Плотность полиэтилена как основной тип его технических характеристик

Полиэтилен является одним из самых популярных полимеров, которые используются в промышленности и различных отраслях народного хозяйства. Его свойства позволяют решать самые различные задачи. Очень широко он используется в изготовлении различных пленок, труб, деталей и конструкций машин, в бытовой сфере (игрушки, посуда, упаковочные материалы) и т.д. Вместе с тем мы часто не задумываемся над тем, почему этот полимер обладает теми или иными свойствами и, почему предметы, изготовленные гипотетически из одного материала, обладают различными характеристиками. Весь секрет кроется в структуре полиэтилена и способе его получения.

Полиэтилен представляет собой линейный полимер, получаемый в процессе полимеризации из ненасыщенного углеводорода (алкена) – этилена. Его молекулы могут достигать большой длины и иметь молекулярную массу, равную нескольким миллионам. При этом нет конкретных пределов этих показателей, поэтому полиэтилен может обладать самыми различными свойствами. Также на его характеристики влияет наличие боковых ответвлений в структуре молекулы, при этом, чем больше таких ответвлений имеется в соединении, тем оно менее прочное, однако обладает большей пластичностью.

Как видим, строение полиэтилена или сокращенно ПЭ, определяет общие свойства данного материала. Однако более важную роль в определении тех или иных качеств сырья играет такой показатель, как плотность полиэтилена. Плотность зависит от того, каким способом получали полиэтилен. Она определяет технические характеристики, которые ложатся в основу использования полиэтилена в той или иной отрасли.

Виды полиэтилена в зависимости от способа получения и плотности

Полиэтилен может производиться двумя принципиальными методами.

1. Использование высокого давления до 150 Мпа, а также каталитических реагентов в виде кислорода и органических пероксидов. В результате этого получается полиэтилен низкой плотности (915-925 кг/м3). Он имеет аббревиатуры LDPE , PELD, ПЭВД и т.д. Такой полиэтилен имеет большее количество ответвлений в основной цепи. Именно это определяет такие свойства материала, как низкая температура плавления, мягкость и пластичность, эластичность.
2. Использование низкого давления до 1 Мпа и катализаторов на основе окислов металлов. В ходе данной полимеризации на выходе получается полиэтилен высокой плотности (HDPE , PEHD, ПЭНД) - 941 – 965 кг/м3. Этот полимер содержит минимальное количество ответвлений в цепи. Изделия из такого полимера прочные и жесткие, стойкие к действию химических реагентов, однако, наделены меньшей ударной вязкостью.

В отдельных случаях изготавливается полиэтилен средней плотности, однако он не нашел такого широкого использования, как первые два вида.

Если вдаваться в химические азы, то плотность полиэтилена зависит от степени кристаллизации молекулы в процессе полимеризации. При экструзии или другом способе производства в ходе охлаждения расплава молекулы полимера ориентируются друг относительно друга, вследствие чего образуются кристаллиты, между которыми имеются аморфные участки. Эти участки образуют сверхмолекулярные структуры – сферолиты. Чем ниже длина цепей полимера и чем ниже степень разветвленности молекул и длина боковых цепей, тем более полно проходит кристаллизация. И чем выше степень кристаллизации, тем выше плотность полимера. К примеру, в полиэтилене высокой плотности имеются молекулы с низкой и средней молекулярной массой, которые обеспечивают степень кристаллизации до 80%. В полиэтилене низкой плотности, за счет длинных молекул и большого количества ответвлений, кристаллизация снижается до 35% , как следствие, уменьшается прочность материала.

Если обращаться к маркировке полиэтилена различного вида, то полиэтилен низкого давления условно обозначается восьмью цифрами, в которых заложена марка материала и стандарт, по которому данный полимер изготовлен. Такая же классификация (маркировка) имеется и у полиэтилена высокого давления.

Как видим, все основные характеристики полиэтилена зависят от плотности и молекулярной массы полимера, а потому отличаются для различных видов полиэтилена. Вместе с тем, рынок диктует свои условия, и на оба вида продукции всегда имеется свой потребитель.