Среднего давления полиэтилен: Полиэтилен среднего давления — свойства, применение, технология получения

Полиэтилен среднего давления — свойства, применение, технология получения

Сокращения: ПСД, ПЭСД

Тип полимера: Полиолефины, темопласты

Полиэтилен среднего давления — своеобразный «микс» из полиэтилена низкого и высокого давления (термопластичных полимеров этилена, относящихся к классу полиолефинов). Существует несколько видов ПСД, которые, в зависимости от содержания полиэтилена двух видов, могут быть по своим свойствам ближе к ПВД (полиэтилен высокого давления) или ПНД (полиэтилен низкого давления).

Молекулярная формула представлена в виде общей формулы полиэтилена (ПЭ):

Сравним показатели, характеризующие строение полимерной цепи различных видов полиэтилена:

Показатель	ПВД	ПСД	ПНД
Общее число групп СН3 на 1000 атомов углерода	21,6	5	1,5
Число концевых групп СН на 1000 атомов углерода:	4,5	2	1,5
Этильные ответвления	14,4	1	1
Общее количество двойных связей на 1000 атомов углерода	0,4 – 0,6	0,4 – 0,7	1,1 – 1,5
Степень кристалличности, %	50 — 65	75 — 85	80 — 90
Плотность, г/см³	0,91 – 0,93	0,93 – 0,94	0,94 – 0,96

В таблице ниже приведены физико – химические свойства полиэтилена среднего давления

Плотность, кг/м3	960-970
Температура для плавления, С	130-135
Температура для размягчения, С	80-100
Молекулярная масса промышленных марок, 10 -4	4-7
Модуль упругости при изгибе, МПа	1070-1100
Разрушающее напряжение при изгибе, МПа	25-40
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа	25-38
Относительное удлинение, %	200-800
Ударная вязкость, кДж/м2	не ломается
Твердость по Бринеллю, МПа	55-60
Удельная теплоемкость, кДж/(кг*К)	2,3-2,7
Коэффициент температуропроводности, Вт/(м*К)	0,27
Коэффициент линейного расширения, 104 град-1	2
Показатель текучести расплава, г/10 мин	0,2-10

Существует ряд преимуществ, благодаря которым производители выбирают именно ПСД для создания своей продукции. Так, пленка среднего давления намного плотнее пленки высокого давления; обладает высокой жесткостью, прочностью; устойчива к воздействию влаги и температуры; эргономична. В добавление к вышеперечисленным свойствам отмечается, что на рассматриваемый материал возможно нанесение рисунков и изображений, что обусловлено особенной структурой.

Интересно отметить, что если полиэтилен среднего давления, из которого изготовлен товар, ближе по своим свойствам к ПНД, то такой материал будет несколько прочнее. В то же время, он уже не будет морозостойким и термостойким. Температурный режим ограничится диапазоном от 75°C до 80°C. Напротив, если мы имеем дело с полиэтиленом среднего давления с высоким содержанием ПВД, то продукция окажется более герметичной и не подойдет, например, для транспортировки газов.

Также следует сказать, что ПСД устойчив к действию воды, не реагирует со щелочами любой концентрации, с растворами нейтральных, кислых и основных солей, органическими и неорганическими кислотами, даже с концентрированной серной кислотой, но разлагается при действии 50%-ой азотной кислоты при комнатной температуре и под воздействием жидкого и газообразного хлора и фтора.

При комнатной температуре нерастворим и не набухает ни в одном из известных растворителей. При повышенной температуре (80 °C) растворим в циклогексане и четырёххлористом углероде.

Полиэтилен среднего давления, как правило, получают методом ионной полимеризации. Проводят ее при давлении 3 – 4 МПа и температуре 150°C в растворе в присутствии катализаторов – оксидов металлов переменной валентности (Cr, Mo, V).

В качестве исходного сырья используют этилен. В промышленности его получают пиролизом предельных углеводородов при 780 — 830°C. Для этой цели используют попутные газы, выделяющиеся при добыче нефти и при ее стабилизации на промыслах и заводах (этановая, пропановая, бутановая фракции и газовый бензин) и продукты переработки нефти и природные углеводородные газы (газы, содержащие этан, пропан, сжиженные газы – пропановая и бутановая фракции, а также бензины прямой гонки с низким октановым числом). Пиролиз проводят в трубчатых печах; при этом образуется пиролизный газ, смола и кокс.

Чтобы получить этилен высокой чистоты, пиролизный газ подвергается очистке путем фракционирования.

Как уже отмечалось выше, ПСД получают с помощью катализаторов, представляющих собой оксиды металлов переменной валентности, нанесенных на алюмосиликат, который обычно содержит 75 – 90% диоксида кремния.

Оксидный хромовый катализатор готовят путем пропитки алюмосиликатного носителя водным раствором триоксида хрома (CrO₃). Пропитанный оксидами хрома носитель сушат при 100 — 200°C. Оптимальное количество оксидов хрома составляет 5 – 6%.

Для увеличения активности катализатор перед использованием подвергают активации путем нагревания его взвеси в сухом воздухе в течение 5 ч при 500 — 550°C. В этих условиях 80 – 90% хрома остается в шестивалентном состоянии. Активированный катализатор охлаждают сухим воздухом и хранят в герметичной таре.

Процесс состоит из стадий подготовки исходного сырья (этилена, катализатора и растворителя), полимеризации этилена, концентрирования раствора полиэтилена, выделения и грануляции полимера, регенерации растворителя и катализатора. Обратимся к схеме процесса производства полиэтилена среднего давления в жидкой фазе:

1 – аппарат для приготовления суспензии катализатора

2 – сборник суспензии

3, 4, 5 – полимеризаторы

6, 7, 8 – подогреватели

9 – холодильник

10, 12 – сепараторы

11 – концентратор раствора полиэтилена

13 – экструдер для выделения и грануляции полиэтилена

Суспензия катализатора в бензине, приготовленная в аппарате 1, поступает в сборник 2, из которого с помощью дозатора непрерывно подается в первый полимеризатор каскада полимеризаторов 3, 4 и 5. Одновременно в этот полимеризатор подаются этилен и бензин, предварительно нагретые в теплообменнике 6 до 120°C. В полимеризаторе при температуре 140 – 145°C и давлении 4 МПа в присутствии катализатора протекает процесс полимеризации этилена до 8%-ой концентрации полиэтилена в бензине. Раствор полиэтилена по обогреваемому трубопроводу, а также смесь этилена с бензином через теплообменник 7 подаются во второй полимеризатор, в котором при том же режиме процесс продолжается до концентрации полиэтилена в растворе, равной 14%.

Далее реакционная смесь поступает в третий полимеризатор, где процесс продолжается до концентрации полиэтилена в растворе, равной 18 – 20%. Съем тепла реакции осуществляется за счет подачи этилена, обогреваемого в теплообменнике 8.

Все три полимеризатора имеют одинаковую конструкцию и представляют собой автоклавы объемом 16 м

3, снабженные турбинными мешалками и рубашками для поддержания необходимой температуры.

Парогазовая смесь из полимеризатора поступает в конденсатор 9, охлаждаемый низкотемпературным хладагентом. Охлажденная до 60°C смесь поступает в сепаратор 10. Этилен и бензин после разделения и очистки возвращаются в цикл. Раствор полиэтилена отделяется от катализатора фильтрованием и передается в концентратор 11, в котором за счет дросселирования раствора с 4 по 1 МПа в результате испарения бензина и растворенного этилена происходит концентрирование до 35% полиэтилена. Смесь поступает в сепаратор – дегазатор 12, в котором концентрированный раствор полиэтилена отделяется от этилена и паров бензина. После этого полиэтилен поступает в экструдер 13, где за счет дальнейшего дросселирования раствора до атмосферного давления бензин закипает и выделяется, а полиэтилен поступает в гранулирующую часть, режется на гранулы, охлаждается и упаковывается.

К достоинствам производства полиэтилена СД на оксидно-металлических катализаторах относится меньшая токсичность и большая безопасность применяемых катализаторов по сравнению с металлоорганическими катализаторами, а также возможность их многократной регенерации.

К недостаткам способа следует отнести необходимость проведения дополнительных операций, связанных с выделением и очисткой полимера, большим расходом растворителя и его регенерацией, что усложняет производственный процесс.

Свойства полиэтилена среднего давления варьируются очень широко, благодаря вариациям производства и соотношения полиэтилена низкого давления и полиэтилена высокого давления. Так, рассматриваемый нами материал применяется в изготовлении обычной термоусадочной пленки, в производстве мешков, сумок, крышек для пластиковых емкостей. Очень популярно среди производителей использовать ПСД при изготовлении труб и в кабельном производстве: в качестве изолятора. Садовая и уличная мебель тоже может содержать в себе полиэтилен среднего давления, точно так же как и посуда для медицинских изделий (благодаря своей возможности подвергаться стерилизации). В последние годы полимер выступает в роли важного компонента при изготовлении композиционных термопластичных полимерно – древесных материалов.

Также считается, что полиэтилен среднего давления является самым доступным материалом для производства пакетов, пленок, мешков для офисной деятельности, торговли, сбора отходов и всевозможных бытовых нужд.

Следует отметить, что такой материал не следует использовать в регионах с низкими температурными показателями и для хранения продукции в морозильных камерах. Он может потрескаться, нарушить свою целостность.

Что касается утилизации полиэтилена среднего давления, существует возможность его повторной переработки всеми возможными для пластмасс методами. Например, это может быть экструзия, экструзия с раздувом, литье под давлением и пневматическое формование.

Полиэтилен среднего давления (высокой плотности)

Полиэтилен среднего давления (ПЭСД) получают полимеризацией этилена в растворителе при 130 – 150 ⁰С и давлении 3,5 – 4 МПа в присутствии катализаторов, представляющих собой оксиды металлов переменной валентности (Cr, Mo, V), нанесённых на алюмосиликат, который обычно содержит 75 – 90 % диоксида кремния.

Оксидный хромовый катализатор готовят путём пропитки алюмосиликатного носителя водным раствором триоксида хрома (CrO₃). Пропитанный оксидом хрома носитель сушат при 100 – 200 ⁰С. Оптимальное количество оксида хрома составляет 5 – 6 %.

Для увеличения активности катализатор перед использованием подвергают активации путём нагревания его взвеси в сухом воздухе в течение 5 ч при 500 – 550 ⁰С. В этих условиях 80 – 90 % хрома остаётся в шестивалентном состоянии. Активированный катализатор охлаждают сухим воздухом и хранят в герметичной таре.

Процесс получения полиэтилена среднего давления состоит из следующих стадий:

• подготовка исходного сырья (этилена, катализатора и растворителя),

• полимеризация этилена,

• концентрирование раствора полиэтилена,

• выделение и грануляция полимера,

• регенерация растворителя и катализатора.

К достоинствам производства полиэтилена среднего давления на оксиднометаллических катализаторах относится меньшая токсичностьи большая безопасность применяемых катализаторов по сравнению с металлоорганическими катализаторами, а также возможность их многократной регенерации.

К недостаткам способа относится необходимость проведения дополнительных операций, связанных с выделением и очисткой полимера, большим расходом растворителя и его регенерацией, что усложняет производственный процесс.

Полиэтилен среднего давления – линейный гибкоцепной полимер со строением звена аналогично полиэтилену высокого давления. В промышленности полиэтилен среднего давления получают полимеризацией этилена в растворителе в присутствии оксидов кобальта, молибдена, вольфрама при температуре 130 – 170 ⁰С и давлении 3,5 – 4,0 МПа (метод Филлипса).

Разветвлённось полиэтилена среднего давления ещё ниже, чем у полиэтилена низкого давления. Полиэтилен среднего давления обладает наибольшей среди полиэтиленов плотностью, его температура плавления –128 – 132 ⁰С.

Химическая стойкость и физико-механические показатели выше, чем у полиэтилена высокого давления и полиэтилена низкого давления, а диэлектрические и теплофизические свойства – как у полиэтилена низкого давления.

Полиэтилен среднего давления – конструкционный материал общетехнического назначения (трубные системы, соединительные детали).

Сравнительные свойства конструкционных материалов на основе полиэтилена представлены в табл. .

Табл. . Свойства конструкционных материалов на основе полиэтилена

показатель	ПЭВД	ПЭНД	ПЭСД
плотность, кг/м3	918–930	954–960	960–968
Тпл., 0С	103–110	132–124	135–128
Тхр., 0С	–120– (–80)	–55– (–120)	–140– (–70)
Прочность при разрыве МПа	10–17	18–45	18–40
водопоглощение %	0,02	0,005	0,01
удлинение при разрыве,%	500–800	50–1200	50–900

PE (полиэтиленовые) трубы — классы давления PN

Полиэтилен высокой плотности — HDPE — очень популярный материал для водопроводных труб. Это

• , устойчивые к химическим веществам
• Легко и легкий взвешенный
• Long Living
• Низкий трение
• Относительно дешевый
• Гибкий
• Грустный
• Способность к выдумке водой
99
• . Способность к выдуманной воде

559

. трубы можно использовать в диапазоне температур -40 ^o C до 60 ^o C с учетом изменения рабочего давления. Обычно стандартная спецификация определяет класс трубы из ПЭВП по классу номинального давления — PN — до PN 20 или 20 бар . Трубы из ПЭВП также можно классифицировать по используемому материалу – ПЭ 100, ПЭ 80, ПЭ63, ПЭ 40 или ПЭ 32.

Давление номинальное – PN

в барах труба может поддерживать водой на 20 ^или С .

Оценки давления, доступные в соответствии с европейскими стандартами, составляют

• PN 2,5 — максимальное давление 2,5 бар
• PN 4 — максимальное давление 4 бар
• PN 6 — максимальное давление 6 бар
• Pn 10- 10- 10- максимальное давление 10 бар
• PN 16  — максимальное давление 16 бар

• 1 бар = 10 ⁵ Па (Н/м ^{9 2/мм Н 20 = 20 900,21)0029 = 10,197 кп/м 2 = 10,20 м.}

Цветовые коды и оценки давления

Цветовые коды, используемые для обозначения датчиков на трубах

901:

Цветовой код	PN 6
Blue	PN 10
GREEN	PN 16

9003

Классифицированные. — системы трубопроводов низкого давления

ПЭ 40 — системы трубопроводов низкого давления

ПЭ 63 — системы трубопроводов среднего давления — оросительная система — соединения питьевой воды

ПЭ 80 — газопроводы для газораспределительной сети с давлением до 4 бара — трубы для питьевой воды с давлением до 16 бар — канализационные, водосточные трубы, промышленные трубы

PE 100 — трубопроводы с высокими требованиями Материалы:

11117 9.9999999999999999997 MPA
МПа)0099

Обозначение материала	MRS в 50 лет и 20 O C МПа (бар)
PE 100	10 (100)
PE 80	8 (80)
PE 63	6. 3 (63)
PE 40	4 (40)
PE 32	3,2 (32)

• 1 бар = 1×10 ⁵ PA (N/M ² ) = 0,1 н/мм ² = 14,5 п.н. (LB /F 0/F . ² )

Цветовые коды и классификация материалов

Общие цвета, используемые для классификации труб

• полностью черный для промышленного применения
• полностью синий или черный с синими полосами, для питьевой воды
• полностью желтый или черный с желтыми полосами, для газопроводов

цвета могут зависеть от страны.

Материалы для напорных труб из полиэтилена

Загадай желание. Считай до трех. Позвольте нам показать вам мир MDPE, HDPE, HPPE, HMPE и многое другое! Здесь JDP объясняет различные типы материалов, используемых в системах полиэтиленовых напорных труб.

Полиэтилен имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с традиционными материалами, такими как сталь или ковкий чугун, включая меньший вес, отсутствие коррозии и способность сматывать трубы большой длины. Он практически не ломается при ударе, обладает исключительной стойкостью к истиранию, природным химическим веществам и ударам, а также превосходит сталь или другие твердые материалы в большинстве случаев применения при работе с навозной жижей.

В связи с рядом применений и различиями в цвете и стандартах труб может возникнуть неопределенность в отношении пригодности различных систем трубопроводов. Ниже мы объяснили, из каких материалов изготавливаются трубы.

До принятия международных стандартов полиэтиленовые (ПЭ) материалы обычно назывались по их плотности — LDPE (низкая плотность), MDPE (средняя плотность) и HDPE (высокая плотность), что указывало на прочность самого материала. Достижения в технологии материалов привели к появлению HPPE (высокие характеристики) и HMPE (высокий модуль), но это только вызвало путаницу, поскольку они имели плотность, аналогичную HDPE. Стандарты ISO были дополнительно разработаны для обозначения материалов как PE80 или PE100, чтобы легче различать преимущества материалов.

PE80 и PE100: в чем разница?

PE80 уже много лет широко используется для газа, воды и в промышленности и чаще всего называется MDPE (полиэтилен средней плотности). Однако PE80 также может быть HDPE (полиэтилен высокой плотности). Трубы PE80 часто имеют класс SDR11 PN12 и минимальную требуемую прочность (MRS) 8,0 МПа (мегапаскаль). Вы найдете этот материал рядом с домом в таких продуктах, как синий и желтый MDPE для труб диаметром 20-63 мм.

PE100 обеспечивает дополнительную долговременную прочность и производительность по сравнению с PE80, позволяя использовать более тонкие стенки трубы при том же рабочем давлении. PE100 использует меньше полимера и обеспечивает большее отверстие и повышенную пропускную способность. Трубы PE100 часто имеют рейтинг SDR11 PN16 и MRS 10,0 МПа и обычно изготавливаются из HDPE или HPPE (высокоэффективный полиэтилен). Они чаще всего используются в коммерческих и промышленных целях с диаметром трубы 90-710 мм.

Изделия из ПЭ80 и ПЭ100 не рекомендуются для непрерывной работы под давлением при температуре выше 60°С для жидкостей, включая канализационные и промышленные стоки, или 30°С для газообразных жидкостей. PE100 имеет преимущества перед PE80 при низких температурах, так как он чрезвычайно устойчив к растрескиванию до -30°C.

Труба MDPE изготавливается только из материала PE80, а труба HPPE изготавливается только из материала PE100. Труба ПНД может быть изготовлена ​​из ПЭ80 или ПЭ100. Однако название и тип материала часто используются только для справки; рейтинг PE (прочность материала) вместе с рейтингом SDR являются наиболее важными факторами при определении номинального давления и, следовательно, трубы, необходимой для применения.

Что такое полиэтилен SC80 или SC100 PE?

Некоторые типы систем давления из полиэтилена, вместо использования классификаций PE80 или PE100, могут использовать SC80 и SC100.

SC является аббревиатурой от shell core и указывает на трубу, изготовленную из полиэтилена различных цветов и/или свойств, обычно для улучшения идентификации, производительности, долговечности или гибкости. Они не считаются многослойными трубопроводами; передовые методы совместной экструзии соединяют материалы вместе на молекулярном уровне для получения прочной однослойной стенки трубы.

«Полиэтилен PE80» для питьевой (питьевой) воды, например, будет представлять собой цельный кусок материала светло-голубого цвета. «Полиэтилен SC80» изготавливается из PE80 черного внутреннего цвета и светло-голубого PE80 внешнего цвета. Это снижает стоимость продукта, сохраняя при этом все прочностные характеристики, свойства и стандарты, а также дополнительное преимущество видимых повреждений трубы (если труба проколота или повреждена, будет виден черный внутренний слой).

Что такое SDR и как он рассчитывается?

СДР =	Наружный диаметр трубы (минимум)
	Толщина стенки трубы (минимум)

Стандартное отношение размеров (SDR) используется для описания отношения между диаметром трубы и толщиной стенки и, следовательно, номинального давления трубы.

Соотношение между наружным диаметром трубы и толщиной стенки остается постоянным для труб всех размеров при заданном номинальном давлении и может быть выражено простым уравнением.