Википедия сшитый полиэтилен: Сшитый пенополиэтилен (полиэтилен) — Википедия – Сшитый полиэтилен — Википедия. Что такое Сшитый полиэтилен
Сшитый полиэтилен Википедия
Сшивка’ — процесс образования дополнительных химических связей между макромолекулами основного полимера.
Рулон физически сшитого пенополиэтиленаСшитый пенополиэтилен (сшитая пена) — вспененный полиэтилен, молекулярная структура которого модифицируется в результате сшивки.
Во вспененном виде, поперечно-связанная молекулярная структура сшитого полиэтилена обладает высокой прочностью и плотностью, низкой теплопроводностью, низким влагопоглощением, длительным сроком эксплуатации, высокой стойкостью к химическим воздействиям и хорошими показателями поглощения ударного шума. Сшитый пенополиэтилен отличается сложной технологией производства, экологической безопасностью и приятным внешним видом. Молекулы сшиваются за счёт химических веществ введённых в полимер или за счёт облучения пучком электронов, поэтому различают химически и физически (радиационно) сшитый полиэтилен.
Пример исполнения трубы из сшитого полиэтиленаСшитый полиэтилен (PE-X или XLPE, ПЭ-С)
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[ | ]
Технология производства пенополиэтилена сшитого химически:
На фото изображён химически сшитый пенополиэтилен1) Смешение и гомогенизация компонентов, основными из которых являются полиэтилен низкой плотности (LDPE). В состав также входят вспениватель, катализаторы вспенивания, стабилизаторы и другие добавки.
Физически сшитый пенополиэтилен
2) 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.
Технология производства пенополиэтилена сшитого физически: 1) Смешение и гомогенизация компонентов, основными из которых являются полиэтилен низкой пло
Сшитый пенополиэтилен (полиэтилен) — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Сшивка’ — процесс связки звеньев молекул в широкоячеистую трёхмерную сетку за счет образования поперечных связей.
Рулон физически сшитого пенополиэтиленаСшитый пенополиэтилен (сшитая пена) — вспененный полиэтилен, молекулярная структура которого модифицируется в результате сшивки.
Во вспененном виде,поперечно-связанная молекулярная структура сшитого полиэтилена обладает высокой прочностью и плотностью, низкой теплопроводностью, низким влагопоглощением, длительным сроком эксплуатации, высокой стойкостью к химическим воздействиям и хорошими показателями поглощения ударного шума. Сшитый пенополиэтилен отличается высокотехнологичностью, экологической безопасностью и удобством в эксплуатации В зависимости от используемого воздействия различают физическую и химическую сшивку полиэтилена.
Сшитый полиэтилен (PE-X или XLPE, ПЭ-С) — полимер этилена с поперечно сшитыми молекулами (PE — PolyEthylene, X — Cross-linked).
При сшивке в молекулярных цепочках, содержащих атомы углерода и водорода, под воздействием определённых факторов у звеньев молекул полиэтилена отрываются отдельные атомы водорода. Образовавшаяся свободная связь используется для соединения отдельных цепочек между собой. Сшивают как полиэтилен, так и заранее вспененный полиэтилен.
Технология производства
Технология производства пенополиэтилена сшитого химически:
На фото изображён химически сшитый пенополиэтилен1) Смешение и гомогенизация компонентов, основными из которых являются полиэтилен низкой плотности (LDPE). В состав также входят вспениватель, катализаторы вспенивания, стабилизаторы и другие добавки.
Физически сшитый пенополиэтилен
2) Нагрев матрикса, вследствие чего происходит сшивка с одновременным вспениванием материала.
Химически сшитый пенополиэтилен эластичен, имеет закрытопористую структуру и поверхность со значительной шероховатостью. Размеры пор минимальные.
Технология производства пенополиэтилена сшитого физически: 1) Смешение и гомогенизация компонентов, основными из которых являются полиэтилен низкой плотности (LDPE). В состав также входят вспениватель, катализаторы вспенивания, стабилизаторы и другие добавки;
2) Облучение экструдирова
Сшитый полиэтилен (PEX или XLPE)
Сшитый полиэтилен высокой плотности (сшитый полиэтилен) представляет собой термоактивный материал, специально разработанный для критических применений, таких как хранение химикатов.
В процессе производства XLPE в полимер встраивается катализатор (пероксид), который создает свободный радикал. Свободный радикал генерирует сшивание полимерной цепи, поэтому резервуар по существу становится одной гигантской молекулой. В результате получается материал, специально разработанный для критических применений, таких как системы гидравлического отопления и охлаждения, изоляция для электрических кабелей высокого напряжения.
Ключевые особенности XLPE
• Стойкость к высоким и низким температурам
• Стойкость к гидролизу
• Высокие электрические и изоляционные свойства
• Высокая стойкость к истиранию
• Высокая скорость экструзии на стандартных линиях
• Безопасен для питьевой воды
• Более низкая стоимость
• Механически жестче
Сравнение XLPE и HDPE
• XLPE обладает в 20 раз большей устойчивостью к растрескиванию чем HDPE .
• XLPE имеет в 10 раз большую молекулярную массу чем HDPE.
• XLPE обладает в 5 раз большей ударопрочностью и прочностью на разрыв чем HDPE.
Применение сшитых полимеров
Изоляция
• Сшитый полиэтилена применяется в электротехнической промышленности. Сшивание обеспечивает более высокую рабочую температуру проводника и снижает уровень защиты от короткого замыкания и перегрузки.
• За счет огнестойких свойств проводка демонстрирует заметно улучшенную стойкость к пламени и тепловой деформации.
Сшитые полиэтиленовые трубы
• Трубы для горячего водоснабжения
Литьевые и выдувные изделия
• Повышенная стабильность размеров при заданных температурах позволяет изделию вступать в контакт с нагретыми жидкостями.
Сшитая пленка
• Сшитый полиэтилен в упаковке применяется в основном в многослойных пленочных конструкциях, в которых сшитый слой обеспечивает ряд специфических эффектов, в том числе: повышенную термостойкость, повышенную прочность термосваривания, когда термопластичное уплотнение впоследствии сшивается; повышенную способность противостоять ударам, разрывам и неправильному использованию, особенно для упаковки предметов неправильной формы для придания пленке термоусадочных свойств.
• Пены из сшитого полиэтилена (XLPE) имеют различные виды применения, такие как теплоизоляция, флотация, автомобильная отделка и спортивные товары.
Что такое «сшитый» полиэтилен? Как «сшивают» полиэтилен? Для чего сшивают полиэтилен?
Полиэтилен — очень распространённый в промышленности и быту полимер, получаемый методом полимеризации Этилена. С обычным полиэтиленом ассоциируется множество предметов обихода. Популярность полиэтилену придали его дешевизна и выдающиеся химические и физические свойства. Он не дорог в производстве, нетоксичен, физиологически инертен, легко обрабатывается, водонепроницаем, имеет высокую химическую стойкость, практически не корродирует, обладает приемлемой механической и отличной диэлектрической прочностью и т.д. Неудивительно, что полиэтилен занимает первое место в мире по объёмам производства среди всех органических веществ! Для дополнительного улучшения физических свойств полиэтилена и расширения сферы его применения учённые придумали технологию, называемую «сшивкой».
«Сшивкой» полиэтилена называют физический процесс, который модифицирует внутреннюю молекулярную структуру материала без изменения химического состава вещества. Делается это для того, чтобы придать материалу новые, полезные физические свойства, позволяющие существенно расширить сферы его применения.
Говоря сухим научным языком, сшивка полиэтилена — это процесс связки звеньев его молекул в широкоячеистую трехмерную сетку, путём образования поперечных связей. Звучит непонятно? На самом деле всё просто, давайте рассмотрим этот процесс подробнее.
Из школьного курса химии мы помним, что все вещества состоят из атомов, которые, в свою очередь, группируются в молекулы. От того, насколько прочной будет связь между атомами, напрямую зависят свойства вещества. Будет ли оно твёрдым, жидким или газообразным, будет ли оно активно вступать в химические реакции или будет стабильным (инертным, химичеки неактивным), будет ли оно гореть и т.д. — всё зависит от прочности и структуры химических связей между атомами вещества.
Для того, чтобы понять физико-химические процессы, происходящие при сшивке полиэтилена, необходимо напомнить, что такое полимеры и как они образуются. Рассмотрим простое органическое вещество: Этилен (C2H4). Этилен представляет из себя бесцветный горючий газ со слабым запахом. Его молекула состоит из двух атомов углерода (C) и двух атомов водорода (H). Углерод в молекуле этилена способен образовывать четыре прочные химические связи, а водород только одну (химические связи между атомами принято обозначать штрихами). Молекула Этилена самодостаточна, она не имеет свободных атомов, все химические связи находятся «при деле». У этилена наиболее крепкой является связь между атомами углерода, так как она двойная, а связи углерода с водородом не очень прочны. Двойная связь между атомами углерода тоже имеет особенности: одна из связей менее крепкая чем другая. Запомним эту особенность, она нам чуть позже понадобится.
Чтобы разорвать любую химическую связь между атомами нужно преодолеть силу межатомного притяжения. Сделать это можно с помощью дополнительной энергии, сообщённой (переданной) атомам, при чём эта энергия должна быть больше, чем энергия межатомного взаимодействия. И не важно, каким путём (химическим или физическим) будет осуществляться воздействие. Главное — чтобы оно было достаточным! Нагрев — простейший пример сообщения веществу дополнительной энергии. Именно поэтому многие химические реакции протекают только при высоких температурах.
В случае с этиленом одного нагрева оказывается недостаточно, но существует ряд других способов, позволяющих частично разорвать двойную связь между атомами углерода, вытягивая молекулу этилена в двухзвенную цепочку. Каждое звено этой цепочки называют мономером, от греческого слова «монос» — один и «мерос» — часть. Почему мы говорим о частичном разрыве? Потому что фактически из двух связей разрывается только одна, менее прочная. А дальше начинает происходить интересное: каждая из этих полуразорванных молекул, обладая двумя свободными и готовыми для соединения химическими связями стремится их задействовать. При этом мономеры начинают соединяться друг с другом последовательно, образуя своеобразную бесконечную цепочку, превращаясь по сути в одну макромолекулу, которую и называют полимером (от греческого «Поли» — много и «мерос» — часть). Похожим образом образуются и другие полимеры (полипропилен, поливинилхлорид, политетрофторэтилен и т.д.) цепочки которых могут иметь схожее или более сложное строение.
Наконец мы дошли и до самой сшивки. Сшивка полиэтилена — ни что иное, как способ соединения отдельных цепочек полимера между собой. Если после полимеризации мы получаем как-бы отдельные нити вещества, то с помощью сшивки мы соединяем эти нити в сеть. Понятно, что любая ткань гораздо прочнее отдельных ниток, из которых она состоит, поэтому сшитый полиэтилен становится более прочным и тугоплавким и способен выдержать более высокую температуру, чем его обычный, несшитый аналог.
Для осуществления процесса сшивки необходимо разорвать некоторые второстепенные межатомные связи у каждой цепочки и использовать их затем для соединения цепочек между собой. Сделать это можно разными способами, но все они делятся на два вида: физический и химический. Заметим, что при воздействии на полиэтилен легче всего разрываются менее прочные химические связи, каковыми являются связи между углеродом и водородом. При этом связь углерод-углерод, как более прочная остаётся целой и сама полимерная цепочка при сшивке не повреждается.
Для получения сшитого полиэтилена в условиях современного производства выделяют три наиболее распространённых метода сшивки: пероксидный, силановый и радиационный. Первые два — типичные химичекие, а третий — физический метод. Принципиальных различий между разными способами сшивки нет: просто в одном случае для разрыва связей задействуется внутренняя химическая энергия веществ, а в другом — энергия заряженных частиц (электронов). Но в технологическом плане разница существует.
Химическая сшивка более дорогая, но и более полная. При пероксидном способе сшивается до 90% всего количества полиэтилена, тогда как при радиационном облучении — не более 70-75%. Однако для изготовления термоусаживаемых трубок радиационный способ применяется гораздо чаще. Во-первых для производства качественной термоусадки 75%-ная сшивка — вполне достаточный показатель, а во-вторых, помимо экономической выгоды способ сшивки с помощью радиационного облучения обладает двумя важными для промышенного производства достоинствами — высокой производительностью и технологичностью!
Посмотрите на рисунки. При облучении полиэтилена потоком высокоэнергетических заряженных частиц (рентгеновское или гамма излучение), генерируемых специальным акселератором (ускорителем), некоторые атомы водорода отщепляются от полимерных цепочек. Нескомпенсированные свободные связи атомов углерода тут же стремятся вновь вступить в реакцию, но уже не с водородом, а друг с другом, «сшиваясь», образуя между собой дополнительную прочную связь. «Лишние» атомы водорода так же взаимодействуют между собой, выделяясь в видемолекулярного водорода (H2).
В результате появляется прочная трёхмерная сеть из полимерных цепочек этилена. Вещество как бы переходит из аморфного состояния в кристаллическое, ведь упорядоченную сетчатую структуру сшитого полиэтилена вполне можно сравнить с кристаллической решеткой многих твёрдых веществ. Вот почему этот процесс называется поперечной сшивкой полиэтилена, хотя иногда встречается и другие термины: модифицированный полиэтилен, радиационно-модифицированный полиэтилен, радиационно-сшитый полиэтилен и т.д.
После сшивки, кроме увеличения температуры полавления, материал приобретает ещё одно ценное свойство — «память» формы, так как из аморфного куска пластассы он превращается в вещество с чёткой структурой внутри. Растягивая подогретый модифицированный полиэтилен мы нарушаем внутреннее равновесие в его вновь образованных химических связях, вызывая упругие напряжения в его структуре. После охлаждения полиэтилен застывает, сохраняя свою новую форму. Но лишь только его снова нагреют, полиэтилен стремится вернуться в первоначальное, равновесное состояние, в котором межмолекулярные связи чувствуют себя наиболее комфортно. Здесь будет уместна аналогия с детскими качелями. Представьте, что Вы сильно отклонили качели сторону и мгновенно заморозили их в куске льда. Лишь только лёд растает, качели вернутся в своё естественное положение.
В большей или меньшей степени метод сшивки применим и ко многим другим полимерам. Те же термоусаживаемые трубки производят не только из полиэтилена, но и из поливинилхлорида, полиэтилентерефталата, поливинилиденфторида, политетрафторэтилена, силикона и т.д. Правда некоторые полимеры требуют иного подхода к процессу сшивки. Не всегда можно обойтись только радиационным облучением, иногда применяют и химическую сшивку.
Сшитый полиэтилен используют не только для производства термоусаживаемых трубок и термоусаживаемых перчаток. Без сшитого полиэтилена или полипропилена сейчас невозможно представить полимерные водонапорные водопроводные трубы, которые пришли на смену ржавеющим железным. С холодной водой всё понятно, но вот горячую воду труба из обычного полиэтилена долго выдержать не может — расплавится! А сшитому эта задача вполне по плечу! Кстати, термоусаживаемая плёнка для вакуумной упаковки пищевых продуктов — это тоже результат сшивки полимеров!
Что такое сшитый полиэтилен? Производство трубной продукции из него.
История изделий из сшитого полиэтилена начинает свой отсчет еще с 1970-х годов. В то далекое время их впервые разработал компания из Швеции – Wirsbo. Стоит отметить, что поиски инновационного материала для устройства трубопроводов стартовали лет на 10 раньше – в середине 60-х швед Томас Энгель запатентовал поперечно-сшитый полиэтилен (PEX-a). Именно этот вид полиэтилена послужил основой компании-производителю, которая и разработал подобный способ в промышленном масштабе. Интересный факт – Энгель считал свое изобретение не практичным и крайне неперспективным. Он думал, что сшитый полиэтилен не сможет выдержать конкуренцию и в результате его вытеснит из рынка более современный материал. Томас продал свой патент нескольким северокорейским компаниям, а также их коллегам из Германии и Японии. Но, единственным конкурентом данного материала стал PEX-b – сшитый полиэтилен методом задействования силана. Это случилось в начале 1990-годов, тогда же на рынке появились металлопластиковые трубы. Так или иначе, но именно PEX-a является основой современного производства труб, который на сегодняшний день представляет собой самый популярный материал для обустройства трубопроводов.
Достоинства сшитого полиэтилена
В нынешнее время из огромного количества разнообразных типов и видов труб люди чаще всего выбирают именно сшитый полиэтилен. Такая популярность пришла к этим изделиям благодаря их исключительным свойствам:
- PEX запросто выдерживает температурный режим до + 95 С, а некоторые высокопрочные образцы способны выдерживать пиковые температуры теплоносителя или окружающей среды до + 110 С.
- Сшитый полиэтилен чрезвычайно просто монтируется. Достаточно использовать специальный инструмент и фитинги. Стоит сказать, что процесс монтажа в результате даст всегда эффективное и качественное соединение.
- PEX – это материал с весьма долгим сроком службы. В холодной среде трубы можно эксплуатировать не меньше 50 лет, а в системах отопления или в горячем водоснабжении – не менее 30.
- Сшитый полиэтилен располагает интересной функцией – «молекулярной памятью». Это способность полностью восстанавливать свою форму после деформации (такое бывает в результате надломов, изгибов). Кроме того, изделие не повреждается вследствие замораживания и размораживания жидкости в системе, а высокий уровень гибкости и пластичности повышает способности выдерживать гидроудары.
- Особым преимуществом является простота монтирования изделий. Гибкость позволяет транспортировать трубы в бухтах, позволяющих сокращать в разы количество будущих соединений в углах, при поворотах, в местах разводки и т.п. Сгибание изделий возможно даже «холодным путем» и абсолютно не требует каких-либо сварочных инструментов.
- Незначительные размеры, в основном, небольшой диаметр, дает возможность скрывать трубопровод в каналах или даже за гипсокартонными плитами в помещениях, при этом наружу выводятся только эстетичные группы и другие элементы соединения.
- Данный материал крайне устойчив к большинству распространенных агрессивных сред.
Да, несомненно, о недостатках также стоит сказать, хотя они угасают на фоне преимуществ, но все же…
Прежде всего, стоит сказать о высоком коэффициенте теплового расширения, что не позволяет применять трубы на открытом воздухе. Также не стоит этого делать по причине того, что продолжительное воздействие ультрафиолетового излучения также может разрушить материал. При поворотах трубопровода необходимо использовать специальные фиксаторы, потому как сшитополиэтиленовые трубы очень гибкие и не удержат форму в результате изгиба.
Вопросы, комментарии, отзывы
Чтобы задать любой интересующий Вас вопрос, отправить запрос на расчет продукции или запросить необходимую документацию Вы можете воспользоваться специальной формой на сайте, отправить письмо по электронной почте или позвонить по телефону
Мир современных материалов — Сшитый полиэтилен
Сшитый полиэтилен (XLPE, cross-linked polyethylene), т.е. имеющий поперечные связи в структуре, отличается более высокой нагревостойкостью по сравнению с термопластичным полиэтиленом, при этом электрические характеристики у них одинаковые. Это обуславливает широкое распространение сшитого полиэтилена в качестве изоляции силовых кабелей.
Существуют два разных способа сшивания полиэтилена:
1. Радиационный метод, при котором ионизирующее излучение вызывает образование в материале макрорадикалов, при их взаимодействии друг с другом образуется «сшитая» структура.
2.При химическом методе активные макрорадикалы возникают в результате реакции молекул полиэтилена с неустойчивыми органическими соединениями. Различают пероксидное сшивание – взаимодействие в этом случае происходит с перекисями, либо силанольное – с силаносодержащими веществами.
В кабельной промышленности в основном используется химический метод сшивки.
Пероксидное сшивание.
При этой технологии на специальных наклонных или вертикальных линиях происходит непрерывное трёхслойное экструзионное наложение изоляции – полупроводящего экрана по жиле, собственно изоляции и полупроводящего экрана по изоляции – с последующей их сшивкой в вулканизационной трубе при температуре 250-3000С в среде инертного газа (азота). Азот при высокой температуре и давлении не окисляет и не приводит к деградации изоляции.
Пероксиды, в основном перекись дикумила, вводятся в полиэтилен перед процессом экструзии, либо непосредственно во время нее. В вулканизационной трубе, под действием тепла, в полиэтилене происходит распад перекиси с образованием двух радикалов:
Эти радикалы, взаимодействуют с молекулами полиэтилена, отрывая у них атом водорода, в результате чего образуется макрорадикал:
Образование поперечных связей (непосредственно «сшивка») происходит при взаимодействии соседних макрорадикалов:
При этом методе сшивания образуются побочные продукты деления, в основном ацетофенон и метил. Они либо испаряются со временем, либо удаляются при помощи дегазации в термокамере. Остающиеся после удаления побочных продуктов воздушные пустоты ухудшают электрические характеристики XLPE, но большинство пустот имеет размеры, которые не вызывают резкого снижения долговечности кабелей.
Силанольное сшивание.
При силанольной сшивке в полимерные цепочки полиэтилена вводятся химические соединения на основе силана, формирующие поперечные связи только под воздействием воды (пар или горячая вода). Технологический процесс разделен на две этапа – экструзии изоляции на обычной горизонтальной линии и ее последующего сшивания в водяной среде.
Рассмотрим процесс сшивки винилтриметоксисиланом:
Реакция проходит обычно в присутствии перекиси дикумила, что обеспечивает отрыв атома водорода от молекулы полиэтилена при температуре 160-1700С:
Далее в присутствии воды и катализатора протекает реакция гидролиза и сшивка:
Этот метод значительно дешевле по сравнению с пероксидной технологией.
Принципиальным отличием от пероксидного сшивания является наличие в получаемом сшитом полиэтилене продуктов деления реакции, которые образуют поперечные связи в материале. Кроме этого, сшивка в водной среде может приводить к последующему образованию водных триингов в изоляции. Являясь инородными, все эти включения будут приводить к ускоренному старению изоляции кабелей.
В настоящее время, основываясь на многолетних исследованиях и опыте эксплуатации, ведущие специалисты считают, что кабели на номинальное напряжение 10 кВ при четком соблюдении технологии силанольной сшивки не уступают кабелям с пероксидно-сшитой изоляцией. Но параллельно этому существует другое мнение, что при массовом производстве невозможно добиться стабильных параметров полиэтилена с силанольной сшивкой, поскольку производитель должен четко соблюдать время выдержки изоляции в водной среде, которое зависит от ее толщины, ни в коем случае не сокращая его, иначе это негативно скажется на электрических свойствах XLPE. И более надежной эксперты все же признают изоляцию из пероксидно-сшитого полиэтилена. С применением данной технологии производят кабели на напряжение 6-500 кВ.
Вас также может заинтересовать:
Файл:Сшитый полиэтилен.jpg — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поискуКраткое описание
| ОписаниеСшитый полиэтилен.jpg | Русский: Пример исполнения трубы из сшитого полиэтилена |
| Дата | |
| Источник | собственная работа |
| Автор | Recycling105 |
Лицензирование
Я, владелец авторских прав на это произведение, добровольно публикую его на условиях следующей лицензии:
| Этот файл доступен по лицензии Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International | |
https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0 CC BY-SA 4.0 Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 truetrue |
История файла
Нажмите на дату/время, чтобы посмотреть файл, который был загружен в тот момент.
| Дата/время | Миниатюра | Размеры | Участник | Примечание | |
|---|---|---|---|---|---|
| текущий | 12:42, 31 октября 2018 | 1024 × 1024 (116 Кб) | Recycling105 | User created page with UploadWizard |
Использование файла
Следующая 1 страница использует данный файл:
- Сшитый пенополиэтилен (полиэтилен)
Файл содержит дополнительные данные, обычно добавляемые цифровыми камерами или сканерами. Если файл после создания редактировался, то некоторые параметры могут не соответствовать текущему изображению.