Физико-химические свойства различных типов сшитого полиэтилена

Между линейными молекулами пероксидного и сшитого физическим способом полиэтилена, то есть PEXa и PEXc есть поперечные связи, которые состоят из углеродных групп вида =С-С=. Если используется силановая сшивка (PEXb), то связи состоят из кремниево-кислородных групп вида =Si-O-Si=. Когда осуществляется пероксидная сшивка, радикалы, возникающие при распаде пероксидных соединений, не являются составляющими поперечных связей между основными молекулами, определяющихся С-С-связями. Цепи и поперечные связи подвергаются тепловой, механической и термодеструкции, и данные процессы тесно связаны между собой. На стабильность полимерных цепей оказывает воздействие типология поперечных связей, тогда как структура главных молекул влияет на качество поперечных связей, а именно на их прочность, плотность материала и т.д. Способ сшивки оказывает заметное воздействие на способность к реакции узлов и мономерных звеньев, если используется один тип поперечных связей. Уровень кристаллизации (температура стеклования) приблизительно одинаков для всех разновидностей, а вот максимальная температура плавления сшитого полиэтилена, в зависимости от типа, имеет некоторые различия (сшитый физическим способом полиэтилен PEXc имеет отличную температуру и она заметно ниже, чем у пероксидносшитого PEXa и силаносшитого PEXb полиэтилена).

Отличие имеется и в начальной температуре плавления — так, например, для PEXb точка начала плавления располагается в районе более высоких температур, чем, например, у PEXa, хотя это различие и незначительное. Несколько более высокая термостойкость вообще свойственна для разветвленных полимеров, которые производятся путём «прививки» ненасыщенного силанового раствора к полиэтилену. Характерные различия в температурах возникают в начале термодеструкции — процесса разрушения материала под воздействием температур (речь идёт о необратимых процессах). Для силаносшитого полиэтилена (PEXb) свойственна предельная термостойкость, и начало термодеструкции происходит при температурах на 10-20 градусов выше, если сопоставить с пероксидносшитым полиэтиленом. В случае с сшитым физическим способом полиэтиленом разница будет ещё более существенной. Это происходит из-за того, что связь «кремний-углерод» более прочная, чем «углерод-углеродная» связь. Уровень сшивки, а также плотность цепочки весьма заметно отражаются на характеристиках полимера и процессах его плавления.

У силаносшитого и сшитого физическим методом полимеров степень сшивки приблизительно на 20% ниже, чем у пероксидносшитого полимера. Уровень гель-фракции не способен дать детальное представление о характере сшивки, а может предоставить лишь только общую информацию, однако он говорит о появлении пространственной цепочки с различной плотностью. Качества сшитых полимеров определяют следующие параметры: структура полимерной цепочки, изначальная молекулярная масса полимера, плотность кросс-связей, длина молекулярных цепочек между узлами основной цепочки, вид самих поперечных связей и их химический состав. При радиационной сшивке полимера в редких случаях образуется структурная цепочка с достаточно солидными расстояниями между узловыми точками сцепки.

Высокая плотность структуры встречается у PEXb. Плотность структуры PEXb превышает плотность структуры PEXa на 30% и в три раза выше, чем у PEXс, хотя и обладает низкой долей растворимого полимера. Высокая плотность структуры также способствует уменьшению газопроницаемости и увеличивает прочность полимера, а также химическую устойчивость. Изменения, которые происходят в параметрах полиэтилена за счет сшивки (увеличение стойкости к появлению трещин, снижение температуры стеклования (кристаллизации), повышение прочности и деформации), имеют общее происхождение. Эта причина заключает в том, что увеличивается содержание промежуточных цепочек, которые способствуют более равномерному распределению давлений в измененном кристаллизованном полимере из-за увеличения силы связывания между структурными образованиями.

Полиэтилен, сшитый пероксидным (PEXa), силановым (PEXb) и физическим (PEXc) способами, весьма существенно различается по вышеуказанным характеристикам. Из-за этого происходит негативное изменение прочности и увеличивается коэффициент линейного расширения при повышенных температурах, а также изменение и других механических качеств материала. Способ, которым был получен сшитый полиэтилен, оказывает заметное влияние на плотность материала и на его деформационные качества в довольно-таки солидном температурном диапазоне. Показатель прочности при разрыве силаносшитого (PEXb) и пероксидносшитого (PEXa) полиэтилена почти совпадает. Поэтому и изменение прочности этих полимеров, при увеличении тестовой температуры, происходит одинаково. Если температура повышается от +20 до +110°С, то прочность полимеров падает минимум в 2 раза для любых материалов данного типа.

Прочность на разрыв PEXc в условиях комнатной температуры на 20% ниже, чем у PEXa и PEXb. Самым низким уровнем прочности обладает именно сшитый физическим способом полиэтилен, что выявлено температурными испытаниями. Прочность на разрыв у PEXb ниже, чем у PEXa из-за расположения макромолекул. Это ведет к тому, что восстановительные процессы замедляются и компенсации деформаций при этом нередко не наблюдается, что уменьшает срок работы готовых изделий из этих материалов — а это трубопроводы, системы отопления, а также ХВС, ГВС и различные системы промышленного назначения. Кроме того, упомянутое свойство негативно сказывается на количестве пиковых нагрузок.