Полиэтилен
Материал из ТеплоВики - энциклопедия отоплении
Полиэтилен (ПП - сокр., PE - Polyethylene англ.) [-CH2-CH2-]n - термопластичный полимер белого цвета, наиболее распространенный при изготовлении канализационных труб материал, характеризующийся очень высокой стойкостью к химическим реагентам и исключительно низкой шероховатостью поверхности, что снижает интенсивность образования отложений и гидравлические потери. Преимуществами являются также высокая стойкость к ударным нагрузкам и высокое относительное удлинение при разрыве при незначительном температурном влиянии.
Содержание |
Свойства полиэтилена
В промышленности полиэтилен получают полимеризацией этилена при высоком давлении (полиэтилен низкой плотности) и низком или среднем давлении (полиэтилен высокой плотности). Структура и свойства полиэтилена определяются способом его получения.
- Среднемассовая молекулярная масса наиболее распространённых марок 30-800 тыс.;
- степень кристалличности и плотность при 20°С составляют соответственно:
- 50% и 0,918-0,930 г/см3 для полиэтилена низкой плотности
- 75-90% и 0,955-0,968 г/см3 для полиэтилена высокой плотности.
С увеличением плотности возрастают твёрдость, модуль упругости при изгибе, предел текучести, химическая стойкость. Полиэтилен сочетает высокую прочность при растяжении (10-45 Мн/м2, или 100-450 кгс/см2) с эластичностью (относительное удлинение при разрыве 500-1000%). Он обладает хорошими электроизоляционными свойствами (например, тангенс угла диэлектрических потерь 2×10-4-4×10-4 при температурах от -120 до 120 °C и частоте 10-50 кгц). Устойчив к действию щелочей любых концентраций, органических кислот, концентрированных соляной и плавиковой кислот; разрушается азотной кислотой, хлором и фтором; выше 80°C растворяется в алифатических и ароматических углеводородах и их галогенопроизводных; сравнительно стоек к радиоактивным излучениям; безвреден; интервал рабочих температур от -80..-120°C до 60..100°C.
Методы производства полиэтилена
Метод полимеризации в трубчатом реакторе
В промышленности полиэтилен получают полимеризацией этилена. Процесс при высоком давлении протекает по радикальному механизму под действием О2, пероксидов, например лаурила или бензоила, или их смесей. При производстве полиэтилена в трубчатом реакторе этилен, смешанный с инициатором, сжатый компрессором до 25 МПа и нагретый до 70 °С, поступает сначала в первую зону реактора, где подогревается до 180°С, а затем во вторую, где полимеризуется при 190-300 °С и давлении 130-250 МПа. Среднее время пребывания этилена в реакторе 70-100 с, степень превращения 18-20% в зависимости от количества и типа инициатора. Из полиэтилена удаляют непрореагировавший этилен, расплав охлаждают до 180-190°С и гранулируют. Гранулы, охлажденные водой до 60-70 °С, подсушивают теплым воздухом и упаковывают в мешки.
Производство в автоклаве
Принципиальная схема производства полиэтилен в автоклаве с перемешивающим устройством отличается тем, что инициатор в парафиновом масле подается специальным насосом высокого давления непосредственно в реактор. Процесс проводят при 250°С и давлении 150 МПа; среднее время пребывания этилена в реакторе 30 с; степень превращения около 20%.
Суспензионный метод
Процесс при низком давлении осуществляют в условиях гетерогенного или гомогенного катализа. Технологическая схема получения полиэтилена низкого давления в суспензии включает следующие стадии:
- приготовление суспензии катализатора, например Ti(OR)nCl4n, нанесенного на MgCl2 или MgO, и раствора активатора,
- полимеризацию этилена (70-95 °С, давление 1,5-3,3 МПа),
- удаление растворителя,
- сушку и гранулирование полиэтилена.
Степень превращения этилена 98%, концентрация полиэтилена в суспензии 45%; единичная мощность реакторов с усовершенствованной системой теплосъема до 60-75 тыс. т/год.
Метод получения полиэтилена в растворе
Процесс получения полиэтилена в растворе (чаще в гексане) проводят при 160-250 °С, давлении 3,4-5,3 МПа, время контакта с катализатором 10-15 мин (катализатор - СrO3 на силикагеле, Ti-Mg или др.). Полиэтилен из раствора выделяют удалением растворителя последовательно в испарителе, сепараторе и вакуумной камере гранулятора. Гранулы полиэтилена пропаривают водяным паром при температуре, превышающей температуру плавления полиэтилена (в воду переходят низкомолекулярные фракции полиэтилена и нейтрализуются остатки катализатора). Преимущества метода перед суспензионным: исключение стадий отжима и сушки полимеров, возможность утилизации теплоты полимеризации для испарения растворителя, более легкое регулирование молекулярной массы полиэтилена.
Газофазная полимеризация
Газофазную полимеризацию этилена проводят при 90-100 °С и давлении 2 МПа (катализатор - хромсодержащее соединение на силикагеле). В нижней части реактор имеет перфорированную решетку для равномерного распределения подаваемого этилена с целью создания кипящего слоя, в верхней - расширенную зону, предназначенную для снижения скорости газа и улавливания основной массы частиц образовавшегося полиэтилена.
Виды полиэтилена
Различают несколько видов полиэтилена:
- низкой плотности (LDPE)
- средней плотности (MDPE)
- высокой плотности (HDPE)
- сверхвысокой молекулярной плотности (UHMWPE)
- сшитый (PE-X)
Источники
Химические элементы и материалы |
||
|---|---|---|
| Химические элементы | Азот • Аргон • Водород • Гелий • Железо • Кальций • Кислород • Кремний • Магний • Марганец • Медь • Молибден • Никель • Олово • Свинец • Сера • Титан • Углерод • Фосфор • Хлор • Хром • Цинк |  |
| Полимерные материалы | BUTYL • EPDM • HDPE • LDPE • MDPE • NBR • PE-X • PTFE • PVDF • Viton • Поливинилхлорид • Полипропилен • Полиуретан • Полиэтилен • Каучук • Оргстекло • Пенополиуретан • Пенопласт • Полиамид • Поликарбонат • Полимербетон • Полистирол • Фторопласт | |
| Цветные металлы: • лёгкие • тяжёлые |
Алюминий • Магний • Титан Медь • Никель • Олово • Свинец • Цинк | |
| Сплавы цветных металлов | Бронза • Латунь (CW 617 N) | |
| Чёрные металлы | Железо • Ковкий чугун • Сталь • Нержавеющая сталь (марк. AISI) • Чугун • Чугун G20 | |
