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

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

При сшивке в молекулярных цепочках, содержащих атомы углерода и водорода, под воздействием определённых факторов (повышенная температура, кислород, облучение электронами высокой энергии), отрываются отдельные атомы водорода. Образовавшаяся свободная связь используется для соединения отдельных цепочек между собой.

Технология производства Химическая сшивка

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

Физическая сшивка Смешение и гомогенизация компонентов, основными из которых являются полиэтилен низкой плотности (LDPE). В состав также входят вспениватель, катализаторы вспенивания, стабилизаторы и другие добавки; Облучение экструдированного листа быстрыми электронами, которые генерируются ускорителем, содержащим эмиттер электронов и систему их разгона до требуемых уровней энергии; Вспенивание облучённого 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.

Технологии производства сшитого полиэтилена PE-X для труб

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; Силановая (обработка влагой, в которую предварительно был имплантирован силан + катализатор), при которой получают материал с обозначением PEX-B. Сшивка силаном даёт 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; Электронная (облучение пучком электронов), при которой получают материал PEX-C. Здесь применяется облучение пучком электронов высокой энергии промышленного ускорителя для сшивки полимеров, выход поперечных связей в готовом материале составляет около 60 % от общего числа возможных. 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; 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 её использования постепенно отказываются.

Преимущества сшивки

За счёт сшивки молекул вспененного полиэтилена улучшаются следующие параметры: теплостойкость (рабочий температурный интервал сшитых пенополиэтиленов, как правило, на 20-30 °C выше не сшитых); физико-механические показатели (разрушающее напряжение при растяжении, предел прочности при сжатии, относительная остаточная деформация при сжатии, динамическая жесткость) 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;

+ Показатели качества:ПоказательСшитый полиэтиленПЭВД (LDPE)ПенополиетиленПенополиэтилен не сшитыйДоля сшивки. %60-90<3не определяется1не определяется1Плотность, кг/м3940-960900-93025-20017-40Температура размягчения, °С130-140100нет данных100Максимальная рабочая температура, °С90-95 -9585Удлинение при разрыве, %350-500100-800100-160100-200Напряжение на разрыв, МПа В продольном направлении

В поперечном направлении20-257-17>0,25

>0,2~0,36

~0,17Коэффициент теплопроводности ʎ25, Вт/мК0,35-0,40,20-0,360,039-0,050,039-0,045Модуль упругости на изгиб, МПа600-900118-225 - -Динамический модуль упругости, МПа - -0,14-1,800,12-0,93Относительное сжатие, нагрузка 2000 кПа - -0,01-0,10,02-0,1Остаточная деформация, % (после 25 % линейной деформации) - -<73-6Срок службы2, лет3-50 -5050 Примечания:

Стандартизированная методика ГОСТ Р 57748-2017, не пригодна для определения доли сшивки вспененных материалов. Срок службы для труб нормирует ГОСТ Р 57748-2017. Сроки службы сильно сокращаются при высокой температуре теплоносителя, так при температуре до 70 °С срок службы труб 25 лет и более. При температуре 95 °С срок службы сокращается до 2-3 лет. Срок службы пенополиэтиленов определён по ГОСТ ISO 188—2003. Эта методика даёт не релевантные результаты для полимерных материалов, чей срок службы отличается от срока хранения.

Области применения сшитого пенополиэтилена

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); кабельная промышленность (изоляция жил и внешняя оболочка кабелей и проводов); 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 Сшитый полиэтилен обладает уникальными свойствами по прочности и стойкости к различным разрушающим явлениям, исключая 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 ГОСТ Р 57748-2017 «Композиты полимерные. Метод определения параметров полимерной сетки сшитого сверхвысокомолекулярного полиэтилена в растворителе» 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. Облучённый полиэтилен в технике. М., «Химия», 1974, 376 с. Князев В. К., Сидоров Н. А. Применение облучённого 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. Воробьёв В. А, Андрианов Р А, Федосеев Г П Полимерные теплоизоляционные материалы в строительстве М., ВЗСТ, МВнССО РСФСР, 1964

Ссылки ASTM D2765 — 01(2006) Standard Test Methods for Determination of Gel Content and Swell Ratio of Crosslinked Ethylene Plastics

Категория:Полиэтилен Категория:Пластмассы