэтилен низкой плотности на основе металлоцена;
- MDPE — полиэтилен средней плотности;
- HMWPE, VHMWPE — высокомолекулярный полиэтилен;
- UHMWPE — сверхвысокомолекулярный полиэтилен;
- EPE — вспененный полиэтилен;
- PEC — хлорированный полиэтилен;
- EAA — сополимер этилена и акриловой кислоты;
- EBA, E/BA, EBAC — сополимер этилена и бутилакриловой кислоты;
- EEA — сополимер этилена и этилакриловой кислоты;
- EMA — сополимер этилена и метилакрилата, сополимер этилен-метилметакрилата;
- EMMA — сополимер этилен-метакриловой кислоты;
- EVA, E/VA, E/VAC, EVAC — сополимер этилен-винилацетата;
- EVOH, EVAL, E/VAL — сополимер этилен-винилового спирта;
- POP, POE — полиолефиновые термопласты.
Таблица 1: Основные физико-механические свойства ПЭВД.
Название измерения:
Значения индексов для ПЭВД:
Температура стеклования, °C:
Температура плавления, °C:
Температура охрупчивания, °C:
Температура размягчения по Викату, °C:
Непрерывная рабочая температура, °C:
Степень кристалличности, % кристалличности:
Плотность, кг/м³:
Расход расплава, г/10 мин:
Устойчивость к оттаиванию, °C:
Термостойкость по отношению к кунице, °C:
Максимально допустимые рабочие температуры, °C:
Нижний предел рабочей температуры, °C:
Прочность на разрыв, МПа:
Растягивающее напряжение при разрыве, МПа:
Растягивающее напряжение при изгибе, МПа:
Предел прочности при сжатии, МПа:
Модуль упругости при растяжении, МПа:
Модуль упругости при изгибе, МПа:
Модуль упругости при сжатии, МПа:
Удлинение при растяжении до разрыва, %:
Твердость по Бринеллю, МПа:
Ударная вязкость по Шарпи, кДж/м² (без надреза/разреза):
Первоначально ПЭВД находил применение в электротехнической области, прежде всего в качестве изоляционного материала для подводных кабелей, а позже — для радарного оборудования. Уровень кристалличности ПЭВД варьируется в пределах 55-70% (в сравнении с 75-90% ПЭНП).
Как следует из названия, полиэтилен высокой плотности (HDPE) — это полиэтилен, обладающий повышенной плотностью. Несмотря на то что плотность ПЭНД немного выше, чем у ПЭНП, важно отметить, что ПЭНД демонстрирует значительно более высокую прочность по сравнению с ПЭВД. Это обусловлено его структурными особенностями. ПЭНД имеет жесткую структуру с гораздо меньшим количеством разветвлений, что, в свою очередь, придает ему высокую прочность на разрыв и более сильные межмолекулярные связи. Данные силы в основном являются дипольными взаимодействиями, вызванными диполями. Процесс разветвления обычно происходит, когда атом в полимерной цепи замещается мономерной группой, в данном случае этиленовой группой, на одном из этапов полимеризации.
Что такое HDPE
ПЭНД способен выдерживать относительно высокие температуры, однако он не подходит для автоклавирования. В основном он используется для производства пластиковых бутылок, труб и других коррозионностойких изделий. ПЭНД перерабатывается с кодовым номером смолы «2», который обычно указывается на пластиковых изделиях.
Как было упомянуто ранее, ПЭНП (полиэтилен низкой плотности) отличается меньшей плотностью. Несмотря на то что разница в плотности между ПЭНД и ПЭВД невелика, следует отметить, что ПЭВД имеет гораздо меньшую прочность по сравнению с ПЭНД. Это связано с тем, что в ПЭВД присутствует больше боковых ответвлений, что ослабляет межмолекулярные силы между цепями. Межмолекулярные силы в ПЭВД действуют более непосредственно, что делает их достаточно слабыми. Таким образом, прочность на разрыв LDPE ниже из-за разветвления. Тем не менее прочность на разрыв у ПЭВД все же выше, чем у ПЭНД, что свидетельствует о способности материала накапливать энергию во время деформации и высвобождать ее при возвращении в исходное состояние. Таким образом, ПЭНД оказывается более эластичным, чем ПЭВД.
Что такое ПВД
ПЭВД также не выдерживает высоких температур. Он доступен в прозрачной и непрозрачной формах и активно используется для производства мягких и гибких материалов, таких как упаковочные пленки, мягкие пластиковые контейнеры, упаковка различных товаров и т.д. ПЭНД обрабатывается с кодом смолы «4», который также указывается на пластиковых изделиях.
ПЭНД обладает более высокой плотностью по сравнению с ПЭВД.
Разница между HDPE и LDPE
Плотность
ПЭНП имеет более низкую плотность в сравнении с ПЭВД.
ПЭНД использует повышенную плотность, что делает его более прочным по сравнению с ПЭВД.
Прочность
ПЭНП проявляет меньшую прочность по сравнению с ПЭВД.
ПЭНД устойчив к более высоким температурам по сравнению с ПЭВД.
Допуск температуры
ПЭНП не так устойчив к температурным колебаниям, как ПЭВД.
ПЭНД отличается меньшим количеством разветвлений в полимерных цепях, что проявляется в более сильных межмолекулярных силах.
Ветвление в химической структуре
ПЭВД имеет больше разветвлений в своих полимерных цепях, что в свою очередь снижает межмолекулярные силы.
ПЭНД перерабатывается с кодом смолы «2».
