Полиэтилен низкой плотности (ПНП)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Государственное образовательное учреждение

высшего  профессионального  образования

«КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ    ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра                ТПКЭ

Реферат

Тема: Полиэтилен низкой плотночти (ПНП)

Выполнил:

Студент гр.5121-21

Абайдуллин А.Э.

                                                                                
                                                              Проверил:

                                                                                
                                                       Вольфсон С.И.

Казань 2016 г.

Полиэтилен высокого давления (ПЭВД, ПВД) или низкой плотности (ПЭНП, LDPE)

Основные физико-химические свойства

Полиэтилен, получаемый при высоком давлении, называют полиэтиленом высокого давления (ПЭВД, ПВД) или низкой плотности (ПЭНП, LDPE). 
Полиэтилен низкой плотности (LDPE) – ПЭ со сравнительно сильно разветвленной макромолекулой и низкой плотностью (0,916–0,935 г/см³). Процесс его изготовления протекает при очень высоком давлении от 100 до 300 мПа и температуре 100–300 °С, поэтому обозначается так же, как полиэтилен высокого давления (ПЭВД).

Макромолекулы полиэтилена высокого давления (n1000) содержат боковые углеводородные цепи C1—С4, молекулы полиэтилена среднего давления практически неразветвлённые, в нём больше доля кристаллической фазы, поэтому этот материал более плотный; молекулы полиэтилена низкого давления занимают промежуточное положение. Большим количеством боковых ответвлений объясняется более низкая кристалличность и соответственно более низкая плотность ПЭВД по сравнению с ПЭНД и ПЭСД.

Показатели, характеризующие строение полимерной цепи различных видов полиэтилена, приведены в таблице.

Таблица. Показатели, характеризующие строение полимерной цепи различных видов полиэтилена

Показатель	ПЭВД	ПЭНД
Общее число групп СН3 на 1000 атомов углерода:	21,6	5
Число концевых групп СН3 на 1000 атомов углерода:	4,5	2
Этильные ответвления	14,4	1
Общее количество двойных связей на 1000 атомов углерода	0,4—0,6	0,4—0,7
в том числе:
винильных двойных связей (R-CH=CH2), %	17	43
винилиденовых двойных связей ( ), %	71	32
транс-виниленовых двойных связей (R-CH=CH-R"), %	12	25
Степень кристалличности, %	50-65	75-85
Плотность, г/см3	0,91-0,93	0,95-0,96

Структура молекулы ПЭНП влияет на свойства иначе, чем на плотность. Одно из важнейших свойств полимеров - кристалличность. Большая длина полимерных цепей приводит к образованию некоторого количества переплетений, что препятствует формированию плотных кристаллических образований при охлаждении, и таким образом между кристаллитами возникают неупорядоченные области.

Участки, где цепи параллельны и плотно упакованы, в значительной степени кристалличны, в то время как неупорядоченные области являются аморфными. Кристаллические области известны как кристаллиты.

Когда расплав полимера медленно охлаждают, кристаллиты могут образовывать сферолиты, состоящие из сферически симметричных образований кристаллитов и аморфного полимера.

Молекулы укладываются одна на другую параллельно с образованием ламелей. Кристаллизация распространяется, когда другие молекулы выстраиваются в том же порядке и складываются. Сферолиты, упомянутые ранее, образуются из-за нерегулярностей в структуре молекулы, которые ведут к росту кристаллитов в нескольких направлениях. Наличие боковых ответвлений приводит к уменьшению возможности упорядоченного расположения и, таким образом, снижает кристалличность.

Кристалличность ПЭНП обычно колеблется в интервале 55-70 % (по сравнению с 75-90% ПЭВП).

Другим важным показателем, на который влияет разветвленность цепи, является температура размягчения. Тот факт, что цепи не могут приблизиться плотно друг к другу, означает, что силы притяжения между ними ослабевают и тепловая энергия, необходимая для их перемещения относительно друг друга, т. е. течения, уменьшаются.

Точка размягчения ПЭНП немного ниже точки кипения воды, поэтому этот материал не может быть использован для контакта с кипящей водой или паром при стерилизации.   Обозначение базовых марок полиэтилена высокого давления ПЭВД:

·         первая цифра (1) – процесс полимеризации протекает при высоком давлении в трубчатых реакторах с применением инициаторов радикального типа;

·         вторая и третья цифры – порядковый номер базовой марки;

·         четвертая цифра– способ гомогенизации (0 – без гомогенизации в расплаве;1 – гомогенизация в расплаве);

·         пятая цифра – условная группа плотности (3 – 917–921 кг/м³; 4 – 922–926 кг/м³);

·         последние три цифры(написанные через дефис) указывают десятикратное значение показателя текучести расплава.

Композиции на основе базовых марок полиэтиленов обозначаются иначе:  названиетермопласта, первые три цифры показывают базовую марку (без расшифровки), а цифры после тире – номер рецептуры добавки, далее через запятую – цвет и рецептура окрашивания, сорт и стандарт.

Таблица. Физико-химические свойства ПЭВД при 20°

ГОСТ	16337-77
Плотность, г/см3	0,900-0,939
Температура для плавления, °С	103-110
Разрушающее напряжение при изгибе, Па (кгс/см2)	(117,6-196,07)·105 (120-200)
Предел прочности при срезе, Па (кгс/см2)	(137,2-166,6)·105 (140-170)
Предел прочности при разрыве, не менее Па (кгс/см2)	113-105, 137-105
Твердость по вдавливанию под заданной нагрузкой шарика, Па(кгс/см2)	(1,66-2,25)·105 (1,7-2,3)
Удельное электрическое поверхностное сопротивление, Ом	1015
Удельное электрическое объемное сопротивление, Ом·см	1016-1017
Водопоглощение за 30 суток, %	0,02
Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1010 Гц	0,0002-0,0005
Диэлектрическая проницаемость при частоте 1010 Гц	2,25-2,31
Температура хрупкости, не выше °С	от -100 до -120
Усадка при литье, %	1,0-3,5
Модуль упругости (секущий), Па (кгс/см2) для полиэтилена плотностью в г/см2
0,917-0,921	(882,3-1274,5)·105(900-1300)
0,922-0,926	(1372-1764,7)·105(1400-1800)
0,928	2107,8 ·105(2150)

ПРОИЗВОДСТВО ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ (ПВД) ИЛИ НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ (ПНП)

В промышленности ПВД получают при высоком давлении путем полимеризации этилена в автоклаве или в трубчатом реакторе. Процесс в реакторе происходит по радикальному механизму под действием кислорода, органических пероксидов (лаурил, бензоил) или их смесей. Смешанный с инициатором, нагретый до семисот градусов и сжатый компрессором до двадцати пяти мегапаскаль, этилен сначала поступает в первую часть реактора, где разогревается до тысяча восемьсот градусов, а потом во вторую - для полимеризации при температуре от 190 до 300 градусов и давлении от 130 до 250 мегапаскалей. В среднем этилен находится в реакторе от 70 до 100 секунд. Степень превращения до двадцати процентов, все зависит от типа и количества инициатора. Из полученного полиэтилена удаляют не прореагировавший этилен, затем его охлаждают и гранулируют. Гранулы подсушивают и упаковывают. Товарный ПВД выпускают в виде неокрашенных и окрашенных гранул.

Полиэтилен ПВД — это самый широко используемый упаковочный материал. Благодаря низкой кристалличности ПВД является более гибким и мягким полимером, в отличии от ПНД. Полиэтилен высокого давления достаточно пластичен, на ощупь воскообразный, слегка матовый. Перерабатывается ПВД методом экструзии двумя способами: 1. с раздувом в рукавную пленку; 2. через охлаждаемый валик и плоскощелевую головку в плоскую пленку. Пленка из ПВД достаточно прочна при низких температурах, при сжатии и растяжении, а также стойка к раздиранию и удару. Основной особенностью пленки из ПНП является - достаточно низкая температура размягчения, примерно сто градусов.

ПВД не выделяет токсичные вещества в окружающую среду, безопасен для организма человека при непосредственном с ним контакте.

Области применения ПЭВД

ПЭВД по объему производства и применения занимает ведущее место в мире. ПЭВД был впервые использован в электротехнической промышленности, главным образом в качестве изоляционного материала для подводных кабелей и позднее - для радаров. Кристалличность ПЭВД обычно колеблется в интервале 55-70 % (по сравнению с 75-90% ПЭНД).

Сферами применения ПЭВД являются:
- экструзия пленок; 
- производство кабеля; 
- литье пластмасс под давлением; 
- производство выдувных изделий.

P.S. Основные группы марок полиэтилена и сополимеров этилена, выпускаемые на сегодняшний день:

Полиэтилен

LDPE - Полиэтилен низкой плотности (полиэтилен высокого давления) 
HDPE - Полиэтилен высокой плотности (полиэтилен низкого давления) 
LLDPE - Линейный полиэтилен низкой плотности 
mLLDPE, MPE - Металлоценовый линейный полиэтилен низкой плотности 
MDPE - Полиэтилен средней плотности 
HMWPE, VHMWPE - Высокомолекулярный полиэтилен 
UHMWPE - Сверхвысокомолекулярный полиэтилен 
EPE - Вспенивающийся полиэтилен 
PEC - Хлорированный полиэтилен

Cополимеры этилена 
EAA - Сополимер этилена и акриловой кислоты 
EBA, E/BA, EBAC - Сополимер этилена и бутилакрилата 
EEA - Сополимер этилена и этилакрилата 
EMA - Сополимер этилена и метилакрилата 
EMAA - Сополимер этилена и метакриловой кислоты, Сополимер этилена и метилметилакрилата 
EMMA - Сополимер этилена и метил метакриловой кислоты 
EVA, E/VA, E/VAC, EVAC - Сополимер этилена и винилацетата 
EVOH, EVAL, E/VAL - Сополимер этилена и винилового спирта 
POP, POE - Полиолефиновые пластомеры 
Ethylene terpolymer - Тройные сополимеры этилена

Переработка

Изделия из полиэтилена пригодны для переработки и последующего использования. Полиэтилен (кроме сверхвысокомолекулярного) перерабатывается всеми известными для пластмасс методами, такими какэкструзия, экструзия с раздувом, литьё под давлением, пневматическое формование. Экструзия полиэтилена возможна на оборудовании с установленным «универсальным» червяком.

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ (композиты) – многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жесткостью и т.д. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих. Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя, получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств. Многие композиты превосходят традиционные материалы и сплавы по своим механическим свойствам и в то же время они легче. Использование композитов обычно позволяет уменьшить массу конструкции при сохранении или улучшении ее механических характеристик.

Органопластики – композиты, в которых наполнителями служат органические синтетические, реже – природные и искусственные волокна в виде жгутов, нитей, тканей, бумаги и т.д. В термореактивных органопластиках матрицей служат, как правило, эпоксидные, полиэфирные и фенольные смолы, а также полиимиды. Материал содержит 40–70% наполнителя. Содержание наполнителя в органопластиках на основе термопластичных полимеров – полиэтилена, ПВХ, полиуретана и т.п. – варьируется в значительно больших пределах – от 2 до 70%. Органопластики обладают низкой плотностью, они легче стекло- и углепластиков, относительно высокой прочностью при растяжении; высоким сопротивлением удару и динамическим нагрузкам, но, в то же время, низкой прочностью при сжатии и изгибе.

Сейчас применяются разнообразные наполнители так термореактивных, так и термопластичных полимеров. Карбонат кальция и каолин (белая глина) дешевы, запасы их практически не ограничены, белый цвет дает возможность окрашивать материал. Применяют для изготовления жестких и эластичных поливинилхлоридных материалов для производства труб, электроизоляции, облицовочных плиток и т.д., полиэфирных стеклопластиков, наполнения полиэтилена и полипропилена. Добавление талька в полипропилен существенно увеличивает модуль упругости и теплостойкость данного полимера. Сажа больше всего используется в качестве наполнителя резин, но вводится и в полиэтилен, полипропилен, полистирол и т.п. По-прежнему широко применяют органические наполнители – древесную муку, молотую скорлупу орехов, растительные и синтетические волокна. Для создания биоразлагающихся композитов в качество наполнителя используют крахмал.