р, МПа.... 20-40 v, Омм……………1016
р, %......... 200-1000 tg (при106 Гц)……...(24)10-4
При сополимеризации этилена с небольшими количествами -олефинов - пропилена, бутилена и др. [0,2—3 % (мол.)] — можно получать линейные полиэтилены средней (930—940 кг/м3) и низкой (менее 930 кг/м3) плотности с регулируемыми в широких пределах разветвленностью и молекулярной массой. Эти модификации ПЭ в настоящее время получают все более широкое применение, так как совмещают положительные качества ПЭНП и ПЭВП.
Из других сополимеров наиболее часто используются сополимеры с винилацетатом (сэвилены). С увеличением содержания винилацетатных групп имеет место переход от термопластов к термоэластопластам с хорошими адгезионными свойствами [9].
Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) получают радикальной полимеризацией в присутствии кислорода и инициаторов (пероксидных соединений) при температурах 200—300 °С и давлениях 100—350 МПа.
Марочный состав определяется способом получения, плотностью (от 910 до 935 кг/м3) и показателем текучести расплава ПТР (от 0,3 до 20 г/10 мин).
Комплекс свойств ПЭНП определяется разветвленной структурой его макромолекул (15—25 ответвлений на 1000 атомов углерода цепи). Молекулярная масса 30 50 тыс.
ПЭНП способен кристаллизоваться. Наличие разветвлений ограничивает степень кристалличности (менее 40 %). Температура плавления составляет 108—110 °С. Высокая скорость кристаллизации делает величину степени кристалличности и, следовательно, свойства ПЭ мало зависящими от режима охлаждения. Температура деструкции — 320 °С. При перегреве возможно сшивание ПЭ, приводящее к образованию "геликов".
ПЭ является неполярным полимером. При 20°С вследствие кристалличности он не растворяется в известных органических растворителях; при нагревании выше 80 °С растворяется в ароматических растворителях. Стоек к кислотам и щелочам, нестоек к сильным окислителям.
ПЭНП относят к термопластам общетехнического назначения. Он отличается сравнительной дешевизной и технологичностью, морозостоек, сохраняет эластичность до —70 °С, обладает высокой химической стойкостью, что позволяет использовать его в изготовлении тары для агрессивных жидкостей; имеет малое водопоглощение. ПЭ инертен к физиологическим средам и пищевым продуктам, кроме жиров. Он является прекрасным электроизоляционным материалом и используется для низко- и высокочастотной изоляции.
ПЭНП может сшиваться при воздействии ионизирующих излучений. Ниже приведены некоторые характеристики ПЭНП:
р, МПа.... 12-16 Тв, 0С………………….80-100
р, %......... 150-600 Тм, 0С…………….…..50
v, Омм………1016 tg (при106 Гц)……...(22,5)10-4
(здесь Тв – теплостойкость по Вика, Тм – теплостойкость по Мартенсу).
К недостаткам этого полимера следует отнести низкие предельные температуры эксплуатации (невозможность термической стерилизации), сравнительно высокую газопроницаемость и низкую маслостойкость. Он нестоек к УФ-излучению, имеет низкие прочностные характеристики и твердость, отличается высокой горючестью и способностью накопления электростатических зарядов.
ПЭНП перерабатывается всеми основными методами, используемыми для термопластов, не склеивается без специальной обработки поверхности, но хорошо сваривается.
Низкая стоимость позволяет использовать его для изготовления тары и изделий культурно-бытового и медицинского назначения. Более половины производимого ПЭНП перерабатывается в пленки для упаковки и нужд сельского хозяйства [10].
В табл. 1 приведены некоторые физико-механические. и электрические свойства ПЭ [8].
Таблица 1
Физико - механические и электрические свойства прессованных
образцов полиэтилена
| Показатели | ПЭВД | ПЭНД | ПЭСД |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Плотность при 200С, г/см3 | 0 ,918 – 0,930 | 0,954 - 0,960 | 0,960 - 0,968 |
| Индекс расплава | 0,2 – 20 (1900С, 2,16 кгс) | 0,1 – 40 (1900С, 5 кгс) | 0,1 – 40 (1900С, 5 кгс) |
| Температура, 0С - плавления - хрупкости | 110-103 от -120 до -80 | 132-124 от -150 до -70 | 135-128 от -140 до -70 |
| Теплостойкость, Вт/(мК) | 0,33-0,36 | 0,42-0,44 | 0,46-0,52 |
| Удельная теплоемкость при 20-250С, кДж/(кгК) | 1,88-2,51 | 1,88-2,09 | 1,67-1,88 |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Температурный коэффициент линейного расширения (0-1000С), 0С-110-4 | 2,1-5,5 | 1,0-2,5 | 1,0-1,5 |
| Температурный коэффициент объемного расширения (0-1000С), 0С-110-4 | 6,0-16,0 | 2,1-5,0 | 2,1-3,0 |
| Водопоглощение за 30 сут, % - 200С - 700С | 0,020 - | 0,005 0,04 | менее 0,01 - |
| Прочность при растяжении, кгс/см2 | 170-100 | 450-180 | 400-180 |
| Прочность при изгибе, кгс/см2 | 200-170 | 400-200 | 400-250 |
| Прочность при срезе, кгс/см2 | 170-140 | 360-200 | 370-200 |
| Предел текучести, кгс/см2 | 90-160 | 250-350 | 280-380 |
| Модуль упругости при изгибе, кгс/см2 | 1200-2600 | 6500-7500 | 8000-12500 |
| Твердость по Бринеллю, кгс/см2 | 1,7-2,5 | 4,9-6,0 | 6,0-6,8 |
| Диэлектрическая проницаемость при 1МГц | 2,2-2,3 | 2,2-2,4 | 2,3-2,4 |
| Удельное объемное электрическое сопротивление, Омм | 1017-1018 | 1017-1018 | 1017-1018 |
| Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом | 1023 | 1023 | 1015 |
Модификация полиолефинов (ПО) позволяет существенно расширить области их применения. В частности, при введении в цепь ПО карбоксильных групп кардинально изменяется адгезионная способность, что дает возможность использовать их в качестве модификаторов поверхности, адгезивов, компатибилизаторов, а также связующих при изготовлении композиционных материалов[11].Перспективным методом модификации является твердофазная механохимическая графт-сополим6еризация ПЭ и ПП с малеиновым ангидридом (МА), позволяющая свести к минимуму протекание побочных реакций деструкции, сшивания и окисления в процессе модификации[12-14]. При этом, в отличие от синтеза в расплаве, сохраняется весь комплекс механических свойств исходных полимеров.
Авторами [15] показано, что при введении в цепь ПЭНП небольшого количества (3,3*10-3 моль/этиленовое звено) сомономерных групп методом твердофазной экструзии значительно увеличивается модуль упругости полимера при некотором снижении величины разрывной деформации. Твердофазно модифицированные ПО обладают значительно более высокими адгезионными свойствами по сравнению с ПО, модифицированными в расплаве.
Авторами [16] был разработан и испытан композиционный материал на основе смеси полиэтилена высокого давления (ПЭВД), полипропилена (ПП) и талька. В результате получены высоконаполненные смеси полимеров, которые имеют высокие Физико-механические характеристики и являются весьма перспективными композиционными материалами.
Модификация ПЭВД элементной серой нефтехимического происхождения в условиях УВД позволяет получать в интервале до 35 % масс. Качественно новый материал со свойствами, отличающимися повышенными прочностными, эластическими и адгезионными свойствами с сохранением всех основных свойств ПЭВД. Композиция ПЭВД с содержанием серы порядка 35% масс. Может быть использована в производстве ряда резиновых материалов в качестве технологической добавки. Одновременно решается проблема использования не утилизируемых промышленных отходов серы, постоянно образующихся в процессе нефтепереработки[17].
Свойства ПЭ можно модифицировать смешением его с др. полимерами или сополимерами. Так, при смешении ПЭ с полипропиленом повышается теплостойкость, при смешении с бутилкаучуком или этилен-пропиленовым каучуком повышается уд. вязкость и стойкость к растрескиванию [9].
ПЭ обладает низкой газо- и паропроницаемостью. Газопроницаемость разветвленного ПЭВД в 4 - 8 раз выше, чем у ПЭНД и ПЭСД. Проницаемость ПЭ наименьшая для сильнополярных веществ и наибольшая для углеводородов.
Химические свойства. ПЭ инертен к действию многих химических реагентов; химическая стойкость зависит от молекулярной массы, молекулярно-массового распределения и плотности. Определяющий показатель — плотность; с ее увеличением химическая стойкость возрастает. Наиболее высокой химической стойкостью обладают линейные ПЭНД и ПЭСД.
ПЭ не реагирует со щелочами любой концентрации, с растворами нейтральных, кислых и основных солей, органическими кислотами (напр., с муравьиной или уксусной), с растворами солей-окислителей (напр., перманганатом калия, бихроматом калия) и даже с концентрированной соляной и плавиковой кислотами. При действии H2SO4 (концентрации 80% и выше) и температуре не ниже 50°С свойства ПЭ изменяются. ПЭ разрушается при комнатной температуре 50%-ной азотной кислотой, а также жидкими и газообразными хлором и фтором. Разрушительное действие указанных агентов увеличивается с повышением температуры [9]. Бром и йод диффундируют через ПЭ. Разбавленные растворы хлора и различные отбеливающие вещества незначительно изменяют свойства ПЭ. При обработке 80—85%-ной азотной кислотой при 100—135°С или смесью азота и кислорода в четыреххлористом углероде при 780С происходит термоокислительная деструкция ПЭ. Таким способом получают ПЭ молекулярной массы 1000—2000, содержащий карбоксильные группы; он легко диспергируется в воде с образованием стойких эмульсий.