Полиэтилен высокой плотности – ПЭВП – полупрозрачный высококристаллический материал молочного цвета, обладает высокой упругостью расплава, имеет хорошую стойкость к большинству органических и неорганических кислот, щелочей и солей. Недостаточно стоек к хлорированным углеводородам и материалам-окислителям. Температура плавления 125–135°С, плотность 0,95–0,96 г./см3, температура размягчения по Вика 120–125°С, предел текучести при растяжении 22–25 МПа, относительное удлинение при разрыве 250–700%, модуль эластичности при изгибе 680–850 МПа. Водопоглощение за 30 сут не более 0,03 – 0,04%. Максимальная температура эксплуатации 60°С [4, 5, 7]. Для экструзии профилей применяют высоковязкие марки ПЭВП с ПТР 0,3–2,4 г/10 мин (Т= 190°С, Р= 5 кгс). Отечественные марки ПЭВП соответствуют ГОСТу 16638–77. Материал применяется для производства профилей относительно несложной формы.
Свойства ПЭВП связаны с молекулярной массой и кристалличностью полимера. При переработке молекулярную массу характеризует текучесть расплава (или его ПТР), а степень кристалличности – плотность изделия. Чем уже распределение по молярным массам (полидисперсность), тем хуже перерабатываемость, меньше остаточные напряжения в изделии и выше прочность расплава и предельная вытяжка.
Высокомолекулярный полиэтилен (ВМПЭ, PE-HMW, PE-UHMW).Высокомолекулярный полиэтилен (ВМПЭ) обладает комплексом свойств, существенно отличающих его от «обычного» ПЭВП [10, 11]:
¨ низкий коэффициент трения в сочетании с высокой механической прочностью позволяет использовать ВМПЭ для изготовления лыжной ленты, разнообразных профильных направляющих и подложек для транспортеров и конвейеров в пищевой и холодильной промышленности, листов для футеровки оборудования в горнорудной промышленности, кузовов автомобилей, бесшумных не смазываемых шестерней, деталей эндопротезов, блоков в виде стержней и плит для дальнейшей механической обработки и изготовления втулок, опор, направляющих;
¨ высокая химическая стойкость позволяет применять ВМПЭ для изготовления деталей насосов в химической промышленности (взамен фторпластов), прокладок для агрессивных сред, сепараторов, аккумуляторов взамен мипоры;
¨ биологическая инертность и свойства, допускающие возможность стерилизации материала, позволяют применять ВМПЭ в медицинской и пищевой промышленности.
Показатели качества ВМПЭ, производителем которого в России является Томский нефтеперабатывающий комбинат, соответствуют ТУ 2211–068–057 96653–98 и имеют следующие значения: плотность не менее 0,936 г/см3, массовая доля золы не более 0,05–0,10%, содержание летучих веществ не более 0,25–0,50%, прочность на разрыв не менее 30 МПа, относительное удлинение при разрыве не менее 250% [11].
ВМПЭ выпускают в виде порошка без добавок (базовая марка) или с добавками по рецептурам, указанным в ГОСТе 16338.
1.1.2 Виды полиэтиленовой продукции
Все виды полиэтиленовой продукции, получаемые различными методами находят широкое применение.
Большая часть продукции из полиэтилена низкой плотности служит упаковочным материалом, конкурируя с другими пленками (целлофановой, поливинилхлоридной, полиэтилентерефталатной и др.), меньшая используется для изготовления различных изделий (сумок, мешков, облицовки для ящиков, коробок и других видов тары).
Широко применяются пленки для упаковки замороженного мяса и птицы, при изготовлении аэростатов и баллонов для проведения метеорологических исследований верхних слоев атмосферы, защиты от коррозии магистральных нефте- и газопроводов. В сельском хозяйстве прозрачная пленка используется для замены стекла в теплицах и парниках. Черная пленка служит для покрытия почвы в целях задержания тепла при выращивании овощей, плодово-ягодных и бобовых культур, а также для выстилания силосных ям, дна водоемов и каналов. Все больше применяется полиэтиленовая пленка в качестве материала для крыш и стен при сооружении помещений для хранения урожая, сельскохозяйственных машин и другого оборудования.
Из полиэтиленовой пленки изготовляют предметы домашнего обихода: плащи, скатерти, гардины, салфетки и т.д. Пленка может быть нанесена с одной стороны на различные материалы: бумагу, ткань, целлофан, металлическую фольгу.
Армированная полиэтиленовая пленка отличается большей прочностью, чем обычная пленка такой же толщины. Материал состоит из двух пленок, между которыми находятся армирующие нити из синтетических или природных волокон или редкая стеклянная нить.
Из очень тонких армированных пленок изготовляют скатерти, а также пленки для теплиц; из более толстых пленок – мешки и упаковочный материал. Армированная пленка, упрочненная редкой стеклянной тканью, может быть применена для изготовления защитной одежды и использована в качестве обкладочного материала для различных емкостей.
На основе пленок из ПЭ могут быть изготовлены липкие (клеящие) пленки или ленты, пригодные для ремонта кабельных линий высокочастотной связи и для защиты стальных подземных трубопроводов от коррозии. Полиэтиленовые пленки и ленты с липким слоем содержат на одной стороне слой из низкомолекулярного полиизобутилена, иногда в смеси с бутилкаучуком. Выпускаются они толщиной 65–96 мкм, шириной 80–150 мм.
ПЭНП и ПЭВП применяют и для защиты металлических изделий от коррозии. Защитный слой наносится методами газопламенного и вихревого напыления [12].
Из всех видов пластмасс полиэтилен нашел наибольшее применение для изготовления методами экструзии и центробежного литья труб, характеризующихся легкостью, коррозионной стойкостью, незначительным сопротивлением движению жидкости, простотой монтажа, гибкостью, морозостойкостью, легкостью сварки [13].
Непрерывным методом выпускаются трубы любой длины с внутренним диаметром 6–300 мм при толщине стенок 1,5–10 мм. Полиэтиленовые трубы небольшого диаметра наматываются на барабаны. Литьем под давлением изготовляют арматуру к трубам, которая включает коленчатые трубы, согнутые под углами 45 и 90°, тройники, муфты, крестовины, патрубки. Трубы большого диаметра (до 1600 мм) с толщиной стенок до 25 мм получают методом центробежного литья.
Полиэтиленовые трубы вследствие их химической стойкости и эластичности применяются для транспортировки воды, растворов солей и щелочей, кислот, различных жидкостей и газов в химической промышленности, для сооружения внутренней и внешней водопроводной сети, в ирригационных системах и дождевальных установках.
Трубы из ПЭНП могут работать при температурах до +60°С, а из ПЭВП – до +100°С. Такие трубы не разрушаются при низких температурах (до -60°С) и при замерзании воды; они не подвергаются почвенной коррозии.
Из полиэтиленовых листов, полученных экструзией или прессованием, можно изготовить различные изделия штампованием, изгибанием по шаблону или вакуумформованием. Крупногабаритные изделия (лодки, ванны, баки и т.п.) также могут быть изготовлены из порошка полиэтилена путем его спекания на нагретой форме. Отдельные части изделий могут быть сварены при помощи струи горячего воздуха, нагретого до 250°С.
Формованием и сваркой можно изготовить вентиля, колпаки, контейнеры, части вентиляторов и насосов для кислот, мешалки, фильтры, различные емкости, ведра и т.п.
Одним из основных методов переработки ПЭ в изделия является метод литья под давлением [14–17]. Полиэтилен всех марок является физиологически безвредным, поэтому большое распространение в фармацевтической и химической промышленности получили бутылки из полиэтилена объемом от 25 до 5000 мл, а также посуда, игрушки, электротехнические изделия, решетчатые корзины и ящики.
В настоящее время методы изготовления двух- и трехцветных изделий из пластических масс литьем под давлением находят все более широкое применение. Ведущее место в мировом производстве пластмассовых многоцветных изделий, а также литьевых машин и форм для их получения занимают ФРГ, Япония и Великобритания [18].
Номенклатура выпускаемых деталей довольно широка: посуда, шкатулки, игрушки, клавиши печатных и вычислительных машин, ручки управления автомобилей, телефонные цифровые диски, осветительная арматура автомобилей и т.п.
Многоцветные изделия получают в основном двумя способами. Первый способ заключается в том, что на обычном литьевом оборудовании отливают сначала часть детали одного цвета, а затем используют ее как арматуру во второй форме, где отливают часть детали второго цвета. При литье многоцветных изделий данным способом необходимы две или три литьевые машины. Второй способ предполагает применение только одной специализированной литьевой машины. Этот способ более прогрессивный. Затраты на изготовление в этом случае значительно меньше за счет снижения стоимости оборудования, трудовых затрат (уменьшения количества обслуживающего персонала) и повышения производительности труда в результате сокращения технологического цикла (многоцветная деталь на специализированной машине отливается за 21–35 с, а на обычных машинах – за 3– 5 мин).