Свойство полиэтилена: Срок регистрации домена закончился

Содержание

Полиэтилен, виды, характеристики, свойства и получение

Полиэтилен, виды, характеристики, свойства и получение.

Полиэтилен – термопластичный полимер этилена. Является органическим соединением и имеет длинные молекулы.

Описание и характеристики полиэтилена

Физические, химические и иные свойства полиэтилена

Физические свойства полиэтилена (таблица)

Виды полиэтилена

Получение полиэтилена

Описание и характеристики полиэтилена:

Полиэтилен – термопластичный полимер этилена, относится к классу полиолефинов. Также называется политеном.

Полиэтилен является органическим соединением и имеет длинные молекулы …—CH₂—CH₂—CH₂—CH₂—…, где «—» обозначает ковалентные связи между атомами углерода. Таким образом, молекула полиэтилена имеют простую химическую структуру и представляет собою цепочку атомов углерода, к каждому из которых присоединены две молекулы водорода.

Химическая формула полиэтилена (С₂H₄)_n. Молекулярный вес – до 500 000 г/моль.

Химическая формула этилена, из которого производится полиэтилен, C₂H₄. Рациональная формула этилена CH₂=CH₂.

В свою очередь полиолефины представляют собой класс высокомолекулярных соединений (полимеров), получаемых из низкомолекулярных веществ – олефинов (мономеров) – непредельных углеводородов (этилена, пропилена, бутилена и других альфа-олефинов). Они вырабатываются из нефти или природного газа путём полимеризации одинаковых (гомополимеризации) или разных (сополимеризации) мономеров в присутствии катализатора.

Полиэтилен внешне представляет собой твердую массу белого цвета (тонкие листы прозрачны и бесцветны).

Существует две модификации полиэтилена: линейный и нелинейные полиэтилен. Они отличаются друг от друга по структуре и соответственно по свойствам. В первой –линейной форме мономеры связаны в линейные цепи со степенью полимеризации обычно 5000 и более. Они не имеют боковых ответвлений от основной цепи. В другой – нелинейной форме имеются многочисленные боковые ответвления мономеров, которые присоединены к основной цепи случайным способом.

Полиэтилен проявляет различные свойства. Разнообразие свойств полиэтилена можно объяснить его молекулярной структурой, молекулярной массой и степенью кристалличности, которая, в свою очередь, зависит от молекулярной массы и степени ветвления мономеров. Чем меньше разветвлены полимерные цепи и чем меньше молекулярная масса, тем выше кристалличность полиэтилена и тем более он плотный. Таким образом, существует линейная зависимость между плотностью и степенью кристалличности.

Полиэтилен самый распространенный из полимеров. Каждый год его производится более 100 миллионов тонн, что составляет 34 % от общего объема производства всех пластмасс.

Физические, химические и иные свойства полиэтилена:

– чистый полиэтилен имеет белый цвет, непрозрачен в толстом слое, тонкие листы прозрачны и бесцветны,

– кристаллизуется в диапазоне температур от -60 °С до минус 369 °С,

– не имеет запаха,

– имеет небольшой вес и различную плотность, которая зависит от разновидности и способа получения определенного вида полиэтилена,

– не чувствителен к удару, является амортизатором,

– имеет чрезвычайно низкую адгезию,

– обладает низким коэффициентом трения,

– характеризуется абсолютной водонепроницаемостью. Он не смачивается водой и не впитывает ее. Однако кратковременная обработка полиэтилена кислотой или окислителями приводит к окислению поверхности и смачиванию ее водой, полярными жидкостями и клеями. В этом случае изделия из полиэтилена можно склеивать,

– при нагревании до 80-120°С размягчается. Полиэтилен не способен противостоять высоким температурам, что не дает возможность использовать его в экстремальных условиях,

– характеризуется морозостойкостью. Полиэтилен может эксплуатироваться при температурах от -70°С до 100 °С. Некоторые виды полиэтилена сохраняют свои полезные свойства при температурах ниже -120°С. Морозостойкость полиэтилена зависит от разновидности и способа получения определенного вида полиэтилена,

– полиэтилен в виде тонких пленок обладает высокой гибкостью и прозрачностью, а в виде листов становится жестким и непрозрачным,

– является диэлектриком,

– устойчив к действию воды,

– обладает отличной пароизоляцией и гидроизоляцией. Но проницаем для кислорода и углекислого газа,

– под действием солнечного света становится хрупким. В качестве добавки-стабилизатора от воздействия ультрафиолетового излучения используют углеродную сажу,

– является химически стойким веществом,

– не реагирует со щелочами любой концентрации, с растворами нейтральных, кислых и основных солей, органическими и неорганическими кислотами, даже с концентрированной серной кислотой. Но разрушается при действии 50%-й азотной кислоты при комнатной температуре и под воздействием жидкого и газообразного хлора и фтора. При температурах выше 60 °С серная и азотная кислоты также быстро его разрушают.

– при комнатной температуре не растворяется в органических растворителях. При температуре выше 80 °С сначала набухает, а затем растворяется в ароматических углеводородах и их галогенопроизводных,

– горит голубоватым пламенем, со слабым светом и желтым кончиком, при этом издаёт запах парафина, то есть такой же, какой исходит от горящей свечи. Материал продолжает гореть на удалении источника пламени и производит потеки,

– из-за своей химической стойкости в естественной среде разлагается в течение порядка 500 лет, что существенно ухудшает экологическую обстановку. Поэтому для борьбы с загрязнением окружающей среды полиэтиленовыми пакетами около 40 стран ввели запрет или ограничение на продажу и (или) производство пластиковых пакетов. Однако если в состав полиэтилена ввести специальные добавки-деграданты время разложения в естественной среде составляет до 1,5-3 лет. Благодаря добавкам-биодеградантам он разлагается на элементарные составляющие: воду, углекислый газ и биомассу,

– биологически инертен.

Физические свойства полиэтилена (таблица):

Наименование показателя:	Значение:
Молекулярная масса, г/моль	до 500 000*
Плотность, г/см³	от 0,88 до 0,96*
Температура плавления, ^оС	от 115 до 180*

* зависит от вида полиэтилена.

Виды полиэтилена:

В основе классификации полиэтилена положена его плотность. Полиэтилен классифицируется на следующие виды:

– полиэтилен низкой плотности (высокого давления). Обозначается ПЭНП, ПЭВД, ПВД, LDPE (Low Density Polyethylene).

– полиэтилен высокой плотности (низкого давления), ПЭВП, ПЭНД, ПНД, HDPE (High Density Polyethylene),

– полиэтилен среднего давления (высокой плотности), ПЭСД,

– линейный полиэтилен средней плотности, ПЭСП, MDPE или PEMD,

– линейный полиэтилен низкой плотности, ЛПЭНП, LLDPE или PELLD,

– полиэтилен очень низкой плотности, VLDPE,

– полиэтилен сверхнизкой плотности, ULDPE,

– металлоценовый линейный полиэтилен низкой плотности, MPE,

– сшитый полиэтилен, PEX или XLPE, XPE,

– высокомолекулярный полиэтилен, ВМПЭ, HMWPE или PEHMW или VHMWPE,

– сверхвысокомолекулярный полиэтилен, СВМПЭ, UHMWPE.

Получение полиэтилена:

Полиэтилен получают путем полимеризации этилена. Первоначально полиэтилен производится в гранулах от 2 до 5 мм, окончательную форму он приобретает в процессе термической обработки на специальном оборудовании.

Каждый вид полиэтилена получают различными способами. Рассмотрим на примере полиэтилена низкой плотности (высокого давления), полиэтилена среднего давления и полиэтилена высокой плотности (низкого давления).

Полиэтилен низкой плотности (высокого давления,

ПЭНП, ПЭВД, ПВД, LDPE) образуется в автоклавном или трубчатом реакторах при:

– температуре 200-260 °C,

– давлении 150-300 МПа,

– в присутствии инициатора (кислород или органический пероксид).

Реакция происходит по радикальному механизму в расплаве. Жидкий продукт впоследствии гранулируют. Получаемый по этому методу полиэтилен имеет молекулярную массу 80 000 – 500 000 г/моль и степень кристалличности 50-60 %.

Полиэтилен среднего давления (высокой плотности, ПЭСД) образуется при:

– температуре 100-120 °C,

– давлении 3-4 МПа,

– в присутствии катализатора (например, катализаторов Циглера-Натта).

В результате реакции продукт выпадает из раствора в виде хлопьев. Получаемый по этому методу полиэтилен имеет молекулярную массу 300 000 – 400 000 г/моль и степень кристалличности 80-90 %.

Полиэтилен высокой плотности (низкого давления, ПЭНД, ПЭВП, ПНД, HDPE) образуется при:

– температуре 120-150 °C,

– давлении ниже 0,1-2 МПа,

– в присутствии катализатора (например, катализаторов Циглера-Натта).

Полимеризация происходит в суспензии по ионно-координационному механизму. Получаемый по этому методу полиэтилен имеет молекулярную массу 80 000 – 300 000 г/моль и степень кристалличности 75-85 %.

В процессе полимеризации полиэтилена последний может быть химически модифицирован. Благодаря чему получаются новые виды. Например, металлоценовый линейный полиэтилен низкой плотности, биоразлагаемый полиэтилен, квантовый полиэтилен.

полиэтилен описание материала
кабель сшитый вспененный полиэтилен низкого высокого давления химические физические свойства описание трубы технические характеристики материала

уравнение реакция получения полиэтилена из этилена высокого низкого давления

Коэффициент востребованности 11 980

Как производят полиэтилен высокого и низкого давления, каковы их главные свойства и сфера применения

Главная » Сырье » Каталог полимеров » Полиэтилен

Оглавление

Что такое полиэтилен?
- Как появился полиэтилен
- Формула полиэтилена
Получение полиэтилена
Виды полиэтилена
Свойства полиэтилена
- Химические свойства
- Физические свойства
- Эксплуатационные характеристики
Применение полиэтилена

Полиэтилен – это самый часто встречающийся в мире полимер, и его популярность объясняется большим перечнем физико-эксплуатационных характеристик и массой практичных бытовых и промышленных свойств.

А меняя показатель давления, применяемого для получения того или иного вида полиэтилена, параметры этого полимера можно варьировать в широком спектре.

Что такое полиэтилен?

Полиэтилен (ПЭ, PE) – полимер, который добывается путем термополимеризации этилена, в свою очередь получаемого из газа и нефти путем химического реагирования. В быту полиэтиленом называют пластмассу практически в любом ее виде. Этот синтетический полимер в наиболее потребляемых его видах производится передовыми компаниями, специализирующимися на добыче нефти и газа. В частности, в России его синтезируют на заводах «Роснефть», «Газпром», «Лукойл», «Нижнекамскнефтехим». Серийные марки ПЭ производят в виде микрогранул не более 2-5 мм, однако, есть разновидность этого полимера, поступающая в промышленный обиход в виде порошка. Сырьем для выработки полиэтилена служит бесцветный газ этилен, его особенность – характерный сладковатый запах.

Важно:

Этилен может растворяться в этаноле и в воде при некоторых условиях, а для синтезирования полиэтилена применяют только газ, прошедший глубокую очистку – до 99,8%. Посторонние примеси препятствуют нормальному течению реакции синтеза, а материал может поменять свой окрас.

Как появился полиэтилен

Полиэтилен известен уже более века. Его изобретателем признан инженер Ганс фон Пехманн, который сделал свое открытие в 1899 году в Германии. Однако в те годы полезное изобретение не было воспринято «на ура», ему долгое время не могли найти применения. Лишь в конце 1920-х годов синтез ПЭ был налажен. Но сначала это не был полиэтилен в привычном для современности понимании: первоначально проводился синтез низкомолекулярного парафинового вещества – олигомера полиэтилена. Только в 1936 году им удалось разработать меры для успешного синтеза ПЭ низкой плотности и получить на него патент. И в 1938 году было запущено синтезирование промышленного ПЭ, сферой применения которого на начальном этапе стало производство проводов для телефонов, а чуть позже – выпуск упаковки для продовольственных товаров.

Формула полиэтилена

ПЭ является органическим веществом, имеющим длинные «тела» молекул. Химический состав молекулы этого полимера имеет простой вид и визуализируется как цепочка из атомов углерода, к каждому из которых прикреплены по две молекулы водорода. Формула полиэтилена может быть записана как

(–Ch3–)n или (C2h5)n,

где n – степень полимеризации.

Полиэтилен синтезируется в двух вариантах, получаемых из СН2=СН2, отличных по структуре, а значит, и по свойствам. В одной из модификаций мономеры связываются в линейные цепи с показателем полимеризации выше 5000. В другой – ответвления из 4-6 атомов углерода крепятся к цепи хаотично. Для синтеза линейных полиэтиленов используются специальные катализаторы, выработка происходит при температурном режиме до 150°С и давлении до 20 атмосфер.

Получение полиэтилена

Принцип построения макромолекул полиэтилена – линейный, они также имеют некоторое число боковых ответвлений. Способ полимеризации материала отражается на свойствах, которыми будет обладать готовый ПЭ. Его получение возможно в двух химических концепциях:

С помощью радикальной полимеризации этилена в газовой среде – так получают ПВД – это полиэтилен высокого давления. Синтезируется в автоклаве под окисляющим воздействием О2 или пероксидов. Сила давления – 25МПа, показатель температуры обычно не превышает 70°С. Используется двухступенчатый ректор: в первой стадии смесь сильнее разогревают, а во второй – полимеризуют при ужесточенных показателях – температуре до 300°С и давлении до 250 МПа.

Путем ионной термополимеризации этилена в гексановом растворе – так синтезируется полиэтилен сниженного давления. Раствор этилена в бензине доводят до температуры 180-250°С. Показатель давления, необходимый для процесса – 3,4-5,3 МПа, катализатор воздействует на смесь в течение 15 минут. Степень готовности полиэтилена определяют по испарению растворителя.

Общий процесс выработки ПЭ можно охарактеризовать такими основными технологическими фазами:

соединение этилена с газовой средой и кислородом;
сжатие газово-этиленовой субстанции в двух стадиях;
собственно, полимеризация массы;

отделение непосредственно ПЭ от этилена, не вступившего в реакцию;
гранулирование продукта.

Виды полиэтилена

Полиэтилен низкого давления – он же полиэтилен высокой плотности (ПЭВП). Для этого вида полиэтилена характерно малое число молекулярных ветвей, производят его при сниженном уровне давления, применяя суспензионный, растворный и газофазный техпроцессы полимеризации. ПЭНД обычно получается бесцветным и может отгружаться в любой подходящей таре – от мешков до цистерн. Используется для изготовления канистр, контейнеров для растворителей и мусора, отличается повышенной прочностью (к примеру, пакет из ПЭНД может выдержать до 20 кг).

Полиэтилен высокого давления (низкой плотности) ПЭВД или ПЭНП. Производится при повышенном давлении, а особенность его структуры – в сочетании продольных и укороченных ответвлений, которым богата формула ПЭВД. Производят его чаще всего в форме бесцветных гранул. Самая известная сфера применения этого вида полиэтилена – выработка оберточного материала, производство пластиковых пакетов и емкостей.

И хотя основными используемыми в промышленности видами полиэтилена являются ПЭНД и ПЭВД, есть другие формы производства этого полимера.

Линейный полиэтилен – это низкоплотный ПЭ с большим числом коротких ответвлений в молекулярной цепи. При растяжении и разрыве имеет максимальные значения прочности и растяжения. Плавится линейный ПЭ при повышенном температурном показателе, что делает его идеальным сырьем для упаковки под горячие продукты. Многочисленные боковые укороченные ветви, которыми характеризуется структура его молекул, делает особенно высокой эластичность расплава, и это свойство используют для произведения тонкой пленки. По сравнению с другими видами ПЭ наименее прозрачен, бывает разных уровней плотности.

Пенополиэтилен – материал с пористой структурой, что делает его хорошим вариантом средства для гидро- и теплоизоляции. В качестве материла для изоляции, вспененный полиэтилен производят в виде гибких листов или жгутов.

Сшитый полиэтилен – ПЭ, молекулы которого сшиты поперек, и за счет этих поперечных связей звенья его молекул образуют трехмерную сеть. Эта особенность наделяет ПЭ жесткостью и термоустойчивостью.

Свойства полиэтилена

Химические свойства

ПЭ практически газонепроницаем, а его химическая устойчивость зависит от плотности полиэтилена. Он инертен ко всем солевым растворам и концентратам, растворителям и отдельным сильным кислотам, маслам и смазывающим веществам, не взаимодействует с органическими растворителями. Но при показателе выше 60°С полиэтилен поддается воздействию азотной и серной кислот в концентрации 50%, не устойчив к хлору и брому.

Физические свойства

ПЭ – материал достаточной жесткости, эластичный, морозоустойчивый (выдерживает температуру до -70°С), гибкий. Обладает высокой вязкостью, диэлектрик, не увлажняется жидкостями. Полиэтилен – нейтральное вещество, бесцветное, но непрозрачное в толстом слое, не имеющее запаха и вкуса.

Температура плавления полиэтилена в среднем 105-115°С, но точный показатель колеблется в зависимости от вида ПЭ.

Наименование физических характеристик	Средние показатели ПЭ
Плотность, г/см3	0,955 — 0960
Напряжение при растяжении, МПа	22 — 23
Температурная амплитуда применения	от -50°С до 80°С
Удлинение при разрыве, %	300-600
Ударная вязкость, кДж/м2	12
Теплопроводность, В/(м·°С)	44·10-2
Теплоемкость при 20-25 °С, Дж/кг·°С	1880
Кристаллизация при температуре	от -60 °С до -369 °С

Эксплуатационные характеристики

При температуре выше 80°С полиэтилен начинает разрушаться. Без добавления спецдобавок и стабилизаторов материал абсолютно неустойчив к УФ-излучению, подвержен фотодеструкции. ПЭ не источает в окружающую среду вредные вещества, но разлагаться самостоятельно может на протяжении десятилетий. Стоит учитывать пожароопасность материала и его свойство поддерживать горение.

Важно:

Физические свойства полимера и характер его эксплуатации будут разниться в зависимости от вида ПЭ.

Остановимся на самых распространенных его типах – ПЭВД и ПЭНД.

Вид полиэтилена	Мол. масса, а.е.м.	Плотность, кг/м3	Температурный показатель плавления, °С	Показатель упругости, МПа	Кристалличность	Относ. удлинение, %	Температура стеклования, °С	Показатель усадки при обработке
ПЭВД	30 тыс. – 400 тыс.	913-930	103-115	100-200	60%	100-800	-4	1,5-2%
ПЭНД	50 тыс. –1 млн	940-970	120-140	400-1250	70-90%	100-1200	120	1,5-2%

Применение полиэтилена

Полиэтилен – самый известный и востребованный из-за своей практичности и универсальности полимер в мире. Выявлена масса способов переработки пластмассы, которые позволяют производить изделия из него.

Важно:

Полиэтилен обвиняют в неэкологичности, на самом же деле этот полимер один из наиболее безопасных, неприхотливых, хорошо поддается переработке, после которой нередко используется повторно.

Рассмотрим самые распространенные формы применения полиэтилена.

Пленка. Этот универсальный материал повсеместно используют в виде разнофактурных пленок в промышленности, на производстве, в строительных работах. Производится она с помощью экструдера из гранулированного полиэтилена, который доводят до нужной температуры, плавят, после чего формируют.
Трубы из полиэтилена используют для выкладывания инженерных сообщений (канализация, газо- и водопроводы) и коммуникаций. Процесс их изготовления идентичен этапам производства пленки, за исключением конструкции экструдера.
Полиэтиленовые пакеты – легкая и удобная тара, в которой потребители переносят вещи и продукты. Сегодня невозможно представить свою жизнь без прозрачных пакетов для фасовки, «маек», практичных мусорных пакетов, пакетов с логотипами супермаркетов или торговых точек.
Упаковка. Современная тара для продуктов питания также производится преимущественно из полиэтилена – бутылки, контейнеры, пластиковые пакеты и одноразовая посуда.
Нельзя не упомянуть о широком производстве одноразовых полиэтиленовых перчаток, которые нашли широкое применение в промышленности, медицине и быту.
Полиэтиленовые листы, производимые из ПЭВП или ПЭНП, являются отличной альтернативой древесине и стеклу, имеют небольшой вес и высокую жесткость. ПЭ прессуется в прочные листы разной толщины с высокой термостойкостью.

Продукты из полиэтилена с каждым годом находят все больше сфер для своего применения, занимая ранее пустующие области рынка. Включая в свой производственный процесс изделия из этого полимера, многие предприятия разных отраслей промышленности существенно облегчают его, делая максимально рентабельным. Статистические данные прогнозируют и дальнейший рост популярности полиэтилена, а значит, его производство в товарных масштабах будет только расти.

Смотрите также по теме «Что такое полиэтилен и в чем отличия его основных видов, особенности получения и применения»:

Физические и химические свойства полимерных материалов, мембран

Полистирол (ПС, тефлон, Polystyrene, PS) — термопластичный полимер с высокой степенью оптического светопропускания. Жесткий и нетоксичный, с превосходной стабильностью размеров и хорошей химической стойкостью к водным растворам, однако ограниченной устойчивостью к органическим растворителям (кроме разбавленных кислот, спиртов и щелочей) и морозостойкостью до −40 °C. Этот материал с прозрачностью, как у стекла, часто применяется для изготовления одноразовой лабораторной продукции. Изделия из полистирола хрупки при комнатной температуре и могут треснуть или разбиться при падении с высоты стола.
Полиэтилен высокого давления (ПЭВД, high pressure polyethylene, PEHP) — термопластичный материал, прозрачный, имеет высокую прочность при воздействии низких температур, обладает химической устойчивостью ;к большинству кислот, оснований и спиртов, подходит для хранения и отбора проб биологических веществ и других водных растворов.
Полиэтилен высокой плотности (низкого давления, ПЭВП, ПНД, HDPE, High Density Polyethylene) — термопластический материал, имеет повышенную твердость и прочность, высокую химическую стойкость при воздействии на него агрессивных сред, хорошую пластичность. Используется при температурах в диапазоне от -70 до +50 °С, нетоксичный материал.
Полипропилен (ПП, Polypropylene, PP) — термопластичный материал, обладающий высокой ударной прочностью, имеет газо- и паропрочность, низкую теплопроводностью, по прозрачности уступает полистеролу. Он прозрачен, выдерживает автоклавирование и не растворяется в каких-либо известных растворителях при комнатной температуре. Его чувствительность к сильным окислителям немного выше, чем у полиэтилена. Обладает наилучшей стойкостью к трещинам от напряжения из всех полиолефинов. Изделия из полипропилена хрупки при 0 °С и могут треснуть или разбиться при падении с высоты стола.
Поликарбонат (ПК, polycarbonate, PC) — термопластичный полимер, который не имеет аналогов среди современных полимеров. Он отличается превосходными параметрами светопроницаемости, ударопрочности, а также устойчивостью к температурным перепадам (от -100 до +165 °C). Обладает прозрачностью оконного стекла, удивительно прочен и жесток. Он выдерживает автоклавирование, нетоксичен и самый жесткий из термопластиков. Прочность и стабильность размеров делает этот материал идеальным для изготовления изделий для центрифугирования.
Полисульфон (ПСФ, Polysulphone, PSU) — термопластичный материал, прозрачный, обладает высокой прочностью и устойчивостью при высоких температурах, отличные диэлектрические свойства в широком диапазоне температур и частот; нетоксичен; допускает стерилизацию всех видов.
Поливинилхлорид (ПВХ, Polyvinyl chloride, PVC) — термопластичный материал, прозрачный, отличается химической стойкостью к щелочам, минеральным маслам, многим кислотам и растворителям, устойчивостью при высоких температурах.
Полиэтилен-терефталат (ПЭТ, Polyethylene terephthalate, PET) — это термопластичный материал, являющийся самым распространенным среди полиэфиров. Обладает прозрачностью, высокой прочностью, хорошей пластичностью (причем как в нагретом состоянии, так и в холодном), химической стойкостью. Все свои характеристики ПЭТ сохраняет и при низких температурах, до -40 °C, и при высоких, до +75 °C. Высокая устойчивость к деформации.
Политетрафторэтилен (ПТФЭ, Polytetrafluoroethylene, PTFE) — термопластический материал, гибкость и эластичность которого сохраняются при температурах в диапазоне от -70 до +270 °С, имеет очень высокую стойкость к щелочам, кислотам, растворителям и окислителям. Устойчивость к свету и неблагоприятным погодным условиям, к горячему водяному пару. не горюч.
Нейлон (Nylon) — термопластичный материал, непрозрачен, термостойкий, подходит для механической обработки, высокая проницаемость для водяного пара, устойчив к центрифугированию.
Нитрат целлюлозы (Cellulose nitrate) — непрозрачный, химически нестабилен, обладает низкой химической стойкостью к действию кислот и щелочей.
Ацетат целлюлозы (Cellulose acetate) — термопластический материал, светостойка, обладает хорошими физико-механическими свойствами и практически негорюча. Термостабильность ацетилцеллюлозы недостаточно высока: уже при 190-210 °C изменяется окраска материала, а при 230 °С он начинает разлагаться.

Физические свойства

Полистирол (ПС, Polystyrene, PS

Полиэтилен высокого давления (ПЭВД, high pressure polyethylene, PEHP)

Полиэтилен высокой плотности (низкого давления, ПЭВП, ПНД, HDPE, High Density Polyethylene)

Полипропилен (ПП, Polypropylene, PP)

Поликарбонат (ПК, polycarbonate, PC)

Полисульфон (ПСФ, Polysulphone, PSU)

Поливинилхлорид (ПВХ, Polyvinyl chloride, PVC)

Полиэтилен-терефталат (ПЭТ, Polyethylene terephthalate, PET)

Политетрафторэтилен (ПТФЭ, Polytetrafluoroethylene, PTFE)
(тефлон)

Нейлон (Nylon)

Нитрат целлюлозы (Cellulose nitrate)

Ацетат целлюлозы (Cellulose acetate)

Основные свойства

биологически инертный, твердый, с высокой степенью оптического светопропускания.

биологически инертный, твердый, высокая химическая стойкость

биологически инертный, высокая химическая стойкость, исключительная прочность

биологически инертный, очень прочный, инертный, высокая температурная стойкость

биологически инертный,
Нетоксичен и очень жёсток

биологически инертен,стоек к маслам (кроме эфирных).

биологически инертный, жесткий, прочный, превосходные оптические качества

биологически и химически инертен, очень стойкая скользкая поверхность

термостойкий, подходит для механической обработки, высокая проницаемость для водяного пара

термически нестабильный, обладает низкой хим.

стойкостью к действию кислот и щелочей

термостойкий, стойкость к воздействию минеральных масел, нефтепродуктов, ряда ароматических углеводородов

Прозрачность

прозрачный

непрозрачен

полупрозрачный

непрозрачен

прозрачный

прозрачен

прозрачный

непрозрачен

прозрачен

Результат автоклавирования

плавится

возможно

плавится

не поддается деформации

выдерживает несколько циклов

возможно

плавится

допустимо

Устойчивость к центрифугированию

устойчив до 3000g.

устойчив
до 15000 g

устойчив до 50000g

устойчив до 50000 g

устойчив
до 5000 g

устойчив до 16000 g

устойчив до 50000 g

—

Температура термической деформации

64-80 °С

121 °С

120 – 138 °C

135 °С

138-143 °С

174 °С

150-220 °С

70 °С

121°С

150-180°С

190-220°С

190-210°С

Скорость горения

медленно

гаснет само-произвольно

не горит

—

не горит

гаснет самопроизвольно

медленно

—

Воздействие лабораторных реактивов

Полистирол (ПС, Polystyrene, PS

Полиэтилен высокого давления (ПЭВД, high pressure polyethylene, PEHP)

Полиэтилен высокой плотности (низкого давления, ПЭВП, ПНД, HDPE, High Density Polyethylene)

Полипропилен (ПП, Polypropylene, PP)

Поликарбонат (ПК, polycarbonate, PC)

Полисульфон (ПСФ, Polysulphone, PSU)

Поливинилхлорид (ПВХ, Polyvinyl chloride, PVC)

Полиэтилен-терефталат (ПЭТ, Polyethylene terephthalate, PET)

Политетрафторэтилен (ПТФЭ, Polytetrafluoroethylene, PTFE)
(тефлон)

Нейлон (Nylon)

Нитрат целлюлозы (Cellulose nitrate)

Ацетат целлюлозы (Cellulose acetate)

Слабые кислоты

нет

Сильные кислоты

окисляющие кислоты разрушают

возможно разрушение

нет

окисляющие кислоты разрушают

нет

разрушение

окисляющие кислоты разрушают

Слабые щелочи

нет

Сильные щелочи

нет

медленное разрушение

нет

Органические растворители

растворим в ароматических хлор-содержащих углеводородах

устойчив при температуре ниже 80^оС

набухает в ароматических соединениях и галогенированных углеводородах

устойчив при температуре ниже 80^оС

растворим в хлор-содержащих углеводородах; частично растворим в ароматических

неустойчив, разрушается эфирами и ароматическими углеводородами

нет

растворим в ароматических или хлор-содержащих углеводородах

устойчив

растворим в орг. растворителях: спиртоэфирной смеси, ацетоне, частично в этиловом спирте

растворим в орг.растворителях: спиртоэфирной смеси, ацетоне, этилацетате, частично в этиловом спирте

Проницаемость тонкостенных изделий для газа

	Полистирол (ПС, Polystyrene, PS	Полиэтилен высокого давления (ПЭВД, high pressure polyethylene, PEHP)	Полиэтилен высокой плотности (низкого давления, ПЭВП, ПНД, HDPE, High Density Polyethylene)	Полипропилен (ПП, Polypropylene, PP)	Поликарбонат (ПК, polycarbonate, PC)	Полисульфон (ПСФ, Polysulphone, PSU)	Поливинилхлорид (ПВХ, Polyvinyl chloride, PVC)	Полиэтилен-терефталат (ПЭТ, Polyethylene terephthalate, PET)	Политетрафторэтилен (ПТФЭ, Polytetrafluoroethylene, PTFE) (тефлон)	Нейлон (Nylon)	Ацетат целлюлозы
О₂	низкая	высокая	низкая	высокая	очень низкая	очень низкая	очень низкая	очень низкая	очень низкая	очень низкая	низкая
N₂	очень низкая	низкая	очень низкая	низкая	очень низкая	очень низкая	очень низкая	очень низкая	—	очень низкая	очень низкая
СО₂	высокая	очень высокая	высокая	очень высокая	низкая	—	очень низкая	—	—	—	очень низкая

Каковы свойства полиэтилена (ПЭ)? | InduPlast

В повседневной жизни нас окружают предметы, состоящие из множества элементов, о которых мы редко задумываемся.
Одним из наиболее распространенных материалов является полиэтилен (PE), беловатый термопластический материал, который мы каждый день можем найти во многих повседневных товарах, таких как сумки, упаковка, дверная ручка или даже наш мобильный телефон.
Это самый простой из полимеров с химической точки зрения, состоящий из линейного и повторяющегося звена атомов углерода и водорода.

Мы собираемся дать краткую историю полиэтилена (PE) ниже:
Он был открыт в результате химической ошибки, но когда в 1898 году с большим удивлением были обнаружены его возможности, его начали химически синтезировать в то, что мы сегодня знаем как полиэтилен низкой плотности.
Со временем с помощью катализаторов его формула была усовершенствована, в результате чего люди, открывшие его, были удостоены Нобелевской премии по химии в 1963 году.
Полиэтилен не является хорошим проводником тепла или электричества, и его плотность (в твердом состоянии) зависит от температуры.
Как правило, механические свойства материала будут зависеть от термической истории его изготовления, другими словами, от конкретного способа его охлаждения и затвердевания.
Обладает высокой устойчивостью к сжатию и ударам и становится хрупким только при экстремально низких температурах (от 50° ниже нуля).

Полиэтилен — чрезвычайно универсальный пластик.

Из него могут быть изготовлены многочисленные изделия, такие как упаковочная пленка для пищевой, фармацевтической и агропромышленной отраслей, упаковка для средств личной гигиены и чистящих средств (для моющих средств, шампуней, отбеливателей) и т. д.

Термопласт, пригодный для изготовления детских бутылочек, игрушек, а также кабелей и кабельных покрытий, труб. Благодаря своим очень гибким химическим характеристикам он даже используется в производстве механических деталей и направляющих цепей.

В настоящее время полиэтилен в основном делится на два основных типа в зависимости от его плотности:

• PELD — полиэтилен низкой плотности: бесцветный, без запаха и нетоксичный, используется в пищевой промышленности.
Это частично кристаллический и аморфный материал беловатого цвета и полупрозрачный.
Использование полиэтилена низкой плотности очень разнообразно, так как вы можете найти его во всех типах пакетов, автоматической упаковке пищевых продуктов и промышленных товаров, пленке, пакетах для внутривенных вливаний, дверных ручках, ирригационных трубах и т. д.

PELD имеет белый полупрозрачный вид и мягкую поверхность, которую можно поцарапать.
Это гораздо более гибкий материал, чем полиэтилен высокой плотности.
Он обладает очень хорошей технологичностью, термической и химической стойкостью (химически инертен – почти не вступает в реакцию).
Только под действием сильных окислителей он может быть химически разрушен, а при очень высоких температурах может быть растворен с помощью ароматических или галогенированных углеводородов.

• PEHD – полиэтилен высокой плотности используется в упаковочной промышленности, а также в пищевой, электротехнической, строительной и т.д. отраслях.
Полиэтилен высокой плотности — это экономичный термопласт, который легко получить и переработать, он обладает очень хорошими физическими, химическими, механическими, электрическими, тепловыми и оптическими свойствами, что делает его наиболее потребляемым пластиком в мире.

В отличие от PELD, полиэтилен высокой плотности отличается твердостью и более высокой плотностью.
В Induplast мы в основном работаем с PELD из-за его блестящих и многочисленных характеристик, которые дают нам большую уверенность в производственных процессах.
Он в основном используется для упаковки высокой твердости, пакетов для супермаркетов, магазинов на углу и предметов домашнего обихода, масел, бочек, труб для газа, телефона, питьевой воды, направляющих цепей и механических частей.
Он также используется для покрытия прудов, ям нейтрализации, резервуаров для воды, искусственных озер и т. д.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
— Высокая ударопрочность и устойчивость к изгибам
— Хорошие свойства скольжения

ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА
— Может выдерживать температуры до 80°C, не подвергая его высоким механическим нагрузкам
— Очень низкая теплопроводность

ВОДОПОГЛОЩЕНИЕ — Водоотталкивающий. Явлений отека не проявляет.

СКОЛЬЗЯЩИЕ СВОЙСТВА
— Обладает самосмазывающимися свойствами, особенно при сухом трении скольжения с металлами, такими как сталь, латунь и медь.

Таким образом, полиэтилен имеет широкий спектр применения и использования, что, помимо его доступной цены, делает его одним из наиболее востребованных и используемых полимеров в большинстве отраслей экономики и промышленности.

Это материал, который мы находим в наших руках каждый день.

Прямо сейчас ваша клавиатура, мышь или бутылка с водой, из которой вы пьете, могут быть сделаны из полиэтилена.
Важной проблемой, которую мы должны принять во внимание, является ее переработка, чтобы помочь окружающей среде, мы должны правильно использовать ее, и, когда она больше не нужна или не нужна, мы должны ее перерабатывать.

Механические свойства полиэтилена низкой плотности

Скачать PDF

Опубликовано: 10 августа 2016 г.

Дженнифер Л. Джордан ¹ ,
Дэниел Т. Касем ²,
Jermaine M. Bradley ³,
Ajmer K. Dwivedi ⁴,
ERIC N. Brown ⁵ и
…

Журнал динамического поведения материалов том 2 , страницы 411–420 (2016)Процитировать эту статью

28 тыс. обращений
51 цитирование
Сведения о показателях

Abstract

Механические свойства полимеров, особенно в зависимости от температуры и скорости деформации, являются ключевыми для использования этих материалов в конструкции. В этой статье была исследована реакция на сжатие полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) в диапазоне скоростей деформации и температур. Было обнаружено, что механическая реакция зависит от температуры и скорости деформации, показывая увеличение напряжения с увеличением скорости деформации или снижением температуры. Единственная линейная зависимость наблюдалась для напряжения течения от температуры и логарифмической скорости деформации во всем диапазоне исследованных условий. Данные о температуре и скорости деформации были нанесены на карту с использованием метода, разработанного Siviour et al. на основе суперпозиции время-температура с использованием одного параметра отображения, указывающего на отсутствие фазовых переходов при исследованных скоростях и температурах. Были проведены эксперименты по удару по Тейлору, показавшие двойную зону деформации и измерения предела текучести в соответствии с экспериментами на сжатие.

Введение

Полиэтилен (ПЭ) — это широко используемый пластик с адаптируемыми свойствами, основанными на молекулярной конформации [1–5], с широким применением: от пленочной упаковки и электроизоляции до контейнеров и трубопроводов. ПЭ характеризуется в первую очередь плотностью и степенью разветвления молекулы, как показано в таблице 1. Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) представляет собой прочный и гибкий полимер, характеризующийся длинными ветвями, которые плохо упаковываются в кристаллиты. По мере того, как цепи становятся более линейными, например, в полиэтилене высокой плотности (HDPE), молекулы могут упаковываться более плотно. Полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (UHMWPE) имеет длинные линейные цепи, способные выдерживать нагрузку вдоль основной цепи полимера. Наконец, сшитый полиэтилен (PEX) имеет сшитые связи, улучшающие высокотемпературные свойства и химическую стойкость [6].

Таблица 1 Классификация полиэтилена на основе плотности, молекулярной массы (MW), процента кристалличности (%Xtal) и степени разветвленности молекулы [1, 6, 16]

Полная таблица

Высокоскоростные свойства полимеров, включая время -температурная суперпозиция в этих материалах была недавно рассмотрена Сивиуром и Джорданом [7]. В полукристаллических материалах, таких как полиэтилен и политетрафторэтилен, отклик материала зависит от молекулярной конформации и объемной доли кристалличности, а также от температуры и скорости деформации. Эти материалы можно рассматривать как молекулярные сети, состоящие из аморфной фазы, содержащей запутанные цепи с хаотически ориентированной кристаллитной фазой, выступающей в роли физических поперечных связей [2–4]. В литературе имеется несколько исследований, в которых изучалась высокоскоростная механическая реакция различных конформаций ПЭ. Браун и др. [6, 8–10] изучали влияние конформации на ПЭВП, СВМПЭ и РЕХ в диапазоне скоростей деформации и температур и обнаружили, что СВМПЭ и РЕХ имеют очень похожее поведение, которое заметно отличается от ПЭВП. Те же самые материалы также были исследованы при различных условиях нагружения, включая ударную нагрузку и динамическую экструзию при растяжении [11–15]. Точно так же Омар и соавт. [16] изучали ПЭНП, ПЭВП и линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП), в которых ПЭВП показал наибольшую прочность в соответствии с Брауном и соавт. [6]. Однако фактические значения прочности сильно различались между двумя источниками, вероятно, из-за почти 20 % разницы в кристалличности между двумя материалами из ПЭВП; ПЭВП, исследованный Brown et al. [6] с 80,9% кристалличности показало напряжение течения в два-три раза выше, чем сообщалось Omar et al. [16] для ПЭВП с кристалличностью 60,99 % для заданной температуры и скорости деформации. Браун и др. [6, 8] наблюдали единственную линейную зависимость между напряжением течения и логарифмической скоростью деформации и линейную зависимость от температуры от комнатной температуры до -100 °C [10]. И наоборот, Омар и соавт. [16] наблюдали нелинейное увеличение напряжения с логарифмической скоростью деформации, хотя и на основе данных для ограниченного числа скоростей деформации. Однако о простой линейной зависимости также сообщают Накаи и Йокояма [17], которые продемонстрировали резкую билинейную зависимость от логарифмической скорости деформации во многих других полимерах.

В этом исследовании LDPE был охарактеризован при сжатии в диапазоне скоростей деформации и температур с использованием квазистатического нагружения, раздельного нагружения стержнем давления Хопкинсона и экспериментов по удару Тейлора. Степень кристалличности ПЭНП была определена таким образом, чтобы данные можно было сравнить с аналогичными материалами в литературе. Это исследование дополняет работу Brown et al. [6, 8] на ПЭВП, СВМПЭ и PEX. Экспериментальные результаты по ПЭНП представлены в этой статье и обсуждаются в контексте аналогичных конформаций ПЭ материала.

Экспериментальный подход

ПЭНП был получен в форме пластин от Allied Resinous Products, Inc. Измеренная плотность материала составила 924,2 кг/м ³ . Большинство образцов были обработаны в направлении по толщине, а несколько экспериментов были проведены в двух ортогональных направлениях.

Материал ПЭНП был охарактеризован с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) с использованием прибора TA Instruments DSC Q2000 примерно на 15 мг материала. Испытание проводили при 10 °C/мин до 200 °C для определения степени кристалличности и температуры плавления (T _м ) материала.

Испытания на сжатие проводились в диапазоне скоростей деформации от квазистатического до динамического. Испытания с низкой скоростью проводились с сервогидравлической силовой рамой Instron модели 1331. Нагрузку измеряли с помощью тензодатчика Instron 311 G-135, а деформацию образца определяли по измерению смещения траверсы линейным регулируемым дифференциальным трансформатором (LVDT) с использованием поправки на податливость машины. Цилиндрические образцы для этих экспериментов имели номинальный диаметр и длину 5 мм. Контактные поверхности между образцами и плитами из карбида вольфрама были смазаны MoS 9.0143 2 смазка для минимизации сопротивления радиальному расширению при сжатии. Эксперименты при высоких температурах проводились с использованием той же силовой рамы и камеры с регулируемой температурой (модель Instron 3119-405). Для определения температуры образца использовали контрольное измерение с обратной связью термопары камеры. Температуре образца давали уравновеситься с температурой камеры в течение 30 минут перед началом испытания на сжатие.

Испытания с высокой скоростью деформации были проведены с 9Алюминиевый разрезной стержень Гопкинсона (SHPB) диаметром 0,525 мм 7075-T6, детали устройства приведены в ссылках. [18–20]. Цилиндрические образцы имели номинальный диаметр и длину 5 мм. Они были смазаны смазкой MoS ₂ для обеспечения свободного радиального расширения. Были проведены испытания при повышенной температуре путем размещения специальной камеры с регулируемой температурой вокруг образца и прилегающих 75-миллиметровых участков падающего и передающего стержней. Перед испытанием через камеру циркулировал горячий воздух в течение 20 минут. Температуру внутри камеры контролировали с помощью считывателя термопар Keithley модели 871 с термопарой типа К, прикрепленной к стержню на границе раздела образец-стержень. Обратите внимание, что вся длина стержней не нагревалась во время испытания; Было установлено, что умеренные градиенты температуры, установленные в стержнях, оказывают незначительное влияние на результаты путем сравнения реакции свободного конца стержня с нагревом и без него. В анализе SHPB использовалась поправка на дисперсию барной волны [21–23]. Равновесие в образцах подтверждалось сравнением одноволновых и двухволновых напряжений.

Испытания Тейлора [24–26] проводились на образцах номинальной длины 25,4 мм и диаметром 6,3 мм. Цилиндры стреляли на воздухе без башмака из ствола диаметром 6,43 мм в наковальню из стали 350 Maraging, отполированную до шероховатости 1 мкм, при скоростях в диапазоне 125–200 м/с. Ударная поверхность наковальни была смазана консистентной смазкой, чтобы свести к минимуму трение во время удара. Для регистрации деформации на месте использовалась высокоскоростная видеокамера Shimadzu HyperVision HVP-X. 256 16-битных изображений в оттенках серого были сняты со скоростью 500 000 кадров в секунду и временем экспозиции 400 нс. Изображения были проанализированы вручную с помощью программного обеспечения для обработки изображений ImageJ после тестирования. После импорта стека из 256 изображений была добавлена метка с отметкой времени, а яркость и размер стека изображений были отрегулированы для максимальной четкости. Масштаб задавался с помощью сетки, расположенной за плоскостью образца, где шаг по горизонтали равен 3,9. 1 мм. Для каждого изображения следующие точки данных, как определено Brown et al. [8], измерялись вручную: максимальная ширина очага первичной деформации ( d ₀ ), максимальная ширина зоны вторичной деформации ( d _х ), ширина недеформированного участка ( d ), длина всего образца ( L ), длина зоны вторичной деформации плюс недеформированный участок ( л _х ), длина недеформированного участка ( L ₀ ). Измерения были точными до пикселя, что соответствует 0,11 мм. В этих экспериментах есть несколько незначительных источников ошибок. Экспериментальный артефакт диаметром примерно 16 мм присутствовал в нижней правой части изображений, что добавляло возможную погрешность в 2–3 пикселя к некоторым из изображений d . _х измерения. Кроме того, на некоторых изображениях происходило выдавливание тонкого слоя смазки, присутствующего на наковальне, что могло добавить погрешность в 2–3 пикселя к измерению длины, когда образец почти соприкасается со стальной наковальней. Наконец, на некоторых изображениях тень образца перекрывает нижний край ударной поверхности, добавляя 2–3 пикселя ошибки к измеренному значению d . ₀ . Использование сетки за образцом приводит к систематической ошибке при преобразовании пикселей в миллиметры, обычно эквивалентной приблизительно 1 мм по всей длине образца, поскольку сетка находилась не в плоскости эксперимента, а была смещена на несколько сантиметров назад. тест.

Результаты и обсуждение

Результаты дифференциальной сканирующей калориметрии показаны на рис. 1. Температура плавления, видимая как пик при 109 °C, намного ниже, чем указанная для HDPE (134 °C), СВМПЭ и PEX (133 °C). C) [6], но в хорошем согласии с тем, что сообщается для LDPE [16]. Площадь под эндотермой расплава ДСК соответствует теплоте расплава, равной 111,7 Дж/г для данного ПЭНП. Используя теплоту расплава для идеального кристалла ПЭ, равную 288,84 Дж/г, процент кристалличности для этого ПЭНП составляет 38,7 %, что аналогично СВМПЭ и РЕХ, изученным Брауном и соавт. [6], но значительно меньше, чем ПЭВП в том же исследовании [6].

Рис. 1

Дифференциальная сканирующая калориметрия для ПЭНП, показывающая температуру плавления 109 °C

Изображение в полный размер . 3, где измерения различной температуры проводились при двух разных скоростях деформации. Кривая напряжение-деформация показывает начальную линейную область упругости, за которой следует нелинейный переход к общей текучести, за которым следует разупрочнение деформации, а затем упрочнение деформации. Как и ожидалось для большинства полимеров, ПЭНП показывает увеличение напряжения с увеличением скорости деформации или понижением температуры. Качественная реакция ПЭНП на напряжение-деформацию очень похожа на реакцию Брауна и др. для UHMWPE и PEX [6], что можно ожидать из-за сходных объемных долей кристаллов, а Omar et al. для ПЭВД [16]. Фактические значения прочности при низких скоростях деформации для ПЭНП в этом исследовании выше, чем те, которые были измерены Omar et al. [16], что и следовало ожидать, поскольку степень кристалличности у нашего ПЭНП выше. Омар и др. [16] наблюдали резкое увеличение напряжения в зависимости от скорости деформации при динамических скоростях деформации; однако этого не наблюдалось ни в наших данных, ни в данных, представленных Brown et al. [6].

Рис. 2

Реакция ПЭНП на деформацию в диапазоне скоростей деформации при комнатной температуре

Изображение полного размера

Рис. 3

Реакция ПЭНП на деформацию в диапазоне температур при a 0,01 /с и б 3000/с

Изображение полного размера

Для сравнения данных по ПЭНП из этого исследования с данными по другим конформациям полиэтилена [6] истинное напряжение при 7,5 % (заштрихованные символы и сплошные линии) а деформация 20 % (незаштрихованные символы и пунктирные линии) представлена в зависимости от скорости деформации на рис. 4. Зависимость скорости деформации в ПЭНП может быть получена с помощью простой логарифмической аппроксимации:

$$ \sigma = D + E \log \left( {\dot{\varepsilon }} \right) $$

(1)

где σ — истинное напряжение при данной деформации, $ \dot{\varepsilon } $ — скорость деформации, а D и E — точка пересечения и наклон соответственно. Хотя нет доступных экспериментальных данных для промежуточных скоростей деформации (1–100/с), ожидается такая же линейная тенденция, наблюдаемая в СВМПЭ и РЕХ [6], которая отличается от тенденций, наблюдаемых в других полукристаллических полимерах, таких как ПТФЭ, которые имеет билинейную зависимость от скорости деформации [27, 28].

Рис. 4

Напряжение при деформации 7,5 % ( закрытые символы и сплошные линии ) и деформации 20 % ( открытые символы и пунктирные линии ) для ПЭНП по сравнению с СВМПЭ, 6ПЭВП [6]. ]

Изображение полного размера

Зависимость истинного напряжения при деформации 7,5 и 20 % от температуры представлена на рис. 5 при квазистатической (0,001/с) и динамической (3000/с) скоростях деформации. Температурная зависимость может быть приведена к

$$ \sigma = B + C \times T $$

(2)

, где T — температура, а B и C — точка пересечения и наклон соответственно. Подходит к уравнениям. 1 и 2 для ПЭНП при деформации 7,5 % показаны в таблице 2. Посадки при деформации 20 % имели номинально одинаковый наклон, C и E , с точкой пересечения, B и D , со смещением для значение при повышенной нагрузке. Как отмечают Браун и соавт. В работе [6] при построении графика зависимости напряжения течения от температуры большинство полимеров демонстрируют три полулинейных режима: (I) стеклообразный режим при низких температурах с минимальным отрицательным наклоном, (II) переходный режим с очень крутым отрицательным наклоном. наклон и (III) резиноподобный режим при высоких температурах с умеренным отрицательным наклоном. Значение Т _г обычно определяется как середина области II. Это проявляется в виде билинейной зависимости напряжения течения от температуры и логарифмической скорости деформации для большинства полимеров. Для HDPE, UHMWPE и PEX Браун и др. наблюдали одну линейную зависимость. [6] для всего диапазона исследованных температур и скоростей деформации. Текущая работа показывает, что единая линейная зависимость от температуры и логарифмической скорости деформации применима и к ПЭНП.

Рис. 5

Истинное напряжение в зависимости от температуры при квазистатической и динамической скоростях деформации в ПЭНП

Полноразмерное изображение

Таблица 2 соответствует уравнениям. 1 и 2 для ПЭНП при деформации 7,5 %

Полноразмерная таблица

Siviour et al. [29] предложили отображение между температурой и скоростью деформации с использованием одного параметра отображения A, основанного на суперпозиции времени и температуры полимеров:

$$ T = T_{0} + A\left( {\log \dot{ \varepsilon }_{0} — \log \dot{\varepsilon }} \right) $$

(3)

где нижний индекс 0 соответствует эталонной температуре и скорости деформации. Параметр отображения, A , можно определить путем подгонки к экспериментальным данным. Из-за очевидного отсутствия тепловых переходов в ПЭНП, как и в других конформациях ПЭ, эта подгонка одного параметра должна точно отражать поведение, зависящее от температуры и скорости деформации. Из Брауна и др. [6], параметр отображения A связан с параметрами подгонки B , C , D и E согласно:

$$ A = — \frac{E}{C} \frac{\sigma — (20C + B)}{\sigma — (D — 3E)} $$

(4)

, где эталонная экспериментальная температура составляет 20 °C, а эталонная экспериментальная скорость деформации составляет 0,001/с. Уравнение было изменено, чтобы учесть различные эталонные скорости деформации между этим исследованием и исследованием, проведенным Brown et al. [6]. Из уравнения 4 видно, что A будет уникальным значением тогда и только тогда, когда [6]:

$$ B + 20C = D — 3E $$

(5)

, что эквивалентно утверждению, что уравнения . 1 и 2 должны генерировать одну общую точку на их пересечении. Если условие в уравнении 5 встречается, то: 9{ — 1} \) и T = 20 °C, то уравнение 6 строго не выполняется, что приводит к отклонению от равенства в уравнении. 5, который для ПЭНП равен 1,08, что согласуется с значениями, определенными для аналогичных ПЭ-материалов Брауном и соавт. [6]. Для сравнения, зарегистрированные значения A для других полимеров составляют 10,28, 10,62, 12,87 °C*log(s) для HDPE, UHMWPE и PEX соответственно [6] и 17 °C*log(s) для обоих поликарбонатов. и PVDF [29] и 8 °C*log(s) для PTFE [27].

Расчетное значение A используется для картирования данных, зависящих от скорости деформации и температуры, показанных на рис. 4 и 5 до одной скорости деформации, равной 0,001 с ^-1 на рис. 6. В целом наблюдается хорошее совпадение с нанесенными на карту данными и данными, полученными при эталонной скорости деформации при различной температуре. Основное расхождение возникает из-за данных, которые были протестированы при высокой скорости деформации с различной температурой, которые не использовались для соответствия уравнению. 1 или 2. Можно видеть, что наклоны линий, соответствующих данным, зависящим от температуры, на рис. 5 при низких и высоких скоростях деформации, не параллельны, как можно было бы ожидать, если бы одного параметра было достаточно для отображения всех данных. Это может указывать на то, что в данные вносит свой вклад второй механизм, зависящий от температуры или скорости, особенно при высокой скорости деформации.

Рис. 6

Картирование истинного напряжения при деформации 7,5 % для ПЭНП из рис. 4 и 5 до 0,001 с ⁻¹

Было проведено восемь тестов Тейлора при скоростях удара от 125 до 196 м/с, как показано на рис. 7. Видно, что при всех скоростях что ПЭНП деформируется с зоной первичной деформации вблизи наковальни, зоной вторичной деформации и недеформированной зоной в конце. Три длины и диаметра, показанные на рис. 7, были извлечены на протяжении всего эксперимента и показаны для самых низких и самых высоких скоростей удара на рис. 8. Подобно работе Брауна и др. [8] на других формах ПЭ длина первичной зоны компрессии ( л — л _х ) достигает максимальной длины в течение первых 20–30 мкс, а затем остается постоянной в течение всего времени измеряемой нагрузки. Как и ожидалось, эксперимент с более высокой скоростью удара имеет большее сжатие, меньший минимум L ₀ , чем в эксперименте по удару с более низкой скоростью. Соответственно максимальный диаметр очага первичной деформации d ₀ больше в эксперименте с более высокой скоростью. Во всех экспериментах образцы демонстрировали быстрое увеличение до максимального сжатия с последующим восстановлением, при котором длина увеличивается, что связано с вязкоупругим-вязкопластическим поведением и наблюдается в других полимерных материалах [8, 30].

Рис. 7

Испытания на удар Тейлора при максимальном сжатии для a 125 м/с, b 149 м/с, c 151 м/с, d 168 м/с, e 185 м/с, f 194 м/с, g 195 м/с и h 196 м/с

Полноразмерное изображение

Рис. функция времени для a 125 м/с и b 196 м/с
Полноразмерное изображение
отличия от ПЭВП [6]. Образцы ПЭВП демонстрируют более высокий предел текучести, за которым следует характеристика течения, плоская до первого порядка. И наоборот, UHMWPE и PEX демонстрируют деформационное упрочнение после предела текучести. Однако, поскольку их предел текучести значительно ниже, чем у полиэтилена высокой плотности, они не достигают уровня напряжения текучести полиэтилена высокой плотности до тех пор, пока истинное напряжение не достигнет 40–50 %. В текущей работе LDPE, по-видимому, имеет такое же поведение при деформационном упрочнении после текучести, что и UHMWPE и PEX, хотя без билинейности в поведении течения, наблюдаемой для UHMWPE и PEX со скоростью отверждения, т. е. наклоном, увеличивающимся выше 15 % истинной деформации. При тестировании Тейлора ранее было замечено, что UHMWPE и PEX демонстрируют аналогичные реакции с явным отличием от HDPE. Профиль можно разделить на три уникальные зоны: зону первичной деформации (у поверхности удара), зону вторичной деформации (в середине) и зону недеформированной зоны (на свободном конце). Качественно очаг первичной деформации ( л — л _х ) был одинаковым для HDPE, UHMWPE и PEX (~ 8 % исходной длины стержня), но оказался больше у более мягкого LDPE (~ 11 % исходной длины стержня). Длина очага вторичной деформации ( L _х − л ₀ ) был намного длиннее в UHMWPE и PEX, где он охватывал почти половину начальной длины стержня, в то время как в HDPE он охватывал только около четверти первоначальной длины стержня. В ПЭНП эта область занимает примерно треть исходной длины стержня. Диаметр зоны вторичной деформации одинаков для разных форм ПЭ и достигает максимальной длины в начале испытания. Однако диаметр первичной зоны деформации был намного больше (~ 30 %) в ПЭВП, чем в СВМПЭ и РЕХ. В текущей работе эволюция обоих Д _х и Д ₀ кажутся более совместимыми с HDPE, чем UHMWPE и PEX. Диаметр свободного конца стержня не изменяется от начального диаметра в ходе испытания для любых форм ПЭ. Следует отметить, что сложная деформация стержня для ПЭВП может быть зафиксирована методом конечных элементов при экстраполяции квазистатических данных и данных SHPB [10, 12]. Максимальное сжатие в зависимости от скорости удара показано на рис. 9.. ПЭНП демонстрирует линейное поведение, которое больше соответствует поведению СВМПЭ и РЕХ, чем ПЭВП [8], и согласуется с результатами испытаний на сжатие, рассмотренными выше.
Рис. 9
Отношение максимальной длины сжатия к начальной длине как функция скорости удара для ПЭНП по сравнению с СВМПЭ, ПЭВП и PEX [8]
Изображение в натуральную величину эксперимент можно оценить по формуле:
$$ \dot{\varepsilon } \приблизительно \frac{U}{{2\left( {L_{initial} — L_{0} } \right)}} $$
(7)
где U – скорость удара [26]. Номинальная скорость деформации в ПЭНП для диапазона скоростей удара составляла от 3500 до 4600 с ^-1 , что находится в верхнем диапазоне скоростей деформации, испытанных с использованием SHPB. На рисунке 10 показано сравнение предела текучести, рассчитанного с использованием уровня напряжения при деформации 7,5 %, экстраполированного на расчетную скорость деформации для теста Тейлора, по сравнению с рассчитанным с использованием теории Тейлора [25]. Интересно, что теория, разработанная для металлов, показывает разумное согласие с экспериментальными данными, что справедливо и для изученных ранее материалов ПЭВП, ПЭХ и СВМПЭ [8]. Это согласие указывает на то, что логарифмическая линейная зависимость от скорости деформации сохраняется при более высоких скоростях деформации, чем те, которые достижимы в SHPB.
Рис. 10
Отношение максимальной длины сжатия к исходной длине как функция ρU / σ _г для ПВД, где ρ — плотность, U — скорость удара, σ _г – предел текучести
Изображение в полный размер
Выводы
Реакция полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) на сжатие была исследована в диапазоне скоростей деформации и температур. Было обнаружено, что механическая реакция зависит от температуры и скорости деформации, показывая увеличение напряжения с увеличением скорости деформации или снижением температуры. Было обнаружено, что реакция LDPE очень похожа на реакцию СВМПЭ и PEX [6, 8], а реакция напряжение-деформация качественно аналогична реакции LDPE, протестированной Omar et al. [16], где количественная разница объясняется разницей в кристалличности двух протестированных материалов. Интересно, что Омар и др. [16] наблюдали нелинейное увеличение напряжения с логарифмической скоростью деформации, хотя и на основе данных при ограниченном количестве скоростей деформации, чего не наблюдалось ни в материалах в этом исследовании, ни в материалах, изученных Брауном и др. [6, 8]. Данные о температуре и скорости деформации были нанесены на карту с использованием метода, разработанного Siviour et al. [29] на основе суперпозиции время-температура с использованием одного параметра отображения, указывающего на отсутствие структурных переходов при исследованных скоростях и температурах. Были проведены эксперименты по удару по Тейлору, показавшие двойную зону деформации и измерения предела текучести в соответствии с экспериментами на сжатие.
Ссылки
Vasile C, Pascu M (2005) Практическое руководство по полиэтилену. Rapra Technologies, LTD., Шобери
Google ученый
Хисс Р., Хобейка С., Линн С., Стробл Г. (1999) Растяжение сетки, процессы скольжения и фрагментация кристаллитов во время одноосного вытягивания полиэтилена и родственных сополимеров: сравнительное исследование. Макромолекулы 32(13):4390–4403
Статья Google ученый
Hobeika S, Men Y, Strobl G (2000) Независимость критической деформации от температуры и скорости деформации в полиэтилене и сополимере этилена и винилацетата. Макромолекулы 33(5):1827–1833
Артикул Google ученый
«>
Schrauwen BAG, Janssen RPM, Govaert LE, Meijer HEH (2004) Внутреннее деформационное поведение полукристаллических полимеров. Макромолекулы 37(16):6069–6078
Статья Google ученый
Бартчак З., Козанецкий М. (2005) Влияние молекулярных параметров на высокодеформационную деформацию полиэтилена при плоскодеформационном сжатии. Часть I. Стресс-деформационное поведение. Полимер 46(19):8210–8221
Артикул Google ученый
Brown EN, Willms RB, Gray GT III, Rae PJ, Cady CM, Vecchio KS, Flowers J, Martinez MY (2007) Влияние молекулярной конформации на конститутивную реакцию полиэтилена: сравнение ПЭВП, СВМПЭ и PEX. Exp Mech 47(3):381–393
Статья Google ученый
Siviour CR, Jordan JL (2016) Механика полимеров с высокой скоростью деформации: обзор. J Dynam Behav Mater 2(1):15–32
Артикул Google ученый
Браун Э.Н., Трухильо К.П., Грей Г.Т. (2007) Влияние молекулярной конформации полиэтилена на измерения удара по Тейлору: сравнение ПЭВП, СВМПЭ и РЕХ. AIP Conf Proc 955(1):691–694
Google ученый
Фурмански Дж., Браун Э.Н., Клементс Б., Кэди К.М., Грей III Г.Т. (2012) Эквивалентность температуры и времени при больших деформациях в полиэтилене высокой плотности для прогнозирования экстремальных деформаций и повреждений. In: EPJ Web of Conferences
Furmanski J, Cady CM, Brown EN (2013) Эквивалентность время-температура и адиабатический нагрев при больших деформациях в полиэтилене высокой плотности и полиэтилене сверхвысокой молекулярной массы. Полимер 54(1):381–390
Артикул Google ученый
«>
Миллетт Дж. К.Ф., Браун Э.Н., Грей Г.Т., Борн Н.К., Вуд Д.К., Эпплби-Томас Г. (2016) Влияние изменения химического состава на ударную реакцию основных полимеров. J Dynam Behav Mater 2 (3): 326–336. дои: 10.1007/s40870-016-0068-0
Артикул Google ученый
Фурмански Дж., Трухильо К.П., Мартинес Д.Т., Грей Г.Т. III, Браун Э.Н. (2012) Динамическая экструзия при растяжении для исследования поведения полимеров при большой деформации и высокой скорости деформации. Polym Test 31(8):1031–1037
Артикул Google ученый
Браун Э., Фурмански Дж., Рамос К., Даттельбаум Д., Дженсен Б., Айверсон А., Карлсон С., Феззаа К., Грей Г. III, Паттерсон Б. (2014) Повреждение полиэтилена высокой плотности при экстремальных условиях растяжения. J Phys: Conf Ser 500:112011
Google ученый
«>
Rae P, Brown E (2015) Некоторые наблюдения по измерению скорости звука в полимерах с использованием времени пролета. Опыт техн. дои: 10.1111/доб.12163
Google ученый
Борн Н., Миллет Дж., Браун Э., Грей Г. III (2007) Влияние галогенирования на ударные свойства полукристаллических термопластов. J Appl Phys 102 (6): 063510
Артикул Google ученый
Омар М.Ф., Акил Х.М., Ахмад З.А. (2012) Влияние молекулярной структуры на свойства полиэтилена при динамическом сжатии. Mater Sci Eng A 538:125–134
Статья Google ученый
Накаи К., Йокояма Т. (2015) Реакция на одноосное сжатие и конститутивное моделирование выбранных полимеров в широком диапазоне скоростей деформации. J Dynam Behav Mater 1(1):15–27
Артикул Google ученый
«>
Серый GT (2000 г.) Классическое испытание на сплит-систему Хопкинсона. ASM International, Materials Park, стр. 462–476
Google ученый
Grey GT, Blumenthal WR (2000) Испытание мягких материалов прижимной планкой Split-Hopkinson. ASM International, Materials Park, стр. 488–496
Google ученый
Chen WW (2016) Экспериментальные методы определения динамического отклика мягких материалов. J Dynam Behav Mater 2:2–14
Статья Google ученый
Горхэм Д. (1983) Численный метод коррекции дисперсии сигналов бара давления. J Phys E: Sci Instrum 16(6):477–479
Статья Google ученый
Follansbee PS, Franz C (1983) Распространение волны в расщепленном баре давления Хопкинсона. J Eng Mater Technol 105:61
Артикул Google ученый
Gong JC, Malvern LE, Jenkins DA (1990) исследование дисперсии в расщепленном давлении Хопкинсона Bar. J Eng Mater Technol 112:309–314
Статья Google ученый
Taylor G (1946) James Forrest Лекция 1946. Испытание материалов при высоких скоростях нагружения. J Inst Civ Eng 26 (8): 486–519
Артикул Google ученый
Taylor G (1038) Использование снарядов с плоским концом для определения динамического предела текучести. I. Теоретические соображения. Proc R Soc Lond A: Math Phys Eng Sci 1948 (194): 289–299
Google ученый
Хатчингс I (1978) Оценка предела текучести полимеров при высоких скоростях деформации с использованием метода удара Г. И. Тейлора. J Mech Phys Solids 26 (5): 289–301
Артикул Google ученый
Jordan JL, Siviour CR, Foley JR, Brown EN (2007) Компрессионные свойства экструдированного политетрафторэтилена. Полимер 48(14):4184–4195
Артикул Google ученый
Walley S, Field J (1994) Чувствительность полимеров к скорости деформации при сжатии от низких до высоких скоростей. ДИМАТ J 1(3):211–227
Google ученый
Siviour CR, Walley SM, Proud WG, Field JE (2005) Поведение поликарбоната и поливинилидендифторида при высокой скорости деформации. Полимер 46(26):12546–12555
Артикул Google ученый
Ferranti L Jr, Thadhani NN (2007) Характеристика динамического механического поведения отлитых из эпоксидной смолы композитов Al + Fe ₂ O ₃ термитных смесей. Metall Mater Trans A 38(11):2697–2715
Артикул Google ученый
Ссылки на скачивание
Благодарности
Авторы хотели бы поблагодарить Военную исследовательскую лабораторию и Управление научных исследований ВВС за поддержку этой работы.
Информация об авторе
Авторы и организации
Управление научных исследований ВВС, Арлингтон, Вирджиния, 22203, США
Дженнифер Л. Джордан и Кристофер В. Джордан
Исследовательская лаборатория армии США, Aberdeen Proving Glound, MD, 21005, США
Daniel T. Casem
Компания по выживанию, Belcamp, MD, 21017, USA
Jermaine M. Bradley
7
9
Germaine M. Bradley
67
7
69966
6. Bowhead, Belcamp, MD, 21017, USA
AJMER K. Dwivedi
Лос -Аламос Национальная лаборатория, Лос -Аламос, NM, 87545, США
69. Brown
Authors
9066 2 9007 98070
Authors
66669 9007 98070
.
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Daniel T. Casem
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Jermaine M. Bradley
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Ajmer K. Dwivedi
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Эрик Н. Браун
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Christopher W. Jordan
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Автор, ответственный за корреспонденцию
Дженнифер Л. Джордан.
Права и разрешения
Перепечатка и разрешения
Об этой статье
Свойства полиэтилена — Vinidex Pty Ltd
Полиэтилен (ПЭ)
Полиэтиленовые материалы производятся из сырья, полученного из природного газа, посредством двух основных процессов полимеризации.
В результате процесса полимеризации при низком давлении образуются линейные полимерные цепи с короткими боковыми ответвлениями. Модификации плотности полученного полимера осуществляют путем изменения количества сомономера, используемого с этиленом в процессе полимеризации.
Процесс полимеризации под высоким давлением приводит к полимерным цепям с более развитыми боковыми разветвлениями. Модификации плотности полученного полимера производятся путем изменения температуры и давления, используемых в процессе полимеризации.
Физические свойства полиэтиленовых материалов специфичны для каждого сорта или типа и могут изменяться как за счет изменения плотности, так и за счет молекулярно-массового распределения. Общие физические свойства перечислены в таблице ниже.
Большое количество марок полиэтиленовых материалов используется в системах труб и фитингов, а особые свойства подбираются для конкретного применения. В Vinidex можно получить консультацию относительно наиболее эффективного выбора для каждой установки. Наиболее распространены следующие типы полиэтиленовых материалов:
ПЭ низкой плотности (ПЭНП)
ПЭНП имеет сильно разветвленную цепную структуру с комбинацией малых и больших боковых цепей. Плотность ПЭНП колеблется в пределах 910-940 кг/м3, ПЭНП демонстрирует высокую гибкость и сохранение свойств при низких температурах.
ПЭНП в основном используется в трубопроводах для микроирригации или капельниц диаметром до 32 мм.
Материалы LDPE могут быть модифицированы эластомерами (модифицированными каучуком) для улучшения значений устойчивости к растрескиванию под воздействием окружающей среды (ESCR) в системах микроорошения, где трубы работают в открытых средах при транспортировке сельскохозяйственных химикатов.
Линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE)
LLDPE имеет цепочечную структуру с небольшим боковым разветвлением, что приводит к более узкому молекулярно-массовому распределению, что приводит к улучшенным ESCR и свойствам при растяжении по сравнению с материалами LDPE. Материалы LLDPE могут использоваться либо в виде отдельного полимера, либо в смеси с LDPE в системах микроорошения, чтобы воспользоваться преимуществами гибкости материала.
PE80 и PE100
Первым материалом для труб из полиэтилена, использованным в инженерных целях, был полиэтилен высокой плотности типа 50 (HDPE) с долговременным напряжением 50 МПа. Впоследствии материалы средней плотности (MDPE) с улучшенными свойствами труб по сравнению с более ранними материалами высокой плотности стали использоваться в трубах благодаря их улучшенной гибкости, пластичности, сопротивлению медленному росту трещин и сопротивлению распространению трещин.
Полиэтиленовые трубы второго и третьего поколений, используемые в настоящее время, могут быть материалами средней или высокой плотности и теперь обозначаются их минимальной требуемой прочностью (MRS). Трубные материалы PE80 имеют MRS 8,0 МПа, а материалы PE100 имеют MRS 10,0 МПа. Полиэтиленовые трубы широко используются в напорных и безнапорных устройствах, таких как водоснабжение, канализация, газовая сеть, змеевики для труб малого диаметра, змеевики для подвижных ирригаторов, электрические и коммуникационные трубопроводы, а также в горнодобывающей промышленности и промышленности
Классификация материалов и регрессия напряжения
Гидростатическое расчетное напряжение
Допустимое гидростатическое расчетное напряжение основано на минимальной требуемой прочности (MRS), которая, в свою очередь, получается из кривых регрессии напряжения.
Кривые регрессии напряжения строятся на основе краткосрочных и долгосрочных испытаний образцов труб под давлением. Поскольку существует линейная зависимость между логарифмом приложенного напряжения и логарифмом времени до разрушения, контрольные точки наносятся на график и экстраполируются на произвольно выбранную точку через 50 лет.
В некоторых случаях, особенно при более высоких температурах, происходит резкое изменение наклона кривой регрессии, известное как «колено». Колено, как показано на рисунке ниже, представляет собой переход от режима вязкого разрушения к режиму хрупкого разрушения.
Соотношение между кривыми для разных температур испытаний позволяет прогнозировать положение колена при 20°C на основе известного положения при повышенной температуре. Это, в свою очередь, позволяет прогнозировать пластическую долговечность при 20°C.
Значение прогнозируемого окружного напряжения (нижний предел прогнозирования 97,5 %) определяется через 50 лет. Исходя из этого, ПЭ компаунд классифицируется как ПЭ 80 или ПЭ 100 в соответствии с минимальной требуемой прочностью (MRS) материала, т.е. 8,0 или 10,0 МПа.
Расчетное гидростатическое напряжение получают путем применения коэффициента не менее 1,25 к значению MRS. Подчеркивается, что кривые регрессии напряжения составляют только основу для проектирования и не позволяют предсказать срок службы системы.
Кривые регрессии напряжения
Для расчета трубы требуемой толщины для данного давления и диаметра, например, применяется следующая формула:
σ = MRS/C
σ = P(D-e)/2e
где :
σ = напряжение стенки, размерное напряжение
МРС = Минимальная требуемая прочность
С = коэффициент безопасности, обычно 1,25 для воды
р = внутреннее давление трубы
Д = внешний диаметр трубы
и = толщина трубы
Типичные свойства компаундов полиэтиленовых труб и фитингов
Свойство Единицы Метод испытаний ПЭ80Б ПЭ100
Плотность кг/м3 ИСО 1183D, ИСО 1872-2 950 960
Предел текучести при растяжении МПа ИСО 527 20 23
Удлинение при пределе текучести % ИСО 527 10 8
Модуль упругости при растяжении – краткосрочный МПа арт. КАК/НЗС2655.1 700 950
Модуль упругости при растяжении – долгосрочный МПа арт. КАК/НЗС2655.1 200 260
Твердость по Шору D ДИН 53505 59 64
Ударная вязкость с надрезом (23°C) кДж/м2 ИСО 179/1ЕА 35 26
Скорость течения расплава 190/5 г/10 мин ИСО 1133 0,7-1,0 0,3-0,5
Тепловое расширение х 10-4/°C 2,4 2,4
Теплопроводность (20°C) Вт/м.к ДИН 52612 0,43 0,4
Температура плавления кристаллов °С 125 132
Диэлектрическая прочность кВ/мм 70 53
Удельное поверхностное сопротивление Ом >10 ¹⁵ >10 ¹⁵
Объемное удельное сопротивление Ом. см >10 ¹⁵ >10 ¹⁵
Коэффициент Пуассона мк 0,4 0,4
Характеристики материала PE
Сопротивление истиранию
Перенос твердых частиц в жидких или газообразных средах в полиэтиленовых трубопроводах приводит к истиранию внутренних стенок трубы, особенно в местах высокой турбулентности, таких как изгибы или соединения. Высокая устойчивость к истиранию, гибкость, малый вес и прочность полиэтиленовых труб Vinidex привели к их широкому использованию в таких областях, как транспортировка шлама и хвостов горнодобывающей промышленности. Истирание происходит в результате трения между стенкой трубы и транспортируемыми частицами. Фактическая величина и скорость истирания стенки трубы определяется комбинацией:
удельный вес твердых веществ
содержание твердых частиц в шламе
форма твердых частиц, твердость и размер
скорость жидкости
Материал трубы ПЭ марки
Взаимодействие этих параметров означает, что любое прогнозирование скорости абразивного износа может быть осуществлено только в том случае, если было проведено тестирование скорости износа на конкретном шламе в предлагаемых условиях эксплуатации. При различных условиях испытаний относительный рейтинг различных материалов труб может меняться, и, по возможности, следует проводить испытания.
В общих чертах, полиэтиленовые трубы имеют превосходную стойкость к истиранию по сравнению со сталью, ковким чугуном, стеклопластиком, асбестом и фиброцементными трубами, обеспечивая более экономичное решение для установок с абразивным шламом. Программы лабораторных испытаний были выполнены в Великобритании, Германии и США для сравнения относительного износа различных материалов с использованием скользящих и вращающихся поверхностей труб. Показаны результаты программ испытаний с использованием дармштадтского (Германия) метода Киршмера и сообщения Мелдта (Hoechst AG) для суспензии кварцевого песка/гравийной воды с содержанием твердых частиц 46% по объему и скоростью потока 0,36 м/с. на рисунке 2.2.
Испытания проводились на различных материалах и показали превосходную стойкость к истиранию материалов полиэтиленовых труб. Аналогичным образом Бутройд и Джейкобс (BHRA PR 1448) 1 провели испытания замкнутого цикла с использованием шлама железной руды в диапазоне концентраций от 5 до 10% и поставили полиэтилен выше мягкой стали и асбестоцемента по стойкости к истиранию. Для большинства марок разница в стойкости к истиранию между MDPE и HDPE незначительна.
Конструкция фитингов, предусматривающая изменение направления потока, имеет решающее значение для пульпопроводов. Чем ниже скорость изменения направления, тем ниже скорость истирания. Для изгибов необходимо использовать большой радиус осевой линии. Там, где это возможно, следует использовать радиус, по крайней мере, в 20 раз превышающий диаметр трубы, а также длинный прямой ввод без стыков.
На практике эффективный срок службы полиэтиленового трубопровода можно увеличить за счет использования разъемных соединений для периодического поворота секций полиэтиленовой трубы для равномерного распределения абразивного износа по окружности трубы.
Выветривание
Выветривание пластмасс происходит в результате процесса деградации поверхности или окисления из-за комбинированного воздействия ультрафиолетового излучения, повышенной температуры и влаги, когда трубы хранятся в открытых местах.
Все системы труб Vinidex PE содержат антиоксиданты, стабилизаторы и пигменты для обеспечения защиты в австралийских строительных условиях. Трубы из черного полиэтилена содержат технический углерод, который действует как пигмент и стабилизатор ультрафиолетового излучения, и эти трубы не требуют дополнительной защиты при внешнем хранении и использовании.
Другие цвета, такие как белый, синий, желтый или фиолетовый, не обладают такой стабильностью, как черные пигментированные системы, и период воздействия должен быть ограничен двумя годами для оптимального сохранения свойств. В этих цветовых системах внешние поверхностные слои окисления развиваются быстрее, чем в трубах из ПЭ, стабилизированных техническим углеродом. Для периодов воздействия более двух лет следует принять дополнительную защиту, такую как покрытие.
Если требуется нечерная труба для более длительных периодов эксплуатации, обратитесь за консультацией в Vinidex. Дополнительную информацию о воздействии атмосферных воздействий на полиэтиленовые трубы см. в Техническом примечании VX-TN-6C, Воздействие атмосферных воздействий на полиэтиленовые трубы.
Проникновение
Проникновение систем полиэтиленовых труб из внешних источников может происходить при сильном загрязнении окружающих почв. Проникновение является сложным и зависит от таких факторов, как тип почвы, концентрация загрязняющих веществ, температура, диффузия, диаметр трубы и толщина стенки, а также скорость потока в трубе. Органические соединения неполярного низкомолекулярного типа наиболее быстро проникают через стенки полиэтиленовых труб. Соответственно, если такие материалы, как алифатические углеводороды, хлорированные углеводороды и алкилированные бензолы встречаются в достаточно высоких концентрациях, следует рассмотреть вопрос о непроницаемых воздуховодах. При подозрении на загрязнение следует взять пробы почвы, а в случае линий передачи питьевой воды следует обеспечить защиту полиэтиленовых труб в случае обнаружения загрязнения в значительной концентрации.
Биологическая стойкость
Полиэтиленовые трубы могут быть повреждены биологическими факторами, такими как муравьи или грызуны. Устойчивость к агрессивным воздействиям определяется твердостью используемого полиэтилена, геометрией поверхностей полиэтилена и условиями монтажа. Системы орошения малого диаметра с использованием материалов LDPE могут быть атакованы муравьями или термитами из-за относительно тонких стенок и твердости LDPE. В этих случаях источник муравьев следует обрабатывать обычными методами инсектицидов. Оба типа материалов MDPE и HDPE имеют более высокое значение твердости, чем LDPE, и вместе с более толстыми секциями стенки трубы, используемыми в приложениях PE63, PE80 и PE100, обеспечивают в целом устойчивое решение. В трубах малого диаметра тонкостенные секции в крайних случаях могут быть повреждены термитами. Однако ПЭ не является источником пищи, и впоследствии было обнаружено, что повреждения ПЭ, часто приписываемые нападению термитов, вызваны другими источниками механических повреждений. Системы труб из полиэтилена, как правило, не подвержены влиянию биологических организмов как в наземных, так и в морских условиях, а парафиновая природа поверхности труб из полиэтилена препятствует образованию морских наростов в процессе эксплуатации.
Электропроводность
Полиэтиленовые трубы Vinidex не являются электропроводными и не могут использоваться для электрического заземления или рассеивания зарядов статического электричества.
Если полиэтиленовые трубы используются для замены существующих металлических водопроводных труб, проектировщик должен учитывать любые существующие системы, используемые для целей заземления или защиты от коррозии. В этих случаях необходимо проконсультироваться с соответствующим органом по электроснабжению, чтобы определить их требования.
Статическое электричество
Статическое электричество может образовываться на поверхности полиэтиленовой трубы в результате трения во время обращения, потока газа, отжима и продувки.