Модуль упругости полиэтиленовой пленки при растяжении
Определение прочности материала при растяжении проводится по ГОСТ 11262, а определение модуля упругости – по ГОСТ 9550-81.
Образцы для испытаний термопластов и армированных пластиков должны соответствовать типу и размерам, указанным на рисунке и в таблице.
Рисунок 1: Образцы для испытаний материалов на растяжение (Числовые значения параметров приведены в таблице 1)
Образец типа 1 применяют для испытаний пластмасс с высоким относительным удлинением при разрыве (полиэтилен, пластифицированный поливинилхлорид), образец типа 2 – для испытаний большинства материалов (термореактивные, термопластичные и слоистые пластики), образец типа 3 в форме полоски – для испытаний стеклопластиков.
Таблица 1
| Размеры образцов, мм | Образец типа | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Общая длина l1, не менее | 115 | 150 | 250 |
| Расстояние между метками, определяющими положение кромок зажимов на образце, l2 | 80±5 | 115±5 | 170±5 |
| Длина рабочей части l3 | 33±1 | 60±1 | – |
| Расчетная длина l | 25±1 | 50±1 | 50±1 |
| Ширина головки b1 | 25±0,5 | 20±0,5 | 25±0,5 |
| Ширина рабочей части b2 | 6±0,4 | 10±0,5 | – |
| Толщина h | 2±0,2(от 1 до 3) | 4±0,4(от 1 до 10) | 2±0,2(от 1 до 6) |
Диаграмму растяжения строят при нагружении образца до разрушения. Скорость нагружения – 2,0±0,4 мм/мин. По удлинению в момент разрушения Dl определяют относительно удлинение при разрыве e.
По максимальному значению нагрузки Fpвычисляют предел прочности при растяжении.
Удлинение измеряют прибором с погрешностью не более 2% в диапазоне 0,1–0,5 мм. База преобразователя перемещения L, устанавливаемого на образец, не менее 20 мм.
По диаграмме деформирования определяют значения нагрузок F1 и F2 и удлинение Dl1 и Dl2, соответствующих относительному удлинению 0,1% и 0,3% и рассчитывают модуль упругости при растяжении.
При невозможности записи диаграммы деформирования модуль упругости определяют при циклическом нагружении образца (до получения стабильных приращений) в диапазоне усилий F1 = (0,05–0,1)×Fр до F2 = 0,2×Fр. При значениях нагрузки F1 и F2 определяют приращение Dl на базе L.
Испытания полимерных материалов на растяжение: экспериментальная часть
Испытания на растяжение полимерных материалов проводят при температуре 23±2°С в соответствии с ГОСТ 11262–80 и ГОСТ 9550–81.
Перед испытанием замеряют ширину и толщину образцов в рабочей части с точностью до 0,01 мм не менее чем в трех местах и вычисляют площадь поперечного сечения. В расчет принимают наименьшую площадь поперечного сечения.
Перед испытанием на образец наносят необходимые метки (без повреждения образцов), ограничивающие его базу и положение кромок захватов (таблица).
Образцы закрепляют в зажимы испытательной машины по меткам, определяющим положение кромок зажимов, таким образом, чтобы продольные оси зажимов и ось образца совпадали между собой и с направлением движения подвижного зажима. Зажимы затягивают равномерно, чтобы не было проскальзывания образца в процессе испытания, но при этом не происходило его разрушение в месте закрепления. Далее настраивают прибор для замера деформаций.
Затем образец нагружают возрастающей нагрузкой, величину которой фиксируют по шкале динамометра. Скорость нагружения составляет 25 мм/мин при определении прочности и относительного остаточного удлинения. В момент разрушения фиксируют наибольшее усилие и определяют прочность при растяжении по формуле
где Fp – нагрузка, при которой образец разрушился, Н; S = b×h – начальное поперечное сечение образца, мм2; b, h – ширина и толщина образца соответственно, мм.
Образцы, разрушившиеся за пределами рабочей части, за результат не принимают.
По удлинению в момент разрушения Dl определяют относительное удлинение при разрыве e:
где Dl – изменение расчетной длины образца в момент разрыва, мм; l – расчетная длина, мм.
Модуль упругости определяют по формуле
где F1, F2 – значения нагрузок, соответствующих относительному удлинению 0,1% и 0,3%, Н; Dl1, Dl2 – удлинение при нагрузках F1, F2 соответственно, мм.
За результат измерения прочности, относительного удлинения и модуля упругости принимают среднее арифметическое значение для всех образцов.
Результаты испытаний заносят в протокол.
Образцы протоколов испытаний на растяжение
ПРОТОКОЛ № ____ от _____________
Испытания на растяжение по ГОСТ 11262–80
- ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА (тип, номер, год выпуска, шкала)
- АППАРАТУРА: (измеритель удлинения, тип и основные характеристики)
- МАТЕРИАЛ: (тип, марка или состав связующего, ГОСТ, дата изготовления)
- ОБРАЗЦЫ: (тип, размеры, количество, метод изготовления)
- УСЛОВИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ: температура 20 °С, относительная влажность 50% в течение 24 ч.
- УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ: (температура, влажность, скорость нагружения)
- РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:
| № п/п | l0, мм | Размеры образцов, мм | S0, мм2 | F, Н | sр, МПа | |
| h | b | |||||
| 1 | ||||||
| … | ||||||
| Среднее арифметическое значение, МПа | ||||||
| Среднее квадратическое отклонение | ||||||
| Коэффициент вариации, % | ||||||
Испытания провел:
ПРОТОКОЛ № ____ от _____________
Определения модуля упругости при растяжении по ГОСТ 9550–81
- ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА (тип, номер, год выпуска, шкала)
- АППАРАТУРА: (измеритель удлинения, тип и основные характеристики)
- МАТЕРИАЛ: (тип, марка или состав связующего, ГОСТ, дата изготовления)
- ОБРАЗЦЫ: (тип, размеры, база, количество, метод изготовления)
- УСЛОВИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ: температура 20 °С, относительная влажность 50 % в течение 24 часов.
- УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ: (температура, влажность, скорость нагружения)
- РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:
| № п/п | l0, мм | Размеры образцов, мм | S0, мм2 | Нагрузка, Н | Удлинение, мм | Ер, ГПа | |||
| h | b | F1 | F2 | l1 | l2 | ||||
| 1 | |||||||||
| … | |||||||||
| Среднее арифметическое значение | |||||||||
| Среднее квадратическое отклонение | |||||||||
| Коэффициент вариации, % | |||||||||
Испытания провел:
Читайте также: Механические свойства полимеров
Список литературы:
Пластмассы. Метод определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе: ГОСТ 9550–81. – Взамен ГОСТ 9550–71; введ. 01.07.1982. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004. – 8 с.
Пластмассы. Метод испытания на растяжение: ГОСТ 11262–80. – Взамен ГОСТ 11262–76; введ. 01.12.1980. – М.: Изд-во стандартов, 1986.– 16 с.
Пластмассы. Методы механических испытаний. Общие требования: ГОСТ 14359–69. – Введен 01.01.1970. – М.: Изд-во стандартов, 1979.– 21 с.
Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания плоских образцов на растяжение при нормальной, повышенной и пониженной температурах: ГОСТ 25.601–80. – Введен 01.07.81. – М.: Изд-во стандартов, 1980.– 16 с.
Автор: Кордикова Е.И., кандидат технических наук, доцент кафедры механики материалов и конструкций БГТУ
Источник: Композиционные материалы: Лабораторный практикум, 2007 год
Дата в источнике: 2007 год
Источник
Полиэтилен высокой плотности (НDPE, ПЭНД, полиэтилен низкого давления)
Основные физико-химические свойства
Полиэтилен (ПЭ) [–CH2–CH2–]n существует в двух модификациях, отличающихся по структуре, а значит, и по свойствам. Обе модификации получаются из этилена CH2=CH2. В одной из форм мономеры связаны в линейные цепи с СП обычно 5000 и более; в другой – разветвления из 4–6 углеродных атомов присоединены к основной цепи случайным способом. Линейные полиэтилены производятся с использованием особых катализаторов, полимеризация протекает при умеренных температурах (до 150° С) и давлениях (до 20 атм).
Молекула полиэтилена представляет из себя не что иное, как длинную цепь из атомов углерода, к каждому из которых присоединено по два атома водорода. В зависимости от метода изготовления получаются макромалекулы с различной степенью разветвления и различной плотностью. Поэтому ПЭ подразделяется на две основные группы:
1. Полиэтилен низкой плотности
Полиэтилен низкой плотности (LDPE) – ПЭ с 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).
2. Полиэтилен высокой плотности
Полиэтилен высокой плотности (НDPE) – ПЭ с линейной макромолекулой и относительно высокой плотностью (0,960 г/см³). Это полиэтилен, называемый также полиэтиленом низкого давления (ПЭНД), его получают полимеризацией со специальными катализаторными системами.
Линейные полиэтилены образуют области кристалличности, которые сильно влияют на физические свойства образцов. Этот тип полиэтилена обычно называют полиэтиленом высокой плотности; он представляет собой очень твердый, прочный и жесткий термопласт, широко применяемый для литьевого и выдувного формования емкостей, используемых в домашнем хозяйстве и промышленности. Полиэтилен высокой плотности прочнее полиэтилена низкой плотности.
Таблица. Свойства полиэтилена высокой плотности
| СП | от 1000 до 50 000 |
| Тпл | 129–135° С |
| Тст | ок. –60° С |
| Плотность | 0,95–0,96 г/см3 |
| Кристалличность | высокая |
| Растворимость | растворим в ароматических углеводородах только при температурах выше 120° С |
Линейное строение, о котором упоминалось ранее, характерно для ПЭ, получаемых при низком давлении, боковые цепи образуются, но они коротки и количество их невелико. Сополимеры этилена, например с бутеном-1, также получают при низком давлении для того, чтобы ввести контролируемое число ответвлений в линейную, в сущности, молекулу. Плотность сополимеров составляет 0,945-0,950 г/см3, в то время как линейных гомополимеров — 0,960 г/см3.
Пленки на основе ПЭВП более жесткие, прочные, менее воскообразные на ощупь по сравнению с пленками на основе ПЭНП. Они могут быть получены методом экструзии с раздувом или через плоскую щель (с поливом на охлаждаемый валок или водяным охлаждением). При экструзии с раздувом, однако, получают более мутную, полупрозрачную пленку.
Температура размягчения ПЭВП (121 °С) выше, чем у ПЭНП, поэтому он выдерживает стерилизацию паром. Морозостойкость примерно такая же, как у ПЭНП.
Прочность при растяжении и сжатии выше, чем у ПЭНП, а сопротивление удару и раздиру ниже. Из-за линейной структуры молекулы ПЭВП стремятся ориентироваться в направлении те чения, и сопротивление раздиру в продольном направлении пленок значительно ниже. Различия сопротивлений раздиру в продольном и поперечном направлениях могут быть увеличены при ориентации, и пленке будут присущи свойства ленточек, работающих на раздир.
Проницаемость ПЭВП ниже, чем у ПЭНП, примерно в 5-6 раз, и он является прекрасной преградой влаге.
Среди обычных пленок ПЭВП по влагопроницаемости уступает только пленкам на основе сополимеров винилхлорида и винил-иденхлорида.
По химической стойкости ПЭВП также превосходит ПЭНП, особенно по стойкости к маслам и жирам.
С увеличением плотности растворимость в органических растворителях уменьшается, как и проницаемость по отношению к растворителям.
ПЭВП подвержен растрескиванию под действием среды, как и ПЭНП, но этот эффект может быть уменьшен благодаря использованию высокомолекулярных марок ПЭ, у которых этот недостаток отсутствует.
СВОЙСТВА ПНД ТРУБНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
- Плотность = 0,948-0,964 кГ/см3 (по ГОСТ 15199-69).
- Предел текучести при растяжении = не менее 21,6 МПа (по ГОСТ 11262-80).
- Относительное удлинение при разрыве = не менее 700% (по ГОСТ 11262-80).
- Модуль упругости при изгибе = 680-750 МПа (по ГОСТ 9550-81).
- Температура плавления = 125-132°С (поляризационный микроскоп).
- Температура размягчения = 120-125°С (по Вика).
- Термический коэффициент линейного расширения = (1,7-2,0)•0,0001-41/°С (по ГОСТ 15173-70).
- Коэффициент теплопроводности = 0,41-0,44 Вт/м•°С.
- Электрическая прочность (толщина образца 1 мм при частоте 50 Гц) = не менее 40 кВ/мм (по ГОСТ 6433.3-7).
Удельное объемное электрическое сопротивление = 1•1016-1•1017 Ом•см (ГОСТ 6433.2-71).
Области применения
Существенные свойства всех типов полиэтилена (HDPE, LDPE, LLDPE):
— малая плотность (легче воды);
— очень хорошая химическая стойкость;
— очень незначительное водопоглощение;
— непроницаемость для водяного пара;
— высокая вязкость, гибкость, растяжимость и эластичность в интервале температур от –70 до +100 °С;
— хорошая прозрачность;
— легкая перерабатываемость всеми пригодными для термопластов методами;
— очень хорошая свариваемость.
Области применения полиэтилена высокой плотности, как правило, совпадают с областями, потребляющими материал малой плотности, но измененные свойства первых, несомненно, улучшают качество вырабатываемых продуктов. Так, пленка из полиэтилена высокой плотности будет прочнее и прозрачнее, формованные детали могут иметь меньшее сечение, а трубы и волокна будут обладать большей прочностью. Повышение температуры плавления новых полиэтиленов позволяет проводить стерилизацию водяным паром. Эти факторы в сочетании с возможностью регулировать свойства продуктов будут способствовать росту применения полиэтиленов, вырабатываемых на поверхностных катализаторах. Следует отметить, что в ряде случаев применение полиэтиленов высокой плотности может лимитироваться растрескиванием при длительном приложении нагрузки.
А вот относительно высокая проницаемость полиэтилена для кислорода, двуокиси углерода, ароматических веществ, а также проблемы при контакте с определенными средами (например, растворами смачивающих веществ), феномен так называемого образования трещин вследствие внутренних напряжений, в особенности у HDPE, сужают область его применения. Различные свойства HDPE по сравнению с LDPE обусловлены его высокой плотностью. При одинаковой толщине изделия из HDPE жестче и их поверхность тверже. Температура плавления на 20 °С выше, и вследствие более плотной структуры молекулы непроницаемость для водяного пара, кислорода, углекислого газа и ароматических веществ, а также химическая стойкость лучше, чем у LDPE. Высокая температура плавления дает возможность изготовления упаковок с более высокой теплостойкостью (кратковременно до 100 °С).
Удачное и редкое сочетание в полиэтилене химической стойкости, механической прочности, морозостойкости, хороших диэлектрических свойств, стойкости к радиоактивным излучениям, чрезвычайно низкие газопроницаемость и влагопоглощение, легкость и безвредность делают полиэтилен незаменимым в целом ряде областей применения.
ПЭНД перерабатывается практически всеми базовыми способами, используемыми при работе с термопластами – экструзия, выдув, литье под давлением, ротоформование.
Таблица. Области применения ПЭНД
Экструзия | |
Пленки | Фасовочный пакет, пакет «майка», пакет с вырубной ручкой, барьерный слой многослойных упаковочных материалов (ламинаты и коэкструзионные пленки), воздушно-пузырьковая пленка, мусорные пакеты |
Трубы | Газоснабжение, холодное водоснабжение, защита электросетей, дренаж, внешняя канализация, внутренняя канализация, обсадные трубы для скважин |
Кабельная изоляция | Изоляция кабелей высокого напряжения |
Листы, мембраны, мягкие ленты | Листы: гидроизоляция, формование деталей изделий для машиностроения. Мембраны: гидроизоляционные работы. Ленты: конвейерные ленты, геоячейки |
Сетки | Бытовые, сельскохозяйственные, сетки для армирования дорожных покрытий, сетки для проведения строительных работ, сетки для ограждения зданий и сооружений |
| Выдув | |
Пленки | Фасовочный пакет, пакет «майка», пакет с вырубной ручкой, мусорные пакеты |
Емкости | Флаконы для косметики, парфюмерии, бытовой химии, канистры, бочки, баки, цистерны |
| Литье под давлением | |
Товары народного потребления | Изделия для цветоводства, изделия для ванной комнаты, изделия для кухни, предметы домашнего обихода, детские товары, садово-огородный инвентарь |
Крышки | Двухсоставные и односоставные крышки для ПЭТ бутылок, укупорочные изделия для парфюмерии, косметики, бытовой химии, автохими |
Ящики | Тарные ящики |
Мебельная фурнитура | Лицевая, декоративная, крепежная, опорные элементы, прочие комплектующие |
Автокомплектующие | Около 400 наименований изделий для автомобиля |
Другая продукция | Не будучи приоритетным видом сырья ПЭНД используется при произодстве другой литьевой продукции: мебели, тарных ведер, детских игрушек, фитингов |
| Ротоформование | |
Емкости | Баки, мусорные баки, бочки, |
Мобильные туалеты | Передвижные туалеты |
Детские площадки | Детские игровые комплексы (горки, горки-тоннель, городки) |
Дорожные огрждения | Дорожные блоки, конусы, буферы |
Колодцы | Колодцы, септики, мусоросборы |
Эстакады | Эстакады для мойки колес, установки оборотного вод |
| Вспенивание | |
Пенополиэтилен |
P.S. Основные группы марок полиэтилена и сополимеров этилена, выпускаемые на сегодняшний день:
Полиэтилен
HDPE — Полиэтилен высокой плотности (полиэтилен низкого давления)
LDPE — Полиэтилен низкой плотности (полиэтилен высокого 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
В статье использованы материалы Newchemistry.ru.
Остальные материалы
Версия для печати
Источник
Полиэтилен высокого давления (расшифровка ПВД или ПЭВД — аббревиатуры) – это термопластичный полимер, получаемый методом полимеризации углеводородного соединения «этилен» (этен) под действием высоких температур (до 1800), давления до 3000 атмосфер и с участием кислорода. Также может называться как полиэтилен низкой плотности (ПНП или ПЭНП), так как имеет сравнительно слабые внутримолекулярные связи и, следовательно, более низкую плотность, чем полимеры других видов. Также для его обозначения применяется сокращение LDPE – английский эквивалент ПЭНП.
Полиэтилен низкой плотности (LDPE) – 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.
Особенности ПВД (ПНП)
Химические и физические характеристики
Полиэтилен высокого давления (ПВД) изготавливается в виде гранул ПВД. Имеет плотность 900-930 кг/м3, температуру плавления 100-115 0С и температуру хрупкости до -120 0С, а также малое водопоглощение (около 0,02 % за месяц) и высокую пластичность. Эти физико-химические характеристики ПВД как вещества объясняют следующие свойства изготовленных из него предметов и материалов:
- Мягкость и гибкость изделий из полиэтилена низкой плотности,
- Возможность создания из гранул ПВД особенно гладких и блестящих поверхностей,
- Устойчивость предметов из ПВД к механическим разрушениям путем разрыва и удара, а также к деформациям растяжения и сжатия,
- Высокую прочность ПВД (пэнп) при воздействии низких температур,
- Влаго- и воздухонепроницаемость ПЭНП -изделий,
- Устойчивость ПЭВД к воздействию света, в частности к солнечному излучению.
ВАЖНО! Использование полиэтилена высокого давления (ПВД) абсолютно безопасно как для человека, так и для состояния окружающей среды, так как он не выделяет никаких токсичных веществ. Именно поэтому ПЭВД может использоваться даже для контакта с продуктами питания и при изготовлении детских товаров.
Отличие ПВД от других полимеров
Полиэтилены (ПВД, ПНД и др.) – это материалы, которые изготавливаются из одного мономера, но могут быть различной плотности в зависимости от особенностей изготовления. Этот показатель сильно влияет на свойства полиэтилена: увеличение плотности ведет к повышению жесткости, твердости, прочности изделий и их химической стойкости. Но при этом падают другие показатели: ударопрочность, возможность растяжения при разрыве, проницаемость для жидкостей и газов. Так, ПВД имеет существенные отличия от других подобных полимеров:
- ПВД и ПНД. Полиэтилен высокого давления не зря называется еще и полиэтиленом низкой плотности (ПНП или ПЭНП). По сравнению с ним такие твердые полимеры, как ПНД (полиэтилен низкого давления), быстрее поддаются разрывам под действием удара, чаще ломаются на морозе и растрескиваются при увеличении нагрузки, хотя и обладают большей стойкостью к воздействию радиации, щелочей и кислот. Гранулы ПВД и изделия из них гораздо лучше переносят ультрафиолетовое излучение, а также имеют более красивую глянцевую поверхность.
- ПВД и ЛПНП.Другой полимер – ЛПНП (линейный полиэтилен), как и ПНД, имеет жесткую структуру, но по своим техническим характеристикам находится между ПВД и ПНД. Он более стоек к химически агрессивным средам, чем ПЭНП, и имеет большую устойчивость к проколу и растрескиванию, чем ПНД.
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.
Таблица. Физико-химические свойства ПЭВД при 20°
Параметр | Значение |
Плотность, г/см2 | 0,918-0,930 |
Разрушающее напряжение, кгс/см2 | |
при растяжении | 100-170 |
при статическом изгибе | 120-170 |
при срезе | 140-170 |
относительное удлинение при разрыве, % | 500-600 |
модуль упругости при изгибе, кгс/см2 | 1200-2600 |
предел текучести при растяжении, кгс/см2 | 90-160 |
относительное удлинение в начале течения, % | 15-20 |
твёрдость по Бринеллю, кгс/мм2 | 1,4-2,5 |
Виды полиэтиленов ПЭНП
Дополнительная обработка полиэтилена высокого давления дает качественно новые материалы, различающиеся по химическим и физическим свойствам. В частности, существуют модификации ПЭВД с улучшенной адгезией к краскам и другим материалам (напр., к металлу) и с пониженной горючестью. На данный момент различают полиэтилены:
- вспененный ПВД,
- сшитый ПВД,
- сополимеры полиэтилена низкой плотности (ПНП) с другими мономерами либо с полиэтиленом другого вида.
Основные группы марок полиэтилена и сополимеров этилена, выпускаемые на сегодняшний день:
Полиэтилен
HDPE — Полиэтилен высокой плотности (полиэтилен низкого давления)
LDPE — Полиэтилен низкой плотности (полиэтилен высокого 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
Таблица 1: Основные физико-механические свойства ПЭВД
Наименование показателя | Значение для ПЭВД |
Температура стеклования, °С | -25 |
Температура плавления, °С | 103-115 |
Температура хрупкости, °С | -45…-120 |
Температура размягчения по Вика, °С | 80-90 |
Температура длительной эксплуатации, °С | 50 |
Степень кристалличности,% | 50-65 |
Плотность, кг/м3 | 910-930 |
Показатель текучести расплава,г/10 мин | 0,2-20 |
Морозостойкость, °С | -70 |
Теплостойкость по Мартену, °С | — |
Верхний предел рабочих температур, °С | 60-70 |
Нижний предел рабочих температур, °С | -120…-45 |
Предел текучести при растяжении, МПа | 6,8-13,7 |
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа | 7-16 |
Разрушающее напряжение при изгибе, МПа | 12-20 |
Разрушающее напряжение при сжатии, МПа | 12 |
Модуль упругости при растяжении, МПа | 147-245 |
Модуль упругости при изгибе, МПа | 118-225 |
Модуль упругости при сжатиии, МПа | — |
Относительное удлинение при разрыве, % | 150-1000 |
Твердость по Бринелю, МПа | 14-25 |
Ударная вязкость по Шарпи, кДЖ/м2 без надреза/с надрезом | Не разр./ не разр. |
Коэффициент терния по стали | 0,58 |
Объемное удельное электрическое сопротивление, Омм | (0,1-1)×1015 |
Поверхностное удельное электрическое сопротивление, Ом | 1014-1015 |
Водопоглощение за 24 часа при 23°С,% | 0,01 |
Удельная теплоемкость, кДж/(кгК) | 2,1-2,8 |
Коэффициент теплопроводности, Вт/(мК) | 0,2-0,36 |
Температурный коэффициент линейного расширения, град-1 | (22-55)×10-5 |
Коэффициент температуропроводности, м2/с | 1,4×10-7 |
Таблица 2: Торговые названия ПЭВД в различных странах
Торговое название ПЭВД | Страна |
| РФ |
| США |
| Великобритания |
| Япония |
| Италия |
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 ( – 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: название термопласта, 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.
ПЭВДперерабатываются всеми известными способами и применяются для изготовления технических изделий и товаров народного потребления.
Область примененияПЭВД
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 П