Расширенное руководство по полимерам. Свойства термопластов. Полиолефины. Полиэтилены. Часть 1

В семействе полиолефинов существует множество отдельных подсемейств, которые включают полиэтилены низкой плотности, линейные полиэтилены низкой плотности, ультранизкомолекулярные полиэтилены, высокомолекулярные полиэтилены, сверхвысокомолекулярные полиэтилены, полиэтилентерефталаты, этиленвинилацетатные полиэтилены, хлорированные полиэтилены, сшитые полиэтилены, полипропилены, полибутилены, полиизобутилен, иономеры, полиметилпентен, термопластичные полиолефиновые эластомеры и многие другие. Некоторые из этих пластиков часто конкурируют в пределах одних и тех же областей применения. Прочность, модуль упругости, ударная вязкость и другие свойства сильно различаются в зависимости от типа, степени кристалличности и их изготовления, что приводит к разной плотности. Их устойчивость к растрескиванию под напряжением и полезные диапазоны рабочих температур также могут варьироваться в зависимости от типа полиолефина, их кристаллической структуры и т. д.

Полиэтилены до сегодняшнего дня являются ведущей пластиковой группой по продажам по всему миру. Эти полиолефиновые материалы относительно недороги, просты в обработке и универсальны. Они доминируют в упаковочном сегменте и в сегменте одноразовых изделий. Существуют разные виды полиэтилена. Эти кристаллические структурные базовые термопластичные полимеры с различной длиной цепи и молекулярной массой могут давать очень низкую плотность (VLDPE), низкую плотность (LDPE, ПВД или ПНП), линейную низкую плотность (LLDPE, ЛПВД или ЛПНП), среднюю плотность (MDPE или ПСД, ПСП), высокую плотность (HDPE, ПНД или ПВП) с очень высокой молекулярной массой (UHMWE, СВМПЭ) и другие типы.

Некоторые из них гибкие, другие жесткие, а некоторые имеют низкую ударную вязкость, тогда как другие почти не ломаются. У одних хорошая прозрачность, другие, наоборот, непрозрачны и имеют иные свойства. Рабочие температуры для PE варьируются от –40 oC до +93 oC (от –40 oF до +200 oF). В целом они характеризуются прочностью, превосходной химической стойкостью и диэлектрическими свойствами, низким коэффициентом трения, почти нулевым поглощением влаги и простотой обработки. Они в основном классифицируются в соответствии с их плотностью, а также давлением, применяемым при обработке сырьевого материала.

Существуют бимодальные полиэтилена высокой плотности, которые широко используются в Европе. Спрос на полиэтиленовые водопроводные трубы в Европе выше, чем в США. Европейцы используют модернизированный бимодальный полиэтилен высокой плотности с начала 1990-х годов. По итогам прошлого десятилетия в США / Европе доля высокопрочного чугуна составляет 49,7% / 30,3%, ПВХ - 46,7% / 25% и полиэтилена — 3,6% / 44,7% от производства бытовых водопроводных труб соответственно. По весу это производство включало 5 / 830 миллионов тонн ковкого чугуна, 4,7 / 690 млн. т ПВХ и 370/1228 тысяч тонн полиэтилена. Сообщается, что потребуется больше времени для преобразования североамериканского рынка водоснабжения под более дорогостоящие бимодальные пластики, как правило, соответствующего ISO материала PE100 по современной общей мономодальной технологии. Ожидается, что лучшие полиэтиленовые материалы в конечном итоге появятся на рынке водопроводных систем в США, где достаточно сильно чугунное лобби.

Три производителя передовых труб ПНД участвуют в разработках Plastics Pipe Institute Inc. (PPI) по расширению использования полиэтиленовых водопроводных труб. Между тем, производители ПВХ-труб с эластомерными уплотнениями и труб из ковкого чугуна, представленные Ассоциацией ПВХ-труб Uni-Bell из Далласа, штат Техас, и Ассоциацией исследователей труб из ковкого чугуна в Бирмингеме, штат Алабама, будут следить за любым вторжением на рынок PE. Модернизированный бимодальный полиэтилен высокой плотности обеспечивает определенные преимущества. Отличная пластичность позволяет полиэтиленовым трубам выдерживать землетрясения лучше, чем более жесткие материалы, такие как ковкий чугун и даже ПВХ. У полиэтиленовых труб значительно более медленное растрескивание под воздействием механических нагрузок. Также PE не будет растрескиваться при жестких испытаниях, но его текущая расчетная прочность ниже, чем у ПВХ для того же номинального давления. Это приводит к получению полиэтиленовых труб с более толстыми стенками и чрезмерно высокой стоимостью. Даже с его преимуществами рейтинг давления полиэтиленовых труб является единственной, но большой проблемой, поэтому на данный момент применение труб ПВХ для водопроводных систем коммерчески более оправданно.