Сшитый пенополиэтилен (полиэтилен)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Сшивка' — процесс образования дополнительных химических связей между макромолекулами основного полимера.

Рулон физически сшитого пенополиэтилена

Сшитый пенополиэтилен (сшитая пена) — вспененный полиэтилен, молекулярная структура которого модифицируется в результате сшивки.

Во вспененном виде, поперечно-связанная молекулярная структура сшитого полиэтилена обладает высокой прочностью и плотностью, низкой теплопроводностью, низким влагопоглощением, длительным сроком эксплуатации, высокой стойкостью к химическим воздействиям и хорошими показателями поглощения ударного шума. Сшитый пенополиэтилен отличается сложной технологией производства, экологической безопасностью и приятным внешним видом. Молекулы сшиваются за счет химических веществ введенных в полимер или за счет облучения пучком электронов, поэтому различают пенополиэтилен химически и физически (радиационно) сшитый полиэтилен.

Пример исполнения трубы из сшитого полиэтилена

Сшитый полиэтилен (PE-X или XLPE, ПЭ-С) — полимер этилена с поперечно сшитыми молекулами (PE — PolyEthylene, X — Cross-linked).

При сшивке в молекулярных цепочках, содержащих атомы углерода и водорода, под воздействием определённых факторов у звеньев молекул полиэтилена отрываются отдельные атомы водорода. Образовавшаяся свободная связь используется для соединения отдельных цепочек между собой. Сшивают как полиэтилен, так и заранее вспененный полиэтилен.

Технология производства[править | править код]

Технология производства пенополиэтилена сшитого химически:

На фото изображён химически сшитый пенополиэтилен

1) Смешение и гомогенизация компонентов, основными из которых являются полиэтилен низкой плотности (LDPE). В состав также входят вспениватель, катализаторы вспенивания, стабилизаторы и другие добавки.

Физически сшитый пенополиэтилен


2) Нагрев матрикса, вследствие чего происходит сшивка с одновременным вспениванием материала.

Химически сшитый пенополиэтилен эластичен, имеет мелко пористую структуру (размер пор <1 мм). Пора закрытая (в отличие от поролона) поверхность со значительной шероховатостью.


Технология производства пенополиэтилена сшитого физически: 1) Смешение и гомогенизация компонентов, основными из которых являются полиэтилен низкой плотности (LDPE). В состав также входят вспениватель, катализаторы вспенивания, стабилизаторы и другие добавки;

2) Облучение экструдированного листа быстрыми электронами, которые генерируются ускорителем, содержащим эмиттер электронов и систему их разгона до требуемых уровней энергии;

3) Вспенивание облученного экструдированного листа в специальной печи вспенивания, содержащей ряд функциональных зон и несколько типов источников нагрева — получение собственно физически сшитого пенополиэтилена.

Физически сшитый пенополиэтилен эластичен, имеет микропористую структуру. Пора закрытая. Поверхность гладкая.

Важно![править | править код]

  1. Экспериментально определить степень сшивания пенополиэтилена по стандартизированным методикам ГОСТ IEC 60811-507–2015 или ГОСТР 57748— 2017 технически не возможно. Этот показатель при производстве пенополиэтилена кроме добавления определенного количества пероксидов и соблюдения технологических параметров производства, вообще никак не контролируется. Различия в значениях физико-механических показателях пенополиэтиленов вспененных разными методами не превышают погрешность метода определения, поэтому на сегодняшний день за термином "сшитый" не стоит никаких количественный значений, фактически это лишь уточнение технологии производства, остальное - маркетинг.
  2. Химически сшитые пенополиэтилены с кратностью вспенивания более 30 (плотность менее 33 кг/м3) не пригодны для изоляции ударного шума в конструкциях "плавающего" пола т.к. содержат слишком мало полимера. Их тонкий полимерный каркас необратимо сжимается под нагрузкой 100-200 кг/м2 на 20-30% в год, это значит, что за 3-5 лет такой материал превращается в пленку.


Технологии производства сшитого полиэтилена PE-X для труб:

1) Пероксидная (нагрев в присутствии пероксидов), при которой получают материал с обозначением PEX-A. Трубы PEX-A обладают лучшими характеристиками устойчивости к нагрузкам среди всех разновидностей. Сшивание пероксидом позволяет скрепить до 90% макромолекул. При разматывании бухты они быстро выпрямляются и хорошо держат форму. На изгибах (в пределах допустимых норм и соблюдении технологии) не заламываются;

2) Силановая (обработка влагой, в которую предварительно был имплантирован силан + катализатор), при которой получают материал с обозначением PEX-B. Сшивка силаном дает около 80% скрепления молекул исходного полимера. Производственный процесс проходит в два этапа. На первом полимер насыщается силаном, на втором – насыщается дополнительной водой (гидратируется). Трубы не уступают по прочности пероксидным, но менее эластичны и хуже восстанавливают первоначальную форму;

3) Электронная (бомбардировка электронами), при которой получают материал PEX-C. Здесь применяется радиоактивное излучение для сшивки полимеров, выход поперечных связей в готовом материале составляет около 60% от общего числа возможных. В процессе материал бомбардируется электронами. Выходные характеристики материала зависят от пространственной ориентации при производстве. Трубы получаются не слишком гибкими, склонными к заломам. Заломы устранить можно только с помощью соединительной муфты;

4) Азотная, при которой получают материал с обозначением PEX-D. Полезный выход здесь около 70%, что больше, чем у PEX-C. Однако эта технология самая сложная в практической реализации и производители от ее использования постепенно отказываются.

Сшитый полиэтилен характеризуется такими параметрами как:

  • доля сшивки;
  • доля материала в форме кристаллита;
  • напряжение на разрыв;
  • удлинение на разрыв.


Преимущества сшивки[править | править код]

За счёт сшивки молекул вспененного полиэтилена улучшаются следующие параметры:

— теплостойкость (рабочий температурный интервал сшитых пенополиэтиленов, как правило, на 20-30°С выше несшитых);

— физико-механические показатели (разрушающее напряжение при растяжении, предел прочности при сжатии, относительная остаточная деформация при сжатии, динамический модуль упругости) при равной плотности и толщине могут быть лучше на 5-15%;

— возможность использования сшитого пенополиэтилена при кратковременных точечных нагрузках (5-20 кг/см2 (50-200 тонн/м2), использование «несшитого» пенополиэтилена в данном случае не желательно, так как ячейки могут необратимо деформироваться (лопаться));

— стойкость к ультрафиолету и атмосферостойкость;

— стабильность геометрических размеров;


За счёт сшивки молекул полиэтилена увеличиваются параметры:

- температуры плавления. Сшитый полимер размягчается при повышении температуры более 150 °С, плавится при 200 °С;

- Увеличенная жёсткость и прочность на разрыв;

- Пароизоляции;

- Восстановления формы после кратковременной деформации.

Физически сшитый пенополиэтилен с клеевым слоем, в форме ролика
Пример изделия из физически сшитого пенополиэтилена. Туристические ковры.

Области применения сшитого пенополиэтилена[править | править код]

Пример изделий из сшитого полиэтилена - водяной тёплый пол.

— строительно-ремонтная отрасль (теплоизоляция; снижение ударного шума в конструкциях плавающих полов и ступеней, а также в качестве подложки под паркет, доску-ламинат и различные напольные покрытия; звукоизоляция; гидроизоляция);

— автомобилестроение (формирование интерьера автомобиля, панелей приборов, дверных карт; тепло- , шумоизоляция, формирование воздуховодов и другое);

— медицина (изготовление пластырей, бандажа, применение в ортопедической обуви);

— обувная промышленность (формование стелек, запятников, мягких вставок);

— спорт, отдых, туризм (применение в виде ковров, матов, плавательных досок, спасательных средств и т. д.);

— авиа и вертолетостроение (теплоизоляция);

— армия, спецподразделения (ковры хаки).

Области применения сшитого полиэтилена[править | править код]

Сшитый полиэтилен обладает уникальными свойствами по прочности и стойкости к различным разрушающим явлениям, включая высокую температуру.

- Изготовление напорных труб для холодного и горячего водоснабжения;

- Изготовление систем отопления;

- Изготовление изоляции кабелей высокого напряжения;

- Изготовление специальных строительных материалов и как элемент конструкционного назначения.

Литература[править | править код]

  • ГОСТ 32415-2013 «Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления. Общие технические условия»
  • В. К. Князев, Н. А. Сидоров. Облученный полиэтилен в технике. М., «Химия», 1974, 376 с.
  • Князев В. К., Сидоров Н. А. Применение облученного полиэтилена в радиоэлектронике. М., «Энергия», 1972. 64 с.
  • Прижижецкий С. И., Самсоненко А. В. «Новый стандарт проектирования тепловой изоляции оборудования и трубопроводов.», Промышленное и Гражданское Строительство 12/2008, Издательство «ПГС», ISSN 0869-7019
  • Батраков А. Н., Амплеева И. А., «Сшитые и несшитые пены, их сходство и различие», Промышленное и Гражданское Строительство 9/2005, Издательство «ПГС», ISSN 0869-7019
  • А. И. Ларионов, Г. Н. Матюхина, К. А. Чернова, «Пенополиэтилен, его свойства и применение», Ленинградский дом научно-технической пропаганды, г. Ленинград, 1973 г.
  • И. В. Кулешов, Р. В. Торнер, «Теплоизоляция из вспененных полимеров», Москва Стройиздат 1987 г.
  • Берлин А. А. Основы производства газонаполненных пластмасс и эластомеров. М" Гюсхимиздат, 1954.
  • Воробьев В. А, Андрианов Р А, Федосеев Г П Полимерные теплоизоляционные материалы в строительстве М., ВЗСТ, МВнССО РСФСР, 1964

Ссылки[править | править код]